判讀腦梗塞不耗時 數學演算幫你忙

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【記者林妤瑄、劉德苓/臺北市、桃園市報導】醫療業界過去長期依靠傳統的人工判讀法來判斷大腦梗塞的位置,但此方法耗時又耗力,有讓病人錯過黃金治療時間三小時的風險。彭徐鈞博士與陳右緯醫師聯手出擊,設計「偵測與量化腦梗塞區域的方法」,利用數學演算法,配合電腦偵測將梗塞量化,讓原本長達三十分鐘的判讀時間瞬間節省十倍以上,僅需一分鐘。

跨業合作 醫師與工程師聯手出擊

一直以來,醫療界用來偵測腦血管疾病的方式大致分為兩種,一種是電腦斷層掃描(簡稱CT),另一種則是核磁共振掃描(簡稱MRI)。傳統上,醫師要靠人工判讀這些掃描出來的圖片,耗時又耗力,同時容易錯過中風病人的黃金治療時間。

為了解決這個問題,國立交通大學生醫電子轉譯研究中心的助理研究員彭徐鈞博士,以及壢新醫院中風醫療中心主任陳右緯醫師等人,合作開發「偵測與量化腦梗塞區域的方法」,試圖以影像處理科技的方法解決上述的問題,希望能夠利用電腦在最短時間內確診病因,做出最好的治療。

在臺灣創新技術博覽會會場的彭徐鈞博士。 攝影/林妤瑄

兩人於中央大學與壢新醫院的媒合會認識,在會上發表各自的專長領域後,相談甚歡,會後便迅速決定合作,開始著手研究。他們利用自己擅長的領域,溝通討論,成立團隊著手開發此軟體,並且應用在臨床實驗上。經過八年時間,日前獲得二〇一八年臺灣創新技術博覽會發明競賽銅牌獎,並通過美國與台灣專利,已著手商品化進入市場。

臺灣創新技術博覽會發明競賽銅牌獎證書。 攝影/林妤瑄

新穎的產品設計 解決困難

「偵測與量化腦梗塞區域的方法」是一種演算法。它利用兩種核磁共振影像,一種為「擴散的權重影像」,另一種則是「表觀擴散係數影像」(簡稱ADC MAP),這兩種影像皆由「核磁共振儀」拍下,將兩者透過數學式的分類技術 — — 「模糊分群」將圖片中疑似大腦梗塞的區塊偵測出來,再利用輔助的其他程式,經過稱為篩選、決定、門檻、除去等主要四個步驟,將容易偵測錯誤的區塊去除,留下臨床時真正需要被判定的梗塞區塊。

判定梗塞區塊的基準,是由當初設計時邀請的臨床醫師們配合測定而出的,使用大約二十位病人的核磁共振影像,以美國麻省總醫院設計的半自動電腦化系統輔以醫師人工方式,將正確的梗塞區域描繪出來,統計、量化後輸入至軟體的總資料庫中,做為初期的設定參考。

過去一位病人做一套核磁共振攝影,會產出十三組影像,共四百一十二張圖片,醫師判讀一位病人的相片,依情況複雜程度,需要十五至三十分鐘不等的時間。這樣長久的判讀時間,有可能將會拖延到中風病人治療的「黃金三小時」,相當危險。而此方法問世後,利用電腦便可直接判讀梗塞位置,過程最多僅需短短的一分鐘,相較過去人工半自動化,節省了至少十倍以上的時間成本,無論對醫師或對病患,都是相當大的福音。

近期此方法正在著手進行程式軟體化,期望以簡單的介面,讓所有臨床人員都能輕鬆使用,往後判讀影像不再需要醫師長時間判讀,醫療人員能夠使用此軟體,輸入影像,在極短的時間內做出應對,把握治療的黃金時間。考慮到專科護理師大多為女性,介面在設計調整時,以中性化、舒適的介面為訴求,讓使用者能夠輕鬆上手。

開發不簡單 困難處處隨行

製作產品前期,因為一切都從零開始,需要陳右緯醫師以人工判讀的方式,協助建構資料庫,連續好幾個月幾乎都待在辦公室內,幫產品描繪正確的梗塞區域提供彭徐鈞使用。彭徐鈞也需要常常回到醫院開會、拿資料或數據等。但有時問題太困難,連臨床醫師也無法立刻提供正確答案,這時就需要查詢相關文獻、或是找前輩解決,時間一再拉長,疲憊感也逐漸加深。

「就是Open Mind,打開自己的心胸,不管是對病人還是對醫師,去做我們認為有意義的事。」彭徐鈞說,這是他第一次跨業合作,跟陳右緯常常會因為專業不同,兩人的溝通會用各自領域的專業術語交談,常常前言不接後語,交流意見時,常有困難;一直到後期,開發七、八年,兩人彼此熟悉後,才減少了這樣的窘境,合作漸入佳境。

到了後期,產品逐漸完善化,他們認為通過專業檢測與法規後,就能將產品商品化,以利更多人使用。沒想到,在這個過程中,反而是最難的環節:兩人的專業都不在此,詢問醫院裡的人員,沒有人替他們解答;詢問學校教授們,也沒有人知道究竟該如何讓產品真正走上商品化。最後還是到學校的研發處底下的專利、商品化相關組織詢問,才開始慢慢著手,學習商品化的每一個步驟。

正在翻閱大學與醫院產學推廣媒合會專書的陳右緯。 攝影/林妤瑄

展望未來 理想紮根

產品現在進入商品化的階段,全台已有多家醫院提出產品預訂;同時產品未來也預定將跟國內核磁共振機器的廠商合作,將程式植入器材中。陳右緯說,希望能在年底以前將所有程式完善,讓程式能在Windows以及Mac系統上使用,並在三年內針對不同的醫療專業儀器的影片的輸出格式做調整,使所有影像檔案格式都能相容,進而正式投入市場。

彭徐鈞說,為了有足夠的資金,目前有在產業界中尋找願意投資的科技公司與企業,讓商品化能更加順利。不過兩人近期的目標著重在實際操作上,與國內外的中風醫療相關院所合作,藉由合作的機會,獲得更多病人的資料作為樣本,繼續調整程式不足之處,讓得出的結果能夠更加精準,減少失誤。

未來他們希望此程式能夠成長至網路線上化處理化,利用電腦的自動深度學習,將數據上傳至網路後,使用網路後台的參數調整。工程師不必特地撰寫與儀器輸出格式相應的軟體,軟體就能夠自動將市面上有的儀器影像格式統一化,使用同一組程式就能夠判讀完所有類型的影像。目前由彭博士所帶領的學生團隊,就在著手研究開發這一項目。

「醫院我就把它視為是一種生命的延續,從學校的實驗室延續到醫院的診間,醫師的診間,甚至到病人的身上。我覺得好的研究應該是要往這方面來走,不會說單單侷限在一個時段而已。」彭徐鈞認為,自己的職業不僅僅是個工程師,他做出來的產品也不僅僅只限於實驗室,他期許自己能利用專長,真正幫助到更多的人,如做出更多的臨床工程供醫師使用,不僅幫助醫師以及病人,更重要的是改善醫療品質。

採訪側記

此次採訪過程雖然順利,但是因為專業領域的不同,常常會聽不懂受訪對象所用的術語,在撰寫稿件與製作影片的過程中,常常要到處搜尋這些名詞的真正意思,而在這個過程中,我們也初步了解醫療業界的情況以及醫生看診的不易,發覺兩位受訪者真的很辛苦,不僅為了工作、也為了病人努力,希望讓整個大環境更好,這樣的精神值得我們學習。

延伸閱讀

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醫療人權促進會 致力於醫療改革

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