創新頭戴式光感技術 以腦血灌流演算心肺功能

來源：奇美醫療財團法人奇美醫院

在臨床上，心血管疾病患者需要醫生建議採取不同的運動訓練和復健程序，以改善其心肺功能（Cardiopulmonary function, CPF）。在先前的研究中，已經提出了幾種方法，例如心肺運動測試（Cardiopulmonary exercise testing, CPET），心臟超音波檢查(Echocardiography)和電腦斷層血管攝影 （Computed tomography angiography, CTA），以間接評估對心肺功能的復健效果。但是，上述方法需要經驗豐富的操作員和複雜的設備，也無法觀察到大腦運動區域的活化程度。因此，團隊開發「智能型腦血氧監測頭戴裝置」，利用演算法分析增量運動過程中腦組織的血液灌流狀態，並透過人工智慧技術深度學習測量得出的血紅蛋白參數指標對不同的心肺功能組進行分類。從血紅蛋白參數中提取的定義指標可以顯示心肺功能的狀態，搭配智能型腦血氧監測頭戴裝置可以有效地對不同心肺功能組進行分類。因此，益於幫助醫生將來對心血管疾病的嚴重程度和對心肺功能的復健效果進行臨床評估。

智能型腦血氧監測頭戴裝置使用生醫光電量測技術，藉由光學探頭同時監測腦總血紅素濃度、腦血氧濃度及光吸收強度，並將收集到的生理訊號傳到後端平台，自動分析腦血流狀況的特徵；硬體上，結合頭戴裝置機構設計以適應不同的頭部輪廓，避免進行復健運動時因晃動或是背景環境光源的變化而干擾到光學信號的量測。同時透過腦血流參數隨時間變化的趨勢，定義數個與心肺功能顯著性相關的指標，結合人工智慧學習，用來評估心肺功能狀況。目前頭戴裝置已使用在臨床的研究與例行醫療業務中，主要應用在三個方面：

(1)老人失智中心: 應用在認知障礙老人的運動上，設定老人最適合的運動強度，並且即時知道其最高腦血流、血氧量，運用有氧運動訓練來改善其認知功能。
(2)中風復健中心: 突破過去傳統的認知訓練方式，改以有氧運動訓練，利用本設備來檢測其最高腦血氧量與腦血流量，確認運動對於患側腦血氧的改善效應。
(3)加護病房譫妄: 確認加護病房譫妄與腦血氧濃度的相關，並且進一步利用早期加護病房的活動訓練，改善腦血氧濃度，進而改善其譫妄的發生率與嚴重程度。

透過生醫光電技術進行非侵入性且連續性的監測，具即時安全偵測腦血流量及血氧濃度，亦可動態觀察血流變化，不同的運動強度對血氧濃度及血流量的影響。 創新腦血氧參數與心肺功能顯著性相關的指標，透過人工智慧技術學習用來評估心血管疾病狀況。