偵測最細微的顫抖,張榮森實驗室 Vibrasee 讓帕金森氏症提早現蹤

作者 | 發布日期 2019 年 05 月 14 日 11:38 | 分類 新創 , 生物科技 , 醫療科技 follow us in feedly

從過往的先射箭再畫靶,到先找靶再射箭,這兩種截然不同的產品開發態度,是張榮森實驗室執行長張焜傑接受位於矽谷的奇點大學(Singularity University)震撼教育後,最深刻的體悟。針對帕金森氏症所開發的非侵入式光學振動檢測技術 Vibrasee,就是他們目前全力發展、能謀求人類長遠福祉的主力產品。



帕金森氏症是一種影響中樞神經系統的慢性神經退化疾病,目前普遍的醫學共識是沒有辦法被治癒。張焜傑在矽谷曾跟許多神經科醫師討論,發現目前醫界對帕金森氏症的治療有兩個主流方向,一是早期診斷,讓病患在用藥上有多一點選擇,延緩惡化;另一主流是神經再生術,也就是把腦神經長回來,是目前公認唯一有機會能根治帕金森氏症的方法。

早期診斷早期用藥

無論是延緩或是根治,相關研究都指出早期發現、早期治療,效用都比晚期才開始來得好。因此張焜傑導入藍圖(Blue print)的概念,將 Vibrasee 的目標分成三個層次,其中最高層次目標是協助醫師將提早診斷的時間從 1~2 年推進到 10~20 年,讓病患生活品質得到改善。

第二層次的目標是以機器學習協助醫師增加診斷上的判斷度,特別是針對帕金森的非典型症狀——手不會抖但腳不良於行,若醫師只用肉眼觀察很容易誤判。第三層次則是病況與用藥評估,以 Vibrasee 協助醫師正確評估病患的顫抖程度,隨時調整藥物,是目前研發團隊可以完成的功能。

「神經疾病是醫學研究中參破最少的科目,大部分的神經內科醫師所使用的工具有限,核磁共振成像(MRI)則設備貴,病人光排隊就要花 1~3 個月,所以成長空間大」,張焜傑將腦神經疾病的相關研發成果比喻成醫界的全新聖杯,特別是全球高齡人口激增,神經疾病發生率又佔老年人口的 15 ~ 20%,將有越來越多人受其所苦。

全局視野,Vibrasee 將微小肢體顫抖放大識別

Vibrasee 是一種非侵入式光學振動檢測技術,使用特殊光學技術,讓微米級的皮膚振動影像增幅,再透過電腦分析皮膚或肢體振動的模態、頻率、形狀,提供全面的振動資訊給醫師作為診斷參考。簡單來說就是設計製造一個「震動放大器」,將微小的顫抖放大到肉眼可以識別。

「人的肢體顫抖屬於低頻,在過去會被歸類為雜訊,但現在可以把真正的雜訊和顫抖的訊息區分出來,應用光學計算將 x、y、z 軸的條紋變化量放大,把低頻區分得更詳細」,張焜傑解釋。

      

▲ 張榮森實驗室研發Vibrasee,使用特殊光學技術,偵測帕金森氏症最微小的震動。(張榮森實驗室提供)

目前研發團隊總共收集了五十幾筆的病例數,加上之前做的前期量測共有近 150 筆病例。這樣的數量相比其他競爭者看似很不足,但張榮森實驗室採樣方式為 comprehensive information,也就是每個病例的取樣範圍非常大,有別於來自澳洲的主要競爭者 Global Kinetics Corporation (GKC),他們以穿戴式裝置判斷單點震動行為。

「GKC 需要收很大量的數據才能判斷,但卻會面對這個點是否有代表性的問題,而我們則是將整隻手顫抖的狀況以光學方式拍攝,如果每張圖片的解析度有 800*600,一秒有 60 張圖片,每個病人拍攝 10 秒鐘,那最多可以有 40 萬個以上的頻率特徵可以進行學習。」

 AI 學習,異中求同

「傳統的工業自動化或是 AI 學習,常常犯的錯是同中求異,因此學習進度非常緩慢,但我們認為最好的學習方式是異中求同」,張榮森老師特別點出這兩種偵測差異,「也就是給機器看各式各樣的狗照片,讓他自己歸納出這是狗。」這也是團隊產品開發的關鍵與主要競爭優勢。收集到特徵後,再應用機器學習把看到的影像跟醫師臨床診斷結果做比對,建立模式與疾病之間的對照關係。目前 Vibrasee 的準確度已達 80%,預計 1~2 年內就可以超過 90%。

除了帕金森氏症外,團隊也收集原發性顫抖症、舞蹈症、ADHD 等各式各樣的疾病。「帕金森症是我們第一個目標,未來我相信這些疾病都可以用這個產品去定位。」張榮森實驗室接受科技部萌芽計劃的幫助,目前正進行天使輪投資,也獲得全球知名的「米高·J·福克斯帕金森病研究基金會」(Michael J. Fox Foundation)合作意向,可取得美國的病例來做研究。

科技發展終究會趨同

「新的科技在短期內被高估,但科技在長期被嚴重低估」,例如 Led 過了十幾年才普及,也因此新創團隊在研發新科技時常常很沮喪,但若往長期看,這些科技一定是每個人都會需要。科技發展終究會趨同。「因此從科技來創業的人要有這個大局觀」,這是張焜傑從矽谷回來後對自己與整個團隊的期待,

(首圖:左-國立中央大學光電科學與工程學系張榮森老師;右-實驗室執行長張焜傑)