研發生技醫療器材 成大醫工系展新猷
【台南訊】生技醫療是21世紀的新興產業，以台灣的生科技術條件發展生技醫療產業極具潛力。成立兩年的成功大學生物醫學工程學系已經在生技醫療器材的研發上累積豐碩成果，以此次「邁向頂尖大學計畫研發創新成果展暨工業基礎技術人才培育論壇」為例，該系受邀展出「智慧型輕量化移動載具」、「自動壓力跟隨止血帶控制系統」、「低功率無線網路血壓量測系統」三項新產品，對於醫療照護都起了革命性的影響。
首先，由成大生物醫學工程系教授陳天送研發的「低功率無線網路血壓量測系統」，提供醫院血液透析室做為監測洗腎患者洗腎過程中的血壓變化，除適時提供緊急狀況時的警示功能，大幅提高洗腎患者洗腎過程中的安全性，尤其該系統可以一名護理人員同時監看50床病人以上的的血壓數據，有助於解決護士荒的問題。
現今醫療機構洗腎室病人於洗腎過程中，為了監測患者的生理狀態，護理人員必須每隔30分鐘量測及紀錄患者的血壓。一般血液透析醫院均是同時間數人甚至數十人接受血液透析。傳統血液透析床量測血壓需要綁上壓脈帶，充氣，洩氣，及登記數據等，一個流程下來常需要兩到三分鐘，因此，一個護理人員即便在不休息的狀態下，也只能觀察到10到15床病患的血壓，而該系統則可提供血液透析室做為監測洗腎患者洗腎過程中血壓等生理狀態，一名護理人員同時觀察50床病人以上的的血壓數據。
「低功率無線網路血壓量測系統」是利用ZigBee來做一套無線傳輸系統，最主要是因為ZigBee具有低速、低耗電、低成本、支援大量網絡節點、支援多種網絡拓撲、低複雜度、快速、可靠、安全等特點。藉由ZigBee的特點製作出一套血壓的無線的血壓量測系統，能夠同時量測及監控多位血液透析患者之血壓變化，具有高量測效率，一位醫護人員藉由遠端監控系統便能監看數十位患者之生理狀況，使醫護人員不用逐一巡視病床執行量測，除解決醫療照護人力之負擔，也可大幅提升原有的醫療品質。
該量測系統是利用ZigBee建立無線量測網路，能夠由系統下達開始量測命令，等量測結束並將所量測到的血壓數值以無線的方式傳回至中央護理站，結合電腦系統所開發的監控平台做洗腎過程中全程提供監測與分析，當生理訊號在不正常值的範圍內時發出警示訊號，讓護理人員能夠盡快做適當的處理以降低傷害的發生。
其次，由成大醫院心臟外科甘宗旦醫師與成大生物醫學工程陳天送教授研究團隊共同研發的「自動壓力跟隨止血帶控制系統」，則針對洗腎病人在長期血液透析後的靜脈瘻管穿刺針移除後止血機制監控，提供一種適壓止血裝置，利用血壓反饋系統開發技術，根據患者之血壓變化，及時提供一適當之止血壓力。
此項產品發明目的是要建置氣動式自動壓力跟隨止血帶的控制系統，使得止血帶的壓迫力度得以有量化的控制，並建立迴饋控制，以期在患者在止血的過程中得以安全有效進行止血。自動適壓止血裝置在市場的需求及應用性廣，除本研究所討論之洗腎病患的動靜脈瘻管止血甚或可推廣於其它類型的止血部位的應用，可降低在醫療上看護成本。
第三、由成大生物醫學工程學系蘇芳慶教授與陳天送教授一起研發的「智慧型輕量化移動載具」，則創造使用者「坐站姿轉換」的人性化服務，它還能調整情境，讓使用者自主調整待人接物的高度與角度，亦能同步開啟健康監測系統，追蹤血壓與呼吸狀況，讓使用者有「站」與「行」的尊嚴。
智慧型輕量化移動載具是一部多功能載具，可依身高調整舉起、移位、站立、行動及生理監測等功能，協助行動失能者行動、站立及移位，進行日常活動，滿足行動失能者渴望移動與獨立的需求，
在智慧型輕量化移動載具置入新開發的智慧型控制晶片，以Altera FPGA 晶片及內含一顆NiosII嵌入式多處理器軟核心處理器來研製多功能載具運動控制系統之軟硬體設計。受控系統包括機械臂、電子驅動式車輪、及操作控制面板，而控制及驅動系統，包括2組機械臂直流馬達用驅動器、2組輪圈馬達用驅動器、一組操作控制面板的介面電路及一顆FPGAbased智慧型控制晶片。FPGA 晶片為此系統之核心元件。FPGA晶片內有NiosII多核心處理器、機械臂用模組電路、電子驅動式車輪用模組電路及操作控制面板用模組電路。因此所有多功能載具之相關機械臂控制功能、車輪驅動控制功能、面板操作與控制功能等等，全部在FPGA內以一顆晶片實現。
同時，在監控平台的程式中，也設計了一套生理訊號的預警機制，可量化為數值的生理參數，比照文獻以及臨床的數據去設定安全閥值。目前技術依照姿勢性低血壓（收縮壓下降20 mmHg，或者舒張壓下降15 mmHg）以及呼吸急促（呼吸率每分鐘超過25次），去做安全閥值的設定。當量測到的數據，超過所設定之閥值時，受測者即可能有危險狀況發生時，電腦端監控平台，將傳送一0x5C的命令封包至量測系統端。量測系統端收到此命令封包後，會將PIC24F 的一支數位I/O pin從低態電壓（0 V）轉換為高態電壓（3.3 V）。藉由此數位I/O pin的狀態改變，和智慧型載具做連結，以下達停止智慧型載具繼續動作的命令，做為預防後續危險情況發生的緊急機制。
再者，載具之輕量化多功能的機構設計也注入安全考量，由使用軟體ANSYS分析機台在載重後(假設使用者體重為100kg)，並採用三倍安全係數之下的型變、應力、安全係數分析，模擬分機結果，最後的安全係數皆大於1，也就是說不論在坐姿或是站姿，該設計皆是安全且不會被破壞的。
「智慧型輕量化移動載具」研發團隊是一個跨領域的組合，成員包括成功大學生物醫學工程學系陳天送教授、蘇芳慶教授、成功大學工業設計學系陳國祥、南台科技大學電機工程學系龔應時教授、高雄醫學大學職能治療學系張志仲教授。
首先，由成大生物醫學工程系教授陳天送研發的「低功率無線網路血壓量測系統」，提供醫院血液透析室做為監測洗腎患者洗腎過程中的血壓變化，除適時提供緊急狀況時的警示功能，大幅提高洗腎患者洗腎過程中的安全性，尤其該系統可以一名護理人員同時監看50床病人以上的的血壓數據，有助於解決護士荒的問題。
現今醫療機構洗腎室病人於洗腎過程中，為了監測患者的生理狀態，護理人員必須每隔30分鐘量測及紀錄患者的血壓。一般血液透析醫院均是同時間數人甚至數十人接受血液透析。傳統血液透析床量測血壓需要綁上壓脈帶，充氣，洩氣，及登記數據等，一個流程下來常需要兩到三分鐘，因此，一個護理人員即便在不休息的狀態下，也只能觀察到10到15床病患的血壓，而該系統則可提供血液透析室做為監測洗腎患者洗腎過程中血壓等生理狀態，一名護理人員同時觀察50床病人以上的的血壓數據。
「低功率無線網路血壓量測系統」是利用ZigBee來做一套無線傳輸系統，最主要是因為ZigBee具有低速、低耗電、低成本、支援大量網絡節點、支援多種網絡拓撲、低複雜度、快速、可靠、安全等特點。藉由ZigBee的特點製作出一套血壓的無線的血壓量測系統，能夠同時量測及監控多位血液透析患者之血壓變化，具有高量測效率，一位醫護人員藉由遠端監控系統便能監看數十位患者之生理狀況，使醫護人員不用逐一巡視病床執行量測，除解決醫療照護人力之負擔，也可大幅提升原有的醫療品質。
該量測系統是利用ZigBee建立無線量測網路，能夠由系統下達開始量測命令，等量測結束並將所量測到的血壓數值以無線的方式傳回至中央護理站，結合電腦系統所開發的監控平台做洗腎過程中全程提供監測與分析，當生理訊號在不正常值的範圍內時發出警示訊號，讓護理人員能夠盡快做適當的處理以降低傷害的發生。
其次，由成大醫院心臟外科甘宗旦醫師與成大生物醫學工程陳天送教授研究團隊共同研發的「自動壓力跟隨止血帶控制系統」，則針對洗腎病人在長期血液透析後的靜脈瘻管穿刺針移除後止血機制監控，提供一種適壓止血裝置，利用血壓反饋系統開發技術，根據患者之血壓變化，及時提供一適當之止血壓力。
此項產品發明目的是要建置氣動式自動壓力跟隨止血帶的控制系統，使得止血帶的壓迫力度得以有量化的控制，並建立迴饋控制，以期在患者在止血的過程中得以安全有效進行止血。自動適壓止血裝置在市場的需求及應用性廣，除本研究所討論之洗腎病患的動靜脈瘻管止血甚或可推廣於其它類型的止血部位的應用，可降低在醫療上看護成本。
第三、由成大生物醫學工程學系蘇芳慶教授與陳天送教授一起研發的「智慧型輕量化移動載具」，則創造使用者「坐站姿轉換」的人性化服務，它還能調整情境，讓使用者自主調整待人接物的高度與角度，亦能同步開啟健康監測系統，追蹤血壓與呼吸狀況，讓使用者有「站」與「行」的尊嚴。
智慧型輕量化移動載具是一部多功能載具，可依身高調整舉起、移位、站立、行動及生理監測等功能，協助行動失能者行動、站立及移位，進行日常活動，滿足行動失能者渴望移動與獨立的需求，
在智慧型輕量化移動載具置入新開發的智慧型控制晶片，以Altera FPGA 晶片及內含一顆NiosII嵌入式多處理器軟核心處理器來研製多功能載具運動控制系統之軟硬體設計。受控系統包括機械臂、電子驅動式車輪、及操作控制面板，而控制及驅動系統，包括2組機械臂直流馬達用驅動器、2組輪圈馬達用驅動器、一組操作控制面板的介面電路及一顆FPGAbased智慧型控制晶片。FPGA 晶片為此系統之核心元件。FPGA晶片內有NiosII多核心處理器、機械臂用模組電路、電子驅動式車輪用模組電路及操作控制面板用模組電路。因此所有多功能載具之相關機械臂控制功能、車輪驅動控制功能、面板操作與控制功能等等，全部在FPGA內以一顆晶片實現。
同時，在監控平台的程式中，也設計了一套生理訊號的預警機制，可量化為數值的生理參數，比照文獻以及臨床的數據去設定安全閥值。目前技術依照姿勢性低血壓（收縮壓下降20 mmHg，或者舒張壓下降15 mmHg）以及呼吸急促（呼吸率每分鐘超過25次），去做安全閥值的設定。當量測到的數據，超過所設定之閥值時，受測者即可能有危險狀況發生時，電腦端監控平台，將傳送一0x5C的命令封包至量測系統端。量測系統端收到此命令封包後，會將PIC24F 的一支數位I/O pin從低態電壓（0 V）轉換為高態電壓（3.3 V）。藉由此數位I/O pin的狀態改變，和智慧型載具做連結，以下達停止智慧型載具繼續動作的命令，做為預防後續危險情況發生的緊急機制。
再者，載具之輕量化多功能的機構設計也注入安全考量，由使用軟體ANSYS分析機台在載重後(假設使用者體重為100kg)，並採用三倍安全係數之下的型變、應力、安全係數分析，模擬分機結果，最後的安全係數皆大於1，也就是說不論在坐姿或是站姿，該設計皆是安全且不會被破壞的。
「智慧型輕量化移動載具」研發團隊是一個跨領域的組合，成員包括成功大學生物醫學工程學系陳天送教授、蘇芳慶教授、成功大學工業設計學系陳國祥、南台科技大學電機工程學系龔應時教授、高雄醫學大學職能治療學系張志仲教授。
維護單位:
新聞中心
更新日期:
101.12.12
