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医材创新整合 健康量测更给力
 

【作者: 陳復霞】2016年04月13日 星期三

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不论是美国消费性电子展(CES)或德国杜塞道夫医疗器材展(MEDICA),皆属于国际化规模、内容丰富多样的综合性展会,展示内容涵括软体介面、硬体设备、平台及服务等面向,同时汇集了来自全球各地的制造厂商、研发机构或创投业者等参展,藉由展会可了解医疗器材技术应用的趋势之外,也是拓展国际市场商机的机会所在。虽然消费性市场与医疗销售通路看来差异甚大,然而技术是产品的根本,若能掌握关键模组的技术能力,以深度技术走向拓展应用产品的范畴,将成为台湾医材产业发展的新契机。



图一
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近年来,随着行动通讯技术的演进,结合医疗照护管理服务的行动健康(Mobile Health;M-Health)服务带来新一波的行动健康照护服务商机,穿戴装置与行动健康照护的结合,能够推动行动医疗的成效,以穿戴装置与智慧手机结合行动通讯的定位技术为例,能够连结个人、家庭、社区到医院方面的个人生理监测数据进行资讯整合,而创造个人化健康管理资讯平台,借此提供更多的预防监测和强化后端照护,进一步减轻疾病医疗的成本与负担,这也让穿戴装置被视为未来5~10年重要的新兴数位化应用产品。


目前市面上常见的穿戴装置大多是运动穿戴手环和智慧手表两类,除了生理监测、距离和速度量测记录功能,另外也加入生医感测功能,能够结合物联网、大数据分析等服务,穿戴装置不啻为单一装置的功能,而是以使用者为中心的健康管理架构之一环。


工研院产经中心生活与生医组研究员黄裕斌从CES 2016观察穿戴装置的整体特色,他认为产品的软硬体多以价值诉求为前提,亦即产品设定以适用不同目标的客户群价值为诉求,如何在同质性高的产品中突围,得到使用者的青睐,从CES 2016当中的穿戴装置来看,部份厂商在进行产品开发策略时已开始思考如何确实因应目标族群行为样态与需求。目前硬体装置仍以健康与活动监测为主要大宗,因应使用族群的分众化更明显,穿戴载具呈现多样化发展,如运动健身、饮食应用、睡眠应用、疾病应用等。


有别于以往产品的形式,由于需要与使用者进行长时间的互动,因此必须在布局前先厘清使用者的有哪些的价值诉求?黄裕斌认为透过创造价值来驱动使用者的购买意愿,并且愿意长时间的使用,再藉由所给予的建议,达到正向的循环及回馈。


因应现代人重视健康与运动的生活型态,运动健身穿戴监测趋向专业化发展,使用方便的载具样式,如智慧衣裤、鞋垫及袜子等载具形式应用持续增加,即时快速显示呼吸、HRV 、EMG等数据,并搭配视觉化的呈现,创造产品新价值。例如2016CES FITNESS,SPORTS AND BIOTECH创新奖之一的Skulpt以电阻阻抗肌动描记法(Electrical Impedance Myography,EIM)技术可量测出肌肉质量、脂肪百分比,透过具有高准确度的数据与趋势统计,提供运动健身的后续指引与训练回馈。


有别于一般的血压计,外型类似智慧手表的Omron Project Zero是腕带式血压装置,可监测血压及步数、心率、睡眠功能,微小型帮浦、表带型cuff的特点,让它将穿戴健康带到专业医疗应用层次,待收集足够的临床实验数量以后,将申请FDA认证。三星于CES中发布新款的Bio-Processor及S-Patch,感测晶片微小化与整合多功能的处理器,可提高量测参数,显示其朝向专业医疗用高阶穿戴技术布局。


此外,现代人失眠问题的成因多元,CES 2016中以睡眠应用得奖的作品不少,例如外型设计时尚的Ouraring,整合关键睡眠感测技术,透过感测器的微小化相当于戒指尺寸,搭配人体工学、陶瓷材质,能够监测活动、心跳、温度及血氧浓度并记录及回馈,协助改善睡眠放松与平衡状态,让生活更有感。


CES 2016中的穿戴装置大部分硬体产品采用加速度计与心率感测器来监测一般日常活动。以Withings推出活动监测穿戴装置-GO为例,强调简单、省电、方便的特性,萤幕采用E Ink电子墨水,续航力可达8个月,同时可自动辨识使用者为走路或跑步的状态;Clips式设计可采夹取或与表带互搭配戴于手腕。产品除了可以强调设计,Fitbit最新产品Blaze则主打规格,采用LCD彩色萤幕取代背光LED触控萤幕,提升心率监测功能,运动中可进行每秒连续的监测,内建健身指南可提供个人化建议,让产品价格相对的提升。


在软体介面,除了朝向提供有意义讯息及训练建议,转化单纯数字与使用者无感的数据,成为让使用者容易了解的有意义讯息,让使用者想要达到健康成效及目标,透过数据追踪以提供相对应的个人化回馈与训练,进行调整改善如何健身运动,亦即对外透过开放API连结更多的软硬体进行多项数据同步整合及扩充,合作以提升价值,提供使用者整体健康纪录管理解决方案。


数据平台的特点在于开放、协同互通及跨业合作-透过开放API与硬体设备业者合作,开发先进感测技术,取得更多的数据来源,建构平台整合使用者个人健康资讯和与健康相关的数据;以及思考与其他物联网方案进行整合,收集的健康讯息可同步的与其他智慧装置串联,将高阶穿戴装置融入日常生活提供更便利的服务,提高应用价值。例如IBM透过Watson进行跨业合作,从提供建议与训练的现况,迈向更智慧化、可认知、可预测的情况。


黄裕斌认为透过数据感测、数据传输与整合、数据加值分析,进而提供建议与改善方案,形成一个以使用者为中心的sensing、Analyzing及Engagement的Loop,至于数据(Data)是智慧健康产业的基础与发展重点,可透过跨产业互补合作,发展创新营运模式。例如Qualcomm Life提供平台来进行串连数据及传输。


综观CES 2016穿戴健康装置呈现两极化市场现况:1.大众化:产品相似性与同质性高,加速度计与心率感测成为标准配备,寻求更好的价值主张;2.利基型:针对目标族群的利基市场产品创新性高,部分可提供特定数据量测,透过产品线组合,完善整体解决方案。


穿戴装置虽然可以长时间进行监测,但从市场现况看来,所监测到的数据都是非关键的辅助数据。透过创新感测技术,未来搭配居家医材量测的数据及医疗院所端的关键数据,将可勾勒出使用者的整体健康状况,透过数据及加值分析,连结使用者、病患、医师,甚至是照护机构,串联整合性服务打造智慧化健康的最终目标。


从MEDICA展看医材趋向


全球医疗器材市场需求持续成长,2014年全球医疗器材市场规模为3,403亿美元,预估2017年将可成长至4,053亿美元,2014年至2017年之年复合成长率可达6.0%。全球前五大的医疗器材市场为美国、日本、德国、中国大陆与法国。美国「欧巴马健保」政策推动需求,让医材成长整体持续攀升。中国大陆「十三五医疗器械战略初探」及「中国制造2025规划」皆将高性能植入医疗器材与新材料开发纳入重点项目,带动持续成长的态势。此外,高龄化议题、慢性病防治及失能辅助科技也驱动着全球医材市场需求持续成长。


全球规模最大的专业医疗器材展览-德国杜塞道夫医疗器材展(MEDICA)举办40余年,已是国际间公认最大的医疗领域展会,如同医疗器材产业趋势的指标。展出项目包括医疗实验室设备、诊断仪器、药品类、物理治疗、复健保健用品设备、医疗耗材、电子医疗器材、医疗类家具器材、手术台相关设备、医院方面的医疗资讯科技等。


工研院产经中心生活与生医组研究员周文凯现场直击 2015 MEDICA,就观察MEDICA App竞赛的得奖App发现医疗器材的开发朝向重视健康管理、提升医疗效率及降低照护负担进展。在重视健康管理方面,以使用者为核心来整合相关感测的生理参数,透过后端专家的个人化建议与指导的服务来凝聚使用者;在智慧穿戴装置方面,则整合更多的感测器元件,提供更多元的生理指标参考数据;此外,透过监测诊断提升医疗效益,降低医疗成本,例如先进国家寻求更有效益的治疗方式,未来治疗支出比重将下降;预防、监测及诊断的支出比例将逐渐升高,透过早期发现、快速检测及提升诊断效益来降低治疗成本。


行动APP软体应用于健康管理领域已蔚成风潮,例如Israel的MobileODT提供放大镜头及辅助光源,透过手机本身自有相机功能,可拍摄子宫颈影像,提供医疗专业人士进行快速且平价的子宫颈相关病变筛检。同样来自Israel的Talkitt不同于一般的语音辨识系统,为使用者以自有语调、声音、字节所建构专有的语音辞库,可适用于发音不全、表达障碍的使用者。行动医疗应用程式制造商必须注意FDA的品质管制体系规范,若符合医疗器材定义,则必须根据产品分类等级来达到相对应的法规要求,以避免产品设计和开发有误影响群众的健康;预计2019年1月将开始转换到ISO13485:2015新版品质系统法规,行动医疗器材相关业者宜多加注意。


健康监测系统结合硬体、平台与服务提供整合式服务,提供整合式服务随无线传输及网路云端平台的发展,各大厂商逐渐整合旗下健康监测设备产品,透过手机或其他传输装置将血压、血糖、血氧及计步等个人生理资讯储存在云端平台,并透过后端的医疗服务团队,提供个人健康咨询或个人化建议的服务。


与CES展示的产品类似,2015年MEDICA的智慧穿戴装置,可见透过智慧手环、手表、胸带、臂带等形式,整合更多感测器元件,提供更多元的生理指标参考数据。 E4 Wristband PPG Sensor量测心律、心律变异度,体温量测,三轴加速规量测活动状态,EDA Sensor评估交感神经活化程度来推估压力、焦虑状况。


4K超高画质


超高清晰影像显示提升微创手术安全与效率,Sony, Olympus推出4K超高解析萤幕,提升手术影像品质。 Sony公司推出55吋8.8百万像素的4K显示萤幕设备,提供超越以往的Full HD显示器的2.1百万像素,能提供更立体、清晰的内视镜画面。


相较于Full HD画面,4K显示设备能提供更佳的颜色饱和度,系统能够提供更高解析的影像及更大的手术空间与视野,避免微创器械的互相干扰,协助医师更容易找出血管、神经的边界,提升手术效率及安全性。聚焦影像于手术区域时也较不会产生影像模糊困扰,并提升立体感。


3D显示


至于3D显示设备发展三大方向:3D显示萤幕、头戴式装备、裸视3D萤幕。 3D显示萤幕为主流产品,透过高解析影像内视镜,搭配3D运算系统显像,手术医师配戴3D立体眼镜后即可获得立体深度影像。


Sony HMS-3000MT医用头戴显示器,透过两个OLED显示萤幕,提供顺畅无残影的3D显像画面,可提供手术医师较舒服的操作角度视线。 Ikegami推出裸视3D萤幕,不须配戴额外眼镜设备,有较高的便利性,持续朝向多视角、大尺寸、高解析3D裸视萤幕发展。


周文凯认为这些辅助医材除了改善流程及程序,也将改变未来的医疗行为,但操作者多了手续且实际操作不同,以及配戴久了会出现身体不适或异物感,显示设备必须朝向更轻便的发展以符合操作者的实际需求。产品设计贴近医疗人员需求,了解医疗操作环境,解决临床问题,提升医疗效率。因此,医疗产品精致化、更有设计感也是近来发展的重点,透过人因工程设计的产品,让使用者操作经验能够更适度顺畅。


超音波技术


超音波技术新突破更好的影像品质及加速检验流程,例如GE LOGIQ E9 with XDclear 2.0透过新发展的影像运算引擎与显示技术,相较前一代的超音波系统, 能提升22%的影像对比,获取更高的影像资讯及解析度。 Siemens Acuson NX3透过提供3倍的使用者自订按键设定,能节省28%的输入操作,搭配10.4吋的高解析触控萤幕,加速检验流程。Samsung WS80A ElastoScan技术为超音波弹性摄影术,可检测出5mm以下的肿瘤,提早进行手术,提升病患存活率,于手术中也可协助找出肿瘤边界,协助医师精细的切除肿瘤。


自动化检验


现今自动化检验技术已臻成熟,多家厂商推出自动化检验设备,周文凯表示,透过自动化检验设备可以提升分析效率,降低实验室营运成本。义大利厂商Eurospital ERA全自动检测系统,以化学发光原理检测自体免疫(结缔组织、血管炎、风湿等)与肠胃道疾病(CeliacDisease, IBD/IBS),35分钟即可出第一次报告,每小时可执行120次测试。而英国厂商的EKF Altair 240全自动化学分析系统(图右),可自动校正、稀释、冲洗,可装载43种不同试剂,最高每小时可执行400次测试,提升检验效率,适用于中小型诊断。以先进国家重视精准医疗,人体基因资料库建置,以及中国二胎化政策实施将会带动产检服务的需求,自动化检验设备的前景看好。


辅助器械


此外,医疗器材也能够提升复健成效,降低照护负担,包括虚拟实境应​​用、机器辅助复健、减少照护者负担的移位辅具、人因工程设计的照护器具。 Zebris开发Rehawalk系统,整合跑步机、虚拟实境、体重悬吊系统、投影系统、压力感测器,建立训练、评估一体的复健跑步机。


透过游戏化的虚拟实境场景设计,提升使用者动机,也可依治疗师需求快速调整训练内容。体重悬吊系统可降低下肢负担,提供不同辅助程度,提早进行复健训练,也提供安全防护机制。投影系统,可利用视觉回馈效应,提升使用者跨步距离、训练左右平衡转移能力。压力感测器,可及时回馈使用者步态,提供跨步距离、步数、左右脚压力比例、关节内外旋数据供治疗师参考调整。


机器辅助复健训练系统可透过感测器侦测患者的肌电或脑电生理讯号,由患者主动起始部分执行动作,再由机器协助来完成整个活动。透过大量的重复练习能让使用者重新学习正确的动作模式。


RAPAEL Smart glove,透过制动器可让手腕、手指做出弯曲 / 伸直等动作 , 内建有动作、位置感测器,可记录使用者自主动作品质。 Hand of Hope,可透过感测前臂的肌电讯号,当肌电讯号高于设定的阀值时启动机械外骨骼系统来协助完成动作。 Lokomat,下肢机器辅助复健系统,搭配体重悬吊系统,可侦测下肢肌肉是否收缩或是不正常的活动,以机器矫正步态。


透过新科技的应用,如虚拟实境、机械辅助,协助使用者进行复健,提升复健成效。同时考量照护者的操作负担,透过开发相关器械来降低医护人员的负担。


周文凯表示,从2015年MEDICA展会中可见产品的型式朝向两个方向发展,一为专业型多功能取向,提供多样的监测数据及操作模式,另一个趋势为照护型介面极简取向,提供位置资讯及紧急通报功能。


因应需求创造价值


穿戴式装置的产品逐渐趋于「轻薄短小,易携带」,未来创新技术将会让产品出现许多的新功能尝试,而相关供应链包括无线连结、微控制器、记忆体、感测器、晶圆代工、封测、OGS(单片玻璃触控)、OLED显示萤幕、IC设计及其他零组件,具有应用发展的新契机。


全球智慧健康照护产业产值成长可期,估计将从2015年93亿到2020年673亿美元,范畴扩及云端、服务与平台,包含行动健康服务、穿戴式装置、云端服务等。资策会产推处处长柯?堂表示,穿戴式装置具有装置微型化、创新人机介面及多元加值应用等特色,许多产学研单位相继投入穿戴技术研发,然而对于大多数消费者而言,穿戴式装置重要性尚远不如智慧型手机,未来如何成功「跨越鸿沟」,包含开发关键技术及创新产品、符合特定领域市场的需求、教育消费者以及提升消费者价值等层面突破,为整体产业仍须努力的目标。


资料加值应用成为趋势,穿戴智慧健康也将正式迈入穿戴智慧医疗与照护领域。综观CES 2016展会,国际大厂透过关键组件、硬体装置、数据分析、开放平台、跨产业合作(例如智慧健康与智慧家庭的整合串联),提供加值服务与更高的价值主张,壮大生态体系,掌握产业价值链的主导权;众多小厂或新创公司则是因应市场分众化,企图掌握使用族群需求,从单一创新产品逐渐扩展产品组合,形成整体解决方案,企图寻求新应用、新服务的差异化布局。黄裕斌强调产业必须以使用族​​群为中心的布局思维,符合需求,创造价值,提供硬体装置(感测技术)、软体介面、数据分析及服务的整体解决方案,才拥有竞争力。


医疗器材单价高、需求少,医疗器材市场由知名厂商寡占,难以建立知名的品牌,加上安规及测试繁复耗时,到底想要投入健康器材或医疗器材成为厂商的考量。观察2015年MEDICA展会,周文凯表示,找出更具有价值的产品方向是厂商可思考的切入点。随着云端与巨量资料的到位,智慧健康产业快速兴起,台湾的医疗器材产业除了创新研发电子技术与资通讯技术(ICT)之外,将开发保健预防及照护领域的医疗器材发展成穿戴式及保健设备,以高附加价值及创新服务发挥技术潜力,将可望带动医疗器材市场迅速成长。


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