科大研發多款智能醫療器械　涵蓋診療、手術輔助以至術後復康　引領醫療創新

申亞京教授（右一）及研究團隊成員合影：張鐵山博士（左一）、唐一峰（左二）及任豪（右二）。 [Download Photo]

香港科技大學（科大）電子及計算機工程學系副教授申亞京領導的團隊，近日成功結合人工智能及機械人技術，研發出三款突破性的智能醫療器械，分別適用於診療監測、手術輔助及術後復康，旨在輔助醫生解決目前診療過程中所遇到的困難，優化程序及提高效率，促進智慧醫療的發展。目前，團隊正積極與公私營機構、産業及投資者探討合作，推動項目的臨床應用及轉化落地。

AI手部觸覺交互系統PhyTac：
人類的雙手擁有高度密集的神經分布，具備細膩的觸感及靈巧的控制能力，然而，當手部神經、肌肉或關節處受到壓迫或發生病變時，或會出現功能喪失、麻痺或針刺感等症狀，特別是腦中風後，不少患者會經歷手部動作障礙，及早發現和準確地診斷這些病症的嚴重程度，有助減低對患者日常生活的困擾。

然而，現時手部功能的評估一般依賴醫生透過觀察患者的動作，並結合經驗作診斷。有見及此，申教授的團隊開發一個AI手部觸覺交互系統PhyTac，這個呈圓錐型狀的裝置設有多達368個感應單元，可精準對應手部各個發力點。患者只需手握裝置嘗試發力，醫生便可即時在AI系統中對應手部位置的發力點，有助醫生能快速監測患者的康復過程，更可配合VR虛擬實境技術設計遊戲，讓病人利用裝置進行復康訓練，從而制定合適的復健方案。

是次研發的技術突破之處，在於團隊首創以植物「螺旋蘆薈」的結構為靈感作設計，與一般蘆薈不同，「螺旋蘆薈」葉片呈三角形，以其對稱及五尖的螺旋狀紋見稱，能夠避免葉子互相遮擋，從而攝取陽光。受此啟發，團隊運用螺旋狀紋設計PhyTac，顯著提升感應器的密度之餘，亦大大提升裝置的傳感範圍，使裝置能夠準確反映手部力度，準確率高達97.7%。團隊亦正積極與醫院管理局社區復康中心探討合作，研究於中心內應用PhyTac技術幫助病人。

居家肺部功能檢測儀：
世界衛生組織預計，到2030年，慢性阻塞性肺病（COPD）將會成為全球第三大殺手，而新冠肺炎疫情過後，不少患者均出現新冠後遺症（又稱「長新冠」），令定期肺部監測的需求大大提升。為減少肺病病人頻繁前往醫院進行肺量測試的需要，團隊研發出一個「AI家用肺部功能檢測儀」，這個小巧的呼吸感測裝置，直徑僅8cm，重約78 克，比一部智能手機輕一倍，方便用戶在家中隨時進行呼氣測試及訓練。未來，團隊望推動與醫療機構的數據互聯，並進一步將研發商品化，幫助有需求的患者儘早實現居家健康監測。

裝置設有一個「仿生生物力學的氣流感測器」（Biomimetic Biomechanical airflow sensor），讓病人可透過吹氣測試最高氣流速（Peak Expiratory Flow），準確度達99%。此外，團隊更特別結合了創新的趣味遊戲，讓用家可一邊透過控制吹氣力量，一邊控制遊戲中的飛鳥避過障礙，有助長期病患者在家中進行呼吸訓練。有關數據將會記錄在伺服器中，研究團隊更正構建雲端數據平台，以實時傳輸吹氣測試的結果，讓醫生可遙距監測病患的測試情況及進展。未來，團隊望推動與醫療機構的數據互聯，並進一步將研發商品化，幫助有需求的患者儘早實現居家健康監測。

全球最小多功能手術機器人：
微型醫療手術機械人常應用於微創手術，惟目前技術難十全十美，難以同時實施內窺鏡手術操作、準確的導航功能且體積微小。有見及此，團隊研發出一款全球最小的多功能手術機械人，直徑僅為0.95毫米，體積較現有同類機械人小60%，集拍攝及精準導航能力，可協助醫療人員在人體內取樣、傳送藥物及進行激光熱療手術。團隊已將機械人用於肺部支氣管模型及離體豬肺內進行測試，證實機械人能夠在受限環境中保持優秀的介入導航能力，並拍攝清晰的掃描成像，同時能在困難部位實踐多種治療功能。現時，團隊正就内窺鏡的光路進行優化並尋求資本合作，預計半年內將會開展動物實驗，為開展下一階段的臨床試驗作準備。

申教授表示：「人工智能及機械人技術日新月異，人機互動的潛力無限，定必成為未來的大勢所趨。是次研發的一系列醫療器械，正正是希望結合機械人技術、工程學與生物醫藥等跨學科知識的成果，目的是為醫生解決於診斷及治理的過程所遇到的瓶頸，提高醫療流程的效率。憑藉科大於機械人及AI領域的研究優勢，團隊將會繼續開發更高感知的機械人，實現機械人與人類之間更加安全和自然的互動，從而開拓更多具影響力的研究設計，支援醫療等各行各業的轉型發展。」

申教授的團隊去年獲創新科技署「產學研1+計劃」（RAISe+）的撥款資助，成為首批24個項目之一。團隊以突破性的觸覺傳感器（tactile sensor series），精準地計算出人形機械人指尖於各方向的接觸力度，賦予類似人類的觸覺，在科技應用上非常廣泛。該研發可以讓機械人更準確地感知和理解其環境和人類動作的意向，加上能夠理解語音意義及接收視覺訊息，可實現機器人與人類之間更加安全和自然的互動，正與香港各研究院、工業自動化生產線、醫療健康中心、機械人等相關行業展開合作。