醫療科技的發展與應用

醫療科技旨在透過科技提升醫療品質、效率與精確度。全球即將迎來高齡化社會，並且面臨人口減少所帶來的醫療人員匱乏，根據WHO 統計，到2030 年，全球還需要990 萬名外科醫師、護士和照護人員；而根據國發會人口推估統計預測，臺灣2050 年每三人就有一人為65 歲以上。超高齡時代的來臨，所需要的醫療服務和成本，將對社會帶來巨大衝擊，如何運用醫療科技便成為關鍵議題。近年由於5G 基礎布建逐漸完善，高速傳輸得以落實；加上IoT 技術漸趨成熟，穿戴 / 行動健康設備強化了遠距醫療照護的可行性，並且可更廣泛地搜集使用者的數據，醫療科技得以發展得更為快速。本文將聚焦於AI、數位孿生以及3D 列印三項醫療科技的應用。

醫療人工智慧，尚有大潛力待開發

麥肯錫的報告指出，AI 在醫療場域中最廣泛被應用在大量且重複性高的行政庶務以及診斷。包括眼科、放射科、病理科等都使用AI 協助醫生篩檢醫療影像。然而根據L.E.K. 顧問的評估，以自動駕駛的AI 作為評量標準，目前醫療AI 的表現則只到Level1( 無人車介於Level2 至3)，代表AI 應用在醫療的技術尚未成熟，僅能作為醫療決策的輔助。

即便如此，AI 已經可使15% 醫療照護工作自動化，特別是醫材準備可以有約48% 的工作以AI 執行；估計歐洲至2030時，醫護人員能將七成的行政庶務都交給AI。AI 運用在醫療科技的下一階段，將是擴充使用情境至家戶，舉凡監測、示警、虛擬助理等，屆時可使AI 與醫療結合得更緊密，以便AI 進入臨床應用，並確實輔助醫生診斷。AI 在醫療科技的終極目標為融入健康照護產業鏈的方方面面，包括預防、教育、診斷與維護。

臺灣醫院已經開始利用AI 發展相關醫療照護。以榮總體系為例，臺北榮總建置了三大醫療AI 平臺，包括做為基礎的「大數據資料與資訊建構系統平臺」，推動全院通用的智慧病歷和遠距醫療的「創新AI 研發平臺」，以及支援各臨床專科提出的「臨床AI 研發平臺」；臺中榮總成為全臺灣唯一獲選進入Newsweek 及全球重要數據資料庫Statista 所製作的「2023 年全球智慧醫院評比」榜單，其「遠距醫療照護中心」已經成為中臺灣的醫療重鎮，串連中部2家分院、4 座榮民之家，服務偏鄉民眾看診；屏東榮總攜手延華科技，開發行動智慧藥車搭配智慧手環，減少配藥錯誤的風險，並和其他醫療機構推動「線上聯醫」，串連病患看診資料。

數位孿生，讓醫療風險大大降低

數位孿生(Digital Twins) 字面上的意義即為本體以外的另一個虛擬的「雙胞胎」。數位孿生得力於IoT 技術成熟以及部署成本降低，使其應用開始發展並成熟。數位孿生有了IoT 所蒐集的數據，並集合相關技術，對應模組與實體之間的訊息，透過模擬以加強人類對物件與場景的了解。Research And Markets 預測數位孿生將在2027 年成為IoT 應用的標準功能；且全球數位孿生市場2025 年將達360 億美元，醫療領域將會是其中最大的成長動能。

數位孿生運用在醫療科技上的優點，為透過模擬降低人類承受醫療失誤的風險，藉此預測與試驗人體對於疾病感染與治療的狀況，找出客製化、高效率的疾病預防及治療方法，以提供個人化健康照護與醫療資源分配的最佳方案。

數位孿生在臨床試驗設計、藥物開發、手術模擬與醫療器材設計等項目，已有明確的應用情境。根據TAcc+ 指出，數位孿生的應用包括了「智慧胰腺」，即依據人體葡萄糖代謝數據模型與患者身上的感測器，調節血液中的胰島素；ARCHIMEDES 糖尿病模型可以推估患者的診斷、模擬治療方法與結果；兒科心臟的數位孿生模型可預測臨床症狀進而優化手術結果並評估血栓風險。

數位孿生更在Covid-19 全球爆發時為醫療做出了實質的貢獻，根據數位時代報導，英國的IoT 系統商IOTICS 採用數位孿生的技術，彙整倫敦各地醫院設備的IoT 數據，建構出倫敦市內即時的維生系統與緊急病床等關鍵醫療資源的即時使用狀況模型，做為英國國民保健署決策時參考使用。數位孿生彙整了生理、臨床數據與病史，讓醫界加快對Covid-19 的反應速度，增加研究單位對於人類生理機制與病毒的理解並且優化治療結果。雲端平臺業者OnScale 同樣針對Covid-19 展開了Project BreathEasy，以數位孿生技術，利用肺炎患者的核磁共振影像，建構病患肺部模型，藉此方便醫生以大量的病史與數據，模擬病患肺部氣流及血流等數值，預測病患最需要呼吸器的時間點，以決定該將呼吸器設備優先提供給哪些患者，藉此達到醫療資源最有效的分配。

各大醫療廠商近年來紛紛投入數位孿生的應用研發。根據經濟日報報導，國際知名醫療器材商西門子正開發與心臟相關的數位孿生技術，可模擬病患的心臟結構及數據，以便醫生預測病患對手術、導管、藥物等的反應，也可以透過數位孿生模擬各種療程。美國醫療公司Q Bio 的Gemini 系統透過掃描獲取身體數值，搭配使用基因測驗與病史，創建可解剖的生理模型，病患能將模型與醫療單位、個人訓練師和營養師等共享，更客製化個人的醫療照護，而當有新的掃描與測驗結果，病患的數位孿生模型也會得到即時相應的更新。

直至今日，數位孿生的發展最大的挑戰，在於蒐集人體數據，而這與感測器技術的發展與普及有關。今天已有不少穿戴設備，如健康手環與智慧手錶已經提供了略具規模的數據資料庫，未來可望透過貼片式健康監測裝置 (bio-stamp) 以收集更多樣的身體數據，透過這類的IoMT (Internet of Medical Things) 設備與系統，數位孿生可以更精準地建模，更進一步與元宇宙沈浸式的醫療場景結合，以更擬真的方式進行各類試驗，有效減低患者進行醫療行為的風險。

從教學到現場，從術前到術後，3D 列印應用無極限

3D 列印是利用加法概念，一層層地把想要成型的物件製作出來，為快速原型或積層製造。和前述的數位孿生不同之處，在於3D 列印可以實際製作出模型，實際讓醫療人員與病患「摸到」、「用到」、「感受到」。3D 列印可分為「建立電腦模型」以及「3D 列印機列印」兩大步驟。3D 列印應用在醫療科技上的優點在於可客製化、自動化且可應用於多種原材料。

根據健康醫療網報導，對於醫療人員來說，3D 列印在臨床、教學與研究上均能有廣泛應用。臨床上包括了術前規劃與模型製作，或當作整形外科、牙科與骨科等的術前參考模型應用；教學上可製作解剖構造說明模型，如肢體淋巴水腫、氣切說明教具等模型；研究上可協助臨床醫師利用醫學影像的幾何外型作研究，或協助醫護人員對於臨床醫療器材設計有實體模型可以作設計參考。對於病患來說，3D 列印最常運用在為病患量身打造的手術模型、經濟型的義肢、矯正鞋墊與矯形器，以及生物列印等等。

以醫療科別來說，骨科與神經外科最常使用3D 列印。一旦遇到骨折、側彎、變形等狀況，需要打骨釘固定，3D 列印便可以協助醫師避過脊椎一代密集的神經血管，避免損傷重要組織器官，特別是高難度的頸椎手術；因骨折造成組織變形需要手術重建的情況，也可以先用電腦斷層掃描影像，再以3D 列印產出病患病灶組織模型，提供術前演練，並開發客製化手術工具。

此外，傳統的護具因為只有幾個固定的尺寸，較難滿足不同身形病患的需求，特別是腰椎與頸椎的護具，3D 列印可客製化護具，不但較能符合個人身形與穿戴需求，且相較傳統護具更輕量、透氣、美觀，也更方便穿脫，容易清洗，不易發生壓瘡。

牙科與口腔科的矯正器、植牙與咬合相關材料和設備，同樣能借重3D 列印技術客製化訂做。比方無法透過齒列矯正手術來改善顎骨歪斜或比例不合諧的患者，可以用3D 列印生物相容性醫材，製作術中用定位咬板，即時檢視規劃，以便兼顧咬合、對稱與和諧比例的顎骨新位置，再搭配手術來做矯正。3D 列印也可以用於腫瘤治療上，當需要以手術切除腫瘤造成骨骼或是組織缺損時，便可以用3D 列印製作組織與骨骼。