世界首創失智症前驅期腦波AI輔助診斷系統研發成果

新網記者歸鴻亭台北特稿
2021/12/8 下午 05:09:05 / 醫療保健

　在科技部長期支持下，國立臺灣科技大學機械系教授劉益宏帶領之跨域、跨國研發團隊，成功運用腦電波信號處理、 電子電路設計、人工智慧AI演算法等不同領域技術，再與認知神經科學專家與指標性醫學中心專科醫師共同合作研究，最後透過新創公司來進行產品化與跨醫學中心臨床驗證，開發全球首創「失智症前驅期腦波AI 精準輔助診斷系統」。此系統可精準、快速方便偵測失智症前驅期「輕度認知障礙」(Mild Cognitive Impairment, MCI)，讓銀髮族及早接受治療與介入， 可降低發展成失智症之風險。

國立臺灣科技大學機械系教授劉益宏在科技部支持下研發失智症前驅期腦波AI輔助診斷系統。(歸鴻亭攝影)

　科技部工程司司長李志鵬表示，根據國際失智症協會(ADI)年報告，全球失智症人口於2019年已達5,000萬，每3秒就有新增1位失智症患者，且於2050年時失智症人口將增長至1億4千9百萬人。臺灣失智症人口也不斷攀升。根據台灣失智症協會調查後推估，截至2020年底，臺灣65歲以上老人共3,787,315人，其中失智症有近30萬人，佔7.7%，亦即每12位老人就有1位失智者，而80歲以上的老人每5位當中即有1名罹患失智症。在全球邁入高齡化社會的同時，臺灣失智症人口也將持續攀升， 估計到了2025年，臺灣失智症人數會達到近38萬人。失智症當中， 「阿茲海默症」(Alzheimer's disease, AD)屬於退化型神經疾病，占所有型態失智症的60% ~ 80%，當今臨床尚無有效之治療藥物。失智症儼然成為銀髮族最擔心得到的疾病之一。

科技部工程司司長李志鵬(立者)臺灣失智症人口不斷攀升。(歸鴻亭攝影)

　「輕度認知障礙 」是發展至阿茲海默型失智症的高風險因子之一，因此被視為「前驅期」。以台灣為例，65歲以上老人推估有近70萬人患有MCI，約佔18%，亦即每5.5位老人當中即有一人罹患MCI。MCI被診斷之後5年內發展成失智症的比例高達32%。幸運的是，根據近期發表在不同知名期刊的臨床研究證據皆指出(包括刺胳針)，在MCI階段如果開始進行不同的藥物或非藥物治療介入、適合的生活型態管理、良好的心理健康維持、血壓與血糖的控制等，MCI發展成阿茲海默型失智症的風險可大幅降低。然而，患有MCI的老人通常不會察覺到此種在認知功能已經產生些微障礙的病症，因而不會主動前往醫療院所就診尋求醫療建議，也因此錯失了在MCI階段進行早期介入治療的黃金機會。此外，目前臨床上以問診，搭配神經心理（或神經認知）量表測驗，日常生活功能量表自我評估等方式為主，進行輕度認知障礙的診斷，缺乏客觀生理特徵變化的佐證，常使此類高風險個案低估未來轉換成失智症的風險。

劉益宏說明台灣每5.5位老人當中即有1人罹患失智症前驅期「輕度認知障礙」。(歸鴻亭攝影)

　為解決此痛點，劉益宏自2017年起，就開始與台北榮民總醫院精神醫學部老年精神科主任蔡佳芬及東京大學國際神經智能研究中心教授吳建德准針對阿茲海默失智症與輕度認知障礙的腦波AI輔助診斷進行研究。劉教授在最核心的AI演算法部分研發了腦波多重非線性特徵解碼技術，並利用機器學習演算法自動鑑定出大腦最具MCI敏感性的關鍵腦區，最後再利用自行開發優於過去方法的腦波分類演算法方法將腦波特徵自動分類。透過80位受試者腦波分析與驗證，達到了90%的MCI判讀準確率，相關研究成果已陸續發表3篇國際期刊論文，在當今全球MCI腦波研究上，取得了準確率的領先。

台北榮民總醫院精神醫學部老年精神科主任蔡佳芬介紹「輕度認知障礙 」。(歸鴻亭攝影)

　整個輕度認知障礙腦波AI輔助系統包括3大部分，包括感測端、硬體端、軟體端。首先，利用置於頭皮表面的電極來量測腦波（感測器端），接著利用腦波機(硬體端)將腦波類比訊號進行處理，最後將腦波數位訊號傳送到電腦端經由AI演算法解碼與分類（軟體端），最終輸出檢測結果，即完成了整個腦波量測與判讀流程。整套系統具有方便（僅需要配戴8顆電極）、安全(非侵入式量測且無傷害)、快速（僅需量測120秒腦波）、準確（已達到90%以上的MCI與AD偵測率）等優點。相較於其他神經造影方式（例如功能性磁振造影functional MRI)，劉益宏所研發的系統具有更低價、更快速、更方便攜帶之優勢，非常適合用於MCI之快速篩檢。此技術之優越性可從競爭對手分析得知，不論是在美國FDA還是台灣TFDA，目前皆沒有腦波輔助診斷輕度認知障礙之醫療器材上市。