摘要
●技術簡介：
此為一個透過APP針對憂鬱症患者的數位醫療方法，設計一創新的軟性PPG貼片，用於量測手腕的PPG訊號，可量測數週長期的PPG訊號；以及建立AI神經網路模型預測5個不同的憂鬱程度；並製作一個APP顯示憂鬱程度預測結果、建議之療程以及基於HRV的治療成效評估，提供憂鬱症患者、醫師方便使用與參考指標。
●技術之科學突破性：
根據世界衛生組織統計，憂鬱症影響全球約2.65億人口，其與自律神經系統有關的重要生理指標為心率變異分析(HRV)，其為衡量每次心跳之間時間變化的指標。已有多項研究指出憂鬱症與自律神經系統有關，重度憂鬱症患者有較低之HRV值。
鑑於目前幾乎所有之研究與產品皆使用ECG信號計算HRV，標準之動態心電監護儀(如Holter)可達成長時間連續量測ECG，但其不舒適且不便性降低患者使用意願。另外，穿戴式裝置如Apple Watch需將手指按壓於手錶，進行30秒之ECG量測以檢測HRV，無法於睡眠期間量測。已有研究指出ECG與PPG之HRV高度相關[1][2]，且PPG軟性貼片相較於ECG更易於蒐集，同時也增添舒適性，因此本技術採用PPG取代ECG用於HRV與憂鬱症程度之評估。在[6]中明確指出，軟性之感測貼片能於PPG量測時有效消除運動偽影，提高PPG信號品質，且使用者無須將手指按壓於手錶，睡眠期間也可量測。因此，本團隊所開發之一項基於PPG信號檢測HRV之AI演算法，並結合腕帶式可撓性PPG感測貼片與基於加速規之運動偽影消除演算法，可有效地消除運動偽影且精確地檢測HRV，且使用者無須將手指按壓於手錶，睡眠期間也可量測。
儘管目前已有一些非侵入性且即時的HRV感測及APP醫療系統用於感測使用者的HRV生理訊號回饋，且已證明以HRV-B在減緩憂鬱症狀上有不錯的成效，但該系統仍有感測裝置不便配戴、量測訊號品質不佳等問題。此外，雖然[11]提出PHQ-9和HRV之間有相當大的關聯性，但即時量測PPG訊號並計算HRV和預測PHQ-9憂鬱得分尚未有人成功做出。基於以上原因，我們所研發之PPG貼片可用於長時間量測蒐集高品質之訊號，且腕帶式貼片具有方便配戴、量測的優點，同時也儘量減少運動偽影的發生。利用即時量測之PPG訊號得到相關的HRV參數更可進一步輸入神經網路中預測PHQ-9/HDRS之憂鬱程度分級。
總之，此技術建立AI模型以HRV作為輸入預測PHQ-9和HDRS之分數，進而評估患者之憂鬱程度。接著在APP中設計有共振頻率呼吸、正念冥想、認知行為治療、行為活化治療等四種療法，並透過量測PPG訊號提供治療成效回饋以及即時輔助患者的精準醫療療程。此精準醫療並未見於任何文獻與產品，為世界首創。未來將通過IRB驗證，證明其優異成效，且所建立之數位醫療APP以準備好進行商業化。
●技術之產業應用性：
根據世界衛生組織指出全球共有2.65億人受到憂鬱症的影響，憂鬱症容易造成患者容易疲累、失眠從而使生產力下降以影響社會經濟，而憂鬱症患者的家人需要照護與承擔其所造成的影響，可能會衍生家庭失和、離婚、家庭暴力、兒童虐待等問題。因此，此技術可利用手腕PPG信號之心律變異數(HRV)所建構之AI model用於檢測憂鬱症程度(PHQ-9或HDRS (Hamilton Depression Rating Scale))，並且整合於APP以使得醫師能得知病患憂鬱程度且給予適當的療程。除此之外，APP提供on-line與off-line兩種模式，on-line模式可與醫師即時溝通以選擇適當的療程，而off-line模式是透過APP評估病患之憂鬱程度(PHQ-9或HDRS分數)並自動給予相對應的療程，且於介面引導病患執行療程。所開發之精準醫療並未見於任何文獻與產品。
Meru Health [1][2]與Deprexis [3]為知名治療憂鬱症之APP開發商，前者提供使用者10種療程，而後者提供12種療程。然而，Deprexis與Meru Health皆須使用者手動填寫PHQ-9問卷以得知其憂鬱症程度。此方式常受到填寫者主觀之影響，如填寫者故意誤導問卷結果，希望自己被認定為與事實不符之無憂鬱症或反之嚴重憂鬱症。目前世界上並無直接利用HRV以預測PHQ-9或HDRS分數的功能，來解決此一問題。趙昌博實驗室所開發的APP可透過腕帶式PPG貼片獲取HRV以估計PHQ-9或HDRS分數並給予相對應的療程，對使用者而言，此APP相較於Deprexis與Meru Health有效且精準許多。
另外，在感測器硬體相關技術發展方面，憂鬱症是透過HRV感測器進行檢測。如QardiaCore [4]、KardiaMobil [5]、ZioXT [6]、CardeaSolo [7]、VivaLNK [8]等公司為智慧可穿戴式醫療照護設備的領先製造商，這些醫療產品皆可完整記錄ECG波形進而獲取HRV，但其舒適度也造成使用者不願意長時間穿戴。即使是目前最新型的智能手錶如Apple watch [9]，亦只能採用以PPG輔助ECG量測之方式以獲取HRV，實因PPG信號容易產生運動偽影，而趙昌博實驗室所開發之腕帶式PPG可撓貼片不僅大幅地減少運動偽影，且增加使者的穿戴舒適性與方便性。