工研院生醫團隊開發手持式超音波 建立技術自主能力

工研院生醫所李建儒經理團隊透過8年自主研發，將國內的醫療超音波技術追上國外大廠，更期望透過強悍的軟硬體實力，使台灣成為全球手持醫療超音波技術的輸出重鎮。

過去提到台灣的醫材產業，第一時間聯想到的不是拋棄式耗材，就是進入門檻低的檢測裝置。為了扭轉這種劣勢，工研院生醫所經理李建儒回憶，政府在民國100（2011）年左右開啟了「高階醫材計畫」以及「工業基礎技術計畫」，瞄準四種高階醫療影像技術：X光、超音波、電腦斷層（CT）與核磁共振（MRI），希望能建立台灣廠商在這些領域中的自主技術能力。

其中李建儒所承接的，是超音波診斷設備內部的晶片與系統設計開發。「當初做這個計畫的部分目標也是進口替代，至少讓台灣可以切進相關供應鏈，」李建儒不諱言，國際大廠如奇異（GE）、西門子（SIEMENS）、飛利浦（PHILIPS）在醫學影像產業已有多年布局，台灣想要突圍，除了善用既有優勢、也就是在半導體、ICT產業所累積的電路晶片設計與硬體製造整合能力外，更得選對戰場，以免最後徒勞無功。

經過詳盡專利分析，團隊看到超音波產業切入點

知己知彼，百戰不殆。由於醫療用超音波已使用多年，在研發計畫啟動前的專利分析中，李建儒發現三大廠商的專利佈局雖然很綿密，但基礎的訊號處理和成像技術都已經超過20年的效期，進入公眾領域。他解釋，「專利的效期結束後，這些都變成習知技術，每個人都能自由、免費使用。」

「我們的任務就是把基礎建設做起來，讓廠商之後能順利承接，」李建儒解釋，團隊的開發目標為超音波發射、接收晶片功能必須與國際大廠完全相容，而系統也必須具備產業利用和學術研究的共通性──換句話說，就是建立台灣自行生產製造超音波設備的能力。「當時我們的重點放在傳統機台，成像規格也設在較高的128通道；最早開始的系統建置就花了快4年半，後續晶片跟成像演算法開發也花了快4年。」他計算，光是要把基礎建設搭建起來，前後就耗費了將近8年。

這段練功期雖然漫長，卻對日後開發手持式超音波大有助益。2020年時，李建儒的團隊執行新的科專計劃，要把原本在醫療院所使用的大型超音波機台，小型化至可以放在口袋的手持裝置。李建儒解釋，「簡單來說，這個計劃的就是讓超音波診斷走出醫院、走進社區或偏鄉，成為醫生能隨身攜帶的第二聽診器。」

由於團隊已經具備超音波系統的完整建置能力，要開發出實際產品並不困難，在接到計劃後的半年內就做出了第一個雛形。「為了散熱效果，我們一開始用金屬外殼，所以體積跟重量也都偏大，成像訊號也只有32個通道，」李建儒補充，在往後的三年內，大約每半年就完成一次升級，現在已經能在手持裝置上做到128通道、單探頭改為線性（linear）與弧形（convex）雙探頭、體積跟重量更是大幅改善。

開發手持式超音波，能耗控制是一大挑戰

比較固定機台與手持裝置的差異，李建儒認為，後者必須在成像品質以外，再把設備的運作能耗和體積重量一併規劃。「如果通道數愈多，就必須放入更多的類比數位轉換處理晶片，這樣能耗就會提高、使用時間也變短；如果不想犧牲通道數、又要拉長使用時間，就只能把電池容量加大，但整個裝置又會變得更重，不好使用。」

能夠同時解決那麼多痛點，靠的還是專利分析與技術基本功。李建儒解釋，在事前的專利分析中，除了看到眾多基礎技術已進入公眾領域，也發現國際大廠的專利布局重點已經轉移到提升成像演算法效率與晶片整合上，所以早在系統開發階段也同時進行相關研究。「我們花了很多力氣改善演算法，」他舉例，在相同的成像品質要求下，如果能夠降低演算複雜度，系統就能以較少的步驟完成任務，間接降低能耗。

另一個能延長裝置使用時間的關鍵在於電源控制機制。操作者進行超音波檢測時，並非一直使用設備，而是間斷式的操作、暫停。這些短短幾秒鐘的停頓，在李建儒看來都是電力的無謂浪費。「在能耗控制上，我們真的是分秒必爭，」他利用裝置運作和暫停時探頭回波訊號的差異，設計出自適性電源控制機制，讓原本連續操作下的一個小時使用時間，再延長40分鐘。

隨著產品不斷改良，也開始有廠商找上門尋求合作。2022年，這項手持式超音波裝置技術順利與迅易科技完成技術移轉，再由迅易科技轉投資成立迅易醫材，承接後續的產品開發。「他們原本是在車用電子產業，在大股東支持下轉型切入醫療器材，而且已經有美國的電商通路支持，才找上我們，」李建儒說。

有意思的是，工研院並沒有賣斷這項技術，而是以非專屬授權的方式與迅易科技合作，意味著同樣的技術方案仍然可能被其他廠商使用。「為了讓對方能接受，一開始我們確實溝通很久，」李建儒坦承，對於非專屬授權，廠商難免有「培養競爭者」的疑慮，「但我們告訴廠商，如果要採專屬授權，就必須先進行技術鑑價，還要通過一層層審核，時間、金錢上都不划算；而且一旦授權出去，我們就不能再進行後續研究，更無法對廠商提供衍生服務。」

說服廠商接受非專屬授權，創造更多合作價值

相反地，若使用非專屬授權，廠商的權利金負擔就能減輕，而且後續還能以委託的方式與李建儒的團隊繼續合作。「在這種合作模式下的新開發成果，就能完全屬於廠商，」李建儒補充，在授權完成後，雙方仍然在成像演算法優化、裝置機構設計上共同開發。

至於團隊本身，也沒有停止對於超音波診斷技術的研究。在AI應用上，李建儒團隊陸續開發了膀胱內餘尿還有瀰漫性肝病變檢測；著眼於5G通訊標準對遠距醫療的助益，他也開發出可由遠端醫師引導現場超音波操作員的協同檢測系統，並已取台灣、日本專利。「遠端的專科醫師可以透過聲音、影像等方式，要求現場檢測者調整探頭的角度或移動方向，以獲得更好的影像擷取效率，」李建儒補充，在頻寬充足的條件下，從前端檢測到後端專科醫師的時間延遲，已經能控制在2秒鐘內。

不過，李建儒真正念茲在茲的，還是跟國際大廠間的距離。「2021年底，GE也推出了手持式超音波設備，一樣是雙探頭、可以在手機上用App顯示成像，而且重量還更輕！」他認為，從前端的探頭與晶片整合（Ultrasound on Chip）到後端的成像技術，現有的超音波系統還有很大的精進空間。「例如現在我們用的FPGA很耗費運算能量，如果可以開發出特用晶片（ASIC）代替，晶片體積跟能耗就能改善，整個超音波裝置的效能也可以再提升。」

「既然在台灣從IC設計製造到硬體機構整合都可以做到，我們沒有理由不走下去，」李建儒說。

李建儒小檔案

來源：新創幫網站、李建儒

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