偶看新闻武警新式内腰带:醫學工程學門規劃書
来源：百度文库 编辑：偶看新闻 时间：2024/04/30 11:14:38
醫學工程學門規劃書
中華民國98年5月
規劃委員名單
學門召集人: 台灣大學
規劃委員(依姓名筆劃排序)
中原大學
成功大學
成功大學
成功大學
弘光科技大學
台灣大學
台灣大學
成功大學
中原大學
目 錄
壹、前言----------------------------------------------------------------------------------------------- 5
貳、醫用電子領域--------------------------------------------------------------------------------- 7
一、前言----------------------------------------------------------------------------- 7
二、重點研究------------------------------------------------------------------------ 7
(一) 無線身體感測網路----------------------------------------- 7
(二) 非侵入量測技術------------------------------------------ 10
(三) 無線傳能植入晶片---------------------------------------- 13
(四) 微小化感測技術------------------------------------------ 17
(五)非侵入式影像導引治療系統技術---------------------------- 20
三、結論---------------------------------------------------------------------------- 22
參、生物力學及殘障輔具領域-------------------------------------------------------------- 23
一、前言---------------------------------------------------------------------------- 23
二、重點研究---------------------------------------------------------------------- 24
（一）細胞／組織工程----------------------------------------- 24
（二）骨科與復健生物力學------------------------------------- 25
（三）牙科生物力學------------------------------------------- 27
（四）生物流體力學------------------------------------------- 28
（五）科技輔具與健康器材------------------------------------- 28
三、結論---------------------------------------------------------------------------- 30
肆、生醫材料領域------------------------------------------------------------------------------- 31
一、前言---------------------------------------------------------------------------- 31
二、重點研究---------------------------------------------------------------------- 34
(一) 前瞻性生醫材料之研發------------------------------------ 34
(二) 再生醫學之應用與探討------------------------------------ 36
(三) 幹細胞與組織工程之發展--------------------------------- 37
(四) 奈米藥物傳輸之結合與應用------------------------------- 38
三、結論---------------------------------------------------------------------------- 39
伍、醫學資訊領域------------------------------------------------------------------------------- 40
一、 前言-------------------------------------------------------------------------- 40
二、 重點研究--------------------------------------------------------------------- 40
（一） 醫學影像及訊號處理------------------------------------ 40
（二）醫學成像技術與應用------------------------------------- 48
（三）電腦輔助醫療技術--------------------------------------- 56
（四）醫用資訊系統------------------------------------------- 60
（五）生物資訊----------------------------------------------- 64
三、結論---------------------------------------------------------------------------- 75
壹、前言
隨著全球人口高齡化之趨勢及政府近年來大力扶植醫療器材產業，醫療器材產業是一種技術密集、資金密集、也是勞力密集的產業，該產業由於附加價值高，因此受到世界各國之重視，紛紛投下可觀的人力、物力及財力，積極發展相關產業。
生醫工程科技對於醫療產業之升級與病人診療均有相當密切的關聯，生醫科技被列為國家十二重點科技之一，兩兆雙星重大產業所明定之十大新興產業與八大關鍵性技術。全球知名的麻省理工學院管理經濟學家梭羅更指出為醫學科技、電子科技、生物科技、奈米科技、生物光電、電信資訊、新材料與智慧型機械人等重大科技的發展與互動，已啟動了第三次工業革命。行政院經建會規劃在高鐵新竹站特區內設置「生物醫學科學園區」，以推動國內生物醫學科技研發及促進相關產業升級。因應此世界需求及國家產業發展需要，未來產業界對生醫科技之知識需求量將快速成長，工業技術研究院已成立生醫工程中心，國家衛生研究院同時成立醫學工程組，以推動相關基礎與應用研發，竹北及路竹科學園區，也積極成立醫療器材專區，擬在未來醫療器材產業，扮演全球重要生產角色。
國科會扮演產業研發之上游，對於協助國內醫療電子產業升級發展及技術生根有很重要的責任。除了產業之需求外，國科會對於基礎研發及學理探討更應重視，以達到探索新知之目的。
本規劃書邀請國內之相關學者專家，分成四各領域依序為: (1) 醫用電子, (2) 生物力學及殘障輔具, (3) 生醫材料, (4) 醫學資訊，規畫出未來之研究重點，兼顧基礎研究及產業需求，在結合臨床需求及技術發展之前提，鼓勵醫學臨床人員與工程研發人員之密切互動，並形成跨領域之研發團隊，以期提昇我國在醫學工程研究及醫療器材工業領域之研發水準。
貳、醫用電子領域
一、前言
本醫學電子(Medical Electronics)領域所稱之「重點研究項目」係指目前在學術領域較受廣泛注意之研究議題，本醫學電子領域所列舉之研究議題僅供參考，並不限制其他可能的研究主題。
二、重點研究
(一) 無線身體感測網路
(a) 全球研究、發展現況及未來發展趨勢
1. 全球之發展現況及未來發展趨勢
隨著個人電腦的普及與手機的盛行，有線和無線傳輸與我們的生活密不可分，應用層面愈來愈寬廣。為了避免網路等連線過於凌亂，自西元2000年前後，國際電子電機工程 ( IEEE ) 協會訂定許多無線通訊規範，帶動國際相關產業發展，例如藍芽取代有線滑鼠、耳機等。隨後有無線區域網路 ( LAN )、都會網路 ( MAN )、無線室內網路，到目前的無線人體網路 ( BAN )，可擷取人體相關資訊，並提供醫療服務。
當區域有線網路發展成無線網路之後，相關半導體感測器的發展亦日趨成熟，結合感測器於區域無線網路為當今熱門的研究領域。例如：遠端監測農村果園或菜園的果蠅活動。同樣地，無線感測器亦應用在人體的檢測方面，可分為體內與體外兩大類。體內應用最早首推五年前發展的無線膠囊內視鏡，由口腔進入胃腸，至排出體外，費時八小時，送出數千張照片，提供間歇性出血病變資訊或體內定位治療之功能。由於體內的無線感測器發展到臨床應用，費時冗長。因此，非侵入式的體外無線感測器的發展，如雨後春筍般被廣泛地深入研究。從簡單的無線傳送體溫、呼吸、血壓、脈搏、心電圖、腦波等，到姿態、情緒、尿液、糖尿病分析等項目的發展與改良。
最近無線身體感測網路 ( WBSN ) 的發展，更顯現出其重要且應用面廣泛的研究領域。利用行動電話與網路基礎，提供健康照護的通用平台設計與製作，相繼大量提出。此項特別的網路包含許多異質感測器，它們擁有資料的傳送、處理及儲存等功能，應用在居家監管、環境監控、軍用監督、優質生活、智慧交通運輸、健康照護及其他產業服務等。基本上，平台架構包含三個層面：感測、通訊與管理。穿戴式感測器，係在不影響正常活動與舒適度下監測器官訊號；通訊層次係將數據及指令經由有線或無線方式，作為感測器與管理系統的橋梁；管理層面係負責資料處理、制定決策與功能估算，包含器官訊號處理、特徵擷取、潛在危險評估等。一個通用的平台必須提供規格化、模組性、擴充性與替代性的功能，擁有長期有效的健康照護與重要器官部位訊號監測。
(b) 我國發展無線身體感測網路技術之SWOT分析
1. 優勢
(1)我國於半導體技術獨步全球，從晶圓代工、封裝到測試等已結合成強而有力的群聚效應，能快速大量生產高品質之產品，深具全球競爭力。
(2)矽導計劃多年來的實施，無論於數位、類比與射頻電路，均為國內培養大量的IC設計人才，無線身體感測網路需結合各領域之研發人才，如此完整且素質極高的研發人員，使我國發展此計劃深具競爭力。
(3)政府多年來鼓勵跨領域之研究計劃，醫學、化工、電子、資訊、工科與機械等學系，多年來互相合作，已培養良好的默契，如此能迅速且準確完成無線身體感測網路技術的研發與生產。
(4)我國資訊產業十分發達，網路與無線傳輸的覆蓋率極高，十分適合發展無線身體感測網路。
2. 劣勢
(1)我國過去於電子醫療儀器研發上投資不足，在電子醫療儀器上落後少數領先國家。
(2)經費缺乏，大部份來源為國科會計畫補助。
(3)產業界大多集中於消費性電子的生產與研發，僅有少數小公司從事醫療電子的生產與研發。
(4)學術資源不足，研究人力缺乏，相關領域之碩、博士學生極少。
3. 機會
(1)戰後嬰兒潮已邁入老年，大量人口對醫療需求，將使得醫學電子市場極大且極其重要。
(2)我國網路與無線傳輸設備發達，對於遠距看護的發展基礎穩固，無線身體感測網路足以發揮其效能與優勢。
(3)目前我國於半導體技術領先其它國家極大，發展無線身體感測網路其它國家難以在短時間内超越。
4. 威脅
(1) 許多國家積極投入、扶植其醫學電子產業。
(2) 學術研究人力流失，大多優秀之國內學生選擇對就業較有利之消費性電子相關研究，不易尋覓優秀且有研究能力之新進人才。
(3) 全球各大醫療電子儀器大廠積極投入無線身體感測網路之研發，以其品牌之優勢，易於快速掌握整個市場。
(c) 規劃重點，推動策略及預期效益
近年來隨著科技的進步，人們對優質的生活環境及健康身體的追求，愈為迫切。雖然醫療單位持續增加，但是對於及早發現病因或根除病源的技巧，仍有待持續精進與發展。因此，發展無線身體感測網路系統，可在不影響受測者生活下，監控並瞭解受測者生理狀況，透過有線或無線網際網路與全國醫療體系連接，配合
未來無線身體感測網路系統之研究成果，將可持續提供在居家環境上的使用，如造成登革熱的埃及斑蚊或引發 SARS 的家禽之監控，根除危害人體或家畜及農作物之病蟲害。因此，提供符合居家舒適配置與需求，結合人體生理醫學資訊擷取與處理，透過居家無線網路與外部有線網路連結醫療體系，發展安全舒適的居家生活與戶外活動安全，永續提昇人類優質生活品質及工作效能。根據數據統計，過去一百年人類壽命平均增加二十六歲，希望未來經由無線身體感測網路的成果問世，能減少許多急性病症的悲劇，使得人類的夀命隨著科技進步增加，讓生活在世上的每一個人，擁有健康的身體去享受多采多姿的人生。
(二) 非侵入量測技術
(a) 全球研究、發展現況及未來發展趨勢
1. 全球之發展現況及未來發展趨勢
非侵入量測技術應用於醫學儀器與設備上已經有悠久的歷史，以複雜度來說，小從血壓計至大型貴重儀器，例如，CT、MRI等，皆屬於此一範疇。非侵入量測技術是透過不同的生醫感測器(biosensor)主動或被動地擷取原始信號後，經過數學模型轉換而得之生理信號。生醫感測器設計的好壞，最直接影響截取信號的品質。因此，能掌握生醫感測器的技術在非侵入量測技術的範疇中最為重要，也是最關鍵的技術。
目前生醫感測器使用上以換能器(transducer)來轉換光學、壓電、電化學、溫度或者電磁等物理化學方式，用能量轉換的方式來量測生理信號，此一方式為目前全球最多人使用。在全球研究上遇到最大的瓶頸是如何提昇信號的解析度以及轉換演算法的改良，以改善量測的準確率。在發展現況方面，非侵入量測技術已朝向跨領域的結合，例如，目前利用半導體技術結合感測器為當今熱門的研究領域，特別是無線感測器；另外，結合奈米生物工程與微機電技術製作敏感性生物感測器也是熱門研究。若是能掌握關鍵技術並進而改善生醫感測器有助提昇量測準確率。
近年來，由於醫療照護已逐漸朝向個人化，因此一些非侵入量測技術的應用，已由做為醫療診斷的目的逐漸轉型到一般使用。目前最為成功的產品為血壓計。台灣製造的血壓計在全球市占率的56%，其實就是掌握台灣先天電子產業的優良環境，在廠商積極努力下而得來的成果。全球各研究團隊不斷地將非侵入量測技術擴及到，例如，心電圖與腦波儀等應用到一般家庭使用。在整體市場上有逐漸轉型成為消費性產品的趨勢。
(b) 我國發展非侵入量測技術之SWOT分析
1. 優勢
(1) 國內的精密模具、關鍵零組件以及半導體等技術均領先全球，因此非常適合投入非侵入量測技術的零組件之研發。
(2) 國內在消費性電子產業的垂直整合十分成熟，非常適合將非侵入量測技術用於醫療電子產品上。
(3) 近年來，學術界陸續投入跨領域合作之研究計畫，在非侵入量測技術研發進行相當多的前期研究，已累計不少研發能量，有利於加速導入產業界。
2. 劣勢
(1) 目前非侵入量測技術的設備還是由國際大廠為主，由於投入研發需要大量的資金，加上國內廠商多為中小企業為主，在經費上明顯不足。
(2) 國內對於系統整合與感測技術仍落後國外有一段距離。
(3) 醫療器材品質管理規範與試驗認證制度在國內才剛起步，有必要加快腳步建立其環境。
3. 機會
(1) 在全球化的影響下，世界先進國家未來將面臨高齡化的社會，對於醫療產業的需求會逐漸增加，市場範圍將會擴大。
(2) 近年來，由於個人化健康照護的需求（例如，居家照護）大增，原本屬於醫療範疇的產品將轉型成為消費性的醫療電子產品，台灣廠商對於開發此一新的領域將是一大利基。
4. 威脅
(1) 在全球化的趨勢，國外廠商利用行銷以及品牌之優勢，容易掌握整體國際醫療儀器的市場。
(2) 國外大廠長期投資的策略造成使用者醫院對於原有品牌忠誠品牌度難以撼動，在使用者對於新產品的信賴度與認同不足下，容易會造成產品在行銷上將面臨很大的挑戰。
(3) 由於我國的電子產業人才缺口仍十分龐大，加上平均薪資遠高醫療產業，因此造成非常嚴重的人才排擠效應。
(c) 規劃重點，推動策略及預期效益
台灣在非侵入量測的醫療儀器的基礎建設與產業規模尚未達到一定程度的規模經濟，另外醫療儀器要能上市販售需要經過許多試驗認證，因此需要非常龐大的資金以及長時間開發。國內對於醫療儀器產業的上下游整合並未成熟，因此在整合性解決方案以及架構或操作過於複雜的設備的研發上仍無法與國際大廠競爭。因此在規劃重點方面，可以選擇精密模具、關鍵零組件以及半導體等領先技術作為發展基礎，進而轉投資來進行非侵入量測技術之相關模組之研發。在規劃初期應避免「重裝備」的醫療設備之開發，待各方面條件都成熟後，方可考慮進軍大型醫療儀器設備。
在推動策略規劃重點方面，特別是針對關鍵的零組件技術等掌握，例如：精密模具、感測零組件、模組元件（例如，超音波探頭）、耗材(例如，電極)、等功能性之生理感測元件為主要發展目標。另一方面，非侵入量測技術之應用已從醫療等級逐漸地往消費性商品發展，全球醫療廠商都在觀望這一塊新興的市場。台灣在消費性電子產業有著雄厚的研發實力以及完善的基礎建設，因此另外一個規劃重點應朝向消費性電子商品之應用，並且有機會可以建立自我品牌，以提高使用者對於品牌的認同性，以取代過去的代工模式。
在預期效益方面，雖然此領域的商業模式尚未成熟，但是憑藉著台灣過去的經驗，以現階段來說，預期可創造機會成本遠高的非侵入量測技術的產品研發。特別針對消費性醫療電子這一方面，國內廠商可以趁機會自創品牌將「醫療用」的產品演變成「一般用」的產品，如此便可創造新的應
(三) 無線傳能植入晶片
(a) 全球研究、發展現況及未來發展趨勢
1. 全球之發展現況及未來發展趨勢
近年來隨著人類社會漸漸步入高齡化的社會、以及對身心殘障人士的人道照護觀念的提升，許多植入型醫療裝置亦隨著人類生活上的需要被提出，用於治療並改善被照護者的生活自主性與生活品質。相對於一般體外的生醫檢測裝置，植入式生醫裝置必需具備相對嚴格與精密的標準，以保障患者的生命安全。同時，由於植入式生醫裝置在進行安裝時，需要安排相當縝密的術前評估、規劃，以及術後的追蹤與觀察，該裝置必需具備與體外儀器溝通與能由醫事專業人員進行設定的能力，因此無線通訊是植入式裝置需擁有的功能之一。
為了使手術上的方便與提高患者的舒適性，植入型醫療器材必需具備有體積小與生物相容性之特性，然而小體積也同時限制了該裝置所使用電池之電容量，由於有限的電量將進一步限制了該裝置的使用年限，以一般的心臟節律器而言，其電池壽命通常介於五至十五年之間，端看該節律器對患者心臟之調節頻律而定。當電池壽命即將耗盡時，病人仍需進行一次手術以更新電池或節律器，然而該手術與節律器以目前技術與醫師的手術過程而言，所費仍然相當高昂。在裝置之電源即將耗竭之前，以適當的方式在外部提供額外電源，該電力補充過程可能由醫生或患者本身完成，藉由充電之方式恢復電池之電力，以達致節約手術與裝置成本及避免術後感染之目的。
除了較為知名的心臟節律器或起搏器外，仍有許多的植入式裝置持續發展中以之造福人類，例如：耳蝸植入式之助聽器、人工視網膜、中風患者的肌肉電刺激復健、脊髓損傷患者的膀胱控制器、帕金森氏症患者之深層腦神經刺激器等，均需直接或間接地將電極或儀器置入至患者體內以進行神經細胞之刺激或生理訊號之感測，因而除了有限的電池能量外，以極近距離之電磁耦合線圈或使用較遠距離之電磁波傳播方式與植入式裝置進行訊號與能量之傳遞，將有助於提供額外的能量補充予植入式裝置，藉以延長該裝置之使用年限，以減少或避免昂貴且繁複的手術之費用與程序，以達成造福相關患者的目標。
(b) 我國發展非侵入量測技術之SWOT分析
1. 優勢
(1)台灣的半導體產業聚落上中下游十分完整，無論是類比、數位、射頻、微波、微機電等IC製程均提供齊全之支援，對於醫療產業之電子醫療器材之設計與製作將可提供相當之助益與快速量產上市之奧援。
(2)國內產研學界均致力於培養符合未來國家目標之電路與IC設計人材，在類比訊號量測與無線通訊系統上的發展不遺餘力，使得在生醫電子的發展上十分具有潛力。
(3)國內手機業者在手機通訊與安全規範之量測已具有相當之經驗，在若干與生醫裝置相容之安全規範量測上將可提供適當之臂助，以減少其摸索之時間。
(4)國內類比電源IC設計業已逐漸在國際展露頭角並占有一席之地，而且RFID晶片的生產製造以臻成熟，藉助這些力量，可使得植入式傳能晶片在短期內開發完成，以促進植入式醫療電子器材之發展。
2. 劣勢
(1)目前主要植入式電子裝置還是由國外大廠所主導，國內業者對這一方面之耕耘尚淺，有待國內相關醫療產業注意此方面之研究。
(2)國內植入式醫療電子發展大都依賴學研界較為分散的主題的研究，整體的系統規劃與發展仍缺乏一強而有力的機構主導，使得研究力量分散而無法集中突破。
(3)消費型電子產業國內企業投入相當多亦十分成熟，唯醫療電子仍是一塊尚待努力之地，其相對嚴格的規格與安全標準將是需要相關單位克服的目標。
(4)系統性分析傳能晶片所面對的瓶頸與困難仍缺少，大多遵照國外所發表論文為依據，有待相關研究單位努力提高國內醫療產業發展的能見度。
3. 機會
(1)先進國家均十分重視醫療產業及其所能帶來的便利與福趾，同時國內也即將面臨高齡社會的到來，相關醫療輔助治療器材的市場將日趨成長，提早切入將有機會占有一席之地。
(2)文明社會所帶來之文明病與慢性病將影響社會人口的健康，以妥適電子裝置以行照顧與治療將可提升整體之生活品質。
(3)配合國內成熟之電機電子半導體產業發展，將有機會趕上國外之醫療水平，同時獨立自主免於依賴國外技術。
4. 威脅
(1)先進國家莫不以醫療產業為其重點產業，大力扶植與發展將使得國內技術更難以追趕。
(2)國內優秀研發人力大多投入具有較高收入的消費性電機電子半導體產業，將對較冷門而技術水準較高的醫療產業產生排擠效應，使得優秀人材不易尋覓。
(c) 規劃重點，推動策略及預期效益
當科技發展到一定水平，將促使人類轉而追求健康而健全的生活品質，對於由於意外或老化所造成之身心疾病之相關族群的照護也隨著社會福利意識覺醒而提升，如何改善這些族群的生活品質兼顧社會發展以免造成親友與政府負擔將是高齡化社會所必需面對的問題。而醫療電子的發展將是以兼顧方便性、功能性與節省人力成本為主要目標，無線傳能晶片通常需整合了感測器、電極、無線通訊、類比訊號量測、數位訊號處理、傳輸天線與線圈等多領域之整合，複雜而跨領域之生醫電子裝置最佳的利基點將建立於最適合之應用面上。
無線傳能晶片在消極面，為減少重症患者相關器官的退化所造成的不便，在積極面則為配合生醫工程配合細胞工程重建患者器官之功能，使其恢復為接近或等同於健康成人將是未來的醫學工程所需達到的標的，過程中所需要的相關醫療器材與電子電路將幫助相關族群的健康恢復與生活品質的提升，當醫療技術的進步使人類壽命延長的同時，也能幫助人類維持對等的健全身體，享受長壽而健康自主的人生。
(四) 微小化感測技術
(a) 全球研究、發展現況及未來發展趨勢
在二十一世紀的現代人，由於物質上的不虞匱乏且生活富裕，造成了許多的文明病。醫療研究在最近有相當大的突破性進展，尤其醫療器材等方面有明顯的進步，醫療技術之所以有如此神速的進步，微小而精密的生理感測器絕對是幕後功臣之一。而由於感測技術的進步，提供了許多重要且準確的生理數據，使得醫生減少於就診患者病情的誤判。因此，發展出一套快速又精準，且檢體使用量少的微小化生理感測系統，將會對於醫療上增加方便性並縮短診療時間，甚至可以達到早期發現，早期治療的目的。微小化感測技術不僅可提供治療上之生理數據，近年來更可應用於預防醫學，提供使用者長期之生理監測，以減少疾病發生之機會。
近年來隨著微型化製程技術之發展，各式微小化感測元件及系統已被學術界及產業界所研發。微小化感測技術除更輕、薄、短、小之外，並具有高精密度、高頻率響應、高靈敏度、均勻性佳、可陣列化、批次製造等特性，因此包括航空、汽車、光電、通訊、生醫等產業都有其相關應用，而其中又以生醫產業應用最受矚目。微機電系統及奈米系統技術(奈微米機電系統)提供了各式微型化技術，若結合感測技術及感測材料，則可製作出各式之微型化感測系統。近來由於生物醫學技術的發展，使得奈微米機電系統大量應用於微型化感測系統。奈微米機電製程技術之成熟已在許多不同的領域中有顯著的發展，尤其在微小化快速生醫檢測分析更扮演了十分鐘要的推手角色。藉由奈微米機電技術所生產之生醫檢測晶片，其具有高檢測效能、可拋棄式、可攜帶性、低樣品及檢體消耗量、低耗能、體積小以及成本低等優點。尤其以整合全程系統於同一晶片上之設計，最具學術發展潛力以及市場價值。
微小化感測技術在生醫電子領域之可能應用包括慢性病及新陳代謝疾病之長期監測、癌症之早期發現、傳染性疾病之早期監測、遺傳性疾病之篩選、分散式照顧，個人化醫療及慢性病長期照顧。近年來此種微小化感測技術更應用於數位家庭及睡眠醫學等領域，提供使用者更舒適之居住環境。
(b) 我國發展微小化感測技術之SWOT分析
1. 優勢
(1) 擁有堅強的研發團隊及完整的晶片系統製造技術
(2) 有成熟晶片設計能力
(3) 有豐富儀器研發製造能力
(4) 有自主開發整合系統產品能力
(5) 已有國內生物系統公司及生醫電子公司有意願參與
(6) 市場尚在嬰兒期，成長空間極大
2. 劣勢
(1) 投入成本及高，研發及回收期長
(2) 專利地雷極多
(3) FDA申請經驗不足
(4) 國際市場開發能力不足
(5) 研發跨領域人才不足
3. 機會
(1) 微小化感測技術能造成相關製造業進行升級，對我國未來發展可助益良多
(2) 我國製造業之管理型態彈性佳，極適合少量多樣的生產
(3) 民間資金投資意願高於其他產業
(4) 產品多樣性，不易有單一產品，易產生利基型產品
(5) 微小化感測技術產值大
(6) 政府政策鼓勵及民間有高度興趣
4. 威脅
(1) 技術轉移花費高
(2) 政府補助限制多
(3) 國外廠商目前正積極進行相關大型研發計劃
(4) 國內投入研發資金不足
(c) 規劃重點，推動策略及預期效益
如何應用跨領域之技術結合微型化製程技術，設計及製作各式有線或無線，體外或侵入式之各式微小化感測器，並建立其在生醫領域之特殊應用模式是研發規劃重點，其中感測器與控制元件之整合，異質基材之整合，甚至結合無線通訊號及訊號處理功能之整合型生醫感測元件/系統是目前學界及產業界之研發目標及規劃方向。
推動策略上宜鼓勵跨領域之合作，結合不同專長之研究人員(包含不同領域之工程人員及臨床醫生)，共同研發具有學術創新及產業價值之微小化生醫感測技術。預期此領域之研究將可在遠端分散式照顧，個人化醫療，慢性病照護等重大應用產生革命性之影響。
(五)非侵入式影像導引治療系統技術
(a) 全球研究、發展現況及未來發展趨勢
下一世代的癌症腫瘤治療系統將會結合影像系統,奈米微粒與治療系統為一體。藉由奈米顆粒包覆抗癌藥物,影像對比劑,特殊抗體等物質,使其在腫瘤表層及其附近濃度較高。再藉由超音波或電磁波等物理方式將藥物釋放及強化在腫瘤區域的劑量。同時此種物理方式能將波能導入奈米顆粒難以進入之低血流量的腫瘤區域,達到熱手術治療。整個癌症腫瘤將能有效做治療。另外整體治療過程及奈米藥物或熱劑量均在影像系統的監控下進行。當下即能控制確認治療效果。除奈米顆粒為靜脈注射外,其餘均為非侵入方式。治療過程中,病人無痛不流血,且治療完後,即可出院。目前通過美國FDA為MRI結合聚焦超音波用於子宮肌瘤的熱手術系統。此系統是利用MRI做引導,定位及溫度量測,整個治療規劃,過程,及其有效治療區與可能造成的副作用均在MRI監視器上看的一清二楚。
上面所提之案例是GE子公司InSightec結合哈佛醫院與醫學院所研發出來之系統。目前相同之研發仍是處於萌芽期。核心技術是MRI軟體,聚焦超音波探頭與系統,及奈米藥物。國內從事相關研究之教授頗多,若能有效整合再結合具有規模之癌症醫院做長期合作,針對台灣較流行之腫瘤做系統研發。相信在某部分之關鍵技術必能有所突破。非侵入式影像診斷系統及癌症治療系統在可見的未來將會是大型醫院的核心重設備,而奈米藥物則是未來抗癌藥物之主流,亦是NIH目前極力推動項目。
台灣具有相當強的電子零組件及經營管理組裝之能力。然不同行業,其差異性是相當大的。即使台灣自認最行之電腦代工業,其最具價值核心技術為軟體及CPU仍完全操在美國公司手中。而在市場方面,台灣Acer算是表現相當不錯。而較貴重的醫療器材上,品牌與技術是相當重要的。台灣公司可能需要有部分創新型關鍵技術在身且擁有不錯之醫儀製造技術與成本優勢,那些具有代表性之國外廠商才有可能藉由技術合作與資源整合,將產量較大之中低階醫儀轉予台灣代工及促進其高階醫儀之研發。
期刊論文目前仍是台灣各大學最重視的,有價值創新型之關鍵技術長期研發,需國科會給予特別鼓勵的。此方面之研發應結合大醫院及有興趣之廠商做較長期之研究。廠商技術人員長期參予,可強化原型機之快速製造及創新型概念之實現。學校教授與研究生則集中心力在創新概念之產生及其實驗。唯有透過長期積極合作,來回試驗,才有可能產生有價值的創新型技術及進一步動物與臨床病人實驗。
(b) 我國發展非侵入式影像導引治療系統技術之SWOT分析
1. 優勢-台灣醫工人力相當密集，已有癌症專科醫院及成立中，磁振造影，超音波及奈米顆粒之人才計劃多且密集。數個電子大廠有興趣於相關系統與技術開發。
2. 劣勢-相關不同類型之研究基本上是分散的，需有效去整合，而進入臨床研究實驗時間較長，非一般台灣廠商及研究人員所習慣的。
3. 機會-相關整合技術屬於萌芽期，快速進入後，較能有效申請相關專利及開發關鍵新技術，成效較易顯現。若有相關關鍵技術專利之獲得，國際大型醫儀廠方有可能談合作研發及生產。
4. 威脅-目前中國視治療用超音波為其國寶技術，長期以國家資源資助。而其國內則有無數病人可進行較寬鬆的相關臨床試驗，非他國可取代。
(c) 規劃重點，推動策略及預期效益
如何整合磁振造影，治療用超音波及生醫奈米顆粒研發之教授及有興趣廠商是前進相關領域科技之關鍵點。另外那些是關鍵性技術需詳細分析，確立其優先順序來進行，再者須慎選廠商與合作醫院與醫師方能做有效研究項目分配及共同進行。學校教授因研究生參與有論文壓力，核心及創新型技術及動物實驗由其負責進行以便能有所有進展及論文發表，而廠商則從事原型機之開發與修改以便適合醫院大型動物及人體試驗其效率會較顯著。而醫院與醫師是需要相關疾病之專科且有相當經驗及興趣從事長期大型動物與臨床病人試驗研究者。
國內相關人才相當齊全，目標若一致，長期五至十年的研發應會有相當多關鍵技術及創新型技術之獲得。甚至有可能有商品上市，此時由於國際醫療儀器廠商的競爭生態，必會有大廠與台灣談共同研發，技術轉移合作，或代工而進入相關創新貴重型醫儀市場之一環。
三、結論
隨著全球人口高齡化之趨勢及政府近年來大力扶植醫療器材產業，醫學電子領域由於附加價值高，因此十分受到矚目。學術界扮演產業研發之上游，對於協助國內醫療電子產業升級發展及技術生根有很重要的責任。除了產業之需求外，學術界對於基礎研發及學理探討更應重視，以達到探索新知之目的。本章所規劃之研究重點兼顧基礎研究及產業需求，在結合臨床需求及技術發展之前提，應可朝高階醫療電子之研究思考。尤其鼓勵醫學臨床人員與工程研發人員之密切互動，並形成跨領域之研發團隊，以期提昇我國在醫學電子領域之研發水準。
參、生物力學及殘障輔具領域
一、前言
生物力學及殘障輔具的研究已被廣泛地應用於醫療器材開發及醫學工程等新興生物技術產業上，屬於政府推動「兩兆雙星」重點產業之要項。現正值傳統產業面臨新的衝擊與挑戰之際，創新、研發與改良成為維持既有實力與提昇產品競爭力之利基，且台灣具備發展完善之機械產業及工程方面人材，足以做為發展生物力學相關研究之基石。生物力學就是將應用力學的概念運用於生物有關之科學。早期的生物力學為將力學應用於與運動有關的人體結構、動作、相關器材及環境之科學。然隨著與人體方面有更深入的研究與醫療科技的不斷發展，現今的生物力學領域己拓展到細胞／組織工程、骨科與復健生物力學、牙科生物力學、生物流體力學及科技輔具與健康器材等領域！
另外值得注意的是，日本是全球人口老年化最為嚴重的地區，因此日本政府擬定「高齡社會對策」進行一系列的調查研究，並針對老年人所需求的產品與服務，進行詳細的規劃。基於社會大環境的變化，如獨居老年人口的增加、在宅照護漸成趨勢，也使得福祉用具的需求大增。為促進高齡者生活的獨立，並減輕照護者的負擔，依照高齡者的生理與使用特性，進行福祉機器與醫療儀器的研究與開發，是相當重要的解決方案。其高齡及殘障輔具市場未來更有成長潛力。
我國目前在產、官、學、研各領域於生物力學及殘障輔具相關研發上皆各有其研發重點及豐碩之成果：如中央研究院、國家衛生研究院及工業技術研究院等研究單位致力於細胞生物力學、骨科生物力學及生長因子上的研究；各公私立大學系所於牙科生物力學、科技輔具與健康器材及骨科生物力學亦多有建樹。近年由於政府獎勵，眾多廠商引進國外相關醫療器材科技或臨床手術技術，並積極與國內學術研究單位合作，以期開發適合國內之產品並提昇國內生物力學及殘障輔具相關研究之水準。
國內現有生物力學相關研究人才遍佈於各大專院校及中研院、國家衛生研究院及工研院等學術研究機構，學術研究品質日益精良，論文發表於SCI期刊之質與量亦有長足進步，與相關產業界產學合作及技術轉移亦蓬勃發展。惟當前仍面臨研究主題分散及缺少重點整合等問題，加上重點計畫經費不足，且缺乏短、中、長期目標規劃及建立追蹤考核之機制，係亟待加強改進之問題。
我國發展生物力學及殘障輔具學科領域研究之SWOT分析
優勢(Strength)
劣勢 (Weakness)
(1) 我國擁有健全之精密機械產業基礎、完整之醫療體系和優秀醫療專業人才與科技人才，適合發展骨科與復健相關醫療器材。
(2) 獨特的健保制度，對於推展醫療器材相關生物力學研究相當有利。
(1)國內欠缺長期且具整體性之研究規劃，以及產、官、學、研各界垂直與平面整合，徒然消耗資源及削弱競爭力。
(2)國內平均研究經費補助金額仍偏低，研究主題分散致重點計畫經費不足，並缺乏短、中、長期之目標規劃及追蹤考核機制。
機會 (Opportunity)
威脅 (Threat)
(1)隨著生活水準提高，高齡化社會趨勢日益顯著，科技輔具與健康器材對勢必成為未來醫療發展之明日之星。
(2) 國內醫療器材產業日漸受重視，醫療照顧是台灣未來適合發展的潛力六大產業之一。
(1)許多國家對於生醫工程之重視快速提升，紛紛挹注經費支援基礎研究設立研究中心。
(2) 新進研究人員基礎訓練不足，研究人力流失，不易留住與招募具臨床又有研究能力的人才。
二、重點研究
（一）細胞／組織工程
細胞／組織工程應用工程與生命科學之原理與技術，以了解正常或病理細胞之結構與功能，並藉之以強化與恢復細胞之機能，甚而發展替代物以替代受損細胞或組織，或將其應用於疾病之診斷與治療之醫學工程相關技術與研究。
(a) 機械生物學研究(Mechanobiology)
著重於受機械力刺激後組織之生物特性之影響、反應與改變。在重力場中細胞和組織受地心引力作用，心臟血管系統受血液流場剪力作用等。細胞和基材間、細胞和細胞間作用力之互動與影響。
(b) b功能性組織工程(Functional tissue engineering)
組織工程，必須先建立適合細胞生長的立體支架，接著讓細胞在裡面進行培養，加上細胞生長所需的生長因子，使細胞在此支架內能保留原有的功能，等到體外培養的細胞長成為組織後，便可植入受損之組織或器官進行修復。組織工程的研究已逐漸和基因工程及幹細胞的技術相結合。預計未來軟骨、血管、皮膚及神經等組織工程將快速發展。
(c) 細胞之力學特性(Cell Biomechanics)
近年以來，細胞力學的研究逐漸受到重視，特別是細胞力學與基材之間的交互作用所誘發出不同的細胞生理現象，如細胞貼附、細胞骨架的聚合與分解、細胞活動性(Motility)、細胞遷移(Migration)、細胞凋亡等。透過瞭解與量化細胞的力學行為，可預測和控制細胞在不同環境下或人造材料上其細胞生理活動的行為，且更進一步透過力學的途徑以控制細胞的生長。
（二）骨科與復健生物力學
骨科之未來發展在全球高齡人口激增為主要趨動力,加上意外及運動及累積性肢體傷害的人口增加導致骨科疾病不斷加速增多,也就提高了骨科與復健生物力學研究的重要性。
(a) 植入物與軟組織之附著（Attachment between implant and soft tissue）
骨科從過去的導正復位，延展至今日以精密的種種器材作骨關節系統之固定和重建。從身體的硬組織（骨頭），至軟組織（肌肉、軟骨、肌腱、韌帶、神經血管等），都是骨科醫學在今日所涵蓋的醫療範圍。現今世界骨科植入物發展趨勢為兩大部分，第一部份為骨科植入物材料的改進，包括植入物與軟組織之附著性研究，由於體內植入物容易因人體自體免疫反應而與人體組織產生排斥性，導致手術失敗。第二部份為骨蛋白生長因子（bone morphogenetic proteins growth factors）及異體移植骨材（allogafts）的開發及應用，以加速骨科手術後的復原。
(b) 人工椎間盤（Artificial disc）
傳統的椎間盤手術，是將患者椎間盤切除，再植入患者自體骨，或以人造物撐開椎間盤，但患者往往因為自體骨融合問題，而造成腰間活動的不靈活或引發骨刺等病變。 如今，美國藥物食品檢驗局（FDA）通過人工椎間盤的使用，為一種金屬聚合物，可有效固定不穩定的椎間盤，同時讓患者保有受傷前腰部的活動靈活度達95％。人工椎間盤的應用將是未來發展的重點方向。
(c) 治療性器材與手術技術／方法（Therapeutic devices/techniques）
我國骨科之發展除了傳統骨科方面仍有持續成長外,在各方面人才積極投入並耕耘下，新型骨科治療性器材之研究成果也逐漸展現。台灣的骨科手術技術／方法的水準，相對於國際間，具有相當的領先地位。因此如何善用我國良好的臨床醫療水準，結合人體實驗的進行治療性器材的發展是未來研究發展重點之一。
(d) 定量化復健工程（Quantitative rehabilitation）
近年來在實証醫學觀念興起之下，復健工程領域，包含物理治療、職能治療等皆朝向定量化評估方式為努力的方向。利用工程性的方法給予患者定量化的治療劑量，可以準確定量出病人功能恢復狀態，增加對病患預後推測之準確性，以利病患復健過程之掌握與安排。
(e) 新材料之力學實驗（Experiment for Mechanics of new Materials）
用於人體的植入物不斷地被開發出來，除了達到新功能之外，新材料的應用亦是未來發展的重點。骨科方面經常應用新材料以設計功能性的植入物，骨生物活性材料包含異體移植骨材（allogafts）、替代性骨材（bone substitutes）、生長因子（growth factor）、誘骨蛋白（bone morphogenic protein）、氫氧基磷灰石（hydroxyapatite）表面處理之生醫材料等新材料被開發出來，必需經由完整的力學實驗才能確認其材料特性，接著再將其用於植入物的設計與應用上。
（三）牙科生物力學
牙科相較其它醫學專科具有功能性外顯的特性，不論在研究，應用方面都有其較確定性的益處。國內牙科醫療水準強，對研究或醫療器材的研發會有極大助益。以台灣多年來在骨科生物力學發展的研究成果及經驗，比較容易切入牙科生物力學的研究領域。
(a) 人工牙根（Dental implant）
人工植牙屬於高科技與醫學先進的結晶，其使用與人體骨質相容性高的醫學用鈦合金屬材料製成人工牙根，使得人工牙根與牙床骨緊密結合。人工植牙技術包含人工牙根（fixture）、連接體（abutment）及牙冠（prosthetic crown）。其中由於人工牙根必需植入缺牙區的齒骨槽內，其直接與人體骨骼接觸，必需防止人工牙根植入後鬆動或脫落，因此研究方向朝向不同的構型的人工牙根設計，使得咬合力量能夠有效且均勻的由假牙牙冠傳遞至齒骨槽，避免高應力或應力集中。因此植入人工牙根後的生物力學研究便顯得非常重要。
(b) 形態學，結構學與生物力學之結合(Integration of morphology, structures and biomechanics)
牙齒最基本的功能是咀嚼食物。工程上而言是一個力量傳遞的力學結構！牙齒咬合的力量與其形態（門齒、犬齒、臼齒）、結構有相當重要的關聯，隨著牙齒的位置、形態和上下齒列排列的狀態而有不同的力學傳達方式。因此結合牙齒形態學，結構學與生物力學三項因素交互作用的研究是相當重要的。
(c) 新材料之力學實驗(Experiment of new materials)
理想的牙科材料需具有優良的生物相容性、耐腐蝕性及理想的物理、機械性質。牙科材料非常廣泛，包含金屬，高分子，陶瓷材料，生物材料及複合材料。在人工植體上必需考量有良好的生物親合性，化學穩定性及抗蝕性，足夠的力學強度等。因此，如何提高人工植體之骨整合為未來研究重點。
(d) 電腦模擬計算(Computational simulation)
隨著電腦計算能力之增強，有限元素法分析已經廣泛地被應用於生物力學之設計及發展上。使用電腦模擬來輔助科技的發展，比起傳統的試誤方法，電腦模擬可以縮短發展的時間，同時又可以減少發展所需的經費。電腦模擬系統能夠快速地因應進一步新的發展要求而作修改，以滿足新發展的需要，而且電腦模擬系統所需要之儲存空間及維護費用，皆比大型實驗設備所需要的大空間與高維護費，更顯出其吸引人之處。在牙科生物力學上，有限元素分析常用來作牙齒生物力學的應力應變分析，將牙齒的幾何外型以有限元素模型模擬牙齒受力狀態，以數值分析方式計算應力分布，不僅可知應力集中處，也可預測各種方向應力大小與向量。而模擬結果都合理解釋臨床上所觀察到的特殊受力情形下，牙齒所表現的現象。由此可知有限元素的分析於牙齒研究中，可提供多方面的生物力學探討。
（四）生物流體力學
(a) 心臟與血管(Heart and vessel)
(b) 呼吸道(Respiratory tract)
(c) 微血管力學(Micro-circulation)
(d) 支架(Stent)
（五）科技輔具與健康器材
(a) 智慧型身心障礙輔具(Intelligent assistive devices for the disables)
隨著時代的變遷，傳統身心障礙者使用的輔具已不敷使用，其已由協助使用者達到功能性目標的器具進步到能依不同環境或不同的狀況而提供不同服務的智慧型輔具。智慧型輔具便是將各種感測系統（如聲波、電磁波、溫度、加速度等）、智慧機電系統、服務型智慧機器人、無線射頻識別系統(RFID)、普及運算與溝通系統…等建構於身心障礙輔具上，智慧型系統與我們日常生活互動越來越密切，現在的「智慧型系統」被廣泛定義為凡是具有智慧性，可以解決軟、硬體問題的系統。因此如何應用智慧型輔具於身心障礙族群上，滿足其功能性之需求，提升其生活品質是智慧型身心障礙輔具發展的重點。台灣已經有足以發展智慧型身心障礙輔具的技術，未來應結合身心障礙輔具及電子產業發展互動式、具簡單思考能力之智慧型身心障礙輔具。
(b) 老人褔祉機械／器材(Devices for the elderly)
台灣正逐漸邁入老人社會，各種老人褔祉機械／器材設計也因應需求而節節升高，舉凡是移行輔具、轉位輔具或是照護日常生活起居的復健器材，都需要不斷創新與研究。老人褔祉機械／器材的發展是一門重要且實用的專業科目，其與復健工程及高齡醫學習習相關。發展老人褔祉機械／器材領域，可以提供創意，研發新型產品或改良現有產品，使褔祉機械之使用能更貼近使用者，操作介面更人性化，以符合老人需要。從高齡社會之醫療科技角度而言，末來可朝向老人福祉機械與器材，包括食、衣、住、行等方面；促進健康之醫療與保健器材；常見老人疾病使用之輔助科技與器材研發向面進行研究
(c) 健康器材(Health instruments/devices)
隨著科技的進步，健康器材除了被人們用來健身之外，逐漸融入科技化、人性化的設計，改變以往單純輔助人體生理運動的功能。功能齊全的健康器材是未來發展的重點方向。其必需符合使用者需求，讓使用者在最舒適的環境下健身，完整且齊全的生理回饋資訊及提供使用者安全而有效率的運動，是健康器材必需具備的功能。末來可朝向簡易、有效、互動之人機介面及具即時感測裝置之健康器材發展。
三、結論
生物力學是醫學工程學門相當重要的一部分，其研究生物體的力學現象，包括生物的肢體運動、神經肌肉控制、生物體內的血液循環、呼吸、骨骼力學、肌肉力學、器官力學現象等。涵括了由固體到流體的力學，由動作運動力學到自動車輛碰撞測試，隨著力學理論及實驗技術的發展，生物力學研究由人體體外往體內，由生物體往器官、組織至細胞發展。例如組織力學及細胞力學。
生物力學的研究隨著國際間生物醫學工程研究的蓬勃發展，為國際間科學研究的主流學科之一。目前國際上在生物力學方面的研究趨勢多已走向跨國、跨洲際的團隊合作，若台灣能投注更多研究能量於本學科的發展上，必定能在短時間內達到國際頂尖研究水準。
肆、生醫材料領域
一、前言
近年來，生醫材料已廣泛應用於醫療器材及組織工程等新興生物技術產業上，亦屬政府推動「兩兆雙星」重點產業之要項。現正值傳統產業面臨新的衝擊與挑戰之際，創新、研發與改良成為維持既有實力與提昇產品競爭力之利基，且台灣具備發展完善之石化與材料產業，足以做為發展生醫材料產業之基石。台灣若能拓展於材料產業上之優勢，進一歩結合醫學、工程及量測等跨領域知識技術，必能在生醫材料之研發與國際市場上佔有一席之地。
早期之生醫材料定義為具良好生物相容性之天然來源或人工合成材料，可被植入或結合入活體系統中用以取代、輔助或加強活體部分組織或系統，或者直接與活體接觸而執行其生命功能。然隨著醫療科技與材料科學之日益蓬勃，生醫材料之定義亦隨之拓展，一九八六年歐洲生醫材料學會進一步定義為非生命材料應用於醫療器材，並參與生物系統之物質皆可謂生醫材料。因此，現今生醫材料之概念甚可延伸至包含藥物傳輸制放系統材料、生物感應器材料，或支持生命體功能之體外醫療器材材料。
生醫材料一般而言可區分為金屬、陶瓷、高分子及複合材料等四大類。生醫材料應用於人體之歷史可遠溯及古埃及時代，而近代生醫材料之發展與應用一般以19世紀應用金屬與陶瓷材料於應組織取代為濫觴。現今生醫金屬材料所衍生之醫療產品，在臨床應用上多以手術器械及骨科內外固定裝置等醫療器材為主；陶瓷材料則以植入式骨科填補材料為主要應用。在1960年代則開始合成材料於藥物製劑之應用，遂開啟生醫材料與藥物控制釋放系統之相互結合。20世紀末，組織工程概念與生物科技之勃發，使生醫材料除在傳統醫療器材上應用外，更拓展至運用生物分解性材料配合調控組織再生能力之填補駐植物的開發。
全球生醫材料學術研究與醫療產業之蓬勃發展，除歸功於材料科技產業之進步及創新外，更與全球人口高度成長且高齡化趨勢息息相關。根據Frost ＆ Sullivan的統計，二○○三年全球生醫材料的市場規模約為四百八十億美元，美國為最大市場佔五二％，其次為歐洲的二五％，而日本則佔一三％。若以產品類別分析，包含人造骨、人工關節及骨填充物等骨科材料佔整體生醫材料市場的四四．六％；其次為心血管疾病相關生醫材料—包含人造血管、支架、人工心瓣膜及心律調整器等—佔整體市場的二三％；其他藥物傳輸、傷口照護及牙科材料則分佔整體比例之一八％、一二％及一．六％。
另外值得注意的是，日本是全球人口老年化最為嚴重的地區，其生醫材料市場未來更有成長潛力。由於日本於全球材料科學領域中具執牛耳之優勢地位，故其生醫材料研究及產業也順勢發展，其中日本不乏許多生醫材料的大廠如，陶瓷材料的Olympus和Pentax、金屬材料的Kyocera、聚合物相關材料的Terumo等，其中陶瓷及透析等生醫材料產業在世界市場上更扮演舉足輕重的角色。日本眾多學者亦積極投入生醫材料相關研究領域，其中研究重點包含功能特性更接近自然骨陶瓷材料與生物陶瓷的發展；金屬材料則著重於不同合金之功能修飾和毒性降低；至於聚合物則是朝向智慧型聚合物發展。
政府為提倡生醫材料產業，民國八十五年經濟部在十大新興工業之第九項醫療保健工業中，除診療保健儀器及設備及臨床檢驗試劑外，尚包括生醫材料及元件。於民國九十二年四月經濟部工業局篩選出人工器官等8項生醫材料及元件為獎勵發展項目，以期吸引更多業者投資。篩選出的較具發展潛力之生醫材料及元件項目包括硬組織(人工關節、骨骼及股骨等)、軟組織(人工韌帶、血管、皮膚等)、液態組織(人工血液及脂肪液等)、人工器官(人工胰臟、人工心臟、人造血管等)、抗組織沾粘材料、生物感測器、細胞治療之細胞工程材料與元件以及鎮痛輸液泵。
我國目前在產、官、學、研各領域於生醫材料相關研發上皆各有其研發重點及豐碩之成果：如中央研究院、國家衛生研究院、台灣動物科技研究所及工研院等研究單位致力於組織工程、幹細胞及生長因子上的研究；各公私立大學系所於生醫材料之分子改良、特性分析及動物實驗亦多有建樹。近年由於政府獎勵，眾多廠商引進國外相關生醫材料技術，並積極與國內學術研究單位合作，以期開發適合國內之產品並提昇國內生醫材料相關研究之水準。
國內現有生醫材料相關研究人才遍佈於各大專院校及中研院、國家衛生研究院、台灣動物科技研究所及工研院等學術研究機構，學術研究品質日益精良，論文發表於SCI期刊之質與量亦有長足進步，與相關產業界產學合作及技術轉移亦蓬勃發展。惟當前仍面臨研究主題分散及缺少重點整合等問題，加上重點計畫經費不足，且缺乏短、中、長期目標規劃及建立追蹤考核之機制，係亟待加強改進之問題。
我國發展生醫材料學科領域研究之SWOT分析
優勢(Strength)
劣勢 (Weakness)
(1)我國擁有健全之材料科學產業基礎、完整之醫療體系以及優秀醫療專業人才與科技人才，國內相關研究人員均具優良學術研究訓練，且具高度意願及動機積極投入研究。
(2)國內資訊、電腦及網路等軟硬體較一般亞洲國家發達，科研經費與設備亦有較高水準，較鄰近亞洲國家具相對優勢。
(1)國內欠缺長期且具整體性之研究規劃，以及產、官、學、研各界垂直與平面整合，徒然消耗資源及削弱競爭力。
(2)國內平均研究經費補助金額仍偏低，研究主題分散致重點計畫經費不足，並缺乏短、中、長期之目標規劃及追蹤考核機制。
機會 (Opportunity)
威脅 (Threat)
(1)亞太地區生活水準提高，高齡化社會趨勢日益顯著，生醫材料於再生醫學及組織工程之應用對臨床疾病治療與老化防制勢必成為未來醫療發展之明日之星。
(2)鑑於全球積極投入生物科技研發之熱潮帶動，政府亦將生技產業之推動列為國家重點發展之兩兆雙星產業之一。
(1)亞太地區國家對於生醫材料之重視快速提升，紛紛挹注經費支援基礎研究設立研究中心，對於國際優秀人才投入產生一定的吸引力。
(2)全球積極投入生物科技等新興技術之研發，相較於日、韓、新、港等鄰近亞太國家，我國研究從業人員薪資偏低，以致無法爭取到國際性的優秀人才。
二、重點研究
(一) 前瞻性生醫材料之研發
鑑諸近代生醫材料發展至今逾百年之歷史，從早期惰性材料及當代工業材料的直接應用、中期人工合成高分子材料的突飛猛進、乃至於今日仿生材料之方興未艾，再再驗證材料科學與生命科學的持續進步係帶動生醫材料蓬勃發展之主要因素。展望未來生醫材料的發展，結合奈米化及抗氧化概念之前瞻性生醫材料之研發及臨床應用之拓展，當能為生醫材料之進展開啟另一黃金時代。
奈米技術之概念係奠基於材料由大尺度過渡到奈米尺度時，由於物質本身結構之特殊性以及奈米尺度下特有之效應及現象――如小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應及穿遂效應等，皆使奈米材料之理化性質、電學性質、光學性質、力學性質、熱性質、磁性甚至生物活性(bioactivity)等均呈現與巨觀世界之材料截然不同之獨特性能，進而創造出豐富多樣之應用潛力。生醫材料於臨床醫療上係做為輔助或取代活體之部分組織或系統，進而加強、協助或執行該系統之運作並發揮應有之生理功能；而組織工程之概念則期能藉由人工方式誘導受損部位細胞發展出正常組織甚或完整器官。將奈米化概念及技術應用於生醫材料及組織工程，可使材料具備特殊甚可操控之特性，俾令生醫材料或細胞支架材料於組織工程的應用更能得心應手，其未來發揮空間及市場潛力相當值得期待。舉例而言，目前已有研究發現奈米羥基磷灰石應用於在骨組織材料上，可有效減少周邊細胞壞死並降低二度手術機會，對於人工髖關節等應用預期可帶來極大醫療效益與市場潛力。
隨著生命科學及醫學科技之日益昌明，許多過往令人聞知色變之疾病多以已被消滅或控制，但面對伴隨年齡增長而產生之許多慢性疾病與老化現象，現代醫學仍無法完全瞭解其成因，更遑論控制或解決。近年來生物醫學界在針對疾病和老化的系列研究中，逐漸瞭解所謂「自由基－抗氧化物質」之概念，亦即生物體老化與慢性疾病產生原因之一係為體內自由基增多，包含活性氧物質及活性氮物質之自由是否會對細胞或生物體造成傷害，端視體內產生之活性氧物質與體內抗氧化防禦系統之間是否能達到平衡之狀況，劇烈的氧化壓力則會造成細胞傷害或死亡。人工合成之抗氧化劑因效果良好且價格較為低廉，故已廣泛應用於食品工業及生醫領域。然而，近年之研究指出，人工合成抗氧化劑可能造成肝臟及腎臟組織的傷害且具致癌性。因此，尋求安全且具有強抗氧化效力之天然抗氧化劑，亦為現今眾多研究團隊持續戮力之目標。許多研究亦陸續證實，生醫材料與天然抗氧化劑之相互結合應用對於多種細胞之增生、型態維持與生理功能表現均有相當程度之裨益，若能深入瞭解兩者之間的作用機制並配合組織工程概念之應用，對於多種老化疾病以及組織修復之臨床醫療策略當可提供解決之道。
根據衛生署統計癌症近期持續高居本土死亡率的前幾名，所以如何早期診斷及治療以期有效提升癌症病患的存活率一直是相關研究團隊努力的目標。生醫材料可以扮演一個重要的角色，它可以提供作為診斷或治療過程中一項重要的載體或甚至直接參與其診斷治療過程，例如藉由化學分子設計技巧，將已通過FDA認證的生物可降解性高分子，轉換為一具有高腫瘤專一性且與奈米顯影劑物質有極高的螯合性的奈米級生物可分解性物質，有效的提升影像診斷的準確性。另一方面亦可將經過上述精細化學技術改良過後的生醫材料應用到癌症相關的化學藥物或物理性療程，更能提升其療效及降低對正常組織的的損害。所以如何改良生醫材料的特性以達到上述癌症相關早期診斷及治療的目標是一個值得更進一步探索的課題。
(二) 再生醫學之應用與探討
結合生命科學、臨床醫學與工程材料科學領域的「再生醫學」係上世紀末伴隨著臨床醫療知識及相關研究日益蓬勃發展所應運而生之嶄新概念，有別於現今醫學界「治療醫學」與「預防醫學」兩大主流概念，「再生醫學」提供醫學界一個全新的視野與高度。人類殫智竭力與疾病傷痛數千年來之搏鬥，由啟蒙時期的藥物治療逐步發展至各式巧奪天工的外科手術治療，輔以組織器官移植之策略，企圖恢復、加強、輔助或取代人體因創傷或病變而導致功能缺損甚而喪失之器官組織，然此種種治療醫學之策略面對現今層出不窮之傷病疾病仍不時出現力有未逮之窘境。由於人類平均壽命延長致逐步進入高齡化社會之因素影響，罹患慢性病、癌症或遭受意外使得組織器官遭受不可回復傷害的比例逐年上升。一般咸信，器官移植是解決器官損傷或功能喪失根本之道，然則因為捐贈者家人之情感與倫理因素，致使得器官捐贈者不足的問題始終無法有效克服，同時免疫排斥及術後感染等因素亦使傳統器官移植充滿不確定的風險。僅管移植用人工器官之進展日新月異，然其終究僅能充當連結器官移植過程中之暫時替代品，不可能永久使用，再者其高昂的費用對病患而言亦屬沈重的負荷。在此先端醫療技術顯現出捉襟見肘之情況下，曾被認為如夢想般遙不可及的「再生醫學」，試圖藉由細胞本身令受損之組織器官與生理機能再現生機，可望於未來的臨床醫療應用上扮演具開創性之重任。
(三) 幹細胞與組織工程之發展
組織工程係應用工程學及生命科學之原理與技術，透過瞭解正常與病變組織中構造與功能間之相互關係，進而發展生物性取代物以修復、維持或改善組織之功能。組織工程領域為一新興產業，透過細胞、支架材料與訊息因子等三大因素之相互影響、協調作用，於體外構建具正常生理功能之組織或器官，藉以幫助或提供因病變或創傷所致組織或器官缺損之修護及治療的工程學問與技術。組織工程於生物醫學上之應用極為廣泛，目前於研發及市場上備受矚目且應用較成熟之領域包含傷口療護、整形外科與骨科、神經修護及心血管修護等領域。
幹細胞係指未分化之細胞，具自我複製及自我更新之優異能力，當其受到外界訊息之刺激可進一步分化形成具特定生理功能之特化細胞。幹細胞於再生醫學概念之應用極為廣泛，一般咸認為「生醫材料」及「幹細胞技術」為發展組織工程概念與技術之兩大主軸。經分離、純化及大量培養之幹細胞以及其分化形成之前驅細胞，可直接或透過組織工程概念與技術施於受損或死亡之組織，再生以取代受損或死亡之組織細胞，此即幹細胞療法之概念。換言之，憑藉幹細胞優異複製能力及可受控制分化之特性，並配合組織工程概念與技術可大大提升細胞療法之應用潛力與廣度。幹細胞具有尋的歸位(homing)及再增值(repopulation)之特性，尋的歸位係指幹細胞會到達其通常位於組織裡之特定部位，而再增值係指幹細胞經分化後所形成之特化細胞可重新組成類似組織內之細胞群落，由於此兩種特性俾令幹細胞在再生醫學之應用與發展具重要地位。應用基因療法時遞送正常基因或改良基因之載體工具。此外，更可透過組織工程之三大元素之相互支援，結合支架材料與訊息因子共同誘導幹細胞分化並進而形成二維或三維空間之類組織結構以促進再生醫學之應用能力。因此，幹細胞/組織工程之原理技術與具前瞻潛力之生醫材料相互契合發揚，可進一步深化組織工程及再生醫學於臨床治療上之應用潛力。鑑於此一高度前瞻性之臨床治療策略，我國目前於(1)區域性心肌細胞再生與組織修復；(2)軟骨組織慢性炎症或外傷缺損之修復治療；(3)組織工程化人工肝臟系統之構建；(4)皮膚之敷傷材料研發等領域，均有良好研究基礎及研究成果，且深具後續臨床應用之潛力。
(四) 奈米藥物傳輸之結合與應用
奈米技術在生醫領域之應用，一直被視為是極具潛力及明確產業化前景的應用方向之一，藥物奈米化與奈米藥物載體便是當中備受矚目且具備良好基礎之應用。藥物控制釋放系統之概念可追溯至上世紀60年代開始發展，經過近半世紀以來眾多研究團隊及產業之戮力，無論在方法或劑型上皆有顯著進展。藥物控制釋放之研究及應用目標，係指藥物透過特定生醫材料以固定其釋放速度、標的定位或智慧釋放之過程，以提高藥物療效、降低藥物毒副作用及減少給藥次數，具上述性能之生醫材料是實現藥物控制與釋放重要關鍵。
由於奈米生醫材料於物理、化學等各項性質上所展現之諸多優勢，在促進藥物吸收、建立新型藥物控制釋放系統及改善藥物遞送模式等均有廣泛應用前景。藥物經奈米化處理後可提高其生體利用率及強化藥劑之均勻性、分散性與吸收性。奈米藥物載體之開發與應用，亦可同時拓展親水性藥物與疏水性藥物於特定組織部位之遞送效率、或提供藥物不同之給藥途徑、或改變藥物諸多動力學特性――如吸收、分布、代謝與排泄等，甚而達到緩釋與靶向遞送之釋藥功能。
三、結論
生醫材料係指天然來源或人工合成材料，其具有生物相容性而可被植入或結合入活體系統中，以用來取代或修補活體系統的一部分，或者直接與活體接觸而執行其生命功能，因此目前生醫材料的概念可延伸而包括藥物傳輸系統所用的材料，或甚至生物奈米材料。
生醫材料為一結合多領域的跨領域研究，深具發展潛力，為我國重點推動發展之高附加價值、知識導向型產業之一。台灣具有相當強的研究能量，然而卻是一直無法聚焦，因此若能有效集中發展，定能創造良好成效，並進而將研究成果延伸至臨床之實際應用。
伍、醫學資訊領域
一、 前言
科技之進展，帶動了資訊科學之蓬勃發展；同樣地在生物醫學之研發亦引進了大量資訊產業之技術。尤其近年來相關軟硬體之功能價格比之大幅提昇，再加上網路之便利性，使醫學資訊之研發進展更加快速。其重點研發方向可大略分為下列五個方向。以下分別說明之
二、 重點研究
（一）醫學影像與訊號處理 (Medical Image And Signal Processing)
（二）醫學成像技術與應用(Medical Imaging Technology And Application)
（三）電腦輔助醫療系統與技術(Computer Aided Detection/ Diagnosis/ Treatment/Surgery)
（四）醫用資訊系統(Medical Information System)
（五）生物訊號(Bioinformatics)
（一） 醫學影像及訊號處理
醫療資訊大約可分為三類：１文數字的資料（alphanumeric data），例如病患基本資料或實驗檢驗數據；２影像資料（medical images），例如X光片（X-rays）、電腦斷層掃瞄照片（computer tomography）、超音波（ultrasound）；３生理訊號（physiological signals; biosignals），例如心電圖（Electrocardiogram; ECG）、腦波圖（Electroencephalogram; EEG）。
生醫訊號是生物體運作時產生之生理現象，藉由量測此訊號可推估生物體當下的狀態。醫學上常用此訊號作為診斷病情的工具，例如腦電波(EEG)可推測大腦運作，心電圖(ECG)可評估心臟脈動，機電圖(EMG)可了解肌肉運用，除此之外還有很多可用來推估身體狀態的生理訊號，這些訊號被解讀後，已被用在醫療診斷、狀態評估、傳達訊息等方面。
信訊號處理技術在醫學上之應用方法，包括：雜訊之去除、資料的壓縮、頻譜分析、特徵擷取等。目前許多醫療用之儀器設備，不管是診斷或者治療所使用，在資料的取得與控制上皆需要訊號處理技術之協助。例如手術室中的生理監視器，在手術進行中，醫師必須隨時知道是否有任何不正常的讀數，這必須利用即時處理（real-time processing）資料的分析技術來完成。簡言之，生理訊號分析處理的目的，就是要得到資料（也就是訊號）中所包含的訊息及意義（information and interpretation）。醫學訊號的特定波形常具有特別的生理意義，在以往大多是經由醫護人員以人工方式加以判讀。現在經由訊號處理技術之幫助，擷取醫學訊號之特徵用於控制與電腦自動診斷，在醫療設備應用上已相當廣泛，例如：心電圖QRS複合波之尋找、心電圖自動診斷、生理監視器的心跳血壓等警報功能，及殘障輔具的設計等。在醫學訊號特徵擷取的方法上，主要是以突顯特定波形與波形參數（如振幅與斜率等）測量為主。此外，最近也有一些使用類神經網路方法所進行訊號分類的方法，不直接測量波形特性，而經由類神經網路的訓練，使其能辨認某些特定的波形。以心電圖QRS複合波之尋找為例，由於QRS複合波代表心室的跳動，正確地測量R波間期可代表心跳速率，這在臨床應用是相當重要的。R波在心電圖波形上是屬於振幅及斜率較大的波形，因此根據此特性藉由訊號處理的幫助，即可正確地定出R波的發生時間，然後做相關之應用。
現況分析
醫學影像及訊號處理注重技術研發，但是在醫學資訊工程中，是一門整合與跨領域專門學科。醫學影像是指為了醫療或醫學研究，對人體或人體某部份，以非侵入方式取得內部組織影像的技術與處理過程，是一種逆問題的推論演算，即成因(活體組織的特性)是經由結果(觀測影像信號)反推而來。醫學影像屬於生物影像，並包含影像診斷學、放射學、內視鏡、醫療用熱影像技術、醫學攝影和顯微鏡。另外，包括腦波圖和腦磁造影等技術，雖然重點在於測量和記錄，沒有影像呈顯，但因所產生的數據俱有定位特性(即含有位置信息)，可被看作是另外一種形式的醫學影像。在臨床應用方面，又稱為醫學成像，或影像醫學，有些醫院會設有影像醫學中心、影像醫學部或影像醫學科，設置相關的儀器設備，並編制有專門的護理師、放射技
用訊號處理方法處理生物醫學訊號通常是為了：（1）去除不需要的訊號成分，因為這些信號成分污染了感興趣的有用訊號；（2）用更明顯或更有用的形式表達生物醫學資訊，以獲得有價值的生物醫學解釋；（3）預測此生物醫學訊號未來可能引起的發展方式，如早期發現疾病，為疾病的治療提供契機。因此，生物醫學訊號處理在生命科學研究、醫學診斷、臨床治療等方面起著重要的作用。時值此重要科技正在國內生根與蓬勃發展之際，相關整合性之科技人才的培育便顯得重要及刻不容緩。
重點研究主題
1.電生理訊號(Electrophysiology)：
電生理學相關議題，以電流刺激組織與細胞，使細胞膜電位迅速改變的生理反應，產生電生理訊號，反應的程度與形式隨著接受刺激的組織與電流形式而不同。擷取電生理訊號採用非侵入性的測量方式，不致造成受試者的危害。電生理訊號於醫學實驗上甚為重要，藉由生理訊號研究，可了解各種重要的生理徵象，有助於現今醫學領域的快速進步。
1.1心電圖(Electrocardiography, ECG)：相關研究如：心跳檢測，心律異常分析， ST段分析，心電圖壓縮編碼、動態及運動中心電圖分析，自動去顫器，心律調節器，心電圖建模，先進的系統，及相關臨床應用。
1.2腦電圖(Electroencephalography, EEG)：腦電圖與誘發電位(evoked potential, EP)之分析，評估腦部疾病包括癲癇、帕金森氏症、阿茲海默症之研究，深度麻醉監測(epilepsy and dementia; depth of anesthesia monitoring)。應用EEG和EP於睡眠障礙研究。先進的神經資訊系統設計與開發。
1.3多頻道睡眠記錄儀(Polysomnography)：包括腦電圖(EEG)、肌電圖(EMG)及眼電圖(EOG)的記錄以區辨睡眠分期(sleep stage)，同時也包括心跳、呼吸、血氧、體姿、腿部肌電圖等訊號的記錄以偵測伴隨睡眠的呼吸、肢體抽動或其他障礙。
1.4肌電圖(Electromyogram)：肌電圖之分析與應用，神經刺激，功能性電刺激，先進的神經資訊系統設計與開發。
1.5 睡眠期間的生理訊號，應用睡眠檢測器，研究睡眠呼吸障礙（Sleep Disordered Breathing，SDB），睡眠呼吸中止（Sleep Apnea Syndrome，SAS）。
1.6 其他應用:
聽覺之電生理訊號，視覺之電生理訊號，呼吸系統及心血管系統之電生理訊號，消化系統及心血管系統之電生理訊號，運動電生理訊號，神經肌肉協調之電生理訊號，可攜式無線生理訊號量測系統，可攜式即時汽車駕駛員精神狀態偵測之腦機介面系統，非侵入式血糖監測器(glucose watch)，穿戴式戒指感測器（Wearable Ring Sensor），遠端照護無線傳輸系統
2.醫學影像
醫師透過醫學影像，便可了解病人身體器官與組織的剖面，增進診斷及治療之成效，運用其能夠剖析人體空間的特性，盡早檢驗出異常，提高治癒率。各式醫學影像皆有其特點，醫師藉由不同的影像，能適時了解不同疾病症狀。影像處理包含影像之輸入與輸出的過程，原始的醫學影像，其檔案量大，儲存及傳輸造成不變，因此適當的壓縮且無損於影像判讀是極為重要。
2.1 X 射線
血管攝影 (Angiography)
心血管攝影 (Cardiac angiography)
電腦斷層掃描 (CT, Computerized tomography)
牙齒攝影 (Dental radiography)
螢光透視鏡 (Fluoroscopy)
乳房攝影術 (Mammography)
X光片 (Radiography)
2.2 伽馬射線
伽馬攝影 (Gamma camera)
正子發射斷層掃描 (PET, Positron emission tomography)
單一電子發射斷層掃描 (SPECT, Single photon emission computed tomography)
2.3 磁共振
核磁共振成像 (NMRI, Nuclear magnetic resonance imaging)
磁共振成像 (MRI, Magnetic resonance imaging)
2.4 超音波
醫學超音波檢查 (Medical ultrasonography)
2.5 光學攝影
內視鏡 (Endoscopy)
膠囊內視鏡系統
(1)膠囊內視鏡(Smart Pill)
(2)無線數據接收器
(3)影像閱覽器
2.6 其他
螢光血管顯影術 (Fluorescein angiography)
顯微鏡 (Microscope)
光聲成像技術 (Photoacoustic imaging)
熱影像技術 (Thermography)
2.7 複合應用
正子發射電腦斷層掃描 (PET/CT, Positron emission tomography with computerized tomography)
單一電子發射電腦斷層掃描 (SPECT/CT, Single photon emission computed tomography with computerized tomography)
2.8 生物方面
生物晶片影像及訊號處理
序列定序影像及訊號處理
人工視網膜系統
多光子顯微鏡術
2.9 應用領域：心臟成像、心血管和心肺系統;胎兒成像、功能性核磁共振成像、數位X線圖像分析、腦電圖/EP對映、2D/3D圖像顯示和視覺化、骨密度;乳腺、胸部和皮膚圖像分析、組織細胞學應用。
3. 醫學影像及訊號處理使用技術：使用資料探勘，類神經網路，獨立成分分析，知識發現與機器學習模式，人工智慧數據分析，多媒體訊號處理，模糊邏輯理論。高效能醫學影響分析技術(High-throughput image analysis)。醫學影像分析方法如：影像修改與修補，影像重建，影像分割，影像壓縮與遠距傳輸，影像理解與分析。時間頻率和小波分析，消雜方法，分形和混沌，人工神經網絡（類神經網絡），時變濾波，非線性動力學，隱馬爾可夫模型（ HMMs ），高階統計（HOS），盲解迴旋法，主成分分析（ PCA ），獨立成分分析（ICA）。
3.1 產業所需影像與視覺化技術:
(1)分子醫學與生物科技影像技術之開發
生醫分子、基因、細胞成像技術
生醫分子、基因、細胞顯微操作與量測技術
分子與細胞影像之臨床診斷與藥物開發應用
(2)功能與認知之醫學影像技術之開發
臨床醫學功能與高解析影像技術之開發
功能影像與認知科學之整合研發技術
(3)醫療影像應用與資源分享系統之開發
臨床醫學影像倉儲與分享系統技術開發
醫學影像分享之安全、傳輸、與編碼技術開發
影像引導之非侵入式與最小化侵入治療技術
3.2新興資訊技術Emerging Technologies
由於資訊科技發展與進步，電腦運算能力增強，以往無法處理的龐大資料，現今皆能獲得解決方案，新興的電腦科技，增強了傳統的統計運算，逐漸在醫學領域受到重視。
- 應用技術：醫療資料探勘，機器學習和知識發現;特性分析;人工智慧（ AI ）資料處理;醫學知識建模;類神經網絡;專家系統;模糊邏輯;模糊類神經網絡，多媒體信號處理。
- 應用領域：電生理學;重病照護;糖尿病治療;管理勞動;篩選;初級照護; 復健;醫療資料處理（如：醫院/門診資訊系統） ;遠距醫療;視覺化;線上健康照護之訊號與資訊處理技術，醫療系統建模;神經修復介面。4. 生物醫學影像及訊號相關之系統層面應用
4.生物醫學影像及訊號資料倉儲(Biomedical Image and Signal Repository): 高效能之生物醫學影像及訊號資訊運算中心，支援各種醫學影像與生醫訊號之管理、儲存與分析處理。例如:
4.1生物醫學影像及訊號資料庫(Biomedical Image and Signal Databank)，與臨床電子病歷資料庫整合以利整體及個人化之醫療資料分析。利用各種資料處理工具應用介面與資料庫系統連接。
4.2 醫學影像及訊號資料運算分析(Advanced Medical Image and Signal Processing)工具，與相關之資料庫配合，建立模型、工具及運算方法用來做醫療資訊探勘並評估功效。
4.3臨床醫學教育應用教學系統：透過教育訓練系統的開發，可以針對病患，提供學生判讀的整體性醫學訓練。
4.4 急性及加護醫療應用Acute Medical Specialities for Critical/Intensive Care (IC)。麻醉和IC, 深度麻醉監測; 腦電圖和EP麻醉深度分析; 閉環麻醉系統;心率分析; 脈搏血氧儀; 氣體分析儀; 心血管系統; 心輸出量測量; 呼吸系統測量。胎兒心電圖分析; CTG分析; 臍血血氣分析;新生兒醫學; 新生兒（EP）分析;先進的監測系統。
4.5 Telemedicine & E-Health
目前感興趣的領域包括：個人和家庭監測;使用資訊和通信技術在獨立生活的老年人和殘障人士;疾病管理和藥物控制;無線和寬頻應用，衛星通信。
4.6. 校準及測量分析(Calibration & Measurement Analysis)
設備的安全檢查;確保醫療設備的性能規格;準確校準使用可追踪標準;評價的準確性變性醫療設備;影響MIS系統校準設備的醫療成果。
（二）醫學成像技術與應用
一九七九年諾貝爾生醫獎，首次頒給電腦斷層掃描（computed tomography，CT）的發明人漢斯斐爾（Godfrey N. Hounsfield）與柯馬克（Alan Cormack）兩位工程及物理背景的研究者，打破了諾貝爾生物醫學獎一向頒發給生物或醫學學者的傳統。而二○○三年的同一獎項也由美國伊利諾大學香檳分校化學教授羅特博（Paul C. Lauterbur）與英國諾丁罕大學物理教授曼斯菲德（Peter Mansfield）兩人，因為發展磁振造影（magnetic resonance imaging，MRI）之相關研究而共同獲得。這兩項醫學成像系統的發明與獲獎，充分顯現醫學成像技術對醫療診斷及生醫研究的重要性，已為世人所公認。簡單的說，醫學成像技術的發展使人類獲得了多種可以看到透視人體內部結構與功能的成像技術。醫學成像技術的蓬勃發展因而帶來醫療照護品質的提升，以及延續人類生命與健康福祉的貢獻，是科學造福人類社群的最佳範例。
事實上，生醫影像的種類相當多，就其成像原理之不同，能取得的資訊也不一樣。又因為解析影像能力的不同，我們可以從巨視到微觀，從整個人體、器官、組織、細胞，甚至更微細的細胞內之蛋白質與分子結構，均有適當之成像觀察方式。在今日各種造影術蓬勃發展的同時，我們可以利用各種不同的醫學成像方法，以獲得所需的影像資訊。但影像通常是直觀而定性的，一些重要資訊往往埋藏其中而無法直接由肉眼觀察得到，於是必須利用醫學影像處理分析，透過演算法來賦予影像新的詮釋，以告訴我們究竟得到了什麼。影像重建、影像分割、影像增強、影像對位、以及影像視覺化等多種類演算法由此而生，成為臨床診療與基礎研究的好幫手。同時借助統計與數學理論，而對影像有新的體會。正確的影像判讀也成為各類成功的生物醫學應用之關鍵所在。由於相關的影像分析技術另有章節討論，本章節僅針對目前經常使用，或正密集進行研究快速進展之醫學成像技術與應用，建議如下五類研究題材：
研究項目
1. 醫學成像原理與系統
傳統之醫學成像技術包含目前於醫療院所經常臨床使用之四大類放射成像原理與技術。就其成像原理可分為X光造影(X-ray Imaging)、磁振造影(MRI)、超音波(Ultrasound)、與核子醫學造影(Nuclear Medicine Imaging)等四類。其醫學成像設備也正是醫院放射影像部及核子醫學部所經常見到的 X光攝影系統、電腦斷層掃描系統(CT)、超音波成像系統、磁振共振造影系統(MRI)、γ射線攝影機(γ Camera)、正子放射斷層(Positron Emission Tomography PET)、與單光子放射電腦斷層(Single photon Emission Computed Tomography SPECT)等成像系統。雖然醫學成像系統數量與應用已相當多，然而在成像原理與系統構建的技術上仍不斷的改善與進步。目前各類成像系統都有朝向多種成像整合、高速度高品質化、體積變小可移動化、電腦與通訊上使用標準格式、並以數位資料庫儲存管理與傳輸影像及相關資料等等，都以增強影像的品質與應用的效率為發展目標。這些新發展使得在臨床診療已伴演不可或缺角色的醫學影像系統，更快速的在臨床使用上擴展，並在相關醫學研究上，也獲得重要的提昇。然而，除了現有成像系統的效能提昇外，新的成像技術也快速發展，並產生許多重要的應用方向。
2. 功能性成像與分子醫學成像及應用
使用X光、CT、與MRI等成像技術，醫生可以不需動用手術刀就能觀察人體內的病灶情況。這些醫學成像技術雖然能精確地揭示人體組織和器官的結構，但相關之功能卻仍無法顯現。功能性影像主要是以一種非侵入式的方法，將生物體內的各種功能性表現成像顯示。以目前在醫學上較常應用的技術，有磁振造影(MRI)和核子醫學(Nuclear medicine)等。
當曼斯菲德的快速掃描技術使傳統磁振造影成像的時間由幾分鐘大幅縮短後，新一代的功能性磁振造影快速發展。其中，腦血流磁振灌注造影利用血氧程度相關效應(Blood oxygenation level-dependent，BOLD)來量測腦功能。當腦部區域發生活性變化時，相關皮質區神經元隨之活化，造成血液供應瞬間增加，局部含氧血紅素與去氧血紅素的相對濃度比值升高，血氧程度相關的磁振訊號增加。而快速磁振造影可即時擷取血流灌注影像，並計算血液流速、流量和平均穿流時間等參數，可以分析腦組織的供血情況，解讀腦部功能分佈，進而開啟人腦認知功能的研究。磁振頻譜影像(Spectroscopic MRI) 結合NMR分析光譜與MRI成像於一體，則分析磁振訊號研究腦內各項相關代謝物含量，可獲腦內特定代謝物質在不同狀態下的位置及含量，極具臨床意義。磁振擴散張量影像(Perfusion Tensor MRI)以水分子在腦部擴散運動造成的訊號變化來探知腦神經纖維的分佈與連結；其他如MR彈性影像、MR壓力影像、MR電流場影像，均正在發展中。另一方面，核醫功能性影像中以PET與SPECT之造影新藥的研究與應用最為人矚目。例如中樞神經多巴胺及血清素核醫造影藥物的研發，氟-18-FDG及氟-18-FDOPA在巴金森氏症臨床診斷的研究，鎝
在分子成像方面，利用PET、MRI、SPECT、CT甚或超音波，配合微小粒子成像劑或顯影劑的開發，便可從分子和細胞的觀點觀察患者的病變情況，使醫生能在病癥出現之前，就發現可能引發疾病的各種異常，以實施更有效的個人化治療。例如，醫生將功能性顯影劑注射到人體內，它們就可以發現並附著到病變組織上，如腫瘤細胞中有缺陷的蛋白質、阿爾茲海默患者的腦斑、引起類風濕性關節炎的分子缺陷處及大腦中引發中風的微小血凝等。這些進入人體的微小成像劑或顯影劑在病灶區域，產生分子監測與治療的效果。目前國內外，各類分子成像技術爆發性的成長，在個人化的疾病預防與治療產生關鍵性的影響。另一方面， 由於PET能發現功能病變區域，而CT可以提供確定位置。因而結合PET和CT掃瞄以檢測腫瘤擴散的準確度，遠高於使用單一種技術的結果。因此也造就多功能成像系統整合之發展趨勢。
3. 治療性醫學造影技術與應用
醫學成像系統雖已大量使用於醫學診斷，但隨著新科技的研發與整合，直接應用於治療的醫學影像相關技術，造就了更安全有效的治療或手術，故也成為現代診療的新趨勢。以下說明數項相關發展為例：
內視鏡：之發展雖歷史久遠，然而近年來，藉由諸多新科技的進展，內視鏡更快速廣泛地應用在各種疾病的診療上。尤其內視鏡手術只需透過病患身上的微小傷口，即可進行複雜精密的手術，因而具有傷口小復原較快的重要優點。內視鏡手術也因此大量取代一些傳統的開放性手術，更是外科革命性的新趨勢。內視鏡手術科技的發展是一種跨領域的合作。唯有在工程師與醫師的密切配合，才能將科技適當的運用於內視鏡器材的發展。例如全數位高解析內視鏡影像系統的發明、手術器械與輔助工具的設計與應用、各式導航定位系統的研發、各種手術法的發明與改善等等，均更為增強此類診療方法的功能與應用彈性。
放射線治療：癌症為威脅人類生命最重大的疾病。臨床上，除了手術摘除外，經常依賴放射治療的方式去除腫瘤組織。利用醫學造影系統導引控制放射線，發展出能集中能量圍攻殺死癌細胞的各種放射系統在各大醫院經常可見。而例如伽馬刀、光子刀、諾利刀、螺旋刀、銳速刀、中子刀等，也都是應用於腫瘤之放射治療的系統。經過定位與放射機制的精密計算，這些刀可以提供較精準的放射治療，就其構造設計，適合不同的腫瘤，以提供癌症患者更佳的放射治療選擇。而將放射治療與更精密的醫學成像緊密結合，是此類系統功能提升之主要因素。
高溫與冷凍治療：是放射線治療的療效不佳時，或同時也與其他癌症治療方式併用時，經常使用的治療方式。其最大優點是不經手術，嘉惠無法開刀切除腫瘤的病患。臨床上，此類療法一般需由醫療影像系統導引，經皮穿刺，利用各式樣的針，以高溫、低溫、能量、藥物等直接注入腫瘤使其壞死。這些方式又包括了直接注射無水酒精、醋酸、高溫生理食鹽水等，或者使用電頻燒灼(radio-frequency)、雷射、微波凝固、高頻超音波、低溫冷凍等法將腫瘤殺死。這些方法裡，電頻燒灼是近年被認為對小型病灶有較好的治療成績，故而被大量採用。而高精確度的冷凍治療系統最近也被報導具有高度療效。
4. 顯微成像技術與應用
顯微鏡的發明和應用，在生物醫學領域誕生了一係列新的學科分支，將醫學從經驗傳承轉變為實證科學。而近年來隨著生物醫學研究如火如荼的擴展，顯微成像的原理與技術突飛猛進。以下略作說明近代數項重要之顯微成像技術：
光學顯微鏡：是最早被發展出來讓人們可以看到微生物型態的一種工具。但受到可見光源波長的限制，最佳解析度約200奈米。然而多數在顯微鏡下觀察的生物標本，都是無色或透明的，需要採取一些人為的處理，使之具有顏色或亮度差別，以利其觀察。其中使用化學物質處理的染色標本，使細胞與組織的化學和物理性差異成為顏色對比差異。而使用物理顯像的方法有相差法、微分干涉法和偏光法等。
螢光顯微鏡：則是利用標本所發出的螢光幅射顯示顯微結構與變化。螢光物質受到較短波長的光及足夠的能量所激發，當要回到穩態的能階時，會釋出較長波長的螢光，非螢光物質則成為黑色的背景。自體螢光又稱為主要螢光，是物質本身無螢光染劑也能自體產生的螢光現象，通常會影響實際要觀察的樣品或會干擾覆蓋實際要觀察的螢光，讓我們無法真正的判定螢光產生的物質及部位。所以，一般使用特定的螢光染劑，經由螢光色素和細胞的特定部分反應，而後產生次級螢光，以利定位與觀察。
電子顯微鏡(Electron Microscope EM)：相較於光學顯微鏡，電子顯微鏡以電子束取代了光波，電磁鏡片取代玻璃鏡片，其解析度約0.1奈米。然而，電子顯微鏡中的樣品必須放在真空條件下才能進行測試，因此無法觀察活的體樣品。另外樣品也可能會改變其結構，而加深分析的困難度。電子顯微鏡大致分為兩種：掃瞄式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope SEM)將電子束聚焦在樣品上，然後在試片表面進行樣品掃描而成像。而穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscopy TEM)則需將電子束要穿透樣品，才能產生信號而成像，因此樣品常通必須非常薄。
掃瞄穿隧顯微鏡（Scanning Tunneling Microscopy STM）：1980 年初期所發展，主要原理是利用金屬針尖在樣品的表面上進行掃描，根據量子穿隧效應產生穿隧電流。由於穿隧電流主要發生於針尖上最突出的一顆原子上，所以 STM具有原子級的橫向解析力。然而因為探針與樣品必須能導電，且樣品表面必須平整，使STM的應用範圍受到限制。
原子力顯微鏡 (Atomic Force Microscopy AFM)：1986 年發展，不受限於可導電的樣品，也排除STM對樣品表面平整的限制。其主要原理為吸引力促使兩靠近物體相吸；當兩者接觸時，則會產生排斥力。若這兩物體之一為能感測原子力變化的探針，另一為樣品，則利用此原子力可作二維掃描，進而描繪樣品表面形貌。
掃瞄探針顯微術（Scanning Probe Microscopy，簡稱SPM）：包括原子力顯微鏡(AFM)、掃瞄穿隧顯微鏡（STM）、磁力顯微儀(MFM)、光子掃瞄穿隧顯微儀(PSTM)、近場光學顯微儀(SNOM)。這些儀器主要的差異在於探針的結構及感應信號的系統不同，通常探針做得越尖，解析能力就越好。
光學同調斷層掃描術（Optical Coherence Tomography, OCT）：在1972年，P.A. Flourney提出低同調干涉術（Low Coherence Interferometry, LCI），將之應用於10微米以下的細薄膜厚度量測；隨著光源技術的進步，LCI的光源獲得到良好的改善，因此得以使用在高散射的生物組織深度定位上。在1991年，日本學者利用低同調干涉術，對生物組織做深度的掃描，同時對組織做橫向掃描，以得到組織內部的二維斷層影像，稱為光學同調斷層掃描術(Optical Coherence Tomography, OCT)。此外，近年也發展功能性OCT影像(Functional OCT):包含量測血流速變化的光學都卜勒斷層掃描術 (Doppler OCT)；量測因生物分子排列差異，而造成對光產生雙折射特性的Polarization Sensitive OCT; 用來量測生物體彈性大小的Elastography OCT；以及測量生物體內對光的不同吸收特性的Spectroscopic OCT。
雷射掃描共焦顯微鏡(Laser Scanning Confocal Microscope LSCM)：共焦顯微術的概念在1957年由Marvin Minsky所提出。而後在共焦顯微鏡偵測器的前方裝置空間濾波器，而可以有光學切片，這是傳統光學顯微鏡所未能及的。共焦顯微鏡可以在樣品表面上，取得不同深度的反射光訊號，進而得以描繪樣品形貌。在1980年代，利用雷射為光源，發展出雷射掃描共焦顯微鏡 (LSCM)，因其成像聚焦後焦深較小，使其縱向解析度更高，可對樣品作不同深度的掃描而不破壞其表面，解析度較一般光學顯微鏡高1.4倍。LSCM 從不同成像平面的光學切片，經三維重構後能得到樣品的三維結構，這種功能也被稱為“顯微CT”。
5. 其他成像技術與應用
除了上述數類重要之醫學成像系統外，醫學造影技術相當多樣且應用也相對複雜。故而特別舉出如下數例，以為說明相關成像系統之延伸：
紅外線熱影像儀（Infrared Imaging）：利用的原理是被動的接受身體表面放出的紅外線熱輻射來量體溫，並能自動畫出體溫分佈圖。而一般紅外線攝影機則是為了夜視以紅外線光源進行補償，無法偵測溫度。此外紅外線熱影像儀只是偵測，並非輻射線，對人體是無害的。一般使用紅外線熱影像儀於生物醫學方面之應用，在於觀察組織或器官在病變時之溫度分部變化。比如觀察退化性關節炎之溫度分布與病徵判別、甲狀腺眼病變病人眼睛表面溫度變化與、糖尿病人之足底溫度分佈量測、與雙波長乳癌病灶區域偵測等，均是很好的應用範例。
生醫電阻抗測量技術(Bioimpedance measurement technique)：大致分為兩大類，第一類是用來探討組織之電特性，第二類則用於測量生理參數。電阻抗斷層掃描 (electrical impedance tomograph)則是透過體表電極組，應用外加電流與測量電壓方式，經由重建演算法而建構出橫截面電阻係數(電導係數) 或介電係數之影像成像系統，可以提供內部電氣特性之影像。其具有低造價、無輻射、非侵入等優點。組織的阻抗特性與頻率相關，不同組織在不同頻率下的生醫電阻抗也有變化，多頻率電阻抗影像就是利用組織在兩個或多個頻率不同的阻抗變化來重建影像。電阻抗斷層掃描雖已有臨床系統上市，但較不普遍。但例如體脂計，則是我們常見的應用。
光聲成像技術（Photoacoustic Imaging）：為一種使用雷射光源，激發組織產生超音波，利用特定組織對特定波長光源之選擇性吸收，使得擁有較高光吸收係數之組織，吸收雷射所提供之能量，產生光聲訊號。超音波成像技術在生物醫學領域使用已有相當久的歷史，但雜訊較多影像模糊為其缺點。光學成像的優點是成像解晰度高，靈敏度高，可即時成像。相對的缺點則是穿透深度較淺，易受雜訊干擾。結合組織光學及醫用超音波的光聲成像技術，擁有光學及超音波成像的兩種技術優點。傳統超音波若遇到聲阻較為相近的組織，則無法分辨其結構差異。而光聲效應成像利用組織對特殊波長激發光的選擇性吸收，以辨識內部結構的差異，並量測其位置及大小等物理性質。
（三）電腦輔助醫療技術
隨著1895年侖琴先生發現x光後，在醫學成長中，成像技術扮演非常重要的角色。而在過去50年來，不同之成像方式如︰x光、超音波、核子醫學、電腦斷層攝影、磁振造影、數位放射成像等技術均已發展得相當的成熟。因此，藉由影像來進行相關之醫療技術亦漸趨成熟，而在今日之放射診斷學中扮演非常重要之角色。
在放射科中，藉由網路、資料庫、顯示系統及管理系統之整合，影像擷取及傳送系統(PACS)相關技術之發展亦趨成熟，目前已成為教學醫院中很重要之建置。也由於此系統之應用，大量影像之產生，相關之影像處理技術亦介入其中，以期能結合成像系統之物理意義及生理之解讀而帶來有意義之臨床應用，提昇影像帶來之效益。
於此發展中，電腦扮演著非常重要之角色，醫師可藉由電腦之輔助，可偵得病灶之所在，並結合專家系統進行診斷，甚至藉由所獲得之訊息，給予病人適當之治療或手術。故在電腦輔助醫療系統技術中，大略可分為電腦輔助偵測(CAD)、電腦輔助診斷(CAD)、電腦輔助治療(CAT)及電腦輔助手術(CAS)等應用方向。
現況分析︰
電腦斷層影像系統(x-ray CT)之於1970年代引進，可說是資訊科學進入醫療界一項重大的指標，也由於此項技術引入後，大量之影像以數位之模式產生，更有利於數位處理、傳輸、儲存之技術之運用。1980年代，電腦輔助診斷(Computer-aided diagnosis ,CAD)，亦伴隨著PACS之建置帶入了醫療體系；尤其是在數位x-光系統之引進；在困難度頗高肺小結，乳房腫瘤之偵測上，扮演著重要的角色。
實際上，在更早(1960年代)就有人引進自動診斷或電腦自動化診斷之概念，可以時空因素(時機及相關技術尚未成熟)無法配合，宣告失敗。也由於此失敗之經驗，在80年代電腦輔助醫療之技術發展，就朝著1.藉由放射醫師對影像之判讀及生理解讀之結合，發展一些方法及技術去偵測或量化影像中之腫塊；2.藉由已開發成功之CAD系統設法大量應用至臨床環境中，以利資訊收集，並改進系統，使其市場擴大；3.擴大推廣CAD之觀念及設備，使更多研究人員及機構來投入相關研究及使用相關設備；等策略進行開發，在美國已有些初步成果，並且已有相關產品通過FDA認證並已上市運用當中。
目前一些成功發展之案例，包括利用主體強化與背景差異影像進行胸腔x-光攝影中肺小結(lung nodules)，乳房攝影中之微鈣化及腫塊，CT之肺子結之偵測。此外，在放射腫瘤科中，有許許多多之治療計畫亦藉由電腦結合影像處理之輔助來完成；在牙科及整形中，亦藉由影像處理之機制，提昇了更好之治療規劃。此外，甚至可藉由影像特徵之擷取及參數之產生，進而控制機械手臂來完成精密外科手術之進行。
研究主題︰
從現況分析中，重點研究主題可分為下列四項
1. 電腦輔助偵測之技術(CAD, Computer Aided Detection)
主要是運用特定方法之程式擷取訊號或影像之特徵，來進一步提供具生理意義之參數供臨床醫學使用;必要時，並可結合資料庫之資料，透過適當之顯示工具，提供教育訓練平台，故其主題除了一般自動偵測技術發展外，尚可包括:
1.1 藉由邊界之偵測，進行影像分割，並可進行特定部位之重建，甚至提供建立虛擬實境(VR)之基礎。
1.2 藉由偵測之特徵及參數，協助醫療流程之安排。
1.3 藉由偵測之訊息，結合資料庫，建立教育訓練之平台。
2. 電腦輔助診斷(Computer Aided Diagnosis, CAD)
主要藉由程式從訊號或影像中，找出醫生診斷時，常需要之特徵及參數，並藉由專家系統之建立，來提供醫生在診斷時之參考意見(Second Opinion) 。此外，甚至可藉由運算找到一些傳統上醫師不易發覺之參數來協助進行診斷。此類之研究早期著重在胸腔腫瘤之輔助診斷，目前已逐漸運用到身體之各部位器官及組織中，各類病灶之診斷。由於身體各部位觀察之特性不同，故在方法開發上會略微不同,目前之研究分為:
2.1 肺部影像之病灶診斷。
2.2 乳房微鈣化及腫瘤之診斷。
2.3 腦部影像之病灶輔助診斷。
2.4 胃部或消化系統之病灶輔助診斷。
3. 電腦輔助治療(Computer Aided Treatment)
由於影像之來源最早以放射科為主，且早期腫瘤治療過程中，其治療計畫之訂定，常需要運用到影像之特徵，故電腦輔助規劃治療計畫為較早期之相關研究。隨著資訊科技(IT)大量被引入後，其能輔助之層面就更廣泛了，如:
3.1 藉由血管攝影術之開發，利於心導管手術之進行。
3.2 藉由電腦之紀錄，使治療過程之再現性提昇，有利醫療品質之確保。
3.3 藉由影像對位之技術，協助放射治療之進行。
3.4 藉由影像特徵之輔助，有利於組織之切割或燒凝之手術。
3.5 可藉由電腦之模擬進行虛擬之治療工作。
4. 電腦輔助手術(Computer Aided Surgery)
手術除了在進行當中，在術前之準備工作往往也會影響及手術之成敗。藉由影像及電腦之協助，更有利於提高手術之品質，因此有人提出「智慧手術房」或「數位手術房」之概念，無非就是想將數位影像處理帶來之效益運用到手術上，除了運用到骨科及牙科手術外，其常見的運用上包括:
4.1 手術過程中定位系統之開發。
4.2 藉由影像模型所建立之手術模擬定位。
4.3 機器手臂設施於手術中之運用。
4.4 電腦輔助之微創手術。
4.5 電腦於腦神經手術之運用。
5. 新興項目:
除了以上所提之主題外，於此領域之研發領域並逐漸擴大，其概念包含:
5.1 所引用之資料來源之擴大，來達到輔助之功能，如:結合病人之病歷以及區域之整體病歷資料庫之比對找出較好之解決方式。
5.2 衍生相關軟硬體需求之擴大，如相關標準之產生，不同醫療流程(Workflow)之建立，定位器之技術等。
5.3 透過網路及媒體之協助運用醫療空間之擴大 ; 如:Tel-Medicine，E-health之觀念，均有助醫療資源之延伸。
（四）醫用資訊系統
以下將醫用資訊系統分為六個項目說明，六項目分別為：
醫療資訊共通性；2、醫療資訊共享平臺；3、健康照護知識管理；4、資料採礦；5、醫療照護環境；6、格網。
研究主題
1. 醫療資訊共通性 (Medical Information Interoperability)
藉由醫療資訊標準的使用，使得醫療資訊具有共通性，在未來可進一步達到知識、資訊的共享。
病患資訊
為了達到醫療資訊互通的目的，目前已有許多國際化的標準可供依循，例如 : HL7、ICD code、LOINC、SNOMED CT等等之標準，這些標準皆有助於病患之資訊共通。病患資訊共通可使病患在國內各區域間甚至是跨國求診時便利資料在不同醫療機構間傳送。另一方面，若個人可攜帶經標準化之個人病歷，並於每次行進醫療行為時更新該資料，則個人即可保有其完整終身電子病歷資料 (Lifetime electronic health record data)，完整之病歷將有助於醫師診斷，進而提高醫療品質。
臨床指引 (Clinical Guideline)
臨床指引之表示方式也有許多國際標準、方法，詳細內容將在「健康照護知識管理」部份說明，一旦其表示的方法有了標準的模式之後，不同的醫療機構即可互相共享臨床指引，並且可針對共享資料作評估、驗證、研究，進一步產生更佳的臨床指引再作分享。
2. 醫療資訊共享平臺
「醫療資訊共通性」中提到了一旦醫療資訊經標準化後，可快速地流通、共享，而另一方面，也有學者專家致力於共享平臺之開發、研究。
知識資料庫
如「醫療資訊共通性」中提及的臨床指引，可透過臨床指引相關之知識資料庫來分享、共用臨床指引相關資訊，而這些資訊可經由共享、再分析、再研究更加地精煉。
罕見、重大疾病資料庫
罕見疾病之相關資料搜集比一般疾病困難，罕見疾病之資料較難。在單一或數個醫療機構達到相當的數量，因此，其共享平臺之建立就顯得更為必要，若有此共享平臺，則可集中、整合跨國之資訊，例如罕見代謝疾病資料庫: RAMEDIS( Rare Metabolic Diseases Database)。
醫療系統開發資源共享
除了上述的資訊的共享之外，也有系統開發資源之共享方面的研究，例如協助知識資料庫建立之輔助軟體Protégé，即為一共享之開發資源。
除了上述三點之外，另一方面，也曾經有學者專家嘗試直接針對論文資料庫作分析，如針對Pubmed-indexd papers作分析，擷取出引用資料 (Citation data) 作進一步研究。再者，近年更有語意網 (Semantic web) 的相關概念和技術促使醫療資訊研究人員、團隊可更加便利地在組織內部或跨組織進行共同合作、研究。
3. 健康照護知識管理 (Healthcare Knowledge Management)
醫療知識庫除了可以作為醫療決策支援系統 CDSS (Clinical Decision Support System) 的基礎之外，另外尚可提供研究人員進行研究、分析，目前已有工具可以協助知識庫的連立，如Protégé，其為開放源碼 (open source) 之工具。
臨床指引 (Clinical Guideline)
臨床指引常用作支援醫療人員之診斷、治療之決策，而現今有許多能夠表達這些臨床指引的標準、方法以及工具，例如Arden syntax 、Asbru、PROforma、GLIF、GELLO、EON、PRODIGY等等。
另一方面，也有許多的計劃已提出臨床指引知識庫的實作方法如 SAGE (Standards-Based Sharable Active Guideline Environment)，其由包括史丹福大學 (Stanford) 之數個研究機構所共同開發。
病患臨床資料 (Patient Clinical Data)
病患病歷、檢驗報告、治療結果等等資料，若以電子化的型式貯存、收集，可用作醫護人員更進一步的研究及追蹤。
醫護人員教學資料
教育醫謢人員之教學資料庫也為知識資料庫的一種，若有此類知識庫的建立，則醫護人員之教育方式可以有更多元的方式，例如以此知識庫為基礎透過e-Learning系統教育醫護人員，另一方面，也有利用PDAs (Personal Digital Assistants) 為教育醫護人員之媒介的相關研究。
4. 資料採礦 (Data Mining)
在可獲得大量病患資料的基礎下，如已建立醫療知識庫，即可利用機器學習(Machine Learning) 技術來對檢驗、診斷、治療等資料作進一步的分析和研究。
檢驗、診斷、治療，使用資料採礦技術來對已存在之大量檢驗結果作分析，以提高篩選的準確性另一方面也可降低檢驗之成本，例如:若第一階段篩檢的準確性提高，則需要進行第二次篩檢的人數減少，如此即可降低檢驗之成本。透過已存在的眾多病患資料，如檢驗報告、治療結果來進行資料分析，以提高未來診斷準確性以及治療成效。
另一方面，可以使用資料採礦技術事前對病人資料作分析，而在醫護人員檢驗、看診的過程中，能透過醫療資訊系統作出適時的提醒、建議，例如在醫護人員開立醫令時，醫療資訊系統自動顯示適當醫令集 (Order Set) 供醫護人員選取。
臨床路徑 (Clinical Path)經由分析檢驗、診斷、治療，從資料庫中發掘隱含的知識，找出資料中所帶有的重要意義，以分析、歸納出較佳的臨床路徑。
5. 醫療照護環境
醫療的照護環境隨著醫療資訊系統的發展而更加便利也更具智慧，照護的範圍更由醫療院所延伸至病患的居家環境。
智慧型醫院 (Smart Hospital)
利用無線射頻辨識 RFID (Radio frequency identification) 技術辨識病患，例如使用此技術作為病人住院用藥時及執行其他醫療項目時確認病人的機制，以提升醫療服務品質及安全性。另一方面也可用於追蹤病患的位置所在。
另一方面，也可結合預防醫學之相關臨床指引將病患資料作自動篩選，利用電子郵件 (e-mail) 或其他自動化的方式提醒、建議病人何時應作何項健康檢查項目。
門診、急診時間控制
利用在醫療資訊系統中作時間的註記，來記錄病人在門診、急診的等待時間及各項醫療項目執行的時間來用作分析，以期控制病人等待時間和讓重要醫療項目能及時執行完成。
病患、醫護人員在醫療院所外存取資料
使用以網路為基準之應用程式 (Web-based application)，讓病患或者是醫生可以在醫療院所之外存取資料。以病患的角度來看，例如在手術後需觀察、追蹤之病患，其可以在家中把自己的情形經由醫療資訊系統之介面透過網路轉送到醫療院所，如此，醫護人員即可在遠端取得病患之情形，並透過一樣的方式加以回覆，將醫療照護的範圍由醫院延伸至病患的家中。而醫護人員也可利用此一技術在醫療院所之外的地方存取資料，例如進行e-Learning課程、查看臨床指引等資料等等。
6. 格網 (Grid)
利用格網技術來分享計算能力 (Computing power)，提升計算效能，另一方面也可分享不同地點所貯存之資料 (Sharable storage)。
分享計算能力
為了增進需大量運算之任務的效能，而把計算分散至多個點運作以加速取得結果。
分享多處貯存資料
利用格網技術分享多處資料，例如曾有研究人員針對帕金森氏病 (Parkinson's disease) 這個病症在多個醫療院所及研究機構建立共享資料機制，使此病症之相關知識能夠在此機制下累積、共享。
另一方面，例如在加護病房中的病患，同時需要多個醫療儀器來監控其情形，在此需求下，可以利用格網技術來收集、貯存、處理、共享這些住院病人的監控資料，如此也可便於醫護人員擷取、檢視及進行應作的醫療行為
（五）生物資訊
了解細胞內的基因與蛋白質及其運作機制，是生物醫學研究者長久以來努力的目標。其目的或是探索生命現象，或是尋找出分子、基因或細胞層次的致病機轉而加以治療。在初期，一位研究者可能窮其一生也只能探究一個或數個基因或蛋白質的組成與功能，而要了解基因和蛋白質間的交互作用，更必須以拼圖的方式才能略窺基因或蛋白質網路之一二。然而，由於生物科技的進步，在二十世紀末與本世紀初，此一現象產生了劇烈的變化。例如，大量且高速精確定序技術的出現，使得許多物種的核苷酸序列(nucleotide sequence)被並定序出來。又如，生物晶片技術的發明，使得研究者可以同時觀察數萬個基因或是數千個蛋白質的表現量。也因此對於細胞內的生命機制的探索，也從基因和蛋白質的序列與結構的分析，逐漸擴展到大量序列與結構的比對、基因與蛋白質網路的建構、乃至於細胞間的交互作用以及組織與器官的模型化。這一切的發展，在二十年前是無法想像的。而在此探索生命機制的過程中，除了日新月異的生物科技外，生物資訊扮演著不可或缺的關鍵角色。
生物資訊目前仍是一個發展中的領域，隨著所涵蓋的研究範疇的增加，其定義依然處在漸漸形成的過程中。而根據美國國家衛生院(National Institutes of Health)的定義，生物資訊是：Research, development, or application of computational tools and approaches for expanding the use of biological, medical, behavioral or health data, including those to acquire, store, organize, archive, analyze, or visualize such data。生物資訊與計算生物學(computational biology)兩個名詞常常被互換的使用，根據美國國家衛生院的定義，計算生物學是：The development and application of data-analytical and theoretical methods, mathematical modeling and computational simulation techniques to the study of biological, behavioral, and social systems。雖然二者的重疊性非常的高，若是細細的分類，根據維基百科，生物資訊比較著重於information，而計算生物學則比較偏重hypothesis。由於二者的差異相當細微，在本報告中，我們將不刻意的區分生物資訊與計算生物學。
生物資訊的濫觴或可追溯回二十世紀的五、六零年代。在此生物資訊逐漸萌芽的階段，出現了許多重要的發展，例如最初的sequence alignment algorithms (Gibbs and McIntyre, 1970; Needleman and Wunsch, 1970)、selection-free 的molecular evolution模型(King and Jukes, 1969)、二級結構中氨基酸偏好的推導(Pain and Robson, 1970; Ptitsyn, 1969)等。而在七零年代，許多重要的理論基礎逐漸成形，所缺的是參考資料、軟體資源與access它們的方法，例如string和sequence alignment的理論與實作、molecular evolution的進程、核苷酸與氨基酸替代率的量化、演化樹的建構與分析、以及蛋白質的結構分析等。到了八零年代，可謂是生物資訊成熟為一個獨立領域的年代。相關的商業軟體開始出現。許許多多的重要演算法持續出現，其中犖犖大者，約可分為序列分析、分子資料庫(molecular databases)、蛋白質結構預測、分子演化(molecular evolution)等。而九零年代，由於電腦與資訊的蓬勃發展，尤其是高效能電腦系統、internet、大量資料儲存裝置、資料庫等，帶動了生物資訊軟體的快速發展，如BLAST、RasMol和Kinemage等軟體的出現與普及，與基於multiple sequence alignment的第二代蛋白質二級結搆預測演算法的提出。
近十年來，在兩個世紀的交替之際，生物資訊的發展有了前所未有的改變。此一改變的動力即來自於過去所未曾有的生物醫學資料，其中包括大量的基因體與蛋白質序列、蛋白質結構、生物晶片資訊、high-throughput生物科技所產生的實驗結果和數十年來所累積的文獻資料等。這些龐大的資料促成了生物資訊許多嶄新的研究方向，例如microarray 資料分析、基因網路重建、蛋白質交互作用等等。
現況分析
在過去的十年間，基因體與蛋白體的生物醫學資料以驚人的速度急遽增加。目前已有超過七百個基因體被定序，三十億個序列被儲存在GeneBank中，其中包括了近二十年來人類基因體計畫的大量人類基因體解碼成果。在PDB(Protein Data Bank)中，也已累積了四萬個以上的蛋白質結構。此外，針對不同的生物醫學問題所設計的microarray實驗，也產生了為數可觀的microarray資料以及各種high-throughput生物科技所產生的龐大實驗結果。再加上過去數十年間生物醫學相關研究所產生的文獻資料，生物資訊正處在一個開啟生命知識寶庫的關鍵年代。根據Guan and Gao的分析，從2000年到2005年，美國在生物資訊領域發表且被SCI-E indexed的文章(包含articles、reviews和letters)數目，由一年529篇上升到一年1586篇，增加了兩倍。而研究的課題，從基因和蛋白質的組成與結構，到系統層次的網路、交互作用與功能，隨著資料的種類與數量的增加，以及數學、物理、計算機科學和工程技術的投入，處處可見令人驚豔的創意展現與研究成果。現今，生物醫學工程研究人員參與較多的研究領域，至少包含：
l 基因體序列之決定(Sequencing genomes)
l 序列分析(Sequence analysis)
l 分子結構預測(Molecular structure prediction)
l 分子交互作用分析(Analysis of molecular interactions)
l 分子網路(Molecular networks)
l 表現量資料分析(Analysis of expression data)
l 蛋白質功能預測(Protein function prediction)
重點研究主題
生物資訊的研究主題包羅萬象，從序列、結構到功能、網路，任何列舉，皆難免有掛一漏萬之憾。在本報告中，我們主要參考Bioinformatics – From Genomes to Therapies 一書(edited by Thomas Lengauer)，根據國內生物醫學工程研究者投入較多的研究領域，說明目前與未來可能的重點研究主題：
1. 基因體序列之決定(sequencing genomes)
儘管各式各樣的生物分子資料被大量的產生，DNA序列仍是最基礎且重要的資料。在基因體序列決定的過程中，生物資訊的重要工作之一就是將帶有錯誤與重覆(repeats)的reads和mate-pairs的片段資料組合起來，也就是所謂的序列組合。因此發展快速有效的序列組合演算法是決定基因體序列的重要研究課題。
2. 序列分析(sequence analysis)
2.1 序列比對(sequence alignment)
基因間的同源性常常反應在DNA或氨基酸序列的相似性。而此一同源性也常常意味著它們的功能相似。也因此比對基因或蛋白質序列至少有兩項好處：解開演化的關係以及從一個基因推估另一個基因的功能。而序列比對的課題至少可以包含成對序列比對、序列資料庫搜尋和多重序列比對等。
2.2 親緣重建(phylogeny reconstrcution)
分子親緣關係(molecular phylogeny)是現今生物學者了解生物演化的常用工具。分子親緣關係不僅是為生物建構親緣樹(phylogenetic trees)，更廣泛的說，藉由親緣樹，我們可以了解序列之間的關聯性。而從此關聯性，我們有可能藉此推論未知序列的功能與結構。經由親緣樹，我們可以推論許多事情，例如：序列的演化歷程，決定保留或高度變化的區域，以及偵測高度異常取代樣式(aberrant substitution pattern)。
2.3 基因尋找(gene finding)
在DNA序列中尋找基因是基因體功能註解的關鍵步驟之一。其中重要的課題如：編碼序列(coding sequences)、gene signals、splice site與alternative splice sites等的偵測。
2.4 基因體調控區域分析
許多致病基因(disease genes)的源由並非該基因的編碼區域(coding regions)，而是其非編碼的調控區域。肇因於調控區域的多型態現象(polymorphisms)，這類致病基因的蛋白質結構並未受影響，改變的是它的表現量。若要發展辨識或分析調控區域的演算法，深度的了解調控模型是有其絕對的必要性，例如轉錄調控的重要序列成員：轉錄因子(transcription factors)結合區(binding sites)、repeats和hairpins等。
2.5 基因體序列中repeats的變識
Repeats在人類基因體中是頗為神秘的片段。它約略涵概了40%的人類基因體，其作用仍被廣泛的爭辯中。Repeat指得是在一序列或一組序列中，出現多次的子序列。它們可粗分為兩大類：tandem repeats和dispersed repeats。Tandem repeats乃指前後相連的repeats，而dispersed repeats則出現在分散的位置。
2.6 基因體序列重組(genome rearrangement)
基因體序列重組指得是在染色體層次的分裂(splitting)、結合(fusing)、混合(mixing)與重新排列(reshuffling)。這一方面的研究可以讓我們對於演化有更細微的重建，也可藉以辨識基因體中不穩定的區域。而後者則與癌症的研究有關。
3. 分子結構預測(molecular structure prediction)
3.1 蛋白質結構預測
雖然基因體序列正被快速的定序解碼，透過實驗決定(例如：X-射線繞射法(X-ray crystallography)或NMR光譜法(nuclear magnetic resonance spectroscopy))的蛋白質三維結構的數量，增加的卻相對緩慢。然而，小至細胞內種種生命現象的調控，大到人體生理生化功能的表現，蛋白質都扮演著關鍵性的角色。而決定蛋白質功能的重要因素之一則為其立體的構造。也因此，蛋白質三維結構遂成為了解基因功能與各種生化研究，如蛋白質—蛋白質交互作用、抗原—抗體免疫反應和蛋白質功能網路、蛋白質設計和改造、酵素設計、藥物設計及篩選等之核心資訊。也因此如何藉由計算的方式推估蛋白質三維結構便成為生物資訊領域中十分重要的課題。
經由結合已知蛋白質結構的資訊與分子模擬的理論，藉著電腦強大的運算能力、資料探勘等技術，與生物學者合作，依據蛋白質的序列（amino acid sequence）來預測其三級結構（tertiary structure）。不過以計算的方式，就算只是要預測一個最簡單的蛋白質結構，也是一項相當艱難的事，除模擬分子之間的鍵長、鍵角、作用力的計算複雜外，蛋白質三度空間立體結構要決定並不容易，如蛋白質骨架(backbone)、環狀結構(loop)、側鏈 (side-chain)的模擬，能量最小化的計算等。
蛋白質結構預測的演算法，目前最為大家所熟知，也是最為常用的方法有三類，分別是同源模擬法 (homology modeling)、穿針引線法(threading or fold recognition)，以及純只用蛋白質序列來預測的從頭開始(ab initio)演算法。
3.2 RNA結構預測
相對於DNA通常形成雙螺旋結構，RNA的結構則較為多元。功能性RNA分子通常有特徵二級結構，也因此RNA二級結構的預測與比較是了解RNA功能的常用工具。另一方面，快速精確決定noncoding RNA的三級結構與功能是了解許多細胞代謝路徑(cellular metabolic pathways)的重要步驟。
4. 分子交互作用分析(analysis of molecular interaction)
4.1 分子對接(docking)
為了要了解蛋白質功能，甚至調控其功能，能夠預測或了解蛋白質與其他生物分子間的交互作用是十分重要的。從計算的角度來看，我們必須要能夠解決分子對接(docking)的問題，也就是回答兩個分子是否會形成一個複合分子、這個複合分子是否穩定、以及幾何形狀為何。其中特別令人感興趣的則是蛋白質與小的有機分子間的交互作用。
4.2 蛋白質—蛋白質和蛋白質—DNA交互作用
蛋白質—蛋白質的交互作用是訊息傳遞的重要步驟，而蛋白質—DNA交互作用則是基因調控上的關鍵事件。近來，對於此二類交互作用的了解，也成為研究基因調控網路的重要資訊。蛋白質—蛋白質的交互作用是從兩個或兩個以上的獨立蛋白質結構去預測其複合體的結構，此一問題也稱為蛋白質—蛋白質對接問題(protein-protein docking problem)。而蛋白質—DNA交互作用與蛋白質—蛋白質交互作用的差別主要來源有二。其一，核苷酸是負電荷磷酸雙酯骨架，其二是DNA與RNA的骨架相當flexible。
4.3 候選藥物的辨識與最佳化(lead identification and optimization)
當與疾病有關的標的(target)被確認後(通常為酵素或受體一類的蛋白質)，接著就是要從許許多多的化合物或分子中篩選出可能可以改變此標的物的作用的候選化合物或分子，此一步驟稱之為候選藥物的辨識 (lead identification)。然後再進一步修改其分子結構，使其效益達到最佳化，亦即所謂的候選藥物的最佳化(lead optimization)。
5. 分子網路(molecular networks)
5.1 代謝網路(metabolic networks)建構與模擬
代謝網路描繪細胞內代謝與生理等生物性程序(biological processes)，它包含了代謝的化學反應以及這些反應間的調控作用。藉由代謝網路的建構與模擬我們可以了解細胞內的穩態與動態的分子機制，關聯基因體與分子層次的生理現象。
5.2 基因調控網路(gene regulatory network)建構
基因調控網路的建構，目的在於從系統層次上了解基因間的交互作用，以及基因是如何被其他基因或蛋白質所調控。而調控的作用可以是在轉譯、RNA processing或轉錄的階段。其建構的依據則包含各種array的表現量(如：microarray的基因表現量)、文獻資料、資料庫等等。
5.3 信令網路(signaling network)建構
信令網路的任務在於控制細胞內的功能與訊息處理。它的複雜性往往較其所調控的功能更為複雜。隨著所使用的網路模型的不同，其所推論出的網路信息種類也有所不同。常用的網路模型有Boolean網路、貝氏網路、微分網路等。而信息的描述有些是以離散狀態描述之，有些則以連續性信息描述之。
6. Microarray表現量資料分析
6.1 Microarray顯著表現基因偵測
一個基因的表現量若在不同的實驗的條件下，有著顯著的差異，則此基因被定義為一個顯著表現基因。然而，由於系統與實驗上的雜訊，以及非常有限的重覆實驗，確認一個基因是否為顯著表現卻是一個相當具挑戰的問題。雖然已有許多統計方法與演算法曾被建議來決定顯著表現基因，但由於重覆實驗的數量有限，這些方法的強健性都不足，因此如何決定顯著表現基因仍是一個待解決的課題。
6.2 基因分類
藉由在不同實驗條件下所產生的Microarray基因表現量，我們可以使用classification的技術，產生能夠預測疾病類別的基因profile，或是對未知功能的基因進行註解，或是將一群基因歸類為功能相關的群組。我們也可以使用clustering的技術歸納基因功能，或是探索新的疾病類別。
7. 蛋白質功能預測
7.1 從序列推論蛋白質功能
由於大多數的蛋白質皆僅知其氨基酸序列而不知其結構，是以如何能從氨基酸序列推估蛋白質功能便成為一個非常有價值的工作。而其常使用的方式則是將未知功能蛋白質的氨基酸序列與已知功能蛋白質的氨基酸序列做比較，從其保留序列中推論其功能。
7.2 蛋白質交互作用網路(protein interaction networks)分析
蛋白質間的交互作用是細胞內生物性程序最主要的基礎。由於近年來大量的基因體與蛋白體的實驗資料的產生，藉由整合各類的實驗資料、過去的文獻與資料庫的資訊，以計算的方式推論蛋白質交互作用網路逐漸變為可能。
7.3 從基因體組成(genomic context)推論蛋白質功能
在蛋白質功能的推論中，有相當一部份的未知功能蛋白質是無法藉由同源性搜尋(如序列比對)來推估其功能。在無其他資訊可以利用的情況下，完整的基因體序列便成為非常重要的參考，例如有那些生物體具有相關的基因，相關基因的演化資訊，那些基因存在與該基因相鄰的位置等。
7.4 從蛋白質結構推論蛋白質功能
一般相信蛋白質功能與其結構息息相關。然而從蛋白質結構推論其功能並非一件輕而易舉的事。其中主要的挑戰有二。一為尋找蛋白質的functional sites。另一為確認該蛋白質的分子功能。
7.5 從文獻中探勘蛋白質功能的資訊
數十年蛋白質相關研究所產生的文獻量十分龐大。其中不乏對蛋白質功能的描述。然而要將這些研究成果做有系統的整理，並放入資料庫卻是非常費時的工作。因此如何藉由text mining的技術從文獻中抽取相關的蛋白質知識與註解是現今研究蛋白質功能的重要課題。其中的困難在於自然語言的解讀與整合不同實驗條件下的成果。
8. 新興的研究方向
8.1 在epigenetics level的基因調控
Epigenetics指得是不含DNA序列改變之穩定(stable)或可遺傳的基因表現的改變。它構成了階層式基因調控的最底層。近來重要的發現如：tumor suppressor genes由於CpG island promoter 的高度甲基化(hypermethylation)而導致transcriptional silencing、histone的化學修飾是基因表現的重要步驟等，使得epigenetics逐漸受到重視。而生物資訊可以扮演的角色，雖然有待進一步發掘，但至少可以在以下幾個方面：從序列預測甲基化狀態、尋找甲基化資料中的樣式(patterns)並探討其與phenotypes間的關聯性、協助epigenetic cancer biomarkers的設計等。
8.2 RNA干擾(RNA interference, RNAi)
RNA干擾(RNAi)是過去十年間十分重要的生物學上的發現。它是由小的雙鏈RNA以序列互補的方式與其他RNA結合，使其發生降解，從而導致基因表達沉默。在此一研究課題上，生物資訊至少可以在以下幾方面著力：整合預測或驗證的短RNA及其目標物的資料庫、發展演算法尋找基因體中的miRNA、分析miRNA的結構、尋找miRNA的目標物並分析miRNA與其目標物的交互作用。
8.3 Alternative Splicing
Alternative splicing是生物體中讓蛋白質的數目超越基因數目的一個重要機制。雖然splicing在過去數十年間已被廣泛的研究，且有相當不錯的預測能力，但是alternative splicing的預測仍是非常的不足。
8.4 Immunoinformatics
Immunoinformatics主要的目的在於分析、預測與模型化免疫系統中分子層次的各面相。其目標是發展有效的疫苗，了解病原體在宿主的選擇壓力下如何演化，以及分析一個族群的immunotypes的多樣性對於流行病擴散的影響等等。
三、結論
綜合上述，我們可以發現醫學資訊之研究範圍相當的廣泛。如生物資訊其結合生物、資訊、統計數學、物理及化學等領域，以計算的方法探討生物相關的研究領域，以有效的解決生物的問題。國內起步雖晚，然研究者更有充分之發展空間來開發。另一方面在醫療資訊之未來發展趨勢上，除了開發新的成像系統、雙參數（功能與結構）影像之結合、虛擬實境之運用、結合影像之電子病歷技術、電腦輔助醫療相關技術外，結合其他儀器與資訊產生一個智慧之健康照護系統以及結合現代科技開發之實用之醫療資訊系統，均能帶來醫護人員更多之便利及提升大眾之福祉，實有待大家的努力！