實驗室開發的智慧光學骨質密度儀(Intelligent optical bone densitometer, iOBD)是一款便攜式桌上型裝置,其設計靈感來自血壓計。裝置主要包含光源板、感測器及手腕放置處三個核心部分。使用時相當簡便,受測者只需將手腕放入裝置中,並覆蓋黑布以隔絕環境光干擾。操作過程中,操作者可透過遙控器切換不同光源,並以電腦控制感測器,將各種波長下的光學資訊以影像形式記錄下來。

       骨質疏鬆症(Osteoporosis, OP)是一種因骨質流失速度大於生長速度,導致骨骼質量減少與結構改變的疾病。世界衛生組織(World Health Organization, WHO)已將其認定為全球第二大流行疾病。根據歐洲研究數據顯示,50-60歲女性和男性的骨質疏鬆症患病率分別為15%和2.4%,到了70歲以上,這個比例更攀升至45%與17%。德國的研究更指出,高達95%的骨質疏鬆患者同時伴有關節炎、慢性腰痛,甚至抑鬱症等多種併發疾病。雖然骨質疏鬆症在前期並無明顯症狀,但會逐漸增加患者的骨折風險,使骨骼變得脆弱。一旦發生骨折,患者可能面臨生活不便、需要長期住院、再次骨折,嚴重者甚至可能導致死亡。

       骨質疏鬆症的診斷主要是透過測量骨礦物密度(Bone mineral density, BMD)來進行評估。在現今市面上，常見的測量儀器有定量式超音波骨質密度儀(Quantitative ultrasound, QUS)、定量式電腦斷層掃描(Quantitative computer tomography, QCT)以及雙能量X光吸收儀(Dual-energy X-ray absorptiometry, DXA)。
       其中，DXA被公認為測量骨質密度的標準儀器。這項檢查主要是測量前臂、脊椎與髖骨等部位的骨密度值，並將結果與20至29歲白人的平均骨質密度進行比較，從而計算出T-score值。當T-score值介於-2.5到-1之間時，會被判定為骨質不足(Osteopenia)；若T-score值低於或等於-2.5時，則判定為骨質疏鬆症(Osteoporosis)；而當T-score值低於或等於-2.5，且同時存在一處或多處骨折時，則會被診斷為重度骨質疏鬆症(Severe osteoporosis)。在進行診斷時，醫師通常會以脊椎或髖骨的測量結果作為主要判斷依據。然而，若這兩個部位因某些原因無法進行測量，則可改以前臂橈骨1/3處的測量結果作為替代判斷標準。

       由於DXA具備卓越的測量精確度，能有效區分骨骼與其他組織，並提供精確的骨質密度定量數據，因此被公認為診斷骨質疏鬆症、追蹤骨質密度變化以及評估骨折風險的首選檢測方法。在實驗室的研究中，我們將DXA測量所得的骨質密度數據作為機器學習模型的標籤(Label)，提供模型學習的標準答案(Ground truth)，同時也作為評估模型表現的重要參考依據。 為了提升模型的性能與穩定性，研究團隊會對原始影像進行各種預處理。值得注意的是，除了針對高齡人口的骨質疏鬆症研究外，實驗室近期更將研究方向擴展至肌少症的預測領域，期望能為更多相關疾病提供診斷協助。