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生医电子跨域 精准电刺激改善帕金森氏症

林口长庚医院动作障碍科主治医师陈琼珠(左3)、科技部生科司长陈鸿震(左4)、交通大学电子研究所教授柯明道(左5)合影。(科技部提供)
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【大纪元2020年08月26日讯】(大纪元记者袁世钢台湾台北报导)目前以在脑中植入电极治疗帕金森氏症的方式,有耗电量大、产生肢体不受控等副作用的缺点。不过,交大电子研究所教授柯明道与林口长庚医院动作障碍科主治医师陈琼珠跨域合作,采用台积电研制的“微型单晶片”,以精准电刺激降低一半的耗电量,并减少35%副作用。

陈琼珠表示,帕金森氏症(Parkinson’s disease)是老年人最常见的神经退化疾病之一,由于病程很长,长期服用药物易产生肢体不受控制的异动症,或出现药效的时有时无等副作用,且经过5年的蜜月期后药效会开始递减。因此中、晚期的患者可选择“深脑刺激系统”,透过外科手术在脑部植入电极,藉由高频率电刺激来改善动作障碍。

不过,陈琼珠指出,目前自美国进口的深脑刺激系统只能采用“无差别连续性电刺激”,具有过于耗电及容易产生肢体不受控、口齿不清等情况;且经常加剧患者及家属的经济负担,传统深脑刺激系统约新台币100万元,健保补助约9成,但患者每4至5年就要更换1颗电池,每次要价40至50万元;根据去(108)年健保署统计,全台患者在更换电池部分就花费1亿多元。

然而,科技部自2019年起推动“台湾脑科技发展及国际跃升计划(108-109)”,鼓励跨领域结合资通讯、机械控制、臨床医学等研发能量,带动生医领域及精准医疗产业发展。在此计划支持下,柯明道与陈琼珠共组跨领域研究团队,采用台积电半导体制程研制出的“微型前瞻系统单晶片”,开发出“智慧型可适性闭回路深脑刺激系统”。

柯明道指出,团队所开发的“微型前瞻系统单晶片”整合了类比前端放大器、类比数位转换器、数位讯号处理器、可调式多通道电刺激器,以及无线传输及电源管理等多项电路功能,有赖台积电成熟的工业技术,将晶片体积缩减到比米粒还小,降低一半的耗电量,并大幅提升运算效能。

柯明道表示,这套系统可搜集个别患者脑中独特的“深脑讯号”,透过回馈控制讯号机制驱动电刺激,让医生进行专业调控后给予特定的电刺激治疗,实验过程中也应用无线充电的新技术,使晶片可以无线充电、24小时运作。陈琼珠则举例,就像传统冷气升级成智慧型冷气一样,可侦测周遭气温再去调配冷房能力。

陈琼珠表示,新治疗技术的成功关键在于长庚医院过去数十年与英国牛津大学合作分析患者深部脑部讯号,找出生物标记,后续根据病人颤抖、动作缓慢等不同临床症状,让刺激器给予个人化刺激讯号,达到精准治疗目的。依据目前使用情况显示,可改善口齿不清、异动症等副作用程度达到35%。

柯明道说,目前此系统单晶片已制作完成,新的系统目前正进行迷你猪动物实验阶段,以验证安全性与功能性,预计今年底将申请人体临床试验,商品化时间大约还需3至5年。

交大电子研究所教授柯明道与林口长庚医院动作障碍科主治医师陈琼珠共组跨领域研究团队,采用台积电半导体制程研制出的“微型前瞻系统单晶片”,开发出“智慧型可适性闭回路深脑刺激系统”。(科技部提供)
交大电子研究所教授柯明道与林口长庚医院动作障碍科主治医师陈琼珠共组跨领域研究团队,采用台积电半导体制程研制出的“微型前瞻系统单晶片”,开发出“智慧型可适性闭回路深脑刺激系统”。
交大电子研究所教授柯明道与林口长庚医院动作障碍科主治医师陈琼珠共组跨领域研究团队,采用台积电半导体制程研制出的“微型前瞻系统单晶片”,开发出“智慧型可适性闭回路深脑刺激系统”。(科技部提供)

责任编辑:吕美琪

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