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完美的醫學實驗背後,都有完美的偏見—《重新認識醫學法則》

PanSci_96
・2016/10/23 ・2804字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 544 ・八年級

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我在加入腫瘤科的頭一個星期,就知道有另一種類似基利克(註:Gleevec,這種藥物能夠治療某種白血病)的癌症藥物,在我任職的醫院中測試對另一種癌症的療效。這個藥物的動物實驗和早期人體實驗結果看來很有希望,在早期人體試驗中,病人的進展神速。

我從已經完成腫瘤科臨床研究醫師訓練的醫生那邊接收了一批參加試驗的病人。即使是粗略的檢查,也能看出我負責的這些病患對藥物的反應良好。有位女性的腹部中有個大腫瘤,幾個星期之後便縮小了。另一位病人因為腫瘤轉移而產生的疼痛則大為減緩。其他的臨床研究醫師也在自己負責的病人中觀察到類似明顯的反應。我們談到這個藥物時都充滿敬意,談這個藥物的反應率(註:腫瘤縮小一半以上的機會)是那麼高,談它可能會整個改變癌症治療的面貌。

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我們談到這個藥物時都充滿敬意,談這個藥物的反應率是那麼高,談它可能會整個改變癌症治療的面貌。圖 / By Jamie @ flickr

六個月之後,整個研究結果揭露出來了,讓人大失所望。我們預期從收集到的資料來看,病人的反應率可達 70~80%,但是實際上只有 15%,實在是糟透了。這種難解的差距根本沒道理,但是幾週之後當我們仔細研究資料,原因就變得很明顯了。腫瘤科臨床研究醫師花了三年執行這個試驗,每批受訓的醫師在離開之前會把自己手上的一些病人轉給新來受訓的醫師,把其他的病人轉給醫院中資深的主治醫師。哪些病人要轉給新來的受訓醫師或是給主治醫師,是由臨床研究醫師自行決定,唯一的指示是給新受訓臨床研究醫師的病人,要具備「教育價值」

結果事實上,每位轉移給新受訓醫師的病人都是對藥物有反應的病人,沒有反應的病人都分給主治醫師了,因為考量對於藥物沒有反應的病人,像是最難治療的病人、疾病狀況最頑強的病人,會有比較複雜的醫療需求,新受訓醫師沒有能力處理這些事情,因此要結訓的臨床研究醫師就會把對治療沒有反應的病人統統轉給比較有經驗的主治醫生。這種分配方式並沒有任何預設,就只是想要幫助病人而已,卻嚴重扭曲了實驗

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科學處處有人類的偏見

每個科學領域都受人類的偏見所影響。即使我們訓練巨大的機器來收集、儲存與整理資料,最後觀察、詮釋與仲裁這些資料的,依然是人類。在醫學領域,偏見特別嚴重,理由有二。第一是因為「希望」:我們希望我們的醫療方式能夠成功。在醫學最溫柔的核心中,希望是美好的,但是也是最危險的。

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在醫學最溫柔的核心中,希望是美好的,但是也是最危險的。圖 / By Mike Bitzenhofer @ flickr

這樣混合了醫學中希望與幻象的故事,通常不是悲劇,就是拖得很久。凡此種種故事,很少能比得過根除性乳房切除手術(radical mastectomy)的歷史

在 1900 年代初期,現代開刀技術進入全盛時期,外科醫生設計了許多精細嚴密的手術,好移除乳房中的惡性腫瘤。許多罹患癌症的婦女因此經由這種「根除」手術而痊癒了,但是有些人雖然也動了手術,卻因為腫瘤轉移到全身而復發了。許多外科醫生都為了手術後的復發費盡心思。在巴爾的摩,發明許多新手術的威廉.豪斯泰德(William Halsted)認為,最初手術時留下沒有切除乾淨的惡性組織是造成癌症復發的原因。他把乳癌手術說成是一種「不乾淨的手術」,他認為術後沒清乾淨的腫瘤碎片是轉移的成因。

豪斯泰德的假說在邏輯上沒有問題,但是並不正確。對於大部分罹患乳癌的女性而言,手術後復發的真正原因不是惡性組織殘餘的碎片從原發部位生長。其實早在手術之前,癌症就已經轉移到身體其他部位了。癌細胞和豪斯泰德所推想的不同,並不會從原始的腫瘤周圍開始,循規蹈矩地轉移,而是以多變與難以預測的方式散播到全身。不過豪斯泰德受困於「不乾淨的手術」,為了測試他的假說,他不但把整個乳房切除,連帶周圍的組織,包括乳房下方負責手臂與肩膀運動的肌肉,以及胸部深處的淋巴結都一併切除了,只為了要「清理」手術的部位。

圖/By Linda Bartlett (photographer) - This image was released by the National Cancer Institute, an agency part of the National Institutes of Health, with the ID 2079 (image) (next).This tag does not indicate the copyright status of the attached work. A normal copyright tag is still required. See Commons:Licensing for more information.English | Français | +/−, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=9852554
圖/By Linda Bartlett (photographer) – This image was released by the National Cancer Institute, Public Domain, wikimedia commons.

豪斯泰德把這種手術稱為根除性乳房切除手術。「根除」(radical)在拉丁文的原始字義就是「連根拔起」,這種手術激進地想把癌症從身體中連根拔起。不過這個詞的意思隨著時間轉移,變成了最難理解的偏見來源之一。對於豪斯泰德的學生以及罹患乳癌的女性而言,想到的是「根除」(radical)這個詞的另一個意義「激進」,是「耀眼、創新、大膽」的意思。當外科醫生或是女性面對復發而且致死的疾病時,會選擇非根除式的乳房切除手術嗎?這個假說在沒有測試與爭議的情況下,變成了定律:沒有一個外科醫生願意對自己知道可能會成功的手術,測試真偽。豪斯泰德的論點僵化成為手術教條,切除更多被解釋成治療更多

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但還是有女性癌症復發了,並非零星少數,而是有許多人。在 1940 年代,一小群醫師起而反對,其中最著名的是英國倫敦的喬佛萊.肯尼斯(Geoffrey Keynes),他們盡力挑戰根除性乳房切除手術的核心邏輯,但是徒勞無功。到了 1980 年代,離豪斯泰德首次進行這種手術已經將近八十年了,才正式進行隨機測試,比較根除性乳房切除手術和比較保守的手術效果。領導這個實驗的外科醫生伯尼.費雪(Bernie Fisher)寫道:「我們相信上帝,其他所有人則要把資料提供出來。」

這個實驗還是只能蹣跚緩步向前。美國的外科醫生著迷於根除性乳房切除手術的邏輯和高度技巧,因此很不情願加入這個實驗。研究團隊得說服加拿大和其他國家的外科醫生加入,才能完成這項研究。

結果顯示手術與療效根本不相關。接受根除性乳房切除手術的女性出現了很多讓身體更衰弱的併發症,但是卻沒有得到好處。她們癌症轉移復發的機率和接受比較保守手術加上局部放射治療的女性一樣。並沒有什麼真正的理由非要把乳癌患者置於根除性乳房切除手術的折磨之中不可。這個結果對於整個領域造成的衝擊太大,使得在1990年代重做這個試驗,然後在2000年再來一次。過了二十多年後,結果都沒有什麼差別。很難說明這個結果造成的影響有多大,但在1900年到1985年,大約有十萬到五十萬名女性接受了根除性乳房切除手術,而現在幾乎不再執行這種手術。


0711 COVER ALL

 

本文摘自天下雜誌出版《重新認識醫學法則:病房裡的意外發現(TED Books系列)》。

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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