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醫療機器人和神戶醫療產業都市——日本,百聞不如醫見(2)

miss9_96
・2017/01/03 ・2657字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 543 ・八年級

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續前篇:《醫院該不該以賺錢為目的?一窺日本醫療國際化的現況

日本在機器人領域的發展,不論在二次元或三次元裡都十分成功。筆者在這次的訪日行程裡,有幸見識到了日本的醫療機器人,在機器人協助患者行走的過程裡,雖然不像駕駛鋼彈、EVA 般的帥氣,但老婆婆用我聽不懂的日語,表達出滿足的喜悅,卻是充滿了真實和感動。

從來沒想過,「想站起來」這個念頭,對某些人可能是種恐怖的經驗。

「回家以後,我覺得更有信心了」,患者露出了微笑這麼地說著。

從床上起身、平穩的散步,這對我們而言都是再簡單不過的事情。但對於腦中風、脊髓受損等疾病導致肌肉萎縮的患者來說,這種動作可是異常艱鉅的行為!他們因為疾病導致下肢的肌力減弱而難以行動,又因為缺乏使用,再惡性循環進一步地下肢肌肉萎縮,最終導致行動不便。

在 JR 東京綜合醫院裡,引入了復健用的下肢醫療機器人:HAL®(Hybrid Assistive Limb®。HAL 醫療機器人並不像我們想像中的那種人形機器人,它的運算電腦外觀僅是一塊白色版子,繫在患者的背後,連通的四具馬達縛在患者的大、小腿處,同時會有量測皮膚電位的電極貼片黏於患者的大腿,穿戴完畢後,患者的下身像是穿上了一套白色的外骨骼機器似的。HAL 醫療機器人的原理是「動之前,大腿皮膚已經先有感覺了!」,當患者的大腦傳遞「移動大腿」的訊號時,即使患者沒有意識到「移動」的念頭,其神經訊號已經從大腦透過脊髓,傳遞到大腿的肌肉裡,而大腿皮膚表面也呈現了電位的變化。而就在此刻,電極貼片將電位變化傳給患者背後的運算電腦,由電腦協調四具馬達的出力,以協助患者運動!

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HAL®(Hybrid Assistive Limb®)
HAL®(Hybrid Assistive Limb®)

在 JR 東京綜合醫院裡,我看到了一名約莫 60 歲的患者穿戴後 HAL 醫療機器人後,從舉步艱難,慢慢地變成了平穩行進(仍需復健師視情況調整電腦參數)。而患者也透過翻譯告訴我們,使用 HAL 醫療機器人後,原本對於「起身、走路」感到恐懼的心理,漸漸地有勇氣和力量去克服了,這對於患者來說,是極大的信心鼓舞!

JR 東京綜合醫院的田中清和醫師告訴我們,目前 HAL 的租金約 25 萬日幣/月,而復健的收費約 1 萬日幣/小時。雖然學理上的研究未到完備的程度,但由於有許多的需求,目前仍是供不應求的狀態。

神戶醫療產業都市

1995 年 1 月 17 日清晨,芮氏 7.3 的地震襲擊了日本關西。一夕之間,六千多名神戶市民,離世了。

1995 年的神戶大地震,摧毀了神戶市,許多建設和公共設施都付之一炬。儘管傷痛,神戶市開始對於都市的未來討論和深思,究竟,神戶的未來要變成什麼樣的都市呢?數年的討論期裡,各種想像都被提出,也有人認為神戶可規劃成有著眾多娛樂產業的休閒都市。但最終,市政府選了一條艱難的道路,他們要將神戶打造成未來的醫療產業都市

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在 1998 年左右,日本的經濟仍屬於強勁成長的時代。日本理化學研究所(日本重大國家研究機構,近似於台灣的中央研究院)位於神戶市的分院起了重大的磁吸作用,有專精於 iPS 萬能再生細胞研究的「多細胞系統形成研究中心(RIKEN Center for Developmental Biology)」、以及擁有超級電腦——「」的「計算科學研究機構(RIKEN Advanced Institute for Computational Science)」等機構,再加上神戶市立中央市民醫院等臨床單位,這些重要的研究單位,吸引了許多生醫廠商進駐到神戶空港外的人工島上,形成醫療產業聚落。從 1998 年的 0 間廠商開始,到了 2015 年已經超過 300 間醫療廠商進駐,目前超過 7000 名員工,估計帶來的經濟效果約 1600 億日圓。

神戶的港灣人工島。圖/wiki
神戶的港灣人工島。圖/wiki

而神戶市政府在推動醫療產業都市時,了解到政府單位並沒有能力分析、規劃醫療產業,因此神戶市政府協助成立了獨立的財團法人——「先端醫療振興財團」。雖然從中文的角度裡看到財團二字,但該法人的目的是支援神戶醫療產業都市的發展、連結產官學的力量以提高醫療產業、建構適於次世代醫療的發展環境等。先端醫療振興財團目前的理事長是開創癌症免疫療法的本庶佑(ほんじょたすく)教授,神戶市每年撥出 40 億日幣推動醫療產業都市,其中的 15 億日幣交由先端醫療振興財團全力推動醫療產業化。

神戶醫療產業都市推動醫療用機器人、長照用機器人的產業化,在基礎研究上也利用超級電腦——「」的能力,縮短新藥開發等研究的時間與金錢成本。同時也有次世代抗體藥物和 iPS 醫療產品的研究正在進行,同時由於受到國際的重視,世界衛生組織(World Health Organization / WHO)也和先端醫療振興財團、神戶大學等在 2016 年的 9 月開始合作進行失智症的臨床研究,希望能對失智症做到早期發現、早期診斷、早期介入的「先制醫療(pre-emptive medicine)」目的!

具有 864 個機櫃的超級電腦「京」。圖/wiki
具有 864 個機櫃的超級電腦「京」。圖/wiki

我個人認為……

看了日本對於醫療國際、產業化、HAL 醫療機器人,以及神戶醫療產業都市後,我對於日本政府在處理「跨領域」和「未知性高」的事物態度上,有了極大的印象。日本政府對於難以管理的「醫療國際、產業化」任務,毅然的設立了獨立的法人來推動這項任務,也藉此避免了政府內各部會權責重疊、資源浪費的問題。儘管目前成效尚不及亞洲鄰國,但他們「以當地人需求為本、以當地醫療自主為目的」的俄羅斯海參崴醫療影像中心的範例,令人印象深刻。檯面上因為北方四島而交惡的兩國,但民間的互動卻如此的活絡。

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而在 JR 東京綜合醫院裡,能夠親眼看到患者的微笑,讓我覺得 HAL 醫療機器人真的是很棒的東西!而這種能夠改善患者生活的智慧醫療工具,也許就是台灣打開鄰11ㄅ國醫療市場的方式之一。而神戶醫療產業都市裡,我看到了日本政府極為大膽的一面。神戶市每年超過 5 億台幣的費用交給了先端醫療振興財團分配運用,神戶市政府對專家團隊的信任,以及規劃後,不論世界和政局如何改變,依舊對於未來超過十年以上的堅持、毅力(神戶於 1998 年設定未來將朝向醫療產業都市,至今堅持了 18 年),都讓我感到非常的有意思!回頭看看台灣,我覺得兩國在醫療上都各有所長,也許未來有一天,兩國能夠有機會一起交流,甚至一起合作開展未來的醫療啊!

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miss9_96
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蔣維倫。很喜歡貓貓。曾意外地收集到台、清、交三間學校的畢業證書。泛科學作家、科學月刊作家、故事作家、udn鳴人堂作家、前國衛院衛生福利政策研究學者。 商業邀稿:miss9ch@gmail.com 文章作品:http://pansci.asia/archives/author/miss9

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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