試管嬰兒「非侵入性胚胎著床前染色體篩檢」，有效提升懷孕成功率

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！

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）。

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？

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。

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。

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。

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）。

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！

為了理解染色體異常細胞對鑲嵌型胚胎的影響，我們必須要創造出數百個小鼠胚胎，並研究數千個胚胎不同部位的細胞。這麼龐大的工作量需要有一位專職的科學家，也需要資金。

在匯整如何測試這個假設的思緒時，我在絨毛膜採樣檢查後又進行了另一個羊膜穿刺檢查，這個檢查一樣在超音波影像的引導下，將針插入包圍發育胎兒的羊膜囊中，以取得少量的透明羊水樣本來進行分析。保護胎兒的羊水會帶有胎兒細胞，可以用來確認是否具有染色體問題。這次的檢查結果是沒有問題的，我們都鬆了一口氣。不過，得要到我把孩子抱在手上那時，我才能百分之百地放心。

還有其他的好消息是，我有了資源可以進行了解我檢查結果的研究。我在發現懷孕那天所進行的面試，讓我獲得惠康基金會的資深研究補助金。這筆補助金原本打算用在另一個計畫上，不過他們給我足夠的自由度，可以直接挪用其中部分資金來為鑲嵌型胚胎建立模型。

如何製造染色體異常的細胞？

我們有一大堆事情要做。首先，我們得要找到一種可信的方式（最好不只一種）來製造染色體異常的細胞。然後我們還要找到一種方式來標記這些細胞，好讓它們在正常細胞旁發育時，我們可以追蹤到它們。製造異常細胞比我們原先所想得更加困難。海倫測試許多種不同的方法來干擾染色體分離的過程，我們最後用到一種名為逆轉素（reversine）的藥物，這是我們實驗室中另一個研究計畫使用過的藥物。

逆轉素是種小分子抑制劑。我們想要使用逆轉素來抑制染色體分離中的一個關鍵過程。那是一個分子檢查點，在正常情況下會暫停細胞分裂（有絲分裂），直到有正確數目的染色體（帶有 DNA）被拉開，並分離到兩個不同的子細胞間為止。逆轉素會阻斷名為單極紡錘體蛋白激酶（monopolar spindle 1 kinase）的酵素，而這種酵素會在細胞分裂時確保染色體公平分配。

為了確認逆轉素確實會造成染色體異常，我們經由標記隨機選出的三個染色體來分析有用藥及無用藥的胚胎。我們所使用的標記方法名為螢光原位雜合技術（fluorescence in situ hybridization, FISH），這種技術會外加一個探針（短 DNA 序列）及一個螢光標記。當探針在樣本中碰到類似的 DNA 片段時，就會在螢光顯微鏡下發光。經由螢光原位雜合技術的追蹤，確認了海倫使用逆轉素後，確實會增加染色體異常胚胎的數量。

逆轉素的效用是暫時性的，海倫一把藥劑洗掉，檢查點就恢復正常功能。這很重要，因為這表示我們可以將胚胎染色體異常的發生限制在特定的發育期間內。

染色體異常的胚胎能正常發育嗎？

確信可以製造出染色體異常的胚胎後，我們需要確定這些施用過逆轉素的胚胎是否會完全發育。海倫對四細胞胚胎施用逆轉素，並觀察到在發育 4 天後，它們的細胞數量比未施藥的胚胎要來得少。不過雖然細胞數量較少，還是可以形成三組基本的細胞世系。

為了找出施用內逆轉素的胚胎是否可以長成小鼠，我們將這些胚胎植入母體中。這個時間點是在我們創造出體外培養胚胎的技術之前。每 10 個正常胚胎有 7 個會著床，而這個比例在施藥後的胚胎上則降了一半。最重要的是，施用逆轉素的胚胎沒有一個能夠成長為活生生的老鼠。這個實驗顯示，當胚胎中大多數的細胞都出現染色體異常時，它們的發育最終會以失敗收場，即使它們著床了、也發育了一陣子。

製造同時有異常與正常細胞的胚胎

現在我們可以進一步來探討那個重要的問題：若是只有部分胚胎細胞帶有染色體異常，發育又會受到何種程度的影響？為了找出答案，我們必須製造出鑲嵌型胚胎，也就是混合了染色體異常細胞與染色體正常細胞的胚胎。因此我們決定經由製造嵌合體來達到這個目的。

因為我們無法在對同個胚胎施用逆轉素時只讓其中一些細胞出現染色體異常，所以無法經由這個方式製造出鑲嵌型胚胎，因此我們想到了運用嵌合體的作法，將來自不同胚胎的細胞結合建構成嵌合體（鑲嵌型胚胎是由單顆受精卵生長發育而成的）。創造嵌合體而非鑲嵌型胚胎的好處是，我們可以系統性地去研究要具有多少異常細胞才會干擾到發育。很幸運地，這個作法成功了。

海倫在小鼠胚胎從兩細胞階段分裂到四細胞階段時，經由口吸管的方式施用逆轉素，並在八細胞階段將細胞一個個地分開。然後她將來自正常胚胎的四個細胞與來自施藥胚胎的四個細胞結合創造出八細胞嵌合體胚胎。

我們要追蹤細胞的命運就需要標記。我朋友凱特．哈迪安東納基斯（Kat Hadjantonakis）與金妮．帕帕約安努在紐約對小鼠進行基因改良，讓牠們的細胞核具有綠色螢光蛋白，所以我們就採用了具有這種特性的小鼠。我們將這類小鼠胚胎施予逆轉素，施過藥的細胞會與未施過藥的細胞有不同的顏色，這樣我們就可以做出區別。具有綠色螢光蛋白的細胞讓我們可以明確看到新細胞是在何時與何處誕生以及新細胞的後續分裂，還有，若是細胞死亡了，我們也可以看到是在何時與何處死亡的。我們可用此種方式為個別細胞建立「譜系圖」。

染色體異常細胞在胚胎發育過程中會被清除嗎？

我們為這些鑲嵌型胚胎拍攝了影片，以精準追蹤每個細胞的命運。海倫在螢幕上看見，異常細胞數量的下降主要發生在產生新個體組織的那一部分胚胎，也就是上胚層。這些異常細胞會在凋亡的過程中死去，也就是經歷程序性的細胞死亡。在注定成為胚胎本體的那一部分胚胎中，施用過逆轉素的細胞經歷凋亡的頻率是未施藥細胞的兩倍以上。

這個結果表示，在注定成為胎兒的那一部分胚胎中，異常細胞有被清除的傾向。這支持了我的假設，也就是在這一部分的胚胎中，異常細胞競爭不過正常細胞，不過實際運用的機制跟我原來所想的不一樣。

我簡直不敢相信。這是我們真的會研究出重要成果的第一個徵兆，發育中的胚胎不僅可以自我建構，也同樣可以自我修復。幾年前當我懷著賽門那時，絨毛膜採樣檢查所檢測到的染色體異常細胞的後代，有沒有可能在成長為賽門的那部分胚胎中自我毀滅了呢？

——本文摘自《生命之舞》，2023 年 9 月，商周出版，未經同意請勿轉載。

• 文／鍵盤婦產科——威廉氏後人

新朋友中有許多備孕新手，對於人工生殖的這幾個作法常常傻傻分不清楚。其實也不只是患者們搞不清楚，常常其他科的醫師會診時，也搞不清楚。

今天，就讓我一次完整說明這幾個類似的名詞吧！

你說的「人工」不等於他說的「人工」——人工生殖技術 (ART)

所有現代西醫科技介入的方法，都可以列入人工生殖的範圍，這是一個統稱。

主要就分兩大類：1. 人工授精 (IUI) 2. 試管嬰兒 (IVF)

不過呢，大部分的人常常說：我做過幾次「人工」，或者說：我這胎是「植入」懷孕的。往往患者自己也搞不清楚自己是做了什麼。這時候其實醫生們在意的是，到底是做過幾次「人工授精」、幾次「試管嬰兒」、「植入」的究竟是什麼？

這兩種做法、效果、成功率、都完全不同，做過三次人工授精失敗跟做過三次試管嬰兒失敗，對我們醫生來說是完全不同的概念。

所以慢慢的，這些名詞不斷地被大部分人所誤用，你說的「人工」不等於他說的「人工」的情形反覆出現，也才會出現連其他科醫師都搞不清楚的情況發生。再重複一次，人工生殖 (ART)：也就是所有西醫科技介入的方法都算，主要分為「人工授精」和「試管嬰兒」兩種。

「精」銳部隊產地直送進子宮及輸卵管內——人工授精 (IUI) aka. 人工受孕

所謂的人工授精，也有許多人稱作人工受孕，這是一個從古代幫種馬配種時代就存在的一個古老技術。這個作法是把處理過的「精子」，直接注射進子宮腔及輸卵管內。

所以人工授精植入的是「精子」！！！

精子的取出很容易嘛，我相信大部分的男生女生都懂怎麼回事。從青春期時代，很多人可能就看過很多外國語言的影片做示範，這這裡就不多贅述。

然後呢，把自行取出來的精子經過處理，取其精銳部隊，產地直送，送進女方的子宮及輸卵管內守著，等卵子從卵巢排出的那一刻。

也就是說人工授精，只有「先生取精」、「精子處理」、以及 「植入精子」三個步驟，沒有取卵、沒有胚胎培養、沒有胚胎切片、也沒有什麼卵子冷凍的問題。

當然啦，為了增加成功率，在做人工授精之前通常會給女方吃排卵藥或打排卵針等等，讓這一次的週期卵多一點，可以有效地增加人工授精的成功率。先生自己取精的部分就多說了，當然也可以請太太幫忙取。總之醫院是不會有人幫你先生取精的，請不要再從取精室打電話到生殖中心來詢問怎麼還沒人來幫你取精，不會有人過去的，麻煩您自己努力吧。

精子處理的部分道理很簡單，就是利用不同的溶劑與離心，篩選出活動力好的精子，不好的就讓它隨著雜質一同沉沒吧。

最後，醫生會拿一個又細又長的管子，直接把處理過的「精兵」，直接送進子宮和輸卵管。這樣的好處在於省去精子千里長征的過程，女生的子宮頸到輸卵管雖然只有 10 公分，但對一隻精子來說如果按身高等比例放大來算，就好像一個成人要游泳七站捷運這麼遠。

讓精銳的精子，省去舟車勞頓，直接在輸卵管裡等卵子排出。但問題是這樣的方法還是不能保證精子鑽得進去卵殼裡面，也就是「卵子是否受精」這個問題，無法得知。

另外，要做人工受精至少要有一條可以通的輸卵管，以及至少要有還算足夠的精蟲可以經過洗滌後才能植入，所以兩條輸卵管都有問題，或者精蟲少到無法經過洗滌，就只能做試管嬰兒了。

再重複一次，人工授精 (IUI) = 人工受孕：就是將篩選過的「精子」，直接注入子宮。

沒有取出卵子，沒有進行體外受精，沒有進行胚胎培養，因此相對單純，費用也較低 （加上藥費通常在 2 萬元左右） 。

人工授精因為單純、簡單、對精子處理環境要求不高，所以衛福部並沒有特別設立太多的規範去管控，所以很多不是人工生殖機構的醫院或診所也都可以進行人工授精。

快狠準地抓起一隻動的激烈的精蟲，直直的刺進卵子之中——試管嬰兒 (IVF)

試管嬰兒大部分人比較不會講錯，反正簡稱「試管」的也就一個意思。

試管嬰兒的作法是女生經過排卵刺激、吃藥、打針、微刺激、全刺激、標準刺激、自然週期⋯⋯各種刺激方法都有。反正就是讓女生這一個週期內，長出越多、品質越好、成熟度越好、懷孕率越高的卵子就對了，這些藥物用下去之後，接著會進行「取卵手術」。

取卵手術是用一隻長長的針，藉由超音波瞄準經過肚皮或陰道，刺進卵巢裡把每一顆卵吸出來。這些取出來的卵子呢，再透過現在的科技放在試管裡和精子混在一起，讓它們自然發生受精，但因為這次受精在體外、在試管裡並不在身體裡，所以叫做體外受精 (IVF) 也稱試管嬰兒。

完成受精的卵子變成胚胎，也就是一個試管寶寶、人生的第一天，我們會在實驗室的培養皿裡面養到第二天、第三天、第五天，然後再放回去子宮裡。當然也可以先冷凍起來，下一次解凍後，再放進子宮裡。這些取出的卵、體外受精的過程可以自然發生，也可以人為強迫發生。

胚胎師快狠準地抓起一隻動的激烈的精蟲，直直的刺進卵子之中，強迫天雷勾動地火就是俗稱的單一精蟲顯微注射。形成胚胎以後，可以新鮮的胚胎就直接放回子宮，也可以經過冷凍、再解凍的過程後，再放回子宮；也可以給這個胚胎進行切片，確定切片結果後，再放回子宮，這幾種方法都很常用。

由於試管嬰兒療程極其複雜，包括排卵刺激階段、取卵階段、受精階段、胚胎培養階段、和胚胎植入階段，過程嚴格且耗材眾多，畢竟這是要培養的是「人的胚胎」。所有的培養環境，包括培養液、培養氣體、光度、溫度、濕度、全部都受到嚴格管控，所以收費較高，通常在 15 萬左右。衛福部也有專門的規範，每年嚴格的審查這些生殖機構，目前全台合格的人工生殖機構共 85 家，國健署網站上都有可供查詢。

所以「試管嬰兒」跟「人工授精」雖然都屬於「人工生殖」的範圍，但試管嬰兒植入的是「胚胎」，人工授精植入的是「精子」，所以是完全不同的兩個過程。俗稱的「人工」，通常是指人工授精，而俗稱的「試管」，也就是指試管嬰兒。

至於說會不會痛，需不需要麻醉的問題？

通常人工授精一定不需要麻醉，只是把一個細長管子放入子宮腔內並不會痛，所以不需要麻醉。至於試管嬰兒，取卵的過程可以麻醉也可以不麻醉。要看卵子的數目、患者的身體狀況而定。卵子少的通常不需要麻醉也沒關係，大概就像抽血、打針那樣刺一兩針就沒事了。

而試管嬰兒的胚胎植入部分就如同人工授精一樣，也是使用一根細長的管子放入子宮腔內，只是這次植入的是胚胎過程幾乎完全一樣，所以也一樣不會疼痛並不需要麻醉。

這些，大概就是人工生殖的一個概論，希望經過了這一篇文章的說明，對於備孕新手的妳來說可以清楚了解到大家常說的人工、試管究竟是怎麼回事。也比較不會對它的過程因為未知而感到恐懼。

以上，一點淺見提供參考。

我特別喜歡幫我自己做成功的患者接生，每次看到這些小孩，就會想起他們還在精子跟卵子的階段，我就在照顧他們了。

• 本文改編自作者《一次搞懂人工生殖、人工授精、人工受孕、試管嬰兒》一文

1. Jaideep Malhotra (2015). Practical Tips for Infertility Management: The Rainbow Protocols. New Delhi: Jaypee Brothers Medical Publishers Private Limited.
2. 衛生福利部國民健康署 – 人工生殖機構許可通過名單