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幫助中風病人重獲新生的鋼鐵人手套

楊昀霖
・2015/08/18 ・1433字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 507 ・六年級

電影復仇者聯盟中鋼鐵人的手套威力無窮;以現今科技製造類似的手套已非難事,但這次不是為了拯救世界,而是幫助中風病人的復健治療!

source:電影鋼鐵人
source:電影鋼鐵人

中風病人的新希望

根據世界中風組織(World Stroke Organization)資料統計,全球每六秒鐘,就有一人因中風成為終身殘疾人士。發病後,因為腦部缺氧導致細胞壞死,造成神經傳導功能退化,腦部無法徵召足夠的肌肉使病人手腳活動,手部癱瘓是常見的且棘手的中風後遺症之一,突然癱瘓的患側手,將會造成生活上許多不便。

source:攝於2015.04.18 TREATS臺灣復建工程暨輔具科技學會
source:攝於2015.04.18 TREATS臺灣復建工程暨輔具科技學會

機械手套幫助復健訓練

傳統上,在中風初期治療師傾向先從肌肉群較多的大關節(肩膀及手肘)開始訓練,至於平常吃飯、寫字等較精巧的手部動作,在中風初期動作誘發不易,且需要治療師在病人身邊一對一指導,協助練習手指張開、握拳等動作,缺乏效率,耗費許多醫療人力資源。

近年來發展的機器輔助治療,讓病人上肢穿戴特製機械手套後,即可藉由儀器帶動手部肌肉進行重複密集、高強度動作訓練。雖然解決了人力問題,但此種由機器帶動肌肉的動作訓練,仍舊過於被動,因為中風受損的不是手部的肌肉而是大腦的神經細胞!

結合現今科技顛覆傳統的新療法

香港職能治療師將機械手套結合肌電波(EMG,Electromyogram,肌肉收縮時產生的動作電位)訊號感測技術,戴上後能夠幫助病人強化大腦對手部肌肉的控制!

在治療中,當病人想著手掌打開時,貼在手臂上的特製電子感應器,能夠偵測其微弱的肌電波,電腦系統讀取後,自動計算病人大腦想做的動作,藉由機械手套的協助,開始控制手套上各關節張開,進而帶動病人手掌開合動作,藉由不斷的練習神經傳導與相關肌肉收縮,讓病人重新獲得控制手部肌肉的能力。

圖片來源:rehab-robotics
圖片來源:rehab-robotics

配合電腦系統的趣味性遊戲,能夠有效提高病人進行復健治療的動機。且相對於由治療師或傳統機械被動協助的傳統療法,這種由個人意志驅動的設計,有效讓大腦重新連結運動神經元使動作再學習。此外,精密的感應器能夠監測微弱的肌電波,即使是中風初期也適用此療法,讓病人在黃金復健期就能夠馬上訓練手部的精細動作!

新一代的機械手套

在去年,研發團隊為機械手套增添頭部的感應器,如同鋼鐵人的頭盔。戴上後電腦能夠讀取穿戴者的腦波,與肌電波對比後,可以更有效地刺激大腦神經再生,目前正在努力推向實際臨床,未來可望讓更多中風病人重回病前生活!

source:大學報
source:大學報

參考文獻:

  1. 世界中風組織
  2. rehab-robotics
  3. 晁禾醫療
  4. Hu, X. L., Tong, K. Y., Wei, X. J., Rong, W., Susanto, E. A., & Ho, S. K. (2013). The effects of post-stroke upper-limb training with an electromyography (EMG)-driven hand robot. Journal of Electromyography and Kinesiology, 23(5), 1065-1074.
  5. Ho, N. S. K., Tong, K. Y., Hu, X. L., Fung, K. L., Wei, X. J., Rong, W., & Susanto, E. A. (2011, June). An EMG-driven exoskeleton hand robotic training device on chronic stroke subjects: task training system for stroke rehabilitation. In Rehabilitation Robotics (ICORR), 2011 IEEE International Conference on (pp. 1-5). IEEE.

本篇文章僅介紹希望之手之用途,作者與廠商或研究上儀器的開發並無任何關係。

感謝蘇昭華與謝妤葳老師提供建議、協助編纂此文。

 

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楊昀霖
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一個正在攻讀研究所的職能治療師(occupational therapist, OT),希望以科學的角度推廣職能治療專業以及相關復健知識,讓更多人認識並加入職能治療專業!


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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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科技魅癮_96
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