交大吳重雨教授團隊研發的「閉迴路」癲癇治療系統，能在0.8秒內偵測到癲癇異常放電，為世界最快紀錄，並能即時藉由刺激器電擊抑制癲癇發作，正確率高達92%。該裝置在2013年國際固態電路研討會(ISSCC)中獲得卓越技術論文獎，創台灣近十年來的歷史紀錄。

文/林怡君

據統計，全世界約有5千萬癲癇症患者，近來因醫療科技的進步，癲癇症已有治療藥物，但仍有約30%患者屬難以藥物治療的頑固型癲癇（refractory epilepsy）。

頑固型癲癇患者於病情嚴重時需要手術移除患部，但風險極高；另一選擇是接受腦神經刺激術，但目前臨床使用皆為持續刺激，有效治療率僅約四成，更可能因不必要的電波刺激讓患者產生治療副作用。

因此，在智慧電子國家型科技計畫(NPIE)中，交通大學前校長、電子工程系吳重雨教授的團隊提出一個「八通道閉迴路癲癇治療系統」，雖然同樣為刺激腦神經的治療法，但能以偵測腦波的亂度和頻譜判斷是否為癲癇發作，只在異常時即時提供對應的神經刺激以抑制癲癇症狀。

2013 ISSCC獲獎 創台灣十年紀錄

此系統晶片已透過與成功大學心理系教授蕭富仁合作完成癲癇大鼠動物實驗，成功驗證了各項系統操作以及癲癇治療之功效，能在0.8秒內偵測到癲癇異常放電，為世界最快紀錄，並能即時藉由刺激器電擊抑制癲癇發作，正確率高達92%。

吳重雨表示，因所有裝置可整合在一個十元硬幣大小的晶片中，由線圈供電達10年長效，相比目前國外研究裝置的小容量電池每９個月到２年就要開刀更換，更具經濟效益。

研究團隊正進一步優化系統功能與晶片電路，規劃發展可實際用於人體的癲癇治療系統，並將由團隊成員之一的中山醫學大學附設醫院辛裕隆醫師，規劃申請國家型計畫進行人體臨床試驗，以驗證此系統用於人體癲癇治療的適用性和安全性。

由於癲癇治療臨床實驗是目前少數FDA認可的顱內侵入式臨床實驗，團隊盼能早日提供癲癇患者及醫師更有效的癲癇治療系統。

這顆系統晶片，目前也是全世界第一顆成功開發的高精準度閉迴路癲癇治療晶片系統，2013年在有「IC設計奧林匹亞」之稱的國際固態電路研討會（International Solid-State Circuits Conference, ISSCC）得到最高分，參加者包括知名大廠飛利浦、GE、Intel、聯發科、台積電等。

此研討會論文獲選為「卓越技術論文獎(Distinguished Technical Paper Award)」，成為台灣第一篇受獎論文，更獲邀在頂尖期刊「固態電路期刊 (IEEE Journal of Solid-State Circuits)」進行全文發表，創台灣近十年來參加該會議的歷史紀錄。

世界第一顆高精準度閉迴路晶片

該研究計畫主要包括癲癇病理分析與動物模型建立、生物組織介面開發，以及癲癇治療電子系統三大部分。

分別由中山醫學大學附設醫院神經內科辛裕隆負責腦區神經生理研究，成大心理系蕭富仁負責大鼠的動物實驗，成功大學資工系梁勝富負責腦波偵測演算法，交大電子工程系吳重雨和柯明道、電機系闕河鳴與邱俊誠負責系統元件的設計。

從各自技術發展到整體研發成果整合，歷經前後兩期總計六年開發時程，才終於成功發展出如此精確且高效率的癲癇治療系統。

其中癲癇治療系統包含體外控制器和體內植入晶片，在腦中植入晶片，偵測腦細胞異常放電情況，即時釋放電擊抑制症狀，並由體外裝置記錄與分析癲癇發作時的各種大腦與行為訊號反應，進行研究修正。

植入式晶片主要包含閉迴路生理訊號處理部分和無線訊號傳輸系統，進行癲癇電刺激治療及癲癇治療系統的功能檢視，晶片中整合了腦波擷取電路、訊號放大器、數位轉換器、生理訊號處理器、刺激器及無線訊號收發器以及無線功率傳輸系統。

腦波擷取電路可感測病患腦波，透過訊號放大器擷取並放大訊號，傳送至數位轉換器將訊號數位化，進一步傳輸到生理訊號處理器判斷是否為癲癇特徵，一旦判定為癲癇，可立即發送指令啟動刺激器電擊引發癲癇的腦皮質區，抑制腦細胞異常放電。

而無線訊號收發器則可以記錄腦中訊號，傳輸至體外裝置，方便醫師即時監控病患腦波及系統治療效果，以進行修正改良。

籌畫新創公司生產製造

吳重雨表示，不同於目前其他刺激器是24小時依設定的參數不停地刺激，該裝置最大特色是在監測到不正常腦波時才釋出刺激，降低持續電擊可能造成的副作用。

該技術最困難的是，在手術前必須定位到對刺激有效的腦皮質區，將電極置放該處才有療效。所以，還要利用腦解剖結構圖譜分析人的腦部影像，運算影像變形的參數，將參數回饋給個人的腦部磁振造影，產生可自動分腦部皮質或深層腦結構的圖譜，才能進一步分析癲癇發作的特定腦區與相關發作異常的電生理訊號傳遞網路。

此外，吳重雨也解釋，即時監控功能需要非常複雜的電路處理，若使用一般電池，體積太過龐大，且耗電量大，需要頻繁更換電池，且由於是植入式元件，更換電池不方便。所以在此裝置中，植入元件主要的電力將由無線供電模組提供，透過供電線圈(coil)感應體外裝置產生的電磁場，供給體內晶片所需的電力。

也由於此一癲癇晶片系統核心技術已經發展成熟，放眼國際同類型產品，又具有相當的競爭優勢，團隊已經朝向從產業界募得創業種子基金並進行籌畫新創公司來生產製造此癲癇治療系統，提供病患以及神經科臨床醫師一個更安全有效的治療方式。

「閉迴路癲癇治療系統」在腦波異常時釋放出對應的神經刺激以抑制癲癇症狀。（圖/林怡君）

>>本文刊登於《環球生技月刊》Vol. 8