下背痛無藥可醫?開刀不行改採「電刺激」,精能醫學與美國醫材大廠合作提出新解方
下背痛無藥可醫?開刀不行改採「電刺激」,精能醫學與美國醫材大廠合作提出新解方

下背疼痛(Low Back Pain,LBP)是現今僅次於感冒第二常見的病痛之一,以美國為例,目前約有210 萬人患有下背部疼痛,而台灣則有約 70 萬人有類似問題,其成因來自於一般性坐姿不良、運動傷害等。以往治療下背部疼痛的方式就是開刀,包括打入骨釘、骨板,但此方式不但無法治本,更容易復發,對疼痛感受的控制效果仍顯不彰,時常導致背部手術後衰敗症候群(FBSS)的發生。

編按:背部手術後衰敗症候群(Failed back surgery syndrome,簡稱:FBSS),主要因為背部脊椎(俗稱龍骨)手術日益增加,若術後狀況病人的認知與期望有落差,則容易造成「背部手術後衰敗症候群」,其原因包括:心理精神因素、術前診斷正確與否、手術者的開刀技巧等。

近來,歐美國家醫療機構多以植入式脊椎電刺激器 (Spinal Cord Stimulation,SCS)作為下背疼痛的新治療方法,透過植入式電子裝置刺激神經,干擾或阻斷痛覺傳遞,進行更有效的疼痛管理。

儘管 SCS 在歐美已經是普遍且成熟的市場,但是在台灣卻仍然是個正在探索的領域。有鑑於此,台灣新創精能醫學(GiMer Medical)專注於神經電刺激應用(Neuromodulation)與植入式電子設備開發,並在 2018 年研發了全新的療法,成為台灣第一家植入式電子裝置進入臨床試驗的醫材公司,「我們希望可以整合台灣的電子器材與醫療應用,填補上台灣這方面的空白。」精能醫學創辦人之一張季衡(Rex Chang)表示。

蓽路襤褸的學院派拓荒者,連接台灣高階電子醫材產業鍊

精能醫學的成員多來自於台大研究團隊,透過政府的鑽石起飛計畫,由跨領域的師生共同研究醫材創新,包含了電子、機械以及醫療領域等等;2012 年,張季衡博士將技術與團隊從台大醫學工程研究所技轉成立公司,當時恰逢台灣電子硬體產業愈趨成熟的環境,因此五位學生決定放棄各自領域的發展機會,創立了精能醫學,持續研究神經電刺激應用與植入式電子設備的開發。

精能醫學團隊成員,後排右三為共同創辦人暨執行長張季衡(Rex)
圖/ 精能醫學提供

「我們對這個研究題目已經很有感情了,而且其實真正創業的契機是,我們發現台灣沒有高階醫材的相關供應鏈。」在美國,醫療用電子器材不但具有多元的解決方案,也都有完整供應鏈,然而,台灣因為沒有成功案例的關係,資源和支持體系相對缺乏,對於如何封裝器材、如何將刺激裝置連動神經、以及連接器相關的供應鏈等,國內沒有足夠的人才協助發展。

即便如此,張季衡仍認為,台灣的電子業環境其實是非常適合做高階醫材的,「我們剛好有療法與醫材專利,得到歐美大廠的經驗協助,可以作為台灣第一個案例。」張季衡說,精能醫學也在整合更多的電子業,為台灣補上高階電子醫療器材產業供應鏈的空白。

「拓荒者」這個角色的路並不好走,從 2013 年創業開始,精能醫學花了整整七年才完成醫材供應鏈與製造商的整合,而神經電刺激應用相關的療法研發,也花費了五年的時間,才於 2017、2018 兩年間才完成了二十人臨床實驗,「臨床實驗後,看到與前臨床實驗出現相同的趨勢,我們那時候真的很開心。」張季衡激動地分享往事。

吸引巨人目光的創新療法,成第一個獲得美敦力投資的台灣生技公司

神經電刺激領域應用廣泛,它是利用微弱電流刺激表皮神經,使痛覺傳遞受阻,便不會感覺到疼痛。從 1958 年開始,心率調整(pacemaker)就已經應用了神經電刺激技術,其他如聽障聽力刺激、視網膜植入跟動力義肢等等也是相關應用,而精能醫學則是將其應用於疼痛治療領域,並以「生物電子藥」(bio-electronic medicine)這樣的角色定位自己。

相比於市面上頻率小於 1,200 赫茲的植入式脊髓電刺激產品,精能醫學採用超過 20 萬赫茲的超高頻電刺激神經,藉以達到長期控制疼痛的療效,只需要使用五分鐘,便可以維持兩到三天的控制效果;此外,因為短時間的電刺激就可以有長期效果,精能醫學將其研發的「植入式裝置510k」 設計成無電池裝置,使體積縮小到只有 17cc 左右

「我們的核心技術在於緩解疼痛,包含慢性疼痛、癌症、腕隧道症候群與器官刺激等,目前專注於頑固性慢性疼痛市場,主要原因在於市場已經成熟,且這技術成功率較高。」張博士提到,這個「植入式裝置510k」共有三個組成要件:控制器,植入電刺激器(IPG)與電極,可達到以下三點療效:

  1. 快速復原與舒適:無電池裝置小,未來有巨幅縮小的空間。
  2. 止痛效果更佳:所開發刺激參數可延長使用者疼痛舒緩時間,大幅降低 電刺激次數。
  3. 降低副作用:刺激過程無感覺異常。
精能醫學脊椎電刺激產品
圖/ 精能醫學提供

精能醫學將 2017、2018 年的臨床實驗成果於美國發表,這個全新的療法引起了世界第一大醫療技術公司美敦力(Medtronic)的興趣,就此獲得美敦力旗下的美敦力中國醫療基金(Medtronic China Venture Fund)投資,也是首個獲得投資的台灣生技對象。透過美敦力的投資與協助,精能醫學在臨床開發驗證、不同市場的法規、如何取得 FDA 認證等方面,得到了相當寶貴的經驗,「我們就是站在巨人的肩膀上學習。」張季衡說。

取得認證才是關鍵,期待以台灣硬體實力服務更多患者

不過,醫療器材領域最關鍵的並不是新技術或是申請專利,而是如何透過驗證、拿出證據,以此取得在各國販售的許可。就算取得了可以銷售的資格,如何行銷、打通銷售通路也會花費一筆可觀的資金,因此目前精能醫學的商業模式為研發與銷售,並將產品授權給各大廠商(如美敦力),交由這些已經有通路的廠商販售,再進行分潤。

在美敦力的協助之下,目前精能醫學預計於今年要提出安全性報告跟動物實驗,獲得美國 FDA 認可,就可以於美國進行 IDE(investigational device exemption)的臨床實驗,完成這些臨床實驗與驗證之後,精能醫學預計於 2021 年在美國進行樞紐性臨床試驗(pivotal studies),方可獲 FDA 取證販售 ;至於台灣本土的 TFDA,也在等待實驗驗證,目前已經找到三位願意合作的醫生。

神經電刺激與 SCS 的應用在歐美市場已經成熟,目前國外擁有的自動化參數調整技術以及縮小化的硬體裝置,都是精能醫學欲努力的方向;不過,張季衡最關心的仍然是患者的實際使用情況:「SCS 這類高級醫材價格高昂,能負擔得起的人不多,所以需求量實際上可能比我們想得來的大。台灣什麼能力都有,我們是否有可能把這個產業的局勢翻轉?這是我們的大目標。」

創業快問快答

  1. 希望提供這個社會什麼價值?希望解決甚麼樣的問題?
    改善老化問題,利用植入式電子長期照顧與健康管理

  2. 創業至今,做得最好的三件事為何?
    團隊建立、國外策略的成功與研究深度的投資

  3. 就目前市場狀況,您認為貴公司服務的競爭優勢為何?
    專利且有特殊療效的神經調控技術(目前用於止痛市場)

團隊資訊

公司名稱:精能醫學股份有限公司(Gimer Medical)
成立時間:2013/1/1
產品名稱:植入式脊椎電刺激器用於頑固性疼痛緩解(Spinal Cord Stimulation for pain relief)
上線時間:尚在申請 FDA
團隊人數:34 名
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關鍵字: #Meet創業之星
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以晶片的一瓦算力開啟AI新架構!耐能智慧從邊緣到核心,打造臺灣主權算力新典範
以晶片的一瓦算力開啟AI新架構!耐能智慧從邊緣到核心,打造臺灣主權算力新典範

當全球聚光燈都匯集在那動輒使用上萬顆圖形處理器(Graphics Processing Unit, GPU)、耗能堪比核電廠的資料中心時,另一場關乎AI永續發展的運算革命正悄悄發生。這場革命的核心,是如何以更低能耗、更高效率的方式支撐下一世代的人工智慧。而耐能智慧(Kneron)正是這場轉變的推動者之一。

早在2015年,當多數企業仍沉浸在雲端運算帶來的紅利時,耐能智慧創辦人暨執行長劉峻誠便選擇了「邊緣運算」之路的賽道,投入AI系統單晶片(System-on-Chip, SoC)與神經網路處理器(Neural Processing Unit, NPU)的開發。「如果 GPU 是需要龐大設備才能運行的錄影帶,中央處理器(Central Processing Unit, CPU)是性能平庸的 影音光碟(Video Compact Disc, VCD),那麼 NPU 就是能在輕薄裝置中高效運算的 MP3。」劉峻誠用一個簡單的譬喻如此描述著,這不只是晶片製程的改進,而是從架構層重新定義AI運算的方式。

十年磨一劍,如今耐能智慧的NPU晶片已成功進入物聯網、安防、車用與伺服器等不同領域。從智慧水表、穿戴裝置到車用語音系統,乃至企業伺服器與工業應用,都能在有限功耗下執行即時AI運算。合作夥伴從國內上市櫃企業到歐美等地的國際大型企業,都能看見耐能智慧身影,「我們從GPU、CPU進不去的地方出發,讓晶片像樂高積木一樣,從只需一顆晶片的穿戴式裝置,到需要多顆晶片的伺服器,都能使用我們的晶片。」劉峻誠說。

面對算力與能源雙重瓶頸,耐能智慧以新架構迎戰生成式AI時代

面對終端AI應用面臨的「資料流衝突」瓶頸,耐能智慧創辦人暨執行長劉峻誠指出,新世代AI運算不再只屬於
面對終端AI應用面臨的「資料流衝突」瓶頸,耐能智慧創辦人暨執行長劉峻誠指出,新世代AI運算不再只屬於雲端,必須開發能兼容多模態資料並在低功耗環境下運行的自主架構。
圖/ 數位時代

「語言模型和影像模型的資料處理方式完全不同,」劉峻誠解釋到,語言模型要短時間內處理大量資料,但影像模型則需要長時間、連續的低流量傳輸。而傳統AI架構無法同時兼容這兩種特性,這造成了終端AI應用面臨「資料流衝突」的瓶頸。也正是在這樣的挑戰下,成為耐能智慧下一階段的技術突破口。生成式AI不再只屬於雲端,運算正快速轉移至終端,從智慧家庭到醫療、車用、製造現場,都迫切需要能在低功耗環境下即時運行的AI系統。

但更大的壓力來自能源現實與國家安全。劉峻誠表示,GPU架構的能耗與散熱需求驚人,一個大型AI資料中心每年電費可高達60億美元,碳排放量更是巨獸等級。「如果繼續用GPU支撐生成式AI,將會對淨零碳排的目標帶來嚴重衝擊。」劉峻誠坦言並進一步指出,臺灣雖是全球GPU製造重鎮,但本地可用算力有限。「我們製造了全世界近8成的GPU,卻沒有自己的算力,」他語帶無奈,「如果國家級AI應用仍須仰賴境外基礎設施,國家的核心技術與自主權將受制於人,不利於在AI時代掌握主導地位。」

因應這場可能產生的算力主權的危機,耐能智慧決定以「多模態資料流衝突」與「低碳永續算力」這兩項挑戰為目標,開發新世代AI晶片架構。為加速這場技術革命並將臺灣的自主架構推向國際,耐能智慧投入全新晶片KL1140的開發,並成功得到由經濟部產業發展署推動的「驅動國內IC設計業者先進發展補助計畫」(以下簡稱晶創IC補助計畫)的支持。該計畫在國科會協調與經濟部及相關部會共同合作所提出「晶片驅動臺灣產業創新方案」的框架下,以實質政策補助鼓勵業者布局AI、高效能運算或新興應用等高值化領域的關鍵技術,提升臺灣IC設計產業的國際競爭力與韌性。

從晶片創新到主權AI,晶創IC補助計畫助攻耐能跨入新戰場

耐能智慧透過經濟部「晶創 IC 補助計畫」加速開發的 AI 晶片 KL1140,其效能與能耗表現均顯
耐能智慧透過經濟部「晶創 IC 補助計畫」加速開發的 AI 晶片 KL1140,其效能與能耗表現均顯著提升。
圖/ 數位時代

「KL1140最大的突破在於多模態資料處理架構的創新。」劉峻誠直言其中關鍵。在晶創IC補助計畫的挹注下,耐能智慧得以加速開發新一代晶片,這不僅是十年研發累積的成果,更是政策資源與技術創新的結合,象徵著臺灣在AI架構自主化道路上的重要里程碑。

這項架構革新,使KL1140在效能與能效上都達到顯著飛躍。相較於前一代產品,效能提升6至8倍、能耗比提升10倍、體積縮小至四分之一;以往需10瓦才能運行的任務,現在僅需1瓦即可完成。「你看GPU要加風扇、要水冷,而我們不用,」他笑著說,而這就是低功耗的力量。

這樣的設計,使KL1140成為真正能落地的AI晶片,既可部署於穿戴、車用與工業場域,也能堆疊成伺服器模組,實現了靈活的異構運算(Heterogeneous Computing)基礎建設。透過晶創IC補助計畫的協助,耐能智慧不僅強化晶片設計,更能整合模組、子系統與軟體生態,打造可供企業與政府使用的在地AI解決方案,邁向「AI基礎建設提供者」的新定位。劉峻誠也透露,目前KL1140晶片已開始導入國際主權AI專案,協助能源與環境條件嚴苛的地區,利用該晶片低功耗與高算力的特性,順利發展AI自主。

「我們不是在打造更大的GPU,而是在打造更聰明的AI,」劉峻誠強調。「主權AI的關鍵不只是算力自主,更是能源自主。」他認為,晶創IC補助計畫的核心價值在於讓臺灣的IC設計業者能從單一產品開發,邁向整體系統構建,具備定義新架構、主導新標準的能力。KL1140晶片的問世,不僅讓耐能智慧從邊緣運算邁入AI 核心基礎建設的新格局,更代表臺灣在全球生成式AI時代中,擁有以低功耗、高自主性技術參與未來競局的關鍵實力。

從製造到定義,臺灣AI自主的新起點

在生成式AI帶動的新一輪技術競賽中,算力的分配將決定未來世界的科技秩序。劉峻誠認為,臺灣若要在這場變局中保持主導權,必須擁有能自我定義的架構與技術。「我們不只是為企業造晶片,而是在為國家建算力。」他說。從十年前堅持走上邊緣運算的冷門之路,到今日以KL1140晶片開啟主權AI的新典範,耐能智慧的發展軌跡正體現了臺灣IC設計產業的潛力與決心。未來,耐能智慧將持續推動更高能效、更高彈性的AI架構,讓臺灣不僅能製造世界的晶片,更能定義世界的智慧。

|企業小檔案|
- 企業名稱:耐能智慧
- 創辦人:劉峻誠
- 核心技術:專注邊緣AI SoC專用處理器研發
- 資本額:新台幣6億7520萬元

|驅動國內IC設計業者先進發展補助計畫簡介|
由國科會協調經濟部及相關部會共同合作,所提出「晶片驅動臺灣產業創新方案」,目標在於藉由半導體與生成式AI的結合,帶動各行各業的創新應用,並強化臺灣半導體產業的全球競爭力與韌性。在此政策框架下,經濟部產業發展署執行「驅動國內IC設計業者先進發展補助計畫」,以實質政策補助,於113年鼓勵國內業者往 AI、高效能運算、車用或新興應用等高值化領域之「16奈米以下先進製程」或「具國際高度信任之優勢、特殊領域」布局,以避開中國大陸在成熟製程的低價競爭,並提升我國IC設計產業價值與國際競爭力。

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