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用血栓塞爆血管!COVID-19 的致死手段

miss9_96
・2020/06/10 ・1963字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 550 ・八年級

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新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)嚴重時會破壞血管、引起嚴重的血栓,甚至可能造成劇烈的肺部缺氧

皮膚浮現紫色的皮疹、浮腫的腿、變色的四肢1,這些臨床表徵,一再地告訴醫師們,COVID-19(俗名:新型冠狀病毒疾病、武漢肺炎、新冠肺炎)的重症患者體內正出現全身性的血栓 2

科學家試圖了解病毒對肺臟血管的破壞力,解剖了因 COVID-19 和 A 型流感而死的屍體肺臟,巨觀、微觀地分析病毒肆虐後的血管結構。

COVID-19 重症患者,其末梢肢體的照片。(點圖可見彩色原圖)From:參考文獻3

在肺臟裡引起血栓,堵死微血管

研究團隊解剖了因 COVID-19 而死的患者肺臟,普遍發現肺泡損傷、肺泡內膜細胞壞死的現象。而組織切片發現,肺臟裡充斥著淋巴細胞,顯示嚴重的發炎現象(下圖B)2

上圖:因新型冠狀病毒之疾病(COVID-19)而死的患者肺臟外觀。下圖:肺臟組織切片;藍色箭頭為血管裡的紅血球、綠色箭頭所指的暗紫色圓點為淋巴細胞。中文資料和箭頭為本文作者標註。From: 參考文獻2

用 μCT 和掃描式電子顯微鏡觀察死者肺臟,可看到扭曲的血管、遍佈的血栓。組織切片裡, COVID-19 死者的肺泡毛細血管中,都有微小的血栓(如下圖)。然而, COVID-19 之可怕,它所引起的血栓數是流感的 9 倍:平均血栓形成數 COVID-19 為 159±73;流感為 16±16(單位:/mm2;P = 0.002)。

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A:新型冠狀病毒之疾病(COVID-19)而死的患者肺臟血管,其掃描式顯微鏡照片;紅色:血栓、黃色:淋巴細胞(數位上色)。B:新型冠狀病毒之疾病(COVID-19)而死的患者肺臟血管,其組織切片。C, D:μCT的3D建模。中文資料為本文作者標註。From:參考文獻2
新型冠狀病毒之疾病(COVID-19)而死的患者肺臟組織切片。黑色箭頭為血栓;藍色箭頭為紅血球。中文資料和藍色箭頭為本文作者標註。From:參考文獻2

顯微鏡下顯示血管內皮結構遭破壞

在顯微鏡底下,科學家又發現了一個駭人的現象:血管的內皮結構被大幅破壞。下圖A 可觀察到,未受感染者的血管內部平滑,而反觀新型冠狀病毒之疾病(COVID-19)之患者(下圖B),肺部微血管結構扭曲、變形。

為什麼 COVID-19 患者的血管結構被破壞呢?用穿透式電子顯微鏡觀察後發現,病毒侵犯了血管內皮細胞 2,可能殺死了內皮細胞、損傷血管結構。筆者推測,粗糙、受傷的血管內壁,引發了凝血效應,進而導致血栓在全身瀰漫出現,惡化成全身性的臟器受損(下圖D)。

利用血管澆鑄技術(microvascular corrosion casts)型塑肺部微血管的掃描式顯微鏡照片。中文為本文作者標註。From: 參考文獻2
新型冠狀病毒之疾病(COVID-19)而死的患者肺臟微血管,其穿透式電子顯微鏡照片。放大的白色框內,白色箭頭是病毒顆粒。中文資料為本文作者標註。From: 參考文獻2

引發明顯的血管新生,暗示了組織在缺氧?

當組織需要氧氣,週邊微血管會進入「血管新生(angiogenesis)」的狀態。換言之,若觀察到「血管新生」,就能推測組織正缺氧中(或處於其他急需氧氣的狀態,如:腫瘤組織、胚胎發生等)。

觀察 COVID-19 和流感患者的血管,發現 COVID-19 患者有明顯的血管新生狀態,甚至比流感患者更劇烈,暗示了新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)造成的組織缺氧,遠比流感病毒更嚴峻。相同的視野面積裡,疊套血管生成現象, COVID-19 患者肺臟有 60.7±11.8 個、流感患者有 22.5±6.9 個(下圖A)

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COVID-19 和流感患者的血管生成比較。A圖:疊套血管生成密度、B圖:出芽血管生成密度、C圖:疊套血管生成數量隨住院時間的變化、D圖:出芽血管生成數量隨住院時間的變化。中文資料為本文作者標註。From: 參考文獻2

觀察住院時間和血管新生的變化,發現 COVID-19 患者肺臟的血管新生,隨住院時間反而更加嚴重。暗示了即使住院照料,COVID-19 患者肺臟缺氧的情況仍日漸惡化;醫護團隊可能需要將緩解肺部缺氧,做為治療的首要目標。

總結而言,解剖 COVID-19 死者肺臟得知:

  1. 新型冠狀病毒劇烈地破壞血管內皮細胞。
  2. COVID-19 患者肺臟裡,發現血栓和扭曲的血管。
  3. 肺臟出現明顯的血管新生,暗示了嚴重的組織缺氧。

新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)對人體的破壞力,超乎尋常的可怕。面對如此兇惡的病毒,在疫苗問世之前,我們只能步步為營。

保持冷靜,繼續前進。Keep Calm and Carry On.

參考文獻

  1. Cassandra Willyard (2020) Coronavirus blood-clot mystery intensifies. Nature. DOI: 10.1038/d41586-020-01403-8
  2. Maximilian Ackermann, M.D., Stijn E. Verleden, Ph.D., Mark Kuehnel, Ph.D., Axel Haverich, M.D., Tobias Welte, M.D., Florian Laenger, M.D., Arno Vanstapel, Ph.D., Christopher Werlein, M.D., Helge Stark, Ph.D., Alexandar Tzankov, M.D., William W. Li, M.D., Vincent W. Li, M.D., Steven J. Mentzer, M.D., and Danny Jonigk, M.D. (2020) Pulmonary Vascular Endothelialitis, Thrombosis, and Angiogenesis in Covid-19. New England Journal of Medicine. DOI: 10.1056/NEJMoa2015432
  3. E. Novara, E. Molinaro, I. Benedetti, R. Bonometti, EC Lauritano, R. Boverio (2020) Severe acute dried gangrene in COVID-19 infection: a case report. European Review for Medical and Pharmacological Sciences. DOI: 10.26355 / eurrev_202005_21369
  4. Peter H. Burri, Ruslan Hlushchuk, Valentin Djonov (2004) Intussusceptive angiogenesis: Its emergence, its characteristics, and its significance. Developmental Dynamics. DOI: https://doi.org/10.1002/dvdy.20184
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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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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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!

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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)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

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?

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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。

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。/圖片來源:shutterstock

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。

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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。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

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)。

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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!

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血栓導致下肢壞死?動脈與靜脈血栓的危險因子與症狀
careonline_96
・2024/10/22 ・1089字 ・閱讀時間約 2 分鐘

血液在血管中流動時,會把氧氣和養分送到全身。當血管內出現血栓,血栓便會阻斷血流,導致組織缺氧並且壞死。

全身血管都可能出現血栓,常見的有腦部、心臟以及下肢的動脈與靜脈血栓。

根據研究,發生下肢動脈血栓的危險因子包括高血壓、高血糖、高血脂、吸菸、心房顫動、先前放置過支架等;靜脈血栓的危險因子則包括久坐、臥床、懷孕、吸菸、靜脈曲張、惡性腫瘤、凝血異常、或近期進行大型手術等。

下肢動脈與靜脈血栓的症狀及影響略有不同。

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下肢動脈血栓可能會出現疼痛、皮膚蒼白、冰冷、麻痹、感覺異常、摸不到脈搏等,屬於非常緊急的情況,若不及時治療,可能導致截肢,甚至死亡。

下肢靜脈血栓通常會造成腫脹、疼痛、皮膚變色等。此外,如果血栓脫落,有可能會隨血流進入肺部,造成肺栓塞,讓人感到呼吸困難,甚至可能致命。

目前治療下肢血栓的方法包括手術、藥物、導管溶栓和機械式血栓清除導管等。

其中,機械式血栓清除導管是一種新式治療技術,利用一個長長的導管,進入血管內將血栓打碎並且抽吸出來,可在不使用或少量使用溶栓藥物的情況下,迅速清除血栓並恢復血流,就像是水道清淤一樣。

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相較於傳統導管溶栓,機械式血栓清除導管能更快地恢復血流,且清除血栓的效果更好,有助於改善急性肢體缺血病患的預後,並減少溶栓藥物的使用,降低因使用溶栓藥物而導致出血的風險。

提醒您,如果出現足部冰冷、腫脹、疼痛等狀況,可能與血栓有關,請務必立刻就醫,及早進行血管治療,才能解除危機!

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三高肥胖注意心房顫動!心房顫動風險、治療解析
careonline_96
・2024/05/03 ・2162字 ・閱讀時間約 4 分鐘

林柏霖醫師:他是因為左腰痛,居然是心房顫動造成的血栓打到腎動脈,經過我們的團隊緊急將左腎血栓取出來之後,就接受冷凍導管消融術,最後回到正常心律。

劉育志醫師:大家好,我是劉育志醫師,歡迎林柏霖醫師來到照護線上。

林柏霖醫師:大家好,我是林柏霖醫師。

劉育志醫師:請問心房顫動好發在哪些族群?

林柏霖醫師:特別是年長者,或者是有三高患者,特別是像高血壓、心臟衰竭。還有甚至像是甲狀腺亢進,或者是最近非常熱門的議題,就是肥胖,也是一個危險因子。

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劉育志醫師:請問心房顫動在台灣的盛行率為何?

林柏霖醫師:在台灣的盛行率大概是 1-2%。特別是台灣要進入到高齡化的社會,會隨著年紀越來越高的時候,它的風險性,它的盛行率也會越來越高。

劉育志醫師:請問心房顫動可能出現哪些症狀?

林柏霖醫師:大部分大概 20% 的病人可能會沒有症狀。但是因為當心房顫動發作的時候,心跳速度會快快慢慢,會出現不一樣的症狀。特別像腦部可能就會頭暈;心臟來講可能就會有喘、胸悶、心悸等等的症狀;其中最嚴重的併發症就是血栓,因為心房顫動一旦發作的時候,它的左心房的速度會到 400 到 600 下左右,會造成血液在我們左心房滯留進而產生血塊。如果血塊打到腦就是俗稱的中風,打到心臟就是心肌梗塞,打到腳就是我們常見的腳中風。

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劉育志醫師:請問要如何及早發現心房顫動?

林柏霖醫師:在醫院上面來講,我們有傳統上 12 導程的心電圖或者是有 24 小時的霍特心電圖,甚至我們的節律器或者是我們植入性的心臟監測儀都可以發現。但是如果在居家的時候,我們有一些血壓器也具備心律不整的監測功能,或是現在非常流行的智慧型手環或手錶也都有類似這樣的功能。

劉育志醫師:請問目前主要的治療方式為何?

林柏霖醫師:心房顫動的治療方式,我們通常用 ABC 的一個 Pathway。A 就是抗凝劑;B 就是 Better Rhythm Control,我們可以用藥物或者是手術的方式來治療心律不整,特別是心房顫動,包含手術方式就是有傳統的電燒手術或者是冷凍導管的消融術;C 就是 Comorbidity,就是同時有心房顫動的時候,我們要治療他的共病症,包含三高。

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劉育志醫師:請問手術治療會如何進行?

林柏霖醫師:我們會半身麻醉,特別是我們從腳的股靜脈會伸導管到我們的右心房,必須從右心房再做一個穿刺到左心房。傳統上來講,就是過去的傳統電燒是用點狀燒,燒我們的四個肺靜脈,可能會耗時比較久。如果我們是心室的冷凍導管消融術,他是用氣球,就是放到我們的肺靜脈,他會造成一個連續性電訊號的破壞。

劉育志醫師:請問冷凍導管消融術的成效與安全性?

林柏霖醫師:傳統電燒手術是我們用點狀的電燒。新式的冷凍導管消融術,他是用一個球狀,注入液態的一個冷凍劑,可以讓球囊的溫度下降到零下 30 到 50 度,它會造成一個連續性的電訊號阻斷。它的優勢就在於它的手術時間會縮短到一半,大概約兩個小時左右,所以手術時間短,它的安全性就會提高,也可以降低病人在手術時間,因為時間過久而造成不適感。

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劉育志醫師:針對手術治療心房顫動的時機,醫師會如何建議?

林柏霖醫師:我想給大家一個觀念就是 Early,就是早期診斷跟早期治療。早期診斷可以利用很多健康檢查的方式,去提早發現心律不整;早期治療就是說,當如果已經有心房顫動,特別是陣發性的心房顫動,或者是心房顫動已經造成有症狀了,或者是這個是很早期的時候,可以去利用藥物或甚至是用手術的方式,把這樣的心房顫動解決掉。

林柏霖醫師:我想跟大家分享一個特別的案例,是一位 40 歲的男生。到我們醫院的時候,他是因為左腰痛,居然是心房顫動造成的血栓打到腎動脈,經過我們的團隊緊急將左腎血栓取出來之後,就接受冷凍導管消融術,最後回到正常心律。因為這樣可以降低他未來再血栓的風險。

林柏霖醫師:心房顫動會造成五倍以上的中風率,所以它其實是一個非常需要大家重視的疾病。特別是在年輕人,或者是你本身已經是陣發性的心房顫動合併有症狀的時候,更應該要及早去做診斷跟治療。

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劉育志醫師:感謝林醫師來到照護線上,我們下次再見,掰掰。

林柏霖醫師:掰掰。

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