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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

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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AI 可以設計散熱,但誰敢讓它出貨?林唯耕談算力背後的物理現實
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/08/20 ・2819字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 高柏科技 合作,泛科學撰文

林唯耕剛回台灣任教時,曾在清華大學的實驗室裡用一立方公分的「氨」做實驗。沒想到氨氣意外洩漏,那股刺鼻的氣味瞬間瀰漫整棟大樓,引來眾多師生抗議。

「從此以後,我再也不敢在實驗室裡用氨了。」他在《思想實驗室》的訪談中,帶著笑意回憶這段往事。

這段插曲聽來像是一則工程師的寓言:在理論模型中,氨是太空熱控系統的理想介質;但在現實的辦公大樓裡,它首先是逼人逃竄的臭味。公式本身沒有錯,但現實世界永遠比公式更複雜——它包含了人、成本、風險,以及必須為後果負責的工程師。

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高柏科技技術專家、清華大學榮譽退休教授林唯耕 ,曾任職於美國 OAO 工程部熱流組,深耕電子構裝散熱與熱管技術多年。隨著 AI 浪潮席捲全球,他鑽研一輩子的老問題再次被推向科技產業的核心:當晶片運算速度無止境攀升,那股伴隨而生的熱,究竟該往哪裡去?

熱不會讀新品發表會

科技巨頭在發表會上熱衷於談論大型語言模型、GPU 規格與驚人的算力。這些詞彙在投影片上光鮮亮麗,彷彿進步毫無邊界。然而,每一次數位運算都紮實地發生在實體晶片上。晶片會發熱、材料會疲勞老化,一旦設備過熱,系統便會降頻保護。在物理現實面前,再動聽的發表會敘事也必須低頭。

晶片會發熱、材料會疲勞老化,一旦設備過熱,系統便會降頻保護 / 圖片:envato

回顧個人電腦發展早期,晶片幾乎不需專屬散熱元件。隨後,鋁製鰭片、風扇、熱管到均溫板逐一登場。這段歷程常被視為技術升級,其實更像是對空間的極限勒索:晶片功率翻倍,發熱源的面積卻沒變大,機箱空間也不可能無限擴張。

林唯耕指出,散熱設計的核心只有三要素:功率、熱源面積與空間限制。他舉例,在標準的 1U 機箱中,若發熱面積約為三十乘三十毫米,氣冷系統在達到八百瓦時就會面臨瓶頸。這並非固定的物理常數,而是取決於空間、面積與氣流的動態平衡。最現實的代價在於,風扇轉速提升的背後,是噪音、電力損耗與空間占用。

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因此,「液冷技術」的興起並非單純為了追求酷炫,而是算力密度提升後的必然選擇。它能更精準地帶走晶片廢熱,卻也將新的挑戰帶入機房:漏液風險、流道堵塞、材料相容性,以及維運時的難度。工程的進步,本質上鮮少是徹底消滅問題,更多時候是選擇一組「比較值得承擔」的新問題。

太空教他的,不是把答案搬回地面

太空熱控工程之所以迷人,是因為它剝奪了地球上最常見的散熱工具。在真空宇宙中,沒有空氣能讓風扇製造對流;受光面溫度破百度,陰影處卻極度嚴寒。工程師必須純粹仰賴熱傳導、熱輻射,以及熱管與環路型熱管(LHP)來搬移熱能。

熱管運作的關鍵在於「相變」——液體蒸發時吸收大量潛熱,冷凝後重回循環。林唯耕比較了銅與水的熱傳導能力:在他設定的特定條件下,實心銅塊約能傳導 120 瓦的熱能;但若每秒有一立方公分的水發生蒸發相變,移熱量可瞬間拉升至 2.4 千瓦(kW)。他強調「每秒」的觀念,因為散熱談的是動態流動速率,而非靜態的冷卻魔法。

儘管如此,太空科技並不能直接套用到地面。太空元件因考量重量、功耗與維修難度,偏好無馬達幫浦的被動式設計;但地面 AI 伺服器面臨更高的熱負載與環境溫度,往往仍需幫浦驅動流量。當年那場「氨氣洩漏」事故正是最好的提醒:技術是否「先進」,與它是否「適合」當下的場景,始終是兩回事。

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他強調「每秒」的觀念,因為散熱談的是動態流動速率,而非靜態的冷卻魔法。/圖片:envato

好論文,為什麼仍可能造不出好產品

學術研究致力於證明「可行性」,而工業現場則要求「可重複性」——不僅要能運作,還得確保每台出廠的設備都不漏水。林唯耕將此定義為「從 0 到 1」與「從 1 到 100」的差別。後者涉及良率、成本、公差與客戶信任。論文中那次最完美的實驗數據,在產線上往往未必管用。

他從不避談失敗。在高柏科技早期與學界合作時,也曾遇過實驗數據無法複製,或研究方向偏離產業需求。這未必是雙方努力不夠,而是彼此對「成功」的標準不同。為了解決這道鴻溝,高柏科技推動「柏苗啟航創新培育計畫」,每年投入逾千萬資金與成大、中山、台科大等校合作,並指派專業人才在過程中持續微調、校正,確保研發貼近產線現實。

他分享了近期一項液冷工質校正專案。團隊使用非侵入式的超音波流量計進行觀測,但由於儀器預設以「水」校正,換成其他化學流體後讀數便出現誤差。最初嘗試用幫浦壓差推算,卻發現缺乏重複性,數據甚至推導出不合理的蒸發率。最後團隊回歸基本面,改用秤重法搭配能量平衡進行交叉驗證,才讓數據成功收斂。

這個故事真正的價值不在於「產學雙贏」的口號,而在於那段不夠優雅的挫折:假設失效、數據混亂、方法砍掉重練。也正是在這種時刻,企業需要的不只是會算數的人才,而是能洞察研究何時「走鐘」,並有權力喊停、要求重來的關鍵決策者。

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林唯耕坦言,過去在校園裡總認為「技術第一、成本第二」,進入商界後才驚覺行銷與信任關係往往才是關鍵。這番話雖然不如科技突破那樣動聽,卻是產品能否進入市場的殘酷真相。再卓越的散熱設計,若無法穩定生產或贏得客戶信任,也僅止於一份精美的報告。

AI 會給答案,誰來負責出貨?

訪談尾聲,主持人國威提出了一個時代難題:假設 AI 能在彈指間生成散熱架構、材料配方與流道設計,企業該選擇全面擁抱 AI 的速度,還是保留緩慢但穩定的工程驗證,以規避潛在的失效風險?

林唯耕拒絕落入二選一的框架。他的觀點是:兩者並存。AI 擅長處理資訊、生成草案;但工程師仍須實作原型,進行嚴苛的性能與可靠度測試,最終由人決定是否出貨。這並非盲目崇拜人類直覺,而是基於一項事實:AI 的資料庫裡,通常沒記載下一次「意外洩漏」或「材料疲勞」的細節,且模型永遠無法為量產結果擔負法律與商業責任。

在 AI 時代,最稀缺的未必是熟練下指令(Prompt)的人,而是具備這種能力的人:能預判答案可能在哪裡出錯、能設計實驗將問題「逼」出來,並且願意為最終的量產品質負起責任。

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大眾習慣將雲端想像成輕盈、無重量的空間。但現實中,雲端是由龐大的機房架構而成,裡面裝滿了晶片、管線、泵浦與冷卻液。虛擬算力的每一次擴張,都會在實體世界留下發熱的足跡。散熱工程師的價值,就是不讓這筆物理帳單,被埋沒在光鮮亮麗的投影片背後。

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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

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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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