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頭痛到痛不欲生?別再狂嗑止痛藥了!——淺談偏頭痛的病理機制

科技大觀園_96
・2021/10/29 ・3751字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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頭痛讓每個人都頭痛!根據 WHO 統計,頭痛是神經科最常見的疾病,相較於所有疾病,每年頭痛造成的失能人數是世界第二。然而,我們對頭痛的理解並不夠透徹,很多人甚至覺得吃止痛藥就好,頭痛不是什麼病。

「頭痛是病,而且它有一定的病生理機轉機制,吃止痛藥對頻繁頭痛者來說,並不是最好的方式。」臺北榮民總醫院神經內科醫師、臨床醫學研究所教授陳世彬說。

17 年前陳世彬就加入榮陽頭痛研究團隊,致力解開頭痛之謎,是國際知名的腦神經研究專家,研究成果傑出,榮獲 108 年度科技部「吳大猷先生紀念獎」。

他主要研究最痛和最難纏的兩款頭痛——RCVS(Reversible cerebral vasoconstriction syndrome,可逆性腦血管收縮症候群)及 migraine(偏頭痛)。RCVS 是最嚴重也最危險的頭痛類型,若太晚發現,有相當高的機會會產生中風(缺血性腦梗塞或腦出血);偏頭痛則是造成全世界最多人失能的神經科疾病。

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然而,腦神經運作相當複雜,每個人對藥物的反應不同,因此陳世彬的角色除了看診、開藥外,還得投入研究,解開頭痛之謎,才能對症治療。

陳世彬是國際知名的腦神經研究專家,研究成果傑出,榮獲108年度科技部「吳大猷先生紀念獎」。(圖/陳世彬提供)
陳世彬是國際知名的腦神經研究專家,研究成果傑出,榮獲 108 年度科技部「吳大猷先生紀念獎」。(圖/陳世彬提供)

 全台第一個發現雷擊頭痛 RCVS 的病徵

RCVS 引發的疼痛是頭痛之王,患者在發病期間會產生瞬間爆炸般的頭痛,又稱為雷擊頭痛。陳世彬說:「這個痛是會痛到在地上打滾、尖叫和求救的可怕的頭痛。」

這類的頭痛通常伴隨排便、性行為、洗澡或情緒激動等動作而誘發,對病患生活造成極大的困擾,常有患者怕到不敢洗澡、不敢上大號,北榮的頭痛門診中有 1-2% 病患屬於此類。

但在 2007 年以前,全世界對這個疾病是很陌生的,僅有北榮、美國和法國三個研究團隊關注它,RCVS 的名稱也是當時的專家共識決定的。陳世彬表示,會開啟這一系列研究,主要原因是一開始遇到一個病人頭疼到沒有藥可以解決,接著產生視覺皮質區中風而失明,團隊才開始針對這個謎一般的病進行研究。

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團隊發現 RCVS 患者的腦血管攝影中,可以看見血管一節節收縮的痕跡,收縮的狀況由小血管慢慢移到中央血管區,因此剛開始檢查時很難看見。RCVS 會引起嚴重的併發症,例如可逆性腦後方白質病變或腦水腫達 9-38%、缺血性腦梗塞達 4-54%,以及腦出血可能高達 20%,必須及早診斷。

左側是腦部血管收縮的圖,白色箭頭是血管收縮處,黑色箭頭指的是收縮後面有時伴隨血管擴張,因此血管看起來像念珠狀一節一節,右側則是恢復成正常的樣子。(圖/陳世彬提供)
左側是腦部血管收縮的圖,白色箭頭是血管收縮處,黑色箭頭指的是收縮後面有時伴隨血管擴張,因此血管看起來像念珠狀一節一節,右側則是恢復成正常的樣子。(圖/陳世彬提供) 

榮陽頭痛研究團隊是全台第一個釐清 RCVS 臨床表現、建立檢查與治療標準流程、找出併發症的團隊,並開發新影像技術協助診治和探討病生理機轉,在 RCVS 領域中的研究成果可說是世界第一。

至於血管為何會收縮呢?陳世彬坦言,目前掌握的 RCVS 病生理機制不算全面,不過全世界目前只有榮陽頭痛研究團隊有針對此病病生理機轉進行研究並發表論文,現在知道病患的交感神經容易過度活化,且產生過度的氧化壓力,因而導致血管收縮,這些現象跟病患帶有某些基因有關。此外,血液中內皮前驅細胞數量少、修復大腦血管功能較弱者,也是 RCVS 的好發患者。近期團隊透過全基因體關聯性研究,也有新的發現。陳世彬表示,RCVS 患者的基因位點分佈與其他人差異很大,而這些基因也跟血腦障壁破壞、中風、腦出血等腦血管疾病有關。 

左一為正常大腦,由左至右為腦出血、腦中風及腦水腫的樣子。(圖/陳世彬提供)
左一為正常大腦,由左至右為腦出血、腦中風及腦水腫的樣子。(圖/陳世彬提供) 

「也就是說控制 RCVS 的並不是單基因遺傳,而是很多基因都貢獻一部分,如果你的基因位點(染色體上基因所在位置)都很不好,就很像拿到一手壞牌,容易有這些病症。」陳世彬說。

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目前 RCVS 的治療方式會採用腦血管專一性的「鈣離子阻斷劑」,它是一種血管擴張的藥物。陳世彬提到,有趣的是它可以馬上緩解頭痛,但無法立刻改善血管收縮的情況,病患頭痛消失的時候,反而是血管收縮最嚴重的時候,也因此需要持續服藥到血管恢復為止,目前沒有人知道為什麼,也沒有人清楚為何洗澡會引發 RCVS。

這個疾病還有許多謎,等待研究團隊努力解開呢!

大腦沒有痛覺,那偏頭痛怎麼來?

相較於 RCVS 痛到痛不欲生,偏頭痛則是受大眾忽略的疾病。

陳世彬表示,偏頭痛是病,但有時卻會被誤以為是單純的感冒或經期症候群。他在臨床就看到好多病患苦於頭痛,一個月痛超過 15 天以上,到處打針、吃藥,吃到肝腎胃都壞掉,頭痛還是好不了。根據北榮資料統計,目前嚴重的慢性偏頭痛患者大約有 1.7%,比例相當高。

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陳世彬提醒,偏頭痛並不一定是單一邊的頭痛,它可以是痛在雙側或頭頂,有時是連肩頸或整個頭都會痛,發病時的症狀還有噁心、嘔吐、畏光和怕吵的症狀,有些人在發作前還會出現視覺預兆,眼前會出現閃光或盲點,而看不到前方的狀況。

視覺預兆者眼前會呈現模糊看不到前方的景象。(圖/陳世彬提供)
視覺預兆者眼前會呈現模糊看不到前方的景象。(圖/陳世彬提供) 

偏頭痛的病生理機轉也相當複雜,最重要的假說是「三叉神經血管理論 」(Trigeminovascular theory)。陳世彬解釋,大腦本身沒有痛覺神經,腦膜才有痛覺神經,頭痛就是來自腦膜周圍的三叉神經末梢纖維,當這些神經纖維被活化後,會造成局部的神經性發炎,使得疼痛神經的末梢被更進一步活化,訊號傳到大腦中樞後,讓我們有疼痛的感覺。

偏頭痛的原因之一就是來自腦膜周圍的三叉神經末梢纖維被活化而帶起的連鎖反應。(圖/陳世彬提供)
偏頭痛的原因之一就是來自腦膜周圍的三叉神經末梢纖維被活化而帶起的連鎖反應。(圖/陳世彬提供) 

為何有人的三叉神經比較容易被活化呢?陳世彬表示,基因是影響偏頭痛的原因之一,父母有偏頭痛狀況,孩子也容易是偏頭痛患者。近年歐美國家大規模研究全基因體關聯性,已經找到 44 個跟偏頭痛有關的基因位點,而北榮的研究團隊則找到 4 個位點,其中兩個跟歐美發現的位點一致,另外兩個則是台灣人獨有的。

陳世彬表示,有個偏頭痛的基因位點「TRPM8」是全世界共通的,它掌管離子通道,且與冷的刺激所造成的疼痛有關,這說明天氣變化或溫度改變,如大熱天突然進到冷氣房,確實跟頭痛有關聯性。因此未來或許可以針對此離子通道設計藥物,達到事前預防的效果。

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陳世彬認為,針對偏頭痛嚴重的病患,將來的目標是可以透過篩檢看哪些基因造成頭痛,然後對症預防、調整體質,減少頭痛發生的頻率,而不只是吃止痛藥來治標。

後記:醫師最幸福

即使研究卓越,陳世彬還是最喜歡當醫師,「做了很多研究不一定有結果,但把病人治好是有成就感的,所以我更喜歡臨床。」

他印象很深刻,剛升主治醫師不久,就收到一位年輕患者不明原因昏迷插管已快一兩個月,但她的 CT、MRI 都是正常的,這時科主任剛巧出國,就交給他處理。當時大家都找不出原因,他覺得病患的病程,跟之前國際神經學會時,美國研究團隊報告的一個案例很像。

「當時台北榮總沒有人診斷過這個病,我決定寫信去美國,請當初發現這個病的醫生幫忙驗患者的抗體,然後把患者血液寄到美國,後來證實是抗 NMDA 受體腦炎,一種免疫疾病(註: 此病曾被寫成小說並拍成電影《我發瘋的那段日子 Brain on fire》)。陳世彬表示,當時緊急做血漿交換,才做到一半患者就清醒了一小時,然後又持續昏迷,後來經過一段時間治療後,這位病患是與家人開心走著離開醫院。

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這件事讓他非常歡欣鼓舞,更下定決心要好好做研究,嘉惠病人。儘管「研究的困難多到不知從何說起」,但他坦言突破困難後,收穫相當大。而且要不是讀博士時被教授指派做動物實驗,他也不會多了一項研究利器,能夠做流行病學以外的研究。

陳世彬曾至哈佛神經血管研究室進修,他笑說自己每天走五公里上下班,因此曬得很黑。(圖/陳世彬提供)
陳世彬曾至哈佛神經血管研究室進修,他笑說自己每天走五公里上下班,因此曬得很黑。(圖/陳世彬提供) 

陳世彬笑著說,神經科學本就是奠定在科學家無數的錯誤、突破困難之上。以往神經科學被笑說是「 know everything, do nothing 」,但在科學家的努力下,許多退化性疾病如失智症、帕金森氏症或一些罕見疾病如漸凍人、多發性硬化症等,都有一些新的治療發明,相信在可見的未來都不再是絕症了。想到這,陳世彬就覺得一切努力都是值得的。

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科技大觀園_96
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為妥善保存多年來此類科普活動產出的成果,並使一般大眾能透過網際網路分享科普資源,科技部於2007年完成「科技大觀園」科普網站的建置,並於2008年1月正式上線營運。 「科技大觀園」網站為一數位整合平台,累積了大量的科普影音、科技新知、科普文章、科普演講及各類科普活動訊息,期使科學能扎根於每個人的生活與文化中。

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圖形處理單元與人工智慧
賴昭正_96
・2024/06/24 ・6944字 ・閱讀時間約 14 分鐘

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  • 作者/賴昭正|前清大化學系教授、系主任、所長;合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒,那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬.霍金(Stephen Hawking) 英國理論物理學家

大約在八十年前,當第一台數位計算機出現時,一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧;但七十年後,還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」(Artificial Intelligent,簡稱 AI)的能力最近十年突然起飛,在許多(所有?)領域的測試中擊敗了人類,正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元(graphic process unit,簡稱 GPU)是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia(英偉達)股票從每股不到 $5,上升到今天(5 月 24 日)每股超過 $1000(註一)的全世界第三大公司,其創辦人(之一)兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳(Jenson Huang)也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人!可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎?到底是時勢造英雄,還是英雄造時勢?

黃仁勳出席2016年台北國際電腦展
Nvidia 的崛起究竟是時勢造英雄,還是英雄造時勢?圖/wikimedia

在回答這問題之前,筆者得先聲明筆者不是學電腦的,因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事,不是我們外行人需要了解的;但作為一位現在的知識分子或公民,了解基本原理則是必備的條件:例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析,即可判斷永動機是騙人的;又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上,它們不用往室外排廢熱氣,就可以提供屋內冷氣,讀者買嗎?

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」(central process unit,簡稱 CPU)。CPU 是電腦的「腦」,其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務,如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作;但為了簡單化,我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作(arithmetic and logic unit,簡稱 ALU),如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下,CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

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在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時,CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後,CPU 開始顯示心有餘而力不足:例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素(pixel),每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年,英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定/裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」(註二)定位為「世界上第一款 GPU」,「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU,GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作,快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢?因每一時刻只能做一件事,所以其步驟為:

  • 計算 7×5;
  • 計算 6/3;
  • 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢?很多工作便可以同時(平行)進行:

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  • 同時計算 7×5 及 6/3;
  • 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間,但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢?單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間(16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間),而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間(1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間)!

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了,如何將它擺正成右圖呢? 一句話:「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點(座標 x, y)組成的,所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了:每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

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即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算!如果每一運算需要 10-6 秒,那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉,便需要 6 秒,這豈是電動玩具畫面變化所能接受的?

圖形處理的例子

人類的許多發明都是基於需要的關係,因此電腦硬件設計家便開始思考:這些點轉換都是獨立的,為什麼我們不讓它們同時進行(平行運算,parallel processing)呢?於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 106 運算,那上圖的轉換只需 10-6 秒鐘!

GPU 的興起

GPU 可分成兩種:

  • 整合式圖形「卡」(integrated graphics)是內建於 CPU 中的 GPU,所以不是插卡,它與 CPU 共享系統記憶體,沒有單獨的記憶體組來儲存圖形/視訊,主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上;早期英特爾(Intel)因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤,在這方面的研發佔領先的地位,約佔 68% 的市場。
  • 獨立顯示卡(discrete graphics)有不與 CPU 共享的自己專用內存;由於與處理器晶片分離,它會消耗更多電量並產生大量熱量;然而,也正是因為有自己的記憶體來源和電源,它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年,英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後,科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化,在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效,因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理,不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化,也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬(註三)等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分,正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲,遠遠落在英偉達(80%)及超微半導體公司(Advance Micro Devices Inc.,19%,註四)之後,大約只有 1% 的市場。

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典型的CPU與GPU架構

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」,而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心(core)單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心,因此其核心功能不如 CPU 核心強大,但它們能同時高速執行大量相同的指令,在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心;GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書,不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等,也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺,它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是:嘴巴在講,腦筋思考已經不知往前跑了多少公里,常常為了追趕而越講越快,將不少學生拋到腦後!這不表示筆者聰明,因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技,因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣(matrix)的讀者應該知道,如果用矩陣和向量(vector)表達,上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的(註五)。而矩陣和向量計算正是機器學習(machine learning)演算法的基礎!也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在!因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石:它們的架構就是充分利用並行處理,來快速執行多個操作,進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」(deep learning)。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂:「下一次工業革命已經開始了:企業界和各國正與英偉達合作,將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升,幫助企業降低成本和提高能源效率,同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子:下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後,讀者是不是認為筆者該退休了?

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GPU(圖形處理單元)和 AI(人工智慧)之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力,特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步,使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率,使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐,而且使其更具成本效益,因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展,GPU 的角色可能會變得更加不可或缺,推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標,這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作,使我們能夠執行複雜的任務,例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外,研究表明,與非人類動物相比,人類大腦具有更多平行通路,這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上,一邊聽音樂一邊做飯,或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技,因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵:透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

(註一)當讀者看到此篇文章時,其股票已一股換十股,現在每一股約在 $100 左右。

(註二)組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」(GeForce 256)插卡吧?

(註三)筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時,就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士(fellow)」Enrico Clementi 的團隊:因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層,我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦(非 IBM 品牌!)與一大型電腦連接來做平行運算,進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

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(註四)補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商:英偉達及 ATI(Array Technology Inc.)。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立,2006 年被超微半導體公司收購,品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐(Lisa Tzwu-Fang Su)博士為執行長後,股票從每股 $4 左右,上升到今天每股超過 $160,其市值已經是英特爾的兩倍,完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色,正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題:超微半導體公司現任總裁(兼 AI 策略負責人)為出生於台北的彭明博(Victor Peng);與黃仁勳及蘇姿豐一樣,也是小時候就隨父母親移居到美國。

(註五)

延伸閱讀

  • 熱力學與能源利用」,《科學月刊》,1982 年 3 月號;收集於《我愛科學》(華騰文化有限公司,2017 年 12 月出版),轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
  • 網路安全技術與比特幣」,《科學月刊》,2020 年 11 月號;轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。
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賴昭正_96
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成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。

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定期檢查、及早治療心房顫動防止中風!
careonline_96
・2024/06/12 ・2433字 ・閱讀時間約 5 分鐘

心房顫動常無感,易中風!微創胸腔鏡左心耳關閉術降低中風風險,心臟外科醫師圖文解析

「那是一個 70 歲的男性患者,罹患慢性肺病,且被診斷出二尖瓣逆流與心房顫動,需要手術治療,但是患者、家屬都擔心開胸手術傷口過大,而猶豫不決。」林口長庚醫院心臟血管外科主任陳紹緯教授表示,「經過詳細討論後,患者決定接受不停跳二尖瓣人工鍵索植入術及微創胸腔鏡左心耳關閉術來治療。微創胸腔鏡左心耳關閉術是透過 3 個小傷口,在胸腔鏡的輔助下,從左心耳外安裝左心耳夾。除了解決二尖瓣逆流的問題,一併處理了左心耳來降低未來中風風險,術後患者順利恢復,目前狀況穩定,在門診持續追蹤。」

心房顫動(Atrial fibrillation)是臨床上最常見的心律不整,陳紹緯教授說,正常狀況下,心房與心室會依序規則收縮,推動血液循環。當心房顫動發作時,心房的肌肉會像顫抖一般紊亂抽動,無法有效收縮,而讓心房失去功能。

心房顫動可能導致心悸、胸悶、頭暈、無力、呼吸急促等,也可能沒有明顯症狀。最麻煩的是,心房顫動會導致多種嚴重併發症。

心房顫動可能導致中風、心臟衰竭

長期處於心房顫動將導致心臟衰竭,若不治療心房顫動,患者因為心臟因素死亡的機會是一般人的 2 倍。陳紹緯教授指出,滯留在心房內的血液可能會漸漸形成血塊,若血塊剝落,隨著血液流出心臟,便可能造成血管阻塞,而導致腦中風、腸中風、腎臟中風、肢體中風等狀況,危及性命。若不治療心房顫動,患者中風的機會約是一般人的 5 倍。

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左心耳關閉術幫助降低中風風險

心房顫動的治療包括矯正心律、預防中風。陳紹緯教授說,矯正心律方面可以嘗試口服藥物或使用電燒手術,降低心房顫動發作的機會。預防中風方面可以服用抗凝血劑,以及接受左心耳關閉術(Left atrial appendage closure)。

研究發現,心房顫動所產生的血塊約有九成是源自於左心耳。左心耳是心臟發育的遺跡,其內壁凹凸不平,容易形成血栓。利用手術關閉左心耳,有助於降低中風風險。陳紹緯教授說,如果是中風危險較高的心房顫動患者(CHA2DS2-VASc ≥ 2 分)、服用抗凝血劑還是反覆中風的患者、不適合長期使用抗凝血劑的患者,可以考慮接受左心耳關閉術。

左心耳關閉術幫助降低中風風險

目前有兩種方式能夠關閉左心耳,一種是利用心導管,從血管內進行左心耳封堵手術;一種是經由外科手術,利用左心耳夾從外面夾住左心耳。

左心耳封堵手術一般是從鼠蹊部的股靜脈穿刺,在 X 光輔助下將導管延伸到右心房,然後進行心房間隔穿刺術進入左心房,確定位置後將可擴張的封堵器放入左心耳。陳紹緯醫師說,術後要密切觀察是否出現相關併發症,例如心包膜積液、假性動脈瘤、裝置栓塞、動靜脈廔管、心臟破裂、中風等,後續也要追蹤封堵器的密合狀況。由於左心耳的解剖構造不規則,部分患者可能不適合接受左心耳封堵手術,術前必須經過仔細評估。

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左心耳閉合手術是由外科醫師執行,從左心耳外面進行左心耳關閉。傳統手術是將左心耳剪掉,然後把開口縫起來。陳紹緯醫師說,但是因為左心耳非常脆弱,縫完之後容易出血,利用傳統手縫方式會增加手術中心臟停止時間。目前可使用左心耳閉合器,夾住後便能有效關閉左心耳,幫助縮短手術時間,並減少出血的機會,而在歐美先進國家,一般都是使用左心耳夾進行左心耳關閉術,使手術更快速且有效。

陳紹緯醫師說,如果心房顫動患者計畫接受心臟手術,目前的治療指引建議在術中一併關閉左心耳,根據大型臨床試驗結果,可避免血液滯留形成血栓,並有效降低未來腦中風之風險。

微創胸腔鏡左心耳夾閉合術 STEP BY STEP

過去左心耳夾已被證實能夠顯著降低中風的風險,現在也可以利用胸腔鏡進行微創左心耳關閉術。

「一般會經由 3 個小傷口進入胸腔,在胸腔鏡的輔助下,利用特殊器械安裝左心耳夾。」陳紹緯醫師解釋,「微創胸腔鏡左心耳關閉術不需開胸、不需讓心臟停止跳動,便可以有效的關閉左心耳。」

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微創胸腔鏡左心耳夾閉合術 Step by Step

相較於開胸手術,微創胸腔鏡左心耳關閉術的傷口較小、手術時間較短、術後疼痛較少、恢復期較短。此外在心臟不停跳下,可藉由超音波的導引下確認左心耳完全被關閉及降低手術併發症。陳紹緯醫師說,對心房顫動患者而言,微創胸腔鏡左心耳關閉術將是一項幫助降低中風風險的利器。

貼心小提醒

心房顫動是常見的心律不整,也是造成中風的主要原因之一,可能導致失能、死亡。陳紹緯醫師提醒,心房顫動的發生率會隨著年紀而越來越高,大家要提高警覺,即使沒有症狀,也必須積極接受治療。

心房顫動所產生的血塊約有九成是源自於左心耳,如果是中風危險較高的心房顫動患者(CHA2DS2-VASc ≥ 2 分)、服用抗凝血劑還是反覆中風的患者、不適合長期使用抗凝血劑的患者,可以考慮接受微創胸腔鏡左心耳關閉術,幫助降低中風風險!

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頭暈心悸、平躺也喘,及早治療慎防二尖瓣逆流!
careonline_96
・2024/05/17 ・2458字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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二尖瓣逆流把握治療黃金時機,避免中風、心臟衰竭,微創與超微創二尖瓣修補手術解析,心臟外科醫師圖文懶人包

「那是一位 60 多歲的男性患者,因為心臟衰竭的症狀惡化而住院。」林口長庚醫院心臟血管外科主任陳紹緯教授指出,「患者有下肢水腫、呼吸急促、心律不整等症狀。若是躺下來就會喘不過氣,所以只能坐著睡覺。」

檢查發現患者心臟的二尖瓣腱索斷裂,造成嚴重二尖瓣逆流。陳紹緯教授說,經過討論後,患者決定接受超微二尖瓣人工鍵索植入術。

超微二尖瓣人工鍵索植入術不需鋸開胸骨,不需讓心臟停止跳動,不需使用體外循環機。整個手術時間約 2 小時,過程中失血量少,沒有輸血。陳紹緯教授說,術後在手術室內便順利移除呼吸內管,待麻醉恢復後就轉入普通病房。二尖瓣逆流的狀況大幅改善,症狀明顯緩解,患者也順利出院。

我們的心臟具有 4 個瓣膜,瓣膜的功能與閘門類似,能幫助血液朝著相同的方向流動。陳紹緯教授說,二尖瓣位於左心房與左心室間,假使二尖瓣無法在心室收縮時完全閉合,血液會從左心室流入左心房,稱為二尖瓣逆流(mitral valve regurgitation)。

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二尖瓣逆流初期沒有明顯症狀,隨著心臟功能漸漸惡化,患者會出現頭暈、心悸、呼吸急促、下肢水腫、運動耐受力下降等心臟衰竭的症狀。陳紹緯醫師指出,患者躺平時很容易喘,必需墊高身體,甚至坐著睡覺。二尖瓣逆流可能導致心房顫動,使得心跳很快、不規則,而且會增加中風的危險。

陳紹緯醫師強調,「二尖瓣逆流患者要把握治療時機,只要確認重度二尖瓣逆流就是最佳治療時機!」

二尖瓣逆流可能導致心臟衰竭

二尖瓣逆流可分成「原發型」與「續發型」。陳紹緯醫師解釋,「原發型」指的是瓣膜的結構損壞、包括瓣膜葉片組織太多造成脫垂,或用於懸吊瓣膜葉片的腱索太長或斷裂,瓣膜鈣化或感染,使二尖瓣無法完全閉合;「續發型」是因為心臟變大,即使二尖瓣本身結構正常,也無法完全閉合。

二尖瓣修補手術解析

原發型二尖瓣逆流的治療,一般是建議用手術修補瓣膜或置換人工瓣膜。陳紹緯醫師說,續發型二尖瓣逆流的治療,建議先採用藥物治療,或是經導管瓣膜夾合術優先,最後才是傳統外科手術。

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在有經驗的醫療團隊治療下,大部分原發型二尖瓣逆流患者的瓣膜可以修補,一般建議接受瓣膜修補手術,盡量保留患者的二尖瓣膜,進行生理性結構重建。陳紹緯醫師說,研究顯示二尖瓣修補手術的成功率高,經驗豐富的心臟外科手術團隊可以達到 9 成以上的成功率。因為使用患者自己的瓣膜,耐用性較佳,長期存活率較高。

「原發性二尖瓣逆流,建議優先使用手術治療,才可以治本。」陳紹緯醫師說,「除非是高風險患者,否則原發性二尖瓣逆流不建議經導管二尖瓣夾合術。」

二尖瓣修補手術

只要確認是重度原發型二尖瓣逆流,就要盡快接受手術治療。陳紹緯醫師說,即使患者還沒有出現症狀,或是症狀輕微,都要把握治療時機。及早接受手術治療,有助保存心臟功能,達到長期存活。

二尖瓣修補手術是相當成熟的術式,除了採用標準開胸手術外,也可以使用微創、或超微創的方式進行。陳紹緯醫師說,標準開胸手術適合進行複雜性修補,或同時進行冠狀動脈繞道手術、處理其他瓣膜。

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微創二尖瓣修補手術可採用內視鏡手術或達文西機械手臂。陳紹緯醫師說,達文西機械手臂具有放大的 3D 立體視野,能夠呈現精細的影像。多軸活動的機器手臂相當靈活,能在狹小的空間中進行二尖瓣修補手術。由於傷口較小,能夠降低術後疼痛,縮短恢復期。然而並非全部病人的病況都適合手術前醫師詳細的評估非常重要。

超微創二尖瓣修補手術能夠治療二尖瓣腱索斷裂造成的二尖瓣逆流。陳紹緯醫師說,超微創二尖瓣修補手術是從左側乳頭下方第五肋間或第六肋間進入,傷口約 5 公分,然後在心臟跳動的狀態下,從心尖穿刺進入左心室及左心房。

超微創二尖瓣人工腱索植入術

藉由 3D 重組超音波影像的導引,可定位出二尖瓣逆流的位置。心臟外科醫師會從心尖放入人工腱索植入器,夾住二尖瓣並植入 3 至 4 條人工腱索。

最後在高解析心臟超音波的協助下,調整人工腱索的長度並固定,完成生理性修補。陳紹緯醫師說,相較於傳統開胸手術,超微創二尖瓣修補手術不須鋸開胸骨、不用讓心臟停止跳動、不使用人工心肺機、不用打開心臟。因為術中失血量較少、術後疼痛較少,患者恢復會比較快。然而要特別注意的是,並非全部病人的二尖瓣病灶位置都適合使用此新技術,此外晚期心臟衰竭,心臟擴大嚴重的病人也並不適合,手術前醫師詳細的評估非常重要。

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貼心小提醒

無論是微創或超微創二尖瓣修補手術,都需要經過完整的術前評估。陳紹緯醫師說,原發型二尖瓣逆流患者要把握治療黃金時機,在心臟功能受損前,盡快接受手術治療。請與醫師詳細討論,選擇合適的治療計畫!

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