「心跳過慢」也要注意！——安裝心律調節器可改善症狀，預防中風、猝死發生

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！

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）。

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？

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。

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。

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。

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）。

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！

• 作者／照護線上編輯部
• 本文轉載自 Care Online 照護線上《心跳過慢恐昏厥、出意外，生理性起搏、智能速率心律調節器貼近自然生理功能，心臟專科醫師圖文解析》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔
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「醫師，我的心跳好慢。」王女士說。

「有感到不舒服嗎？」醫師問，一邊把手搭在患者的手腕上計算心跳速率。

「就覺得很沒力，經常會頭暈。」王女士說。

「你的心跳每分鐘才 40 幾下，要趕緊檢查喔。」

經過詳細檢查，確認患者屬於病理性心跳過慢，於是建議植入心律調節器治療。台大醫院內科部賀立婷醫師表示，由於患者的心臟功能較差，於是採用新發展的生理性起搏術式來裝設，並選擇了能依據生理需求調整輸出的智能速率心律調節器，能幫助大幅改善症狀，也能避免造成心臟衰竭。

我們的心臟會持續跳動將血液送往全身。賀立婷醫師解釋，在正常的狀況下，竇房結（SA node）會以穩定的速率發出電訊號，促使心房收縮，接著電流會經由房室結（AV node）傳到心室，造成心室收縮。若是竇房結發出電訊號的速率太慢，或是房室結的傳導中斷，都會造成病理性心跳過慢。

導致竇房結或房室結功能異常的主要原因之一為老化。賀立婷醫師說，其他的原因還包括心肌梗塞、心臟手術等。

心跳過慢的病人可能會覺得比較沒有力氣、頭暈。賀立婷醫師指出，還有部分患者的心跳會暫停，如果心跳暫停的時間過久，腦部無法得到足夠的血流量，就會昏厥。

「正常狀況下，心臟會隨著身體的活動調整輸出量。」賀立婷醫師說，「心跳過慢可能無法滿足一般人在日常生活、工作、運動的需求，導致活動力變差、容易頭暈、喘，使生活品質受到影響，嚴重還可能導致暈倒、甚至引起腎臟功能惡化。」

智能速率心律調節器，根據生理需求調整輸出

發現心跳過慢時，醫師會嘗試找出病因，並排除藥物的影響。賀立婷醫師表示，如果確認是病理性心跳過慢，病人有症狀並影響到日常生活或器官的功能時，唯一的治療方式便是放置永久性心律調節器。心律調節器能夠發出電訊號，維持心跳速率。

我們的竇房結能夠依照生理需求，適時調整心跳速率。賀立婷醫師說，為了讓心律調節器發揮類似竇房結的功能，部分心律調節器會偵測身體動作，在動作增加時，調高心跳速率；在動作減少時，調低心跳速率。

但是偵測身體動作的機制會比較受限，賀立婷醫師解釋，因為心律調節器安裝在鎖骨下方，若是病人的動作不影響到胸部，便無法調整心跳速率。例如踩室內運動腳踏車，上半身動作幅度較小，心律調節器可能無法感應到動作；或者是在心情緊張但身體沒有活動的時候，這類心律調節器也無法調高心跳速率。

智能速率心律調節器則能夠克服傳統心律調節器的限制，透過偵測心臟收縮率，有效調整心率輸出，故在患者靜坐休息、心情平靜的時候，智能速率心律調節器會調低心率輸出；在患者活動或是感受到壓力、緊張激動的時候，能適時調高心率輸出，充分滿足生理需求。

生理性起搏術式，幫助維持心臟功能

此外，因應醫學進步，自 2000 年開始電生理學界開始發展新的手術方式——生理性起搏術式。

正常的電氣傳導是從心房傳到心臟中間的房室結，然後經由希氏束（His bundle），再延著左束支、右束支傳向兩邊的心室。賀立婷醫師解釋，過去在置放心律調節器時是將導線放在右心室，所以電氣傳導的方向會和原本的方向不同。

生理性起搏術式正是為了貼近正常的生理狀態而出現。賀立婷醫師說，生理性起搏術式是將導線從右心室放入心室壁中靠近希氏束的位置，達到「希氏束起博」的效果，讓心律調節器發出的電訊號，能夠透過希氏束與左束支、右束支刺激心室收縮。

生理性起搏技術還能根據患者的狀況調整，針對左束支傳導阻滯，將導線放到靠近左束支的位置，達到「左束支起搏」的功能。

採用生理性起搏術式能讓電流以貼近生理的方式傳導，在改善心搏過緩的同時，也能夠避免左、右心室收縮不同步，比較不會影響心臟本身的功能，避免造成心臟衰竭等併發症。

賀立婷醫師指出，一旦進展為心臟衰竭就不容易逆轉，所以針對已經心臟衰竭的病人，基本上都會盡量考慮採用生理性起搏術式，避免讓心律調節器的電訊號是由右往左傳；至於尚未有心臟衰竭的患者，若採用生理性起搏術式，也能大幅降低未來出現心臟衰竭的機率。

在安裝心律調節器前，醫師都會根據病況與家屬、患者詳細討論，協助選擇合適的手術方式。

心律調節器能夠幫助患者維持心律，改善症狀與生活品質。賀立婷醫師提醒，即使狀況穩定，也要按時回診，定期檢查心律調節器，確保功能正常。目前已有蠻多心律調節器能提供居家遠端監控的功能，如裝有此功能心律調節器的患者，就能將資料上傳至雲端，若出現異常，醫療團隊也能迅速提醒患者回診。

貼心小提醒

放入心律調節器後，患者要避免接近磁場強大的地方，以免干擾心律調節器的運作。賀立婷醫師說，到醫院做檢查或通過安檢時，請事先告知工作人員。

日常生活中的吹風機、微波爐並不會影響心律調節器。若有任何疑問，都可以向醫療團隊諮詢喔！

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文／George Chan│希望從醫工的角度出發，與讀者分享醫材開發背後的巧思。藉由介紹醫材設計的觀點、開發醫材的經驗分享，與整理相關的知識資源，讓大家得知，醫材開發，有跡可循。

人工心律調節器（artificial pacemaker），一般直接叫心律調節器或 pacemaker，是我們植入人體的醫療器材中，最為常見也最為複雜的一種。「常見」在於現代需要心律調節的狀況增多，「複雜」在於要存放在有很多變數的環境，又要保持功能長時間正常運作。

有了這些要求，心律調節器設計上有有什麼要考量的點？

心臟的天然調節器：竇房結

我們先來看看心跳是怎麼產生的，其實人體本來就有一個節律點 （英文即為 pacemaker），叫做竇房結（sinoatrial node），也稱作 SA node/sinus node，而這天生的節律點英文即為 natural pacemaker。口語上常聽到 pacemaker 指的是心律調節器，完整稱呼是人工心律調節器（artificial pacemaker），因為太常用，所以如果聽到 pacemaker 大多就是指這人工的心律調節器。

人體本身的竇房結是控制心跳次數的指揮官，負責發出指令（電流）說現在心跳速度該怎麼調整，指揮心跳做加速與減速的動作，像是運動時就加速心跳等等。而竇房結本身則是主要受交感與副交感神經相互平衡，來權衡要對身體傳達的指令；其他會影響心跳的機制還包括體溫、壓力、賀爾蒙與延腦控制等等。

所以竇房結本身有兩個功能：監控與調整；或者換成一句話就是：「視」身體狀況，「調節」心律。

人工心律調節器，就像是心臟的 ABS防鎖死系統

而當竇房結失去功能時，也就是不能正常的調節心律時，能怎麼做？就會需要人工的心律調節器。心律調節器屬於醫療器材，因為是為了輔助、替代竇房結，所以通常是植入心臟後同時用於「監控」與「調節」心律用：當測到較低頻率的心律時，就放電訊號刺激心跳回到正常的心律。

汽車的 ABS 防鎖死系統

Understanding Anti-lock Braking System (ABS) !

那心律調節器又是怎麼運作的？

我們先跳出來看看另外一個情境：通常我們汽車在運行時，遇到緊急狀況要踩剎車，情急之下會把煞車踩得很死，讓我們失去對輪胎的控制、無法轉動方向盤，進而讓車子失控並造成事故。

直到 20 世紀中期，ABS（Anti-lock Braking System）系統的出現，拯救了許多芸芸眾生。ABS 系統做的事很簡單，就是監控「如果煞車被踩得太死」導致方向盤失去功能，會自動幫我們以一定頻率的釋放煞車，讓我們的方向盤仍能順利運作。

ABS 與心律調節器的異同與洞見

鏡頭拉回，當竇房結失去功用時，就像是鎖死的煞車，而心律調節器就如同 ABS 系統，幫我們「監控」心臟的鎖死狀態並幫忙「調節」心律。在這兩個場景中，我們都看到了用一個外在輔助系統持續監控，讓原本可能發生的緊急狀況（煞車鎖死、心跳極緩等），能被「導回正軌」──控制汽車、維持心跳。

這兩者在情境上極其相似，像是在功能性上，都需要很強調穩定性，也就是感測功能要能持續、穩定順利運作；當需要控制煞車、釋放電流時，能強而有力又順利的做出調整（畢竟是人命攸關）。這也是為什麼如果看在設計上的考量，兩者在設計上有很多可以相互參照的點，之後設計心律調節器卡住時可以去對照看看 ABS。

這也是為何，大多數的心律調節器都會有「線路」直接連到心臟，做感測與放電的功能。儘管這樣的線路會有很多潛在需要克服的難題，像是接合點的穩定、防漏與固定等等。為了避免這些問題，無線的心律調節器也一直是個很重要的主題，花了很長的時間，終於才在 FDA 獲得許可（Medtronic的Mirca TPS）。

使用心律調節器的提醒

如果身邊的人有裝心律調節器，除了平常盡量避免直接的電磁干擾（像是拿磁鐵在心臟附近晃），也要記得要請他記錄使用的廠牌與型號，這樣能有效幫助很多後續檢驗的順利。像是在照 MRI 時，先確定心律調節器的材料就很重要，現在有越來越多的調節器可以進入 MRI，不過仍不是所有的。

在急救的狀況下，不管心臟的自我控制是否正常，如果遇到心室顫抖（心臟亂跳、沒有秩序），通常要使用 AED 急救；如果是心臟自己的控制出了狀況，導致心律不順、過慢甚至有能停止，就是心律調節器的工作了，兩者是應對不同的狀況。唯一要注意的是，如果急救時對有置入心律調節器的患者使用 AED，AED 的電擊要避開心律調節器的主機，避免停止了心室顫抖後，患者的心跳過低但心律調節器受損而無法運作。

1. FDA 通過使用全世界最小心律調節器，嘉惠患有心臟疾病的病
2. Cardiac Pacemaker
3. Control Of Heart Rate
4. Sinus Node Dysfunction
5. Artificial Cardiac Pacemaker
6. Hopkinsmedicine — Pacemaker Insertion

（延伸閱讀：讓小心肌聽話！ — 自動體外心臟除顫機AED）

本文轉載自：Unmet Needs 臨床工程專欄：心跳失靈怎麼辦？心律調節器 Pacemaker——心臟的防鎖死系統（ABS）

「臨床工程專欄」希望從醫工的角度出發，與讀者分享醫材開發背後的巧思。藉由介紹醫材設計的觀點、開發醫材的經驗分享，與整理相關的知識資源，讓大家得知，醫材開發，有跡可循。

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