「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 高柏科技 合作，泛科學企劃執行。

當我們談論能擊敗輝達（NVIDIA）、Google、微軟，甚至是 Meta 的存在，究竟是什麼？答案或許並非更強大的 AI，也不是更高速的晶片，而是你看不見、卻能瞬間讓伺服器崩潰的「熱」。

 2024 年底至 2025 年初，搭載 Blackwell 晶片的輝達伺服器接連遭遇過熱危機，傳聞 Meta、Google、微軟的訂單也因此受到影響。儘管輝達已經透過調整機櫃設計來解決問題，但這場「科技 vs. 熱」的對決，才剛剛開始。 

不僅僅是輝達，微軟甚至嘗試將伺服器完全埋入海水中，希望藉由洋流降溫；而更激進的做法，則是直接將伺服器浸泡在冷卻液中，來一場「浸沒式冷卻」的實驗。

但這些方法真的有效嗎？安全嗎？從大型數據中心到你手上的手機，散熱已經成為科技業最棘手的難題。本文將帶各位跟著全球散熱專家 高柏科技，一同看看如何用科學破解這場高溫危機！

運算=發熱？為何電腦必然會發熱？

這並非新問題，1961年物理學家蘭道爾在任職於IBM時，就提出了「蘭道爾原理」（Landauer Principle），他根據熱力學提出，當進行計算或訊息處理時，即便是理論上最有效率的電腦，還是會產生某些形式的能量損耗。因為在計算時只要有訊息流失，系統的熵就會上升，而隨著熵的增加，也會產生熱能。

換句話說，當計算是不可逆的時候，就像產品無法回收再利用，而是進到垃圾場燒掉一樣，會產生許多廢熱。

要解決問題，得用科學方法。在一個系統中，我們通常以「熱設計功耗」（TDP，Thermal Design Power）來衡量電子元件在正常運行條件下產生的熱量。一般來說，TDP 指的是一個處理器或晶片運作時可能會產生的最大熱量，通常以瓦特（W）為單位。也就是說，TDP 應該作為這個系統散熱的最低標準。每個廠商都會公布自家產品的 TDP，例如AMD的CPU 9950X，TDP是170W，GeForce RTX 5090則高達575W，伺服器用的晶片，則可能動輒千瓦以上。

散熱不僅是AI伺服器的問題，電動車、儲能設備、甚至低軌衛星，都需要高效散熱技術，這正是高柏科技的專長。

「導熱介面材料（TIM）」：提升散熱效率的關鍵角色

在電腦世界裡，散熱的關鍵就是把熱量「交給」導熱效率高的材料，而這個角色通常是金屬散熱片。但散熱並不是簡單地把金屬片貼在晶片上就能搞定。

現實中，晶片表面和散熱片之間並不會完美貼合，表面多少會有細微間隙，而這些縫隙如果藏了空氣，就會變成「隔熱層」，阻礙熱傳導。

為了解決這個問題，需要一種關鍵材料，導熱介面材料（TIM，Thermal Interface Material）。它的任務就是填補這些縫隙，讓熱可以更加順暢傳遞出去。可以把TIM想像成散熱高速公路的「匝道」，即使主線有再多車道，如果匝道堵住了，車流還是無法順利進入高速公路。同樣地，如果 TIM 的導熱效果不好，熱量就會卡在晶片與散熱片之間，導致散熱效率下降。

那麼，要怎麼提升 TIM 的效能呢？很直覺的做法是增加導熱金屬粉的比例。目前最常見且穩定的選擇是氧化鋅或氧化鋁，若要更高效的散熱材料，則有氮化鋁、六方氮化硼、立方氮化硼等更高級的選項。

典型的 TIM 是由兩個成分組成：高導熱粉末（如金屬或陶瓷粉末）與聚合物基質。大部分散熱膏的特點是流動性好，盡可能地貼合表面、填補縫隙。但也因為太「軟」了，受熱受力後容易向外「溢流」。或是造成基質和熱源過分接觸，高分子在高溫下發生熱裂解。這也是為什麼有些導熱膏使用一段時間後，會出現乾裂或表面變硬。

為了解決這個問題，高柏科技推出了凝膠狀的「導熱凝膠」，說是凝膠，但感覺起來更像黏土。保留了可塑性、但更有彈性、更像固體。因此不容易被擠壓成超薄，比較不會熱裂解、壽命也比較長。

OK，到這裡，「匝道」的問題解決了，接下來的問題是：這條散熱高速公路該怎麼設計？你會選擇氣冷、水冷，還是更先進的浸沒式散熱呢？

液冷與 3D VC 散熱技術：未來高效散熱方案解析

傳統的散熱方式是透過風扇帶動空氣經過散熱片來移除熱量，也就是所謂的「氣冷」。但單純的氣冷已經達到散熱效率的極限，因此現在的散熱技術有兩大發展方向。

其中一個方向是液冷，熱量在經過 TIM 後進入水冷頭，水冷頭內的不斷流動的液體能迅速帶走熱量。這種散熱方式效率好，且增加的體積不大。唯一需要注意的是，萬一元件損壞，可能會因為漏液而損害其他元件，且系統的成本較高。如果你對成本有顧慮，可以考慮另一種方案，「3D VC」。

3D VC 的原理很像是氣冷加液冷的結合。3D VC 顧名思義，就是把均溫板層層疊起來，變成3D結構。雖然均溫板長得也像是一塊金屬板，原理其實跟散熱片不太一樣。如果看英文原文的「Vapor Chamber」，直接翻譯是「蒸氣腔室」。

在均溫板中，會放入容易汽化的工作流體，當流體在熱源處吸收熱量後就會汽化，當熱量被帶走，汽化的流體會被冷卻成液體並回流。這種利用液體、氣體兩種不同狀態進行熱交換的方法，最大的特點是：導熱速度甚至比金屬的熱傳導還要更快、熱量的分配也更均勻，不會有熱都聚集在入口（熱源處）的情況，能更有效降溫。

整個 3DVC 的設計，是包含垂直的熱導管和水平均溫板的 3D 結構。熱導管和均溫板都是採用氣、液兩向轉換的方式傳遞熱量。導熱管是電梯，能快速把散熱工作帶到每一層。均溫板再接手將所有熱量消化掉。最後當空氣通過 3DVC，就能用最高的效率帶走熱量。3DVC 跟水冷最大的差異是，工作流體移動的過程經過設計，因此不用插電，成本僅有水冷的十分之一。但相對的，因為是被動式散熱，其散熱模組的體積相對水冷會更大。

從 TIM 到 3D VC，高柏科技一直致力於不斷創新，並多次獲得國際專利。為了進一步提升 3D VC 的散熱效率並縮小模組體積，高柏科技開發了6項專利技術，涵蓋系統設計、材料改良及結構技術等方面。經過設計強化後，均溫板不僅保有高導熱性，還增強了結構強度，顯著提升均溫速度及耐用性。

隨著散熱技術不斷進步，有人提出將整個晶片組或伺服器浸泡在冷卻液中的「浸沒式冷卻」技術，將主機板和零件完全泡在不導電的特殊液體中，許多冷卻液會選擇沸點較低的物質，因此就像均溫板一樣，可以透過汽化來吸收掉大量的熱，形成泡泡向上浮，達到快速散熱的效果。

然而，因為水會導電，因此替代方案之一是氟化物。雖然效率差了一些，但至少可以用。然而氟化物的生產或廢棄時，很容易產生全氟/多氟烷基物質 PFAS，這是一種永久污染物，會對環境產生長時間影響。目前各家廠商都還在試驗新的冷卻液，例如礦物油、其他油品，又或是在既有的液體中添加奈米碳管等特殊材質。

另外，把整個主機都泡在液體裡面的散熱邏輯也與原本的方式大相逕庭。如何重新設計液體對流的路線、如何讓氣泡可以順利上浮、甚至是研究氣泡的出現會不會影響元件壽命等等，都還需要時間來驗證。

高柏科技目前已將自家產品提供給各大廠商進行相容性驗證，相信很快就能推出更強大的散熱模組。

• 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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