腦腫瘤新對策：微創開顱手術避免傷及重要神經

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《主動脈瓣狹窄恐導致猝死！經導管主動脈瓣膜置換術TAVI解析，心臟血管外科醫師圖文懶人包》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔
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「有位 70 多歲女士，因為在家裡昏厥而被送到急診室，檢查發現有嚴重的主動脈瓣膜狹窄，建議動手術治療。」林口長庚醫院心臟血管外科主任陳紹緯教授表示，「因為患者有多種慢性病，身體狀況較差，家屬相當擔心手術伴隨的風險。」

經過討論後，患者選擇接受經導管主動脈瓣膜置換術（TAVI），利用導管置放生物組織人工瓣膜取代硬化狹窄的主動脈瓣。陳紹緯教授說，經導管主動脈瓣膜置換術的傷口較小、手術時間較短、失血量較少、術後疼痛較少，幫助患者較快恢復，並順利出院，目前持續在門診追蹤治療。

主動脈瓣膜狹窄是指主動脈瓣膜因增厚、鈣化或變硬而無法完全開啟，造成血流受阻，進而導致心臟負擔逐漸加重。陳紹緯教授指出，當主動脈出口越來越狹窄，患者若不及時接受適當治療，可能導致心臟衰竭，甚至有猝死風險。

主動脈瓣膜狹窄的危險因子包括高齡、高血壓、高血脂、先天性心臟病、慢性腎臟疾病等。陳紹緯教授說，初期的主動脈瓣膜狹窄沒有明顯症狀，患者通常沒有自覺。

隨著狹窄惡化，患者可能出現胸悶、胸痛、呼吸困難、暈厥、頭暈等症狀。陳紹緯教授說，當瓣膜狹窄嚴重，心臟持續超負荷運作，將導致心臟衰竭，一旦出現心臟衰竭症狀，患者平均存活期只有2年。

積極治療，才能保存心臟功能

針對主動脈瓣膜狹窄，治療方式包括藥物治療、傳統主動脈瓣置換手術、經導管主動脈瓣置換手術等。陳紹緯教授說明，傳統主動脈瓣置換手術已被證實是有效且可提供穩定的長期效果，外科醫師會將損壞的主動脈瓣膜切除，然後縫上人工瓣膜。傳統主動脈瓣置換手術需要使用人工心肺機，並讓心臟暫時停止跳動，可同時處理多種心臟問題。

經導管主動脈瓣膜置換術（TAVI）屬於微創手術，陳紹緯教授說明，利用導管置換主動脈瓣有助降低手術風險，縮短恢復期。

醫師會在股動脈處穿刺，將導管送入血管內。在先進影像定位系統輔助下，將導管延伸到主動脈瓣的位置。導管的末端帶有可摺疊的人工瓣膜，展開人工瓣膜後，便能取代病變狹窄的主動脈瓣。確定人工瓣膜的功能正常後，醫師便能移除導管，關閉穿刺點。

經導管主動脈瓣膜置換術的傷口僅約 1 公分，可於局部麻醉下進行。整體手術時間較傳統開心手術短，術中失血量較少，術後疼痛較少、住院天數與恢復期都能相對縮短。陳紹緯教授說，對於高齡、合併多種慢性疾病或身體狀況較差的患者而言，經導管主動脈瓣膜置換術有助降低手術風險。不過，經導管主動脈瓣膜置換術與傳統開心手術各有優勢與適應症，醫師會依據患者的年紀，整體健康狀況、瓣膜病變嚴重度及個人需求來做最適切的建議。

外科主動脈瓣人工瓣膜有何差異？

在醫學科技的進步下，高齡高風險的主動脈瓣狹窄病患都會優先建議經導管主動脈瓣膜置換術，然而許多病人仍然建議傳統外科手術，如年紀較輕，先天性二瓣型主動脈瓣，伴隨其它瓣膜疾病，主動脈疾病，冠狀動脈疾病等，目前國際治療指引仍建議外科手術優先。不同於導管瓣膜只有生物組織瓣膜，外科人工瓣膜的選擇比較多樣，長期耐用性也已經得到證實。

常見的外科人工瓣膜主要分成兩大類，金屬機械性瓣膜與生物組織瓣膜（含豬心組織瓣膜、牛心組織瓣膜）。陳紹緯教授解釋，金屬機械性人工瓣膜的耐久性佳，通常會建議年輕患者使用，可減少日後再次手術的風險。植入金屬機械性人工瓣膜後，患者需終身服用抗凝血藥物，也要避免劇烈運動。

50 歲以上的患者，通常會建議使用生物組織瓣膜。陳紹緯教授說，牛心組織瓣膜的耐用性較佳，患者不需長期使用抗凝血藥物，可減少藥物相關併發症，維持生活品質。

各種人工瓣膜皆有其優點，健保給付條件也不相同，心臟外科醫師會綜合考量患者的年齡、身體條件、其他併發症以及預期壽命來建議適合的瓣膜種類。

筆記重點整理

• 主動脈瓣膜狹窄是指主動脈瓣膜因增厚、鈣化或變硬而無法完全開啟，造成血流受阻，進而導致心臟負擔逐漸加重。隨著狹窄惡化，患者可能出現胸悶、胸痛、呼吸困難、暈厥、頭暈等症狀。一旦出現心臟衰竭症狀，患者平均存活期只有 2 年。
• 傳統主動脈瓣置換手術已被證實是有效且可提供穩定的長期效果，特別是年輕的先天性二瓣型主動脈瓣，外科醫師會將損壞的主動脈瓣膜切除，然後縫上人工瓣膜。傳統主動脈瓣置換手術需要使用人工心肺機，並讓心臟暫時停止跳動，可同時處理多種心臟問題。
• 經導管主動脈瓣膜置換術（TAVI）屬於微創手術，傷口僅約 1 公分，可於局部麻醉下進行。整體手術時間較傳統開心手術短，術中失血量較少，術後疼痛較少、住院天數與恢復期都能相對縮短。對於高齡、合併多種慢性疾病或身體狀況較差的患者而言，經導管主動脈瓣膜置換術有助降低手術風險。
• 各種人工瓣膜皆有其優點，健保給付條件也不相同，心臟外科醫師會綜合考量患者的年齡、身體條件、其他併發症以及預期壽命來建議適合的瓣膜種類。

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• 本文轉載自 Care Online 照護線上《微創心臟瓣膜手術關鍵QA，二尖瓣逆流術前要知道！心臟外科醫師圖文懶人包》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔
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「心臟有雜音，二尖瓣逆流該怎麼辦？」

「標準開胸手術、達文西機械手臂手術、導管心臟瓣膜手術該怎麼選？」

「微創手術是否比較好？」

當心臟瓣膜出問題時，大家都會很擔心，關於手術時機、手術方式也有很多疑問，請林口長庚醫院心臟血管外科主任陳紹緯教授來回答心臟瓣膜手術關鍵QA。

Ｑ、請問心臟瓣膜疾病的手術時機？

我們的心臟瓣膜像閘門一樣，能夠隨著心跳適時開啟和關閉，幫助維持血液流動的方向。陳紹緯教授解釋，當心臟瓣膜無法完全開啟，讓血液無法順利通過，稱為瓣膜狹窄；當心臟瓣膜無法完全關閉，會造成血液逆流。心臟瓣膜狹窄或逆流可能影響心臟輸出量，並讓心臟功能漸漸惡化。

以最常見的心臟瓣膜疾病二尖瓣逆流為例，初期患者沒有明顯症狀，但隨著心臟功能漸漸惡化，患者會出現心悸、頭暈、呼吸急促、下肢水腫、運動耐受力下降等心臟衰竭的症狀。

「原發型二尖瓣逆流」屬於結構性的問題，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。「續發型二尖瓣逆流」是因為心臟變大，雖然二尖瓣的結構正常，但也無法完全閉合。

「原發型二尖瓣逆流」就像是閘門損壞，大多需要接受外科手術治療。陳紹緯教授說，「續發型二尖瓣逆流」的治療一般建議先採用藥物治療，或是經導管瓣膜夾合術，其次才是外科手術。

針對原發型二尖瓣逆流，建議在心臟功能還正常時便動手術治療，才有較佳的預後。如果拖到心臟擴大、心臟功能不全，狀況會較為棘手。

陳紹緯教授強調，「一旦檢查確認重度二尖瓣逆流，就是最佳治療時機！」

Ｑ、請問原發性二尖瓣逆流的手術原則？

原發性二尖瓣逆流患者的心臟瓣膜大多可以修補，一般建議接受二尖瓣膜修補術，盡量保留患者的二尖瓣膜，進行生理性的結構重建。陳紹緯醫師說，二尖瓣修補術已是相當成熟的技術，經驗豐富的手術團隊一般可以達到9成以上的成功率。研究顯示，二尖瓣修補術的成功率高，且長期存活率高。使用患者自己的心臟瓣膜，耐用性較佳，術後也不需因為瓣膜因素而長期服用抗凝血藥物。

如果二尖瓣膜已嚴重鈣化、損壞，便須考慮接受心臟瓣膜置換手術。醫師會先切除損壞的心臟瓣膜，再植入人工瓣膜。

Ｑ、我適合採用微創心臟瓣膜手術？

標準開胸心臟瓣膜手術需正中打開胸骨，以人工心肺機暫時取代心臟循環以及肺部換氧功能，使用心臟保護液讓心臟暫時停止跳動。

標準開胸心臟瓣膜手術的手術視野清楚，適合進行複雜性心臟修補，且能加速手術進行，盡量縮短心臟停止跳動的時間。針對許多重度心血管疾病，能夠達到較理想的長期結果。陳紹緯醫師說，目前很多緊急或複雜的心血管疾病，仍然只能以標準開胸手術來進行，例如急性A型主動脈剝離手術、主動脈瓣併根部置換術（班氏手術）、冠狀動脈繞道手術、感染性心內膜炎多重瓣膜感染等。

利用標準開胸進行二尖瓣手術，可執行複雜性修補，且能同時進行冠狀動脈繞道手術、或處理其他瓣膜問題及心房顫動。陳紹緯醫師說，許多重度二尖瓣逆流患者都會伴隨心房顫動或其他瓣膜問題，而需要採用標準開胸心臟瓣膜手術。

隨著科技進步，微創心臟手術快速發展，有利用導管進行的血管內導管治療，以及利用內視鏡或達文西機械手臂進行的微創（小傷口）手術。

血管內導管治療包括經導管心臟瓣膜置換手術及二尖瓣夾修補等。做法是從大腿腹股溝處穿刺，藉由先進影像系統進行導引定位，利用導管傳送系統，精準的置放人工瓣膜。

「血管內導管治療的侵襲性低，不須開胸、不須讓心臟停止跳動、幾乎沒有傷口，恢復期較短。」陳紹緯教授說，「需要注意的是，並非每一個患者的病情都適合使用經導管心臟瓣膜手術，也不是所有患者都能從導管治療得到長期理想的耐用性。」特別是針對原發性二尖瓣逆流，經導管二尖瓣膜修補手術長期效果並不如外科修補手術，萬一需二次傳統手術常需要置換人工瓣膜，除非病人身體狀況不好，手術風險高，目前國際治療指引並不建議。至於經導管二尖瓣置換術，目前技術比較成熟的是應用在之前外科手術後的生物瓣膜退化，應用並不廣泛。

至於微創心臟手術在本質上仍是開心手術，同樣需要人工心肺機，並使用心臟保護液讓心臟暫時停止跳動，差異在於藉助高科技器材來避免打開胸骨，讓傷口較小、術後疼痛較少，幫助縮短術後復原時間、維持較佳的美觀。

陳紹緯教授說，以臨床上最常見的微創心臟手術，二尖瓣修補術為例，主要的做法包括以內視鏡影像系統輔助，使用長器械經由小傷口進行手術，以及達文西機械手臂手術。

達文西機械手臂具有放大十倍的3D內視鏡，能夠呈現精細的影像；多軸活動的機器手臂相當靈活，可大幅提升動作穩定度，在狹小空間裡切割與縫合，完成精細的心臟瓣膜手術。

Ｑ、哪些患者可以採用不停跳二尖瓣腱索植入修補手術？

不停跳二尖瓣腱索植入修補手術能夠治療「二尖瓣腱索斷裂造成的二尖瓣逆流」。

不停跳二尖瓣腱索植入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。陳紹緯教授解釋，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。

不停跳二尖瓣腱索植入修補手術不須鋸開胸骨、不須讓心臟停止跳動、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，恢復期較短。但是並非所有的二尖瓣逆流患者都適合使用不停跳二尖瓣腱索植入修補手術，術前必須經過完整的評估。

Ｑ、微創手術是否比較好？

許多患者或家屬會偏好微創心臟瓣膜手術，不過心臟外科醫師更重視如何依據每位患者的「手術風險」、「病灶位置」、「嚴重程度」，給予最適合的治療。陳紹緯教授說，心臟瓣膜手術的考量重點首先是手術安全性，其次是耐用性，特別在相對年輕的病人，手術治療後較低的疾病復發風險更為重要，最後的考量才是傷口大小、手術的舒適度及美觀。

標準開胸手術、達文西機械手臂手術、經導管心臟瓣膜手術皆具有不同的特點，沒有絕對的好壞，患者要和醫師詳細討論，共同選擇合適的治療方式！

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