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整形外科之父-《開膛史》

時報出版_96
・2013/05/16 ・2385字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 496 ・六年級

接受心臟外科手術後的病患,有些會因為發生併發症,接受其他外科醫師的診治。

例如有人因為腸子阻塞不通,甚至是腸胃出血,需要消化系統的醫師開腸剖肚;也有人移除不了呼吸器,到最後得拜託胸腔外科或耳鼻喉科醫師,為他們實施「氣管切開」的置管手術;更有病患在心臟手術後昏迷不醒,最後發現是腦出血,要商請神經外科為他們做「開顱術」清除血塊,避免腦組織受到壓迫而壞死……。

上述的併發症雖然林林總總,但會診的外科醫師都脫不了「見招拆招」的模式,把眼前的問題解決了即可,不需要去思索當次手術的「配套措施」。但是,有一個科別和心臟外科合作時,和上述的醫師不一樣,除了要「實用」以外,還必須兼顧「美觀」,那就是整型外科醫師。

由於大部分的開心手術是將胸骨用電鋸打開,才能看清楚整個心臟,然後再施行手術。所以要是術後傷口有感染,甚至於造成胸骨的「骨髓炎」的話,常常會使得胸前有大片組織缺損,情況嚴重到傷口關不起來時,就需要整型外科醫師的幫忙,在「巧婦難為無米之炊」的考驗下,他們就必須利用胸大肌、腹膜或者是大腿的皮瓣,巧妙的將傷口關起來,並且還要想辦法,讓提供給傷口組織的地方,外表看起來跟沒什麼大事發生一樣。這樣的功力,讓身為心臟外科醫師的我不得不佩服。

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整型外科的英文名稱叫“Plastic and Reconstruction Surgery”,翻譯後應該叫做「整型與重建外科」。但臺灣有太多醫美診所的影響,一般人對整型外科的印象大多停留在割雙眼皮、隆鼻、隆乳、打脈衝光等等讓人看起來「美觀」的處置上,而不知植皮、燒燙傷、脣顎裂修補、變性手術、接斷指等等更複雜的手術,都需要學有專精的整型外科醫師介入。

整型外科中的“plastic”是從希臘字“plastike”演變而來,是「模鑄」或「鑄造」的意思,“plastic surgery”雖然是十九世紀的德國外科醫師格拉斐(Karl Ferdinand von Graefe)所創的字眼,但在希臘羅馬時代,以「整型」為概念的外科處置早已風靡一時。

根據文獻記載,當時的人偏好兩種手術:一種是去除背上的疤,一種是把孩提時期被割去的包皮「補回來」。

背上有疤,看在羅馬人眼裡,會覺得是種恥辱,因為這在當時會被認為可能是在戰場上心生恐懼,轉身拔腿向後逃,背上被敵軍殺傷而造成。另有一說是被敵軍俘虜後嚴刑拷打,背後遭鞭笞所留下來的。因此,背上有疤的人會找外科醫師處理解決。

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另一種有關包皮的手術就更有趣了。在古希臘羅馬時代,包皮是男性高貴的象徵,是不可以輕易割掉的。據說在那個時代舉行的奧林匹克運動會,不論是參觀者或比賽者,都必須裸體參加,女性是不被允許入場觀賞的。當時男人出場時,如果龜頭露了出來是不神聖的行為,所以所有男人都必須有包皮,如果包皮過短,則會將包皮往前拉,並且用線綁起來。

如果有人包皮過短,抑或是包皮在小時候被割了,外科醫師就要想辦法幫求助者「生」出來。這件事在羅馬帝國時代早期的百科全書作者塞蘇斯(Celsus)的筆下記錄了下來,只可惜沒有把方法流傳後世。

不過,雖然說希臘羅馬時代就有整型手術,但公認整型手術的開端是在西元前六世紀的印度,蘇許魯塔(Sushruta)醫師所施行的「鼻整型手術」。因為古印度對於「通姦」的刑罰就是削去鼻子,所以造就了此一手術的出現。

蘇許魯塔醫師那時候是在古印度大城瓦拉納西(Varanasi)行醫,聰明的他利用額頭的皮膚移位,巧妙地包覆住被削去的鼻子,幫患者重新整修出新的鼻子。他把這樣的方法詳細記錄在他寫的一本書Sushruta Samhita裡,曾經被翻譯成阿拉伯文,傳到阿拉伯世界,不過沒有流傳到歐洲大陸。

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直到一七九四年,一位署名B.L.的作者,將上述的方法翻譯成英文,發表在《紳士雜誌》(The Gentleman’s Magazine)裡面,雖然沒有造成大轟動,卻也引起一位英國外科醫師卡普(Joseph Constantine Carpue)的重視。結果他隻身到印度,花了二十年的時間學習蘇許魯塔醫師的方法,並且將這個方法改良,再帶回歐洲。

一八一五年,卡普醫師首度將他的方法在歐洲施行,做了第一例的「鼻整型手術」,但是大家似乎有意無意忘記了原創的作者蘇許魯塔,而把這個方法叫作「卡普氏手術」(Carpue’s operation)。

不過歐洲的醫師也不是省油的燈。在文藝復興時期,當時梅毒盛行,有人因為受到感染而使得鼻子腐爛變形,義大利的外科醫師塔利亞科齊(Gasparo Tagliacozzi)突發奇想,用病人的上臂重建鼻子。方法是把病人的手高舉,固定在病人的頭上,然後將鼻子縫在病人的上臂內側,等到鼻子和上臂長在一起後,再把上臂供給鼻子的組織削下來,最後手、鼻分離,將上臂的傷口縫起來,再將有了新組織的鼻子修成一定形狀。

這位十六世紀的外科醫師塔利亞科齊,被某些人尊奉為「現代整型外科之父」,但是他製作的鼻子並不牢靠,病人如果擤鼻涕太用力,可能鼻子就掉了;加以當時教會力量強大,認為梅毒這個花柳病是來自上帝的懲罰,所以塔利亞科齊醫師的「鼻子整型術」並沒有風行太久。

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講了幾個有關整型外科的歷史故事,但都只是皮毛而已,因為整型外科的範圍很廣,任何一個小手術,都可以在文獻裡找到其發展的軌跡,如果全部寫下來,應該可以寫成一部書。但不容否認,今日整型外科能有系統的發展,還是拜兩次世界大戰之賜。

在第一次世界大戰時,在倫敦工作的紐西蘭耳鼻喉科醫師吉里斯(Harold Gillies),開始對在戰爭中顏面受損的士官兵治療,由於成效不錯,更讓他所訓練出來的卡桑基安(Varaztad Kazanjian)與布雷爾(Vilray Papin Blair)兩位醫師,被聘請到美國,為有相同問題的美國士官兵服務,於是各國也紛紛仿效,在醫院成立相關的部門處理這些病患。

第二次世界大戰,有英國皇家空軍的機組員在作戰中發生嚴重的燒燙傷,吉里斯的學生兼外甥麥欽道(Archibald McIndoe)接續了他的工作,連帶使得燒燙傷也加入了整型外科的範圍。

如今的整型外科處理的疾病已是琳琅滿目,多到連我也無法記住所有的項目,他們的功力實在令人佩服。但可惜的是,充斥在各個交通要衝的醫美診所廣告,讓許多民眾已經忘記整型外科醫師的能耐,以為他們似乎只會這些雕蟲小技而已,實在是讓人很想為他們打抱不平。

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摘錄自《開膛史》,作者蘇上豪,時報出版。

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時報出版_96
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出版品包括文學、人文社科、商業、生活、科普、漫畫、趨勢、心理勵志等,活躍於書市中,累積出版品五千多種,獲得國內外專家讀者、各種獎項的肯定,打造出無數的暢銷傳奇及和重量級作者,在台灣引爆一波波的閱讀議題及風潮。

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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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鑑識故事系列:從下呼吸道取出的矽膠
胡中行_96
・2023/07/31 ・2335字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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這次來醫院的目的,是更換並固定新的侵入性呼吸器材,計劃相當簡單:事前禁食,全程無麻醉,不用住院,做完直接回家。不過,當天程序走到一半,13 歲的德國男孩就過世了。[1]

氣管造口術。圖1/U.S. National Heart Lung and Blood Institute (NIH) on Wikimedia Commons(Public Domain)

氣管造口術

男孩患有原因不明的嚴重先天性神經疾病。[1]大概是食物或液體動不動就落進下呼吸道,他時常感染吸入性肺炎(aspiration pneumonia),[1, 2]因此曾接受氣管造口術(tracheostomy;簡稱氣切)(圖 1):在脖子前方開一個永久性的孔洞,置入氣切管,並連接正壓呼吸器[1]這個氣管造口便於抽清下呼吸道,以維持暢通;[3]但是多年下來形狀走樣,開過數次刀,換了各種氣切管,都無法穩固裝置。不僅空氣外漏,氣切管的充氣氣囊(圖 2),也總是在呼吸器運作時滑出來。於是,男孩的醫師群決定執行氣管造口矯正術(tracheostomal epithesis),把氣切管跟氣管造口之間的縫隙封起來。[1]

氣切管:充氣氣囊(箭頭)及測風球(三角形)。圖2/參考資料1,Figure 1(CC BY 4.0)

氣管造口矯正術

氣管造口矯正術開始,兒童胸腔科醫師拿起新的氣切管,先測試充氣氣囊是否功能正常,再將氣切管從男童的氣管造口插入。以支氣管鏡確認其位置無誤後,拔除呼吸器。然後灌飽氣切管的充氣氣囊,以防止男童吸入異物;同時仍露在體外,用來顯示氣囊狀況的測風球,也相當飽滿。男孩平常能在無呼吸器的情況下,撐好幾個小時,所以及至此刻他的生命徵象依然穩定。[1]

混合槍。圖3/參考資料1,Figure 3(CC BY 4.0)

假體製作師把混合槍(圖3)的前端,伸入氣管造口,從新的氣切管旁,灌注橙色的矽膠印模材料,精確複製周邊組織的構造,好在稍後翻模塑形,填補氣切管跟氣管造口間的空隙。在進行此步驟時,假體製作師發覺矽膠用量異常地大。開始灌注的 60 秒後,男孩的血氧飽和濃度劇降,臉色發青。[1]

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所有動作立刻停止。原本在灌注完成後,要透過氣管鏡,檢查有無矽膠跑進氣管或支氣管。現在兒童胸腔科醫師,以及陸續加入搶救的兒童加護科、兒童腸胃科和耳鼻喉科醫師,只管拼命地把矽膠抽出來,還有進行人工呼吸。他們拔出氣切管,再插入一支新的,然後從支氣管鏡看到矽膠的堆積,遠超過計劃範圍。趕緊給男童上了麻醉劑,推去手術室。[1]

醫療團隊於喉頭鏡支氣管鏡的輔助下,繼續清除矽膠,並且幫他接上體外維生系統(ECMO;又稱葉克膜)。在經過數次努力後,終於從下呼吸道,取出一根 Y 字型的矽膠(圖4)。遺憾 2 小時的搶救下來,男孩仍然回天乏術。[1]

從男孩下呼吸道取出的矽膠。圖4/參考資料1,Figure 6(CC BY 4.0)

鑑識證據

隔天,法醫仔細檢驗這具 140 公分高,28 公斤重的屍體,與死亡相關的發現,包括:取出的矽膠,跟氣管下半部、主支氣管和肺節支氣管完全吻合照片);肺水腫(pulmonary oedema);急性肺氣腫(acute emphysema);以及肋膜下的瘀點(petechiae)等。另外,假體製作師拿的混合槍,容量為 50 毫升;而從男孩體內取出的矽膠(圖 4),約有 43 毫升。至於出事時用的那支氣切管,充氣氣囊與測風球的功能都正常。[1]

法醫確定男孩死於矽膠阻塞下呼吸道,所造成的窒息[1]但是,應該不能超過充氣氣囊頂端的矽膠,究竟是怎麼搞得到處有?

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可能的肇因

2022 年於期刊上發表此個案報告的作者,推測矽膠有可能在這些情況下,流出預定範圍:[1]

  1. 充氣氣囊沒灌飽。[1]
  2. 充氣氣囊移位。[1]
  3. 灌注矽膠的壓力,擠壓氣管壁,而產生流竄的通道。[1]
  4. 灌注矽膠的壓力,大過充氣氣囊防堵的阻力。[1]
  5. 以上假設的各種組合。[1]

責任歸屬

調查完畢後,檢察單位認為:[1]

  1. 此氣管造口矯正術是必要的醫療行為,而且事前有簽署同意書。[1]
  2. 2016 年事件發生時,當地沒有氣管造口矯正術的官方準則。直到隔年,德國聯邦假體製作師協會(Deutscher Bundesverband der Epithetiker)增修指南,才涵蓋氣切造口等開放性傷口的印模。[1]換句話說,當時缺乏判定作法是否正確的標準。
  3. 該假體製作師受過所有相關訓練,具專業認證,而且過去 15 年,執行逾百次氣管造口矯正術。[1]
  4. 基於個體差異,無法估計矽膠的正確用量。[1]
  5. 醫療團隊有即時發現問題,並馬上以適切的方式急救。[1]

綜合以上,檢方以嫌疑不足結案。報導此事件的論文作者,則提出了幾項建議:首先,在氣管造口矯正術的過程中,最好同步使用氣管支氣管鏡,別等事後才檢查有無異狀。如此便能在問題發生的當下,迅速停止動作。再來,充氣的時候,若有氣囊壓力計(圖 5),灌飽與否就不會僅是憑感覺。最後,專業指南必須詳述操作步驟、所需的人員和技術,以及安全須知。[1]

1 號為氣囊壓力計。圖 5/Kriege M, Alflen C, Eisel J, et al. (2017) ‘Evaluation of the optimal cuff volume and cuff pressure of the revised laryngeal tube “LTS-D” in surgical patients’. BMC Anesthesiology, 17, 19.(CC BY 4.0)

  

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參考資料

  1. Wittschieber D, Schulz R, Schmidt PF. (2022) ‘A safe procedure? The unusual case of a fatal airway obstruction by silicone during the production process of a tracheostomal epithesis in a 13-year-old boy’. International Journal of Legal Medicine, 136, 373–380.
  2. Vomiting’. (JUN 2021) Healthdirect Australia.
  3. Ueha R, Magdayao RB, Koyama M, et al. (2023) ‘Aspiration prevention surgeries: a review’. Respiratory Research, 24, 43.
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精神個案系列:腦袋槍傷,笑話成章
胡中行_96
・2023/06/01 ・1856字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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有「聲音」指使他自殺,但警察已經趕赴現場。這名浸信會牧師朝警方開火,被回擊數槍,傷及頭部。他沒死,右眼失明,患上癲癇,因殺人未遂,服刑 23 年。腦傷康復後,牧師內心充滿喜樂,憂鬱症不藥而癒。[1]

非當事人。圖/Sander Sammy on Unsplash

冷笑話

「是『盡興』,而非『浸信』,因為我是暢所欲言,口沒遮攔的教徒。」多年後,已經 63 歲的牧師,向大洛杉磯榮民醫療體系(V.A. Greater Los Angeles Healthcare System)的團隊自我介紹。嘻皮笑臉的他,在診療過程中,狂玩文字遊戲。應醫療人員要求,牧師多少能暫時節制,不然診間就會充斥:「要不要聽個骯髒的笑料?…有匹白馬栽進泥沼。」這種冷笑話。[1]

牧師在紙本的認知量表上,畫了張吐舌頭的嘴;做神經檢查時,一會兒擊床,一會兒敲頭;考驗短期記憶的提示為「某種花」,他卻回答:「我是一朵綻放的笨蛋,竟然記不得答案。」語畢,笑開懷。總之,牧師對任何事物,都無法嚴肅以待;但是必要的檢測還是一項一項來。[1]

腦部傷害

槍傷後,牧師接受過開顱手術(craniotomy)。外觀上,他的頭部凹陷;右邊的臉頰麻痺、眼球凸出、眼瞼下垂。電腦斷層(CT)與核磁共振(MRI)的影像,顯示其右額葉(frontal lobe)、右前顳葉(temporal lobe)及左眼眶額葉皮質(orbitofrontal cortex)大範圍缺損病變;而從氟化去氧葡萄糖正子造影(FDG-PET),則可見這些區域的代謝低落。[1]

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額葉(藍色)與顳葉(綠色)的位置。圖/Henry Vandyke Carter on Wikimedia Commons(Public Domain)
本案牧師的腦部醫療影像:a. 電腦斷層;b. 核磁共振;c. 氟化去氧葡萄糖正子造影。圖/參考資料1,Figure 1(CC BY 4.0)

他唸過大學,病前智商估計約為 115。現在記憶力差,某些執行能力也受到影響。牧師與人互動時,雖然口語、表情和眼神接觸等都正常,但心情總是有點太好,思考跳躍又不時回頭搞笑。另外,在病識感方面,他似乎沒發現自己的記憶問題,只曉得有嚴重的認知缺陷。[1]

測試及量表

醫療團隊為牧師做了多項測試,並請他填寫量表。其中的幾個例子,如下:

  1. 笑話和故事完成測驗(Joke and Story Completion Test):此為總共16題的幽默感測驗,每題有4個笑點,僅1個為正確選項。牧師迅速作答,樂在其中,並拿滿分。之後團隊又額外出題,結果更加肯定了他的能力。[1]
  2. 面部表情辨識(Ekman and Friesen facial emotions):6張影像上的人臉,各有不同表情,受試者得講出他們的情緒。以下是牧師的反應:1. 驚訝:「驚訝。」2. 生氣:「這是謀殺,臉上寫著『我會幹掉你』。」3. 噁心:「超級噁心。」4. 開心:「有人說了個逗趣的笑話,而且他太太正好不在身旁。」5. 哀傷:「哀傷的臉龐。我得繼續下去嗎?」6. 恐懼:「那隻動物是不是要咬我?」[1]
  3. Sally和Anne測驗(Sally and Anne Task):設定的情境中,Sally帶來的娃娃,在她不注意時,被Anne移動了。受測者必須指出Sally該去哪裡找它。這題牧師回答正確。[1]
  4. 提示測驗(Hinting Task):一共10則故事,每則有2名角色,其一會給出明顯提示,受測者得解釋該角色的意思。滿分20,牧師得到16分,略低於正常值18.03 ± 1.39。[1]
  5. 主觀快樂量表(Subjective Happiness Scale):受測者為自己快樂的程度打分數,總共4題,每題最高7分。牧師自評滿分28,並且表示「我很滿足」,「我得幫鞋子加重,以免(開心到)飄起來」,還有「你永遠不會見到我處於悲慘的情況」。[1]

額葉與幽默感

笑話的關鍵在於預期跟所獲訊息之間的落差;而幽默感是以認知功能理解笑點,並由神經回饋享受愉悅。腦部的額葉等區域,負責偵測和解決不協調的資訊。左、右額葉分別傾向處理簡單與複雜的趣味。當額葉理解了看似令人困惑的內容,並賦予它解釋,便會透過腦部的某些區塊,[註]觸發聽懂笑話的快樂。此外,左額葉紋狀體迴路(left frontostriatal circuits)有調節心情的功能,受損後可能無法抑制正向情緒。在期刊上分享此個案的作者,因此認定額葉等處的腦部病灶,正是牧師性情轉變的肇因。[1]

  

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備註

腹側紋狀體(ventral striatum)、依核(nucleus accumbens)、前扣帶迴(anterior cingulate gyrus)、後腦島(posterior insula)和額葉等,都與感受歡樂有關。[1]

參考資料

  1. Mendez MF, Parand L. (2020) ‘Positive Emotions from Brain Injury: The Emergence of Mirth and Happiness’. Case Reports in Psychiatry, 5702578.
胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。