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大火過後:火災風險評估

科景_96
・2011/02/09 ・672字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 533 ・七年級
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Original publish date:Jul 27, 2004

編輯 JR 報導

科學家量化郊外森林火災影響鄰近住戶的範圍,研究指出,住宅被大火波及的數目百分比隨著與林地距離的增加而降低,住家距離林地最少要700m比較安全。

去年森林大火在世界各地如法國、俄羅斯、美國、加拿大、澳洲等地肆虐,不論是天然或人為造成的,都帶來生態浩劫、與生命財產的巨大損失。如何評估遭受火災的風險,尤其是最容易受到野火擴及-住在未開墾林地附近的風險到底有多大?一直是個很複雜的問題。澳洲的科學家提出一個評估方法。

澳洲自然災害研究中心的科學家Keping Chen與John McAneney比較澳洲三次郊區大火前後的衛星影像與航照圖,標定出受災屋與林地邊界後,統計分析受災屋分布以及與林地邊界最近距離的關係。結果發現,住宅被大火波及的數目百分比隨著與林地距離的增加而線性遞減,也就是住家距離起火林地越近越危險,距離在50m以內的住家有60﹪被燒毀;若距離超過700m較無被大火延燒的顧慮。科學家還發現多數受災屋是被風吹來的火苗所引燃,而非輻射熱或直接與火舌接觸。

雖然台灣較少有住宅區受到鄰近野地大火波及的新聞,不過將野火風險量化值得我們借鏡。在桃芝風災、七二水災時土石流的肆虐令人觸目驚心,若能以類似的方式量化居住在山坡地附近受到土石流危害的風險,提供政府及民眾做參考,我想會比直接以封山、棄耕作為解決的辦法,更容易讓當地民眾接受,尤其是在這個寸土寸金的寶島上。

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本文版權聲明與轉載授權資訊:

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科景_96
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來當一日語音設計師——如何設計好聽的合成語音?
雅文兒童聽語文教基金會_96
・2023/03/31 ・3727字 ・閱讀時間約 7 分鐘

  • 文/邱彥哲|雅文基金會聽語科學研究中心 助理研究員

「Hey, Siri!」「OK, Google!」你曾經對手上的行動裝置說話嗎?你會要求他回答什麼呢?受限於目前的技術,你可能不會得到非常滿意的答案,但至少你會聽到一陣悅耳如同真人的語音吧!這項現今習以為常的技術,其實背後是由很多知識累積而成的。今天,讓我邀請你擔任一日「語音設計師」,從語音合成的技術開始,接著了解人類使用者的聽覺偏好,最後探索不同族群對聆聽合成語音的差異吧!

語音助理進駐現代人的日常生活。圖/freepik

語音合成(speech synthesis),是指以人工方式,製造出說話的聲音,可以理解為使機器裝置說出人話的技術。廣義來說,很多人也會把文字轉語音(Text to Speech,簡稱 TTS),含括在語音合成的範疇。

語音合成像樂高,但樂高有兩種

早在 1970 年代,人類就已經開始嘗試讓機器說話了。構思如何讓機器說話這件事,最直接的方式就是請真人錄一段聲音,然後在指定的時機播放。不過,面對複雜的語言情境,我們不可能錄下所有可能的回應 ; 而且若要這樣做,也實在太沒效率。幸好,借助電腦運算技術,可以讓人類向自動生成語音邁進一大步。合成的方法可以分成兩大類,分別是單元選取合成(Unit Selection Synthesis)及參數合成(Parametric Synthesis)[1]

單元選取合成這種方法,是將某個語言的語音成分分別以人聲錄製起來,再根據需要的目標語音進行組合。簡單來說,如果需要機器說發出「八」的語音,就必須單獨錄製「ㄅ」跟「ㄚ」。這個技術聽起來直觀方便,但也有缺點。就是事先必須建立一個龐大的語音資料庫,這個資料庫必須包含一個語言所有語音成分,此外,還必須錄下這些語音成分在所有情境下的變化,光想起來就令人有點頭痛。

所以後者,參數合成,就顯得方便許多。這種方法,是直接將語音參數輸入電腦,讓電腦直接根據參數發出聲音,再組成語音。使用參數合成,就可以免去請人錄音的步驟,但直接使用電腦生成的語音,聽起來也會相對不自然。我們可以把這兩類方法想像成是在組合樂高,都是將語音成分一塊一塊組合起來,只是前者的樂高是自然材質(比如說木頭製),後者是人造材質(比如說塑膠)。

借助深度學習,電腦說話很自動

不過,無論是上述哪種方法,都還是需要不少的人工調校,才能使聲音逐步接近人類的語音。但還好,隨著電腦演算的進步,將深度學習(deep learning)運用在語音合成的領域,不但減少了人工成本,也大大提升的語音的擬人性。所謂深度學習,簡單來說就是一套模擬人類神經網絡的演算法。

使用這樣的演算法,設計者只需蒐集大量的語音資料,將資料「餵」給電腦,無須事先切分或分析,電腦便會自動學習其中的規律。如此一來,只要資料數量足夠龐大,電腦就可以自動產生符合自然規律且真實的語音。

但是,身為一位語音設計師,要進一步思考的是:「究竟要餵給電腦什麼呢?」這個問題又必須從使用者的角度來思考:「人類會偏好聆聽什麼樣的語音?」就像生產商品一樣,語音百百款,要能投其所好,才能讓使用者日日寸步不離,對吧!

聆聽也要投其所好,性別頻率最重要

人類對不同性別及頻率有特殊的聆聽偏好。圖/freepik

關於合成語音的聆聽偏好,最先被討論的,是性別。雖然我們都知道機器沒有性別,但若希望他和人一樣跟你互動,投射性別是很自然的。不過有人就提出質疑:「為什麼我們的語音助理,都是女性的聲音呢?」美國西北大學梅迪爾傳播新聞整合行銷學院教授 Candy Lee 進行一項調查,測試了 8 種族裔的使用者,結果發現 64% 的人只偏好女性的聲音[2]

這樣看起來,預設為女性的聲音應該是沒問題的吧?不過,有人認為這是社會對「助理」的性別刻板印象所致;因為社會習慣女性作為「服務者」,所以在設計語音時,直覺地就挑選了女性聲音。雖然單就頻率方面,的確有研究指出,使用者確實是偏好頻率較高的合成語音[3],但若是一昧如此,也極有可能不斷複製性別偏見的印象[4]

有鑒於此,越來越多系統開始提供男性語音的選項。更甚者,哥本哈根研究團隊突發奇想,不以性別為選項,而是改以頻率作為調查標準。分析之後,他們得到一個最佳的頻率值──185 赫茲,設計出史上第一個無性別語音助理「Q」[5]。如此一來,青菜蘿蔔各有所好,聆聽的偏好也朝著多元共好的目標邁進!

聽得舒服,語速考量不能少

解決的性別與頻率的問題,還得注意甚麼呢?專門研究輔助溝通系統(Augmentative and Alternative Communication,簡稱 AAC)的專家想到了語速的問題。輔助溝通系統可以簡單理解成「溝通輔具」,是用以輔助溝通障礙者溝通的工具; 簡單如圖卡,複雜如電子溝通板,都算是其中一員。而像是電子溝通板這類,以螢幕顯示圖片,點擊後可以播放語音的輔具來說,合成語音是很關鍵的技術。

這些溝通障礙專家想知道:「究竟什麼樣的語音速度,是最舒服的呢?」。

Sutton 與其研究團隊招募了 21 至 28 歲的年輕人與 61 至 79 歲的年長者,對合成語音進行語速評分[6]。語速的計算方式,採用每分鐘幾個字(Words per minute,簡稱 WPM)計算。他們將合成語音調整成不同的語速,範圍介於 120 到 250WPM 之間。結果發現,無論年輕人或年長者,偏好的語速都落在 150 到 200WPM 之間 ; 而年長者則是相對年輕人偏好較慢的語速。這樣的範圍,其實與過去研究提出的人類平均語速,相去不遠[7]

如果想知道不同語速聽起來感受如何,可以到合成語音軟體 Speechify[8]的網站試用,自行調整語速(以 WPM 計算),細細品味其中差異。或者,讓我為你朗讀,請聽示範(語速約 180WPM,內容為「我是彥哲,我是普通人。」)! 

可見,語音合成的技術雖是極為理性的領域,但若要設計出美妙的語音,對人類感性的理解,也絕對不能偏廢。

圖/Pixabay

合成語音聆聽不易,考量族群差異最貼心

「所以,我只要想辦法把語音設計得很像人類就可以了吧?」你可能會這樣想,不過這裡頭還少了一個部分。現代社會提倡多元,客製化當道,每個人使用同個產品的狀況必然會有差異。

其實,即使是一般人,聆聽並理解合成語音是比自然語音更加困難的。Winters 及 Pisoni 發表的回顧研究指出:由於合成語音的清晰度普遍較差,因此聆聽者通常需要動用更多的認知資源(像是電腦需要動用較多記憶體),以及更多高層次的語言知識來彌補語音訊息的不完整[9]。如果對普通人來說是如此,對於某些特殊族群來說,想必有更加需要注意的地方。

比如說兒童。Mirenda 及 Beukelman 招募了成年人、10 至 12 歲以及 6 至 8 歲的兒童進行研究[10]。參與者的任務,是要在聽完自然語音及合成語音播放的八個詞彙之後,再將這八個詞彙回憶並說出來,回答無須按照順序。結果研究者發現,兩組兒童無論聆聽自然或合成語音,回憶詞彙的表現都比成人還差 ; 對於兩組兒童而言,記憶合成語音的表現又更不理想。

由此可知,兒童本身的記憶能力就較成年人弱,在聆聽合成語音時,可以說是是難上加難。

另一個被探討的,是聽障族群。聽障族群最主要的困難,就在於聆聽。聆聽合成語音如果對聽常族群來說本來就比較困難,那對聽障族群應該是更加艱困的挑戰吧!Kangas 和 Allen 的研究[11]回答了這個問題。研究者請年長聽障者聆聽自然語音與合成語音,並請他們在聆聽後寫出聽到的單字。結果可想而知,聽障者確實在聆聽合成語音的部分表現得比較差。

看完上面的狀況,身為語音設計師的你,在設計語音的時候,是不是也應該從使用者的背景差異去調整你的語音呢?也許是調整語音的頻率,也許是調整語速,也可能,也可能有更多領域需要探索。唯有這樣,才能朝充滿人性又個人化的智慧語音邁進。

怎麼樣?沒想到要設計語音,希望機器說出一句話,背後涉及理性的技術與感性的考量,非常不容易吧!看完之後,你還是可以輕鬆地要求你的行動裝置說個笑話,唱首歌給你聽,自娛娛人;但也千萬別忘記,多留點心思,給這人類文明的結晶致上敬意。一日語音設計師,功成身退!

參考資料

  1. 詹姆士・弗拉霍斯。(2019)。從說話機器人到聊天機器人。聲控未來:引爆購物、搜尋、導航、語音助理的下一波兆元商機(孔令新譯,頁104-137)。商周出版。
  2. Marc Jacob.(2022/3/30). Medill Study Finds Preference for Female Voices and Local Accents. Northwestern Medill Local News Initiative.
  3. 顏宏旭,楊麗平,宋慧宏。(2020)。聽眾對語音合成導覽裝置聲音偏好之探討。戶外遊憩研究。33(4),83-107。
  4. West, M., Rebecca K., & Chew H.E. (2019). I’d Blush if I Could: Closing Gender Divides in Digital Skills Through Education.UNESCO & EQUALS Skills Coalition.
  5. GenderLess Voice. (2023/3/3) Meet Q [Web message].
  6. Sutton, B., King, J., Hux, K., & Beukelman, D. (1995). Younger and older adults’ rate performance when listening to synthetic speech. Augmentative and Alternative Communication, 11(3), 147-153.
  7. Walker, V. G. (1988). Durational Characteristics of Young Adults during Speaking and Reading Tasks. Folia Phoniatrica et Logopaedica, 40(1), 12–20.
  8. Speechify. (2023/3/3) Speechify.
  9. Winters, S. J., & Pisoni, D. B. (2004). Perception and comprehension of synthetic speech. Research on spoken language processing report, 26, 95-138.
  10. Mirenda, P. & Beukelman, D.R. (1987). A comparison of speech synthesis intelligibility with listeners from three age groups. Augmentative and Alternative Communication, 3, 120-128.
  11. Kangas, K.A. & Allen, G.D. (1990). Intelligibility of synthetic speech for normal-hearing and hearing impaired listeners. Journal of Speech and Hearing Disorders, 55, 751-755.
雅文兒童聽語文教基金會_96
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如何 3D 列印不會崩壞的蛋糕?
胡中行_96
・2023/03/30 ・1892字 ・閱讀時間約 3 分鐘

「那無疑是我從沒嚐過的味道」,論文的第一兼通訊作者 Jonathan David Blutinger 回想起初期的失敗,委婉地承認:「其實不難吃,只是與眾不同。我們畢竟不是米其林大廚。」[1]所幸皇天不負苦心人,在多次修正後,美國哥倫比亞大學的團隊,終於做出原料一樣,但是不再坍塌的蛋糕,並於 2023 年 3 月的《npj 食品科學》(npj Science of Food)期刊上分享食譜。[2]

3D列 印蛋糕的失敗百態。圖/參考資料 2,Supplementary Figure 1(CC BY 4.0)

3D 列印蛋糕的食譜

研究團隊的終極目標,是希望將來任何人均能用簡單的軟體烹飪,3D 列印再雷射加熱,創造經濟、健康且美味的餐點。他們選擇的食材相當普遍,全部都從美國紐約的 Appletree Market 超商購買。[2]

材料

Skippy 花生醬、J.M. Smucker 草莓果醬、Nutella 榛果巧克力醬、Betty Crocker 糖霜、Krasdale櫻桃淋醬、拿叉子搗爛的香蕉泥;以及用食物調理機攪 2 分鐘製成的全麥餅乾糊(8 塊全麥餅乾、2 湯匙的牛油和 4 茶匙的水)。[2]

步驟

(1)冷藏材料,使其變得濃稠,以穩定結構。[2]

(2)把各種材料灌入分別的 7 支針筒(30ml;14 gauge)。[2]

(圖/參考資料 2,Supplementary Figure 3(CC BY 4.0))

(3)將針筒裝進特製的 3D 食物印表機。[2]

(圖/參考資料 2,Supplementary Figure 2(CC BY 4.0))

(4)把壓克力餐盤擺在 3D 印表機下,盛接針筒擠出的條狀物。其直徑約 1.5 毫米,會逐漸累積出蛋糕的半成品。[2]

(5)論文有寫到運用藍光和紅外線,為蛋糕加熱。不過,實驗方法的段落,僅提及 3D 印表機附設的藍光雷射二極體(blue laser diode),也就是下圖中黑色的長方體。[2]

圖/參考資料 2,Supplementary Figure 4(Left;CC BY 4.0)
3D 列印蛋糕從失敗到成功的各個版本。影/參考資料 2,Supplementary Video 1(CC BY 4.0)

從上面的影片,可見早期幾個版本的蛋糕,非常容易崩垮。[2]研究團隊於是依據物質受力變形時,展現的黏性和彈性特質,即黏彈性(viscoelasticity),將食材分為「結構」與「填料」兩類,並在軟體中改變設計:[2, 3]用結構性強的全麥餅乾糊,作為蛋糕各層的形狀基礎,又以花生醬和榛果巧克力醬輔助支撐,再填入其他相對柔軟的原料。最後,他們調整 3D 印表機的針筒高度,並減緩列印的速度。如此擠出來的流體,尾端便不會蜷曲。能避免繩捲效應(coiling effect或rope-coil effect),破壞蛋糕表面的平整。要不然有時會出現本文開頭的圖組中,最末一塊蛋糕那種毛躁的外貌。[2]

a. 列印成功的蛋糕;b. 切開看內餡;c. 蛋糕設計;d. (1)全麥餅乾糊、(2)花生醬、(3)草莓果醬、(4)榛果巧克力醬、(5)香蕉泥、(6)櫻桃淋醬和(7)糖霜。圖/參考資料 2,Figure 1(CC BY 4.0)

3D 列印食品的推廣

目前 3D 列印食物尚未普及,此蛋糕的成形有如曇花一現。這一方面是基於科技新穎,懂得操作的人還少;另方面則因為這種印表機索價不菲,不是誰都玩得起。如果要商業化,研究團隊認為得採取 Gillette 刮鬍刀和 Nespresso 咖啡機的經營模式:壓低主要產品本身的價格,後續再從耗材獲利。換句話說,廠商賣出廉價的 3D 食物印表機,之後消費者就會以零買或長期訂購的模式,購買列印用的食譜和食物匣。食物匣的內容物,發展空間多元。除了碎肉和花生醬等泥狀物;也能推出醬油、橄欖油等液體;食鹽與胡椒之類的顆粒;還有百里香或香芹這類碎片等,任何可食用的東西。[2]

此外,在薄利多銷和產品開發的同時,也要提升大眾的接受度。偏好天然食材,或是不信任食品產業,都是對 3D 食物列印存有疑慮的原因。研究團隊提出的解方,是宣傳它的好處,例如:精準調配營養,不浪費材料;降低能源耗損;以及客製化的食譜等。[2]當然,似乎也就避而不談犧牲纖維質,以求列印順暢等問題。[1]總之,他們描繪出科技烹飪的美好願景,並且排除萬難,要讓飲食邁向全新時代。倘若有天上述的市場成熟,產品賣相比論文中的蛋糕誘人,您會願意品嚐嗎?

  

致謝

特別感謝許凱勝先生協助確認技術細節。

參考資料

  1. Sample I. (22 MAR 2023) ‘Have your cake and print it: the 3D culinary revolution is coming’. The Guardian.
  2. Blutinger, J.D., Cooper, C.C., Karthik, S. et al. (2023) ‘The future of software-controlled cooking’. npj Science of Food, 7, 6.
  3. Gan H, LAM Y. (2008). ‘Viscoelasticity’. In: Li, D. (eds) Encyclopedia of Microfluidics and Nanofluidics. Springer, Boston, MA.
胡中行_96
99 篇文章 ・ 33 位粉絲
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。

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高血壓常無症狀,帶來的身體變化及併發症
careonline_96
・2023/03/30 ・2936字 ・閱讀時間約 6 分鐘

「醫生,我最近頭暈暈的,痛痛的。」喬老闆說。

「平常在家會量血壓嗎?」醫師問:「你剛剛到院的時候,血壓量起來很高呢!有 192/118 毫米汞柱。」

「平常我都沒有不舒服,怎麼可能會沒事量血壓?」喬老闆疑惑地問著。

高血壓常常沒有症狀

首先我們先來認識一下血壓,血壓代表著血液流動時,血管所承受的壓力。大家看到血壓的數值會有兩個,例如 127/83 毫米汞柱這樣的紀錄法;前面那個數字代表「收縮壓」,後一個數字是「舒張壓」。

「收縮壓」代表心臟收縮時血管承受的壓力;「舒張壓」代表心臟放鬆時血管承受的壓力;因為心臟收縮的時候血管會承受高一點的壓力,因此收縮壓會高於舒張壓。在 127/83 毫米汞柱這樣的紀錄法下,我們可知收縮壓為 127 毫米汞柱,舒張壓為 83 毫米汞柱。

健康成人的血壓應該是 120/80 毫米汞柱以內,平常應該要定期測量自己的血壓,因為當高血壓的時候,通常不會有什麼症狀。可是,長期的高血壓會帶來許多身體危害,因為這代表著血液在血管裡流動的時候,力道是過強的,不斷衝擊著血管管壁,血管就會愈來愈不健康。一個人患有高血壓的時間愈久,無論是不知情,或是不想理,總之當從來沒有控制血壓,就會愈危險,帶來愈多的併發症。

接下來我們就來看看高血壓帶來的身體危害。

  • 血流不足缺血

原本我們的血管應該是強壯並具有彈性的。然而當血壓大的時候,血管壁持續受到愈高的壓力衝擊,血管壁可能出現微小的撕裂傷,而這些撕裂傷容易引起膽固醇的聚集,當愈來愈多膽固醇卡在血管,血管的通道就變窄,讓血液通行受阻。

血管被卡住的地方愈多,血液愈難無法進入到組織或器官。若這件事情發生在供應心臟的冠狀動脈,會引發心絞痛、心律不整,這就是一般我們講到的「心肌梗塞」,指冠狀動脈被阻塞了,於是血流無法進入到心臟肌肉,心臟肌肉無法收縮做工。

全身上下有許多大大小小的血管,在高血壓的時候,不是只有心臟的血管會被破壞,全身到處的血管都可能被破壞到。像是負責性器官的血管出現阻塞,患者就會有性功能障礙。

延伸閱讀:
心肌梗塞超危急!搶通血路、預防再發,心臟科醫師圖文講解

  • 心臟衰竭

血壓高,造成血管壁微小撕裂傷,導致膽固醇聚集阻塞,血管通道變窄,血液行受阻。血液通行受阻的時候,很難將血液送往各個組織與器官,心臟可能就會更費力地工作,不過效率依舊不好,左心室得要賣了老命地用力收縮,想再把血打出去一些,左心室工作這麼累,時間一久就會心臟衰竭,患者很容易喘、容易累,還有水腫情形。

延伸閱讀:
心臟衰竭問題多,8 個迷思要破解!

  •  血管瘤

血管持續被高血壓衝擊的時候,血管壁變得弱化,可能就膨出變成一個血管瘤,就像是被撐出一小包氣球的樣貌。當然,這樣的血管瘤本身來說就是個不夠強健的組織,因此當持續的高血壓繼續衝擊著血管壁,會讓血管瘤愈來愈大,有朝一日甚至因為撐得血管壁太薄、撐得太大而破裂,造成致命的內出血問題。

血管瘤的狀況可能出現在身體各處,例如腦部的血管瘤破裂時,會讓人頭部劇烈疼痛,失去意識;在身體腹部的主動脈瘤,則可能讓人摸到一個有脈搏跳動的腫塊,萬一破裂,同樣會造成腹部劇痛並很可能奪人性命。

延伸閱讀:
爆炸性頭痛、頸部很僵硬,當心腦動脈瘤破裂!神經外科醫師圖文詳解

延伸閱讀:
對付困難腹主動脈瘤,血管內固定錨釘很關鍵,心臟血管外科主任圖解說明

  • 腎臟功能變差

我們一直說到,高血壓會造成的問題是讓血管承受過高的壓力,導致血管愈來愈不健康,因此血管密集的區域一定會遭受高血壓帶來的破壞,而腎臟就是一個血流豐富的區域,很容易受到高血壓的影響。

腎臟的功能是移除血液中的廢物、調解血量與壓力,製做尿液將廢物排出體外;為了達成這麼繁重的任務,腎臟裡面有密集的小型血管負責各樣工作,於是血壓高會讓負責過濾廢物的血管硬化、受傷,腎臟無法有效率地過濾廢物,工作更形艱困,最後會讓腎臟失能衰竭,喪失過濾廢物的能力。

  • 認知障礙、失智、中風

高血壓久了,血管不夠健康,腦部獲取到的血流變少,腦細胞沒法獲取到足量的氧氣、養分,腦細胞死亡速度變快,導致讓人的專注力下降、記憶力變差、很難好好思考,認知功能出現障礙,更嚴重一些會到血管型失智的程度。所以啦,請記得,血管要顧好,腦部才會健康

假使是動脈粥狀硬化嚴重,血流直接被阻斷,患者有更多腦部功能區失能,就是平常我們說的「腦中風(梗塞型)」;萬一是高血壓導致了腦血管瘤破裂,則會出現出血性的腦中風。無論哪一種,腦部功能都會下降,即使沒有喪命,可能還是會帶來認知障礙及失智的長期問題。

延伸閱讀:
做好這四項,減少失智風險

  • 破壞視力與視神經

眼睛構造內有許多細緻精密的血管。眼睛後方的視網膜區負責感光,當這附近的血管因高血壓受損,可能會造成視網膜出血,患者視力變得模糊,甚至完全看不到。而高血壓也會影響供應視神經的血管,讓患者視力變得更差。

別等高血壓造成症狀

高血壓的初期常常沒有症狀,讓人不會特別去注意。然而我們還是要盡量好好控制血壓,畢竟長期失控的血壓會導致身體多重器官受損,最後容易死在相關併發症。想要避免這些併發症,還是要早早從飲食、運動、和藥物做起,並定期測量血壓,了解自己的身體狀況。

血壓多少才OK?有什麼症狀?高血壓最基礎知識(圖解懶人包)