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物件溝通的可能性 – 二極體電子標籤

昱夫
・2014/07/27 ・1475字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 563 ・九年級
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Credit: Linköping University and Acreo Swedish ICT

衣服上的標籤可以直接和手機連線,告訴你這件衣服的資訊?用手機靠近紙鈔就可以判斷真偽?你家的電器甚至是牆上的海報,所有東西都能互相聯絡傳遞資訊?這聽來像是科幻小說的情節,在不遠的未來真的有可能被實現!

「物聯網(Internet of Things)」,是在描述生活中所有的用品都能彼此傳遞訊息的概念,甚至能夠進一步對彼此的變化作出調整,其中物件並不限於常見的網路3C產品,更包括了服飾、紙張、沙發這類原本不具有電路、網路功能的物品。最近,瑞典與英國的合作研究團隊發展了一款電子標籤[1],可以將二極體「列印」到物件上,當手機靠近並撥號時,電子標籤可以吸收手機發出的電磁波訊號,轉換成電流,驅動標籤上的其他元件運作(像是可以驅動顯示器顯示畫面)。

智慧型手機的電磁波接收與傳送頻率大致落在300MHz到3GHz的範圍(稱為ultra-high frequency, UHF),以往的電子標籤受限於其材質與製程,並無法有效地接收此波段的訊號;舉例來說,有機半導體可以印刷到彈性材質上作為二極體或是電晶體,但由於電子在其上移動的速率(遷移率, mobility)太慢,拖累了整體材質的操作頻率,而無法接收在UHF波段的手機訊號;曾有實驗嘗試在高真空率下進行有機半導體材質的鍍膜作業,此方法可以有效提升電子遷移率,但卻相對大大提高了製程成本而無法量產化。另外,也有人使用奈米顆粒的半導體墨水作為電子標籤,此材質雖然可以接收高頻電磁波,但其製程上需要使用高溫,很容易破壞掉作為基材的紙或是彈性聚合物,一樣不太可行。

為了解決這個問題,研究團隊使用了蕭特基二極體(Schottky diode)作為電子標籤的材質,比起一般的二極體,蕭特基二極體具備較低的導通電壓下降值(forward votage drop)並允許快速的切換操作,可以提升系統的效率。

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在製作上,研究團隊先將矽晶圓參雜金屬銻(Sb)後,打碎成介於直徑100奈米至1微米的小顆粒,把小顆粒與粘合劑充分混合,然後塗到鋁電極上;下一步,塗好的電極會加上矽化鈮(具高導電度和抗氧化性)作為保護層,提升產品的耐用度;最後,在其上鋪設石墨電極和一層銀膠便可完成。整個製程不需要真空環境或是高溫,比起過去的方法更加節省成本。

製作出來的二極體,搭配鋁箔天線,便可有效吸收UHF的電磁波並且轉換成電流。目前,實驗測量到的效能雖然在電磁波頻率大於1.6MHz時會有所下降,但已能使系統產生足夠的電流驅動電致變色螢幕(electrochromic display)(在1.8MHz頻段的手機旁,可以產生19微安培的電流)。

這項技術ㄧ開始,其實是為了發展成紙鈔的防偽標籤(世界最大的紙鈔及護照生產公司De La Rue也是本計劃的參與者之一),當我們需要判定紙鈔真偽時,只需把智慧型手機靠近,電子標籤就會吸收手機的電磁波,並回傳辨識訊息(包含這張鈔票的來源之類的訊息), 這樣的設計比起傳統的防偽技術更加嚴謹,也相對增加了偽造難度。

當然,這項技術一旦發展成功,其應用面絕對不限於紙鈔,像是各類傢俱、生活用品都可以與手機連結,甚至它們彼此間也能溝通訊息,作出調整。要達到量產階段,目前還需要再壓低製程成本,對此研究團隊正朝著尋找矽化鈮替代材料的方向前進;同時,若能將二極體的操作頻率拉高到2.4GHz,就能進一步和手機的wifi與藍芽做結合,讓產品普及化更容易。

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延伸閱讀:

參考資料:

  1. All-printed diode operating at 1.6 GHz, Göran Gustafsson et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, DOI: 10.1073/pnas.1401676111

資料來源:Printed Diode Is Fast Enough to Speak With Smartphones [IEEE, July 7, 2014]

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昱夫
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PanSci實習編輯~目前就讀台大化學所,研究電子與質子傳遞機制。微~蚊氫,在宅宅的實驗室生活中偶爾打點桌球,有時會在走廊上唱歌,最愛929。

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從「衛生紙」開始的環保行動:一起愛地球,從 i 開始
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/12/03 ・1592字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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你是否也曾在抽衛生紙的瞬間,心頭閃過「這會不會讓更多森林消失」的擔憂?當最後一張衛生紙用完,內心的愧疚感也油然而生……但先別急著責怪自己,事實上,使用木製品和紙張也能很永續!只要我們選對來源、支持永續木材,你的每一個購物決策,都能將對地球的影響降到最低。

二氧化碳是「植物的食物」:碳的循環旅程

樹木的主食是水與二氧化碳,它們從空氣中吸收二氧化碳,並利用這些碳元素形成枝葉與樹幹。最終這些樹木會被砍伐,切成木材或搗成紙漿,用於各種紙張與木製品的製造。

木製品在到達其使用年限後,無論是被燃燒還是自然分解,都會重新釋放出二氧化碳。不過在碳循環中,這些釋出的二氧化碳,來自於原本被樹木「吸收」的那些二氧化碳,因此並不會增加大氣中的碳總量。

只要我們持續種植新樹,碳循環就能不斷延續,二氧化碳在不同型態間流轉,而不會大量增加溫室氣體在大氣中的總量。因為具備循環再生的特性,讓木材成為相對環保的資源。

但,為了木製品而砍伐森林,真的沒問題嗎?當然會有問題!

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從吸碳到固碳的循環

砍對樹,很重要

實際上,有不少木材來自於樹木豐富的熱帶雨林。然而,熱帶雨林是無數動植物的棲息地,它們承載著地球豐富的生物多樣性。當這些森林被非法砍伐,不僅生態系統遭到破壞,還有一個嚴重的問題–黃碳,也就是那些大量儲存在落葉與土壤有機質中的碳,會因為上方森林的消失重新將碳釋放進大氣之中。這些原本是森林的土地,將從固碳變成排碳大戶。

不論是黃碳問題,還是要確保雨林珍貴的生物多樣性不被影響,經營得當的人工永續林,能將對環境的影響降到最低,是紙漿和木材的理想來源。永續林的經營者通常需要注重環境保護與生態管理,確保砍下每顆樹木後,都有新的樹木接續成長。木材反覆在同一片土地上生成,因此不用再砍伐更多的原始林。在這樣的循環經營下,我們才能不必冒著破壞原始林的風險,繼續享用木製品。

人工永續林的經營者需要注重環境保護與生態管理,確保砍下每顆樹木後,都有新的樹木接續成長。

如何確保你手中的紙張來自永續林?

如果你擔心自己無意中購買了對環境不友善的商品,而不敢下手,只要認明FSC(森林管理委員會)認證與 PEFC(森林認證制度)認證標章,就能確保紙漿來源不是來自原始林。並且從森林到工廠、再到產品,流程都能被追蹤,為你把關每一張紙的生產過程合乎永續。

只要認明 FSC(森林管理委員會)認證與 PEFC(森林認證制度)認證標章,就能確保紙漿來源不是來自原始林。

家樂福「從 i 開始」:環境友善購物新選擇

不僅是紙張,家樂福自有品牌的產品都已經通過了環保認證,幫助消費者在日常生活中輕鬆實踐環保。選擇 FSC 與 PEFC 標章只是第一步,你還可以在購物時認明家樂福的「從 i 開始」價格牌,這代表商品在生產過程中已經符合多項國際認證永續發展標準。

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「從 i 開始」涵蓋十大環保行動,從營養飲食、無添加物、有機產品,到生態農業、動物福利、永續漁業、減少塑料與森林保育,讓你每一項購物選擇都能與環境保護密切相關。無論是買菜、買肉,還是日常生活用品,都能透過簡單的選擇,為地球盡一份力。

選擇 FSC 與 PEFC 標章只是第一步,你還可以在購物時認明家樂福的「從 i 開始」價格牌
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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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幼態特徵 vs. 真實需求:我們伸出援手的關鍵是可愛還是脆弱?——《利他衝動》
知田出版_96
・2024/12/14 ・3116字 ・閱讀時間約 6 分鐘
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可愛即力量?為何幼態特徵能激發人們援助?

在《國家地理雜誌》有史以來最為人所知的照片中,史蒂夫.麥柯里(Steve McCurry)描繪了一位阿富汗少女,在蘇聯佔領阿富汗期間棲身巴基斯坦難民營的夏巴特.古拉(Sharbat Gula)。夏巴特凝望鏡頭,臉上灰塵肉眼可見,身穿破爛長袍,她又大又明亮的淺綠色標誌性雙眼,似乎在請求我們關注難民的困境。這幀照片之所以深具力量,或許是由於它同時觸動了我們多項需求線索,例如身為年輕女性、具有引人矚目的幼態特徵,也表現出她有明顯的需求。這張一九八五年的封面照片如今成為象徵世界各地難民需要同情和援助的象徵,即便他們來自不同國家或信奉不同宗教。

我們對於幼態延續的偏好也會被操控來激發關注和援助。例如,兔寶寶曾被描繪成身穿裙裝臉上化了妝,假扮成一個在困境中的雌親角色,並藉由誇張的、孩童般的行為來操控他人,好比纖弱的姿勢、同情的噘嘴和睜大的雙瞳,並緩慢地眨眼來強調這一點。馬丁.史柯西斯(Martin Scorsese)於一九九○年代重拍的《恐怖角》(Cape Fear)同樣包含了一些令人不適的場景,片中反派角色麥克斯.卡迪(Max Cady,勞勃.狄尼洛〔Robert De Niro〕飾演)試圖引誘他敵人的高中女兒丹妮爾(Danielle,茱莉葉.路易絲〔Juliette Lewis〕飾演),她藉由類似誇張、孩童般舉止來彰顯出這一刻的不當以及她的性感。

在南韓,男女都會接受昂貴的臉部整形手術,來加長他們的眼睛寬度並縮小下巴或顎部,從而藉由部分較為童稚的外觀來提高吸引力。幼態延續的線索,好比與身體不成比例的大眼睛和頭部,在現代文化中愈來愈被頻繁利用,好讓玩具或動漫角色更加顯眼也更有吸引力。有人提出,臉上的恐懼表情經演化被塑造成可以吸引援助和關注,因為一個人受了驚嚇,瞪大雙眼,就像是無助嬰兒的大眼睛。

幼態延續有別於脆弱、苦難或迫切需求,因為它是比較固定的,通常也不會表現在成年人身上。就實際的新生兒而言,幼態延續和脆弱先天上就是相關聯的。隨著個體年齡增長,他們的特徵變得更加成熟,臉部變細瘦,鼻子變長。由於這種分離,我們的利他衝動對實際新生兒表現得最為強烈,因為他們兼具脆弱、幼態又很可愛,並且需要我們的幫助。幼態延續可以促進成年人的援助,不過它對我們反應的影響,應該不如脆弱性那麼大,因為脆弱性更緊密地與實際需要幫助相互連結。

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成年人長了又大又圓的雙眼,看來顯得很無助,或許就會吸引我們,激勵我們伸援,然而同時倘若他們沒有顯現弱勢又急需幫助,就不會觸發真正的拯救衝動。例如,倘若「巨石強森」癲癇發作跌落地鐵軌道,我仍然會感到驚慌,並湧現幫助的衝動,即使他平常都相當有吸引力、能幹又很強壯(當然了,我會需要找人幫忙,才能把他抬出來)。強森之所以吸引人,或許是由於他長了雙大眼睛、腦袋圓滾光禿,而且社交天真型角色也養成了一種幼態的感知。因此,年輕、可愛不見得是誘發利他反應的要件,不過這確實有助於激發衝動。

幫助背後的「文化規範」

在某些情況下,即便是年幼又無助的人,我們也可能不想提供協助。例如,在美國,人們一般都不願意趨近沒有親屬關係的嬰兒,就連遭逢苦難、需要幫助的嬰兒也一樣,特別是當附近有更具資格或者與嬰兒有親緣關係的人在場。當父母親見到陌生人趨近或碰觸他們的孩子時,心中會感到害怕並斥責那個人,因為他們不清楚對方有何意圖。我們講一些故事並用「母熊」來做比喻,描述牠們如何攻擊試圖從牠和牠的幼熊之間穿越的人。猴子有時會「綁架」其他雌猴的幼崽;綁架者往往是姑姑阿姨或者還沒有當母親的亞成年猴子。

就像人類,當猴子把自己的幼崽安全抱在懷中時,牠們也允許其他個體趨近仔細端詳,而且牠們也允許近親密友合作照料,不過對不合宜的關注,牠們仍會保持高度警戒。由於這種──在人類和猴子中都存在的──文化規範,若是有辦法「克制」,我們就會避免干涉陌生孩子,但例外情況證實有這項規則。例如,當我們在商場見到迷路的幼童,若他的母親就在附近,或者現場有其他相關幫手(如商場保安人員),或者不知道該怎麼處理,這時我們就不會趨近那個幼童。

不過,當爸媽的人有可能比較願意干預,因為他們有帶孩子的經驗,也知道在公共場所遺失孩子是多麼可怕,如果孩子顯然是無助的、孤單的,並且需要我們幫助,大多數人都會本能地伸出援手。

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人類與猴子對幼崽的保護規範相似,幫助陌生幼童的行動常取決於情境。圖/envato

單一受害者效應:一隻可愛的海獺打敗一群陌生的難民

驅使我們靠近新生兒的更廣泛吸引力,某程度上與「單一受害者效應」(single victim effect)(也稱為「確認之受害者效應」〔identified victim effect〕)有關。行為經濟學家已多次證明,當受害者是單一的有援助需求的個體時,我們對於捐款請求的反應會更為積極,超過存有多位需求者的情況,即便只有兩人也是如此。這似乎是非理性的,因為當有更多人需求援助時,你理應更願意提供幫助(再次回到布盧姆「擺脫共情」的理念),但當只有一名受害者時,援助似乎更為具體、更容易理解和尋思,也更為可行。

此外,利他反應模型預測,個體之所以驅使我們援助,是由於他們類似新生兒的典型狀況。所以這很可能並非偶然,因為許多單一受害者實驗使用的都是兒童的照片,不是成年人的,這就暗示了某種體認,也就是在所有條件都相同的情況下,我們更容易對較年幼的個體產生同情。野生物種保育宣導材料也常使用可愛幼齡動物的照片,好比海豹寶寶或北極熊幼崽來籌措資金。

實際上,在我們執行的一項研究中,人們更願意幫助一隻可愛的海獺,而不是一個無家可歸的男子或一群難民。或許每胎生產並照顧多子嗣的物種,好比囓齒類動物、貓、狗(或有多胞胎基因傾向的人類),比較不容易受到單一受害者效應的影響。

研究顯示,比起真實需求,人們更容易出手幫助可愛的動物,單一受害者效應在人類中更為顯著。圖/envato

為強化利他反應,慈善機構應該選擇明顯需要幫助的年輕、幼態的受害者,來模擬我們自己無助子女的激勵架構。就算有幾十名或數千名成年人需要食物、衣物或住所,一張海報呈現一名明顯需要幫助的可愛孩童,應該能比依偎成團的群眾引來更多的援助。

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親屬、社群與物種特性如何影響善心

既然利他衝動是演化來幫助我們自己的無助新生兒,這種衝動在那樣的背景脈絡中是最強烈的。目前還需要更多研究來討探親族新生兒和非親族新生兒的反應,並採行生態學視角來探究,受檢測物種是否一般都區別看待親族和非親族個體、是否生活在相互關聯的社會群體,以及是否在扮演親代角色、出現激素情況下,或者現場有圍觀群眾,以及有真正的父母在場的情況下,會更願意提供幫助。

我預期不同物種的反應表現互異,反映出它們的生態條件;在野外環境中很少遇到陌生嬰兒的動物,比較有可能照顧非子代幼崽,此外,生活在緊密社會群體的動物,尤其是相互關聯的社會群體中的動物也有此傾向。

——本文摘自《利他衝動:驅策我們幫助他人的力量》,2024 年 11 月,知田出版,未經同意請勿轉載。

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知田出版_96
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成為世界幸福、希望的緣起──知田出版「環境永續」、「心靈提升」、「自我成長」等類型圖書,探討由個體的轉變進而影響整個群體命運等議題,希望藉由閱讀,以更多元化的角度,讓每一位讀者的心跟著轉動,認識到我們生活在同一顆星球。 已出版:《回到地球》、《人類是五分之四的灰熊》、《利他衝動:驅策我們幫助他人的力量》等書。

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減重手術進化:從胃內水球到無痕縮胃,哪個適合你?
careonline_96
・2024/12/13 ・2610字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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「肥胖其實是需要正視的疾病!我們不能再用過去『能吃是福氣』或『胖代表好命』的觀念來看待肥胖。」三軍總醫院減重代謝手術暨體重管理中心陳宣位醫師強調,「對於肥胖,大家應該要像面對其他病症一樣積極處理。」

台灣的肥胖人口逐漸增加,根據國健署的資料,大概每兩人就有一人達到體重過重或是肥胖的程度。三軍總醫院減重代謝手術暨體重管理中心主任徐國峯主任指出,大多數的肥胖與後天因素有關,主要是生活環境和飲食習慣累積過多熱量所導致。先天性肥胖則與一些特定的疾病有關,例如小胖威利症,患者因食慾大增無法控制,導致體重過重。

而減重手術是目前用來治療肥胖及相關併發症的一種方法。如同其他治療性手術,減重手術需要符合特定適應症,且經過專業醫師的評估後才能執行,是基於健康需要的治療,並非只是為了改善外觀。

根據衛生福利部公布之體位定義,18 歲以上成人 BMI(身體質量指數)達 24 kg/m2 以上屬於「過重」, BMI 達 27 kg/m2 以上屬於「輕度肥胖」,BMI 達 30 kg/m2 以上屬於「中度肥胖」,BMI 達 35 kg/m2 以上屬於「重度肥胖」。

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肥胖是疾病並不是好命
圖/照護線上

陳宣位醫師說明,健保規定 BMI 達 37.5kg/m2 以上,或 BMI 達 32.5 kg/m2 以上且合併有高危險併發症,例如高血壓、睡眠呼吸中止症、第二型糖尿病(糖化血色素經治療後仍大於7.5%)等,都是建議考慮接受減重手術的族群。對於 BMI 在 30 至 32.5 kg/m2 之間的患者,雖然不符合健保的給付條件,但如果肥胖已對健康造成影響,也可以考慮接受減重手術的評估。

減重手術大致可分成由內科執行的胃鏡手術與由外科執行的腹腔鏡手術。徐國峯主任解釋,胃鏡手術的作法包括無痕胃拉提(內視鏡袖狀胃縫合術,ESG)、胃內水球術等;腹腔鏡手術包括袖狀胃切除術、縮胃合併繞道手術(如縮胃曠腸或縮胃繞腸)、胃繞道手術等。

「胃內水球術」是利用胃鏡將一個水球放入胃內,讓患者有飽足感,而減少食量。胃水球的減重效果約能達到總體重的 10-15% 左右,與減重藥物 GLP-1 的效果相似。

「無痕胃拉提(內視鏡袖狀胃縫合術,ESG)」是使用特殊的縫合器械進入胃部進行縫合,使其容量減少約 70-80%,能夠達到總體重減輕 15% 至 20% 的效果,效果優於胃內水球術。

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三軍總醫院由徐國峯主任、陳宣位醫師、陳保中醫師組成的內視鏡減重治療團隊執行無痕胃拉提 ( ESG ) 和胃內水球置放提供肥胖患者高品質的減重治療。

圖/照護線上

「袖狀胃切除術」會移除 70% 至 80% 的胃,大幅減少胃的容積以達到減重的效果。

「縮胃合併繞道手術」 ( 如縮胃曠腸或縮胃繞腸, sleeve plus ),顧名思義其以縮胃加腸繞道的手術,目的為加強減重效果與糖尿病治療之療效。

「胃繞道手術」(有單一接口或 RY 型胃繞道)會先將胃分成小胃和大胃兩部分,小胃再接上腸道以形成繞道。這樣可以限制胃的容積,同時改變食物的消化路徑,達到減重的效果。

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無痕胃拉提特點解析

無痕胃拉提(內視鏡袖狀胃縫合術,ESG)是利用胃鏡搭配新式縫合系統,從胃的內部像縫束口袋般進行縫合,然後把線拉緊,大幅縮小胃容量。三軍總醫院減重代謝手術暨體重管理中心陳保中醫師解釋,接受手術後,如果患者狀況穩定,飲水沒有問題,當天即可離院,僅需定期回診追蹤減重進展。因為不會留下體表傷口,術後恢復迅速,患者很快便能恢復正常的工作與生活。

這樣的縮胃效果能讓食慾旺盛的患者因胃容量縮小而更快感到飽足,進而有效減少進食量。陳保中醫師說,相較於傳統的胃內水球術,無痕胃拉提術後較不會有胃脹或不適的感覺,舒適度和術後反應較好。

無痕胃拉提步驟、特點解析
圖/照護線上

無痕胃拉提術後前三天建議以流質飲食為主,例如低渣和半流質的食物,讓胃部有時間適應新狀況。第四週時,可以開始進食較軟的、易消化的固態食物,但需避免油膩或不易消化的餐點。大約在四週後,患者通常可以逐步恢復到較接近正常的飲食狀態。陳保中醫師說,恢復正常飲食後,一定要保持健康的飲食習慣,避免甜食、糖飲等,以確保減重效果長久而穩定。

無痕胃拉提在減重治療中扮演一個非常有潛力且靈活的角色。陳宣位醫師說,使用胃鏡來縮小胃的容量,患者不會有體表的傷口,而且它的可逆性讓病人感到比較安心。研究顯示,無痕胃拉提的長期減重效果約能達到 15 至 20%,對多數患者來說已經是很顯著的改善。因為不會影響腸道吸收,所以較不會出現營養不良的狀況。

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必要時無痕胃拉提可以和減重藥物併用,進一步提升減重成效。雖然減重速度比不上外科手術,但它提供了一種較溫和且相對低風險的選擇。

貼心小提醒

肥胖的治療需要多方面配合,手術僅是治療的一部分,並非全部。在接受手術後,患者的飲食習慣和運動習慣對於維持術後體重和減重成果都非常重要。徐國峯主任提醒,除了執行減重手術外,內科醫師、家醫科醫師、營養師等各領域專家亦是治療團隊中不可或缺的角色。患者務必定期回診,持續監測共病症的狀況,並適時調整藥物!

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