牙醫照X光不用等－直接讀取式數位X光感測器

本文由 高柏科技 合作，泛科學撰文

林唯耕剛回台灣任教時，曾在清華大學的實驗室裡用一立方公分的「氨」做實驗。沒想到氨氣意外洩漏，那股刺鼻的氣味瞬間瀰漫整棟大樓，引來眾多師生抗議。

「從此以後，我再也不敢在實驗室裡用氨了。」他在《思想實驗室》的訪談中，帶著笑意回憶這段往事。

這段插曲聽來像是一則工程師的寓言：在理論模型中，氨是太空熱控系統的理想介質；但在現實的辦公大樓裡，它首先是逼人逃竄的臭味。公式本身沒有錯，但現實世界永遠比公式更複雜——它包含了人、成本、風險，以及必須為後果負責的工程師。

高柏科技技術專家、清華大學榮譽退休教授林唯耕 ，曾任職於美國 OAO 工程部熱流組，深耕電子構裝散熱與熱管技術多年。隨著 AI 浪潮席捲全球，他鑽研一輩子的老問題再次被推向科技產業的核心：當晶片運算速度無止境攀升，那股伴隨而生的熱，究竟該往哪裡去？

熱不會讀新品發表會

科技巨頭在發表會上熱衷於談論大型語言模型、GPU 規格與驚人的算力。這些詞彙在投影片上光鮮亮麗，彷彿進步毫無邊界。然而，每一次數位運算都紮實地發生在實體晶片上。晶片會發熱、材料會疲勞老化，一旦設備過熱，系統便會降頻保護。在物理現實面前，再動聽的發表會敘事也必須低頭。

回顧個人電腦發展早期，晶片幾乎不需專屬散熱元件。隨後，鋁製鰭片、風扇、熱管到均溫板逐一登場。這段歷程常被視為技術升級，其實更像是對空間的極限勒索：晶片功率翻倍，發熱源的面積卻沒變大，機箱空間也不可能無限擴張。

林唯耕指出，散熱設計的核心只有三要素：功率、熱源面積與空間限制。他舉例，在標準的 1U 機箱中，若發熱面積約為三十乘三十毫米，氣冷系統在達到八百瓦時就會面臨瓶頸。這並非固定的物理常數，而是取決於空間、面積與氣流的動態平衡。最現實的代價在於，風扇轉速提升的背後，是噪音、電力損耗與空間占用。

因此，「液冷技術」的興起並非單純為了追求酷炫，而是算力密度提升後的必然選擇。它能更精準地帶走晶片廢熱，卻也將新的挑戰帶入機房：漏液風險、流道堵塞、材料相容性，以及維運時的難度。工程的進步，本質上鮮少是徹底消滅問題，更多時候是選擇一組「比較值得承擔」的新問題。

太空教他的，不是把答案搬回地面

太空熱控工程之所以迷人，是因為它剝奪了地球上最常見的散熱工具。在真空宇宙中，沒有空氣能讓風扇製造對流；受光面溫度破百度，陰影處卻極度嚴寒。工程師必須純粹仰賴熱傳導、熱輻射，以及熱管與環路型熱管（LHP）來搬移熱能。

熱管運作的關鍵在於「相變」——液體蒸發時吸收大量潛熱，冷凝後重回循環。林唯耕比較了銅與水的熱傳導能力：在他設定的特定條件下，實心銅塊約能傳導 120 瓦的熱能；但若每秒有一立方公分的水發生蒸發相變，移熱量可瞬間拉升至 2.4 千瓦（kW）。他強調「每秒」的觀念，因為散熱談的是動態流動速率，而非靜態的冷卻魔法。

儘管如此，太空科技並不能直接套用到地面。太空元件因考量重量、功耗與維修難度，偏好無馬達幫浦的被動式設計；但地面 AI 伺服器面臨更高的熱負載與環境溫度，往往仍需幫浦驅動流量。當年那場「氨氣洩漏」事故正是最好的提醒：技術是否「先進」，與它是否「適合」當下的場景，始終是兩回事。

好論文，為什麼仍可能造不出好產品

學術研究致力於證明「可行性」，而工業現場則要求「可重複性」——不僅要能運作，還得確保每台出廠的設備都不漏水。林唯耕將此定義為「從 0 到 1」與「從 1 到 100」的差別。後者涉及良率、成本、公差與客戶信任。論文中那次最完美的實驗數據，在產線上往往未必管用。

他從不避談失敗。在高柏科技早期與學界合作時，也曾遇過實驗數據無法複製，或研究方向偏離產業需求。這未必是雙方努力不夠，而是彼此對「成功」的標準不同。為了解決這道鴻溝，高柏科技推動「柏苗啟航創新培育計畫」，每年投入逾千萬資金與成大、中山、台科大等校合作，並指派專業人才在過程中持續微調、校正，確保研發貼近產線現實。

他分享了近期一項液冷工質校正專案。團隊使用非侵入式的超音波流量計進行觀測，但由於儀器預設以「水」校正，換成其他化學流體後讀數便出現誤差。最初嘗試用幫浦壓差推算，卻發現缺乏重複性，數據甚至推導出不合理的蒸發率。最後團隊回歸基本面，改用秤重法搭配能量平衡進行交叉驗證，才讓數據成功收斂。

這個故事真正的價值不在於「產學雙贏」的口號，而在於那段不夠優雅的挫折：假設失效、數據混亂、方法砍掉重練。也正是在這種時刻，企業需要的不只是會算數的人才，而是能洞察研究何時「走鐘」，並有權力喊停、要求重來的關鍵決策者。

林唯耕坦言，過去在校園裡總認為「技術第一、成本第二」，進入商界後才驚覺行銷與信任關係往往才是關鍵。這番話雖然不如科技突破那樣動聽，卻是產品能否進入市場的殘酷真相。再卓越的散熱設計，若無法穩定生產或贏得客戶信任，也僅止於一份精美的報告。

AI 會給答案，誰來負責出貨？

訪談尾聲，主持人國威提出了一個時代難題：假設 AI 能在彈指間生成散熱架構、材料配方與流道設計，企業該選擇全面擁抱 AI 的速度，還是保留緩慢但穩定的工程驗證，以規避潛在的失效風險？

林唯耕拒絕落入二選一的框架。他的觀點是：兩者並存。AI 擅長處理資訊、生成草案；但工程師仍須實作原型，進行嚴苛的性能與可靠度測試，最終由人決定是否出貨。這並非盲目崇拜人類直覺，而是基於一項事實：AI 的資料庫裡，通常沒記載下一次「意外洩漏」或「材料疲勞」的細節，且模型永遠無法為量產結果擔負法律與商業責任。

在 AI 時代，最稀缺的未必是熟練下指令（Prompt）的人，而是具備這種能力的人：能預判答案可能在哪裡出錯、能設計實驗將問題「逼」出來，並且願意為最終的量產品質負起責任。

大眾習慣將雲端想像成輕盈、無重量的空間。但現實中，雲端是由龐大的機房架構而成，裡面裝滿了晶片、管線、泵浦與冷卻液。虛擬算力的每一次擴張，都會在實體世界留下發熱的足跡。散熱工程師的價值，就是不讓這筆物理帳單，被埋沒在光鮮亮麗的投影片背後。

瑪麗亞．斯克沃多夫斯卡－居禮（Maria Skłodowska-Curie，1867－1934），看姓氏不難聯想到，她就是我們所熟知的居禮夫人。她開創了放射性理論，發明分離放射性同位素技術，以及發現兩種新元素，是第一位獲得諾貝爾獎的女性，也是首位獲得兩座獎項的學者，在科學上的貢獻對後世影響深遠。

艱難困苦的童年

瑪麗生於波蘭華沙的書香世家，排行老么，家中有布朗斯拉娃（二姐）與索菲亞（大姐）兩位姊姊。父親是一名中學老師兼理事，母親原為一名校長，祖父亦是位受人尊敬的數學與物理教師。

當時的波蘭已被俄羅斯帝國佔領，在沙皇的統治下，波蘭人民的生活處處受限，也影響了瑪麗一家的命運。瑪麗的父親因濃烈愛國精神而被俄國上司打壓，校方撤除了他的理事一職，並將他們全家趕出宿舍；加上雙親的家庭參與波蘭獨立民族起義，家中又遭遇投資失利，經濟頓時陷入困境。

隨後瑪麗一家搬進廉價的住所，父親為貼補家用便招收了多名寄宿生，平時除供應食宿外，從學校下班後還替他們補習來賺取更多收入。生活看似漸漸好轉，但遺憾的是，短短三年內瑪麗的大姐及母親皆因病去世。

因性別在求學路上受阻

天資聰穎的瑪麗亞自幼就是個相當用功的學生，尤其在數理方面更是表現亮眼；在她 15 歲那年，便以第一名的成績從女子文理學校畢業。

然而，因當時波蘭的正規高等院校拒收女性學生，波蘭女子若想繼續接受正規的大學教育，唯一一條路就是出國留學，但這對瑪麗家中的經濟條件而言，是筆相當大的開銷且難以負擔。

成績同樣優異的二姐曾想過前往巴黎學醫，夢想成為一名懸壺濟世的醫師，但礙於家中經濟狀況遲遲無法如願。瑪麗想幫姐姐盡早完成學業，決定先當家教來資助其學費，兩人也約定，待畢業後再協助瑪麗出國求學。在瑪麗的支持下，二姐終於得以前往巴黎一圓醫師夢。

爾後的幾年，瑪麗一面做著家教工作，一面自學，期間閱讀了大量化學相關書籍，也是在這時獲得了第一份實驗室工作機會，這消息對她相當振奮；儘管實驗室設備簡陋，但能把在書中讀到的知識親手實作就已心滿意足，此經歷也影響了她未來將走上科學研究這條路。晚年瑪麗回憶起這段的時光：

「就是因為這第一次的實驗室工作，使我肯定自己在實驗研究上的興趣。」

突破重重阻礙取得學位

1891 年，24 歲的瑪麗在進行實驗室工作的同時，也終於踏上留學路，前往巴黎大學修讀物理學。剛到巴黎的她人生地不熟，對語言不熟悉外，又因過往在波蘭所受的教育無法應付大學課程，初期學業表現遠遠不及同儕。瑪麗便在課業上下足功夫，閒暇時間也都泡在圖書館裡，終於皇天不負苦心人，靠著清晰的思維加上勤奮苦讀，成績漸漸有了起色。

1893 年瑪麗以第一名的佳績成功取得了物理學碩士學位，原先是想再取得一個數學學位，但此時她已將留學用的積蓄花光，也就放棄了這份念頭。幸運的是，在友人的協助下，華沙當局頒發給瑪麗海外優秀留學生「亞歷山大獎學金」，使她得以重返巴黎大學繼續深造，並在隔年順利取得第二個碩士學位。值得讚揚的是，在畢業的幾年後她將這份獎學金歸還給委員會，這舉動令人相當震驚，從未有任何一名學子歸還過，而瑪莉是第一位。

科學界的佳偶——居禮夫婦

學成後，瑪麗留在法國並開啟了她的科研生涯。當時為了能夠順利進行工作，正尋找著合適的實驗室；在同鄉物理學家約瑟夫．科瓦爾斯基介紹下，她結識了未來的丈夫，法國青年科學家——皮耶．居禮。對科學滿懷熱情的兩人情投意合，彼此欣賞著對方的個性及才華。

1894 年，瑪麗返回波蘭生活，原以為能在家鄉繼續從事喜愛的科研工作，然而波蘭的大學仍以性別為由將其拒絕。在皮耶的說服下，瑪麗回到巴黎並協助他完成了磁性研究，兩人也在同年結為連理。

當時總有人打趣得說：「皮耶最大的發現就是瑪麗」。

帶領科學邁向新篇章

婚後夫婦倆一面養育女兒，一面做科研。瑪麗首要目標就是取得博士學位，她選定了當時剛發現的Ｘ射線以及鈾射線作為研究主題。後續在研究鈾礦時，透過驗電器的測量結果，瑪麗推斷鈾礦必定含有其他活性比鈾大的物質，於是開啟了她尋找其他放射性物質之路。

皮耶對瑪麗亞的工作越來越感興趣，隨後也加入了太太的行列。他們用酸液分解研磨過的瀝青鈾礦，再用化學分析方法分離出瀝青礦中可能含有比鈾更具放射性的物質。不久後，成功從實驗裡發現了比鈾的活性高 300 倍的新元素。隨後居禮夫婦發表了一篇聯合署名論文，正式宣布以「釙」（Polonium）命名所發現的新元素，以紀念波蘭。

在發現釙之後不久，她從實驗中發覺似乎有更強烈的放射性物質，便認定這也許是另一個新元素，這時物理學家亨利．貝克勒也加入了居里夫婦的研究行列。他們終於找出這個放射性比鈾大 900 倍的物質，三人將新元素命名為「鐳」（radium），拉丁文意為「射線」，也在研究過程中創造出單詞「放射性」（radioactivity）。

在當時居禮夫婦聯合及單獨發表的 32 篇論文中，其中一篇就為：在鐳輻射下，病變或腫瘤細胞比健康細胞死得更快。可說是若沒有這份的研究成果，就不會有現在用來治療癌症的放射性療法了。

得來不易的諾貝爾獎

在一系列研究及發現後，1903 年瑪麗終於獲得巴黎大學物理博士學位。同年瑞典皇家科學院授予居禮夫婦及亨利．貝克勒諾貝爾物理學獎，起初委員會僅表彰皮耶和貝克勒，不過有位倡導女性科學家權利的委員通報並向上申訴，瑪麗亞才能獲得提名，成為了首位獲得諾貝爾獎的女性。

隨著瑪麗亞成功從金屬中提煉出鐳，1911 年瑞典皇家科學院授予她第二座諾貝爾獎（此次為化學獎），以表彰：「發現了鐳和釙元素，提煉純鐳並研究了這種引人注目的元素的性質及其化合物」。此次的獲獎肯定也使她能夠說服法國政府支持並建立鐳研究所，該研究所於 1914 年建成，研究領域涉及化學、物理、醫學等。

將自己毫無保留地貢獻給科學與社會

一戰期間瑪麗為協助戰地外科醫生，便在靠近前線的地方設立了戰地放射中心。她的身影穿梭在戰地醫院中，指導著 X 光裝置的組裝及使用，據估計，超過 100 萬受傷士兵受過她的流動式 X 光機治療。

在戰後的歲月裡，瑪麗亞將時間奉獻將所學與經驗傳授給學生，也包括許多遠從世界各地慕名而來的後進學者。在她的指導下，鐳研究所培育出了四位諾貝爾獎得主，女兒伊倫．約里奧－居禮及女婿弗雷德里克．約里奧－居禮也在其中。

1934 年，瑪麗亞因再生不良性貧血逝世於療養院，後世普遍認為是因長時間暴露於輻射中而造成的，當時科學上並未了解到游離輻射會對人體產生危害，也未開發任何防護措施。瑪麗亞的生活處處充滿放射性物質，幾十年間患上了多種慢性疾病，然而一直到去世，她從未意識到這會危及自己的健康甚至是生命。

瑪麗亞．斯克沃多夫斯卡－居禮一生不慕名利，奔波於科學研究、教育學子，將畢生毫無保留地貢獻給科學與社會。直到今日，世人仍持續讚賞她的付出與貢獻，紀念這位偉大的科學家。

參考資料：

1. 維基百科—瑪麗．居禮
2. 科學名人堂—居禮夫人
3. 居禮夫人：大家都聽過的科學家，與她充滿波折的人生和感情路
4. 科技大觀園—開啟輻射醫學大門的居禮夫人
5. 傑出的科學貢獻與多舛波折的人生：瑪麗．居禮誕辰｜科學史上的今天：11/7

• 作者／照護線上編輯部
• 本文轉載自 Care Online 照護線上《氟漆、氟膠有何差別？正確塗氟預防蛀牙、強化琺瑯質，牙醫師圖文解說》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔

「醫師，我的牙齒好敏感喔，」王小姐抱怨道，「吃冷、吃熱都不舒服，有時候連吃甜食也會敏感痠痛。」

仔細檢查過牙齒後，醫師說，「有幾顆牙齒都有蛀牙，得趕快處理，以免繼續惡化喔。」

「唉…果然又蛀牙了…」王小姐嘆了口氣。

牙齒是我們的重要夥伴，如果蛀掉了就會帶來一連串麻煩，齒顎矯正科專科醫師李軒指出，除了使用牙刷、牙線確實清潔牙齒外，無論大朋友、小朋友也都可以善用氟漆、氟膠等氟化物來強化琺瑯質，降低蛀牙的機會。

蛀牙５階段，務必及早介入

蛀牙有分幾個階段，李軒牙醫師指出，最初期是琺瑯質（牙釉質）表面開始脫鈣，牙齒表面看起來白白的，顏色不太一樣。

接下來琺瑯質結構遭到破壞，會形成蛀洞。李軒牙醫師說，當蛀牙局限於琺瑯質時，患者通常無感，如果沒有定期檢查，很容易錯過治療時機。

當蛀牙越來越深侵入牙本質時，患者喝水、吃東西時就會覺得敏感不適。

如果蛀牙繼續惡化，牙髓腔便會受損，李軒牙醫師說，牙髓腔裡有神經，疼痛自然會越來越厲害。

隨著感染惡化，牙髓腔內的細菌越來越多，將會形成膿瘍，假使細菌順著牙根往深處蔓延，就可能在牙齦上出現膿包，或導致臉部的蜂窩性組織炎，嚴重甚至可能進展為敗血症，危及性命。

正確塗氟，強化琺瑯質

我們的牙齒主要是由鈣、磷組成的磷灰石，李軒牙醫師表示，口腔裡的細菌會分解食物殘渣，產生酸性物質。原本堅硬的牙齒在接觸這些酸性物質後，會漸漸被溶解、釋出鈣跟磷，這個過程稱為「脫鈣（去礦化）」。

研究發現，氟化物（Fluoride）可以跟鈣結合，形成氟化磷灰石，李軒牙醫師分析，「與原來的磷灰石相比較，氟化磷灰石的結構較穩定，較能抵抗酸性物質的侵蝕，有助強化琺瑯質。」

運用氟化物來預防齲齒已有數十年的歷史，目前有氟漆、氟膠、氟錠、含氟牙膏等多種氟化物可供使用。

在牙齒遭到酸蝕前塗氟可以強化琺瑯質，增加對抗酸蝕的能力，李軒牙醫師說，如果牙齒已有脫鈣的現象，塗上氟漆、氟膠，還是能夠強化琺瑯質，有效降低未來再發生蛀牙的機會，或是減少敏感的問題。

「臨床上有時會遇到成年患者感覺牙齒很痠、敏感，看起來還沒有形成明顯的窩洞，」李軒牙醫師說，「我們會嘗試塗氟漆，並安排病人回診檢查，如果在初期及早介入，有機會阻斷後續蛀牙的發生。」

氟漆、氟膠比一比

氟漆跟氟膠的內容物都是氟化物，差別在於載體。李軒牙醫師解釋，氟漆的使用方法是塗在牙齒表面，它會形成一個保護層，讓氟化物有較長的時間去跟牙齒裡的鈣結合，成為氟化磷灰石，以強化琺瑯質。

氟膠的使用方法是先做一個氟托（牙托），然後裝入氟膠，李軒牙醫師說，佩戴氟托時，所有的牙齒都浸泡氟膠裡面。使用氟膠後，通常會建議在半個小時內不要吃東西、漱口，否則氟膠很容易就會流失掉。

氟漆的好處是可以有效地附著在牙齒表面，碰到水之後，會形成一個保護膜，有較長的時間滲透到牙齒，強化琺瑯質。李軒牙醫師說，「因為氟膠比較容易流失，所以我們較常是使用氟漆，讓氟化物有足夠的時間發揮強化琺瑯質的效果。」

氟膠比較容易流失，若是遇到配合度較差的小朋友，也無法進行，李軒牙醫師說，氟漆的方便性較高，且能在牙齒表面形成保護膜，持續較久的時間，所以目前在替兒童塗氟時，都會使用氟漆來進行。

塗氟時，牙醫師會先把牙齒表面、牙縫裡的牙菌斑清乾淨，接著隔絕口水，讓牙齒維持在清潔、乾燥的狀態，然後再塗上氟漆。

部分家長會關心使用氟化物的安全性，李軒牙醫師說，口服的氟錠較容易有過量的情形，通常是小朋友誤食，當成糖果一口氣吃了很多顆，所以家中的氟錠一定要放在小朋友拿不到的地方。至於其他氟化物的含量有限，縱然吃掉一整條牙膏，其實也不至於有嚴重的影響。

氟漆中的氟化物都是在安全許可範圍內，李軒牙醫師說，只要由專業牙醫師操作，不用擔心氟化物過量的問題。

貼心小提醒

小朋友開始長牙後，便要定期到牙科檢查、塗氟，在尚未蛀牙前，開始強化琺瑯質，李軒牙醫師提醒，及早介入便可以用一些相對簡單，費用也比較低的方法，有效地做好牙齒保健，避免引發未來一些不必要的麻煩。關於牙齒的健康，預防永遠勝於治療喔！

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文 / 陸子鈞

牙醫師要替你拔牙或者補蛀齒前，一定會拍個X光照片。不過膠片式攝影需要另外儀器讀取膠片，沒拍好還得重拍；直接成像雖然不用等待顯像，但是設備昂貴，並不是每間牙醫診所都能負擔得起。現在，國家中山科學研究院的自主開發技術，有機會讓數位直接成像設備更普及在小型醫療診所，提昇就醫品質。

現在比較常見的膠片式電腦放射攝影（computed radiography, CR），在拍攝牙齒X光影像時，需要塞入一片磷光影像膠片，拍攝後再由雷射光讀取機將膠片上的潛像轉換成X光影像，假如顯像後發現拍得不好還得重新拍攝，非常花時間。新一代的直接成像（Direct Radiography, DR）操作時不需要磷光影像膠片和雷射光讀取機，能夠直接成像，但是設備昂貴，通常只有忙碌的大型醫院會購置。

對病患來說不只是省時，「不說你可能不知道，DR（直接成像）的放射線劑量也比CR（電腦放射攝影）還低」，國家中山科學研究院材料暨光電研究所郭志暐博士提到。但直接成像設備都仰賴國外進口，所以價格昂貴，大多數的小型診所還是使用較麻煩、費時又較高放射線劑量的電腦放射攝影。郭博士所主持的醫療器材研究團隊，目標就是要發展國內自有技術的高階醫療器材－包括直接讀取式數位X光感測器。他說：「當初接到這項計畫感覺非常『神聖』，因為過去在國家中山科學研究院都是研發國防武器，但是這次卻是發展救人的醫療器材。」

直接讀取式數位X光感測器最主要的元件就是碘化銫（鉈）閃爍體（scintillator）和CMOS影像感測器。閃爍體能夠將X光轉換成可見光，再由CMOS影像感測器接收，成為數位訊號。閃爍體越厚，發出的光就越強，但光在越厚的閃爍體中也容易散開，降低了解析度。因此，研究團隊改用真空蒸鍍方式沉積碘化銫（鉈）薄膜，製成柱狀的結構閃爍體，可以利用全反射效應將光子侷限在柱中而不會散開，也就能得到較佳的影像解析度。由於解析度較高，所以拍攝相對來說不需要這麼強的X光，減少患者接收的放射線劑量。

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