【科學簡史】從必死無疑開始說起–雖死猶生的器官移植(1)

本文與 威力暘電子 合作，泛科學企劃執行。

想像一下，當你每天啟動汽車時，啟動的不再只是一台車，而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機，後果會有多嚴重？方向盤可能瞬間失靈，安全氣囊無法啟動，整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情，而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天，我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟，汽車的「大腦」—電子控制單元（ECU），是如何從單一功能，暴增至上百個獨立系統？而全球頂尖的工程師們，又為何正傾盡全力，試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化？

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代，當時的汽車工程師們面臨一項重要任務：如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力？「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現，關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間：火星塞的點火時機，也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內，這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一！引擎效率就能提升整整一成！這不僅意味著車子開起來更順暢，還能直接省下一成的油耗。那麼，要如何跨過這道門檻？答案就是：「電腦」的加入！

工程師們引入了「微控制器」（Microcontroller），你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法，在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內，精準計算出最佳的點火角度，並立刻執行。

從此，引擎的性能表現大躍進，油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元（ECU）的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」（Engine Control Unit）。

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功，在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像：「這 ECU 這麼好用，其他地方是不是也能用？」於是，ECU 的應用範圍不再僅限於點火，燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車，甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而，問題來了：這麼多「小電腦」，它們之間該如何有效溝通？

為了解決這個問題，1986 年，德國的博世（Bosch）公司推出了一項劃時代的發明：控制器區域網路（CAN Bus）。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上，就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是，CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如，煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息，絕對能搶先通過，避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題，但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線，並連接各種感測器和致動器。結果就是，一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里，總重量更高達 50 到 60 公斤，等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面，大量的 ECU 與錯綜複雜的線路，也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束，簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障，無疑讓人一個頭兩個大。

汽車電子革命：從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代，汽車電子架構迎來一場大改革，「分區架構（Zonal Architecture）」搭配「中央高效能運算（HPC）」逐漸成為主流。簡單來說，這就像在車內建立「地方政府＋中央政府」的管理系統。

可以想像，整輛車被劃分為幾個大型區域，像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙，就像數個「大都會」。每個區域控制單元（ZCU）就像「市政府」，負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合，並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理，就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台（HPC）擔任，統籌負責更複雜的運算任務，例如先進駕駛輔助系統（ADAS）所需的環境感知、物體辨識，或是車載娛樂系統、導航功能，甚至是未來自動駕駛的決策，通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中， 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子，便精準地切入了這個趨勢，致力於開發整合 ECU 與區域控制器（Domain Controller）功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢，威力暘提供的解決方案，就像是將好幾個「分區管理員」的職責，甚至一部分「超級大腦」的功能，都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力，可同時支援 ADAS 與車載娛樂，還能兼容多種通訊協定，大幅簡化車內網路架構。如此一來，車廠在追求輕量化和高效率的同時，也能顧及穩定性與安全性。

萬無一失的「汽車大腦」：威力暘的四大策略

然而，「做出來」與「做好」之間，還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯？具體來說，威力暘電子憑藉以下四大策略，築起其產品的可靠性與安全性：

1. AUTOSAR ： 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層（RTE）和基礎軟體層（BSW）。就像在玩「樂高積木」，ECU 開發者能靈活組合模組，專注在核心功能開發，從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
   
2. V-Model 開發流程：這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般，左側從上而下逐步執行，右側則由下而上層層檢驗，確保每個階段的安全要求都確實落實。
   
3. 基於模型的設計 MBD（Model-Based Design）： 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具，把整個 ECU 要控制的系統(如煞車)，用數學模型搭建起來，然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前，就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷，，並驗證安全機制是否有效。
   
4. Automotive SPICE (ASPICE) ： ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」，它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性，而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」，也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化，並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作，其能否正常運作，自然被視為最優先項目。為此，威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準：ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統（特別是 ECU）的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」，從概念、設計、測試到生產和報廢，都詳細規範了每個安全要求和驗證方法，唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略，威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準，才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而，ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡，「大腦」變得更集中、更強大後，汽車產業又迎來了新一波革命：「軟體定義汽車」（Software-Defined Vehicle, SDV）。

軟體定義汽車 SDV：你的愛車也能「升級」！

未來的汽車，會越來越像你手中的智慧型手機。過去，車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」，想升級？多半只能換車。但在軟體定義汽車（SDV）時代，汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」，能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA（Over-the-Air）技術，車廠能像推送 App 更新一樣，遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過，這種美好願景也將帶來全新的挑戰：資安風險。當汽車連上網路，就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭，輕則個資外洩，重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV，業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略，確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程，到安全認證，這些努力，讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新，也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力，威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota，以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈，更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴，以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈，並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產，驗證其流程與品質。

毫無疑問，未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷，交由電腦判斷，比交由人類駕駛還要安全的那一天，離我們不遠了。而人類的角色，將從操作者轉為監督者，負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全，人類甘願當一個「最弱兵器」，其實也不錯！

• 作者／照護線上編輯部
• 本文轉載自 Care Online 照護線上《小心流失營養、腎性貧血，透析後營養補充重點提醒，腎臟專科醫師圖文解說》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔
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「有位 80 歲的伯伯已經洗腎五、六年，因為牙齒不好幾乎以流質食物補充營養，但近期開始出現腸胃不適的狀況，除了拉肚子外，也吃不下東西，在三個月內體重下降 5 公斤，結果有一次伯伯從輪椅站起來的時候跌倒，造成股骨頭骨折，目前還在住院治療。」舒民診所院長王舒民醫師表示，接受血液及腹膜透析除了排除體內的代謝廢物與多餘的電解質外，胺基酸、微量元素、水溶性維生素，如 B1、B6、B12 與葉酸等，也可能在透析過程中流失。

「後來抽血檢驗發現，伯伯血中的白蛋白濃度已從 4.3 mg/dL 降到 3.5 mg/dL 且出現腎性貧血，建議他要適時使用營養補充品。」除了攝取足夠的熱量、蛋白質，需要補充維生素 B12、葉酸、肉酸與牛磺酸等重要營養素，有助於維持肌肉張力，減少跌倒或者住院的風險。

倘若蛋白質和熱量攝取不足，身體就會開始消耗體內肌肉蛋白根據統計約有一半的慢性腎臟病患者會面臨「蛋白質-熱量耗損」的問題，患者可能出現噁心、嘔吐、體重減輕等狀況。蛋白質-熱量耗損當然會影響生活的品質，會使病人的住院率、死亡率上升。對慢性腎臟病患者而言，蛋白質-熱量耗損是重要的預後指標。

「每次血液透析約會流失 6 至 8 克蛋白質，如果沒有適當補充蛋白質，讓身體長期處於營養的負平衡，可能導致肌肉萎縮、肌少症，並衍生一些不必要的併發症。」王舒民醫師提到，近年來因透析患者罹患肌少症而導致死亡率增加故非常受到重視，提醒透析患者必須攝取足夠蛋白質，建議攝取量為每天每公斤體重 1.0-1.2 公克；熱量攝取也非常重要，建議攝取熱量是每天每公斤體重 30 至 35 大卡。以體重 60 公斤腎友為例，每天需要攝取 1800 至 2100 大卡，如果無法攝取足夠熱量，可以適時補充營養品，營養品內會添加維生素及微量元素，對於患者來說也很方便。

透析患者營養補充重點提醒

王舒民醫師建議透析患者可以選擇高熱量、高蛋白質含量、富含肉酸及牛磺酸、維他命 B12、葉酸的營養品。「由於透析患者容易出現腎性貧血，可能影響生活品質、增加住院及死亡率，建議補充維生素 B12、葉酸，幫助紅血球生成，維持好氣色。脂肪攝取責建議選擇不飽和脂肪酸，減輕身體的負擔。

補充肉酸能幫助血紅素合成，降低紅血球生長激素施打的劑量。血紅素上升可以改善病人的生活品質、減少心臟的負擔。若病患要使用營養品，請務必跟醫師、營養師討論，確認配方是否適合。

貼心小提醒

慢性腎臟病患在洗腎前跟洗腎後，一定要調整攝取蛋白質的觀念。王舒民醫師表示，在洗腎之前，蛋白質攝取量約為每天每公斤體重 0.8 公克，以減少腎臟負擔，延緩腎臟功能的惡化。開始洗腎後，就要調整蛋白質攝取量至每公斤體重 1.0-1.2 公克。

若無法攝取足夠的熱量、蛋白質，可適時使用營養補充品。醫師提醒維生素 B12、葉酸、肉酸與牛磺酸等皆是重要營養素，能幫助腎友維持代謝與活力，改善生活品質！

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波蘭的這間實驗室裡，鎖著一櫥劇毒化學藥劑，只有員工才能持鑰匙開啟。她藉職務之便，盜走了一袋白色結晶。^[1]

早上 6 點 54 分，急救人員接獲家屬通報，並於 7 點 7 分趕到女子的住所。她正嘗試嘔吐。女子說，自己3個月來服藥抗憂鬱，當天 6 點 40 分，卻還是吞下劑量不明的氯化汞（HgCl₂）。她講話的時候抱怨腹痛，但沒有其他症狀。^[1]

自殺防治專線：
 衛生福利部安心專線 1925
 生命線協談專線 1995
 張老師輔導專線 1980

症狀

救護車在 7 點 34 分抵達醫院急診室，女子開始嘔吐。^[1]接著，她中樞性發紺（central cyanosis），全身缺氧，膚色泛青；^{[1, 2]}心跳過速、頻頻顫抖、吞嚥困難、腹瀉、口齒不清。^[1]她的呼吸急促，吸氣時肺部有濕囉音（crackles或rales）；吐氣則伴隨喘鳴（wheezing）。^{[1, 3]}

檢驗

血液檢測顯示，女子的血球容積比（haematocrit），也就是血液中紅血球所佔體積的百分比，數值極高，意味著嚴重脫水；^{[1, 4]}單位容積裡，血紅素（血紅蛋白）的重量，還有紅血球、白血球、血小板的個數，也全部超標；而汞濃度高達 191 mg/L。^[1]

另外，生化檢驗的血液檢體，因為過份溶血（haemolysis），所以缺乏結果報告。^[1]雖然汞中毒會破壞紅血球，而導致此現象；^[5]但是另一管血液似乎未受影響。^[1]如果兩管為同時採樣，僅此檢體溶血，其實也有可能起因於技術失誤，像是止血帶綁太久等。^[6]

治療

氯化汞等腐蝕性物質，會傷害腸胃道的黏膜，使其穿孔。治療時，得密集地經靜脈補充水份，並對付各種症狀。醫療團隊試圖改善女子脫水的情況，同時投以正腎上腺素、胃酸抑制劑、鴉片類止痛劑等，然後插管連接呼吸器。他們沒有幫女子洗胃（gastric lavage），^[1]或許是因為文獻指出這會引發嘔吐，然後就有將穢物吸入呼吸道的風險。^[7]理想上，還可提供螯合療法（chelation therapy），^[1]用能與重金屬結合的藥物，將毒物從血液中移除。^[8]甚或加上血漿分離術（plasmapheresis），換置乾淨的血漿；或是以血液透析（俗稱「洗腎」；haemodialysis）過濾掉毒素。^{[1, 9, 10]}不過，時間根本不夠執行這些治療。10 點 25 分，女子就心臟驟停（sudden cardiac arrest）。立刻心肺復甦無效，享年38歲。^[1]

驗屍

儘管這名女子罹患憂鬱症，服毒動機明確；負責此案的檢察官為求謹慎，仍委託波蘭博美醫學大學（Pomeranian Medical University）的法醫系驗屍：女子嘴唇與口腔黏膜交界的表層壞死，呈現深褐色；某些跟牙齒連接處的牙齦發黑；肺及大腦等內臟鬱血水腫；食道和十二指腸的黏膜極為柔軟；白色剝落的病灶，遍佈血栓性壞死（thrombotic necrosis）的灰白胃壁；胃裡有 50 毫升的粉褐色液體（照片）；有些稀爛的糞便，猶未排出體外。血液中，驗出急救時使用的藥物，以及 2 種抗憂鬱劑，還有濃度高達 147 mg/L的汞。^[1]

氯化汞

氯化汞能讓蛋白質變性，過去曾被當作消毒劑使用。其毒性極強，若不慎攝取，可能會造成腐蝕性灼傷、急性腸胃炎、急性腎衰竭與循環衰竭，甚至微小的劑量就能致人於死。正常來說，汞在血液裡的濃度，應該維持於 10 μg/L以下；超過 20 µg/L，即視為中毒。此案女子生前跟死後兩次驗血，得到的數值分別為 191 mg/L 和 147 mg/L，可謂相當驚人。檢察官看了驗屍報告，確認女子死於服氯化汞自盡，便不再繼續調查。^[1]

1. Majdanik S, Potocka-Banaś B, Glowinski S, et al. (2023) ‘Suicidal intoxication with mercury chloride’. Forensic Toxicology, 41, 304–308.
2. Pahal P, Goyal A. (03 OCT 2022) ‘Central and Peripheral Cyanosis’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
3. Dugdale DC. (14 JUL 2021) ‘Breath sounds’. MedlinePlus, U.S. National Library of Medicine.
4. ‘What Does Hematocrit Mean?’. The American National Red Cross. (Accessed on 26 AUG 2023)
5. Kerek E, Hassanin M, Prenner EJ. (2018) ‘Inorganic mercury and cadmium induce rigidity in eukaryotic lipid extracts while mercury also ruptures red blood cells’. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Biomembranes, 1860(3):710-717.
6. Jacob E, Jacob A, Davies H, et al. (2021) ‘The impact of blood sampling technique, including the use of peripheral intravenous cannula, on haemolysis rates: A cohort study’. Journal of Clinical Nursing, 30(13-14):1916-1926.
7. Zag L, Berkes G, Takács IF, et al. (2017) ‘Endoscopic management of massive mercury ingestion: A case report’. Medicine (Baltimore), 96(22):e6937.
8. Millstine D. (SEP 2022) ‘Chelation Therapy’. MSD Manual – Professional Version.
9. Sergent SR, Ashurst JV. (10 JUL 2023) ‘Plasmapheresis’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
10. Murdeshwar HN, Anjum F. (27 APR 2023) ‘Hemodialysis’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.