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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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工研院發表台灣首套 低劑量3D錐形束X光斷層掃描儀

在高階醫材由三大巨頭把持、競爭對手南韓領先研發3D-X光機,如何發揮台灣ICT產業的優勢,在生醫產業闖出一片天?工研院發表的3D錐形束X光斷層掃描儀,將是台灣廠商進入國際市場的重要技術,工研院也策動下世代的X光系統技術研發,帶動優勢電子與光電產業進入高階醫療市場。

成年人平均有32顆牙齒,在單顆或多顆缺牙時選擇植牙,就不需要削磨鄰近的好牙,即可做固定假牙;全口無牙時,以人工牙根做支撐,也可以做全口固定假牙或穩定性較好的活動假牙。

因此在2011年,全球最大的牙科材料製造和銷售廠商登士派〈Dentsply〉公司預估,全球齒科相關產品市場約180億美元,長期平均成長率約4到6%,其中又以人工植牙市場發展最為快速,年增率約為15到18%,佔總體齒科市場的10%。

要提升植牙的成功率,精確的影像診斷設備不可或缺,有鑑於此,南韓在2000年就提出發展高階X光機的研究計畫,分別在2005、2007年發表2D和3D- X光機,經濟部技術處生醫材化科科長劉淑櫻指出,現在高階醫材市場多由國際大廠把持,牙科器材則多半來自韓國。而高階醫學影像器材年營業額320億美元,占全球整體醫療器材產值的23.6%,台灣擁有光電、資通訊技術及產業群聚優勢,卻僅占整體醫療器材總產值的0.7%,有很大成長空間。

首部台灣製3D-X光斷層掃描儀 低輻射高效能

目前台灣一萬六千多家牙科診所,有提供植牙服務的超過半數,一般治療多以X光拍攝牙口影像,或是採用國外購買的昂貴3D「錐形束」X光斷層掃描儀,來取得3D牙口相片。這二類醫療器材因取得影像面積小,往往需要重覆掃描或拍攝來取得充足的診斷醫療影像,且以往X光斷層掃描多採用扇條形方式進行180度掃描,因是採用光束模式建置影像,掃描區域小,必須以長時間掃描才能取得影像,取相快門也需長時間打開,讓病人重複曝露在X光下。

工研院發表第一套由國人自行設計的「3D錐形束(Cone Beam)X光斷層掃描儀技術」,其輻射劑量只有30到100微西弗(µSv),是傳統X光片1,200到2,300微西弗(µSv)的三分之一,掃描速度也僅7到30秒,比一般醫療斷層掃描10秒到6分鐘更省時,解析度也從0.6到1公厘精確到0.1到0.4公厘,不僅速度快、準確度也更高,未來可應用在牙科及頭顱影像掃描,是牙科及頭部病症診斷的最佳利器。

X光顯示穿透影像,斷層掃描顯示反射影像,3D技術則找出兩種影像的關聯,協助醫生判讀病灶。工研院整合市場上的錐形束(Cone Bean)X光源及平板螢幕感應器,配合3D重建、影像補償軟體系統及機電整合技術,運用大面積的錐形束X光在270度內進行掃描,在1.5分鐘內即可快速取得90張3D影像後,再輔以3D軟體即能重建完整的患者病灶的3D圖。因錐形束X光取像區域大,因此,快門可以關閉,只需在拍攝時才需打開,讓X光輻射量較傳統大幅減少。此外採用智慧型影像校正方法,在進行掃描同時,能一面取像一面進行拍攝校正,不僅降低因震動造成的取像模糊困擾,也大幅提昇拍攝的精準度。

瞄準新興國家市場 引領台灣X光產業鏈進入擴增期

工研院電光所刁國棟副所長表示,工研院以3D影像豐富的技術經驗,整合立體掃描取像系統、X光光源、伺服馬達機電系統及平板X-ray感應器等系統,自主開發出「3D錐形束X光斷層掃描儀」,可快速提供大面積3D影像,滿足治療上的需求,不僅為牙科治療提供更精準醫療參考,也為病人提供更安全的醫療技術。

3D錐形束斷層掃描儀不僅可應用在牙科、腦科等疾病診斷,其基礎技術也可運用於設計下世代高對比乳房攝影系統,對癌細胞軟組織做更準確辨識與診斷,期能大幅改善檢測正確率從三成提昇至五成以上。

目前工研院正在徵求技轉廠商進行合作,期待平價錐形束斷層掃描可以打開中國、印度、東南亞以及其他新興國家市場,在台灣完整X光產業鏈下,透過與業界合作,帶動優勢電子與光電產業,為台灣高階醫療器材貢獻發展新機會。

新聞辭典:Cone beam(錐形束)斷層掃描

X射束是以錐狀放射的方式,配合面狀的影像增強器來獲取三度空間影像,錐狀放射的方式使得接收器可以在單次360度旋轉內獲得所需的三度空間頭顱影像,不需要像傳統斷層掃描般,得多次迴轉掃瞄才可以獲得立體影像。
錐形束斷層掃描所得的三度空間立體影像,於x軸、y軸、z軸方向解析度是相同的,每個立體像素均為正立方體,因此可將此數位化影像資料在重組成各個方向的切面如縱切面、橫斷面、矢狀切面甚至斜切面等的影像,再透過軟體重組建置影像後,即能提供醫師作診斷與治療。

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