照片人物:帶領此計畫的工研院電光所刁國棟副所長堪稱台灣光碟機產業發展的始祖,當時的光電所培育出台灣光碟機產業研發人才。至今,雖然光碟產業勢微，刁國棟希望藉由電光所發明的藍光雷射掃描顯微鏡，有機會重新結合現存的光碟機人才與企業，成立合資公司，在生物醫療檢測器材領域，再造輝煌。(廖惠如攝)
電光所讓藍光讀寫頭跨入生醫領域
台灣，曾經是光碟機王國，每十台光碟機中，就有一台是來自台灣，但隨著高速網路、雲端、隨身碟等技術的出現，光碟機逐漸被取代，過去盛極一時的光碟機廠商也面臨轉型的挑戰。
光碟機如何在新技術中找到高值化商機？工研院結合ICT技術在醫療電子器材應用，讓一台上千萬的顯微鏡變得相當平民化，把光碟機的技術應用在生物螢光顯微影像上，使光碟機產業在醫療器材市場上找到應用新契機。
目前最先進的顯微鏡技術稱為雷射掃描共軛焦顯微鏡（Laser Scanning Confocal Microscopy ，簡稱LSCM），是近代生物醫學影像儀器的最重要發展之一，採用螢光顯微雷射掃描裝置，以紫外光或可見光激發螢光探針，利用電腦進行影像處理，從而得到細胞或組織內部微細結構的螢光影像，2011年清大教授江安世建構出果蠅「腦內嗅覺神經網路地圖」，背後最大的助力就是來自利用共軛焦顯微鏡。
但雷射掃描共軛焦顯微鏡一台造價動輒上千萬元，造價不斐，工研院卻利用現成的光碟機讀寫頭技術，研發出研發具數位化座標定位功能的「藍光雷射掃描顯微鏡/ Blue-ray Scanning Microscope, BSM」，做出幾乎不遜色於雷射掃描共軛焦顯微鏡的技術，更成功讓光碟機廠商找到讓產品高值化的機會。
工研院電光所刁國棟副所長表示，過去十年，工研院為讓國內光碟機產業掌握關鍵技術，已經成功掌握藍光讀寫頭的技術，因此可將技術利用在生物顯微鏡上，以光碟機光學頭信號讀寫伺服控制來重複掃描同一位置影像，消除隨機雜訊；在螢光強度微弱的情況下，能夠進行長時間的積分疊加以獲得高對比度(high contrast)及低位置錯位(low offset)的影像；能夠將多張高解析度小區域影像拼接出大範圍高解析度影像；所使用的位址標記與生物樣本結合在一起，因而能在不同時間觀察、或是因外在因素被迫中斷掃描、或是使用不同波長取像的藍光雷射掃描顯微鏡，仍然可以對原影像進行重建(reconstruction)、接續掃描(stitch)、多波長或多模式影像融合(multicolor or multimodality image fusion)等處理，這些技術的整合，讓藍光雷射掃描顯微鏡可以讀出更細微的影像。
圖片說明:工研院運用藍光光碟機與光學頭技術開發出的藍光雷射掃描顯微鏡效能媲美上千萬元的雷射掃描共軛焦顯微鏡(右)，成本卻可望壓低數十倍之多。
而藍光雷射掃描顯微鏡比雷射掃描共軛焦顯微鏡更先進之處在於增加定址功能，傳統雷射掃描共軛焦顯微鏡觀察細胞影像時，因為倍數放大到數千萬倍很難迅速找到正確目標物進行重覆觀測分析，有時一不慎跑離目標物，幾乎就無法再找到原來觀察位址。
刁國棟指出，工研院的藍光雷射掃描顯微鏡，主要採用藍光光碟機光學讀取頭上共構的雙光束雙物鏡加以改造，利用藍光讀取物鏡來讀取生物樣品螢光顯微影像。另一個CD/DVD紅光讀取物鏡用來讀取該生物細胞映像相對之數位地址，也就是稱之為定址（addressing）的座標，把細胞樣品放置在特殊設計樣品載玻片上，該樣品載玻片分成定址伺服區及樣品區兩區，分別對應紅光及藍光物鏡。因細胞樣品的任一『點』皆同時對應一『位址』，如此讀細胞影像時即可如讀光碟機一樣便利快速，也就不再有找不到目標物的困擾了。
全球分子影像市場穩定成長，分子影像是以非侵入方式，取得人體體內特定細胞的醫學影像，可用於疾病之早期診斷、發現及治療，目前最被廣泛應用的為癌症偵測，其他亦有用於心血管疾病、腦神經退化等影像偵測；而對於後天免疫缺乏症候群（愛滋病，AIDS）的診斷、監控與治療用藥等過程，也可以提供免疫細胞量的檢測。另一個應用是新藥的研發，藉由分析活體生物的細胞影像，了解生物病理與藥物的相關研究，快速而有效的評估新藥的療效。
根據工研院IEK研究報告（2013/09）指出，2012年全球顯微鏡市場約38.4億美元，由於掃描探針顯微鏡系統等新興技術及應用不斷開發的影響下，估計2018年市場將可達53.8億美元。工研院研發的藍光雷射掃描顯微鏡，以不到雷射掃描共軛焦顯微鏡百分之一的造價，提供幾乎一樣的功能，將可協助台灣光碟機產業邁入生醫領域，並促成生醫與科技產業跨界合作，打造產業高值化的契機。
另類iGlass: 直視型內視鏡手術顯示器
目前在進行內視鏡手術時，醫生需藉助監視器螢幕來觀察手術情況。然而，醫生必須不斷的調整手術器械的位移量與角度，可是，顯示影像的監視器卻放置於某一固定處。因此，醫生必須長時間抬頭去觀察該監視器，且在手術行進中需要不斷的修正視線的方向。工研院展出的「直視型內視鏡手術顯示器」，為微創手術使用的透視型顯示器，可直接穿戴於醫生的頭部，並將手術影像，病患的生理資訊畫面藉由光學設計的手法，構成一虛像置於眼前，該虛像畫面可隨時保持在醫生的正前方，因此醫生可依照手術情況的需求，而調整頭部、手、身體的位置與角度，達到符合人體工學的手術情境，以便利醫生進行手術。尤其特別的是，工研院的直視型內視鏡手術顯示器，重量不到100公克。
用看的－非侵入式血糖儀
以創新的非侵入式「即時自我監測血糖儀」技術，透過低能量紅外光照射水晶體前的前房液，並運用量測前房液中葡萄糖對紅外光產生吸光性與旋光性的變化，檢測眼睛內前房液的葡萄糖濃度改變，推算得知人體相對的血糖濃度值。這是首次以二合一方式，利用紅外光量測眼睛的非侵入式與連續監測血糖變化的儀器，目前已成功進行動物實驗，並將進入人體試驗，這項無痛、無血、無感染、無耗材，可連續監控的創新非侵入式自我監測血糖濃度方法，將是糖尿病患居家照護之最佳利器。
目前市面上最普遍使用的血糖監測產品仍以侵入式(invasive)血糖儀為主，以採血針於指尖採血，配合使用血糖試紙，經由電化學反應來測量血液中的血糖濃度。因指尖採血有引發病患疼痛及引發感染的疑慮，部分糖尿病患並未經常測量其血糖，導致血糖濃度控制不佳。現今新興血糖監測技術的市場，就是以非侵入式（non-invasive）與連續監測兩大需求為主，然至今尚未有任何產品可以做到兼具非侵入式與連續監測血糖，可瞭解血糖濃度與人體代謝關係的長時間變化，同時又符合準確、易使用、易攜帶、美觀以及低成本等條件的終極目標。
非侵入式血糖監測係指在不採血的情況下，對病患進行血糖量測，可有效減少患者因採血而帶來的疼痛與壓力，是目前最受矚目的新興血糖監測技術。過去報導的非侵入式血糖監測技術包括光學、電學或電化學等感測技術，由病患的指尖、耳垂、皮膚或口腔等不同位置進行血糖量測。由於量測信號微弱，易受到量測位置有其他生物分子及組織結構、量測時的震動或溫度等影響。工研院以多重精密光學技術發展「即時自我監測血糖儀」，創新結合吸光性與旋光性的二合一精密生醫光電量測技術；藉由紅外光聚焦於眼球的前房液中，經由水晶體反射，量出前房液對紅外光吸收及偏轉變化，運算出葡萄糖濃度，推算人體相對的血糖濃度值。這項技術因不受眼球形狀影響，也因功率小，不會對眼睛造成傷害，具有無痛、無血、無感染、無耗材，可連續監控等優點，目前已成功進行動物實驗，並將進入人體試驗，初估將在5年後上市，屆時會是糖尿病患即時自我監控的最佳利器。
可攜式超音波核心技術
工研院與佳世達合作開創下世代可攜式超音波系統與晶片之自主性技術，運用工研院晶片設計及無線通訊之技術能量，與佳世達合作開發掌上型可攜式超音波掃描儀，期能突破歐美日壟斷的高階醫材技術，發展自主核心技術及專利，以帶動ICT產業與高階醫療器材整合。
目前超音波掃描儀的技術核心幾乎都被國外大廠壟斷，工研院目前已成功掌握超音波系統設計平台技術，透過與佳世達的合作，可完成「多通成像運算器晶片技術」、「高訊雜比類比晶片技術」及「高壓晶片設計封裝技術」等基礎技術，預計二年內可開發出第一部從軟硬體到晶片設計均由國人自製的可攜式彩色醫用超音波儀。
工研院與佳世達攜手合作，使超音波脫離傳統機台重量限制，大幅縮小超音波尺寸外，可發展出掌上型的可攜式超音波掃描儀，使超音波使用更加普及化，未來小型診所、醫師人手一台，可提高初階醫學診斷的確診率。同時在偏遠地區或遠距緊急醫療時，也可與智慧型手機結合，只要接上超音波探測器即可產生即時影像，成為緊急救護的最佳利器，加速行動醫療環境發展。
3D錐形束斷層掃描儀技術
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，也為患者提供更安全的醫療技術。這項技術這是工研院首次發表，目前正在徵求技轉廠商進行合作，期待透過與業界合作，為台灣高階醫療器材貢獻發展新機會。
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，讓患者重複曝露在X光下。工研院開發的「3D錐形束斷層掃描儀」，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1/3。此外，由於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。
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3成提昇至5成以上。
軟性數位X光系統
不只是高科技3C產品需要輕薄的面板，工研院所研發的軟性薄膜還可應用在醫療當中。以往當牙醫發現病人齒間有齲齒現象時，都會照射X光，而過往使用的類比式感測片，就像舊式軟片攝影一樣，需要沖洗才能夠顯影，近年發展的數位式X光攝影，牙醫病患口中必須含一個硬式的遮光片，也相當不舒服。工研院研發出的「軟性數位X光系統」，可以完整貼合牙齒外型、針對牙齒間隙密的縫隙，進行清晰的攝影，產生高解析度的影像，增加遮光片的舒適度。並能夠整合目前的醫療影像資源，未來可進行遠距醫療、即時影像處理、影像重組及電腦輔助診斷等功能。
手持式眼底攝影機
眼底攝影機是診斷青光眼、黃斑部病變及糖尿病的利器，但傳統機型體積大且價值動輒上百萬，國內僅少數大型醫院添購；工研院協助晉弘科技完成「手持式眼底攝影機」商品化，一般診所就能使用，有助於眼部健檢普及。
有鑑於過去醫療方式之不便，即蘊含龐大的商機。因此藉由醫療器材快速試製開發服務，晉弘科技與工研院成功完成「免散瞳數位眼底攝影系統、數位診斷鏡組」之商品化開發。除了大幅縮小檢測器材之重量體積、可單手操作所有功能，並預留各種器管檢查鏡組擴充開發之可能。產品開發團隊並特殊設計類似單眼相機之更換鏡頭功能，使用上只需將鏡頭更換為不同鏡組，便能夠在同一主機上具有眼底鏡檢測鏡組、皮膚鏡組、耳鏡組等，並在未來將預留開發婦科內視鏡組、腹腔鏡組、關節鏡、神經內視鏡、呼吸道鏡組等可能性，也可以結合手術器具用於內視鏡微創手術過程中的即時攝錄影和診斷檢查。此醫療診斷裝置的成功開發，為現有的診所及小規模之醫院、遠距醫療或家庭醫師提供了極為實用的全功能診斷工具。
使用多功能數位攝影，除了可以將病患的眼底、皮膚、五官等病症拍照儲存外，更是一種增加醫病關係之工具，醫師於攝影後可將照片與病患於外接式大螢幕即時進行病徵討論，破除以往冷漠之醫病關係，迅速增加醫師與病患之互動，同時能夠藉由網路將醫學影像即時傳送到雲端建立電子病歷資料庫、或由遠距門診醫師的電腦上提供醫師診斷的參考。此外，在醫療資源普遍不足的偏遠地區無法取得大型的診斷或健康檢查儀器設備，手持式數位診斷裝置更突顯了其優勢，醫師可不受地區或環境空間的限制，大規模快速的篩選病患，早期發現及診斷病徵，再進一步安排真正有需要治療的病患就診，提供偏遠地區定點照護最佳的醫療檢驗模式。
