分享本文至 E-mail 信箱

學術引用格式

MLA (點一下全選)

APA (點一下全選)

EndNote(.enw)

體驗科幻電影中的手持式醫學儀,就從掃描牙齒開始吧!

文/廖英凱

牙齒是人身體上最堅硬也最耐用的組織,然而從換牙之後,我們的牙齒並不像其他組織能有再生的機會,也因此不管是蛀牙或是意外事故,掉牙或拔牙實在是件很麻煩的事。而如何能為缺失的牙齒找到替代品,以及如何讓假牙能緊密地安裝妥當,也是幾百年來牙科醫學發展的重點。

傳統在製作假牙的流程非常繁瑣冗長。首先牙醫師要先幫助病患咬矽膠膜,再將石膏灌入矽膠膜內得到牙齒的翻模。翻模後的石膏模型,再送給國內外的牙技師脫蠟鑄造成假牙。往返運送齒模的等待時間必須耗費5~10天,且從矽膠翻模至石膏的過程約會造成100μm的誤差,而牙技師的鑄造雕塑又非常仰賴人才技藝的培育傳承。在這過程中會所產生的誤差,就需要牙醫師使用更多的黏著劑來幫病人安裝假牙。

目前財團法人金屬工業研究發展中心林志隆副執行長的研發團隊,正利用數位科技與電腦程式輔助,建置「口內掃描系統」,讓牙醫師建模的工作負擔得以降低,而建模資料數位檔的傳送可免去包裹往來的風險與節省時間,更重要的是能大幅減少牙齒翻模時所產生的誤差。

口內掃描系統

口內掃描系統

金屬中心林志隆副執行長團隊所發展的「口內掃瞄系統」是利用雷射三角量測法,將雷射光源,以聚焦線形高同調光(high coherence)投射至待測物體的表面,再利用攝影機或雷射光感測裝置錯開其各自光路,構成三角法相對位置來觀測投影在牙齒上的雷射線,筆直的雷射線光源會因為照射到彎曲的物體表面而得到其截面輪廓,再配合此計畫所採用的主動式三角法(Active Triangulation)的取像運算邏輯,來重建牙齒的立體結構。

2

然而,雷射線光源一次只能照射一條線在待測物體上,亦即重建後僅能得到牙齒剖面的一個方向而已。若需得到牙齒的完整建模仍需要讓雷射光束逐步掃描整個待測物表面,因此,研發團隊,便在掃描頭內再設計一個線性傳動機構,以小型直流伺服馬達、減速機、螺桿傳動搭配線性滾珠滑軌作為驅動機構系統之基礎架構,帶動雷射光源與取向模組,讓光源逐步移動以得到完整的取像。

手持裝置之投射光源與取像光路配置圖

手持裝置之投射光源與取像光路配置圖

然而最困難之處,就在如何將投影的雷射、接收影像的攝影機、成像的鏡頭與傳動的馬達給做在一個能放進口腔中的小小掃描頭裡,以及如何解決每個人口腔狀況的差異與降低牙醫師的操作負擔。例如為了解決口腔內的霧氣,掃描器前端的視窗就需要表面處理專家進行玻璃防霧鍍膜的工作;放進口腔中的掃描頭也需要符合FDA的規範,而需要材料背景的成員來尋找安全無虞的材料作為掃描頭外殼。

為了要極盡可能的縮小體積,因此投影雷射的功率晶體、繞射元件以及感應器的成像鏡頭都要量身打造,實現微型化的最大潛力。目前金屬中心所開發的口內掃描系統,掃描頭部截面尺寸約為22×18 mm,比起市售的其他口內掃描系統更為袖珍輕巧,研發團隊也正在開發以藍光雷射作為光源的掃描系統,藉此降低口腔內唾液干擾造成的誤差。

隨著數位科技的導入與桌上型精密加工的普及,未來牙醫師掃描完病患的口腔後,就能即時將建模資料傳送給牙技/齒雕業者,業者也能利用數位資料,更精細地比對牙齒資料庫並導入數位齒雕機來自動化製作更符合病患所需的假牙。用雷射掃描牙齒,用程式建立模型,隨著醫療技術的數位化,有沒有覺得我們離科幻電影中的未來醫療又近了一些呢?

金屬中心林志隆副執行長團隊所設計口內掃描系統的掃描頭(左一),與市售他牌比較。

金屬中心林志隆副執行長團隊所設計口內掃描系統的掃描頭(左一),與市售他牌比較。

金屬中心林志隆副執行長和他的研發團隊

金屬中心林志隆副執行長和他的研發團隊

更多資訊請參考解密科技寶藏

ad3

問答是人類最原始的知識互動方式,也是文明火箭推進的燃料,更是茫茫知識大海中的羅盤
為什麼蘋果會落下?為什麼人類不能飛?所有偉大的事物,都萌芽於一個最初的問題。
我們全新推出的問答平台——泛答,讓大家用最輕鬆直接的方式挖掘最有價值的知識。

受夠了虛實難辨的假新聞?懷疑自己困在同溫層?想念那個充滿好奇的內心自我?
來泛答吧,跟我們一起用問答打破現狀,用問答找回專屬於你的知識。

關於作者

解密科技寶藏

由 19 個國家級產業科技研發機構,聯手發表「創新科技專案」超過 80 項研發成果。手法結合狂想與探索,包括高度感官互動的主題式「奇想樂園」區,以及分享科技新知與願景的「解密寶藏」區。驚奇、專業與創新,激發您對未來的想像與憧憬!