2020 年 9 月出版
科儀新知 第 224 期
生醫光電
光醫光電技術發展與醫療應用趨勢 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]
郭文娟
生醫光電 (Biophotonics) 為一新興且快速成長的科學，它的目標在於利用光電科技偵測、造影與操控生物反應和材料，及包括用於上述目的的光電技術的開發和應用。此乃基於光可以通過光與物質交互作用過程 (例如，反射、散射，吸收和發射) 與生物體相互作用的原理。雖然「生醫光電」一詞可能是近幾十年創造出來的，但它可以追溯到十六世紀，當時光學顯微鏡的發明是為了使生物組織可視化。如今，隨著 2014 年諾貝爾化學獎獲得認可的超分辨率螢光顯微鏡的出現，能夠以低至 10 奈米的超高空間分辨率來探索細胞和分子層次的結構、功能與作用機制，提供利用光電技術發現生命科學的新方法；而在醫學領域應用上，則可用來研究組織到人體，從微觀到巨觀的尺度，以非侵入性的方式進行感測、篩檢、診斷，及治療疾病，因此通過生醫光電技術的研究和進步可徹底改變診斷和治療方法，以提高生活品質，促進更好的醫療保健。另外由於光可探測的空間和時間範圍極為廣泛，因此光電技術可以產生大量和多種類型的生物醫學數據。生醫大數據的可用性亦推動了機器學習及其在生物學、醫學、藥學、環境科學和農業應用的迅速發展。
光學同調斷層掃描術的臨床應用趨勢與挑戰 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]
黃升龍
光學同調斷層掃描術 (optical coherence tomography, OCT) 目前在眼科已成為標準的檢驗技術，每年影響上千萬病患的治療流程，而 OCT 的發明至今不到 30 年，對生技醫療領域而言，這麼短的時間，就取得如此成就，非常罕見。目前全球已有超過 100 家 OCT 公司，從事 OCT 技術與應用的開發，在應用面，由眼科、心臟科、皮膚科、腸胃科乃至神經外科，均已獲致大量的臨床及前臨床成果；而在技術面，OCT 所需的寬頻光源及探頭亦進展快速，使得 OCT 的成像速度、解析度及探頭所能檢驗的組織種類均大幅提昇。在生物醫療領域，OCT 是一個極佳的成功案例，本文將簡介 OCT 的原理、技術、應用及趨勢與挑戰，希冀對 OCT 有興趣的讀者有所指引，也希望對生醫影像的研發團隊有所啟發。
光學同調斷層掃描術結合內視鏡導管於婦科子宮頸癌之臨床診斷應用 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]
吳孟珊, 巫易純, 李翔傑
光學同調斷層掃描 (OCT) 是一種不需破壞組織表面即可得到組織深度影像的即時光學成像技術，能夠對組織結構進行二維或三維成像，且該影像解析度可達到微米等級，因此適用於檢測子宮頸癌前病變。本研究係針對婦科子宮頸成像開發了結合內視鏡導管的 OCT 系統，此系統可對子宮頸內管進行三維成像。在進行人體研究之前，我們已經針對所開發之系統性能進行了一系列檢測，並獲得了以人類指尖為活體樣本進行影像採集的初步測試數據，初步成像結果證明了此系統的成像能力。
運用雙光子共軛焦顯微鏡即時影像技術觀察活體動物疾病模型 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]
鄭伃君, 陳培菱
現今多數的疾病研究中，常以活體動物模型做為實驗對象，透過皮下或血管注射藥物、細胞或顯影劑，並經由體內循環、代謝或生長而得以研究疾病的發病機制及藥物的作用。在需長期觀察的活體實驗中，我們無法利用病理切片的方式來即時檢測病變組織。由於病變組織具三維結構，為順利觀察不同深度及面向之血管及新生腫瘤，本實驗室利用雙光子共軛焦顯微鏡 (two-photon confocal microscope) 來進行即時攝影觀察病變組織內的細胞行為。在本文中將以小鼠及雞胚胎的疾病模型為例，展現雙光子共軛焦顯微鏡擷取影像的成果。
簡介漫反射光譜學 - 光學穿戴式生理監控裝置之核心技術 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]
曾士育, 郭俊言, 鄭南玉, 曾盛豪
漫反射光譜學近年在生醫光學領域得到廣泛的應用。基於適當的理論模型，漫反射光譜系統可快速地將量測訊號轉譯成為人體生理參數量測。除了可用於動脈血氧比例量測，也是許多團隊用於開發光學穿戴式量測血糖、血壓設備的核心基礎。本文將會介紹漫反射光譜學技術的量測原理，並分享皮膚膠原蛋白、新生兒膽紅素與血紅素等臨床應用結果。
淺談風力發電機非破壞性檢測 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]
王亦恩, 陳冠霖, 蕭文澤, 曾釋鋒
風力發電為近年來受全世界矚目的綠色能源之一，其優點為發電成本低廉、對生態衝擊較低、碳排放少、無空氣汙染且穩定性高等，因此全世界風力發電機組的能見度越來越高。在全球風力發電機組數量及發電量逐年增長之下，風力發電機的檢測、保養與維修課題也逐漸受到重視。由於風力發電機組非常龐大，無法像檢測常規機械裝置一樣時常進行拆解或破壞性檢測，因此在各個檢測技術中，非破壞性檢測遂成為檢測風力發電機的主流。本文將介紹風力發電機可能的破損原因、各種較常見應用於風力發電機的非破壞性檢測方法和討論各檢測方法的優缺點。
光澤度計量測原理及牙科贋復物之表面光澤量測研究 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]
張漢釗, 徐名瑩, 汪硯雲, 陳柔甄
當病患需要自行花費進行牙科贋復物 (牙冠) 製作時，病患對於牙科贋復物與真牙之間的顏色，都希望能達到無色差的美學狀態。雖然在牙冠顏色上，比色機已能提供最低色差的功能要求，但是由於牙冠材質與真牙的差異，在光澤度及在實際臨床上會有相當大的差異。市售光澤度計主要量測大面積工程品的塗裝表面且其探頭體積過大，無法在患者口腔處量測；且量測光斑尺寸過大，對於小面積的前牙區域容易造成量測偏差。因此本文將說明光澤度計量測原理，並採用釉面陶瓷白瓷的 60° 鏡面光澤度 (ASTM C584-81) 和 Zemax OpticStudio® 光學軟體，進行機身厚度大於 10 mm 的微型光澤度計光斑範圍與繞射極限研究。依據本研究之光學模擬結果與比較牙冠與真牙之間的光澤度數據後，我們確定微型光澤度計的光斑範圍介於 1 至 3.8 mm 且光學設計已接近點光源，因此可減少光學系統的像差，並提高準直光線的平行度。本研究成果可導入牙科贋復物光澤度量測，以協助提升牙科贋復物配戴後的美學品質。
應用於大口徑非球面拋光製程之迭代式進給速率演算法 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]
張皓倫, 郭慶祥, 余宗儒, 何承舫, 楊宏智
本文聚焦於大口徑非球面拋光製程，針對 CNC 數控拋光機台建立迭代式進給速率演算法，此演算法基於進給速率與材料移除深度之關聯性建立模型，基於迭代法計算出用以收斂目標面形誤差所需之進給速率分佈，並可進一步預測使用此進給速率分佈進行拋光加工後之表面殘差；計算結果顯示於 ø 100 mm 之範圍內可將 PV 值收斂至 1 nm 以內，於 ø 90 mm 的範圍內則可收斂至 0.5 nm 以內，證明應用本研究所建立的迭代式進給速率演算法可於拋光製程中提供相當高的拋光預測度。
【人物專訪】高雄醫學大學余幸司講座教授：任何問題的解決，都必須從其時空背景思考起 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]
林麗娥, 張漢釗
余幸司前校長無論是扮演一位皮膚學科教授、醫師，甚至高醫大校長、國衛院代理院長等角色都十分稱職，一如火炬手，引領創新發展，每每都有劃時代的社會貢獻。他認為發現問題，並找到解答，最重要的關鍵在於：觀察任何問題，都必須從其時空背景思考起，同時知識背景必須跟著精進，善用科技，才可以解決當下的問題。
【科普大觀園】對症下藥 未來醫療大趨勢「精準醫療」 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]
林郁欣, 胡一君
世界上每一個人都是獨一無二的自己，因為每一個人的基因都不同，如同每個人的身份證一樣，因此，基因的檢測可以幫助醫生更精準的對症下藥喔！
「國研盃 i-ONE 國際儀器科技創新獎」得獎作品介紹 2019 年專上組首獎： 創新式繞射共焦表面輪廓量測儀 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]
伍國瑋, 江明駿, 劉修文
隨著半導體產業的持續發展，封裝技術已然進入 3D-SIC 時代，在 3D-SIC 封裝內部連接各晶片的微凸塊，成為封裝良率至關重要的一環，微凸塊的直徑大小、間距、位置偏差、高度差異與整體共面程度等參數，均將決定封裝成品的表現與成敗。然而微凸塊直徑約在 25 mm 上下，間距約 40 mm，高度 5－10 mm，密佈整片晶圓，如此細小、高解析、大面積、且必須線上快速檢測的量測需求，傳統的光學檢測系統已無法勝任，必需發展新穎的量測技術與設備才有可能達成。本研究針對這樣的需求開發一基於繞射圖譜比對的創新三維形貌量測技術，並佐以緊湊的光機電整合設計，於超精密零阿貝晶圓量測平台上實現大範圍高速量測雛型。本研究之成果不只具有產業應用價值，在戰略上更有助於降低台灣半導體產業對國外進口設備之倚賴，掌握關鍵技術於國內，對整體產業之國際競爭力有莫大助益。
