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長庚醫院暨長庚大學醫療擴增實境研究中心成果發表
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2008-12-10長庚醫院腦神經外科主治醫師 吳杰才
在國內，與醫療影像相關之儀器仍高度仰賴國外進口，這也是醫療費用居高不下的重要原因之一。事實上，近年來國內資訊軟體業、網路業界、及醫療界均個自在其專業領域上有蓬勃發展，甚至很多研究及技術已在國際上與先進國家並駕齊趨。有鑑於此，長庚醫院與長庚大學成立了醫療擴增實境研發中心，將研發中心設主要實驗室於醫院手術室週邊，俾利於進行各種試驗，並結合學校電機系之醫學影像處理研究室、機械系機電整合實驗室之人才資源，進行相關之研究，並於94年起執行經濟部學界科專「腦部醫療擴增實境系統開發三年計畫」，該計劃於97年三月圓滿完成，並獲致相當的成果，將於以下進行相當之描述。目前第二期三年開發計劃之細部計畫書已送經濟部審核中。
擴增實境真實模擬人體結構
虛擬實境透過電腦模擬把物件建構的很像真實世界，基本上並不與真實世界相疊合。擴增實境則融合虛擬與實體世界，將電腦虛擬的影音疊合在使用者親眼所見的實景上，創造出人體知覺與電腦介面合而為一的感官經驗。同時，增強真時世界裡的資訊顯示與互動經驗。
於本研究中心，戴上3D偏光眼鏡，螢幕上的頭顱立刻變成具有深度感的3D立體圖像，可使患者骨頭結構、肌肉組織一目瞭解，每塊骨頭都可以分別移開，讓醫師可以任意方向仔細判讀局部結構、模擬骨頭活動實況，腦部病灶則可以特殊影像處理標示出來，以利進行術前的教育、訓練、規劃與模擬，進而提昇手術的成功率。
這種擴增實境立體影像，比任何人體模型都真實。只要匯入病人的電腦斷層掃描(CT)或核磁共振造影(MRI)檢測資料，電腦程式就能自動整合這些資料，以立體影像重現每位病人的腦部真實狀況，加上額外的臨床數據資料，即使未經專業醫學訓練的人也能輕易看懂。
圖一：3D重建之病人顱骨
手術導航系統 醫生模擬開刀
在頭顱、脊椎骨重建的傳統手術中，要做到平滑好看是相當不容易的事，但擴增實境可讓人工骨頭外形趨近完美。搭配擴增實境系統，長庚團隊研發出了導航系統。這套系統就如同3D電玩，螢幕中的手術刀等器械可以藉著使用者移動操縱桿而在立體影像中游走，並自動定位、顯示手術刀的座標等。更令人驚喜的是，操縱桿還會力回饋給使用者，讓使用者產生各種不一樣的手感，模擬出手術刀切到血管、腫瘤、骨頭時的感覺、該用多大力氣，藉此訓練各種開刀手法。 圖二：手術導航 - 腫瘤標示 圖三：手術模擬 -穿刺腦水模擬
許多開刀技術要重複操作上千百次才能達到更熟練的境界，有了手術導航系統輔助，就能縮短手術醫師培養時間；醫師也不用只憑幾張平面影像來推測腦部手術該怎麼做，而能依照不同病人的狀況，在手術前規劃出最佳的開刀路徑，降低臨床的風險。
為突破立體影像的硬體觀看限制，長庚團隊和工研院共同研發出微位相差追跡(microretarder)立體LCD顯示器，是現今唯一有著大面積、可移動、高解析度…等功能的產品，有助台灣業者突破國際專利、發展次世代顯示器產業。
擴增實境及手術導航系統，不僅能應用於其他人體器官，更可擴及教育訓練、醫療輔助、汽車導航、軍事、廣告、遊戲…等領域。
電腦修補頭殼 減低手術風險
一些頭顱嚴重受創產生缺損的顱骨修補手術常有風險，本研究中心在經濟部科專計畫中與國家高速網路中心合作，開發完成「3D顱骨修補術軟體」，透過電腦斷層掃描影像可建立顱骨幾何外形，製作出嚴重顱骨破損患者所需的修補植入物，不僅有效縮減開刀時間，更可降低手術風險。
長庚神經外科利用這套系統以成功為近50名患者進行顱骨修補手術，患者術後復原良好。傳統的顱骨修補手術需仰賴有經驗的醫師，在手術現場直接評估患者頭顱受損區域，以手工方式製作出破損區補骨，不但難以完全適合病患的頭顱外形，手術時間也相對拉長，風險也隨之增加。透過「3D顱骨修補術軟體」，可以電腦完成這些繁複的手工製作程序。
圖四：顱骨修補軟體術前設計製作補骨植入物
研發團隊透過電腦斷層掃描影像，利用「影像鏡射」原理，依據病患頭顱中線，將完整的顱骨一側，鏡射到破損區那一側，即可製作出形狀與結構相符的修補植入物。但上述方法仍侷限在破損區域未跨越頭顱中線的時候，為了解決因破損區過大或跨越中線而不適用「影像鏡射」的窘況，研究中
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