口內掃描系統與數位化牙體製造

圖一. 口內掃描系統與數位化牙體製造(金屬中心授權使用)

解密科技寶藏-創新科技專案

這幾年牙科產業數位化製牙和植牙服務,遍及全球,台灣在牙科產業的醫材產品,從法人團體到私人公司,都有不少的成果。生醫人網摘特別採訪「金屬工業研究發展中心」,針對其開發的口內掃描(以下簡稱 口掃機)系統,邀請參與開發的工程師胡博期先生(服務於精微成形研發處,模具與精微加工組)與潘柏瑋先生(服務於醫療器材及光電設備處醫療器材組),就其在研發上的重點和困難,為我們解說這款口內掃描系統的成果與未來研發突破的方向。

口掃機系統是利用雷射光快速掃描牙齒,再應用軟體建立牙齒模型,提供醫師做模擬、修復,將檔案上傳雲端,到牙體製作中心,進行製作。整個計劃包含硬體、軟體以及市場佈局。

問題1:口掃機在開發時,團隊面臨最大的設計開發挑戰有哪些?

口內掃描系統的設計,首要能符合牙醫師的需求,另外,在運作時掃描的速度與手持裝置的體積是最大的挑戰。在開發時是以目前市場上的領導品牌,美國的IOS Technologies和德國的SIRONA為產品的設計標竿。

在掃描上,速度要快、面積要寬廣,還要能掃描牙齒的三到四個面,克服這幾個面的圖像在拼接時產生的誤差,讓整個軟體模型完整不扭曲。現在的探頭取像速率為每秒600張,在未來,還會開發其他種類的攝影方式,以期能以更快的速度建立數位模型;另外,這台掃描機機身的體積也是一個重要課題。由於開發經費的限制,尚無法自行開發相關的CMOS感測器 (互補式金屬氧化物半導體)與雷射投影模組,而採用市場上既有的工業級半規格品,以盡量縮小口掃機的探頭體積為目標。目前成品的雷射光路設計是透過光學鏡片進行導引,投射與取樣的光學模組是安裝在探頭後部,這樣的設計成像品質最好、誤差最小,雖然市面上有其他讓探頭更小的設計,但是它在使用時必須距離牙齒大約10公厘(mm)才能順利完成取像,與金屬中心自力研發可緊貼牙齒的探頭相比,實際上並不具備體積小巧的優勢。不僅如此,因應兒童患者的需求,持續將口掃機探頭小型化,仍是金屬中心下一代的研發重點。

除了以上掃描速度和探頭體積的挑戰,掃描時還需要克服口水的反光對取像方面的干擾,這點也是花了相當多時間去做改善。第一代產品是採用波長為705奈米(nm)的紅光雷射掃描牙齒,口水造成的反光會對雷射光產生一定程度散射,也因此產生許多雜訊,所以後續研發以改變雷射光波長和投射方式來調整,波長範圍從400nm到700nm,做全面研究,結果發現405nm波長的雷射光效果最好,不易受干擾,取樣誤差也最小。這點可以驗證在臨床上,牙醫師普遍使用波長較短的藍光雷射(450nm)來檢查病患的齲齒狀況。

問題2:口掃機在掃描時,是否會受到金屬材質假牙反光影響,這點如何克服?

金屬假牙反光,確實容易產生雜訊,因此,在影像處理上,可以將資料做數位濾波,再將數位模型的外型平滑化,減少模型段差;或者使用前先對受測者噴塗口水抑制劑…等方法。然而,這些方法並非能徹底解決問題,我們仍持續努力,有待未來繼續突破。

問題3:雷射掃描探頭在耐高溫、高壓和滅菌的能力如何? 可以設計為可拋棄式的嗎?

目前的設計探頭的部分是包覆不銹鋼,方便醫師使用消毒液做清潔,也有市售品牌採同樣的設計。而可拋棄式的塑膠探頭套筒,已經納入下一代產品的設計考量。研發團隊也思考過高溫殺菌的探頭,以便重複使用,減低掃描成本,但經過仔細評估後,認為仍有衛生方面的潛在風險,所以可拋棄式探頭會是下一代產品設計的方向。

問題4:這台口掃機的研發團隊包含哪些背景的專業人才?

除了與臨床牙醫師們的專業討論,金屬中心這裡的研發團隊就開發時負責的專業,分為三大類,分別為軟體、硬體、檢測認證與測試分析。檢測認證這部份的人力除了處理大家比較知道的ISO與IEC規範的認證,也需要讓產品通過美國FDA認證,這樣口掃機才可以順利上市。

問題5:當初金屬中心為什麼選擇開發口掃機呢?

金屬中心已經成立五十年,在十大建設之後便成立了這個研發單位,2007年左右,為了幫助高雄岡山地區廣大的螺絲製造商升級,擺脫其他國家的低價競爭,遂跨入高附加價值的鈦合金人工牙根領域,目前這項技術已臻於成熟,許多廠商已經成功量產並打入市場。現在,為了向牙科的上游繼續發展,所以開始發展數位化口內掃描,以便能提供更全面的解決方案,解決目前牙醫師需騰出大量空間存放齒模的問題,也能免除齒模日久會縮水的問題,還可協助牙醫師用數位化模型進行比對與追蹤,做到牙體製造、植牙都能在流程前端就以數位化的方式進行的境界。

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時間: 11/19(四) 13:30-17:30
地點: Your Space(台北市大安區光復南路102號3樓)
網站連結: http://edm.bnext.com.tw/2015dttitri

金屬中心 小檔案:西元1963年10月,由中華民國政府與聯合國特別基金會及國際勞工局共同成立財團法人金屬工業研究發展中心(簡稱金屬中心),從最早開發的小五金、餐具,一直到現在高附加價值的再生能源、電動車輛與生技產業…等等,一直扮演協助產業界進行產品高值化及價值創造的角色。



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BioMeder

生醫人網摘的編輯。熱愛創新和用腦袋的事物,堅持文章一定要有邏輯性,藉由追蹤報導生醫領域的創新和應用來傳播知識。