Scope+

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AR醫療:醫療AR顯微鏡

文 / 劉子寧     攝影 / 賴永祥   2016-09-29

AR醫療:醫療AR顯微鏡


傳說中,俄國化學教授門捷列夫曾為了元素的排列方式而苦苦思索,直到一天,他在夢裡看到一張表,元素們紛紛落在合適的格子裡。醒來後他立刻記下了這個表的設計理念:元素的性質隨原子序數的遞增,呈現有規律的變化,成為了現今的化學聖旨。

有一位年輕的台灣醫生把這樣福至心靈的「靈感」,化作AR(擴增實境)的方式呈現在你眼前。你想過嗎?所有你需要的資訊未來將直接投射在現實生活中,就像跳進週期表的元素們,未來遇到學習上或技術上的難題,你不再需要等待門捷列夫的奇蹟之夢降臨。

黃宇軒是Scope+計畫的發起人,現年37歲的他不只是台大資訊網路與多媒體所博士候選人,致力開發這台AR顯微鏡,他還同時身兼台大眼科兼任主治醫師。

Scope+的誕生,恰是這兩個身分結合的產物。這是一台為了有效訓練醫生執行白內障手術而生的新科技工具,能將數位資訊透過擴增實境的技術投影在顯微鏡上,讓手術訓練能更加3D擬真,並具有回饋效果。

這項發明更在2015年使用者介面設計與人機互動年度盛會「UIST」上,打敗強敵Google Tango、迪士尼研究中心、麻省理工學院、日本產業綜合研究所等,拿下Best Demo第一名。

白內障手術是細節的藝術

為什麼Scope+要選擇白內障手術?因為全世界有高達2000萬人因白內障失明,另有高達1億人需要接受白內障手術,這讓白內障手術變成最普及的手術之一,但它的技術訓練困難,往往需要耗費時日。

白內障治療採用白內障囊外摘除術,最困難最關鍵的一步,是在眼球側邊開出約2mm的細微切口,再利用鑷子伸進切口,靠著手部的細微動作將只有2~28μm(微米)厚的混濁晶體囊移除。

早期為了手術正確,菜鳥醫生們都是拿豬眼實驗,或是用模型不斷練習,經年累月後,再由老經驗的醫生驗收,才能上場為病患開刀。

但這手術可怕的是,手不能抖、氣要平穩,「只要撕下來部分不是完好圓形,或撕太多、撕太少都會影響病患後續的視力」,黃宇軒說,這個動作一般需要經過長達5年訓練才足以成熟為病患開刀,有沒有辦法可以讓這個時間縮短、讓學習更有效率?

黃宇軒發揮Maker精神,將Oculus眼鏡融合在3D列印機構造上,搭配適合的鏡頭,再運用自學的焊接、電子電路知識設計了腳踏移動器,成為一台具有即時投影效果的AR顯微鏡。

但這台機器可不是只能用在醫療,他拿出一個蝴蝶標本放上顯微鏡台,若在一般顯微鏡中,你看到的只會是放大版蝴蝶,但在Scope+上,只要手指一動,就可以將蝴蝶起死回生,或看它的生命歷程。

各種文字、影片資訊都可以結合在上面;電路設計也適用,你只需要將電路板放上儀器,螢幕會暗示你零件放置的位置,如果你做對了,還會有相對應的動畫閃爍。

這些設計大大影響了未來的實驗學習。黃宇軒說,下一階段的目標是做到即時的手部細節掃描,透過放映醫學大師執行手術的影像,讓醫師可以跟著做、或是比較自己與大師間的差異,提高學習效率與成功率,對醫生跟病患來說都是受惠。

這不是門捷列夫的夢,黃宇軒的未來顯微鏡,將濃縮世界上的資訊,在虛擬世界裡完整呈現。

打敗迪士尼、麻省理工拿下大獎

左手是手術刀、右手寫coding,黃宇軒的知識搭起科技與醫學的橋梁,擦撞出1+1>2的新火花。

2015年3月才組成團隊,Scope+在同年8月的「計算器圖形學頂級年度會議(SIGGRAPH)」就入圍全球AR/VR團隊前10強。更在11月的使用者介面設計與人機互動會議「UIST」上,打敗國際頂尖研究機構,拿下Best Demo第一名的殊榮。

在UIST上,可謂各種創新的集合地:卡內基梅隆大學用3D列印機印出擬真的毛髮、日本產業綜合研究所開發出「一條線機器人」、麻省理工學院可以用槍噴出一張桌子⋯⋯但在這些創意之中,Scope+因其獨一無二的特性而受到肯定。

獨一無二,正是黃宇軒同時具備的醫學經驗及理工Maker精神。

身為眼科醫師的他,在剛進入醫學領域時就發現眼科是一個相當倚賴科技儀器的科別,至少有13台不同的檢查儀器,最大的問題是,這些儀器並沒有跟上數位科技的演進,不能傳送數據到系統中,也無法做到無紙化,所有的結果都要印紙本存檔,這對現代人而言簡直是不可思議。

一般人以為最先進的科技應該都要發生在醫學上,有時候醫生想的,工程師聽不懂;有時候工程師的邏輯,醫生沒頭緒,但事實上是,「許多新科技因為溝通問題無法順利應用過來,」黃宇軒說。

這讓醫學院裡的稀有動物、也就是有資訊背景的他,決定當中間溝通者,幫助台大眼科建置第一套眼科醫學影像整合系統,也促使他2012年到台大資訊網路與多媒體所進修,讓醫學借助科技更加進步。

啟蒙於科學怪人補習班

黃宇軒的啟蒙,不得不提他小學被送去的「科學怪人」補習班。

「教室很不起眼、暗暗的,幾個小學生就在裡面跟著補習班老師做實驗,卻成為我未來喜歡自己動手做實驗、挑戰未知的一顆種子,」黃宇軒說。

從電路焊接、Coding到設計製圖,全都展現在Scope+這台機器上。他把3D列印機重新改裝設計,搭配上Oculus DK2眼鏡,再裝上工業用的鏡頭,許多零件都是自己去光華商場挖寶、或是自己列印出來,整台機器就像是「科學怪人」,有種東拼西湊的組合感,卻十足的發明家精神。

「我是個60分就可以接受的樂觀主義者」,黃宇軒笑說自己應該是台大醫學院有史以來成績最爛的學生,「我從來就不是乖乖念書那種小孩,我不追求成績,我在意是否真的了解學科邏輯與原理。」

黃宇軒說,發明Scope+用到的知識,完全是國中及高中的物理光學、三角函數而已,不是什麼高深的學問,但問題是,你能不能跟他一樣把知識用在生活、用在未來?

從小學的科學怪人補習班一路進到醫學院,又再從醫學院拐回資訊所,私底下還熱愛拿著相機四處攝影,黃宇軒認為,「不要設限」與「樂觀」,是Maker的重要精神,「興趣會拉著你走,但你可以選擇讓興趣不只是興趣,學問最後自然會相隨。」

黃宇軒手上拿著細鑷子,一邊秀出他用3D列印印出來的模型,身穿醫師袍的他像是小孩在把玩新奇的玩具,忽然間螢幕上蝴蝶好像又飛舞起來,那不是只屬於發明家的娛樂,也是屬於全人類的福祉。

關鍵字: 新趨勢


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