3D角膜 眼疾患者福音 全球數百萬人可望重見光明

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編譯/潘楠慕
3D列印技術最初主要用於模具製造、工業設計等領域,但隨著科技持續突破,應用範圍也不斷擴充,例如血管、皮膚等人體結構。最新的發展之一是以這種技術印製眼角膜,一旦能夠大量生產,可望幫助全球數百萬名需要移植的盲人重見光明。
眼角膜是人眼的最外層結構,在視覺的聚焦上相當重要,類似於照相機的鏡頭。全球有一千五百萬名患者因為燒傷、撕裂、擦傷或疾病而出現視力衰弱,甚至失明,角膜移植則是治療相關疾病最有效的方法,但供應量卻嚴重短缺,只有少數幸運患者可獲得捐贈。據統計,全球每七十個眼角膜患者中,只有一人可以得到移植。因此,除了鼓勵捐贈,各國也正全力研發角膜替代品。
英國紐卡斯爾大學的科學家首次成功採用3D技術列印出人類眼角膜,只需十分鐘就能依據個別患者的需求印製出專屬眼角膜。一旦技術成熟,可望大量生產。此外,紐西蘭梅西大學的研究團隊,也已成功製造3D列印機,能印製專門為器官移植設計的角膜。
據刊載於《實驗性眼科研究》期刊(Experimental Eye Research)報告指出,這種3D列印眼角膜,採用自健康眼角膜的幹細胞與藻鹽酸(來自海藻的凝膠)以及膠原蛋白,混合後成為可以列印的「生物墨水」溶液,然後使用3D列印機把這種生物墨水印製成眼角膜的同心圓狀。
紐卡斯爾大學首席研究員坎諾表示:「這種獨一無二的生物墨水是一種凝膠,由藻鹽酸和膠原蛋白製成,能使幹細胞保持活力,同時製造出足夠柔韌的材料,一方面能保持形狀,另一方面也夠柔軟,能從3D列印機的噴嘴擠出。」
科學家通過掃描患者的眼睛來量取其真實角膜的尺寸,之後使用這些數據快速列印出與患者眼睛大小和形狀匹配的角膜。 這項技術目前正持續進行測試,確保不會有任何不良影響或意外狀況發生,有望在五年內投入生產。坎諾指出,他們的研究證實3D列印眼角膜的可行性,是解決眼角膜需求的方案。
紐西蘭商業、創新及就業部也已撥款,研究如何將3D列印原型機商業化,讓機器適合大量生產,未來可能考慮把機器出售給相關診所或是直接販售角膜。3D列印眼角膜不僅有龐大商機,還可解決全球角膜短缺問題,對業者和患者都是好消息。
適度觀看3D電影 孩子反應加快
先前曾有報導指出,兒童觀看3D電影恐有影響視力發育之虞,義大利最高衛生保健委員會甚至曾發布禁令,禁止六歲以下兒童戴著3D眼鏡看3D電影。然而最新研究指出,適度地觀看3D電影及遊戲,或許會讓孩子更聰明,有助注意力集中,反應速度加快。
過去十年間,由於接觸娛樂無節制,包括觀看隨選(on-demand)電視,玩電子遊戲和使用社群媒體,已使兒童注意力的持續時間縮短。
視覺科技公司RealD一項新研究聲稱,觀看一部3D電影可以讓兒童的注意力和認知處理速度提升一倍多。這項研究由兒童心理學博士伍爾夫森(Richard Woolfson)和戈德史密斯學院助理講師、消費者心理學專家費根(Patrick Fagan)主持,發現七到十四歲之間的受測者,在觀看二十分鐘3D電影後,認知處理速度提升一倍,在測試中的表現也更出色。
這項實驗先對兒童進行了一系列認知測試,接著讓他們觀看二十分鐘2D或3D電影後,再重新測試。結果顯示,在第二輪測試中,觀看3D節目的兒童反應更快、表現更佳。此外,觀看3D節目的兒童大腦活躍度提高了百分之十三。觀看3D節目後縮短的反應時間是觀看2D節目後的近三倍。
費根表示,觀看3D節目所增加的刺激可「鍛鍊」大腦,並能在短期內提高大腦的表現。3D電影可以發揮大腦訓練遊戲的作用,幫助兒童在短期內更「聰明」,更迅速地對各項刺激做出反應。
伍爾夫森博士進一步指出,除了3D的視聽刺激,實驗還發現「鼓勵式教育」和常聽古典音樂,也有助提高兒童的記憶力。
此外,電玩遊戲可能也有助提升小孩的智力發展。大腦學家貝佛利爾(Daphne Bavelier)指出,一般認為電玩遊戲可能導致視力惡化、注意力不集中,但研究顯示的結果卻完全不同。常玩電玩的小孩可以分辨出雜亂視野中的細節,並且能快速通過注意力測試,且腦部成像的效率極高。
約克大學數位創意實驗室(Digital Creativity Labs)的調查也顯示,以射擊遊戲為例,玩家需要敏銳的觀察力,才可以隨時攻擊敵人或其他目標。首席研究員寇金納奇斯(Athanasios Kokkinakis):「這項研究可以讓大家以正面態度看待這項休閒娛樂。」貝佛利爾也指出,希望研究結果有助擺脫偏見,進一步擴大電玩遊戲在教育和醫療復健的應用。
3D感測 提高辨識精準度
全球科技大廠,包括蘋果、微軟、英特爾、Google、高通等公司,正爭相投入3D感測的研發。簡單來說,3D感測是電腦視覺技術,能夠精確進行距離量測,可以應用在最新科技產品廣大領域,例如自動化住家、機器人、穿戴式裝置、汽車等,將是智慧機器與人工智慧(AI)發展的重要一環。
和傳統2D平面影像辨識技術相比,3D感測多了深度偵測,可擷取目標物的深度圖像,並獲取空間的立體資訊,不僅提高辨識的精準度,應用也更加廣泛。3D感測主要可分為立體視覺(Stereo Vision)、結構光(Structured Light)、飛時測距(TOF)。
立體視覺是基於人眼視差的原理,對同一物體拍攝影像,再進行三角測量法等運算來取得距離資訊。結構光是主動式深度感測技術,原理是對物體發射特定圖案的光斑,利用三角原理計算出物體的三維座標。飛時測距也是主動式深度感測技術,透過紅外線折返的時間計算跟物體之間的距離。
3D感測過去主要應用於影音娛樂領域,最常見的就是任天堂遊戲主機Wii及微軟的Xbox體感裝置Kinect。但隨著晶片運算速度不斷提升,3D感測技術應用範圍快速擴大,如同在各項裝置上安裝了人類的眼睛。
以實際產品為例,就能體會這項技術的優點。自駕車最需關注的要素就是安全,必須能夠精準進行距離測量、障礙物與環境的辨識,因此勢必得擁有絕佳「視力」。再以目前的生產自動化趨勢而言,導入了3D感測技術,將可讓機器人快速辨識不同形狀的零件,品管檢測時也將更有效率。
近期消費性商品採用3D感測技術的例子,是蘋果iPhone手機的臉部識別Face ID應用。專家分析,隨著3D感測技術崛起,人臉辨識會有更多的突破,AI甚至可以進行表情偵測,甚至是瞳孔變化,研判受測方的情緒,讓原本冰冷的機器裝置和使用者產生更真實的互動。

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