光場AR顯示技術 引領智慧醫療新進展
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吴碧娥╱北美智权报 编辑部
智慧医疗技术又有新进展！台湾光场扩增实境显示技术领先全球，开发出世界第一个光场波导，解决扩增实境（Augmented Reality，AR）/虚拟实境（Virtual reality，VR）显示器长久以来容易造成使用者产生的晕眩和眼睛疲劳问题，提供更精确的三维感知，未来在医学应用中将扮演重要角色。
台湾大学电信工程学研究所教授陈宏铭与台湾大学医学院附设医院院长吴明贤率领的研究团队，以及由台大衍生的新创公司兆辉光电（PetaRay），在国科会显示科技专案计划的支持下，成功开发了世界领先的光场扩增实境（Augmented Reality，AR）显示科技。此科技有效解决了人眼「视觉辐辏调节冲突」（Vergence Accommodation Conflict，VAC），让医师在配戴AR装置时不再感到晕眩或缺乏深度感知，适合高精度医学应用。此项目整合了光学元件设计、光场显示校正与优化技术、光场医学影像生成及用户界面设计等多项技术，在技术与医疗团队紧密合作下，探讨在临床相关应用需求，包含胃三维重建与注视及AR导引微创介入（intervention）手术，有效解决传统医学影像受限于二维视角且缺乏深度讯息的问题，有助于提升医学训练效率和最终的诊断与治疗品质。
光场显示技术的优势
显示器或眼镜是实现元宇宙概念的必备装置，然而目前市面上的AR/VR眼镜，最被人诟病的就是容易造成使用者在配戴时产生晕眩不适、虚实无法融合，主要原因在于所产生的虚像位在一个固定深度，使得眼睛的焦点调节与虚拟物体的深度无法匹配，从而产生视觉辐辏调节冲突，容易造成视觉疲劳、眩晕等症状。
台湾大学电信工程学研究所教授陈宏铭指出，光场显示技术与传统的AR显示技术相比，具有多项显著优势，不仅不需眼球追纵、不需活动机械元件、不需消耗额外电力，可微型化且质量轻，还能实时生成光场。首先，光场显示技术解决了传统AR装置中使用者常见的晕眩和眼睛疲劳问题。传统AR装置通常会造成使用者无法同步调整眼睛的焦距和视线，导致不适；反之，光场显示技术的创新思维，是将场景中的光线投射至眼睛，让使用者能像在看真实物体一样，自由调整焦距以看清三维物体，大幅提高了舒适度和真实感。也因为这个特性，光场显示器能够再现物体的细微深度差异，提供更为精确的三维感知，这在医学应用中尤为重要。例如在AR微创手术中，光场显示技术能够精准呈现器官、重要血管和神经的位置，作为清晰的视觉指引，帮助医生进行更精确的操作和决策。
图1. 在国科会的支持下，台湾大学电信工程学研究所陈宏铭教授研究团队成功开发了光场扩增实境（AR）显示科技，有效解决人眼视觉辐辏调节冲突（VAC），让医师在配戴AR装置时不再感到晕眩或缺乏深度感知，适合高精度医学应用；图片来源：国科会提供。
台湾自主开发光场近眼AR显示技术之必要性
光场近眼显示器目前十分罕见，台大的研究团队领先全球，成功克服了多项技术挑战，显著提升了深度感知体验和视觉舒适度，很适合智慧医疗应用。台湾拥有世界领先的半导体制造与电子加工技术，使我们能够有能力自主生产超高解析度的微型发光二极体（Micro LED）显示器，这对于高品质的光场近眼显示至关重要。此外，台湾在光学元件设计和制造方面也有着巨幅的优势，能够有效降低制造成本，提升产品的市场竞争力。台湾智慧医疗产业正蓬勃发展，自主研发进阶显示技术有助于提升台湾在国际市场的竞争力。透过掌握核心技术，台湾不仅能在智慧医疗领域获得更多话语权，也能推动相关产业的进一步升级与创新。
借由临床医师紧密合作，加速技术落地应用
与临床医师合作研发的三维重建与注视技术，能够有效由二维的胃镜影像重建出三维的胃部模型，并借由目光追踪之技术，更能够还原当初医师判读过程的凝视顺序。此发明不只可以用于病灶位置的精准标定，提供给外科医师做为手术之参考，更可以借由还原资深医师判读的目光路径，辅助缺乏经验的年轻医师找到问题，从而提升学习效率。
此外，AR导引微创手术系统是目前医疗市场最热门的领域，将电脑断层扫描生成的三维器官模型与患者的器官虚实对齐以辅助手术。台大研究团队所研发的自动对位技术，可以将器官的数位孪生（digital twin）与真实（real）人体对齐。在智慧医疗应用方面，利用微创介入手术，允许自由调焦，提供清晰的3D视觉指引，精准呈现器官、血管和神经位置，兼具真实感与舒适度，未来在手术中，不须使用辐射线医学影像即可透视人体，并达到精准定位器官位置。此技术将应用于胆囊引流手术，期待在未来能大幅减少手术时间与辐射量，完成科技与医疗结合的创新应用。
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