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仿人骨密度造植體 下顎重建患者植牙成可能
新知
第1737期
仿人骨密度造植體 下顎重建患者植牙成可能
2020-11-25
【記者鍾晨沅綜合報導】現今植牙技術的發展已造福許多民眾,然而,顏面創傷需重建下顎的患者,卻因無法植牙而有咀嚼失能的問題。「2020金屬創新應用競賽」於12日舉行決賽,學生組首獎由亞洲大學、中國醫藥大學、國立中山大學三校學生合作作品「匹配人體骨密度之具咬合功能下顎重建植體」奪得。團隊以人體骨骼密度為發想,打造新型下顎重建骨板,可望增進植體的功能性。 研究團隊利用人體骨密度與結構技術,打造新型下顎重建骨板植體,可望改善提升現有植體之功能性。 圖/研究團隊提供該競賽主軸著重於輕金屬的應用,團隊學生利用鈦合金打造新型的下顎重建骨板植體。目前常用的下顎重建植體雖可恢復外觀,但因重建手術剩餘的體骨過小,造成後續無法再植牙。中山醫學大學醫學系學生紀晴倫說:「臨床上重建手術比較繁雜,術後回復與追蹤期也較長,因此也不建議患者再多做其他手術。」團隊成員徐子殷強調,他們將輕金屬以適當比例混成合金,並依照骨密度打造植體,使其不管在重量、製造或安裝等,都較傳統植體更符合人體需求。且此舉可強化患者咬合功能,因下顎處肌肉運動多,團隊在設計植體的同時,須克服長期肌肉開合造成的脫落問題,利用骨密度打造出的植體近似人體骨骼,相似於原本肌肉的承重,讓患者較容易習慣,降低適應不良的問題。此外,團隊也針對傳統重建植體容易發生固定用的骨釘鬆脫,以及骨板斷裂的問題做改善。亞洲大學生物資訊與醫學工程學系助理教授郭哲男補充,人類咀嚼的平均力量約為216至740牛頓,雖受到創傷的病患咀嚼力會下降25至66牛頓,然而目前市售的商業金屬板為方便臨床客製,最大承受力約為350牛頓,「所以就算患者施力比一般人小,骨釘鬆脫與骨板斷裂仍是不可避免的。」為解決植體受力的問題,團隊以孔狀打造新的結構,可分散咀嚼力對植體造成的折損。團隊成員王郁評指出,他們在植體接觸骨組織處利用該孔狀結構,以供骨骼長入孔隙中,進行骨整合,增加植體與體骨間的穩固性。而為避免周遭軟組織長入孔隙造成摩擦,進而產生疼痛,團隊則於接觸軟組織的部分採封閉設計。且團隊獨創處理技術,使多孔結構表面粗糙度及受力集中程度,最多降低至30%,強度最高則可提升約100%。 研究團隊以孔狀打造新型結構,配合人體骨密度,可分散咀嚼力對植體造成的折損。 圖/研究團隊提供 研究團隊在接近骨組織處採開放設計,以利骨骼長入,提升骨整合。而靠近軟組織處則採封閉設計,以防造成摩擦與疼痛感。 圖/研究團隊提供比起傳統植體,團隊技術可將客製化人工下顎的成本降低約2/3,製造時間也可縮短2/3。王郁評補充,此研發皆利用國產材料,證實國產材料的性能不亞於現有材料。團隊研究提供具足夠強度的植體,期待未來成為下顎骨重建患者植入物的可靠新選擇,解決其咀嚼失能的問題。
一指領軍 機器人兵團分工執勤
新知
第1598期
一指領軍 機器人兵團分工執勤
2015-05-18
團隊研發的系統讓人在觸控螢幕上動動手指,就能指揮一整隊機器人分工合作。圖/馬格努斯‧艾格斯帖提供 【記者邱劭晴綜合報導】只要動動手指,就能輕鬆指揮機器人軍團,你想過這樣的科幻情節也能在現實上演嗎?美國喬治亞理工學院(Georgia Institute of Technology, GT)8日發表短片,介紹校內團隊研發的機器人操作系統。透過此系統,操作人員可以輕鬆用觸控平板對機器人小隊下達指令,讓機器人們平均分散開來執行任務。未來可望為農業、製造業或搜救任務等提供幫助。 團隊認為,科技正在迅速進步,像人類操作一大群機器人這樣的情景將會實現。教授馬格努斯.艾格斯帖(Magnus Egerstedt)表示,目前指揮機器人隊伍的方法是讓操作人員對機器人各別下達指令,但如果機器人數量增加到數百甚至數千,操作就會變得相當困難。他們研發的系統讓操作人員只需在觸控螢幕上的地圖指定區域,機器人小隊自己就會找出最適當的組織及分工方式。研究生楊西.狄亞茲墨卡多(Yancy Diaz-Mercado)說:「這項技術可以讓操作人員忽略機器人的數量,轉而關注團隊的工作情況。」 這個系統未來除了能參與自然災害的搜救任務,還可以部署機器人偵測環境、照顧植物、搬運工具,應用領域眾多。狄亞茲墨卡多舉「海上漏油事件」為例,一旦發生漏油,人類可以利用這個系統,引導水上清潔機器人到汙染較嚴重的區域收集油,或者讓機器人自己找出解決方法。在農業方面,系統不只能運用在結合衛星定位等技術以提高生產效率的「精準農業」上,農夫在收獲前也可以指派整隊感應機器人到不同地區,偵測農作物的狀況。 團隊利用平均的概念建立操作系統,讓機器人分布不會太過密集或稀疏。機器人內部設有全球衛星定位系統,知道執行任務的地區「地圖」和其他機器人所在的位置。操作人員在觸控螢幕顯示的地圖上選出需要前往的地區,將指令傳遞給機器人小隊後,它們就會找出最好的分工方式來達成任務。 艾格斯帖領導的團隊花了九年研究如何控制機器人小隊,或與機器人互動,利用數學應用等方式,找尋操控大量機器人的新方法。狄亞茲墨卡多說:「如果你用操縱桿控制單一一個機器人,透過練習,就能慢慢找出靈活控制它的方法。但要是你碰上一百個機器人,普通的操縱桿根本派不上用場。」 團隊坦言整個系統尚有進步空間。若整個機器人小隊分布太廣,造成機器人之間距離遙遠,可能會增加通信方面的負擔。團隊亦在努力改善機器人移動時的碰撞問題。
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