中正大學「加減整合」技術 研發客製化醫療植入物 開創精準醫療新紀元

中空仿生晶格結構設計。照：中正大學提供

隨著全球人口老化趨勢和醫療照護需求快速增長，精準醫療已成為現代醫學不可或缺的發展方向。然而，國內醫療產業在療程規劃技術及先進製造技術上，長期仰賴國外系統，缺乏相關核心技術的自主開發能力，導致醫療成本高昂且難以實現真正的客製化治療。

為突破此瓶頸，中正大學前瞻製造系統頂尖研究中心團隊長期深耕數位醫療領域，積極整合醫、工、產等三大領域資源，成功開發多項創新技術，為台灣精準醫療產業注入新活力。

本研究團隊以機械工程學系特聘教授姚宏宗為核心，整合機械系劉德騏、林派臣及蔡忠佑等教授的研究能量，並結合校外跨領域專家資源。團隊已與嘉義、台南地方型醫院及相關產業建立緊密合作關係，致力開發加減整合製造系統，結合金屬積層製造(加法)與五軸精加工(減法)技術，為客製化醫療器材提供完整解決方案。


中正大學「加減整合」技術開創客製化醫療植入物新紀元（左起：機械系教授蔡忠佑、機械系特聘教授劉德騏、機械系特聘教授姚宏宗）。照：中正大學提供

關鍵技術突破與應用成果
鈦合金3D列印肋骨專用自鎖式骨板

前瞻中心表示，傳統骨折治療使用標準規格骨板，往往難以符合個別患者的解剖結構差異，導致手術複雜度增加且術後恢復效果不佳。團隊以創新的技術，結合CT影像重建技術與先進的原位熱處理積層製造技術，成功開發出客製化鈦合金肋骨骨板。這項技術透過SLM原位熱處理製程，顯著減少傳統製程時間達50%，同時解決積層製造在列印長薄物件時容易發生的熱翹曲問題，大幅提升產品質量與臨床適用性。

客製化鈦合金椎體支架

脊椎融合手術是治療脊椎疾病的重要方法，但標準化的椎體支架往往難以完美貼合患者的脊椎結構。本團隊利用鈦合金SLM技術及自行開發的客製化醫療產品CAD/CAM軟體，根據患者的醫學影像，量身訂製每個椎體支架的尺寸、形狀與前凸角度。特別值得一提的是，透過骨密度分析設計掏空結構，達到減重40%以上的同時，還提升了骨整合效果，為患者提供更輕巧舒適且生物相容性更佳的植入物。

先進人工膝關節製造

人工關節置換是骨科醫學的重要領域，研究團隊在人工膝關節開發創新的製造方法，透過「減加整合」和「加減整合」兩種模式，能分別適用於脛骨和股骨組件的製造。其中，脛骨組件先以五軸加工完成板結構，再以金屬積層製造在表面堆疊植入結構。股骨組件則先以積層製造完成複雜曲面的粗胚，再以五軸精加工完成表面精修。這種先進的加減整合製造系統結合了中空仿生晶格結構設計，既能減輕組件重量，又能提升人工關節的生物相容性和使用壽命。

數位虛實整合技術支持

為支持上述醫療產品的開發與製造，中正大學團隊建構出一套完整的數位虛實整合技術體系。首先，開發客製化CAD/CAM系統，涵蓋從醫學影像重建到製造路徑生成的完整軟體流程，並支援中空仿生結構設計與誤差補償。其次，建立CAE生醫結構評估系統，運用有限元素法（FEM）進行植入物強度分析，確保其與人體骨組織的剛性匹配，有效避免應力遮蔽問題，並整合晶格結構模組，以達成輕量化與強度並存。製程監控方面，團隊開發金屬三維掃描與SLM粉床即時監測技術，提升製造品質與精度；對於五軸加工，亦建置即時切削力分析與熱變形補償功能。最後，藉由異質設備機聯雲架構串聯各式製造設備，實現資料整合與安全控管，邁向智慧製造目標。

未來發展方向與願景

中正大學前瞻中心研究團隊計劃在現有成果基礎上，進一步發展即時切削力App、功能性列印晶格結構設計及晶格型支撐架等技術，目標是使即時切削力預警準確率達90%以上，晶格結構強度提升15%以上。此外，團隊也致力於擴大應用範圍，從南部地區拓展至歐美市場，提供高端醫療之產品設計與製造服務。藉由產學研合作模式，不僅能提升國內醫療產業的技術自主性，更能推動在地產業發展，建立面向歐美的高端醫療服務與醫療產品製造中心。

通過先進製造技術與醫療應用的深度融合，中正大學前瞻中心研究團隊成功開發了多項創新技術和產品，為台灣精準醫療產業奠定了堅實基礎。這些技術不僅能提升醫療品質，也能降低成本、縮短製造時間，為患者提供更精準、更個性化的醫療解決方案。在產學研合作的模式下，台灣精準醫療產業有望成為亞太地區的重要樞紐，為全球醫療健康事業做出更大貢獻。
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