導論：矽光子技術的背景與醫療影像革新之脈絡
(承前文)近年來，矽光子（Silicon Photonics）技術快速發展，讓光學元件能夠如同電子元件一般被整合在單一晶片上。矽光子學借鏡半導體製程，以矽為光波導材料，透過成熟的積體電路工藝來製造光學電路，使雷射、光調制器、光偵測器等光學元件縮小到微米尺度。這種技術原本主要驅動力量來自於高速光通訊，但近年也逐漸應用於生醫領域，包括醫療影像與感測。隨著醫療影像技術朝向數位化、微型化和即時診斷發展，如何將光學成像裝置做得更小型、更智慧，成為醫療創新的關鍵課題之一。
矽光子心血管測振的成功範例，凸顯了光子技術與醫療設備結合的跨域創新成果。學術界早在2013年即有Ghent大學Baets團隊展示雙光束矽光子LDV晶片測量頸動脈PWV的概念性驗證。經過數年產學合作，該技術終於演進至包含12光束、具備臨床適用性的完整系統。這不僅體現半導體光電技術對傳統生理量測方法的改造潛力，更為智慧醫療裝置在心血管預防醫學領域開闢新道路。
先前的三個案例展示了矽光子技術在醫療成像與感測領域的多樣化應用，從眼科影像到生化感測、再到心血管量測，皆取得令人矚目的成果。下面我們以一張表格來比較這些應用案例的技術特性與臨床價值（見表1）。
表1：矽光子技術在多項醫療影像與感測應用中的比較與進展概覽。透過晶片光學整合，各應用均達成設備小型化或性能提升，並展現出實際臨床價值。其中部分已商品化或進入臨床測試階段，強調了產學研合作在推動矽光子醫療創新中的關鍵作用。
(承前文)近年來，矽光子（Silicon Photonics）技術快速發展，讓光學元件能夠如同電子元件一般被整合在單一晶片上。矽光子學借鏡半導體製程，以矽為光波導材料，透過成熟的積體電路工藝來製造光學電路，使雷射、光調制器、光偵測器等光學元件縮小到微米尺度。這種技術原本主要驅動力量來自於高速光通訊，但近年也逐漸應用於生醫領域，包括醫療影像與感測。隨著醫療影像技術朝向數位化、微型化和即時診斷發展，如何將光學成像裝置做得更小型、更智慧，成為醫療創新的關鍵課題之一。
矽光子心血管測振的成功範例，凸顯了光子技術與醫療設備結合的跨域創新成果。學術界早在2013年即有Ghent大學Baets團隊展示雙光束矽光子LDV晶片測量頸動脈PWV的概念性驗證。經過數年產學合作，該技術終於演進至包含12光束、具備臨床適用性的完整系統。這不僅體現半導體光電技術對傳統生理量測方法的改造潛力，更為智慧醫療裝置在心血管預防醫學領域開闢新道路。
先前的三個案例展示了矽光子技術在醫療成像與感測領域的多樣化應用，從眼科影像到生化感測、再到心血管量測，皆取得令人矚目的成果。下面我們以一張表格來比較這些應用案例的技術特性與臨床價值（見表1）。
表1：矽光子技術在多項醫療影像與感測應用中的比較與進展概覽。透過晶片光學整合，各應用均達成設備小型化或性能提升，並展現出實際臨床價值。其中部分已商品化或進入臨床測試階段，強調了產學研合作在推動矽光子醫療創新中的關鍵作用。
資料來源：中山醫學大學附設醫院 醫療資訊中心，2025/07
產業趨勢與機會：全球研發佈局與技術商品化趨勢
矽光子醫療應用的進展離不開全球產學界的共同努力。從研發佈局來看，歐美許多頂尖大學與研究機構都投入此領域，例如比利時imec/根特大學在OCT與LDV、生物感測方面屢有創新，美國華盛頓大學聖路易（WashU）推動可攜式OCT晶片計畫、麻省理工等也研究光子晶片在生醫感測與神經科學中的應用。大型企業方面，一些科技與醫療公司開始關注矽光子的潛力：蔡司（Zeiss）與imec合作開發手持OCT、Medtronic參與了Cardis/InSiDe心血管專案；Rockley Photonics則瞄準穿戴式健康監測晶片市場。矽光子技術本身的成熟也吸引半導體大廠介入，例如Intel、IBM、Cisco曾大力投資矽光子技術（雖主要用於資料通訊），這間接帶動製造平臺與元件生態的建立。
製造方面，台積電、格羅方德(GlobalFoundries)等晶圓代工龍頭已陸續提供矽光子製程服務，使新創公司和學術單位能透過多晶圓共享投片方式製作晶片。同時，光學封裝與測試業者如日月光(ASE)也深耕矽光子領域超過15年，致力於解決先進封裝難題。產業界預期，矽光子技術將在未來五年從目前每年數百萬顆晶片的規模，躍升至每年數億甚至數十億顆裝置出貨，用於通訊、感測和計算等多元應用。在醫療方向，越來越多新創和大型醫療器械公司開始關注矽光子：除了前述的Indigo、Genalyte、Siloton（開發居家OCT，英國）等新創，傳統醫材公司如Siemens Healthineers、GE也在評估將矽光子導入下一代醫療成像設備的可能性。
商品化趨勢上，矽光子醫療產品的落地正逐步提速。早期矽光子元件多停留在原型驗證，近年隨技術成熟已有初代產品上市或臨床試用：如Genalyte的Maverick生物感測平台已取得CLIA實驗室認證，能提供商業化檢驗服務；Indigo的植入式感測晶片正籌備更大規模臨床，瞄準歐洲CE醫療器材認證；Siloton的居家OCT原型成功拍攝視網膜類比眼模型影像。這些案例顯示，矽光子醫療裝置正從實驗階段走向臨床轉化和市場導入。產學合作是關鍵推手——許多突破源自大型計畫（如歐盟H2020專案）將學研、臨床與企業夥伴聚在一起。例如Cardis/InSiDe匯聚了imec、學術醫院和Medtronic，聯合完成從晶片設計、封裝到臨床測試的全流程。另外，標準化和平臺化亦是趨勢之一：透過建立模組化光子元件庫與MPW多項服務，小型公司也能低成本試產，降低創新門檻。綜合來看，全球矽光子生態系正從研發驅動轉向商業推動，未來幾年內預計會有更多醫療領域的矽光子解決方案問世，涵蓋從檢驗診斷、監測到治療等各方面，為光電產業與醫療產業帶來新的交集機會。
挑戰與建議：法規、認證、供應鏈整合與臺灣產業策略
雖然矽光子在醫療影像應用上展現出極大潛力，然而從實驗室走向臨床與市場仍面臨諸多挑戰，需要產官學界通力合作來克服。
法規與認證挑戰：醫療器材的監管門檻高，新技術往往缺乏既有標準可循。矽光子醫療裝置屬於創新領域，監管機構如美國FDA和歐盟CE對其安全性與有效性評估尚無先例，需要製造商主動與監管單位溝通，確立適當的認證路徑。例如，一款植入式矽光子感測晶片可能被歸類為Class III高風險醫材，需進行嚴格的臨床試驗驗證安全有效後才能核准上市。為此，建議相關研發團隊儘早導入醫療法規顧問，在設計階段就考量監管要求（如ISO 13485設計控制、產品風險管理），確保開發出的產品滿足基礎安全與性能標準。同時，與FDA等單位互動以制定針對光學診斷設備的指引也是必要的。目前FDA已針對某些光學診斷設備建立指南，但矽光子特有的一些特性（例如軟體輔助診斷、雲端連線等）可能涉及數位健康監管的新課題，需要額外考量。
產業鏈整合挑戰：矽光子醫療產品的問世，需要一條從晶片設計、晶圓製造、光學封裝到系統集成與臨床驗證的完整供應鏈。然而，目前具備矽光子製造能力的多為半導體廠，對醫療應用需求理解有限；相反傳統醫療器械商在半導體領域經驗不足。供應鏈各環節的脫節可能導致產品難以順利推向市場。例如，矽光子晶片的光學封裝是公認難點，包括高精度光纖對準耦合、封裝材料生物相容性、長期可靠性等。為解決這些問題，產業需要新的合作模式：一方面半導體代工可與醫療器械公司建立聯合開發專案，由醫療方提出應用需求，半導體方提供技術實現，共同優化設計；另一方面，可興建光電醫療中試平台，整合光學工程師與醫學專家，針對特定應用開發客製封裝與模組。例如在臺灣，可由工研院或生醫研究中心牽頭，串連國內封裝測試廠與醫材廠，共同攻關矽光子醫材產品化所需的封裝、驗證技術。政府亦可提供補助鼓勵半導體產線導入醫療專案試產，逐步建立完整的生產供應鏈。
臺灣產業策略：臺灣在半導體和光電產業具備全球競爭力，擁有台積電等晶圓代工龍頭以及完善的電子產業聚落，這是發展矽光子產業的天然優勢。近年來臺灣亦開始重視矽光子技術，例如SEMI國際半導體產業協會於2024年在臺灣成立「矽光子產業聯盟」（SiPhIA），匯集產官學超過110家單位，共同制定技術藍圖並促進供應鏈合作。臺灣可扮演亞太矽光子研發與製造樞紐的角色。一方面，鼓勵本土學界深化矽光子在生醫上的應用研究，例如設立專項計畫支持大學光電、生醫工程系所合作開發醫療矽光子晶片（目前國科會已有矽光子整合電路研究計畫）。另一方面，政府可引導現有半導體公司擴展服務範疇至生醫領域，例如由晶圓代工、光學元件廠組成矽光子醫療聯盟，針對國內外新創和醫院需求提供從設計到製造的解決方案。臺灣的醫院臨床量能與ICT產業實力結合，也是獨特優勢：可在多家醫學中心設立臨床試驗據點，加速驗證新裝置的臨床效益，並及早建立醫師對新技術的接受度。此外，臺灣可尋求在矽光子醫材的標準制定上取得話語權，例如針對矽光子光學生物感測、OCT晶片等推動國際標準草案，鞏固未來市場主導地位。
總而言之，矽光子醫療應用的產業化需要同時考量法規、技術和策略層面的挑戰。建議決策者制訂長遠發展路徑：短期內以重點專案攻克技術與驗證難關，中期促成產業鏈垂直整合與合作，長期則布局標準與生態系，打造從研發到製造、認證的一站式平臺。唯有如此，臺灣才能在這波矽光子與智慧醫療融合的浪潮中佔據有利位置。
結語：矽光子醫療應用未來展望與光電產業角色
矽光子技術與醫療影像的結合正處於從萌芽走向成長的關鍵階段。透過前文案例與分析可以看到，矽光子晶片已成功應用於多種醫療場景，帶來設備小型化、功能提升和新穎診斷模式等多方面的革命。展望未來十年，我們預期矽光子將在醫療領域扮演如下角色：
首先，矽光子將成為新一代醫療影像設備的核心技術之一。隨著元件整合度不斷提高，更多傳統大型設備功能（如高階顯微鏡、光譜影像、甚至部分超音波元件）可望在晶片上實現。這意味著醫院的某些診斷儀器可演進為手持或床邊裝置，檢查可在門診甚至患者家中完成，醫療服務將因此更趨個人化與便捷化。同時，大量即時採集的影像和感測數據也為醫療大數據與AI分析提供了沃土，矽光子裝置產生的高解析度光學數據可與演算法結合，提升診斷準確性。
其次，在光電產業方面，矽光子醫療應用的崛起為傳統光電廠商提供了轉型升級的新機遇。光電產業可積極投入醫療市場，將既有的雷射、生物感測器技術與矽光子平台融合，開發高附加值的醫療產品。同時，也將催生新的跨領域人才需求，如同時理解半導體工藝與醫學知識的工程師，以及熟悉光電技術的臨床研究者。臺灣光電產業應順勢而為，定位自身在全球供應鏈中的優勢，積極參與國際合作與競賽。例如，可針對亞太新興醫療市場需求，開發具本土特色的矽光子醫療解決方案，並結合雲端服務輸出整體系統，以提升國際競爭力。
最後，我們強調產學研生態系統在驅動此領域發展中的關鍵作用。回顧矽光子醫療應用的每一項突破，幾乎都源自學界的創新想法，產業界的工程實現，加上臨床單位的驗證支持。唯有持續強化這三方的合作，才能加速從實驗室原型到臨床產品的轉化。政府政策亦應配合，以研究經費、產業獎勵和監管支援等方式打造良好環境。
總而言之，矽光子與醫療影像的整合代表著光電產業與生醫產業融合的新典範。未來我們將看到更多晶片級的「光」照亮醫療的角落，使得精準診斷和個人化醫療更進一步成為現實。光子技術的微光，在臨床應用中將凝聚為照亮生命健康的新曙光。
參考文獻：
- Agneter, A., Muellner, P., Nguyen, Q., et al. (2024). CMOS optoelectronic spectrometer based on photonic integrated circuit for in vivo 3D optical coherence tomography. PhotoniX, 5(31), 1-15. https://doi.org/10.1186/s43074-024-00150-7
- Gellynck, K., Delbeke, D., van Horssen, P., et al. (2015). First step toward near-infrared continuous glucose monitoring: in vivo evaluation of antibody-coupled biomaterials. Experimental Biology and Medicine, 240(4), 446-457. https://doi.org/10.1177/1535370214554878
- Iqbal, M., et al. (2015). Silicon photonic micro-ring resonators for drug screening and kinetic analysis. In Methods in Pharmacology and Toxicology (pp. 133-153). Springer, New York, NY. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-2617-6_7
- Li, Y., Segers, P., Dirckx, J., & Baets, R. (2013). On-chip laser Doppler vibrometer for arterial pulse wave velocity measurement. Biomedical Optics Express, 4(7), 1224-1235. https://doi.org/10.1364/BOE.4.001224
- Ramirez, J. C., & Lechuga, L. M. (2016). Last advances in silicon-based optical biosensors. Sensors, 16(3), 285. https://doi.org/10.3390/s16030285
- Shekhar, S., Bogaerts, W., Chrostowski, L., et al. (2024). Roadmapping the next generation of silicon photonics. Nature Communications, 15(751), 1-13. https://doi.org/10.1038/s41467-024-44750-0