認識機器人外科醫生

認識機器人外科醫生

轉載自《HOW IT WORKS 知識大圖解》2019年9月第60期

虛擬實境、擴增實境和機械創新正為醫院帶來巨大變革。

外科手術大概是所有醫療實務中最仰賴技術創新的領域。然而,早在新石器時代(石器時代的最後一個時期),外科手術便已存在,當時會用顱骨穿孔術來治療某種至今仍不明的病症,爾後古埃及人也以同個方法治療偏頭痛。不可思議的是,在經歷這種療法後,有些人還能活到再進行第二次手術!

與西方世界的許多事物一樣,外科手術亦奠基於古希臘時期。古希臘人透過解剖屍體來研究人體結構,並運用斷骨復位、放血、截肢甚至肺部引流等方式來醫治病人。900年左右,先進的伊斯蘭世界更進一步出現關於耳鼻喉手術和其他主題的書籍。然而,在缺乏麻醉藥、消毒劑和先進的手術設備之下,這些手術依然極其危險,對患者而言自是非常駭人。

到了中世紀,歐洲在麻醉領域至少已有了初步進展。不幸的是,麻醉用的藥草和酒精濃度過高,危險性幾乎跟手術不相上下,作用強到許多患者在醫生動刀前便宣告死亡。這時期的外科醫生亦相當特別,他們的本業多半是理髮師,而這些理髮師兼外科醫師會替人拔牙、接骨,甚至截肢。

直到19世紀,啟蒙時代帶動了科學和技術創新,麻醉氣體才被廣泛使用。19世紀稍晚,人們亦瞭解了細菌致病論,以及預防術後感染的方法,為現代的感染控制奠定了基礎。

外科領域的快速進展亦持續至20世紀,抗生素、輸血和X光皆提升了手術的安全性和成效。在邁入21世紀時,對手術的知識已相當完備,這不免令人認為未來的進步空間恐怕極其有限。然而,接受手術的原因不僅是為了挽救性命,也可能是想改善生活品質,甚至僅是美容所需。外科手術實則仍有很大的改善空間。

隨著軟體研發和機器人學的進展,外科手術的革新前景大為看好,許多新技術已開始在臨床領域使用。從訓練未來的外科醫師,到執行複雜的手術,這些科技幾乎會出現在手術實務的各個環節。

且讓我們從頭說起。想像一下,有位新進的外科醫師亟欲深入瞭解這門專業,通常得從前輩身上習得實務經驗,有時還要跑到專家所在的遙遠醫院。然而,2016年時,虛擬實境(virtual reality,簡稱VR)首次展現其神奇之處,人們得以即時共享外科醫師的沉浸式視野:外科醫生沙菲.阿默德(Shafi Ahmed)進行了一場腫瘤切除手術的360度實況轉播。與影片不同的是,VR讓學習者得以勘查周遭環境、觀察手術團隊成員,進而想像自己成為執刀醫師的角色。

充分加強了理論知識後,新一代外科手術訓練的下一步便是實際演練。當然,執行手術可能風險重重,但先進的3D列印技術卻能在無風險的情況下,提供許多好處。紐約羅徹斯特大學醫學中心(University of Rochester Medical Center)的醫師成功將醫學影像轉換成電腦成像設計圖,以列印出外觀、質感、流血狀態和力學特性皆與實體無異的人造器官,旨在供有志於外科的新手醫師在正式動刀前,先將技巧磨練純熟。此外,附帶的好處是:即使是老練的外科醫師,也可將3D列印模型用在複雜手術的事前計畫和預演中,以提升成功率。

接著,讓我們把情境快轉至手術室。一位醫師正要進行得精準下刀且由專家指導的複雜手術。幸運的是,這位醫師已從VR進展到擴增實境(augmented reality,簡稱AR),透過高科技眼鏡,便能看到病患的體內構造映射在體表。身處異地的專家亦能看到這一切,並在手術執行時提供建議。上述的AR手術前景已獲微軟的HoloLens技術所支援;該裝置能賦予外科醫師超乎常人的視覺輔助。此外,透過前述科技進行合作的跨國手術團隊亦代表,貧困和富裕地區的醫院更能平等共享專家的經驗。

然而,在某些手術中,即便以AR輔助,所達成的手術精準度仍不及使用機器人。著名的機器人系統──如本專題探討的達文西外科手術系統(da Vinci Surgical System)──能執行人難以達成的微創手術。拜機器人的靈巧度提升、多隻機械臂和體內3D影像所賜,被醫師的視野和動作所侷限的手術就此有了新的可能性。

正如所有的科技,外科手術機器人也不斷在微型化,以便能應用在各種手術室中、進行更精密的手術。名為艾西斯(Axsis)的系統便是如此,採用了可彎曲且末端附有鉗夾的機械臂,得以進行眼部白內障手術;僅1.8公釐長的機械臂配有影像導引軟體,以及能在術中提供醫師建議和資訊的人工智慧系統。

微型化技術或許不僅於此。美國航太總署(簡稱NASA)與醫療公司「虛擬切割」(Virtual Incision)合作,希冀打造出一款由外科醫師遠端操控的小型機器人,好在低重力環境下施行小手術。若研發成功,這種機器人或許亦能在地球上使用。

Axsis、達文西和HoloLens 等裝置正引領著外科手術的未來,讓外科醫師得以獲得前所未有的教育、訓練、設備和外部資源。正如外科手術在20世紀所經歷的諸多變革一樣,同等規模的進展亦指日可待。

(本文由教育部補助「AI報報─AI科普推廣計畫」取得網路轉載授權)

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