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)