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外科醫師的好幫手 - 達文西
林士強/北美智權 教育訓練處 資深研發創新顧問
2015.04.09
科幻電影《星際大戰》、《普羅米修斯》中,機器人自動動手術或者是接生的鏡頭看似遙遠,但是在二十一世紀初,一種讓人驚艷的機械人悄悄地商業化。這是一種稱為「達文西」的機器人。雖然仍由醫師掌控著手術,但將開刀的那隻手,以機械手臂取代, 可將醫師因年紀增長,造成體力衰退的缺點降到最低,並讓年長醫師在專業及經驗上優勢,可以盡情的發揮!

相信沒有人希望與外科手術發生關聯,但當各位需要外科醫生的協助,解決你身體不適的時候,誰都會希望在各位身上動用工具的,是一位手指靈巧,又經驗豐富的奇才,像是漫畫裡的「怪醫黑傑克」一樣。奇才到底是稀少,而經驗豐富與手指靈巧剛好又成反比,當病患須要外科醫生服務的時候,往往只能食指與中指交叉,將命運交給上帝。

不過別喪氣,與我們的老祖宗相比,咱們已經幸運多了。

圖一的骷髏頭大約有一萬年的歷史,骷髏頂上的方孔是經由人工外力所致,估計是某種程度的外科手術,或者是覺得某人頭腦有「問題」,必須打開來觀察一下。這樣的骷髏並不是特例,因為在世界各地,至今數以百計這樣的頭骨被發現過。先不管為什麼有這樣的需求出現,這些在腦袋上被開了個「天窗」的人,事實上很多是痊癒的,因為從頭骨上觀察,這些「窗口」的邊緣,都有癒合的跡象。


(圖一)圖片來源:
http://www.ted.com/talks/catherine_mohr_surgery_s_past_present_and_robotic_future

快轉時間至文藝復興時代,現在稱作外科手術的行為,有點像是一場又一場的表演,經由修士,醫師甚至是術士,在懸壺濟世的同時,順便娛樂旁觀的觀眾。圖二中的「表演」,便是一位修士在為病患取出膀胱中的結石。「快」是這些手術的特色,大約得在兩、三分鐘內快速完成。各位可以想像,那些病患,是如何在恐懼及痛苦中,度過這兩、三分鐘的煎熬。這恐怖的景象,一直到麻醉劑的出現,才得到改善。


(圖二)圖片來源:
http://www.ted.com/talks/catherine_mohr_surgery_s_past_present_and_robotic_future

麻醉劑的出現,的確讓病患免去了皮肉之苦,也讓醫師有足夠的時間開刀處理病患的問題。但是在消毒觀念沒有建立的那個年代,病患沒有死於手術,卻死於落落長手術之後的感染。這個情況總算在醫生養成「手術前洗手」這個習慣之後,得到了大幅的改善。

像圖三這樣觸目驚心的照片,是一個腹腔手術後留下的痕跡,先不管是否影響美觀,光想到術後傷口的癒合,以及傷口之下一層層組織的沾粘,就得讓病患有長期抗戰的心理準備。


(圖三)圖片來源:
http://www.ted.com/talks/catherine_mohr_surgery_s_past_present_and_robotic_future

接下來,醫療器材及技術的進步,某種程度的遠端操作手術,(圖三)在人身上開個小洞,將必要的設備伸到人的身體中,對必要的位置做必要的修補,這樣確實可以讓傷口微小化。


(圖四)圖片來源:
http://www.ted.com/talks/catherine_mohr_surgery_s_past_present_and_robotic_future


(圖五)圖片來源:
http://www.ted.com/talks/catherine_mohr_surgery_s_past_present_and_robotic_future


(圖六)圖片來源:
http://www.ted.com/talks/catherine_mohr_surgery_s_past_present_and_robotic_future

如果成功施行這樣的手術,術後的傷口大幅縮小(圖六),連帶也減少了出血、術後的感染機會以及復原的時間。但是看看圖五中的外科醫生操作這樣的裝置,非得有上千小時的實戰經驗,練就熟稔的技巧,外加過人的體力,否則難以勝任。

科幻電影《星際大戰》,《普羅米修斯》中,機器人自動動手術或者是接生的鏡頭看似遙遠,但是在二十一世紀初,一種讓人驚艷的機械人悄悄地商業化。這是一種稱為「達文西」的機器人。雖然仍由醫師掌控著手術,但將開刀的那隻手,以機械手臂取代,這讓醫師因為年紀增長造成體力衰退的缺點,可以降到最低,使得年長醫師在專業及經驗上優勢,可以盡情的發揮。


(圖七)圖片來源:
http://www.ted.com/talks/catherine_mohr_surgery_s_past_present_and_robotic_future

「達文西」機器人是由位於美國加州矽谷的Intuitive Surgical, Inc.開發,看起來它是現今這類系統的唯一供應商。手術的進行,是由穩定的機械手臂操刀,醫師所面對的,比較像是模擬器,而真正在病患身上的,則是微型的工具(圖八),能夠深入患處,進行切割、剪裁(圖十)或是縫合(圖九)。圖九縫合皮膚的動作,是由醫師操作搖桿,控制機械手臂完成,而醫師操作手術的姿勢,也從長久以來的站姿改為比較舒適的坐姿,醫師直接由螢幕觀察患處,而不用依賴掛在頭上的放大鏡,這讓醫生大大減少體力的負荷,也可以對病人有更好的服務。

圖九縫合皮膚的動作可能簡單,但是想想如果縫合的位置是病患心臟的瓣膜,有機會不必鋸開肋骨而進行縫合,我們就要慶幸能生在此時而不是三十年前了。


(圖八)


(圖九)


(圖十)圖片來源:
http://www.ted.com/talks/catherine_mohr_surgery_s_past_present_and_robotic_future

這種機械人開始只能在固定的位置動手術,例如病患的腹部某處。如果同一個病患腹部的不同位置都需要動刀,則須要將病患移動位置,隨後在病患的身上再增加一個切口,仍然頗不方便。不過這種情況隨後就改善了。Intuitive Surgical, Inc.開發出以下的複合裝置,將好幾種工具,連同照明燈及攝影機一起經由同一條管子送入病患體內,可以同時做好幾種動作,完成一處的治療,再進行下一個位置的處理。與圖三的恐怖傷口相比較,圖十二的傷口微小以及更快速的復原,就讓人舒服多了。


(圖十一)圖片來源:
http://www.ted.com/talks/catherine_mohr_surgery_s_past_present_and_robotic_future


(圖十二)圖片來源:
http://www.ted.com/talks/catherine_mohr_surgery_s_past_present_and_robotic_future

「達文西機械人」有沒有缺點??有的,例如,價格昂貴,手術之後身體內部二氧化碳(CO2)太多,造成渾身酸痛,醫師也會抱怨,手術實際的觸感消失…。

但是無論如何,這是一項在醫學上的重大成就。終於有人將電機、電子、機械、光學等等的進步,運用到醫學領域。Intuitive Surgical, Inc.看起來是這個領域的先驅,並且成功的將這樣的理念商品化。在Intuitive Surgical, Inc.研發的背後,一定有強力的支持,不管是資金或是技術。身處專利事務所的我,當然對Intuitive Surgical, Inc.將核心技術用專利保護的現況,深感興趣。

以美國專利為例,Intuitive Surgical, Inc.早在1990年便開始申請向量處理以及高解析度影像及光纖方面的專利(US 5187796, US 5210814)第一件機械人微創手術的專利在1996年提出(US 5762458),隨後產品約在1999年推出。

Intuitive Surgical, Inc.至今被美國專利局核准了577項專利,幾乎全與「達文西機械人」有關,如圖十四所示,專利申請核准量的趨勢是逐年提高,意思是Intuitive Surgical, Inc.為這些有創意的技術提供了專利門檻,這些專利,不只在技術上,同時也在商譽上,替Intuitive Surgical, Inc.提供雄厚的支柱。畢竟,如果要在自己的身上開個洞,大部分人情願選擇一個有數十年經驗的老牌產品,也不希望使用一件只有短短銷售紀錄的業界菜鳥。

例如,圖十一裡看到的微小關節結構,在2002年就提出申請,在2004年獲證(US 6717974),運用至今,已經超過十年光景,在業務員的口中,一定是牌子老品質好的設計,強力推銷給醫院、醫師以及病患。


(圖十三)林士強/製圖

 

 
(圖十四)圖片來源:Uspto                                                              (圖十五)圖片來源:Uspto

疾病不會選擇對象,不管創立了多少家企業,或是得到多少的殊榮,都有機會與疾病結下不解之緣。屆時,誰都希望得到最好的對待,使我們在與疾病牽扯不清的時候,站在更有利的位置。「達文西機械人」不會是結束,「達文西機械人」是一個開始,讓大家拭目期待。

參考資料
http://www.ted.com/talks/catherine_mohr_surgery_s_past_present_and_robotic_future

 

 
作者: 林士強
現任: 北美智權 教育訓練處 資深研發創新顧問
經歷: 法商台灣康旭 研發工程處 專案經理
中科院飛彈製造中心 專案工程師
聖荷西州立大學機械研究所碩士
專長: 機械、供應鏈管理、專案管理

 


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