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尖端微創手術-達文西外科機器人及人工智能的應用

 
 
1950代全球製造業革命化,美國發明家喬治·德沃爾(George Devol)於1954年(1961年授予)獲得專利的機械臂設計,Unimate是第一個工業機器人。1970-1980微電子和計算機領域的重大進步,1980年代後期,美國國防部為應用在戰場上治療受傷的士兵,國防高級研究計劃局(Defense AdvancedResearch Projects Agency,DARPA)資助了幾個機構,麻省理工學院(MIT)、斯坦福國際研究院(Standford Research Institute,簡稱SRI)、加州大學(University of California)研究針對戰場分類的遠程外科遠端手術(tele-surgery)的機器人系統手術計劃的可能性。美國國家航空暨太空總署(National Aeronautics and Space Administration,縮寫為NASA)也想要發機器人幫忙執行外太空相關任務,資助噴氣推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory位於加利福尼亞州帕薩迪納市)研究計畫;機器人輔助顯微外科(Robot Assisted Microsurgery ,RAMS)工作站也開始將遙控機器人與微創手術聯繫起來。 1995年成立的直覺手術(Intuitive Surgical)公司,向美國太空總署(NASA)、等單位收購能夠進行微創手術研發的使用權,並創造了達文西手術系統,後經不斷改良與技術的轉移、併購。1999年第一代達文西手術系統(da Vinci Surgical System)上市,是進化版的微創手術,命名為「達文西」是為了紀念十五世紀的科學家及藝術家李奧納多.達文西(Leonardo daVinci),他對解剖學的研究影響,歷史上第一個已知的機器士兵的設計者,達文西曾設計三種自動機械,分別是自走車、機器獅和機器士兵。 達文西手術系統包含醫生手術控制台、手術車台及影像設備。醫生坐在手術控制台透過電腦操縱桿,即可精確控制手術台車的機器手臂,機器手臂可以連接各種精密手術器械(包括切,割,剪,夾,剝離、電燒,止血,縫合),並可以像手指和手腕般靈活轉動,機器手臂可以在極小的空間運轉操作,執行非常精確的功能。此系統融合最先進的機械設備、三度空間數位影像、手術技巧及電腦科技。第一代(1999) 達文西三隻手臂系統Da Vinci system,接續有改良版達文西四隻手臂系統 Da Vinci;第二代(2006) Da Vinci S 系統機器人,2009年推出第三代Da Vinci Si;第四代(2014) Da Vinci Xi 懸吊手臂旋轉系統,直線式套管插入,靈活度、精準度、數位式的內視鏡鏡頭的全新設計,比原來的鏡頭更加輕巧靈活,並大幅增進影像品質,使影像系統擁有精緻的成像,開發了遠程觀察和指導系統,可以搭配專屬手術連動床(Trump 7000),病人擺位較彈性,自動化使得機械手臂可容易地各種角度依解剖位置進入體腔。第五代(2018),推出Da Vinci SP系統包括三個多關節,腕關節似的器械和一個全三維高清攝像機,器械和攝像機都通過單個插管伸出。 我個人使用過第一代到第四代達文西機械手臂,從2005年12月至2018年11月已突破2000例,截至2019年12月已達2300案例,包括腎上腺、腎臟、輸尿管、攝護腺、膀胱、骨盆及後腹腔七類手術,25種不同術式,其中曾幫65位醫師、牙醫師、藥師手術,開過24國病患,約佔總數的2.5%,達文西機械手臂系統製造廠商也特別從美國飛抵台灣頒發獎狀,表彰這項重要的成就。個人撰寫刊登在國際期刊文章達315篇,其中約有42篇是達文西機械手臂相關文章。值得一提的是刊登於2011年8月英國泌尿科醫學雜誌《如何降低機器手臂攝護腺根除術之併發症》(The learning curve for reducing complications of robotic-assisted laparoscopic radical prostatectomy by a single surgeon)這篇文章獲得2011台灣泌尿醫學會論文獎,2012亞洲泌尿醫學會最佳論文,2012英國泌尿科醫學雜誌全球獎(2012 BJUI Global Award)。目前這篇文章已被其他期刊雜誌引用高達111次,榮獲四次國家品質標章國家生技醫療品質獎章包括《達文西機械手臂高品質人性化之醫療》(2008-2012),《達文西機械手臂根除性攝護腺切除術-世界級保證》(2014-2016),《預防性機械手臂根除性攝護腺切除術 -攝護腺疾病全人照護的先驅》(2016-2017),《防癌保泌一條龍,全程照護,你我同心—童綜合醫院泌尿腫瘤中心》(2019-2020)。 人工智能(英語:Artificial Intelligence,縮寫為AI)指在計算機科學的基礎上,綜合信息論、心理學、生理學、語言學、邏輯學、影像學、光學、機械學和數學等知識,製造能模擬人類智能行為的計算機系統的新興學科。美國Intuitive Surgical 公司開發的達文西手術機器人輔助系統是最具代表性的視覺導航系統,醫師可通過系統操作在雙目內鏡系統手術臂,通過雙眼不同的視差圖像和真實的三維立體感,更好地感知體內組織的三維分布,使手術視野更清晰、手術效率更高。目前使用虛擬現實(Virtual Reality,VR)技術和增強現實技術的發展可將電腦斷層(CT)或核磁共振影像(MRI)等不同成像系統採集的圖像渲染在術中的視覺影像中。手術當天將VR信息與患者面部標誌進行匹配,將術前重建的病變、功能區等虛擬信息疊加到實際手術視野,實現術中VR顯示,醫師可佩戴眼鏡獲取真實手術場景視覺信息和虛擬圖像信息。機器人通過圖像特徵匹配和多傳感器數據融合綜合技術對患者進行手術,既使是同一種病,相同的手術術式,然而因為每個疾病的嚴重度,侵犯的程度不一,每個人的體質及解剖構造不同,未來人工智能的手術機器人全程幫病人開刀,可能僅限於簡單的小手術,嚴重的疾病及複雜手術,短暫時間應無法完成。 達文西機械手臂系統是新科技結合人工智能最好的例子,應用人工智能可以在手術前輔助診斷,術前計畫包括手術細節步驟的設定,導入模擬器可使教育訓練發揮功能。人工智能,針對手術中可幫忙精準定位腫瘤及相關解剖構造,使手術更安全順利。聖經在哥林多前書(2:9)記載「神為愛他的人所預備的是眼睛未曾看見,耳朵未曾聽見,人心也未曾想到的。」上帝會讓我們看到科技的進步,許多神奇的事發生,我們不得不敬畏上帝這位造物主的偉大與全知全能。
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