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微創手術可說是外科的最佳糖衣，它終結了傳統手術中最駭人聽聞的開腹手術；只要透過 1 到 2 公分創口，就能在體內進行切除、修補與電燒等細微動作。這也讓動不動就要給你開胸剖肚的傳統手術，在微創手術面前顯得黯然失色。
雖然現今的醫學技術早已不可同日而語，但醫學可謂是在黑暗中逐步探索出來的歷史。若說麻醉技術，是 19 世紀那道劃破黑夜的流星；那麼微創手術，可謂是讓 20 世紀的黑夜不再黯淡的極光。
微創手術的最佳推手 — 工業技術
想要在微小的創口中進行手術，若沒有機械手臂提供穩定且精密的動作輔助，將會很難能夠達成手術目標。
雖說如此，但製造機器手臂可不是簡單的事；雖然不若機器人那般複雜，但要在有限的創口空間中進行一系列縝密的手術操作，可是需要相當機械、電子等工業技術的結合，才有可能實現。
二次大戰結束後的 1950 至 1960 年代，是工商業經歷百廢待舉的戰時階段後，最為蓬勃發展的時期。資本主義更也促成產業技術上的競爭，所有人無不想著，如何透過規模與效率化的生產方式來擊敗對手。
最聰明的方法，就是讓幾乎不會犯錯、又能持續運轉的機器人來進行生產製造。這也是科幻作家-卡雷爾·恰佩克 (Karel Čapek) 於 1921 年發表《羅素姆的萬能機器人》 (Rossum’s Universal Robots) 後，開始有人認真構想如何讓機器人成為現實。
即使這想法也太晚才出現，但在 1956 年第一間機器人公司 – Unimation 成立後，第一台重量高達兩噸的機器人 – Unimate 也很快在 1959 年就發展出來。雖然 Unimat e的機械手臂，只具有雞肋般前後、左右移動的功能；但畢竟這只是原型機，屬於機器人的時代才正要開始。
一個來自外太空的構想
Unimation 進一步改良原型機，並於兩年後的 1961 年推出第二代 Unimate，並被通用汽車（General Motors, GM-US）用來生產車門等硬體設備。至 1969 年時，Unimate 甚至已能夠完成 90％ 的汽車焊接作業。
如此極具生產效益的機器人，也讓美國、英國、德國與日本掀起一場猶如軍備競賽般的科技競爭；不管是檯面上的政策鼓勵，還是檯面下的投資研究，都讓機器人能更貼近生活層面的應用。
當機器人邁入同步製造的「多機器人工作單元」 (Multi-Robot Work-Cell) 時代時，微創手術的靈魂之窗 — 硬管式與軟管式的內視鏡也逐漸被發展出來。不過這還遠遠不夠，此刻的機械手臂還不夠靈活，內視鏡也只是透過另一端的目鏡來取得影像。不過既然微創手術的輪廓已出現，剩下就是需要一個理由來持續改進。
這個理由剛好就被與前蘇聯爭得水深火熱的美國所創造，那時，美國終於在 1961 年趕上蘇聯，成為第二個讓人類進入外太空國家。但美國不單只為了贏得這場太空競賽，探索未知的宇宙才是它真正的目標。
但探索是需要時間的，隨著太空人在太空滯留的時間越來越長，問題就出現了；倘若太空人突發需即時治療的症狀時，該怎麼辦呢？於是 1972 年，具遠端操控的醫療機器人，便被構想出來。
從發想到應用的累積之路
雖然說要讓遠離地球表面 400 公里之遠的醫師，來操控這個遠在太空的機器人是有那麼困難一點。但這不外乎提供一種技術發展的可能。
此時，動作粗獷的工業機器人，顯然還未達醫療所需細微動作的標準。所以即使 1980 年代，能在螢幕上顯示影像的影像傳感器 (Charge Coupled Device) 技術已發展出來；但由於機器手臂還無法靈活操作，直接操作手術器械的方式，仍還是比較可行的方式。
雖然技術還沒全然到位，不過這並沒有妨礙微創手術的發展。早在 1960 年代就發明出來的纖維內視鏡，就是利用光纖可撓式的優點來傳遞影像。如此，即使在小創口的空間中，鏡頭仍可以靈活調整來擷取影像。
1987 年，法國醫生 Philippe Mouret 率先利用這些知識基礎，將內視鏡的影像投放在電視螢幕，並以特製化狹長的器械進行手術操作。Mouret 完成的不僅是世界上第一例腹腔鏡膽囊切除手術，更透過外接影像讓患部的視野變得更加清楚，改善了過往直接利用目鏡觀察常有的眼睛酸澀感，讓醫師更有辦法進行長時間精確的手術。
腹腔鏡手術的成功，似乎已讓微創手術充滿前景。但微創手術還不因該僅是如此，除了像切除組織這種大目標的操作外，腫瘤手術更要求需要能作出細微的操控手法。
隨著微創手術的應用範圍越廣，時間也將逐漸拉長；此時，人的手臂也將無法避免遇到疲勞與顫抖等生理限制的問題。
看起來，機械手臂仍顯得勢在必行。美國太空總署的願望還在等待之際，美國國防部更也希望能基於這基礎，發展出遠端操控的醫療機器人，期許能夠讓軍人在戰區獲得最妥善的醫療照護。
融入科技元素的醫學新頁
當然，這一切只是太空總署與五角大廈的構想，這個令人期盼的重責大任，就交由擁有相當研發實力的史丹佛研究院 (Stanford Research Institute) 扛下。史丹佛研究院便與醫生合作，成功設計出能夠遠距離操控的「遠程手術系統」。
然而受限於當時無線電的操控技術，想要讓「遠程手術系統」達到無縫且即時的目標，還是有那麼點困難。更何況是遠距 400 公里之遙的外太空。相較之下，手術房中僅僅數公尺的距離，只要直接利用有線設備就能輕鬆達到即時操控目標。
雖然直到現在，太空總署與五角大廈的夢想都還未能實現；但歸功於「遠程手術系統」的技術奠定，讓爾後兩家機器人手術大廠：Computer Motion 與 Intuitive Surgical，得以延續基礎來不斷進行技術改良。
Computer Motion 率先於 1992 年推出能夠輔助支撐內視鏡的手術機器人，成功解決了手持影像可能的顫抖問題。等等，即使如此，這功能看起來仍一點都不智慧；此外，長時間操作手術器械的疲勞感，更也仍然存在。
Computer Motion 當然也知道這問題，但這就得先著手解決「自由度」的問題。
所謂的「自由度」，即是指物體以座標為原點，所能進行運動範圍的數目。例如，鎖螺絲時由上而下的順時針旋轉，就包含了「上下」與「旋轉」兩個自由度。此外，隨著物體的「自由度」越多，就越可能遇到互相碰撞的問題，在機械設計上也將更顯複雜。
歸功於原型機的基礎奠定，Computer Motion 又再於 1998 年推出新一代的手術機器人 – Zeus。Zeus 是世界上第一台能讓醫生在遠端操控機械手臂的機器人 (雖然也不過相隔幾公尺而已) ，但這種間接的「主從動式」 (Master and Slave) 操控方法，倒是真正解決了過往困擾許久的疲勞與顫抖問題。
此外，Zeus 的靈活程度更來到六個自由度，也只比有著七個自由度的人類手臂稍微遜色一點。
利用科技實現夢想的最佳典範
此刻，Computer Motion 另一個晚了好幾年的對手 – Intuitive Surgical，終於也在 1999 年迎頭趕上，發表同樣具有「主從動式」的手術機器人 – 達文西 (da Vinci) 。沒錯，這就是近年來聞名遐邇、平均使用價格高達 20 萬的達文西。
狹路相逢的 Computer Motion 與 Intuitive Surgical，很快就在法院前見面，互相控訴對方專利侵權。整整纏鬥了三年，Computer Motion 最終還是不敵背後有 IBM 資金撐腰的 Intuitive Surgical。
雖然崛起之路好像不是很榮耀，不過 Intuitive Surgical 倒也一統當時最先進的技術，並將心力全然放在技術研發上。Intuitive Surgical 所帶來技術上最大的變革，莫過於提供 3D 影像技術與具七個自由度的機械手臂。
3D 影像終結了過往透過內視鏡的力回饋，來探查組織深淺的方法，除了能更直覺、也降低對組織造成傷害的可能。七個自由度更讓機械手臂能如人手般，自由靈活地操作。
雖然目前看起來，手術機器人已幾近完美，但倘若需要更侵入、更細緻的操作，勢必還要發展更靈活的關節操控技術。就如，微創手術目前還無法達到骨科手術的要求：完整骨骼復位與不影響血液循環。
此外，在技術不斷演進之際，微創手術的成本將無法避免地高漲，更也埋下日後能否普及的一大隱憂。要想降低技術所帶來的成本，最終還是得依靠技術來克服。
例如達文西的器械只能使用十次，因此耗材成本始終高居不下。若能改良器械的耐用度，讓成本攤提的時間拉長，就能使醫院、病患的負擔不至於過大。
技術是一條永無止盡的改進之路，其為的不只是讓夢想成真，更是為了讓夢想能在每個人的生活中實現。
參考資料
- 《手術機器人之發展現況》
- 《外科機器人的過去未來》
- 《機器人技術發展緊隨智慧化趨勢》
- 全民健康基金會
- 東方健康
- 元氣網
- Mason Motor
【延伸閱讀】
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