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科技專案成果

「機器醫生」操刀脊椎手術 技術堪比機智醫生
發佈日期:2022-06-20
單位:財團法人金屬工業研究發展中心
案例年度:2021
簡介:
經濟部技術處以科技專案支持金屬中心打造出能協助骨科醫師執行手術的「機器醫生」系統,有效縮短手術所需時間,更能提高手術品質。

特色:

智慧骨科手術輔助系統首頁圖片
 

韓劇《機智醫生生活》受到不少觀眾喜愛,除了劇中的醫生五人組個性鮮明,角色塑造非常成功之外,他們在劇中被設定為醫術精湛的專科醫師,對病情判斷準確、手術技巧高明,也令人對醫生職業心生嚮往。在臺灣,經濟部技術處也以科技專案支持金屬中心打造出能協助骨科醫師執行手術的「機器醫生」系統,有效縮短了手術所需時間,更能提高手術品質。

金屬中心所開發智慧骨科手術技術是一套用於輔助脊椎手術操作的設備,透過新型定位技術、自動椎節分割、椎節即時修正姿態和機器手臂輔助技術,使得醫師可以改善手術品質,減輕手術時工作負荷。

以往醫生在進行脊椎手術時,往往需要將病患的背部打開來,才能觀察到患部情況,並且施行手術。然而部份病情並不嚴重的患者,可能僅只需要打少數骨釘,卻需要將背部打開來,並不符合比例原則。因此,在醫學界愈來愈倚重微創手術,但因為切口小,再加上脊椎解剖構造特性,醫師在施打植入物時,需採用術中輻射影像設備,大量拍攝X光影像確認施打位置,也因此在脊椎微創手術也導入了「導航系統」希望能減少手術中拍攝X光的需求;然而,起初所使用的導航系統應用紅外線原理,在感測時容易失準,也可能因為病患姿勢變換,在手術過程中需要反覆重新進行定位。另外因使用的器材體積過大,也會影響執刀醫師的動作。
 

數位摸骨透視body map
 

整套系統包含定位、導航、機器手臂等三種技術項目交互配合運作。在手術開始之前,先以電腦斷層或核磁共振掃瞄病患身體,手術中搭配術中X光機垂直與水平兩個方向所拍攝的X 光片,描繪出病患的完整身體輪廓地圖。接著,再將拍攝資料輸入至導航機內,建置便於運用與追蹤的數位格式。

由於人體的脊椎並不是一長條固定角度與姿勢的整體,而是由一節一節的椎節構成,過往技術並未將其做細部定位,在追蹤時便容易失真。而智慧骨科手術系統在建置專屬導航地圖時,用上了能夠更準確追蹤每一椎節的分割技術。能使醫師獲得最接近脊椎真實狀態的即時資料。
 

開車要導航,開刀也要導航
 

最後,在病患脊椎突起處打上定位標,透過遠場與近場兩種不同尺例的攝影機,即時偵測與運算出醫療器材與患部的相對位置關係,醫師就能在不需打開病患背部的情況下,經由導航電腦精準掌握手術正確位置。

智慧骨科手術的核心關鍵技術是使用12面體的定位標,視覺辨識鏡頭一次可以偵測12面球體的其中3面,並且用類似QR code原理的方式辨識球體不同面向的角度,就能計算出球體位置及方向的變化。只要將打上的多個定位標資訊綜合起來,再與預先輸入導航電腦病患輪廓地圖比對,即可獲得所需資訊。

在經過定位及導航找到手術位置後,最終手術操作仍然由醫生主刀進行決定最後的醫療行為。
 

機器手臂,遠距手術最後一哩路
 

而下一階段的研發目標,則是讓機器手臂配合電腦導航,直接進行定位標的放置。未來當機器手臂加入運作後,從定位、導航,到最後的執行都可以在同套系統下運作。目前智慧骨科手術系統已經針對機器手臂的自動路徑規劃進行驗證,相信不久後,我們就能看到機器醫生出沒在手術室裡輔助機智醫生的場景囉!


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更新日期:2019-12-18

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