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KUKA機械手臂於醫療技術領域中之多方應用

  • 工商時報 李淑慧
KUKA機器人滿足醫療行業之高要求,適用於各種醫療技術應用。圖/庫卡提供
KUKA機器人滿足醫療行業之高要求,適用於各種醫療技術應用。圖/庫卡提供

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看過《星際大戰》第五集嗎? 如果您還記得影片的結尾,在與達斯維達的最後一場光劍戰鬥中,天行者失去了他的右手,但後來順利逃生,並藉由自主運行的機器人系統移植了一隻功能完善的假手。“事實上,如今在醫學和機器人技術領域,還沒有走得那麼遠,但我們的進步也不容小覷。” KUKA醫療機器人副總裁Axel Weber說。

自動化專家KUKA不但是工業機械手臂的業界巨頭,其製造的產品中還包括了可以整合到醫療系統的機器人或機械手臂相關元件。第一台用於協助醫療的KUKA機器人於1999年投入使用,該醫療院所用它支援了一個放射治療系統。由機械手臂夾持一台直線加速器,並用於對病患身體中的癌症腫瘤進行精確照射。 今天,這些應用仍然非常重要,並被廣泛使用。

在醫療環境中使用機械手臂是有充分理由及需求的,大型機械手臂的應用領域 – 用於搬運大型負載重物,如線性加速器或 X 射線設備。其他潛在應用包括需要高精度的過程,如儀器的精確定位,或涉及持續時間較長、要求持續高精度的序列,如外科手術等。另一種情況是重複性流程,安排機器人長期執行相同的任務。 例如臥床不起的病人的早期復健即為一例,利用手臂進行預定的治療排程。以下兩個案例更可以幫助人們了解,機械手臂實際在醫療科技與科技醫療中扮演的重要輔助角色。

可曾想過機械手臂和頭髮的關係?

KUKA機器人滿足醫療行業之高要求,適用於各種醫療技術應用。圖/庫卡提供
KUKA機器人滿足醫療行業之高要求,適用於各種醫療技術應用。圖/庫卡提供

據統計全球有約12億人有脫髮或禿頭的困擾,植髮手術也早就不是新鮮事。然而Restoration Robotics公司使用KUKA LBR Med醫療型機械手臂協助醫生處理 "頂上功夫",憑藉KUKA LBR Med機器人提供的精確性、靈活性和安全性,輔助醫師執行植髮工作。配合專門設計的演算法,計算評估頭髮植入的部位與密度等,再利用機械手臂將毛囊植入制定部位。

植髮是一項非常精細的手術,從毛囊中提取出來的移植物本身非常微小,幾乎只有幾毫米的長度,而且其結構精緻又脆弱。一次植髮手術可能需在不到10公分見方的範圍內,重複數千次植入的動作。人類要在2到3小時內,始終保持高度準確度和一致性是非常困難的;但機械手臂就不一樣了,透過力覺感測裝置與極致的德國機械工藝,KUKA LBR Med機械手臂能長時間維持高度施作品質,既減輕了醫療人員的負擔同時也使客戶對植髮的成果更加滿意。

Restoration Robotics公司設計的ARTAS iX系統配合KUKA機器人執行毛髮修復工作,大幅提升了品質與效率,使人們有機會再次回到秀髮飄飄的年輕歲月。

KUKA機器人滿足醫療行業之高要求,適用於各種醫療技術應用。圖/庫卡提供
KUKA機器人滿足醫療行業之高要求,適用於各種醫療技術應用。圖/庫卡提供

美國Stanford大學在2001年就建立了第一個醫療商用系統,當時裡面就使用了一台經過整合的KUKA機械手臂。當時大多數機器人製造商都不敢將其系統用在患者身上。而KUKA這家來自德國的市場領導者卻與眾不同,為CyberKnife® 系統的醫療器械製造商Accuray提供了強有力的支持。

用機器人精准治療腫瘤和轉移性腫瘤

2005 年,與格羅斯哈登醫院合作,開設了慕尼黑CyberKnife中心。從第一家 CyberKnife 中心開始,現在全世界共有 350 家醫療院所採用。慕尼黑已經在使用第三代虛擬手術刀,慕尼黑 CyberKnife 中心放射外科兼神經外科醫生Alexander Muacevic 博士教授介紹,「我們使用這個系統執行放射外科手術,以極高的精準度進行放射治療。透過將圖像引導系統與機器人技術整合在一起,放射精度能夠達到亞毫米級。」在這套醫療應用的基礎主要是KUKA KR QUANTEC系列機器人。由於其獨有的機械結構以及高度剛性,它們天生便適合處理對精度有極高要求的任務。此外,堅固的結構還可將維護成本以及保養投入降至最低。由於提供多種安裝位置和全面的功能,機器人可以高度靈活地整合到各種醫療應用中。

KUKA機器人滿足醫療行業之高要求,適用於各種醫療技術應用。圖/庫卡提供
KUKA機器人滿足醫療行業之高要求,適用於各種醫療技術應用。圖/庫卡提供

在治療開始前,醫生根據CT和核磁共振獲得的圖像資料勾勒出腫瘤輪廓,並告知醫學物理師腫瘤放療的劑量。然後,醫學物理師根據這些資訊製作出治療方案,並傳輸至軟體。然後開始治療並全自動執行。Alexander Muacevic教授解釋「使用KUKA機械手臂協助醫療所能達成的精度是任何外科醫生都無法達到的,要想手動達到 0.5 毫米的精度是不可能的。」在放療中達到這樣的精度,正是 CyberKnife® 系統中,使用KUKA機器人帶來的最大好處。例如,用這個系統可以治療所謂聽神經瘤或腦膜瘤等良性腦部腫瘤。不然的話可能需要長達六個小時的手術才能摘除這樣的腫瘤,術後還要住院約一周,並接受為期八周的康復治療,使用 CyberKnife® 搭配機械手臂可大大縮短治療時間。

KUKA機器人滿足醫療行業之高要求,適用於各種醫療技術應用。圖/庫卡提供
KUKA機器人滿足醫療行業之高要求,適用於各種醫療技術應用。圖/庫卡提供

從診斷到手術再到治療,KUKA機器人滿足醫療行業的高要求,適用於各種醫療技術應用。根據不同領域,可以使用靈敏的協作型輕型機器人LBR Med或負載能力為50至300公斤的機器人。由此產生了廣泛的醫療高科技產品組合,涵蓋從手術中基於機器人的輔助系統到診斷或康復中的支援組件。

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