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機器人技術持續突破 逐步打開醫療應用市場

圖2 : 服務型機器人將大量被應用於長照機構中,協助照護老人與久病患者。(Source:Tincture)
圖2 : 服務型機器人將大量被應用於長照機構中,協助照護老人與久病患者。(Source:Tincture)

作者 王明德

隨著全球人口老齡化日趨嚴重,原本專注於工業機器人發展的業者,近期也陸續投入開發醫療用的機器人。但工業機器人如何克服醫療的各種需求,將成為其發展重點。

觀察醫療產業的結構型態,醫院與診所是其中的核心醫療機構,此外就是醫學界負責藥物研發和生產的製藥公司,以及負責開發應用於治療和診斷的設備的醫療設備製造商、從事藥物開發和臨床試驗業務的「委託研究機構」(Contract Research Organization;CRO) 、「臨床試驗協調運籌中心」(Site Management Organization;SMO)、以及與相關產業銷售藥品的「委託銷售服務機構」(Contract Sales Organization;CSO),至於最外圍的則是與醫療密切相關的護理中心、長照中心。

在全球醫療產業的市場整體結構上,超過2/3的國家是呈現穩定成長的狀態,此一趨勢主要原因在於發達國家特有的老齡化與醫療技術的進步、健康意識的強化等,導致醫療領域產品和服務的使用數量增加,此外這類情況受到的經濟影響,又比零售、製造、建築等產業更小。

高齡化問題加速智慧醫療成長

醫療產業持續穩定成長的同時,世界人口結構也出現變化,出生率不斷下降導致人口老齡化,已成為大多已開發國家的重大問題之一。以日本的人口變化為例,嬰兒潮第一代(1947年至1949年出生)將在2025年進入高齡階段,預估屆時日本全國有1/3的人口年齡在65歲以上,1/5的人口年齡在75歲以上,台灣的出生率是全球最低,此一問題將更嚴重,空前的衰老時代即將到來。

在出生率不見起色的態勢下,台灣的老齡化將繼續發展。國際上將65歲以上人口占總人口比率達到7%、14%及20%,分別稱為高齡化社會、高齡社會及超高齡社會,根據國家發展委員會2018年的的資料,台灣已於1993年成為高齡化社會,2018年轉為高齡社會,推估將於2026年邁入超高齡社會,2065年每10人中,約有4位是65歲以上的老年人口,而此4位中則即有1位是85歲以上的超高齡老人,因此未來台灣不僅勞動人口會減少,而且醫療產業的負擔也會增加。

在此態勢下,目前已有多數醫療相關產業,針對未來需求進行規劃。例如,預防醫學/再生醫學/基因療法、構建綜合社區護理系統、利用機器人/ICT等等,這其中使用機器人進行醫療的可能性最受期待。

醫療機器人應用漸多

工業機器人的主要用途是自動化製造業中工廠的組裝、加工和包裝工作。如果要將工業機器人應用於醫療產業時,可以考慮以兩種應用方式來進行。首先是與現有的做法一樣,透過工業機器人製造藥品和醫療設備,提高生產效率;另一類則是將工業機器人的技術應用於手術和復健等醫護體系,像是達文西手術機器人、外骨骼機器人或服務機器人等。

談到機器人的各種變化使用,向來熱衷於此技術的日本廠商,其發展速度與各種創意位居全球領先群。例如著名機器人製造商川崎重工和Denso Wave,就已經有許多商業化和利用工業機器人的例子,這些工業機器人可以進行藥物的開發、生產和藥物調整。利用這些機器人可以進行藥物的灌裝(注射的容器)到貼標的某些工作自動化,這樣的應用可以改善工作環境並減少人為錯誤和污染風險。

而製藥領域中使用工業機器人,則可減少作業員暴露在氣體或危險化學物質的風險下,並且比一般工業機器人具有更多的工作特性,可說是特殊類型的組合。此外,機器人也可增加移動軸的數量,例如用來清理潔淨室內部和特殊處理等,或進行拋光鋁表面以抑制細菌的產生,達到防疫效果。

至於在生物學方面的應用方面,像是應用於細胞培養或再生醫學的幹細胞時,必須提供高品質、安全和低成本的機制,所以細胞培養的自動化非常重要。對此澀谷工業機器人細胞培養系統「CellPROi」,在再生醫學領域中利用工業機器人發揮了高效能,「CellPROi」的隔離器(細胞培養裝置)內置了設備的無菌操作環境,和自動進行細胞培養的機制,此系統可在高品質下實現連續培養並達到高精細度的細胞操控。

在醫療環境中使用機器人的想法已非常普及,像是用於護理的機器人,或復健時進行步行輔助的機器人,這個想法在外科手術中也已多有應用。由Intuitive Surgical Inc開發的腹腔鏡手術機器人達文西,目前應用於全球醫療機構的外科手術中,達文西手術機器人透過高品質的3D高解析度系統影像、大旋轉運動範圍與精確運動的手臂,再現人的手部運動,並從遠端進行機械手臂操作,讓外科醫生可以像用自己的雙手一樣進行手術,不僅可以確保手術過程中的安全和衛生,而且可以透過減小創口,來加速術後恢復。

圖1 : 達文西手術機器人的使用頻率越來越高。(Source:UL.com)
圖1 : 達文西手術機器人的使用頻率越來越高。(Source:UL.com)

以目前來說,達文西手術機器人主要用於支援「腹腔鏡手術」來清除癌症、息肉等。在美國醫療機構的的腹腔鏡手術中,達文西手術機器人的使用率已逐漸攀升,同時也被延伸應用到婦產科、泌尿外科前列腺癌等手術中。

服務型機器人將成長照最佳幫手

除了涉及醫療行為的手術機器人之外,

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2020.7月(第60期)廠房預診技術
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