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從敞篷馬車到裝甲坦克?「微創手術」的革新與演進

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近幾年來微創手術這個名詞充斥在各大醫院外牆的廣告與新聞媒體中,那究竟甚麼是微創呢?微創手術面臨的困境又是甚麼?

從傳統手術到微創

文章開始之前小編想先請各位看這兩張痛痛der照片~

左側為傳統腹腔手術後所留下的傷疤,右側則是微創手術所留下的傷疤

正如圖片說明所說,上圖為各位拍下了傳統手術與微創手術後所留下的傷疤,相信不管有沒有醫學相關的背景,只要用身為生物的直覺應該就會知道右邊比左邊還要沒負擔吧XD,是的,這也是從古至今的外科醫師所追求的最高境界之一,盡量縮小開刀的範圍,最小化病人的受創面積,受創面積越小代表術後感染機率越低;術後感染機率越低代表病人死亡機率越低;病人死亡機率越低代表成為天才外科醫生的機會越高。因此甚至有一段時間,術後傷疤的大小成為了名醫程度的指標。

後來,在 1984 年英國醫生John EA Wickham提出微創手術 (Minimally invasive surgery) 的概念,要比傷口小?OK!我把傷口縮小到只有手術器械的大小,看你怎麼比?內視鏡手術將手術創傷達到無人能及的境界,逼得連黑傑克醫師都要把匾額砸一砸了。微創手術的主要宗旨就是盡量減少手術病患的傷口面積,加速傷口癒合時程。這個想法一提出便受到廣大醫界人士的支持(不用說病患一定更支持XD)。

微創衍生的問題

但這樣問題就來啦~傷口如果只能讓手術器械進去的話……那我要從哪裡看到該切哪個位置???

這時候有一群頭腦好棒棒的工程師就出現啦~看到這些在偉大的杏林之路上仇眉苦臉的醫師們,決定對他們伸出援手,運用前人所留下的工程智慧,將他們運用在微創手術的領域,期望可以合作拯救更多的天下蒼生。

那這個偉大的工程智慧是甚麼呢?沒錯!就是我們在標題上就提到的殺人機器「戰車」啦~

戰車與微創?

從古代馬戰車到現代坦克發展

早在 5000 年前,人類就懂得在馬車上作戰的優勢,由一名老司機負責開車,其他人在後座逢人就戳、見人就射,讓馬戰車在上千年來世界各地的戰場都可以見到它的身影,隨著朝代的興衰更迭,科技也不斷地推陳出新,人類的殺人手法也是越來越獵奇、越來越奇葩。

超級小的坦克窗戶

漸漸的,馬戰車已經不堪在戰場上使用,取而代之的是一次大戰出現的裝甲坦克。把整個鐵箱子罩在身上到處跑,防禦等級又再向上提升了一個檔次。然而,坦克車雖然將自己包得死死的,但取而代之的問題是士兵的視野被侷限在一個小小的窗戶裡,造成許多死角。這好比微創手術過度追求縮小傷口面積後的結果,那難道真的就沒方法解決了嗎?

如果今天我要開一台視線受阻的戰車,我要怎麼確保前方的安全呢?

1. 我可以在車外設一個攝影機,這樣我就可以用第一人稱看到車外的戰況 — — 也就是「周視儀

烏克蘭公司 Photoprylad所生產的坦克用外部周視儀PNK_6

2. 我也可以在遙遠的太空架一個攝影機,用第三人稱拍出戰車附近的景象 — — 也就是「 全球定位系統 — GPS

全球最大軍火商 Lockheed Martin所生產的系列人造衛星

這同時也點出了兩個重要的醫材應用模式,既然我看不到體內的狀況

1. 那我可以在體內架攝影機,這樣就可以以第一人稱看到體內的狀況 — — 也就是「內視鏡( Endoscopy)

內視鏡示意圖

2. 我也可以在體外架一個攝影機,用第三人稱拍攝體內的狀況 — — 也就是「手術導航(Surgical navigation)

手術導航示意圖

簡單的說內視鏡就是將攝影機放入體內,替代醫師的肉眼直接看到內部的病灶;而手術導航則是將醫學影像與實際人體結合,讓醫師在螢幕上間接看到體內的病灶。

醫院如戰場,每一個躺在手術台上的病人,對醫師來說都是一場與病魔的戰役,而微創手術的出現就彷彿是各國之間的軍備競賽,使用更精良的武器,力求快、狠、準的解決對手,並盡可能地降低因戰爭而受到破壞的平民與領土。然而即使微創手術再厲害,也不是能面面俱到,正如同不管配備再精良的坦克,仍然不會捨棄掉最原始的肉眼觀察口一樣,不論是內視鏡手術或是手術導航都是犧牲其部分方便性來換取傷口的縮小。

微創手術是個很大的概念,自從此概念被提出後就衍生出許多醫材,今天提到的只是內視鏡跟手術導航的基礎原理與概念,正如其他醫材一樣,他們背後還有很多複雜的原理與應用,但礙於篇幅,小編將在之後特別為他們再寫兩篇獨立的文章,如果各位讀者有比較想看的主題也可以在下方留言,看看能不能召喚出拖稿大魔神盡快為各位填坑XD

讓小心肌聽話! — 自動體外心臟除顫機(AED)

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「3…2…1…電擊!」在電影「不可能的任務3」中,就在最後關頭男主角伊森用強力電流讓自己腦袋中的炸彈失效,卻也同時讓自己的心跳停止,最後靠著女主角的CPR成功救活的經典電影片段

電影因劇情需要而「自製」了一台透過「電流」讓心跳重置的「AED — — 自動體外心臟除顫機」,而常常我們會在便利超商看到AED的符號,究竟AED是由怎麼樣的原理做成?為什麼有效?以及這樣的有效可以運用在什麼其他場景下?

AED適用的「場景」 —心搏停止

當我們遇到緊急事件,而摸不到身旁人脈搏的情況,很高機會會是所謂「心搏停止(Cardiac Arrest)」。而造成心搏停止的原因能主要分為「心臟力道不足」(沒有心跳或力道較小)與「心律不正常」兩種,前者主要靠CPR,後者則主要是需要AED的協助。(延伸閱讀:心跳停止,電擊!(咦?)

AED(Automated External Defibrillator,自動體外心臟除顫機),主要功能是「去顫」 — — 消除不正常的「顫抖」,對心臟「力道足但心律不正常」,也就是心律不正常的情況去做「整流」。

概念上,即如同小時候映像管電視訊號不清時,用敲擊的讓電視更清晰。當遇到不正常放電時,藉由外力去整流,在AED中的外力即是「高壓電」(延伸閱讀:深腦電擊中的外力),透過放電讓心跳正常化(電乖)、回到較正常的心律。

那麼「去顫器」是怎麼做到「整流」的呢?目前研究多認為是經由電力讓心肌細胞順著這股高壓電,一起重置細胞中的電位(去極化)

「藉由強力電流,強迫我們身體重整心肌上的電流」

為什麼會這樣的方式會有效呢?我們可以把這樣「整流」的概念拿出來看。還記得在小時候升旗前,班上總是鬧哄哄的,總得要老師吆喝,才會靜下來乖乖排隊。這邊鬧哄哄的小朋友們,就像是一個個不乖的心肌細胞;老師的指令,則如同AED的電擊一般,強迫我們安靜、照著規矩來。

把這樣的概念抽出,在很多地方,也是藉由這樣的模式與概念去進行的:

不受控(方向很亂)的很多小個體(水流、氣體、電子、光子) 
→外力強制通過,讓其安靜、重設。

由外力讓不規則、亂動的狀態安靜、規矩下來。而這邊「外力」,可以是簡單粗暴的,像是老師指令、AED的電流等,能在資源有限下、以很短的時間奏效。另外,也可以是以較不容易有排斥反應與副作用的「引導」類型,對應來說也比較花時間。常見的如同以紅綠燈告訴駕駛人們、或是引導羊群們的牧羊犬。之後遇到很多小個體不受控時,可以從這個角度去思考、設計。

而當AED電擊完後,通常會是心電訊號正常,只是力道常常是不足的,此時就會回到心搏停止的另一種狀況 — — 「心臟力道不足」。這也是為什麼我們用完AED後,要靠CPR等等的動作輔助,把心臟血液打到全身。

那,是怎麼樣的原因造成「心律不正常」呢?主要是腦袋與心臟之間的傳導上出了狀況,神經電訊號中有雜訊,導致心律不穩定。所以從另一個角度看,去顫器是幫忙「Reset — — 重整電流」,所以本身如果是傳導路徑上出了狀況,像是電流不通,讓訊號難以傳到心臟,就不是去顫器能做的

AED的使用

如果您還不知道怎麼樣用AED,想在這邊借用一分鐘的時間,這將很有可能救人一命!

電極位置

在使用AED時,要記得兩個電極擺放的位置 — 看著病人的左上右下。通常機台都會有圖示,除非是不方便用(有傷口、年紀太小),那也可以用正貼前後。會有這樣的位置,主要是因為電流會從兩個電極間流過,而我們要盡量讓電流通過心臟。現在大部分的AED在兩個貼片的順序上,已經沒有太大影響,所以如果很警急時,記得就是左上右上的趕快貼。

結語

我們瞭解了攜帶式AED大致上的原理、應用場景,也回過頭來探討AED應用的過程中的洞見,值得我們應用於其他領域的問題。

參考連結

  1. 「找不到脈搏」的四種情況
  2. Physical Principles of Defibrillators
  3. Principles of External Defibrillators
  4. Fibrillation and defibrillation of the heart
  5. Spatiotemporal AED optimization is generalizable
  6. Finite element modeling of subcutaneous implantable defibrillator electrodes in an adult torso

撰稿:George Chan

當能量穿透人體 —震波(EWST)如何隔空敲響身體警報

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想為大家介紹震波對人體有什麼影響?震波為什麼會有效,為什麼其他方式沒效?這樣的「有效」可以應用在其他什麼場景下?

在各種療法充斥的現代,有沒有可能,不靠打針、不用吃藥、不需開刀,也不用經過放射的方式,來做治療呢?

試試看震波吧!

震波全名為體外震波療法(ESWT,Extracorporeal Shock Wave Therapy,Wiki:ESWT)主要有兩種用途,一種是用於「碎石」——擊碎身體中的結石;另一種則是我們常常在物理治療所聽到「震波療法」,是利用震波通過發炎部位,進而刺激身體復原該部分,目前大多用於治療足底筋膜炎網球肘五十肩腕隧道症候群等。

什麼是震波?

震波是一種聲波,一開始發現是源自於在高速飛行時,氣體壓力差所形成的斷層Wiki:Shockwave,在搭飛機時如果往外看,即能看到蠻明顯的差異,不知道時還以為是像在陸地上看到的海市蜃樓。後來有人突發奇想,想用其來擊破腎結石,還真的有效,所以會看到現在會有體外震波碎石室。而到最近才漸漸使用到修復肌肉肌腱等。(延伸閱讀:History of Shockwave

為什麼震波會有效?

目前在結石碎裂或肌健修復上有效,是因為用高能刺激發炎部位(痛點)。主要是讓患部不斷累積能量,讓結石透過能量而碎裂,肌肉部分也透過能量的通過造成「微小破壞」而自我重生。

震波運用在碎石上時,能量的路徑就像是光經過凸透鏡後的集中一般,震波碎石也會用類似的方式聚焦能量。而當震波碰到結石後,會在表面產生張力,這股力量會傳遍整顆石頭,經過千百次這樣的過程,結石會逐漸從外部慢慢剝離而崩解。

那另外的「微小破壞」是如何造成的呢?除了高能本身經過的破壞,另外就是在我們的組織內有許多的小氣泡,這些小氣泡的組成大多是空氣與水蒸氣,而當能量經過時,原本在該組織部位有的「氣泡」被震破、或是被能量帶走,該發炎處就會形成負壓

換句話說,震波是藉由壓力引出氣泡,讓氣泡破掉造成小傷害吸引大腦注意。運用身體本來的復原力來促進恢復。

就如同疫苗透過殘缺、較弱的病毒讓身體注意到狀況,先行準備抵抗,震波在組織上的原理一樣是巧妙運用我們身體的機制。也因為是刺激自癒能力,叫大腦不要怠惰,趕快發炎恢復傷口,所以很吃患者本身的身體狀況。這也是為什麼病患本身免疫力不佳,如老人小孩孕婦,就不太建議使用震波。

而震波還有其他用途,像是近期則有台灣的團隊研究用震波打開「血腦障壁 (Blood-Brain Barrier, BBB)」,這血腦障蔽顧名思義,正是防止物質進入大腦的屏障之一。目前很多藥物都會被擋在這 BBB 之前,導致治療腦部的方法目前多以放射治療與手術居多。現在震波在打開老鼠的血腦障蔽後,有一定的成效(延伸閱讀:震波誘發之 BBB 開門),之後如能順利打開人體的血腦障蔽,那將能在醫學上幫助相當多腦部疾病的治療

結語

透過這篇文章,我們知道了什麼是震波它的起源以及為什麼有效,震波的模式其實是相當有洞見的。之後在思考怎麼樣幫助復原時,也能思考哪種方式一樣能敲響「身體警報」,運用我們的自癒力?(可以從會造成「發炎」的方式著手)或是,因為是能量,所以穿透上方便,或許能打通原本身體「鎖住」的一些通道,促進治療。