DCDC 植髮診所 | ARTAS植髮機器

DCDC生髮診所 朱冠州院長 撰寫

DCDC 植髮診所 | ARTAS植髮機器到底是什麼?

以下內文所稱植髮機器指的都是由美國Restoration Robotics公司所研發設計銷售的ARTAS Restoration Robotics (俗稱植髮機器人),ARTAS植髮機器是一種藉由計算機影像輔助系統,幫助醫師一致的、精準的、重複性的摘取毛囊機器。

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ARTAS植髮機器的問世,可以說是植髮手術的工業革命(工業革命定義上是以機器取代人力、獸力的趨勢,以大規模的工廠生產取代個體工廠手工生產的一場生產與科技革命)。傳統上,視植髮手術為一耗時費工且人力密集的手術,不論是FUT分離毛囊或是在毛囊植入的階段都需要大量的人力來完成。而 ARTAS植髮機器的問世使得植髮手術進入了人機一體、人機合作的新時代。

ARTAS植髮機器的硬件構造是由一個內含微電腦的系統移動車(機械臂、針杆機構)、ARTAS臨床配件包、以及ARTAS患者手術椅所組成,針杆機構內含兩台攝像鏡頭以及銳鈍穿孔組合的兩段式鑽頭。ARTAS在2011年四月獲得美國FDA以及歐盟CE認證,截至2016年十二月底全球24個國家已有146家醫療機構在使用ARTAS植髮機器人,在亞洲地區截至2017年六月底共九個國家地區58台ARTAS植髮機器為脫髮患者服務。通常配置上面,電腦操作員使用滑鼠、鍵盤或是觸控螢幕來控制微電腦,就如同我們平時在使用電腦一般。而醫師則是控制著有線遙控器端,上面有涵蓋許多常用的預設按鈕。電腦操作員手上的鍵盤、滑鼠或是觸控螢幕以及醫師手上的遙控器共同操控微電腦來運作ARTAS機械臂,ARTAS植髮機器採用了一種配有專用針杆機構的機械臂,實現了FUE過程的自動化,藉由一致性、標準化的流程達到水準一致的取髮品質。不管在取髮的速度上或是毛囊取出的品質上,都有很高的水平。

病患椅
機械臂

針杆系統

配件包

DCDC 植髮診所 | ARTAS植髮機器的原理:

由針杆機構上的攝像系統藉由兩個攝像鏡頭3D智能建模來判斷毛囊角度方向密度,配合頭皮張緊器(tensioner)以及腫脹液施打,可以讓張緊器內頭皮呈現一片平坦,更方便機器判斷毛囊的角度、方向並縮短手術的時間。電腦也會根據目前擊發的力道(以N牛頓值來呈現)搭配即時影像分析智能演算知道目前穿刺深度,而來自動調整下一擊發力道。雖然電腦本身已經能夠自動演算調整穿刺力道深度,醫師(或是電腦操作員)也可以手動方式利用鍵盤或是遙控器來做人為的調整。

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利用影像鏡頭來代替醫師的眼睛,量化的毛髮角度與鑽取密度等等的科學數字可以作為治療的依據,機器人是採用管套針的方式來穿孔以及剝離毛囊,透過尖銳的內針在毛囊周圍銳性的穿刺頭皮達真皮淺層(約0.5-1mm)形成一個直徑最低可以小於0.8mm的環狀小孔,然後用一個鈍的剝離穿孔器(外針)環繞式剝離毛囊周圍的組織(最深可以達到6mm左右)并負壓吸取,這樣可以最大限度降低毛囊橫斷的可能性,確保提取毛囊的完整性。不管是內針銳鑽頭或是外針鈍鑽頭上面都有橫紋刻度,在內針穿入以及外針結束的那一剎那的即時影像,可以供ARTAS植髮機器依據來調整下一擊發力道。

銳針(內針)

鈍針(外針)

雙穿孔組合針

ARTAS植髮機器的雙穿孔系統的核心技術在於穿孔機可以精準的提取目標毛囊、確保提取毛囊的完整無損,同時減少對供髮區的傷害、出血少,術後創傷恢復快、日後疤痕微細不明顯。

先一代改良四爪穿孔

雙穿孔銳鈍鑽頭組合與現有人工FUE手術過程中所使用的單穿孔有很大的差異,單穿孔系統對於目前提取的毛囊損傷機會較高,也比較容易損傷周圍的毛囊,長時間下來提取效率會逐漸降低,有時候出血多也會影響毛囊的判斷。兩段式的鑽取結合了銳穿孔以及鈍穿孔兩者的優點,不但能夠輕鬆劃開皮膚,也能夠高度保存毛囊的完整性,使得手術有更標準化、更一致的鑽取結果。

DCDC 植髮診所 | ARTAS植髮機器的優勢:

  1. 醫師養成訓練的速度快,要訓練養成一位能夠有基本水準的醫師只需要10台以下的植髮機器人臨床手術即可達到。相較下,訓練一個能夠手工精準鑽取品質良好毛囊的醫師難度比較高,也必須花費較長的時間。
  2. 植髮機器人是由醫師或是電腦操作員操控下的機械臂來工作,沒有人工FUE技術不到位或是長時間下來醫師勞累疲憊的問題。植髮機器操作精準如一、永不疲倦,而且可以保證從第一株到最後一株毛囊可以依照既定的演算模式來維持固定的品質。
  3. 醫師執業年限的延長,對於視力、體力的負擔都可以減輕。醫師的工作只需要手握著遙控器盯著螢幕甚至遠端監控螢幕調整參數即可以確保擷取毛囊的品質。在目前機器已經具備人工智能打孔甚至在不久的未來目標是可以自動植入毛囊,醫師只需要當一個手術品質指標的管理者即可。
  4. 使用雙穿孔鑽頭兩階段式鑽髮可以取得完整無損的毛囊。醫師只要能夠純熟各種參數設定,搭配電腦自動運算,就可以維持一定高品質的毛囊提取結果。
  5. 相較於傳統FUT植髮手術,ARTAS植髮機器手術是屬於FUE的一種,因此沒有縫線以及日後線狀疤痕的問題。如果搭配最新20G 四爪的穿孔更可以大大的減少鑽髮的孔徑,微小化日後白點的問題。
  6. 機械手臂移動速度快,一小時可以達到1000-1300擊發的速度。目前最新版本X甚至可以達到每小時1500-2000擊發。軟體版本日益修正更新,在應付不同頭皮毛髮狀況有固定的SOP可以遵循而能達到一致的品質。就像是自動駕駛的自動車,即使在無人駕駛的情況下也可以安全地到達目的。

ARTAS機器植髮手術人員配置

ARTAS植髮機器在東西方人種病患使用上的差異:

亞洲人頭髮的髮色較深髮質較粗,適合ARTAS機器人手術中偵測判斷,不過即使是金色、灰白色等髮色較淡的病患,也可以藉由手術當天染髮而讓手術能順利進行。亞洲人毛囊從表皮到毛乳突的平均長度5.5mm相較西方人4.5mm為深,亞洲人平均每株毛囊的毛髮數約1.6-1.9之間,相較西方人平均是2-2.5為少,亦即一株多根的比率少一點,不過這些都不影響植髮機器人判斷以及擷取毛囊。

只有在頭皮的軟硬度上面,東西方人種差異對於植髮機器人操控上有較大差異。東方人的真皮層較西方人緻密且硬,需要內針銳穿刺設定稍微深一點才能順利劃開皮膚。西方人則因為真皮較軟,預先施打腫脹液的效用不大,除非施打非常大量腫脹液的時候才有繃緊的作用,因此有些西方醫師在ARTAS植髮手術時並不預先施打腫脹液,只有在頭皮張緊器(tensioner)置放後才在四個角落補打一點腫脹液撐緊皮膚。但是亞洲病患在機器人鑽髮之前若能先整體施打定量腫脹液,放置張緊器之後再四個角落補一點腫脹液,可以使得皮膚繃得非常緊。可以大大的提高鑽取的速度。同時因為這些動作可以將皮膚繃緊撐開至最極限,因此拉開了供髮區每株毛囊間的距離,也方便電腦分析判讀毛囊資訊,等到術後腫脹液消退後,可以使得穿孔孔徑大幅縮小。因此可以說,皮膚張緊後的張力對於整個取髮過程扮演非常重要關鍵的角色。

疤痕組織對於植髮機器人鑽取的影響:

針對之前已經做過FUE手術的病患,頭皮通常都因為之前鑽孔或多或少有些纖維化,不過並不會影響鑽取。倒是如果之前頭皮因為疔瘡外傷反覆受傷,有可能因此造成頭皮嚴重纖維化而影響外針鈍穿孔剝離,甚至如果嚴重纖維化之外再加上毛囊長度特別長的話,這樣特殊的狀況下就非常不利於植髮機器人鑽取,這時候反而改採用單穿孔手工FUE手術搭配口徑稍微大一點的穿孔或是改採用FUT手術反而取髮品質會比較好;個人在執業生涯中也曾遇過這樣非常特殊的案例,在2017年初上市的四爪6mm長針應該就可以解決這樣的特殊案例,因此可以說ARTAS植髮機器目前仍有它的極限在,只是發生機會非常低,但是Restoration Robotics公司可以設計出新的硬件來排除各種遭遇的問題。醫師仍必須具備能力判斷手術過程中會遭遇的各種情況來做排除,只要熟悉機器鑽頭運作原理,基本上大部分狀況都是可以手動調整參數或是重新調整皮膚張力而來排除,這些都有賴長期使用的經驗的累積。

在醫師實務操作上,常使用調整的參數有三個,另外加上一個skip(略過)按鍵。

PD (punch depth)指的內針銳穿孔進入皮膚的深度,PD深度太深的時候橫斷率會高,太淺的時後則不易劃開表皮。CD(coring depth)指的是外針鈍穿孔進入的深度,鈍穿孔主要作用在於從皮膚組織中剝離出毛囊。鈍穿孔上面有橫紋刻度,原則上設定深度以鑽入後完全看不見刻度為主,穿孔鑽頭後面接著軟管可以將鈍針剝離出的毛囊以負壓吸引拉離皮膚表面,如果CD過淺,毛囊非完全剝離,螢幕上可見毛囊不會吸離開皮膚水平,未完全剝離則拔取毛囊時候就必須施以一定的力道,有時即使施以一定的力道仍然拔不出,即使能夠拔出,拔出的毛囊下半部組織較少,裸露易乾枯。反之,如果CD過深,則毛囊底部(hair bulb)容易彎折受損。

醫師手持式遙控器

常用可調整參數

另外還有一個比較少調整,然而卻是非常重要的參數-角度(angle)。因為毛囊是有一個弧度的,皮膚表面毛髮離開皮膚的角度與毛囊在皮膚底下通常有一定的角度差別。植髮機器人針杆機構上面的攝像頭可以即時偵測每個鑽取毛髮在皮膚外的角度,通常預設是這個角度再加上15度則是實際穿孔的角度。穿孔進入皮膚的角度越大則穿孔的孔徑越圓,穿孔也比較容易穿入皮膚。如果在皮膚外面的毛髮角度越小,甚至低於25度以下的時候,這時候穿孔鑽出的孔徑越接近橢圓型,如果再加上皮膚張力不夠的時候,穿孔鑽入的一剎那會因為穿孔單側的與皮膚接觸面的壓力導致毛囊的角度改變,反而增加毛囊橫斷的機會。這時候適時的增加一點穿孔鑽取的角度會使得鑽入過程順利一些。

好的毛囊鑽取狀態是毛髮位於穿孔後圓形表皮組織的中央,大部分的毛囊會被負壓吸引稍微離開皮膚水平。如果在鑽取的過程中,持續鑽出空洞(橫斷或是鑽取過深導致毛囊被整個吸出、亦或是過度擠壓而在皮膚表面看不到毛囊)、鑽出孔洞相連、或是外針鈍穿孔沒有完全鑽入,這些都會影響到擷取毛囊的完整性。

良好

持續性空洞

未完全剝離

鑽孔洞相連

個人使用ARTAS植髮機器的習慣除了眼睛看著螢幕立即的影像以及機器立即的運算分析結果外,還會耳朵仔細聽著雙穿孔出針以及收針的節奏,習慣了辨聲節奏後對於有細微的偏差就能特別靈敏。通常遇到擷取毛囊品質不理想的情況時,我們會依照以下順序一一檢視過中是否有需要調整的地方。

第一個需要檢查的是皮膚張力的問題,可以重置頭皮張緊器,張緊器必須縮到最小面積、釘穩皮膚後再放開,另外在四周角落補充注射一些腫脹液調整張緊器內皮膚的張力與平整,有時候甚至還得要均勻的在張緊器圍起來的皮膚表淺都再注射些腫脹液以增加皮膚的硬度。

第二是檢查毛髮剃短後的長度,通常在植髮機器人會統計視野內毛髮的長度顯示在螢幕上,毛髮太短(<1mm)有時候不易判斷毛囊的角度,如果毛髮留得過長(>1.3mm),則視野中毛髮容易互相重疊不易區別出每株毛囊,反而會造成能夠辨識的毛囊數量減低,最適合植髮機器人辨識判斷毛髮的長度是1mm 。除此外手術內的光線因素也得要考慮,通常會盡量減少視野內的反光、眩光,有時候直接降低植髮機器人周圍的亮度也是不錯的方式。

第三是調整適合機械臂活動的空間,考慮到機械臂運作的順暢性,我們可以調整病患俯坐或是趴躺面朝下或朝側,可以調整頭頸之間的角度,可以調整病患手術椅與系統移動車本體的角度距離,這三個參數互相配合可以創造出一個適合機械臂順暢運作的環境。

病患椅頭部可調整角度

病患趴枕可調整

病患椅相對系統車角度

上述要點檢視後如果沒有問題,最後才是調整內針銳穿孔深度(PD)、外針鈍穿孔深度(CD)、以及整體套針鑽取的角度(Angle)。

植髮機器人設備未來的發展

目前除了在供髮區擷取毛囊外,在植入的方面,ARTAS植髮機器目前已經可以做到在前額預定部位打孔。搭配ARTAS模擬軟體AHS,軟體只需要拍攝病患兩張照片就可以模擬出病患的3D頭型,醫師可以決定在不同區域想要植入的總株數或是密度、打洞的方向以及角度等,ARTAS植髮機器能夠選擇避開所設定粗細的現有毛髮,甚至在最新版本9.X的系統軟體還能夠選擇不同的的打孔工具。規律均勻、一致的深度、避開現有健康的毛髮,這些是機器人打孔的優勢!人工方式打孔是以醫師慣用手的觸感來感覺皮膚的厚薄軟硬阻力等等,而ARTAS植髮機器則是以即時的影像搭配快速的智能運算來感知局部皮膚的膚質特性,兩者不同處在於醫師除了手的觸感外還需要戴著高倍放大鏡以及不斷的手腕動作才能完成,而ARTAS只需要一開始在AHS規劃設定好就可以交由機器人自動執行。根據Restoration Robotics公司內部的規劃時程,預計到2020年的目標是能夠類似機關槍一樣,人工把毛囊一株一株的裝填之後,由機械臂自動植入。雖然整個流程中仍然無法完全排除人工的參與,但屆時更能大大地減輕醫師體力上的負擔。

植髮機器人一次最多可提取多少毛囊?
筆者截至目前(2017年)有執行了約六百例ARTAS植髮機器人手術經驗,目前ARTAS植髮機器手術(單純ARTAS機器人手術以及ARTAS合併FUT手術)約佔我們所有植髮手術的24%,我們內部統計毛囊橫斷比率介於1-8%,與文獻上差異不大。病患選擇ARTAS植髮手術通常是因為新設備、低毛囊橫斷率、以及術後恢復期短,病患未選擇ARTAS植髮手術原因通常是價位高以及供髮區需剃短頭髮。通常一次植髮機器人手術能夠取得最大的毛囊株數約2500-3000株左右,藉由鑽取過程中智慧選取毛囊功能可以將最後手術結果的根株比(平均擷取每株毛囊的毛髮量)提高在2左右,這也還需要視病患原本毛囊頭皮的條件而定。2-3次ARTAS機器人手術目前約能夠鑽取株數在4000-4500株,以男性雄性禿第五期左右的病患也可以藉由2-3次的植髮手術達到非常好的覆蓋密度。

在手術花費時間方面,我們兩年前(2015)曾經做過統計,一樣的人力下,ARTAS植髮機器人手術與FUT在1100株手術所需的時間是相當的。在最新版9.X軟件操作下每個小時可以到達1500-1800株,因此在數量規模較大的手術也能夠與FUT手術一樣達到相同的手術時間,而且需求人力更少。

雖然機器硬件、軟件仍持續不斷再更新,對於各式頭皮毛囊的掌握度愈來愈高,不過儀器設備並非萬能,每個患者都存在著差異性,機器人一致性的流程還必須搭配臨床的回饋,適時修正的能力才是我輩醫師在使用儀器設備的正確方式。如果某天植髮機器人能夠像AlphaGo一樣具備深度學習的人工智慧,從目前世界上各個使用醫師上傳的大數據中深度學習,我認為這才是機器人植髮手術最終發展的目標。

本文出處是由張菊芳主編的 現代毛髮移植技術

(本文中提及儀器或療程名稱部分與仿單不同,部分為技術方法介紹,或口語化提供民眾理解),僅供參考。