剛柔並濟的機械手
郭嘉威研發機械手術系統 實現無創癌症手術
2025年10月23日
《走進中大》走訪中大六個獲選香港政府第二輪「產學研1+計劃」（RAISe+）項目的主要研究人員，此為報道系列之四。該計劃旨在促進本地大學將研發成果轉化及商品化，並為每個獲批項目提供高達一億港元的資助。連同去年在首輪獲選的七個項目，中大至今共有13項研究獲得資助，數目為全港院校之冠。
郭嘉威早在攻讀碩士學位的時候，已對機械人模仿人手的能力感到好奇。「我很喜歡研究機械人，特別它的操作、多角自由度下的協調、他們協調之後產生的效果等。」這位自動化與計算機輔助工程學研究生於是研發出一部能臨摹王羲之等著名書法家字跡的機械人，並以此開始自己的研究生涯。二十年過去，目前是中大機械與自動化工程學系教授的郭嘉威，近年開發另一款機械人系統，應用潛能更遠超當年。
郭教授研發的機械人系統讓外科醫生為癌症患者施行微創手術，無需外部創口，即可切除體內腫瘤，減低對病人傷害。教授說：「我們透過這部機器，擴展手術機械人能觸及的範圍。」今年6月，他的研究項目獲得政府「產學研1+計劃」（RAISe+）資助，為六位獲得撥款的中大學者之一。
安全至上
郭教授2007年開始着手研究醫療機械人，當時已有不少醫生利用機械平台進行微創手術。這類手術盡量經自然腔道進入人體，雖能減低對病人傷害，卻衍生出另一個問題。郭教授解釋，「傳統工具自由度太低，不能輕易伸進某些身體部位，更有可能會錯誤刺穿（壁膜），風險因此非常高。」有見及此，他決定開發能從旁協助的儀器，施行手術的人體結構再複雜，也難不倒操刀的醫護人員。
經過多年研究，郭教授的團隊研發出機械人系統，供外科醫生在狹窄的體內空間進行內窺鏡手術。外科醫生毋須因手術工具難以操作而覺得無從入手。有別於傳統只靠推拉動作操控手術工具，負責醫生只需於系統的醫生操作椅，遙距操控內窺鏡管道內的機械手臂，即可以靈活以雙手施行手術。郭教授的手術系統不僅大大減低內窺鏡手術難度，擴展手術範圍至尿道和結腸等身體器官的狹窄空間，更增加醫療機械人的應用可能性。
平衡各種因素的解決方案
郭教授的機械人系統的特別之處，在於能將膀胱和消化道的腫瘤整塊切除。中國每年有超過四百萬宗新發膀胱及消化道癌症病例，醫療界因此急需解決方案。但大部份微創手術現時只靠缺乏自由度的手動工具進行，以致手術非常複雜，只有少數外科醫生能做到單次手術將腫瘤切除。郭教授的手術平台能經自然腔道，進入膀胱等狹窄球形空間，一次性切除整塊腫瘤。
郭教授的機械人系統操作簡單易明，初次接觸的醫生毋須擔心自己因欠缺經驗而難以掌握儀器操作。教授指出，這部機器的學習門檻不算高，不論資歷高低，只需接受訓練就可以駕輕就熟。此外，手術系統毋須配搭額外設備，兼容不少醫院現有剛性或柔性內窺鏡，達致身體不同器官施行手術。
郭教授坦言，研究過程的最大挑戰，在於達致這種兼容性：「其實，這些內窺鏡鏡頭和管道已經是常規設備，他們經常會用到。我們如何能兼容常規的內窺鏡，降低系統的採用成本？」研究團隊的解決方案平衡機械手臂柔度、韌度、自由度三個因素，能結合普通內窺鏡使用。於穩定的內窺鏡成像下，醫護人員能直接以雙手操作儀器，操作也能收放自如。「手術系統好像一輛車，幫你把鏡頭帶到腫瘤的深處去做手術，我們不想改變你駕車的習慣，但是你要送這些工具去那個地方，就應該一步到位。」郭教授又說：「以往的儀器只能靠單手操作；我們的手術系統解決了這個問題，醫生可以輕易剖開身體組織，切割腫瘤。」
一部機器，兩個學科
為了完善這個機械人系統，郭教授邀請其他領域的學者合作。醫學院耳鼻咽喉 – 頭頸外科學系系主任陳英權教授與郭教授相識合作十載，為郭教授提供臨床應用的建議。2024年12月，兩位教授的合作終於結出纍纍果實。中大泌尿科團隊成功進行首個臨床測試，利用機械人系統切除膀胱癌患者體內腫瘤。團隊至今已進行十次臨床試驗，全部病人手術後一至兩天已可出院，其後30天也沒有大礙。
雖然機械平台發展理想，兩位教授仍希望利用「產學研1+計劃」撥款進一步拓展儀器性能。臨床研究證明，機械平台可用於治療膀胱癌，他們再接再厲，對付消化道腫瘤，並於未來幾個月進行臨床試驗。同時，他們也準備應用陳教授本行的專業知識，拓展應用至切除耳鼻咽喉腫瘤。陳教授表示，他們也有興趣發展平台縫合傷口的功能：「某些手術中，需要特意去切穿一些組織。這樣的話，我們要有辦法縫合傷口。」假若醫生手術後任由傷口繼續開放，可能會導致發炎，甚至出現併發症；因此手術平台需要有閉合功能，才能防止細菌感染，確保手術安全。
郭教授在中大講授機械人開發過程，因此深明最受歡迎的機械人往往以實用至上。手術平台既然操作順利，兩位教授希望能盡量發揮其商業潛力，因此團隊已為平台申請安全認證，又準備培訓計劃，迎合潛在用戶需要。他們還努力向中、美兩地研究腫瘤切除的同行推廣，陳教授數月前到訪美國，期間也聯繫當地一所醫院進行測試。同時，團隊把握機遇，密鑼緊鼓與廠商接洽，爭取盡快將研究成果轉化為商品。
文／徐躍羚
攝／殷志成
