人工膝關節手術的精準革命：從徒手到機器人，這些高科技到底在做什麼？
「戴醫師，我聽說現在換膝蓋有機器人可以開刀，是不是比較好？」
這大概是我在門診最常被問到的問題之一。每次聽到這個問題，我都會先笑一笑，然後跟病人說：「其實，重點不是『機器人比較好』，而是我們骨科醫師這幾十年來，一直在想辦法把手術做得『更精準』。機器人手臂，只是這條路上最新的一個工具而已。」
但這條追求精準的路，走了將近三十年。一路上，工程師和醫師們嘗試了各種不同的方法——有些成功了，有些失敗了，有些曇花一現，有些則徹底改變了手術的面貌。
今天這篇文章，我想用說故事的方式，帶你了解這些技術到底在做什麼、為什麼會出現，以及它們如何一步一步地改變了人工膝關節手術。
差一點點，真的有差：為什麼人工關節手術需要「精準」？
在聊這些高科技之前，我們得先回答一個最根本的問題：人工關節手術，為什麼需要這麼精準？差個一兩度，真的有差嗎？
答案是：真的有差。
你可以這樣想像：人工膝關節手術，就像是幫你的膝蓋「換一組新的零件」。但這組零件不像螺絲鎖上去就好——它必須放在正確的角度、正確的位置、正確的深度，而且還要跟你膝蓋周圍的韌帶、肌肉「相處融洽」。
這就好比你去做輪胎定位。新輪胎裝上車之後，如果定位角度偏了 2-3 度，你開個幾公里可能完全感覺不出來。但跑了幾萬公里之後呢？輪胎就會開始偏磨，某一側磨得特別快，甚至影響整台車的操控。
人工關節也是一樣的道理。如果植入的角度偏了幾度，短期內病人可能覺得還好，但長期下來，關節的某個區域會承受過多的壓力，墊片磨損加速、膝蓋可能會痛、彎曲角度受限，甚至可能需要提早翻修。
傳統手術：成熟，但有極限
傳統的人工膝關節手術已經發展超過五十年，是一項非常成熟的手術。醫師會使用機械式的定位器具（jig），像是插入骨髓腔的長桿來決定骨頭的力學軸線，再搭配各種切割導板來引導截骨的角度。
這套方法經過數十年的驗證，絕大多數的手術結果都是好的。全球的研究數據顯示，傳統人工膝關節手術的十年存活率超過 90%，病人滿意度約80-85%。
但問題在於：人類有生理極限。
再有經驗的醫師，手也會有細微的顫抖；長時間手術後，判斷力和精確度難免下降；而病人的骨頭形狀千變萬化，有些特別彎、有些特別硬、有些因為之前受過傷而變形，這些都增加了手術的難度。
研究顯示，傳統手術中大約有 20-30% 的病人，植入物的對位會超出理想範圍 3 度以上。雖然這不代表手術「失敗」，但確實留下了進步的空間。
另外就是機械式的定位器具，角度幾乎都是固定的。也就是說，無論你的腳型如何，每一個人都按照同一套邏輯切一樣的角度，比較難做到客製化的需求。
於是，工程師和醫師們開始想：有沒有辦法，讓每一台手術都能達到最精準的結果，而且最好還可以根據每個人的骨頭關節結構不同來進行客製化？
這個問題，開啟了將近三十年的科技革命。
第一個嘗試：電腦導航——手術室裡的 GPS
1997 年，法國 Grenoble（格勒諾勃），一群外科醫師和工程師完成了一件劃時代的事：他們在人工膝關節手術中，第一次使用了電腦導航系統。
這是什麼概念呢？
你可以想像，傳統手術就像是在一座陌生城市裡憑經驗和直覺開車——老司機當然開得很好，但偶爾還是會走錯路。而電腦導航，就像是車上裝了 GPS。
它怎麼運作？
電腦導航系統會在病人的骨頭上安裝小小的追蹤器（tracker），這些追蹤器會發射紅外線訊號，被手術室裡的攝影機即時捕捉。透過這些訊號，電腦就能在螢幕上即時顯示你的截骨角度、關節的力學軸線、甚至韌帶的鬆緊度。
換句話說，醫師的每一刀，螢幕上都會即時告訴你：「你現在偏了 1 度」、「這個角度剛好」、「再調整一點點」。
它帶來了什麼？
電腦導航確實提升了手術的精準度和一致性。研究顯示，使用導航的手術，植入物對位落在理想範圍內的比例明顯提高。導航問世至今已經超過 25 年，在澳洲等國家的使用率相當高，累積了大量的臨床證據。
但它也有限制
GPS 可以告訴你「你偏了」，但方向盤還是你在握。
電腦導航的本質是一個被動的回饋系統——它提供資訊，但截骨的動作還是完全由醫師手動完成。醫師看到螢幕上的數據，必須靠自己的手去修正。而且，導航系統需要在骨頭上鑽洞安裝追蹤器，手術時間也會稍微延長。
儘管如此，電腦導航是人工關節手術走向精準化的第一步，它證明了一件重要的事：把手術中看不見的資訊「可視化」，確實能幫助醫師做出更好的決策。
另一條思路：客製化切割導板（PSI）——量身打造的手術模板
就在電腦導航逐漸普及的同時，另一群人提出了一個完全不同的想法：
「與其在手術中即時修正，不如在手術前就把所有事情規劃好，做出一個只屬於這位病人的專屬工具？」
這就是客製化切割導板（Patient-Specific Instrumentation, PSI）的概念。
它怎麼運作？
在手術之前，病人會先做一次電腦斷層（CT）或核磁共振（MRI）。工程師拿到這些影像之後，會用電腦建立病人膝蓋的 3D 立體模型，然後在虛擬環境中模擬：人工關節要放在哪裡、骨頭要怎麼切、角度要怎麼調。
規劃完成後，他們會用 3D 列印技術，印出一組只適合這位病人骨頭形狀的切割導板。這個導板就像一把量身訂做的鑰匙——它只能卡在你的骨頭上，卡上去之後，醫師只要沿著導板上的溝槽切割，角度和位置就自動是對的。
聽起來很美好，實際上呢？
PSI 的概念確實很吸引人——把手術中最容易出錯的「對位」步驟，提前到手術前在電腦上完成。而且它不需要在手術中安裝追蹤器，理論上可以縮短手術時間。
但經過十幾年的臨床研究，PSI 的表現卻好壞參半。有些研究顯示它的精準度和傳統方法差不多，有些研究則發現它在某些特殊案例（例如嚴重變形的膝蓋）中特別有幫助。
PSI 最大的挑戰在於：它是一個「靜態」的計畫。手術前規劃得再好，一旦打開膝蓋，實際的骨頭表面、軟組織狀況可能跟影像上看到的不完全一樣。這時候，那個 3D 列印出來的導板，就不一定能完美地卡上去。
不過，PSI 帶來的最大貢獻是觀念上的突破：它讓大家意識到，「個人化」的手術規劃是有價值的——每一個病人的膝蓋都不一樣，手術計畫也應該是量身訂做的。這個觀念，後來深刻影響了機器人手臂手術的設計。
遊戲規則改變者：機器人手臂登場
故事說到這裡，你可能已經注意到一個問題：
- 電腦導航解決了「看得見」的問題，但執行還是靠人手。
- PSI 解決了「個人化規劃」的問題，但到了手術中，計畫和現實可能有落差。
那有沒有一種技術，可以同時解決這兩個問題？
答案就是：機器人手臂輔助手術。
但這條路，其實走得並不順利。
先驅者的教訓：全自動機器人的失敗
最早出現的骨科手術機器人，其實是「全自動」的。
1986 年，一套叫做 ROBODOC 的系統問世，它是骨科領域的第一個手術機器人，最初用在髖關節手術上。後來在 1990 年代，另一套叫 CASPAR 的系統也在德國出現，被用來做膝關節手術。
這些早期系統的設計理念很直接：讓機器人自己切骨頭。醫師在術前用電腦做好規劃，然後機器人按照計畫，自動完成截骨的動作。
聽起來很先進對吧？但結果卻不如預期。
全自動系統雖然切割的角度確實非常精準（CASPAR 的誤差只有 0.8 度），但它帶來了新的問題：手術時間大幅延長、而且一旦機器開始切，醫師很難即時介入修正。 更嚴重的是，早期的研究發現，使用這些系統的病人，併發症的發生率反而更高(可能是因為手術時間大幅延長的關係)。
最終，CASPAR 停產了，ROBODOC 也經歷了漫長的改良才重新上市。
這段歷史給了醫學界一個重要的教訓：手術機器人的角色不應該是「取代」醫師，而是「輔助」醫師。
新一代思維：半主動式機器人
從早期全自動機器人的失敗中學到教訓後，新一代的機器人手臂走上了一條完全不同的路——半主動式（semi-active）設計。
這是什麼意思呢？
想像你在用一本魔法著色本。你拿著畫筆在畫，但如果你的筆不小心快要畫出邊界，這本著色本會自動擋住你的手，不讓你畫出線外。
某些廠牌的機器人手臂的觸覺回饋（haptic feedback）功能，就是這個概念。醫師操控著機器人手臂進行截骨，但如果切割的範圍超出了術前規劃的邊界，機器人會產生阻力，限制醫師繼續往錯誤的方向切。
這樣的設計，結合了前兩代技術的優點：
- 像 PSI 一樣，手術前會根據病人的影像建立 3D 模型，做出個人化的手術規劃。
- 像電腦導航一樣，手術中有即時的回饋，讓醫師隨時知道自己的位置和角度。
- 但更進一步的是，機器人手臂能主動幫助醫師精準地執行計畫，而不只是被動地提供資訊。
不是機器人自己開刀
這裡要特別強調一件很多病人會誤解的事：機器人手臂不會「自己開刀」。
從頭到尾，每一個決策、每一個動作，都是由醫師主導的。機器人的角色，就像是一個極度精準的「輔助工具」。你可以把它想成：醫師是建築師，機器人是一把非常非常精準的尺和鋸子。設計圖是醫師畫的，蓋房子的方向是醫師決定的，機器人只是幫忙把每一刀切得更準。
目前的主流系統
目前全球有幾套主要的機器人手臂系統被用在人工膝關節手術中，每一套的設計哲學略有不同：
- MAKO（Stryker 公司）：2005 年問世，經過一段時間發展，2016年正式用在人工膝關節手術，是目前研究證據最多的系統。需要在術前做電腦斷層（CT）來建立 3D 模型，使用半主動式的觸覺回饋機制。
- ROSA（Zimmer Biomet 公司）：2019 年通過美國 FDA 核准。特色是可以術中即時建立 3D 模型，不需要術前 CT。它使用主動式的定位系統來引導切割導板的放置。2026年新一代手術規劃與操作系統ROSA OptimiZe正式發表。
- CORI（Smith & Nephew 公司）：同樣是免 CT 的設計，使用手持式的切骨工具，體積較小。
- VELYS（Johnson & Johnson / DePuy 公司）：較新的系統，特色是不需要 CT，直接在手術中透過攝影追蹤和感測器建立模型。(台灣未上市)
這些系統各有特色，但核心目標是一致的：讓每一位病人都能獲得個人化、精準的手術結果。
在台灣的經驗
以成大醫院為例，目前使用的是 ROSA 機器人手臂系統。在實際臨床使用中，我最大的感受是：機器人手臂讓手術的「一致性」大幅提升。
過去，即使是經驗豐富的醫師，在不同的病人、不同的手術條件下，截骨的精準度多少會有波動。但有了機器人手臂的輔助，不論是簡單的案例還是困難的案例，手術的精準度都能維持在一個很穩定的水準。
用一句話來說：機器人手臂不是讓好醫師變得更厲害，而是讓好醫師在每一台手術中都能穩定地發揮最好的水準。
還在演進中：感測器與擴增實境
機器人手臂解決了「骨頭怎麼切才精準」的問題。但膝關節手術的精準，不只是骨頭的事。
看不見的軟組織：術中感測器
你的膝蓋能夠穩定地活動，靠的不只是骨頭和人工關節本身，還有周圍的韌帶和軟組織。它們的張力要剛剛好——太鬆，膝蓋會不穩；太緊，膝蓋會彎不下去。
傳統上，醫師判斷軟組織張力的方式是用手去「感覺」——把膝蓋彎一彎、壓一壓，憑經驗判斷鬆緊度。這當然有用，但畢竟是主觀的。
於是有人發明了術中感測器，例如 VERASENSE。這是一個可以放在人工關節試模裡的無線壓力感測器，當醫師在手術中彎曲、伸直病人的膝蓋時，感測器會即時測量膝蓋內側和外側的壓力分布，把數據傳到螢幕上。
這就像是讓原本「看不見、摸不著」的軟組織張力，突然有了一組精確的數字。醫師可以根據這些數據，更客觀地調整韌帶的平衡。
不用轉頭看螢幕：擴增實境（AR）
最新的嘗試，是把擴增實境（Augmented Reality, AR）技術帶進手術室。
你可能聽過 AR 眼鏡——它可以在你看到的真實世界上面，疊加一層虛擬的數位資訊。在手術中，這意味著醫師戴上 AR 眼鏡之後，截骨的角度、導航的資訊，會直接投射在他的視野中，不需要轉頭去看旁邊的螢幕。
目前已經有 AR 輔助膝關節手術的系統（例如法國 Pixee Medical 開發的 Knee+ 系統）在臨床上使用，初步研究顯示它的精準度和機器人手臂相當，而且設備成本更低、學習曲線更短。
不過，AR 技術在手術中的應用目前還在比較早期的階段，大規模的長期追蹤數據還不多。但它代表了一個令人期待的方向：讓精準手術的工具變得更輕巧、更直覺、更容易普及。
「精準」的定義正在擴展
回顧這些技術的演進，你會發現一個有趣的趨勢：
- 最早，精準的意思是「骨頭切的角度要對」（電腦導航、PSI）。
- 接著，精準變成了「骨頭要切準，而且要按照個人化的計畫來」（機器人手臂）。
- 現在，精準的定義進一步擴展到「不只骨頭要對，連軟組織的平衡也要用數據來驗證」（感測器）。
- 未來，精準可能意味著「把所有資訊直接整合在醫師的視野中，讓判斷更即時」（AR）。
每一次技術的進步，都讓「精準」這兩個字的內涵變得更豐富、更全面。
技術在進步，但醫師的角色不會改變
講了這麼多高科技，我想在最後分享一個我的信念：
不管技術怎麼進步，人工關節手術的核心，永遠是醫師的判斷和經驗。
電腦導航是工具、PSI 是工具、機器人手臂是工具、感測器是工具、AR 也是工具。它們都很厲害，但它們做不到的事情，永遠比它們做得到的事情更多——判斷這位病人適不適合手術、選擇什麼樣的手術策略、術中遇到意外狀況時如何應變，這些都是只有醫師才能做的事。
人工膝關節手術的整體滿意度約 80–85%（剩下 15–20% 病人術後感覺「不如預期」——並非手術失敗，而是症狀改善幅度沒有達到病人原本的期待）。這個數字長年來都是骨科界想要進一步提升的目標——也是這些精準科技希望突破的瓶頸。
那為什麼我們還需要這些科技？
因為我們追求的不只是「大多數人滿意」，而是「讓每一個人都能得到最好的結果」。
但這裡我要特別澄清一件事，因為很多人聽到「機器人讓手術更一致」，會直覺地問：「那是不是找哪個醫師開都一樣？資深醫師的價值在哪裡？」
答案是：差很多。
機器人手臂幫助的是手術中「截骨」這個機械動作的精準度——讓骨頭切得更準、角度更一致。但人工關節手術遠遠不只是「把骨頭切準」而已。
一台手術從頭到尾，醫師要做的判斷包括：
- 術前決策：這位病人現在該不該開？用什麼手術策略？關節變形這麼嚴重，標準做法能不能用，還是要調整計畫？
- 軟組織處理：韌帶要放鬆多少、髕骨軌跡怎麼調整、關節囊怎麼處理——這些精細的軟組織操作，目前機器人幫不上忙，完全靠醫師的手感和經驗。
- 術中應變：打開膝蓋後發現跟影像上看到的不一樣——骨頭缺損比預期大、韌帶已經斷了、變形程度超出規劃——這時候要即時修改計畫，靠的是經驗，不是機器。
- 困難案例：翻修手術、嚴重畸形、骨壞死合併關節炎、之前骨折過的膝蓋——這些複雜案例，標準的機器人流程不一定適用，需要資深醫師的經驗和判斷來駕馭。
打個比方：機器人手臂就像一台頂級的鋼琴。 有了好琴，初學者可以彈出更準的音，但這不代表初學者和鋼琴大師的演奏是一樣的。大師的價值不在於按鍵按得準不準——而在於樂曲的詮釋、情感的表達、臨場的即興處理。手術也是一樣，截骨的精準只是其中一個環節，真正決定手術成敗的，是醫師對整台手術的全局掌控能力。
人工關節手術從五十年前發展到今天，已經是一項非常成功的手術。而這些精準科技的加入，讓它正在變得更好、更穩定、更個人化。但最終，工具再好，使用工具的人才是關鍵。
作為一位每天在手術室裡使用這些工具的骨科醫師，我由衷地覺得：這是一個做人工關節手術最好的時代。
常見問題 FAQ
Q1：機器人會不會自己開刀？
不會。 目前所有用在人工膝關節手術的機器人系統，都是由醫師全程操控的。機器人的角色是「輔助工具」，就像 GPS 不會幫你開車，機器人也不會幫你開刀。每一個決策、每一步動作，都是醫師在做的。
Q2：電腦導航和機器人手臂有什麼不同？
電腦導航像是 GPS——它告訴你「現在偏了幾度」，但切骨的動作完全由醫師手動完成。機器人手臂則更進一步，它不只提供導航資訊，還能在執行面幫助醫師——例如用觸覺回饋限制切割範圍，確保不會超出規劃的邊界。簡單來說，導航是「看得見」，機器人是「看得見，還幫你顧邊界」。
Q3：這些技術會讓手術時間變長嗎？
早期確實會。任何新技術剛導入時，都有一段學習曲線，醫師需要時間熟悉操作流程。但隨著經驗累積，手術時間會逐漸縮短，最終和傳統手術相當，甚至更短。以機器人手臂為例，熟練的醫師通常在累積一定案例數之後，手術時間就不會比傳統方法多太多。
Q4：用了機器人手臂，恢復會比較快嗎？
部分研究顯示，機器人手臂手術由於截骨更精準、對周圍軟組織的傷害可能較小，病人在早期恢復（如疼痛、腫脹、活動度）方面可能有些優勢。但到了術後半年、一年以上，傳統手術和機器人手臂手術的功能結果通常差異不大，而長期(15~20年以上的結果，目前尚未有定論。不過手術目標就是放在「把人工關節放得更準，讓它用得更久」。
Q5：台灣目前哪些技術可以使用？
在台灣，機器人手臂輔助手術已經在許多醫學中心和區域醫院使用，主要的系統包括 MAKO 和 ROSA。電腦導航也有部分醫院在使用。至於術中感測器和 AR 擴增實境，目前在台灣尚未普及，仍處於引進或研究階段。
Q6：這些技術適用於所有需要換膝關節的病人嗎？
大部分需要做人工膝關節手術的病人都可以使用機器人手臂。不過，某些特殊情況（例如膝蓋周圍有金屬植入物、嚴重的骨質缺損等）可能需要額外評估。最終是否適合使用，由您的主刀醫師根據個別狀況來判斷。
Q7：沒有用機器人手臂的傳統手術是不是就比較差？
絕對不是。 傳統人工膝關節手術有超過五十年的歷史，是一項非常成熟且成功的手術，全球每年有數百萬人受惠。機器人手臂是一個讓精準度更加穩定的工具，但好的手術結果，最終取決於醫師的技術、經驗和判斷。沒有機器人手臂的年代，無數病人一樣得到了很好的手術結果。
Q8：這些技術未來會怎麼發展？
未來的趨勢是整合與智慧化。想像一下：AI 人工智慧分析你的影像，自動提出最佳手術計畫；機器人手臂精準執行；術中感測器即時驗證軟組織平衡；AR 眼鏡把所有資訊投射在醫師視野中——這些技術不再是各自獨立的工具，而是整合成一個完整的精準手術生態系統。這個未來，可能比我們想像的更近。
本文最後更新日期：2026 年 3 月
免責聲明：本文內容僅供衛教參考，不能取代醫師的專業診斷與治療建議。每位病人的狀況不同，治療方式應由您的主治醫師根據個別情況評估後決定。如有任何健康疑慮，請諮詢您的醫師。
想更完整了解骨骼、關節與肌肉的照護？
看診時間有限，很多關於骨鬆、肌少症、退化性關節炎的日常照護細節，其實很難在短短幾分鐘門診裡講完。
所以我把多年的門診衛教、手術經驗與國內外最新指引，整理成了兩本書：
- 《骨質疏鬆＆肌少症診治照護全書》：從檢查、藥物、營養、運動到防跌，寫給病人與家屬看的骨鬆與肌少症完整指南。
- 《退化性關節炎診治照護全書》：從保守治療、注射治療、到人工關節手術前後照護，一次把關節炎的決策脈絡講清楚。
兩本合起來，幾乎涵蓋了銀髮族最常面對的「骨骼、關節、肌肉」三大問題，是寫給病人與家屬的居家實用手冊。
📖 博客來套書連結： 《退化性關節炎＋骨質疏鬆＆肌少症診治照護套書》（共 2 本）
希望這兩本書，能成為你陪伴家人骨骼肌肉健康的實用工具。
📺 也歡迎訂閱我的 YouTube 頻道： 骨科戴大為醫師，持續分享骨科衛教與最新治療觀念。
作者為成大醫院骨科暨關節重建中心 戴大為醫師
延伸閱讀
相關影片
