◎本報記者 陳 曦

　　使用時(shí)，活檢膠囊機器人首先從肛門(mén)進(jìn)入結腸，在外部磁場(chǎng)的驅動(dòng)下在腸道內運動(dòng)，通過(guò)視覺(jué)圖像傳輸探尋并靠近可疑組織，移動(dòng)觸發(fā)器操作端中的滑塊就可以進(jìn)行觸發(fā)采樣。同時(shí)，顯示面板可以實(shí)時(shí)顯示觸發(fā)力度，以確保采樣安全。

　　在人體消化道疾病中，結直腸癌是一個(gè)直接威脅人體健康的隱形殺手。而結腸鏡檢查，是結直腸癌診斷的“金標準”。它可以讓醫生直觀(guān)地看到結直腸里的病灶，并取活檢獲得病理診斷。傳統結腸鏡會(huì )給患者帶來(lái)不適感，而膠囊內窺鏡又無(wú)法進(jìn)行活檢采樣。

　　近日，以天津大學(xué)為首的科研團隊提出了活檢膠囊機器人的新型活檢采樣策略，在采樣中，結直腸軟組織可以被高速旋轉的鋒利刀片取走，避免組織撕裂。該成果發(fā)表在中國科技期刊卓越行動(dòng)計劃高起點(diǎn)新刊《機器人和仿生系統》上。

　　結腸鏡檢查是腸癌篩查診斷“金標準”

　　我國結直腸癌發(fā)病率位居惡性腫瘤第二位，僅次于肺癌，且發(fā)病率和死亡率都呈明顯上升趨勢。“不過(guò)相比其他惡性腫瘤，結直腸癌也是最容易預防的癌癥之一，通過(guò)結腸鏡篩查，就能及早發(fā)現腫瘤的存在，并且可以直接取出病理標本，這是X線(xiàn)、CT等其他影像檢查方法所無(wú)法比擬的。”天津市人民醫院肛腸外科(女子肛腸科)主任陳碩說(shuō)。

　　在檢查過(guò)程中，內鏡醫師將一根直徑約1厘米、長(cháng)度約140厘米的腸鏡從受檢者肛門(mén)插入，循腔至回盲部，從黏膜側觀(guān)察結腸是否有病變。如果結腸鏡檢查過(guò)程中發(fā)現息肉，一般大于0.5厘米的，醫生會(huì )建議可以行內鏡下切除術(shù)。

　　“盡管結腸鏡檢查被奉為結直腸癌診斷‘金標準’，但在臨床上，仍有大量患者不愿意進(jìn)行結腸鏡檢查。”陳碩說(shuō)。

　　《2018胃腸鏡篩查認知與行為調研報告》中就曾指出人們不愿意做腸鏡的幾點(diǎn)原因，其中大約44%的人害怕腸鏡所帶來(lái)的不適感、33%的人擔心儀器會(huì )對消化道造成損傷。

　　“而且傳統結腸鏡也有一些禁忌癥。”陳碩舉例，如有嚴重的心肺功能不全、腹主動(dòng)脈瘤、急性腹膜炎，以及腸穿孔等急性重癥疾病的人，是禁止做結腸鏡檢查的；女性妊娠期和經(jīng)期也不適宜進(jìn)行結腸鏡檢查。

　　為膠囊機器人增加活檢新技能

　　“膠囊內窺鏡也稱(chēng)膠囊機器人，利用膠囊機器人進(jìn)行腸胃、食道等部位的檢查是未來(lái)消化道疾病篩查的主要發(fā)展方向。”天津大學(xué)機械工程學(xué)院副教授宋智斌介紹。

　　只要吞下一顆小小的膠囊機器人，它們就可以展開(kāi)一場(chǎng)奇幻的人體旅行，并且在消化道中拍攝數十萬(wàn)張高清圖像，清晰地傳送到醫生眼前。檢查結束后，膠囊機器人就會(huì )隨腸道蠕動(dòng)被排出體外。

　　據了解，膠囊機器人的研制起源于上世紀末，從第一粒膠囊機器人首次進(jìn)入人體拍到消化道圖像后，膠囊機器人就開(kāi)啟了高速發(fā)展模式。可以說(shuō)，它是典型的醫工交叉學(xué)科研究的成果。

　　膠囊機器人采用先進(jìn)的圖像采集技術(shù)以及射頻無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)。而且近些年，隨著(zhù)圖像技術(shù)的進(jìn)步，膠囊機器人采集圖像的像素不斷提升。目前還有的膠囊機器人采用雙鏡頭設置，視角達到驚人的344°，智能變頻幀率4—35幀/秒，分辨率達到360×360，可幫助醫生輕松看清胃腸內壁表面組織的細節。

　　根據膠囊機器人在人體的運動(dòng)方式不同，其主要分為依靠腸道蠕動(dòng)的被動(dòng)膠囊機器人和通過(guò)外部磁場(chǎng)牽引的主動(dòng)膠囊機器人兩種。

　　“最初的膠囊機器人都是被動(dòng)的，就像是隨波逐流的小船，走到哪拍到哪，因此難以全面獲取胃腸的圖像信息，易出現漏檢現象。” 宋智斌說(shuō)，“而主動(dòng)膠囊機器人則通過(guò)外部引導，可以‘指哪拍哪’，因此能更全面地獲得胃腸圖像。”

　　不過(guò)，目前市面上大多數膠囊機器人僅用于獲取圖像信息，而缺乏采集樣本的能力。但當遇到可疑病灶時(shí)，活檢是必不可少的。雖然也有一些活檢膠囊機器人，但由于結腸組織的柔韌性，在獲取腸道組織的同時(shí)避免撕裂和粘連仍然是一個(gè)挑戰。

　　“這就好像把肉放在案板上切時(shí)非常容易，而如果肉是掛著(zhù)的，切起來(lái)就困難多了。”宋智斌介紹，為了解決這個(gè)難題，科研團隊提出為活檢膠囊機器人安裝高速旋轉刀片的采樣新策略：高速旋轉的鋒利刀片，能在可疑組織不動(dòng)時(shí)迅速將其切割。

　　為了實(shí)現這個(gè)想法，科研團隊還為這款安裝高速旋轉刀片的新型膠囊機器人安裝了一個(gè)小小的永磁體，通過(guò)外部磁場(chǎng)來(lái)控制其運動(dòng)。高速旋轉刀片則由一個(gè)旋緊的螺旋彈簧激活，這種螺旋彈簧可以提供比馬達或同等質(zhì)量的磁鐵更強勁的瞬時(shí)動(dòng)力，同時(shí)可以有效避免運動(dòng)控制和活檢操控之間的相互干擾。

　　此外，科研團隊還設計了一個(gè)觸發(fā)機構，使用鮑登線(xiàn)纜傳遞觸發(fā)力實(shí)現活檢。為避免誤觸發(fā)，扳機力保持大于指定閾值，并可通過(guò)安裝在操作端的力傳感器對醫生施加的觸發(fā)力進(jìn)行實(shí)時(shí)監測。活檢機構及觸發(fā)機構的設計還考慮了多次活檢的潛在需求，可進(jìn)行不同部位的活檢采樣。

　　宋智斌介紹，使用時(shí)，活檢膠囊機器人首先從肛門(mén)進(jìn)入結腸，在外部磁場(chǎng)的驅動(dòng)下在腸道內運動(dòng)，通過(guò)視覺(jué)圖像傳輸探尋并靠近可疑組織，移動(dòng)觸發(fā)器操作端中的滑塊就可以拉動(dòng)鮑登線(xiàn)纜進(jìn)行觸發(fā)采樣。顯示面板可以實(shí)時(shí)顯示觸發(fā)力度，以確保安全性。觸發(fā)結束后活檢刀具可重新恢復到初始狀態(tài)，準備下一次活檢。

　　未來(lái)機器人操作將更精準可靠

　　相比其他機器人，我國膠囊機器人的研究起步并不算晚，經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展，我國研發(fā)的膠囊機器人已經(jīng)基本上達到了與國外并跑的水平，并且在國內的上百家醫院得到了應用推廣，在胃腸道疾病的檢查，特別是在消化道癌癥的早期篩查方面發(fā)揮了重要作用。

　　2012年我國率先研發(fā)了機械臂式磁控膠囊系統，通過(guò)機械臂操控外部強磁性永磁體，實(shí)現了膠囊機器人的高精準運動(dòng)導航，為膠囊機器人便利使用提供了有效的平臺。

　　“雖然膠囊機器人近些年取得了快速發(fā)展，但目前其功能仍然僅僅局限于圖像采集及傳輸，在發(fā)現可疑組織后仍然要通過(guò)傳統內窺鏡進(jìn)行活檢，或許這也是大家更多地將其稱(chēng)之為‘膠囊內窺鏡’的原因。”宋智斌認為，加入活檢功能，使膠囊機器人能夠完成有效的操作，才使其更接近“機器人”的概念，“這會(huì )進(jìn)一步提高胃腸疾病診療水平，也是膠囊機器人未來(lái)的發(fā)展方向”。

　　此次，天津大學(xué)團隊在該方向上首次提出了高速切割結腸內可疑病變組織，避免現有活檢方式存在組織撕裂的問(wèn)題，可實(shí)現一次檢查、多次活檢的功能，為未來(lái)具有活檢功能的膠囊機器人臨床應用提供了技術(shù)支持。

　　未來(lái)隨著(zhù)手術(shù)環(huán)境同步定位和測繪技術(shù)的發(fā)展，活檢膠囊機器人移動(dòng)的同時(shí)，結腸的3D地圖可以被同步構建，并且活檢膠囊機器人的位置和姿態(tài)也將被記錄在地圖中，可以進(jìn)一步輔助膠囊機器人的活檢操作，提升活檢的可靠性。

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　　一顆膠囊，便可進(jìn)行胃腸同檢

　　近日，由重慶金山科技(集團)有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)金山科技)擁有完全自主知識產(chǎn)權的RC100型全自動(dòng)導航膠囊機器人(以下簡(jiǎn)稱(chēng)RC100)亮相第二十二屆中國國際投資貿易洽談會(huì )。

　　別看這一粒小小的膠囊，功能卻十分強大。不僅能實(shí)現自動(dòng)化、智能化、信息化胃腸一體檢測，而且其超高清成像、超大視角場(chǎng)等，有效改變了圖像質(zhì)量低的現狀，避免了漏診、錯診。

　　RC100是如何工作的？檢查效果如何？可以實(shí)現遠程診查嗎？

　　“受檢者做好清腸準備后，喝水充盈胃部，在檢查床上側臥吞下膠囊，隨即平躺即可。”金山科技工作人員介紹，RC100可按照設定的軌跡，對胃部6大部位14個(gè)位點(diǎn)進(jìn)行全自動(dòng)掃描式檢查。在該膠囊機器人內鏡視野下，胃部組織一覽無(wú)余。“膠囊的檢查過(guò)程全自動(dòng)，若發(fā)現可疑病灶，還可切換成手動(dòng)模式，抵近精查。”金山科技工作人員介紹。

　　只需短短10分鐘，就能完成胃部檢查。“RC100不僅擁有解放醫生雙手的自動(dòng)化檢查模式，還配備智能輔助閱片系統，實(shí)現圖片冗余篩除及異常圖片提示，極大節省了醫生閱片時(shí)間。配合胃腸一體磁控膠囊內鏡NC100，一顆膠囊，便可進(jìn)行胃腸同檢。”金山科技工作人員介紹。值得注意的是，金山科技整合聯(lián)通與華為的5G通信技術(shù)，搭建了全球5G智慧醫學(xué)診療中心。RC100可以通過(guò)5G遠程操控，實(shí)現非接觸檢查，可實(shí)現患者在家門(mén)口的基層醫療機構就診，數據實(shí)時(shí)傳輸到中心醫院，醫生遠程閱片，醫患云端問(wèn)診、交流。