◎本報(bào)記者 陳 曦

　　使用時(shí)，活檢膠囊機(jī)器人首先從肛門進(jìn)入結(jié)腸，在外部磁場的驅(qū)動(dòng)下在腸道內(nèi)運(yùn)動(dòng)，通過視覺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(jié)直腸癌是一個(gè)直接威脅人體健康的隱形殺手。而結(jié)腸鏡檢查，是結(jié)直腸癌診斷的“金標(biāo)準(zhǔn)”。它可以讓醫(yī)生直觀地看到結(jié)直腸里的病灶，并取活檢獲得病理診斷。傳統(tǒng)結(jié)腸鏡會(huì)給患者帶來不適感，而膠囊內(nèi)窺鏡又無法進(jìn)行活檢采樣。

　　近日，以天津大學(xué)為首的科研團(tuán)隊(duì)提出了活檢膠囊機(jī)器人的新型活檢采樣策略，在采樣中，結(jié)直腸軟組織可以被高速旋轉(zhuǎn)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(jì)劃高起點(diǎn)新刊《機(jī)器人和仿生系統(tǒng)》上。

　　結(jié)腸鏡檢查是腸癌篩查診斷“金標(biāo)準(zhǔn)”

　　我國結(jié)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?！安贿^相比其他惡性腫瘤，結(jié)直腸癌也是最容易預(yù)防的癌癥之一，通過結(jié)腸鏡篩查，就能及早發(fā)現(xiàn)腫瘤的存在，并且可以直接取出病理標(biāo)本，這是X線、CT等其他影像檢查方法所無法比擬的?！碧旖蚴腥嗣襻t(yī)院肛腸外科(女子肛腸科)主任陳碩說。

　　在檢查過程中，內(nèi)鏡醫(yī)師將一根直徑約1厘米、長度約140厘米的腸鏡從受檢者肛門插入，循腔至回盲部，從黏膜側(cè)觀察結(jié)腸是否有病變。如果結(jié)腸鏡檢查過程中發(fā)現(xiàn)息肉，一般大于0.5厘米的，醫(yī)生會(huì)建議可以行內(nèi)鏡下切除術(shù)。

　　“盡管結(jié)腸鏡檢查被奉為結(jié)直腸癌診斷‘金標(biāo)準(zhǔn)’，但在臨床上，仍有大量患者不愿意進(jìn)行結(jié)腸鏡檢查?！标惔T說。

　　《2018胃腸鏡篩查認(rèn)知與行為調(diào)研報(bào)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的不適感、33%的人擔(dān)心儀器會(huì)對消化道造成損傷。

　　“而且傳統(tǒng)結(jié)腸鏡也有一些禁忌癥?！标惔T舉例，如有嚴(yán)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(jié)腸鏡檢查的；女性妊娠期和經(jīng)期也不適宜進(jìn)行結(jié)腸鏡檢查。

　　為膠囊機(jī)器人增加活檢新技能

　　“膠囊內(nèi)窺鏡也稱膠囊機(jī)器人，利用膠囊機(jī)器人進(jìn)行腸胃、食道等部位的檢查是未來消化道疾病篩查的主要發(fā)展方向?！碧旖虼髮W(xué)機(jī)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(jī)器人，它們就可以展開一場奇幻的人體旅行，并且在消化道中拍攝數(shù)十萬張高清圖像，清晰地傳送到醫(yī)生眼前。檢查結(jié)束后，膠囊機(jī)器人就會(huì)隨腸道蠕動(dòng)被排出體外。

　　據(jù)了解，膠囊機(jī)器人的研制起源于上世紀(jì)末，從第一粒膠囊機(jī)器人首次進(jìn)入人體拍到消化道圖像后，膠囊機(jī)器人就開啟了高速發(fā)展模式?？梢哉f，它是典型的醫(yī)工交叉學(xué)科研究的成果。

　　膠囊機(jī)器人采用先進(jìn)的圖像采集技術(shù)以及射頻無線傳輸技術(shù)。而且近些年，隨著圖像技術(shù)的進(jìn)步，膠囊機(jī)器人采集圖像的像素不斷提升。目前還有的膠囊機(jī)器人采用雙鏡頭設(shè)置，視角達(dá)到驚人的344°，智能變頻幀率4—35幀/秒，分辨率達(dá)到360×360，可幫助醫(yī)生輕松看清胃腸內(nèi)壁表面組織的細(xì)節(jié)。

　　根據(jù)膠囊機(jī)器人在人體的運(yùn)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(jī)器人和通過外部磁場牽引的主動(dòng)膠囊機(jī)器人兩種。

　　“最初的膠囊機(jī)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(xiàn)漏檢現(xiàn)象?！?宋智斌說，“而主動(dòng)膠囊機(jī)器人則通過外部引導(dǎo)，可以‘指哪拍哪’，因此能更全面地獲得胃腸圖像。”

　　不過，目前市面上大多數(shù)膠囊機(jī)器人僅用于獲取圖像信息，而缺乏采集樣本的能力。但當(dāng)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(jī)器人，但由于結(jié)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(zhàn)。

　　“這就好像把肉放在案板上切時(shí)非常容易，而如果肉是掛著的，切起來就困難多了?！彼沃潜蠼榻B，為了解決這個(gè)難題，科研團(tuán)隊(duì)提出為活檢膠囊機(jī)器人安裝高速旋轉(zhuǎn)刀片的采樣新策略：高速旋轉(zhuǎn)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(xiàn)這個(gè)想法，科研團(tuán)隊(duì)還為這款安裝高速旋轉(zhuǎn)刀片的新型膠囊機(jī)器人安裝了一個(gè)小小的永磁體，通過外部磁場來控制其運(yùn)動(dòng)。高速旋轉(zhuǎn)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(dá)或同等質(zhì)量的磁鐵更強(qiáng)勁的瞬時(shí)動(dòng)力，同時(shí)可以有效避免運(yùn)動(dòng)控制和活檢操控之間的相互干擾。

　　此外，科研團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)了一個(gè)觸發(fā)機(jī)構(gòu)，使用鮑登線纜傳遞觸發(fā)力實(shí)現(xiàn)活檢。為避免誤觸發(fā)，扳機(jī)力保持大于指定閾值，并可通過安裝在操作端的力傳感器對醫(yī)生施加的觸發(fā)力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測?；顧z機(jī)構(gòu)及觸發(fā)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(jī)器人首先從肛門進(jìn)入結(jié)腸，在外部磁場的驅(qū)動(dòng)下在腸道內(nèi)運(yùn)動(dòng)，通過視覺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(jié)束后活檢刀具可重新恢復(fù)到初始狀態(tài)，準(zhǔn)備下一次活檢。

　　未來機(jī)器人操作將更精準(zhǔn)可靠

　　相比其他機(jī)器人，我國膠囊機(jī)器人的研究起步并不算晚，經(jīng)過近20年的發(fā)展，我國研發(fā)的膠囊機(jī)器人已經(jīng)基本上達(dá)到了與國外并跑的水平，并且在國內(nèi)的上百家醫(yī)院得到了應(yīng)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(jī)械臂式磁控膠囊系統(tǒng)，通過機(jī)械臂操控外部強(qiáng)磁性永磁體，實(shí)現(xiàn)了膠囊機(jī)器人的高精準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航，為膠囊機(jī)器人便利使用提供了有效的平臺(tái)。

　　“雖然膠囊機(jī)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(xiàn)可疑組織后仍然要通過傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡進(jìn)行活檢，或許這也是大家更多地將其稱之為‘膠囊內(nèi)窺鏡’的原因。”宋智斌認(rèn)為，加入活檢功能，使膠囊機(jī)器人能夠完成有效的操作，才使其更接近“機(jī)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(jī)器人未來的發(fā)展方向”。

　　此次，天津大學(xué)團(tuán)隊(duì)在該方向上首次提出了高速切割結(jié)腸內(nèi)可疑病變組織，避免現(xiàn)有活檢方式存在組織撕裂的問題，可實(shí)現(xiàn)一次檢查、多次活檢的功能，為未來具有活檢功能的膠囊機(jī)器人臨床應(yīng)用提供了技術(shù)支持。

　　未來隨著手術(shù)環(huán)境同步定位和測繪技術(shù)的發(fā)展，活檢膠囊機(jī)器人移動(dòng)的同時(shí)，結(jié)腸的3D地圖可以被同步構(gòu)建，并且活檢膠囊機(jī)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(jī)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(tuán))有限公司(以下簡稱金山科技)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的RC100型全自動(dòng)導(dǎo)航膠囊機(jī)器人(以下簡稱RC100)亮相第二十二屆中國國際投資貿(mào)易洽談會(huì)。

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

　　RC100是如何工作的？檢查效果如何？可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診查嗎？

　　“受檢者做好清腸準(zhǔn)備后，喝水充盈胃部，在檢查床上側(cè)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(shè)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(jī)器人內(nèi)鏡視野下，胃部組織一覽無余?！澳z囊的檢查過程全自動(dòng)，若發(fā)現(xiàn)可疑病灶，還可切換成手動(dòng)模式，抵近精查?！苯鹕娇萍脊ぷ魅藛T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(yī)生雙手的自動(dòng)化檢查模式，還配備智能輔助閱片系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)圖片冗余篩除及異常圖片提示，極大節(jié)省了醫(yī)生閱片時(shí)間。配合胃腸一體磁控膠囊內(nèi)鏡NC100，一顆膠囊，便可進(jìn)行胃腸同檢?！苯鹕娇萍脊ぷ魅藛T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(yī)學(xué)診療中心。RC100可以通過5G遠(yuǎn)程操控，實(shí)現(xiàn)非接觸檢查，可實(shí)現(xiàn)患者在家門口的基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)就診，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)街行尼t(yī)院，醫(yī)生遠(yuǎn)程閱片，醫(yī)患云端問診、交流。