◎本報記者 陳 曦

　　使用時，活檢膠囊機器人首先從肛門進入結腸，在外部磁場的驅動下在腸道內運動，通過視覺圖像傳輸探尋并靠近可疑組織，移動觸發器操作端中的滑塊就可以進行觸發采樣。同時，顯示面板可以實時顯示觸發力度，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。傳統結腸鏡會給患者帶來不適感，而膠囊內窺鏡又無法進行活檢采樣。

　　近日，以天津大學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。該成果發表在中國科技期刊卓越行動計劃高起點新刊《機器人和仿生系統》上。

　　結腸鏡檢查是腸癌篩查診斷“金標準”

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

　　在檢查過程中，內鏡醫師將一根直徑約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，從黏膜側觀察結腸是否有病變。如果結腸鏡檢查過程中發現息肉，一般大于0.5厘米的，醫生會建議可以行內鏡下切除術。

　　“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行結腸鏡檢查。”陳碩說。

　　《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原因，其中大約44%的人害怕腸鏡所帶來的不適感、33%的人擔心儀器會對消化道造成損傷。

　　“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；女性妊娠期和經期也不適宜進行結腸鏡檢查。

　　為膠囊機器人增加活檢新技能

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

　　只要吞下一顆小小的膠囊機器人，它們就可以展開一場奇幻的人體旅行，并且在消化道中拍攝數十萬張高清圖像，清晰地傳送到醫生眼前。檢查結束后，膠囊機器人就會隨腸道蠕動被排出體外。

　　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入人體拍到消化道圖像后，膠囊機器人就開啟了高速發展模式。可以說，它是典型的醫工交叉學科研究的成果。

　　膠囊機器人采用先進的圖像采集技術以及射頻無線傳輸技術。而且近些年，隨著圖像技術的進步，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方式不同，其主要分為依靠腸道蠕動的被動膠囊機器人和通過外部磁場牽引的主動膠囊機器人兩種。

　　“最初的膠囊機器人都是被動的，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，“而主動膠囊機器人則通過外部引導，可以‘指哪拍哪’，因此能更全面地獲得胃腸圖像。”

　　不過，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，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避免撕裂和粘連仍然是一個挑戰。

　　“這就好像把肉放在案板上切時非常容易，而如果肉是掛著的，切起來就困難多了。”宋智斌介紹，為了解決這個難題，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，能在可疑組織不動時迅速將其切割。

　　為了實現這個想法，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小小的永磁體，通過外部磁場來控制其運動。高速旋轉刀片則由一個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量的磁鐵更強勁的瞬時動力，同時可以有效避免運動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觸發機構，使用鮑登線纜傳遞觸發力實現活檢。為避免誤觸發，扳機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生施加的觸發力進行實時監測。活檢機構及觸發機構的設計還考慮了多次活檢的潛在需求，可進行不同部位的活檢采樣。

　　宋智斌介紹，使用時，活檢膠囊機器人首先從肛門進入結腸，在外部磁場的驅動下在腸道內運動，通過視覺圖像傳輸探尋并靠近可疑組織，移動觸發器操作端中的滑塊就可以拉動鮑登線纜進行觸發采樣。顯示面板可以實時顯示觸發力度，以確保安全性。觸發結束后活檢刀具可重新恢復到初始狀態，準備下一次活檢。

　　未來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，經過近20年的發展，我國研發的膠囊機器人已經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揮了重要作用。

　　2012年我國率先研發了機械臂式磁控膠囊系統，通過機械臂操控外部強磁性永磁體，實現了膠囊機器人的高精準運動導航，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展，但目前其功能仍然僅僅局限于圖像采集及傳輸，在發現可疑組織后仍然要通過傳統內窺鏡進行活檢，或許這也是大家更多地將其稱之為‘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，“這會進一步提高胃腸疾病診療水平，也是膠囊機器人未來的發展方向”。

　　此次，天津大學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題，可實現一次檢查、多次活檢的功能，為未來具有活檢功能的膠囊機器人臨床應用提供了技術支持。

　　未來隨著手術環境同步定位和測繪技術的發展，活檢膠囊機器人移動的同時，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也將被記錄在地圖中，可以進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，便可進行胃腸同檢

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

　　別看這一粒小小的膠囊，功能卻十分強大。不僅能實現自動化、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個位點進行全自動掃描式檢查。在該膠囊機器人內鏡視野下，胃部組織一覽無余。“膠囊的檢查過程全自動，若發現可疑病灶，還可切換成手動模式，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化檢查模式，還配備智能輔助閱片系統，實現圖片冗余篩除及異常圖片提示，極大節省了醫生閱片時間。配合胃腸一體磁控膠囊內鏡NC100，一顆膠囊，便可進行胃腸同檢。”金山科技工作人員介紹。值得注意的是，金山科技整合聯通與華為的5G通信技術，搭建了全球5G智慧醫學診療中心。RC100可以通過5G遠程操控，實現非接觸檢查，可實現患者在家門口的基層醫療機構就診，數據實時傳輸到中心醫院，醫生遠程閱片，醫患云端問診、交流。