近日，器械之家獲悉美國一研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)增強(qiáng)結(jié)腸鏡檢查技術(shù)的機(jī)器人—“迷你坦克”。該設(shè)備名為 Endoculus，其具有內(nèi)窺鏡的所有標(biāo)準(zhǔn)功能，配備機(jī)載攝像頭和照明、用于沖洗、充氣和抽吸的通道，以及用于常規(guī)工具的端口。
Endoculus設(shè)備具有可視化和工具訪問功能，以及移動(dòng)性、牽引力和機(jī)動(dòng)性。最終或?qū)⒊蔀橐环N遠(yuǎn)程設(shè)備，醫(yī)生可以控制該設(shè)備并到達(dá)他們想要去的地方。
Endoculus是由美國科羅拉多大學(xué)先進(jìn)醫(yī)療技術(shù)實(shí)驗(yàn)室 (AMTL) 的一個(gè)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)。領(lǐng)導(dǎo)該項(xiàng)目的 AMTL 主任 Mark Rentschler 教授解釋說，該設(shè)備的當(dāng)前版本于 2016 年正式開始，博士生 Greg Formosa 和 Micah Prendergast 推進(jìn)了機(jī)械和電子設(shè)計(jì)。現(xiàn)在，它已達(dá)到添加更多自主功能和特性的階段。
為收集圖像和活檢而開發(fā)的微型結(jié)腸鏡檢查機(jī)器人可能對患者和內(nèi)鏡醫(yī)師都有明顯的好處。該設(shè)備攜帶相機(jī)并使用其他小型手術(shù)工具，在胃腸病學(xué)家的控制下使用坦克狀的踏板沿著患者的結(jié)腸前進(jìn)，而不是當(dāng)前的“推動(dòng)”技術(shù)手動(dòng)推動(dòng)內(nèi)窺鏡通過結(jié)腸。這意味著在摩擦和不適較少以及外科醫(yī)生的人體工程學(xué)益處方面對患者有利。
作為電動(dòng)結(jié)腸鏡，Endoculus 具有內(nèi)窺鏡的所有標(biāo)準(zhǔn)功能，其使用四組胎面，傾斜以提供更好的牽引力來抵住彎曲的腸壁。胎面是微柱狀的，或者覆蓋著小塊，這有助于它處理所有的“光滑的結(jié)腸粘膜”。設(shè)計(jì)機(jī)器人特別棘手，因?yàn)樵O(shè)備的整體尺寸受到嚴(yán)格限制，只有 3 厘米寬和 2.3 厘米高。為了填充完全控制所需的兩個(gè)電機(jī)，它們必須平行于胎面布置，從而形成一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的 3D 打印蝸輪系統(tǒng)。
研究人員表示，雖然 Endoculus 的寬度大于傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡，但該設(shè)備需要“在使用過程中最小限度地膨脹”并且“不會(huì)對患者造成疼痛或傷害”。他們補(bǔ)充說，未來版本的機(jī)器人將“產(chǎn)生更小的占地面積”。
為了使機(jī)器人真正有用，它包括一個(gè)攝像頭、LED 燈、用于注入空氣和水的管子，以及一個(gè)工具端口，可以容納內(nèi)窺鏡儀器，如鑷子和圈套器，以檢索組織樣本。
到目前為止，Endoculus 已經(jīng)在活豬體內(nèi)度過了一段時(shí)間，盡管它無法到達(dá)那么遠(yuǎn)，因?yàn)樨i的腸子比人的腸子小，而且很明顯豬腸以某種方式呈螺旋狀。其中一頭豬腸子因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)稍有不同，被擴(kuò)張到人類腸道大小，在里面 Endoculus 的表現(xiàn)要比另外一頭好得多，并且能夠以高達(dá)每秒 40 毫米的速度拉動(dòng)而不會(huì)造成任何損害。
Endoculus 的下一步是增加一些自主性，這意味著要弄清楚如何使用機(jī)器人的機(jī)載攝像頭和 IMU 進(jìn)行定位和映射。
Rentschler 教授表示：“我們的設(shè)備需要具有可視化和工具訪問功能，但我們希望設(shè)備專注于移動(dòng)性、牽引力和機(jī)動(dòng)性，”Rentschler 補(bǔ)充道?！白罱K，我們希望將其作為一種遠(yuǎn)程設(shè)備，醫(yī)生可以控制并到達(dá)他們想要去的地方?！?nbsp;
目前結(jié)腸鏡檢查仍然是檢查結(jié)腸的金標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗哂泄鈱W(xué)檢查整個(gè)結(jié)腸粘膜和同時(shí)執(zhí)行介入程序的雙重能力。然而，這會(huì)引起疼痛和不適，因此需要對患者進(jìn)行鎮(zhèn)靜或麻醉。這是一個(gè)難以執(zhí)行的程序，在某些情況下可能會(huì)損壞結(jié)腸壁。
新技術(shù)的開發(fā)旨在通過利用內(nèi)腔機(jī)器人研究的進(jìn)步來克服目前結(jié)腸鏡檢查的局限性。由于管腔空間有限、扭曲的形狀和大腸的長通道，這些先進(jìn)醫(yī)療設(shè)備的設(shè)計(jì)具有挑戰(zhàn)性。需要控制施加在結(jié)腸壁上的力以避免附帶影響，例如結(jié)腸粘膜損傷和手術(shù)過程中的疼痛。
Rentschler 教授說：其最初的想法是為了制造一種可以系住并可以自行推動(dòng)以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程內(nèi)窺鏡檢查的膠囊裝置。有幾件事與此有關(guān); 一是能力和輕松，但外科醫(yī)生的大量精力和精力都集中在使用示波器到達(dá)他們需要去的地方，而不僅僅是專注于可視化。
Endoculus將會(huì)為為外科醫(yī)生和患者都帶來好處。患者的好處是更舒適，疼痛更少；Rentschler 說。'對于內(nèi)窺鏡檢查，內(nèi)窺鏡推動(dòng)造成的壁膨脹是患者感到不適的地方。對我們來說，關(guān)鍵是從醫(yī)生推動(dòng)的推動(dòng)內(nèi)窺鏡檢查過渡到拉動(dòng)內(nèi)窺鏡檢查，系繩末端的裝置輕輕地將其拉過結(jié)腸。對于外科醫(yī)生來說，減少體力有助于避免與任務(wù)相關(guān)的常見傷害。
對于具有曲折或奇怪的結(jié)腸模式的人群，醫(yī)生在結(jié)腸開始時(shí)到達(dá)盲腸以進(jìn)行完整的結(jié)腸鏡檢查可能具有挑戰(zhàn)性，因此始終獲得完整的程序也是該設(shè)備的強(qiáng)大優(yōu)勢。該設(shè)備距離在臨床實(shí)踐中使用還有幾年的時(shí)間，但已經(jīng)在以人體解剖結(jié)構(gòu)形式類似的動(dòng)物組織上進(jìn)行了測試。該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃是成立一家公司來建立該產(chǎn)品，以期望在三年內(nèi)將程序應(yīng)用于人類。
據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球內(nèi)窺鏡市場規(guī)模2015年高達(dá)160億美元，2017年為185億美元，2019年為250億美元；預(yù)測復(fù)合年增長率在6.6%左右，2022年全球內(nèi)窺鏡市場有望突破300億美元。國內(nèi)內(nèi)窺鏡市場從2012年的83億元人民幣增長到2019年240億元人民幣。
據(jù)了解結(jié)直腸癌 (CRC) 是全球癌癥死亡的第二大常見原因，僅次于肺癌 。2020 年全球新發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌 190 萬例，死亡率為 93.5 萬人，其中男性占 55%，女性占 45%。世界衛(wèi)生組織 (WHO) 估計(jì)未來 20 年全球平均每年增長率為 3%。早期檢測是提高存活率的關(guān)鍵，在第 0 階段接近 100%，在第 IV 階段降至 5% 以下。此外，早期癌癥檢測可以降低治療成本。
早期檢測是提高存活率的關(guān)鍵，篩查可以是非侵入性的或侵入性的。結(jié)腸鏡檢查是唯一具有光學(xué)篩查整個(gè)結(jié)腸黏膜和進(jìn)行息肉切除術(shù)雙重功能的侵入性手術(shù)，且被用作結(jié)腸檢查的金標(biāo)準(zhǔn)。在過去的 6 年中，結(jié)腸鏡的機(jī)械設(shè)計(jì)沒有太大變化。這是一種昂貴的設(shè)備，需要進(jìn)行化學(xué)消毒以進(jìn)行去污；盡管如此，據(jù)報(bào)道它是疾病傳播的一個(gè)原因。
由于種種原因，臨床上也一直尋求能替代的方案，之后便有了膠囊內(nèi)鏡出現(xiàn)作為一種替代的非侵入性篩查技術(shù) 。第一代 PillCam COLON 由 Given Imaging Ltd.（以色列 Yoqneam）于 2006 年推出。它由一個(gè)帶有兩個(gè)攝像頭的小膠囊組成，每個(gè)遠(yuǎn)端一個(gè)攝像頭，被患者吞下。外部數(shù)據(jù)系統(tǒng)通過記錄圖像的傳送帶連接到患者身體。
然而，膠囊內(nèi)鏡也存在不少的缺點(diǎn)。比如價(jià)格很昂貴，以及需要比傳統(tǒng)結(jié)腸鏡檢查更強(qiáng)烈的結(jié)腸準(zhǔn)備，并且膠囊可能難以吞咽等等。整個(gè)過程需要超過 8-10 小時(shí)來篩查大腸，外加額外的時(shí)間來分析視頻。由于所有這些限制，需要一種替代的低風(fēng)險(xiǎn)、成本效益和更有效的解決方案。
Endoculus的出現(xiàn)讓我們看到了結(jié)腸檢查更好的解決方案，將會(huì)為為外科醫(yī)生和患者都帶來好處?；颊叩暮锰幨歉孢m，疼痛更少；對于外科醫(yī)生來說，減少體力有助于避免與任務(wù)相關(guān)的常見傷害。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，Endoculus 最終可以取代結(jié)腸鏡檢查和內(nèi)窺鏡檢查中使用的傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡，并導(dǎo)致早期發(fā)現(xiàn)癌癥，從而獲得更好的結(jié)果。
在過去的幾十年中，內(nèi)鏡機(jī)器人在醫(yī)療應(yīng)用中的使用有所增加，并且已經(jīng)有產(chǎn)品推向市場。機(jī)器人結(jié)腸鏡檢查是研究機(jī)構(gòu)廣泛研究的程序之一。然而這些設(shè)備中只有少數(shù)已通過 FDA 批準(zhǔn)或 CE 標(biāo)志有效地轉(zhuǎn)化為市場。
目前每年進(jìn)行的大量結(jié)腸鏡檢查需要新技術(shù)才能具有成本效益或?yàn)槔嫦嚓P(guān)者帶來實(shí)質(zhì)性利益。此外，用于結(jié)腸鏡檢查的具有成本效益的內(nèi)腔機(jī)器人的設(shè)計(jì)需要解決需要滿足必要要求的高水平工程挑戰(zhàn)。這些難題都需要一一克服，未來器械之家將持續(xù)關(guān)注該領(lǐng)域的發(fā)展。
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