技术 | 微型医疗机器人锋芒初现，从实验室走向临床的路还有多远？

早在古代，人们便幻想着能够将人缩小到足够小从而进入他人体内，像《西游记》中孙悟空便多次通过这种方式打败诸多妖魔鬼怪。这种想法启发了很多科学家，虽然我们很难把真人缩小到细胞大小，但制作一个微型机器人代替人类进入体内完成任务是个相当诱人的想法。所以一直以来微型机器人、纳米机器人成为科学研究的热点，该领域的相关研究也一直为Science、Nature等行业顶刊所青睐。

目前，关于机器人在医疗界中的应用研究，主要集中在外科手术机器人、康复机器人、护理机器人和服务机器人等方面，这些机器人的工作环境大都为体外环境，或者介入式体内环境，环境简单，能够直接进行控制。而微型机器人的工作环境是更为复杂的体内环境，且体表的隔断使其难以直接控制，因此设计与控制难度呈几何倍数增长。目前微型医疗机器人大都尚未进入临床应用阶段，但随着精准医疗的深入推进以及智能制造技术的发展，最近一段时间微型机器人技术不断取得突破，成果不断涌现，发展潜力不可小觑。

一、胶囊内镜机器人：应用最为成熟的微型机器人

我国是全球第一的胃癌发病大国，发病率占全世界的42%左右。传统的胃镜和肠镜由于检查过程会造成不适，人们的接受度不高，久而久之胃病就疏于检查了，而且近期内窥镜引起严重感染的消息也引起了巨大轰动。疾病早发现、早治疗很关键，比如胃癌预后与胃癌的发现早晚有明显差异，因此新型舒适便捷的内镜检测方式成为近年的发展方向。

自从2000年以色列的Given Image将第一个胶囊内镜获得FDA批准进入临床后，日本奥林巴斯等公司相继推出胶囊内镜系统。目前胶囊内镜已经可以完成对小肠，食道和结肠的临床检查。但目前胶囊内镜还都是采用被动的运动方式，即胶囊是随消化道的自然蠕动而前进。而对于像胃这样大的消化道器官，这种方法由于观察范围十分有限，会造成相当大的漏检。而且被动式胶囊检查时间长，不能实时交互，图像阅片工作量大，极易漏检。因此在胶囊内镜发明之后，人们就开始寻求主动控制胶囊内镜在人体中的运动，即胶囊内镜机器人。

安翰医疗胶囊内镜及其磁控制系统

2013年首个获得SFDA批准应用于临床诊断的胶囊内镜机器人NaviCam 由安翰公司推出，NaviCam系统由磁场精确控制系统、智能胶囊内镜、便携记录仪和胶囊定位器四个部分组成，接受检查者需吞服一粒智能"胶囊"，通过磁场控制系统来对胶囊进行移动、旋转等控制并进行图像获取，15分钟左右即可实现胃部的全面检查。

随后，国内外相关公司也陆续开始研制其胶囊内镜机器人系统。胶囊内镜机器人是目前应用最为成熟的微型机器人，国内相关研究人员的不懈努力使得我国的胶囊内镜机器人技术走在世界前列。

二、微型手术机器人：进一步满足微创、精准医疗需求

医学干预手段越是先进, 侵入性就会越低。过去做腹部手术, 需要打开病人的腹腔, 有些甚至需要从肚脐一直开到隔膜，而现在, 这样的手术大部分只需要通过腹腔镜技术,开几厘米大的小口便可完成。但有了微型医疗机器人, 连这样的小口都会显得多余。

早在2015年, 美国的科研团队就研发出了一种超微型机器人。这款已经通过了美国食品药品监督管理局批准的机器人非常袖珍, 甚至没有硬币大。它能够被用在耳朵、支气管、尿道等较小的人体部位,缩小了需要打开的切口。

MIT研制的微型折叠机器人

2017年，美国麻省理工学院的研究人员发明了一款微型折叠机器人, 其可以在胃里完成简单的手术, 而且不需要切口或连接外部缆线：这种微型机器人被包裹在用冰做成的口服含片里, 被人服下后会通过食道进入胃里，冰胶囊融化后, 机器人会像折纸一样打开。展开后的机器人看起来就像一张有皱褶的纸, 它们遇热或受磁场作用时会膨胀或收缩, 进而使机器人移动。外科医生通过外部电磁场影响机器人身上的磁铁, 进而控制机器人的运动。机器人也能通过屈伸自己的皱褶, 沿着胃壁爬到指定的位置。

这款机器人的主体由生物相容性材料制成——部分材料来自猪的小肠, 也是香肠肠衣的材料。这些材料可以使其向体内伤口给药或是像创口贴那样固定在伤口上。当然, 这款机器人的作用还不止这些，它还可以用自带的磁铁“捕捉”并移除异物, 比如误吞的纽扣电池等。

ViRobTM实物图

在这一方向应用较为成熟的为以色列Microbot的ViRob机器人系统。ViRob是一种可自主运动的微型机器人，可通过遥控控制其在人体血管、消化道系统等狭小腔道中进行移动、旋转等操作，并能长期停留于人体内部。ViRob能够广泛使用于神经外科、放射治疗、靶向给药等介入式微创治疗，根据不同临床需求携带摄像头、药物等不同附件运动到指定位置，实现更为精确的诊断及辅助治疗功能。

三、血管机器人：人体内的“运输工”与“清道夫”

当机器人缩小到一定程度时，在微观层面上完成特定工作成为可能，血管机器人的诞生便实现了这种可能性。根据现有的相关研究，血管机器人主要能够实现以下几种功能：

1. 运送药物、细胞

- END -

作者 史超  |  编辑 王卓逸  |  排版 墨非

- 推荐阅读 -

• 行研 | 口腔CBCT：崛起中的国产力量

• 行研 | 一叶知秋、见微知著的核医学设备-历史、技术和先状

• 行业 | 隐形眼镜监管趋严：看得清楚的世界，看不清楚的“风险”

关注并星标「思宇医械观察」

置顶公众号，拒绝漏掉好文章！