近日，器械之家獲悉美國一研究團隊設計了一個增強結腸鏡檢查技術的機器人—“迷你坦克”。該設備名為 Endoculus，其具有內窺鏡的所有標準功能，配備機載攝像頭和照明、用于沖洗、充氣和抽吸的通道，以及用于常規工具的端口。

Endoculus設備具有可視化和工具訪問功能，以及移動性、牽引力和機動性。最終或將成為一種遠程設備，醫生可以控制該設備并到達他們想要去的地方。

01、遠程內鏡機器人

Endoculus是由美國科羅拉多大學先進醫療技術實驗室 (AMTL) 的一個團隊設計。領導該項目的 AMTL 主任 Mark Rentschler 教授解釋說，該設備的當前版本于 2016 年正式開始，博士生 Greg Formosa 和 Micah Prendergast 推進了機械和電子設計。現在，它已達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的微型結腸鏡檢查機器人可能對患者和內鏡醫師都有明顯的好處。該設備攜帶相機并使用其他小型手術工具，在胃腸病學家的控制下使用坦克狀的踏板沿著患者的結腸前進，而不是當前的“推動”技術手動推動內窺鏡通過結腸。這意味著在摩擦和不適較少以及外科醫生的人體工程學益處方面對患者有利。

作為電動結腸鏡，Endoculus 具有內窺鏡的所有標準功能，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“光滑的結腸粘膜”。設計機器人特別棘手，因為設備的整體尺寸受到嚴格限制，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電機，它們必須平行于胎面布置，從而形成一個相當復雜的 3D 打印蝸輪系統。

研究人員表示，雖然 Endoculus 的寬度大于傳統內窺鏡，但該設備需要“在使用過程中最小限度地膨脹”并且“不會對患者造成疼痛或傷害”。他們補充說，未來版本的機器人將“產生更小的占地面積”。

為了使機器人真正有用，它包括一個攝像頭、LED 燈、用于注入空氣和水的管子，以及一個工具端口，可以容納內窺鏡儀器，如鑷子和圈套器，以檢索組織樣本。

到目前為止，Endoculus 已經在活豬體內度過了一段時間，盡管它無法到達那么遠，因為豬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。其中一頭豬腸子因為其結構稍有不同，被擴張到人類腸道大小，在里面 Endoculus 的表現要比另外一頭好得多，并且能夠以高達每秒 40 毫米的速度拉動而不會造成任何損害。

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器人的機載攝像頭和 IMU 進行定位和映射。

Rentschler 教授表示：“我們的設備需要具有可視化和工具訪問功能，但我們希望設備專注于移動性、牽引力和機動性，”Rentschler 補充道。“最終，我們希望將其作為一種遠程設備，醫生可以控制并到達他們想要去的地方。” 

02、三年內應用于臨床

目前結腸鏡檢查仍然是檢查結腸的金標準，因為它具有光學檢查整個結腸粘膜和同時執行介入程序的雙重能力。然而，這會引起疼痛和不適，因此需要對患者進行鎮靜或麻醉。這是一個難以執行的程序，在某些情況下可能會損壞結腸壁。

新技術的開發旨在通過利用內腔機器人研究的進步來克服目前結腸鏡檢查的局限性。由于管腔空間有限、扭曲的形狀和大腸的長通道，這些先進醫療設備的設計具有挑戰性。需要控制施加在結腸壁上的力以避免附帶影響，例如結腸粘膜損傷和手術過程中的疼痛。

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以實現遠程內窺鏡檢查的膠囊裝置。有幾件事與此有關; 一是能力和輕松，但外科醫生的大量精力和精力都集中在使用示波器到達他們需要去的地方，而不僅僅是專注于可視化。

Endoculus將會為為外科醫生和患者都帶來好處。患者的好處是更舒適，疼痛更少；Rentschler 說。'對于內窺鏡檢查，內窺鏡推動造成的壁膨脹是患者感到不適的地方。對我們來說，關鍵是從醫生推動的推動內窺鏡檢查過渡到拉動內窺鏡檢查，系繩末端的裝置輕輕地將其拉過結腸。對于外科醫生來說，減少體力有助于避免與任務相關的常見傷害。 

對于具有曲折或奇怪的結腸模式的人群，醫生在結腸開始時到達盲腸以進行完整的結腸鏡檢查可能具有挑戰性，因此始終獲得完整的程序也是該設備的強大優勢。該設備距離在臨床實踐中使用還有幾年的時間，但已經在以人體解剖結構形式類似的動物組織上進行了測試。該團隊計劃是成立一家公司來建立該產品，以期望在三年內將程序應用于人類。

03、掘百億市場

據數據統計，全球內窺鏡市場規模2015年高達160億美元，2017年為185億美元，2019年為250億美元；預測復合年增長率在6.6%左右，2022年全球內窺鏡市場有望突破300億美元。國內內窺鏡市場從2012年的83億元人民幣增長到2019年240億元人民幣。

據了解結直腸癌 (CRC) 是全球癌癥死亡的第二大常見原因，僅次于肺癌 。2020 年全球新發現結直腸癌 190 萬例，死亡率為 93.5 萬人，其中男性占 55%，女性占 45%。世界衛生組織 (WHO) 估計未來 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鍵，篩查可以是非侵入性的或侵入性的。結腸鏡檢查是唯一具有光學篩查整個結腸黏膜和進行息肉切除術雙重功能的侵入性手術，且被用作結腸檢查的金標準。在過去的 6 年中，結腸鏡的機械設計沒有太大變化。這是一種昂貴的設備，需要進行化學消毒以進行去污；盡管如此，據報道它是疾病傳播的一個原因。

由于種種原因，臨床上也一直尋求能替代的方案，之后便有了膠囊內鏡出現作為一種替代的非侵入性篩查技術 。第一代 PillCam COLON 由 Given Imaging Ltd.（以色列 Yoqneam）于 2006 年推出。它由一個帶有兩個攝像頭的小膠囊組成，每個遠端一個攝像頭，被患者吞下。外部數據系統通過記錄圖像的傳送帶連接到患者身體。

然而，膠囊內鏡也存在不少的缺點。比如價格很昂貴，以及需要比傳統結腸鏡檢查更強烈的結腸準備，并且膠囊可能難以吞咽等等。整個過程需要超過 8-10 小時來篩查大腸，外加額外的時間來分析視頻。由于所有這些限制，需要一種替代的低風險、成本效益和更有效的解決方案。

Endoculus的出現讓我們看到了結腸檢查更好的解決方案，將會為為外科醫生和患者都帶來好處。患者的好處是更舒適，疼痛更少；對于外科醫生來說，減少體力有助于避免與任務相關的常見傷害。研究團隊認為，Endoculus 最終可以取代結腸鏡檢查和內窺鏡檢查中使用的傳統內窺鏡，并導致早期發現癌癥，從而獲得更好的結果。 

在過去的幾十年中，內鏡機器人在醫療應用中的使用有所增加，并且已經有產品推向市場。機器人結腸鏡檢查是研究機構廣泛研究的程序之一。然而這些設備中只有少數已通過 FDA 批準或 CE 標志有效地轉化為市場。

目前每年進行的大量結腸鏡檢查需要新技術才能具有成本效益或為利益相關者帶來實質性利益。此外，用于結腸鏡檢查的具有成本效益的內腔機器人的設計需要解決需要滿足必要要求的高水平工程挑戰。這些難題都需要一一克服，未來器械之家將持續關注該領域的發展。