尴尬又痛苦的结肠镜检查？不用担心 未来的活检胶囊机器人有望实现肠镜检查

来源：生物探索2022-10-20 09336030

在新BCR的设计过程中，研究人员提出了一种新的采样策略，一个锋利的刀片高速旋转，切割结肠的可疑区域，同时使用压缩螺旋弹簧为刀片提供动力。此外，采用鲍登拉索机构实时监测拉索中的张力。

目前，它已成为世界上第三大常见恶性肿瘤和第二大致命癌症。2020年大肠癌发病率达到190万，导致90万人死亡。期大肠癌生存率达到90%，而期大肠癌只有10%。所以早期可以显著降低死亡率。而且通过调整易变的危险因素，检测和清除癌前病变，可以在很大程度上预防大肠癌，长期来看可以大大降低大肠癌的发病率和死亡率。因此，迫切需要高效、准确的筛选工具。与结肠镜检查相比，胶囊机器人(CR)可以减少患者的不适，达到高效检查的效果，是最佳的诊断方法。

大肠癌的诊断主要依赖于结肠镜检查用的带图像采集系统的柔性细长内窥镜，但患者要忍受不适并承担一定的风险。近年来，CR已成为传统内窥镜的替代品，大大减轻了患者的痛苦和精神压力。最近，天津大学的一个研究团队开发了一种基于高速组织切割的新型生物胶囊机器人(BCRs)，可以实现有效可靠的采样。这项研究发表在Cyborg and Bionic Systems上，是一种基于高速切割组织的新型活检胶囊机器人。

图1研究结果(来源：[1])

CR的典型运动是被动的，这意味着它完全依赖于结肠的蠕动。正因为如此，可能会错过重点。因此，一些研究人员开发了主动机车CR，其轨迹可以通过外部磁场或内部执行器进行调制，从而实现对结肠更彻底的探索。主动式机车CR的位置和姿态可以通过外部磁场很好地控制，图像可以通过射频发射电路从CR传输到外部接收器进行实时监控。但是，影像学对于诊断是不够的，可疑病变应该进行活检，而CR无法进行活检，这就是BCR的用武之地。

在新BCR的设计过程中，研究人员提出了一种新的采样策略，锋利的刀片高速旋转以切割结肠的可疑区域，而压缩螺旋弹簧用于为刀片提供动力。此外，还采用鲍登电缆机制实时监控电缆中的数据。因此，BCR系统被设计来实现这些功能。

图2 BCR结构示意图(来源：[1])

为了验证这一方案的可行性，研究人员设计并制作了一个原型BCR。刀具速度对切割扭矩的影响不容忽视，刀具轴上切割软组织所需的扭矩也不容忽视。研究人员通过实验得出了切削扭矩与刀具转速的关系，最终发现电机转速越快，切削扭矩会越小，因此本研究采用的高速切削方式可以有效降低切削扭矩。

此外，研究人员还进行了一项实验，将电机转速固定在9.81 rad/s，调节胶囊与软组织的接触力。胶囊和软组织之间的力越大，所需的切割扭矩就越大。20.45nm mm的最大切割扭矩对应的是测试中最高的接触力，因为更多的组织被挤压到切割区域，这意味着可以获得更大的组织样本。也就是说，通过这些实验，确定了速度对切割扭矩的影响，结果表明，高速切割可以有效地在低切割扭矩下进行活检。

图3研究人员设计制造的BCR原型(来源：[1])

然后，通过高速切割性能实验，研究人员证实了本设计能够有效利用高速切割实现组织采样，进一步证明了本研究中高速软组织切割方案的可行性。在BCR的设计中，自复位触发器和螺旋弹簧有利于多次活检。为了验证这一点，研究人员使用高速摄像机记录了弹簧的旋转速度，发现BCR可以实现连续三次活检。

此外，要求BCR取出软组织，同时避免取样时撕裂组织。因此，研究人员在高速切削实验的基础上，设置不同的刀具速度来研究软组织撕裂。随着切割器速度的变化，研究人员发现，当切割器切割速度为1.05 rad/ms时，可以有效地对软组织进行采样，实现活检。

最后，为了验证所设计的BCR的活检性能，研究人员使用猪的大肠进行了体外测试，最终证实这种切割方法可以收集足够的可疑组织，满足临床活检的要求。

综上所述，本研究提出的抽样策略是有效的，通过该方法收集的样本量足以满足临床要求。相信技术

的进一步发展，这种活检胶囊机器人可以有效代替目前的肠镜检查，将会极大程度上减轻患者做肠镜检查时的不适感与精神压力。

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