近日，器械之家获悉美国一研究团队设计了一个增强结肠镜检查技术的机器人—“迷你坦克”。该设备名为 Endoculus，其具有内窥镜的所有标准功能，配备机载摄像头和照明、用于冲洗、充气和抽吸的通道，以及用于常规工具的端口。

Endoculus设备具有可视化和工具访问功能，以及移动性、牵引力和机动性。最终或将成为一种远程设备，医生可以控制该设备并到达他们想要去的地方。

Endoculus是由美国科罗拉多大学先进医疗技术实验室 (AMTL) 的一个团队设计。领导该项目的 AMTL 主任 Mark Rentschler 教授解释说，该设备的当前版本于 2016 年正式开始，博士生 Greg Formosa 和 Micah Prendergast 推进了机械和电子设计。现在，它已达到添加更多自主功能和特性的阶段。

为收集图像和活检而开发的微型结肠镜检查机器人可能对患者和内镜医师都有明显的好处。该设备携带相机并使用其他小型手术工具，在胃肠病学家的控制下使用坦克状的踏板沿着患者的结肠前进，而不是当前的“推动”技术手动推动内窥镜通过结肠。这意味着在摩擦和不适较少以及外科医生的人体工程学益处方面对患者有利。

作为电动结肠镜，Endoculus 具有内窥镜的所有标准功能，其使用四组胎面，倾斜以提供更好的牵引力来抵住弯曲的肠壁。胎面是微柱状的，或者覆盖着小块，这有助于它处理所有的“光滑的结肠粘膜”。设计机器人特别棘手，因为设备的整体尺寸受到严格限制，只有 3 厘米宽和 2.3 厘米高。为了填充完全控制所需的两个电机，它们必须平行于胎面布置，从而形成一个相当复杂的 3D 打印蜗轮系统。

研究人员表示，虽然 Endoculus 的宽度大于传统内窥镜，但该设备需要“在使用过程中最小限度地膨胀”并且“不会对患者造成疼痛或伤害”。他们补充说，未来版本的机器人将“产生更小的占地面积”。

为了使机器人真正有用，它包括一个摄像头、LED 灯、用于注入空气和水的管子，以及一个工具端口，可以容纳内窥镜仪器，如镊子和圈套器，以检索组织样本。

到目前为止，Endoculus 已经在活猪体内度过了一段时间，尽管它无法到达那么远，因为猪的肠子比人的肠子小，而且很明显猪肠以某种方式呈螺旋状。其中一头猪肠子因为其结构稍有不同，被扩张到人类肠道大小，在里面 Endoculus 的表现要比另外一头好得多，并且能够以高达每秒 40 毫米的速度拉动而不会造成任何损害。

Endoculus 的下一步是增加一些自主性，这意味着要弄清楚如何使用机器人的机载摄像头和 IMU 进行定位和映射。

Rentschler 教授表示：“我们的设备需要具有可视化和工具访问功能，但我们希望设备专注于移动性、牵引力和机动性，”Rentschler 补充道。“最终，我们希望将其作为一种远程设备，医生可以控制并到达他们想要去的地方。” 

目前结肠镜检查仍然是检查结肠的金标准，因为它具有光学检查整个结肠粘膜和同时执行介入程序的双重能力。然而，这会引起疼痛和不适，因此需要对患者进行镇静或麻醉。这是一个难以执行的程序，在某些情况下可能会损坏结肠壁。

新技术的开发旨在通过利用内腔机器人研究的进步来克服目前结肠镜检查的局限性。由于管腔空间有限、扭曲的形状和大肠的长通道，这些先进医疗设备的设计具有挑战性。需要控制施加在结肠壁上的力以避免附带影响，例如结肠粘膜损伤和手术过程中的疼痛。

Rentschler 教授说：其最初的想法是为了制造一种可以系住并可以自行推动以实现远程内窥镜检查的胶囊装置。有几件事与此有关; 一是能力和轻松，但外科医生的大量精力和精力都集中在使用示波器到达他们需要去的地方，而不仅仅是专注于可视化。

Endoculus将会为为外科医生和患者都带来好处。患者的好处是更舒适，疼痛更少；Rentschler 说。'对于内窥镜检查，内窥镜推动造成的壁膨胀是患者感到不适的地方。对我们来说，关键是从医生推动的推动内窥镜检查过渡到拉动内窥镜检查，系绳末端的装置轻轻地将其拉过结肠。对于外科医生来说，减少体力有助于避免与任务相关的常见伤害。 

对于具有曲折或奇怪的结肠模式的人群，医生在结肠开始时到达盲肠以进行完整的结肠镜检查可能具有挑战性，因此始终获得完整的程序也是该设备的强大优势。该设备距离在临床实践中使用还有几年的时间，但已经在以人体解剖结构形式类似的动物组织上进行了测试。该团队计划是成立一家公司来建立该产品，以期望在三年内将程序应用于人类。

据数据统计，全球内窥镜市场规模2015年高达160亿美元，2017年为185亿美元，2019年为250亿美元；预测复合年增长率在6.6%左右，2022年全球内窥镜市场有望突破300亿美元。国内内窥镜市场从2012年的83亿元人民币增长到2019年240亿元人民币。

据了解结直肠癌 (CRC) 是全球癌症死亡的第二大常见原因，仅次于肺癌 。2020 年全球新发现结直肠癌 190 万例，死亡率为 93.5 万人，其中男性占 55%，女性占 45%。世界卫生组织 (WHO) 估计未来 20 年全球平均每年增长率为 3%。早期检测是提高存活率的关键，在第 0 阶段接近 100%，在第 IV 阶段降至 5% 以下。此外，早期癌症检测可以降低治疗成本。

早期检测是提高存活率的关键，筛查可以是非侵入性的或侵入性的。结肠镜检查是唯一具有光学筛查整个结肠黏膜和进行息肉切除术双重功能的侵入性手术，且被用作结肠检查的金标准。在过去的 6 年中，结肠镜的机械设计没有太大变化。这是一种昂贵的设备，需要进行化学消毒以进行去污；尽管如此，据报道它是疾病传播的一个原因。

由于种种原因，临床上也一直寻求能替代的方案，之后便有了胶囊内镜出现作为一种替代的非侵入性筛查技术 。第一代 PillCam COLON 由 Given Imaging Ltd.（以色列 Yoqneam）于 2006 年推出。它由一个带有两个摄像头的小胶囊组成，每个远端一个摄像头，被患者吞下。外部数据系统通过记录图像的传送带连接到患者身体。

然而，胶囊内镜也存在不少的缺点。比如价格很昂贵，以及需要比传统结肠镜检查更强烈的结肠准备，并且胶囊可能难以吞咽等等。整个过程需要超过 8-10 小时来筛查大肠，外加额外的时间来分析视频。由于所有这些限制，需要一种替代的低风险、成本效益和更有效的解决方案。

Endoculus的出现让我们看到了结肠检查更好的解决方案，将会为为外科医生和患者都带来好处。患者的好处是更舒适，疼痛更少；对于外科医生来说，减少体力有助于避免与任务相关的常见伤害。研究团队认为，Endoculus 最终可以取代结肠镜检查和内窥镜检查中使用的传统内窥镜，并导致早期发现癌症，从而获得更好的结果。 

在过去的几十年中，内镜机器人在医疗应用中的使用有所增加，并且已经有产品推向市场。机器人结肠镜检查是研究机构广泛研究的程序之一。然而这些设备中只有少数已通过 FDA 批准或 CE 标志有效地转化为市场。

目前每年进行的大量结肠镜检查需要新技术才能具有成本效益或为利益相关者带来实质性利益。此外，用于结肠镜检查的具有成本效益的内腔机器人的设计需要解决需要满足必要要求的高水平工程挑战。这些难题都需要一一克服，未来器械之家将持续关注该领域的发展。