胶囊微型机器人

jiāo náng wēi xíng jī qì rén

胶囊微型机器人，是一种能进入人体胃肠道进行医学探查和治疗的智能化微型工具，是体内介入检查与治疗医学技术的新突破。目前该技术尚处于实验阶段，用于造福人类还需进一步的实验确证。

胶囊微型机器人-简介

胶囊微型机器人有着光滑的外表和角质，与普通医药胶囊无异。胶囊微型机器人的工作原理和方法：先给微型机器人通电，然后把它送入身体内，机器人缓慢地随着人体的肠胃运动遍历胃肠道，机器人体内携带的微型摄像单元以约5秒/帧的速度拍摄腔道影像，并通过微型无线发射模块以射频信号的形式传送至体外接收装置，工作人员可以在接收装置上进行医学图像观察处理和诊疗。

2009年8月大连理工大学机械工程学院现代制造技术研究所张永顺副教授撰文完成胶囊微型机器人磁场方法的无线驱动实验，有望实现胶囊微型机器人在人体肠道内无线游走而达到医学探查、医疗之目的。

胶囊微型智能机器人整个系统由三个部分组成，体内微型检查机器人实验样机本体、体内微型检查机器人体外接收和处理系统以及体内微型检查机器人定位与驱动控制系统。“智能胶囊”的外径小于等于12mm，长度小于等于3.5mm。

胶囊微型机器人-研制背景

研制目的

体内介入检查与治疗具有安全、微创等优点，并迅速成为医学工程领域的主流。人们研制出的微型消化道胶囊内窥镜是利用消化道蠕动进行整个区域检查，由内嵌CMOS微型摄像机以无线方式传输检查图像。但其行走缓慢，存在视觉盲区;错过病变组织时，不能主动返程，使一些医疗作业无法完成。因此研制可吞咽并能通过体外无缆驱动控制的胶囊机器人已成当务之急。

研究进展

2005年8月，中科院安徽合肥智能机械研究所所长梅涛承担研究的国家“863”计划重点课题“无线肠胃检查机器人关键技术研究”近日在北京通过国家验收。患肠胃病的病人只需要吞下一个“智能胶囊”就可以检查治疗肠胃等腹腔内疾病了，不必忍受现今的内窥镜治疗、放射造影手术治疗等治疗方式带来的痛苦。此项目缺点是机器人必须通电才能实现医疗检查目的。

由大连理工大学机械工程学院现代制造技术研究所张永顺副教授担任第一作者撰写的《肠道内变径胶囊微机器人空间磁力矩特性》一文提出的一种新型胶囊机器人样机解决了在复杂非结构化肠道内的驱动问题。该文发表在《中国科学E辑:技术科学》( tech.scichina.com)2009年第7期上。这项研究工作的创新点在于他们提出了一种以相邻异向径向磁化多磁极永磁体为外驱动器产生旋转磁场，驱动胶囊机器人在肠道内旋进的驱动控制方法，并提出了一种变径螺旋结构胶囊机器人样机，其外表面由四片可径向伸展的外表缠绕螺旋肋的铜瓦组成，当机器人旋转时，其外表面形成流体动压保护膜，使肠道避免受损伤。在径向间隙自补偿和多楔形效应的作用下，显著提高了流体动压膜的压力和在肠道内的驱动能力，并能实现在猪肠道内的垂直游动。

大连理工大学机械工程学院现代制造技术研究所张永顺副教授和课题组研制出利用旋转磁场来驱动胶囊机器人在肠道内旋进的驱动控制方法。当机器人旋转时，其外表面形成流体动压保护膜，使肠道免受损伤。在离体猪肠实验中，研究人员发现该机器人能实现在猪肠道内的垂直游动。研究人员指出，该项目最终目标是通过体外无缆控制，由机器人实现窥视、诊断、施药、取样等介入医疗，有广阔的应用前景。

胶囊微型机器人-发明意义

胶囊微型机器人在人体肠胃中进行无创检查和小损伤手术，对于减轻病人痛苦、提高检查和手术的安全性和降低医疗费用都具有重要意义。现在国内治疗肠胃病的一般方法是用内窥镜透视、放射造影或手术检查，不但费用高而且病人比较痛苦。而微型机器人不但成本低、节省时间，而且治疗起来并不会给病人带来痛苦。

胶囊微型机器人最终目标是构成体内窥视、诊疗为一体的医疗微型机器人系统，通过体外无缆驱动控制与姿态调整，安全地实施窥视、诊断、施药、取样等介入医疗作业。该研究对提高人类寿命与生活质量，避免外部手术对人体造成创伤与致残具有重要的科学意义，一旦研制成功并应用于临床，能减轻患者痛苦，缩短康复时间，降低医疗费用，必将对医学工程的发展产生极大的影响。