膠囊微型機(jī)器人

jiāo náng wēi xíng jī qì rén

膠囊微型機(jī)器人，是一種能進(jìn)入人體胃腸道進(jìn)行醫(yī)學(xué)探查和治療的智能化微型工具，是體內(nèi)介入檢查與治療醫(yī)學(xué)技術(shù)的新突破。目前該技術(shù)尚處于實(shí)驗(yàn)階段，用于造福人類還需進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)確證。

膠囊微型機(jī)器人-簡介

膠囊微型機(jī)器人有著光滑的外表和角質(zhì)，與普通醫(yī)藥膠囊無異。膠囊微型機(jī)器人的工作原理和方法：先給微型機(jī)器人通電，然后把它送入身體內(nèi)，機(jī)器人緩慢地隨著人體的腸胃運(yùn)動(dòng)遍歷胃腸道，機(jī)器人體內(nèi)攜帶的微型攝像單元以約5秒/幀的速度拍攝腔道影像，并通過微型無線發(fā)射模塊以射頻信號(hào)的形式傳送至體外接收裝置，工作人員可以在接收裝置上進(jìn)行醫(yī)學(xué)圖像觀察處理和診療。

2009年8月大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院現(xiàn)代制造技術(shù)研究所張永順副教授撰文完成膠囊微型機(jī)器人磁場方法的無線驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，有望實(shí)現(xiàn)膠囊微型機(jī)器人在人體腸道內(nèi)無線游走而達(dá)到醫(yī)學(xué)探查、醫(yī)療之目的。

膠囊微型智能機(jī)器人整個(gè)系統(tǒng)由三個(gè)部分組成，體內(nèi)微型檢查機(jī)器人實(shí)驗(yàn)樣機(jī)本體、體內(nèi)微型檢查機(jī)器人體外接收和處理系統(tǒng)以及體內(nèi)微型檢查機(jī)器人定位與驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)?！爸悄苣z囊”的外徑小于等于12mm，長度小于等于3.5mm。

膠囊微型機(jī)器人-研制背景

研制目的

體內(nèi)介入檢查與治療具有安全、微創(chuàng)等優(yōu)點(diǎn)，并迅速成為醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的主流。人們研制出的微型消化道膠囊內(nèi)窺鏡是利用消化道蠕動(dòng)進(jìn)行整個(gè)區(qū)域檢查，由內(nèi)嵌CMOS微型攝像機(jī)以無線方式傳輸檢查圖像。但其行走緩慢，存在視覺盲區(qū);錯(cuò)過病變組織時(shí)，不能主動(dòng)返程，使一些醫(yī)療作業(yè)無法完成。因此研制可吞咽并能通過體外無纜驅(qū)動(dòng)控制的膠囊機(jī)器人已成當(dāng)務(wù)之急。

研究進(jìn)展

2005年8月，中科院安徽合肥智能機(jī)械研究所所長梅濤承擔(dān)研究的國家“863”計(jì)劃重點(diǎn)課題“無線腸胃檢查機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究”近日在北京通過國家驗(yàn)收?；寄c胃病的病人只需要吞下一個(gè)“智能膠囊”就可以檢查治療腸胃等腹腔內(nèi)疾病了，不必忍受現(xiàn)今的內(nèi)窺鏡治療、放射造影手術(shù)治療等治療方式帶來的痛苦。此項(xiàng)目缺點(diǎn)是機(jī)器人必須通電才能實(shí)現(xiàn)醫(yī)療檢查目的。

由大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院現(xiàn)代制造技術(shù)研究所張永順副教授擔(dān)任第一作者撰寫的《腸道內(nèi)變徑膠囊微機(jī)器人空間磁力矩特性》一文提出的一種新型膠囊機(jī)器人樣機(jī)解決了在復(fù)雜非結(jié)構(gòu)化腸道內(nèi)的驅(qū)動(dòng)問題。該文發(fā)表在《中國科學(xué)E輯:技術(shù)科學(xué)》( tech.scichina.com)2009年第7期上。這項(xiàng)研究工作的創(chuàng)新點(diǎn)在于他們提出了一種以相鄰異向徑向磁化多磁極永磁體為外驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，驅(qū)動(dòng)膠囊機(jī)器人在腸道內(nèi)旋進(jìn)的驅(qū)動(dòng)控制方法，并提出了一種變徑螺旋結(jié)構(gòu)膠囊機(jī)器人樣機(jī)，其外表面由四片可徑向伸展的外表纏繞螺旋肋的銅瓦組成，當(dāng)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)時(shí)，其外表面形成流體動(dòng)壓保護(hù)膜，使腸道避免受損傷。在徑向間隙自補(bǔ)償和多楔形效應(yīng)的作用下，顯著提高了流體動(dòng)壓膜的壓力和在腸道內(nèi)的驅(qū)動(dòng)能力，并能實(shí)現(xiàn)在豬腸道內(nèi)的垂直游動(dòng)。

大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院現(xiàn)代制造技術(shù)研究所張永順副教授和課題組研制出利用旋轉(zhuǎn)磁場來驅(qū)動(dòng)膠囊機(jī)器人在腸道內(nèi)旋進(jìn)的驅(qū)動(dòng)控制方法。當(dāng)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)時(shí)，其外表面形成流體動(dòng)壓保護(hù)膜，使腸道免受損傷。在離體豬腸實(shí)驗(yàn)中，研究人員發(fā)現(xiàn)該機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)在豬腸道內(nèi)的垂直游動(dòng)。研究人員指出，該項(xiàng)目最終目標(biāo)是通過體外無纜控制，由機(jī)器人實(shí)現(xiàn)窺視、診斷、施藥、取樣等介入醫(yī)療，有廣闊的應(yīng)用前景。

膠囊微型機(jī)器人-發(fā)明意義

膠囊微型機(jī)器人在人體腸胃中進(jìn)行無創(chuàng)檢查和小損傷手術(shù)，對(duì)于減輕病人痛苦、提高檢查和手術(shù)的安全性和降低醫(yī)療費(fèi)用都具有重要意義?，F(xiàn)在國內(nèi)治療腸胃病的一般方法是用內(nèi)窺鏡透視、放射造影或手術(shù)檢查，不但費(fèi)用高而且病人比較痛苦。而微型機(jī)器人不但成本低、節(jié)省時(shí)間，而且治療起來并不會(huì)給病人帶來痛苦。

膠囊微型機(jī)器人最終目標(biāo)是構(gòu)成體內(nèi)窺視、診療為一體的醫(yī)療微型機(jī)器人系統(tǒng)，通過體外無纜驅(qū)動(dòng)控制與姿態(tài)調(diào)整，安全地實(shí)施窺視、診斷、施藥、取樣等介入醫(yī)療作業(yè)。該研究對(duì)提高人類壽命與生活質(zhì)量，避免外部手術(shù)對(duì)人體造成創(chuàng)傷與致殘具有重要的科學(xué)意義，一旦研制成功并應(yīng)用于臨床，能減輕患者痛苦，縮短康復(fù)時(shí)間，降低醫(yī)療費(fèi)用，必將對(duì)醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展產(chǎn)生極大的影響。