膠囊機器人”被描述為未來有可能取代內鏡檢查的“黑科技”。小小的膠囊真的能終結人們對胃腸鏡檢查的恐懼嗎？還有很長的路要走。
無論是在前一段時間舉行的世界機器人大會還是最近的一些醫學論壇上，膠囊機器人（“智能膠囊消化道內鏡系統”或“醫用無線內鏡”）都被描述為未來有可能取代內鏡檢查的“黑科技”，將終結人們對胃鏡、腸鏡檢查的恐懼。膠囊機器人的確是一項很有前景的輔助檢查技術，但它距離徹底取代胃鏡、腸鏡檢查，還有很長的路要走。
說到機器人，你首先會想到什么？大白？瓦力？還是終結者？然而，現實中的機器人遠沒有這么“酷炫”。根據聯合國標準化組織的定義，機器人是一種可編程和多功能的操作機；或是為了執行不同的任務而具有可用電腦改變和可編程動作的專門系統。也就是說，我們所討論的“機器人”是一種機器或者智能系統，并沒有人們想象的那么神秘。
膠囊機器人也是如此。
這個機器人是膠囊形狀的，一般規格為直徑11-12毫米，長度十幾到二十幾毫米不等，比普通的藥丸大一點點，它內置相機與信號傳輸裝置，可以借助消化道的蠕動在人體內運動并拍攝圖像，并傳送至體外的圖像記錄儀和影像工作站，方便醫生了解病情、做出診斷。
據中國科學院電工研究所的徐建省博士介紹，在用膠囊機器人進行檢查時，患者的身體上不需要開創口，也不用插導管，非常方便。做過腸鏡或胃鏡檢查的朋友都知道，插導管是一件生理上非常不舒服的事情，尤其對于老人、兒童或者病情危重的患者來說，由于自身的耐受性比較差，插導管可能會造成他們更大的痛苦。“使用膠囊機器人的時候，患者只需要以水送服，然后等待它被排出體外就可以了，不僅幾乎沒有痛苦，還能正常的生活、工作。”徐建省博士說道。他進一步介紹，膠囊機器人可作為消化道疾病尤其是小腸疾病診斷的首選方法。
膠囊機器人將終結“胃腸鏡恐懼”？路還很長
膠囊機器人內部結構（左側從上到下依次為：永磁塊、電磁鐵、白色發光二極管、熒光發光二極管；右側從上到下依次為：內膜、外膜、圖像傳感器、中央處理器）
電量只夠拍攝半小時，嘗試體外充電失敗
不過，膠囊機器人現在仍有不少待解的難題，電量有限就是其中最突出的一個。
“咱們都有一個經驗，用手機拍照時，耗電就會特別快。”徐建省說，“膠囊機器人也面臨這樣的問題。”因為都是靠內置的鋰電池供電，所以能量十分有限，就目前已有的膠囊機器人而言，在每秒拍攝兩張圖片的情況下，半小時左右電就耗完了，這大大增加了診斷的不確定性——如果半小時內膠囊沒有走完整個消化道或者卡在了某個地方，就很難收集完整的圖像資料。
同時，世界上已經出現了在患者體內就能實時將圖片傳送給醫生的膠囊機器人，據徐建省博士介紹，未來還會有可以在患者消化道內噴藥或進行小手術的治療型膠囊機器人，也就是說，當功能不斷拓展時，怎樣保證膠囊在體內有充足的能量供應，將成為決定它能否成功的關鍵條件。
對此，業內普遍的研究方向是實現膠囊機器人的無線充電，通過在患者身體周圍設置電場，達到為他腹中膠囊機器人充電的目的。目前已經有日本學者嘗試做了相關的實驗，但因為電池發熱嚴重不得不放棄。
可控性欠佳找不到該拍哪，“先天缺陷”難以克服
膠囊機器人的第二個問題是難以控制。因為在患者腹中，所以醫生很難從體外控制它的位置，并且在正常情況下，膠囊機器人應該處于運動的狀態，這就意味著，哪怕發現了病灶，也很有可能一閃而過，從醫生的角度看，拿到圖片后，只能根據病理圖像學及膠囊的工作時間來判斷位置，難以精確，這大大增加了手術的難度。
對此，徐建省給出的解決方案是，依靠電場或磁場，給患者體內的膠囊施加影響。“這些微型機器人體內含有永磁塊，在交變磁場下的作用下，永磁塊可以震動，從而令附在它上面的薄膜擺動，動起來的薄膜就像金魚的尾巴，最終驅動微型機器人向前游去。”徐建省補充道，“還有一種方法是利用特殊的材料，它能在磁場的作用下產生形變，從而驅動膠囊。”事實上，徐建省所在的中科院電工研究所生物醫學工程研究部已經找到了這種“特殊材料”。
“在自然界中有一種細菌，它靠著鞭毛的旋轉來推動自身前進。”據徐建省介紹，這種細菌體內有一些細小的磁性顆粒，因此具有趨磁屬性——在磁力線的環境中，它們會乖乖排成一條直線，并順著磁力線的方向運動。
這帶給了研發團隊靈感，他們研究的仿生微型機器人采用混合驅動的方式，本體的永磁塊與體外的磁場相互作用，控制其運動方向；而直流電機則驅動排列成螺旋槳形態的磁粒，推進機器人運行。
不過，在畢業于美國哥倫比亞大學醫療機器人專業、如今身為硅谷某醫療設備創業公司CEO的張健博士看來，不好控制是膠囊機器人的一個“先天缺陷”，難以通過技術克服。
“從基礎物理的角度來看，控制患者體內的膠囊機器人是不可行的。”張健說得很干脆，“首先，隔著脂肪等人體組織，用磁場等方式去控制它，效果有待考證，其次，它的形狀是橢圓的，很容易卡在腸道的某個地方。”相比之下，傳統的內窺鏡工具顯然更好操控，“它就像一根繩子下到肚子里，人能用外面的這一端調整里面那端的位置，加上一些伸縮的功能，可以準確的找到需要檢查的位置。”張健表示，結構決定了弱點，我們要利用膠囊機器人，或許應該承認它不好控制的弱點，并以此為前提，討論它能在什么樣的情況下使用。“因為你不需要把所有的解決方案都用在最難的那個問題上。”
更適用于無特定目的的全消化道檢查
那么，什么時候膠囊機器人會優于傳統的內窺鏡呢？張健博士認為這分為兩種情況。
一是在患者需要進行全消化道系統的檢查，而不需要準確、清晰的圖像時。“醫生可能從口腔到直腸都得看，但不需要把某個位置看的特別清楚，這時膠囊機器人就比較方便。”張健說。換而言之，類似于體檢，沒有特定的診斷目的，而是進行全面的疾病篩查，無痛的膠囊機器人顯然更為方便。
二是患者距離城市較遠，或者不方便到大醫院進行檢查。“傳統的內窺鏡檢查必須有配套的醫療設備，而這些設備卻不是每家醫院都有的。如果一位偏遠地區的病人想做腸胃檢查，現在他必須跑到城市里的大醫院。但如果有了膠囊機器人，他在當地就可以進行檢查，省去了奔波的辛苦。”張健說，“如果腦洞再開大一點，當膠囊機器人普及到一般藥店就能買到，消費者可以每年去買一個，進行自查。”
價格能否與傳統內窺鏡競爭仍然未知
說到普及，就繞不開另一個問題，成本。
目前，傳統的內窺鏡檢查大概是200-300元一次，而一個膠囊機器人的售價則是2000-3000元一個。如此高昂的價格自然制約了它在市場上的推廣。
對此，張健認為，伴隨著越來越多的企業進入這個領域，膠囊機器人的價格肯定會降，但是否能降到和傳統的內窺鏡相當，是未知的。
“我們把一個膠囊機器人剖開看，有外殼、鏡頭、相機、內存卡、電池等幾個部分，說句門外漢的話，這些零部件在手機上都有。那么在目前手機如此普及的情況下，這些東西的成本都要幾百元人民幣，我們就可以推斷，想把成本降到幾十元是非常困難的。那能不能把質量降一些，讓膠囊機器人拍出來的照片比手機差一點？這還很難說。”張健說道。
不過換個角度看，雖然傳統的內窺鏡檢查一次只需200、300元，但除了內窺鏡本身，還需要配套的成像設備、計算中心等等，醫院購買這整套系統大概要花費數十萬元，所以，對于沒有設備的鄉村醫院來說，可能膠囊機器人就相對合適一些。就像張健總結的那樣，“膠囊機器人有很多適用條件，這或許就注定了它的市場不會大。”
雖然從目前來看，膠囊機器人存在著很多的問題，但不可否認的是，相比于傳統的管式內窺鏡，它是一種技術的進步，也是可供患者選擇的一種新的醫療服務。
