體內(nèi)介入診療與手術(shù)具有安全、可靠等特征，并能顯著降低醫(yī)療費(fèi)用與康復(fù)時(shí)間。近年來，可通過口服并能實(shí)現(xiàn)胃腸道內(nèi)主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的膠囊機(jī)器人，迅速成為醫(yī)學(xué)工程研究領(lǐng)域的主流。

“人體腸道具有非結(jié)構(gòu)化等特征，研究的最大技術(shù)瓶頸，是如何實(shí)現(xiàn)膠囊機(jī)器人在體內(nèi)彎曲環(huán)境內(nèi)驅(qū)動(dòng)行走，這也是實(shí)用化的關(guān)鍵。”大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院現(xiàn)代制造技術(shù)研究所教授張永順說。

張永順?biāo)f的非結(jié)構(gòu)化，就是形容腸道內(nèi)“七拐八拐”的學(xué)術(shù)名詞，要讓攜帶藥物的膠囊機(jī)器人能在這種復(fù)雜環(huán)境中“來去自由”，并不容易，這也是張永順研究的初衷所在。

而在此之前，意大利比薩大學(xué)Federico Carpi等人采用大型磁鐵旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生均勻旋轉(zhuǎn)磁場，實(shí)現(xiàn)膠囊機(jī)器人姿態(tài)調(diào)整，但不能實(shí)現(xiàn)磁場旋轉(zhuǎn)方向的改變。

為達(dá)預(yù)期目的，張永順和科研小組提出了膠囊機(jī)器人臨界間隙和啟動(dòng)轉(zhuǎn)速的概念，進(jìn)而提出了同一磁場下對多個(gè)膠囊機(jī)器人實(shí)施驅(qū)動(dòng)控制的方法，并解決了多膠囊機(jī)器人的螺旋參量的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。

不久前，他們終于突破了空間萬向旋轉(zhuǎn)磁場這一關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了膠囊機(jī)器人在彎曲環(huán)境內(nèi)的驅(qū)動(dòng)。通過數(shù)字化控制可方便地改變旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)軸方向，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速、旋向方便可調(diào)。研究成果發(fā)表在近日出版的《中國科學(xué)—技術(shù)科學(xué)》上。

專家認(rèn)為，該技術(shù)與顯影技術(shù)相結(jié)合可望實(shí)現(xiàn)臨床應(yīng)用。“這個(gè)方法實(shí)現(xiàn)了多機(jī)器人群組操作與控制，為同一體內(nèi)驅(qū)動(dòng)環(huán)境下，對多膠囊機(jī)器人分別實(shí)施攝像、取樣、診斷、噴藥等多任務(wù)奠定了基礎(chǔ)。”張永順說，攻克了轉(zhuǎn)彎這個(gè)難關(guān)，使我國膠囊機(jī)器人這一領(lǐng)域的研究又前進(jìn)了一大步，為臨床應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

根據(jù)近年來國際上的研究熱點(diǎn)，膠囊機(jī)器人有望突破現(xiàn)有醫(yī)療技術(shù)的局限性，在診療、施藥、外科手術(shù)等方面將起到重要作用，使胃腸道某些無法觸及盲區(qū)內(nèi)的疾病診療成為可能。未來，膠囊機(jī)器人或?qū)⑹贯t(yī)學(xué)工程領(lǐng)域產(chǎn)生重大變革。

目前，張永順和科研小組正在進(jìn)行膠囊機(jī)器人多楔形效應(yīng)驅(qū)動(dòng)原理的研究，并再次得到了國家自然科學(xué)基金的資助。他們的目的是，優(yōu)化最大限度產(chǎn)生多楔形效應(yīng)的機(jī)器人結(jié)構(gòu)，提高大間隙情形下的驅(qū)動(dòng)能力。此外，“還要解決膠囊機(jī)器人在彎曲腸道內(nèi)的定位與驅(qū)動(dòng)問題，才能使臨床應(yīng)用成為可能”。

“我們的最終目標(biāo)是建構(gòu)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)。”張永順說，此醫(yī)療器械一旦研制成功并應(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。