科學人 發行日期:2010/10 刊號:103
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膠囊內視鏡︰肚子裡的變形金剛

人體探險不再是夢想!新型膠囊機器人將可能用來進行手術、給藥,以及幫助疾病診斷。
撰文╱達里奧(Paolo Dario)曼西亞西(Arianna Menciassi)翻譯╱林雅玲

重點提要
■膠囊內視鏡可用來檢視整個消化道的內部,但是這種被動型膠囊的便利性與精確度有限。
■研究人員正在研發主動型膠囊機器人,希望用來掃描人體、診斷疾病和參與治療。
■利用微型化機器設備在體內執行任務,為工程學帶來了全新的挑戰,可激發許多創造性的解決方案,也將影響機器人學和其他醫學科技的發展。

1966年電影「聯合縮小軍」(Fantastic Voyage),描述能在人體血液裡行動的微型醫療團隊,在病人腦中進行救命的手術,在當時這純粹是部科幻電影。好萊塢在1987年重拍這部影片,改名為「驚異大奇航」(Innerspace),這時真實世界的工程師已經開始打造膠囊大小的機器人原型,可以在醫生的操作下,航行於病人的胃腸道中。到了2000年,終於有病人吞下商業製造的膠囊內視鏡,從那時起,醫生開始利用膠囊內視鏡一窺人體的奧秘,包括以往得靠手術才能觀察到的小腸內褶構造。

「聯合縮小軍」裡其中一個重要卻仍屬幻想的概念,就是這種膠囊內視鏡可以靠自己的動力移動、游到腫瘤處採樣、檢視小腸的發炎部位,或者以藥物治療潰瘍。不過近年來研究人員也有長足的進展,將被動型膠囊內視鏡的基本元件,改良為主動型的迷你機器人。進階版的膠囊機器人原型現在正進行動物試驗,它們有腳、推進器、精巧的影像鏡頭和遙控系統。現在研究人員正測試迷你機器人的極限,很快地,迷你機器人可能就能進行臨床試驗。

化被動為主動
消化道是第一個被一窺究竟的人體疆域。以色列基文影像公司(Given Imaging)在1999年首先發表可遙控的藥丸攝影機M2A,隨後也證實可用無線設備來檢視胃腸道,現在這種名為「膠囊內視鏡」的技術已經普遍用於醫學。遺憾的是,藥丸攝影機是被動的,我們無法操控,因此常常導致偽陰性的結果,也就是攝影機沒有找出有問題的地方,這是診斷工具的致命傷。如果我們窺視人體內部是為了找出病灶或進一步檢視可能有問題的區域,那麼攝影機最好能停在特定地點,並仔細檢查周圍。

將被動型膠囊改良成更可靠的設備來進行胃腸道掃描,就需要幫膠囊加裝附肢(也就是致動器),讓膠囊在人體內時可以推動自己,或是處理組織。操作這些可移動的元件,需要高速且雙向以無線方式傳輸影像和指令。這個膠囊實際上必須是能夠快速回應技術人員指令的小型機器人,元件也需要足夠的能量,才可能在長達12個小時的旅程中完成任務。而且所有的元件必須能裝配到一個兩立方公分的容器裡,大約是一顆小熊軟糖的大小,病人才可以順利吞下。

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