科大工学院发明「三项全能」医疗机械人　以微小身躯走进人体治病

小型连续体机械人能在介入式诊断和治疗中担任好帮手。然而，若要实现精确的导航功能，同时给它配置镜头，制成品的尺寸便往往变得较大，难以放进人体内的狭窄管道。香港科技大学（科大）工学院最近成功突破技术限制，研发出一款小至亚毫米级的「三项全能」机械人，有望于支气管末梢丶输卵管等部位操作，令医疗机械人的应用范围更为广泛。

是项研究由电子及计算机工程学系副教授申亚京领导，其团队的最新发明名为「磁驱光纤连续体机械人」，它外型极为纤细，直径不足一毫米，而同时集三大功能于一身：能于人体里采集成象丶精确地移动，并执行多种医疗程序。

这款创新的机械人采用了微尺度三维打印以及磁喷涂技术制造，它的厚度仅为0.95毫米，但却具备优异的影象性能。另一项重要突破是，它能将障碍物检测距离延伸至约9.4毫米，与理论极限相比，这是十倍提升。此外，它还展现出卓越的运动精度（小于30微米），并能大幅扩展影象区域，达到固有视野的约25倍。

申教授介绍道：「小型连续体机械人为医疗科技开辟了一个全新领域，它具有多项优点，能进入狭窄腔道，并有助于病人迅速康复，感染风险亦较低。」

他举例说：「目前，这些机械人已在多种疾病的诊疗中应用，例如在心脏病检查过程中置入电生理导管，或在手术过程中置入支架；又例如在胃溃疡和十二指肠溃疡的病例中，利用单孔腹腔镜修补破洞等。」

有见于光纤体积小且传输力强，研究团队充分利用它的优点，设计了一款磁驱动亚毫米软连续体机械人。此机械人主要由四部分组成：用于成象的光纤阵列丶用于执行治疗的定制工具丶用于放置光纤或工具的亚毫米中空骨架，以及用于控制的功能化皮肤。

其中，亚毫米空心骨架是运用微尺度三维打印技术制作而成。至于功能化皮肤，则是为了精确控制机械人探头的转向而设。在实验中，团队首先使用磁喷涂技术，将一层磁性弹性体覆盖在表面，使探头在磁场下具有主动转向能力，而几乎毫不增加其尺寸；然后，再在机械人的外层表面涂上一层水凝胶皮肤，以产生亲水性，从而减少手术过程中的摩擦。

结果，研究人员成功制造出直径仅为0.95毫米的功能化亚毫米内窥机械人，并同时实现主动导航和原位治疗，克服了传统技术上的「不可能三角」。

为了验证这款机械人在临床场景的应用潜力，团队使用支气管模型进行了体外实验，亦采用猪肺模型进行了离体测试。结果显示，它在受限环境中保持优秀的介入导航能力，并在病理区域提供了高精度扫描成象，同时展现多种原位治疗功能。

申教授进一步指出，这款创新的机械人集多功能于一身，包括取样丶药物传递和激光消融术，应用范围广泛。他说：「这项研究旨在利用机械人科技，为人体内狭窄腔道的疾病提供崭新诊疗方案。随着技术不断进步，我们相信在未来，纤维内窥机械人对人类健康将作出更大贡献。」

团队计划继续改进机械人的性能。论文的第一作者张铁山博士表示：「为了促进实际应用，我们将会完善纤维内窥机械人的设计与控制。下一阶段的研究重点，是确保它在手术中的安全性和可靠性。我们期待将来进行体内试验，以验证它在临床场景的表现。」

这项研究的成果最近在《自然通讯》发表，题为〈具有集成操纵丶成象和生物医学操作功能的亚毫米纤维内窥机械人〉。论文的两位共同第一作者为张铁山博士与李根博士，当中张是科大博士后研究员，而李则是申教授在香港城市大学指导的博士毕业生。其他作者包括科大电子及计算机工程学系的研究助理教授杨雄博士，以及博士生赵浩翔。