麻省理工学院が開発した蛇形柔軟内視鏡が医師の小腸疾患診断を支援

麻省理工学院のエンジニアたちは、柔軟なロボット内視鏡を開発し、小腸内を移動して医師が関連する疾患を診断・治療するのを助けることを目的としている。この管状ロボットは蛇の動き方を模倣し、画像取得、薬物送達、組織除去のためのツールを搭載している。

小腸の長さは20フィート（約6メートル）を超え、直径は約1インチ（約2.5センチメートル）であり、人体内に深く隠れているため、胃や結腸よりも検査が難しい。医師は通常、出血、病変、閉塞などの問題を評価する必要がある。現在、これらの問題を診断する唯一の方法はダブルバルーン内視鏡検査であり、医療従事者は2つのバルーンを交互に膨らませたりしぼませたりして内視鏡を前進させる。このプロセスは遅く、煩雑である。

新内視鏡の設計と機能

麻省理工学院のチームは、より制御しやすく、腸内でより迅速に移動できる内視鏡の開発を目指している。Traversoは、目標は20フィートから25フィート（約6メートルから7.6メートル）の腸のセクションをより自動化された方法で評価することだと述べている。

蛇の動きは、体の一側の筋肉を収縮させて方向を制御し、その後に反対側を収縮させることで行われる。この動きを模倣するために、研究者たちはロボットの動きを制御するための多機能ドライバーを設計した。各ドライバーには4つの室があり、異なる組み合わせで膨張することができるため、管を任意の方向に伸ばしたり曲げたりすることができる。室に入る空気を調整することで、オペレーターは「ロボットの移動方向を調整する」ことができるとTraversoは述べている。

ロボットの頭部と尾部には追加の固定バルーンがあり、交互に膨張させたりしぼませたりすることでロボットがゆっくり前進するのを助ける。これらの部分は、切り込みを加えた折り紙からインスパイアを受けたパターンのスリーブで覆われている。このスリーブは、膨張したバルーンがそれらを引き伸ばすと、コーティングが平らに寝そべり、三次元の切り込みが突き出る。蛇の鱗のように、これらの針はロボットに滑らかな腸内壁でのより良い牽引力を提供する。

Traversoの研究室は、同様の方法を使用して、よりグリップ力のある靴底や、一時的に食道に埋め込まれ薬物を放出するスタントを開発した。大学院生のAhmad Mujtaba Jebranは、主要著者として、これらのスリーブがロボットに特定の位置での牽引力を与え、繊細な組織を過度に引き伸ばすことなく機能することを示している。

臨床応用と未来展望

このロボットは外部コントローラーに接続されたケーブルを介して操作され、オペレーターは狭い通路や急な曲がり角でそれを操縦することができる。設計上、口腔または直腸を通じて体内に入ることができる。そのツールには、画像取得用のカメラ、薬物送達スプレー、組織生検やポリープ除去が可能なクリンチが含まれている。Traversoは、小さなポリープが見つかった場合、ロボットは医師に「生検や除去を行う」ことを可能にすると述べている。動物研究では、このロボットは小腸内を約6.5フィート（約2メートル）移動した。チームはまた、薬物スプレー、組織クリンチ、カメラの使用を示した。

研究者たちは現在、ナビゲーションシステムを改善し、他の小腸の応用におけるこの方法の効果をテストしている。Traversoは麻省理工学院の機械工学教授であり、ブリガム・アンド・ウィメンズ病院の消化器科医であり、麻省理工学院とハーバード大学ブロード研究所の副メンバーでもある。この論文の主要著者には、以前麻省理工学院の博士後研究員であり、現在テキサス大学南西医学センターに所属するBinbin Ying、Jebran、そして元麻省理工学院の研究科学者Sahab Babaeeが含まれている。

研究は『Science Robotics』に発表され、麻省理工学院のGiovanni Traversoが上級著者を務めた。

柔軟内視鏡が医療診断に与える影響

この柔軟なロボット内視鏡の開発は、内視鏡技術における重要な進歩を示しており、特に小腸検査において顕著である。従来のダブルバルーン内視鏡検査は煩雑で時間がかかるが、新しい内視鏡の自動化設計は検査効率を向上させ、患者の不快感を軽減する。この技術は診断プロセスを改善するだけでなく、問題を発見した際に即座に生検や治療を行うことができ、小腸疾患の早期発見率を向上させる上で重要な意義を持つ。研究がさらに進むにつれて、将来的には他の内部器官の検査にも拡大し、医療の質をさらに向上させる可能性がある。