基于肠道出血自动识别的智能施药胶囊系统研究

近年来研究表明，肠道特别是远端小肠的无创治疗尚缺乏有效的手段，如何构建一种能无创进入肠道深部进行靶向治疗的医疗系统，是一项挑战性的研究工作，当前尚未有很好的解决思路。本项目针对肠道出血这一典型疾病特征，首次提出了基于肠道出血自动识别(Intestine Bleeding Automatic Recognition, IBAR)的智能施药胶囊系统研究思路，融医疗微系统（BioMEMS）、芯片实验室（LoC）、药物控释等多学科知识与手段，研究肠道出血的自动识别方法，研制肠道出血智能施药胶囊系统样机，并进行方法与原理验证。肠道出血智能施药胶囊系统是一种融"智能诊断"与"施药治疗"的新型的生物医学工程系统，是体积最小的智能医疗微系统之一，国内外尚未见相关报道，可望取得部分原创性研究成果，随着研究的深入及新技术的采用，有望形成实用化的创新医疗产品，具有良好的研究意义和应用前景。

肠道疾病，特别是小肠疾病的微创诊断治疗，仍然面临诸多难题。最主流的线缆式内窥镜一方面很难到达肠道的深部，同时内镜的插入过程会带来轻微创伤和不舒适感。胶囊内窥镜为小肠疾病的无创诊断提供了革命性的工具，肠道无创治疗技术尚缺乏有效的手段，例如小肠出血，当前仍然以开腹手术为主，或者进行内镜下止血手术（高频电凝、激光、冷冻等），但上述方法均有一定的创伤。本项目对肠道出血的无创诊断和治疗技术进行了系统的研究，运用可吞服的胶囊式机器人，将肠道出血自动识别与药物定点释放功能相结合，实现了肠道出血疾病的无创诊断和治疗。. 本项目研究基于主色匹配原理，利用出血与非出血区域肠液颜色之间的差异，通过对颜色空间的分析，确定了用于出血识别的颜色特征参数色相H、饱和度S；设计了适用于人体肠道的出血检测结构；确定了出血识别算法，通过体外实验，验证了颜色传感器的出血检测效果并确定的出血识别的判定条件3≤H≤25，0.3≤S≤0.8。设计并制作了适用于胃肠道药物释放的施药驱动器，对施药驱动器的关键器件微点火器的材料和结构进行了选择和仿真优化，完成了施药驱动器的制作，通过实验测试了微点火器的性能，验证了微点火器释放药物的可靠性。完成了肠道出血智能施药胶囊的硬软件设计及集成。通过实验研究验证了肠道出血智能施药胶囊的可行性，并对胶囊系统的功耗进行了测试分析。同时对胃液隐血检测技术进行了研究，提出了基于胶体金技术的胃液隐血检测新方法，研制了胃液隐血检测传感器。. 课题研究团队共发表相关论文11篇，其中SCI收录论文3篇，EI收录论文1篇，CSCD收录7篇，课题获权有关发明专利1项，公开2项。获权实用新型专利2项。培养博士生1名，硕士生3名，相关研究内容发表在《International Journal of Biomedical Engineering and Technology》刊物上，在国际上首次报道了胃液隐血检测的新技术，引起了国际同行的高度关注。医学评论专家John Ericson于2013年12月4日在美国医学日报《Medical Daily》上，撰写了“Diagnostic Pill Spots Stomach Cancer From Within: Will Improved Capsule Endoscopy Allow Early Intervention?”的评论文章