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胶囊机器人研发的难点

胶囊机器人在消化道是怎么工作的呢？如上面这个视频，把胶囊机器人由口腔随水吞服下去，然后它就开始沿着食道实时连续的拍摄图像。进入胃腔后，我们通过操控体外的控制设备，就像开汽车一样，对胃部的各个部位进行多角度的精准检查和拍摄。我们采用柔性机器人控制技术，移动步长两毫米，转动精度是三度，在这个精度下可以把胃部的所有地方都看得清清楚楚，然后通过肠道的自身蠕动就排出体外了。

要实现这些功能，研发过程中我们遇到了比较多困难：

• 光学系统：胶囊机器人在胃里面不管是近距离还是远距离都可以照清楚，我们采用的是在十公分以内的近距离微变焦系统，所以光学系统是比较难的设计。
• 防粘膜：在光学系统前面有一个透明的罩子，因为经过人类消化道的时候会有很多黏液粘上去，毕竟凡是含有蛋白的东西都会比较黏，所以我们在整个机器人的前端会有防粘的这层膜，什么都不会粘上去，可以干干净净的让光学系统完成所有拍摄。
• 微器件：现在由于手机的高速发展，所以成像系统其实并不难，但我们这个系统非常小。在类似于女士小指末端大概长度两公分左右的腔体内，我们要容纳将近400个元件。其中包含成像的芯片，也包括类似于手机GPS路径的轨迹系统以及轨迹系统的传感器。这些器件都要定制，成本和数量都是非常庞大的。
• 电池：机器人在消化道里面需要电，而且锂电池是不能进入人体内的。假如人的消化液由于某种特殊原因进入到胶囊机器人里面，一旦短路就会出现打火等危险。所以进入人体的所有机器人，尤其我们这款机器人，只能用氧化银电池。而氧化银电池的特点是电量特别小，你需要在非常低功耗的情况下设计电路，并且电池的生产价格也比较高，这也是一个比较难的地方。
• 微型化：前面说过400个元件都需要集成到这么小的一个空间里面，所以每个器件都非常小，这要求相当于航天级别了，因为航天级就是要求要小而轻，功能强大。
• 低功耗：整个机器人系统从开机开始，需要一次性工作十个小时，这么长的时间就只靠2颗非常小的氧化银电池来供电，所以整个系统的数据处理、图像获取和传输、自动控制等工作都需要用非常低的功耗来支撑，这个设计是非常难的一个点。
• 可靠性：这是进入人体的东西，所以它的抗腐蚀能力要强，在体内可以待很长时间不会坏，在图像拍摄过程当中图像不能断，数据传输不能少，这都对它的可靠性提了非常高的要求。
• 生产：因为胶囊机器人很小，所以很多对焦，电路的调节和功能测试都非常精细。整个的生产线是用机器人生产机器人，这为生产实施提出了非常多的难点，所以我们的生产线在上海建设花了好几年的时间才完成，这也是机器人行业里面为数不多的由机器人生产机器人的完整生产线。我们现在有一年200多万颗的产能，将来随着应用的扩大也会进一步扩大生产。

胶囊机器人落地的难点

从研发到2013年往市场投放世界上第一颗可以吃进去的用于消化道检查的机器人，我们用了整整九年。在落地过程中，我们遇到过以下几个难点：

• 标准：我们的产品是世界上第一颗可以精准控制对胃部进行完整检查的机器人，所以第一个难点就是我们要建立消化道胃镜机器人的技术标准，包括光学、成像、安全等等。
• 准确性：我们要根据过去的临床经验，和已经被使用的以日本奥林巴斯为代表的传统内镜进行背对背、非常精确的、大样本量的临床对照研究。要确定这款机器人在未来诊断检查过程当中有多少准确性，确保它对病灶的发现是精确的、完整的、系统的。
• 注册：这是一个新东西，所以审评专家在项目审评过程中会有很多不理解，这个深度交流，不断认同的过程花的时间很长。
• 共识：拿到注册证以后，我们需要形成专家共识，专家共识是医疗临床应用的标准。而专家共识不是简单的消化科，它涉及到的专业会比较多。我们目前形成了来自五个专业委员会、近400名专家共同参与的专家共识，这花了一年多的时间。
• 招标：这些过程全完成后，由于我们这个产品是世界首创又是独家的，而医疗机构使用过程当中都需要招标。招标是需要多家的，医疗机构也轻易不敢按独家来源给你议标，所以在招标投标过程当中我们会做好多轮工作，这花费了很多时间和精力。
• 培训：现在已经有上千家医疗机构在使用我们的产品，那么标准化和培训就显得很重要，所以我们在去年的年底，由中国医师协会倡导和组织，成立了全国第一家“内镜医师培训学院”。这个培训学院负责全国的相关医疗机构的培训，确保它的质量和检查过程是精确的。

这六个方面的困难会让机器人的整个诞生过程就像怀胎十月，我们深深体会到在中国做创新，尤其做世界领先的东西，其中困难是很多的。

防治管结合提高全民健康水平

• 防：提高消化道癌症早期防控水平

这些年，国家在医疗保险、医疗保健上花的力气挺大的。但以消化道胃癌发病为例，改革开放30年胃癌的医疗费用的支出大概增长了30多倍，但是治疗效果平均增长了不到30天，这种情况实际挺悲哀的。因为我们国家消化道疾病尤其是胃癌，大部分都是晚期才被发现的，即便花了很多钱去治疗，但治疗效果还是很差，而且胃癌的发病率主要还是在一些相对年富力强的年龄段——四十多岁到五十岁的中青年。

比如说去年全国胃癌的发病人数将近是68万，其中有50万在一年左右要去世的，这一数据触目惊心。所以我们结合中国2030年的规划，希望在癌症的早诊早治方面有一个比较大幅度的提升，这必须是防治管控相结合的，大病是要防治，慢病小病其实是要管的。

不想查不能查的这些人对过去的肠道内镜有很大的恐惧感，所以我们国家在消化道癌症早期防控上实际上水平很差。以我们的邻国日本和韩国来比，大概他们每年初查的人口数是占全部人口的10%，所以他们早期胃癌的发现率能达到70%，但我们国家的发现率不足10%，这就是我们人口基数这么大的国家，胃癌的晚期发病率和死亡率那么高的一个原因。所以通过安翰胶囊机器人这个技术，由于解决了大家不想查不敢查不能查的这个缺点，所以可以实施早期消化道的疾病尤其是胃癌的筛查。

再有，这个检查过程，胶囊机器人是一次性的，彻底杜绝了由于检查过程而可能存在的交叉感染的风险。

• 治：整合全套体系

过去一个做消化内镜的大夫，可能培训时间需要三年，而我这个只要五天，就是过去只要你对医学基本知识是够的，手脚比较伶俐，协调性好，有五天的培训就可以做这件事。

而专家在我们项目里有更好的安排。检查过程当中，检查的技师和专家是分开的，检查技师把相关的图片拍完以后，诊断由专家来做，既保证了检查过程当中花费的资源比较少，又保证检查结果的诊断是具有相当高的专业水准和权威性的。从筛查来讲更方便了从医院的消化科的门诊往健康服务的机构转移，同时也由高等的三级甲医院向县级人民医院、社区去转移，这实现了专家的共享。

防控相结合不光是个口号，实际上需要整个医疗装备、检查技术服务和专家诊疗过程的结合，从远端的检查到后台的专家阅片要形成一整套的体系。并且由中华医师学会内镜培训学院培训体系还会确保人员的操控质量是高于过去传统内镜的。

• 管：应用大数据

对每一个具体检查对象来讲，他的数据是长期存在我这里的，而且是动态数据。我可以根据以后多次检查数据的比较，更加精确方便的发现病灶和消化道健康状况的变化。

对社会群体来讲，由于大数据比较完整，我可以发现大量的统计规律，可以根据区域、年龄、职业、生活习惯等等各种特点进行统计分析，这可以为后面的疾病控制系统和疾病控制策略提供很多的支持，更重要的是为个体的健康指导提供了很多医学临床依据，这样就可以比较精确了。

人工智能助力医疗发展

多年前，我们就被IBM这样的公司关注，去年开始进行合作，我们在智能医疗方面也获得了很大的进步。

• 代替专家阅片。每位受检对象会产生五万张照片，要去分析这些照片是要花大量时间的，所以我们人工智能的第一个应用是通过机器的识别来代替专家阅片。目前，五万张照片的识别我们大概在90秒左右就可以做完，接着再由专家做最终的诊断和确认，确保结果是经过双保险审核的，既节省了专家的时间又确保了准确性。

• 前期辅助诊断。在前端操作医生检查方面，我们也可以用人工智能来辅助，每一幅图片可以在拍摄过程当中，实时的对消化道怀疑有病灶的部分进行识别，并且会在这个位置多方位、多角度地多拍一些清晰的图片，以便于后台专家更准确更方便的去进行诊断。

• 个性化建议。根据受检对象数据的分析，人工智能可以对他未来消化道疾病的防控提供一些建议。

此外，过去传统内镜我们没有办法去证明大夫是否做了完整的检查。而我们现在要求的报告首先要完整，不管六大解剖结构的某个部位有没有病灶，都必须把图片获取全了，然后再由后台去做诊断。紧接着第二步，不管是由机器挑选出来的，还是人工挑选出来的，将可能怀疑有病灶的部分挑选出来，由专家去做诊断。这两个步骤搁在一起是一个完整报告，在过去我们是没有见到过的。

不同医疗学科之间的交流

实际上过去在不同的学科之间做交流相对还是比较难的。经过这款机器人，我们第一次把心血管内科和消化科结合在一起。

过去心血管疾病的人在装完支架以后，他一定要吃抗凝药以防止血液凝固再堵上，实际上抗凝药的副作用主要是对消化道的损伤，这一直不为大家所知，所以每年都有很多人因为治疗心血管内科而有不明的内出血而造成死亡。这部分人群过去是没有办法用传统内镜去甄别的，因为做内镜的时候，他可能会不经意引起内出血，易出现危险，所以这部分人过去长期就不做，也没有办法去做内镜检查。

我们这款机器人第一次能够去评估心血管内科的这些病人，他们在服用抗凝药以后究竟对消化道造成什么样的损伤？这不光是中国人想知道，全世界都想知道，所以我们在今年年初由韩雅玲院士、美国的院士、中国消化道组委三家牵头在中美之间做了这样的课题，希望给更多的老百姓无论是心血管还是消化道的健康带来呵护。

胶囊机器人的市场

胶囊机器人主要面向的群体主要是：

• 过去检查传统内镜的病人，再进一步检查或者复诊会选这样对他而言更安全的技术。
• 公立医院体检过去没有这样的技术手段，现在通过专家共识的形成会开始大量使用。我们花了一年左右的时间，全国247家最大的公立医院体检中心包括像301这样的体检中心早都开始在用了。
• 过去的民营的体检中心往往被认为是低层次的，技术水平达不到，由于我们技术合理的分解和网络传输带来专家的方便使用，所以现在的民营体检中心中，80%以上都已经在使用我们的技术和装备。
• 心血管科、内科、老年科和儿科会广泛使用这项技术，解决他们消化道疾病的检查和控制。
• 情感关怀市场。家里很多老人退休了，退休金也没那么多，更需要年轻一代的关心。

钛坦白群友互动：

1、请问当初是怎么想着要做胶囊胃镜机器人的？您个人的背景是跟消化内科还是跟人工智能有关系呢？义无反顾投入了九年时间进行研发，感觉您早就对这个方向非常确定了。

吉朋松：科技创新不光是个技术创新，也要对未来的市场走势有一个分析。所以对中国人的健康领域的项目来讲，长期被忽略的是消化道的技术创新。胶囊产品最早是以色列做的，但对消化道的胃部检查控制的技术他们做不到。我们从一开始定位这个项目的时候，实际上做了很多市场技术细节等等方面的调研，这是一个蓝海的市场，所以我们当时就做了这么一个项目，投资也比较大，我们自己的团队光研发就投了6个多亿。

我个人的背景是学核物理的，不是学医的。但是在工科的里面学了好多专业，所以一个项目肯定是要认定的，这也不是我们这个团队第一个项目，已经做了十几个了，前面都成了，我也都是一个小老头了。我们这个团队做的项目已经挺多的了，但行业大体上聚焦在医疗和信息安全、信息处理，其他的领域没怎么做。

2、这个胶囊机器人体积非常小，携带、储备都非常方便。为什么必须要医疗机构操作？如果自己在家用就可以控制检查，上传检查结果，远程反馈医生的分析结果，是不是就能增加销售，成为家庭常备了？

胶囊机器人的控制装置和操作台

吉朋松：这个机器在检查的时候分两大段：食管和胃的检查需要机器控制的，需要精确的跟开车一样去控制它。而小肠部分是不需要的，随着小肠的蠕动慢慢拍就行了。对目前胃部的检查还是需要去医疗机构的，因为设备比较大，你没法到家里去。

但是我们结肠机器人已经在临床上了，结肠机器人是一个治疗机器人，用于治疗便秘的，这个不需要去医院，在家里买来就可以吃下去，用手机就可以控制了，所以我想在消化道机器人里面，不同的机器人应用的场景会有一些差别。

3、刚听您说一个胶囊机器人里有400多个元件，还有很多定制的，成本是很高的。售价多少？后续考虑怎样降低成本和售价呢？

吉朋松： 400个元件是挺多的，其中有不少是定制的，否则做不出来。从价格来讲，实际上我们现在还比较亲民，因为过去小肠胶囊不叫机器人，以色列的那一款进口中国是7000多块钱。而我们现在这款机器人是将食管、胃、小肠都做了，现在主力价格在4000左右，将来随着应用的扩大，我们有信心会压到两千左右，让大家都用得起，让消化道健康真正的落到实处。

4、请问胶囊经过胃酸、肠液，都不泄漏，怎么做到的？

吉朋松：我刚才一开始就讲到的难点就是它的安全。从机器人的设计来讲，我讲了一个重要环节就是关于电池，什么事都怕万一，你百万分之一的概率，千万分之一的概率总有概率，万一破了呢？我们从电源供电系统来讲，就是你破了也没事，电池不会放电，也不会打火。这个机器人在制造过程当中，整个外壳是生物相应的材料，在胃酸的情况下可以耐180天不会坏的。而且可以撑高压，出厂的时候每个机器人要经过十个大气压的高压测试，不是抽查，而是全部检查，这样我觉得可以保证机器人在工作时不会给人带来其他的风险。

5、请问以后的检查结果除了以图片呈现，考虑以视频甚至三维视频呈现吗？

吉朋松：实际上现在已经实现了，五万张图片会像我们拍电影一样是连续的。而大夫识别的时候他需要间隙，所以实际上看着就是一张张图片。三维是一个炫技的工作，对诊断没有什么太多影响，比如将来的受检者需要拿一个3D的图片作为玩的东西，我想可以这么弄。

6、安翰研究出来的机器读片，只应用于胶囊胃镜机器人吗？如果准确率够高，是不是考虑单独出来这一块服务？

吉朋松：阅片系统实际上他是一个识别的系统了，当然将来可以拿出来干别的，本来这套系统过去就不是单纯用于消化道图片识别的。我过去是做X光安全检查的，也都是靠机器，因为人是看不了那个图片的，所以这个识别系统只要经过充分的学习，就可以根据你不同的要求用于不同的领域，将来这个拓展肯定是没有问题的。

7、感谢吉总分享，我理解现在安翰的人工智能是做前置的吧，就是尽量在检查阶段就判断并收集信息?能不能具体介绍下相关的情况？比如目前的数据量和效果之类的。

吉朋松：关于前置判断的问题，实际上人工智能在这个系统里面前置和后置都有作用，前置是协助操作者在发现病灶的时候尽可能多的拍，发现完病灶的特性是要靠后面的数据分析来做的，给诊断大夫提供一个依据，所以这个两边都有。准确性已经很高了，我们初步准确性已经是93%以上了，如果我们放宽它的特异性，它的敏感度可以更高一些，这样可以为大夫的后期诊断保证不漏，这样我觉得可能使用的效果更好一点。

那么具体的数据就是：我们在做的临床对比当中，凡是传统电子胃镜发现的阳性病灶我们全发现了，而且我们机器人还发现了传统电子胃镜没有发现的13例的病灶，所以理论上讲我是比他发现得多，没有漏的可能性。

8、请问在医疗机器人获得国家许可方面，吉总有没有什么经验分享？国家在这方面有哪些政策呢？您这类创新类的产品在申请上市的过程中花了多久的时间?

吉朋松：现在国家在医疗器械的审批上，尤其对创新项目还是提供了很多方便的，能走创新就能走得快一点。我们这个项目因为是跟传统电子胃镜有个打擂台的过程，实际上一方面专家很期待，另一方面也很苛刻，因为他要确保你这个项目审批注册完成以后，在市场的利用上是非常优秀的，所以我们在流程上实际上是严格按照过去三类医疗器械注册的流程，一点不落走了很长时间。

9、刚才您讲到操作技师只需要5天培训，就可以上岗。这对现有相关资格证体系也是很大的冲击。具体怎样上岗的呢？

吉朋松：关于操作技师的问题实际上是这样，我们选人一般还是选择相对年轻一点的，因为是一个只要手脚比较协调的人就可以干这个活。对于操作技师有两个要求：第一、要求他对人体的解剖结构要了解，就是到消化道哪个部位是什么样子，什么部位他得清楚；第二、从培训来讲，要达到比较精确的对机器的操控，所以这个我们根据过去的经验大概五天就够了，整个操作过程并不复杂。

10、我理解的是在拍片的时候，胶囊机器人已经根据此前通过机器学习的累积的知识，能够识别部分可疑部位，并做进一步的细致拍摄，用于提示后面的专家人工判断，请问是这样的吗？

吉朋松：您的理解是对的，在拍的过程当中，它可以快速的识别，这样可以把高度怀疑的病灶部位可以多拍一点。

我们在人工智能应用之前做了几十万人的数据，所以这个几十万人数据再乘以五万张这个量是很大的，所以过去我有大量的已经检查过的人的消化道这个数据的积累，根据不同的病灶，不同病灶的图像的特点，就可以供机器进行大量的深度学习。

11、有医生反馈，胶囊机器人的拍摄会有死角缺陷，请问这个问题如何解决？

吉朋松：你提的这个问题实际上是个误区。过去大家讲的胶囊是指的小肠镜，胶囊小肠镜在做胃的检查的时候肯定有死角。我们这款胶囊胃镜机器人是全世界第一个拿到真正注册证的，叫胶囊胃镜机器人，是不可能有死角的，甚至在检查上比传统电子胃镜要检查得细得多，要准确得多。

我打个比方，胃是一个口袋，上面叫贲门，下面叫幽门。我们有很多人有一种生理现象叫胃反流，胃反流是什么意思呢？上面口袋口没有关严，过去传统胃镜是根本看不见的因为上面有东西一个插在里面，那个口永远开着的，只有机器人可以看见他是不是关着的，所以胶囊小肠镜和胶囊胃镜机器人是两个东西，我们这个是全球唯一的胶囊胃镜机器人。（本文独家首发钛媒体，根据安翰医疗董事长吉朋松在钛坦白上的分享整理）

【钛客介绍：吉朋松是“十一五”国家科技执行突出贡献奖获得者，张江战略发展研究院副院长，泛亚消化内镜技术创新战略联盟副理事长，还曾是清华大学最年轻的副教授。他先后孵化了17个高科技项目中，其中8个已经实现了融资上市。带领安翰团队自主研发了世界上唯一的消化道内镜机器人。】

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钛坦白第54期：医疗机器人如何真正商业化落地？

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