結腸檢查與AI結合？科技發展比你想像的快
2019年3月19日，在腸胃病學領域的頂尖期刊Gut上，刊登了一篇名為"實時自動檢測系統增加結腸鏡息肉和腺瘤檢出率：一項前瞻性隨機對照研究"的文章[1]，值得矚目的是該文章由四川省人民醫院的劉曉崗主任團隊與哈佛醫學院貝斯以色列女執事醫療中心(BIDMC)的研究人員合作完成。
在這項研究中的1058位患者中，536位隨機分配到標準結腸鏡檢查，剩下的522名隨機接受結腸鏡檢查並進行計算機輔助診斷。人工智慧（AI）系統顯著增加了腺瘤檢出率（ADR）（從20.3%提升至29.1%）和每位患者的腺瘤平均數（從0.31提升至0.53）。此外，增生性息肉的數量也顯著增加（從52提升至114）。該研究的重大意義在於其有可能極大降低結直腸癌的發生率和死亡率[2]。
在世界範圍內，結直腸癌是女性中第二常見、男性中第三常見的癌症。其一般起源於腺瘤，多為息肉，然後進展到異性增生和癌症[3]。切除腺瘤性息肉可預防癌症，然而實際上由於息肉較小、較隱蔽，或是醫生個人原因，有高達27%的息肉都難以檢查出來[4]。
在包括結腸鏡、糞便免疫化學檢測法（FIT）、FIT-DNA多靶點糞便DNA檢測等診斷方法中，結腸鏡應用廣泛，常與其它手段結合對患者進行常規篩查。在結腸鏡檢查期間，需要將結腸鏡插入肛門，穿過直腸、S形結腸、下行結腸、橫結腸、上行結腸，然後到達盲腸。由於S形結腸的存在，結腸鏡操作員經常需要採用各種技巧來完成檢查。據報導，整個結腸鏡檢查即結腸鏡的末端到達盲腸的總成功率為55至98%。
傳統的電子內窺鏡採用柔軟靈活的光纖進入腸道，能對食道、胃、結腸和前端部分小腸進行檢查，引起的創傷較小，普遍為人所接受。被引入腸胃道內窺鏡的末端能夠被裝備若乾種裝置，最主要的是照明和視覺裝置，現有的專利技術也主要是從這兩處進行技術改良。
新進出現的膠囊內窺鏡雖然具有體積小、可吞服、隨腸道蠕動排除體外以及對人體幾乎無傷害等優點，但其由於使用紐扣電池供電，能量供應有限，檢測信號無法以高振頻率傳輸，同時 由於其被動運動方式，膠囊自身的攝影頭並不能有效檢測腸道的各個部分，特別是腸道的褶皺部分，在臨床上存在漏檢問題。
接下來我們從本領域引用頻次最高的幾個專利來剖析結腸鏡技術專利的發展方向及趨勢。
結腸鏡檢查專利總價值高達$8,858,000，行業總價值最大估計約為$11,353,600，行業發展前景巨大。
典型情況下，目前所用的內窺鏡具有用於觀察內臟器官的前攝影頭、照明裝置、用於清洗攝影透鏡並且有時還用於清洗照明裝置的流體噴注器以及用於插入手術工具（例如用於清除在結腸中發現的息肉）的工作通道。傳統內窺鏡的缺點包括它們有限的視場以及有限的操作醫療和手術工具選項。
CN206641837U的實用新型提供了一種結構緊湊，方便安裝和操作且適用範圍廣泛的電子結腸鏡，旨在解決現有技術中存在的結腸鏡適用範圍受限，體積大等技術問題。該電子腸鏡包括操作部，其上有吸引控制端和送氣/水控制端，在操作部的一段連接有插入部，其為軟管，另一端連接有外聯部，其上設有導光插頭部和吸引管介面。由於該電子結腸鏡的電子內鏡系統的核心是圖像處理裝置，屬於一體化設置，整體儀器節省空間。其內置高解析度CCD彩色攝影機和數字圖像處理器，可以通過圖像採集系統將數字化的圖像傳至電腦，甚至上網實現同步遠程會診。通過與特殊的微創治療設備連接，該設備可直接對結腸的一些病變如息肉等進行點灼或套扎切除、異物取除等內鏡下治療，避免開腹手術。
CN104887169中所公開的胃腸道微型機器人能夠自主在腸道中運動，實現駐停，可進行定點監測，由於其採用無線功能技術，能量供應充足。通過創新的結構設計，該發明在減小機器人初始直徑的同時增大鉗位機構的徑向擴展直徑，可以適應不同的直徑腸道的檢查。其軸向上彼此分隔開的弧形件與相應弧形件相連的一個轉動軸對，各轉動軸對在徑向上沿圓周均勻分布，通過傳動實現相反轉向。徑向擴展部件工作時，驅動機經齒輪減速器減速後達到所需的輸出轉速和轉矩，傳送到傳動機構，弧形件中的兩個主動桿得到相反轉向，從而帶動從動桿向圓周外展開，實現機器人的仿生蠕動。
CN105324066B中公開了一種緊湊的多觀察元件窺鏡系統，能提供更寬的視場、允許手術工具在更廣範圍內操作、支持在端頭段中高效地封裝所有必要元件、同時能保持其功能的內窺鏡，例如結腸檢查鏡。在本發明的一個實施例中，內窺鏡系統含有至少兩個攝影頭，且這兩個攝影頭的一個或多個共享信號由同一個視頻控制器控制。下圖中展示了多攝影頭內窺鏡檢查系統的主控單元的控制面板的實施例透視圖，以及一種多觀察元件端頭段構造的透視圖。
CN105796043A中的發明是一種基於壓力感測信息的內窺鏡機器人控制方法即裝置，操作人員通過結腸鏡機器人蛇形本體前端的攝影頭反饋腸道內部信息主動控制機器人在腸道內進行彎曲，機器人控制系統通過彎曲本體部分的壓力感測器實時採集機器人與腸道的接觸力信息，並通過所得參數調整機器人關節姿態以保證接觸力在安全閾值內，從而保證在檢查時人體腸道的安全性。由於該發明採用微小型電阻應變片實現觸覺的檢測，相比於同類技術中的電磁感測器的大型設備，該發明具有設備簡單、結構微小等特點。採用不鏽鋼材料的不鏽鋼基底片，具有彈性變形大，塑性變形相對較小的特點。同時採用人工導向與力感知相結合的控制方法，不僅人為的參與提高了檢測過程的可靠性，另一方面，力感知的應用也提高了運動的精確度。
CN105072971A認為，當為結腸鏡檢查提供密封時，該密封對檢查期間維持結腸充脹狀態和放置排泄物排放來說是必須的。其公開了一種用於結腸鏡檢查過程的密封裝置，其包括一段密封管，和直腸表面。密封管的一段適合插入患者肛門，另一端與直腸表面相連，並基本處於垂直橫截面定位。直腸表面可從外部在肛門上產生壓力並刺激肛門肌肉，並與肛門接觸。通過該裝置的直腸表面部分在肛門上產生輕微壓力，刺激患者括約肌使其自身收縮，從而達到密封環境。
CN106859585A中則在纖維結腸鏡的表面塗上一層具有殺菌作用的抗菌肽層，可以較好的殺死腸道致病菌。該發明具有製備簡單、成本低廉、具有較好的殺菌效果等優點，適宜大規模推廣，能有效降低患者對於交叉感染風險，一定程度上防止醫療事故的發生。纖維結腸鏡由於能直接用肉眼看到直腸、盲腸、升結腸等部分的病變，從而診斷正確可靠。目前的清洗方法是將纖維結腸鏡放入清洗池或清洗消毒機內清洗消毒，但是鏡體內部角落仍然可能存在殘餘的患者體內的病原菌，並不能夠保障徹底的殺滅作用。而該發明所採用的抗菌肽材料本身就具有很強的殺菌活性，因此將該材料用於纖維結腸鏡的表面膜的塗覆即可實現纖維結腸鏡的表面殺菌的效果。
時至今日，人們對於結腸鏡檢查依然是敬而遠之，大多數患者在醫生建議他們做結腸鏡檢查的情況下，依然會詢問是否有其它的替代檢查方法。但另一方面，結腸鏡檢查又是預防所有癌症的最有效方法之一。從今天的專利解析中我們可以看到，結腸鏡領域專利技術一直在發展，相信在不遠的未來，結腸鏡檢查將會被更多患者接受，甚至有可能成為常規檢查。而中國醫生完成全球首個AI與結腸鏡技術結合的前瞻性對照臨床試驗，無疑是首戰告捷。
[1] P Wang, TM Berzin, JR Glissen Brown, S Bharadwaj, A Becq, X Xiao, P Liu, L Li, Y Song, D Zhang, Y Li, G Xu, M Tu, X Liu, Real-Time Automatic Detection System Increases Colonoscopic Polyp and Adenoma Detection Rates: A Prospective Randomised Controlled Study, Gut 2019 Feb 27.
[2] Zauber A G, Winawer S J, O"brien M J, et al. Colonoscopic polypectomy and long-term prevention of colorectal-cancer deaths[J]. New England Journal of Medicine, 2012, 366(8): 687-696.
[3] Fearon ER, Vogelstein B. A genetic model for colorectal tumorigenesis. Cell 1990; 61:759.
[4] Mahmud N, Cohen J, Tsourides K, et al. Computer vision and augmented reality in gastrointestinal endoscopy[J]. Gastroenterology report, 2015, 3(3): 179-184.
責任編輯：Dr發明家（微同）
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