做一次胃肠镜检查意味着什么？对很多人而言，是检查前漫长的不安、检查中的明显不适，以及拿到“发现息肉、建议择期内镜下切除”报告后，不得不再次预约、再次经历的整套流程。这种“查归查、治归治”的分离，正是消化道疾病诊疗中长期存在的一个现实困境。

为什么要发展多功能胶囊机器人？

根据全球肿瘤流行病学统计，2022年结直肠癌与胃癌的发病率高居全部恶性肿瘤的第3位和第5位，二者合计导致全球超过150万例死亡。在良性疾病层面，消化道出血、炎症性肠病、息肉等病变的早期识别同样直接影响预后，而所有这些疾病的诊疗路径，长期以来主要依赖柔性内镜。柔性内镜是金标准，但它存在明确的结构性局限：检查需要将镜体经口或经肛插入，不仅给患者带来明显不适，还存在感染、穿孔、撕裂等并发症风险，且无法到达小肠的大部分区域。

2000年问世的无线胶囊内镜以完全非侵入的方式解决了小肠检查的难题，患者只需吞服一粒约11×26毫米的胶囊，设备随消化道蠕动完成全程成像，无需麻醉，检查结束后胶囊自然排出体外。经过近二十五年的发展，胶囊内镜已成为小肠疾病筛查的重要工具，磁控胶囊胃镜也已获得包括中国药监部门在内的监管认证，用于胃部疾病的检查。

然而，胶囊内镜的固有短板同样清晰。第一，它是完全被动的设备，运动完全依赖消化道蠕动与重力，无法控制观察方向，漏检率可高达30%，胃内转运缓慢还可能带来胶囊滞留风险；第二，它只诊断、不治疗，发现息肉、出血点或癌前病变后，患者仍需再次接受传统内镜下的切除或止血操作；第三，能量供给严重不足，两枚纽扣电池仅能维持8–10小时的低功耗成像，而任何治疗功能都意味着远超电池承载能力的高功耗需求。

多功能胶囊机器人并不是在原有胶囊内镜上“小修小补”，而是要一次性解决两个困扰临床多年的老问题，检查只能看、不能治；设备在消化道里“随波逐流”，医生无法主动操控。

浙江大学团队2024年发表于Nature Communications的综述将下一代胶囊机器人的目标凝练为六项标准：长续航、主动运动导航、高速双向通信、高精度定位、智能病灶识别与诊疗功能一体化（图1），这六个维度共同定义了“多功能胶囊机器人”这一概念的技术内涵。

图1 “胶囊外科医生”概念图

多功能胶囊机器人如何实现

▌无线充电：解决“电从哪来”的问题

胶囊内部空间非常小，传统纽扣电池的电量只够拍几个小时图像，根本带不动主动移动和治疗功能。无线充电的思路是：在体外的检查设备里安装发射线圈，胶囊里放一个小小的接收线圈，隔着人体组织隔空输电。目前这项技术已能达到500毫瓦左右的传输功率，足够支撑胶囊运动和简单治疗模块的运行。当前要攻克的难点是输电效率和稳定性，胶囊在体内姿态不断变化，容易“对不上”发射线圈，为此研究者们改用三维接收线圈、优化线圈排布来改善这个问题。无线充电能做到多稳定，胶囊的治疗功能就能走多远。

▌磁控驱动：解决“怎么动”的问题

早期研究尝试过用形状记忆合金、微型电机让胶囊动起来，但前者会发热、反应慢，后者结构太复杂、塞不进小胶囊。目前公认的最佳方案是磁驱动：在胶囊里放一颗微小磁体，由体外的磁铁或电磁线圈产生磁场，隔着消化道壁“牵引”胶囊前进、转向。这项技术已经走出实验室，磁控胶囊胃镜已完成大样本临床验证，检查结果与常规胃镜相当，患者吞服后即可接受医生体外操控的检查。在工程层面，各种驱动方案仍在迭代，其中往复旋转磁驱动通过周期性改变旋转方向，明显降低了肠道被“拧伤”的风险（图2）。

注：（a）往复旋转磁驱动（RRMA）驱动胶囊安全通过肠道；（b）电磁线圈实现胶囊的高精度磁悬浮控制；（c）矩形线圈驱动系统提高患者卧位耐受性并已在活体猪实验中验证。

图2 胶囊内镜的磁场主动驱动技术

▌通信与定位：解决“看得清、找得准”的问题

要让医生实时看到高清画面并知道胶囊到了消化道的哪个位置，需要两项配套技术。通信方面，目前商用胶囊使用的射频传输带宽有限，传不动高清实时视频，超宽带通信能把传输速率提到每秒100兆比特以上，而“体内通信”技术则能大幅降低功耗、省掉天线空间。定位方面，无论射频定位还是磁定位、视频定位，单独使用都有短板，有的不准、有的范围小、有的依赖算法。因此学界形成了明确共识：把两种技术组合起来用。目前最好的混合定位系统已能把误差控制在3.5毫米左右。

▌人工智能识图：解决“医生看不过来”的问题

一次胶囊检查会产生6万多张图像，医生完整看一遍要花一到两个小时，还可能漏掉约19%的病灶。基于人工智能的自动识别系统可以代替医生初筛，对出血、息肉、溃疡等常见病灶的识别敏感度、特异度和准确度都已超过95%，首个AI阅片工具已获得美国FDA批准正式用于临床。这是六项技术里最先落地的一项，已经实实在在帮医生节省时间、减少漏诊。

▌治疗功能模块：解决“发现病灶后能做什么”的问题

光有导航还不够，胶囊还得能“动手”。依托微机电制造和磁控驱动，目前磁控细针活检、黏膜刮取采样、肠道液体定点采集和靶向给药等功能均已做出原型样机，有的采样胶囊甚至能在指定肠段捕获样本、密封保存后完整排出体外，供后续肠道菌群分析。此外，热消融，用局部高温直接灭活病变组织，因装置相对简单、作用直接，也成为诊疗一体化探索中的活跃方向。

上述五项技术任何单项的突破都不等于一台合格的胶囊机器人。难点是所有模块要装进一颗直径不足14毫米、靠无线充电供能的小胶囊里，还要互不干扰地协同工作，系统集成能力是这一领域竞争的真正壁垒，它决定了实验室里的概念研究能否走向临床原型。

代表性进展与证据现状

在众多研究路线中，香港大学、香港中文大学、中山大学与帝国理工学院团队2026年发表于Advanced Science的多功能胶囊机器人（MCR）研究，提供了一个观察“诊疗一体”如何落地的完整样本。该工作首次在单一可吞服平台内集成了高清成像、磁控导航、六自由度定位、无线充电与靶向热消融五大功能，其意义不在于单项参数的领先，而在于证明了这些功能可以在系统层面协同工作。

从工程实现看，这台胶囊直径13.8毫米、长30毫米，采用双面柔性电路板集成无线充电、微控制器、惯性测量单元、图像传感器与照明五大模块，成像分辨率最高达1600×1200像素、帧率最高50帧/秒，显著优于传统胶囊内镜的常规配置。磁控导航采用外部永磁体与胶囊内磁体耦合的方式，磁压缩力将胶囊锚定于黏膜壁以抵御液体扰动；定位则由霍尔效应传感器阵列与胶囊内惯性测量单元数据融合，实时解算六自由度位姿。

热消融模块的设计体现了对治疗安全性的系统考量。实测在25°C环境下加热至50°C仅需约6秒、达到80°C不超过26秒，三个目标温度的平均绝对误差仅为0.29–0.57°C，红外热成像证实热量高度集中于胶囊底部。无线充电采用胶囊内一维接收线圈与三层柔性发射线圈构成全方向磁场的方案，完整充电约90分钟，并设有双重安全机制，外壳温度接近42.5°C时充电功率自动降低，热消融仅在电池荷电状态超过60%时方可启动。

疗效证据来自逐层递进的实验设计。在离体猪胃模型上，研究团队完整复现了目标识别、磁控导航到位、局部热消融、术后成像记录的诊疗闭环；在HCT-116人结肠癌细胞实验中，MCR加热组与恒温水浴对照组共54个样本的对照设计显示，70°C加热120秒可实现89%的细胞死亡率，与水浴对照组的87.5%高度一致，证实细胞死亡可归因于热暴露本身而非机械或化学因素，且三因素方差分析确认处理方式、温度与时长存在显著交互作用；大鼠肝脏组织病理切片则进一步在组织学层面确认了热损伤的存在（图3）。

注：（a、d）为流式细胞术定量分析两组在不同温度与时长下的细胞死亡率；（b、c、e、f）为70°C加热120秒后的代表性流式图；（g、h）为热消融前后细胞形态对比；（i、j）为大鼠肝组织病理切片对比。

图3 MCR热消融与水浴加热对HCT-116人结肠癌细胞活力的影响评估

将这一成果放回领域坐标系中可以更客观地评估其价值。一方面，它是迄今为数不多的在单一平台内同时实现主动导航与局部热消融的概念验证之一，且其“无线供电保障治疗连续性”的设计思路回应了领域公认的核心瓶颈；另一方面，必须指出它目前仍是临床前原型，所有验证均限于离体与体外条件，其作者在论文中亦明确声明该系统尚不具备临床转化条件。与此同时，临床上磁控胶囊胃镜已常规应用、AI辅助阅片已通过监管认证。

结语：

理性看待技术边界、安全挑战与转化前景

对任何处于早期阶段的新兴诊疗技术，客观呈现其边界与患者最关心的安全问题，与展示其潜力同等重要。

从患者安全角度，首要问题是消化道通过性与滞留风险。任何新增功能模块都可能改变胶囊的尺寸与外形，进而增加肠梗阻或穿孔的风险，规范的转化路径要求先以等规格的通畅性胶囊评估消化道通过性，确认安全后再行功能验证。热消融类治疗还需面对一个更特殊的问题，在体环境下组织顺应性、蠕动扰动、黏液与胃液的散热效应都会显著改变热传导过程，离体实验中精确可控的温度场在活体内可能产生难以预测的偏差，建立明确的热安全协议并在活体组织中完成安全边界验证，是任何热消融胶囊走向临床不可跳过的步骤。

从电磁安全角度，无线充电、超宽带通信与射频定位均涉及人体暴露于电磁场的问题，其安全性须以比吸收率与感应电流密度两项指标衡量，并严格控制在国际非电离辐射防护委员会与电气电子工程师学会标准限值之内，这要求设计阶段的多物理场仿真与实验阶段的实时温度监测并重。此外，集成磁体与金属部件的胶囊在强磁场环境下的兼容性、一次性使用原则下高成本诊疗胶囊的防复用，以及大规模影像数据用于AI训练时的隐私保护，均是监管审批中必须正面回答的合规命题。

从技术瓶颈角度，微型化是一道多重约束下的难题：缩小体积有利于吞咽与自然排出，但会同步导致无线充电耦合效率下降、散热表面积减少引发局部过热、光学孔径缩小造成图像劣化，以及生物相容性封装层进一步压缩内部空间。多技术集成还会引入新的兼容性问题，无线供电、磁驱动与磁定位同时工作时可能产生磁场干扰，磁场解耦与分时控制策略是需要预先解决的工程课题。未来值得关注的方向还包括：将AI病灶识别算法直接嵌入胶囊芯片以实现原位实时判断，通过知识蒸馏与轻量化网络在有限硬件资源上平衡精度与功耗；以及借助5G与云计算实现远程操控，使优质内镜诊疗资源覆盖基层与偏远地区。

综合来看，多功能胶囊机器人需求真实且迫切，技术路径已经清晰，单项能力持续突破，系统集成的临床验证刚刚起步，安全与合规框架有待建立。

参考文献

[1]ZHANG H, SUN Y, ZHANG X, et al. A preclinical multifunctional capsule robot with unified diagnosis and targeted thermal therapy for gastrointestinal diseases[J]. Adv Sci (Weinh), 2026: e77508. DOI: 10.1002/advs.77508.

[2]CAO Q, DENG R, PAN Y, et al. Robotic wireless capsule endoscopy: recent advances and upcoming technologies[J]. Nat Commun, 2024; 15(1): 4597. DOI: 10.1038/s41467-024-49019-0.

“医学论坛网”发布医学领域研究成果和解读，供专业人员科研参考，不作为诊疗标准，使用需根据具体情况评估。

编辑：薄荷