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SCIENTIFIC AMERICAN August 2010

Robot Pill

のんで効く医療ロボット

By Paolo Dario & Arianna Menciassi P. ダリオ /A. メンチャッシ
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The movie Fantastic Voyage, the story of a miniaturized team of doctors traveling through blood vessels to make lifesaving repairs in a patient’s brain, was pure science fiction when it came out in 1966. By the time Hollywood remade the film in 1987 as Innerspace, a comedy, real-world engineers had already begun building prototypes of pill-size robots that could voyage through a patient’s gastrointestinal tract on a doctor’s behalf. Patients began swallowing the first commercially built pill cameras in 2000, and since then doctors have used the capsules to get unprecedented views of places, such as the inner folds of the small intestine, that are otherwise difficult to reach without surgery. 映画『ミクロの決死圏』が公開された1966年当時,ミニチュアになった医師たちが患者の命を救うために血管のなかを脳まで旅して手術をするというこの物語は,純然たるSFだった。ハリウッドがこの作品をコメディー仕立ての『インナースペース』として1987年にリメイクしたころ,実世界の技術者たちはすでに,医師に代わって患者の胃腸管のなかを探検できる錠剤サイズの小型ロボットの試作機を作り始めていた。2000年には,商業的に作られた初のカプセルカメラの利用が始まった。患者が呑み込んで使うこれらのカプセルカメラはそれ以降,小腸のヒダなど以前なら手術なしでは手が届かなかった場所について,驚きの映像を提供してきた。
One important aspect of Fantastic Voyage that has remained fantasy is the notion that such tiny pill cameras could maneuver under their own power, swimming toward a tumor to get a biopsy, checking out inflammation in the small intestine, or even administering drug treatments to an ulcer. In recent years, however, researchers have made great strides in converting the basic elements of a passive camera pill into an active miniature robot. Advanced prototypes, now being tested in animals, have legs, pro­pellers, sophisticated imaging lenses and wireless guidance systems. Soon these tiny robots may be ready for clinical trials. Right now they are testing the limits of miniaturized robotics. 『ミクロの決死圏』のうち,依然としてSFの領域にとどまっている重要な部分がある。小型カプセルカメラ自身が動力源を備えて自らを操縦し,がん病巣へ泳いでいって生検試料を採取したり,小腸の炎症部分をチェックしたり,腫瘍に治療薬を投与したりする機能だ。しかし近年,従来の受動的カプセルカメラの基本要素を能動的なミニロボットに変える研究開発が大きく進歩した。いま動物でテスト中の先進的な試作機は,足と推進機構,精巧な撮像レンズ,無線誘導システムを備えている。これらのミニロボットが臨床試験される日も近いだろう。目下,この小型ロボットで何をどこまでできるのかがテストされているところだ。
The digestive tract is the first frontier. The first wireless camera pill, M2A, introduced in 1999 by the Israeli company Given Imaging, and subsequent models established the usefulness of examining the gastrointestinal tract with a wireless device. The practice, known as capsule en­­doscopy, is now routinely used in medicine. 最初の対象領域は消化管だ。初の無線カプセルカメラ「M2A」がイスラエルのギブン・イメージング社によって1999年に導入されて以降,無線装置で胃腸管を調べることの有用性ははっきりした。これら「カプセル内視鏡」は医療分野で日常的に使われている。
Unfortunately, the lack of human control in a passive camera pill leads to a high rate of false negative results──the cameras miss problem areas, which is unacceptable for a diagnostic tool. If the purpose of peering inside the body is to screen for disease or to get a closer look at a suspected problem, a doctor wants most of all to be able to stop the camera and maneuver it to inspect a region of interest. ただ残念ながら,人間の制御が利かない受動的カプセルカメラは偽陰性の検査結果を出す率が高い。つまり,問題領域を見逃す率が高く,診断の道具としては許されない欠点だ。スクリーニング検査や,病気が疑われる患者を精密検査する場合には,ぜひともカメラを消化管の途中で一時停止させ,肝心な場所にカメラを動かしてそこを詳しく観察できるようにしたい。
Transforming a passive capsule into a more reliable device for gastrointestinal screening requires adding moving appendages, or actuators, to propel the pill through the body or act as tools for manipulating tissues. Operating those moving parts demands two-way high-speed wireless data transmission of images and instructions. 受動的カプセルカメラを胃腸スクリーニング検査用の信頼できる装置に変えるには,動く外肢つまりアクチュエーター(駆動機構)を追加し,カプセルを体内で動かして組織に処置を施せるようにする必要がある。可動部分を操るには,画像と指令を伝える双方向の高速無線データ伝送が必要だ。
The pills must, in effect, become tiny robots able to respond quickly to a technician’s orders. All these components need sufficient power to complete their tasks during a journey that could last up to 12 hours. And all this must fit into a two-cubic-centimeter container──about the size of a Gummi Bear──that a patient can comfortably swallow. つまり,このカプセルカメラは実質的に,人間の命令に素早く応答する小型ロボットでなければならない。また,最長12時間の体内旅行の間,目的の仕事を完遂するのに十分な動力源がいる。そして,これらすべてを2立方センチ(お菓子のグミほどのサイズ)に収め,患者が容易に呑み込めるようにする必要がある。