論文の概要: Bioinspired Kirigami Capsule Robot for Minimally Invasive Gastrointestinal Biopsy
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.06207v1
- Date: Thu, 05 Feb 2026 21:37:15 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-23 08:17:41.211785
- Title: Bioinspired Kirigami Capsule Robot for Minimally Invasive Gastrointestinal Biopsy
- Title（参考訳）: バイオインスパイアされた切上カプセルロボットによる低侵襲消化器生検
- Authors: Ruizhou Zhao, Yichen Chu, Shuwei Zhao, Wenchao Yue, Raymond Shing-Yan Tang, Hongliang Ren,
- Abstract要約: Kiri-Capsule(キリカプセル)は、小型のデュアルカメラ機構で作動するデプロイ可能なPIフィルムフラップを統合した、キリガミにインスパイアされたカプセルロボットである。
以上の結果から,キリカプセルブリッジは受動的イメージングと機能的生検を併用し,飲み込み可能,深部制御,組織学的に有意なソリューションを提供することが明らかとなった。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.040307027741662
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Wireless capsule endoscopy (WCE) has transformed gastrointestinal (GI) diagnostics by enabling noninvasive visualization of the digestive tract, yet its diagnostic yield remains constrained by the absence of biopsy capability, as histological analysis is still the gold standard for confirming disease. Conventional biopsy using forceps, needles, or rotating blades is invasive, limited in reach, and carries risks of perforation or mucosal trauma, while fluid- or microbiota-sampling capsules cannot provide structured tissue for pathology, leaving a critical gap in swallowable biopsy solutions. Here we present the Kiri-Capsule, a kirigami-inspired capsule robot that integrates deployable PI-film flaps actuated by a compact dual-cam mechanism to achieve minimally invasive and repeatable tissue collection. The kirigami surface remains flat during locomotion but transforms into sharp protrusions upon cam-driven stretching, enabling controlled penetration followed by rotary scraping, with specimens retained in internal fan-shaped cavities. Bench tests confirmed that PI films exhibit a Young's modulus of approximately 20 MPa and stable deployment angles (about 34$^\circ$ at 15% strain), while ex vivo porcine studies demonstrated shallow penetration depths (median $\sim$0.61 mm, range 0.46--0.66 mm) and biopsy yields comparable to standard forceps (mean $\sim$10.9 mg for stomach and $\sim$18.9 mg for intestine), with forces within safe ranges reported for GI biopsy. These findings demonstrate that the Kiri-Capsule bridges passive imaging and functional biopsy, providing a swallowable, depth-controlled, and histology-ready solution that advances capsule-based diagnostics toward safe and effective clinical application.
- Abstract（参考訳）: ワイヤレスカプセル内視鏡(WCE)は消化管の非侵襲的可視化を可能にすることで消化管診断(GI)に変化をもたらしたが、その診断率は生検能力の欠如によって制限されている。
シロップ、針、回転刃を用いた従来の生検は侵襲的であり、到達範囲が限られており、穿孔や粘膜外傷のリスクも伴うが、流体または微生物採取カプセルは病理組織を構造化することができず、飲み込むことができる生検ソリューションに重大なギャップを残している。
ここでは、小型のデュアルカメラ機構で作動するデプロイ可能なPIフィルムフラップを統合して、最小侵襲かつ繰り返し可能な組織収集を実現するキリガミインスパイアされたカプセルロボットであるキリカプセルについて述べる。
切上面は移動中は平らなままであるが、カム駆動ストレッチングにより鋭い突起に変形し、制御された貫入と回転スクラップ化が可能となり、内部の扇状キャビティに標本が保持される。
ベンチ試験では、PIフィルムは約20MPaのヤング率と安定な展開角(約34$^\circ$ at 15%のひずみ)を示し、一方、外生ブタの研究では、浅い浸透深さ(中間値$\sim$0.61 mm, range 0.46-0.66 mm)が示され、生検は標準的なシロップに匹敵する(平均$\sim$10.9 mg、腸$\sim$18.9 mg)。
これらの結果から, キリカプセルブリッジは受動的イメージングと機能的生検を併用し, カプセルを用いた診断を安全かつ効果的な臨床応用に向けて進める飲み込み型, 深部制御型, 組織学的対応のソリューションを提供することが明らかとなった。
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