PLoS ONE: Hvilken slags Capsule endoskop er egnet til en Kontrollerbar selvkørende Capsule endoskop? Eksperimentel undersøgelse med et porcint mave Model for klinisk anvendelse (med videoer)

Abstrakt

Baggrund

Vi har udviklet den selvkørende Capsule endoskop (SPCE), der giver mulighed for styrbarhed fra uden for kroppen og real-time observation. Hvilken slags kapsel endoskop (CE) er egnet til en kontrollerbar SPCE er uklar, og et meget kritisk punkt for klinisk anvendelse. Vi sammenlignede observere evne tre slags SPCEs med forskellige synsvinkler og frame rates.

Metoder

Elleve knapper blev syet i en udskåret svin mave. Fire eksaminatorer kontrollerede SPCE hjælp PillCamSB2, -ESO2, og -COLON2 (betragtning Imaging Ltd., Israel), i 10 minutter hver med det formål at afsløre så mange knapper og undersøge dem så tæt som muligt. Evnen til at finde læsioner blev vurderet på grundlag af antallet af fundne knapper. Den SPCE ydeevne score (SPS) blev anvendt til at vurdere muligheden for at undersøge de læsioner i detaljer.

Resultater

SPCE-ESO2, -COLON2, og -SB2 opdaget 11 [interkvartile interval (IQR): 0], 10,5 (IQR, 0,5), og 8 (IQR, 1,0) knapper, hhv. Den SPCE-ESO2 og -COLON2 havde en signifikant bedre evne til at opdage læsioner end -SB2 (p < 0,05). Den SPCE-ESO2, -COLON2, og -SB2 havde væsentligt forskellige SPS værdier på 22 (IQR, 0), 16,5 (IQR, 1,5), og 14 (IQR, 1,0), (p < 0,05 for alle sammenligninger; SPCE -SB2 vs -ESO2, -SB2 vs. -COLON2, og -ESO2 vs. -COLON2).

konklusioner

PillCamESO2 er bedst egnet i forskellige tre CE for SPCE for behandlingen læsioner i detalje af maven

Henvisning:. Ota K, Nouda S, Takeuchi T, Iguchi M, Kojima Y, Kuramoto T, et al. (2015) Hvilken slags Capsule endoskop er egnet til en Kontrollerbar selvkørende Capsule endoskop? Eksperimentel undersøgelse med et porcint mave Model for klinisk anvendelse (med videoer). PLoS ONE 10 (10): e0139878. doi: 10,1371 /journal.pone.0139878

Redaktør: Leontios Hadjileontiadis, Aristoteles-universitetet i Thessaloniki, Grækenland

Modtaget: Marts 3, 2015; Accepteret: September 7, 2015; Udgivet: 8 oktober 2015

Copyright: © 2015 Ota et al. Dette er en åben adgang artiklen distribueres under betingelserne i Creative Commons Attribution License, som tillader ubegrænset brug, distribution og reproduktion i ethvert medie, forudsat den oprindelige forfatter og kilde krediteres

Data Tilgængelighed: Alle relevante data er inden for papir og dens støtte Information filer

finansiering:. forfatterne modtaget nogen specifik finansiering til dette arbejde. Mu Ltd. ydet støtte i form af lønninger til forfatterne KU, YF, HN og NO, men havde ikke nogen ekstra rolle i studie design, indsamling og analyse af data, beslutning om at offentliggøre, eller forberedelse af manuskriptet. De specifikke roller disse forfattere er formuleret i afsnittet "forfatter bidrag"

Konkurrerende interesser:. Kenshiro Uesugi, Yoshiaki Fujito, Hironori Nishihara og Naotake Ohtsuka er ansat af Mu Ltd. Der er ingen patenter, produkter under udvikling eller markedsført produkter at erklære. Dette ændrer ikke forfatternes tilslutning til alle PLoS ONE politikker om datadeling og materialer.

Introduktion

Capsule endoskopi er en minimalt invasiv undersøgelse procedure, der muliggør observation af tarmkanalen. En kapsel endoskop (CE) bevæger sig i fordøjelseskanalen ved tarm peristaltikken, og billederne det opnår optages via trådløs [1] kommunikation. Selvom kapselendoskopi er blevet anvendt til evaluering af tyndtarmen, spiserøret, og tyktarm, som er simple aflange cylindriske organer, har det ikke været anvendt i maven [1-6]. Som maven omfatter et stort område med en kompleks pose form, er det ikke muligt at observere hele maven ved kun gut peristaltikken. Endvidere i kapselendoskopi, CE kan ikke opretholdes i en ønsket position, og i modsætning til konventionel rør-typen endoskopi, kan en undersøger ikke observere en læsion fra vilkårlig retning [7]. En løsning er at tilføje de funktioner til at styre fra ydersiden af ​​kroppen og give mulighed for real-time observation til en CE.

Vi har udviklet selvkørende Capsule endoskop (SPCE), en CE med ovennævnte funktioner. Tidligere opnåede vi kontrol over SPCE i maven af ​​en levende hund [8] og sikkert manøvrerede enheden i et levende menneske mave, tyndtarm, og colon [9].

For den praktiske anvendelse af SPCE, skal dens påvisning evne vurderes objektivt. CE funktioner til at muliggøre styrbarhed fra ydersiden af ​​kroppen og real-time observation er blevet udviklet på flere institutioner [6, 8, og 9]. Men der er ingen objektiv rapport om detektering evne af sådanne anordninger. Selvom vi med succes produceret en SPCE ved at knytte en særlig fin til i øjeblikket tilgængelige CE for spiserøret, tyndtarm, og tyktarm, hver med forskellige betragtningsvinkler og frame rates, den mest egnede CE til SPCE forblev uklart.

For dette formål, vi forsøgt at vurdere forskellene i at opdage kapacitet og ydeevne blandt tre spce typer, fin som blev knyttet til en PillCamSB2, PillCamESO2 eller PillCamCOLON2, i en screeningstest af maven. Ved at sammenligne funktionerne i hver SPCE type, vi søgte at afklare fordel af hver funktion og dens gennemførlighed i klinisk praksis med henblik på at løse de kritiske problemer for eventuelle CE, der er styres fra uden for kroppen i realtid observation, herunder udvikling SPCE.

Materiale og metoder

driving System til SPCE via brug af et magnetfelt (New MiniMermaid System)

Vi har tidligere rapporteret på driving system til SPCE via anvendelse af et magnetisk felt, nemlig Ryukoku-Osaka systemet [8]. I den foreliggende undersøgelse, brugte vi et yderligere modificeret system kendt som New MiniMermaid systemet (S1 Video).

SPCE blev bygget ved at forbinde en dedikeret fin lavet af silicium harpiks med en mikro-magnet til en eksisterende CE. Længden af ​​finnen var 19 mm (figur 1). Når mikro-magnet anbringes i et magnetisk vekselfelt, det vibrerer. Som vibrationer overføres til finnen, konverteres til en skruens kraft, hvis i vand. Derfor er det nødvendigt at give vand ind i maven for kontrol af SPCE. Endvidere kunne tredimensionale kontrol af SPCE nås ved at tilpasse det magnetiske felt. I vores eksperimenter, en eksaminator kontrollerede SPCE med en dedikeret controller under iagttagelse via en real-time overvågningssystem (RAPID Access, betragtning Imaging Ltd., Israel). (Fig 2) [8]

SPCE

de tre typer CE anvendes i den foreliggende undersøgelse er kommercielt tilgængelige i flere lande: PillCamSB2, PillCamESO2, og PillCamCOLON2 (betragtning Imaging Ltd., Israel) [10-12]. De vigtigste specifikationer for hver CE er vist i tabel 1. PillCamSB2, som anvendes til tyndtarmen, har en enkelt hoved og indfanger billeder med to billeder pr sekund (fps) ved en betragtningsvinkel på 156 °. Den PillCamESO2, der almindeligvis anvendes til spiserøret, har dobbelt hoveder, som fange billeder ved 18 FPS hver, og giver en ekstra bred betragtningsvinkel på 169 °. Den PillCamCOLON2 for tyktarmen har også dobbelt hoveder med en adaptiv frame rate (AFR) og en betragtningsvinkel på 172 ° [10-12]. Den AFR tillader PillCamCOLON2 at tage billeder ved 18 fps i bevægelse mode og to fps i næsten stationær funktion [13]. Den PillCamCOLON2 flyder lettere end PillCamSB2 og PillCamESO2 grund af sin mindre massefylde [14]. For dobbelt-ledes CE-dvs.., Den PillCamESO2 og PillCamCOLON2-kameraet på ét hoved blev brugt til dette eksperiment, mens der i den anden hoved var knyttet til finnen og ikke bruges til at indfange billeder (Fig 1A). I denne undersøgelse, de tre SPCEs knyttet til PillCamSB2, PillCamESO2, og PillCamCOLON2 blev navngivet som SPCE-SB2, SPCE-ESO2, og SPCE-COLON2 henholdsvis.

Mave Model

Maven model blev skabt af en udskåret porcint mave. Elleve forskellige farvede knapper blev syet på den mucosale side af maven (fig 3). Hver knappens farve er klart forskellig fra farven af ​​slimhinden af ​​porcin mave uden blodgennemstrømning. I den menneskelige mave, kvantitativ evaluering er ofte vanskeligt, fordi det ikke er muligt at sy knapper som pejlemærker. Maven model blev fikseret i en styrol-opskummet boks for at tillade den at rotere manuelt fordi en patient får lov til at ændre posturale positioner i klinisk praksis. Maven model blev fyldt med 500 ml vand før forsøget (Fig 4). Det udskårne svinemave blev opnået fra Osaka Meat Organ Corporation (Osaka, Japan) to dage forud for proceduren. Maven blev fremstillet som beskrevet ovenfor dagen forud for proceduren.

Evaluering

Fire undersøgere (KO, TK, MI, og KU) deltog i forsøget. De fire censorer kendte positioner de farvede knapper i maven modellen på forhånd. Hver undersøgeren kontrollerede SPCE i maven model for 10 min, forsøg på at påvise og nøje undersøge så mange knapper som muligt. Maven model blev roteret, som pr undersøgerens instruktion. Først blev maven model placeres liggende, og derefter drejes mod venstre laterale decubitus position, bugleje, og endelig den højre laterale decubitus position. Årsagen til positionsændring var at minimere mængden af ​​vand, som strømmer ud af maven ind i tolvfingertarmen. Undersøgelsen blev udført ti gange ved hjælp af SPCE-SB2 (KO: 3 gange, TK: 3 gange, MI: 2 gange, KU: 2 gange) og SPCE-COLON2 (KO: 3 gange, TK: 3 gange, MI: 2 gange, KU: 2 gange). Men for SPCE-ESO2, blev testen udført kun ni gange, fordi batteriet i PillCamESO2 helt afladet under behandlingen (KO: 3 gange, TK: 2 gange, MI: 2 gange, KU: 2 gange).

Vi udtænkt to parametre til at vurdere detektering evne af de SPCEs. Først blev antallet af registrerede knapper bruges til at vurdere deres evne til at finde læsioner. For det andet blev en SPCE-performance score beregnes for at vurdere evnen til at undersøge disse læsioner i detaljer. Scoren blev defineret som summen af ​​point givet til hver knap på følgende måde: 2 point blev givet, hvis en knap kunne gribes an, og observeres nøje; 1 point blev givet, hvis en knap kom til syne, men kunne ikke blive kontaktet nøje; og ingen point blev givet hvis ikke kunne påvises en knap (figur 5). Det maksimale antal knapper var 11, og den for SPCE-performance score var 22 point.

Forsøget på hver SPCE blev fordelt mere end en måned, og censor gennemgik et eksperiment af hver SPCE efter de praktiserede flere gange med SPCE-SB2 i tidligere forsøg. Således forbedring af forsøgslederen SPCE operation ved overlejring en række forsøg, der ikke betragtes.

Statistisk analyse

De væsentlige forskelle mellem midlerne til data for to forskellige testgrupper blev evalueret af Mann -Whitney U
-test. En p-værdi på < 0,05 blev betragtet som signifikant, og alle test var tosidet. Data er udtrykt som middelværdi ± standardafvigelse. Alle statistiske analyser blev udført ved hjælp af PASW Statistics 18 til Windows (SPSS Japan, Tokyo).

Resultater

Den mediane antal knapper fundet i 10 min var 11 til SPCE-ESO2 [interkvartile interval (IQR): 0], 10,5 (0,5) for SPCE-COLON2 og 8 (1,0) til SPCE-SB2. Den SPCE-ESO2 og SPCE-COLON2 havde en signifikant bedre evne til at opdage læsioner end SPCE-SB2 (p < 0,05). Der var ingen signifikant forskel i evnen til at detektere læsioner mellem SPCE-COLON2 og SPCE-ESO2. Undersøgeren var i stand til at registrere alle de knapper i hver undersøgelse ved hjælp af SPCE-ESO2 (figur 6).

Den mediane score SPCE-præstation var 22 (0) for SPCE-ESO2, 16,5 (1,5) for SPCE -COLON2, og 14 (1,0) for SPCE-SB2. Der var signifikante forskelle mellem de tre spce typer (p < 0,05 for alle sammenligninger: SPCE-SB2 versus SPCE-ESO2, SPCE-SB2 versus SPCE-COLON2, og SPCE-ESO2 versus SPCE-COLON2) (Fig 7).

i de 10 undersøgelser, der udføres ved hjælp af SPCE-SB2, afsløring af knapperne placeret i overkroppen af ​​den større krumning og var betydeligt vanskeligt fornix. Den SPCE-SB2 kunne registrere knappen på fornix i kun to eksaminer og en på større krumning af overkroppen i tre undersøgelser. Imidlertid påvisning af knapperne placeret i antrum af den bageste væg (10/10 prøver), det nedre legeme af mindre krumning (9/10), og den øvre legeme af den bageste væg (9/10) var næsten altid muligt.

i otte af de ni undersøgelser udføres ved hjælp af SPCE-ESO2, alle knapperne kunne observeres i detaljer. Den tid, der kræves for SPCE-ESO2 at observere alle de knapper i detaljer var 468 ± 74 s (7,8 ± 1,2 min).

SPCE ydeevne score af SPCE-SB2 var lav ved 14 (tabel 2 ). Af de tre spce typer, den SPCE-ESO2 var den mest effektive til at opdage læsioner og evaluere dem nøje (S2-S4 Videos).

Diskussion

Den foreliggende undersøgelse identificerede CE specifikationer, der er berørt de spce funktioner. Den SPCE-COLON2 og SPCE-ESO2 havde en større betragtningsvinkel end SPCE-SB2, og var i stand til at opdage betydeligt flere knapper end den sidstnævnte inden for 10 minutter, hvilket var den primære årsag til den forbedrede evne til at finde læsioner. Desuden SPCE-COLON2 og SPCE-ESO2, hvilket kan tage flere billeder i en anden, var i stand til at nærme sig tættere på knapperne end SPCE-SB2.

Ved hjælp af en svinemave model, vi viste, at den mest egnede CE til SPCE var PillCamESO2. Eftersom opnået fra SPCE-ESO2 video optrådte på en kontinuerlig måde, manøvrering af anordningen og nærmer knapperne inde i modellen var let via trådløs styring fra ydersiden af ​​maven model. Men vi ikke forventer, at SPCE-COLON2 ville være ringere end den SPCE-ESO2. Fordi PillCamCOLON2 er beregnet til observation af tyktarmen, dens massefylde er lavere, og enheden er mere livlig end PillCamESO2 [14]. Derfor PillCamCOLON2 tendens til vender opad i stedet for nedad i vandet. Hertil kommer, at SPCE-COLON2 ikke sende alle optagne billeder til real-time overvågningssystem, mens SPCE-ESO2 kunne sende alle de billeder taget ved 18 fps. Desuden opfange hastighed SPCE-COLON2 ikke er konstant på grund af AFR. Disse faktorer blev afspejlet i de forskellige SPCE-performance scores opnået i vores eksperimenter. Den højere fange hastighed aktiveret finjusteringer mens kontrollere SPCE. Med andre ord, undersøgeren var i stand til at bevæge SPCE mere nøjagtigt mod målet, nærme sig og stopper ved en passende afstand.

Vores resultater antydede, at SPCE-ESO2 kunne anvendes til screening og nøje undersøge den menneskelige mave i mindre end 10 min, hvilket er inden for den sædvanlige varighed en gastrisk endoskopi procedure og giver mulighed for tilstrækkelig undersøgelse før PillCamESO2 løber tør for batteri. Men SPCE-SB2, med en ringere præstation i forhold til SPCE-ESO2, måske savner de læsioner placeret i overkroppen af ​​den større krumning og fornix. Desuden fandt vi, at læsioner i antrum af den bageste væg, det nedre legeme af mindre krumning, og overkroppen af ​​den bageste væg var let at påvise ved hjælp af SPCE. Den SPCE kunne nemt nærme tæt på den bageste væg, når det magnetiske felt blev svækket. Observation af fornix syntes at være vanskeligt, fordi SPCE skal manøvreres over store folder omkring fornix, hvor luften tendens til at ophobe. Det er vigtigt at identificere disse mulige blinde steder før klinisk anvendelse. Ikke desto mindre kan ægte mave læsioner ikke sammenlignes med knapperne i maven model, der anvendes i denne undersøgelse. Derfor er vi nødt til at vurdere observation sekvens mere effektivt ved at udføre yderligere forsøg ved hjælp af maven model. Rey et al. rapporterede resultaterne af kliniske forsøg ved hjælp af Magnetisk Guided Capsule Endoskopi (MGCE), som var en kapsel endoskop operatable fra ydersiden af ​​kroppen er udviklet af sig selv, men dette var ikke en sammenligning undersøgelse af evne MGCE [15, 16]. Fra vores resultater, til klinisk anvendelse, anses det, at en kontrollerbar CE med funktioner som SPCE-ESO2 er egnet.

Vores undersøgelse har flere begrænsninger. Maven modellen i denne undersøgelse er ikke det samme som en levende menneskelige mave med peristaltisk bevægelse og sekretionen af ​​gastrisk slim. Også, mangler grisen maven model mucosa blodgennemstrømning, og er hvidere end maveslimhinden af ​​en levende menneske. Desuden de fire censorer vidste placeringen af ​​de farvede knapper i maven model, og det kan have gjort påvisningen af ​​de farvede knapper i maven modellen lettere. Men vi objektivt sammenlignet tre typer af SPCE og demonstreret for første gang, at SPCE kunne observere alle områder af maven. Fordi sy farvede knapper til en in vivo mave er ikke praktisk, vi valgte at bruge det udskårne svine mave. Vi viste, at SPCE-ESO2 kunne anvendes til at undersøge hele indvendige overflade af udskåret svinemave. Fremtidige studier i live menneskelige mave er nødvendige.

Konklusioner

I den foreliggende undersøgelse, viste vi, at evnen til at finde læsioner og undersøge dem nærmere afhang af CE synsvinklen og rammen sats af billederne, henholdsvis. Disse resultater kan tillade os at løse andre problemer i SPCE, såsom styring af CE fra uden for kroppen efter behag, at finde en læsion, og undersøge det i detaljer. Den SPCE-ESO2 kan være den mest gennemførlige i klinisk praksis. Fremtidige eksperimenter ved hjælp af SPCE-ESO2 i en menneskelig krop er berettiget.

Derudover er vores resultater for at være universel for udviklingen af ​​en CE der kan styres fra ydersiden af ​​kroppen og giver mulighed for real-time observation , herunder SPCE.

Støtte Information
S1 Video. Den selvkørende kapsel endoskop kan styres i tredimensionelle retninger, hvis i vand
doi:. 10,1371 /journal.pone.0139878.s001
(ZIP)
S2 Video. Udsigten over SPCE-SB2
doi:. 10,1371 /journal.pone.0139878.s002
(ZIP)
S3 Video. Udsigten over SPCE-ESO2
doi:. 10,1371 /journal.pone.0139878.s003
(ZIP)
S4 Video. Udsigten over SPCE-COLON2
doi:. 10,1371 /journal.pone.0139878.s004
(ZIP)

Tak

Medlemmerne af "Team Mermaid" er Kazuhiro Ota, Sadaharu Nouda, Toshihisa Takeuchi, Munetaka Iguchi, Yuichi Kojima, Takanori Kuramoto, Takuya Inoue, Yasunori Shindo, Kenshiro Uesugi, Yoshiaki Fujito, Hironori Nishihara, Naotake Ohtsuka, og Kazuhide Higuchi.

• PLoS ONE: H. pylori seropositivitet før Alder 40 og efterfølgende risiko for mavekræft:? Et glimt af den sande Forholdet
• PLoS ONE: Næringsstoffer Differentielt Regulere Nucleobindin-2 /Nesfatin-1 in vitro i kulturperler mave Ghrelinoma (MGN3-1) Celler og in vivo i hanmus