PLOS ONE: ¿Qué tipo de cápsula endoscopio es adecuado para una controlable de autopropulsión cápsula endoscopio? Estudio experimental utilizando un modelo de estómago porcino para la aplicación clínica (con videos)

Extracto

Antecedentes

Hemos estado desarrollando la autopropulsión cápsula endoscopio (SPCE) que permite la capacidad de control de fuera de la observación cuerpo y en tiempo real. ¿Qué tipo de cápsula endoscópica (CE) es adecuado para una SPCE controlable está claro y un punto muy crítico para la aplicación clínica. Se comparó la capacidad de observación de tres tipos de SPCEs con diferentes ángulos de visión y velocidades de fotogramas.

Métodos

Once botones se cosían en el estómago porcino extirpado. Cuatro examinadores controló SPCE usando PillCamSB2, -ESO2, y -COLON2 (Given Imaging Ltd., Israel), durante 10 minutos cada uno con el objetivo de detectar tantos botones y examinarlas lo más estrechamente posible. La capacidad de encontrar lesiones se evaluó basado en el número de botones detectados. Se utilizó la puntuación SPCE rendimiento (MSF) para evaluar la capacidad de examinar las lesiones en detalle.

Resultados

El SPCE-ESO2, -COLON2, y -SB2 detectó 11 [rango intercuartil (RIC): 0], 10,5 (RIQ, 0,5), y 8 (IQR, 1,0) botones, respectivamente. El SPCE-ESO2 y -COLON2 tenían una significativamente mejor capacidad para detectar lesiones que el -SB2 (p < 0,05). El SPCE-ESO2, -COLON2, y -SB2 tuvo valores significativamente diferentes MSF de 22 (IQR, 0), 16,5 (RIQ, 1,5), y 14 (IQR, 1,0), respectivamente (p < 0,05 para todas las comparaciones; SPCE -SB2 vs. -ESO2, -SB2 vs. -COLON2, y -ESO2 vs. -COLON2).

Conclusiones

PillCamESO2 es la más adecuada en diferentes CEs para tres SPCE para el examen de lesiones en detalle del estómago

Visto:. Ota K, Nouda S, T Takeuchi, Iguchi M, Y Kojima, Kuramoto T, et al. (2015) ¿Qué tipo de cápsula endoscopio es adecuado para una controlable de autopropulsión cápsula endoscopio? Estudio experimental utilizando un modelo de estómago porcino para la aplicación clínica (con videos). PLoS ONE 10 (10): e0139878. doi: 10.1371 /journal.pone.0139878

Editor: Leontios Hadjileontiadis, Universidad Aristóteles de Tesalónica, Grecia

Recibido: March 3, 2015; Aceptado: 7 Septiembre 2015; Publicado: 8 Octubre 2015

Derechos de Autor © 2015 Ota et al. Este es un artículo de acceso abierto distribuido bajo los términos de la licencia Creative Commons Attribution License, que permite el uso ilimitado, distribución y reproducción en cualquier medio, siempre que el autor original y la fuente se acreditan

Disponibilidad de datos: Todos los datos relevantes están dentro del apoyo de sus archivos de información en papel y

financiación:. los autores no recibieron ninguna financiación específica para este trabajo. Mu Ltd. prestado apoyo en forma de salarios de los autores KU, YF, HN y NO, pero no tuvo ningún papel adicional en el diseño del estudio, la recogida y análisis de datos, decisión a publicar, o la preparación del manuscrito. Las funciones específicas de estos autores se articulan en la sección "autores contribuciones"

Conflicto de intereses:. Kenshiro Uesugi, Yoshiaki Fujito, Hironori Ohtsuka Nishihara y Naotake son empleados por Mu Ltd. No hay patentes, productos en desarrollo o productos comercializados para declarar. Esto no altera la adhesión de los autores a todas las políticas de PLoS ONE sobre los datos y compartir materiales.

Introducción

La cápsula endoscópica es un procedimiento de examen mínimamente invasivo que permite la observación del tracto intestinal. Un endoscopio cápsula (CE) se mueve en el tracto digestivo por peristalsis intestinal, y las imágenes que obtiene se registran a través de la comunicación inalámbrica [1]. Aunque la cápsula endoscópica se ha empleado para la evaluación del intestino delgado, esófago y colon, que son órganos alargado cilíndricas simples, no ha sido utilizado en el estómago [1-6]. A medida que el estómago comprende un área grande con una bolsa de forma compleja, no es posible observar todo el estómago por peristalsis intestinal solamente. Además, en la cápsula endoscópica, la CE no puede mantenerse en una posición deseada y, a diferencia con la endoscopia de tipo de tubo convencional, un examinador no puede observar una lesión de cualquier dirección deseada [7]. Una solución es añadir las funciones de controlar desde el exterior del cuerpo y permitir la observación en tiempo real a un CE.

Hemos desarrollado la impulsa a sí misma cápsula endoscopio (SPCE), un CE con el antes mencionado funciones. Anteriormente, hemos logrado el control de la SPCE en el estómago de un perro vivo [8] y de forma segura Maniobramos el dispositivo en el estómago de un ser humano vivo, intestino delgado y colon [9].

Para la aplicación práctica de la SPCE, su capacidad de detección debe ser evaluado objetivamente. CE funciones para permitir la capacidad de control desde el exterior del cuerpo y la observación en tiempo real se han desarrollado en varias instituciones [6, 8 y 9]. Sin embargo, no hay ningún informe objetivo sobre la capacidad de detección de tales dispositivos. Aunque hemos producido con éxito un SPCE uniendo una aleta especial para CEs disponibles actualmente para el esófago, el intestino delgado y colon, cada uno con diferentes ángulos de visión y velocidades de fotogramas, el CE más adecuado para SPCE sigue siendo poco clara.

Para con este fin, se intentó evaluar las diferencias en la detección de la capacidad y el rendimiento entre los tres tipos spce, la aleta de los cuales estaba unida a un PillCamSB2, PillCamESO2, o PillCamCOLON2, en una prueba de detección del estómago. Mediante la comparación de las funciones de cada tipo SPCE, hemos tratado de aclarar la ventaja de cada función y su viabilidad en la práctica clínica con el fin de abordar los problemas de desarrollo para cualquier compañía de CEs que son controlables desde fuera del cuerpo en la observación en tiempo real, incluyendo SPCE.

material y Métodos

conducción del sistema para SPCE a través del uso de un campo magnético (Nuevo sistema MiniMermaid)

Hemos informado anteriormente en el sistema de conducción de SPCE a través de la uso de un campo magnético, es decir, el sistema Ryukoku-Osaka [8]. En el presente estudio, se utilizó un sistema modificado adicionalmente, conocido como el sistema de Nueva MiniMermaid (S1 Video).

El SPCE fue construido mediante la conexión de una aleta dedicada hecha de resina de silicona con un micro-imán a una ya existente CE. La longitud de la aleta era de 19 mm (Fig 1). Cuando el micro-imán se coloca en un campo magnético alterno, que vibre. A medida que la vibración transmitida a la aleta, que se convierte en una fuerza propulsora si en el agua. Por lo tanto, es necesario para proporcionar el agua en el estómago para el control de la SPCE. Además, el control tridimensional de la SPCE podría lograrse mediante el ajuste del campo magnético. En nuestros experimentos, un examinador controló la SPCE con un controlador dedicado mientras se observa a través de un sistema de monitoreo en tiempo real (acceso rápido; Given Imaging Ltd., Israel). (Figura 2) [8]

SPCE

los tres tipos de CEs utilizados en el presente estudio están disponibles comercialmente en varios países: PillCamSB2, PillCamESO2, y PillCamCOLON2 (Given Imaging Ltd., Israel) [10-12]. Las principales especificaciones de cada CE se muestran en la Tabla 1. La PillCamSB2, que se utiliza para el intestino delgado, tiene una sola cabeza y captura imágenes en dos fotogramas por segundo (fps) a un ángulo de visión de 156 °. El PillCamESO2, comúnmente utilizado para el esófago, tiene cabezas dobles, que captura imágenes a 18 fps cada uno y ofrecen un amplio ángulo de visión extra de 169 °. El PillCamCOLON2 para el colon también tiene cabezas dobles con una tasa de adaptación del marco (AFR) y un ángulo de visión de 172 ° [10-12]. El AFR permite al PillCamCOLON2 para capturar imágenes a 18 fps en modo de cámara y dos imágenes por segundo en el modo prácticamente estacionaria [13]. El PillCamCOLON2 flota más fácilmente que el PillCamSB2 y PillCamESO2 debido a su menor peso específico [14]. Para la CES-es decir de dos puntas., El PillCamESO2 y PillCamCOLON2-la cámara de una cabeza se utilizó para este experimento, mientras que la de la otra cabeza estaba unida a la aleta y no se utiliza para capturar imágenes (figura 1A). En este estudio, los tres SPCEs unidos a la PillCamSB2, PillCamESO2, y PillCamCOLON2 fueron nombrados como SPCE-SB2, SPCE-ESO2, y SPCE-COLON2, respectivamente.

Modelo de estómago

El estómago modelo fue creado a partir de un estómago porcino extirpado. Once botones de diferentes colores se cosen en el lado de la mucosa del estómago (figura 3). el color de cada botón es claramente diferente del color de la mucosa de estómago porcino sin flujo de sangre. En el estómago humano, la evaluación cuantitativa es a menudo difícil porque no es posible coser los botones como puntos de referencia. El modelo de estómago fue fijada en un cuadro de estirol espumado para permitir que gire manualmente, porque se permite que un paciente que cambie de posición de postura en la práctica clínica. El modelo estómago se llenó con 500 ml de agua antes del experimento (Fig 4). El estómago porcino extirpado se obtuvo de la carne de órganos Osaka Corporation (Osaka, Japón) dos días antes del procedimiento. El estómago se preparó como se ha descrito anteriormente el día antes del procedimiento.

Evaluación

Cuatro examinadores (KO, los conocimientos tradicionales, MI, y KU) participaron en el experimento. Los cuatro examinadores conocían las posiciones de los botones de colores en el modelo estómago de antemano. Cada examinador controló la SPCE en el modelo de estómago por 10 min, en un intento de detectar y examinar tantos botones como sea posible de cerca. El modelo se hizo girar el estómago, según las instrucciones del examinador. En primer lugar, el modelo estómago estaba colocado en posición supina, y luego girar hacia la posición de decúbito lateral izquierdo, la posición prona, y, por último, la posición de decúbito lateral derecho. La razón para el cambio de posición era reducir al mínimo la cantidad de agua que fluye hacia fuera del estómago al duodeno. El examen se llevó a cabo diez veces utilizando el SPCE-SB2 (KO: 3 veces, TK: 3 veces, MI: 2 veces, KU: 2 veces) y SPCE-COLON2 (KO: 3 veces, TK: 3 veces, MI: 2 tiempos, KU: 2 veces). Sin embargo, para el SPCE-ESO2, la prueba fue realizada sólo nueve veces porque la batería del PillCamESO2 completamente descargada durante el examen (KO: 3 veces, TK: 2 veces, MI: 2 veces, KU: 2 veces).

Hemos elaborado dos parámetros para evaluar la capacidad de detección de los SPCEs. En primer lugar, se utilizó el número de botones detectados para evaluar su capacidad de encontrar lesiones. En segundo lugar, una puntuación SPCE rendimiento se calculó para evaluar la capacidad de examinar estas lesiones en detalle. La puntuación se definió como la suma de puntos dados a cada botón de la siguiente manera: se les dio 2 puntos si un botón podría ser abordado y observó de cerca; 1 punto si se le dio un botón apareció a la vista, pero no pudo ser abordado de cerca; y se les dio ningún punto si un botón no puede ser detectado (Fig 5). El número máximo de botones tenía 11 años, y la de la puntuación SPCE rendimiento fue de 22 puntos.

El experimento de cada SPCE fueron separados por más de un mes, y el examinador se sometió a un experimento de cada SPCE después practicaban varias veces con SPCE-SB2 en el experimento anterior. Así, la mejora de la operación experimentador SPCE mediante la superposición de una serie de experimentos no se consideran.

Análisis estadístico

Las diferencias significativas entre las medias de los datos para dos grupos de prueba diferentes fueron evaluados por la prueba de Mann -Whitney T-test
. Un valor de p < 0,05 se consideró significativo, y todas las pruebas fueron de dos caras. Los datos se expresan como la media ± desviación estándar. Todos los análisis estadísticos se realizaron con SPSS Statistics 18 para Windows (SPSS Japón, Tokio).

Resultados

La mediana del número de botones detectados en 10 minutos fue de 11 para el [intervalo intercuartílico SPCE-ESO2 (IQR): 0], 10,5 (0,5) para el SPCE-COLON2, y 8 (1,0) para el SPCE-SB2. El SPCE-ESO2 y SPCE-COLON2 tenían una significativamente mejor capacidad para detectar lesiones que el SPCE-SB2 (p < 0,05). No hubo diferencia significativa en la capacidad para detectar lesiones entre el SPCE-COLON2 y SPCE-ESO2. El examinador fue capaz de detectar todos los botones en cada examen utilizando el SPCE-ESO2 (figura 6).

La puntuación media SPCE rendimiento fue de 22 (0) para SPCE-ESO2, 16,5 (1,5) para SPCE -COLON2, y 14 (1,0) para SPCE-SB2. No hubo diferencias significativas entre los tres tipos spce (P < 0,05 para todas las comparaciones: SPCE-SB2 frente SPCE-ESO2, SPCE-SB2 frente SPCE-COLON2, y SPCE-ESO2 frente SPCE-COLON2) (Figura 7).

en los 10 exámenes realizados utilizando el SPCE-SB2, la detección de los botones situados en la parte superior del cuerpo de la curvatura mayor y el fondo de saco era considerablemente más difícil. El SPCE-SB2 podría detectar el botón en el fondo de saco en sólo dos exámenes y el de la mayor curvatura de la parte superior del cuerpo en tres exámenes. Sin embargo, la detección de los botones situados en el antro de la pared posterior (10/10 exámenes), la parte inferior del cuerpo de la curvatura menor (9/10), y el cuerpo superior de la pared posterior (9/10) era casi siempre posible.

en ocho de los nueve exámenes realizó a través de SPCE-ESO2, todos los botones se pudieron observar en detalle. El tiempo requerido para la SPCE-ESO2 observar todos los botones en detalle era de 468 ± 74 s (7,8 ± 1,2 min).

La puntuación SPCE rendimiento del SPCE-SB2 fue baja a los 14 años (Tabla 2 ). De los tres tipos spce, el SPCE-ESO2 fue el más eficaz en la detección de lesiones y evaluar de cerca (S2-S4) Videos.

Discusión

El presente estudio identifica las especificaciones CE que afectaban las funciones sPCE. El SPCE-COLON2 y SPCE-ESO2 tenían un ángulo de visión más grande que el SPCE-SB2, y fueron capaces de detectar significativamente más botones de los esta última dentro de los 10 minutos, que era la razón principal para la capacidad mejorada para encontrar lesiones. Además, SPCE-COLON2 y SPCE-ESO2, que podría tomar varias imágenes en un segundo, fueron capaces de acercarse más a los botones que el SPCE-SB2.

Mediante el uso de un modelo de estómago porcino, hemos demostrado que la CE más adecuado para SPCE fue el PillCamESO2. Dado que el vídeo obtenido de la SPCE-ESO2 apareció de una manera continua, maniobrando el dispositivo y acercándose a los botones dentro del modelo fueron fácilmente a través del control inalámbrico desde fuera del modelo de estómago. Sin embargo, no esperábamos que el SPCE-COLON2 sería inferior a la SPCE-ESO2. Debido a que el PillCamCOLON2 está diseñado para la observación de los dos puntos, su peso específico es menor, y el dispositivo es más flotante que el PillCamESO2 [14]. Por lo tanto, la PillCamCOLON2 tiende a mirar hacia arriba en lugar de hacia abajo en el agua. Por otra parte, el SPCE-COLON2 no envía todas las imágenes capturadas con el sistema de monitoreo en tiempo real, mientras que el SPCE-ESO2 podría enviar todas las imágenes captadas a 18 fps. Además, la velocidad de captura de la SPCE-COLON2 no es constante debido a la AFR. Estos factores se reflejan en las diferentes puntuaciones SPCE rendimiento obtenidos en nuestros experimentos. La velocidad de captura más alta activar ajustes finos mientras se controla el SPCE. En otras palabras, el examinador era capaz de mover el SPCE con mayor precisión hacia el objetivo, acercarse a ella, y detener a una distancia apropiada.

Nuestros resultados sugieren que el SPCE-ESO2 podría usarse para explorar y examinar de cerca el estómago humano en menos de 10 min, que es dentro de la duración habitual de un procedimiento de endoscopia gástrica y permite el examen suficiente antes de la PillCamESO2 se queda sin batería. Sin embargo, la SPCE-SB2, con un rendimiento inferior en comparación con el SPCE-ESO2, podría perder las lesiones localizadas en la parte superior del cuerpo de la curvatura mayor y el fondo de saco. Además, hemos encontrado que las lesiones en el antro de la pared posterior, la parte inferior del cuerpo de la curvatura menor, y el cuerpo superior de la pared posterior eran fáciles de detectar mediante el uso de la SPCE. El SPCE podría fácilmente acercarse cerca de la pared posterior cuando el campo magnético se debilita. Observación del fornix parecía ser difícil porque el SPCE requerida para ser maniobrado sobre grandes pliegues alrededor del fondo de saco, donde el aire tiende a acumularse. Es importante identificar estos posibles sitios ciegos antes de su aplicación clínica. No obstante, las lesiones de bienes del estómago no pueden ser comparados con los botones en el modelo estómago utilizado en este estudio. Por lo tanto, tenemos que evaluar la secuencia de observación de manera más eficiente mediante la realización de más experimentos utilizando el modelo de estómago. Rey et al. informaron los resultados de ensayos clínicos utilizando magnéticamente guiada cápsula endoscópica (MGCE) que era una cápsula endoscópica accionable desde el exterior del cuerpo desarrollado por sí mismos, pero esto no fue un examen de la comparación de la capacidad de MGCE [15, 16]. A partir de nuestros resultados, para la aplicación clínica, se considera que un CE controlable con funciones tales como SPCE-ESO2 es adecuado.

Nuestro estudio tiene varias limitaciones. El modelo de estómago en este estudio no es lo mismo que un estómago humano vivo con movimiento peristáltico y la secreción de moco gástrico. Además, el modelo de estómago de cerdo mucosa carece de flujo de sangre, y es más blanco que la mucosa gástrica de un ser humano vivo. Además, los cuatro examinadores conocían la posición de los botones de colores en el modelo del estómago y esto puede haber hecho la detección de las teclas de colores en el modelo estómago más fácil. Sin embargo, nos objetivamente compararon tres tipos de SPCE y demostrado por primera vez que SPCE podía observar cada área del estómago. Debido a coser botones de colores para el estómago in vivo no es práctico, se optó por utilizar el estómago porcino extirpado. Hemos demostrado que la SPCE-ESO2 podría ser utilizado para examinar toda la superficie interna del estómago porcino extirpado. Los estudios futuros en el estómago humano vivo son necesarios.

Conclusiones

En el presente estudio, hemos demostrado que la capacidad de encontrar lesiones y examinarlas en detalle dependía del ángulo de visión del CE y el marco velocidad de las imágenes, respectivamente. Estos resultados podrían permitirnos resolver otros problemas de la SPCE, tales como el control de la CE desde fuera del cuerpo a voluntad, la búsqueda de una lesión, y se examina en detalle. El SPCE-ESO2 podría ser la más factible en la práctica clínica. Los futuros experimentos utilizando el SPCE-ESO2 en un cuerpo humano están garantizados.

Además, nuestros resultados son considerados como universales para el desarrollo de un CE que se puede controlar desde el exterior del cuerpo y permite la observación en tiempo real , incluyendo SPCE.

Apoyo a la Información
S1 vídeo. La cápsula endoscópica de autopropulsión es controlable en direcciones tridimensionales, si en el agua
doi:. 10.1371 /journal.pone.0139878.s001 gratis (postal)
S2 vídeo. La vista de la SPCE-SB2
doi:. 10.1371 /journal.pone.0139878.s002 gratis (postal)
vídeo S3. La vista de la SPCE-ESO2
doi:. 10.1371 /journal.pone.0139878.s003 gratis (postal)
S4 vídeo. La vista de la SPCE-COLON2
doi:. 10.1371 /journal.pone.0139878.s004 gratis (postal)

Reconocimientos

Los miembros del "Equipo de la sirena" son Kazuhiro Ota, Sadaharu Nouda, Toshihisa Takeuchi, Munetaka Iguchi, Yuichi Kojima, Takanori Kuramoto, Takuya Inoue, Yasunori Shindo, Kenshiro Uesugi, Yoshiaki Fujito, Hironori Nishihara, Naotake Ohtsuka, y Kazuhide Higuchi.

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