PLoS ONE: Millainen Kapseli endoskooppi sopii ohjattavan itseliikkuva Kapseli endoskooppi? Kokeellinen tutkimus Käyttäen Sika Vatsa Model for Clinical Application (videot)

tiivistelmä

Background

Olemme kehittäneet itseliikkuva Kapseli Endoscope (SPCE), joka mahdollistaa ohjattavuutta alkaen kehon ulkopuolella ja reaaliaikainen tarkkailu. Millainen kapseli endoskoopin (CE) soveltuu ohjattava SPCE on epäselvä ja erittäin kriittinen piste kliiniseen käyttöön. Vertasimme tarkkailemalla kykyä kolmenlaisia ​​SPCEs eri katselukulman ja kuvanopeus.

Methods

Yksitoista napit ommeltu vuonna poistetun sian mahan. Neljä tarkastajaa kontrolloi SPCE avulla PillCamSB2, -ESO2, ja -COLON2 (Koska Imaging Ltd., Israel), 10 minuutin ajan, kukin pyritään havaitsemaan niin monet painikkeet ja tutkimalla niitä mahdollisimman tarkasti. Kyky löytää leesiot arvioitiin perustuen havaittujen painikkeita. SPCE suorituskyvyn pisteet (SPS) käytettiin arvioimaan kykyä tarkastella vauriot yksityiskohtaisesti.

Tulokset

SPCE-ESO2, -COLON2, ja -SB2 havaittu 11 [kvartiilivälejä (IQR): 0], 10,5 (IQR, 0,5), ja 8 (IQR, 1,0) napit, vastaavasti. SPCE-ESO2 ja -COLON2 oli merkittävästi parempi kyky havaita vaurioita kuin -SB2 (p < 0,05). SPCE-ESO2, -COLON2, ja -SB2 oli merkittävästi erilainen SPS arvoja 22 (IQR, 0), 16,5 (IQR, 1,5), ja 14 (IQR, 1,0), vastaavasti (p < 0,05 vertailut; SPCE -SB2 vs. -ESO2, -SB2 vs. -COLON2, ja -ESO2 vs. -COLON2).

Johtopäätökset

PillCamESO2 on sopivin eri kolmessa CE varten SPCE tutkia vaurioiden yksityiskohta vatsassa.

Citation: Ota K, Nouda S, Takeuchi T, Iguchi M, Kojima Y, Kuramoto T, et ai. (2015) Millainen Kapseli endoskooppi sopii ohjattavan itseliikkuva Kapseli endoskooppi? Kokeellinen tutkimus Käyttäen Sika Vatsa Model for Clinical Application (videot). PLoS ONE 10 (10): e0139878. doi: 10,1371 /journal.pone.0139878

Editor: Leontios Hadjileontiadis, Thessalonikin Aristoteles-yliopisto, KREIKKA

vastaanotettu: 03 maaliskuu 2015; Hyväksytty: 07 syyskuu 2015; Julkaistu: 08 lokakuu 2015

Copyright: © 2015 Ota et al. Tämä on avoin pääsy artikkeli jaettu ehdoilla Creative Commons Nimeä lisenssi, joka sallii rajoittamattoman käytön, jakelun ja lisääntymiselle millä tahansa välineellä edellyttäen, että alkuperäinen kirjoittaja ja lähde hyvitetään

Data Saatavuus: kaikki asiaankuuluvat tiedot kuuluvat paperin ja sen tukeminen Information tiedostoja.

rahoitus: kirjoittajat saanut mitään erityistä rahoitusta tähän työhön. Mu Ltd tuettiin muodossa palkkojen tekijöille KU, YF, HN ja NO, mutta ei ollut mitään ylimääräistä roolia tutkimuksen suunnittelu, tiedonkeruu ja analyysi, päätös julkaista tai valmistamista käsikirjoituksen. Erityinen roolit nämä kirjoittajat nivelletty "kirjoittaja maksut" -osiossa.

Kilpailevat edut: Kenshiro Uesugi, Yoshiaki Fujito, Hironori Nishihara ja Naotake Ohtsukan työskentelee Mu Oy Ei ole patentteja, niin kehitteillä tai kaupan tuotteita julistaa. Tämä ei muuta tekijöiden noudattaminen kaikki PLoS ONE politiikan tietojen jakamista ja materiaaleja.

Johdanto

kapselitähystyksen on vähän invasiivisia tutkimus menettely, joka mahdollistaa havainto suolistossa. Kapseli endoskoopin (CE) liikkuu ruoansulatuskanavan mukaan suolen peristaltiikan ja kuvat se saa tallennetaan langattoman viestinnän [1]. Vaikka kapselitähystyksen on käytetty arviointiin ohutsuolen, ruokatorven, ja paksusuolen, jotka ovat yksinkertaisia ​​pitkänomainen lieriömäinen elimiin, sitä ei ole käytetty vatsassa [1-6]. Koska mahan kuuluu iso alue, jossa on monimutkainen laukun muodon, ei ole mahdollista tarkkailla koko vatsaa suoliston peristaltiikan vain. Lisäksi kapselitähystyksen, CE ei voida ylläpitää haluttuun kohtaan, ja toisin kuin tavanomaisten putki-tyyppinen tähystys, tutkijan ei voi tarkkailla vaurio mistä tahansa haluttuun suuntaan [7]. Yksi ratkaisu on liittää toimintoja ohjata ulkopuolelta kehon ja mahdollistaa reaaliaikaisen havainto on CE.

Kehitimme itseliikkuva Kapseli Endoscope (SPCE), CE edellä mainittujen toiminnot. Aiemmin saavutimme valvonta SPCE mahassa elävän koiran [8] ja turvallisesti ohjata laitetta elävän ihmisen maha, ohutsuoli, ja paksusuolen [9].

käytännön soveltamista SPCE, sen havaitsemiseksi kyky on arvioitava objektiivisesti. CE toiminnot jotta ohjattavuus ulkopuolelta kehon ja reaaliaikainen tarkkailu on kehitetty useita laitoksia [6, 8, ja 9]. Kuitenkin, ei ole olemassa objektiivista raportti ilmaisu- kyky tällaisten laitteiden. Vaikka olemme menestyksellisesti tuottanut SPCE kiinnittämällä erityistä evä on tällä hetkellä saatavilla CE varten ruokatorven, ohutsuolen ja paksusuolen, kukin eri katselukulman ja kehysnopeuksia, sopivin CE varten SPCE jäi epäselväksi.

tätä tarkoitusta varten, yritimme arvioida eroja havaitaan ominaisuudet ja suorituskyky joukossa kolme SPCE tyypeissä fin, joka oli kiinnitetty PillCamSB2, PillCamESO2 tai PillCamCOLON2, joka seulontatesti vatsaan. Vertaamalla toiminnot on SPCE tyyppiä, pyrimme selventämään etu kunkin toiminnon ja sen toteutettavuutta kliinisessä työssä, jotta ratkaisevia kehityksen ongelmia mistään CE jotka ovat säädettävissä kehon ulkopuolelta reaaliajassa havainto, mukaan lukien SPCE.

Materiaalit ja menetelmät

ajo System SPCE kautta käyttö magneettikentän (New MiniMermaid System) B

raportoitiin aiemmin ajo järjestelmä SPCE kautta käyttö magneettikentän, eli Ryukoku-Osaka järjestelmä [8]. Esillä olevassa tutkimuksessa käytettiin edelleen muutettua järjestelmää, joka tunnetaan nimellä New MiniMermaid järjestelmän (S1 Video).

SPCE rakennettiin liittämällä erityinen fin valmistettu piistä hartsia mikro-magneetti olemassa olevaan CE. Pituus fin oli 19 mm (kuvio 1). Kun mikro-magneetti sijoitetaan vuorotellen magneettikentän, se värisee. Koska tärinä välittyy fin, se muunnetaan panevan voiman, jos vedessä. Siksi on tarpeen säätää vettä vatsaan valvonnassa SPCE. Lisäksi kolmiulotteinen valvonta SPCE voidaan saavuttaa säätämällä magneettikentän. Meidän kokeissa tutkijan kontrolloi SPCE kanssa omistettu ohjaimen kunnioittamalla kautta reaaliaikainen seurantajärjestelmä (nopea pääsy; Koska Imaging Ltd., Israel) (kuvio 2) [8].

SPCE

kolmenlaisia ​​CE käytetään esillä olevassa tutkimuksessa on kaupallisesti saatavilla useissa maissa: PillCamSB2, PillCamESO2, ja PillCamCOLON2 (Koska Imaging Ltd., Israel) [10-12]. Tärkeimmät tiedot kunkin CE on esitetty taulukossa 1. PillCamSB2, jota käytetään ohutsuolessa, on yksi pää ja tallentaa kuvia kaksi kehystä sekunnissa (fps), jonka katselukulma on 156 °. PillCamESO2, käytetään yleisesti ruokatorven, on kaksinkertainen päät, jotka vangitsevat kuvat 18 fps kukin ja antaa ylimääräisen laaja katselukulma 169 °. PillCamCOLON2 varten paksusuolen on myös kaksinkertainen päät mukautuvan kehysnopeus (AFR) ja katselukulma 172 ° [10-12]. Tapaturmataajuus sallii PillCamCOLON2 kaapata kuvia 18 fps liikkeessä tilassa ja kaksi fps lähes paikallaan tilassa [13]. PillCamCOLON2 kelluu helpommin kuin PillCamSB2 ja PillCamESO2 koska sen pienempi ominaispaino [14]. Sillä kaksipäinen CE-ts., The PillCamESO2 ja PillCamCOLON2-kamera yhden pään käytettiin tässä kokeessa, kun taas muut pää oli kiinnitetty fin eikä käytettyjä kuvia (kuvio 1A). Tässä tutkimuksessa, kolme SPCEs kiinnitetty PillCamSB2, PillCamESO2, ja PillCamCOLON2 nimettiin SPCE-SB2, SPCE-ESO2, ja SPCE-COLON2, vastaavasti.

Vatsa Malli

mahassa malli luotiin poistetun sian mahan. Yksitoista eriväriset napit ommeltiin kiinni limakalvon puolelle vatsaan (kuvio 3). Kunkin painikkeen väri on selvästi erilainen kuin väri limakalvon sian mahan veren virtausta. Ihmisen mahalaukussa, määrällinen arviointi on usein vaikeaa, koska se ei ole mahdollista ommella painikkeet maamerkkejä. Vatsa malli joka on kiinnitetty Styrol-vaahdotettu box, jotta se kiertää manuaalisesti, koska potilas saa vaihtaa asennon kantoja kliinisessä työssä. Vatsa malli täytettiin 500 ml: lla vettä ennen koetta (kuvio 4). Leikattu sian mahan saatiin Osaka Meat Organ Corporation (Osaka, Japani) kaksi päivää ennen menettelyn. Vatsa valmistettiin kuten edellä on kuvattu päivä ennen toimenpidettä.

Arviointi

neljä tarkastajien (KO, TK, MI, ja KU) osallistuivat kokeen. Neljä tarkastajaa tunsivat kannat värillisiä painikkeita vatsassa mallissa etukäteen. Kukin tarkastaja kontrolloi SPCE mahalaukussa mallin 10 minuuttia, yritetään havaita ja tutkia tarkkaan niin monet painikkeet kuin mahdollista. Vatsa mallia pyöritetään kohti tutkijan opetusta. Ensinnäkin, mahan malli makaa selällään, ja sitten käännetään vasemmalle sivusuunnassa makuuhaavojen asennossa, vatsallaan, ja lopuksi oikea sivusuunnassa makuuhaavojen asentoon. Syynä aseman muutos oli minimoida virtaavan veden määrää mahasta pohjukaissuoleen. Tarkastelu suoritettiin kymmenen kertaa käyttäen SPCE-SB2 (KO: 3 kertaa, TK: 3 kertaa, MI: 2 kertaa, KU: 2 kertaa) ja SPCE-COLON2 (KO: 3 kertaa, TK: 3 kertaa, MI: 2 kertaa, KU: 2 kertaa). Kuitenkin SPCE-ESO2, testi tehtiin vain yhdeksän kertaa, koska akku on PillCamESO2 tyhjentynyt kokonaan tutkimuksen aikana (KO: 3 kertaa, TK: 2 kertaa, MI: 2 kertaa, KU: 2 kertaa).

kehitetty kahden parametrin arvioimiseksi havaitsemiseksi kykyä SPCEs. Ensimmäinen, havaittujen painikkeita käytettiin arvioimaan niiden kyky löytää vaurioita. Toiseksi, joka on SPCE suorituskyky pisteet laskettiin arvioida kykyä tutkia näitä vaurioita yksityiskohtaisesti. Lukemat määriteltiin summana pisteitä jaettiin kunkin painikkeen seuraavasti: 2 pistettä annettiin jos painalluksella voidaan lähestyä ja noudatetaan tarkasti; 1 piste annettiin jos painalluksella tuli näkyviin, mutta ei voinut lähestyä tarkasti; ja ei pisteitä annettiin, jos painiketta ei voitu havaita (kuvio 5). Enimmäismäärä napit oli 11, ja että on SPCE suorituskyvyn tilanne oli 22 pistettä.

Koe Kunkin SPCE oli sijoitettu yli kuukauden, ja tutkijan tehtiin kokeen kunkin SPCE jälkeen he harjoittivat useita kertoja SPCE-SB2 edellisessä kokeessa. Näin parantaminen kokeen SPCE operaation päällekkäin useita kokeita ei pidetä.

Tilastollinen analyysi

merkittäviä eroja avulla siirretään tietoja kahdesta eri testiryhmille arvioitiin Mann -Whitney U
-testissä. P-arvo < 0,05 katsottiin merkitseväksi, ja kaikki testit olivat kaksipuolisia. Data ilmaistaan ​​keskiarvona ± keskihajonta. Kaikki tilastolliset analyysit suoritettiin käyttäen PASW Statistics 18 for Windows (SPSS Japani, Tokio).

Tulokset

mediaani kytkinmäärä havaittu 10 min oli 11 varten SPCE-ESO2 [kvartiilivälejä (IQR): 0], 10,5 (0,5) varten SPCE-COLON2, ja 8 (1,0) varten SPCE-SB2. SPCE-ESO2 ja SPCE-COLON2 oli merkittävästi parempi kyky havaita vaurioita kuin SPCE-SB2 (p < 0,05). Ei ollut mitään merkittävää eroa kyky havaita vaurioita välillä SPCE-COLON2 ja SPCE-ESO2. Tutkinnon vastaanottaja pystyi havaitsemaan kaikkia painikkeita tutkimusakseliin käyttäen SPCE-ESO2 (Kuva 6).

mediaani SPCE suorituskyvyn tilanne oli 22 (0) varten SPCE-ESO2, 16,5 (1,5) varten SPCE -COLON2, ja 14 (1,0) varten SPCE-SB2. Oli merkittäviä eroja kolmen SPCE tyyppiä (p < 0,05 kaikille vertailuissa: SPCE-SB2 versus SPCE-ESO2, SPCE-SB2 versus SPCE-COLON2, ja SPCE-ESO2 versus SPCE-COLON2) (kuvio 7).

10 tutkimukset suoritettiin käyttäen SPCE-SB2, havaitseminen painikkeet sijaitsevat ylävartaloa suurempi kaarevuus ja fornix oli huomattavasti vaikeampaa. SPCE-SB2 voisi havaita painiketta fornix vain kahdessa tarkastukset ja yksitellen isokaarretta ylävartalon kolmessa tutkimukset. Kuitenkin havaitseminen painikkeet sijaitsevat antrum posteriorisen seinän (10/10 tentit), alavartalon vähemmän kaarevuus (9/10), ja ylävartalo on takaseinämään (9/10) oli lähes aina mahdollista.

kahdeksan yhdeksästä tutkimukset suoritettiin käyttäen SPCE-ESO2, kaikki painikkeet voitiin havaita yksityiskohtaisesti. Aika tarvitaan SPCE-ESO2 tarkkailla kaikkia painikkeita yksityiskohtaisesti oli 468 ± 74 s (7,8 ± 1,2 min).

SPCE suorituskyky pisteet SPCE-SB2 oli matala 14 (taulukko 2 ). Kolmesta SPCE tyypeissä SPCE-ESO2 oli tehokkain havaitsemisessa vaurioita ja arvioimalla niitä tarkasti (S2-S4 videot).

Keskustelu

Tässä tutkimuksessa tunnistettiin CE tiedot, joka vaikutti SPCE toiminnot. SPCE-COLON2 ja SPCE-ESO2 oli suurempi katselukulma kuin SPCE-SB2, ja pystyivät havaitsemaan huomattavasti enemmän painikkeita kuin jälkimmäinen 10 minuutin kuluessa, mikä oli tärkein syy lisääntynyt kyky löytää vaurioita. Lisäksi SPCE-COLON2 ja SPCE-ESO2, joka voi kestää useita kuvia sekunnissa, pystyivät lähestyä lähemmäksi painikkeet kuin SPCE-SB2.

Käyttämällä sian mahan malli, osoitimme, että sopivin CE varten SPCE oli PillCamESO2. Koska video saatu SPCE-ESO2 ilmestyi jatkuvalla tavalla, ohjaamisesta laite ja lähestyy painikkeet sisällä malli oli helppo langattoman ohjauksen ulkopuolelta mahan mallin. Emme kuitenkaan odota, että SPCE-COLON2 olisi huonompi SPCE-ESO2. Koska PillCamCOLON2 on suunniteltu havainto paksusuolen, sen ominaispaino on pienempi, ja laite on vilkkaampaa kuin PillCamESO2 [14]. Siksi PillCamCOLON2 yleensä suunnattu ylöspäin mieluummin kuin alaspäin vedessä. Lisäksi SPCE-COLON2 ei lähetä kaikkia otetut kuvat reaaliaikainen seurantajärjestelmä, kun taas SPCE-ESO2 voisi lähettää kaikki otetut kuvat 18 fps. Lisäksi syömällä nopeutta SPCE-COLON2 ei ole vakio vuoksi AFR. Nämä tekijät näkyivät eri SPCE suorituskyvyn tulokset saatu kokeissa. Korkeampi syömällä nopeutta käytössä hienosäätöjä samalla ohjaamalla SPCE. Toisin sanoen, tutkijan pystyi siirtämään SPCE tarkemmin kohti tavoitetta, lähestyä sitä, ja pysähdy sopivalla etäisyydellä.

tulokset ehdottivat, että SPCE-ESO2 voitaisiin käyttää seulomaan ja tarkasti tutkia ihmisen mahalaukussa alle 10 min, joka on yleensä käytössä kestoa mahalaukun tähystys menettely ja mahdollistaa riittävän kokeen suorittaminen PillCamESO2 loppuu akku. Kuitenkin SPCE-SB2, ja huonompi suorituskyky verrattuna SPCE-ESO2, saattavat menettää nämä vauriot sijaitsevat ylävartaloa suurempi kaarevuus ja takapohjukan. Lisäksi olemme havainneet, että vaurioita antrum takaosan seinän, alavartalon alhaisemman kaarevuus, ja ylävartalo on takaseinämään oli helppo havaita käyttämällä SPCE. SPCE voisi helposti lähestyä lähelle takaseinämään kun magneettikenttä on heikentynyt. Havainnointi fornix näytti olevan vaikeaa, koska SPCE vaaditaan maneuvered laajoilla taittuu ympäri fornix, jossa ilma kertyä. On tärkeää tunnistaa nämä mahdolliset sokea alueita ennen kliinisissä sovelluksissa. Kuitenkin todellinen vatsa vaurioita ei voida verrata painikkeita vatsassa mallia käytetään tässä tutkimuksessa. Siksi meidän on arvioitava havaintoon sekvenssin tehokkaammin suorittamalla lisäkokeita käyttäen vatsaan mallia. Rey et al. raportoi tuloksista kliinisen tutkimuksen avulla Magneettisesti ohjattava Kapselitähystyspäivänä (MGCE), joka oli kapseli endoskooppi käyttöasentoon ulkopuolelta kehon kehittänyt itse, mutta tämä ei ollut vertailua tarkastelua kykyä MGCE [15, 16]. Meidän tulokset, kliiniseen käyttöön, katsotaan, että hallittavissa CE jossa toimintoja, kuten SPCE-ESO2 sopii.

Tutkimuksemme on useita rajoituksia. Vatsa mallia tässä tutkimuksessa ei ole sama kuin live ihmisen vatsan peristaltic liikettä ja mahahapon limaa. Myös sian mahan mallin limakalvo puuttuu verenkiertoa, ja on valkoisempaa kuin mahalaukun limakalvo elävän ihmisen. Lisäksi neljä tarkastajat tunsivat paikan väripainikkeella vatsassa malli ja tämä on saattanut tehdä havaitsemisen värillisiä painikkeita vatsassa mallissa helpompaa. Olemme kuitenkin objektiivisesti verrattuna kolmenlaisia ​​SPCE ja osoittivat ensimmäistä kertaa, että SPCE voisi tarkkailla jokaisella osa-alueella vatsaan. Koska ompelua väripainikkeita in vivo vatsa ei ole käytännöllistä, päätimme käyttää leikataan sian vatsaan. Olemme osoittaneet, että SPCE-ESO2 voitaisiin käyttää tutkia koko sisäpinnan leikattiin sian mahan. Tulevaisuuden tutkimukset elävien ihmisen vatsa ovat tarpeen.

Johtopäätökset

Tässä tutkimuksessa olemme osoittaneet, että kyky löytää leesiot ja tarkastella niitä yksityiskohtaisesti riippui CE katselukulman ja rungon nopeus kuvien, vastaavasti. Nämä tulokset saattavat antaa meille mahdollisuuden ratkaista muita ongelmia SPCE, kuten valvonta CE kehon ulkopuolelta vapaasti, löytää vaurio, ja tarkastelemalla sitä yksityiskohtaisesti. SPCE-ESO2 ehkä parhaiten toteutettavissa kliinisessä työssä. Tulevaisuuden kokeita käyttäen SPCE-ESO2 ihmiskehossa ovat perusteltuja.

Lisäksi tuloksemme pidetään universaali kehittämiseen CE joka on säädettävissä kehon ulkopuolelta ja mahdollistaa reaaliaikaisen havainto mukaan lukien SPCE.

tukeminen Information
S1 Video. Itsestään kuljettavan kapseli endoskooppi on hallittavissa kolmiulotteisissa jos veteen.
Doi: 10,1371 /journal.pone.0139878.s001
(ZIP)
S2 Video. Näkymä SPCE-SB2.
Doi: 10,1371 /journal.pone.0139878.s002
(ZIP)
S3 Video. Näkymä SPCE-ESO2.
Doi: 10,1371 /journal.pone.0139878.s003
(ZIP)
S4 Video. Näkymä SPCE-COLON2.
Doi: 10,1371 /journal.pone.0139878.s004
(ZIP) B

Kiitokset

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

• PLoS ONE: H. pylori seropositiivisuus ennen Ikä 40 ja myöhempi mahasyövän: välähdyksen True Relationship?
• PLoS ONE: Ravinteet Differentially Regulate Nucleobindin-2 /Nesfatin-1 in vitro viljellyissä Maha Ghrelinoma (MGN3-1) Solut ja In vivo uroshiirillä