PLOS ONE: Quel type de Capsule endoscope est adapté pour un Contrôlable automoteur Capsule Endoscope? Etude expérimentale utilisant un ventre Modèle Porcin pour l'application clinique (avec vidéos)

Résumé

Contexte

Nous avons développé l'auto-propulsion Capsule endoscope (SPCE) qui permet de contrôlabilité de à l'extérieur de l'observation du corps et en temps réel. Quel type de capsule endoscope (CE) est adapté pour un SPCE contrôlable est claire et un point très critique pour l'application clinique. Nous avons comparé l'observation capacité des trois types de SPCEs avec différents angles de vue et des taux de trame.

Méthodes

boutons Onze ont été cousues dans un estomac de porc excisée. Quatre examinateurs ont contrôlé le SPCE en utilisant PillCamSB2, -ESO2 et -COLON2 (Given Imaging Ltd., Israël), pendant 10 minutes chacun dans le but de détecter autant de boutons et de les examiner aussi près que possible. La capacité de trouver des lésions a été évaluée en fonction du nombre de boutons détectés. Le score SPCE performance (SPS) a été utilisé pour évaluer la capacité d'examiner les lésions en détail.

Le SPCE-ESO2, -COLON2 et -SB2 détecté 11 [intervalle interquartile

Résultats (IQR): 0], 10.5 (IQR, 0,5), et 8 (IQR, 1.0) boutons, respectivement. Le SPCE-ESO2 et -COLON2 était significativement meilleure capacité à détecter des lésions que le -SB2 (p < 0,05). Le SPCE-ESO2, -COLON2 et -SB2 avait significativement différentes valeurs SPS de 22 (IQR, 0), 16.5 (IQR, 1,5), et 14 (IQR, 1.0), respectivement (p < 0,05 pour toutes les comparaisons; SPCE -SB2 vs. -ESO2, -SB2 vs. -COLON2 et -ESO2 vs. -COLON2).

Conclusions

PillCamESO2 est le plus approprié dans les différents trois CEs pour SPCE pour l'examen des lésions dans détail de l'estomac

Citation:. Ota K, Nouda S, Takeuchi T, Iguchi M, Kojima Y, Kuramoto T, et al. (2015) Quel type de Capsule endoscope est adapté pour un Contrôlable automoteur Capsule Endoscope? Etude expérimentale Utilisation d'un modèle de l'estomac Porcine pour l'application clinique (avec vidéos). PLoS ONE 10 (10): e0139878. doi: 10.1371 /journal.pone.0139878

Editeur: Leontios Hadjileontiadis, Université Aristote de Thessalonique, Grèce

Reçu 3 Mars, 2015; Accepté 7 Septembre 2015; Publié 8 Octobre, 2015

Droit d'auteur: © 2015 Ota et al. Ceci est un article en accès libre distribué sous les termes de la licence Creative Commons Attribution, qui permet une utilisation sans restriction, la distribution et la reproduction sur tout support, pourvu que l'auteur et la source originelle sont crédités

Disponibilité des données: Toutes les données pertinentes sont dans le ses fichiers de renseignements à l'appui du papier et

financement:. les auteurs ont reçu aucun financement spécifique pour ce travail. Mu Ltd. fourni un soutien sous la forme de salaires pour les auteurs KU, YF, HN et NO, mais n'a pas eu un rôle supplémentaire dans la conception de l'étude, la collecte et l'analyse des données, la décision de publier, ou de la préparation du manuscrit. Les rôles spécifiques de ces auteurs sont articulés dans la section «auteur de contributions"

Intérêts concurrents:. Kenshiro Uesugi, Yoshiaki Fujito, Hironori Nishihara et Naotake Ohtsuka sont employés par Mu Ltd Il n'y a pas de brevets, produits en développement ou des produits à déclarer commercialisés. Cela ne modifie pas l'adhésion des auteurs à tous les PLOS ONE politiques sur les données et les matériaux de partage.

Introduction

Capsule endoscopie est une procédure d'examen mini-invasive qui permet l'observation du tractus intestinal. Un endoscope de capsule (CE) se déplace dans le tube digestif par l'intestin péristaltisme, et les images qu'il obtient sont enregistrées via la communication sans fil [1]. Bien que la capsule endoscopique a été utilisée pour l'évaluation de l'intestin grêle, l'œsophage et le côlon, qui sont de simples organes cylindriques allongés, il n'a pas été utilisé dans l'estomac [1-6]. Comme l'estomac comprend une grande surface avec une forme de sac complexe, il est possible d'observer l'ensemble de l'estomac par péristaltisme intestinal seulement. En outre, dans l'endoscopie par capsule, le CE ne peut pas être maintenu à une position désirée, et contrairement aux classiques de type tube endoscopie, un examinateur ne peut pas observer une lésion de toute direction désirée [7]. Une solution consiste à ajouter les fonctions de contrôle de l'extérieur du corps et permettre l'observation en temps réel à un CE.

Nous avons développé le Self-Propelling Capsule endoscope (SPCE), un CE avec le mentionné ci-dessus les fonctions. Auparavant, nous avons obtenu le contrôle du SPCE dans l'estomac d'un chien vivant [8] et manoeuvré en toute sécurité l'appareil dans l'estomac d'un humain vivant, l'intestin grêle et du côlon [9].

Pour l'application pratique de la SPCE, sa capacité de détection doit être évaluée objectivement. fonctions CE pour permettre la contrôlabilité de l'extérieur du corps et de l'observation en temps réel ont été développés dans plusieurs institutions [6, 8, et 9]. Cependant, il n'y a pas de rapport objectif sur la capacité de détection de tels dispositifs. Bien que nous avons produit avec succès un SPCE en attachant un aileron spécial disponible actuellement CEs pour l'œsophage, l'intestin grêle et le côlon, chacun avec différents angles de vue et des taux de trame, le CE le plus approprié pour SPCE restait incertaine.

Pour a cet effet, nous avons tenté d'évaluer les différences de détection de capacité et de performance parmi les trois types de SPCE, l'aileron qui a été attaché à un PillCamSB2, PillCamESO2 ou PillCamCOLON2, dans un test de dépistage de l'estomac. En comparant les fonctions de chaque type de SPCE, nous avons cherché à clarifier l'avantage de chaque fonction et sa faisabilité dans la pratique clinique afin d'aborder les problèmes critiques de développement pour tous les CEs qui sont contrôlables à l'extérieur du corps dans l'observation en temps réel, y compris SPCE.

Matériel et méthodes

système pour SPCE conduite via l'utilisation d'un champ magnétique (Nouveau système MiniMermaid)

Nous avons déjà indiqué sur le système d'entraînement pour SPCE via le l'utilisation d'un champ magnétique, à savoir le système Ryukoku-Osaka [8]. Dans la présente étude, nous avons utilisé un autre système modifié, connu sous le nouveau système MiniMermaid (S1 vidéo).

Le SPCE a été construit en connectant un aileron dédié constitué de résine de silicium avec un micro-aimant à un existant CE. La longueur de l'ailette est de 19 mm (figure 1). Quand le micro-aimant est placé dans un champ magnétique alternatif, il vibre. Que la vibration transmise à l'aileron, il est converti en une force de propulsion si dans l'eau. Par conséquent, il est nécessaire de fournir l'eau dans l'estomac pour le contrôle de la SPCE. En outre, le contrôle tridimensionnel de la SPCE pourrait être obtenue en ajustant le champ magnétique. Dans nos expériences, un examinateur contrôle du SPCE avec un contrôleur dédié tout en observant par l'intermédiaire d'un système de surveillance en temps réel (RAPID Access; Given Imaging Ltd., Israël). (Fig 2) [8]

SPCE

les trois types de CEs utilisés dans la présente étude sont disponibles dans le commerce dans plusieurs pays: PillCamSB2, PillCamESO2 et PillCamCOLON2 (Given Imaging Ltd., Israël) [10-12]. Les principales caractéristiques de chaque CE sont présentés dans le tableau 1. La PillCamSB2, qui est utilisé pour l'intestin grêle a une seule tête et capture des images à deux trames par seconde (fps) à un angle de vision de 156 °. Le PillCamESO2, couramment utilisé pour l'œsophage, a des têtes doubles, des images de capture à 18 images par seconde chacun et offrent un angle de vision extra large de 169 °. Le PillCamCOLON2 pour le côlon a aussi des têtes doubles avec un taux d'adaptation du cadre (AFR) et un angle de vision de 172 ° [10-12]. L'AFR permet au PillCamCOLON2 de capturer des images à 18 fps en mode de mouvement et deux fps en mode quasi stationnaire [13]. Le PillCamCOLON2 flotte plus facilement que le PillCamSB2 et PillCamESO2 en raison de son poids spécifique plus petite [14]. Pour la CEs-i.e à deux têtes., L'PillCamESO2 et PillCamCOLON2-la caméra d'une tête a été utilisé pour cette expérience, alors que celle de l'autre tête a été fixée à la fin et non utilisé pour capturer des images (figure 1A). Dans cette étude, les trois SPCEs fixés au PillCamSB2, PillCamESO2 et PillCamCOLON2 ont été désignés comme SPCE-SB2, SPCE-ESO2 et SPCE-COLON2, respectivement.

Estomac Modèle

L'estomac modèle a été créé à partir d'un estomac de porc excisée. Onze touches de couleur ont été cousues sur le côté de la muqueuse de l'estomac (figure 3). La couleur de chaque bouton est clairement différente de la couleur de la muqueuse de l'estomac de porc sans écoulement de sang. Dans l'estomac humain, l'évaluation quantitative est souvent difficile, car il est impossible de coudre des boutons comme points de repère. Le modèle de l'estomac a été fixé dans une boîte de styrol-mousse pour lui permettre de tourner manuellement parce que le patient est autorisé à changer de position posturaux dans la pratique clinique. Le modèle de l'estomac a été rempli avec 500 ml d'eau avant l'expérience (figure 4). L'estomac de porc excisée a été obtenu à partir de l'organe de viande Osaka Corporation (Osaka, Japon), deux jours avant la procédure. L'estomac a été préparé comme décrit ci-dessus le jour avant la procédure.

Évaluation

Quatre examinateurs (KO, TK, MI, et KU) ont participé à l'expérience. Les quatre examinateurs connaissaient les positions des boutons de couleur dans le modèle de l'estomac à l'avance. Chaque examinateur contrôle du SPCE dans le modèle de l'estomac pendant 10 minutes, en essayant de détecter et d'examiner autant de boutons que possible près. Le modèle de l'estomac a été tourné, selon les instructions de l'examinateur. Tout d'abord, le modèle de l'estomac a été placé en décubitus dorsal, puis tourné vers la position latérale gauche de décubitus, la position couchée, et enfin, la position latérale droite de décubitus. La raison de ce changement de position est de minimiser la quantité d'eau sortant de l'estomac dans le duodénum. L'examen a été effectué dix fois en utilisant le SPCE-SB2 (KO: 3 fois, TK: 3 fois, MI: 2 fois, KU: 2 fois) et SPCE-COLON2 (KO: 3 fois, TK: 3 fois, MI: 2 fois, KU: 2 fois). Cependant, pour le SPCE-ESO2, le test a été effectué seulement neuf fois parce que la batterie de l'PillCamESO2 complètement déchargée lors de l'examen (KO: 3 fois, TK: 2 fois, MI: 2 fois, KU: 2 fois).

Nous avons conçu deux paramètres pour évaluer la capacité de détection des SPCEs. Tout d'abord, le nombre de boutons détectés a été utilisé pour évaluer leur capacité à trouver des lésions. Deuxièmement, un score SPCE-performance a été calculée afin d'évaluer la possibilité d'examiner ces lésions en détail. Le score a été défini comme la somme des points attribués à chaque bouton comme suit: 2 points ont été donnés si un bouton peut être approché et observé de près; 1 point a été donné, si un bouton est en vue, mais ne pouvait pas être approché de près; et aucun point n'a été donné si un bouton n'a pas pu être détectée (figure 5). Le nombre maximum de boutons était de 11, et celle de la partition SPCE performance était de 22 points.

L'expérience de chaque SPCE étaient espacés plus d'un mois, et l'examinateur a subi une expérience de chaque SPCE après qu'ils pratiquaient plusieurs fois avec SPCE-SB2 dans l'expérience précédente. Ainsi, l'amélioration du fonctionnement expérimentateur SPCE en superposant un certain nombre d'expériences ne sont pas considérés.

Analyse statistique

Les différences significatives entre les moyens de données pour deux groupes de tests différents ont été évalués par le Mann -Whitney U
-test. Une valeur de p < 0,05 a été considérée comme significative, et tous les tests ont été à deux faces. Les données sont exprimées en moyenne ± écart-type. Toutes les analyses statistiques ont été effectuées en utilisant PASW Statistics 18 pour Windows (SPSS Japon, Tokyo).

Résultats

Le nombre médian de boutons détectés dans 10 min était de 11 pour la SPCE-ESO2 [intervalle interquartile (IQR): 0], 10,5 (0,5) pour le SPCE-COLON2, et 8 (1.0) pour le SPCE-SB2. Le SPCE-ESO2 et SPCE-COLON2 était significativement meilleure capacité à détecter des lésions que les SPCE-SB2 (p < 0,05). Il n'y avait pas de différence significative dans la capacité de détecter des lésions entre le SPCE-COLON2 et SPCE-ESO2. L'examinateur a pu détecter tous les boutons de chaque examen à l'aide du SPCE-ESO2 (figure 6).

Le score médian SPCE performance était 22 (0) pour SPCE-ESO2, 16,5 (1,5) pour SPCE -COLON2, et 14 (1,0) pour SPCE-SB2. Il y avait des différences significatives entre les trois types de SPCE (p < 0,05 pour toutes les comparaisons: SPCE-SB2 contre SPCE-ESO2, SPCE-SB2 contre SPCE-COLON2 et SPCE-ESO2 contre SPCE-COLON2) (figure 7).

dans les 10 examens effectués à l'aide du SPCE-SB2, détection des boutons situés dans le haut du corps de la grande courbure et le fornix était considérablement difficile. Le SPCE-SB2 pouvait détecter le bouton au fornix en seulement deux examens et celui de la grande courbure du haut du corps en trois examens. Cependant, la détection des touches situées dans l'antre de la paroi postérieure (10/10 examens), le corps inférieur de la petite courbure (10/09), et le corps supérieur de la paroi postérieure (10.9) est presque toujours possible

dans huit des neuf examens. effectuée en utilisant le SPCE-ESO2, tous les boutons peuvent être observés en détail. Le temps nécessaire pour le SPCE-ESO2 d'observer tous les boutons en détail était de 468 ± 74 s (7,8 ± 1,2 min).

Le score SPCE-performance du SPCE-SB2 était faible à 14 (tableau 2 ). Parmi les trois types de SPCE, le SPCE-ESO2 était le plus efficace dans la détection des lésions et de les évaluer de près (Vidéos S2-S4).

Discussion

La présente étude a identifié les spécifications CE qui ont affecté les fonctions de SPCE. Le SPCE-COLON2 et SPCE-ESO2 avaient un angle de vision plus grand que le SPCE-SB2, et ont pu détecter de manière significative plus de boutons que celui-ci un délai de 10 minutes, ce qui était la principale raison de la capacité accrue de trouver des lésions. En outre, SPCE-COLON2 et SPCE-ESO2, qui pourrait prendre plusieurs images en une seconde, ont été en mesure d'approcher au plus près des boutons que l'SPCE-SB2.

En utilisant un modèle de l'estomac de porc, nous avons démontré que le CE le plus approprié pour SPCE était le PillCamESO2. Depuis la vidéo obtenue à partir du SPCE-ESO2 apparu d'une manière continue, la manoeuvre de l'appareil et l'approche des boutons à l'intérieur du modèle étaient faciles via la commande sans fil à l'extérieur du modèle de l'estomac. Cependant, nous ne nous attendions que le SPCE-COLON2 serait inférieure à la SPCE-ESO2. Parce que le PillCamCOLON2 est conçu pour l'observation du côlon, sa densité est plus faible, et le dispositif est plus porteur que le PillCamESO2 [14]. Par conséquent, le PillCamCOLON2 tend à faire face vers le haut plutôt que vers le bas dans l'eau. En outre, le SPCE-COLON2 ne pas envoyer toutes les images capturées dans le système de surveillance en temps réel, alors que le SPCE-ESO2 pourrait envoyer toutes les images capturées à 18 fps. En outre, la vitesse de capture de l'SPCE-COLON2 est pas constante en raison de l'AFR. Ces facteurs ont été pris en compte dans les différents scores SPCE-performances obtenues dans nos expériences. La vitesse de capture plus élevé a permis des ajustements précis tout en contrôlant la SPCE. En d'autres termes, l'examinateur a été en mesure de déplacer le SPCE plus précisément vers la cible, l'approcher, et arrêter à une distance appropriée.

Nos résultats suggèrent que le SPCE-ESO2 pourrait être utilisé pour dépister et examiner de près l'estomac humain en moins de 10 min, ce qui est à l'intérieur de la durée habituelle d'une procédure d'endoscopie gastrique et permet un examen suffisant avant que le PillCamESO2 court de batterie. Cependant, le SPCE-SB2, avec un rendement inférieur par rapport à l'SPCE-ESO2, pourrait manquer les lésions situées dans la partie supérieure du corps de la grande courbure et le fornix. En outre, nous avons constaté que les lésions du sinus maxillaire de la paroi postérieure, le corps inférieur de la petite courbure, et le corps supérieur de la paroi postérieure sont faciles à détecter en utilisant le SPCE. Le SPCE pourrait facilement approcher près de la paroi postérieure lorsque le champ magnétique a été affaibli. Observation du fornix semblait être difficile parce que le SPCE nécessaire pour être manoeuvré sur de grandes plis autour du fornix, où l'air a tendance à accumuler. Il est important d'identifier ces sites aveugles possibles avant l'application clinique. Néanmoins, les lésions de l'estomac réelle ne peuvent être comparés aux boutons dans le modèle de l'estomac utilisé dans cette étude. Par conséquent, nous devons évaluer la séquence d'observation de manière plus efficace en effectuant d'autres expériences en utilisant le modèle de l'estomac. Rey et al. a rapporté les résultats de l'essai clinique utilisant magnétiquement guidée Capsule Endoscopy (MGCE) qui était un endoscope de capsule actionnable de l'extérieur du corps développé par eux-mêmes, mais ce ne fut pas un examen de comparaison de la capacité de MGCE [15, 16]. De nos résultats, pour l'application clinique, il est considéré qu'un CE contrôlable avec des fonctions telles que SPCE-ESO2 convient.

Notre étude a plusieurs limites. Le modèle de l'estomac dans cette étude ne soit pas la même que celle d'un estomac humain en temps réel avec le mouvement péristaltique et la sécrétion de mucus gastrique. En outre, le modèle d'estomac de porc muqueuse n'a pas le flux sanguin, et est plus blanche que la muqueuse gastrique d'un être humain vivant. En outre, les quatre examinateurs connaissaient la position des touches de couleur dans le modèle de l'estomac, ce qui peut avoir fait la détection des touches de couleur dans le modèle de l'estomac plus facile. Cependant, nous avons objectivement comparé trois types de SPCE et démontré pour la première fois que SPCE pouvait observer tous les domaines de l'estomac. Parce que la couture des boutons de couleur pour un estomac in vivo est pas pratique, nous avons choisi d'utiliser l'estomac de porc excisée. Nous avons démontré que la SPCE-ESO2 pourrait être utilisée pour examiner la totalité de la surface interne de l'estomac de porc excisée. Les études futures dans l'estomac humain vivant sont nécessaires.

Conclusions

Dans la présente étude, nous avons démontré que la capacité de trouver des lésions et les examiner en détail dépend de l'angle de vue de la CE et le cadre taux des images, respectivement. Ces résultats pourraient permettre de résoudre d'autres problèmes de la SPCE, tels que le contrôle de la CE de l'extérieur du corps à volonté, trouver une lésion, et de l'examiner en détail. Le SPCE-ESO2 pourrait être le plus possible dans la pratique clinique. Les expériences futures en utilisant le SPCE-ESO2 dans un corps humain sont garantis.

De plus, nos résultats sont considérés comme universels pour le développement d'un CE qui est commandé à partir de l'extérieur du corps et permet l'observation en temps réel , y compris SPCE.

Informations complémentaires
S1 Vidéo. La capsule endoscope automoteur est contrôlable dans des directions en trois dimensions dans l'eau si
doi:. 10.1371 /journal.pone.0139878.s001
(ZIP)
S2 Vidéo. La vue de la SPCE-SB2
doi:. 10.1371 /journal.pone.0139878.s002
(ZIP)
vidéo S3. La vue de la SPCE-ESO2
doi:. 10.1371 /journal.pone.0139878.s003
(ZIP)
S4 Vidéo. La vue de la SPCE-COLON2
doi:. 10.1371 /journal.pone.0139878.s004
(ZIP)

Remerciements

Les membres du "Team Mermaid" sont Kazuhiro Ota, Sadaharu Nouda, Toshihisa Takeuchi, Munetaka Iguchi, Yuichi Kojima, Takanori Kuramoto, Takuya Inoue, Yasunori Shindo, Kenshiro Uesugi, Yoshiaki Fujito, Hironori Nishihara, Naotake Ohtsuka et Kazuhide Higuchi.

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