PLoS ONE: Che tipo di capsula endoscopio è adatto per una controllabile semovente capsula endoscopio? Studio sperimentale Utilizzando un modello di stomaco suino per l'applicazione clinica (con video)

Estratto

Sfondo

Abbiamo sviluppato il semovente capsula endoscopio (SPCE) che permette di controllabilità da al di fuori del corpo e l'osservazione in tempo reale. Che tipo di capsula endoscopica (CE) è adatto per un SPCE controllabile è chiaro e un punto molto critico per l'applicazione clinica. Abbiamo confrontato osservando la capacità di tre tipi di SPCEs con diversi angoli di visuale e frame rate.

Metodi

pulsanti Undici sono stati cuciti in uno stomaco suina asportato. Quattro esaminatori controllavano il SPCE utilizzando PillCamSB2, -ESO2, e -COLON2 (Given Imaging Ltd., Israele), per 10 minuti ciascuno con l'obiettivo di rilevare il maggior numero di pulsanti e di esaminare il più fedelmente possibile. La capacità di trovare lesioni è stata valutata in base al numero di pulsanti identificati. Il punteggio SPCE prestazioni (SPS) è stato utilizzato per valutare la capacità di esaminare le lesioni in dettaglio.

Risultati

Il SPCE-ESO2, -COLON2, e -SB2 rilevato 11 [range interquartile (IQR): 0], 10.5 (IQR, 0.5) e 8 (IQR, 1.0) pulsanti, rispettivamente. Il SPCE-ESO2 e -COLON2 avevano un significativamente migliore capacità di individuare le lesioni del -SB2 (p < 0,05). Il SPCE-ESO2, -COLON2, e -SB2 aveva significativamente diversi valori di SPS di 22 (IQR, 0), 16.5 (IQR, 1.5), e 14 (IQR, 1.0), rispettivamente (p < 0,05 per tutti i confronti; SPCE -SB2 vs -ESO2, -SB2 contro -COLON2, e -ESO2 contro -COLON2).

Conclusioni

PillCamESO2 è più adatto in diverse tre EC per SPCE per l'esame di lesioni in i dettagli dello stomaco

Visto:. Ota K, Nouda S, T Takeuchi, Iguchi M, Y Kojima, Kuramoto T, et al. (2015) Che tipo di capsula endoscopio è adatto per una controllabile semovente capsula endoscopio? Studio sperimentale utilizzando un modello di stomaco suino per l'applicazione clinica (con Video). PLoS ONE 10 (10): e0139878. doi: 10.1371 /journal.pone.0139878

Editor: Leonzio Hadjileontiadis, Università Aristotele di Salonicco, Grecia

Received: 3 marzo 2015; Accettato: 7 settembre 2015; Pubblicato: 8 ottobre 2015

Copyright: © 2015 Ota et al. Questo è un articolo ad accesso libero distribuito sotto i termini della Creative Commons Attribution License, che permette l'uso senza restrizioni, la distribuzione e la riproduzione con qualsiasi mezzo, a condizione che l'autore originale e la fonte sono accreditati

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finanziamento:. Gli autori non hanno ricevuto alcun finanziamento specifico per questo lavoro. Mu Ltd. fornito sostegno sotto forma di stipendi per gli autori KU, YF, HN e NO, ma non ha avuto alcun ruolo aggiuntivo nel disegno dello studio, la raccolta e l'analisi dei dati, la decisione di pubblicare, o preparazione del manoscritto. I ruoli specifici di questi autori sono articolati nella sezione "autore contributi"

Conflitto di interessi:. Kenshiro Uesugi, Yoshiaki Fujito, Hironori Nishihara e Naotake Ohtsuka sono impiegati da Mu Ltd. Non ci sono i brevetti, i prodotti in fase di sviluppo o prodotti da dichiarare in commercio. Ciò non toglie l'aderenza degli autori a tutte le politiche di PLoS ONE sui dati e la condivisione di materiale.

Introduzione

Capsule endoscopia è una procedura di esame minimamente invasiva che permette l'osservazione del tratto intestinale. Un endoscopio capsula (CE) si muove nel tratto digestivo intestino peristalsi, e le immagini che ottiene vengono registrate tramite comunicazione senza fili [1]. Sebbene capsula endoscopica è stato impiegato per la valutazione del piccolo intestino, esofago e colon, che sono semplici organi allungati cilindrici, non è stato utilizzato nello stomaco [1-6]. Come lo stomaco comprende una vasta area con una forma di borsa complesso, non è possibile osservare l'intera stomaco solo la peristalsi intestinale. Inoltre, in endoscopia capsulare, la CE non può essere mantenuta in una posizione desiderata, a differenza del convenzionale tipo tubo endoscopia, un esaminatore non può osservare una lesione da qualsiasi direzione desiderata [7]. Una soluzione è quella di aggiungere le funzioni per controllare dall'esterno del corpo e consentire l'osservazione in tempo reale ad un CE.

Abbiamo sviluppato il semovente Capsule endoscopio (SPCE), un CE con il suddetto funzioni. In precedenza, abbiamo raggiunto il controllo del SPCE nello stomaco di un cane vivo [8] e sicuro manovrato il dispositivo nello stomaco di un essere umano vivente, intestino tenue e del colon [9].

Per l'applicazione pratica della SPCE, la sua capacità di rilevamento deve essere valutata oggettivamente. Funzioni CE per consentire la controllabilità dall'esterno del corpo e osservazione in tempo reale sono stati sviluppati in diverse istituzioni [6, 8, e 9]. Tuttavia, non vi è alcuna relazione obiettiva sulla capacità di rilevamento di tali dispositivi. Anche se abbiamo prodotto con successo un SPCE allegando una pinna speciale attualmente disponibile EC per l'esofago, intestino tenue e del colon, ciascuno con differenti angoli di visuale e frame rate, il CE più adatto per SPCE ancora chiaro.

Per questo scopo, abbiamo cercato di valutare le differenze di rilevare la capacità e le prestazioni tra i tre tipi spce, la pinna di cui era collegata ad un PillCamSB2, PillCamESO2 o PillCamCOLON2, in un test di screening dello stomaco. Confrontando le funzioni di ogni tipo SPCE, abbiamo cercato di chiarire il vantaggio di ciascuna funzione e la sua fattibilità nella pratica clinica per affrontare i problemi di sviluppo critici per eventuali EC controllabili dall'esterno del corpo in osservazione in tempo reale, compresi SPCE.

materiali e metodi

sistema per SPCE Guidare attraverso l'uso di un campo magnetico (nuovo sistema MiniMermaid)

Abbiamo precedentemente riportato sul sistema di guida per SPCE tramite il uso di un campo magnetico, cioè il sistema Ryukoku-Osaka [8]. Nel presente studio, abbiamo utilizzato un sistema ulteriormente modificato, noto come sistema nuovo MiniMermaid (S1 Video).

La SPCE stato costruito collegando una pinna dedicato in resina di silicio con un micro-magnete per una esistente CE. La lunghezza della pinna era 19 mm (Fig 1). Quando il micro-magnete è posizionato in un campo magnetico alternato, vibra. Come la vibrazione trasmessa alla pinna, viene convertito in una forza propulsiva se in acqua. Pertanto, è necessario fornire acqua nello stomaco per il controllo della SPCE. Inoltre, il controllo tridimensionale del SPCE potrebbe essere ottenuto regolando il campo magnetico. Nei nostri esperimenti, un esaminatore controllava il SPCE con un controller dedicato osservando attraverso un sistema di monitoraggio in tempo reale (Rapid Access; Given Imaging Ltd., Israele). (Figura 2) [8]

SPCE

I tre tipi di EC utilizzati nel presente studio sono disponibili in commercio in diversi paesi: PillCamSB2, PillCamESO2, e PillCamCOLON2 (Given Imaging Ltd., Israele) [10-12]. Le principali caratteristiche di ciascuna CE sono mostrati in Tabella 1. Il PillCamSB2, che viene utilizzato per l'intestino tenue, ha una sola testa e cattura immagini a due fotogrammi al secondo (fps) ad un angolo di visione di 156 °. Il PillCamESO2, comunemente usato per l'esofago, ha doppie teste, che catturare immagini a 18 fps ciascuna e forniscono un angolo in più di visione di 169 °. Il PillCamCOLON2 per il colon ha anche doppie teste con un frame rate adaptive (AFR) e un angolo di visione di 172 ° [10-12]. L'AFR consente al PillCamCOLON2 di catturare immagini a 18 fps in modalità di movimento e due fps in modalità pressoché stazionario [13]. Il PillCamCOLON2 galleggia più facilmente del PillCamSB2 e PillCamESO2 causa del suo peso specifico minore [14]. Per l'EC-i.e doppia testa., Il PillCamESO2 e PillCamCOLON2-camera di una testa è stato utilizzato per questo esperimento, mentre quella dell'altra testa è stato assegnato alla pinna e non utilizzato per catturare immagini (Fig 1A). In questo studio, i tre SPCEs attaccati al PillCamSB2, PillCamESO2, e PillCamCOLON2 sono stati nominati come SPCE-SB2, SPCE-ESO2 e SPCE-COLON2, rispettivamente.

Stomaco Modello

Lo stomaco modello è stato creato da uno stomaco suina asportato. Undici diversi pulsanti colorati sono stati cuciti al lato della mucosa dello stomaco (Fig 3). colore di ogni tasto è chiaramente diverso dal colore della mucosa dello stomaco suina senza flusso sanguigno. Nel stomaco umano, valutazione quantitativa è spesso difficile perché non è possibile cucire bottoni come punti di riferimento. Il modello stomaco è stato fissato in una scatola stirolo-espansi per consentire di ruotare manualmente perché un paziente può cambiare posizioni posturali nella pratica clinica. Il modello stomaco è stato riempito con 500 ml di acqua prima dell'esperimento (Fig 4). Lo stomaco di maiale asportata è stata ottenuta dalla Osaka Carne Organo Corporation (Osaka, Giappone) due giorni prima della procedura. Lo stomaco è stato preparato come descritto sopra il giorno prima della procedura.

Valutazione

Quattro esaminatori (KO, TK, MI, e KU) ha partecipato alla sperimentazione. I quattro esaminatori conoscevano le posizioni dei tasti colorati nel modello di stomaco in anticipo. Ogni esaminatore controllava il SPCE nel modello stomaco per 10 min, cercando di individuare e esaminare attentamente come molti pulsanti possibili. Il modello di stomaco è stata ruotata, come da istruzioni dell'esaminatore. Innanzitutto, il modello stomaco era posto in posizione supina, e quindi ruotato verso la posizione laterale sinistra decubito, posizione prona, e, infine, decubito laterale destro. La ragione per il cambiamento di posizione era di ridurre la quantità di acqua che scorre fuori dello stomaco nel duodeno. L'esame è stato condotto dieci volte utilizzando il SPCE-SB2 (KO: 3 volte, TK: 3 volte, MI: 2 volte, KU: 2 volte) e SPCE-COLON2 (KO: 3 volte, TK: 3 volte, MI: 2 volte, KU: 2 volte). Tuttavia, per il SPCE-ESO2, il test è stato effettuato solo nove volte perché la batteria del PillCamESO2 completamente scarica durante l'esame (KO: 3 volte, TK: 2 volte, MI: 2 volte, KU: 2 volte).

Abbiamo ideato due parametri per valutare la capacità di rilevamento delle SPCEs. In primo luogo, il numero di pulsanti identificati è stato usato per valutare la loro capacità di trovare lesioni. In secondo luogo, un punteggio SPCE-performance è stata calcolata per valutare la capacità di esaminare queste lesioni in dettaglio. Il punteggio è stato definito come la somma dei punteggi assegnati ad ogni tasto come segue: 2 punti sono stati dati, se un pulsante potrebbe essere affrontato e osservato da vicino; 1 punto è stato dato se un pulsante è entrato in vista, ma non poteva essere affrontato da vicino; e nessun punto hanno avuto se un pulsante non poteva essere rilevato (Fig 5). Il numero massimo di pulsanti è stato di 11, e quella del punteggio SPCE-performance è stata di 22 punti.

L'esperimento di ogni SPCE sono stati distanziati più di un mese, e l'esaminatore ha subito un esperimento di ogni SPCE dopo che praticavano diverse volte con SPCE-SB2 nell'esperimento precedente. Così il miglioramento del funzionamento sperimentatore SPCE sovrapponendo una serie di esperimenti non sono considerati.

Statistical Analysis

Le differenze significative tra i mezzi di dati per due diversi gruppi di test sono stati valutati dal Mann -Whitney U
-test. Un valore p < 0,05 è stato considerato significativo, e tutti i test sono stati due lati. I dati sono espressi come media ± deviazione standard. Tutte le analisi statistiche sono state effettuate utilizzando IBM SPSS Statistics 18 per Windows (SPSS Giappone, Tokyo).

Risultati

Il numero mediano di pulsanti rilevati in 10 min era 11 per la SPCE-ESO2 [range interquartile (IQR): 0], 10,5 (0,5) per l'SPCE-COLON2 e 8 (1.0) per il SPCE-SB2. Il SPCE-ESO2 e SPCE-COLON2 avevano un significativamente migliore capacità di individuare lesioni rispetto al SPCE-SB2 (p < 0,05). Non vi era alcuna differenza significativa nella capacità di rilevare lesioni tra il SPCE-COLON2 e SPCE-ESO2. L'esaminatore è stato in grado di rilevare tutti i pulsanti in ogni esame utilizzando il SPCE-ESO2 (Fig 6).

Il punteggio medio SPCE-performance è stata 22 (0) per SPCE-ESO2, 16,5 (1,5) per SPCE -COLON2, e 14 (1.0) per SPCE-SB2. Ci sono state differenze significative tra i tre tipi spce (p < 0,05 per tutti i confronti: SPCE-SB2 contro SPCE-ESO2, SPCE-SB2 contro SPCE-COLON2 e SPCE-ESO2 contro SPCE-COLON2) (Figura 7).

nei 10 esami eseguiti utilizzando il SPCE-SB2, il rilevamento dei pulsanti situati nella parte superiore del corpo della grande curvatura e fornice era molto difficile. Il SPCE-SB2 in grado di rilevare il pulsante in fornice in soli due esami e quello al maggiore curvatura della parte superiore del corpo in tre esami. Tuttavia, il rilevamento dei pulsanti situati nella antro della parete posteriore (10/10 esami), il corpo inferiore della piccola curvatura (9/10), ed il corpo superiore della parete posteriore (9/10) è quasi sempre possibile.

in otto dei nove esami eseguiti utilizzando il SPCE-ESO2, tutti i pulsanti possono essere osservati in dettaglio. Il tempo necessario per il SPCE-ESO2 per osservare tutti i pulsanti in dettaglio era 468 ± 74 s (7.8 ± 1.2 min).

Il punteggio SPCE prestazioni del SPCE-SB2 è stata bassa a 14 (tabella 2 ). Dei tre tipi spce, il SPCE-ESO2 è stato il più efficace nel rilevare lesioni e la loro valutazione da vicino (Video S2-S4).

Discussione

Il presente studio ha individuato le specifiche CE che hanno colpito le funzioni spce. Il SPCE-COLON2 e SPCE-ESO2 hanno un angolo di visione più ampio rispetto al SPCE-SB2, e sono stati in grado di rilevare in modo significativo più pulsanti rispetto al secondo uno entro 10 minuti, che è stato il motivo principale per la maggiore capacità di trovare lesioni. Inoltre, SPCE-COLON2 e SPCE-ESO2, che potrebbe richiedere diverse immagini in un secondo, sono stati in grado di avvicinarsi più vicino ai pulsanti rispetto alla SPCE-SB2.

Utilizzando un modello di stomaco di maiale, abbiamo dimostrato che CE più adatto per SPCE era il PillCamESO2. Dato che il video ottenuto dal SPCE-ESO2 apparso in modo continuo, manovrando il dispositivo e avvicinando i pulsanti all'interno del modello erano facile con controllo senza fili dall'esterno del modello dello stomaco. Tuttavia, non ci aspettavamo che la SPCE-COLON2 sarebbe inferiore al SPCE-ESO2. Poiché il PillCamCOLON2 è progettato per l'osservazione del colon, il suo peso specifico è minore, e il dispositivo è più vivace rispetto alla PillCamESO2 [14]. Pertanto, il PillCamCOLON2 tende a rivolto verso l'alto piuttosto che verso il basso in acqua. Inoltre, il SPCE-COLON2 non invia tutte le immagini acquisite al sistema di monitoraggio in tempo reale, mentre il SPCE-ESO2 potrebbe inviare tutte le immagini catturate a 18 fps. Inoltre, la velocità di acquisizione del SPCE-COLON2 non è costante a causa del AFR. Questi fattori si sono riflessi nei diversi punteggi SPCE prestazioni ottenute nei nostri esperimenti. La velocità di acquisizione più elevato abilitato regolazioni di precisione mentre il controllo della SPCE. In altre parole, l'esaminatore era in grado di spostare il SPCE più precisamente verso il bersaglio, avvicinarsi e fermarsi a una distanza appropriata.

I nostri risultati suggeriscono che il SPCE-ESO2 potrebbe essere utilizzata per lo screening e esaminare attentamente stomaco umano in meno di 10 minuti, che è all'interno della durata media di una procedura endoscopica gastrica e consente all'esame sufficiente prima del PillCamESO2 esaurisce la batteria. Tuttavia, il SPCE-SB2, con prestazioni inferiori rispetto al SPCE-ESO2, potrebbe perdere tali lesioni localizzate nella parte superiore del corpo della grande curvatura e fornice. Inoltre, abbiamo trovato che lesioni nel antro della parete posteriore, il corpo inferiore della curvatura minore, ed il corpo superiore della parete posteriore erano facili da rilevare tramite SPCE. Il SPCE potrebbe facilmente avvicinarsi vicino alla parete posteriore quando il campo magnetico è stata indebolita. Osservazione del fornice sembrava essere difficile perché il SPCE necessaria per essere manovrato su grandi pieghe intorno fornice, dove l'aria tende ad accumularsi. È importante identificare questi possibili siti ciechi prima applicazione clinica. Ciò nonostante, le lesioni vero e proprio stomaco non possono essere paragonati ai pulsanti nel modello stomaco utilizzato in questo studio. Pertanto, abbiamo bisogno di valutare la sequenza di osservazione più efficiente eseguendo ulteriori esperimenti utilizzando il modello stomaco. Rey et al. riportati i risultati di studi clinici che utilizzano magneticamente guidata Capsule Endoscopy (MGCE) che era un endoscopio capsula azionabile dall'esterno del corpo sviluppato da se stessi, ma questo non era un esame di confronto di capacità di MGCE [15, 16]. Dai nostri risultati, per l'applicazione clinica, si ritiene che un CE controllabile con funzioni quali SPCE-ESO2 è adatto.

Il nostro studio ha diversi limiti. Il modello stomaco in questo studio non è la stessa come stomaco umano reale con movimento peristaltico e la secrezione di muco gastrico. Inoltre, il maiale modello di stomaco mucosa manca il flusso di sangue, ed è più bianco di mucosa gastrica di un essere umano vivo. Inoltre, i quattro esaminatori conoscevano la posizione dei pulsanti colorati nel modello stomaco e questo può avere fatto la rilevazione dei tasti colorati nel modello stomaco più facile. Tuttavia, abbiamo oggettivamente confrontato tre tipi di SPCE e dimostrato per la prima volta che SPCE poteva osservare ogni zona dello stomaco. Perché cucire bottoni colorati per uno stomaco in vivo non è pratico, abbiamo scelto di usare lo stomaco suina asportato. Abbiamo dimostrato che la SPCE-ESO2 potrebbe essere utilizzato per esaminare l'intera superficie interna dello stomaco suina asportato. Futuri studi nello stomaco umano vivo sono necessari.

Conclusioni

Nel presente studio, abbiamo dimostrato che la capacità di trovare le lesioni ed esaminarle nel dettaglio dipendeva l'angolo di visione CE e il telaio rate delle immagini rispettivamente. Questi risultati potrebbero permettere di risolvere altri problemi del SPCE, come il controllo del CE dall'esterno del corpo a volontà, trovando una lesione, ed esaminando in dettaglio. Il SPCE-ESO2 potrebbe essere il più fattibile nella pratica clinica. Esperimenti futuri utilizzando la SPCE-ESO2 in un corpo umano sono garantiti.

Inoltre, i nostri risultati sono considerati universale per lo sviluppo di un CE controllabile dall'esterno del corpo e permette l'osservazione in tempo reale , tra cui SPCE.

Informazioni di supporto
S1 video. Il semovente capsula endoscopica è controllabile in direzioni tridimensionali se in acqua
doi:. 10.1371 /journal.pone.0139878.s001
(ZIP)
video S2. La vista del SPCE-SB2
doi:. 10.1371 /journal.pone.0139878.s002
(ZIP)
video S3. La vista del SPCE-ESO2
doi:. 10.1371 /journal.pone.0139878.s003
(ZIP)
Video S4. La vista del SPCE-COLON2
doi:. 10.1371 /journal.pone.0139878.s004
(ZIP)

Riconoscimenti

I membri del "Team Mermaid" sono Kazuhiro Ota, Sadaharu Nouda, Toshihisa Takeuchi, Munetaka Iguchi, Yuichi Kojima, Takanori Kuramoto, Takuya Inoue, Yasunori Shindo, Kenshiro Uesugi, Yoshiaki Fujito, Hironori Nishihara, Naotake Ohtsuka, e Kazuhide Higuchi.

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