PLoS ONE: Wat voor soort capsule endoscoop is geschikt voor een Controleerbaar zelfrijdende Capsule endoscoop? Experimentele studie Met behulp van een Varkens Maag Model for Clinical Application (met video's)

De abstracte

Achtergrond

We hebben de ontwikkeling van de zelfrijdende Capsule endoscoop (SPCE) die het mogelijk maakt voor de beheersbaarheid van buiten het lichaam en real-time observatie. Welke capsule endoscoop (CE) is geschikt voor een regelbare SPCE onduidelijk en zeer kritisch voor klinische toepassing. We vergeleken het observeren vermogen van de drie soorten SPCEs met verschillende kijkhoeken en framerates.

Methods

elf knopen werden genaaid in een uitgesneden varkens maag. Vier onderzoekers controleerde de SPCE behulp PillCamSB2, -ESO2 en -COLON2 (gegeven Imaging Ltd., Israël), gedurende 10 minuten elk, met als doel het detecteren van zoveel knoppen en het onderzoek zo goed mogelijk. De mogelijkheid om laesies te vinden werd beoordeeld op basis van het aantal gedetecteerde knopen. De SPCE-performance score (SPS) werd gebruikt om de mogelijkheid om de letsels in detail te onderzoeken evalueren.

Resultaten

De SPCE-ESO2, -COLON2 en -SB2 gedetecteerd 11 [interkwartielbereik (IQR): 0], 10,5 (IQR, 0,5) en 8 (IQR, 1,0) toetsen, respectievelijk. De SPCE-ESO2 en -COLON2 had een significant betere mogelijkheid om laesies dan de -SB2 (p < 0,05). De SPCE-ESO2, -COLON2 en -SB2 hadden significant verschillend SPS waarden van 22 (IQR, 0), 16,5 (IQR, 1.5) en 14 (IQR, 1,0), respectievelijk (p < 0,05 voor alle vergelijkingen; SPCE -SB2 vs. -ESO2, -SB2 vs. -COLON2 en -ESO2 vs. -COLON2).

Conclusies

PillCamESO2 het meest geschikt is in verschillende drie CE's voor SPCE voor de behandeling van laesies in detail van de maag

Visum:. Ota K, Nouda S, Takeuchi T, Iguchi M, Kojima Y, Kuramoto T, et al. (2015) Wat voor soort capsule endoscoop is geschikt voor een Controleerbaar zelfrijdende Capsule endoscoop? Experimentele studie Met behulp van een Varkens Maag Model for Clinical Application (met video's). PLoS ONE 10 (10): e0139878. doi: 10.1371 /journal.pone.0139878

Editor: Leontios Hadjileontiadis Aristoteles Universiteit van Thessaloniki, Griekenland

Ontvangen: 3 maart 2015; Aanvaard: 7 september 2015; Gepubliceerd: 8 oktober 2015

Copyright: © 2015 Ota et al. Dit is een open toegang Artikel gedistribueerd onder de voorwaarden van de Creative Commons Attribution License, die onbeperkt gebruik, distributie en reproductie maakt in elk medium, op voorwaarde dat de oorspronkelijke auteur en de bron worden gecrediteerd

Data Beschikbaarheid: Alle relevante gegevens zijn binnen het papier en de Ondersteunende informatie bestanden

financiering:. de auteurs kregen geen specifieke financiering voor dit werk. Mu Ltd steun verleend in de vorm van salarissen voor auteurs KU, YF, HN en NO, maar had geen aanvullende rol in de onderzoeksopzet, gegevensverzameling en analyse, besluit te publiceren, of de voorbereiding van het manuscript. De specifieke rol van deze auteurs worden verwoord in de sectie 'auteur bijdragen "

Competing belangen:. Kenshiro Uesugi, Yoshiaki Fuji te, Hironori Nishihara en Naotake Ohtsuka zijn in dienst van Mu Ltd. Er zijn geen octrooien, producten in ontwikkeling of producten op de markt te verklaren. Dit betekent niet naleving van de auteurs te veranderen om alle PLoS ONE beleid op het delen van gegevens en materialen.

Introductie

Capsule endoscopie is een minimaal invasieve procedure van onderzoek dat de observatie van het darmkanaal mogelijk maakt. Een capsule endoscoop (CE) beweegt in het spijsverteringskanaal door darm peristaltiek, en de beelden die hij verkrijgt worden opgenomen via draadloze communicatie [1]. Hoewel endoscopie is gebruikt voor de evaluatie van de dunne darm, slokdarm en colon, die eenvoudige langwerpige cilindervormige organen maar het is gebruikt in de maag [1-6]. De maag een groot gebied met een complexe vorm zak omvat, is het niet mogelijk om het hele maag slechts darm peristaltiek observeren. Bovendien, endoscopie, CE kan niet worden gehandhaafd op een gewenste positie, en in tegenstelling met gebruikelijke buisvormige endoscopie een onderzoeker een laesie van elke gewenste richting [7] niet waarnemen. Een oplossing is om de functies toevoegen aan besturen van buiten het lichaam en zorgen voor real time waarneming van een CE.

We hebben de zelfrijdende capsule endoscoop (SPCE), een CE met bovengenoemd functies. Eerder haalden we controle over de Stimuleringsprogramma in de maag van een levende hond [8] en veilig gemanoeuvreerd de inrichting maag een levende mens, dunne darm en colon [9].

Voor de praktische toepassing van de SPCE, moet haar opsporen vermogen objectief worden beoordeeld. CE functies zorgen voor controleerbaarheid van buiten het lichaam en real-time observatie werden bij verschillende instellingen ontwikkeld [6, 8 en 9]. Er is echter geen objectieve over de detectie kwaliteiten van dergelijke inrichtingen. Hoewel we met succes een SPCE geproduceerd door het aanbrengen van een speciale vin momenteel beschikbaar CE voor de slokdarm, dunne darm en colon, elk met verschillende kijkhoeken en opnamesnelheden, de meest geschikte CE voor SPCE onduidelijk.

For hiervoor hebben we geprobeerd de verschillen in detectie capaciteit en prestaties onder SPCE drie types, de vin die werd een PillCamSB2, PillCamESO2 of PillCamCOLON2 bevestigd in een screeningstest van de maag te evalueren. Door vergelijking van de functies van elk type SPCE wilden we het voordeel van elke functie en de haalbaarheid in de klinische praktijk verduidelijkt om de kritische ontwikkeling problemen voor CE controleerbare van buiten het lichaam in real-time observatie, waaronder zijn adres SPCE.

Materiaal en methoden

driving System for SPCE via het gebruik van een magnetisch veld (New MiniMermaid System)

We hebben eerder gemeld op het aandrijfsysteem voor SPCE via de gebruik van een magnetisch veld, namelijk de Ryukoku Osaka-systeem [8]. In de huidige studie, gebruikten we een verder gewijzigd systeem, bekend als het nieuwe MiniMermaid systeem (S1 Video).

De SPCE werd door er een speciale vin van siliconenhars met een micro-magneet aan een bestaand CE. De lengte van de vin was 19 mm (figuur 1). Wanneer de micro-magneet is geplaatst in een wisselend magnetisch veld, vibreert. Aangezien de trilling die op de vin, wordt deze omgezet in een voortdrijvende kracht indien in water. Daarom is het noodzakelijk om water in de maag voor de controle van de Stimuleringsprogramma. Bovendien zou driedimensionale controle van de Stimuleringsprogramma worden bereikt door het magnetische veld. In onze experimenten, een onderzoeker controleerde de Stimuleringsprogramma met een speciale controller met inachtneming via een real-time monitoring systeem (Rapid Access; Given Imaging Ltd., Israël). (Figuur 2) [8]

SPCE

de drie CE's die in deze studie zijn commercieel verkrijgbaar in diverse landen: PillCamSB2, PillCamESO2 en PillCamCOLON2 (gegeven Imaging Ltd., Israël) [10-12]. De belangrijkste specificaties van elk CE worden getoond in tabel 1. De PillCamSB2, die wordt gebruikt voor de dunne darm, een enkele kop en neemt beelden op twee frames per seconde (fps) in een kijkhoek van 156 °. De PillCamESO2, vaak gebruikt voor de slokdarm, is voorzien van dubbele hoofden, die beelden vast te leggen bij 18 elke fps en zorgen voor een extra brede kijkhoek van 169 °. De PillCamCOLON2 voor de dikke darm heeft ook dubbele kop met een adaptieve frame rate (AFR) en een kijkhoek van 172 ° [10-12]. De AFR kan de PillCamCOLON2 om beelden bij 18 fps in motion mode en twee fps in vrijwel stationaire mode [13] vast te leggen. De PillCamCOLON2 drijft gemakkelijker dan de PillCamSB2 PillCamESO2 en door zijn kleinere dichtheid [14]. Voor de tweekoppige CE-dat wil zeggen., De PillCamESO2 en PillCamCOLON2-de camera van één hoofd werd gebruikt voor dit experiment, terwijl die van de andere kop op de vin is gehecht en niet gebruikt om beelden (Fig 1A) vast te leggen. In deze studie, de drie SPCEs aan de PillCamSB2, PillCamESO2 en PillCamCOLON2 werden genoemd als SPCE-SB2, SPCE-ESO2 en SPCE-COLON2, respectievelijk.

Maag Model

De maag model werd gemaakt op basis van een uitgesneden varkens maag. Elf verschillende gekleurde knoppen werden genaaid aan de mucosale zijde van de maag (figuur 3). color elke knop duidelijk verschilt van de kleur van het slijmvlies van varkens maag zonder bloedstroom. In de menselijke maag, kwantitatieve evaluatie is vaak moeilijk omdat het niet mogelijk is om knopen naaien als oriëntatiepunten. De maag model werd vastgesteld in een geschuimd styrol box staat te stellen handmatig draaien omdat een patiënt mag posturale posities in de klinische praktijk te wijzigen. De maag model werd gevuld met 500 ml water vóór het experiment (figuur 4). De uitgesneden varkens maag werd verkregen uit de Osaka Meat Organ Corporation (Osaka, Japan) twee dagen voorafgaand aan de procedure. De maag werd bereid zoals hierboven beschreven de dag voorafgaand aan de procedure.

Evaluatie

Vier onderzoekers (KO, TK, MI, KU) namen deel aan het experiment. De vier examinatoren wist de posities van de gekleurde toetsen in de maag model vooraf. Elke onderzoeker controleerde de Stimuleringsprogramma in de maag model voor 10 min, proberen te detecteren en nauwkeurig te onderzoeken zoveel mogelijk knoppen. De maag model werd gedraaid, volgens instructie van de onderzoeker. Eerst werd de maag model rugligging geplaatst, en dan geroteerd naar links laterale decubitus positie, buikligging en tenslotte de rechter laterale decubitus positie. De reden voor de positie wisseling was de hoeveelheid water die uit de maag naar het duodenum minimaliseren. en SPCE-COLON2 (KO: 3 maal, TK: 3 maal, MI: 2 Het onderzoek werd tien keer met behulp van het Stimuleringsprogramma-SB2 (3 maal, TK: 3 maal, MI: 2 maal, KU 2 keer KO) uitgevoerd tijden, KU: 2 maal). Voor de SPCE-ESO2 de proef werd slechts negen keer uitgevoerd omdat de batterij van de PillCamESO2 tijdens het onderzoek volledig ontladen (KO: 3 maal, TK: 2 maal, MI: 2 maal, KU: 2 maal).

ontwikkeld twee parameters het detecteren van het vermogen SPCEs evalueren. Ten eerste, het aantal gedetecteerde pin werd gebruikt om hun vermogen om laesies te beoordelen. Ten tweede werd een SPCE performance score berekend om de mogelijkheid om deze laesies in detail onderzocht evalueren. De score werd gedefinieerd als de som van de punten toegekend aan elke knop als volgt: 2 punten werden gegeven als een knop kan worden benaderd en nauwlettend geobserveerd; 1 punt werd gegeven als een knop in zicht kwam, maar kon niet nauwkeurig worden benaderd; en er geen punten werden gegeven als een knop niet kon worden gedetecteerd (Figuur 5). Het maximum aantal knoppen was 11, en die van het Stimuleringsprogramma-performance score was 22 punten.

Het experiment van elk SPCE werden meer dan een maand op afstand, en de examinator onderging een experiment van elk SPCE nadat ze beoefend meerdere malen met SPCE-SB2 in het voorgaande experiment. Dus de verbetering van de experimentator Stimuleringsprogramma bediening door overlappen een aantal experimenten niet beschouwd.

Statistische analyse

De significante verschillen tussen de gemiddelden van de gegevens voor twee verschillende testgroepen werden geëvalueerd door de Mann -Whitney U
-test. Een p-waarde van < 0,05 werd beschouwd als significant, en alle tests waren met twee kanten. Gegevens worden uitgedrukt als het gemiddelde ± standaardafwijking. Alle statistische analyses werden uitgevoerd met behulp van PASW Statistics 18 voor Windows (SPSS Japan, Tokyo).

Resultaten

De mediaan aantal knoppen gedetecteerd in 10 min was 11 voor het Stimuleringsprogramma-ESO2 [interkwartielbereik (IQR): 0], 10,5 (0,5) voor de SPCE-COLON2, en 8 (1,0) voor het Stimuleringsprogramma-SB2. De SPCE-ESO2 en SPCE-COLON2 een significant betere mogelijkheid om laesies dan Stimuleringsprogramma-SB2 (p < 0,05) detecteren. Er was geen significant verschil in het vermogen om laesies tussen de Stimuleringsprogramma-COLON2 en SPCE-ESO2 detecteren. De examinator was in staat om alle knoppen in elk onderzoek op te sporen met behulp van het Stimuleringsprogramma-ESO2 (Fig 6).

De mediane SPCE-performance score was 22 (0) voor SPCE-ESO2, 16,5 (1,5) voor SPCE -COLON2, en 14 (1,0) voor het Stimuleringsprogramma-SB2. Er waren significante verschillen tussen de drie Stimuleringsprogramma types (p < 0,05 voor alle vergelijkingen: Stimuleringsprogramma-SB2 versus SPCE-ESO2, SPCE-SB2 versus SPCE-COLON2 en SPCE-ESO2 versus SPCE-COLON2) (figuur 7).

in de onderzoeken 10 uitgevoerd met de SPCE-SB2, detectie van de knoppen in het bovenlichaam van de grotere kromming en aanzienlijk moeilijk de fornix. De SPCE-SB2 kan de knop detecteren de fornix slechts in twee onderzoeken en de ene aan de grotere kromming van het bovenlichaam in drie onderzoeken. Echter de herkenning van de knoppen in het antrum van de achterwand (10/10 examens), het onderlichaam van de kleinere kromming (9/10) en het bovenlichaam van de achterwand (9/10) was bijna altijd mogelijk.

in acht van de negen onderzoeken uitgevoerd met de SPCE-ESO2, alle knoppen kan nader worden waargenomen. De tijd die nodig is voor het Stimuleringsprogramma-ESO2 om alle knoppen te observeren in detail was 468 ± 74 s (7,8 ± 1,2 min).

De SPCE-performance score van het Stimuleringsprogramma-SB2 laag was bij 14 (tabel 2 ). Van de drie SPCE types, het Stimuleringsprogramma-ESO2 was het meest effectief in het opsporen van laesies en evalueren van hen nauw (S2-S4 Videos).

Discussie

De huidige studie identificeerde de CE specificaties die getroffen het Stimuleringsprogramma functies. De SPCE-COLON2 en SPCE-ESO2 had een grotere kijkhoek dan SPCE-SB2, en waren in staat om aanzienlijk meer knoppen te detecteren dan de laatste een binnen 10 minuten, wat de voornaamste reden voor de verbeterde mogelijkheid om afwijkingen te vinden was. Bovendien SPCE-COLON2 en SPCE-ESO2, die verschillende beelden in een tweede kon nemen, konden dichter bij de knoppen dan Stimuleringsprogramma-SB2 benaderen.

Via een varkensmodel maag model, toonden we aan dat de meest geschikte CE voor SPCE was de PillCamESO2. Aangezien de video verkregen uit de Stimuleringsprogramma-ESO2 verscheen op continue wijze, het manoeuvreren van het apparaat en het naderen van de knoppen in het model waren eenvoudig via draadloze bediening buiten de maag model. Echter, hadden we niet verwachten dat het Stimuleringsprogramma-COLON2 inferieur aan het Stimuleringsprogramma-ESO2 zou zijn. Omdat de PillCamCOLON2 is ontworpen voor de waarneming van de dikke darm, het soortelijk gewicht lager is, en de inrichting is vaster dan de PillCamESO2 [14]. Daarom is de PillCamCOLON2 neiging naar boven in plaats van naar beneden gezicht in het water. Bovendien is het Stimuleringsprogramma-COLON2 niet alle gemaakte foto's te sturen naar de real-time monitoring systeem, terwijl het Stimuleringsprogramma-ESO2 alle opnamen die zijn gemaakt bij 18 fps zou kunnen sturen. Bovendien is de snelheid van het vastleggen Stimuleringsprogramma-COLON2 niet constant vanwege de AFR. Deze factoren kwamen tot uiting in de verschillende Stimuleringsprogramma-performance scores verkregen in onze experimenten. De hogere snelheid vastleggen ingeschakeld fijne aanpassingen terwijl het regelen van het Stimuleringsprogramma. Met andere woorden, de onderzoeker kon de Stimuleringsprogramma nauwkeuriger opzij buigen, benaderen en stoppen op een geschikte afstand.

De resultaten suggereerden dat de Stimuleringsprogramma-ESO2 kan worden gebruikt voor het screenen en nauwkeurig te onderzoeken de menselijke maag in minder dan 10 minuten, die binnen de gebruikelijke duur van een maag endoscopie procedure en zorgt voor voldoende onderzocht voordat de PillCamESO2 opraakt batterij. De SPCE-SB2 met inferieure prestaties in vergelijking met de SPCE-ESO2, kan de lesies in het bovenlichaam van de grotere kromming en de fornix missen. Bovendien vonden we dat laesies in het antrum van de achterwand, het onderlichaam van de mindere kromming en het bovenlichaam van de achterwand waren gemakkelijk te detecteren met behulp van het Stimuleringsprogramma. De SPCE kan gemakkelijk naderen nabij de achterwand wanneer het magnetische veld verzwakt. Observatie van de fornix bleek moeilijk te zijn omdat de Stimuleringsprogramma moet worden gemanoeuvreerd over grote plooien rond de fornix, waarbij de lucht accumuleert. Het is belangrijk om deze mogelijke blinde verwijzingen voor klinische toepassing te identificeren. Niettemin kan real maag laesies niet worden vergeleken met de knoppen in de maag model gebruikt in deze studie. Daarom moeten we de observatie sequentie efficiënter te beoordelen door het uitvoeren van verdere experimenten met behulp van het maag-model. Rey et al. meldde de resultaten van de klinische studie met Magnetisch Guided Capsule endoscopie (MGCE) dat een capsule endoscoop bedienbaar van buiten het lichaam ontwikkeld door zelf was, maar dit was geen vergelijking onderzocht vermogen van MGCE [15, 16]. Uit onze resultaten, voor klinische toepassing, wordt geoordeeld dat een regelbare CE met functies zoals SPCE-ESO2 geschikt is.

Onze studie heeft een aantal beperkingen. De maag model in dit onderzoek is niet hetzelfde als een levende menselijke maag met peristaltische beweging en de secretie van maagslijmvlies. Ook het varken maag model mucosa ontbreekt bloedstroom, en witter dan het maagslijmvlies van een levende mens. Bovendien, de vier onderzoekers wisten de positie van de gekleurde toetsen in de maag model en kan de detectie van de gekleurde toetsen in de maag model hebben vergemakkelijkt. Maar we objectief werden drie soorten SPCE aantoonbaar het eerst SPCE elk gebied van de maag kon waarnemen. Omdat naaien gekleurde knoppen om een ​​in vivo maag is niet praktisch, hebben we ervoor gekozen om de uitgesneden varkens maag gebruiken. We hebben aangetoond dat de Stimuleringsprogramma-ESO2 kan worden gebruikt om het gehele inwendige oppervlak van de maag uitgesneden varkens onderzocht. Toekomstige studies in de levende menselijke maag nodig.

Conclusies

In deze studie hebben we aangetoond dat het vermogen om laesies te nemen en deze in detail afhankelijk van de CE kijkhoek en het frame snelheid van de afbeeldingen respectievelijk. Deze resultaten zouden willen wij andere problemen van de SPCE, zoals het controleren van de CE van buiten het lichaam kan worden, het vinden van een laesie en de behandeling ervan in detail te lossen. De SPCE-ESO2 misschien wel de meest haalbare in de klinische praktijk. Toekomstige experimenten met de Stimuleringsprogramma-ESO2 in een menselijk lichaam waarborgt.

Daarnaast moeten onze resultaten als universeel voor de ontwikkeling van een CE die regelbaar van buiten het lichaam en maakt real-time observatie te , waaronder SPCE.

Ondersteunende informatie
S1 Video. De zelfrijdende capsule endoscoop is regelbaar in de driedimensionale richtingen als in water
doi:. 10.1371 /journal.pone.0139878.s001
(ZIP)
S2 Video. Het uitzicht op het Stimuleringsprogramma-SB2
doi:. 10.1371 /journal.pone.0139878.s002
(ZIP)
S3 Video. Het uitzicht op het Stimuleringsprogramma-ESO2
doi:. 10.1371 /journal.pone.0139878.s003
(ZIP)
S4 Video. Het uitzicht op het Stimuleringsprogramma-COLON2
doi:. 10.1371 /journal.pone.0139878.s004
(ZIP)

Dankwoord

De leden van "Meermin Team" zijn Kazuhiro Ota, Sadaharu Nouda, Toshihisa Takeuchi, Munetaka Iguchi, Yuichi Kojima, Takanori Kuramoto, Takuya Inoue, Yasunori Shindo, Kenshiro Uesugi, Yoshiaki Fuji te, Hironori Nishihara, Naotake Ohtsuka en Kazuhide Higuchi.

• PLoS ONE: H. pylori Seropositiviteit vóór de leeftijd van 40 en de daaruit voortvloeiende risico op Maagkanker:? Een glimp van de echte relatie
• PLoS ONE: Nutriënten Differentieel Regulate Nucleobindin-2 /Nesfatin-1 in vitro in gekweekte Maag Ghrelinoma (MGN3-1) cellen en in vivo in Male Mice