PLoS ONE: Hva slags Capsule endoskop er egnet for en Controllable selvgående Capsule endoskop? Experimental Study Ved hjelp av en svinekjøtt magen modell for klinisk Application (med videoer)

Abstract

Bakgrunn

Vi har utviklet den selvgående Capsule endoskop (SPCE) som gjør det mulig for kontrollerbarhet fra utsiden av legemet og sanntids overvåkning. Hva slags kapsel endoskop (CE) er egnet for en styrbar SPCE er uklar og en meget kritisk punkt for klinisk anvendelse. Vi sammenlignet observere evnen av tre typer SPCEs med forskjellige synsvinkler og bildefrekvens.

Metoder

Elleve knappene ble sydd i et utskåret svin mage. Fire sensorer kontrollerte SPCE hjelp PillCamSB2, -ESO2, og -COLON2 (Gitt Imaging Ltd., Israel), i 10 minutter hver med sikte på å avdekke så mange knapper og undersøke dem så tett som mulig. Evnen til å finne lesjoner ble vurdert basert på antall oppdagede knapper. Den SPCE ytelse score (SPS) ble brukt for å vurdere muligheten for å undersøke lesjoner i detalj.

Resultater

SPCE-ESO2, -COLON2, og -SB2 oppdaget 11 [indre kvartilområdet (IQR): 0], 10,5 (IQR, 0,5), og 8 (IQR, 1,0) knappene, henholdsvis. Den SPCE-ESO2 og -COLON2 hadde en betydelig bedre evne til å oppdage lesjoner enn -SB2 (p < 0,05). Den SPCE-ESO2, -COLON2, og -SB2 hadde signifikant forskjellige SPS verdier av 22 (IQR, 0), 16,5 (IQR, 1,5), og 14 (IQR, 1,0), henholdsvis (p < 0,05 for alle sammenligninger; SPCE -SB2 vs. -ESO2, -SB2 vs. -COLON2, og -ESO2 vs. -COLON2).

Konklusjoner

PillCamESO2 er best egnet i ulike tre CES for SPCE for å undersøke lesjoner i detalj av magen

Citation. Ota K, Nouda S, Takeuchi T, Iguchi M, Kojima Y, Kuramoto T, et al. (2015) Hva slags Capsule endoskop er egnet for en Controllable selvgående Capsule endoskop? Experimental Study Ved hjelp av en svinekjøtt magen modell for klinisk Application (med videoer). PLoS ONE 10 (10): e0139878. doi: 10,1371 /journal.pone.0139878

Redaktør: Leontios Hadjileontiadis, Aristoteles-universitetet i Thessaloniki, Hellas

mottatt: 03.03.2015; Godkjent: 07.09.2015; Publisert: 08.10.2015

Copyright: © 2015 Ota et al. Dette er en åpen tilgang artikkelen distribueres under betingelsene i Creative Commons Attribution License, som tillater ubegrenset bruk, distribusjon og reproduksjon i ethvert medium, forutsatt den opprinnelige forfatteren og kilden krediteres

Data Tilgjengelighet: All relevant data er i avisen og dens saksdokumenter filer

finansiering:. forfatterne fikk ingen spesifikke midler til dette arbeidet. Mu Ltd gitt støtte i form av lønn for forfattere KU, YF, HN og nei, men har ikke noen ekstra rolle i studiedesign, datainnsamling og analyse, beslutning om å publisere, eller utarbeidelse av manuskriptet. De spesifikke roller disse forfatterne er formulert i "forfatterens bidrag" -delen

Konkurrerende interesser:. Kenshiro Uesugi, Yoshiaki Fujito, Hironori Nishihara og Naotake Ohtsuka er ansatt av Mu Ltd Det er ingen patenter, produkter under utvikling eller markedsført produkter for å fortolle. Dette endrer ikke forfatternes tilslutning til alle PLoS ONE politikk på deling av data og materialer.

Innledning

Capsule endoskopi er en minimal invasiv undersøkelse prosedyre som gjør det mulig observasjon av tarmkanalen. En kapsel endoskop (CE) beveger seg i fordøyelseskanalen ved gut peristaltikk, og bildene den henter registreres via trådløs kommunikasjon [1]. Selv om kapsel endoskopi ble anvendt for evaluering av tynntarmen, spiserøret, og tykktarmen som er enkle, langstrakte sylindriske organer, har det ikke vært brukt i magen [1-6]. Som magesekken består av et stort område med en sammensatt pose form, er det ikke mulig å observere hele magen etter mage peristaltikk bare. Videre er det i kapselendoskopi, CE kan ikke bli opprettholdt i en ønsket stilling, og i motsetning til konvensjonelle rør-type endoskopi, kan en sensor ikke observere en lesjon fra en hvilken som helst ønsket retning [7]. En løsning er å legge funksjonene til å styre fra utsiden av kroppen og gir mulighet for sanntidsobservasjon til en CE.

Vi utviklet selvgående Capsule endoskop (SPCE), en CE med ovennevnte funksjoner. Tidligere oppnådde vi kontroll over SPCE i magen av en levende hund [8] og trygt manøvrert enheten i et levende menneske mage, tynntarm og tykktarm [9].

For den praktiske anvendelsen av SPCE, må dens påvise evne vurderes objektivt. CE-funksjoner for å muliggjøre kontrollerbarhet fra utsiden av kroppen og sanntids overvåkning har blitt utviklet ved flere institusjoner [6, 8, og 9]. Imidlertid er det ingen rapport objektiv på detektor evnen av slike enheter. Selv om vi lykkes produsert en SPCE ved å feste en spesiell fin til tiden tilgjengelig CES for spiserør, tynntarm og tykktarm, hver med ulike visningsvinkler og bildefrekvens, mest egnet CE for SPCE forble uklart.

For dette formålet, forsøkte vi å evaluere forskjellene i påvisning av kapasitet og ytelse mellom tre spce typer, av finnen som ble festet til en PillCamSB2, PillCamESO2, eller PillCamCOLON2, i en screening test av magen. Ved å sammenligne funksjonene til hver SPCE type, søkte vi å avklare nytte av hver funksjon og dets gjennomførbarhet i klinisk praksis for å møte de kritiske utviklingsproblemer for noen CES som er kontrollerbare fra utsiden av kroppen i sanntid observasjon, inkludert SPCE.

Materiale og metode

driving system for SPCE via bruk av en Magnetic Field (New MiniMermaid system)

Vi har tidligere rapportert på driving system for SPCE via bruken av et magnetisk felt, nemlig Ryukoku-Osaka system [8]. I denne studien brukte vi en ytterligere modifisert system, kjent som New MiniMermaid system (S1 Video).

SPCE ble bygget ved å koble en dedikert fin laget av silisium harpiks med en mikro-magnet til en eksisterende CE. Lengden av finnen var 19 mm (figur 1). Når mikro-magnet plasseres i et vekslende magnetfelt, vibrerer den. Etter hvert som vibrasjon som overføres til finnen, blir den omdannet til en drivkraft hvis i vann. Derfor er det nødvendig å tilveiebringe vann inn i magesekken for kontroll av SPCE. Videre kan tredimensjonal styring av SPCE oppnås ved å justere det magnetiske felt. I våre forsøk, en sensor kontrollerte SPCE med en dedikert kontroller mens observere via en sanntids overvåking system (Rapid Access; Gitt Imaging Ltd., Israel). (Fig 2) [8]

SPCE

de tre typer CES brukt i denne studien er kommersielt tilgjengelig i flere land: PillCamSB2, PillCamESO2, og PillCamCOLON2 (Gitt Imaging Ltd., Israel) [10-12]. De viktigste spesifikasjonene for hver CE er vist i tabell 1. Den PillCamSB2, som brukes for tynntarmen, har et enkelt hode og tar bilder ved to rammer per sekund (fps) ved en betraktningsvinkel på 156 °. Den PillCamESO2, som vanligvis brukes for spiserøret, har doble hoder, som fanger bilder på 18 fps hver og gir en ekstra bred visningsvinkel på 169 °. Den PillCamCOLON2 for kolon har også doble hoder med en adaptiv bildefrekvens (AFR) og en visningsvinkel på 172 ° [10-12]. Den AFR lar PillCamCOLON2 til å ta bilder på 18 fps i bevegelse modus og to fps i nesten stillestående modus [13]. Den PillCamCOLON2 flyter lettere enn den PillCamSB2 og PillCamESO2 på grunn av sin mindre spesifikke vekt [14]. For tohodet CES-dvs.., Den PillCamESO2 og PillCamCOLON2-kameraet på en hode ble brukt til dette forsøket, mens det av den andre hodet var festet til finnen og ikke brukes til å ta bilder (fig 1A). I denne studien, de tre SPCEs festet til PillCamSB2, PillCamESO2, og PillCamCOLON2 ble navngitt som SPCE-SB2, SPCE-ESO2, og SPCE-COLON2 hhv.

Magen Modell

Magen modellen ble opprettet fra en utskåret svin mage. Elleve forskjellige fargede Knappene ble sydd fast på den mukosale side av magesekken (figur 3). Hver knapp farge er klart forskjellig fra fargen i slimhinnene i svine-mage uten blodstrøm. I magesekken hos mennesket, er kvantitativ evaluering ofte vanskelig fordi det ikke er mulig å sy knapper som landemerker. Magen Modellen ble løst i en styrol-skummet boksen for å tillate den å rotere manuelt, fordi en pasient får lov til å endre postural stillinger i klinisk praksis. Magen modellen ble fylt med 500 ml vann før eksperimentet (fig 4). Den utskårede porcint magen ble oppnådd fra Osaka kjøtt Organ Corporation (Osaka, Japan) to dager før inngrepet. Magen ble fremstilt som beskrevet ovenfor dagen før prosedyren.

Evaluering

Fire sensorer (KO, TK, MI, og KU) deltok i forsøket. De fire sensorene visste posisjonene til de fargede knappene i magen modellen på forhånd. Hver sensor kontrollerte SPCE i magen modell i 10 minutter, forsøker å detektere og tett undersøke så mange knapper som mulig. Magen modellen ble rotert, som per sensors instruksjon. Først ble magen modellen plasseres liggende, og deretter roteres mot venstre lateral decubitus stilling, liggende stilling, og til slutt, den høyre lateral decubitus stilling. Bakgrunnen for posisjonsendring var å minimalisere mengden av vann som strømmer ut av magesekken inn i tolvfingertarmen. Undersøkelsen ble gjennomført ti ganger bruker SPCE-SB2 (KO: 3 ganger, TK: 3 ganger, MI: 2 ganger, KU: 2 ganger) og SPCE-COLON2 (KO: 3 ganger, TK: 3 ganger, MI: 2 ganger, KU: 2 ganger). Men for SPCE-ESO2, ble testen utført bare ni ganger fordi batteriet av PillCamESO2 helt utladet under eksamen (KO: 3 ganger, TK: 2 ganger, MI: 2 ganger, KU: 2 ganger).

Vi utviklet to parametere for å evaluere detektere evnen til SPCEs. Først ble antallet detekterte knapper som brukes for å vurdere deres evne til å finne lesjoner. For det andre ble en SPCE ytelse poengsum beregnet for å vurdere muligheten for å undersøke disse lesjoner i detalj. Stillingen ble definert som summen av poeng gitt til hver knapp som følger: 2 poeng ble gitt hvis en knapp kunne bli kontaktet og observeres nøye; 1 poeng ble gitt hvis en knapp kom til syne, men kunne ikke bli observert på nært hold; og ingen poeng ble gitt hvis en knapp ikke kunne påvises (figur 5). Det maksimale antall knapper var 11, og at av SPCE ytelse poengsum var 22 poeng.

Eksperimentet av hver SPCE ble plassert mer enn en måned, og sensor gikk et eksperiment av hver SPCE etter at de praktiserte flere ganger med SPCE-SB2 i forrige forsøket. Således forbedring av experimenter SPCE operasjonen ved å legge et antall eksperimenter ikke tas i betraktning.

Statistical Analysis

signifikante forskjeller mellom bruk av data for to ulike testgruppene ble evaluert ved hjelp av Mann -Whitney U
-test. En p-verdi på < 0,05 ble betraktet som signifikant, og alle testene var tosidig. Data er uttrykt som gjennomsnitt ± standardavvik. Alle statistiske analyser ble utført med PASW Statistikk 18 for Windows (SPSS Japan, Tokyo).

Resultater

Median antall knapper påvist i 10 min var 11 for SPCE-ESO2 [indre kvartilområdet (IQR): 0], 10,5 (0,5) for den SPCE-COLON2, og 8 (1,0) for den SPCE-SB2. Den SPCE-ESO2 og SPCE-COLON2 hadde en betydelig bedre evne til å oppdage lesjoner enn SPCE-SB2 (p < 0,05). Det var ingen signifikant forskjell i evnen til å oppdage lesjoner mellom SPCE-COLON2 og SPCE-ESO2. Sensor var i stand til å oppdage alle knappene i hver undersøkelse bruker SPCE-ESO2 (fig 6).

Median SPCE ytelse poengsum var 22 (0) for SPCE-ESO2, 16,5 (1,5) for SPCE -COLON2, og 14 (1,0) for SPCE-SB2. Det var signifikante forskjeller mellom de tre spce typer (p < 0,05 for alle sammenligninger: SPCE-SB2 versus SPCE-ESO2, SPCE-SB2 versus SPCE-COLON2, og SPCE-ESO2 versus SPCE-COLON2) (figur 7).

i de 10 undersøkelser utført ved hjelp av SPCE-SB2, påvisning av knappene i overkroppen av den større kurvatur og fornix var betydelig vanskeligere. Den SPCE-SB2 kunne oppdage knappen fornix i bare to eksamener og en på større krumning av overkroppen i tre undersøkelser. Men påvisning av knappene i antrum av bakre vegg (10/10 eksamener), underkroppen av mindre krumning (9/10), og overkroppen av bakre vegg (9/10) var nesten alltid mulig.

i åtte av de ni undersøkelser utført ved hjelp av SPCE-ESO2, alle knappene kunne observeres i detalj. Tiden som kreves for SPCE-ESO2 å observere alle knappene i detalj var 468 ± 74 s (7,8 ± 1,2 min).

SPCE ytelse poengsummen for SPCE-SB2 var lav på 14 (tabell 2 ). Av de tre spce typene, den SPCE-ESO2 var den mest effektive i å oppdage lesjoner og vurdere dem nøye (S2-S4 videoer).

Diskusjoner

Denne studien identifisert CE spesifikasjoner som påvirket de spce funksjoner. Den SPCE-COLON2 og SPCE-ESO2 hadde en større visningsvinkel enn SPCE-SB2, og var i stand til å oppdage betydelig flere knapper enn den sistnevnte en i løpet av 10 minutter, som var den primære årsaken til forbedret evne til å finne lesjoner. I tillegg SPCE-COLON2 og SPCE-ESO2, noe som kan ta flere bilder i et sekund, var i stand til å nærme nærmere knappene enn SPCE-SB2.

Ved å bruke et svin mage modell, vi demonstrert at den mest passende CE for SPCE var PillCamESO2. Siden hentet fra SPCE-ESO2 video dukket opp i en kontinuerlig måte, manøvrering enheten og nærmer knappene inne i modellen var enkelt via trådløs kontroll fra utsiden av magen modell. Men vi hadde ikke forventet at SPCE-COLON2 ville være dårligere enn den SPCE-ESO2. Fordi PillCamCOLON2 er utformet for observasjon av tykktarmen, er dens egenvekt lavere, og anordningen er mer spenstig enn PillCamESO2 [14]. Derfor, har en tendens til å møte PillCamCOLON2 oppover i stedet for nedover i vannet. Videre betyr det SPCE-COLON2 ikke sende alle bildene til sanntids overvåking system, mens SPCE-ESO2 kunne sende alle bilder som er tatt på 18 fps. Videre er fange hastigheten på SPCE-COLON2 ikke konstant på grunn av AFR. Disse faktorene ble reflektert i de ulike SPCE ytelse skårer oppnådd i våre eksperimenter. Jo høyere fange fart aktivert finjusteringer mens kontrollere SPCE. Med andre ord, sensor var i stand til å flytte SPCE mer presist mot målet, nærmer det, og stoppe på en passende avstand.

Våre resultater antydet at SPCE-ESO2 kunne brukes til å screene og nøye undersøke magesekken hos mennesket på mindre enn 10 minutter, som er innenfor den vanlige varighet av en gastrisk endoskopi prosedyre og gir mulighet for tilstrekkelig undersøkelse før PillCamESO2 går ut av batteriet. Men SPCE-SB2, med en dårligere ytelse i forhold til SPCE-ESO2, kan gå glipp av disse lesjoner lokalisert i overkroppen av den større kurvatur og fornix. I tillegg har vi funnet at lesjoner i antrum av den bakre veggen, ble underkroppen av de mindre krumning, og det øvre legeme av det bakre veggen lett å oppdage ved hjelp av SPCE. Den SPCE kan lett nærme seg nær den bakre vegg når det magnetiske feltet ble svekket. Observasjon av fornix syntes å være vanskelig fordi SPCE som kreves for å manøvreres over store folder rundt fornix, hvor luft har en tendens til å hope seg opp. Det er viktig å identifisere disse mulige blinde nettstedene før klinisk anvendelse. Likevel kan real mage lesjoner ikke sammenlignes med knappene i magen modellen som brukes i denne studien. Derfor må vi vurdere observasjon sekvens mer effektivt ved å utføre ytterligere eksperimenter med magen modell. Rey et al. rapporterte resultater fra kliniske studien bruker Magnetisk Guidet Capsule Endoskopi (MGCE) som var en kapsel endoskop opera fra utsiden av kroppen utviklet av seg selv, men dette var ikke en sammenligning undersøkelse av evnen til MGCE [15, 16]. Fra våre resultater, for klinisk anvendelse, er det vurdert at en kontrollerbar CE med funksjoner som SPCE-ESO2 er egnet.

Vår studie har flere begrensninger. Magen modellen i denne studien er ikke det samme som et levende menneske mage med peristaltiske bevegelse og sekresjon av gastrisk slim. Dessuten mangler grisen magen modell mucosa blodstrøm, og er hvitere enn gastrisk mucosa av et levende menneske. I tillegg er de fire sensorene kjente posisjonen til de fargede knappene i magen modellen, og dette kan ha gjort påvisning av de fargede knappene i magen modellen lettere. Men vi objektivt sammenlignet tre typer SPCE og demonstrert for første gang at SPCE kunne observere alle områder av magen. Fordi sy fargede knappene til en in vivo magen ikke er praktisk, valgte vi å bruke Bolts svin magen. Vi har vist at SPCE-ESO2 kunne brukes til å undersøke hele indre overflate av det utskårede svine-mage. Fremtidige studier i live menneskelige magen er nødvendig.

Konklusjoner

I denne studien, viste vi at evnen til å finne lesjoner og undersøke dem i detalj avhengig av CE visningsvinkel og rammen frekvensen av bildene, henholdsvis. Disse resultatene kan tillate oss å løse andre problemer av SPCE, for eksempel kontroll CE fra utsiden av kroppen på vilje, finne en lesjon, og undersøke det i detalj. Den SPCE-ESO2 kan være den mest gjennomførbare i klinisk praksis. Senere eksperimenter ved hjelp av SPCE-ESO2 i en menneskekropp er garantert.

I tillegg er resultatene anses å være universell for utvikling av en CE som er styrbare fra utsiden av kroppen, og gjør det mulig for sanntids overvåkning , inkludert SPCE.

Hjelpemiddel Informasjon
S1 Video. Den selvgående kapsel endoskop er kontrollerbar i tredimensjonale retninger hvis du er i vannet
doi:. 10,1371 /journal.pone.0139878.s001 product: (ZIP)
S2 Video. Utsikten over SPCE-SB2
doi:. 10,1371 /journal.pone.0139878.s002 product: (ZIP)
S3 Video. Utsikten over SPCE-ESO2
doi:. 10,1371 /journal.pone.0139878.s003 product: (ZIP)
S4 Video. Utsikten over SPCE-COLON2
doi:. 10,1371 /journal.pone.0139878.s004 product: (ZIP)

Takk

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

• PLoS ONE: H. pylori seropositive før Alder 40 og påfølgende risiko for magekreft: Et glimt av den sanne forholdet
• PLoS ONE: Næringsstoffer Forskjellig Regulering Nucleobindin-2 /Nesfatin-en In Vitro i Cultured Mage Ghrelinoma (MGN3-1) celler og in vivo hos hannmus