Cromoendoscopia em magneticamente cápsula endoscopy

cromoendoscopia na cápsula endoscópica magneticamente guiada da arte abstracta
Fundo
Diagnóstico de metaplasia intestinal e displasia via endoscopia convencional é caracterizada pela concordância entre baixa e fraca correlação com achados histopatológicos guiada. Cromoendoscopia aumenta significativamente a visibilidade das irregularidades de mucosa, como metaplasia e displasia mucosa. cápsula endoscópica magneticamente guiada (MGCE) oferece uma tecnologia alternativa para exame GI superior. Esperamos que as dificuldades de diagnóstico de neoplasia em endoscopia convencional para transferir para MGCE. Assim, pretendemos traçar um caminho para a aplicação do cromoendoscopia em MGCE através de um estudo ex-vivo animal.
Métodos
propomos um protocolo de preparação modificado que adiciona uma etapa de coloração com o protocolo de preparação MGCE existente. Uma concentração óptima coloração é quantitativamente determinado para diferentes tipos de manchas e patologias. Para o efeito, 190 amostras de tecido estômago de porco com e sem imitações de lesão foram coradas com diferentes concentrações de corante. critérios visuais quantitativos são introduzidos para medir a qualidade da coloração com respeito à mucosa e a visibilidade da lesão. Thusly determinadas concentrações óptimas são testados em um experimento estômago de porco ex-vivo sob a orientação magnética de uma cápsula endoscópica com o protocolo modificado.
Resultados
Descobrimos que a modificação protocolo proposto não afeta a visibilidade no estômago ou steerability da cápsula endoscopia. Uma concentração óptima coloração média para o protocolo proposto foi encontrado em 0,4% para metileno carmim azul e Indigo. A visibilidade da lesão é melhorada usando o corante concentração óptima previamente obtida.
Conclusões
Concluímos que cromoendoscopia pode ser aplicado na mucosa MGCE e melhora a visibilidade e lesão. avaliação sistemática fornece informações importantes sobre a concentração de coloração adequada. No entanto, outro animal e humano in vivo estudos são necessários. Background
Palavras-chave
azul de metileno Indigo Carmine Coloração
Embora a incidência e mortalidade estão diminuindo câncer, gástrica com 738.000 casos em todo o mundo em 2008, é o segundo mais letal digestivo neoplasia no mundo [1]. metaplasia intestinal e displasia são precursores de câncer [2]. A identificação dessas lesões e acompanhamento de pacientes aflitos poderia levar a um diagnóstico e tratamento precoce, e, assim, aumentar a sobrevivência do paciente [3, 4]. Esofagogastroduodenoscopia (EGD) é o procedimento mais comum para o diagnóstico e tratamento. No entanto, para a detecção de metaplasia e displasia EGD convencional é caracterizada pela concordância entre baixa e baixa correlação com os achados histopatológicos [5, 6].
Estão disponíveis várias técnicas para melhorar e destacando irregularidades da mucosa e para aumentar a visibilidade das estruturas que encontram-se sob a superfície da mucosa. Os métodos mais importantes incluem imagens de banda estreita, confocal endomicroscopy laser, endoscopia ampliação, tomografia de coerência óptica e cromoendoscopia [7-10]. Estas técnicas têm sido frequentemente comparados uns contra os outros, ou em combinação em termos do seu impacto na precisão do diagnóstico (por exemplo, em [11, 12]). No entanto, uma diferença substancial entre cromoendoscopia e todas as técnicas concorrentes reside na falta de hardware adicional. Cromoendoscopia não requer nenhuma modificação do hardware do próprio sistema de imagem.
Além disso, em cromoendoscopia EGD e colonoscopia foi mostrado para melhorar significativamente a visibilidade das irregularidades da mucosa, como metaplasia e displasia [13]. Cromoendoscopia consiste na aplicação tópica de diferentes manchas para melhorar a visibilidade do tecido, a localização e caracterização para o propósito de melhor diagnóstico. Cromoendoscopia geralmente consiste de quatro passos para manchas de absorção e três passos para manchas de contraste: (1) A aplicação de uma solução de ácido para dissolver o muco gástrico, (2) a aplicação local de uma mancha, (3) (apenas para as manchas de absorção) lavagem do respectiva região com água e (4) a inspecção visual das regiões manchadas para fins de diagnóstico. Em (1) - (3) a aplicação do corante é realizada localmente utilizando o canal de trabalho do endoscópio e diferentes cateteres de pulverização (método directo) sob a orientação visual do endoscópio. Para a aplicação colonoscopia passiva de mancha com uma cápsula cheia de pó de corante também tem sido relatada [14, 15]. Neste procedimento uma cápsula com pó de corante é dado ao paciente após a administração de uma solução de limpeza do intestino, tais como PEG. Entre a administração corante e o exame de colonoscopia é necessário um tempo de espera. A aplicação do corante na parte da manhã e da tarde em exame foi classificado como um intervalo de tempo suficientemente grande [14]. Embora o procedimento verificou-se ser possível, dificuldades têm sido relatadas devido à aplicação não homogénea da mancha [16]. A aplicação oral de corante para a análise do estômago sem o uso de um cateter de pulverização (método indirecto) foi descrito em [15, 17].
Recentemente, diferentes abordagens para endoscópios magneticamente guiados cápsula (MGCE) para exames gástrica e do intestino delgado foram apresentados [18-23]. Em um estudo clínico em seres humanos, demonstrou a viabilidade MGCE de exploração gástrico com um endoscópio cápsula guiada [18, 19]. Neste estudo específico o estômago foi cheio com água e a cápsula foi navegado a partir do exterior através de um campo magnético externo. O operador pode controlar o movimento da cápsula durante o exame usando feedback de imagiologia gástrica em tempo real fornecida por dois sensores da câmara de cápsula. Assim, ele poderia obter um número suficiente de imagens estômago de superfície com valor diagnóstico.
Esperamos que as dificuldades conhecidas no diagnóstico de neoplasia, sobre concordância em endoscopia convencional, transferir para MGCE. MGCE poderia, assim, beneficiar de cromoendoscopia da mesma forma endoscopia clássica faz. No entanto, em comparação com a aplicação direta de mancha na EGD ea maioria dos procedimentos de colonoscopia, em MGCE única aplicação indireta é possível. Nenhuma preparação de ácido e lavagem da mucosa gástrica é possível. Além disso, a água em que a cápsula é manobrado, não deve ser coradas em níveis que reduzem a visibilidade geral. métodos concorrentes, como imagem de banda estreita no diagnóstico de neoplasia colorretal são difíceis de integrar em uma cápsula endoscópica [11]. Além disso, como em muitas técnicas endoscópicas o impacto exacto da cromoendoscopia e os detalhes técnicos ainda não foram estabelecidos [24, 25]. Por exemplo, na literatura ([5, 26, 27]) pode-se encontrar três concentrações diferentes de corante azul de metileno e épocas de aplicação para o exame de neoplasia gástrica. A busca de uma concentração ideal para um procedimento de coloração em ensaios em animais e humanos tem sido relatado algumas vezes, mas sem o apoio de uma análise aprofundada. Em [28] uma concentração de coloração ideal para a simultânea endomicroscopy confocal a laser e cromoendoscopia com violeta cresil é avaliada em camundongos, mas sem um critério objectivo. Em [29] uma concentração de coloração ideal para endocytoscopy foi acessado em um estudo ex-vivo animal em que recém-ressecado esôfago porcine, estômago e cólon foram examinados. o contraste da imagem e o estado de coloração foram avaliados por especialistas para cada órgão para determinar a melhor concentração. Os resultados foram transferidos para os órgãos humanos ressecado. O problema de um estudo sistemático falta para cromoendoscopia clássico nas transferências estômago para MGCE e torna-se mais grave com os desafios da aplicação indireta da mancha.
Neste trabalho, avaliar a possível aplicação de cromoendoscopia para MGCE em um ex-vivo estudo animal. Em primeiro lugar, propõe-se uma alteração ao protocolo de preparação MGCE a fim de incorporar um procedimento de coloração para cromoendoscopia. Em segundo lugar, apresentamos um método para avaliar sistematicamente uma concentração ótima de corante para a modificação do protocolo proposto. A optimização é realizada em experiências utilizando amostras de tecido de estômago de porco e no que diz respeito à melhor visibilidade de tecido de diferentes histológica ou natureza patológica. Em terceiro lugar, transferir esses resultados para um experimento estômago de porco ex-vivo sob a orientação magnética de um endoscópio cápsula. Estas experiências deve determinar: a) geral a visibilidade debaixo de água após o protocolo de coloração passiva proposto; e b) a mucosa e a visibilidade da lesão com a concentração de corante optimizada.
O íman orientação é tecnicamente semelhante ao utilizado para o estudo em humanos [18, 19]. Todas as funções de navegação desse estudo também estão disponíveis em nossa configuração. O sistema é um desenvolvimento conjunto da Siemens Healthcare e Olympus Medical Systems Corp. Seus componentes principais são: (1) Um ímã orientação que consiste em um conjunto de bobinas eletromagnéticas que definem um volume de trabalho e que permitem ao operador controlar um endoscópio cápsula com 5 graus de liberdade (DOF). A densidade de fluxo magnético tem um máximo de 100 militesla. (2) A cápsula endoscópica de comprimento 31 milímetros fabricado pela Olympus Medical Systems Corp. com uma build-in imã permanente e duas câmeras CCD cada transmissão de 2 quadros por segundo em tempo real para um receptor externo ligado ao corpo do paciente. (3) Um monitor mostrando as imagens cápsula para o operador. (4) Um conjunto de alavancas que permitem que o operador para manobrar a cápsula no interior do estômago. A orientação de um campo electromagnético (EM) orienta a cápsula no estômago. O campo EM em conjunto com um campo de gradiente EM gerar forças sobre o endoscópio cápsula inferior a 1 milinewton. Estes são suficientes para movimentos de translação. Mais detalhes sobre a criação do íman orientação hardware e o software pode ser encontrada em [30]. A orientação da cápsula é feita com base em imagens em tempo real fornecidas pela cápsula endoscópica dentro do estômago de porco.
Em [31] um estudo estômago de porco foi apresentada para melhorar a visibilidade mucosa em MGCE utilizando azul de metileno. Este estudo foi limitado a apenas alguns casos e um único corante. A dirigibilidade magnética só foi simulado utilizando um suporte de plástico e não houve uma avaliação sistemática, de uma concentração de corante optimizada antes das experiências. Considerando que, neste trabalho, a dirigibilidade magnética é conseguida com um ímã orientação cápsula. O estudo é realizado com um grande número de estômagos de suínos e leva a uma avaliação sistemática dos dois tipos de corantes ideais.
Métodos
alteração do Protocolo preparação para MGCE
O protocolo de preparação estabelecida utilizado para o estudo MGCE humana existente com 43 pacientes consiste em três administrações de água da torneira antes do exame: [18, 19]
existente protocolo de preparação MGCE
E.1 500 ml de água limpa à temperatura ambiente uma hora e 15 minutos antes do exame e após o jejum durante a noite.
E.2 400 ml de água limpa à temperatura ambiente 15 minutos antes do exame seguido de exercícios leves.
E.3 400 ml de água limpa para perto da temperatura corporal, imediatamente antes do exame .
Todas as aplicações são administradas por via oral. Passos E.1 e E.2 destinam-se principalmente para a limpeza do estômago. Passo E.3 visa expandir o estômago, a fim de obter espaço suficiente para a cápsula para ser manobrado e a visibilidade completa da mucosa do estômago sem pregas gástricas sobrepostos uns aos outros e, eventualmente, escondendo partes relevantes da mucosa. Passo E.3 não podem ser modificados uma vez que é crucial para a orientação da cápsula no interior do estômago. Esperamos que a água a ser corado, de tal forma que a visibilidade geral é reduzida quando a mancha é directamente aplicado antes da E.3. Por isso, propomos para atender a uma etapa de coloração entre as etapas E.1 e E.2 do protocolo de preparação existente. A fim de realização de novas experiências com animais Phantoms o seguinte protocolo é adotado para estômagos de suínos: protocolo de preparação MGCE
modificado para estômagos de suínos
M1 2000 ml de água limpa à temperatura ambiente, que é esvaziada do estômago imediatamente após a administração. O propósito deste passo é ainda o de limpeza de muco a partir do estômago e /ou alimento restante.
M2 100 mL de corante, seguido de 5 minutos de massagem e amassar do estômago para simular o movimento peristáltico, seguido pelo esvaziamento do estômago do corante. Este passo aplica-se o corante para as paredes do estômago. Massagem e amassar o estômago simula movimento peristáltico e é realizado sob a suposição de que o corante seria naturalmente espalhadas por todas as áreas anatômicas do estômago no caso natural. Simulando o peristaltismo digestivo através de massagem um saco Stomacher ou um sistema de roldanas para criar movimento peristáltico em um modelo de estômago mecânica foi relatado em [32, 33].
M.3 500 ml de água limpa à temperatura ambiente, que permanece no estômago durante 5 minutos e é depois esvaziado. Este passo é similar ao E.2 do procedimento MGCE padrão, mas desta vez ele também evacua o corante remanescente.
M.4 2000 ml de água limpa para perto da temperatura corporal, imediatamente antes do exame (mesmo propósito que E.3 ).
Todas as aplicações são executadas através do esôfago e pretende simular a aplicação oral de água e corante. Usando uma combinação de água, para expandir o estômago, e corante, ao mesmo tempo foi assumido como sendo incompatível com MGCE uma vez que a visibilidade da cápsula se deterioraria. O esvaziamento é realizada apertando suavemente o estômago e imita a evacuação natural do conteúdo do estômago para o intestino delgado. A quantidade de água para lavar e expansão do estômago (M1 etapa e M.4) foi definido para valores maiores devido ao tamanho maior de estômago de um porco.
Lesão e lesão imitações alvo
para avaliar os benefícios de cromoendoscopia em MGCE o método proposto é testado em mucosa saudável e imitações de lesões neoplásicas. As lesões de possível cancro gástrico precoce (EGC) são subdivididas em 3 categorias principais: saliente (0-I), não salientes e não escavada (0-II), escavada (0-III), com cada um destes tipos tem várias sub -Tipos [34]. Dois tipos de lesão são consideradas de forma a avaliar os benefícios de cromoendoscopia com o protocolo modificado proposto: pseudopólipos para simular uma lesão saliente (0-lp) e lesões não-saliente ligeiramente deprimidas de tipo 0-IIc. Em [35] é descrito um método para criar um pseudopólipos usando um dispositivo de ligação de varizes esofágicas. Utilizou-se uma abordagem semelhante, mas utilizado um fio de sutura para efectuar uma ligadura da mucosa do estômago, a fim de criar um pseudopólipos. Para a simulação de lesões 0-IIc não salientes 10% de solução de HCL foi aplicada à mucosa do estômago por 15 segundos e lavado com água da torneira. Oito imagens de exemplo (quatro de 0-lp e quatro de 0-IIc) das imitações de lesão criados são mostrados na Figura 1. Figura 1 imitações Lesão: Figura 1 (A): Quatro exemplos de não-salientes lesões ligeiramente-deprimidos (0 -IIc) contornos com linhas escuras, Figura 1 (b): quatro exemplos de pseudopolyps (marcadas com setas) para simular uma lesão saliente (0-lp)
Stains
Durante EGD ou colonoscopia, manchas diferentes são usados. para cromoendoscopia. Eles são classificados como de absorção, o contraste ou reativa [24]. Em nossos experimentos, usamos uma mancha de absorção (azul de metileno) e uma mancha de contraste (índigo carmim). Azul de metileno, é absorvida por tipos específicos de células e destaques, portanto, através da absorção preferencial. Indigotina não é absorvente e destaca a mucosa, reunindo mecanicamente em cervices entre as células epiteliais, lesões de gordura ou deprimidas e outras irregularidades. As imitações de lesão do tipo 0-IIc (precoce do câncer gástrico) são coradas com índigo carmim como descrito em [36]. . Para a coloração de detalhes finos do azul de metileno mucosa é usado
critérios visuais de uma concentração mancha ideal
Um procedimento de coloração para cromoendoscopia em MGCE tem desafios adicionais em comparação com cromoendoscopia clássico envolvendo um endoscópio flexível: aplicação local de mancha tal como utilizado na colonoscopia EGD e não é possível em MGCE, nem é uma preparação de ácido da mucosa ou lavagem do muco gástrico após a aplicação do corante. A concentração do corante ideal é quantitativa e avaliados sistematicamente e mais aplicado no protocolo proposto. Para esse efeito, um grande número de imagens a partir de amostras de tecido de estômago de porco é corado com diferentes concentrações de corantes, a fim de determinar uma concentração óptima coloração (Ver Figuras 2 e 3). Desde que descobriu que simples inspeção visual não é suficiente para avaliar com precisão a concentração mancha óptimo, definimos dois parâmetros visuais objetivos para avaliar a concentração aplicada a mucosa saudável e imitações de lesão 0-IIc: Figura 2 metileno coloração azul: manchas estômago de porco decorrentes diferentes estômagos coradas com concentração de 0% a 1,4% azul de metileno. (A): sem coloração, (B): 0,2%, (C): 0,4%, (D): 0,6%, (E): 0,8%, (F): 1%, (L): 1,2%, ( H): 1,4%. Imagem de patches de estômago de porco 2 x 2 cm foram cortadas para 1,8 x 1,8 cm.
Figura 3 manchas de estômago de porco com imitação de lesão corada com diferentes concentrações de índigo carmim. (A) sem coloração, (B) 0,2%, (C) 0,4%, (D) 0,6%, (E) 0,8%, (F) 1%. Não salientes lesões ligeiramente-deprimidos (0-IIc) são contornados com contornos vermelhos. Imagem de patches de estômago de porco 2 x 2 cm foram cortadas para 1,8 x 1,8 centímetros
1. Lesão-a-fundo contraste:. Contraste da imagem pode ser definida como a diferença quantitativa, em termos de cor e intensidade, entre vários espacial vizinha regiões de imagem ou objetos dentro de uma imagem. Para imagens endoscópicos contraste pode ser interpretado como a diferença qualitativa local na cor e /ou intensidade entre o tecido patológico e saudável vizinho. Uma concentração de mancha óptimo para a visualização de uma lesão que, por conseguinte, ser definida por uma concentração que conduz a um contraste máximo entre patológica e mucosa sã. Cromoendoscopia visa melhorar este contraste, tanto quanto possível por o corante aplicado e as alterações resultantes na coloração de vários tipos de mucosa. Nós atribuir uma pontuação numérica I
c
que pode informalmente ser definida como o contraste médio entre o tecido da lesão e tecido saudável.
Para o cálculo da pontuação contraste I
c
duas regiões R
l
e R
h
são definidos para a região da imagem com lesões e os tecidos saudáveis, respectivamente. Uma vez que o contraste de uma imagem pode ser descrita como a diferença quantitativa entre diferentes regiões da imagem. A medição do contraste I
c
entre as duas regiões podem, portanto, ser denota como I
c
=
g
(
R
l
)
-
g
(
R
h
)
(1), onde g
(·) refere-se à conversão de escala de cinza da imagem original da cor. Para calcular tal pontuação contraste, para cada imagem as duas regiões R
l
e R
h
são escolhidas manualmente dentro de uma região com lesões e o tecido saudável. Este processo de rotulagem não segmenta a fronteira exata entre tecidos saudáveis ​​e doentes. segmentação manual está sempre sujeito ao perito. Mais nomeadamente, uma segmentação exacta é relativamente pouco importante, em comparação com o contraste geral entre duas regiões de imagem. Assim uma segmentação região exacta não é necessário. A Figura 4 mostra um exemplo de uma região de tecido doente segmentado manualmente. O valor em uma escala de cinza situa-se entre 0 e 255. Assim, a pontuação para o contraste lesão-a-fundo também situar-se entre estes dois valores, onde um pequeno valor implicaria pobres contraste e um alto valor poderia indicar uma imagem com alta contraste entre a lesão eo fundo. Em [29], uma tal abordagem foi definido para determinar o contraste óptimo entre o citoplasma e o núcleo para endocytoscopy. Figura 4 exemplo de etiquetagem método: Figura 2 (A): sem etiquetas. A Figura 2 (B): A região de tecido doente segmentado é delimitada por uma linha vermelha. Os pontos da linha vermelha mostra os pontos de segmentação selecionados manualmente
2. variância textura global:. Várias medidas de textura são conhecidos a partir da visão do computador em geral e em particular de processamento de imagens médicas com a finalidade de automática segmentação, classificação ou conteúdo com base recuperação de imagens [37, 38].
imagem textura pode ser descrito como uma medida de arranjo espacial e distribuição de intensidade e /ou cor em uma imagem. No âmbito destes acordos e distribuições a variância pode ser medido. Para imagens em endoscopia esta pode ser a diferença quantitativa global em cor e /ou intensidade entre o tecido de diferentes histológica ou natureza patológica ea variação de intensidade /cor entre estas áreas de tecido. Uma imagem que apresenta alta textura é uma imagem com uma quantidade considerável de variação de intensidade /cor distinguíveis. Se, ao mesmo tempo que a imagem apresenta uma elevada variância entre estas regiões da imagem que traduzem esta a uma imagem com textura elevada variância. Cromoendoscopia visa melhorar a variância textura global, destacando as áreas de tecido sobre a mucosa gástrica com diferentes características tão claramente quanto possível. Um corante ideal seria, portanto, maximamente melhorar as áreas de tecidos diferentes realmente existentes e causaria alta variação no contraste entre esses diferentes texturas.
Uma característica popular para descrever a textura é o padrão local binário (LBP) [39]. Este método tem sido amplamente aplicado no processamento de imagem médica e tem, entre outras variações, foi estendido para quantificar a variação de textura mundial de uma imagem [40]. Nós atribuir uma pontuação numérica v
um
r
(R
, N
) g
que pode informalmente ser definida como a variação de contraste na textura da imagem.
O cálculo do v of a
r
(R
, N
) g
é a seguinte: O princípio básico da LBP é uma caracterização discreta dos bairros de pixel . Cada pixel de uma imagem é atribuído um valor, dependendo de como ela se relaciona com os seus pixels vizinhos em termos de intensidade. A vizinhança é geralmente definida por dois parâmetros, os quais são o número de pixels tomadas em conta e a distância entre o pixel central e os seus vizinhos. Em LBP os vizinhos estão dispostos em círculo em torno de um pixel central e, portanto, a distância pode ser simplesmente definida pelo raio do círculo. Cada pixel nesta círculo é atribuído o valor 0, se a sua intensidade é inferior à intensidade do pixel central e o valor 1 se o valor de intensidade é maior do que a do pixel central. Para um pixel central com 8 vizinhos que resultariam, por exemplo, em um número binário de 8 dígitos, que leva para o nome original de um padrão binário linear. Um padrão LBP binário em um pixel central p
c
na posição (c
x
, c
y
) com o seu N
vizinhos Pixels p
n
em um raio R
pode, portanto, ser descrito como LBP (
R
,
N
)
(
c
x
,
c
y
)
=
Σ
i
=
1 | N
b
(
p
n
(
i
)
-
p
c
x
,
c
y
)
×
2
N
(
d
→

• Avaliação do sistema de pontuação GAMBÁ em pacientes com câncer gástrico submetidos a gastrectomia D2-
• alterações de gordura visceral após gastrectomia distal consoante o tipo de procedimento de reconstrução para câncer gástrico