Хромоэндоскопии в магнитно руководствовались капсулу endoscopy

хромоэндоскопии в магнитно управляемой капсульной эндоскопии
Аннотация
Справочная информация
Диагностика кишечной метаплазии и дисплазии через обычной эндоскопии характеризуется низким соглашением межнаблюдательная и слабая корреляция с гистологических исследований. Хромоэндоскопии значительно улучшает видимость нарушений слизистой оболочки, как метаплазии и дисплазии слизистой оболочки. Магнитно руководствовались капсульной эндоскопии (MGCE) предлагает альтернативную технологию для верхней экспертизы GI. Мы ожидаем, что трудности диагностики новообразований в обычной эндоскопии передать MGCE. Таким образом, мы стремимся, чтобы наметить путь для применения хромоэндоскопии на MGCE через исследования экс-естественных животных.
Методы
Предложен модифицированный протокол подготовки, который добавляет стадию окрашивания к существующему протоколу подготовки MGCE. Оптимальная концентрация окрашивания количественно определяют для различных типов пятен и патологий. С этой целью 190 образцов ткани свиньи желудка с и без поражения имитаций были окрашены с различными концентрациями красителя. Количественные визуальные критерии вводятся для измерения качества окрашивания по отношению к слизистой оболочке и видимость поражения. Thusly определены оптимальные концентрации испытываются в экс-естественных условиях эксперимента свиньи желудка под руководством магнитного эндоскопической капсулы с модифицированным протоколом.

Результаты Мы обнаружили, что предлагаемое изменение протокола не влияет на видимость в желудке или управляемостью капсулы эндоскопии. Средняя оптимальная концентрация окрашивания для предлагаемого протокола было установлено на уровне 0,4% для метиленовый синий и индигокармин. Видимость поражение улучшается с использованием концентрации, полученной ранее оптимальный краситель.
Выводы
Мы пришли к выводу, что хромоэндоскопии могут быть применены в MGCE и улучшает к слизистой оболочке и поражения видимость. Систематическая оценка дает важную информацию о соответствующей концентрации окрашивания. Однако дальнейшее животных и человека в естественных условиях исследования необходимы.
Ключевые слова
Метиленовый синий индиго кармин Окрашивание фона
Хотя заболеваемость и смертность снижается, рак желудка с 738.000 случаев во всем мире в 2008 году является второй наиболее смертоносной пищеварительный новообразование в мире [1]. Кишечные метаплазии и дисплазии являются предшественниками рака [2]. Идентификация этих поражений и последующей пораженных пациентов может привести к ранней диагностике и лечению, и тем самым повысить выживаемость пациента [3, 4]. Эзофагогастродуоденоскопия (ЭГДС) является наиболее распространенной процедурой для диагностики и лечения. Тем не менее, для обнаружения метаплазии и дисплазии обычного ФГДС характеризуется низким соглашением межнаблюдательная и слабая корреляция с результатами гистологических [5, 6].
Различные методы доступны для усиления и выделения неровностей слизистом и для повышения видимости структур, лежат под поверхностью слизистой оболочки. Наиболее важные методы включают в себя узкополосный изображений, конфокальной лазерной эндомикроскопии, увеличения эндоскопию, оптической когерентной томографии и хромоэндоскопии [7-10]. Эти методы часто сравнивают друг с другом, либо в комбинации с точки зрения их влияния на точность диагностики (например, в работах [11, 12]). Однако существенная разница между хромоэндоскопии и всех конкурирующих методов заключается в отсутствии дополнительных аппаратных средств. Хромоэндоскопии не требует модификации аппаратного обеспечения самой системы визуализации.
Кроме того, хромоэндоскопии в ФГДС и колоноскопию было показано значительно улучшить видимость нарушений слизистой оболочки, как метаплазии и дисплазии [13]. Хромоэндоскопии состоит из местного применения различных пятен, чтобы улучшить видимость ткани, локализации и характеризации с целью более точного диагноза. Хромоэндоскопии обычно состоит из четырех этапов для впитывающих пятен и три шага для контраста пятен: (1) применение кислотного раствора на роспуск желудочной слизью, (2) местное применение пятна, (3) (только для впитывающих пятен) промыванием соответствующей области с водой и (4) визуальный осмотр окрашенных областей для диагностических целей. В (1) - (3) применение красителя осуществляется локально с помощью рабочего канала эндоскопа и различных катетеров спрей (прямой метод) под визуальным руководством эндоскопа. Для колоноскопии пассивного применения пятно с красителем порошка заполнены капсулы также сообщалось [14, 15]. В этой процедуре капсулы с порошком красителя дается пациенту после введения очистительного раствора кишечника, такие как PEG. Между администрацией красителя и колоноскопии экспертизы требуется время ожидания. Применение красителя утром и экспертизы во второй половине дня было сообщено как достаточно большой промежуток времени [14]. Хотя было установлено, что процедура нецелесообразна, трудности были сообщены в связи с неоднородным применением красителя [16]. Пероральное применение красителя для обследования желудка без использования распылительного катетера (косвенный метод) был описан в работе [15, 17].
В последнее время различные подходы к магнитно управляемых капсульных эндоскопов (MGCE) для язвы желудка и кишечника малых обследований были представлены [18-23]. В клиническом исследовании на людях, MGCE показали возможность желудочной разведки с управляемым эндоскопической капсулы [18, 19]. В этом конкретном исследовании желудок был наполнен водой и капсула была перемещаться с внешней стороны с помощью внешнего магнитного поля. Оператор может управлять движением капсулы во время исследования с использованием обратной связи с изображениями в режиме реального времени желудочного обеспечивается двумя датчиками Капсула камеры. Следовательно, он может получить достаточное количество желудочно-изображений поверхности с диагностической ценности.
Мы ожидаем, что известные трудности в диагностике неоплазии, в отношении межнаблюдательная соглашения в обычной эндоскопии, передать MGCE. MGCE может, таким образом, выгоду от хромоэндоскопии таким же образом, классический эндоскопии делает. Тем не менее, по сравнению с непосредственным применением окрашивания в ФГДС и колоноскопию большинстве процедур, в MGCE только косвенное применение возможно. Ни один кислотный препарат и промывание слизистой оболочки желудка не возможно. Кроме того, вода, в которой маневрирует капсула, не должны быть окрашены на уровнях, которые снижают общую видимость. Конкурирующие методы, такие как узкополосные визуализации в диагностике колоректального неоплазии трудно интегрировать в эндоскопической капсулы [11]. Кроме того, как и во многих эндоскопических методов до сих пор не установлено точное влияние хромоэндоскопии и технические детали [24, 25]. Например, в литературе ([5, 26, 27]) можно найти три различные концентрации метиленового синего красителя и время применения для обследования желудка опухолью. Поиски оптимальной концентрации для процедуры окрашивания в животных и человеческих испытаний было сообщено несколько раз, но без поддержки тщательного анализа. В работе [28] оптимальной концентрации окрашивания для одновременного конфокальной лазерной эндомикроскопии и хромоэндоскопии с Cresyl фиолетовым оценивается по Мыши, но без объективного критерия. В работе [29] оптимальная концентрация окрашивания для endocytoscopy был доступен в исследовании на животных экс-естественных условиях, в которых были исследованы свежеприготовленные резекция свиным пищевода, желудка, толстой кишки и. контрастность изображения и состояние окрашивания были оценены экспертами для каждого органа, чтобы определить лучшую концентрацию. Результаты были переданы резецированными человеческих органов. Проблема пропавшего систематического исследования для классического хромоэндоскопии в желудок передач MGCE и становится более серьезным по проблемам косвенного применения пятна.
В данной работе мы оцениваем возможное применение хромоэндоскопии к MGCE в естественных условиях экс- животных исследования. Во-первых, мы предлагаем модификацию протокола подготовки MGCE с целью включения в процедуру окрашивания для хромоэндоскопии. Во-вторых, мы представляем метод систематической оценки оптимальной концентрации красителя для предлагаемой модификации протокола. Оптимизация проводится в экспериментах с использованием образцов свиньи желудка ткани и по отношению к лучшей видимости ткани различного гистологического или патологического характера. В-третьих, мы передаем эти результаты эксперимента свиньи желудка экс-естественных условиях под магнитным руководством эндоскопической капсулы. Эти эксперименты должны определить: а) общая видимость под водой после того, как предлагаемого пассивного протокола окрашивания; и б) слизистая оболочка и видимость поражения с концентрацией оптимизированного красителя.
Руководство магнита технически аналогична той, которая используется для человеческого исследования [18, 19]. Все навигационные функции этого исследования также доступны в нашей установке. Система является совместная разработка Siemens Healthcare и Olympus Medical Systems Corp. Ее основными компонентами являются: (1) руководство магнит, который состоит из множества электромагнитных катушек, определяющих рабочий объем и позволяет оператору контролировать эндоскопической капсулы с 5 градусов свободы (DOF). Плотность магнитного потока имеет максимум 100 миллитесла. (2) капсула эндоскопа длины 31мм производства Olympus Medical Systems Corp. с встроенным постоянным магнитом и двумя ПЗС-камерами каждого передающего 2 кадра в секунду в режиме реального времени на внешний приемник, прикрепленной к телу пациента. (3) дисплей, отображающий капсульных изображения оператору. (4) Набор джойстиков позволяет оператору маневрировать капсулу внутри желудка. Ориентацию электромагнитного поля (ЕМ) ориентирует капсулы в желудке. ЭМ поле вместе с ЭМ поля градиента генерируют силы на эндоскопической капсулы менее 1 millinewton. Этого достаточно для перемещения поступательным. Более подробную информацию о аппаратных и программных средств проектирования направляющего магнита можно найти в работе [30]. Руководство капсулы выполняется на основе в режиме реального времени изображения, предоставленной эндоскопической капсулы внутри желудка свиньи.
В работе [31] исследование желудка свиньи был представлен для улучшения видимости в слизистой оболочке MGCE с использованием метиленового синего. Это исследование было ограничено лишь в нескольких случаях и одного красителя. Магнитная была только управляемость транспортного средства смоделированы с помощью пластиковой поддержки и не было никакой систематической оценки оптимизированной концентрации красителя до экспериментов. В то время как в данной работе магнитная управляемость достигается с помощью капсулы наведения магнита. Исследование проводится с большим количеством свиных желудков и приводит к систематической оценке двух оптимальных типов красителей.
Методы
Модификация протокола подготовки к MGCE
Установленная протокол, используемый для подготовки существующего исследования MGCE человека с 43 пациентов состоит из трех администраций водопроводной воды до рассмотрения: [18, 19]
Существующий протокол подготовки MGCE
Д.1 500 мл чистой воды при комнатной температуре один час и 15 минут до экзамена и после ночного голодания.
E.2 400 мл чистой воды при комнатной температуре 15 минут до начала экзамена с последующим легких упражнений.
E.3 400 мл чистой воды при близкой к температуре тела, непосредственно перед экзамен .
Все приложения даны в устной форме. Шаги Д.1 и Д.2 в первую очередь предназначены для очистки желудка. Шаг Д.3 направлена ​​на расширение желудка, чтобы получить достаточное пространство для капсулы маневрировать и для полной видимости слизистой оболочки желудка без желудочных складок с наложением друг на друга, и в конечном итоге скрывая соответствующие части слизистой оболочке. Шаг Д.3 не может быть изменен, так как это имеет решающее значение для руководства капсулы внутри желудка. Мы полагаем, что вода окрашиваться в такой степени, что общая видимость снижается, когда пятно непосредственно применяется до Д.3. Таким образом, мы предлагаем, чтобы соответствовать шаг окрашивания между стадиями Е.1 и Е.2 существующего протокола подготовки. Для проведения дальнейших экспериментов с животными фантомы следующий протокол принят для свиных желудков:
Модифицированный протокол подготовки MGCE для свинью желудки
M.1 2000 мл чистой воды при комнатной температуре, что опустели из желудка сразу после введения. Цель этого шага до сих пор очистка желудка от слизи и /или остатки пищи.
М.2 100 мл красителя, а затем 5 минут массажа и разминание желудок, чтобы имитировать перистальтику, а затем опорожнение желудок от красителя. Этот шаг применяется краситель к стенкам желудка. Массаж и разминание желудок имитирует перистальтике и выполняется в предположении, что краситель будет естественным образом разбросаны по всем анатомическим области желудка в естественном случае. Симуляция пищеварительную перистальтику через массаж в корсаж мешок или систему шкива, чтобы создать перистальтике в механической модели желудка было сообщено в [32, 33].
M.3 500 мл чистой воды при комнатной температуре, которая остается в желудке в течение 5 минут, а потом высыпали. Этот шаг похож на Е.2 стандартной процедуры MGCE но на этот раз он также эвакуирует оставшийся краситель.
M.4 2000 мл чистой воды при близкой к температуре тела, непосредственно перед экзаменационной (той же цели, как Д.3 ).
Все заявки выполняются через пищевод и намерены имитировать пероральное применение воды и красителя. С помощью комбинации воды, чтобы расширить желудок и окрашивать в то же время предполагалось, несовместимым с MGCE поскольку видимость капсулы будет ухудшаться. Опорожнение производится путем осторожного сдавливания желудка и имитирует естественную эвакуацию содержимого желудка в тонкую кишку. Количество воды для мытья и расширения желудка (этап М.1 и M.4) был установлен на большие значения из-за большего размера желудка свиньи.
Целевого поражения и поражения имитаций
Оценить преимущества из хромоэндоскопии в MGCE Предложенный метод протестирован на здоровой слизистой оболочки и опухолевые поражения имитаций. Очаги поражения возможного раннего рака желудка (EGC) подразделяются на 3 основные категории: выступающую (0-I), не выступающие и не раскопан (0-II), раскопаны (0-III), с каждым из этих типов, имеющих несколькимх -типы [34]. Два типа поражения считаются с тем, чтобы оценить преимущества хромоэндоскопии с предлагаемым измененным протоколом: псевдополипы для имитации выступающую (0-ПОЛ) и поражение, не выступающие слегка вдавленные повреждения типа 0-IIc. В работе [35] описан способ создания pseudopolyp с использованием пищеводного устройства для лигирования варикозных вен. Мы использовали аналогичный подход, но использовали шовный материал для выполнения лигирование слизистой оболочки желудка, с тем, чтобы создать pseudopolyp. Для моделирования 0-IIc, без выступающих поражений, 10% раствор хлористоводородной кислоты наносят на слизистую оболочку желудка в течение 15 секунд и смывают с водопроводной водой. Восемь примеров изображений (четыре из 0-LP и четыре 0-IIc) из созданных поражения имитаций показаны на рисунке 1. Рисунок 1 ПОРАЖЕНИИ имитаций: Рисунок 1 (A): Четыре примера, не выступающие слегка нажатыми поражения (0 -IIc) фасонной с темными линиями, Рисунок 1 (B): Четыре примера псевдополипы (отмечены стрелками), чтобы имитировать выступающую поражение (0-ПОЛ)
пятна
Во время ФГДС или колоноскопии, различные пятна используются. для хромоэндоскопии. Они классифицируются как абсорбционных, контраст, или реактивная [24]. В наших экспериментах мы используем абсорбирующий пятно (Метиленовый синий) и контрастное пятно (индиго кармин). Метиленовый синий, поглощается определенными типами клеток и светах, следовательно, за счет льготной абсорбции. Индиго кармин не абсорбент и подчеркивает слизистую оболочку путем механического объединения в шейках матки между эпителиальных клеток, жира или депрессивных поражений и других нарушений. Поражение имитацией типа 0-IIc (ранний рак желудка) окрашивают индиго-кармин, как описано в [36]. . Для окрашивания мелких деталей слизистая Метиленовый синий используется
Визуальные критерии оптимальной концентрации красителя
процедура, окрашивания для хромоэндоскопии в MGCE имеет дополнительные трудности по сравнению с классическим хромоэндоскопии участием гибкого эндоскопа: Местное применение пятно как оно используется в ФГДС и колоноскопию не возможно в MGCE, ни является кислотой подготовка слизистой оболочки или промывания желудка слизи после нанесения красителя. Концентрация оптимальной красителя количественно и систематически оценивать и далее применяться в предлагаемом измененном протоколе. С этой целью, большое количество изображений из образцов свиньи желудка Ткань окрашивали с различными концентрациями красителя для того, чтобы определить оптимальную концентрацию окрашивания (см 2 и 3). Так как мы обнаружили, что простой визуальный осмотр не является достаточным, чтобы точно оценить оптимальную концентрацию морилки, мы определили две объективные визуальные параметры для оценки концентрации применительно к здоровой слизистой и 0-IIc поражения имитаций: Рисунок 2 Метиленовый синий окрашивание: Свиньи пластыри желудка, вытекающие из различные желудки окрашивали с концентрацией от 0% до 1,4% метиленового синего. (А): нет окрашивания, (В): 0,2%, (С): 0,4%, (D): 0,6%, (Е): 0,8%, (F): 1%, (г): 1,2%, ( Н): ​​1,4%. Изображение 2 х 2 см пластырей свинья желудка были обрезаны до 1,8 х 1,8 см. Рисунок 3
Pig пятна желудка с поражением имитации витражного с различными концентрациями индигокармин. (А) не окрашивание, (В) 0,2%, (С) 0,4%, (D), 0,6%, (Е) 0,8%, (F) 1%. Номера выступающие слегка нажатыми поражения (0-МИК), выпуклые с красными контурами. Изображение 2 х 2 см пластырей свинья желудка были обрезаны до 1,8 х 1,8 см
1. Поражение к фону контраст:. Контраст изображения может быть определена как количественного различия, с точки зрения цвета и интенсивности, между несколькими соседними пространственно изображения регионы или объекты внутри изображения. Для эндоскопических изображений контраст можно интерпретировать как локальный качественное различие в цвете и /или интенсивности между соседними патологической и здоровой ткани. Оптимальная концентрация пятно для визуализации поражения будет, следовательно, определяться концентрацией, приводящей к максимальному контрасту между патологическими и здоровой слизистой оболочкой. Хромоэндоскопии стремится усилить этот контраст как можно больше приложенным красителя и в результате изменения в окраске различных типов слизистой оболочки. Мы присваиваем балльная оценка I
<суб> с
который неофициально можно определить как средний контраст между поражением ткани и здоровой ткани.


Для вычисления контраста балла I
<суб> с
две области R
<суб> L и R

<суб> ч
определены для области изображения с поражениями и здоровой ткани соответственно. Так как контраст в изображении может быть описана как количественного различия между разными областями изображения. Поэтому измерение контраста я
<подразделам> с
между двумя регионами может быть обозначено как <ССО> <ми> I
<ми> с
<Мо> =
<мили> г
<Мо> (
<ми> R
<ми> л
<мо>)
<мо> -
<мили> г
<Мо> (
<ми> R
<мили> ч
<мо>)
(1), где г
(·) относится к полутонового преобразования исходного цветного изображения. Для вычисления такой контраст счет, для каждого изображения два региона R
<югу> л
и R
<суб> ч
вручную выбирается внутри области с поражениями и здоровой ткани. Этот процесс маркировки не сегментировать точную границу между здоровой и пораженной тканью. Руководство по сегментации всегда подлежит специалисту. Более особенно точной сегментации является относительно незначительным, по сравнению с общей контраст между двумя областями изображения. Поэтому точная сегментация область не является необходимым. На рисунке 4 показан пример вручную сегментированные области патологически измененной ткани. Значение на шкале серого изображения лежит в пределах от 0 до 255. Таким образом, оценка для контраста поражения к фону также лежат между этими двумя значениями, где малая величина будет означать плохой контраст и высокое значение будет указывать на изображение с высоким контраст между поражением и фоном. В работе [29] такой подход был определен, чтобы определить оптимальный контраст между цитоплазмой и зародыши для endocytoscopy. Рисунок 4 Метод маркировки Пример: Рисунок 2 (A): Без меток. На рисунке 2 (Б): Область сегментированный пораженная ткань ограничена красной линией. Точки на красной линии показывают вручную выбранные точки сегментации
2. Глобальная дисперсия текстуры:. Различные измерения текстуры известны из компьютерного зрения в целом и, в частности, от обработки медицинских изображений с целью автоматической сегментации, классификации или содержания на основе поиск изображений [37, 38].


текстуры изображение может быть описано как измерение пространственного расположения и распределения интенсивности и /или цвета в изображении. В рамках этих договоренностей и распределения дисперсия может быть измерена. Для получения изображений в эндоскопии это может быть глобальным количественная разница в цвете и /или интенсивности между тканью различной гистологического или патологического характера и интенсивности /цвета перессорить этих областей ткани. Изображение, которое обладает высокой текстурой представляет собой изображение с большим количеством различимых вариаций интенсивности /цвета. Если в то же время изображение демонстрирует высокую дисперсию между этими областями изображения перевести это к изображению с высоким текстуры дисперсией. Хромоэндоскопии направлена ​​на улучшение глобальной текстуры дисперсии путем выделения областей ткани на слизистую оболочку желудка с различными характеристиками, как можно более четко. Оптимальный краситель будет, следовательно, позволяют максимально расширить реально существующие различные области тканей и может вызвать высокую дисперсию в отличие между этими различными текстурами.
Популярной функцией для описания текстуры является локальный бинарный шаблон (LBP) [39]. Этот метод широко применяется при обработке медицинских изображений и, среди прочих вариантов, был расширен для количественного определения глобальной текстуры дисперсии изображения [40]. Мы присваиваем балльная оценка V
в
г
(R
, N
) <суб> г
которая неофициально может быть определена как дисперсия контраста в изображении текстуры.
вычисление V
на
г
(R
, N
) <суб> г
выглядит следующим образом: Основной принцип БНС является дискретным характеристика пиксельных окрестностей , Каждый пиксель в изображении присваивается значение в зависимости от того, как она относится к его соседних пикселей в перспективе интенсивности. Соседство обычно определяется двумя параметрами, которые количество пикселей, принятых во внимание и расстояние между центральным пикселем и его соседями. В LBP соседи расположены по кругу вокруг центра пикселя и, следовательно, расстояние просто может быть определена радиусом окружности. Каждый пиксель на этой окружности присваивается значение 0, если его интенсивность ниже интенсивности центрального пикселя, и значение 1, если значение интенсивности больше, чем у центрального пикселя. Для центрального пикселя с 8-ю соседями, которые будут возникать, например, в 8-разрядное двоичное число, которое приводит к исходному имени линейного двоичного шаблона. Бинарное шаблон LBP на центральный пиксель р
<подразделам> с
в положении (с
<суб> х
, с
<суб> у
) с N
соседей пикселей р
<суб> п
на радиус R
поэтому может быть описана как <ССО> LBP <мо> (
<ми> R
<Мо>,
<мили> N
<мо>)
<мо> (
<ми> с
<ми> х
<Мо>,
<ми> с
<ми> у
<мо>)
<мо> = Σ

<ми> я
<Мо> =
<тп> 1
<мили> N
<ми> б
<Мо> (
<ми> р
<ми> п
<Мо> (
<ми> я
<Мо> )
<мо> -
<ми> р
<ми> с
<ми> х
<Мо>,
<ми> с
<ми> у
<мо>)
<Мо> ×
<тп> 2
<мили> N
<Мо> (
<мили> d
<мо> → <Все авторы читали и одобрили окончательный вариант рукописи.

• Оценка системы подсчета очков опоссума у ​​пациентов с раком желудка, подвергающегося D2-гастрэктомии
• Visceral изменения жира после дистальной резекции желудка в зависимости от типа процедуры восстановления для ра…