PLoS ONE: Какой эндоскопической капсулы подходит для Управляемая самоходный эндоскопической капсулы? Экспериментальное исследование с использованием свиных Желудок модель для клинического применения (с видео)

Абстрактный

Фон
<р> Мы разрабатываем на самоходный эндоскопической капсулы (СПВБ), которая позволяет с управляемостью вне наблюдения тела и в режиме реального времени. Какой эндоскопической капсулы (CE) подходит для контролируемого СПВБ неясен и очень критическая точка для клинического применения. Мы сравнили наблюдения способность трех видов SPCEs с разными углами обзора и частотой кадров.

Методы
<р> кнопки Одиннадцать были шили в вырезанной свиной желудок. Четыре экзаменаторы контролировали СПВБ с помощью PillCamSB2, -ESO2 и -COLON2 (С учетом визуализации Ltd., Израиль), в течение 10 минут каждая с целью выявления как можно больше кнопок и рассматривая их как можно ближе. Способность найти поражения оценивали на основании количества обнаруженных кнопок. Счет ШПНО эффективность (SPS) была использована для оценки способности для изучения повреждений в деталях.

Результаты
<р> ШПНО-ESO2, -COLON2 и -SB2 обнаружено 11 [межквартильный диапазон (МКР): 0], 10,5 (МКР, 0,5), и 8 (МКР, 1,0) кнопки, соответственно. ШПНО-ESO2 и -COLON2 имели значительно лучшую способность обнаруживать повреждения, чем -SB2 (р &л; 0,05). ШПНО-ESO2, -COLON2 и -SB2 имели значительно разные значения КНС 22 (МКР, 0), 16.5 (МКР, 1.5), и 14 (IQR, 1,0), соответственно (р < 0,05 для всех сравнений; ШПНО -SB2 против -ESO2, -SB2 против -COLON2 и -ESO2 против -COLON2).

Выводы
<р> PillCamESO2 является наиболее подходящим в различных трех ВЭ для СПВБ для изучения очагов поражения в деталь желудка
<р> Цитирование:. Ота к, Nouda S, Такеучи T, Игути М, Кодзима Y, КУРАМОТО Т, и др. (2015) Какой эндоскопической капсулы подходит для Управляемая самоходный эндоскопической капсулы? Экспериментальное исследование с использованием свиных Желудок Модель для клинического применения (с видео). PLoS ONE 10 (10): e0139878. DOI: 10.1371 /journal.pone.0139878
<р> Редактор: Леонтий Hadjileontiadis, Университет Аристотеля в Салониках, ГРЕЦИЯ
<р> Поступило: 3 марта 2015 года; Принято: 7 сентября 2015; Опубликовано 8 октября 2015
<р> Copyright: © 2015 Ота и др. Это статья открытого доступа распространяется в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution, которая позволяет неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе, при условии, что оригинальный автор и источник кредитуются
<р> Доступность данных: Все соответствующие данные находятся в пределах своих подтверждающей информации, файлов бумаги и
<р> финансирование:. авторы не получили никакого специального финансирования этой работы. Mu Ltd. оказывает поддержку в виде заработной платы для авторов KU, YF, HN и NO, но не было никакой дополнительной роли в дизайн исследования, сбора и анализа данных, решение о публикации или подготовки рукописи. Конкретные роли этих авторов сформулированы в разделе "автор вклады"
<р> Конкурирующие интересы:. Кенсиро Уэсуги, Ёшиаки Fujito, Хиронори Нисихара и Naotake Оцука используются Му Ltd. Там нет патентов, продукты в разработке или на рынке продуктов для объявления. Это не меняет приверженность авторов на всех политик PLoS ONE на данных и материалов общего доступа.

Введение
<р> Капсульная эндоскопия является минимально инвазивной процедурой экспертизы, что позволяет вести наблюдение кишечного тракта. Капсула эндоскопов (CE) перемещается в пищеварительном тракте кишечной перистальтики, и изображения он получает записываются с помощью беспроводной связи [1]. Хотя капсульной эндоскопии была использована для оценки тонкой кишки, пищевода, толстой кишки и, которые представляют собой простые удлиненную цилиндрическую органы, он не был использован в желудке [1-6]. Поскольку желудок содержит большую область со сложной форме мешка, не представляется возможным наблюдать весь желудок только кишки перистальтики. Кроме того, в капсульной эндоскопии, СЕ может не поддерживаться в желаемом положении, и в отличие от обычной трубки типа эндоскопии, экзаменатор не может наблюдать за поражение от любого желаемого направления [7]. Одним из решений является добавление функции для управления извне тела и позволяют для наблюдения в режиме реального времени к CE.
<Р> Мы разработали самоходный эндоскопической капсулы (ШПНО), СЕ с вышеупомянутая функции. Ранее мы добились контроля над СПВБ в желудке живого [8] собаки и безопасно маневрировать устройство в желудке живого человека в, тонкой кишки, толстой кишки и [9].
<Р> Для практического применения положений ШПНО, ее способность обнаружения должна быть оценена объективно. Функции CE, чтобы обеспечить управляемое с внешней стороны тела и наблюдения в режиме реального времени были разработаны в ряде институтов [6, 8, и 9]. Тем не менее, нет никакого объективного доклада о возможности детектирования таких устройств. Хотя мы успешно произвели СПВБ, прикрепив специальный плавник имеющихся в настоящее время ВЭ для пищевода, тонкой кишки и толстой кишки, каждый с различными углами обзора и частоты кадров, наиболее подходящий CE для СПВБ остается неясным.
<Р> Для с этой целью мы попытались оценить различия в выявлении возможностей и производительности среди трех типов ШПНО, ребра которого был прикреплен к PillCamSB2, PillCamESO2 или PillCamCOLON2, в скринингового желудка. Сравнивая функции каждого типа ШПНО, мы стремились разъяснить преимущества каждой функции и ее возможности в клинической практике для решения важнейших проблем в области развития для любых ВЭ, которые управляема извне тела в наблюдении в режиме реального времени, в том числе ШПНО.

Материалы и методы

приводная система для СПВБ с помощью применения магнитного поля (Новая система MiniMermaid)
<р> ранее мы сообщали о системе вождения для СПВБ через использование магнитного поля, а именно система Рюкоку-Осака [8]. В настоящем исследовании мы использовали дополнительно модифицированную систему, известную как система Новая MiniMermaid (S1 видео).
<Р> ШПНО был построен путем подключения выделенного плавник изготовлен из силиконовой смолы с микро-магнит существующий CE. Длина киля 19 мм (рис 1). Когда микро-магнит помещается в переменное магнитное поле, он вибрирует. Как вибрации, передаваемой на киле, он преобразуется в метательный силу, если в воде. Таким образом, необходимо обеспечить водой в желудок для контроля СПВБ. Кроме того, трехмерный контроль СПВБ может быть достигнуто путем изменения магнитного поля. В наших экспериментах экзаменатором контролировал СПВБ с выделенным контроллером при наблюдении с помощью системы мониторинга в режиме реального времени (Рапид доступа; Учитывая визуализации Ltd., Израиль). (Рис 2) [8]

ШПНО <бр>

три типа ВЭ, используемых в настоящем исследовании, являются коммерчески доступными в нескольких странах: PillCamSB2, PillCamESO2 и PillCamCOLON2 (с учетом визуализации Ltd., Израиль) [10-12]. Основные характеристики каждого CE, приведены в таблице 1. PillCamSB2, которая используется для тонкой кишки, имеет одну головку и захватывает изображения на двух кадров в секунду (FPS) при угле обзора 156 °. PillCamESO2, обычно используемый для пищевода, имеет двойные головы, которые захватывают изображения на 18 кадров в секунду каждый и обеспечивают дополнительный широкий угол обзора 169 °. PillCamCOLON2 для толстой кишки также имеет двойные головки с адаптивной частотой кадров (AFR) и углом обзора 172 ° [10-12]. AFR позволяет PillCamCOLON2 захватывать изображения на 18 кадров в секунду в режиме движения и два кадра в секунду в практически стационарном режиме [13]. PillCamCOLON2 плавает более легко, чем PillCamSB2 и PillCamESO2 вследствие его меньшего удельного веса [14]. Для двунаправленной КЕС-i.e., То PillCamESO2 и PillCamCOLON2-камера из одной головы была использована для этого эксперимента, в то время как у другой голова была прикреплена к киле и не используется для захвата изображения (рис 1А). В этом исследовании, три SPCEs прикреплены к PillCamSB2, PillCamESO2 и PillCamCOLON2 были названы ШПНО-SB2, ШПНО-ESO2 и ШПНО-COLON2 соответственно.

Желудок Модель
<р> Желудок модель была создана из вырезанной свиного желудка. Одиннадцать цветные кнопки разные были пришиты к сторону слизистой желудка (рис 3). цвет каждой кнопки явно отличается от цвета слизистой оболочки желудка свиньи без кровотока. В желудке человека, количественная оценка часто бывает трудно, потому что это не представляется возможным пришивать пуговицы в качестве ориентиров. Модель желудка была зафиксирована в коробке стиролом-вспененный, чтобы позволить ему вращать вручную, так как пациент может изменять постуральной позиции в клинической практике. Модель желудок был заполнен 500 мл воды перед экспериментом (рис 4). Вырезают свиные желудок был получен из Осаки мясо органа Corporation (г. Осака, Япония) за два дня до процедуры. Желудок готовили, как описано выше, за день до процедуры.

Оценка
<р> Четыре экзаменаторы (KO, Т. К., М. и К. У.) принимали участие в эксперименте. Четыре экзаменаторы знали позиции цветных кнопок в модели желудка заранее. Каждый экзаменатор контролировал СПВБ в модели желудка в течение 10 мин, пытаясь обнаружить и внимательно изучить, как много кнопок, как это возможно. Модель желудка поворачивался, согласно инструкции экзаменатора. Во-первых, модель желудок был помещен лежа на спине, а затем повернут в направлении левой боковой позиции пролежни, лежачем положении, и, наконец, правой боковой позиции пролежни. Причиной изменения позиции в том, чтобы свести к минимуму количество воды, протекающей из желудка в двенадцатиперстную кишку. Обследование проводилось в десять раз, используя СПВБ-SB2 (KO: 3 раза, TK: 3 раза, MI: 2 раза, KU: 2 раза) и СПВБ-COLON2 (KO: 3 раза, ТК: 3 раза, MI: 2 раз, KU: 2 раза). Тем не менее, для ШПНО-ESO2, тестирование проводилось только девять раз, потому что батарея полностью разряжена PillCamESO2 при проведении экспертизы (KO: 3 раза, ТК: 2 раза, MI: 2 раза, KU: 2 раза).
<р> Мы разработали два параметра для оценки возможности обнаружения из SPCEs. Во-первых, количество обнаруженных кнопок использовалась, чтобы оценить их способность найти поражений. Во-вторых, оценка ШПНО эффективность была рассчитана, чтобы оценить возможность изучить эти повреждения в деталях. Счет был определен как сумма баллов, присвоенных каждой кнопке следующим образом: 2 балла были даны, если кнопка может подойти и внимательно наблюдать; 1 балл был дан, если кнопка пришла в поле зрения, но не мог подойти близко; и очки не было дано, если кнопка не может быть обнаружен (рис 5). Максимальное количество кнопок было 11 лет, и что бороздки ШПНО производительности составил 22 баллов.
<Р> Эксперимент каждого СПВБ находились на расстоянии более чем через месяц, и экзаменатор прошел эксперимент каждого СПВБ после того, как они практиковали несколько раз с ШПНО-SB2 в предыдущем эксперименте. Таким образом, улучшение работы экспериментатор ШПНО, накладывая ряд экспериментов, не рассматриваются.

Статистический анализ
<р> Существенные различия между средними значениями данных для двух различных тестовых групп были оценены Манна -Whitney U
-тесту. Р-значение < 0,05 считается значительным, и все тесты были двусторонними. Данные выражены в виде среднего значения ± стандартное отклонение. Все статистические анализы были проведены с использованием PASW Statistics 18 для Windows (SPSS Япония, Токио).

Результаты
<р> Среднее количество кнопок, обнаруженных в течение 10 мин было 11 для ШПНО-ESO2 [диапазоне межквартильного (МКР): 0], 10,5 (0,5) для ШПНО-COLON2, и 8 (1,0) для ШПНО-SB2. ШПНО-ESO2 и ШПНО-COLON2 имели значительно лучшую способность обнаруживать повреждения, чем ШПНО-SB2 (р &л; 0,05). Там не было никаких существенных различий в способности обнаруживать повреждения между ШПНО-COLON2 и ШПНО-ESO2. Эксперту удалось обнаружить все кнопки в каждом обследовании с использованием СПВБ-ESO2 (рис.6).
<Р> Средний показатель ШПНО-производительность была 22 (0) для ШПНО-ESO2, 16,5 (1,5) для СПВБ -COLON2, и 14 (1,0) для ШПНО-SB2. Были существенные различия между этими тремя типами ШПНО (р < 0,05 для всех сравнений: ШПНО-SB2 против ШПНО-ESO2, ШПНО-SB2 против ШПНО-COLON2 и ШПНО-ESO2 против ШПНО-COLON2) (рис 7).
<р> в 10 экспертиз, проведенных с использованием ШПНО-SB2, обнаружение кнопок, расположенных в верхней части тела большой кривизны и своды было значительно сложнее. ШПНО-SB2 может обнаружить кнопку на своде в только двух экзаменов и один в большей кривизны верхней части тела в трех экзаменов. Тем не менее, обнаружение кнопок, расположенных в антральном задней стенки (10/10 экзамены), в нижней части тела малой кривизны (9/10), а верхняя часть тела задней стенки (9/10) почти всегда возможно.
<р> в восьми из девяти экзаменов осуществляется с использованием СПВБ-ESO2, все кнопки можно было наблюдать в деталях. Время, необходимое для ШПНО-ESO2 соблюдать все кнопки в деталях была 468 ± 74 с (7,8 ± 1,2 мин).
<Р> оценка ШПНО-производительность ШПНО-SB2 был низким на уровне 14 (Таблица 2 ). Из трех типов ШПНО, СПВБ-ESO2 оказался наиболее эффективным для обнаружения поражений и тщательного анализа их (S2-S4) Видео.

Обсуждение
<р> В настоящем исследовании определены спецификации CE, которые затрагивали СПВБ функции. ШПНО-COLON2 и ШПНО-ESO2 имел больший угол обзора, чем ШПНО-SB2, и были в состоянии обнаружить значительно больше кнопок, чем второй один в течение 10 минут, что было основной причиной повышенной способности находить повреждения. Кроме того, ШПНО-COLON2 и ШПНО-ESO2, который может занять несколько изображений в секунду, смогли подойти ближе к кнопкам, чем ШПНО-SB2.
<Р> С помощью модели свиньи в желудке, мы показали, что наиболее подходящий CE для СПВБ был PillCamESO2. Так как видео, полученный из ШПНО-ESO2 появился в непрерывном режиме, маневрирование устройства и приближается кнопки внутри модели можно было легко с помощью беспроводного управления с внешней стороны модели желудка. Тем не менее, мы не ожидали, что ШПНО-COLON2 бы уступает ШПНО-ESO2. Поскольку PillCamCOLON2 предназначен для наблюдения толстой кишки, ее удельный вес ниже, а устройство является более плавучим, чем PillCamESO2 [14]. Таким образом, PillCamCOLON2 имеет тенденцию к лицу вверх, а не вниз в воде. Кроме того, ШПНО-COLON2 не отправляет все захваченные изображения в систему мониторинга в режиме реального времени, в то время как ШПНО-ESO2 может отправить все изображения, снятые при 18 кадрах в секунду. Кроме того, скорость съемки в ШПНО-COLON2 не является постоянной величиной благодаря AFR. Эти факторы нашли свое отражение в различных баллов ШПНО производительности, полученных в наших экспериментах. Чем выше скорость съемки позволила точной регулировки при управлении СПВБ. Другими словами, экзаменатор был в состоянии более точно перемещать СПВБ к цели, подойти к нему, и останавливаться на соответствующем расстоянии.
<Р> Наши результаты свидетельствуют о том, что ШПНО-ESO2 может быть использован для скрининга и внимательно изучить человеческий желудок менее чем за 10 мин, что находится в пределах обычной длительности процедуры эндоскопии желудка и позволяет в течение достаточного обследования перед PillCamESO2 работает от батареи. Тем не менее, ШПНО-SB2, с низшей производительностью по сравнению с ШПНО-ESO2, могут пропустить те поражения, расположенные в верхней части тела большой кривизны и своде. Кроме того, мы обнаружили, что повреждения в антральном отделе задней стенки, нижней части тела, малой кривизны, а верхняя часть тела задней стенки можно было легко обнаружить с помощью СПВБ. ШПНО мог легко подойти близко к задней стенке, когда магнитное поле было ослаблено. Наблюдение за своде казалось трудным, потому что ШПНО необходимо маневрировать на больших складках вокруг своде, где воздух имеет тенденцию накапливаться. Важно определить эти возможные слепые участки до клинического применения. Тем не менее, повреждения реального желудка не может быть по сравнению с кнопками в модели желудка, используемой в данном исследовании. Поэтому нам нужно более эффективно оценивать последовательность наблюдения путем проведения дальнейших экспериментов с использованием модели желудка. Рей и др. сообщили о результатах клинических испытаний с использованием Магнитно Guided капсульной эндоскопии (MGCE), которая была капсула эндоскопа operatable снаружи тела, разработанной самостоятельно, но это не было сравнение исследование возможностей MGCE [15, 16]. Из наших результатов, для клинического применения, то считается, что управляемый CE с такими функциями, как ШПНО-ESO2 подходит.
<Р> Наше исследование имеет ряд ограничений. Модель желудка в данном исследовании, не то же самое, как живого человеческого желудка с перистальтике и секрецию желудочной слизи. Кроме того, свинья модель желудка слизистая оболочка испытывает недостаток кровотока, и белее слизистой оболочки желудка живого человека. Кроме того, четыре экзаменаторы знали положение цветных кнопок в модели желудка, и это, возможно, сделали обнаружение цветных кнопок в модели желудка легче. Тем не менее, мы объективно сравнить три типа СПВБ и продемонстрировано в первый раз, что ШПНО мог наблюдать каждую область желудка. Поскольку шитье цветные кнопки на животе в естественных условиях не является практичным, мы решили использовать вырезанную свиной желудок. Мы показали, что ШПНО-ESO2 может быть использован для изучения всю внутреннюю поверхность вырезанной свиных желудка. Будущие исследования в живом человеческом желудке необходимы.

Выводы
<р> В настоящем исследовании мы показали, что способность находить повреждения и изучить их в деталях зависит от угла обзора CE и рамой скорость изображений, соответственно. Эти результаты могли бы позволить нам решать другие проблемы СПВБ, такие как контроль СЕ вне тела по своему желанию, находя поражение, и рассмотреть ее в деталях. ШПНО-ESO2 может быть наиболее целесообразным в клинической практике. Дальнейшие эксперименты с использованием СПВБ-ESO2 в организме человека являются оправданными.
<Р> Кроме того, наши результаты считаются универсальными для разработки CE, который может управляться с внешней стороны тела и обеспечивает наблюдение в реальном времени , в том числе СПВБ.

поддержка Информация
S1 видео. Самоходный капсула эндоскопа управляема в трехмерных направлениях, если в воде
DOI:. 10,1371 /journal.pone.0139878.s001
(ZIP)
S2 видео. Вид ШПНО-SB2
DOI:. 10,1371 /journal.pone.0139878.s002
(ZIP)
S3 Video. Вид ШПНО-ESO2
DOI:. 10,1371 /journal.pone.0139878.s003
(ZIP)
S4 Видео. Вид ШПНО-COLON2
DOI:. 10,1371 /journal.pone.0139878.s004
(ZIP)

Выражение признательности
<р> Члены команды "Русалка" являются Kazuhiro Ота, Sadaharu Nouda, Toshihisa Takeuchi, Munetaka Игути, Юичи Kojima, Таканори Курамото, Такуя Inoue, Ясунори Синдо, Кенсиро Уэсуги, Ёшиаки Fujito, Хиронори Нисихара, Naotake Оцука и Kazuhide Хигучи.

• PLoS ONE: H. Pylori Серопозитивность возрасте до 40 лет и последующим риском рака желудка: проблеск истинного отношени…
• PLoS ONE: Питательные вещества Дифференциально Регулировать Nucleobindin-2 /Nesfatin-1 In Vitro в культивируемых Желудок Ghrelinoma …