Chromoendoscopy v magnetno vodeno kapsulo endoscopy

Chromoendoscopy v magnetno vodeno kapsulo endoskopijo
Abstract
Ozadje
Diagnoza intestinalno metaplazijo in displazija preko konvencionalne endoskopijo je značilna nizka sporazuma interobserver in slaba povezanost z histopatološke ugotovitve. Chromoendoscopy bistveno povečuje prepoznavnost sluznici nepravilnosti, kot metaplazijo in displazijo sluznice. Magnetno vodeni kapsula endoskopijo (MGCE) ponuja alternativno tehnologijo za zgornji pregledu GI. Pričakujemo, da bodo težave diagnozo neoplazme v konvencionalnem endoskopijo prenesti na MGCE. Tako želimo začrtati pot za uporabo chromoendoscopy na MGCE preko študije živali ex-vivo.
Metode
smo predlagali spremenjeno pripravo protokol, ki dodaja barvila korak k obstoječi pripravljalni MGCE protokola. Optimalna koncentracija obarvanje se kvantitativno določimo za različne vrste madežev in patologij. V ta namen 190 vzorcev prašičev želodec tkiva z in brez lezij imitacije smo obarvali z različnimi koncentracijami barvah. Kvantitativne vizualna merila so uvedene za merjenje kakovosti obarvanjem glede na sluznici in vidnosti lezij. Thusly določene optimalne koncentracije so testirani v ex-vivo prašič želodcu poskusa na podlagi magnetne vodstvom endoskopskim kapsule z spremenjenemu protokolu.
Rezultati
Ugotovili smo, da je predlagana sprememba protokola ne vpliva na prepoznavnost v želodcu ali vodljivost za endoskopijo kapsule. Povprečna optimalna koncentracija obarvanje za predlaganem protokolu je bila ugotovljena v 0,4% za metilen modro in Indigo karmin. Prepoznavnost lezija je izboljšana z uporabo predhodno pridobile koncentracijo optimalno barvil.
Sklepe
Sklepamo, da se chromoendoscopy lahko uporablja v MGCE in izboljšuje sluznico in lezije prepoznavnost. Sistematično ocenjevanje zagotavlja pomembne informacije o ustrezni koncentraciji barvanja. Vendar pa je še dodatno žival in človek in vivo so potrebne študije.
Ključne besede
metilen modro indigo karmin obarvanje ozadja
Čeprav incidenca in umrljivost se zmanjšujejo, raka želodca s 738.000 primerov po vsem svetu v letu 2008, je 2. najbolj smrtonosna prebavni neoplazme v svetu [1]. Intestinalno metaplazijo in displazija so predhodniki raka [2]. Identifikacija teh poškodb in spremljanje prizadetih bolnikov, lahko pripeljejo do zgodnje diagnosticiranje in zdravljenje, in s tem povečati preživetje bolnika [3, 4]. Esophagogastroduodenoscopy (EGD) je najpogostejši postopek za diagnozo in zdravljenje. Vendar pa je za odkrivanje metaplazijo in displazija konvencionalno EGD je značilna nizka sporazuma interobserver in slaba povezanost z histopatološke ugotovitve [5, 6].
Različne tehnike so na voljo za okrepitev in poudarjanje sluznice nepravilnosti in za povečanje prepoznavnosti struktur, ki ležijo pod površino sluznice. Najpomembnejše metode vključujejo ozek pas slikanje, konfokalno lasersko endomicroscopy, povečave endoskopijo, optični skladnost tomografija in chromoendoscopy [7-10]. Te tehnike so pogosto med seboj primerjajo, ali v kombinaciji z vidika njihovega vpliva na diagnostično natančnost (na primer v [11, 12]). Toda bistvena razlika med chromoendoscopy in vse konkurenčne tehnike je v pomanjkanju za dodatno strojno opremo. Chromoendoscopy ne zahteva spremembo strojne opreme sistema za slikanje samega.
Poleg tega chromoendoscopy v EGD in kolonoskopijo je bilo dokazano, da se znatno okrepi prepoznavnost sluznici nepravilnosti, kot metaplazijo in displazija [13]. Chromoendoscopy sestavljajo topično uporabo različnih madežev za izboljšanje prepoznavnosti tkiva, lokalizacijo in karakterizacijo z namenom boljšega diagnoze. Chromoendoscopy običajno sestavljen iz štirih korakov za vpojne madeže in treh korakih za kontrastnih madežev: (1) Uporaba kislo raztopino za raztapljanje želodčne sluz, (2) lokalna uporaba madež, (3) (samo za vpojne madeže), pranje zadevna regija z vodo in (4) vizualni pregled obarvanih regij za diagnostične namene. V (1) - (3) uporaba barvila se izvaja lokalno uporabo delovni kanal endoskopa in različnih spray katetrov (direktna metoda) pod vizualno usmerjanje endoskopa. Za kolonoskopija pasivni uporabi madež z barvilom prašno napolnjene kapsule z Poročali so tudi o [14, 15]. V tem postopku je kapsula s praškom barvila dati pacientu po dajanju raztopine črevesne čistilno kot PEG. Med upravo barvanje in kolonoskopija pregledu je potreben čas čakanja. Uporaba barve zjutraj in pregled popoldne so poročali kot dovolj velikem časovnem obdobju [14]. Čeprav je bilo ugotovljeno, da je možno postopek, so težave poročali zaradi nehomogene uporabo madež [16]. Oralna uporaba barvila za pregled trebuha, ne da bi z brizgalno kateter (posredna metoda) je bil opisan v [15, 17].
Zadnjem času, različni pristopi za magnetno vodene kapsule endoskopov (MGCE) za želodcu in tankem črevesju izpitov predstavljene so bile [18-23]. V klinični študiji na ljudeh, MGCE pokazala izvedljivost želodčne raziskovanja z vodeno kapsulo endoskopa [18, 19]. V tem posebnem študiji je želodec napolnjen z vodo in kapsulo smo pluje od zunaj s pomočjo zunanjega magnetnega polja. Operator lahko nadzoruje gibanje kapsule med pregledom z uporabo povratne informacije v realnem času želodca slikanju iz dveh senzorjev kapsula kamere. Zato je mogel pridobiti zadostno število želodec površinsko slike z diagnostične vrednosti.
Pričakujemo, da znane težave pri diagnozi neoplazije, glede sporazuma interobserver v konvencionalnem endoskopijo, prenos MGCE. MGCE lahko, tako koristi od chromoendoscopy na enak način klasična endoskopija ne. Vendar pa je v primerjavi z neposredno uporabo madež v EGD in večini kolonoskopijo postopkov, MGCE je možna le posredna uporaba. No priprava kisline in pranje želodčne sluznice je mogoče. Poleg tega je voda, v kateri je kapsula manevrirati, ne sme biti obarvajo na ravni, ki zmanjšujejo splošno prepoznavnost. Konkurenčni metode, kot ozkega pasu slikanje pri diagnozi kolorektalnega neoplazije težko vključiti v endoskopa kapsule [11]. Poleg tega, kot v mnogih endoskopskih tehnikah še niso bila določena natančna vpliv chromoendoscopy in tehnične podrobnosti [24, 25]. Na primer, v literaturi ([5, 26, 27]), lahko najdemo tri različne koncentracije metilen modrega barvila in času uporabe za pregled želodca neoplazme. Iskanje za optimalno koncentracijo za postopek barvanja v živalskih in človeških preskušanjih so poročali nekajkrat, vendar brez podpore temeljite analize. V [28] optimalni koncentraciji barvanja za sočasno konfokalna laserska endomicroscopy in chromoendoscopy z kresil vijolično je ocenjena na mices, vendar brez objektivnega merila. V [29] je optimalna koncentracija barvanja za endocytoscopy je bila naložena v študiji živalskem ex-vivo, v katerih so bili proučeni sveže resekcija prašiči požiralnik, želodec, in debelega črevesa. kontrastom in status madeži so ocenili strokovnjaki za vsak organ za določitev najboljše koncentracijo. Rezultati so bile prenesene na reseciranih človeških organov. Problem pogrešanega sistematične študije za klasično chromoendoscopy v prenosih želodca do MGCE in postane hujše skozi izzive posredne uporabe madež.
V tem prispevku ocenjujemo možne uporabe chromoendoscopy za MGCE v ex-vivo študija žival. Najprej smo predlagali spremembo pripravo protokola MGCE, da se vključi v postopek barvanja za chromoendoscopy. Po drugi strani smo predstavili metodo za sistematično oceno optimalno koncentracijo barvila za predlagano spremembo protokola. Optimizacija poteka v poskusi z vzorci prašičje želodčne tkiva in v zvezi z najboljšo vidnost tkiva različnih histoloških ali patološki. Tretjič, prenos te rezultate ex-vivo prašič želodcu eksperiment poteka pod magnetno vodstvom kapsule endoskopa. Ti poskusi morajo določiti: a) skupna pod vodo vidljivost po predlagani pasivno barvanja protokola; in b) sluznica in prepoznavnost lezija z optimiziranim koncentracije barvila.
Magnet vodilo je tehnično podoben tistemu, ki se uporablja za človeško študijo [18, 19]. Vse navigacijske funkcije te študije so na voljo v naši namestitev tudi. Sistem je skupen razvoj SIEMENS zdravstvu in Olympus Medical Systems Corp Glavne sestavine so: (1) Za vodenje magnet, ki je sestavljen iz niza elektromagnetnih tuljav, ki opredeljujejo delovno prostornino in omogočajo uporabniku, da nadzor kapsule endoskop s 5 stopinj svobode (DOF). Gostota magnetnega pretoka ima največ 100 militeslih. (2) kapsula endoskop dolžine 31mm Olympus Medical Systems Corp izdelan s vgradni trajnim magnetom in dvema CCD kamere vsaka oddaja 2 posnetkov na sekundo v realnem času na zunanji sprejemnik pritrjen na bolnikovo telo. (3) zaslon prikazuje slike kapsule upravljavcu. (4) Nabor igralne palice omogočajo operaterju za manevriranje kapsulo znotraj želodec. Usmerjenost elektromagnetnemu polju (EM) usmerja kapsulo v želodcu. Polje EM skupaj s poljem EM gradient ustvarjanje sile na kapsule endoskopa manj kot 1 millinewton. To so dovolj za premike translacijskih. Več podrobnosti o strojni in programski zasnovi magnet za usmerjanje lahko najdemo v [30]. Napotki kapsule se izvaja na podlagi realnem času slikanja, ki ga endoskopa kapsule znotraj prašičev želodec.
V [31] Študija želodec prašič je bil predstavljen za izboljšanje vidljivosti sluznico v MGCE uporabo metilen modro. Ta študija je bila omejena na le nekaj primerov in eno samo barvo. Magnetni vodljivost smo simulirali samo s plastično podporo in ni bilo sistematično ocenjevanje optimizirano koncentracije barvila pred poskusi. Ker je v tem prispevku, je magnetna vodljivost doseči z magnetom je kapsula orientacije. Študija je izvedena z velikim številom prašičjih želodcev in vodi k sistematični oceni dveh optimalnih vrsti barvanje.
Metode
Sprememba pripravo protokola za MGCE
sedežem priprave protokol, ki se uporablja za obstoječo študijo človeškega MGCE pri 43 bolnikih, ki je sestavljen iz treh uprav vode iz pipe pred preiskavo: [18, 19]
Obstoječa priprava MGCE protokol
E.1 500 ml čiste vode pri sobni temperaturi eno uro in 15 minut pred preizkusom in po noči postom.
E.2 400 ml čiste vode pri sobni temperaturi 15 minut pred izpitom sledi lahkih vaj.
E.3 400 ml čiste vode v bližini telesne temperature, tik pred pregled .
Vse aplikacije so podana ustno. Koraki E.1 in E.2 so namenjeni predvsem za čiščenje želodca. Cilj korak E.3 na širi želodec, da bi dobili dovolj prostora za kapsule, ki se manevrirati in popolno prepoznavnost želodčne sluznice brez želodčnih gub prekrivanja med seboj in na koncu skriva ustrezne sluznico dele. Korak E.3 ni mogoče spreminjati, saj je ključnega pomena za vodenje kapsule znotraj želodec. Pričakujemo, da bo voda, ki se obarvajo v tolikšni meri, da je splošna prepoznavnost zmanjšano ko se madež neposredno uporablja pred E.3. Zato predlagamo, da se prilega korak obarvanje med koraki E.1 in E.2 obstoječe priprave protokola. Za izvedbo dodatnih poskusov z živalskimi fantomi naslednji protokol sprejet za prašičje želodce:
Spremenjeno priprave MGCE protokol za prašičje želodce
M.1 2000 ml za čisto vodo pri sobni temperaturi, da se takoj izprazni iz želodca po dajanju. Namen tega koraka še čiščenje želodca iz sluz in /ali preostalo hrano.
M.2 100 ml barvila, čemur sledi 5 minut masaže in gnetilni želodec za simuliranje peristaltično gibanje, ki mu sledi praznjenju želodčne iz kalupa. Ta korak velja barvilo za želodčne stene. Masažo in gnetenje želodec simulira peristaltiko gibanje in poteka pod predpostavko, da se barvilo naravno razpršeni po vseh anatomskih področja želodca v naravnem primeru. Simulira prebavni peristaltiko preko masažo po stomaherjem vrečko ali sistem jermenico ustvariti peristaltično gibanje v mehanskem modelu želodca so poročali v [32, 33].
M.3 500 ml čiste vode pri sobni temperaturi, ki ostaja v želodcu 5 minut in nato izprazniti ven. Ta korak je podoben E.2 standardnega postopka MGCE, a ta čas je tudi odvaja preostalo barvilo.
M.4 2000 ml bistre vode pri telesni temperaturi, tik pred pregledu (enak namen kot E.3 ).
Vse aplikacije se izvaja skozi požiralnik in nameravajo simulacijo ustnega uporabo vode in barve. S kombinacijo vode, da se razširi želodec in barvanje hkrati pa je bila domneva, da je združljiva s MGCE saj bi vidnost kapsule poslabšal. Praznenje izvedemo z nežnim stiskanjem želodec in posnema naravno evakuacijo vsebine želodca v tanko črevo. Količina vode za pranje in širi želodec (korak M.1 in M.4) je bila nastavljena na večje vrednosti zaradi večje velikosti želodec prašiča.
Ciljne lezija in lezija imitacije
oceniti koristi od chromoendoscopy v MGCE je predlagana metoda testirana na zdravo sluznico in neoplastične lezije imitacije. Lezije morebitne zgodnjega raka želodca (EGC) so razdeljeni v 3 glavne kategorije: štrleči (0-I), ne izbuljene in ne izkopano (0-II), izkopan (0-III) z vsako od teh vrst z več podskladi -types [34]. Dve vrsti lezij se šteje, da se ocenijo koristi chromoendoscopy s predlaganim spremenjenim protokolu: pseudopolyps simulirati štrleči (0 lp) lezije in ne štrli nekoliko znižana lezije tipa 0-IIc. V [35] je opisan postopek za ustvarjanje pseudopolyp z uporabo esophageal variceal ligacijskega napravo. Uporabili smo podoben pristop, vendar uporabil šivanje za opravljanje z ligacijo v želodčne sluznice, da bi ustvarili pseudopolyp. Za simulacijo 0-IIc ne štrlijo lezij je bila uporabljena 10% HCl rešitev želodčne sluznice za 15 sekund in spere z vodo. Osem primer slike (štirje od 0-LP in štiri 0-IIc) ustvarjenih lezij imitacije so prikazane na sliki 1. Slika 1 lezija imitacije: slika 1 (A): Štiri primere ne štrlijo rahlo-depresivni lezije (0 -IIc) družno s temnimi linijami, slika 1 (B): Štirje primeri pseudopolyps (označenih s puščicami) za simuliranje štrleči lezije (0 lp)
madeži
Med EGD ali kolonoskopijo, ki se uporabljajo različni madeži. za chromoendoscopy. Razvrščene so kot vpojna, kontrast ali reaktivno [24]. V naših poskusih smo uporabili absorpcijsko madež (metilen modro) in kontrast madež (indigo karmin). Metilen modro, se absorbira posebne vrste celic in vrhuncev, zato s prednostnim absorpcijo. Indigo karmin ni vpojne in poudarja sluznico z mehanskim združevanjem v materničnega vratu med epitelijskih celic, maščobe ali depresivnih poškodbah in drugih nepravilnosti. Lezijo imitacije tipa 0-IIc (zgodnje odkrivanje raka želodca) so obarvane z indigo karmin, kot je opisano v [36]. . Za obarvanje finih podrobnostih sluznica metilen modro uporablja
Visual merila optimalni koncentraciji madežev
A postopek barvanja za chromoendoscopy v MGCE ima dodatne izzive v primerjavi s klasično chromoendoscopy vključuje prožen endoskop: Lokalni uporabo madež kot se uporablja v egd in kolonoskopija ni mogoče MGCE niti je kislina priprava sluznice ali izpiranje želodca sluzi po uporabi madež. Optimalna koncentracija Barvilo je količinsko in sistematično oceniti in nadalje uporabljajo v predlaganem spremenjenemu protokolu. V ta namen, je veliko število slik, od vzorcev prašičjega želodca tkivnih obarvamo z različnimi koncentracijami barvanje, da bi določili optimalno koncentracijo barvila (glej sliki 2 in 3). Ker smo ugotovili, da je preprost vizualni pregled ne zadostuje za natančno oceniti optimalno koncentracijo madež, smo definirali dva objektivna vizualne parametre za oceno koncentracije, ki se uporablja za zdravo sluznico in 0-IIc lezij imitacije: Slika 2 metilen modro obarvanje: Pig želodcu popravke, ki izhajajo iz različne želodci obarvajo s koncentracijo od 0% do 1,4% metilen modro. (A): no obarvanje, (B): 0,2%, (C): 0,4% (D): 0,6%, (E): 0,8% (F): 1% (G): 1,2% ( H): 1,4%. Slika 2 x 2 cm pig želodčne obliži so obrezana 1,8 x 1,8 cm.
Slika 3 prašičjih želodčne obliži z lezije imitacijo obarvane z različnimi koncentracijami Indigo karmin. (A) no obarvanje, (B) 0,2%, (c) 0,4%, (D) 0,6%, (e) 0,8% (F) 1%. Non-štrli nekoliko-depresivni poškodbe (0 IIC), so družno z rdečimi obrisov. Slika 2 x 2 cm pig želodčne obliži so obrezana 1,8 x 1,8 cm
1. lezij do ozadje kontrast. Se kontrast slike lahko opredelimo kot kvantitativno razliko, po barvi in ​​intenzivnosti, med več sosednje prostorske slika regije ali predmetov v sliki. Pri endoskopskih slik se kontrast mogoče razlagati kot lokalni kvalitativne razlike v barvi in ​​/ali intenzivnosti med sosednjimi patoloških in zdravega tkiva. Optimalna koncentracija madež za vizualizacijo lezije bi torej opredeli s koncentracijo, ki vodi do maksimalnega kontrast med patološki in zdravo sluznico. Chromoendoscopy namerava okrepiti ta kontrast čim bolj s strani, ki se uporablja za barvanje in nastale spremembe v obarvanosti različnih vrst sluznici. Mi dodeliti številčno oceno I
c
, ki jih je neuradno mogoče opredeliti kot povprečno razliko med lezij tkiva in zdravega tkiva.
Za izračun kontrastnega rezultat i
c
dve regiji R
l
in R
h
so določene za regijo slike s lezije in zdravega tkiva oz. Od razliko v sliki lahko opišemo kot kvantitativno razliko med različnimi področji podobe. Meritev kontrasta sem
c
med obema regijama zato lahko stoji kot I
c
=
g
(
R
l
)
-
g
(
R
h
)
(1), kjer je g
(·) se nanaša na pretvorbo v sivi skali prvotne barve slike. Za izračun tak rezultat kontrasten, za vsako sliko dve regiji R
l
in R
h
so ročno izbrana znotraj regije z lezije in zdravega tkiva. Ta proces označevanja ne segmentu natančno mejo med zdravo in obolelo tkivo. Ročna segmentacija vedno veljajo strokovnjaka. Izraziteje natančen segmentacija relativno nepomembno, v primerjavi s celotno kontrasta med dvema slikovnih območij. Zato segmentacija točen regija ni potrebna. Slika 4 prikazuje primer ročno laminirana obolelem območju tkiva. Vrednost na sivi podobi lestvice je med 0 in 255. Zato je ocena za razliko od lezija proti ozadju bi tudi ležijo med tema dvema vrednostma, kjer bi majhno vrednost pomenijo slabo kontrast in visoka vrednost bi kazali slike z visoko kontrast med lezije in ozadjem. V [29] je bil določen takšen pristop za določanje optimalne kontrast med citoplazmo in jeder za endocytoscopy. Slika 4 Označevanje Postopek Primer: Slika 2 (A): Brez oznak. Slika 2 (B): The segmentirano obolelo območje tkiva je omejen z rdečo črto. Točke na rdeče črte prikazujejo ročno izbrane segmentacije točk
2. Globalna teksturo variance. Različne meritve teksture so znani iz računalniškega vida na splošno in zlasti iz medicinskega obdelavo slik za avtomatske segmentacije, razvrstitev ali vsebino, ki temelji nalaganje slik [37, 38] lahko.
slike teksturo opišemo kot merjenje prostorske ureditve in porazdelitve jakosti in /ali barve v sliki. V okviru teh ureditev in razdelitev se varianca mogoče izmeriti. Za slike v endoskopijo to lahko globalna kvantitativna razlika v barvi in ​​/ali intenzivnosti med tkiva različnih histoloških ali patološki in intenziteta /barvni variance med tema področjema tkiva. Sliko, ki ima izrazito teksturo je podoba s precejšnjo količino prepoznavnem intenzivnost /barvno različico. Če istočasno slika kaže visoko varianco med temi področji podobe prevajamo to sliko z visokim teksturo variance. Chromoendoscopy cilj je izboljšati globalno teksture varianco s poudarjanjem tkiva območij na želodčne sluznice z različnimi lastnostmi čim bolj jasno. Optimalno barvanje bi s tem, maksimalno povečanje dejansko obstoječe različna področja tkiv in bi povzročil veliko varianco v nasprotju med temi različnimi teksturami.
Priljubljen funkcijo opisati teksturo je lokalna binarni vzorec (LBP) [39]. Ta metoda se je na široko uporabljajo v medicinske obdelavo slik in je med drugim razlike, bil razširjen količinsko globalno teksture varianco slike [40]. Mi dodeliti številsko rezultat proti
na
r
(R
, N
) g
, ki jih je neuradno mogoče opredeliti kot kontrastno variance slike teksturo.
izračun za proti
je
r
(R
, N
) g
je, kot sledi: osnovno načelo LBP je diskretna karakterizacija pikslov sosesk . Vsak pixel na sliki se pripiše vrednost, odvisno od tega, kako se nanaša na sosednjih pikslov v trajanju intenzivnosti. Soseska je običajno opredeljena dva parametra, ki sta število slikovnih pik, ki se upoštevajo in razdalja med središčno piksla in njenimi sosedami. V LBP so sosedje razporejeni v krogu okoli središčne piksla, zato se lahko razdalja preprosto opredeli polmer kroga. Vsak piksel na ta krog je določena z vrednostjo 0, če je njegova gostota nižja od intenzitete središčnega piksla in vrednost 1, če je vrednost intenzivnost večji od osrednjega piko. Za središče piksla z 8 sosedov, ki bi bila, na primer, v 8-mestno binarno število, ki vodi na prvotno ime linearnega binarnega vzorca. Binarno LBP vzorec na center pixel p
c
na položaju (c
x
, c
y
) z N
sosedje piksli p
n
na radij R
za lahko torej opišemo kot LBP (
R

n
)
(
c
x

c
y
)
=
Σ
i
=
1
N
b
(
p
n
(
i
)
-
p
c
x

c
y
)
×
2
N
(
d
→

• Vrednotenje točkovnega sistema oposum pri bolnikih z rakom želodca doživlja D2 želodca
• Visceralne maščobe spremembe po distalnem želodca po vrsti postopka za obnovo rakom želodca