PLOS ONE: Vilken typ av kapsel endoskop är lämplig för en styrbar självgående Capsule Endoscope? Experimentell studie med en Svin mage modell för klinisk tillämpning (med videoklipp)

Abstrakt

Bakgrund

Vi har utvecklat den självgående Capsule endoskop (spce) som gör det möjligt för styrbarhet från utsidan av kroppen och i realtid observation. Vilken typ av kapsel endoskop (CE) är lämplig för en styrbar spce är oklar och en mycket kritisk punkt för klinisk tillämpning. Vi jämförde observera förmåga tre typer av SPCEs med olika betraktningsvinklar och bildhastighet.

Metoder

Elva knapparna var sydd i en utskuren svin mage. Fyra examinatorer kontrollerade spce använder PillCamSB2, -ESO2 och -COLON2 (tanke Imaging Ltd., Israel), i 10 minuter vardera i syfte att upptäcka så många knappar och undersöka dem så nära som möjligt. Förmågan att hitta skador bedömdes baserat på antalet upptäckta knappar. Den spce prestanda poäng (SPS) användes för att utvärdera möjligheten att undersöka lesioner i detalj.

Resultat

spce-ESO2, -COLON2 och -SB2 upptäckt 11 [kvartilavståndet (IQR): 0], 10,5 (IQR, 0,5), och 8 (IQR, 1,0) för respektive. Den spce-ESO2 och -COLON2 hade en signifikant bättre förmåga att detektera lesioner än -SB2 (p < 0,05). Den spce-ESO2, -COLON2 och -SB2 hade signifikant olika SPS-värden av 22 (IQR, 0), 16,5 (IQR, 1,5), och 14 (IQR, 1,0) respektive (p < 0,05 för alla jämförelser, spce -SB2 vs. -ESO2, -SB2 vs. -COLON2 och -ESO2 vs -COLON2).

slutsatser

PillCamESO2 är mest lämplig i olika tre CE för spce för att pröva skador i detalj i magen

Citation. Ota K, Nouda S, Takeuchi T, Iguchi M, Kojima Y, Kuramoto T, et al. (2015) Vilken typ av kapsel endoskop är lämplig för en styrbar självgående Capsule Endoscope? Experimentell studie med en Svin mage modell för klinisk tillämpning (med videoklipp). PLoS ONE 10 (10): e0139878. doi: 10.1371 /journal.pone.0139878

Redaktör: leontios Hadjileontiadis, Aristotelesuniversitetet i Thessaloniki, GREKLAND

Mottagna: 3 mars 2015, Accepteras: 7 september 2015, Publicerad: 8 oktober 2015

Copyright: © 2015 Ota et al. Detta är en öppen tillgång artikel distribueras enligt villkoren i Creative Commons Attribution License, som tillåter obegränsad användning, distribution och reproduktion i alla medier, förutsatt den ursprungliga författaren och källan kredit

datatillgänglighet: Alla relevanta uppgifter är inom pappers- och dess stödjande information filer

finansiering:. författarna fick ingen särskild finansiering för detta arbete. Mu Ltd gett stöd i form av löner för författare KU, YF, HN och NO, men inte har någon ytterligare roll i studiedesign, insamling och analys data, beslut att publicera, eller beredning av manuskriptet. De specifika roller dessa författare är ledade i avsnittet "Författare bidrag"

Konkurrerande intressen:. Kenshiro Uesugi, Yoshiaki Fujito, Hironori Nishihara och Naotake Ohtsuka är anställda av Mu Ltd. Det finns inga patent, produkter under utveckling eller produkter på marknaden att förklara. Detta ändrar inte författarnas anslutning till alla PLOS ONE politik för att dela data och material.

Inledning

kapselendoskopin är en minimalinvasiv granskningsförfarande som möjliggör observation av tarmkanalen. En kapsel endoskop (CE) rör sig i mag-tarmkanalen genom tarmen peristaltiken, och bilderna det erhåller registreras via trådlös kommunikation [1]. Även kapsel endoskopi har använts för utvärdering av tunntarmen, esofagus och kolon, som är enkla långsträckta cylindriska organ, har det inte använts i magen [1-6]. Såsom magen består av ett stort område med en komplex påsform, är det inte möjligt att observera hela magen genom endast gut peristaltiken. Vidare i kapsel endoskopi, CE kan inte upprätthållas i ett önskat läge, och till skillnad från vid konventionell rörtyp endoskopi, kan en kontrollant inte iaktta en lesion från godtycklig riktning [7]. En lösning är att lägga de funktioner för att styra från utsidan av kroppen och möjliggör realtidsobservation till en CE.

Vi utvecklade självgående Capsule endoskop (spce), en CE med ovan nämnda funktioner. Tidigare har vi uppnått kontroll över spce i magen av en levande hund [8] och säkert manövrerade enheten i en levande människa mage, tunntarm och tjocktarm [9].

För den praktiska tillämpningen av spce måste dess upptäcka förmåga bedömas objektivt. CE-funktioner för att möjliggöra styrbarhet från utsidan av kroppen och i realtid observation har utvecklats på flera institutioner [6, 8 och 9]. Men det finns ingen objektiv rapport om detekteringsförmåga av sådana anordningar. Även om vi framgångsrikt producerat en spce genom att fästa en särskild fin att för närvarande tillgängliga CE för matstrupen, tunntarmen, och kolon, var och en med olika betraktningsvinklar och bildhastighet, förblev oklart den mest lämpliga CE för spce.

För detta ändamål, försökte vi att utvärdera skillnader i upptäcka kapacitet och prestanda hos tre spce typer, fenan som var kopplad till en PillCamSB2, PillCamESO2 eller PillCamCOLON2, i ett screeningtest i magen. Genom att jämföra funktionerna för varje spce typ, försökte vi klargöra fördelen av varje funktion och dess genomförbarhet i klinisk praxis för att ta itu med kritiska problem för alla CE som kan kontrolleras från utsidan av kroppen i realtid observation, inklusive utvecklings spce.

Material och metoder

drivsystem för spce via användning av ett magnetfält (New MiniMermaid System) katalog

Vi har tidigare rapporterat om drivsystemet för spce via användning av ett magnetiskt fält, nämligen Ryukoku-Osaka-systemet [8]. I den aktuella studien använde vi en ytterligare modifierat system, som kallas New MiniMermaid systemet (S1 Video).

spce byggdes genom att ansluta en särskild fin gjord av silikonharts med en mikro-magnet till en befintlig CE. Längden av fenan var 19 mm (fig 1). När mikro magneten är placerad i ett alternerande magnetfält, vibrerar den. Eftersom vibrationer överförs till fenan är det omvandlas till en framdrivande kraft om i vatten. Därför är det nödvändigt att tillhandahålla vatten in i magsäcken för styrning av spce. Vidare skulle tre-dimensionell styrning av spce uppnås genom att justera det magnetiska fältet. I våra experiment, kontrollerade en granskaren spce med en särskild styrenhet med iakttagande via ett övervakningssystem i realtid (snabb tillgång, tanke Imaging Ltd., Israel). (Fig 2) [8]

spce

de tre typerna av CE som används i föreliggande studie är kommersiellt tillgängliga i flera länder: PillCamSB2, PillCamESO2 och PillCamCOLON2 (tanke Imaging Ltd., Israel) [10-12]. De viktigaste specifikationerna för varje CE visas i tabell 1. PillCamSB2, som används för tunntarmen, har en enda huvud och tar bilder på två bilder per sekund (fps) vid en betraktningsvinkel på 156 °. Den PillCamESO2, som vanligen används för matstrupen, har dubbla huvuden, som fångar bilder med 18 bilder per sekund vardera och ger en extra bred betraktningsvinkel på 169 °. Den PillCamCOLON2 för kolon har också dubbla huvuden med en adaptiv bildfrekvens (AFR) och en betraktningsvinkel på 172 ° [10-12]. AFR tillåter PillCamCOLON2 att ta bilder på 18 fps i rörelseläge och två bilder per sekund i stort sett stillastående läge [13]. Den PillCamCOLON2 flyter lättare än den PillCamSB2 och PillCamESO2 på grund av sin mindre specifik vikt [14]. För dubbelhövdade CE-dvs., Den PillCamESO2 och PillCamCOLON2-kameran av ett huvud användes för detta experiment, medan den i andra huvudet var knuten till fenan och inte används för att ta bilder (Fig 1A). I denna studie, de tre SPCEs kopplade till PillCamSB2, PillCamESO2 och PillCamCOLON2 utsågs spce-SB2, spce-ESO2 och spce-COLON2 respektive.

Mage Modell

Magen modellen skapades från en utskuren svin mage. Elva olika färgade knappar syddes vidare till mucosal sidan av magen (Fig 3). Varje knapp färg klart skiljer sig från färgen på slemhinnan i svin mage utan blodflöde. I människans mage, är kvantitativ utvärdering ofta svårt eftersom det inte är möjligt att sy knappar som landmärken. Magen modell fixerades i en styrol-skummad rutan för att göra det möjligt att rotera manuellt eftersom en patient får ändra postural positioner i klinisk praxis. Magen modellen fylldes med 500 ml vatten före försöket (Fig 4). Det utskurna svin mage erhölls från Osaka Meat Organ Corporation (Osaka, Japan) två dagar före ingreppet. Magen framställdes såsom beskrivits ovan dagen före ingreppet.

Utvärdering

Fyra kontrollanter (KO, TK, MI, och KU) deltog i försöket. De fyra examinatorer visste positionerna för de färgade knapparna i magen modellen i förväg. Varje examinator kontrollerade spce i magen modell för 10 minuter, försök att upptäcka och noggrant undersöka så många knappar som möjligt. Magen modellen roterades, enligt granskarens instruktion. Först magen modell placeras liggande och sedan vrids mot vänster sidoläge trycksår, liggande ställning, och slutligen rätt sidoläge trycksår. Anledningen till den ändring var att minimera den mängd vatten som strömmar ut från magen in i duodenum. Undersökningen genomfördes tio gånger med spce-SB2 (KO: 3 gånger, TK: 3 gånger, MI: 2 gånger, KU: 2 gånger) och spce-COLON2 (KO: 3 gånger, TK: 3 gånger, MI: 2 gånger, KU: 2 gånger). Men för spce-ESO2 ades test endast nio gånger eftersom batteriet i PillCamESO2 helt urladdat vid undersökningen (KO: 3 gånger, TK: 2 gånger, MI: 2 gånger, KU: 2 gånger).

Vi utarbetat två parametrar för att utvärdera detekteringsförmåga av SPCEs. Först antalet upptäckta knappar används för att bedöma deras förmåga att hitta skador. För det andra, var en spce prestanda poäng beräknas för att utvärdera möjligheten att undersöka dessa lesioner i detalj. Ställningen definierades som summan av poäng som ges till varje knapp på följande sätt: 2 poäng gavs om en knapp kunde närma sig och övervakas noggrant; 1 poäng gavs om en knapp kom i sikte men kunde inte närma sig tätt; och inga poäng gavs om en knapp inte kunde upptäckas (Fig 5). Det maximala antalet knappar var 11, och det av spce prestanda poäng var 22 poäng.

Experimentet för varje spce var fördelade mer än en månad, och examinator genomgick ett experiment för varje spce efter de övade flera gånger med spce-SB2 i tidigare experiment. Således förbättring av försöks spce drift genom att lägga ett antal experiment inte beaktas.

Statistisk analys

signifikanta skillnader mellan medelvärdena för data för två olika testgrupperna utvärderades av Mann -Whitney U
-testet. Ett p-värde på < 0,05 ansågs signifikant, och alla tester var tvåsidiga. Data uttrycks som medelvärdet ± standardavvikelsen. Alla statistiska analyser genomfördes med användning av PASW Statistics 18 för Windows (SPSS Japan, Tokyo).

Resultat

Median antal knappar som detekteras i 10 min var 11 för spce-ESO2 [kvartilavståndet (IQR): 0], 10,5 (0,5) för det spce-COLON2, och 8 (1,0) för det spce-SB2. Den spce-ESO2 och spce-COLON2 hade en signifikant bättre förmåga att detektera lesioner än den spce-SB2 (p < 0,05). Det fanns ingen signifikant skillnad i förmågan att detektera lesioner mellan spce-COLON2 och spce-ESO2. Examinator kunde upptäcka alla knappar i varje undersökning med hjälp av spce-ESO2 (Fig 6).

Median spce prestanda poäng var 22 (0) för spce-ESO2, 16,5 (1,5) för spce -COLON2, och 14 (1,0) för spce-SB2. Det fanns signifikanta skillnader mellan de tre spce typer (p < 0,05 för alla jämförelser: spce-SB2 kontra spce-ESO2, spce-SB2 kontra spce-COLON2 och spce-ESO2 kontra spce-COLON2) (Fig 7).

i 10 undersökningar som gjorts med hjälp av spce-SB2, detektering av knapparna som finns i överkroppen av den större krökningen och var betydligt svårt fornix. Den spce-SB2 kunde upptäcka knappen längst fornix i endast två undersökningar och en vid större krökning av överkroppen i tre undersökningar. Emellertid var detektion av de knapparna som finns i antrum av den bakre väggen (10/10 prov), den nedre kroppen av den lägsta krökning (10/9), och den övre kroppen av den bakre väggen (10/09) nästan alltid möjligt.

i åtta av de nio undersökningar utförs med hjälp av spce-ESO2, alla knappar kunde observeras i detalj. Den tid som krävs för spce-ESO2 att observera alla knappar i detalj var 468 ± 74 s (7,8 ± 1,2 min).

spce prestanda poäng av spce-SB2 var låg på 14 (tabell 2 ). Av de tre spce typer av spce-ESO2 var den mest effektiva för att upptäcka skador och utvärdera dem noga (S2-S4 video).

Diskussion

Den aktuella studien identifierade CE specifikationer som berörs de spce funktioner. Den spce-COLON2 och spce-ESO2 hade en större betraktningsvinkel än spce-SB2, och kunde upptäcka betydligt fler knappar än den senare inom 10 minuter, vilket var den främsta orsaken till den ökade förmågan att hitta skador. Dessutom spce-COLON2 och spce-ESO2, vilket kan ta flera bilder i en sekund, kunde närma närmare knapparna än spce-SB2.

Genom att använda en svin mage modell, visade vi att den mest lämpliga CE för spce var PillCamESO2. Eftersom videon erhålls från spce-ESO2 uppträdde på ett kontinuerligt sätt, att manövrera anordningen och närmar knapparna inuti modellen var enkelt med trådlös styrning från utsidan av magen modellen. Men vi inte förvänta sig att spce-COLON2 skulle vara sämre än den spce-ESO2. Eftersom PillCamCOLON2 är utformad för observation av kolon, är dess specifika vikt är lägre, och anordningen är mer flytkraft än den PillCamESO2 [14]. Därför PillCamCOLON2 tenderar att riktade uppåt i stället för nedåt i vattnet. Dessutom anser spce-COLON2 inte skicka alla tagna bilder till övervakningssystemet realtid, medan spce-ESO2 kunde skicka alla bilder som tagits på 18 fps. Dessutom är inte konstant fånga hastighet spce-COLON2 på grund av AFR. Dessa faktorer återspeglas i de olika spce-prestandaresultat som erhållits i våra experiment. Ju högre fånga hastighet aktiverat finjusteringar medan styra spce. Med andra ord, var granskaren kunna flytta spce mer exakt mot målet, närma sig den, och stannar vid ett lämpligt avstånd.

Våra resultat föreslog att spce-ESO2 skulle kunna användas för att screena och noga undersöka människans mage på mindre än 10 minuter, vilket är inom den vanliga varaktigheten av en gastric endoskopi förfarande och möjliggör tillräcklig undersökning innan PillCamESO2 tar slut batteri. Emellertid spce-SB2, med en sämre prestanda jämfört med spce-ESO2, kanske missar de skador som finns i överkroppen av den större krökningen och fornix. Dessutom fann vi att lesioner i antrum av den bakre väggen, underkroppen av mindre krökning, och överkroppen av den bakre väggen var lätt att upptäcka med hjälp av spce. Den spce kunde lätt närma nära den bakre väggen när det magnetiska fältet försvagades. Observation av fornix tycktes vara svårt eftersom spce krävs för att manövreras över stora veck runt fornix, där luft tenderar att ackumuleras. Det är viktigt att identifiera dessa möjliga blinda platser innan klinisk tillämpning. Icke desto mindre kan verkliga magen lesioner inte jämföras med knapparna i magen modell som används i denna studie. Därför måste vi bedöma observationssekvensen mer effektivt genom att utföra ytterligare experiment med hjälp av magen modell. Rey et al. rapporterade resultaten av klinisk studie med Magnetiskt Guided kapselendoskopin (MGCE) som var en kapsel endoskop drivbart från utsidan av kroppen har utvecklats av sig själva, men detta var inte en jämförelse undersökning av förmåga MGCE [15, 16]. Från våra resultat, för klinisk tillämpning, anses det att en styrbar CE med funktioner som spce-ESO2 är lämplig.

Vår studie har flera begränsningar. Magen modellen i denna studie inte är densamma som ett levande mänskliga magen med peristaltisk rörelse och utsöndringen av gastriskt slem. Dessutom saknar grisen magen modell slemhinna blodflödet, och är vitare än magslemhinnan av en levande människa. Dessutom fyra kontrollanter kände position de färgade knapparna i magen modell och detta kan ha gjort upptäckten av de färgade knapparna i magen modell lättare. Men vi objektivt jämfört tre typer av spce och visade för första gången att spce kunde observera varje område av magen. Eftersom sy färgade knapparna för att en in vivo magen är inte praktiskt, valde vi att använda den utskurna svin magen. Vi visat att den spce-ESO2 skulle kunna användas för att undersöka hela den inre ytan av den utskurna porcin magen. Framtida studier i levande människa magen är nödvändiga.

Slutsatser

I den aktuella studien, visade vi att förmågan att hitta skador och granska dem i detalj berodde på CE betraktningsvinkel och ramen hastighet av bilderna, respektive. Dessa resultat kan tillåta oss att lösa andra problem i spce, såsom styrning av CE från utanför kroppen efter behag, att finna en skada, och undersöka den i detalj. Den spce-ESO2 kan vara den mest genomförbara i klinisk praxis. Framtida experiment använder spce-ESO2 i en människokropp är motiverade.

Dessutom är våra resultat anses vara universell för utvecklingen av en CE som är reglerbar från utsidan av kroppen och gör det möjligt att i realtid observation , inklusive spce.

Bakgrundsinformation
S1 Video. Den självgående kapsel endoskop är styrbar i tredimensionella riktningar om i vatten
doi:. 10,1371 /journal.pone.0139878.s001
(ZIP) Review S2 Video. Utsikten över spce-SB2
doi:. 10,1371 /journal.pone.0139878.s002
(ZIP) Review S3 Video. Utsikten över spce-ESO2
doi:. 10,1371 /journal.pone.0139878.s003
(ZIP) Review S4 Video. Utsikten över spce-COLON2
doi:. 10,1371 /journal.pone.0139878.s004
(ZIP) katalog

Tack till

Medlemmarna i "Team Mermaid" är Kazuhiro Ota, Sadaharu Nouda, Toshihisa Takeuchi, Munetaka Iguchi, Yuichi Kojima, Takanori Kuramoto, Takuya Inoue, Yasunori Shindo, Kenshiro Uesugi, Yoshiaki Fujito, Hironori Nishihara, Naotake Ohtsuka, och Kazuhide Higuchi.

• PLOS ONE: H. pylori seropositivitet före Ålder 40 och efterföljande risk för magcancer:? En glimt av det rätta förhållandet
• PLOS ONE: Näringsämnen Differentiellt Reglera Nucleobindin-2 /Nesfatin-1 in vitro i odlade Mage Ghrelinoma (MGN3-1) Celler och in vivo i möss av hankön