Эндоскопические капсулы для исследования желудочно-кишечного тракта

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение  
высшего профессионального образования                                                «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Факультет «Автоматики и  электроники»

Кафедра «Компьютерные медицинские  системы» НИЯУ МИФИ 
 
 
 
 

Реферат

«Эндоскопические  капсулы для исследования желудочно-кишечного  тракта» 
 
 
 
 
 
 

Выполнил:

Студент группы А7-23 Терещенко Д. П. 

Проверил:

К. т. н. Проничев А. Н. 
 
 
 
 
 

Краткая аннотация 

     До  настоящего времени тонкая кишка  была малоизученным органом, в особенности, тощий и подвздошный ее отделы. В значительной степени это обусловлено  относительно большой протяженностью тонкой кишки, наличием  многочисленных изгибов и недостаточным внедрением в практику обследования больных  эндоскопического исследования тощей  и подвздошной кишки.

     Изобретение эндоскопических капсул для исследования ЖКТ дало новые возможности для  диагностирования самых разнообразных  заболеваний. Цель работы – проанализировать существующие в настоящее время  образцы эндоскопических капсул, описать принципы действия, конструкцию, характеристики; выяснить их достоинства и недостатки, ограничения при применении, результативность исследований, проводимых с их помощью, перспективы применения и модернизации.

     В ходе работы были использованы самые разнообразные источники – от научных статей до интернет-сайтов коммерческих фирм, был собран, структурирован и проанализирован достаточно большой объем информации чтобы выполнить поставленные задачи.

     В настоящее время утверждены следующие  показания к видеокапсульной эндоскопии:

• «Скрытые» желудочно-кишечные кровотечения;
• Явные кровотечения с предположительным источником в тонкой кишке;
• Врожденные синдромы полипоза (с целью наблюдения);
• Подозрение на энтеропатию при приеме нестероидных противовоспалительных препаратов;
• Подозрение на наличие болезни Крона (после исключения наличия стенозов);
• Подозрение на наличие опухоли тонкой кишки;

     Также в настоящее время исследуются  следующие показания:

• Целиакии (с целью контроля эффективности лечения);
• Заболевания тонкой кишки у детей.

 

Описательная  часть

Назначение, актуальность, аналоги

      Среди причин временной утраты трудоспособности болезни органов пищеварения занимают четвертое место после болезней органов дыхания, травм и сердечнососудистых заболеваний. Заболевания желудочно-кишечного тракта занимают пятое место среди причин инвалидности и составляют 2,3% причин первичной инвалидности. Как причина смерти заболевания органов пищеварения занимают пятое место и составляют в структуре смертности 5% общего количества заболеваний.

Диагностика заболеваний  тонкой кишки представляет до сегодняшнего дня серьезную, во многом не решенную проблему. Диагностические трудности  связаны в значительной степени  с относительно большой протяженностью тонкой кишки, наличием в ней многочисленных изгибов и недостаточным внедрением в практику обследования тощей и  подвздошной кишки эндоскопических  методов.

Сложности в  диагностике поражений тонкой кишки  обусловлены трудной доступностью этого отдела пищеварительного тракта для методов инструментальной диагностики, локальностью возникающих изменений, отсутствием специфической симптоматики и низкой информативностью применяемых  методов.

По мнению многих авторов, рентгенологический метод  исследования до настоящего времени  является основным в диагностике  болезней кишечника хотя, по мнению А.И. Парфенова [Парфенов А.И. Энтерология. М: Триада­Х 2002; 178], обычное рентгенологическое исследование с пассажем бариевой взвеси по тонкой кишке малоинформативно и, как правило, неспецифично. Кроме того, это исследование длится несколько часов и создает большую лучевую нагрузку на пациента. Применение высокой клизмы — энтероклизиса — более информативно при выявлении опухолевых процессов, локализующихся в тонкой кишке, однако не дает достаточной информации в начальных стадиях заболевания, при поверхностных поражениях слизистой и диагностике источника кровотечения.

Другие современные  методы лучевой диагностики (спиральная компьютерная томография, магнитнорезонансная томография, селективная ангиография, сцинтиграфия) хотя и используются в диагностике заболеваний тонкой кишки и гастроинтестинальных кровотечений, как правило, оказываются неинформативными при поверхностных поражениях слизистой пищеварительного тракта. Так, компьютерная томография при заболеваниях тонкой кишки более информативна для диагностики объемных внутристеночных образований, а также патологических процессов, располагающихся в брыжейке, сальнике и забрюшинном пространстве. Хронические воспалительные заболевания кишечника (болезнь Крона, целиакия, болезнь Уипла и др.) регистрируются данными методами только в "развернутой" стадии, при выраженных интерстициальных изменениях в стенке кишки и нарушении ее проходимости. Селективная ангиография и радиоизотопное исследование, применяемые для диагностики интестинальных кровотечений, имеют определенную ценность при продолжающемся кровотечении, но практически неинформативны при периодическом скрытом тонкокишечном кровотечении.

Таким образом, лучевые методы обследования, хотя еще и имеют широкое распространение  в диагностике заболеваний тонкой кишки, все меньше удовлетворяют  потребностям современной клинической  медицины.

Рис. 1. Колоноскопы специальный КС-ВО-1 (слева) и универсальнй КУ-ВО-1 (справа).

Первые попытки  эндоскопической визуализации всех отделов толстой и терминальных отделов подвздошной кишки относятся к 1967 г. В последующие годы метод успешно применялся многими врачами-исследователями, в том числе и в нашей стране. Зондовая интестиноскопия, применяемая в течение многих лет для достижения отдаленных участков тонкой кишки, также не лишена серьезных недостатков. Продолжительность исследования (около 4 ч), невозможность терапевтического воздействия на патологический очаг заставили большинство эндоскопистов в последнее время отказаться от нее.

Первым шагом  в эндоскопической диагностике  тонкого кишечника стала пероральная  энтероскопия. Первоначально для диагностики двенадцатиперстной кишки и проксимальных отделов тощей кишки использовались ы - взрослый и педиатрический. В среднем, колоноскопом длиной 160 см можно осмотреть тонкий кишечник на расстоянии до 40 см дистальнее связки Трейца. В настоящее время, энтероскопы длиной 2,1-2,5 м значительно улучшили диагностические возможности энтероскопии, и теперь стало возможным осмотреть тощую кишку на всем ее протяжении. Исследование дистальных отделов тонкого кишечника первоначально осуществлялось при помощи метода зондовой энтероскопии, длительного и даже болезненного обследования, доставляющего пациенту массу неприятных ощущений. Медицинское сообщество старается прибегать к описанным методикам только в случае крайней необходимости.

Интраоперационная интестиноскопия остается незаменимым методом диагностики и лечения хирургических заболеваний, поражающих тонкую кишку. Суть метода заключается в оперативном вмешательстве — лапаротомии и проведении эндоскопа рукой хирурга. Так как сама по себе операция имеет немалый риск для жизни и здоровья больного, к этому методу прибегают в случае крайней необходимости — когда наличие патологического очага в тонкой кишке не вызывает сомнений, а другие методы диагностики и лечения исчерпали свои возможности. Также следует отметить часто возникающие в послеоперационном периоде осложнения: длительную динамическую непроходимость, развивающуюся вследствие перерастяжения брыжейки тонкой кишки при проведении эндоскопа, а также перфорации и свищи.

Таким образом, развитие эндоскопической техники  и методологии эндоскопических  исследований, хотя и дали в руки специалистам значительные возможности  в диагностике и лечении заболеваний  пищеварительного тракта, не позволяют  в полной мере диагностировать заболевания  вне зоны досягаемости эндоскопа.

Физический  принцип действия

      Новым методом диагностики заболеваний  тонкой кишки стала капсульная эндоскопия. Это техническое новшество было продуктом активного технического и научного взаимодействия J. Gavriel, G. Iddan и P. Swain, которые начали разработку беспроводной эндовидеосистемы и принципов передачи видеоизображения в 1988 г. В октябре 1999 г. P. Swain впервые провел испытание эндоскопической видеокапсулы in vivo на себе.

Рис. 2. Диагностическая система Given Diagnostic Imaging, использующая эндоскопическую капсулу

В 2000 г. G. Iddan и соавт. в журнале "Nature" опубликовали статью, посвященную принципиально новой методике исследования пищеварительного тракта — "беспроводной" капсульной эндоскопии, в ней описывались технические принципы и возможности капсульной эндоскопии для визуализации "глубоких" отделов пищеварительного тракта. В том же 2000 г. журнал "Gastrointestinal Endoscopy" опубликовал статью "Wireless endoscopy", написанную F. Gong и соавт. и отражавшую медицинские аспекты этой разработки.                                                                     Изобретение позволяет визуально обследовать тонкую кишку с помощью проглатываемой пациентом миниатюрной капсулы с видеокамерой и передатчиком.

Капсула проглатывается пациентом и свободно, посредством  естественной перистальтики передвигается  по пищеварительному тракту, осуществляя  видеосъемку. Информация через специальные  сенсоры передается на записывающее устройство. Исследование проводится в течение 6—8 ч, при этом пациент  ведет привычный образ жизни. Полученное в результате исследования изображение обрабатывается при  помощи специального программного обеспечения  на рабочей станции, использующей базу персонального компьютера .

Первые сообщения  в печати об использования эндоскопической  капсулы появились 2 года назад, рассказывая  о полученных качественных изображениях тонкого кишечника у десяти здоровых добровольцев. Впоследствии возможности  капсулы исследовались на девяти собаках, в тонкую кишку которых  были вышиты разноцветные бусинки размером от 3 до 6 мм. В кишечник каждой собаки было помещено от 9 до 13 бусинок. Капсульная эндоскопия идентифицировала значительно больше бусинок, чем пероральная энтероскопия. После этого исследования, было опубликовано краткое сообщение об использования капсульной эндоскопия у четырех пациентов с желудочно-кишечным кровотечением неясной этиологии, у которых источники кровотечения были установлены с помощью капсулы. Первое клиническое исследование было завершено в прошлом году, в нем эффективность капсульной эндоскопии сравнивалось с результатами пероральной энтероскопии у 21 пациента с желудочно-кишечным кровотечением неясной этиологии. Результаты капсульной эндоскопии превзошли пероральную энтероскопию в диагностике скрытого кровотечения. Капсульная эндоскопия позволила поставить правильный диагноз (ангиоэктазия, продолжающееся кровотечение, опухоль, язва подвздошной кишки) у 11 из 20 (55 %) пациентов, тогда как пероральная энтероскопия позволила поставить диагноз у 6 из 20 (30 %) пациентов; были обнаружены только ангиоэктазии. Другой патологии при пероральной энтероскопии не было обнаружено, кроме того, при помощи капсулы удалось идентифицировать поражения дистальных отделов тонкого кишечника, не достижимых для пероральной энтероскопии. 

Основные  структурные составляющие

      В состав капсулы входят четыре светодиода, линза, микросхема цветной камеры, две  батареи, радиочастотный передатчик и  антенна. Камера создана на основе CMOS-матрицы (CMOS - complementary metal oxide semiconductor - комплементарный металло-оксидный полупроводник). Такому типу матрицы требуется значительно меньше мощности, чем CCD-матрице (прибор с зарядовой связью), встроенной в видеоэндоскопы и цифровые камеры, поэтому она может работать при очень низком уровне освещения. Капсула регистрирует изображение тонкой кишки с частотой два кадра в секунду и передает данные по радио-частотам на записывающее устройство, находящееся на поясе пациента. Как только запись завершена, данные с записывающего устройства обрабатываются на компьютерной рабочей станции, программное обеспечение которой позволяет провести полный анализ полученного изображения на компьютерномм экране. Капсула одноразовая, выводится из организма естественным путем. В среднем, в течении 8-часового исследования записывается 50 000 кадров.                      

Рис. 3. Эндоскопическая капсула PillCam (схема):

1. Оптический колпак
2. Линза
3. Светодиоды
4. Камера на основе CMOS-матрицы
5. Батарея
6. Передатчик ASIC
7. Антенна

 
 

 

      Влияющие  факторы

      Достоинствами метода являются его довольно высокая  информативность, возможность осмотреть  тонкую кишку на всем протяжении, неинвазивность, простота подготовки и легкая переносимость исследуемыми, отсутствие вредных воздействий на организм человека. Капсула является одноразовой, что исключает инфицирование пациента.

Рис. 4. Эндоскопическая капсула в тонком кишечнике пациента

Эндоскопия  с помощью снимающей капсулы проходит амбулаторно. Капсула проглатывается с небольшим количеством воды и сканирует всю пищеварительную систему, вплоть до ее естественного выхода. Пациент на время проведения исследования носит при себе аппарат, принимающий сигналы от капсулы, с помощью нескольких электродов присоединенных к телу на подобии электрокардиограммы. В течении 7-8 часов капсула успевает передать до 80 тысяч изображений, которые потом трансформируют в видео изображение. Во время исследования пациент может вести нормальный образ жизни. В любой момент, при присоединении аппарата можно узнать о точном местонахождении капсулы. Обычно капсула находится в желудке около часа и в тонком кишечнике от 4 до 5 часов. После капсула попадает в толстый кишечник, где и находится до ее выхода с калом. Капсула увеличивает точность исследования до 70% у пациентов с кровотечением без видимой причины. Эти пациенты составляют 5-10% от всех пациентов кровоточащих в пищеварительной системе. Капсула направляет на правильный вид лечения, в соответствии с результатом – через рот (гастроскопия), задний проход (колоноскопия) или с помощью оперативного вмешательства.