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.

Подготовка к  исследованию проводится по стандарту, рекомендованному фирмой- производителем эндоскопического оборудования, и обычно заключается в следующем:

• После 10 часов вечера накануне проведения капсульной эндоскопии воздержаться от приема пищи и жидкости, за исключением приема необходимых лекарств, запиваемых небольшим количеством воды.
• Не принимать никакие лекарства в течение двух часов перед началом капсульной эндоскопии.
• Воздержание от курения в течение 24 часов перед прохождением процедуры.
• Пациентам мужского пола необходимо побрить в день проведения обследования живот в пределах 15 см выше и ниже пупка

Противопоказания  к проведению капсульной эндоскопии:

Абсолютные  противопоказания:

1. Стриктуры кишки после операций.
2. Подозрение на полную или частичную кишечную непроходимость.
3. Дисфагия.

Относительные противопоказания:

Наличие кардиологических или неврологических электронных  стимуляторов сердца, либо  других электромеханических имплантантов, детский возраст, беременность.

Авторы отмечают также недопустимость выполнения магнитнорезонансной томографии у пациентов с неэкскретированной видеокапсулой.

По мнению многих авторов, капсульная эндоскопия позволяет  детально осмотреть все отделы тонкой кишки без специальной подготовки у большинства пациентов, обычно в качестве подготовки используется отказ от приема пищи за 8—12 ч до начала процедуры. Однако рядом исследователей высказана неудовлетворенность качеством получаемого изображения из-за наличия в тонкой кишке (особенно в дистальных отделах) содержимого, в значительной степени ухудшающего качество изображения и информативность исследования.

Пациент может вести свой обычный образ жизни весь период  исследования, с некоторыми ограничениями: избегать близко подходить к высокочастотным электрическим и электромагнитным приборам, запрещается присаживаться на корточки (присутствует возможность сломать сенсорные датчики). Через 8 часов после приема капсулы пациент возвращает записывающее устройство для последующей обработки на рабочей станции клинике. 

Как и любой  новый метод, капсульная эндоскопия тонкой кишки, по мнению абсолютного  большинства авторов, не лишена недостатков. Во-первых, это неуправляемость видеокапсулы и проведение исследования вне режима реального времени, во-вторых, трудность локализации выявленных изменений (хотя в настоящее время эта проблема частично решена с помощью усовершенствования программного обеспечения — программой графического локализатора положения видеокапсулы), кроме того, невозможность морфологической верификации, трудоемкость изучения результатов исследования специалистом. Многими авторами отмечается также чрезмерная длительность просмотра полученных изображений.

Таким образом, выявленные недостатки заставляют разработчиков  системы капсульной эндоскопии и  врачей-исследователей постоянно совершенствовать как саму эндовидеокапсулу, ее программное и аппаратное обеспечение, так и методику проведения исследования.

Количественные  характеристики

      Размер  видеокапсулы 11×26 мм, масса 3,7 г. Область поля визуализации составляет 160°, оптическое увеличение — 1:8, глубина визуализации — 1—30 мм, минимальный размер визуализируемого объекта — 0,1 мм. Капсула осуществляет видеосъемку с частотой 2 кадра в 1 с. 

Рис. 6. Эндоскопическая капсула (внешний вид) - спереди

Рис. 5. Эндоскопическая капсула (внешний вид) - сбоку

Капсульная эндоскопия сертифицирована в США (в 2001 году), странах Европейского союза, Израиле, Австралии. Активное внедрение этого аппарата в настоящее время происходит в нашей стране.

Отдельный интерес проявляют к  эндоскопическим капсулам страны мусульманского мира, в силу того, что колоноскопия в них запрещена по религиозным соображениям.                   

Ведущими производителями  эндоскопических капсул являются: Given Imaging (модель PillCam), Olympus (модель EndoCapsule), RF System (модель Sayaka), IntroMedic (модель MiroCam).

Рис. 7. Эндоскопическая капсула, сенсорные датчики, записывающее устройство.

В Студенческим конструкторским исследовательском бюро кафедры №12 «Компьютерные системы и технологии» НИЯУ МИФИ зимой 2011 года был разработан эндоскопический капсульный комплекс «Ландыш», превосходящий зарубежные аналоги. Комплекс находится в завершающей стадии опытно-конструкторских работ, проходит тестовые испытания на базе ЦКБ 31. В настоящее время ведется разработка второго поколения прибора, с возможностью забора материала для биопсии.

Рис. 8. Эндоскопическая капсула комплекса «Ландыш»

Перспективы применения и модернизации

     У эндоскопической капсулы большое  будущее - сейчас идут исследования по наследственному полипозу, болезни Крона, синдрому раздраженной кишки, целиакии и т.д. Ведется работа и над возможностью контроля перемещения капсулы и взятия биопсии.

Не возникает  сомнений, что основные принципы, которые  сейчас применяются на практике, претерпят  изменения по мере увеличения опыта  использования капсульной эндоскопии.

Используя капсульную эндоскопию, диагностика пациентов  с кишечным кровотечением в будущем  будет значительно отличаться от того, как это происходит сейчас. Капсульная эндоскопия, возможно, станет третьим инструментальным методом  в диагностике пациентов с  гастроинтестинальным кровотечением, когда эндоскопическое исследование верхних отделов ЖКТ и колоноскопия не принесли результатов. У пациентов  с продолжающимся кровотечением, капсульная эндоскопия поможет определить источник кровотечения в случае, если кровотечение происходит из тонкого кишечника. Если же результаты исследования отрицательны, то это может говорить о том, что  кровотечение, вероятно, из толстой  кишки. У пациентов с продолжающимся кровотечением из тонкого кишечника  результаты капсульной эндоскопии будут  направлять дальнейшие действия врачей в плане диагностики и лечения. Пациентам с опухолью тонкого  кишечника, обнаруженной при помощи капсульной эндоскопии, показана лапароскопическая операция. Если источник кровотечения локализуется в проксимальных отделах тонкого кишечника и отсутствует опухоль, то в таких случаях можно использовать пероральную энтероскопию для проведения местного лечения. В случаях, когда поражение локализуется в дистальных отделах тонкого кишечники, требуется хирургическое вмешательство с одновременной интраоперационной энтероскопией. Поскольку при помощи эндоскопической капсулы осматривается весь тонкий кишечник, операцию можно будет провести лапароскопически, дополняя ее интраоперационной энтероскопией, чтобы получить доступ к месту поражения. Сложностей, с которыми мы сталкиваемся при лечении пациентов с толстокишечным дивертикулярным кровотечением, можно будет легко избежать в будущем, так как правая половина толстой кишки может быть тщательно осмотрена с помощью капсулы. Капсула не нарушает нормальных процессов в толстой кишке, поэтому эндоскопическая капсула более информативна, чем колоноскопия при определении наличия или отсутствия крови в правой половине толстой кишки и локализации источника кровотечения, и таким образом, в определении дальнейшей тактики лечения пациентов. У пациентов с железодефицитной анемией или периодически возникающими кишечными кровотечениями капсульную эндоскопию можно будет использовать для определения источника кровотечения, и таким образом, определять последующую тактику лечебных и диагностических мероприятий. Станет возможной ранняя диагностика опухолей тонкого кишечника

Заключение

      Капсульная  эндоскопия на современном этапе  является одним из перспективных  методов диагностики заболеваний  тонкой кишки. Достаточно определена ее роль в диагностике скрытых интестинальных кровотечений как ведущего метода в алгоритме обследования этих пациентов. В диагностике воспалительных и системных поражений тонкой кишки место капсульной эндоскопии до конца не определено, однако она, несомненно, оказывает большую помощь в ранних стадиях этих заболеваний и помогает осуществлять контроль за проводимым лечением. Нельзя не отметить возрастающее в последнее время значение повторных видеокапсульных эндоскопий в оценке эффективности проводимого лечения при воспалительных и системных поражениях желудочно-кишечного тракта.

Также неоспоримы роль и значение капсульной эндоскопии в мониторинге синдромов полипоза и поверхностных поражений слизистой (при целиакии, приеме НПВС). Диагностическая ценность капсульной эндоскопии при хронических абдоминальных болях еще до конца не определена в первую очередь изза отсутствия разработки детальной видеокапсульной семиотики и четкой морфологической верификации выявляемых изменений. Остается дискутабельным также вопрос о необходимости и характере подготовки пищеварительного тракта к проведению капсульной эндоскопии. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  использованных источников: 

1. Праведников П. А. Капсульная эндоскопия: первые шаги. «Вестник эндоскопии», 05.2002

2. Домарев Л. В., Старков Ю. Г. Капсульная эндоскопия в диагностике заболеваний тонкой кишки. «Хирургия. Журнал им. Н. И. Пирогова» № 5, 2006

3. Описание  технологии к разрешению ФС№2009/112 от 26.05.09г. на применение новой медицинской технологии для ФГУ «Российский научный центр рентгенорадиологии Минздравсоцразвития России.

4. Википедия – интернет-энциклопедия (категория «Эндоскопия»)

http://ru.wikipedia.org 

5. Интернет-сайт Клиники Элиша (Израиль)

http://www.elisha.ru/endocapsule.html 

6. Интернет-сайт ООО «Медтехника»

http://medth.ru/index.php?option=com_content&task=view&id=22&Itemid=39 

7. Интернет-сайт компании «Медассист»

http://www.medassist.ru/check-up/capsule.shtml 

8. Интернет-сайт СКИБ НИЯУ МИФИ

http://skib.mephi.ru/work.html 
 
 
 
 
 
 
 

Глоссарий 

Ангиоэктазия - стойкое расширение сосудов артериального, венозного или         капиллярного типа; наблюдается обычно как местное явление

Болезнь Крона — хроническое неспецифическое гранулематозное воспаление желудочно-кишечного тракта, которое может поражать все его отделы, начиная от полости рта и заканчивая прямой кишкой.

Брыже́йка  — дупликатура брюшины, посредством которой полые органы брюшной полости прикреплены к задней стенке живота.

Дистальный -  участок тела, более отдалённый от его центра или срединной (медианной) плоскости.

Дисфагия (др.-греч. φαγεῖν — есть, глотать) — расстройство акта глотания.

Кишечные  энтеропатии - общее название невоспалительных хронических заболеваний кишечника, в основе которых лежат ферментопатия или врожденные аномалии строения кишечной стенки.

Лапароскопия (греч. λαπάρα — пах, чрево + греч. σκοπέο — смотрю) — современный метод хирургии, в котором операции на внутренних органах проводят через небольшие (обычно 0,5—1,5 см) отверстия.

Полип - аномальное разрастание тканей, выступающих над слизистой оболочкой.

Полипоз - тенденцию к появлению множественных полипов.

Целиакия (глютеновая энтеропатия) — наследственное заболевание, нарушение пищеварения, вызванное повреждением ворсинок тонкой кишки некоторыми пищевыми продуктами, содержащими определённые белки — глютен (клейковина) и близкими к нему белками злаков (авенин, гордеин и др.)

Связка  Трейтца – связка, соединяющая двенадцатиперстную кишку с диафрагмой.

Стриктура (лат. strictura — «сжатие») — стойкое сужение просвета любой полой анатомической структуры организма.

Сцинтиграфия — метод функциональной визуализации, заключающийся во введении в организм радиоактивных изотопов и получении изображения путём определения испускаемого ими излучения.

Энтероскопия (интестиноскопия) – это группа методов эндоскопического обследования тонкой кишки.