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胶囊内镜(一)

在这一期,我们以 “胶囊内镜”为题,专门收集了2019年以来有这关方面的科技文献与资料并汇集成汇编提供给大家,希望对“胶囊内镜”方面有兴趣的朋友和有意愿开发此类技术的朋友起到借鉴与参考作用。由于近几年这方面的文献资料较多,我们将其分四部分提供给大家。这是第一部分。

 

胶囊内镜简介

【摘自中华消化杂志, 2019,39(6) : 361-363 戈之铮吴姗胶囊内镜技术现状与展望》一文】

 

胶囊内镜技术作为一种无创、便携、可视化的检查方式,近年来得到患者和业界的广泛认可,目前其已经不局限于小肠疾病的诊断,日益成为覆盖全胃肠道疾病诊断的重要武器。

一、胶囊内镜技术的发展与现状

为减少传统机械插入内镜检查给患者带来的痛苦,以色列导弹制造工程师Gavriel Iddan博士于1992年率先提出了胶囊内镜概念,英国胃肠病学家Paul Swain医师也在同年世界胃肠病会议上展示了胶囊内镜的设计理念,2人随后组建Given影像有限公司并设计开发胶囊内镜。20005Paul Swain医师在"美国消化疾病周"上对首例胶囊内镜应用情况进行汇报和展示[1]20018月胶囊内镜即通过美国FDA审核批准上市,宣告无创内镜检查时代的到来。

胶囊内镜系统设计的成功得益于多项技术的突破,互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide semiconductor, CMOS)影像仪、特定用途集成电路(application specific integrated circuit, ASIC)发送装置和发光二极管(light-emitting diode, LED)照明系统均可在有限的体积和低耗能下取得高质量图像的摄制和传输,减少了功率和耗能困扰。

胶囊内镜设计之初主要为解决小肠特殊的解剖结构对插入性内镜、X线和造影等检查的影响,提升小肠相关疾病的诊疗水平。随着无创内镜理念的推进,为适应消化道各部位的解剖特点,胶囊内镜逐步推进技术革新,逐渐成为全消化道疾病诊断的重要方式。如为适应吞咽动作和重力作用对胶囊内镜通过食管速度的影响,食管胶囊内镜将拍摄帧数和视野进行提升,拍摄帧数由14/s提升至最高35/s,视野角度由标准的140°扩大至超宽(169°)视角,同时结合食管的运动状态可自动调节光照强度,扩大了食管的可视度。由于胃腔空间较大,传统胶囊内镜存在视觉盲区,无法观察到胃各部位黏膜的情况,磁控导航胃镜通过外部磁场控制胶囊在胃内运动,成功解决了临床难题。考虑结肠腔较大,胶囊内镜在结肠中滞留时间较长,传统小肠胶囊内镜的单摄像头恒速拍摄难以全面显示结肠病变,结肠胶囊内镜双镜头172°视野可大大提高肠腔拍摄覆盖率,同时其拍摄频率在静止情况下为4/s,而在运动状态下可自动调整至35/s,极大提高了结肠病变的检出率。

二、胶囊内镜技术在临床中的应用

1.小肠胶囊内镜:

目前已经成为小肠疾病诊断的首选检查方法。小肠胶囊内镜的适应证主要包括不明原因消化道出血,不明原因缺铁性贫血,疑似CD或监测并指导CD的治疗,疑似小肠肿瘤,监控小肠息肉病综合征的发展,疑似或难以控制的吸收不良综合征(如乳糜泻等),检测NSAID相关性小肠黏膜损害,以及临床上需要排除的小肠疾病者[2]。其对小肠疾病的总体诊断率达60%,与相对有创的气囊辅助式小肠镜相当[3],具有重要临床价值。

2.食管胶囊内镜:

目前食管胶囊内镜主要应用于疑似Barrett食管、疑似食管炎,以及疑似食管静脉曲张和需要食管内镜检查但不愿接受和()不能耐受传统胃食管镜检查者。由于无法注气扩张食管腔,考虑到其通过食管的可控性和显示范围,目前仍不推荐替代传统胃镜检查作为检测和诊断的首选方案。

3.磁控胶囊胃镜:

我国自主研发的体外磁控的胶囊胃镜系统已于2013年正式投入临床使用。2014年全国共有7家中心协作完成了350例胃镜与磁控胶囊胃镜的对比研究,系统评估了磁控胶囊胃镜的应用情况,结果显示胃清洁程度满意度达到85%,总体胃腔显示满意度为83.3%,与胃镜相比,其灵敏度达86.9%,特异度为94.9%,诊断准确度可达92.8%,阳性预测值为85.9%,阴性预测值为95.3%,证实其在胃部疾病检查中具有较好的临床应用前景[4]

4.结肠胶囊内镜:

与传统结肠镜相比,结肠胶囊内镜的腺瘤检出灵敏度可达88%92%[5],此外在无法耐受或未能完成全结肠镜检查的患者中,结肠胶囊内镜的结肠息肉检出率也显著高于CT仿真结肠镜检查[6]。因而目前结肠胶囊内镜的适应证为需要接受结肠镜检查但不能耐受或条件不允许者,结肠镜检查无法到达回盲瓣同时无消化道梗阻者,UC的随访以指导治疗,以及非高危人群的结肠病变筛查。

三、胶囊内镜面临的机遇与挑战

随着大数据时代人工智能技术的崛起,计算机辅助诊断为胶囊内镜提供了新的机遇,缓解了胶囊内镜诊断读片时间长、易漏诊、诊断标准不明确、学习与应用成本较高的问题。基于色彩和形态特征的病灶识别系统可识别97%左右的血管畸形和淋巴管扩张病灶[7]。基于深度卷积网络的人工智能系统可对较小的黏膜糜烂和阿弗他溃疡进行识别,灵敏度达90.9%,特异度达90.8%[8]。根据形态学变化、色彩差异和对比度进行图像数据提取,同时进行远程网络诊断等技术进一步节省了诊断时间[9],为规范胶囊内镜诊疗创造了有利条件。

目前胶囊内镜在临床应用中仍存在一些问题,亟需工程学发展带来新一轮胶囊内镜革新。首先,胶囊内镜由于自身机械和电池功率限制,仅能依靠肠腔蠕动和重力作用完成检查,极易出现视觉盲区,影响观察。目前在胃部检查中,磁控胶囊系统已可通过外部磁场控制完成胃部检查,其安全性和稳定性得到临床认可,但进一步的全胃肠道巡航机器人自动化诊疗可能更依赖如划桨装置、螺旋桨结构、自推进翅片结构、电动腿结构等主动驱动系统的创新。其次,由于小肠结构复杂,缺乏固定解剖标记,给病变定位带来很大难题。传统的胃肠镜操作可通过止血夹、染色剂等定位病变,受此思路启发,有研究通过弹簧定位释放装置,使胶囊内镜也可标记病灶,更精准地引导外科手术中对病灶的定位。通过磁控切割刀等进行病变活组织检查的技术也有望为小肠病理诊断提供强有力的支撑[10]。在体外定位方面,目前的胶囊内镜外部传感器系统可以通过胶囊运动情况和运行时间大致估测胶囊内镜的位置,磁控手柄可定位胶囊所在的大致腹腔位置。随着图像处理技术的进步,计算机辅助定位系统通过自动识别连续每帧图像间的像素差异,模拟运动距离和角度,可进一步将位置精度提高至2‰,角度精度提高至[11]。最后,在胶囊内镜辅助治疗方面,目前基于磁控活塞释放系统(magnetic active agent release system, MAARS)和自动电容控制器(IntelliCap®system)的药物投放系统均已进入临床试验阶段,靶向给药可以最大程度提高局部药物浓度,减少全身不良反应。胶囊内镜集诊断、活组织检查和治疗为一体的多合一功能发展也可为胃肠道疾病的诊疗带来新的活力。

经过多年临床与科研的反复探索,胶囊内镜已成为全消化道诊断的重要检查方式,为未来便携无创的全消化道内镜诊疗方式奠定了坚实基础。同时也看到,虽然与传统插入式内镜相比胶囊内镜检查的痛苦显著减少,但每种胶囊内镜在临床应用中仍有不同程度的欠缺,目前胶囊内镜还处在计算机辅助人工诊断与控制操作阶段。期待临床医师与工程技术人员的通力合作,使得胶囊内镜实现全自动诊疗一体化,带来消化疾病诊疗的新革命。

 

胶囊内镜(一)

 

1胶囊内镜新兴技术研究与应用进展

【作者】陈逸致潘骏廖专李兆申

【机构】海军军医大学长海医院消化内科

【文献出处】中华消化内镜杂志, 2020,37(05) : 372-376

【摘要】胶囊内镜是一种无痛的消化道检查方式,检查范围已经覆盖全胃肠道,其相关的各种新兴技术也不断被研发,运用于胶囊内镜操作、成像和诊断的各个过程,未来还有可能辅助实现胶囊内镜下手术操作和给药。然而,目前大多数胶囊内镜新兴技术尚处于研发阶段,需要开展大规模临床研究,以进一步证实其应用价值。

2胶囊内镜廿年之发展:弱冠之年,而立之心

【作者】廖专;李兆申

【机构】海军军医大学长海医院消化内科 国家消化系统疾病临床医学研究中心

【文献出处】中华内科杂志2020(059),002

【摘要】1999年人类第1次吞下胶囊内镜开始,胶囊内镜已走过了临床应用的20个年头.20年来,从问世到成为小肠疾病一线检查方式,从技术进步到适应证拓展,从小肠到全消化道,从诊断到治疗初探,从技术应用到并发症预防,胶囊内镜为小肠疾病乃至全消化道疾病的诊疗模式带来了革命性变化.谨以此文回顾过去20年胶囊内镜的发展,并展望其将对消化系统疾病诊治带来的巨大影响.

 

3近四年胶囊内镜图像病灶的深度学习识别研究进展

【作者】章黎明  贾智伟  谢俊力  陈立福  

【机构】长沙理工大学电气与信息工程学院

【文献出处】《电子测量与仪器学报》 2019年08期

【摘要】胶囊内镜广泛地应用于整个胃肠道非侵入式检测,但得到的海量图片的处理已经成为这一检测技术发展的瓶颈。基于卷积神经网络的计算机辅助系统是解决这一问题的有效途径。选取最近4年基于卷积神经网络的内镜图像处理文献,分别从卷积神经网络的作用以及针对内镜图像的网络结构调整两方面展开分析。深度学习方法在内镜图像处理领域的发展方向主要为大规模内镜图像数据库建立、迁移学习方法、多网络融合以及先进网络结构。由于有效样本数据匮乏和样本多样性不足无法近期解决,基于深度学习的内镜图像处理研究重点将为迁移学习以及数据与先验知识的融合研究。

 

4双气囊小肠镜和胶囊内镜对不明原因慢性腹痛诊断价值的比较

【作者】曹燕洪王学红

【机构】 湖南省妇幼保健院内科

【文献出处】《中国医药导刊》2019 第5

【摘要】目的:比较双气囊小肠镜(DBE)和胶囊内镜(CE)在不明原因慢性腹痛(UCAP)中的诊断价值。方法:选择2013年7月至2016年7月在中南大学湘雅二医院就诊的UCAP患者260例,其中行DBE检查158例,行CE检测102例;对所有患者的病例资料进行回顾性分析。结果:UCAP患者常伴有腹胀、腹泻、便血症状,DBE的总阳性检出率和准确性高于CE,而CE在小肠出血的阳性检出率高于DBE(P<0.05);经口非全麻进镜方式患者耐受性低于其他方式。DBE和CE均无严重并发症。结论:与CE比较,DBE是一种更有效的诊断UCAP的内镜手段,能提供相对较高的病变检出率和病因诊断的准确性。

 

5胶囊内窥镜的专利分析

【作者】宋文晓

【机构】国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心

【文献出处】《中国科技信息》 2019年14期

【摘要】本文对胶囊内窥镜的专利申请发展趋势进行了初步分析,并对国外来华重点申请人、国内重点申请人以及广东省重点申请人在胶囊内窥镜各个技术领域分支中的专利申请进行了重点分析,并提出未来的专利布局方向。

 

6万向旋转磁场的空间电压矢量控制模型研究

【作者】李辉

【机构】大连理工大学

【文献出处】《大连理工大学》2019硕士论文

【摘要】通过外旋转磁场驱动内嵌永磁体的内窥镜胶囊机器人不仅实现了主动控制,而且在胃肠道检查方面具有稳定高效、安全可靠等优点,因其巨大的临床应用价值而成为了众多学者进行研究的热点。本课题组利用三轴正交方形亥姆霍兹线圈产生空间万向旋转磁场,控制胶囊机器人进行调姿与运动。为了提高旋转磁场的精度与控制灵活性,本文对负载线圈的功率驱动技术进行了研究探索,提出了一种万向旋转磁场的空间电压矢量控制模型。首先,阐述了万向旋转磁场的叠加原理。在对单轴线圈空间内任意位置磁场进行建模的基础上,通过坐标变换扩展为三轴线圈叠加磁场,对旋转周期内不同时刻旋转平面内磁场精度进行计算,并对三轴线圈的磁场分布作了分析。推导出加载于线圈上的电压空间矢量末端轨迹,利用微分几何原理对轨迹特性进行分析,发现其为空间内一平面曲线,形状为一与旋转磁场同频率的广义椭圆,并推导出半长轴半短轴对应向量与长短轴模长。对末端轨迹曲线特性的讨论,为空间电压矢量控制模型的设计打下了基础。其次,提出一种空间电压矢量控制模型,针对三轴正交亥姆霍兹线圈的空间结构与负载特性设计三相六桥臂功率电路拓扑结构,列出各桥臂开关状态组合并计算对应的全部基本电压矢量及其空间分布,根据基本电压矢量分布特点设计分割平面对三维空间进行分割,形成多个立体扇区,设计判断条件,对包含参考矢量的立体扇区进行判断。基于伏秒平衡原理推导出基本电压矢量占空比计算矩阵,并提出矢量序列的周期时序设计方法。接着,对所设计的空间电压矢量控制模型所产生的万向旋转磁场进行谐波分析,基于傅里叶级数原理对控制周期时序波形进行展开,并推导出旋转磁场的谐波分量误差数学解析模型,建立误差评价指标,通过对比分析说明相比于双极性正弦脉宽调制驱动亥姆霍兹线圈,空间电压矢量控制模型产生的旋转磁场谐波分量误差较小。最后,通过仿真对文中建立的空间电压矢量控制模型做出验证,结果表明了所提出的控制方法的有效性。同时,对空间电压矢量控制及双极性正弦脉宽调制方式下的万向旋转磁场谐波误差进行了仿真与对比,证明了所建立的误差解析模型的正确性,为胶囊机器人空间电压矢量控制方法的进一步研究与应用奠定了基础。

 

7甘露醇潜水胶囊内镜在小肠疾病诊断中的应用

【作者】刘欣  

【机构】广东省佛山市第一人民医院消化内科

【文献出处】《现代消化及介入诊疗》 2020年03期

【摘要】目的改善胶囊内镜在小肠检查过程中肠道准备情况,提高图像清晰度,提高小肠疾病的检出率。方法回顾性分析2019年1月至2019年11月我院进行胶囊内镜检查的100例患者的临床资料,其中行传统胶囊内镜患者50例(潜甘露醇组),行潜甘露醇胶囊内镜患者50例(传统组)。比较两组检查完成率和胶囊在小肠通过时间,小肠清洁度及黏膜充盈程度,小肠病变检出率等指标。结果潜甘露醇组小肠病变检出率为72%,显著高于传统组的34%(P 0. 01)。在潜甘露醇组的小肠通过时间较传统组的明显缩短(P 0. 05)。潜甘露醇组的小肠黏膜清洁度评分、小肠充盈度评分均显著优于传统组(P 0. 01)。结论潜甘露醇胶囊内镜可改善胶囊内镜的检查效率及诊断率,是一种行之有效的小肠疾病检查方法。

 

8国产OMOM-Ⅰ与进口PillCam SB2胶囊内镜系统的对比研究

【作者】王炯路红张宏玲廖亦然杨晓岚周永宁郭庆红

【机构】兰州大学第一医院消化科 甘肃省胃肠病重点实验室 兰州大学第一医院放疗科] 兰州大学第二医院泌尿外科

【文献出处】《中华消化杂志》2020407 483-487

【摘要】为比较OMOM-PillCam SB2胶囊内镜系统间的差异,30名受试者分别完成OMOM-PillCam SB2胶囊内镜检查。结果显示,所有受试者均完成全小肠检查,未出现宕机、间断停止工作、体内滞留等情况;在软件操作的便携性、实时监视功能、智能筛选图片、智能阅片功能上两者间差异无统计学意义;在记录携带的便携性、记录穿戴的舒适性上OMOM-胶囊内镜系统优于PillCam SB2胶囊内镜系统;在图片清晰度、图片处理效率、数据信息保存和传输、定位功能、智能分光比色电子染色功能上,PillCam SB2胶囊内镜系统优于OMOM-胶囊内镜系统。结果表明,两者检查的有效性和安全性相似,但OMOM-胶囊内镜系统的实用性功能不如PillCam SB2胶囊内镜系统。

 

9一种超声胶囊内窥镜成像技术研究

【作者】黄耀才  张志强  蔡蕊琳  牟培田  刘荣  杨戈  郑海荣  邱维宝  

【机构】中国科学院深圳先进技术研究院劳特伯生物医学成像研究中心

【文献出处】《2019年全国声学大会论文集》2019年

【摘要】引言小肠是消化道最长的器官,越来越多的小肠疾病被人们认识。传统小肠检查方法的敏感性和准确性都较低,医生很难在术前作出明确诊断。胶囊内镜是一种无创、可靠、操作简便的内窥镜,能对小肠进行全程的实景观察,其主要适应症为不明原因消化道出血、克罗恩病和可疑小肠肿瘤等,使小肠不再是内镜检查的盲区。然而,临床上的胶囊内镜装置仅使用光学成像,只能观察到胃肠粘膜表面的情况,无法获取黏膜及腔壁的深层信息。高频率 

 

10胶囊内镜临床综合应用评价指标体系的构建及对比分析

【作者】刘恩杨欢樊超强李春花刘璐柏健鹰杨仕明李亚斐

【机构】 陆军军医大学(第三军医大学)第二附属医院消化内科 陆军军医大学(第三军医大学)军事预防医学系军队流行病学教研室

【文献出处】《第三军医大学学报》 2019年23期

【摘要】目的构建胶囊内镜临床综合应用评价指标体系及确定各指标权重,并对国产与进口胶囊内镜进行评价,为胶囊内镜在临床综合应用包括技术、临床及市场性能的评价研究中提供科学依据。方法通过文献分析法及专家咨询法初步拟定评价指标体系框架,应用德尔菲(Delphi)法及层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)确定胶囊内镜评价的一、二、三级指标及权重。采用因素分析法对国产与进口胶囊内镜进行评价指标的实证应用对比分析。结果两轮问卷的回收率分别为93.3%(28/30)、96.4%(27/28),专家平均权威系数分别为0.867、0.858,两轮咨询的一、二、三级指标肯德尔(Kendall)协调系数分别为0.324、0.189、0.140及0.280、0.192、0.124,经卡方检验均具有统计学意义(P0.01),协调性一致。最终确定了胶囊内镜评价的一级指标3项、二级指标10项、三级指标41项以及各指标的权重,其中一级指标技术、临床及市场性能的权重分别为0.349 0、0.437 4、0.213 6。实证对比分析,技术性能指标国产胶囊内镜的尺寸显著小于进口胶囊内镜(P0.01),胶囊质量显著大于进口胶囊内镜(P0.01),分辨率显著低于进口胶囊内镜(P0.05);临床性能指标国产胶囊内镜的图片处理时间显著长于进口胶囊内镜(P0.01),图片清晰度显著低于进口胶囊内镜(P0.01),记录仪携带的便携性及穿戴的舒适性显著优于进口胶囊内镜(P0.01);市场性能指标国产胶囊内镜的价格显著低于进口胶囊内镜(P0.01)。结论各级指标专家意见集中,协调程度好,结果可信度高,构建的胶囊内镜评价指标体系科学、合理、实用,为胶囊内镜的临床综合应用评价提供了客观、可量化的依据。

 

11OMOM小肠胶囊内镜胃肠转运时间及检查完成率影响因素的研究

【作者】张欢  

【机构】西南交通大学

【文献出处】《西南交通大学》 2019年硕士论文

【摘要】目的:探讨影响小肠胶囊内镜胃转运时间、小肠转运时间及全小肠检查完成率的因素。方法:回顾性分析2008年7月至2018年12月符合胶囊内镜适应症并于西部战区总医院消化内镜中心接受了OMOM胶囊内镜检查的患者907例,采集患者相关信息,分两部分进行统计分析。第一部分:将收集的数据中有肠道准备方法的受检者按肠道准备药物进行分组,对组间受检者基本情况进行统计分析,并分别探讨两组间胃转运时间、小肠转运时间、检查完成率及小肠病变检出率是否有差异;第二部分:忽略肠道准备药物影响因素,探讨受检者不同临床特征对胃肠转运时间的影响,探讨检出的不同小肠病变对小肠转运时间的影响,利用单因素和多因素分析的方法对小肠检查完成率的影响因素进行探讨。所有数据的统计分析均使用SPSS 17.0软件进行,P0.05则认为差异有统计学意义。结果:(1)有肠道准备药物的受检者共644例,按照使用的肠道准备药物将受检者分为复方聚乙二醇电解质散组(523例)和20%甘露醇组(121例),组间胃肠转运时间比较差异无统计学意义(P0.05),但20%甘露醇组小肠病变检出率显著高于复方聚乙二醇电解质散组小肠病变检出率(P=0.021)。(2)住院受检者胃转运时间显著长于门诊受检者胃转运时间(P=0.042)。(3)男性、年龄≥60岁老年受检者及检查有小肠病变者小肠转运时间显著延长(P0.01),且小肠溃疡是小肠转运时间延长的危险因素。(4)男性及胃肠转运时间延长是全小肠检查不能完成的危险因素。(5)12例受检者发生胶囊内镜小肠滞留(滞留率为1.3%),其中2例通过腹部手术后取出胶囊内镜;48例受检者通过内镜下将胶囊内镜送入十二指肠,其中33例(68.8%)完成了全小肠检查,共检出病变31例(64.6%)。(6)本研究中,所有受检者耐受性较好,均未出现因胶囊内镜本身原因导致的并发症。结论:(1)本研究中复方聚乙二醇电解质散或20%甘露醇对胃肠转运时间及全小肠检查完成率的影响差异无统计学意义,但术前服用20%甘露醇显著提高了小肠病变的检出率。建议在行胶囊内镜检查前,对受检者采用20%甘露醇行肠道准备。(2)对住院受检者进行实时监测,胶囊内镜在胃内停留超过30min,则考虑对受检者进行干预。(3)对年龄≥60岁的老年受检者,男性受检者,临床上怀疑有小肠出血或小肠溃疡受检者,医务人员应对其进行实时监测,发现其小肠推动较慢时,应积极采取相关有效促动力措施,以加快小肠转运时间,从而增加全小肠检查完成率。(4)本研究中胃肠转运时间的延长及男性是全小肠检查不能完成的危险因素。(5)内镜下将胶囊内镜送入十二指肠是一种安全且有效的缩短胃转运时间的方法。

 

12磁控胶囊内镜在不明原因消化道出血病因诊断中的价值

【作者】史肖华 刘杰 朱琪麟 程秀琴 王良晶 窦文欢

【机构】南京医科大学附属苏州科技城医院消化内科

【文献出处】《现代消化及介入诊疗》2020, 25(2)

【摘要】目的 探讨磁控胶囊内镜对不明原因消化道出血(obscure gastrointestinal bleeding,OGIB)的诊断价值.方法 选取20166月至20192月间在苏州科技城医院行磁控胶囊内镜检查的OGIB患者,分析其阳性检出结果 及随访情况.结果 39例中38例顺利完成检查,1例胶囊滞留在小肠,病变检出率为94.9.能解释出血病因的28,阳性率为71.8,其中小肠溃疡11,血管发育异常10,小肠肿瘤2,小肠过敏性紫癜2,胃溃疡1,寄生虫1,小肠憩室l;可疑阳性9,包括炎症性病变(糜烂、红斑、充血水肿)6,小肠息肉2,小肠静脉显露l;胶囊内镜检查阴性2(5.1).结论 磁控胶囊内镜对小肠血管病变和炎症性病灶较敏感,临床价值肯定.作为一种新型的胶囊内镜,磁控胶囊内镜可减少上消化道病变的漏诊,提高OGIB的诊断