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胶囊内镜(二)

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。这是第二部分。

 

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(二)

 

13胶囊内镜上消化道滞留的影响因素分析

【作者】王鹤智 张瑞 侯悦 郭晓钟 李宏宇

【机构】中国人民解放军北部战区总医院消化内科

【文献出处】《现代消化及介入诊疗2019, 24(12)

【摘要】目的 分析胶囊内镜上消化道滞留的影响因素.方法 回顾分析20125月至20189月于中国人民解放军北部战区总医院行胶囊内镜检查的145例患者的临床资料.筛选出胶囊内镜上消化道滞留的影响因素,再建立Logistic回归模型,并用受试者工作特征(ROC)曲线下面积评价其检验效能.结果 145例患者中胶囊内镜上消化道滞留的发生率为11.03%;单因素分析筛选出消化道出血症状,腹胀症状,腹痛症状是胶囊内镜上消化道滞留的影响因素.所建立的Logistic回归模型对胶囊内镜上消化道滞留预测的正确率为88.97%.ROC曲线下面积为0.771,P<0.01.结论 消化道出血症状,腹胀症状,腹痛症状均为胶囊内镜胃滞留的影响因素.对于上消化道滞留需尽早干预,可提高胶囊内镜检查的完成率及诊断率.

 

14胶囊内窥镜五维磁定位技术的研究

【作者】卢令蔡乐才陈冬君高祥李随群

【机构】四川理工学院人工智能四川省重点实验室 宜宾学院

【文献出处】《实验室研究与探索》 2019年02期

【摘要】为了实现胶囊内窥镜在检测中的精确定位,提出了五维磁定位技术。通过给胶囊内窥镜外壳加上一个薄的轴向充磁磁环为激励源,将磁环近似看成磁偶极子,通过人体周围布置磁场传感器阵列测量磁场,运用Levenberg-Marquardt算法求解胶囊的位置和镜头的方向,实现了胶囊内窥镜的精确定位。开发五维磁定位仿真系统,通过该系统将磁体空间姿态信息以三维动画的方式显示。实验表明,定位精度和定向精度得到显著提高,很好地实现精确定位跟踪效果。

 

15像控制无人机一样控制胶囊内镜

【作者】李增烈;

【机构】陕西省人民医院消化科;

【文献出处】《健康养生》2019(000),003

【摘要】一根冰冷的金屬直管,带着一颗小电珠,就这么进了食道,粗粗地看见了''一小块胃'',没有转身的余地,这是百多年前的胃镜.后来有了光学镜片,成百个透镜片,对好焦距,带上一个橡皮套,稍稍可以弯曲一点.胃镜发展到今天,已经有了电子胃镜,胶囊胃镜.磁控胶囊内镜有效又无痛电子胃镜虽然不能说是"十全十美",但公平地说至少它起到了很大作用.它的缺点众所周知:进镜与检查过程中有短暂的不适,特别是恶心,呕吐;因为部分胃镜还在咽喉口腔中,当然会有异物刺激感;黏膜或静脉麻醉(无痛胃镜用)意外,虽然发生率不高.加上一些夸大的"经验介绍",仍然有些人,尤其是体弱,多病者及老年人对电子胃镜"望而却步",这是事实.

 

16复方聚乙二醇电解质散与西甲硅油在胶囊内镜肠道检查中的应用

【作者】苏晓怡包洁

【机构】江苏大学附属昆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》 2019年05期

【摘要】目的探讨复方聚乙二醇电解质散(PEG)与西甲硅油在胶囊内镜肠道检查前肠道准备应用效果。方法将2016年10月至2018年10月于江苏大学附属昆山市第一人民医院行胶囊内镜肠道检查的90例患者随机分为A组(PEG)与B组(PEG+西甲硅油),各45例。比较两组肠道清洁程度、肠道内气泡存在程度、胶囊通过胃及小肠的时间和不良反应发生率。结果两组肠道清洁程度比较,差异无统计学意义(P0. 05)。B组肠道内气泡存在程度显著低于A组(P 0. 05)。B组胶囊通过胃、小肠的时间分别为(37. 60±8. 28) min、(280. 62±56. 33) min,显著短于A组的(45. 80±9. 13) min、(333. 58±67. 52) min,差异均有统计学意义(P 0. 05)分。B组不良反应发生率为6. 67%,显著低于A组的22. 22%(P 0. 05)。结论胶囊内镜检查前联合应用PEG与西甲硅油可有效祛除肠腔内气泡,获得良好的视野,缩短胶囊通过胃及小肠的时间,且不良反应发生率低,具有较高的应用安全性。

 

17胶囊内镜上消化道滞留的影响因素分析

【作者】王鹤智张瑞侯悦郭晓钟李宏宇

【机构】中国人民解放军北部战区总医院消化内科

【文献出处】《现代消化及介入诊疗》2019年12期 1462-1465

【摘要】目的分析胶囊内镜上消化道滞留的影响因素。方法回顾分析20125月至20189月于中国人民解放军北部战区总医院行胶囊内镜检查的145例患者的临床资料。筛选出胶囊内镜上消化道滞留的影响因素,再建立Logistic回归模型,并用受试者工作特征(ROC)曲线下面积评价其检验效能。结果 145例患者中胶囊内镜上消化道滞留的发生率为11. 03%;单因素分析筛选出消化道出血症状、腹胀症状、腹痛症状是胶囊内镜上消化道滞留的影响因素。所建立的Logistic回归模型对胶囊内镜上消化道滞留预测的正确率为88. 97%ROC曲线下面积为0. 771,P <0. 01。结论消化道出血症状、腹胀症状、腹痛症状均为胶囊内镜胃滞留的影响因素。对于上消化道滞留需尽早干预,可提高胶囊内镜检查的完成率及诊断率。 

 

18行小肠胶囊内镜检查CD患者胶囊滞留和未完成的相关因素分析

【作者】黄妙兴 李志坚 刘宇虎 戴映平 徐明符

【机构】广东省东莞市人民医院消化内科

【文献出处】《河北医学》2019259 1503-1507

【摘要】目的:分析行小肠胶囊内镜检查克罗恩病(CD)患者临床特点及胶囊滞留和未完成的相关因素.方法:采用回顾性研究,收集本院106例行小肠胶囊内镜检查的CD患者的临床资料,记录患者临床特点,统计胶囊滞留和未完成的例数,采用多因素Logistic回归分析患者小肠胶囊内镜检查胶囊滞留和未完成的影响因素.结果:106CD患者中,小肠胶囊内镜检查未完成13,未完成率为12.26.经多因素Logistic回归分析结果发现,性别、白蛋白、血红蛋白、腹泻是影响CD患者小肠胶囊内镜检查未完成的相关因素(P<0.05).106CD患者中,小肠胶囊内镜检查中胶囊滞留6,滞留率为5.66.6例胶囊滞留患者中,4例无任何临床症状(经药物治疗后自行排出胶囊),2例继发肠梗阻症状(经内镜取出胶囊),经对症治疗后顺利出院.结论:性别、白蛋白、血红蛋白及腹泻均是影响CD患者小肠胶囊内镜检查未完成的相关因素,临床中在胶囊内镜检查前应密切关注患者胃肠道动力和营养状况,排除肠道狭窄,尽可能降低检查未完成率,减少胶囊滞留的发生.

 

19基于Forbes非球面的胶囊内窥镜光学系统设计

【作者】张欣婷亢磊吴倩倩

【机构】长春理工大学光电信息学院 中国中车长春轨道客车股份有限公司

【文献出处】《激光与红外》 2019年05期

【摘要】设计了一套WCE光学系统,对可见光波段成像。采用反远距的光学结构形式,共使用4片透镜,引入两个Forbes非球面来提高系统的整体性能,并做到仪器的小型化。系统视场角150°,相对孔径1/3,入瞳直径0.35 mm,总长8.3 mm。各视场的调制传递函数曲线在奈奎斯特频率143 lp/mm时均高于0.6,分辨率较高;各视场的点列图几乎都在艾里斑之内;彗差、像散、场曲、畸变、倍率色差等轴外像差也得到了很好的校正,成像质量较好,能够满足WCE光学系统的要求。

 

20磁控胶囊内镜与胃镜检查在体检人群中临床应用价值比较

【作者】刘燕燕  蒋建霞 

【机构】南京医科大学第一附属医院消化科

【文献出处】《胃肠病学和肝病学杂志》 2020年01期

【摘要】目的比较磁控胶囊内镜与胃镜的优劣性,探讨磁控胶囊内镜对上消化道疾病诊断的灵敏性和准确性,以及在体检个体中的应用价值。方法本研究通过回顾性研究,分析了南京医科大学第一附属医院2015年10月至2018年10月分别接受胃镜检查和磁控胶囊内镜检查的两组体检个体的相关临床资料,分析上消化道疾病发现率,经磁控胶囊内镜检查后追加胃镜情况,以及两组个体检查的舒适度、安全性。结果磁控胶囊内镜组205例中共检出11例食管病变,51例胃部病变,37例十二指肠病变;胃镜组314例中共检出65例食管病变,63例胃部病变,65例十二指肠病变,磁控胶囊内镜组除检出胃和十二指肠病变外,还检出了空回肠甚至结肠病变。磁控胶囊内镜运行到空回肠有149例,其中检出病变有38例,运行到结肠有106例,结肠腔内由于肠道准备不足,见大量粪渣及粪水,严重影响视野,无法观察。两组上消化道检查结果对比,除食管处观察情况差异有统计学意义(P0.05),其他各部位差异均无统计学意义(P0.05),磁控胶囊内镜具有更好的舒适度及耐受性,甚至能检查出胃镜无法检出的下消化道疾病。磁控胶囊内镜组中有28例受检者在检查结束后行胃镜复查或有关治疗,其中18例胃息肉患者在胃镜下行内镜下摘除术,7例胃溃疡行胃镜复查,病理证实为良性溃疡,3例胃部黏膜下隆起性病变中2例诊断为胃间质瘤,1例为脾脏压迫。结论磁控胶囊内镜在体检人群中的应用价值不低于胃镜,且更易被人群所接受。

 

21两种不同型号胶囊内镜在小肠检查过程中的对比研究

【作者】

【机构】重庆医科大学附属第二胃肠病学和肝病学杂志医院消化内科

【文献出处】《胃肠病学和肝病学杂志》2020, 29(1)

【摘要】目的 比较金山OMOM两种不同型号胶囊内镜在全小肠检查率(CER)中的差异及原因分析.方法 回顾重庆医科大学附属第二医院20161月至201710月行胶囊内镜检查的患者,其中型胶囊内镜组82(对照组),型胶囊内镜组85(观察组).比较两组胃转运时间(GTT)、小肠转运时间(SBTT)CER的差异.结果 型胶囊内镜组比型胶囊内镜组具有更高的CER(94.1vs 84.1,P=0.047),更短的GTT[(47.3±41.8)min vs(64.8±57.0)min,P=0.024],且工作时间更长,但两组患者SBTT差异无统计学意义(P>0.05).结论 型胶囊内镜通过缩短GTT,延长胶囊内镜工作时间,从而提高全小肠检查率,具有更好的临床应用价值.

 

22胶囊内镜滞留的研究进展

【作者】许文敏冯志强

【机构】广州医科大学附属广州市第一人民医院消化内科

【文献出处】《胃肠病学和肝病学杂志》2020(029),004

【摘要】2001年临床应用以来,胶囊内镜在小肠疾病的诊断、治疗疗效评估、病变部位的判断等方面发挥重要作用.胶囊内镜主要的风险是胶囊滞留,其主要滞留的部位为小肠,少数发生在食管、胃及结肠部位.克罗恩病是小肠胶囊内镜发生滞留的主要原因,小肠肿瘤、既往肠梗阻、长期使用非甾体类抗炎药也是公认的胶囊滞留的危险因素.胶囊滞留的患者多数无症状,但也有并发肠梗阻甚至肠穿孔的报道.近年来临床医师对胶囊内镜并发症逐渐重视,检查前使用影像学、探路胶囊评估肠道的通畅性,胶囊滞留的发生率尤其是高风险患者胶囊滞留率有所降低.探路胶囊在评估肠道通畅性有其独特的优势,也存在滞留情况和出现假阳性、假阴性的结果 .对于已经发生胶囊滞留的患者,临床医师应该根据其症状、并发症发生和结合患者病情采取不同的措施进行处理.

 

23胶囊内窥镜像素数的匹配率和分辨有效性评价法研究

【作者】贾晓航  张沁园  颜青来  杨仕明  陈德宝  

【机构】浙江省医疗器械检验研究院 中国人民解放军第三军医大学

【文献出处】《光电工程》 2019年01期

【摘要】针对胶囊式内窥镜,建立了全视场光学分辨率与像素数匹配水平的评价,以及像素数分辨有效性的评价方法。该方法通过选择过面阵传感器行或列扫描水平的光轴截面为分析用子午面,以光学分辨角和像素元投射角为分析单元导出线分辨元数、线像素数有效率、视场中心匹配率及全视场最大匹配率,并采用球面视场的分辨距与分辨角简易转换来简化测量方法。这些参数构成了胶囊式内窥镜像素数的匹配率和分辨有效性的评价依据,可为产品设计分析、评价及修改提供参考依据。

 

24无线胶囊内窥镜图像小肠息肉的自动识别

【作者】范姗慧刘士臣曹鹗范一宏魏凯华厉力华

【机构】杭州电子科技大学生命信息与仪器工程学院

【文献出处】《中国生物医学工程学报》2019385

【摘要】息肉是小肠常见疾病之一.无线胶囊内窥镜(WCE)是检查小肠疾病的常规手段,但每次检查都会产生大量图像,却仅可能包含少数病变图像.目前WCE病变的筛查高度依赖于医生的临床经验,耗时费力,且可能发生漏检或误检,因此实现WCE图像小肠息肉的自动识别意义重大.基于深度学习框架,结合数据增强技术和迁移学习策略,提出实现小肠息肉识别的新方法.基于原始数据集(包含4 300张正常图像和429张息肉图像)和拓展数据集(包含6 920张正常图像和6 864张息肉图像),对比分析不同的深度卷积神经网络模型(AlexNetVGGNetGoogLeNet)对息肉的识别效果.实验结果表明,在随机初始化的卷积神经网络中,GoogLeNet模型对息肉的识别效果最好,其敏感性、特异性和准确性分别达到97.18%、98.78%和97.99,说明增加网络深度可以有效提高识别率.但网络深度增加需要更高的硬件配置和训练时间,因此结合迁移学习策略,AlexNet模型的敏感性、特异性和准确性分别达到了96.57%、98.89%和97.74,AUC0.996,表明该方法能有效提高模型整体性能,同时降低对训练时间和实验配置的要求.与传统手工提取图像特征或仅基于深层卷积神经网络进行分类的方法相比,所提出的方法可以在有限的训练数据和实验环境下为小肠息肉的自动识别提供有效的解决方案,有望帮助医生高效完成基于WCE检查的消化道疾病的精准诊断.