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胶囊内窥镜

发布时间:2012/4/29 12:07:14    发布者:中国中西医结合医学会    点击量:674

胶囊内窥镜,英文名称:capsule endoscopy,是一种做成胶囊形状的内窥镜,它是用来检查人体肠道的医疗仪器。胶囊内窥镜能进入人体,用于窥探人体肠胃和食道部位的健康状况。可用来帮助医生对病人进行诊断。

组成  典型的胶囊内窥镜由七部分组成,透明外壳、光源、成像元件、传感器、电池、发射模块和天线组成。电路系统又包含了传感器检测部件,信号处理部件和无线发射部件。图像、温度、pH值等传感器检测部件检测消化道内信息,该信息经过信号处理部件的处理经无线发射部件发送至体外。体外接收机接受信号,经过体外处理单元的处理,在终端显示出来。另外,随着功能拓展的需要,胶囊内窥镜还可以包含释药部件,用于微型手术的机械部件。目前大部分胶囊只集成了其中的一种或多种少量功能。

 

原理

  胶囊内窥镜实际是把摄像机缩小,植入医用胶囊,帮助医生对病人进行诊断。一粒小胶囊却是探秘人体的摄像工作室,甚至可能成为遨游人体的“飞船”;细小的纤维,可以用来加固人体的心脏动脉; 从外表看,它与普通胶囊药区别不大,但它是一台微型摄像机,用于窥探人体肠胃和食道部位的健康状况。患者吞服后,胶囊随胃肠肌肉运动沿消化方向运行,拍摄图像,再把图像传至患者系于腰间的数据传输装置。几小时后,医生把胶囊拍摄的图像下载于电脑,胶囊在24小时内自动排出体外。使用胶囊内窥镜,患者可保持正常活动和生活。

 

胶囊内窥镜样式

  胶囊内窥镜样式多样

以色列的胶囊内窥镜

  2001年5月以色列的一家公司Given Imaging生产出一种名为“M2A”的胶囊状内窥镜,可以连续工作6~8个小时,能够拍摄到小肠内壁的图像。“M2A”胶囊的尺寸为11mm×27mm,由光源、透镜、CMOS感光芯片、电池组和无线传输模块组成。胶囊外观光滑,可以使患者摄食起来较为方便,并且避免在蠕动到肛门的过程中粘上其它的东西。电池可以提供7~8小时,拍摄250000~600000张图片,并传到体外腰部的接收装置里。“M2A”胶囊已经被食品和药品委员会认可,并且已经在34个国家投入商业应用。

 

  2001年8月Given Imaging公司又推出了PillCam系列产品,用于人体食道检测和肠道检测。其可以在肠道内工作至少8个小时,每秒钟向外传输两幅图像[1]- [5]。

日本的胶囊内窥镜

  ,日本的RF System Lab.公司也公布了一种更小的不使用电池的胶囊内窥镜样机原型,名为“Norika3”。“Norika3”胶囊直径9mm,长23mm,在胶囊内部采用CCD成像系统,具有很高的图像清晰度,可达410000像素。它以数字方式由微波发送,被外部接受后转换成图像显示在屏幕上,进行实时检测,并可以硬盘储存,以便随时调取研究。病人身穿嵌有三组发射线圈和接收线圈的背心,线圈发送射频。胶囊内同样有三组60度间隔的线圈,在经过磁线圈接收并经电容器转换后感应出电流,形成一个三极电机的模式,从而控制胶囊的旋转,以便不同方向观察病灶。镜头四周有二个白色灯和二个近红外线灯,从外部控制其不同亮度的比例,可产生模拟三维图像。镜头也可由外部控制来调节其焦距,以获得清晰的图像。它每秒能摄取30幅图像,因此可观察脏器的实时运动,并可以网络传输,进行远程会诊。另外,胶囊内部有一个喷药仓和一个取活检仓,均可由外部控制分别打开其阀门,进行对病灶的喷药或伸出微型钛金属针取活检。

 

  2003年通过改进“Norika3”开发出甚至适合2个月婴儿的胶囊内窥镜。该内窥镜尺寸为5.8mm×15mm,是世界上最小的胶囊内窥镜。由于它的体积只有“Norika3”的27%,因此与“Norika3”相比,它不具有控制功能。

韩国的胶囊内窥镜

  2003年1月28日,韩国Kyungpook国立大学的H.J.Park等人宣布研制成功一种双向通讯的无线胶囊内窥镜。这种内窥镜名为“MIRO”(maze in Korean),服用后可以观察人体从食道到大肠的大部分消化器官。该内窥镜的直径为10毫米,长25毫米,而且可以用显示器当场清晰地观察到体内状态。

美国的胶囊内窥镜

  2008年RF系统实验室又研制出另人体内窥镜――Sayaka,胶囊内窥镜已在美国进行临床测试,其先进的功能成为了国内外企业效仿的对象。届时在做检查时,它将完全没有普通内窥镜给病人带来的痛苦,患者只要像吃胶囊那样把它吞咽下去,Sayaka内窥镜就会一边随着消化管的自然蠕动边旋转边拍照,再将所有肠内壁的高清视频图像无线传送出来,医生通过检查此视频图像来诊断患者肠道是否有肿瘤或其它问题。 Sayaka的直径仅9毫米,长为2.3厘米,患者可以像胶囊一样轻易吞服它。吞服后的8小时里,此双重构造的胶囊能够紧贴肠内壁,走过6~8米长的肠道,并在肠道内透过LED的发光,一边回旋,一边由内藏的CCD微型相机进行每秒30张照片的拍摄的,将拍下多达87万多张照片。这一路下来,患者一点感觉都没有。出于安全的考虑,Sayaka内部并没有搭载电池,但它需要50毫瓦的电力来驱动其相机、灯光和计算机。由于电池太笨重,因此它接收来自体外线圈所发出的电磁感应电作为动力。电磁感应电来源是:患者穿戴的背心上有一个线圈,能持续不断地提供电力供应,可以维持Sayaka正常运转所需要的电力。

 

  当“Sayaka”在肠道里摄影时,每秒钟大约可以拍摄30张2兆像素的图像,与此同时,其荧光灯和白色LED灯会照亮肠道壁,实现清晰拍摄。所以在回放这些图像时,能够像动画一样,表现出肠壁的动态景象,以便确定肿胀患处的硬度等等。 内窥镜将相机放在一端,朝前拍摄,因此只能拍到肠内壁的外围情况。而“Sayaka”首次将相机面向肠内壁, Sayaka拍摄到的每一张图像数据不是保存在内部,而是不断地通过无线传输到装在患者背心里的天线中,并保存在一张标准的SD存储卡上。医生将此SD存储卡插入电脑,用软件将数千张重复的图像编辑成肠道的平面图,可以将每一张图像可以放大75倍左右,达到1,175兆像素,以便让医生观察其细节特征。Sayaka 胶囊式内窥镜吞服大约8个小时后,就会自然排泄出来。Sayaka胶囊式内窥镜可以任意重复使用。其价格大约为100美元一个,一般人都能买得起。

 

  2004年12月美国的Smartpill 公司开发了两种胶囊内窥镜。一种是用于图像检测的胶囊内窥镜。另一种胶囊Smartpill ACT-1用于测量消化道蠕动压力、pH 值和检测时间。其中Smartpill ACT-1 胶囊内含电池可连续使用72个小时,其功能全面,具有很大的参考价值。同时改公司也开始了很多关于高密度电池,微传感器和光通讯方法的研究。

中国的胶囊内窥镜

  我国在胶囊内窥镜的研究上,也取得了一定的成绩。2004年6月12日,由重庆金山科技(集团)有限公司研制的“胶囊内窥镜”在重庆通过了国家“863”专家组的验收。如同普通感冒清大小的智能胶囊,里面不是一般的药,而是安装的代表全球最先进的微机电(MEMS)技术设备和微型摄像探头,此胶囊专用于消化道的病变探查。此项技术成果为国内首创。本项目拥有全部自主知识产权,申请了多项国内外专利,成为世界上第二家、中国第一家研制出胶囊内窥镜的企业。“OMOM胶囊内镜”是金山科技集团研制的拥有完全自主知识产权的一种新型无创无痛的消化道影像无线检测系统。目前全球只有以色列在临床使用无线内窥镜系统,使用外国的产品检查费用非常昂贵,我国自行开发的产品一旦进入市场后,将大大降低检查的成本,使数千万胃肠道疾病患者受益

 

  目前研究胶囊内窥镜的科研机构与公司还有很多,但是都没有推出成熟的产品。而在所有目前存在的产品中胶囊内窥镜都是被动式的,即胶囊内窥镜在进行肠道检查过程中依靠肠道的蠕动向前前进,完成整个检查过程最终排出体外。与传统的推进式内窥镜相比,胶囊内窥镜进行检查过程中对病人无创伤、无痛苦、无交叉感染,同时容易耐受、无需镇静剂,同时彩色图像清晰,对小肠病变诊断率高;同时还能检查小肠等消化道深处部位,还可为患者提供全胃肠道图像; 资料利于会诊、教学、保存。目前,全球已经有上万患者使用了胶囊内窥镜技术进行检查。胶囊内窥镜可以检查小肠、不明显的胃肠出血、贫血、克多思氏病等普通内窥镜无法有效检查的疾病,必将成为内镜检查的主流方法。