膠囊內(nèi)窺鏡的研究進(jìn)展及應(yīng)用前景

1、0引百膠囊內(nèi)窺鏡(capsuleendoscopy),是一種做成膠囊形狀的內(nèi)窺鏡，它是用來檢查人體腸胃的醫(yī)療儀器。膠囊內(nèi)窺鏡能被人體吞入并進(jìn)入胃腸道，能夠拍攝食道、胃、小腸、大腸等，從而完成對人體整個(gè)消化道的檢查。可用來幫助醫(yī)生對病人進(jìn)行診斷。圖一膠囊內(nèi)窺鏡示意圖膠囊內(nèi)窺鏡的研究進(jìn)展及應(yīng)用前景陸想想(南京航空航天大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系，江蘇省南京市210016)摘要：本文論述了膠囊內(nèi)窺鏡及其檢查系統(tǒng)的基本組成，簡單介紹了其工作原理和工作過程。然后列舉了國內(nèi)外關(guān)于膠囊內(nèi)窺鏡的研究進(jìn)展，并將國內(nèi)自主研發(fā)的OMOM膠囊內(nèi)鏡，以及最新研發(fā)的HT型膠囊式內(nèi)鏡與國外的研究成果進(jìn)行比較，分析國產(chǎn)膠囊內(nèi)窺鏡的優(yōu)勢

2、。通過分析近二十年年來，世界各國關(guān)于膠囊內(nèi)窺鏡的研究進(jìn)展和應(yīng)用成果，得出膠囊內(nèi)窺鏡相對于傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡的優(yōu)勢，同時(shí)也看到了他的不足之處。最后對于膠囊內(nèi)窺鏡的未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了簡單地分析與總結(jié)。關(guān)鍵詞：膠囊；內(nèi)窺鏡；研究進(jìn)展；以色列“M2A;優(yōu)勢；未來發(fā)展TheCapsuleEndoscopyResearchProgressandApplicationProspectsLUXiang-xiang(DepartmentofBiomedicalEngineeringofNUAA,NangjingJiangsu210016,China)Abstract：Thispaperdiscussesthecapsu

3、leendoscopyandthemainsystemofbasiccomposition,brieflyintroducestheworkprincipleandworkingprocess.Andthensummarizestheresearchprogressoverseasonthecapsuleendoscopy.Ourcountry/sindependentresearchanddevelopmentofdomesticOMOMcapsuleendoscopy,andthelatestdevelopmentoftypeHTcapsuletypewithforeignresearch

4、achievementsofendoscopiccomparison,analyzestheadvantagesofdomesticcapsuleendoscopy.Throughtheanalysisfornearly20years,countriesallovertheworldaboutthecapsuleendoscopyresearchprogressandapplicationresults,andconcludedtheadvantagethatthecapsuleendoscopyoverthetraditionalendoscope,alsosawhisshortcoming

5、s.Finally,brieflyanalysisandsummarizesthecapsuleendoscopytrendoffuturedevelopment.Keywords：capsule;endoscope;researchprogress;IsraeM2A”;advantage;futuredevelopment傳統(tǒng)的內(nèi)窺鏡在檢查過程中給病人帶來較大的痛苦，有些病人由于忍受不了而放棄檢查。然而，膠囊內(nèi)窺鏡體積僅有普通膠囊大小，消除了傳統(tǒng)檢查方式的痛苦。2000年，以色列Given公司研制成功一種名為M2A勺世界上第一個(gè)膠囊式內(nèi)窺鏡，只有藥丸大小(26x11毫米)，重量僅3.7克,并

6、通過美國FDA批準(zhǔn)上市，標(biāo)志著胃腸道檢查步入“無痛”時(shí)代。膠囊內(nèi)窺鏡的出現(xiàn)是內(nèi)窺檢查的重大突破，具有廣闊的應(yīng)用前景。1膠囊內(nèi)窺鏡的組成及原理1.1基本組成典型的膠囊內(nèi)窺鏡由六部分組成：小型短焦鏡頭，彩色照相機(jī)，發(fā)白光二極管，兩個(gè)衛(wèi)星電池，射頻發(fā)送器，天線。電路系統(tǒng)又包含了傳感器檢測部件，信號處理部件和無線發(fā)射部件。膠囊內(nèi)窺鏡的檢查系統(tǒng)包括三個(gè)組成部分：可攝像的膠囊、數(shù)據(jù)記錄儀套件、RAPID工作站。膠囊通過胃腸蠕動(dòng)推進(jìn)并在腔內(nèi)拍成照片顯示成視頻；經(jīng)數(shù)字無線頻率通信，將信號傳輸?shù)浇壴隗w外的記錄器111oOuterCapsule圖三膠囊內(nèi)窺鏡在人體中的運(yùn)行過程圖二膠囊內(nèi)窺鏡的組成1.2基本原理2膠

7、囊內(nèi)窺鏡的研究進(jìn)展2.1國外關(guān)于膠囊內(nèi)窺鏡的研究進(jìn)展膠囊內(nèi)窺鏡是微電子技術(shù)、圖像處理、無線通信技術(shù)等與生物醫(yī)學(xué)相結(jié)合的一項(xiàng)高科技成果，這種新型智能醫(yī)療電子產(chǎn)品的工作原理是：患者吞服后，膠囊在病人消化道內(nèi)隨胃腸肌肉運(yùn)動(dòng)沿消化方向運(yùn)行，同時(shí)對消化道壁進(jìn)行實(shí)時(shí)攝像，再把圖像傳至患者系于腰間的數(shù)據(jù)傳輸裝置即圖像記錄儀，醫(yī)生借助圖像記錄儀和影像工作站系統(tǒng)分析采集回來的圖像，便可對病情作出進(jìn)一步診斷，最后膠囊隨排泄物自行排出。整個(gè)過程無創(chuàng)傷、無痛苦、無交叉感染、不影響患者時(shí)又克服了傳統(tǒng)方法不能較好檢查小腸部位“盲區(qū)”的弊端，是當(dāng)今消化道疾病，尤其是小腸疾病診斷的首選方法。另外，隨著功能拓展的需要，膠囊內(nèi)窺

8、鏡還可以包含釋藥部件，用于微型手術(shù)的機(jī)械部件。膠囊內(nèi)窺鏡實(shí)際是把攝像機(jī)縮小，植入醫(yī)用膠囊，幫助醫(yī)生對病人進(jìn)行診斷。1)1994年Nakahara和他的同事探討了無線圖像傳輸?shù)目赡苄?。這種膠囊內(nèi)鏡大小為29X50X16mm曾作過一個(gè)實(shí)驗(yàn)通過剖腹手術(shù)將膠囊內(nèi)鏡固定在狗胃內(nèi)2)以色列Given公司于2000年8月底研制成功的一種新型內(nèi)鏡-膠囊內(nèi)鏡，名為“M2A,重量僅3.7克，可以連囊的尺寸為11mrW26mm,由光源、透鏡、CMOS感光芯片、電池組和無線傳輸模塊組成。膠囊外觀光滑，可以使患者攝食起來較為方便，并且避免在蠕動(dòng)到肛門的過程中粘上其它的東西。電池可以提供78小時(shí)，拍攝2500006000

9、00張圖片，并傳到體外腰部的接收裝置里?！癕2A膠囊已經(jīng)被食品和藥品委員會(huì)認(rèn)可，并且已經(jīng)在34個(gè)國家投入商業(yè)應(yīng)用圖四以色列“M2A”膠囊內(nèi)窺鏡的正常工作，免除了傳統(tǒng)檢測方法所帶來的痛苦和不便,續(xù)工作68個(gè)小時(shí)，能夠拍攝到小腸內(nèi)壁的圖像。“M2A膠3)2001年8月GivenImaging公司又推出了PillCam系列產(chǎn)品，用于人體食道檢測和腸道檢測。其可以在腸道內(nèi)工作至少8個(gè)小時(shí)，每秒鐘向外傳輸兩幅圖像。4)位于日本長野的RF系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出了一種名為.FILN1-opticalGiome2-tenfihokier4,ilurninjatintgleds7.aai-ctranamiltDr5.

10、emos6.battery*Ri-rfprinfiWhiteLEDsInnerCapsuleRuoresctiriELEDsPermanentMagnetElectromagnet“Norika3”不用電池驅(qū)動(dòng)的膠囊照相機(jī)，以微波代替了電池來驅(qū)動(dòng)，它避免了電池在病人體內(nèi)泄露造成的危險(xiǎn)。膠囊造價(jià)不到100美元，用于遙控和監(jiān)視的儀器約1萬美元。相關(guān)的動(dòng)物測試于2002年6月在日本的幾所大學(xué)、美國的哈佛大學(xué)和加州洛杉磯大學(xué)同時(shí)進(jìn)行。新研制的這種膠囊照相機(jī)直徑為1厘米，長度也只有2.3厘米，大小如指尖一般，易于吞咽。膠囊內(nèi)部采用CCD成像系統(tǒng)，具有很高的圖像清晰度，可達(dá)410000像素。它以數(shù)字方式由

11、微波發(fā)送，被外部接受后轉(zhuǎn)換成圖像顯示在屏幕上，進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并可以硬盤儲(chǔ)存，以便隨時(shí)調(diào)取研究。病人身穿嵌有三組發(fā)射線圈和接收線圈的背心，線圈發(fā)送射頻。膠囊內(nèi)同樣有三組60度間隔的線圈，在經(jīng)過磁線圈接收并經(jīng)電容器轉(zhuǎn)換后感應(yīng)出電流，形成一個(gè)三極電機(jī)的模式，從而控制J膠囊的旋轉(zhuǎn)，以便不同方向觀察病灶。鏡頭四周有二個(gè)白色燈和二個(gè)近紅外線燈，從外部控制其不同亮度的比例，可產(chǎn)生模擬三維圖像。鏡頭也可由外部控制來調(diào)節(jié)其焦距，以獲得清晰的圖像。它每秒能攝取30幅圖像，因此可觀察臟器的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)，并可以網(wǎng)絡(luò)傳輸，進(jìn)行遠(yuǎn)程會(huì)診。另外，膠囊內(nèi)部有一個(gè)噴藥倉和一個(gè)取活檢倉，均可由外部控制分別打開其閥門，進(jìn)行對病灶的噴藥

12、或伸出微型鈦金屬針取活檢。5) RF系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室2003年通過改進(jìn)“Norika3”開發(fā)出甚至適合2個(gè)月嬰兒的膠囊內(nèi)窺鏡。該內(nèi)窺鏡尺寸為5.8mmx15mm,是世界上最小的膠囊內(nèi)窺鏡。由于它的體積只有“Norika3”的27%,因此與“Norika3”相比，它不具有控制功能。6) 2003年1月28日，韓國Kyungpook國立大學(xué)的H.J.Park等人宣布研制成功一種雙向通訊的無線膠囊內(nèi)窺鏡。這種內(nèi)窺鏡名為"MIRO"(mazeinKorean),服用后可以觀察人體從食道到大腸的大部分消化器官。該內(nèi)窺鏡的直徑為10毫米，長25毫米，而且可以用顯示器當(dāng)場清晰地觀察到體內(nèi)狀態(tài)。

13、7)本龍谷大學(xué)理工系和大阪醫(yī)科大學(xué)等組成的科研小組魚2011年6月21日宣布，研發(fā)出一款可在體內(nèi)行動(dòng)自如的微型膠囊內(nèi)窺鏡，并成功拍攝了人體胃部和大腸的圖像。該膠囊內(nèi)窺鏡可通過遠(yuǎn)程操作控制其在體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方向。該內(nèi)窺鏡驅(qū)動(dòng)力強(qiáng)勁，在身體平躺的情況下能經(jīng)過大腸從肛門反出，屬全球首創(chuàng)。同時(shí)，這也是自行式膠囊內(nèi)窺鏡首次成功拍攝到大腸,圖像。包括過去的內(nèi)窺鏡難以拍攝的小腸在內(nèi)，從食道到大腸的整個(gè)消化系統(tǒng)今后都可能在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成檢查。該內(nèi)窺鏡在過去的膠囊內(nèi)窺鏡基礎(chǔ)上安裝了一個(gè)類似魚尾鰭的驅(qū)動(dòng)裝置，直徑約1厘米、長約4.5厘米。每秒可拍攝2幅圖像，尾鰭在體外強(qiáng)力電磁石的作用下移動(dòng)。2.2國內(nèi)關(guān)于膠囊內(nèi)窺鏡的研

14、究進(jìn)展我國在膠囊內(nèi)窺鏡的研究上，也取得了一定的成果，有一些已應(yīng)用于臨床，取得了良好的治療效果。1) OMOM膠囊內(nèi)鏡是2004年國內(nèi)第一個(gè)自主成功研發(fā)，繼GivenImaging公司之后的世界上第二個(gè)膠囊內(nèi)鏡，已通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及部分臨床資料證實(shí)OMOM膠囊內(nèi)鏡對于胃腸道疾病診斷效果肯定，3'o2005年通過我國的SFDA,目前已經(jīng)在英國、俄羅斯、馬來西亞、印度以及我國廣泛使用。它在技術(shù)上達(dá)到了國際先進(jìn)水平，與國內(nèi)目前使用的進(jìn)以色列膠囊內(nèi)鏡相比，具有三個(gè)明顯優(yōu)勢：險(xiǎn)查費(fèi)用低，只有同類進(jìn)口設(shè)備的二分之一；具有實(shí)時(shí)同步圖像傳輸和觀察功能；體外可控制體內(nèi)攝像膠囊的攝像速度和曝光量。因此，國產(chǎn)OM

15、OM膠囊內(nèi)鏡的先進(jìn)性與實(shí)用性均已優(yōu)于超過進(jìn)口產(chǎn)品。2) 2011年3月初，由回音必集團(tuán)杭州華沖科技有限公司自主研發(fā)的HT型膠囊式內(nèi)窺鏡獲得國家食品藥品監(jiān)督管理局頒發(fā)的醫(yī)療器械注冊證，正式取得市場準(zhǔn)入資格。這標(biāo)志著這一居國際領(lǐng)先水平、目前國內(nèi)唯一采用自主知識產(chǎn)權(quán)主控芯片的智能膠囊初步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，中國膠囊內(nèi)窺鏡由此取得歷史性突破，并將批量生產(chǎn)，投放醫(yī)療市場。膠囊內(nèi)的主控芯片采用了自主知識產(chǎn)權(quán)芯片，具有極低功耗的特點(diǎn)。在與其他產(chǎn)品采用相同電池的情況下，這款膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)比同類產(chǎn)品的工作時(shí)間要長1.52倍。這一創(chuàng)新，不僅使醫(yī)生有足夠的時(shí)間進(jìn)行完整的小腸檢查，即使對腸胃蠕動(dòng)能力差的患者也可以輕松完成，而

16、且打破了國外技術(shù)壟斷，降低了膠囊內(nèi)窺鏡成本，直接讓老百姓受惠。3膠囊內(nèi)窺鏡的優(yōu)缺點(diǎn)及未來發(fā)展3.1膠囊內(nèi)窺鏡的優(yōu)缺點(diǎn)膠囊內(nèi)窺的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。與傳統(tǒng)內(nèi)鏡相比，其操作方便、無創(chuàng)性、容易耐受、無需鎮(zhèn)靜劑；彩色圖像清晰。對小腸病變診斷率高；一次性使用。無任何污染；可為患者提供全胃腸道圖像；資料利于會(huì)診、教學(xué)、保存等。但膠囊內(nèi)窺鏡作為一種新生事物。在很多方面都有缺陷和不足。第一，膠囊內(nèi)窺鏡在腸道內(nèi)拍攝圖像是隨機(jī)性行為，并沒有針對性和很強(qiáng)的選擇性，不能對可疑病灶進(jìn)行重點(diǎn)觀察。第二，膠囊內(nèi)窺鏡主要依靠消化系蠕動(dòng)波向前移行，而電池工作時(shí)間僅6-8ho移行速度太慢則檢查費(fèi)時(shí)過長以致無法完成全小腸檢查，從而使

17、小腸疾病的檢出率下降；移行速度過快（如腸道有蠕動(dòng)沖時(shí)）可能無法發(fā)現(xiàn)或明確是否存在腸道病變。第三，膠囊內(nèi)窺鏡的視里?角度最大僅140度，視野不夠?qū)掗?，且視距較短，難以觀察較大較遠(yuǎn)的病灶和擴(kuò)張的腸壁全周。第四，不能控制器官內(nèi)膠囊內(nèi)窺鏡的移動(dòng)和方向，不能觀察盲區(qū)如褶皺后和彎曲處，變換過程中易出現(xiàn)漏檢。第五，膠囊內(nèi)窺鏡目前僅可視物，無法活檢和內(nèi)鏡下治療，而臨床上許多疾病的診斷最終依靠病理結(jié)果。第六，由于圖像資料多，圖片多達(dá)50000幅以上，閱片和診斷時(shí)間相當(dāng)長，工作效率不高。第七，檢查價(jià)格較貴，尚不能作為常規(guī)檢查。3.1膠囊內(nèi)窺鏡的未來發(fā)展消化內(nèi)鏡的發(fā)展，其第一階段是只能觀察器官，第二階段是能夠鏡下活

18、檢，最后的階段是實(shí)現(xiàn)鏡下治療。因此，膠囊內(nèi)鏡只是處于其發(fā)展的起步階段，目前世界上許多國家的研究人員紛紛開始了對消化系膠囊式微型診療系統(tǒng)的研究開發(fā)工作。推動(dòng)著膠囊內(nèi)窺鏡朝著更微型化、智能化及多功能化的方向發(fā)展。相信隨著技術(shù)的進(jìn)步，未來膠囊內(nèi)鏡能具有可控性，4'o通過準(zhǔn)確定位，能實(shí)現(xiàn)組織活檢或藥物注射。能通過注射腎上腺素、熱探頭、瀛等離子電凝技術(shù)等實(shí)施止血。擁有特殊檢查儀，能夠檢查腫瘤標(biāo)志物（如CEA、CA19-9）、能行血清學(xué)檢查，能檢測各種細(xì)胞活素、pH值、溫度和壓力，51o擁有一套自動(dòng)分析系統(tǒng)，像24h心電圖的記錄儀那樣，能自動(dòng)的發(fā)現(xiàn)病變，從而克服需消耗大量時(shí)間閱片的缺點(diǎn)。相信在不久

19、的將來，膠囊內(nèi)鏡必將會(huì)給胃腸道疾病的診療帶來沖擊性的影響，2'o與傳統(tǒng)的推進(jìn)式內(nèi)窺鏡相比，膠囊內(nèi)窺鏡進(jìn)行檢查過程中對病人無創(chuàng)、適應(yīng)癥廣、無交叉感染，易為患者接受111,無需鎮(zhèn)靜劑，同時(shí)彩色圖像清晰，對小腸病變診斷率高，8'同時(shí)還能檢查小腸等消化道深處部位，還可為患者提供全胃腸道圖像。新技術(shù)在不斷研發(fā)，它將集多種功能為一身，同時(shí)進(jìn)行多項(xiàng)檢測；取消電池供電，以膠囊的無線供電確保其在消化道內(nèi)連續(xù)工作時(shí)間更長；提高在消化道內(nèi)定位的精確度，確保三維圖像的構(gòu)建和病灶診斷的有效性；實(shí)現(xiàn)在體外遙控下完成定點(diǎn)藥物釋放、圖像采集、組織活檢及治療等多種功能111o目前，全球已經(jīng)有上萬患者使用了膠囊內(nèi)

20、窺鏡技術(shù)進(jìn)行檢查。膠囊內(nèi)窺鏡可以檢查小腸、不明原因消化道出血、小腸腫瘤、乳糜瀉、克羅恩?。–D）等普通內(nèi)窺鏡無法有效檢查的疾病，必將成為內(nèi)鏡檢查的主流方法121o膠囊內(nèi)窺鏡開辟了內(nèi)鏡技術(shù)醫(yī)學(xué)應(yīng)用的新領(lǐng)域，且與胃鏡和腸鏡具有良好的互補(bǔ)性，在消化道疾病的診治中將具有更廣泛的臨床應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)：1張友義.膠囊內(nèi)鏡在消化道疾病診斷中的應(yīng)用現(xiàn)狀N.中國美容醫(yī)學(xué)2010年第四期.2 楊偉昂.膠囊內(nèi)鏡臨床應(yīng)用新進(jìn)展J.CHKD期刊全文庫世界華人消化雜志，2008年.第12期：3 王斌，徐少勇，盧光新，杜勇.OMO阪囊內(nèi)鏡在胃腸道疾病檢查中的應(yīng)用.4 程昌，劉職勇，胡超.具有精確定位和主動(dòng)控制的新型膠囊內(nèi)窺鏡設(shè)計(jì)與研究.5 SamuelN.AdlerandYoavC.Metzger,PillCamCOLONcapsuleendoscopy:recentadvancesandnewinsights.TherapeuticAdvancesinGastroenter