Radiocapsule (synonymum endorradiocapsule ; zastaralé názvy: střevní senzor , střevní radiosonda ) - tobolka spolknutá člověkem nebo zvířetem - zdravotnický prostředek, který měří určitá množství v lumen gastrointestinálního traktu (GIT) (například kyselost , teplotu , tlak a další) a přenáší výsledky měření rádiovým kanálem. Rádiový signál z rádiové kapsle je zaznamenáván a zpracováván speciálním přijímacím a analyzačním zařízením.
Existují rádiové kapsle, které jsou napájeny vlastním zdrojem energie, rádiové kapsle, které přijímají energii zvenčí, a rádiové kapsle, které odrážejí signál z externího zdroje (echo rádiové kapsle). Rádiové pouzdro se také může buď volně pohybovat podél gastrointestinálního traktu, nebo se může připojit ke sliznici orgánu gastrointestinálního traktu nebo k sondě. V druhém případě se může po nějaké době odpojit od sondy a poté se volně pohybovat po gastrointestinálním traktu. Někteří autoři nazývají rádiové kapsle pouze kapsle s autonomním zdrojem energie a pouze volně se pohybující kapsle. [jeden]
Rádiová kapsle je pouze jednou z částí komplexu, která měří hodnoty jakýchkoli charakteristik gastrointestinálního traktu. Signál vydávaný kapslí musí být přijímán speciálním zařízením. Pokud není stanoven úkol určit přesné umístění kapsle v pacientově gastrointestinálním traktu a zároveň se předpokládá, že pacient by měl vést normální život mimo nemocnici, pak je přijímačem malá elektronická jednotka nošená v kapse oblečení nebo na opasku pacienta. Přijímač zaznamenává aktuální výsledky měření. Po ukončení procedury se zaznamenané hodnoty přenesou například do osobního počítače, na kterém se pomocí speciálně vyvinutého softwaru tato měření zpracují a analyzují.
Pokud se vyšetřuje gastrointestinální trakt zvířat, například skotu, pak se přijímač umístí mimo oplocení území přístupného zvířatům. V tomto případě musí mít vysílač v kapsli a přijímač dostatečný výkon a citlivost pro záznam užitečného signálu, resp.
Pokud je úkolem určit umístění kapsle v pacientově gastrointestinálním traktu, pak jeden přijímač nestačí. Pro výpočet souřadnic zdroje signálu lze použít několik (tři nebo více) přijímačů rozmístěných v prostoru nebo speciální pásy pro zaměřovače. Přesná souřadnicová měření vyžadují, aby pacient stál. Znalost přesných souřadnic umístění pouzdra zároveň neumožňuje vždy určit, ve kterém anatomickém úseku gastrointestinálního traktu pacienta se pouzdro nachází. [jeden]
Slovní spojení „vývoj rádiové kapsle“ a podobné v běžné řeči obvykle znamená vývoj nejen samotné kapsle, ale celého komplexu zařízení, včetně mimo jiné přijímače (přijímačů) a softwaru pro analýzu výsledky měření.
Různé varianty rádiových kapslí měří různou sadu parametrů. Ale nejčastěji měřenými parametry radiokapsule jsou intrakavitární tlak, teplota a kyselost. Možnosti implementace jsou různé: buď jsou v jedné kapsli sloučeny dva nebo více měřených parametrů, nebo je vyvinuta série kapslí, ve kterých je každá z kapslí vybavena snímačem pouze jednoho typu.
Kromě toho byly vyvinuty rádiové kapsle, které měří rychlost odbourávání živin v trávicím traktu, rádiové kapsle, které určují obsah kyslíku v orgánech trávicího traktu, pro měření intenzity ionizujícího záření, pro detekci krvácení v gastrointestinálním traktu. traktu a některé další. Tyto oblasti se však nevyvíjely dále než jednotlivé vzorky (či dokonce projekty). [jeden]
Jako první byly zkonstruovány rádiové kapsle, které měří tlak v lumen gastrointestinálního traktu. Složení rádiových kapslí, které měří tlak, zahrnuje tlakový senzor, generátor vysokofrekvenčních oscilací a autonomní zdroj energie . Snímač tlaku musí zajistit měření tlaku od 0 do 200 mm vody. Umění. a reagují na změny ±5 mm vody. Umění. Snímač tlaku může být indukčního nebo kapacitního typu. [jeden]
Princip činnosti indukčního snímače je založen na změně indukčnosti systému působením tlaku na membránu snímače, jehož změna polohy způsobí mechanický pohyb feromagnetického nebo magnetodielektrického jádra nebo kotvy, tzn. změna indukčnosti cívky. [jeden]
Kapacitní snímač je založen na změně mezery mezi deskami plochého kondenzátoru se změnou tlaku. [jeden]
Moderní, nejčastěji používané lékařské manometrické metody pro studium motility trávicího systému ( manometrie horního jícnového svěrače , esofagomanometrie , Oddiho sfinkterová manometrie , antroduodenální manometrie , anorektální manometrie ), vyžadují buď přesnou fixaci tlakového senzoru v určitém bodě orgánu. , nebo současné měření tlaku na více bodech orgánu, umístěného v přesně definované vzdálenosti [2] [3] , což není s pomocí radiokapslí proveditelné.
Radiokapsle pro měření kyselosti (synonymum pro pH-radiocapsule ) by měly pracovat v rozmezí přibližně 0,8 až 8,5 pH (maximální teoreticky možná acidita v žaludku 0,86 pH odpovídá produkci žaludeční kyseliny 160 m mol / l; minimální teoreticky možná acidita v žaludku 8,3 pH odpovídá pH nasyceného roztoku iontů HCO 3 - vylučovaných žaludeční sliznicí) a mají citlivost ± 0,1-0,2 pH. pH senzor musí fungovat a mít stabilní vlastnosti po dobu pobytu v trávicím traktu, to znamená 2-3 dny. V pH senzoru rádiových kapslí se jako měřicí elektroda používá antimonová nebo skleněná elektroda a jako referenční elektroda se používá kalomelová nebo chloridová elektroda . [jeden]
Moderní metody diagnostiky onemocnění souvisejících s kyselinou jsou založeny buď na současném měření pH ve dvou a více bodech gastrointestinálního traktu ( krátkodobá intragastrická pH-metrie , expresní pH-metrie ), nebo na upevnění pH senzoru v určitém místě v orgánu (většina diagnostických metod u refluxních chorob jícnu je založena na denní pH-metrii , která zahrnuje měření pH v bodě umístěném 5 cm nad dolním jícnovým svěračem po dobu alespoň 24 hodin), nebo na základě měření pH ve standardizované sadě orgánových bodů ( endoskopická pH-metrie ). [3] [4] Implementace takových metod není možná pomocí volně pohyblivých pH-radiokapslí. V současné době se v praktické medicíně používá pouze kapsle Bravo , která se připevňuje k epitelu jícnu. [5]
Teplotní senzory v kapslích by měly pracovat v rozsahu 34-42°C, senzor by měl detekovat změny teploty rovné ± 0,1 - 0,2°C.
Od vytvoření první rádiové kapsle se v senzorech měření teploty používají různé převodníky:
Pomocí těchto rádiových kapslí byl měřen teplotní profil gastrointestinálního traktu. [1] V moderním souboru metod funkční diagnostiky v gastroenterologii se metody související s měřením teploty trávicích orgánů nevyskytují. [5]
Rádiová kapsle s autonomním zdrojem energie byla poprvé popsána v červnu 1957 v časopise Nature zaměstnanci Karolinska Institute ( Swed. Karolinska institutet ; Stockholm , Švédsko ) Stuartem Mackayem ( anglicky R. Stuart Mackay ) a Bertilem Jacobsonem . ( anglicky Bertil Jacobson ) (Švédsko). [6] Jednalo se o volně pohyblivou kapsli, která měřila tlak a teplotu v lumen trávicího traktu.
Práce McKaye a Jacobsona znamenala začátek vědeckého a technologického boomu „stavby kapslí“, který pokryl většinu technologicky vyspělých zemí. Ve stejném roce se v časopise Science objevila publikace o podobné americké rádiové kapsli . [7] Následující rok 1958 se objevují východoněmecké [8] a západoněmecké [9] rádiové kapsle. V roce 1960 byla v SSSR v Leningradu zorganizována speciální laboratoř pro vývoj rádiových kapslí a telemetrických systémů na nich založených. [1] V roce 1961 vyšla publikace anglických [10] a v roce 1962 japonských badatelů. [jedenáct]
Koncem 50. let se tento problém zdál ve vědeckém a technickém světě natolik důležitý, že již v letech 1957-58 „hvězdy“ tehdejší vynálezecké činnosti, jako Vladimir Zworykin (USA) [7] , Manfred von Ardenne , osobně zabývající se konstrukcí rádiových kapslí (NDR; je lídrem ve vývoji pH-radiové kapsle [12] ) a dalších.
Vynikající vynálezci, kteří se podíleli na boomu vývoje rádiových kapslí na konci 50. a 60. let:
Na počátku 60. let společnost Telefunken ( německy Telefunken ; Německo) vyčlenila značné finanční prostředky na podporu technických experimentů a lékařského výzkumu v této oblasti. [13]
Kapsle Heidelberg jsou jednorázové radio kapsle, které měří kyselost v lumen gastrointestinálního traktu. Název pochází z města Heidelberg ( Německo ). Začátkem 60. letprofesor pediatrie Hans Noller ( německy Hans G. Nöller ) s finanční podporou společnosti Telefunken na Gastroenterologické klinice Univerzity v Heidelbergu během tří let více než 1 000 studií na dospělých pacientech užívajících tyto kapsle. let. [13]
Termín Heidelberg kapsle ( Eng. Heidelberg Capsule; Heidelberg pH Capsule ) je běžnější v USA, kde existuje Heidelberg Medical Inc. , zabývající se výrobou kapslí Heidelberg, radiotelemetrických systémů pro tyto kapsle a propagací lékařských metod jejich použití. [čtrnáct]
V SSSR byla na konci roku 1960 v Leningradu , v jedné z institucí Akademie lékařských věd SSSR , vytvořena laboratoř, jejímž hlavním úkolem byl vývoj endoradio ozvučovacích zařízení. Veškeré řízení prací na rádiových kapslích prováděli E. B. Babsky a A. M. Sorin . Koncem příštího roku 1961 začaly fyziologické a klinické testy vyrobených rádiových kapslí. Zpočátku byly rádiové kapsle používány ke studiu trávicího traktu. Později se v Leningradském institutu pro zlepšení lékařů začaly používat rádiové kapsle k registraci kontraktilní funkce dělohy a studiu porodního aktu (S. N. Davydov). [jeden]
V první fázi byla vyvinuta řada rádiových kapslí, z nichž každá měřila jeden parametr: tlak, pH, teplotu. Poté začal vývoj kapslí schopných měřit dva nebo více parametrů současně. Sovětští vývojáři zaujali stanovisko, že rádiové kapsle by měly být opakovaně použitelné (na rozdíl například od Hanse Nollera , jehož rádiové kapsle Heidelberg byly jednorázové). Proto byly sovětské rádiové kapsle na vnější straně pokryty silikonovou pryží , která se používala jako výměnný kryt. Kapsle byly navíc podrobeny chemické dezinfekci. [jeden]
Sovětské rádiové kapsle měřící tlakPrvní verze sovětských tlakoměrných rádiových kapslí byly vyrobeny v letech 1961-62. [jeden]
Sovětské pH rádiové kapslePrůmyslová výroba prvních sovětských pH-metrických rádiových kapslí byla zahájena v roce 1963. V těchto kapslích, v pH senzoru, byla měřicí elektroda vyrobena ve formě antimonového kroužku o průměru 8 mm se stříbrným olůvkem. Referenční elektroda je vyrobena z chlorovaného stříbrného drátu o průměru 0,6 mm umístěného v pastě složené ve stejném poměru z chloridu stříbrného AgCl a chloridu sodného NaCl. V další verzi pH radiokapsle byla antimonová elektroda vyrobena ve formě kotouče o průměru 5 mm a výšce 2 mm. Referenční elektroda byla vyrobena ve formě kalíšku o průměru 6 mm z chlorovaného stříbra. Elektrody byly umístěny na opačných koncích kapsle. [jeden]
I přes modernizaci pH senzoru má stále řadu nedostatků: relativně nízkou citlivost, rychlou oxidaci v agresivním prostředí žaludku a teplotní závislost. Proto byl stanoven úkol použít jako měřicí elektrodu skleněnou elektrodu v kapslích bez uvedených nevýhod. Do této doby byly nashromážděny zkušenosti s výrobou skleněných elektrod, což bylo důsledkem rozvoje a formalizace teorie skleněné elektrody na Katedře fyzikální chemie Fakulty chemické Leningradské státní univerzity (LSU) . , kde M. M. Schultz (budoucí akademik Akademie věd SSSR ), jeden z předních odborníků v tomto regionu, se ve spolupráci s E. Yu. Linarem zabýval sondou intragastrické pH-metrie, byla vyvinuta skleněná elektroda pro intragastrické pH -metry [15] , a proto byla v roce 1963 uzavřena dohoda s Vědecko-výzkumným chemickým ústavem (NIHI) Leningradské státní univerzity, pro kterou laboratoř sklářské elektrochemie NIHI Leningradské státní univerzity v čele s M. M. Schultzem během roku 1963 provedla výzkum „Vývoj miniaturních pH senzorů pro rádiovou kapsli“, zahrnující mimo jiné etapy: „Vývoj skleněných přípravků pro elektrody“, „Vývoj miniaturních skleněných elektrod“ a „Testování pH senzorů“. [16] V důsledku toho byla vyvinuta skleněná elektroda pro pH-metrickou rádiovou kapsli, nicméně kvůli potížím v průmyslové výrobě skleněných elektrod se A. M. Sorin vrátil k antimonové měřicí elektrodě. [jeden]
Sovětské pH-rádiové kapsle byly široce používány ve vědeckém výzkumu. Například kandidátská práce hlavního gastroenterologa Ministerstva zdravotnictví a sociálního rozvoje Ruské federace , akademika Ruské akademie lékařských věd V. T. Ivaškina byla provedena pomocí pH radiokapslí: „Význam radiotelemetrického studia intragastrického a intraduodenálního pH pro hodnocení účinnosti antacid a atropinu u pacientů s chronickým onemocněním žaludku a dvanáctníku.“ [17]
Sovětské rádiové kapsle na měření teplotyV rádiových kapslích vyvinutých v Sorinově laboratoři byl jako teplotní senzor použit feroelektrický keramický varikond VKI-2V a poté varikond K10-21 . Konstrukčně byl snímač vyroben ve formě disku o průměru 2 mm a tloušťce 0,5 mm. Přesnost měření tohoto senzoru v rozsahu od 34 do 42 °C dosahovala 0,1 °C. [jeden]
Kromě gastrointestinálního traktu byly pomocí radiokapslí studovány i další lidské duté orgány. [1] Jednalo se o následující oblasti výzkumu: měření nitroděložního tlaku v gynekologii [18] a porodnictví [19] , měření tlaku v pochvě a děloze osoby při styku , [20] studium tlaku uvnitř močového měchýře . [21]
Od roku 1957, doby prvních publikací, až do počátku 70. let 20. století probíhal v mnoha zemích a s velkým nadšením vývoj rádiových kapslí a metod jejich použití. Panovalo přesvědčení, že rádiové kapsle by se mohly stát mocným diagnostickým nástrojem. Poměrně rychle byly vyřešeny všechny inženýrské úkoly související s návrhem kapslí, senzorů, vysíláním a příjmem rádiového signálu a jeho zpracováním. Došlo k určitému pokroku ve fyziologii (například bylo změřeno pH a teplotní profily celého gastrointestinálního traktu). Celkový počet publikací ve vědeckých časopisech dosáhl několika stovek. Hlavní úkol – plošné zavedení radiokapslí do praktické medicíny – však vyřešen nebyl.
Hlavním důvodem byla obtížnost (nebo nemožnost) přesně určit, kde (ve které části gastrointestinálního traktu ) se v konkrétním okamžiku kapsle nachází, a nemožnost kapsle „zastavit“, když se pohybuje po gastrointestinálním traktu v klinicky zajímavá oblast.
Bravo pH-radiocapsule ( angl. Bravo™ ), vyráběná od roku 2003 společností Medtronic (USA), není volně pohyblivá. Pomocí speciálního přístroje se přichytí k epitelu jícnu (obvykle 5 cm nad dolním jícnovým svěračem ) a několik dní měří kyselost v lumen jícnu a výsledky měření přenáší do přijímače umístěného v jícnu. kapsa pacientova oblečení (nebo na opasku) nebo připevněná k tělu tak či onak. Na konci studie jsou zaznamenaná data přenesena do počítače k dalšímu zpracování a analýze. V důsledku přirozené smrti epitelu se pouzdro po několika dnech oddělí od jícnu a je vylučováno z těla pacienta spolu se stolicí . [22]
Bravo pH-radio kapsle jsou určeny pro studium gastroezofageálního refluxu . Hlavní výhodou oproti žaludečním monitorům , které plní stejný úkol , je schopnost pacienta vést během denní (nebo více) studie normální životní styl, takže ostatní nevidí, že pacient má měřící senzor (pacienti vyšetřovaní pomocí žaludeční monitory mohou vést i normální životosprávu) .život však mají pH sondu procházející nosem do jícnu , což je ostatním velmi nápadné). [22]
Navzdory některým existujícím nedostatkům (bolest na hrudi u mnoha pacientů, nutnost endoskopie při zavádění kapsle, brzké odpojení (v 5-10 % případů), cena studie) a skutečnost, že moderní monitory gastro-kyselin, jak zahraniční a domácí, vyrovnaly dříve existující výhodu Bravo v délce trvání studie, pH-kapsle Bravo vstoupily do každodenní lékařské praxe ve vyspělých zemích v diagnostice refluxních onemocnění jícnu, zejména gastroezofageálního refluxu . [5] [23] [24] Kapsle Bravo pH-radio nejsou certifikovány v Rusku.
Existují projekty na vytvoření radiokapslí na základě nejnovějších pokroků v elektronice, které měří celou řadu parametrů trávicího traktu. Jeden takový projekt, " laboratoř v pilulce ", byl proveden na University of Glasgow ve Skotsku . [25]
Existuje velké množství různých radioelektronických kapslí určených pro diagnostické nebo terapeutické účely. Některé z nich jsou široce používány v lékařské praxi, jiné se používají pouze ve vědeckém výzkumu, jiné jsou implementovány v několika kopiích a další existují pouze ve formě vývojových návrhů. Následují "elektronické tablety", i když to nejsou rádiové kapsle v původním slova smyslu, ale mají společné to, že jsou rádiovým nebo elektronickým zařízením, mají vzhled kapsle, jsou zavedeny do gastrointestinálního traktu a emitují rádiové signály.
Endoskopické video kapsle jsou videokamery zabudované do kapslí, kombinované s vysílačem video signálu. Postup při vyšetření pacienta pomocí takové kapsle se nazývá kapslová endoskopie . [26] Při průchodu gastrointestinálním traktem kapsle pořídí několik desítek tisíc snímků, které se zaznamenají do paměti přijímacího zařízení, podobně jako přijímací zařízení rádiové kapsle. S pomocí kapslové endoskopie bylo možné získat snímky oblastí tenkého střeva , které byly dříve pro endoskopii nepřístupné . Kapslová endoskopie je certifikována v USA, zemích Evropské unie , Izraeli , Austrálii . [27]
Nevýhody video kapslové endoskopieU kapsulárního je nemožné odebírat materiál pro histologické studie ( biopsie ), který je široce používán v tradiční endoskopii. [28]
Je také možné oddálit video kapsli v gastrointestinálním traktu pacienta (k čemuž dochází podle různých odhadů v 0,5-10% případů z celkového počtu procedur video kapsle). Během prodlevy je video pouzdro z pacienta odstraněno buď endoskopem, nebo břišní operací. [28] [29] [30]
Autonomní elektrické stimulátory gastrointestinálního traktu (AES gastrointestinální trakt), nazývané také „kremelské tablety“, navenek podobné radiokapslím, avšak na rozdíl od radiokapslí nejsou diagnostickými, ale terapeutickými, aktivními zařízeními. AES trávicího traktu při průchodu trávicím traktem generuje elektrické impulsy, které mají stimulační a fyzioterapeutický účinek na okolní orgány. JE ZhKT vyvinuli V. F. Agafonnikov ( TIASUR ) a V. V. Pekarsky ( TMI ) v Tomsku v roce 1984. V roce 1986 byla zahájena sériová výroba v dílně TIASUR a od roku 1996 do současnosti ji vyrábí Tomský vědecký výzkumný ústav polovodičových zařízení . [31] [32] [33]