Radiocapsula (sinonim cu endorradiocapsula ; denumiri învechite: senzor intestinal , radiosondă intestinală ) - o capsulă înghițită de o persoană sau de un animal - un dispozitiv medical care măsoară anumite cantități în lumenul tractului gastrointestinal (GIT) (de exemplu, aciditatea , temperatura , presiune și altele) și transmite rezultatele măsurătorilor pe canalul radio. Semnalul radio de la capsula radio este înregistrat și procesat de un echipament special de recepție și analiză.
Există capsule radio care sunt alimentate de propria sursă de alimentare, capsule radio care primesc energie din exterior și capsule radio care reflectă un semnal de la o sursă externă (capsule radio echo). Capsula radio poate fi, de asemenea, fie în mișcare liberă de-a lungul tractului gastrointestinal, fie atașată la membrana mucoasă a organului tractului gastrointestinal sau la sondă. În acest ultim caz, după ceva timp, se poate desprinde de la sondă și apoi se poate mișca liber de-a lungul tractului gastrointestinal. Unii autori numesc capsule radio doar capsule cu o sursă de energie autonomă și doar capsule care se mișcă liber. [unu]
Capsula radio este doar una dintre părțile complexului care măsoară valorile oricăror caracteristici ale tractului gastrointestinal. Semnalul emis de capsulă trebuie primit de un dispozitiv special. Dacă sarcina de a determina locația exactă a capsulei în tractul gastrointestinal al pacientului nu este stabilită și, de asemenea, se presupune că pacientul ar trebui să ducă o viață normală, în afara spitalului, atunci receptorul este o unitate electronică mică purtată într-un buzunar. de haine sau pe centura pacientului. Receptorul înregistrează rezultatele măsurătorilor curente. După încheierea procedurii, valorile înregistrate sunt transferate, de exemplu, pe un computer personal, pe care, cu ajutorul unui software special dezvoltat, aceste măsurători sunt procesate și analizate.
Dacă tractul gastrointestinal al animalelor, de exemplu, bovinele, este examinat, atunci receptorul este plasat în afara gardului teritoriului accesibil animalelor. În acest caz, emițătorul din capsulă și receptorul trebuie să aibă suficientă putere și sensibilitate pentru a înregistra semnalul util, respectiv.
Dacă sarcina este de a determina locația capsulei în tractul gastrointestinal al pacientului, atunci un receptor devine insuficient. Pentru a calcula coordonatele sursei de semnal, se pot folosi mai multe (trei sau mai multe) receptoare distanțate în spațiu sau curele speciale pentru radiogoniometru. Măsurătorile precise ale coordonatelor necesită ca pacientul să fie staționar. În același timp, cunoașterea coordonatelor exacte ale locației capsulei nu face întotdeauna posibilă determinarea în ce secțiune anatomică a tractului gastrointestinal al pacientului se află capsula. [unu]
În vorbirea de zi cu zi, expresia „dezvoltarea unei capsule radio” și altele similare înseamnă, de obicei, dezvoltarea nu numai a capsulei în sine, ci a întregului complex de echipamente, incluzând, printre altele, receptorul (receptorii) și software-ul pentru analizarea rezultatele măsurătorilor.
Diferite variante de capsule radio măsoară un set diferit de parametri. Dar cei mai frecvent măsurați parametrii de radiocapsule sunt presiunea intracavitară, temperatura și aciditatea. Există diferite opțiuni de implementare: fie doi sau mai mulți parametri măsurați sunt combinați într-o singură capsulă, fie este dezvoltată o serie de capsule în care fiecare dintre capsule este echipată cu un senzor de un singur tip.
În plus, au fost dezvoltate capsule radio care măsoară viteza de descompunere a nutrienților în tractul gastro-intestinal, capsule radio care determină conținutul de oxigen în organele tractului digestiv, pentru a măsura intensitatea radiațiilor ionizante, pentru a detecta sângerări în tractul gastro-intestinal. tract, și altele. Cu toate acestea, aceste zone nu s-au dezvoltat mai departe decât mostrele individuale (sau chiar proiectele). [unu]
Capsulele radio care măsoară presiunea în lumenul tractului gastrointestinal au fost primele care au fost construite. Compoziția capsulelor radio care măsoară presiunea include un senzor de presiune, un generator de oscilații de înaltă frecvență și o sursă de energie autonomă . Senzorul de presiune trebuie să asigure măsurarea presiunii de la 0 la 200 mm de apă. Artă. și răspund la schimbările ±5 mm de apă. Artă. Senzorul de presiune poate fi de tip inductiv sau capacitiv. [unu]
Principiul de funcționare al unui senzor inductiv se bazează pe o modificare a inductanței sistemului datorită efectului presiunii asupra membranei senzorului, o modificare a cărei poziție provoacă mișcarea mecanică a unui miez sau armătură feromagnetic sau magnetodielectric , astfel schimbarea inductanței bobinei. [unu]
Senzorul capacitiv se bazează pe modificarea spațiului dintre plăcile unui condensator plat cu o schimbare a presiunii. [unu]
Metodele manometrice medicale moderne, cele mai frecvent utilizate pentru studierea motilității sistemului digestiv ( manometrie sfincterului esofagian superior , esofagomanometrie , manometrie sfincterului Oddi , manometrie antroduodenală , manometrie anorectală ), necesită fie fixarea precisă a unui senzor de presiune într-un anumit punct al organului. , sau măsurarea simultană a presiunii în mai multe puncte organ, situate la o distanță bine definită [2] [3] , ceea ce nu este fezabil cu ajutorul radiocapsulelor.
Radiocapsulele de măsurare a acidității (sinonim cu radiocapsula pH ) ar trebui să funcționeze în intervalul de aproximativ 0,8 până la 8,5 pH (aciditatea maximă teoretică posibilă în stomac de 0,86 pH corespunde producției de acid gastric de 160 m mol /l; aciditatea minimă posibilă teoretic în stomacul 8,3 pH corespunde pH-ului unei soluții saturate de ioni HCO 3 - secretați de mucoasa gastrică) și au o sensibilitate de ± 0,1-0,2 pH. Senzorul de pH trebuie să funcționeze și să aibă caracteristici stabile în timpul petrecut în tractul digestiv, adică 2-3 zile. În senzorul de pH al capsulelor radio, un electrod de antimoniu sau de sticlă este utilizat ca electrod de măsurare, iar un electrod de calomel sau clorură de argint este folosit ca electrod de referință . [unu]
Metodele moderne de diagnosticare a bolilor legate de acid se bazează fie pe măsurarea simultană a pH-ului în două sau mai multe puncte ale tractului gastrointestinal ( pH-metrie intragastrică pe termen scurt, pH-metrie expresă ) , fie pe fixarea unui senzor de pH într-un anumit loc în organ (majoritatea metodelor de diagnostic pentru bolile de reflux ale esofagului se bazează pe pH-metria zilnică , care implică măsurarea pH-ului într-un punct situat la 5 cm deasupra sfincterului esofagian inferior , timp de cel puțin 24 de ore), sau se bazează pe măsurarea pH-ului într-un set standardizat de puncte de organ ( pH-metria endoscopică ). [3] [4] Implementarea unor astfel de metode nu este posibilă cu ajutorul radiocapsulelor cu pH care se mișcă liber. În prezent, în medicina practică, se folosește doar capsula Bravo , care este atașată de epiteliul esofagului. [5]
Senzorii de temperatură din capsule ar trebui să funcționeze în intervalul 34-42 ° C, senzorul ar trebui să detecteze modificări de temperatură egale cu ± 0,1 - 0,2 ° C.
De la crearea primei capsule radio, în senzorii de măsurare a temperaturii au fost folosiți diferiți traductoare:
Folosind aceste capsule radio, a fost măsurat profilul de temperatură al tractului gastrointestinal. [1] În setul modern de metode de diagnosticare funcțională în gastroenterologie , metodele legate de măsurarea temperaturii organelor digestive nu sunt prezente. [5]
Pentru prima dată, o capsulă radio cu o sursă de energie autonomă a fost descrisă în iunie 1957 în revista Nature de către angajații Institutului Karolinska ( Swed. Karolinska institutet ; Stockholm , Suedia ) Stuart Mackay ( Englez R. Stuart Mackay ) și Bertil Jacobson ( engleza Bertil Jacobson ) (Suedia). [6] Era o capsulă cu mișcare liberă care măsura presiunea și temperatura în lumenul tractului digestiv.
Lucrarea lui McKay și Jacobson a marcat începutul boom-ului științific și tehnologic al „constructiei capsulelor”, care a acoperit majoritatea țărilor avansate tehnologic. În același an, în revista Science a apărut o publicație despre o capsulă radio americană similară . [7] În anul următor, 1958, apar capsule radio est-germane [8] și vest-germane [9] . În 1960, în URSS , la Leningrad , a fost organizat un laborator special pentru dezvoltarea capsulelor radio și a sistemelor de telemetrie bazate pe acestea. [1] În 1961, a existat o publicație de engleză [10] , iar în 1962 de cercetători japonezi. [unsprezece]
La sfârșitul anilor 1950, această problemă părea atât de importantă în lumea științifică și tehnică încât deja din 1957-58, „vedelele” activității inventive din acea vreme, precum Vladimir Zworykin (SUA) [7] , Manfred von Ardenne , personal angajat în proiectarea capsulelor radio (GDR; el este lider în dezvoltarea capsulei radio pH [12] ) și altele.
Inventatori remarcabili care au participat la boom-ul dezvoltării capsulelor radio de la sfârșitul anilor 1950 și 1960:
La începutul anilor 1960, firma Telefunken ( germană Telefunken ; Germania) a alocat fonduri semnificative pentru a sprijini experimentele tehnice și cercetarea medicală în acest domeniu. [13]
Capsulele Heidelberg sunt capsule radio de unică folosință care măsoară aciditatea în lumenul tractului gastrointestinal. Numele provine de la orașul Heidelberg ( Germania ). La începutul anilor 1960, în Departamentul de Gastroenterologie al Universității din Heidelberg, profesorul de Pediatrie Hans Noller ( germană: Hans G. Nöller ), cu sprijinul financiar al Telefunken, a efectuat peste 1.000 de studii pe pacienți adulți care foloseau aceste capsule în termen de trei ani. [13]
Termenul de capsule Heidelberg ( Eng. Heidelberg Capsule; Heidelberg pH Capsule ) este mai frecvent în SUA, unde există Heidelberg Medical Inc. , angajată în producția de capsule Heidelberg, sisteme de telemetrie radio pentru aceste capsule și promovarea metodelor medicale pentru utilizarea lor. [paisprezece]
În URSS, la sfârșitul anului 1960, la Leningrad , într-una dintre instituțiile Academiei de Științe Medicale a URSS , a fost creat un laborator, a cărui sarcină principală a fost dezvoltarea echipamentelor de sondare endoradio. Întreaga conducere a lucrărilor la capsule radio a fost efectuată de E. B. Babsky și A. M. Sorin . La sfârșitul anului următor, 1961, au început testele fiziologice și clinice ale capsulelor radio fabricate. Inițial, capsulele radio au fost folosite pentru a studia tractul digestiv. Ulterior, capsulele radio au început să fie folosite la Institutul pentru Perfecționarea Medicilor din Leningrad pentru a înregistra funcția contractilă a uterului și a studia actul de naștere (S. N. Davydov). [unu]
În prima etapă a fost dezvoltată o serie de capsule radio, fiecare dintre ele măsurat un parametru: presiunea, pH-ul, temperatura. După aceea, a început dezvoltarea capsulelor capabile să măsoare doi sau mai mulți parametri simultan. Dezvoltatorii sovietici au luat poziția că capsulele radio ar trebui să fie reutilizabile (spre deosebire, de exemplu, de Hans Noller , ale cărui capsule radio Heidelberg erau de unică folosință). Prin urmare, capsulele radio sovietice au fost acoperite la exterior cu cauciuc siliconic , folosit ca capac înlocuibil. În plus, capsulele au fost supuse unei dezinfecții chimice. [unu]
Capsule radio sovietice care măsoară presiuneaPrimele versiuni ale capsulelor radio sovietice de măsurare a presiunii au fost realizate în 1961-62. [unu]
Radio capsule sovietice cu pHProducția industrială a primelor capsule radio sovietice pH-metrice a fost lansată în 1963. In aceste capsule, in senzorul de pH, electrodul de masura a fost realizat sub forma unui inel de antimoniu cu diametrul de 8 mm cu un plumb de argint. Electrodul de referință este realizat din sârmă de argint clorurat cu diametrul de 0,6 mm plasat într-o pastă compusă în proporții egale de clorură de argint AgCl și clorură de sodiu NaCl. În următoarea versiune a radiocapsulei de pH, electrodul de antimoniu a fost realizat sub forma unui disc de 5 mm în diametru și 2 mm înălțime. Electrodul de referință a fost realizat sub forma unei cupe cu diametrul de 6 mm din argint clorurat. Electrozii au fost localizați la capete opuse ale capsulei. [unu]
În ciuda modernizării senzorului de pH, acesta are încă o serie de dezavantaje: sensibilitate relativ scăzută, oxidare rapidă în mediul agresiv al stomacului și dependență de temperatură. Prin urmare, sarcina a fost stabilită să utilizeze un electrod de sticlă în capsule ca electrod de măsurare , lipsit de dezavantajele enumerate. Până în acest moment, s-a acumulat experiența în fabricarea electrozilor de sticlă, ceea ce a fost o consecință a dezvoltării și formalizării teoriei electrodului de sticlă la Departamentul de Chimie Fizică a Facultății de Chimie a Universității de Stat din Leningrad (LSU) , unde M. M. Schultz (viitorul academician al Academiei de Științe a URSS ), unul dintre experții de top din această regiune, în colaborare cu E. Yu. Linar , angajat în sonda pH-metriei intragastrice, a fost dezvoltat un electrod de sticlă pentru pH intragastric . -metria [15] și de aceea în 1963 a fost încheiat un acord cu Institutul de Cercetare Științifică Chimică (NIHI) al Universității de Stat din Leningrad, pentru care laboratorul de electrochimie a sticlei al Universității de Stat NIHI Leningrad, condus de M. M. Schultz, în cursul anului 1963, a efectuat cercetări „Dezvoltarea senzorilor de pH miniaturali pentru o capsulă radio”, incluzând, printre altele, etapele: „Dezvoltarea formulărilor de sticlă pentru electrozi”, „Dezvoltarea electrozilor de sticlă miniaturali” și „Testarea senzorilor de pH”. [16] Ca urmare, a fost dezvoltat un electrod de sticlă pentru o capsulă radio pH-metrică, totuși, din cauza dificultăților în producția industrială a electrozilor de sticlă, A. M. Sorin a revenit la electrodul de măsurare a antimoniului. [unu]
Capsulele radio sovietice cu pH au fost utilizate pe scară largă în cercetarea științifică. De exemplu, munca de candidat a gastroenterologului șef al Ministerului Sănătății și Dezvoltării Sociale al Federației Ruse , academician al Academiei Ruse de Științe Medicale V. T. Ivashkin a fost efectuată folosind radiocapsule cu pH: „Importanța studiului radiotelemetric al pH-ului intragastric și intraduodenal. pentru evaluarea eficacității antiacidelor și atropinei la pacienții cu boli cronice ale stomacului și duodenului.” [17]
Capsule radio sovietice de măsurare a temperaturiiÎn capsulele radio dezvoltate în laboratorul lui Sorin, ca senzor de temperatură a fost folosit varicondul ceramic feroelectric VKI-2V, iar apoi varicondul K10-21 . Din punct de vedere structural, senzorul a fost realizat sub forma unui disc cu diametrul de 2 mm si grosimea de 0,5 mm. Precizia de măsurare a acestui senzor în intervalul de la 34 la 42 °C a atins 0,1 °C. [unu]
Pe lângă tractul gastrointestinal, cu ajutorul radiocapsulelor au fost studiate și alte organe goale umane. [1] Au fost următoarele domenii de cercetare: măsurarea presiunii intrauterine în ginecologie [18] și obstetrică [19] , măsurarea presiunii în vagin și uter al unei persoane în timpul actului sexual , [20] studiul presiunii în interiorul vezicii urinare . [21]
Din 1957, momentul primelor publicații, până la începutul anilor 1970, dezvoltarea capsulelor radio și a metodelor de utilizare a acestora s-a realizat în multe țări și cu mare entuziasm. Exista credința că capsulele radio ar putea deveni un instrument puternic de diagnostic. Destul de repede, toate sarcinile de inginerie legate de proiectarea capsulelor, senzorilor, transmiterea și recepția unui semnal radio și procesarea acestuia au fost rezolvate. Au existat unele progrese în fiziologie (de exemplu, au fost măsurate profilurile de pH și temperatură ale întregului tract gastrointestinal). Numărul total de publicații în reviste științifice a ajuns la câteva sute. Cu toate acestea, sarcina principală - introducerea pe scară largă a radiocapsulelor în medicina practică - nu a fost rezolvată.
Principalele motive pentru aceasta au fost dificultatea (sau imposibilitatea) de a determina cu exactitate unde (în ce parte a tractului gastrointestinal ) la un moment dat este localizată capsula și imposibilitatea „opririi” capsulei atunci când se deplasează de-a lungul tractului gastrointestinal în un domeniu interesant din punct de vedere clinic.
Radiocapsula Bravo pH ( ing. Bravo ™ ), produsă din 2003 de Medtronic (SUA), nu se mișcă liber. Cu ajutorul unui dispozitiv special, acesta este atașat de epiteliul esofagului (de obicei la 5 cm deasupra sfincterului esofagian inferior ) și măsoară aciditatea din lumenul esofagului timp de câteva zile și transmite rezultatele măsurătorii către un receptor situat în buzunarul hainelor pacientului (sau pe centură) sau atașat într-un fel sau altul de corpul acestuia. La sfârșitul studiului, datele înregistrate sunt transferate pe un computer pentru prelucrare și analiză ulterioară. Ca urmare a morții naturale a epiteliului, capsula se desprinde din esofag după câteva zile și este excretată din corpul pacientului împreună cu fecale . [22]
Capsulele Bravo pH-radio sunt concepute pentru studiul refluxului gastroesofagian . Principalul avantaj față de monitoarele gastro-acide care îndeplinesc aceeași sarcină este capacitatea pacientului de a duce un stil de viață normal în timpul unui studiu zilnic (sau mai mult), astfel încât alții să nu vadă că pacientul are un senzor de măsurare (pacienții examinați folosind monitoarele gastro-acide pot duce, de asemenea, un stil de viață normal). viață, totuși, au o sondă de pH care trece prin nas în esofag , ceea ce este foarte vizibil pentru alții). [22]
În ciuda unor deficiențe existente (dureri toracice la mulți pacienți, necesitatea endoscopiei la introducerea capsulei, decuplarea precoce (în 5-10% din cazuri), costul studiului) și faptul că monitoare moderne de gastro-acizi, ambele străine și domestice, a nivelat avantajul Bravo existent anterior pe durata studiului, Bravo pH-capsule au intrat în practica medicală de zi cu zi în țările dezvoltate în diagnosticarea bolilor de reflux ale esofagului, în special, a bolii de reflux gastroesofagian . [5] [23] [24] Capsulele Bravo pH-radio nu sunt certificate în Rusia.
Există proiecte pentru crearea de radiocapsule bazate pe cele mai recente progrese în electronică care măsoară o gamă întreagă de parametri ai tractului digestiv. Un astfel de proiect, „ laborator într- o pilulă ”, a fost realizat la Universitatea din Glasgow , Scoția . [25]
Există un număr mare de capsule radio-electronice diferite concepute în scopuri diagnostice sau terapeutice. Unele dintre ele sunt utilizate pe scară largă în practica medicală, altele sunt folosite doar în cercetarea științifică, altele sunt implementate în mai multe exemplare, iar altele există doar sub formă de dezvoltări de design. Următoarele sunt „tablete electronice”, deși nu sunt capsule radio în sensul original al termenului, dar au în comun faptul că sunt un dispozitiv radio sau electronic, au aspectul unei capsule, sunt introduse în tractul gastrointestinal și emit semnale radio.
Capsulele video endoscopice sunt camere video încorporate în capsule, combinate cu un transmițător de semnal video. Procedura de examinare a unui pacient folosind o astfel de capsulă se numește endoscopie capsulă . [26] În timpul trecerii tractului gastro-intestinal, capsula realizează câteva zeci de mii de imagini, care sunt înregistrate în memoria dispozitivului de recepție, similar cu dispozitivul de recepție al capsulei radio. Cu ajutorul capsulei endoscopie, a devenit posibilă obținerea de imagini ale zonelor intestinului subțire care erau anterior inaccesibile pentru endoscopie . Endoscopia cu capsule este certificată în SUA, țările Uniunii Europene , Israel , Australia . [27]
Dezavantajele endoscopiei video capsuleCu capsular, este imposibil să luați material pentru studii histologice ( biopsie ), care este utilizat pe scară largă în endoscopia tradițională. [28]
De asemenea, este posibilă întârzierea capsulei video în tractul gastrointestinal al pacientului (ceea ce apare, după diverse estimări, în 0,5-10% din cazuri din numărul total de proceduri cu capsule video). În timpul întârzierii, capsula video este îndepărtată de la pacient fie cu un endoscop, fie cu o intervenție chirurgicală abdominală. [28] [29] [30]
Stimulatori electrici autonomi ai tractului gastrointestinal (tractul gastrointestinal AES), denumite și „tablete Kremlin”, similare în exterior cu capsulele radio, totuși, spre deosebire de capsulele radio, acestea nu sunt dispozitive de diagnostic, ci terapeutice, active. AES al tractului gastrointestinal, la trecerea prin tubul digestiv, generează impulsuri electrice care au un efect stimulativ și fizioterapeutic asupra organelor din jur. NPP ZhKT a fost dezvoltat de V. F. Agafonnikov ( TIASUR ) și V. V. Pekarsky ( TMI ) în Tomsk în 1984. În 1986, producția de masă a fost lansată în atelierul de la TIASUR, iar din 1996 până în prezent, a fost produsă de Institutul de Cercetare Științifică a Dispozitivelor Semiconductoare Tomsk . [31] [32] [33]