Radiokapsel (synonym med endorradiokapsel ; forældede navne: tarmsensor , intestinal radiosonde ) - en kapsel sluget af en person eller et dyr - et medicinsk udstyr, der måler visse mængder i mave-tarmkanalens lumen (f.eks. surhedsgrad , temperatur , tryk og andre) og sender måleresultater over radiokanalen. Radiosignalet fra radiokapslen optages og behandles af særligt modtage- og analyseudstyr.
Der findes radiokapsler, der får strøm fra deres egen strømkilde, radiokapsler, der modtager strøm udefra, og radiokapsler, der reflekterer et signal fra en ekstern kilde (ekkoradiokapsler). Radiokapslen kan også enten bevæge sig frit langs mave-tarmkanalen eller fastgøres til slimhinden i organet i mave-tarmkanalen eller til sonden. I sidstnævnte tilfælde kan den efter nogen tid kroge af sonden og derefter bevæge sig frit langs mave-tarmkanalen. Nogle forfattere kalder radiokapsler kun for kapsler med en autonom strømkilde og kun frit bevægelige kapsler. [en]
Radiokapslen er kun en af de dele af komplekset, der måler værdierne af eventuelle egenskaber i mave-tarmkanalen. Signalet, der udsendes af kapslen, skal modtages af en speciel enhed. Hvis opgaven med at bestemme den nøjagtige placering af kapslen i patientens mave-tarmkanal ikke er fastlagt, og det også antages, at patienten skal leve et normalt liv uden for hospitalet, så er modtageren en lille elektronisk enhed båret i en lomme af tøj eller på patientens bælte. Modtageren registrerer de aktuelle måleresultater. Efter afslutningen af proceduren overføres de registrerede værdier, for eksempel til en personlig computer, hvorpå disse målinger behandles og analyseres ved hjælp af specialudviklet software.
Hvis mave-tarmkanalen hos dyr, for eksempel kvæg, undersøges, placeres modtageren uden for hegnet af det territorium, der er tilgængeligt for dyr. I dette tilfælde skal senderen i kapslen og modtageren have tilstrækkelig effekt og følsomhed til henholdsvis at optage det nyttige signal.
Hvis opgaven er at bestemme placeringen af kapslen i patientens mave-tarmkanal, så bliver én modtager utilstrækkelig. For at beregne koordinaterne for signalkilden kan der bruges flere (tre eller flere) modtagere med afstand i rummet eller specielle retningssøgerremme. Nøjagtige koordinatmålinger kræver, at patienten er stationær. Samtidig gør det at kende de nøjagtige koordinater for kapslens placering ikke altid muligt at bestemme, i hvilket anatomisk afsnit af patientens mave-tarmkanal kapslen er placeret. [en]
I daglig tale betyder udtrykket "udvikling af en radiokapsel" og lignende som regel udviklingen af ikke kun selve kapslen, men hele komplekset af udstyr, herunder blandt andet modtageren(e) og software til analyse af måleresultater.
Forskellige varianter af radiokapsler måler et andet sæt parametre. Men de mest almindeligt målte radiokapselparametre er intrakavitært tryk, temperatur og surhedsgrad. Der er forskellige implementeringsmuligheder: enten kombineres to eller flere målte parametre i én kapsel, eller der udvikles en række kapsler, hvor hver af kapslerne er udstyret med en sensor af kun én type.
Derudover er der udviklet radiokapsler, der måler hastigheden af nedbrydning af næringsstoffer i mave-tarmkanalen, radiokapsler, der bestemmer iltindholdet i fordøjelseskanalens organer, til at måle intensiteten af ioniserende stråling, til at opdage blødninger i mave-tarmkanalen. traktat og nogle andre. Disse områder udviklede sig dog ikke længere end individuelle prøver (eller endda projekter). [en]
Radiokapsler, der måler tryk i lumen i mave-tarmkanalen, var de første, der blev konstrueret. Sammensætningen af radiokapsler, der måler tryk, inkluderer en tryksensor, en generator af højfrekvente oscillationer og en autonom strømkilde . Trykføleren skal levere trykmåling fra 0 til 200 mm vand. Kunst. og reagere på ændringer ±5 mm vand. Kunst. Tryksensoren kan være enten induktiv eller kapacitiv. [en]
Funktionsprincippet for en induktiv sensor er baseret på en ændring i systemets induktans på grund af påvirkningen af trykket på sensormembranen, en ændring i positionen af hvilken forårsager mekanisk bevægelse af en ferromagnetisk eller magnetoelektrisk kerne eller armatur, således ændring af spolens induktans . [en]
Den kapacitive sensor er baseret på ændringen i mellemrummet mellem pladerne på en flad kondensator med en ændring i tryk. [en]
Moderne, mest almindeligt anvendte medicinske manometriske metoder til at studere motiliteten af fordøjelsessystemet ( øvre esophageal sphincter manometri , esophagomometri , Oddi sphincter manometri , antroduodenal manometri , anorectal manometri ) kræver enten nøjagtig fiksering af et bestemt punkt af en tryksensor af et organ. , eller samtidig måling af tryk på flere punkter organ, placeret i en veldefineret afstand [2] [3] , hvilket ikke er muligt ved hjælp af radiokapsler.
Surhedsmåling radiokapsler (synonym med pH-radiokapsel ) bør fungere i området fra ca. 0,8 til 8,5 pH (maksimal teoretisk mulig surhed i maven på 0,86 pH svarer til mavesyreproduktion på 160 m mol /l; minimal teoretisk mulig surhed i maven mave 8,3 pH svarer til pH i en mættet opløsning af HCO 3 - ioner udskilt af maveslimhinden) og har en følsomhed på ± 0,1-0,2 pH. pH-sensoren skal fungere og have stabile egenskaber i den tid, der tilbringes i fordøjelseskanalen, det vil sige 2-3 dage. I radiokapslernes pH-sensor anvendes en antimon- eller glaselektrode som måleelektrode , og en calomel- eller sølvkloridelektrode anvendes som referenceelektrode . [en]
Moderne metoder til diagnosticering af syrerelaterede sygdomme er enten baseret på samtidig måling af pH i to eller flere punkter i mave-tarmkanalen ( kortvarig intragastrisk pH-metri , ekspres pH-metri ) eller på fastgørelse af en pH-sensor i en bestemt plads i organet (de fleste diagnostiske metoder til reflukssygdomme i spiserøret er baseret på daglig pH-metri , som involverer måling af pH på et punkt placeret 5 cm over den nedre esophageal sphincter , i mindst 24 timer), eller baseret på måling af pH i et standardiseret sæt organpunkter ( endoskopisk pH-metri ). [3] [4] Implementeringen af sådanne metoder er ikke mulig ved hjælp af frit bevægelige pH-radiokapsler. I øjeblikket, i praktisk medicin, bruges kun Bravo-kapslen , som er fastgjort til spiserørets epitel. [5]
Temperatursensorer i kapsler skal fungere i området 34-42 ° C, sensoren skal registrere temperaturændringer svarende til ± 0,1 - 0,2 ° C.
Siden oprettelsen af den første radiokapsel er forskellige transducere blevet brugt i temperaturmålingssensorer:
Ved hjælp af disse radiokapsler blev temperaturprofilen af mave-tarmkanalen målt. [1] I det moderne sæt af metoder til funktionel diagnostik i gastroenterologi er metoder relateret til måling af temperaturen i fordøjelsesorganerne ikke til stede. [5]
For første gang blev en radiokapsel med en autonom strømkilde beskrevet i juni 1957 i tidsskriftet Nature af ansatte ved Karolinska Institutet ( Sverige Karolinska institutet ; Stockholm , Sverige ) Stuart Mackay ( engelsk R. Stuart Mackay ) og Bertil Jacobson ( Engelsk Bertil Jacobson ) (Sverige). [6] Det var en fritbevægelig kapsel, der målte tryk og temperatur i lumen i fordøjelseskanalen.
McKay og Jacobsons arbejde markerede begyndelsen på det videnskabelige og teknologiske boom af "kapselbygning", som dækkede de fleste af de teknologisk avancerede lande. Samme år udkom en publikation om en lignende amerikansk radiokapsel i tidsskriftet Science . [7] Året efter, 1958, dukker der østtyske [8] og vesttyske [9] radiokapsler op. I 1960, i USSR , i Leningrad , blev der organiseret et særligt laboratorium til udvikling af radiokapsler og telemetrisystemer baseret på dem. [1] I 1961 var der en publikation af engelske [10] , og i 1962 af japanske forskere. [elleve]
I slutningen af 1950'erne syntes dette problem så vigtigt i den videnskabelige og tekniske verden, at allerede fra 1957-58 var datidens "stjerner" af opfindsom aktivitet, såsom Vladimir Zworykin (USA) [7] , Manfred von Ardenne , personligt. engageret i design af radiokapsler (DDR; han er førende i udviklingen af pH-radiokapslen [12] ) og andre.
Fremragende opfindere, der deltog i radiokapseludviklingsboomet i slutningen af 1950'erne og 1960'erne:
I begyndelsen af 1960'erne tildelte Telefunken-firmaet ( tysk Telefunken ; Tyskland) betydelige midler til at støtte tekniske eksperimenter og medicinsk forskning på dette område. [13]
Heidelberg -kapsler er engangsradiokapsler, der måler surhedsgraden i mave-tarmkanalens lumen. Navnet kommer fra byen Heidelberg ( Tyskland ). I begyndelsen af 1960'erne udførte professor i pædiatri Hans Noller ( tysk: Hans G. Nöller ) i afdelingen for gastroenterologi ved universitetet i Heidelberg med finansiel støtte fra Telefunken mere end 1.000 undersøgelser på voksne patienter, der brugte disse kapsler inden for treflere år. [13]
Udtrykket Heidelberg-kapsler ( Eng. Heidelberg Capsule; Heidelberg pH Capsule ) er mere almindeligt i USA, hvor Heidelberg Medical Inc. eksisterer. , engageret i produktionen af Heidelberg-kapsler, radiotelemetrisystemer til disse kapsler og fremme af medicinske metoder til deres brug. [fjorten]
I USSR, i slutningen af 1960 i Leningrad , i en af institutionerne i USSR Academy of Medical Sciences , blev der oprettet et laboratorium, hvis hovedopgave var udviklingen af endoradio-lydudstyr. Al styring af arbejdet med radiokapsler blev udført af E. B. Babsky og A. M. Sorin . I slutningen af det næste år, 1961, begyndte fysiologiske og kliniske tests af de fremstillede radiokapsler. I starten blev radiokapsler brugt til at studere fordøjelseskanalen. Senere begyndte radiokapsler at blive brugt på Leningrad Institute for the Improvement of Doctors for at registrere livmoderens kontraktile funktion og studere fødselshandlingen (S. N. Davydov). [en]
I første fase blev der udviklet en række radiokapsler, som hver målte én parameter: tryk, pH, temperatur. Derefter begyndte udviklingen af kapsler, der er i stand til at måle to eller flere parametre samtidigt. De sovjetiske udviklere indtog den holdning, at radiokapsler skulle kunne genbruges (i modsætning til f.eks. Hans Noller , hvis Heidelberg-radiokapsler var engangs). Derfor blev sovjetiske radiokapsler dækket på ydersiden med silikonegummi , brugt som et udskifteligt cover. Desuden blev kapslerne underkastet kemisk desinfektion. [en]
Sovjetiske radiokapsler, der måler trykDe første versioner af sovjetiske trykmålende radiokapsler blev lavet i 1961-62. [en]
Sovjetiske pH-radiokapslerIndustriel produktion af de første sovjetiske pH-metriske radiokapsler blev lanceret i 1963. I disse kapsler, i pH-sensoren, var måleelektroden lavet i form af en antimonring 8 mm i diameter med sølvbly. Referenceelektroden er lavet af kloreret sølvtråd med en diameter på 0,6 mm placeret i en pasta sammensat i lige store forhold af sølvchlorid AgCl og natriumchlorid NaCl. I den næste version af pH-radiokapslen blev antimonelektroden lavet i form af en skive 5 mm i diameter og 2 mm høj. Referenceelektroden blev lavet i form af en kop med en diameter på 6 mm af kloreret sølv. Elektroderne var placeret i modsatte ender af kapslen. [en]
På trods af moderniseringen af pH-sensoren har den stadig en række ulemper: relativt lav følsomhed, hurtig oxidation i det aggressive miljø i maven og temperaturafhængighed. Derfor blev opgaven sat til at bruge en glaselektrode i kapsler som måleelektrode uden de anførte ulemper. På dette tidspunkt var der akkumuleret erfaring med fremstilling af glaselektroder, hvilket var en konsekvens af udviklingen og formaliseringen af teorien om glaselektroden ved Institut for Fysisk Kemi ved Det Kemiske Fakultet ved Leningrad State University (LSU) , hvor M. M. Schultz (den fremtidige akademiker fra USSR Academy of Sciences ), en af de førende eksperter i denne region, i samarbejde med E. Yu. Linar , engageret i probe intragastrisk pH-metri, blev en glaselektrode udviklet til intragastrisk pH -metri [15] og derfor blev der i 1963 indgået en aftale med Scientific Research Chemical Institute (NIHI) ved Leningrad State University, hvortil laboratoriet for glaselektrokemi ved NIHI Leningrad State University, ledet af M. M. Schultz, i løbet af 1963, udført forskning ”Udvikling af miniature pH-sensorer til en radiokapsel”, herunder blandt andet stadierne: ”Udvikling af glasformuleringer til elektroder”, ”Udvikling af miniature-glaselektroder ” og ”Testing af pH-sensorer”. [16] Som et resultat blev der udviklet en glaselektrode til en pH-metrisk radiokapsel, men på grund af vanskeligheder i den industrielle produktion af glaselektroder vendte A. M. Sorin tilbage til antimon-måleelektroden. [en]
Sovjetiske pH-radiokapsler blev meget brugt i videnskabelig forskning. For eksempel blev kandidatarbejdet fra chefgastroenterologen fra Ministeriet for Sundhed og Social Udvikling i Den Russiske Føderation , akademiker fra Det Russiske Akademi for Medicinske Videnskaber V. T. Ivashkin udført ved hjælp af pH-radiokapsler: "Betydningen af radiotelemetrisk undersøgelse af intragastrisk og intraduodenal pH til vurdering af effektiviteten af antacida og atropin hos patienter med kroniske sygdomme i maven og tolvfingertarmen." [17]
Sovjetiske temperaturmålende radiokapslerI radiokapslerne udviklet i Sorins laboratorium blev den ferroelektriske keramiske varicond VKI-2V, og derefter variconden K10-21, brugt som temperatursensor. Strukturelt blev sensoren lavet i form af en skive med en diameter på 2 mm og en tykkelse på 0,5 mm. Målenøjagtigheden af denne sensor i området fra 34 til 42 °C nåede 0,1 °C. [en]
Ud over mave-tarmkanalen blev andre menneskelige hule organer også undersøgt ved hjælp af radiokapsler. [1] Der var følgende forskningsområder: måling af intrauterint tryk i gynækologi [18] og obstetrik [19] , måling af tryk i skeden og livmoderen på en person under samleje , [20] undersøgelse af trykket inde i blæren . [21]
Fra 1957, tidspunktet for de første udgivelser, og frem til begyndelsen af 1970'erne, blev udviklingen af radiokapsler og metoder til deres brug udført i mange lande og med stor entusiasme. Der var en tro på, at radiokapsler kunne blive et stærkt diagnostisk værktøj. Ret hurtigt blev alle ingeniøropgaver relateret til design af kapsler, sensorer, transmission og modtagelse af et radiosignal og dets behandling løst. Der er sket nogle fremskridt inden for fysiologien (for eksempel er pH- og temperaturprofilerne for hele mave-tarmkanalen blevet målt). Det samlede antal publikationer i videnskabelige tidsskrifter er nået op på flere hundrede. Men hovedopgaven - den udbredte introduktion af radiokapsler i praktisk medicin - blev ikke løst.
Hovedårsagerne til dette var vanskeligheden (eller umuligheden) af nøjagtigt at bestemme hvor (i hvilken del af mave-tarmkanalen ) kapslen er placeret på et bestemt tidspunkt, og umuligheden af at "stoppe" kapslen, når den bevæger sig langs mave-tarmkanalen i et klinisk interessant område.
Bravo pH-radiokapsel ( eng. Bravo™ ), fremstillet siden 2003 af Medtronic (USA), bevæger sig ikke frit. Ved hjælp af en speciel anordning fastgøres den til spiserørets epitel (normalt 5 cm over den nedre esophageal sphincter ) og måler surhedsgraden i spiserørets lumen i flere dage og sender måleresultaterne til en modtager placeret i lommen på patientens tøj (eller på bæltet) eller fastgjort til dens krop på den ene eller anden måde. Ved afslutningen af undersøgelsen overføres de registrerede data til en computer for yderligere bearbejdning og analyse. Som følge af epitelets naturlige død løsner kapslen sig fra spiserøret efter et par dage og udskilles fra patientens krop sammen med afføring . [22]
Bravo pH-radiokapsler er designet til undersøgelse af gastroøsofageal refluks . Den største fordel i forhold til mavesyremonitorer, der udfører samme opgave , er patientens evne til at føre en normal livsstil under en daglig (eller flere) undersøgelse, så andre ikke kan se, at patienten har en målesensor (patienter undersøgt vha. mavesyremonitorer kan også føre en normal livsstil). livet, dog har de en pH-sonde , der passerer gennem deres næse ind i spiserøret , hvilket er meget mærkbart for andre). [22]
På trods af nogle eksisterende mangler (brystsmerter hos mange patienter, behov for endoskopi ved indsættelse af kapslen, tidlig udkobling (i 5-10% af tilfældene), omkostningerne ved undersøgelsen) og det faktum, at moderne gastro-syremonitorer, både udenlandske og indenlandsk, udjævnede den tidligere eksisterende Bravo's fordel i løbet af undersøgelsen, Bravo pH-kapsler er kommet ind i daglig medicinsk praksis i udviklede lande i diagnosticering af reflukssygdomme i spiserøret, især gastroøsofageal reflukssygdom . [5] [23] [24] Bravo pH-radiokapsler er ikke certificeret i Rusland.
Der er projekter til at skabe radiokapsler baseret på de seneste fremskridt inden for elektronik, der måler en lang række parametre i fordøjelseskanalen. Et sådant projekt, " laboratorie-i- en - pille ", blev udført ved University of Glasgow , Skotland . [25]
Der findes et stort antal forskellige radio-elektroniske kapsler designet til diagnostiske eller terapeutiske formål. Nogle af dem er meget udbredt i medicinsk praksis, andre bruges kun i videnskabelig forskning, andre er implementeret i flere kopier, og andre eksisterer kun i form af designudvikling. Følgende er "elektroniske tabletter", selvom de ikke er radiokapsler i ordets oprindelige betydning, men har det til fælles, at de er et radio- eller elektronisk udstyr, har udseende af en kapsel, indføres i mave-tarmkanalen og udsender radiosignaler.
Endoskopiske videokapsler er videokameraer indbygget i kapslerne, kombineret med en videosignalsender. Proceduren for at undersøge en patient ved hjælp af en sådan kapsel kaldes kapselendoskopi . [26] Under passagen af mave-tarmkanalen tager kapslen flere titusindvis af billeder, som optages i modtagerenhedens hukommelse, svarende til radiokapslens modtageanordning. Ved hjælp af kapselendoskopi blev det muligt at få billeder af områder af tyndtarmen , som tidligere var utilgængelige for endoskopi . Kapselendoskopi er certificeret i USA, EU- lande , Israel , Australien . [27]
Ulemper ved videokapselendoskopiMed kapsel er det umuligt at tage materiale til histologiske undersøgelser ( biopsi ), som er meget brugt i traditionel endoskopi. [28]
Det er også muligt at forsinke videokapslen i patientens mave-tarmkanal (hvilket forekommer ifølge forskellige skøn i 0,5-10 % af tilfældene af det samlede antal videokapselprocedurer). Under forsinkelsen fjernes videokapslen fra patienten enten med et endoskop eller med en abdominal operation. [28] [29] [30]
Autonome elektriske stimulatorer af mave-tarmkanalen (AES mave-tarmkanalen), også kaldet "Kremlin-tabletter", udadtil ligner radiokapsler, men i modsætning til radiokapsler er de ikke diagnostiske, men terapeutiske, aktive enheder. AES i mave-tarmkanalen genererer, når den passerer gennem fordøjelseskanalen, elektriske impulser, der har en stimulerende og fysioterapeutisk effekt på de omgivende organer. NPP ZhKT blev udviklet af V. F. Agafonnikov ( TIASUR ) og V. V. Pekarsky ( TMI ) i Tomsk i 1984. I 1986 blev masseproduktion lanceret i værkstedet hos TIASUR, og fra 1996 til i dag er det blevet produceret af Tomsk Scientific Research Institute of Semiconductor Devices . [31] [32] [33]