顧衛(wèi)忠

高郵中醫(yī)院 設(shè)備科，江蘇 揚(yáng)州，225600

無線膠囊內(nèi)窺鏡的研究進(jìn)展和討論

顧衛(wèi)忠

高郵中醫(yī)院 設(shè)備科，江蘇 揚(yáng)州，225600

本文介紹了無線膠囊內(nèi)窺鏡的國內(nèi)外研究進(jìn)展，詳細(xì)分析了無線膠囊內(nèi)窺鏡的組成結(jié)構(gòu)和工作原理，深入探討了目前無線膠囊內(nèi)窺鏡研發(fā)和應(yīng)用過程中存在的多種問題，并針對(duì)問題提出了相應(yīng)的解決辦法和思路。

無線膠囊；無線膠囊內(nèi)窺鏡；無線內(nèi)窺鏡系統(tǒng)

消化道疾病是是我國人群中的常見病、多發(fā)病。胃鏡和腸鏡檢查能直接觀察到被檢查部位的真實(shí)情況，更可通過對(duì)可疑病變部位進(jìn)行病理活檢及細(xì)胞學(xué)檢查，以進(jìn)一步明確診斷。胃鏡和腸鏡檢查的傳統(tǒng)方法是鏡身必須從受檢者的口腔或肛門進(jìn)入消化道內(nèi)，患者在身體上遭受痛苦的同時(shí)，心理上也會(huì)產(chǎn)生一定的恐懼；同時(shí)，如果處理不當(dāng)，還會(huì)造成交叉感染。因此大眾對(duì)于胃鏡和腸鏡檢查一直存有抵觸情緒，尤其是兒童和老人，更加難以實(shí)施檢查。如今，無線膠囊內(nèi)窺鏡的問世給消化道患者帶來了福音，無線膠囊內(nèi)窺鏡能以無痛、無創(chuàng)、一次性使用的方式獲得胃腸道的清晰圖像，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)病變部位，幫助診斷。

1 無線膠囊內(nèi)窺鏡的發(fā)展和現(xiàn)狀

2001年5月，以色列吉溫成象有限公司（GivenImaging Ltd.） 率先生產(chǎn)出世界第一套檢測胃腸道的無線內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，即M2A（Mouth to Anus）無線內(nèi)窺鏡?！癕2A”膠囊的尺寸為11mm×27mm，可以連續(xù)工作6～8h，能夠拍攝到小腸內(nèi)壁的圖像。起初只是把它作為附屬工具，到2003年6月其被認(rèn)可成為檢查小腸病變的首要工具[1-2]。

廣闊的市場前景和醫(yī)療、科研意義，促使各大醫(yī)療儀器廠商和科研院所紛紛投入到無線膠囊內(nèi)窺鏡的研制中。2001年10月1日本的RF System Lab.公司開發(fā)出了一種更小的不使用電池的膠囊內(nèi)窺鏡樣機(jī)原型，名為“Norika3”。2003年該公司通過改進(jìn)“Norika3”，開發(fā)出適合2個(gè)月新生兒的膠囊內(nèi)窺鏡，該內(nèi)窺鏡尺寸為5.8mm×15mm，是世界上最小的膠囊內(nèi)窺鏡。奧林巴斯（Olympus）在2004年開發(fā)出一款基本的無線內(nèi)窺鏡膠囊，它能根據(jù)周圍的情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度，從而獲得最佳的圖像；同時(shí)，其具有實(shí)時(shí)圖像瀏覽的功能，方便醫(yī)師估計(jì)膠囊的位置。重慶金山公司是中國第一家研制出膠囊內(nèi)窺鏡的企業(yè)，在2004年研制出OMOM無線內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，主要包括無線內(nèi)窺鏡膠囊、圖像記錄儀和影像工作站3個(gè)部分，是一種雙工多通道智能膠囊無線內(nèi)窺鏡系統(tǒng)[3-4]。

2 無線膠囊內(nèi)窺鏡的主要結(jié)構(gòu)和原理

經(jīng)典的膠囊內(nèi)窺鏡由6個(gè)基本部分組成（如圖1）[5]：圖像傳感器1、透鏡2、光源3、電池4、無線傳輸模塊5、外殼6。光源3一般選用發(fā)光二極管制作，用來向人體消化道內(nèi)壁照射光線；透鏡2將消化道內(nèi)壁反射的光匯聚于圖像傳感器1上；圖像傳感器1能夠?qū)⒔邮盏降膱D像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；無線傳輸模塊5用于將圖像信號(hào)通過無線方式傳輸?shù)襟w外。

與無線膠囊內(nèi)窺鏡配套的體外設(shè)備主要有（如圖2）[6]：體外接收裝置、便攜式記錄介質(zhì)、顯示裝置。無線膠囊內(nèi)窺鏡被導(dǎo)入人體后，拍攝體腔內(nèi)的圖像并以無線方式發(fā)送圖像信號(hào)等數(shù)據(jù)；位于體外的接收裝置通過穿戴在人體表面的天線陣列接收上述無線信號(hào)，并進(jìn)行接收處理；便攜式記錄介質(zhì)用于在接收裝置和顯示裝置之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送；顯示裝置除了顯示功能之外，還可以包括圖像工作站，對(duì)接收到的大量圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理和篩選，供臨床醫(yī)師使用。

圖1 無線膠囊內(nèi)窺鏡的基本組成

圖2 無線膠囊內(nèi)窺鏡的體外設(shè)備

3 無線膠囊內(nèi)窺鏡存在的問題及討論

雖然無線膠囊內(nèi)窺鏡的基本結(jié)構(gòu)和原理并不復(fù)雜，然而在實(shí)際應(yīng)用中，為保證其使用的穩(wěn)定性和檢查結(jié)果的準(zhǔn)確性，還涉及大量的技術(shù)難點(diǎn)和問題。

3.1 電池電量問題

由于無線膠囊內(nèi)窺鏡在人體消化道內(nèi)行進(jìn)的時(shí)間長達(dá)6～10h，甚至更久，照明光、圖像信號(hào)的無線傳輸?shù)榷夹枰拇罅康碾娔?；另一方面，膠囊內(nèi)窺鏡的體積大小制約了電池容量的大小，因此，電池電量不足是首要問題。針對(duì)該問題，研發(fā)新型的高容量小體積的電池是解決方法之一。此外，基于電磁感應(yīng)理論，利用人體外部的交變磁場，使得膠囊內(nèi)窺鏡內(nèi)的閉合電路產(chǎn)生交變的電流，以此能夠給膠囊內(nèi)窺鏡供電。第三種方法，設(shè)置節(jié)電模式，在膠囊內(nèi)窺鏡無需拍攝和傳輸圖像時(shí)，例如長時(shí)間停留在消化道內(nèi)某一部位時(shí)或到達(dá)無需拍攝的消化道部位時(shí)，人為或自動(dòng)控制其進(jìn)入節(jié)電模式，這樣既能夠節(jié)約電能，又能夠避免拍攝大量無意義的重復(fù)的圖像。

3.2 膠囊定位問題

無線膠囊內(nèi)窺鏡一旦進(jìn)入人體消化道后，其位置就難以確定，這不利于醫(yī)師判斷所拍攝到的圖像屬于消化道的哪個(gè)部位。主流的定位方式有：① 永磁體定位，即在膠囊內(nèi)窺鏡中設(shè)置一塊永磁體，在人體外部設(shè)置磁傳感器陣列，通過檢測磁場的微小變化來判斷永磁體的位置；② 電磁式定位，基于電磁感應(yīng)原理，通過感應(yīng)磁場來判斷永磁體的位置；③ 超聲定位，將超聲探頭布置在消化道的關(guān)鍵點(diǎn)上，檢測膠囊通過的時(shí)刻，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)膠囊的定位。

3.3 膠囊運(yùn)動(dòng)控制問題

目前的無線膠囊內(nèi)窺鏡都是采用被動(dòng)式，即依靠胃腸道蠕動(dòng)的方式運(yùn)動(dòng)，并且膠囊在胃腸道運(yùn)動(dòng)時(shí)無外部控制。一方面，醫(yī)師即使觀察到胃腸道有異常現(xiàn)象，也無法立即對(duì)其做更詳細(xì)的觀察；另一方面，膠囊的胃內(nèi)滯留、小腸嵌頓有可能導(dǎo)致膠囊長時(shí)間無法排出體外。針對(duì)該問題，可以設(shè)計(jì)助力系統(tǒng)，在需要時(shí)給予膠囊足夠的動(dòng)力在胃腸道內(nèi)行進(jìn)。而助力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與電池電量、膠囊定位等問題又緊密關(guān)聯(lián)，只有在電力充足，定位準(zhǔn)確的情況下，才能安全地使用助力系統(tǒng)。

3.4 檢測、活檢和釋藥問題

和普通內(nèi)窺鏡相比，雖然無線膠囊內(nèi)窺鏡無痛、無損傷，但是普通內(nèi)窺鏡在觀察消化道的同時(shí)，還能夠進(jìn)行活檢和治療的處置工作。無線膠囊內(nèi)窺鏡雖然可以通過增加胃腸道生理參數(shù)采集模塊、活檢鉗、釋藥倉來達(dá)到檢測、活檢和治療的功能，但是膠囊的體積限制、定位的準(zhǔn)確度、運(yùn)動(dòng)控制等問題，都會(huì)成為實(shí)現(xiàn)上述功能的障礙。

3.5 圖像篩選問題

無線膠囊內(nèi)窺鏡在體內(nèi)拍攝圖像光線不足、畫質(zhì)不高，但拍攝數(shù)量可以達(dá)到上萬張之多，如果將這些照片進(jìn)行人工篩選，將非常耗時(shí)。因此，必須通過可靠的圖像識(shí)別軟件來輔助篩選出有診斷價(jià)值的圖像；同時(shí)，借助膠囊定位系統(tǒng)來提取所需部位的拍攝圖像，才能夠達(dá)到事半功倍的效果。

4 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，無線膠囊內(nèi)窺鏡的整體性能將愈加完善，它的應(yīng)用將是內(nèi)窺鏡技術(shù)的有效補(bǔ)充，并將逐步成為內(nèi)鏡檢查的主流方法，其必將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。在當(dāng)前無線膠囊式內(nèi)窺鏡被各界熱切關(guān)注的同時(shí)，我們?nèi)詰?yīng)當(dāng)看到，它尚不能完全替代胃鏡及腸鏡。在臨床中，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況，合理選擇與使用無線膠囊內(nèi)窺鏡。

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The Research Progress and Discussion about Wireless Capsule Endoscope

GU Wei-zhong
Equipment Department,Gaoyou Hospital of TCM,Yangzhou Jiangsu 225600, China

This paper introduced the research progress of wireless capsule endoscope domestic and abroad,and analyzed the construction and work principle in detail. Then we discussed problems in the progress of research, development and application, and put forward some suggestion and ideas on account of such problems.

wireless capsule; wireless capsule endoscopy; wireless endoscopy system

TH776.1

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.08.019

1674-1633(2011)08-0060-03

2011-04-12

2011-05-18

作者郵箱：yzgygwz@163.com