Vynález optické endoskopie1 umožnil vizualizaci celého žaludku, horní části tenkého střeva a tlustého střeva. Postupy používané k jejich vyšetření (gastroskopie, endoskopie tenkého střeva, respektive kolonoskopie) způsobují nepohodlí, protože vyžadují zasunutí ohebných, poměrně širokých kabelů do střeva – tyto kabely přenášejí světlo pomocí svazků optických vláken, napájení a videosignál. Zejména endoskopie tenkého střeva je omezena problémy s nepohodlím a omezením, jak daleko lze enteroskopy do tenkého střeva zasunout. Existuje klinická potřeba zdokonalených metod vyšetření tenkého střeva a tlustého střeva, zejména u pacientů s opakovaným krvácením do trávicího traktu.

Vynález tranzistoru umožnil navrhnout polykatelné elektronické radiotelemetrické kapsle pro studium fyziologických parametrů trávicího traktu. Tyto kapsle byly poprvé popsány v 50. letech 20. století a používaly se k měření teploty2, tlaku2,3 a pH3,4. Vyvinuli jsme a otestovali nový typ endoskopu s videotelemetrickou kapslí, který je dostatečně malý, aby se dal spolknout (11 × 30 mm), a nemá žádné vnější dráty, svazky optických vláken ani kabely. Díky použití objektivu s krátkou ohniskovou vzdáleností se snímky získávají, když optické okénko kapsle prochází kolem stěny střeva, aniž by bylo nutné nafouknout lumen střeva vzduchem. Kapslový endoskop je poháněn peristaltikou trávicím traktem a nevyžaduje tlakovou sílu, která by jej poháněla střevem.

Videozáznamy jsou přenášeny pomocí radiotelemetrie v pásmu UHF do antén přilepených k tělu, které umožňují snímání obrazu, a síla signálu se používá k výpočtu polohy kapsle v těle (viz doplňkové informace); obrazy jsou ukládány na přenosný záznamník. Tento systém umožňuje více než 5 hodin nepřetržitého záznamu. Pacient nemusí být během vyšetření uzavřen v nemocničním prostředí a může pokračovat ve svém každodenním životě.

Konstrukce videokapsle byla umožněna pokrokem ve výkonnosti tří technologií: obrazových snímačů CMOS (complementary metal oxide silicon), zařízení ASIC (application-specific integrated circuit) a osvětlení LED (white light-emitting diode). Nová optická konstrukce, lepší řízení spotřeby energie a celková konstrukce systému byly rovněž důležité pro vytvoření kapsle.

Přidání vyrovnávacího zesilovače na každý pixel snížilo výstupní šum, který byl původně spojen s obrazovými snímači CMOS, a umožnilo čipům CMOS dosáhnout kvality obrazu srovnatelné s obrazovými snímači s nábojovou vazbou5 , ale s mnohem nižší spotřebou energie.

Dokonalosti v konstrukci ASIC umožnily integrovat do kapsle velmi malý video vysílač s dostatečným výkonem, účinností a šířkou pásma. Synchronní spínání LED diod, snímače CMOS a vysílače ASIC minimalizuje spotřebu energie. Pečlivým návrhem optiky se podařilo eliminovat vnitřní odrazy, které jsou běžným problémem při začlenění osvětlení a zobrazovače pod stejnou kopuli.

Se souhlasem etické komise byly provedeny první studie na deseti normálních lidských dobrovolnících. Kapsle se snadno polykala a nezpůsobovala žádné potíže. Poháněna peristaltikou (viz doplňkové informace) úspěšně přenášela videosnímky (obr. 1) ze žaludku, tenkého střeva a slepého střeva (průměrná doba průchodu žaludkem byla 80 min, rozmezí 17-280 min; průměrná doba průchodu tenkým střevem byla 90 min, rozmezí 45-140 min; doba od úst do vypuštění byla 24 h, rozmezí 10-48 h). Po celou dobu videopřenosů, které trvaly až 6 hodin, byly přijímány vysoce kvalitní snímky.

a,b, žaludeční záhyby v těle žaludku; c,d, vilózní vzor tenkého střeva zvýrazněný přítomností malého množství vody a vzduchové bubliny v lumen; e,f, snímky normálního jejuna bez vzduchu, při pohledu s uzavřeným lumen před optickou kopulí kapsle; g,h, pohledy na terminální ileum.