L’invention de l’endoscopie par fibre optique1 a rendu possible la visualisation de l’ensemble de l’estomac, de l’intestin grêle supérieur et du côlon. Les procédures utilisées pour les examiner (respectivement la gastroscopie, l’endoscopie de l’intestin grêle et la coloscopie) provoquent une gêne car elles nécessitent l’introduction de câbles souples et relativement larges dans l’intestin – ces câbles transportent la lumière par des faisceaux de fibres optiques, l’alimentation et les signaux vidéo. L’endoscopie de l’intestin grêle, en particulier, est limitée par les problèmes d’inconfort et les limites de l’avancée des entéroscopes dans l’intestin grêle. Il existe un besoin clinique d’améliorer les méthodes d’examen de l’intestin grêle et du côlon, notamment chez les patients présentant des saignements gastro-intestinaux récurrents.

L’invention du transistor a permis de concevoir des capsules électroniques de radiotélémétrie à avaler pour l’étude des paramètres physiologiques gastro-intestinaux. Ces capsules ont été rapportées pour la première fois dans les années 1950 et ont été utilisées pour mesurer la température2, la pression2,3 et le pH3,4. Nous avons développé et testé un nouveau type d’endoscope à capsule de vidéotélémétrie, suffisamment petit pour être avalé (11×30 mm) et dépourvu de fils externes, de faisceaux de fibres optiques ou de câbles. L’utilisation d’une lentille à courte distance focale permet d’obtenir des images lorsque la fenêtre optique de la capsule passe devant la paroi intestinale, sans qu’il soit nécessaire de gonfler la lumière intestinale. L’endoscope à capsule est propulsé par le péristaltisme dans le tractus gastro-intestinal et ne nécessite pas de force de poussée pour le propulser dans l’intestin.

Les images vidéo sont transmises par radiotélémétrie en bande UHF à des antennes scotchées sur le corps qui permettent la capture d’images, et l’intensité du signal est utilisée pour calculer la position de la capsule dans le corps (voir Informations complémentaires) ; les images sont stockées sur un enregistreur portable. Ce système permet plus de 5 heures d’enregistrement continu. Le patient n’a pas besoin d’être confiné dans un environnement hospitalier pendant l’examen et il est libre de poursuivre sa routine quotidienne.

La conception de la capsule vidéo a été rendue possible par les progrès réalisés dans les performances de trois technologies : les capteurs d’images en silicium à oxyde métallique complémentaire (CMOS), les dispositifs de circuits intégrés spécifiques aux applications (ASIC) et l’éclairage par diodes électroluminescentes (LED). Une conception optique novatrice, une meilleure gestion de l’énergie et la conception globale du système ont également joué un rôle important dans la création de la capsule.

L’ajout d’un amplificateur tampon sur chaque pixel a permis de réduire le bruit de sortie qui était initialement associé aux capteurs d’images CMOS et a permis aux puces CMOS d’obtenir une qualité d’image comparable à celle des capteurs d’images à dispositif à couplage de charge5, mais en utilisant beaucoup moins d’énergie.

Les progrès réalisés dans la conception des ASIC ont permis d’intégrer dans la capsule un très petit émetteur vidéo ayant une puissance de sortie, une efficacité et une largeur de bande suffisantes. La commutation synchrone des LED, du capteur CMOS et de l’émetteur ASIC minimise la consommation d’énergie. En concevant soigneusement l’optique, nous avons pu éliminer les réflexions internes qui sont un problème courant lorsque l’éclairage et l’imageur sont incorporés sous le même dôme.

Avec l’approbation du comité d’éthique, les premières études ont été réalisées sur dix volontaires humains normaux. La capsule a été facilement avalée et n’a causé aucun inconfort. Propulsée par le péristaltisme (voir Informations complémentaires), elle a transmis avec succès des images vidéo (Fig. 1) de l’estomac, de l’intestin grêle et du cæcum (le temps de transit gastrique moyen était de 80 min, intervalle 17-280 min ; le temps de transit intestinal moyen était de 90 min, intervalle 45-140 min ; le temps de la bouche à l’évacuation était de 24 h, intervalle 10-48 h). Des images de haute qualité ont été reçues tout au long des transmissions vidéo, qui ont duré jusqu’à 6 heures.

a,b, plis gastriques dans le corps de l’estomac ; c,d, motif villositaire de l’intestin grêle mis en valeur par la présence d’un peu d’eau et d’une bulle d’air dans la lumière ; e,f, images sans air du jéjunum normal, vues avec la lumière fermée devant le dôme optique de la capsule ; g,h, vues de l’iléon terminal.