A száloptikás endoszkópia1 feltalálása lehetővé tette a teljes gyomor, a felső vékonybél és a vastagbél vizualizálását. Az ezek vizsgálatára szolgáló eljárások (gyomortükrözés, vékonybél-endoszkópia, illetve vastagbéltükrözés) kellemetlenséget okoznak, mivel rugalmas, viszonylag széles kábeleket kell a bélbe tolni – ezek a kábelek száloptikai kötegek révén fényt, áramot és videojeleket szállítanak. Különösen a vékonybél-endoszkópiát korlátozzák a kényelmetlenséggel kapcsolatos problémák és az enteroszkópok vékonybélbe való behatolásának korlátai. A vékonybél és a vastagbél vizsgálatának jobb módszerei iránt klinikai igény mutatkozik, különösen a visszatérő gyomor-bélrendszeri vérzésben szenvedő betegeknél.

A tranzisztor feltalálása lehetővé tette lenyelhető elektronikus rádiótelemetriás kapszulák tervezését a gyomor-bélrendszeri élettani paraméterek vizsgálatára. Ezekről a kapszulákról először az 1950-es években számoltak be, és hőmérséklet2, nyomás2,3 és pH3,4 mérésére használták őket. Új típusú videotelemetriás kapszulás endoszkópot fejlesztettünk ki és teszteltünk, amely elég kicsi ahhoz, hogy lenyelhető legyen (11×30 mm), és nem tartalmaz külső vezetékeket, száloptikai kötegeket vagy kábeleket. Egy rövid fókusztávolságú lencse használatával a képeket a kapszula optikai ablakának a bélfalon való áthaladása közben kapjuk, anélkül, hogy a béllumen levegővel való felfúvására lenne szükség. A kapszula-endoszkópot a perisztaltika mozgatja a gyomor-bél traktuson keresztül, és nincs szükség tolóerőre ahhoz, hogy a bélben áthaladjon.

A videoképeket UHF-sávú rádió-telemetria segítségével továbbítják a testre ragasztott antennákra, amelyek lehetővé teszik a képfelvételt, és a jelerősséget a kapszula testben elfoglalt helyzetének kiszámításához használják (lásd a kiegészítő információkat); a képeket egy hordozható felvevőgépen tárolják. Ez a rendszer több mint 5 órányi folyamatos rögzítést tesz lehetővé. A páciensnek a vizsgálat ideje alatt nem kell kórházi környezetbe zárva lennie, és szabadon folytathatja napi rutinját.

A videokapszula kialakítását három technológia teljesítményének fejlődése tette lehetővé: a komplementer fémoxid-szilícium (CMOS) képérzékelők, az alkalmazásspecifikus integrált áramkör (ASIC) eszközök és a fehér fényt kibocsátó dióda (LED) megvilágítás. Az újszerű optikai tervezés, a jobb energiagazdálkodás és az általános rendszertervezés szintén fontos szerepet játszott a kapszula létrehozásában.

A puffererősítő hozzáadása minden egyes pixelhez csökkentette a CMOS-képérzékelőkkel kezdetben együtt járó kimeneti zajt, és lehetővé tette, hogy a CMOS-chipek a töltéscsatolt eszközös képérzékelőkhöz5 hasonló képminőséget érjenek el, de sokkal kevesebb energia felhasználásával.

Az ASIC-tervezésben elért fejlődés lehetővé tette egy nagyon kicsi, megfelelő teljesítményű, hatékonyságú és sávszélességű videoadó integrálását a kapszulába. A LED-ek, a CMOS-érzékelő és az ASIC-adó szinkron kapcsolása minimalizálja az energiafogyasztást. Az optika gondos tervezésével sikerült kiküszöbölni a belső visszaverődéseket, amelyek gyakori problémát jelentenek, amikor a megvilágítás és a képalkotó egy kupola alá van beépítve.

Az etikai bizottság jóváhagyásával az első vizsgálatokat tíz normális emberi önkéntesen végeztük el. A kapszula könnyen lenyelhető volt, és nem okozott kellemetlen érzést. A perisztaltika által hajtva (lásd a kiegészítő információkat) sikeresen továbbított videoképeket (1. ábra) a gyomorból, a vékonybélből és a vakbélből (a gyomor tranzitidő átlagosan 80 perc volt, 17-280 perc tartományban; a vékonybél tranzitidő átlagosan 90 perc volt, 45-140 perc tartományban; a szájon át a kiürítésig tartó idő 24 óra volt, 10-48 óra tartományban). Az akár 6 órán át tartó videoátvitel során végig kiváló minőségű képeket kaptunk.

a,b, gyomorredők a gyomortestben; c,d, a vékonybél villás mintázata, amelyet a lumenben lévő kevés víz és egy légbuborék jelenléte fokoz; e,f, levegő nélküli képek a normál jejunumról, a lumen zárt, a kapszula optikai kupolája előtt látva; g,h, nézetek a terminális ileumról.