L’invenzione dell’endoscopia a fibre ottiche1 ha reso possibile la visualizzazione dell’intero stomaco, dell’intestino tenue superiore e del colon. Le procedure usate per esaminarli (gastroscopia, endoscopia del piccolo intestino e colonscopia, rispettivamente) causano disagio perché richiedono cavi flessibili e relativamente larghi da spingere nell’intestino – questi cavi trasportano la luce tramite fasci di fibre ottiche, l’alimentazione e i segnali video. L’endoscopia dell’intestino tenue, in particolare, è vincolata da problemi di disagio e dalle limitazioni di quanto gli enteroscopi possano essere fatti avanzare nell’intestino tenue. C’è un bisogno clinico di metodi migliori per esaminare il piccolo intestino e il colon, specialmente nei pazienti con sanguinamenti gastrointestinali ricorrenti.

L’invenzione del transistor ha reso possibile progettare capsule elettroniche radiotelemetriche deglutibili per lo studio dei parametri fisiologici gastrointestinali. Queste capsule sono state riportate per la prima volta negli anni ’50 e sono state utilizzate per misurare la temperatura2, la pressione2,3 e il pH3,4. Abbiamo sviluppato e testato un nuovo tipo di endoscopio con capsula di videotelemetria che è abbastanza piccolo da essere inghiottito (11×30 mm) e non ha fili esterni, fasci di fibre ottiche o cavi. Utilizzando una lente di corta lunghezza focale, le immagini sono ottenute come la finestra ottica della capsula spazia oltre la parete dell’intestino, senza richiedere il gonfiaggio dell’aria del lume intestinale. L’endoscopio a capsula è spinto dalla peristalsi attraverso il tratto gastrointestinale e non richiede una forza di spinta per spingerlo attraverso l’intestino.

Le immagini video sono trasmesse utilizzando la radiotelemetria a banda UHF alle antenne attaccate al corpo che permettono la cattura delle immagini, e la forza del segnale viene utilizzata per calcolare la posizione della capsula nel corpo (vedi Informazioni supplementari); le immagini sono memorizzate su un registratore portatile. Questo sistema permette più di 5 ore di registrazione continua. Il paziente non ha bisogno di essere confinato in un ambiente ospedaliero durante l’esame ed è libero di continuare la sua routine quotidiana.

Il design della videocapsula è stato reso possibile dai progressi nelle prestazioni di tre tecnologie: sensori di immagine CMOS (complementary metal oxide silicon), dispositivi ASIC (application-specific integrated circuit) e illuminazione LED (white-light-emitting diode). L’aggiunta di un amplificatore buffer su ogni pixel ha ridotto il rumore di uscita che era inizialmente associato ai sensori d’immagine CMOS e ha permesso ai chip CMOS di raggiungere una qualità d’immagine paragonabile a quella dei sensori d’immagine charge-coupled device5, ma usando molta meno potenza.

I progressi nella progettazione ASIC hanno permesso di integrare nella capsula un trasmettitore video molto piccolo di sufficiente potenza, efficienza e larghezza di banda. La commutazione sincrona dei LED, del sensore CMOS e del trasmettitore ASIC minimizza il consumo di energia. Con un’attenta progettazione dell’ottica, siamo stati in grado di eliminare i riflessi interni che sono un problema comune quando l’illuminazione e l’imager sono incorporati sotto la stessa cupola.

Con l’approvazione del comitato etico, i primi studi sono stati effettuati su dieci volontari umani normali. La capsula è stata inghiottita facilmente e non ha causato alcun disagio. Spinta dalla peristalsi (vedi Informazioni supplementari), ha trasmesso con successo immagini video (Fig. 1) dallo stomaco, dal piccolo intestino e dall’intestino cieco (il tempo medio di transito gastrico era 80 min, range 17-280 min; il tempo medio di transito del piccolo intestino era 90 min, range 45-140 min; il tempo bocca-evacuazione era 24 h, range 10-48 h). Immagini di alta qualità sono state ricevute per tutta la durata delle trasmissioni video, durate fino a 6 ore.

a,b, pieghe gastriche nel corpo dello stomaco; c,d, modello villoso del piccolo intestino migliorato dalla presenza di un po’ d’acqua e una bolla d’aria nel lume; e,f, immagini senza aria del digiuno normale, visto con il lume chiuso davanti alla cupola ottica della capsula; g,h, viste dell’ileo terminale.