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Wireless capsule endoscopy

光ファイバー内視鏡の発明1により、胃、小腸上部、大腸全体の可視化が可能になった。 これらの検査に用いられる手技(それぞれ胃カメラ、小腸内視鏡、大腸内視鏡)は、柔軟で比較的太いケーブルを腸内に押し込む必要があり、このケーブルが光ファイバー束による光、電源、映像信号を運ぶため、不快感を与える。 特に小腸内視鏡検査は、不快感の問題や、腸内視鏡を小腸まで進めることができないという制約があります。

トランジスタの発明により、消化管の生理学的パラメータの研究のために、飲み込み可能な電子無線テレメトリーカプセルを設計することが可能になった。 これらのカプセルは1950年代に初めて報告され,体温2,圧力2,3,pH3,4の測定に使用された。 我々は、飲み込むことができるほど小さく(11×30mm)、外部ワイヤー、光ファイバー束、ケーブルのない新しいタイプのビデオテレメトリーカプセル内視鏡を開発し、テストを行っています。 焦点距離の短いレンズを使用することで、腸管内腔に空気を入れることなく、カプセルの光学窓が腸管壁を通過する際に画像を取得することができます。

ビデオ画像はUHF帯の無線テレメトリを使用して、画像キャプチャが可能な身体に貼り付けたアンテナに送信され、信号強度から体内でのカプセルの位置を計算する(補足情報参照);画像は携帯レコーダに保存される。 このシステムにより、5時間以上の連続記録が可能となる。

ビデオカプセルの設計は、CMOSイメージセンサ、ASICデバイス、白色発光ダイオード(LED)照明の3つの技術の性能向上により可能となった。

各ピクセルにバッファアンプを追加することにより、当初CMOSイメージセンサーに関連していた出力ノイズが減少し、CMOSチップは電荷結合素子イメージセンサー5と同等の画質を達成しながら、より少ない電力で使用できるようになった。 LED、CMOSセンサー、ASICトランスミッターの同期スイッチングにより、消費電力を最小限に抑えています。 光学系を慎重に設計することで,照明とイメージャを同じドームの下に組み込んだ場合によく見られる内部反射をなくすことができた。

倫理委員会の承認を得て,最初の研究は10人の健常人ボランティアに対して行われた。 カプセルは容易に飲み込むことができ、不快感を与えることはなかった。 蠕動運動(補足情報参照)により推進され、胃、小腸、盲腸からのビデオ画像(図1)の伝送に成功した(平均胃通過時間は80分、範囲17-280分、平均小腸通過時間は90分、範囲45-140分、口から排出されるまでの時間は24時間、範囲10-48時間であった)。 最長6時間のビデオ伝送中、高画質な画像を受信することができた。

図1:ヒトのin vivo試験中にカプセル内視鏡で取得した小腸の画像例。
figure1

a,b, 胃の本体の胃襞、c,d, 内腔に少量の水と気泡が存在することにより強調された小腸の絨毛パターン、e,f, 内腔をカプセルの光学ドームの前で閉じて見た正常空腸の空気なしの画像、g,h、終回腸の画像。