Inventarea endoscopiei cu fibră optică1 a făcut posibilă vizualizarea întregului stomac, a intestinului subțire superior și a colonului. Procedurile utilizate pentru examinarea acestora (gastroscopie, endoscopie a intestinului subțire și, respectiv, colonoscopie) provoacă disconfort, deoarece necesită introducerea în intestin a unor cabluri flexibile și relativ late – aceste cabluri transportă lumină prin fascicule de fibre optice, energie și semnale video. Endoscopia intestinului subțire, în special, este constrânsă de problemele de disconfort și de limitările legate de cât de departe pot fi avansate enteroscoapele în intestinul subțire. Există o nevoie clinică de metode îmbunătățite de examinare a intestinului subțire și a colonului, în special la pacienții cu hemoragii gastrointestinale recurente.

Invenția tranzistorului a făcut posibilă proiectarea de capsule electronice radiotelemetrice înghițibile pentru studierea parametrilor fiziologici gastrointestinali. Aceste capsule au fost raportate pentru prima dată în anii 1950 și au fost folosite pentru a măsura temperatura2, presiunea2,3 și pH3,4. Am dezvoltat și testat un nou tip de capsulă endoscopică de videotelemetrie care este suficient de mică pentru a fi înghițită (11×30 mm) și nu are fire externe, fascicule de fibre optice sau cabluri. Prin utilizarea unei lentile cu distanță focală scurtă, imaginile sunt obținute pe măsură ce fereastra optică a capsulei trece pe lângă peretele intestinului, fără a fi necesară umflarea cu aer a lumenului intestinal. Capsula endoscop este propulsată de peristaltism prin tractul gastrointestinal și nu necesită o forță de împingere pentru a o propulsa prin intestin.

Imaginile video sunt transmise prin radiotelemetrie în bandă UHF către antene lipite de corp care permit captarea imaginilor, iar intensitatea semnalului este utilizată pentru a calcula poziția capsulei în corp (a se vedea Informații suplimentare); imaginile sunt stocate pe un înregistrator portabil. Acest sistem permite mai mult de 5 ore de înregistrare continuă. Pacientul nu trebuie să fie izolat într-un mediu spitalicesc în timpul examinării și este liber să își continue rutina zilnică.

Proiectarea capsulei video a fost posibilă datorită progreselor înregistrate în ceea ce privește performanța a trei tehnologii: senzori de imagine CMOS (complementary metal oxide silicon), dispozitive ASIC (application-specific integrated circuit) și iluminare cu diode emițătoare de lumină albă (LED). Proiectarea optică nouă, o mai bună gestionare a energiei și proiectarea generală a sistemului au fost, de asemenea, importante în crearea capsulei.

Adaptarea unui amplificator tampon pe fiecare pixel a redus zgomotul de ieșire care a fost asociat inițial cu senzorii de imagine CMOS și a permis cipurilor CMOS să atingă o calitate a imaginii comparabilă cu cea a senzorilor de imagine cu dispozitiv cu cuplaj de sarcină5, dar folosind mult mai puțină energie.

Progresele în proiectarea ASIC au permis integrarea în capsulă a unui transmițător video foarte mic cu o putere de ieșire, eficiență și lățime de bandă suficiente. Comutarea sincronă a LED-urilor, a senzorului CMOS și a transmițătorului ASIC minimizează consumul de energie. Printr-o proiectare atentă a opticii, am reușit să eliminăm reflexiile interne, care reprezintă o problemă comună atunci când iluminarea și dispozitivul de formare a imaginii sunt încorporate sub aceeași cupolă.

Cu aprobarea comitetului etic, primele studii au fost efectuate pe zece voluntari umani normali. Capsula a fost înghițită cu ușurință și nu a provocat niciun disconfort. Propulsată de peristaltism (a se vedea Informații suplimentare), aceasta a transmis cu succes imagini video (Fig. 1) din stomac, intestinul subțire și cecum (timpul mediu de tranzit gastric a fost de 80 min, interval 17-280 min; timpul mediu de tranzit al intestinului subțire a fost de 90 min, interval 45-140 min; timpul de la gură la evacuare a fost de 24 h, interval 10-48 h). Imagini de înaltă calitate au fost primite pe toată durata transmisiunilor video, care au durat până la 6 ore.

a,b, pliuri gastrice în corpul stomacului; c,d, model vilozitar al intestinului subțire pus în evidență de prezența unei mici cantități de apă și a unei bule de aer în lumen; e,f, imagini fără aer ale jejunului normal, privit cu lumenul închis în fața domului optic al capsulei; g,h, vederi ale ileonului terminal.