Uppfinningen av fiberoptisk endoskopi1 gjorde det möjligt att visualisera hela magsäcken, övre tunntarmen och tjocktarmen. De förfaranden som används för att undersöka dessa (gastroskopi, tunntarmsendoskopi respektive koloskopi) orsakar obehag eftersom de kräver att flexibla, relativt breda kablar skjuts in i tarmen – dessa kablar transporterar ljus genom fiberoptiska buntar, ström och videosignaler. Särskilt tunntarmsendoskopi begränsas av problem med obehag och begränsningar när det gäller hur långt enteroskop kan föras in i tunntarmen. Det finns ett kliniskt behov av förbättrade metoder för att undersöka tunntarmen och tjocktarmen, särskilt hos patienter med återkommande gastrointestinala blödningar.

Transistorns uppfinning gjorde det möjligt att utforma sväljbara elektroniska radiotelemetrikapslar för undersökning av gastrointestinala fysiologiska parametrar. Dessa kapslar rapporterades för första gången på 1950-talet och användes för att mäta temperatur2, tryck2,3 och pH3,4. Vi har utvecklat och testat en ny typ av videotelemetrikapselendoskop som är tillräckligt litet för att sväljas (11×30 mm) och som inte har några externa ledningar, fiberoptiska buntar eller kablar. Genom att använda en lins med kort brännvidd erhålls bilder när kapselns optiska fönster sveper förbi tarmväggen, utan att man behöver blåsa upp tarmlumen med luft. Kapselendoskopet drivs av peristaltik genom mag-tarmkanalen och kräver ingen tryckkraft för att drivas genom tarmen.

Videobilderna överförs med hjälp av radiotelemetri i UHF-bandet till antenner som är tejpade på kroppen och som gör det möjligt att fånga bilderna, och signalstyrkan används för att beräkna kapselns position i kroppen (se kompletterande information); bilderna lagras på en bärbar inspelare. Detta system möjliggör mer än 5 timmars kontinuerlig inspelning. Patienten behöver inte vara instängd i en sjukhusmiljö under undersökningen utan kan fortsätta sin dagliga rutin.

Videokapselns utformning möjliggjordes genom framsteg när det gäller prestandan hos tre tekniker: CMOS-bildsensorer (CMOS, complementary metal oxide silicon), ASIC-enheter (ASIC, applikationsspecifika integrerade kretsar) och LED-belysning (LED, white-light-emitting diode). Ny optisk design, bättre energihantering och övergripande systemdesign var också viktiga för att skapa kapseln.

Förbättringen av en buffertförstärkare på varje pixel minskade det utgångsbrus som ursprungligen förknippades med CMOS-bildsensorer och har gjort det möjligt för CMOS-kretsar att uppnå en bildkvalitet som är jämförbar med bildsensorer med laddningskopplad anordning5 , men som använder mycket mindre energi.

Förbättringar i ASIC-designen möjliggjorde integrering av en mycket liten videosändare med tillräcklig uteffekt, effektivitet och bandbredd i kapseln. Synkron omkoppling av lysdioderna, CMOS-sensorn och ASIC-sändaren minimerar strömförbrukningen. Genom noggrann utformning av optiken kunde vi eliminera interna reflektioner som är ett vanligt problem när belysningen och bildgivaren är integrerade i samma kupol.

Med godkännande av den etiska kommittén utfördes de första studierna på tio normala frivilliga människor. Kapseln var lätt att svälja och orsakade inget obehag. Kapseln, som drivs av peristaltik (se tilläggsinformation), överförde framgångsrikt videobilder (fig. 1) från magsäcken, tunntarmen och blindtarmen (medeltransittiden i magsäcken var 80 min, intervall 17-280 min; medeltransittiden i tunntarmen var 90 min, intervall 45-140 min; tiden från munnen till evakuering var 24 timmar, intervall 10-48 timmar). Bilder av hög kvalitet togs emot under hela videoöverföringen, som pågick i upp till 6 timmar.

a,b, magfalsar i magsäcken, c,d, tunntarmens villamönster förstärkt av närvaron av lite vatten och en luftbubbla i lumen, e,f, luftfria bilder av normal jejunum, betraktad med lumen stängt framför kapselns optiska kupol, g,h, vyer av den terminala ileum.