Radiokapszula (az endorradiokapszula szinonimája ; elavult nevek: intestinalis érzékelő , intestinalis radioszonda ) - személy vagy állat által lenyelt kapszula - orvostechnikai eszköz, amely bizonyos mennyiségeket mér a gyomor-bél traktus (GIT) lumenében (például savasság , hőmérséklet , nyomás és mások), és a mérési eredményeket rádiócsatornán keresztül továbbítja. A rádiókapszulából érkező rádiójelet speciális vevő és elemző berendezések rögzítik és dolgozzák fel.
Léteznek olyan rádiókapszulák, amelyek saját áramforrásukról táplálkoznak, rádiókapszulák, amelyek kívülről kapják az áramot, és vannak olyan rádiókapszulák, amelyek külső forrásból érkező jelet tükröznek (echo rádiókapszulák). A rádiókapszula vagy szabadon mozoghat a gyomor-bél traktus mentén, vagy rögzíthető a gyomor-bél traktus szervének nyálkahártyájához vagy a szondához. Ez utóbbi esetben egy idő után lekapcsolódhat a szondáról, majd szabadon mozoghat a gyomor-bél traktus mentén. Egyes szerzők a rádiókapszulákat csak autonóm energiaforrással rendelkező kapszuláknak és csak szabadon mozgó kapszuláknak nevezik. [egy]
A rádiókapszula csak egy része a komplexnek, amely a gyomor-bél traktus bármely jellemzőjének értékeit méri. A kapszula által kibocsátott jelet speciális eszközzel kell fogadni. Ha nincs kitűzve a kapszula pontos helyének meghatározása a beteg gyomor-bél traktusában, és azt is feltételezik, hogy a betegnek normális életet kell élnie, a kórházon kívül, akkor a vevőegység egy zsebben hordható kis elektronikus egység. ruhákon vagy a beteg övén. A vevő rögzíti az aktuális mérési eredményeket. Az eljárás befejezése után a rögzített értékeket átvisszük például egy személyi számítógépre, amelyen speciálisan kifejlesztett szoftver segítségével ezeket a méréseket feldolgozzák és elemzik.
Ha az állatok, például szarvasmarhák gyomor-bélrendszerét vizsgálják, akkor a vevőkészüléket az állatok számára hozzáférhető terület kerítésén kívül kell elhelyezni. Ebben az esetben a kapszulában lévő adónak és a vevőnek elegendő teljesítménnyel és érzékenységgel kell rendelkeznie a hasznos jel rögzítéséhez.
Ha a feladat a kapszula elhelyezkedésének meghatározása a páciens gyomor-bél traktusában, akkor egy vevőkészülék nem lesz elegendő. A jelforrás koordinátáinak kiszámításához több (három vagy több) egymástól térközzel elhelyezett vevő vagy speciális iránykereső szalag használható. A pontos koordináta mérések megkövetelik, hogy a beteg mozdulatlan legyen. Ugyanakkor a kapszula helyének pontos koordinátáinak ismeretében nem mindig lehet megállapítani, hogy a beteg gyomor-bél traktusának melyik anatómiai szakaszán található a kapszula. [egy]
A mindennapi beszédben a "rádiókapszula fejlesztése" és a hasonló kifejezések általában nemcsak magának a kapszulának, hanem a teljes berendezés-együttesnek a fejlesztését jelentik, beleértve többek között a vevő(ke)t és a rádiókapszula elemzését végző szoftvert. mérési eredmények.
A rádiókapszulák különböző változatai eltérő paraméterkészletet mérnek. De a leggyakrabban mért radiokapszula paraméterek az intracavitáris nyomás, a hőmérséklet és a savasság. Különféle megvalósítási lehetőségek vannak: vagy két vagy több mért paramétert kombinálnak egy kapszulába, vagy olyan kapszulasorozatot fejlesztenek ki, amelyben mindegyik kapszula csak egy típusú érzékelővel van felszerelve.
Ezen kívül rádiókapszulákat fejlesztettek ki, amelyek a tápanyagok lebomlási sebességét mérik a gyomor-bélrendszerben, rádiókapszulákat, amelyek meghatározzák az emésztőrendszer szerveinek oxigéntartalmát , az ionizáló sugárzás intenzitásának mérésére, a gyomor-bélrendszeri vérzés kimutatására. traktus és néhány más. Ezek a területek azonban nem fejlődtek tovább, mint az egyedi minták (vagy akár a projektek). [egy]
Elsőként olyan rádiókapszulákat készítettek, amelyek nyomást mérnek a gyomor-bél traktus lumenében. A nyomást mérő rádiókapszulák összetétele tartalmaz egy nyomásérzékelőt, egy nagyfrekvenciás rezgésgenerátort és egy autonóm áramforrást . A nyomásérzékelőnek 0 és 200 mm közötti víznyomás mérést kell biztosítania. Művészet. és reagál a ±5 mm víz változásaira. Művészet. A nyomásérzékelő lehet induktív vagy kapacitív típusú. [egy]
Az induktív érzékelő működési elve a rendszer induktivitásának az érzékelő membránjára gyakorolt nyomás hatására bekövetkező változásán alapul, amelynek helyzetének megváltozása egy ferromágneses vagy magnetodielektromos mag vagy armatúra mechanikai mozgását idézi elő, így a tekercs induktivitásának megváltoztatása . [egy]
A kapacitív érzékelő alapja a lapos kondenzátor lemezei közötti rés változása a nyomás változásával. [egy]
A modern, leggyakrabban használt orvosi manometriás módszerek az emésztőrendszer motilitásának vizsgálatára ( felső nyelőcső-záróizom -manometria , nyelőcső -záróizom-manometria , Oddi-záróizom-manometria , antroduodenális manometria , anorektális manometria ) megkövetelik a nyomásérzékelő pontos rögzítését a szerv egy bizonyos pontján. , vagy több ponton, jól meghatározott távolságban elhelyezkedő szerv egyidejű nyomásmérése [2] [3] , ami radiokapszulák segítségével nem kivitelezhető.
A savasságot mérő radiokapszulák (a pH-radiokapszula szinonimája ) körülbelül 0,8 és 8,5 közötti pH tartományban kell, hogy működjenek ( a gyomorban a maximális elméletileg lehetséges pH 0,86 160 m mol /l gyomorsavtermelésnek felel meg ; az elméletileg lehetséges minimális savtartalom a gyomorban gyomor 8,3 pH a gyomornyálkahártya által kiválasztott HCO 3 - ionok telített oldatának pH-értékének felel meg ) és érzékenysége ± 0,1-0,2 pH. A pH-érzékelőnek működnie kell és stabil jellemzőkkel kell rendelkeznie az emésztőrendszerben eltöltött idő alatt, azaz 2-3 napig. A rádiókapszulák pH-érzékelőjében mérőelektródaként antimon- vagy üvegelektródát , referenciaelektródaként kalomel- vagy ezüst-klorid-elektródát használnak . [egy]
A savval összefüggő betegségek diagnosztizálásának modern módszerei vagy a gasztrointesztinális traktus két vagy több pontjának egyidejű pH mérésén ( rövid távú intragasztrikus pH-metria , expressz pH-metria ), vagy egy pH-érzékelő rögzítésén alapulnak. helye a szervben ( a nyelőcső refluxbetegségeinek legtöbb diagnosztikai módszere napi pH-metrián alapul , amely magában foglalja a pH mérését az alsó nyelőcső záróizom felett 5 cm-rel legalább 24 órán keresztül), vagy a pH mérésén alapul. szervpontok standardizált halmazában ( endoszkópos pH-metria ). [3] [4] Az ilyen módszerek megvalósítása szabadon mozgó pH-radiokapszulák segítségével nem lehetséges. Jelenleg a gyakorlati gyógyászatban csak a Bravo kapszulát használják , amely a nyelőcső hámjához kapcsolódik. [5]
A kapszulákban lévő hőmérséklet-érzékelőknek 34-42 °C tartományban kell működniük, az érzékelőnek ± 0,1-0,2 °C hőmérséklet-változást kell érzékelnie.
Az első rádiókapszula megalkotása óta különféle jelátalakítókat használtak a hőmérsékletmérő szenzorokban:
Ezekkel a rádiókapszulákkal megmértük a gyomor-bél traktus hőmérsékleti profilját. [1] A gasztroenterológia funkcionális diagnosztikájának modern módszerei között az emésztőszervek hőmérsékletének mérésére vonatkozó módszerek nincsenek jelen. [5]
A Karolinska Institute (Svéd Karolinska institutet ; Stockholm , Svédország ) munkatársai Stuart Mackay ( angolul R. Stuart Mackay ) és Bertil Jacobson írtak le először autonóm áramforrással rendelkező rádiókapszulát 1957 júniusában a Nature folyóiratban . ( angolul Bertil Jacobson ) (Svédország). [6] Ez egy szabadon mozgó kapszula volt, amely nyomást és hőmérsékletet mért az emésztőrendszer lumenében.
McKay és Jacobson munkássága a „kapszulaépítés” tudományos és technológiai fellendülésének kezdetét jelentette, amely a technológiailag fejlett országok többségére kiterjedt. Ugyanebben az évben egy hasonló amerikai rádiókapszuláról szóló publikáció jelent meg a Science folyóiratban . [7] A következő évben, 1958-ban megjelennek a keletnémet [8] és a nyugatnémet [9] rádiókapszulák. 1960-ban a Szovjetunióban , Leningrádban egy speciális laboratóriumot szerveztek a rádiókapszulák és az ezeken alapuló telemetriai rendszerek fejlesztésére. [1] 1961-ben angol [10] , 1962-ben pedig japán kutatók publikációja jelent meg. [tizenegy]
Az 1950-es évek végén ez a probléma annyira fontosnak tűnt a tudományos-technikai világban, hogy már 1957-58 között az akkori feltalálói tevékenység „sztárjai”, mint Vladimir Zworykin (USA) [7] , Manfred von Ardenne személyesen rádiókapszulák tervezésével foglalkozik (NDK; vezető szerepet tölt be a pH-rádiókapszula fejlesztésében [12] ) és mások.
Kiemelkedő feltalálók, akik részt vettek az 1950-es és 1960-as évek végén a rádiókapszula-fejlesztési fellendülésben:
Az 1960-as évek elején a Telefunken cég ( német Telefunken ; Németország) jelentős pénzeszközöket különített el az ezen a területen végzett műszaki kísérletek és orvosi kutatások támogatására. [13]
A Heidelberg kapszulák eldobható rádiókapszulák, amelyek a gyomor-bél traktus lumenében mérik a savasságot. A név Heidelberg városából( Németország ) származik. Az 1960-as évek elején a Heidelbergi Egyetem Gasztroenterológiai Tanszékén Hans Noller gyermekgyógyász professzor( németül: Hans G. Nöller ) a Telefunken anyagi támogatásával több mint 1000 vizsgálatot végzett felnőtt betegeken, akik ezeket a kapszulákat használták három éven belül. évek. [13]
A Heidelberg kapszulák ( Eng. Heidelberg Capsule; Heidelberg pH Capsule ) kifejezés elterjedtebb az USA-ban, ahol a Heidelberg Medical Inc. létezik. , amely a Heidelberg kapszulák, ezekhez a kapszulákhoz rádiótelemetriai rendszerek gyártásával és a használatukhoz szükséges orvosi módszerek népszerűsítésével foglalkozik. [tizennégy]
A Szovjetunióban 1960 végén Leningrádban , a Szovjetunió Orvostudományi Akadémia egyik intézményében laboratóriumot hoztak létre, amelynek fő feladata az endorádiós hangberendezések fejlesztése volt. A rádiókapszulákkal kapcsolatos összes munka irányítását E. B. Babsky és A. M. Sorin végezte . A következő év végén, 1961-ben megkezdődtek a gyártott rádiókapszulák élettani és klinikai vizsgálatai. Kezdetben rádiókapszulákat használtak az emésztőrendszer tanulmányozására. Később a Leningrádi Orvosfejlesztési Intézetben rádiókapszulákat kezdtek használni a méh összehúzódási funkciójának regisztrálására és a születési aktus tanulmányozására (S. N. Davydov). [egy]
Az első szakaszban rádiókapszulák sorozatát fejlesztették ki, amelyek mindegyike egy paramétert mért: nyomás, pH, hőmérséklet. Ezt követően indult meg a két vagy több paraméter egyidejű mérésére alkalmas kapszulák fejlesztése. A szovjet fejlesztők arra az álláspontra helyezkedtek, hogy a rádiókapszuláknak újrafelhasználhatónak kell lenniük (ellentétben például Hans Noller -rel , akinek Heidelberg rádiókapszulái eldobhatóak voltak). Ezért a szovjet rádiókapszulákat kívülről szilikongumi borították , cserélhető burkolatként használták. Ezenkívül a kapszulákat kémiai fertőtlenítésnek vetettük alá. [egy]
Szovjet rádiókapszulák nyomásmérőA szovjet nyomásmérő rádiókapszulák első változatai 1961-62-ben készültek. [egy]
Szovjet pH rádiókapszulákAz első szovjet pH-metrikus rádiókapszulák ipari gyártását 1963-ban kezdték meg. Ezekben a kapszulákban a pH-érzékelőben a mérőelektróda 8 mm átmérőjű antimongyűrű formájában készült, ezüst ólommal. A referenciaelektróda 0,6 mm átmérőjű klórozott ezüsthuzalból készül, amelyet egyenlő arányban ezüst-klorid AgCl-ből és nátrium -klorid-NaCl -ból álló pasztába helyeznek . A pH radiokapszula következő változatában az antimon elektródát 5 mm átmérőjű és 2 mm magas korong formájában készítették el. A referenciaelektróda 6 mm átmérőjű csésze formájában készült klórozott ezüstből. Az elektródák a kapszula ellentétes végein helyezkedtek el. [egy]
A pH-érzékelő modernizálása ellenére még mindig számos hátránya van: viszonylag alacsony érzékenység, gyors oxidáció a gyomor agresszív környezetében és hőmérséklet-függés. Ezért azt a feladatot tűztük ki, hogy mérőelektródaként kapszulában lévő üvegelektródát használjunk , a felsorolt hátrányoktól mentesen. Ekkorra már felhalmozódtak az üvegelektródák gyártásában szerzett tapasztalatok, ami a Leningrádi Állami Egyetem (LSU) Kémiai Karának Fizikai Kémiai Tanszékén az üvegelektróda elméletének kidolgozásának és formalizálásának a következménye. , ahol M. M. Schultz (a Szovjetunió Tudományos Akadémia leendő akadémikusa ), a régió egyik vezető szakértője E. Yu. Linarral együttműködve , aki az intragasztrikus pH-metriával foglalkozik, üvegelektródát fejlesztettek ki az intragasztrikus pH mérésére . -metria [15] , és ezért 1963 -ban megállapodást kötöttek a Leningrádi Állami Egyetem Tudományos Kutatókémiai Kémiai Intézetével (NIHI), amelyhez 1963-ban az NIHI Leningrádi Állami Egyetem üvegelektrokémiai laboratóriuma, amelyet M. M. Schultz vezetett, kutatást végzett „ Miniatűr pH-érzékelők fejlesztése rádiókapszulához”, amely többek között a következő szakaszokat tartalmazza: „Elektródák üvegkészítményeinek fejlesztése”, „Miniatűr üvegelektródák fejlesztése” és „PH-érzékelők tesztelése”. [16] Ennek eredményeként üvegelektródát fejlesztettek ki pH-metrikus rádiókapszulához, azonban az üvegelektródák ipari gyártási nehézségei miatt A. M. Sorin visszatért az antimonmérő elektródához. [egy]
A szovjet pH-rádiókapszulákat széles körben használták tudományos kutatásokban. Például az Orosz Föderáció Egészségügyi és Szociális Fejlesztési Minisztériuma gasztroenterológus főorvosának , az Orosz Orvostudományi Akadémia akadémikusának , V. T. Ivashkinnak a jelölt munkáját pH radiokapszulákkal végezték: „Az intragasztrikus és intraduodenális pH radiotelemetriás vizsgálatának jelentősége az antacidok és az atropin hatékonyságának felmérésére krónikus gyomor- és nyombélbetegségben szenvedő betegeknél. [17]
Szovjet hőmérsékletmérő rádiókapszulákA Sorin laboratóriumában kifejlesztett rádiókapszulákban a VKI-2V ferroelektromos kerámia varicond, majd a K10-21 varicond került felhasználásra hőmérséklet-érzékelőként. Szerkezetileg az érzékelő 2 mm átmérőjű és 0,5 mm vastag lemez formájában készült. Ennek az érzékelőnek a mérési pontossága a 34-42 °C tartományban elérte a 0,1 °C-ot. [egy]
A gyomor-bél traktuson kívül más emberi üreges szerveket is vizsgáltak radiokapszulák segítségével. [1] A következő kutatási területek voltak: a méhen belüli nyomás mérése a nőgyógyászatban [18] és a szülészetben [19] , a nyomás mérése a hüvelyben és a méhben közösülés közben , [20] a hólyag belsejében uralkodó nyomás vizsgálata . [21]
1957-től, az első publikációk megjelenésétől az 1970-es évek elejéig számos országban és nagy lelkesedéssel dolgozták ki a rádiókapszulákat és alkalmazási módszereket. Azt hitték, hogy a rádiókapszulák hatékony diagnosztikai eszközzé válhatnak. Meglehetősen gyorsan megoldódott minden, a kapszulák, érzékelők tervezésével, rádiójel továbbításával és vételével, feldolgozásával kapcsolatos mérnöki feladat. A fiziológiában történt némi fejlődés (például megmérték a teljes gyomor-bél traktus pH- és hőmérsékletprofilját). A tudományos folyóiratokban megjelent publikációk száma elérte a több százat. A fő feladatot - a radiokapszulák széles körű bevezetését a gyakorlati gyógyászatba - azonban nem sikerült megoldani.
Ennek fő oka az volt, hogy nehéz (vagy lehetetlen) pontosan meghatározni, hogy egy adott pillanatban hol (a gyomor- bél traktus melyik részében ) található a kapszula, és a kapszula „megállításának” lehetetlensége, amikor az a gyomor-bél traktus mentén mozog. klinikailag érdekes terület.
A Medtronic (USA) által 2003 óta gyártott Bravo pH-radiokapszula ( eng. Bravo™ ) nem mozog szabadon. Egy speciális eszköz segítségével a nyelőcső hámjához rögzítve (általában 5 cm-rel az alsó nyelőcső záróizom felett ) több napon keresztül méri a nyelőcső lumenében lévő savasságot, majd a mérési eredményeket továbbítja a a beteg ruhájának zsebébe (vagy az övbe), vagy valamilyen módon a testéhez rögzítve. A vizsgálat végén a rögzített adatok számítógépre kerülnek további feldolgozás és elemzés céljából. A hám természetes elhalása következtében a kapszula néhány nap múlva leválik a nyelőcsőről, és a széklettel együtt kiürül a beteg szervezetéből . [22]
A Bravo pH-radio kapszulákat a gastrooesophagealis reflux vizsgálatára tervezték . A fő előny az ugyanazt a feladatot ellátó gyomorsav-monitorokkal szemben, hogy a páciens normális életmódot folytathat a napi (vagy több) vizsgálat során, így mások nem látják, hogy a betegnél van mérőérzékelő a gyomorsav-monitorok is vezethetnek normális életmódot). élet, azonban van egy pH-szonda az orrukon keresztül a nyelőcsőbe , ami mások számára nagyon észrevehető). [22]
Néhány meglévő hiányosság ellenére (sok betegnél mellkasi fájdalom, endoszkópia szükségessége a kapszula behelyezésekor, korai leválasztás (az esetek 5-10%-ában), a vizsgálat költsége) és az a tény, hogy a modern gyomorsav-monitorok, mind a külföldi és hazai, kiegyenlítette a korábban meglévő Bravo előnyét a vizsgálat időtartama alatt, a Bravo pH-kapszulák bekerültek a mindennapi orvosi gyakorlatba a fejlett országokban a nyelőcső reflux betegségeinek, ezen belül is a gastrooesophagealis reflux betegség diagnosztikájában . [5] [23] [24] A Bravo pH-rádiókapszulák nem tanúsítottak Oroszországban.
Vannak projektek olyan radiokapszulák létrehozására az elektronika legújabb vívmányai alapján, amelyek az emésztőrendszer paramétereinek egész sorát mérik. Az egyik ilyen projektet, a " laboratóriumot a tablettában " a skóciai Glasgow Egyetemen hajtották végre . [25]
Számos különféle rádióelektronikus kapszula létezik diagnosztikai vagy terápiás célokra. Ezek egy részét széles körben használják az orvosi gyakorlatban, másokat csak tudományos kutatásban használnak, mások több példányban valósulnak meg, mások pedig csak tervezési fejlesztések formájában léteznek. A következők az "elektronikus tabletták", bár nem rádiókapszulák a fogalom eredeti értelmében, de közös bennük, hogy rádiós vagy elektronikus készülékek, kapszula megjelenésűek, a gyomor-bél traktusba kerülnek és bocsátanak ki. rádiójelek.
Az endoszkópos videokapszulák a kapszulákba épített videokamerák, amelyek egy videó jeladóval vannak kombinálva. A páciens ilyen kapszulával történő vizsgálatát kapszula endoszkópiának nevezik . [26] A gasztrointesztinális traktus áthaladása során a kapszula több tízezer képet készít, amelyeket a rádiókapszula vevőkészülékéhez hasonlóan rögzít a vevőkészülék memóriájában. A kapszula endoszkópia segítségével lehetővé vált a vékonybél olyan területeinek felvétele, amelyek korábban nem voltak elérhetők az endoszkópia számára . A kapszula endoszkópia tanúsított az USA-ban, az Európai Unió országaiban , Izraelben és Ausztráliában . [27]
A videokapszula endoszkópia hátrányaiA kapszulával lehetetlen anyagot venni a szövettani vizsgálatokhoz ( biopszia ), amelyet széles körben használnak a hagyományos endoszkópiában. [28]
A videokapszula késleltetése is lehetséges a páciens gyomor- bél traktusában (ami különböző becslések szerint az esetek 0,5-10%-ában fordul elő a videokapszula-eljárások teljes számában). A késleltetés során a videokapszulát vagy endoszkóppal, vagy hasi műtéttel távolítják el a páciensről. [28] [29] [30]
A gasztrointesztinális traktus autonóm elektromos stimulátorai (AES gasztrointesztinális traktus), más néven "Kreml tabletta", külsőleg a rádiókapszulákhoz hasonlóak, azonban a rádiókapszulákkal ellentétben nem diagnosztikai, hanem terápiás, aktív eszközök. A gasztrointesztinális traktus AES-je az emésztőrendszeren áthaladva elektromos impulzusokat generál, amelyek stimuláló és fizioterápiás hatást fejtenek ki a környező szervekre. Az atomerőmű ZhKT-t V. F. Agafonnikov ( TIASUR ) és V. V. Pekarsky ( TMI ) fejlesztette ki Tomszkban 1984-ben. 1986-ban a tömeggyártás a TIASUR műhelyében indult, 1996-tól napjainkig a Tomszki Félvezető Eszközök Tudományos Kutatóintézete gyártja . [31] [32] [33]