新型系線式磁控膠囊內(nèi)鏡對豬食管和胃檢查的可行性和安全性分析

李燕,閆婧爽,閆 斌,孟科

李燕,閆斌,孟科,解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心消化內(nèi)科醫(yī)學(xué)部 北京市100853

閆婧爽,南開大學(xué)醫(yī)學(xué)院 天津市 300071

0 引言

傳統(tǒng)的電子胃鏡檢查是目前診斷和篩查上消化道疾病的主要手段,但是作為一種侵入性檢查,其存在患者耐受度差,合并出血、穿孔、誤吸、心腦血管不良事件、交叉感染等風(fēng)險的缺點.膠囊內(nèi)鏡于2000年首次被批準用于臨床,由于其無痛苦、風(fēng)險小、易被患者接受等特點在臨床上被廣泛用于小腸疾病的檢查.早期的膠囊內(nèi)鏡是通過胃腸自身蠕動而被動地在胃腸道內(nèi)推進,其推進速度和方向不受人為控制,無法對可疑病變或感興趣區(qū)域反復(fù)觀察,因而不適用于推進速度特別快的食管和空間較大的胃部檢查.2006年Carpi等首次提出磁控膠囊內(nèi)鏡的概念,磁控膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)通過外部磁場控制裝置操控膠囊內(nèi)鏡的運動,使其能在胃內(nèi)主動移動和改變方向,同時結(jié)合患者的體位變化,實現(xiàn)對胃內(nèi)各個部位的充分觀察,彌補了傳統(tǒng)膠囊內(nèi)鏡在胃腔內(nèi)檢查不可控的缺陷.目前已用于臨床的磁控膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)有日本奧林巴斯和德國西門子公司聯(lián)合開發(fā)的EndoCapsule MGCE系統(tǒng),韓國Intromedic公司的MircoCam-Navi系統(tǒng)、中國安翰科技公司的NaviCam系統(tǒng)、中國深圳資福公司的大圣磁控膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)和中國重慶金山公司的OMOM磁控膠囊胃鏡系統(tǒng).盡管現(xiàn)有的磁控膠囊內(nèi)鏡對胃部疾病診斷的特異性和敏感性均較高,但仍存在諸多不足.目前的磁控膠囊內(nèi)鏡均使用內(nèi)置電池,由于電池容量的限制導(dǎo)致其拍攝速度和分辨率均較低,且現(xiàn)有的磁控膠囊內(nèi)鏡仍無法控制其在食管內(nèi)的通過速度.這些不足限制了磁控膠囊內(nèi)鏡探查食管和鑒別消化道黏膜微小病變的能力.另外,所有的無線膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)都存在膠囊滯留的風(fēng)險,總發(fā)生率達1.4%-2.6%.本研究的目的,是通過動物實驗驗證一款新型的系線式、高幀率、高分辨率且無膠囊滯留風(fēng)險的磁控膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)用于食管和胃檢查的可行性和安全性.

1 材料與方法

1.1 材料 本研究中使用的膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)是由北京善行醫(yī)療科技有限公司研發(fā)的一款新型系線式磁控膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng),該內(nèi)窺鏡系統(tǒng)由一次性無菌膠囊式內(nèi)窺鏡(圖1A)、圖像處理器(圖1B)和磁控裝置(圖1C)三部分組成.其中進入上消化道的一次性無菌膠囊式內(nèi)窺鏡由磁控膠囊內(nèi)鏡和超柔性導(dǎo)線兩部分組成,超柔性導(dǎo)線連接膠囊內(nèi)鏡和外置的電源系統(tǒng),為膠囊內(nèi)鏡提供電源,并在完成檢查后將膠囊內(nèi)鏡回收.該膠囊內(nèi)鏡大小為25.0 mm×4.5 mm,分辨率為1280 ppi×720 ppi,拍攝速度為30幀/秒.研究中使用的傳統(tǒng)電子胃鏡是由上海成運醫(yī)療器械公司生產(chǎn)的獸用電子胃鏡(型號: GVE-68Q).

圖1 新型系線式磁控膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng),由一次性無菌膠囊式內(nèi)窺鏡、圖像處理器和磁控裝置三部分組成.A: 一次性無菌膠囊式內(nèi)窺鏡;B: 圖像處理器;C: 磁控裝置.

實驗用巴馬小型豬3只(由北京通和立泰生物科技有限公司提供),雄性,體重25 kg±5 kg.動物術(shù)前禁食12 h,禁水6 h.手術(shù)麻醉: 舒泰50和拜特速眠新肌肉注射誘導(dǎo)麻醉,采用左側(cè)臥位將實驗豬固定于操作臺,手術(shù)過程中使用異氟烷吸入麻醉,術(shù)中常規(guī)生命體征監(jiān)護.動物實驗在北京通和立泰生物科技有限公司模型動物中心開展,動物實驗倫理批號: IACUC-2021059.

1.2 方法 實驗過程中的磁控膠囊內(nèi)鏡操作和傳統(tǒng)胃鏡操作由1名經(jīng)過培訓(xùn)能熟練操作實驗中所用的磁控膠囊內(nèi)鏡,且有10年以上消化內(nèi)鏡操作經(jīng)驗的消化內(nèi)科醫(yī)師完成.具體操作步驟如下: (1)將實驗豬麻醉后經(jīng)口插入胃管,將祛粘液劑(鏈霉蛋白酶顆粒20000單位+碳酸氫鈉1 g,北京泰德制藥)溶于80 mL溫水中后經(jīng)胃管注入胃內(nèi).適當變換豬的體位,使祛粘液劑與胃粘膜充分接觸;(2)檢查前經(jīng)胃管向胃內(nèi)緩慢注入清水約1000 mL,以使胃腔充盈;(3)應(yīng)用傳統(tǒng)胃鏡,在異物鉗的輔助下將系線式磁控膠囊內(nèi)鏡送至豬胃內(nèi),然后通過體外磁控裝置操控膠囊內(nèi)鏡按照賁門-胃底-胃體-胃角-胃竇-幽門的順序觀察胃粘膜,通過超柔導(dǎo)線回收膠囊內(nèi)鏡時觀察齒狀線和食管粘膜(圖2);(4)隨后應(yīng)用傳統(tǒng)胃鏡按上述步驟對實驗豬食管和胃進行檢查;(5)分別記錄磁控膠囊內(nèi)鏡和傳統(tǒng)胃鏡檢查胃和食管的時間.

圖2 系線式磁控膠囊內(nèi)鏡檢查,通過帶有機械臂的永磁體控制膠囊內(nèi)鏡完成對實驗動物食管和胃的檢查.

1.3 可行性評價 對食管和胃的10個解剖部位(食管上段、中段、下段、齒狀線、賁門、胃底、胃體、胃角、胃竇、幽門)進行膠囊內(nèi)鏡可控性和粘膜可視度評價,可控性和可視度均按照優(yōu)秀、良好、中等、較差4個等級進行評分(表1).全面觀察的定義為根據(jù)檢查需要可隨意旋轉(zhuǎn)膠囊內(nèi)鏡觀察方向,且保持相對位置不變,并能維持足夠長的時間停留在目標位置,以觀察感興趣區(qū)域.

表1 磁控膠囊內(nèi)鏡可控性和粘膜可視度評價標準

1.4 安全性評價 術(shù)中監(jiān)測試驗動物的生命體征,觀察有無出血、穿孔、誤吸等并發(fā)癥.在術(shù)前及術(shù)后第3天分別采血化驗血常規(guī)和生化指標(肝腎功能相關(guān)指標),記錄術(shù)前及術(shù)后每天的行為活動和精神狀態(tài),術(shù)后第3天處死動物,解剖食管及胃,評估有無試驗相關(guān)損傷情況.

采用SPSS 23.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析,檢查時間、血常規(guī)及血生化指標等計量資料以mean±SD表示,采用配對檢驗進行比較.＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義.

2 結(jié)果

2.1 操作時間 磁控膠囊內(nèi)鏡和傳統(tǒng)胃鏡對實驗動物食管的檢查時間分別為104.67 s±7.02 s和88.33 s±3.51 s,無顯著差異(=0.093).對胃的檢查時間分別為25.67 min±5.69 min和6.00 min±1.00 min,磁控膠囊內(nèi)鏡對胃的檢查時間要顯著長于傳統(tǒng)胃鏡(=0.019)(表2).

表2 磁控膠囊內(nèi)鏡和傳統(tǒng)胃鏡檢查食管和胃的時間

2.2 可行性評價 所有實驗動物均順利完成了磁控膠囊內(nèi)鏡檢查和傳統(tǒng)胃鏡檢查,磁控膠囊內(nèi)鏡在食管、齒狀線、胃竇及幽門處的可控性和粘膜可視度較高,全部達到了優(yōu)秀(圖3,視頻1).在賁門和胃底處磁控膠囊內(nèi)鏡的可控性和粘膜可視度稍差.在粘膜可視度方面,這兩個部位的評分均為2分(良好,可視度較好,可觀察到＞75%的粘膜).在可控性方面,這兩個部位均有一例僅為1分(中等,目標部位能夠出現(xiàn)在視野中,但無法靠近和全面觀察),其余兩例為2分(良好,目標部位能夠出現(xiàn)在視野中,能靠近但無法全面觀察)(表3).

圖3 磁控膠囊內(nèi)鏡在不同部位的粘膜可視情況.A: 食管;B: 賁門;C: 胃角;D:幽門;E: 胃底;F: 胃體.

表3 各例實驗動物膠囊內(nèi)鏡可控性和粘膜可視性評分結(jié)果

2.3 安全性評價 所有實驗動物在實驗過程中均生命體征平穩(wěn),均未發(fā)生出血、穿孔、誤吸等并發(fā)癥.術(shù)后行為活動和精神狀態(tài)無異常,術(shù)前及術(shù)后3 d的血常規(guī)和生化指標無顯著差異(表4).解剖動物后顯示食管、胃標本外觀正常,粘膜無破損、穿孔、灼傷等實驗相關(guān)損傷(圖4).

圖4 解剖后的標本顯示食管和胃粘膜無破損、穿孔、灼傷等實驗相關(guān)損傷. A: 食管標本;B: 胃標本.

表4 各例動物實驗前后血清化驗指標結(jié)果

3 討論

本研究通過動物實驗,初步評估了一種新型系線式磁控膠囊內(nèi)鏡對豬食管和胃檢查的可行性和安全性.結(jié)果顯示該磁控膠囊內(nèi)鏡在食管、齒狀線、胃竇及幽門等解剖部位具有很好的可控性和粘膜可視度.通過外部磁控裝置的引導(dǎo),能夠操控膠囊內(nèi)鏡對上述部位進行全面觀察,能夠完整顯露上述部位的消化道管壁粘膜.在賁門和胃底,該磁控膠囊內(nèi)鏡的可控性和對粘膜的可視度相對較差,僅能靠近相應(yīng)部位但無法全面觀察.該磁控膠囊內(nèi)鏡檢查食管所用的時間與傳統(tǒng)胃鏡類似,而對胃的檢查所需時間要大于傳統(tǒng)電子胃鏡,在21 min-32 min之間.在安全性方面,所有實驗動物在術(shù)中、術(shù)后都未出現(xiàn)與實驗相關(guān)的并發(fā)癥,術(shù)后的采血化驗顯示血常規(guī)和肝腎功能相關(guān)指標與術(shù)前無明顯差異.

由于重力和食管蠕動的作用,傳統(tǒng)的膠囊內(nèi)鏡在食管內(nèi)的通過速度過快而無法對食管粘膜進行全面的檢查.為了克服上述不足,提高膠囊內(nèi)鏡對食管檢查的質(zhì)量,Eliakim等在2004年推出了具有雙攝像頭的食管膠囊內(nèi)鏡“PillCam ESO”,改善了膠囊內(nèi)鏡對食管粘膜的可視度.之后隨著技術(shù)的改進,拍攝速度達到35幀/秒的第三代食管膠囊內(nèi)鏡“PillCam UGI”于2016年被驗證了用于食管檢查的可行性.雖然上述食管膠囊內(nèi)鏡通過提高拍攝速度改善了對食管的檢查質(zhì)量,但仍然無法使膠囊內(nèi)鏡在食管內(nèi)主動運動并對可疑病變進行仔細觀察.國內(nèi)廖專教授團隊對現(xiàn)有的磁控膠囊胃鏡進行了改良,在安翰磁控膠囊胃鏡上加裝了一根可分離的系線,通過系線牽拉可反復(fù)觀察食管.但由于該膠囊內(nèi)鏡內(nèi)置電池的限制,依然存在拍攝速度慢(2幀/秒)和分辨率低(480 ppi×480 ppi)的不足,限制了其對食管病變探查能力.本研究中所使用的系線式磁控膠囊內(nèi)鏡,通過導(dǎo)線提供電源從而擺脫了電池的限制,實現(xiàn)了高拍攝速度(30幀/秒)和高分辨率(1280 ppi×720 ppi),同時可以通過導(dǎo)線控制膠囊內(nèi)鏡在食管內(nèi)通過的速度,可反復(fù)觀察和在局部停留仔細觀察感興趣區(qū)域,對食管的檢查達到了類似于傳統(tǒng)胃鏡檢查的效果.

胃的結(jié)構(gòu)與小腸相比,空間更大且不規(guī)則,因而傳統(tǒng)的被動式膠囊內(nèi)鏡無法實現(xiàn)對胃腔的全面檢查.隨著磁控技術(shù)應(yīng)用到膠囊內(nèi)鏡中,現(xiàn)有的多款磁控膠囊內(nèi)鏡可通過外部磁體對膠囊內(nèi)鏡進行主動控制,從而實現(xiàn)對胃內(nèi)各個方向的全面觀察,其對胃腔檢查的安全性和有效性已經(jīng)得到了充分的驗證.國內(nèi)廖專教授團隊報道的一項多中心臨床研究顯示,磁控膠囊胃鏡對胃局灶性病變診斷的靈敏度和特異度分別達到了90.4%和94.7%,驗證了磁控膠囊胃鏡診斷胃疾病的準確性.本研究中所使用的系線式磁控膠囊內(nèi)鏡,通過固定于外部機械臂上的永磁體對膠囊內(nèi)鏡進行操控,實現(xiàn)了對胃內(nèi)各個解剖部位良好的可控性和粘膜可視度,尤其是胃下部區(qū)域(胃體下部、胃角、胃竇和幽門).既往的研究顯示,由于賁門和胃底等胃上部區(qū)域解剖位置的特殊性和粘液殘留等因素,磁控膠囊內(nèi)鏡在這些部位的可控性和粘膜可視度要低于胃下部,本研究使用的磁控膠囊內(nèi)鏡在豬胃內(nèi)的檢查情況也是如此,在胃下部的可控性和可視度要優(yōu)于胃上部.在人體檢查中,可通過變化受試者體位、追加飲水、加服袪泡劑等方法改善胃上部的檢查效果.

膠囊內(nèi)鏡本身具有較高的安全性,無創(chuàng)、耐受性好是其突出的特點.本研究中使用的系線式磁控膠囊內(nèi)鏡顯示出了良好的穩(wěn)定性和安全性,在實驗中無機械故障出現(xiàn),實驗動物在術(shù)中及術(shù)后均未出現(xiàn)明顯不良反應(yīng).膠囊滯留是目前應(yīng)用于臨床的各型磁控膠囊內(nèi)鏡的主要并發(fā)癥,一旦出現(xiàn)膠囊滯留,則需要通過小腸鏡或外科手術(shù)來將膠囊取出,因而限制了合并有胃腸道梗阻、狹窄的患者接收磁控膠囊內(nèi)鏡檢查.本研究中的系線式磁控膠囊內(nèi)鏡在完成上消化道檢查后,可通過導(dǎo)線將膠囊內(nèi)鏡取出,從而消除了膠囊滯留的風(fēng)險.

4 結(jié)論

綜上所述,本研究通過動物實驗,驗證了一款新型的系線式磁控膠囊內(nèi)鏡在對食管和胃的檢查方面具有良好的可行性和安全性,為進一步的臨床試驗提供了依據(jù).

5 志謝

感謝史巖、王闖、楊菲、楊飛霞在動物試驗中給予的大力支持和幫助.

傳統(tǒng)電子胃鏡檢查會對患者造成明顯的不適感,患者耐受度差.現(xiàn)有的磁控膠囊內(nèi)鏡安全、舒適,對胃部病變的檢出率接近傳統(tǒng)胃鏡檢查,但依然存在許多不足,如由于受到內(nèi)置電池的限制導(dǎo)致拍攝速度慢,分辨率低,由于在食管內(nèi)通過速度過快而無法全面觀察食管等不足,且存在膠囊內(nèi)鏡滯留的風(fēng)險.

為了克服現(xiàn)有磁控膠囊內(nèi)鏡的不足,本研究開發(fā)了一種新型的系線式磁控膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng).該膠囊內(nèi)鏡由超柔導(dǎo)線連接外置電源提供電力,能實現(xiàn)高幀率(30幀/秒)和高分辨率(1280 ppi×720 ppi).并能通過超柔導(dǎo)線控制膠囊內(nèi)鏡通過食管的速度,從而實現(xiàn)對食管全面的觀察.檢查結(jié)束后可通過導(dǎo)線將膠囊內(nèi)鏡回收,消除了膠囊內(nèi)鏡滯留的風(fēng)險.

通過動物實驗驗證這款新型系線式磁控膠囊內(nèi)鏡對食管和胃檢查的可行性和安全性,為后續(xù)的臨床試驗提供理論基礎(chǔ).

采用自身對照的動物實驗,實驗動物為巴馬小型豬.對3只豬先后行磁控膠囊內(nèi)鏡和傳統(tǒng)電子胃鏡檢查,記錄食管和胃的檢查時間,評估磁控膠囊內(nèi)鏡在食管和胃的各個部位(食管上、中、下段、齒狀線、賁門、胃底、胃體、胃角、胃竇、幽門)的可控性和粘膜可視度.分析實驗動物檢查前、后的血常規(guī)和生化指標,觀察和記錄實驗過程中的不良反應(yīng).

與傳統(tǒng)電子胃鏡相比,新型系線式磁控膠囊內(nèi)鏡在食管檢查時間上無顯著差異(108.00 s± 12.49 s71.67 s±6.51 s,=0.242),對胃的檢查耗時較長(25.67 min±5.69 min6.00 min± 1.00 min,=0.019).磁控膠囊內(nèi)鏡的可控性和粘膜可視度在食管、齒狀線、胃體、胃竇及幽門處較好,在賁門和胃底處稍差.實驗動物在檢查中和檢查后無明顯不良反應(yīng)發(fā)生.

這款新型系線式磁控膠囊內(nèi)鏡在對豬食管和胃的檢查中具有良好的可控性和粘膜可視度,能夠全面觀察豬食管和大部分胃粘膜,對豬食管和胃的檢查具有良好的可行性和安全性.

本研究通過小樣本動物實驗驗證了新型系線式磁控膠囊內(nèi)鏡對豬食管和胃檢查的可行性和安全性,為以后的臨床試驗提供了良好的理論基礎(chǔ).將通過后續(xù)大樣本的臨床實驗進一步驗證該款磁控膠囊內(nèi)鏡診斷人食管和胃疾病的有效性和安全性,有望為臨床提供一款用于上消化道檢查的高清、無痛苦和無膠囊滯留風(fēng)險的磁控膠囊內(nèi)鏡.