Radiocápsula (sinónimo de endorradiocápsula ; nombres obsoletos: sensor intestinal , radiosonda intestinal ) - una cápsula tragada por una persona o un animal - un dispositivo médico que mide ciertas cantidades en el lumen del tracto gastrointestinal (TGI) (por ejemplo, acidez , temperatura , presión y otros) y transmite los resultados de la medición a través del canal de radio. La señal de radio de la cápsula de radio es registrada y procesada por un equipo especial de recepción y análisis.
Hay cápsulas de radio que funcionan con su propia fuente de energía, cápsulas de radio que reciben energía del exterior y cápsulas de radio que reflejan una señal de una fuente externa (cápsulas de radio eco). La radiocápsula también puede moverse libremente a lo largo del tracto gastrointestinal o unirse a la membrana mucosa del órgano del tracto gastrointestinal oa la sonda. En este último caso, después de un tiempo, puede desengancharse de la sonda y luego moverse libremente a lo largo del tracto gastrointestinal. Algunos autores llaman a las cápsulas de radio solo cápsulas con una fuente de energía autónoma y solo cápsulas que se mueven libremente. [una]
La cápsula de radio es solo una de las partes del complejo que mide los valores de cualquier característica del tracto gastrointestinal. La señal emitida por la cápsula debe ser recibida por un dispositivo especial. Si no se establece la tarea de determinar la ubicación exacta de la cápsula en el tracto gastrointestinal del paciente, y también se supone que el paciente debe llevar una vida normal, fuera del hospital, entonces el receptor es una pequeña unidad electrónica que se lleva en un bolsillo. de la ropa o en el cinturón del paciente. El receptor registra los resultados de la medición actual. Después del final del procedimiento, los valores registrados se transfieren, por ejemplo, a una computadora personal, en la cual, con la ayuda de un software especialmente desarrollado, estas mediciones se procesan y analizan.
Si se examina el tracto gastrointestinal de animales, por ejemplo, ganado, entonces el receptor se coloca fuera de la valla del territorio accesible a los animales. En este caso, el transmisor en la cápsula y el receptor deben tener suficiente potencia y sensibilidad para registrar la señal útil, respectivamente.
Si la tarea es determinar la ubicación de la cápsula en el tracto gastrointestinal del paciente, entonces un receptor se vuelve insuficiente. Para calcular las coordenadas de la fuente de la señal, se pueden usar varios (tres o más) receptores separados en el espacio o cinturones de radiogoniómetro especiales. Las mediciones de coordenadas precisas requieren que el paciente esté estacionario. Al mismo tiempo, conocer las coordenadas exactas de la ubicación de la cápsula no siempre permite determinar en qué sección anatómica del tracto gastrointestinal del paciente se encuentra la cápsula. [una]
En el lenguaje cotidiano, la frase "desarrollo de una cápsula de radio" y similares generalmente significa el desarrollo no solo de la cápsula en sí, sino de todo el complejo de equipos, incluidos, entre otras cosas, el (los) receptor (es) y el software para analizar el resultados de la medición.
Diferentes variantes de cápsulas de radio miden un conjunto diferente de parámetros. Pero los parámetros de las radiocápsulas que se miden con más frecuencia son la presión, la temperatura y la acidez intracavitarias. Hay varias opciones de implementación: se combinan dos o más parámetros medidos en una cápsula, o se desarrolla una serie de cápsulas en las que cada una de las cápsulas está equipada con un sensor de un solo tipo.
Además, se han desarrollado cápsulas de radio que miden la tasa de descomposición de nutrientes en el tracto gastrointestinal, cápsulas de radio que determinan el contenido de oxígeno en los órganos del tracto digestivo, para medir la intensidad de la radiación ionizante, para detectar sangrado en el tracto gastrointestinal tratado, y algunos otros. Sin embargo, estas áreas no se desarrollaron más allá de muestras individuales (o incluso proyectos). [una]
Las radiocápsulas que miden la presión en la luz del tracto gastrointestinal fueron las primeras en construirse. La composición de las cápsulas de radio que miden la presión incluye un sensor de presión, un generador de oscilaciones de alta frecuencia y una fuente de energía autónoma . El sensor de presión debe proporcionar una medición de presión de 0 a 200 mm de agua. Arte. y responder a cambios de ±5 mm de agua. Arte. El sensor de presión puede ser de tipo inductivo o capacitivo. [una]
El principio de funcionamiento de un sensor inductivo se basa en un cambio en la inductancia del sistema por efecto de la presión sobre la membrana del sensor, cuyo cambio en la posición provoca el movimiento mecánico de un núcleo o armadura ferromagnético o magnetodieléctrico , por lo tanto cambiar la inductancia de la bobina. [una]
El sensor capacitivo se basa en el cambio en el espacio entre las placas de un capacitor plano con un cambio en la presión. [una]
Los métodos manométricos médicos modernos y más utilizados para estudiar la motilidad del sistema digestivo ( manometría del esfínter esofágico superior , esofagomanometría , manometría del esfínter de Oddi , manometría antroduodenal , manometría anorrectal ), requieren la fijación precisa de un sensor de presión en un punto determinado del órgano , o medida simultánea de la presión en varios puntos del órgano, situados a una distancia bien definida [2] [3] , lo que no es factible con la ayuda de radiocápsulas.
Las radiocápsulas medidoras de acidez (sinónimo de radiocápsula de pH ) deben operar en el rango de aproximadamente 0,8 a 8,5 pH (la acidez máxima teóricamente posible en el estómago de 0,86 pH corresponde a una producción de ácido gástrico de 160 m mol /l; la acidez mínima teóricamente posible en el estómago) estómago 8,3 pH corresponde al pH de una solución saturada de HCO 3 - iones secretados por la mucosa gástrica) y tienen una sensibilidad de ± 0,1-0,2 pH. El sensor de pH debe funcionar y tener características estables durante el tiempo de permanencia en el tubo digestivo, es decir, 2-3 días. En el sensor de pH de las radiocápsulas se utiliza como electrodo de medida un electrodo de antimonio o de vidrio , y como electrodo de referencia un electrodo de calomelanos o de cloruro de plata . [una]
Los métodos modernos para el diagnóstico de enfermedades relacionadas con el ácido se basan en la medición simultánea del pH en dos o más puntos del tracto gastrointestinal ( pH-metría intragástrica a corto plazo, pH-metría exprés ) , o en la fijación de un sensor de pH en un determinado lugar en el órgano (la mayoría de los métodos de diagnóstico para las enfermedades por reflujo del esófago se basan en la pH-metría diaria , que consiste en medir el pH en un punto ubicado a 5 cm por encima del esfínter esofágico inferior , durante al menos 24 horas), o en la medición del pH en un conjunto estandarizado de puntos de órganos ( pH-metría endoscópica ). [3] [4] La implementación de tales métodos no es posible con la ayuda de radiocápsulas de pH que se mueven libremente. Actualmente, en medicina práctica, solo se usa la cápsula Bravo , que se adhiere al epitelio del esófago. [5]
Los sensores de temperatura en cápsulas deben operar en el rango de 34-42 °C, el sensor debe detectar cambios de temperatura iguales a ± 0,1 - 0,2 °C.
Desde la creación de la primera cápsula de radio, se han utilizado varios transductores en sensores de medición de temperatura:
Usando estas radiocápsulas, se midió el perfil de temperatura del tracto gastrointestinal. [1] En el conjunto moderno de métodos de diagnóstico funcional en gastroenterología , los métodos relacionados con la medición de la temperatura de los órganos digestivos no están presentes. [5]
Por primera vez, una cápsula de radio con una fuente de energía autónoma fue descrita en junio de 1957 en la revista Nature por empleados del Instituto Karolinska (Instituto Karolinska sueco ; Estocolmo , Suecia ) Stuart Mackay ( inglés R. Stuart Mackay ) y Bertil Jacobson ( Inglés Bertil Jacobson ) (Suecia). [6] Era una cápsula de movimiento libre que medía la presión y la temperatura en la luz del tracto digestivo.
El trabajo de McKay y Jacobson marcó el inicio del auge científico y tecnológico de la "construcción de cápsulas", que abarcó a la mayoría de los países tecnológicamente avanzados. En el mismo año, apareció en la revista Science una publicación sobre una cápsula de radio estadounidense similar . [7] Al año siguiente, 1958, aparecen las cápsulas de radio de Alemania Oriental [8] y Alemania Occidental [9] . En 1960, en la URSS , en Leningrado , se organizó un laboratorio especial para el desarrollo de cápsulas de radio y sistemas de telemetría basados en ellos. [1] En 1961, hubo una publicación por parte de los ingleses [10] , y en 1962 por investigadores japoneses. [once]
A fines de la década de 1950, este problema parecía tan importante en el mundo científico y técnico que ya desde 1957-58, las "estrellas" de la actividad inventiva de ese momento, como Vladimir Zworykin (EE. UU.) [7] , Manfred von Ardenne , personalmente comprometido en el diseño de cápsulas de radio (GDR; es el líder en el desarrollo de la cápsula de radio pH [12] ) y otros.
Inventores destacados que participaron en el auge del desarrollo de cápsulas de radio de finales de los años 50 y 60:
A principios de la década de 1960, la empresa Telefunken ( Alemania Telefunken ; Alemania) asignó importantes fondos para apoyar los experimentos técnicos y la investigación médica en esta área. [13]
Las cápsulas de Heidelberg son cápsulas de radio desechables que miden la acidez en la luz del tracto gastrointestinal. El nombre proviene de la ciudad de Heidelberg ( Alemania ). A principios de la década de 1960, en el Departamento de Gastroenterología de la Universidad de Heidelberg, el profesor de Pediatría Hans Noller ( alemán: Hans G. Nöller ), con el apoyo financiero de Telefunken, realizó más de 1.000 estudios en pacientes adultos utilizando estas cápsulas en tres años. [13]
El término cápsulas de Heidelberg ( Eng. Heidelberg Capsule; Heidelberg pH Capsule ) es más común en los EE. UU., donde existe Heidelberg Medical Inc. , dedicada a la producción de cápsulas Heidelberg, sistemas de radio telemetría para estas cápsulas y la promoción de métodos médicos para su uso. [catorce]
En la URSS, a fines de 1960 en Leningrado , en una de las instituciones de la Academia de Ciencias Médicas de la URSS , se creó un laboratorio, cuya tarea principal fue el desarrollo de equipos de sondeo endorradio. Toda la gestión del trabajo en cápsulas de radio estuvo a cargo de E. B. Babsky y A. M. Sorin . A fines del año siguiente, 1961, comenzaron las pruebas fisiológicas y clínicas de las radiocápsulas fabricadas. Inicialmente, se utilizaron cápsulas de radio para estudiar el tracto digestivo. Más tarde, las cápsulas de radio comenzaron a usarse en el Instituto de Perfeccionamiento de Médicos de Leningrado para registrar la función contráctil del útero y estudiar el acto de nacimiento (S. N. Davydov). [una]
En la primera etapa, se desarrolló una serie de cápsulas de radio, cada una de las cuales medía un parámetro: presión, pH, temperatura. Después de eso, comenzó el desarrollo de cápsulas capaces de medir dos o más parámetros simultáneamente. Los desarrolladores soviéticos tomaron la posición de que las cápsulas de radio deberían ser reutilizables (a diferencia, por ejemplo, de Hans Noller , cuyas cápsulas de radio Heidelberg eran desechables). Por lo tanto, las cápsulas de radio soviéticas se cubrieron en el exterior con goma de silicona , utilizada como cubierta reemplazable. Además, las cápsulas se sometieron a desinfección química. [una]
Cápsulas de radio soviéticas midiendo presiónLas primeras versiones de las cápsulas de radio soviéticas para medir la presión se fabricaron en 1961-62. [una]
Cápsulas de radio pH soviéticasLa producción industrial de las primeras cápsulas de radio pH-métricas soviéticas se inició en 1963. En estas cápsulas, en el sensor de pH, el electrodo de medición se realizó en forma de anillo de antimonio de 8 mm de diámetro con un plomo de plata. El electrodo de referencia está hecho de alambre de plata clorada con un diámetro de 0,6 mm colocado en una pasta compuesta en proporciones iguales de cloruro de plata AgCl y cloruro de sodio NaCl. En la siguiente versión de la radiocápsula de pH, el electrodo de antimonio se fabricó en forma de disco de 5 mm de diámetro y 2 mm de alto. El electrodo de referencia se fabricó en forma de copa con un diámetro de 6 mm de plata clorada. Los electrodos estaban ubicados en extremos opuestos de la cápsula. [una]
A pesar de la modernización del sensor de pH, todavía tiene una serie de inconvenientes: sensibilidad relativamente baja, oxidación rápida en el entorno agresivo del estómago y dependencia de la temperatura. Por lo tanto, se planteó la tarea de utilizar un electrodo de vidrio en cápsulas como electrodo de medición , desprovisto de las desventajas enumeradas. En ese momento se había acumulado experiencia en la fabricación de electrodos de vidrio, que fue consecuencia del desarrollo y formalización de la teoría del electrodo de vidrio en el Departamento de Química Física de la Facultad de Química de la Universidad Estatal de Leningrado (LSU) , donde M. M. Schultz (el futuro académico de la Academia de Ciencias de la URSS ), uno de los principales expertos en esta región, en colaboración con E. Yu. Linar , se dedicó a la sonda de pH-metría intragástrica, se desarrolló un electrodo de vidrio para el pH intragástrico -metry [15] y por lo tanto en 1963 se concluyó un acuerdo con el Instituto de Investigación Científica Química (NIHI) de la Universidad Estatal de Leningrado, para el cual el laboratorio de electroquímica de vidrio de la Universidad Estatal NIHI de Leningrado, dirigido por M. M. Schultz, durante 1963, realizó la investigación “Desarrollo de sensores de pH en miniatura para una cápsula de radio”, incluyendo, entre otras, las etapas: “Desarrollo de formulaciones de vidrio para electrodos”, “Desarrollo de electrodos de vidrio en miniatura” y “Prueba de sensores de pH”. [16] Como resultado, se desarrolló un electrodo de vidrio para una cápsula de radio pH-métrica, sin embargo, debido a las dificultades en la producción industrial de electrodos de vidrio, A. M. Sorin volvió al electrodo de medición de antimonio. [una]
Las cápsulas de radio pH soviéticas se utilizaron ampliamente en la investigación científica. Por ejemplo, el trabajo del candidato del gastroenterólogo jefe del Ministerio de Salud y Desarrollo Social de la Federación Rusa , Académico de la Academia Rusa de Ciencias Médicas V. T. Ivashkin se realizó usando radiocápsulas de pH: “La importancia del estudio radiotelemétrico del pH intragástrico e intraduodenal para evaluar la eficacia de los antiácidos y la atropina en pacientes con enfermedades crónicas del estómago y el duodeno”. [17]
Cápsulas de radio soviéticas para medir la temperaturaEn las cápsulas de radio desarrolladas en el laboratorio de Sorin , se utilizó como sensor de temperatura el varicondo cerámico ferroeléctrico VKI-2V, y luego el varicondo K10-21 . Estructuralmente, el sensor se hizo en forma de disco con un diámetro de 2 mm y un espesor de 0,5 mm. La precisión de medición de este sensor en el rango de 34 a 42 °C alcanzó 0,1 °C. [una]
Además del tracto gastrointestinal, también se estudiaron otros órganos huecos humanos con la ayuda de radiocápsulas. [1] Había las siguientes áreas de investigación: medición de la presión intrauterina en ginecología [18] y obstetricia [19] , medición de la presión en la vagina y el útero de una persona durante el coito , [20] estudio de la presión dentro de la vejiga . [21]
Desde 1957, época de las primeras publicaciones, hasta principios de la década de 1970, el desarrollo de cápsulas de radio y métodos para su uso se llevó a cabo en muchos países y con gran entusiasmo. Existía la creencia de que las cápsulas de radio podrían convertirse en una poderosa herramienta de diagnóstico. Rápidamente se resolvieron todas las tareas de ingeniería relacionadas con el diseño de cápsulas, sensores, la transmisión y recepción de una señal de radio y su procesamiento. Ha habido algunos avances en fisiología (por ejemplo, se han medido los perfiles de pH y temperatura de todo el tracto gastrointestinal). El número total de publicaciones en revistas científicas ha llegado a varios cientos. Sin embargo, la tarea principal, la introducción generalizada de radiocápsulas en la medicina práctica, no se resolvió.
Las principales razones de esto fueron la dificultad (o imposibilidad) de determinar con precisión dónde (en qué parte del tracto gastrointestinal ) en un momento determinado se encuentra la cápsula y la imposibilidad de "detener" la cápsula cuando se mueve a lo largo del tracto gastrointestinal en un área clínicamente interesante.
La radiocápsula de pH Bravo ( ing. Bravo ™ ), fabricada desde 2003 por Medtronic (EE. UU.), no se mueve libremente. Con la ayuda de un dispositivo especial, se adhiere al epitelio del esófago (generalmente 5 cm por encima del esfínter esofágico inferior ) y mide la acidez en el lumen del esófago durante varios días y transmite los resultados de la medición a un receptor ubicado en el bolsillo de la ropa del paciente (o en el cinturón) o adherido al cuerpo de una forma u otra. Al final del estudio, los datos registrados se transfieren a una computadora para su posterior procesamiento y análisis. Como consecuencia de la muerte natural del epitelio, la cápsula se desprende del esófago al cabo de unos días y se excreta del organismo del paciente junto con las heces . [22]
Las cápsulas Bravo pH-radio están diseñadas para el estudio del reflujo gastroesofágico . La principal ventaja sobre los monitores de gastroácidos que realizan la misma tarea es la capacidad del paciente de llevar un estilo de vida normal durante un estudio diario (o más), de modo que otros no vean que el paciente tiene un sensor de medición (pacientes examinados usando Los monitores de gastroácidos también pueden llevar un estilo de vida normal, sin embargo, tienen una sonda de pH que pasa por la nariz hacia el esófago , lo que es muy perceptible para los demás). [22]
A pesar de algunas deficiencias existentes (dolor torácico en muchos pacientes, necesidad de endoscopia al insertar la cápsula, desacoplamiento temprano (en 5-10% de los casos), costo del estudio) y el hecho de que los modernos monitores de gastroácidos, ambos extranjeros y doméstico, niveló la ventaja de Bravo existente anteriormente en la duración del estudio, las cápsulas de pH Bravo han entrado en la práctica médica diaria en los países desarrollados en el diagnóstico de enfermedades por reflujo del esófago, en particular, enfermedad por reflujo gastroesofágico . [5] [23] [24] Las cápsulas de radio pH Bravo no están certificadas en Rusia.
Hay proyectos para crear radiocápsulas basadas en los últimos avances en electrónica que miden toda una gama de parámetros del tubo digestivo. Uno de esos proyectos, " laboratorio en una píldora ", se llevó a cabo en la Universidad de Glasgow , Escocia . [25]
Existe un gran número de diferentes cápsulas radioelectrónicas diseñadas con fines diagnósticos o terapéuticos. Algunos de ellos se usan ampliamente en la práctica médica, otros se usan solo en la investigación científica, otros se implementan en varias copias y otros existen solo en forma de desarrollos de diseño. Las siguientes son “tabletas electrónicas”, aunque no son radiocápsulas en el sentido original del término, pero tienen en común que son un radio o dispositivo electrónico, tienen apariencia de cápsula, se introducen en el tracto gastrointestinal y emiten señales de radio.
Las cápsulas de video endoscópicas son cámaras de video integradas en las cápsulas, combinadas con un transmisor de señal de video. El procedimiento para examinar a un paciente usando una cápsula de este tipo se llama cápsula endoscópica . [26] Durante el paso por el tracto gastrointestinal, la cápsula toma varias decenas de miles de imágenes, que se graban en la memoria del dispositivo receptor, similar al dispositivo receptor de la cápsula de radio. Con la ayuda de la cápsula endoscópica, fue posible obtener imágenes de áreas del intestino delgado que antes eran inaccesibles para la endoscopia . La cápsula endoscópica está certificada en EE. UU., países de la Unión Europea , Israel , Australia . [27]
Desventajas de la videocápsula endoscópicaCon capsular, es imposible tomar material para estudios histológicos ( biopsia ), que es muy utilizado en la endoscopia tradicional. [28]
También es posible retrasar la videocápsula en el tracto gastrointestinal del paciente (lo que ocurre, según diversas estimaciones, en el 0,5-10% de los casos del número total de procedimientos de videocápsula). Durante la demora, la cápsula de video se retira del paciente ya sea con un endoscopio o con una cirugía abdominal. [28] [29] [30]
Los estimuladores eléctricos autónomos del tracto gastrointestinal (tracto gastrointestinal AES), también llamados "tabletas Kremlin", aparentemente similares a las cápsulas de radio, sin embargo, a diferencia de las cápsulas de radio, no son dispositivos activos de diagnóstico, sino terapéuticos. AES del tracto gastrointestinal, al pasar por el tracto digestivo, genera impulsos eléctricos que tienen un efecto estimulante y fisioterapéutico en los órganos circundantes. NPP ZhKT fue desarrollado por V. F. Agafonnikov ( TIASUR ) y V. V. Pekarsky ( TMI ) en Tomsk en 1984. En 1986, se lanzó la producción en masa en el taller de TIASUR, y desde 1996 hasta el presente, ha sido producido por el Instituto de Investigación Científica de Dispositivos Semiconductores de Tomsk . [31] [32] [33]