Endoskopy medyczne odgrywają kluczową rolę w diagnozowaniu nieprawidłowości żołądkowo-jelitowych, w tym polipów żołądka, krwawienia z przewodu pokarmowego czy choroby Leśniowskiego-Crohna. Tradycyjne badania endoskopowe wymagają od lekarzy wprowadzenia długiego przewodu do jamy ciała pacjenta w celu obrazowania kluczowych obszarów, często jednak powodują ból i dyskomfort. Endoskopia kapsułkowa natomiast umożliwia szczegółowe badanie jelita cienkiego przy użyciu maleńkiej kamery wielkości pigułki.

Kapsułki endoskopowe w diagnostyce

Badanie polega na połknięciu małej ampułki (wielkości dużej tabletki witaminowej) z niewielką kamerą wideo wewnątrz. Kapsułka porusza się bezboleśnie przez przewód pokarmowy dzięki naturalnej perystaltyce organizmu, jednocześnie rejestrując obrazy. Te są przesyłane do paska czujnika, który jest noszony wokół talii i przymocowany do rejestratora danych. Po ok. 12 h rejestrator danych oraz pas czujnika zostają zdjęte. Ostatecznie kapsułka wydalana jest w stolcu.

Przewód pokarmowy stanowi trudne środowisko diagnostyczne. Charakterystyczne właściwości kapsułki endoskopowej wyróżniają ją na tle innych metod.

* Wysoka wytrzymałość zapewnia obrazowanie w czasie rzeczywistym, przesyłanie danych i obserwację od momentu spożycia do pełnego przejścia przez układ pokarmowy.

* Aktywna nawigacja ruchem ułatwia zdalne sterowanie położeniem oraz kierunkiem kapsułki w jamie, zapewniając szerokie pole widzenia i minimalizując ryzyko pominięcia istotnych obszarów.

* Szybka dwukierunkowa komunikacja umożliwia urządzeniom przesyłanie obrazów oraz danych z czujników do odbiornika, a także odbieranie poleceń sterujących dla określonych funkcji.

* Precyzyjne pozycjonowanie ułatwia lekarzom dokładne lokalizowanie zmian chorobowych w czasie rzeczywistym, co usprawnia późniejszą diagnozę oraz leczenie.

* Zintegrowana funkcja diagnostyczna, a także terapeutyczna pozwala na wizualne identyfikowanie i wykonywanie minimalnie inwazyjnych operacji na zmianach bez żadnych uszkodzeń skóry.

Nowe osiągnięcia w dziedzinie endoskopii kapsułkowej

Endoskopy kapsułkowe ulegają ciągłej poprawie od czasu ich zastosowania w praktyce klinicznej. Nadal szereg ograniczeń tej metody wymaga kompleksowych rozwiązań. Wśród podejmowanych zagadnień szczególnie istotne jest umożliwienie zatrzymania kapsułki w określonym obszarze w celach diagnostycznych czy wykonanie biopsji podczas badania. W dalszej części omówiono wybrane zagadnienia.

Ruch kapsułek wewnątrz układu pokarmowego

Obecne kapsułki endoskopowe są bierne. Poruszają się dzięki ruchom wewnętrznym jelit. Przez to szacuje się, że omijają ok. 30% diagnostycznie istotnych miejsc. Trudno też je skierować w obszary pożądane. Podejmowane są próby np. wykorzystania dedykowanego stopu z pamięcią kształtu, który zamieni energię elektryczną w odkształcenie mechaniczne. Celem jest opracowanie robota kapsułkowego z odnóżami, którego ruchy przypominają owady. Mikrosilniki mogą służyć jako źródła zasilania i w połączeniu z przyrządami – umożliwiać stabilny ruch do przodu i do tyłu poprzez przełączanie między trybami kotwiczenia liniowego oraz rozszerzającego. Możliwe byłoby też kurczenie i wydłużanie korpusu kapsułki, co dodatkowo wzmocni efekt.

Systemy zasilania

Wydajne zasilanie jest kluczowe do obsługi endoskopu kapsułkowego, w tym przede wszystkim kierowania jego ruchami, tworzenia obrazów czy bezprzewodowej transmisji wideo, jednak dostępne w handlu baterie guzikowe nie są wystarczające, szczególnie przez długi czas. Jednym z rozwiązań mogłaby być nowa forma samowystarczalnej baterii, która bezpośrednio wykorzysta energię układu trawiennego, przekształcając płyn żołądkowy w zapas elektrolitu wydłużającego żywotność baterii. Sok żołądkowy mógłby pełnić funkcję elektrolitu w ogniwie galwanicznym, ale w takim układzie elektrody powinny być wykonane z materiału reagującego z kwasem solnym.

Dodatkowe komponenty i narzędzia

Jednym z kierunków rozwoju jest dołączenie do kapsułek narzędzi, takich jak igły do ​​biopsji, skrobaki czy mikroszczypce. Skonstruowano m.in. urządzenie wyposażone w mechanizm sprężyny, na końcu której przymocowano narzędzie tnące. Zasada działania opiera się na zwolnieniu napiętej sprężyny (w obecności pola magnetycznego) w pobliżu zmiany chorobowej, co umożliwia pobranie tkanki i umieszczenie jej w komorze. Warto również wspomnieć o rozwoju koncepcji ukierunkowanego dostarczania leków z wykorzystaniem kapsułki endoskopowej. Jest to o tyle pożądane, że zminimalizowałoby skutki uboczne oraz zwiększyło skuteczność terapii.

Nowe metody obrazowania

Losowy ruch kapsułki oraz ograniczone pole widzenia w przewodzie pokarmowym skutkują wysokim wskaźnikiem pomijania istotnych terapeutycznie obszarów. Z tego powodu trwają prace nad rozwojem kapsułek endoskopowych z wieloma kamerami oraz inteligentnym systemem zarządzania danymi. Większa ilość kamer służy do stworzenia szerszego pola widzenia. Nowe modele coraz częściej wyposażane są w technologie obrazowania 3D, co zwiększa skuteczność oceny zmian patologicznych. Wprowadzane są także rozwiązania wykorzystujące m.in. techniki spektralne lub fluorescencyjne. W pierwszym podejściu wykorzystuje się zdolności tkanek do pochłania oraz odbijania różnych długości fal padającego światła. Odpowiedź tkanki zależy w dużej mierze od jej struktury, a także składu chemicznego. We fluorescencyjnych technikach obrazowania pacjentowi podawana jest substancja gromadząca się w zmianach patologicznych. Następnie kapsułka, emitując światło, wzbudza w tych obszarach fluorescencję i mierzy intensywność emisji.