無線膠囊內窺鏡的研究進展和討論

顧衛忠

高郵中醫院 設備科，江蘇 揚州，225600

無線膠囊內窺鏡的研究進展和討論

顧衛忠

高郵中醫院 設備科，江蘇 揚州，225600

本文介紹了無線膠囊內窺鏡的國內外研究進展，詳細分析了無線膠囊內窺鏡的組成結構和工作原理，深入探討了目前無線膠囊內窺鏡研發和應用過程中存在的多種問題，并針對問題提出了相應的解決辦法和思路。

無線膠囊；無線膠囊內窺鏡；無線內窺鏡系統

消化道疾病是是我國人群中的常見病、多發病。胃鏡和腸鏡檢查能直接觀察到被檢查部位的真實情況，更可通過對可疑病變部位進行病理活檢及細胞學檢查，以進一步明確診斷。胃鏡和腸鏡檢查的傳統方法是鏡身必須從受檢者的口腔或肛門進入消化道內，患者在身體上遭受痛苦的同時，心理上也會產生一定的恐懼；同時，如果處理不當，還會造成交叉感染。因此大眾對于胃鏡和腸鏡檢查一直存有抵觸情緒，尤其是兒童和老人，更加難以實施檢查。如今，無線膠囊內窺鏡的問世給消化道患者帶來了福音，無線膠囊內窺鏡能以無痛、無創、一次性使用的方式獲得胃腸道的清晰圖像，從而及時發現病變部位，幫助診斷。

1 無線膠囊內窺鏡的發展和現狀

2001年5月，以色列吉溫成象有限公司（GivenImaging Ltd.） 率先生產出世界第一套檢測胃腸道的無線內窺鏡系統，即M2A（Mouth to Anus）無線內窺鏡。“M2A”膠囊的尺寸為11mm×27mm，可以連續工作6～8h，能夠拍攝到小腸內壁的圖像。起初只是把它作為附屬工具，到2003年6月其被認可成為檢查小腸病變的首要工具[1-2]。

廣闊的市場前景和醫療、科研意義，促使各大醫療儀器廠商和科研院所紛紛投入到無線膠囊內窺鏡的研制中。2001年10月1日本的RF System Lab.公司開發出了一種更小的不使用電池的膠囊內窺鏡樣機原型，名為“Norika3”。2003年該公司通過改進“Norika3”，開發出適合2個月新生兒的膠囊內窺鏡，該內窺鏡尺寸為5.8mm×15mm，是世界上最小的膠囊內窺鏡。奧林巴斯（Olympus）在2004年開發出一款基本的無線內窺鏡膠囊，它能根據周圍的情況，自動調節亮度，從而獲得最佳的圖像；同時，其具有實時圖像瀏覽的功能，方便醫師估計膠囊的位置。重慶金山公司是中國第一家研制出膠囊內窺鏡的企業，在2004年研制出OMOM無線內窺鏡系統，主要包括無線內窺鏡膠囊、圖像記錄儀和影像工作站3個部分，是一種雙工多通道智能膠囊無線內窺鏡系統[3-4]。

2 無線膠囊內窺鏡的主要結構和原理

經典的膠囊內窺鏡由6個基本部分組成（如圖1）[5]：圖像傳感器1、透鏡2、光源3、電池4、無線傳輸模塊5、外殼6。光源3一般選用發光二極管制作，用來向人體消化道內壁照射光線；透鏡2將消化道內壁反射的光匯聚于圖像傳感器1上；圖像傳感器1能夠將接收到的圖像轉換成電信號；無線傳輸模塊5用于將圖像信號通過無線方式傳輸到體外。

與無線膠囊內窺鏡配套的體外設備主要有（如圖2）[6]：體外接收裝置、便攜式記錄介質、顯示裝置。無線膠囊內窺鏡被導入人體后，拍攝體腔內的圖像并以無線方式發送圖像信號等數據；位于體外的接收裝置通過穿戴在人體表面的天線陣列接收上述無線信號，并進行接收處理；便攜式記錄介質用于在接收裝置和顯示裝置之間進行數據傳送；顯示裝置除了顯示功能之外，還可以包括圖像工作站，對接收到的大量圖像數據進行后處理和篩選，供臨床醫師使用。

圖1 無線膠囊內窺鏡的基本組成

圖2 無線膠囊內窺鏡的體外設備

3 無線膠囊內窺鏡存在的問題及討論

雖然無線膠囊內窺鏡的基本結構和原理并不復雜，然而在實際應用中，為保證其使用的穩定性和檢查結果的準確性，還涉及大量的技術難點和問題。

3.1 電池電量問題

由于無線膠囊內窺鏡在人體消化道內行進的時間長達6～10h，甚至更久，照明光、圖像信號的無線傳輸等都需要消耗大量的電能；另一方面，膠囊內窺鏡的體積大小制約了電池容量的大小，因此，電池電量不足是首要問題。針對該問題，研發新型的高容量小體積的電池是解決方法之一。此外，基于電磁感應理論，利用人體外部的交變磁場，使得膠囊內窺鏡內的閉合電路產生交變的電流，以此能夠給膠囊內窺鏡供電。第三種方法，設置節電模式，在膠囊內窺鏡無需拍攝和傳輸圖像時，例如長時間停留在消化道內某一部位時或到達無需拍攝的消化道部位時，人為或自動控制其進入節電模式，這樣既能夠節約電能，又能夠避免拍攝大量無意義的重復的圖像。

3.2 膠囊定位問題

無線膠囊內窺鏡一旦進入人體消化道后，其位置就難以確定，這不利于醫師判斷所拍攝到的圖像屬于消化道的哪個部位。主流的定位方式有：① 永磁體定位，即在膠囊內窺鏡中設置一塊永磁體，在人體外部設置磁傳感器陣列，通過檢測磁場的微小變化來判斷永磁體的位置；② 電磁式定位，基于電磁感應原理，通過感應磁場來判斷永磁體的位置；③ 超聲定位，將超聲探頭布置在消化道的關鍵點上，檢測膠囊通過的時刻，從而實現對膠囊的定位。

3.3 膠囊運動控制問題

目前的無線膠囊內窺鏡都是采用被動式，即依靠胃腸道蠕動的方式運動，并且膠囊在胃腸道運動時無外部控制。一方面，醫師即使觀察到胃腸道有異常現象，也無法立即對其做更詳細的觀察；另一方面，膠囊的胃內滯留、小腸嵌頓有可能導致膠囊長時間無法排出體外。針對該問題，可以設計助力系統，在需要時給予膠囊足夠的動力在胃腸道內行進。而助力系統的設計與電池電量、膠囊定位等問題又緊密關聯，只有在電力充足，定位準確的情況下，才能安全地使用助力系統。

3.4 檢測、活檢和釋藥問題

和普通內窺鏡相比，雖然無線膠囊內窺鏡無痛、無損傷，但是普通內窺鏡在觀察消化道的同時，還能夠進行活檢和治療的處置工作。無線膠囊內窺鏡雖然可以通過增加胃腸道生理參數采集模塊、活檢鉗、釋藥倉來達到檢測、活檢和治療的功能，但是膠囊的體積限制、定位的準確度、運動控制等問題，都會成為實現上述功能的障礙。

3.5 圖像篩選問題

無線膠囊內窺鏡在體內拍攝圖像光線不足、畫質不高，但拍攝數量可以達到上萬張之多，如果將這些照片進行人工篩選，將非常耗時。因此，必須通過可靠的圖像識別軟件來輔助篩選出有診斷價值的圖像；同時，借助膠囊定位系統來提取所需部位的拍攝圖像，才能夠達到事半功倍的效果。

4 結語

隨著科學技術的不斷進步，無線膠囊內窺鏡的整體性能將愈加完善，它的應用將是內窺鏡技術的有效補充，并將逐步成為內鏡檢查的主流方法，其必將產生巨大的經濟和社會效益。在當前無線膠囊式內窺鏡被各界熱切關注的同時，我們仍應當看到，它尚不能完全替代胃鏡及腸鏡。在臨床中，應該根據實際情況，合理選擇與使用無線膠囊內窺鏡。

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The Research Progress and Discussion about Wireless Capsule Endoscope

GU Wei-zhong
Equipment Department,Gaoyou Hospital of TCM,Yangzhou Jiangsu 225600, China

This paper introduced the research progress of wireless capsule endoscope domestic and abroad,and analyzed the construction and work principle in detail. Then we discussed problems in the progress of research, development and application, and put forward some suggestion and ideas on account of such problems.

wireless capsule; wireless capsule endoscopy; wireless endoscopy system

TH776.1

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.08.019

1674-1633(2011)08-0060-03

2011-04-12

2011-05-18

作者郵箱：yzgygwz@163.com