无线胶囊内窥镜的研究进展和讨论

顾卫忠

高邮中医院 设备科，江苏 扬州，225600

无线胶囊内窥镜的研究进展和讨论

顾卫忠

高邮中医院 设备科，江苏 扬州，225600

本文介绍了无线胶囊内窥镜的国内外研究进展，详细分析了无线胶囊内窥镜的组成结构和工作原理，深入探讨了目前无线胶囊内窥镜研发和应用过程中存在的多种问题，并针对问题提出了相应的解决办法和思路。

无线胶囊；无线胶囊内窥镜；无线内窥镜系统

消化道疾病是是我国人群中的常见病、多发病。胃镜和肠镜检查能直接观察到被检查部位的真实情况，更可通过对可疑病变部位进行病理活检及细胞学检查，以进一步明确诊断。胃镜和肠镜检查的传统方法是镜身必须从受检者的口腔或肛门进入消化道内，患者在身体上遭受痛苦的同时，心理上也会产生一定的恐惧；同时，如果处理不当，还会造成交叉感染。因此大众对于胃镜和肠镜检查一直存有抵触情绪，尤其是儿童和老人，更加难以实施检查。如今，无线胶囊内窥镜的问世给消化道患者带来了福音，无线胶囊内窥镜能以无痛、无创、一次性使用的方式获得胃肠道的清晰图像，从而及时发现病变部位，帮助诊断。

1 无线胶囊内窥镜的发展和现状

2001年5月，以色列吉温成象有限公司（GivenImaging Ltd.） 率先生产出世界第一套检测胃肠道的无线内窥镜系统，即M2A（Mouth to Anus）无线内窥镜。“M2A”胶囊的尺寸为11mm×27mm，可以连续工作6～8h，能够拍摄到小肠内壁的图像。起初只是把它作为附属工具，到2003年6月其被认可成为检查小肠病变的首要工具[1-2]。

广阔的市场前景和医疗、科研意义，促使各大医疗仪器厂商和科研院所纷纷投入到无线胶囊内窥镜的研制中。2001年10月1日本的RF System Lab.公司开发出了一种更小的不使用电池的胶囊内窥镜样机原型，名为“Norika3”。2003年该公司通过改进“Norika3”，开发出适合2个月新生儿的胶囊内窥镜，该内窥镜尺寸为5.8mm×15mm，是世界上最小的胶囊内窥镜。奥林巴斯（Olympus）在2004年开发出一款基本的无线内窥镜胶囊，它能根据周围的情况，自动调节亮度，从而获得最佳的图像；同时，其具有实时图像浏览的功能，方便医师估计胶囊的位置。重庆金山公司是中国第一家研制出胶囊内窥镜的企业，在2004年研制出OMOM无线内窥镜系统，主要包括无线内窥镜胶囊、图像记录仪和影像工作站3个部分，是一种双工多通道智能胶囊无线内窥镜系统[3-4]。

2 无线胶囊内窥镜的主要结构和原理

经典的胶囊内窥镜由6个基本部分组成（如图1）[5]：图像传感器1、透镜2、光源3、电池4、无线传输模块5、外壳6。光源3一般选用发光二极管制作，用来向人体消化道内壁照射光线；透镜2将消化道内壁反射的光汇聚于图像传感器1上；图像传感器1能够将接收到的图像转换成电信号；无线传输模块5用于将图像信号通过无线方式传输到体外。

与无线胶囊内窥镜配套的体外设备主要有（如图2）[6]：体外接收装置、便携式记录介质、显示装置。无线胶囊内窥镜被导入人体后，拍摄体腔内的图像并以无线方式发送图像信号等数据；位于体外的接收装置通过穿戴在人体表面的天线阵列接收上述无线信号，并进行接收处理；便携式记录介质用于在接收装置和显示装置之间进行数据传送；显示装置除了显示功能之外，还可以包括图像工作站，对接收到的大量图像数据进行后处理和筛选，供临床医师使用。

图1 无线胶囊内窥镜的基本组成

图2 无线胶囊内窥镜的体外设备

3 无线胶囊内窥镜存在的问题及讨论

虽然无线胶囊内窥镜的基本结构和原理并不复杂，然而在实际应用中，为保证其使用的稳定性和检查结果的准确性，还涉及大量的技术难点和问题。

3.1 电池电量问题

由于无线胶囊内窥镜在人体消化道内行进的时间长达6～10h，甚至更久，照明光、图像信号的无线传输等都需要消耗大量的电能；另一方面，胶囊内窥镜的体积大小制约了电池容量的大小，因此，电池电量不足是首要问题。针对该问题，研发新型的高容量小体积的电池是解决方法之一。此外，基于电磁感应理论，利用人体外部的交变磁场，使得胶囊内窥镜内的闭合电路产生交变的电流，以此能够给胶囊内窥镜供电。第三种方法，设置节电模式，在胶囊内窥镜无需拍摄和传输图像时，例如长时间停留在消化道内某一部位时或到达无需拍摄的消化道部位时，人为或自动控制其进入节电模式，这样既能够节约电能，又能够避免拍摄大量无意义的重复的图像。

3.2 胶囊定位问题

无线胶囊内窥镜一旦进入人体消化道后，其位置就难以确定，这不利于医师判断所拍摄到的图像属于消化道的哪个部位。主流的定位方式有：① 永磁体定位，即在胶囊内窥镜中设置一块永磁体，在人体外部设置磁传感器阵列，通过检测磁场的微小变化来判断永磁体的位置；② 电磁式定位，基于电磁感应原理，通过感应磁场来判断永磁体的位置；③ 超声定位，将超声探头布置在消化道的关键点上，检测胶囊通过的时刻，从而实现对胶囊的定位。

3.3 胶囊运动控制问题

目前的无线胶囊内窥镜都是采用被动式，即依靠胃肠道蠕动的方式运动，并且胶囊在胃肠道运动时无外部控制。一方面，医师即使观察到胃肠道有异常现象，也无法立即对其做更详细的观察；另一方面，胶囊的胃内滞留、小肠嵌顿有可能导致胶囊长时间无法排出体外。针对该问题，可以设计助力系统，在需要时给予胶囊足够的动力在胃肠道内行进。而助力系统的设计与电池电量、胶囊定位等问题又紧密关联，只有在电力充足，定位准确的情况下，才能安全地使用助力系统。

3.4 检测、活检和释药问题

和普通内窥镜相比，虽然无线胶囊内窥镜无痛、无损伤，但是普通内窥镜在观察消化道的同时，还能够进行活检和治疗的处置工作。无线胶囊内窥镜虽然可以通过增加胃肠道生理参数采集模块、活检钳、释药仓来达到检测、活检和治疗的功能，但是胶囊的体积限制、定位的准确度、运动控制等问题，都会成为实现上述功能的障碍。

3.5 图像筛选问题

无线胶囊内窥镜在体内拍摄图像光线不足、画质不高，但拍摄数量可以达到上万张之多，如果将这些照片进行人工筛选，将非常耗时。因此，必须通过可靠的图像识别软件来辅助筛选出有诊断价值的图像；同时，借助胶囊定位系统来提取所需部位的拍摄图像，才能够达到事半功倍的效果。

4 结语

随着科学技术的不断进步，无线胶囊内窥镜的整体性能将愈加完善，它的应用将是内窥镜技术的有效补充，并将逐步成为内镜检查的主流方法，其必将产生巨大的经济和社会效益。在当前无线胶囊式内窥镜被各界热切关注的同时，我们仍应当看到，它尚不能完全替代胃镜及肠镜。在临床中，应该根据实际情况，合理选择与使用无线胶囊内窥镜。

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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

作者邮箱：yzgygwz@163.com