Chromoendoscopy u magnetski vođena kapsula endoskopiju

Chromoendoscopy u magnetski vođene endoskopije kapsula
apstraktne pregled pozadine
Dijagnoza intestinalne metaplazije i displazije preko konvencionalne endoskopije karakterizira niska sporazum među promatračima i slabe korelacije s histopatološke nalaza. Chromoendoscopy značajno poboljšava vidljivost sluznice nepravilnosti, kao metaplazije i displazije sluznice. Magnetski vođeni kapsula endoskopija (MGCE) nudi alternativnu tehnologiju za gornji pregled GI. Očekujemo teškoće dijagnosticiranja novotvorine u konvencionalne endoskopije prenijeti na MGCE. Dakle, cilj nam je zacrtati put za primjenu chromoendoscopy na MGCE preko ex-vivo životinjske studije.
Metode pregled predlažemo modificirani priprema protokol koji dodaje bojenja korak prema postojećem protokolu pripreme MGCE. Optimalna koncentracija bojenja je kvantitativno određena za različite vrste mrlja i patologija. U tu svrhu 190 uzoraka svinjskog želuca tkiva sa i bez lezije imitacije su obojeni različitim koncentracijama bojom. Kvantitativni vizualni kriteriji su uvedeni za mjerenje kvalitetu bojenja s obzirom na sluznice i lezija vidljivosti. Thusly utvrđene optimalne koncentracije su testirani u ex-vivo svinja želuca eksperimenta pod magnetskom vodstvom endoskopske kapsule s modificiranom protokolu. Pregled Rezultati
Otkrili smo da predloženi modifikacija protokola ne utječe na vidljivost u želucu ili steerability od endoskopiju kapsulom. Prosječan optimalna koncentracija bojenje za predloženi protokol pronađena je na 0,4% za metilenskog modrila i indigo karmina. Vidljivost lezija je poboljšana primjenom prethodno dobivene koncentracije optimalnog boje. Pregled Zaključci pregled Zaključujemo da chromoendoscopy se može primijeniti u MGCE i poboljšava sluznice i lezija vidljivost. Sustavno vrednovanje pruža važne informacije o odgovarajućoj koncentraciji bojenja. Međutim, i dalje životinja i ljudi in vivo studije su potrebne. Pregled Ključne riječi pregled metilenskog modrila Indigo karmin Bojenje Pozadina pregled, iako incidencija i smrtnost se smanjuje, rak želuca s 738.000 slučajeva u svijetu u 2008. godini je drugi najsmrtonosniji probavni neoplazme u svijetu [1]. Intestinalne metaplazije i displazije su preteče raka [2]. Identifikacija tih lezija i praćenje oboljelih pacijenata može dovesti do rane dijagnoze i liječenja, i na taj način povećati preživljavanje pacijenta [3, 4]. Ezofagogastroduodenoskopija (EGD) je najčešći postupak za dijagnostiku i liječenje. Međutim, za otkrivanje metaplazije i displazije konvencionalne EGD karakterizira niska sporazum među promatračima i slabe povezanosti s histopatološke nalaza [5, 6].
Različite tehnike su dostupni za povećanje i isticanje sluznicu nepravilnosti i za povećanje vidljivosti struktura koje leže ispod površine sluznice. Najvažnije metode uključuju uskom rasponu imaging, konfokalne laserske endomicroscopy, uvećanja endoskopiju, optičke koherentne tomografije i chromoendoscopy [7-10]. Ove tehnike su često u odnosu jedni protiv drugih, ili u kombinaciji u smislu njihovog utjecaja u dijagnostičke točnosti (primjerice u [11, 12]). No bitna razlika između chromoendoscopy i svi natječu tehnike leži u nedostatku za dodatnim hardverom. Chromoendoscopy zahtijeva nikakve izmjene hardvera sustava slika sama.
Nadalje, chromoendoscopy u EGD i kolonoskopija je pokazala da značajno poboljšati vidljivost sluznice nepravilnosti, kao i metaplazije i displazije [13]. Chromoendoscopy sastoji se od lokalne primjene različitih mrlja za poboljšanje vidljivosti tkiva, lokalizacija i karakterizaciju u svrhu boljeg dijagnoze. Chromoendoscopy obično sastoji se od četiri koraka za apsorpcijskim mrlje i tri koraka za kontrast mrlja: (1) primjena kiselog otopinom da se otopi želučane sluzi, (2) lokalna primjena mrlja, (3) (samo za apsorpcijskim mrlja) ispiranjem Dotični područje vodom i (4) vizualni pregled od obojenog područja za dijagnostičke svrhe. U (1) - (3) primjena boje vrši se lokalno pomoću radni kanal endoskopa i različitih kateteri za raspršivanje (direktna metoda), pod vizualnim vodstvom endoskopa. Za kolonoskopija pasivne primjene mrlja s kapsula boja praška ispunjen je također izvijestio [14, 15]. U tom postupku je kapsula s bojom praha dati pacijentu nakon davanja crijeva čišćenja otopine kao što je PEG. Između boje uprave i kolonoskopija ispitu je potrebno vrijeme čekanja. Primjena boje u jutro i ispitivanje u popodnevnim satima bio prijavljen kao dovoljno dugog vremenskog perioda [14]. Iako je pronađen postupak biti izvedivo, poteškoće su zabilježene zbog nehomogene primjenu mrlja [16]. Oralna primjena boje za pregled želuca bez kateter za prskanje (indirektna metoda) opisana je u [15, 17]. Pregled Nedavno različiti pristupi za magnetski vođene endoskopa kapsula (MGCE) za želuca i tankog crijeva ispita predstavljeni su [18-23]. U kliničkoj studiji na ljudima, MGCE pokazali izvedivost želuca istraživanja s vođenim kapsula endoskop [18, 19]. U ovom specifičnom studiji želudac se napuni vodom, a kapsula je upravljao izvana pomoću vanjskog magnetskog polja. Zračni prijevoznik mogao kontrolirati kretanje kapsule tijekom ispitivanja pomoću povratne informacije od realnom vremenu želučane slike koje dva senzora kapsula fotoaparata. Dakle, mogao je dobiti dovoljan broj trbuh na površini slike s dijagnostičke vrijednosti.
Očekujemo da poznate teškoće u dijagnostici neoplazije, u vezi dogovora među promatračima u konvencionalnom endoskopije, prenijeti na MGCE. MGCE bi, dakle, imati koristi od chromoendoscopy na isti način na klasični endoskopija radi. Međutim, u odnosu na izravnu primjenu mrlja u EGD i većine kolonoskopija postupaka u MGCE samo posredni program je moguće. Bez kiseline priprema i pranje sluznice želuca je moguće. Osim toga, voda u kojoj se upravljao je kapsula, ne smije biti obojen u količinama koje smanjuju ukupnu vidljivost. Konkurentski metode kao što su uski-band slike u dijagnostici kolorektalnog neoplazije su teško integrirati u endoskopske kapsule [11]. Nadalje, kao iu mnogim endoskopskih tehnika još nije utvrđeno točno utjecaj chromoendoscopy i tehnički detalji [24, 25]. Na primjer, u literaturi ([5, 26, 27]) može se naći tri različite koncentracije metilenskog modrila i vremena primjene za ispitivanje želuca neoplazme. Potraga za optimalnu koncentraciju za postupak bojenja u životinjskih i ljudskih suđenja je prijavljen nekoliko puta, ali bez podrške temeljite analize. U [28] optimalnu koncentraciju bojenje za simultano Osnove optike laserskog endomicroscopy i chromoendoscopy krezil violet se ocjenjuje mices, ali bez objektivnog kriterija. U [29] optimalna koncentracija bojenje za endocitoskopija pristupljeno u ex-vivo životinjske studije u kojoj je ispitano svježe resected svinjski jednjaka, želuca i debelog crijeva. kontrast slike i status bojenje su ocijenjeni od strane stručnjaka za svaki organ za određivanje najboljeg koncentraciju. Rezultati su prebačeni u resected ljudskih organa. Problem nedostaje sustavne studije za klasične chromoendoscopy u želucu transfere MGCE i postaje sve teže kroz izazove neizravnom primjenom mrlja.
U ovom radu procijeniti moguću primjenu chromoendoscopy na MGCE u ex-vivo studija životinja. Prvo, predlažemo Modifikacija protokola pripreme MGCE kako bi se ugradile postupak bojanja za chromoendoscopy. Drugo, dajemo metodu za sustavno procijeniti optimalnu koncentraciju boje za modificiranje predložene protokola. Optimizacija se izvodi u eksperimentima koji koriste uzorci svinja tkivu želuca i u odnosu na najbolje vidljivosti tkiva različitih histološkom ili patološke prirode. Treće, prijenos tih rezultata na ex-vivo svinja želuca eksperimenta pod magnetskom vodstvom endoskopske kapsule. Ovi eksperimenti treba odrediti: a) ukupna pod-vodom vidljivost nakon predloženih pasivne bojenje protokola; i b) sluznica i lezija vidljivost s optimiziranim koncentracije bojila.
Magnet smjernice je tehnički sličan onom koji se koristi za ljudsku studiji [18, 19]. Svi navigacijske funkcije te studije su također dostupni u našoj postava. Sustav je zajednički razvoj SIEMENS zdravstva i Olympus Medical Systems Corp. Njegove glavne komponente su: (1) magnet smjernice koje se sastoji od niza elektromagnetskih zavojnica definiraju radni volumen i omogućuje operateru da kontrolira kapsula endoskop s 5 stupnjeva slobode (DOF). Magnetska je gustoća toka ima najviše 100 millitesla. (2) kapsula endoskop dužine 31mm proizveden od strane Olympus Medical Systems Corp. sa graditi-in permanentnog magneta i dva CCD kamere svaki prijenos 2 slika u sekundi u realnom vremenu na vanjski prijemnik priključen na tijelo pacijenta. (3) zaslon koji pokazuje kapsula slike na operatera. (4) Skup joysticka koji omogućuje operateru da manevar kapsulu u želucu. Orijentacija elektromagnetskog polja (EM) usmjerava kapsula u želucu. EM polje zajedno s EM gradijenta polja generiraju sile na kapsule endoskopa manje od 1 millinewton. To su dovoljni za translacijske pokreta. Više detalja o hardvera i softvera dizajna magneta za navođenje može se naći u [30]. Smjernice čahure vrši se temelji na stvarnom vremenu slike koje se nalaze u endoskopske kapsule unutar svinjskog želuca.
U [31] je studija svinja želudac je predstavljen na poboljšanju sluznice vidljivost u MGCE uporabom metilen plavo. Ova studija je bila ograničena na samo nekoliko slučajeva i jednom bojom. Magnetska steerability simuliran je samo pomoću plastičnog potporu i nije bilo sustavno vrednovanje optimiziranim koncentracije bojila prije pokusa. Dok je u ovom radu je magnetsko steerability je postignut s magnetom kapsule usmjeravanja. Istraživanje je provedeno s velikim brojem svinja želucima i dovodi do sustavnu procjenu dvije optimalne vrste boja.
Metode pregled modifikaciju pripreme protokola za MGCE pregled utvrđenom protokolu priprema se koristi za postojeće ljudske MGCE studija s 43 pacijenata sastoji se od tri uprava vodi iz slavine prije ispita: [18, 19] pregled Postojeći protokol pripreme MGCE pregled E.1 500 ml bistre vode na sobnoj temperaturi jedan sat i 15 minuta prije ispita a nakon noći posta. pregled, E2 400 ml bistre vode na sobnoj temperaturi 15 minuta prije početka ispita, nakon čega slijedi lakih vježbi. pregled E.3 400 ml bistre vode u blizini tjelesne temperature, neposredno prije ispita .
Sve aplikacije su dati usmeno. Koraci E.1 i E.2 prvenstveno su namijenjeni za čišćenje želuca. Korak E.3 cilj širenje želuca kako bi se dobilo dovoljno prostora za da se kapsula manevrirati i za potpuno vidljivost sluznicu želuca, bez želučane nabora preklapaju jedna drugu i konačno skrivanje relevantnih sluznicu dijelova. Korak E.3 ne mogu se mijenjati, budući da je ključno za vodstvo kapsule unutar želuca. Očekujemo da se voda može obojiti u tolikoj mjeri da je opća vidljivost je smanjena kada se mrlja izravno se primjenjuje prije E.3. Stoga predlažemo da stane bojenja korak između koraka E.1 i E.2 postojećeg protokola pripreme. Kako bi se provela daljnje eksperimente sa životinjama fantomi sljedeći protokol se donosi za svinjskim trbusima: pregled modificiranom protokolu priprema MGCE za svinjsku želuci
M.1 2000 ml bistre vode na sobnoj temperaturi da se prazni iz želuca odmah nakon primjene. Svrha ovog koraka je i dalje čišćenje želuca od sluzi i /ili preostalog jela.
M.2 100 ml boje, nakon čega slijedi 5 minuta masaže i gnječenje želudac za simulaciju peristaltic kretanje, a nakon pražnjenja želudac od boje. Ovaj korak se odnosi na boju za zidove želuca. Masaža i gnječenje želudac simulira peristaltic pokretima i izvodi se pod pretpostavkom da je boja će se, naravno, razasute po svim anatomske dijelove želuca u prirodnom slučaju. Simulacija probavni peristaltiku putem masaže u vrećice ili remenice sustav za stvaranje peristaltic gibanje u mehaničkom modelu želuca je objavljeno u [32, 33].
M.3 500 ml bistre vode na sobnoj temperaturi, koja ostaje u želucu 5 minuta i nakon toga se prazni. Ovaj korak je sličan E.2 standardnog MGCE postupak, ali ovaj put to je također raspršuje preostale boje.
M.4 2000 ml bistre vode u blizini tjelesne temperature, neposredno prije ispita (istu svrhu kao E.3 ).
Svi programi provode se kroz jednjak i namjeravaju simuliraju oralni primjenu vode i boje. Koristeći kombinaciju vode, kako bi proširili želudac, i boja istovremeno pretpostavlja da je nespojivo s MGCE jer je vidljivost kapsule će pokvariti. Pražnjenje obavlja blagim pritiskom želudac i imitira evakuaciju sadržaja želuca u tanko crijevo. Količina vode za pranje i širenje želuca (korak M.1 i M.4) je postavljen na veće vrijednosti zbog veće veličine svinjski želudac. Pregled Ciljne lezija i lezija imitacije pregled za procjenu prednosti od chromoendoscopy u MGCE predložena metoda testirana na zdravoj sluznici i maligne lezije imitacije. Lezije mogućeg ranog rakom želuca (EGC) podijeljene su u 3 glavne kategorije: strše (0-I), a ne strše i ne-iskopano (0-II), iskopani (0-III) sa svakim od tih vrsta imaju višestruke podmornicu -types [34]. Dvije vrste lezija smatraju kako bi se procijenili prednosti chromoendoscopy s predloženim modificiranom protokolu: pseudopolyps simulirati izbočeni (0-LP) lezija i ne viri malo deprimiran lezije tipa 0-IIc. U [35] opisan je postupak za izradu pseudopolyp pomoću ezofagealnog varičela podvezivanja uređaja. Koristili smo sličan pristup, ali zaposleni šav za obavljanje vezanje na sluznicu želuca kako bi se stvorili pseudopolyp. Za simuliranje 0-IIc ne strše lezija 10% -tne otopine HCl se primjenjuje na sluznicu želuca za 15 sekundi i isprati s vodom. Osam primjer slike (četiri od 0-LP a četiri od 0-IIc) od stvorenih lezije imitacija prikazani su na slici 1. Slika 1 lezija imitacije: Slika 1 (a): Četiri primjere ne-strše malo-depresivni lezije (0 -IIc) oblikovana s tamnim linijama, Slika 1 (B): Četiri primjeri pseudopolyps (označen strelicom) za simulaciju izbočeni lezija (0-lP) pregled mrlje pregled tijekom EGD ili kolonoskopija, različite mrlje se koriste. za chromoendoscopy. Oni su klasificirani kao absorptive, kontrasta, odnosno reaktivni [24]. U našim pokusima upotrebljavamo apsorpcije mrlja (metilen plavo) i kontrasta mrlja (indigo karmina). Metilenskog modrila, apsorbira u određenim vrstama stanica i naglašava, dakle, kroz preferencijalne apsorpcije. Indigo karmin ne upija i naglašava sluznicu mehaničkim udruživanjem u cervices između epitelnih stanica, masnoće ili depresivnih lezija i drugih nepravilnosti. Lezije imitacije tipa 0-IIc (rani rak želuca) su obojene sa indigo karmina na način opisan u [36]. . Za bojenje fino detaljima sluznica metilenskog modrila koristi pregled Visual kriterije optimalnu koncentraciju mrlja
A postupak bojenja za chromoendoscopy u MGCE ima dodatne izazove u odnosu na klasične chromoendoscopy uključuje fleksibilno endoskop: Lokalna primjena mrlja kako se koristi u EGD i kolonoskopija nije moguća u MGCE, niti je kiselina priprema sluznicu ili ispiranjem želuca sluzi nakon aplikacije mrlja. Optimalna koncentracija boja je kvantitativno i sustavno procjenjivati ​​i dalje primjenjuje u predloženom modificiranom protokolu. U tu svrhu, veliki broj slika iz uzorka sirovog tkivu želuca oboji s različitim koncentracijama za bojenje, kako bi se odredilo optimalnu koncentraciju bojanje (vidjeti slike 2 i 3). Budući da smo otkrili da je jednostavan vizualni pregled nije dovoljan da bi se točno procijeniti optimalnu koncentraciju mrlja, definirali smo dvije objektivne vizualne parametre za procjenu koncentracije primjenjuje na zdravoj sluznici i 0-IIc lezije imitacija: Slika 2 metilen plavo bojenje: Svinja želuca zakrpe koje proizlaze iz različite želuci obojeni s koncentracijom od 0% do 1,4% metilenskog modrila. (A): nema bojanja, (B): 0.2%, (C): 0,4%, (D): 0,6%, (E): 0.8% (F): 1% (G): 1,2%, ( H): 1,4%. Slika 2 x 2 cm svinjskog želuca zakrpe su ošišan do 1,8 x 1,8 cm.
Slika 3 Svinja želuca zakrpe s lezije imitacija bojen s različitim koncentracijama indigo karmina. (A) bez bojanja, (B) 0.2%, (C) 0.4%, (D) 0,6%, (E) 0.8% (F) 1%. Non-strše malo-depresivni lezije (0-IIc) su oblikovana s crvenim obrise. Slika 2 x 2 cm svinjskog želuca zakrpe su ošišan do 1,8 x 1,8 cm pregled 1. Lezija za pozadinu kontrasta. Kontrast slike se može definirati kao kvantitativne razlike u pogledu boje i intenziteta, između nekoliko susjednih prostornih slika regije ili objekte u sliku. Za endoskopske slike kontrast može se tumačiti kao lokalne kvalitativne razlike u boji i /ili intenziteta između susjednih patološke i zdravog tkiva. Optimalna koncentracija mrlja za vizualizaciju lezije će, dakle, biti određen koncentracijom vodi do maksimalnog kontrasta između patoloških i zdrave sluznice. Chromoendoscopy ima za cilj unaprijediti ovaj kontrast koliko god je to moguće po primijenjenoj boja i odgovarajućih promjena u bojanje različitih tipova sluznice. Mi dodijeliti brojčanu ocjenu sam pregled, <sub>c pregled koji se neformalno se može definirati kao prosječni kontrast između lezija tkiva i zdravog tkiva.
Za proračun kontrast rezultatom sam
c
dvije regije R pregled, l
i R pregled, h pregled definirani za tu regiju slike s lezijama i zdravog tkiva respektivno. Od kontrasta na slici se može opisati kao kvantitativne razlike između različitih slikovnih regija. Mjerenje kontrasta sam pregled, c pregled između obje regije, dakle, može biti označuje kao I
c pregled = pregled g pregled (pregled R pregled l pregled ) pregled - pregled g pregled (pregled R pregled h pregled ) pregled (1) gdje je g pregled (·) odnosi se na konverziju sivih tonova izvorne boje slike. Da biste izračunali takav kontrast rezultat, za svaku sliku dvije regije R pregled, l pregled i R pregled, h pregled su ručno izabran unutar regije s lezijama i zdravog tkiva. Ovaj proces označavanja ne segmentu točnu granicu između zdravog i bolesnog tkiva. Priručnik segmentacija je uvijek predmet stručnjaka. Još značajnije točna podjela je relativno nevažno, u odnosu na ukupnu kontrast između dvije slike regija. Stoga predstavlja područje segmentacija točan nije potrebno. Slika 4 prikazuje jedan primjer ručno segmentnog regije bolesnog tkiva. Vrijednost na sliku sive skale nalazi između 0 i 255. Stoga je ocjena za lezija-u-pozadini Suprotno bi biti između tih dviju vrijednosti, gdje bi mala vrijednost podrazumijevaju slabu kontrasta i visoke vrijednosti bi ukazivale na sliku s visokim kontrast između lezije i pozadine. U [29] je takav pristup bio definiran odrediti optimalan kontrast između citoplazme i jezgre za endocitoskopija. Slika 4 metodom obilježavanja primjer: Slika 2 (A): bez naljepnice. Slika 2 (B): Regija segmentirani bolesno tkivo je omeđen crvenom linijom. Točke na crvene linije pokazuju ručno odabrane segmentacije bodova
2. Globalna teksturu varijance. Različiti mjerenja teksture, poznati su iz računalnog vida u cjelini, a posebno iz medicinske obrade slika u svrhu automatske segmentacije, klasifikacije ili sadržaja na temelju Preuzimanje slika [37, 38].
sliku tekstura se može opisati kao mjera prostornog uređenja i distribuciju intenziteta i /ili boje u slici. U okviru ovih aranžmana i distribucija varijanca može mjeriti. Za slike u endoskopije to može biti globalna kvantitativna razlika u boji i /ili intenziteta između tkiva različitih histološkom ili patološke prirode i varijance intenziteta /boja između tih tkiva područja. Slika koja pokazuje visoku teksturu je slika s dosta prepoznatljivih varijacije intenziteta /boja. Ako u isto vrijeme slika pokazuje visok odstupanje između tih slika regijama prevodimo to slika s visokim teksture varijance. Chromoendoscopy ima za cilj poboljšati globalnu teksture varijance naglašavajući područja tkiva na želučane sluznice s različitim karakteristikama što je moguće jasnije. Optimalna boja bi, dakle, maksimalno povećati zapravo postoje različita područja tkiva da bi zbog visoke varijance za razliku između tih različitih tekstura.
Popularna značajka opisati teksturu je lokalna binarni uzorak (LBP) [39]. Ova metoda je široko primjenjuje u medicinskoj obradi slike, te je, među ostalim varijacijama, produljen je kvantificirati globalnu teksture varijance slike [40]. Mi dodijeliti brojčanu rezultat v
na pregled, r Netlogu (R
, N
) g pregled koji se neformalno se može definirati kao kontrast varijance slike teksture.
proračun v
na pregled, r
(R
, N
) g pregled je sljedeći: osnovni princip LBP je diskretna karakterizacija piksela susjedstvu , Svaki piksel na slici dodjeljuje se vrijednost, ovisno o tome kako se to odnosi na susjednim piksela u trajanju od intenziteta. U susjedstvu se obično definira s dva parametra, a to su broj piksela uzeti u obzir i udaljenost između središnje piksela i njezinih susjeda. U LBP susjedi su raspoređeni u krug oko jednog središnjeg piksela, a time i udaljenost može se jednostavno definirati radijus kruga. Svaki piksel ovog kruga dodijeljena vrijednost 0, ako je intenzitet manji intenzitet središnjeg piksela i vrijednosti 1, ako je vrijednost intenzitet veći od središnjeg piksela. Za središnji piksel sa 8 susjeda koji bi mogli dovesti, na primjer, u 8-znamenkasti binarni broj koji vodi na izvorni naziv linearnog binarni uzorak. Binarna LBP uzorak na centar piksela p Netlogu c
na poziciji (c pregled x pregled, c pregled y pregled) s N
susjedi piksela p
n pregled na radijus R Netlogu stoga se može opisati kao LBP (
R
pregled N pregled ) pregled (pregled c pregled x pregled pregled c
y pregled ) pregled = pregled Σ pregled ja
= pregled 1 pregled N pregled b
(pregled p pregled n pregled (pregled ja
) pregled - pregled p pregled c pregled x pregled pregled c pregled y pregled ) pregled × pregled 2 pregled, N pregled (pregled d pregled →</sub>