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Qui, presentiamo un protocollo per l'esame della vescica canina utilizzando un endoscopio a capsula ad alta definizione, impiantato chirurgicamente e manovrato per acquisire immagini della parete vescicale e delle dinamiche della minzione. La procedura offre spunti per lo sviluppo di studi urodinamici precisi.
Questo studio ha studiato la fattibilità e le potenziali applicazioni dell'endoscopia con capsula per l'esame della vescica utilizzando un modello canino. Tre cani Beagle maschi adulti sono stati sottoposti a impianto chirurgico di cistoscopi a capsula e sono stati divisi in tre gruppi, ogni gruppo con un Beagle: il Gruppo A (Beagle A) è rimasto in posizione supina fissa per 8 ore, il Gruppo B (Beagle B) si è mosso liberamente per 8 ore e il Gruppo C (Beagle C) ha regolato manualmente le posizioni (prono, supino, accovacciato) per 20 minuti ciascuno. Gli endoscopi a capsula impiantati hanno funzionato con successo in tutti i cani. Il gruppo A ha catturato principalmente immagini della base della vescica (6 h 27 min). Il gruppo B ha acquisito immagini del collo vescicale e della base (7 ore e 12 minuti), inclusa la visualizzazione dinamica del collo vescicale, della fossa prostatica e dello sfintere uretrale esterno durante la minzione naturale. Il gruppo C ha prodotto immagini del collo vescicale, della base e dell'apice (56 min). I risultati di questo studio dimostrano la capacità dell'endoscopia con capsula di fornire immagini dinamiche e di alta qualità della parete della vescica canina e suggeriscono il suo potenziale per lo sviluppo di valutazioni accurate e urodinamiche.
La cistoscopia transuretrale, uno strumento diagnostico comune in chirurgia urologica, è ampiamente utilizzata clinicamente non solo come metodo affidabile per la diagnosi del cancro della vescica, ma anche come mezzo importante per il trattamento e il follow-up postoperatorio1. Tuttavia, l'esame cistoscopico tradizionale, rigido o flessibile, spesso causa disagio ai pazienti e può portare a complicanze come danno uretrale e infezione retrograda2. Inoltre, i test urodinamici tradizionali, disturbando la normale attività fisiologica delle vie urinarie e le attività mentali e psicologiche dei pazienti, introducono inevitabilmente alcuni errori nei risultati 3,4,5. Pertanto, lo sviluppo di un metodo diagnostico miniaturizzato, confortevole, privo di punti ciechi e più accurato rappresenta una direzione futura per il progresso della cistoscopia.
L'endoscopia con capsula, nota anche come endoscopia wireless, è stata ampiamente applicata negli esami gastrointestinali, offrendo vantaggi come praticità, indolore, assenza di infezioni crociate e nessuna interruzione delle normali attività del paziente. L'acquisizione indolore di dati completi di imaging del tratto gastrointestinale attraverso l'endoscopia con capsula è diventata un metodo standard 6,7,8. Dato che la vescica è un organo cavo collegato all'ambiente esterno attraverso l'uretra, una capsula di dimensioni adeguate può essere introdotta nella vescica attraverso l'uretra.
Sulla base di ciò, proponiamo il concetto di cistoscopio a capsula ed esploriamo i suoi vantaggi e le sue potenziali applicazioni come nuovo strumento diagnostico attraverso esperimenti sugli animali, fornendo così nuove intuizioni per lo sviluppo futuro della tecnologia endoscopica a capsula. In questo contesto, ipotizziamo che il cistoscopio a capsula possa ottenere immagini intravescicali chiare e catturare i cambiamenti dinamici di diverse strutture durante il processo fisiologico di minzione, fornendo spunti per lo sviluppo di test urodinamici più accurati. Ciò potrebbe potenzialmente ridurre al minimo il disagio del paziente in futuro e ampliare le indicazioni per gli esami cistoscopici.
Questa ricerca è stata approvata dal Comitato Etico Medico dell'Ospedale Kunshan Affiliato dell'Università di Jiangsu, aderendo rigorosamente alle Linee Guida per l'Etica e il Benessere degli Animali da Esperimento. Il numero del documento di approvazione etica è 2021-06-008-K01.
1. Soggetti
2. Materiali sperimentali
3. Progettazione sperimentale
In questo studio, ogni Beagle (n = 3) ha ricevuto una capsula endoscopica impiantata chirurgicamente nella vescica e tutti gli animali hanno dimostrato un normale recupero post-operatorio. Gli endoscopi della capsula hanno funzionato correttamente e sono rimasti al sicuro all'interno dei cani, come confermato da studi di imaging (Figura 2). Sotto controllo remoto, i dispositivi hanno catturato immagini nitide di tutte le regioni anatomiche della vescica in varie fasi, tra cui la cupola, la parete posteriore, la parete anteriore, il collo e le pareti laterali destra e sinistra. Nel Beagle A, l'endoscopio ha acquisito immagini per 6 ore e 27 minuti, principalmente della base della vescica (Figura 2A). Nel Beagle B, l'endoscopio ha ottenuto immagini per 7 ore e 12 minuti, comprese immagini del collo vescicale in stato di riposo (Figura 2D), post-minzione (Figura 2H) e della base della vescica (Figura 2I). Questo gruppo ha catturato con successo i cambiamenti dinamici della vescica, del collo, della fossa prostatica e dello sfintere uretrale esterno durante il normale processo fisiologico di minzione dei cani. Le osservazioni chiave sono state: 1. L'apertura del collo vescicale all'inizio della minzione (Figura 2E). 2. Successivamente, l'espansione della fossa prostatica seguita dall'apertura dello sfintere uretrale esterno per consentire il flusso di urina (Figura 2F). 3. Dopo la minzione, lo sfintere uretrale esterno si è chiuso per primo, seguito dalla fossa prostatica e infine dal collo vescicale (Figura 2G), segnando la fine della minzione (il video del processo di minzione fisiologica raccolto è disponibile come Video supplementare 1). Il Beagle C è stato posizionato in posizione prona, supina e accovacciata per 20 minuti ciascuna, per un totale di 56 minuti di acquisizione delle immagini, comprese le immagini del collo vescicale (Figura 2J), della base (Figura 2K) e della cupola (Figura 2L).
Figura 1: Processo di inserimento dell'endoscopio nella vescica. (A) L'incisione e l'inserimento dell'endoscopio a capsula. (B) L'attivazione della capsula. (C) La sutura della vescica Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Le immagini ottenute dall'endoscopia della capsula e dalla localizzazione radiologica dell'endoscopio della capsula. (A) Immagine della base della vescica nel Gruppo A (sanguinamento della sutura del cordone della borsa). (B) Radiografia addominale di un beagle del Gruppo A che mostra la capsula situata all'interno della vescica. (C) Immagine TC di un beagle nel Gruppo A con la capsula all'interno della vescica. (D) Immagine del collo vescicale nel Gruppo B (stato di riposo). (E) Immagine del collo vescicale di un beagle del Gruppo B che si dilata e inizia la minzione. (F) Immagine di un beagle nel Gruppo B che mostra la dilatazione del collo vescicale e della fossa prostatica, l'apertura dello sfintere uretrale esterno, l'espulsione dell'urina e l'endoscopio della capsula che si muove verso il collo vescicale con il flusso di urina. (G) Immagine di un beagle nel Gruppo B con il collo vescicale chiuso, che segna il completamento della minzione. (H) Immagine del collo vescicale dopo la minzione nel Gruppo B. (I) Immagine della base vescicale nel Gruppo B. (J) Immagine del collo vescicale nel Gruppo C. (K) Immagine della base della vescica centrale nel Gruppo C. (L) Immagine dell'apice della vescica nel Gruppo C. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Video supplementare 1: Video del processo fisiologico di minzione acquisito utilizzando l'endoscopio. Clicca qui per scaricare questo file.
Negli ultimi anni, con il progresso della tecnologia endoscopica, sia i cistoscopi rigidi che quelli flessibili sono stati ampiamente applicati nella pratica clinica. L'applicazione convenzionale della cistoscopia rigida è spesso ingombrante, con numerosi punti ciechi e traumi significativi. I pazienti sperimentano un elevato stress psicologico durante la procedura e possono incontrare disagio o dolore, nonché risposte fisiologiche come aumento della frequenza cardiaca, pressione sanguigna elevata e reazioni psicologicheallo stress 7. La cistoscopia flessibile, d'altra parte, offre una maggiore flessibilità operativa, allevia il disagio del paziente rispetto alla cistoscopia rigida ed elimina quasi completamente i punti ciechi. Tuttavia, comporta ancora degli svantaggi, tra cui il rischio di infezioni crociate e la suscettibilità ai danni9. Inoltre, gli esami cistoscopici tradizionali non hanno la capacità di osservare dinamicamente e in modo prolungato lo stato della mucosa vescicale, facendo molto affidamento sull'esperienza individuale del medico, che può portare a diagnosi errate. Inoltre, a causa del tempo di esplorazione limitato e degli angoli di esplorazione ristretti, l'efficienza diagnostica della cistoscopia tradizionale necessita di ulteriori miglioramenti10,11. Pertanto, c'è un urgente bisogno clinico di un metodo di esame conveniente e sostenibile.
L'impianto e il recupero della capsula presentano sfide significative in questo studio. Gli endoscopi a capsula attualmente ampiamente utilizzati nella pratica clinica hanno un diametro superiore a 1 cm. Nel nostro esperimento, l'endoscopio a capsula utilizzato ha un diametro di 1,1 cm, che è più largo della parte più stretta dell'uretra di un Beagle. Pertanto, è stata adottata una procedura chirurgica aperta per l'impianto dell'endoscopio della capsula. Il diametro medio dell'uretra umana è di 5-7 mm per i maschi e di 6 mm per le femmine senza dilatazione, espandendosi fino a 1 cm dopo la dilatazione12. L'uretra mostra una resistenza alla chiusura, impedendo il passaggio degli endoscopi a capsula attualmente disponibili nella vescica. Di conseguenza, l'introduzione e il recupero di un endoscopio a capsula attraverso l'uretra richiedono una capsula di dimensioni più piccole. Si noti che i calcoli uretrali posteriori possono essere espulsi dalla vescica mediante pressione idrostatica e piccoli calcoli possono essere fatti passare attraverso l'uretra13. Ne deduciamo che capsule sufficientemente piccole potrebbero essere introdotte nella vescica tramite fluido o un catetere ed espulse con l'urina. Tuttavia, raggiungere dimensioni così minime con la tecnologia attuale sembra una sfida. Date le dimensioni ridotte richieste per gli endoscopi a capsula, non è necessaria una lunga durata della batteria. Ciò è supportato dai risultati del Gruppo C, in cui la maggior parte delle immagini della vescica sono state acquisite rapidamente modificando la posizione del corpo del Beagle. Pertanto, ridurre le dimensioni della batteria potrebbe essere un approccio praticabile per ridurre le dimensioni complessive dei cistoscopi a capsula in futuro. Anche la tecnologia di ricarica wireless sta avanzando rapidamente in vari settori14. Inoltre, se in futuro sarà possibile affrontare contemporaneamente le sfide delle dimensioni della capsula e della durata della batteria, sarà possibile lasciare un endoscopio a capsula nella vescica per periodi prolungati. Questa capacità consentirebbe il monitoraggio a lungo termine della recidiva e della progressione dei tumori maligni della vescica, risparmiando potenzialmente ai pazienti il disagio di ripetuti esami cistoscopici dopo l'intervento chirurgico per il cancro della vescica.
In questo esperimento, tre gruppi, designati A, B e C, hanno ottenuto un totale di 24 ore di dati video. Le riprese del Gruppo A erano limitate alla vista della base della vescica; Le riprese del Gruppo B includevano vedute sia della base che del collo della vescica, mentre le riprese del Gruppo C comprendevano vedute del collo, della base e della cupola della vescica. Questa analisi è stata condotta per i seguenti motivi. Negli endoscopi a capsula standard, l'estremità della telecamera (estremità anteriore) è più pesante dell'estremità della coda, che contiene aria per garantire che l'estremità della telecamera rimanga allineata verticalmente con il suolo quando è in un liquido. Ciò è stato evidenziato dal filmato del Gruppo A, che si allineava costantemente con la base della vescica. L'esperimento del Gruppo B ha rivelato che in posizione accovacciata, la telecamera era allineata con il collo della vescica e in posizione sdraiata, era allineata con la base della vescica senza catturare immagini della cupola della vescica. Nell'esperimento del Gruppo C, posizionando manualmente i cani in posizione supina, sono state catturate con successo le immagini della cupola della vescica.
Il confronto tra i tre gruppi sperimentali indica chiaramente che quando i cani sono nel loro stato naturale, gli endoscopi a capsula standard hanno punti ciechi nel loro campo di osservazione, rendendo difficile catturare immagini complete. Cambiando manualmente la posizione del cane, è possibile catturare la maggior parte della parete interna della vescica. Per ovviare alla limitazione dell'incapacità degli endoscopi a capsula di muoversi in modo indipendente, le soluzioni attuali includono sistemi di controllo magnetico e sistemi di propulsione a motore. La capsula magnetica è stata progettata e sviluppata per la prima volta da Given Imaging ed è ora ampiamente utilizzata in ambito clinico, superando l'incapacità del tradizionale endoscopio a capsula di acquisire immagini complete dello stomaco15. La capsula ad elica è stata inizialmente sviluppata dal laboratorio CRIM nel 2009. Si compone di tre parti: un controller wireless, una batteria e un guscio di supporto contenente quattro motori. Controllata in modalità wireless, la capsula può muoversi a velocità fino a 7 cm/s in uno stomaco pieno di liquido. È stato dimostrato che le capsule endoscopiche dotate di sistemi di assistenza al movimento si muovono in uno stomaco pieno di liquido e catturano oltre il 75% dei dati delle immagini16. Poiché la vescica manca di peristalsi e ha un ambiente interno più stabile rispetto allo stomaco, questo sistema di assistenza al movimento potrebbe essere applicato anche alle capsule vescicali in futuro per ottenere dati di imaging più completi della vescica.
Oltre a osservare le anomalie della vescica, la cistoscopia consente in modo importante il recupero di materiali patologici utilizzando pinze per corpi estranei. Attualmente, gli endoscopi a capsula possiedono solo capacità di osservazione, mancando dei mezzi per eseguire biopsie o interventi terapeutici. Tuttavia, lo sviluppo futuro dell'endoscopia con capsula si sta progressivamente spostando verso funzionalità operative e terapeutiche. Nel 2017, Son et al.17. Introduzione di un nuovo sistema di attuazione magnetica per l'endoscopia con capsula, che utilizza un ago sottile e cavo all'interno della capsula per perforare e aspirare il tessuto per il campionamento.
In questo studio, Beagle B è stato sottoposto con successo a un'endoscopia con capsula, che ha catturato i cambiamenti dinamici del collo della vescica, dell'uretra prostatica e dello sfintere uretrale esterno durante la minzione. All'inizio della minzione, il collo vescicale si è aperto, seguito dall'espansione dell'uretra prostatica e, infine, lo sfintere uretrale esterno si è aperto. Dopo la conclusione della minzione, lo sfintere uretrale esterno si è chiuso per primo, poi l'uretra prostatica e infine il collo della vescica. Questa rappresenta la prima osservazione dei cambiamenti dinamici nel complesso vescica, collo, uretra prostatica, sfintere uretrale esterno nei cani. Riteniamo che ciò sia significativo per i futuri studi urodinamici introducendo nuovi approcci. Gli sviluppi futuri potrebbero integrare i sensori di pressione nell'endoscopio a capsula. Durante la sua espulsione attraverso l'uretra, è possibile ottenere dati di imaging dinamico e di pressione da varie sezioni della vescica e del tratto urinario. Ciò riduce l'interferenza con il tratto urinario e allevia lo stress psicologico per i pazienti.
Questo studio ha dimostrato la fattibilità dell'utilizzo dell'endoscopia a capsula per acquisire immagini della vescica canina, ponendo così le basi per la sua applicazione in precise valutazioni urodinamiche. Evidenzia il potenziale per il monitoraggio dinamico a lungo termine in contesti clinici attraverso la cistoscopia con capsula. Tuttavia, le limitazioni includono una piccola dimensione del campione e la dipendenza da modelli canini, che possono limitare l'applicabilità diretta all'uomo a causa delle differenze fisiologiche nei sistemi urinari. Le sfide tecniche che l'endoscopia della capsula deve affrontare negli esami della vescica includono la miniaturizzazione della capsula, il miglioramento della durata della batteria e il perfezionamento dei meccanismi di controllo. Inoltre, la ritenzione prolungata della capsula nella vescica può influire sulla dinamica della minzione e ampie osservazioni multi-angolo potrebbero generare dati voluminosi. Tuttavia, si prevede che i continui progressi della tecnologia e dell'intelligenza artificiale supereranno questi ostacoli, migliorando la precisione e la fattibilità dell'endoscopia con capsula per le valutazioni della vescica. In definitiva, questa ricerca non solo riduce l'interruzione delle normali funzioni del tratto urinario durante gli esami, ma favorisce anche il progresso delle tecnologie diagnostiche. Ciò potrebbe rivoluzionare la diagnosi precoce e le strategie di trattamento per le malattie della vescica, offrendo nuove strade per l'innovazione medica e la cura dei pazienti.
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Finanziamento: Questo lavoro è stato sostenuto dal Kunshan Science and Technology Development Special Project (KS18062), dal Clinical Science and Technology Development Project (JLY20180110) dell'Università di Jiangsu e dal First People's Hospital of Kunshan's Scientific Education and Health Promotion Project (CXTD21-D02).
CONTRIBUTO DELL'AUTORE:
Yang Yuan concepì lo studio, condusse esperimenti e redasse il manoscritto. Leyi Liu ha analizzato i dati. Dingli Hu e Shihao Zhang hanno fornito risorse critiche e aiutato con l'interpretazione dei dati. Bing Wang ha contribuito alla revisione della letteratura e all'editing dei manoscritti. Yunlong Li, in qualità di autore corrispondente, ha supervisionato la direzione del progetto e la finalizzazione del manoscritto. Tutti gli autori hanno discusso i risultati e approvato la versione finale del manoscritto per la pubblicazione.
DISPONIBILITÀ DEI DATI:
Tutti i dati generati o analizzati durante questo studio sono inclusi in questo articolo.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
2-0 Silk suture | Ethicon Inc. (Beijing) | 20193021851 | |
20 G intravenous catheter | Shanghai Zhangdong Medical Technology Co., Ltd. | 383012 | |
4-0 absorbable suture | Ethicon Inc. (Beijing) | 20193021851 | |
8 mm endotracheal tube | Henan Yadu Industrial Co., Ltd. | Not applicable | |
Ampicillin | Chengdu Better Pharmaceutical Co., Ltd. | H19993625 | |
Animal anesthesia machine | Nanjing Suprex Medical Equipment Co., Ltd. | Not applicable | |
Animal ECG monitor | Smiths Medical (US) | Not applicable | |
Animal laryngoscope | Shanghai Maiben Medical Technology Co., Ltd. | Not applicable | |
Beagle | School of Agriculture and Biology, Shanghai Jiao Tong University | Not applicable | |
Gauze Sponges | Gauze Sponges | 13-761-52 | |
Isoflurane | Abbott Laboratories (Shanghai) | H20059911 | |
OMOM intelligent capsule endoscope | Chongqing Jinshan Science & Technology (Group) Co., Ltd. | NCG100 | |
Povidone-iodine solution | Chengdu Yongan Pharmaceutical Co., Ltd. | H51022885 | |
Propofol injection | Xi'an Libang Pharmaceutical Co., Ltd. | H19990281 | |
Scalpel blade | Shanghai Pudong Golden Ring Medical Supplies Co., Ltd. | 35Y1004 | |
Sterile normal saline | Shijiazhuang No.4 Pharmaceutical Factory | H20066533 | |
Surgical instruments | Johnson & Johnson Medical (Shanghai) | Not applicable | |
Dexmedetomidine hydrochloride | Jiangsu Hengrui Medicine Co., Ltd. | H20190407 |
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