A aplicação da cápsula endoscópica de alta definição controlada remotamente no exame da bexiga canina

Aqui, apresentamos um protocolo para examinar a bexiga canina usando um endoscópio de cápsula de alta definição, implantado cirurgicamente e manobrado para capturar imagens da parede da bexiga e da dinâmica da micção. O procedimento oferece insights para o desenvolvimento de estudos urodinâmicos precisos.

Este estudo investigou a viabilidade e as potenciais aplicações da cápsula endoscópica para exame da bexiga usando um modelo canino. Três cães adultos machos da raça Beagle foram submetidos ao implante cirúrgico de cistoscópios de cápsula e foram divididos em três grupos, cada grupo com um Beagle: Grupo A (Beagle A) permaneceu em posição supina fixa por 8 h, Grupo B (Beagle B) moveu-se livremente por 8 h e Grupo C (Beagle C) teve posições ajustadas manualmente (deitado, supino, agachado) por 20 min cada. Os endoscópios de cápsula implantados funcionaram com sucesso em todos os cães. O grupo A capturou principalmente imagens da base da bexiga (6 h 27 min). O grupo B adquiriu imagens do colo e da base da bexiga (7 h 12 min), incluindo visualização dinâmica do colo vesical, fossa prostática e esfíncter uretral externo durante a micção natural. O grupo C produziu imagens do colo vesical, base e ápice (56 min). Os achados deste estudo demonstram a capacidade da cápsula endoscópica de fornecer imagens dinâmicas e de alta qualidade da parede da bexiga canina e sugerem seu potencial para desenvolver avaliações precisas e urodinâmicas.

A cistoscopia transuretral, uma ferramenta diagnóstica comum em cirurgia urológica, é amplamente utilizada clinicamente não apenas como um método confiável para o diagnóstico do câncer de bexiga, mas também como um importante meio de tratamento e acompanhamento pós-operatório¹. No entanto, o exame cistoscópico tradicional, seja rígido ou flexível, muitas vezes causa desconforto aos pacientes e pode levar a complicações como danos uretrais e infecção retrógrada². Além disso, os testes urodinâmicos tradicionais, ao perturbarem a atividade fisiológica normal do trato urinário e as atividades mentais e psicológicas dos pacientes, inevitavelmente introduzem certos erros nos resultados ^3,4,5. Assim, o desenvolvimento de um método diagnóstico miniaturizado, confortável, livre de pontos cegos e mais preciso representa uma direção futura para o avanço da cistoscopia.

A cápsula endoscópica, também conhecida como endoscopia sem fio, tem sido amplamente aplicada em exames gastrointestinais, oferecendo benefícios como conveniência, indolor, ausência de infecção cruzada e nenhuma interrupção nas atividades normais do paciente. A aquisição indolor de dados abrangentes de imagem do trato gastrointestinal por meio de cápsula endoscópica tornou-se um método padrão ^6,7,8. Dado que a bexiga é um órgão oco conectado ao ambiente externo através da uretra, uma cápsula de tamanho apropriado pode ser introduzida na bexiga através da uretra.

Com base nisso, propomos o conceito de um cistoscópio de cápsula e exploramos suas vantagens e potenciais aplicações como uma nova ferramenta de diagnóstico por meio de experimentos com animais, fornecendo assim novos insights para o desenvolvimento futuro da tecnologia de endoscopia por cápsula. Nesse contexto, levantamos a hipótese de que o cistoscópio da cápsula pode obter imagens intravesicais claras e capturar mudanças dinâmicas de diferentes estruturas durante o processo fisiológico de micção, fornecendo informações para o desenvolvimento de testes urodinâmicos mais precisos. Isso poderia minimizar o desconforto do paciente no futuro e expandir as indicações para exames cistoscópicos.

Esta pesquisa foi aprovada pelo Comitê de Ética Médica do Hospital Kunshan Afiliado da Universidade de Jiangsu, aderindo estritamente às Diretrizes para a Ética e Bem-Estar de Animais Experimentais. O número do documento de aprovação ética é 2021-06-008-K01.

1. Assuntos

1. Use três Beagles machos adultos saudáveis para o estudo. Divida-os aleatoriamente nos grupos A, B e C, com um cão por grupo.
2. Critérios de inclusão: Incluir animais com 24 meses de idade, aproximadamente 12 kg de peso e livres de doenças cardiovasculares, renais e outras condições crônicas.
3. Critério de exclusão: Excluir animais que tenham sido submetidos a qualquer tratamento medicamentoso recebido dentro de uma semana antes do experimento.

2. Materiais experimentais

1. Realize exames da bexiga usando um sistema de cápsula endoscópica, incluindo uma cápsula inteligente de alta definição, um gravador de imagem e uma estação de trabalho. O endoscópio de cápsula mede aproximadamente 11 mm × 25 mm, captura imagens a 2 quadros por segundo (FPS), opera por 8 a 10 h e pode transmitir cerca de 60.000 quadros.

3. Desenho experimental

1. Preparo pré-operatório
   1. Jejue o cão Beagle por 8 h e retenha água por 2 h antes da cirurgia.
   2. Administre ampicilina (22 mg/kg) por via subcutânea 30 minutos antes da cirurgia como antibiótico profilático.
   3. Remova os pelos da face medial do membro anterior esquerdo e do abdômen inferior usando uma tesoura. Limpe o local da cirurgia com solução salina estéril e seque com gaze estéril. Desinfete o local cirúrgico com iodopovidona.
   4. Coloque um cateter intravenoso de 20 G na veia cefálica do membro anterior esquerdo. Prenda o cão Beagle na mesa de operação.
2. Anestesia
   1. Monitore os sinais vitais. Administrar cloridrato de dexmedetomidina (0,005 mL/kg) por via intravenosa para sedação, seguido de propofol (1,0 mL/kg) para indução anestésica.
   2. Insira um tubo endotraqueal de 8 mm na traqueia usando um laringoscópio. Confirme a colocação correta por ausculta e prenda o tubo com fita adesiva.
   3. Conecte o cão Beagle a uma máquina de anestesia veterinária e mantenha a anestesia com 1,5% a 3% de isoflurano em oxigênio por inalação.
3. Implante de cápsula endoscópica
   1. Coloque o cão Beagle em decúbito dorsal e posicione o gravador de imagem nas proximidades.
   2. Desinfete a parte inferior do abdômen três vezes com iodopovidona e aplique campos cirúrgicos estéreis.
   3. Faça uma incisão longitudinal de 10 cm adjacente ao pênis usando um cabo de bisturi #3 e uma lâmina #10. Incisar a pele e os tecidos subcutâneos e dissecar sem rodeios os músculos abdominais. Levante e retraia o peritônio usando dois hemostáticos.
   4. Localize a bexiga e segure-a suavemente com uma pinça atraumática. Levante e prenda a bexiga para evitar danos.
   5. Faça uma incisão de 1 cm na bexiga.
   6. Remova o endoscópio da cápsula. Ligue o gravador de imagem à estação de trabalho utilizando o cabo USB (Universal Serial Bus) dedicado e, em seguida, prima sem soltar o botão para ligar/desligar no gravador de imagem durante 3 s para o ligar.
   7. Clique duas vezes no ícone OMOM Ove na área de trabalho da estação de trabalho. Digite o nome de usuário e a senha para fazer login no software da estação de trabalho. Clique em Adicionar paciente e insira as informações do Beagle e clique em Salvar.
   8. Na seção Informações do paciente do software da estação de trabalho, insira o número de série do endoscópio da cápsula e o número do canal para ativar a cápsula. Clique em Avançar e, em seguida, clique em Criar novo caso. Quando solicitado a formatar o dispositivo, selecione Sim.
   9. Verifique se o endoscópio da cápsula está funcionando corretamente. Clique em Visualização em tempo real para exibir as imagens do endoscópio da cápsula.
      NOTA: Em operação normal, a luz indicadora ACE no gravador de imagem e o LED na cápsula devem piscar de forma síncrona.
   10. Desinfete o endoscópio da cápsula com iodopovidona e coloque-o na bexiga.
   11. Feche a incisão da bexiga com uma sutura absorvível contínua 4-0. Feche as camadas da parede abdominal e, em seguida, feche a pele com uma sutura de seda 2-0. Transfira o cão Beagle para uma gaiola após a cirurgia. Durante a transferência, mantenha o gravador de imagem a menos de 1 m do cão Beagle para evitar a desconexão do endoscópio da cápsula.
4. Aquisição de imagem
   1. Prenda o gravador de imagem na parte superior da gaiola e garanta sua segurança.
   2. Clique no botão Configurações na estação de trabalho e selecione Reiniciar gravador de imagem para reativar o gravador de imagem e confirmar o status operacional e a conexão do cápsula endoscópio.
   3. Confine o Beagle A a uma gaiola de cachorro pequena por 8 h para manter a quietude. Deixe o Beagle B se mover livremente por 8 h.
   4. Faça com que o Beagle C mantenha as posições deitada, supina e agachada usando suporte físico suave e observe cada posição por 20 min, garantindo o conforto do animal e minimizando o sofrimento.
   5. Monitore e grave imagens da bexiga do Beagle C usando o gravador de imagens. Clique em Visualização em tempo real para acessar o feed de vídeo ao vivo da cápsula e, em seguida, clique no botão Iniciar gravação para iniciar a aquisição da imagem e no botão Parar gravação para encerrá-la. Depois de terem sido adquiridos dados suficientes, prima manualmente o botão para ligar/desligar no gravador de imagens para o desligar.
   6. Após aproximadamente 8 h, quando a luz indicadora ACT nos gravadores de imagem dos Grupos A e B parar de piscar por 10 minutos, conclua o exame e desligue os gravadores.
   7. Ao final do período experimental de 8 h para os Grupos A e B, após aquisição de imagens para o Grupo C, anestesiar novamente os cães seguindo os procedimentos descritos na seção 3.2.
   8. Remova cirurgicamente o endoscópio da bexiga através de uma cistotomia. Feche a bexiga e as incisões abdominais conforme descrito na secção 3.3.
      Permita que os cães se recuperem em gaiolas limpas e silenciosas com roupas de cama macias. Administre terapia anti-infecciosa e fluidoterapia conforme necessário.
   9. Conecte o gravador de imagem à estação de trabalho. Ligue o gravador de imagem e faça login no software da estação de trabalho. Clique em Revisão de caso; O sistema baixará automaticamente os dados da imagem. Salve os dados da imagem no disco rígido da estação de trabalho assim que o download for concluído.
   10. Analise os dados de imagem adquiridos.

Neste estudo, cada Beagle (n = 3) recebeu uma cápsula endoscópica implantada cirurgicamente em sua bexiga, e todos os animais demonstraram recuperação pós-operatória normal. Os cápsulas endoscópios funcionaram adequadamente e permaneceram em segurança dentro dos cães, conforme confirmado por exames de imagem (Figura 2). Sob controle remoto, os dispositivos capturaram imagens nítidas de todas as regiões anatômicas da bexiga em vários estágios, incluindo a cúpula, a parede posterior, a parede anterior, o pescoço e as paredes laterais direita e esquerda. No Beagle A, o endoscópio adquiriu imagens por 6 h e 27 min, principalmente da base da bexiga (Figura 2A). No Beagle B, o endoscópio obteve imagens por 7 h e 12 min, incluindo imagens do colo vesical em estado de repouso (Figura 2D), pós-micção (Figura 2H) e base da bexiga (Figura 2I). Este grupo capturou com sucesso as mudanças dinâmicas do colo da bexiga-fossa prostática - esfíncter uretral externo durante o processo fisiológico normal de micção dos cães. As principais observações foram: 1. A abertura do colo vesical no início da micção (Figura 2E). 2. Posteriormente, a expansão da fossa prostática seguida da abertura do esfíncter uretral externo para permitir o fluxo urinário (Figura 2F). 3. Após a micção, o esfíncter uretral externo fechou primeiro, seguido pela fossa prostática e, finalmente, o colo vesical (Figura 2G), marcando o fim da micção (o vídeo do processo fisiológico de micção coletado está disponível como Vídeo Suplementar 1). O Beagle C foi posicionado em decúbito ventral, supino e agachado por 20 min cada, totalizando 56 min de aquisição de imagens, incluindo imagens do colo vesical (Figura 2J), base (Figura 2K) e cúpula (Figura 2L).

Figura 1: Processo de inserção do endoscópio na bexiga. (A) A incisão e inserção do endoscópio da cápsula. (B) A ativação da cápsula. (C) A sutura da bexiga Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: Imagens obtidas da cápsula endoscópica e localização radiológica da cápsula endoscopia. (A) Imagem da base da bexiga no Grupo A (sangramento por sutura em bolsa). (B) Radiografia abdominal de um beagle do Grupo A mostrando a cápsula localizada dentro da bexiga. (C) Imagem de tomografia computadorizada de um beagle do Grupo A com a cápsula dentro da bexiga. (D) Imagem do colo vesical no Grupo B (estado de repouso). (E) Imagem do colo da bexiga de um beagle no Grupo B dilatando, iniciando a micção. (F) Imagem de um beagle no Grupo B mostrando a dilatação do colo da bexiga e da fossa prostática (G) Imagem de um beagle no Grupo B com o colo da bexiga fechado, marcando a conclusão da micção. (H) Imagem do colo da bexiga pós-micção no Grupo B. (I) Imagem da base da bexiga no Grupo B. (J) Imagem do colo da bexiga no Grupo C. (K) Imagem da base da bexiga média no Grupo C. (L) Imagem do ápice da bexiga no Grupo C. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Vídeo Suplementar 1: Vídeo do processo fisiológico de micção adquirido usando o endoscópio. Clique aqui para baixar este arquivo.

Nos últimos anos, com o avanço da tecnologia endoscópica, tanto os cistoscópios rígidos quanto os flexíveis têm sido amplamente aplicados na prática clínica. A aplicação convencional da cistoscopia rígida costuma ser complicada, com vários pontos cegos e traumas significativos. Os pacientes experimentam alto estresse psicológico durante o procedimento e podem sentir desconforto ou dor, bem como respostas fisiológicas, como aumento da frequência cardíaca, pressão arterial elevada e reações de estresse psicológico⁷. A cistoscopia flexível, por outro lado, oferece mais flexibilidade na operação, alivia o desconforto do paciente em comparação com a cistoscopia rígida e quase elimina os pontos cegos. No entanto, ainda traz desvantagens, incluindo o risco de infecção cruzada e suscetibilidade a danos⁹. Além disso, os exames cistoscópicos tradicionais não têm a capacidade de observação dinâmica prolongada do estado da mucosa vesical, dependendo muito da experiência individual do médico, o que pode levar a diagnósticos incorretos. Além disso, devido ao tempo de exploração limitado e ângulos de exploração restritos, a eficiência diagnóstica da cistoscopia tradicional precisa ser melhorada^10,11. Portanto, há uma necessidade clínica urgente de um método de exame conveniente e sustentável.

O implante e a recuperação da cápsula apresentam desafios significativos neste estudo. Os endoscópios de cápsula atualmente amplamente utilizados na prática clínica têm um diâmetro superior a 1cm. Em nosso experimento, o endoscópio de cápsula usado tem um diâmetro de 1,1 cm, que é mais largo do que a parte mais estreita da uretra de um Beagle. Portanto, um procedimento cirúrgico aberto foi adotado para o implante do endoscópio da cápsula. O diâmetro médio da uretra humana é de 5 a 7 mm para homens e 6 mm para mulheres sem dilatação, expandindo-se para 1 cm após a dilatação¹². A uretra exibe uma resistência ao fechamento, impedindo a passagem dos endoscópios de cápsula atualmente disponíveis para a bexiga. Consequentemente, a introdução e recuperação de um endoscópio de cápsula através da uretra requer um tamanho de cápsula menor. Observa-se que os cálculos uretrais posteriores podem ser expelidos da bexiga por pressão hidrostática, e pequenos cálculos podem ser passados pela uretra¹³. Inferimos que cápsulas suficientemente pequenas podem ser introduzidas na bexiga por meio de fluido ou cateter e expelidas com urina. No entanto, alcançar tamanhos tão mínimos com a tecnologia atual parece um desafio. Dado o pequeno tamanho necessário para endoscópios de cápsula, uma bateria de longa duração é desnecessária. Isso é apoiado pelos achados do Grupo C, onde a maioria das imagens da bexiga foi rapidamente adquirida pela mudança da posição do corpo do Beagle. Assim, reduzir o tamanho da bateria pode ser uma abordagem viável para diminuir o tamanho geral dos cistoscópios de cápsula no futuro. A tecnologia de carregamento sem fio também está avançando rapidamente em vários setores¹⁴. Além disso, se os desafios do tamanho da cápsula e da duração da bateria puderem ser resolvidos simultaneamente no futuro, seria possível deixar um endoscópio de cápsula na bexiga por longos períodos. Essa capacidade permitiria o monitoramento a longo prazo da recorrência e progressão da malignidade da bexiga, potencialmente poupando os pacientes do desconforto de exames cistoscópicos repetidos após a cirurgia de câncer de bexiga.

Neste experimento, três grupos, designados A, B e C, obtiveram um total de 24 h de dados de vídeo. A filmagem do Grupo A foi limitada a visualizações da base da bexiga; As filmagens do Grupo B incluíam vistas da base e do pescoço da bexiga, enquanto as imagens do Grupo C abrangiam vistas do pescoço, base e cúpula da bexiga. Esta análise foi realizada pelos seguintes motivos. Em endoscópios de cápsula padrão, a extremidade da câmera (extremidade frontal) é mais pesada que a extremidade traseira, que contém ar para garantir que a extremidade da câmera permaneça alinhada verticalmente com o solo quando em líquido. Isso foi evidenciado pelas imagens do Grupo A, que se alinharam consistentemente com a base da bexiga. O experimento do grupo B revelou que, na posição agachada, a câmera estava alinhada com o colo da bexiga e, na posição deitada, estava alinhada com a base da bexiga sem capturar imagens da cúpula da bexiga. No experimento do Grupo C, posicionando manualmente os cães em decúbito dorsal, as imagens da cúpula da bexiga foram capturadas com sucesso.

A comparação dos três grupos experimentais indica claramente que, quando os cães estão em seu estado natural, os endoscópios de cápsula padrão têm pontos cegos em sua faixa de observação, dificultando a captura de imagens completas. Ao alterar manualmente a posição do cão, a maior parte da parede interna da bexiga pode ser capturada. Para lidar com a limitação da incapacidade dos endoscópios de cápsula de se moverem de forma independente, as soluções atuais incluem sistemas de controle magnético e sistemas de hélice acionados por motor. A cápsula magnética foi projetada e desenvolvida pela Given Imaging e agora é amplamente utilizada em ambientes clínicos, superando a incapacidade do endoscópio de cápsula tradicional de capturar imagens completas do estômago¹⁵. A cápsula movida a hélice foi inicialmente desenvolvida pelo laboratório CRIM em 2009. Consiste em três partes: um controlador sem fio, uma bateria e um invólucro de suporte contendo quatro motores. Controlada sem fio, a cápsula pode se mover a velocidades de até 7 cm/s em um estômago cheio de líquido. Já foi comprovado que cápsulas endoscópicas equipadas com sistemas de assistência de movimento se movem em um estômago cheio de líquido e capturam mais de 75% dos dados de imagem¹⁶. Como a bexiga não possui peristaltismo e tem um ambiente interno mais estável em comparação com o estômago, esse sistema de assistência de movimento também pode ser aplicado às cápsulas da bexiga no futuro para obter dados de imagem mais abrangentes da bexiga.

Além de observar anormalidades da bexiga, a cistoscopia permite a recuperação de materiais patológicos usando fórceps de corpo estranho. Atualmente, os cápsulas endoscópios possuem apenas recursos de observação, sem meios para realizar biópsias ou intervenções terapêuticas. No entanto, o desenvolvimento futuro da cápsula endoscópica está se movendo progressivamente em direção a funcionalidades operacionais e terapêuticas. Em 2017, Son et ^al.17. introduziu um novo sistema de atuação magnética para cápsula endoscópica, que utiliza uma agulha fina e oca dentro da cápsula para perfurar e aspirar tecido para amostragem.

Neste estudo, o Beagle B foi submetido a uma cápsula endoscópica bem-sucedida, que capturou as alterações dinâmicas do colo da bexiga, uretra prostática e esfíncter uretral externo durante a micção. No início da micção, o colo vesical se abriu, seguido pela expansão da uretra prostática e, finalmente, o esfíncter uretral externo se abriu. Após a conclusão da micção, o esfíncter uretral externo fechou primeiro, depois a uretra prostática e, finalmente, o colo da bexiga. Isso representa a primeira observação das mudanças dinâmicas no complexo colo da bexiga-uretra prostática e esfíncter uretral externo em caninos. Acreditamos que isso é significativo para futuros estudos urodinâmicos, introduzindo novas abordagens. Desenvolvimentos futuros podem integrar sensores de pressão no endoscópio da cápsula. Durante sua expulsão pela uretra, podem ser obtidos dados dinâmicos de imagem e pressão de várias seções da bexiga e do trato urinário. Isso reduz a interferência com o trato urinário e alivia o estresse psicológico dos pacientes.

Este estudo demonstrou a viabilidade do uso da cápsula endoscópica para capturar imagens da bexiga canina, estabelecendo assim as bases para sua aplicação em avaliações urodinâmicas precisas. Ele destaca o potencial de monitoramento dinâmico de longo prazo em ambientes clínicos por meio da cistoscopia por cápsula. No entanto, as limitações incluem um pequeno tamanho de amostra e dependência de modelos caninos, o que pode limitar a aplicabilidade direta em humanos devido a diferenças fisiológicas nos sistemas urinários. Os desafios técnicos atualmente enfrentados pela cápsula endoscópica em exames de bexiga incluem miniaturização da cápsula, aumento da vida útil da bateria e refinamento dos mecanismos de controle. Além disso, a retenção prolongada da cápsula na bexiga pode afetar a dinâmica da micção, e observações extensas em vários ângulos podem gerar dados volumosos. No entanto, espera-se que os avanços contínuos em tecnologia e inteligência artificial superem esses obstáculos, aumentando a precisão e a viabilidade da cápsula endoscópica para avaliações da bexiga. Em última análise, esta pesquisa não apenas reduz a interrupção das funções normais do trato urinário durante os exames, mas também promove o avanço das tecnologias de diagnóstico. Isso pode revolucionar as estratégias de detecção precoce e tratamento de doenças da bexiga, oferecendo novos caminhos para a inovação médica e o atendimento ao paciente.

Os autores não têm nada a divulgar.

Financiamento: Este trabalho foi apoiado pelo Projeto Especial de Desenvolvimento de Ciência e Tecnologia de Kunshan (KS18062), pelo Projeto de Desenvolvimento de Ciência e Tecnologia Clínica da Universidade de Jiangsu (JLY20180110) e pelo Projeto de Educação Científica e Promoção da Saúde do Primeiro Hospital Popular de Kunshan (CXTD21-D02).

CONTRIBUIÇÃO DO AUTOR:
Yang Yuan concebeu o estudo, conduziu experimentos e redigiu o manuscrito. Leyi Liu analisou os dados. Dingli Hu e Shihao Zhang forneceram recursos críticos e ajudaram na interpretação dos dados. Bing Wang contribuiu para a revisão da literatura e edição do manuscrito. Yunlong Li, como autor correspondente, supervisionou a direção do projeto e a finalização do manuscrito. Todos os autores discutiram os resultados e aprovaram a versão final do manuscrito para publicação.

DISPONIBILIDADE DE DADOS:
Todos os dados gerados ou analisados durante este estudo estão incluídos neste artigo.