Article Dans Une Revue Advanced Devices & Instrumentation Année : 2021

Videokapselendoskopie und einnehmbare Elektronik: Neue Trends bei Sensoren, Schaltkreisen, Materialien, Telemetrie, Optik und Software für schnelles Lesen

Video Capsule Endoscopy and Ingestible Electronics: Emerging Trends in Sensors, Circuits, Materials, Telemetry, Optics, and Rapid Reading Software

Videocápsula endoscópica y electrónica ingerible: tendencias emergentes en sensores, circuitos, materiales, telemetría, óptica y software de lectura rápida

Endoscopie par capsule vidéo et électronique ingérable : Tendances émergentes dans les capteurs, les circuits, les matériaux, la télémétrie, l'optique et les logiciels de lecture rapide

Endoscopia con capsula video ed elettronica ingeribile: tendenze emergenti in sensori, circuiti, materiali, telemetria, ottica e software di lettura rapida

Résumé

Eine sichere und bequeme Echtzeitüberwachung des Magen-Darm-Traktes ist für die Diagnose und Therapie vieler Erkrankungen wertvoll. In diesem Bereich erfasst unser Bericht die Trends bei einnehmbaren Kapselsystemen mit Schwerpunkt auf Hardware- und Softwaretechnologien, die für die Kapselendoskopie und die Fernüberwachung von Patienten verwendet werden. Wir stellen die Struktur und Funktionen des Magen-Darm-Trakts und die FDA-Richtlinien für einnehmbare drahtlose telemetrische medizinische Geräte vor. Wir untersuchen die fortschrittlichen Funktionen, die in einnehmbare Kapselsysteme integriert sind, wie z. B. Mikrorobotik, Closed-Loop-Feedback, physiologische Wahrnehmung, Nervenstimulation, Probenahme und Abgabe, Panoramabildgebung mit adaptiven Bildraten und Software für schnelles Lesen. Beispiele für experimentelle und kommerzialisierte Kapselsysteme werden mit Beschreibungen ihrer Sensoren, Geräte und Schaltkreise zur Überwachung der Magen-Darm-Gesundheit vorgestellt. Wir zeigen auch die jüngsten Forschungen zu biokompatiblen Materialien und Batterien, essbarer Elektronik und alternativen Energiequellen für einnehmbare Kapselsysteme. Die Ergebnisse aus klinischen Studien werden für die Bewertung von Schlüsselleistungsindikatoren in Bezug auf die Sicherheit und Wirksamkeit von einnehmbaren Kapselverfahren diskutiert. Abschließend werden die aktuellen Herausforderungen und Aussichten in Bezug auf die Gesundheitsrisiken, den klinischen Test- und Zulassungsprozess sowie die Technologieakzeptanz durch Patienten und Kliniker zusammengefasst.

Real-time monitoring of the gastrointestinal tract in a safe and comfortable manner is valuable for the diagnosis and therapy of many diseases. Within this realm, our review captures the trends in ingestible capsule systems with a focus on hardware and software technologies used for capsule endoscopy and remote patient monitoring. We introduce the structure and functions of the gastrointestinal tract, and the FDA guidelines for ingestible wireless telemetric medical devices. We survey the advanced features incorporated in ingestible capsule systems, such as microrobotics, closed-loop feedback, physiological sensing, nerve stimulation, sampling and delivery, panoramic imaging with adaptive frame rates, and rapid reading software. Examples of experimental and commercialized capsule systems are presented with descriptions of their sensors, devices, and circuits for gastrointestinal health monitoring. We also show the recent research in biocompatible materials and batteries, edible electronics, and alternative energy sources for ingestible capsule systems. The results from clinical studies are discussed for the assessment of key performance indicators related to the safety and effectiveness of ingestible capsule procedures. Lastly, the present challenges and outlook are summarized with respect to the risks to health, clinical testing and approval process, and technology adoption by patients and clinicians.

La monitorización en tiempo real del tracto gastrointestinal de forma segura y cómoda es valiosa para el diagnóstico y la terapia de muchas enfermedades. Dentro de este ámbito, nuestra revisión captura las tendencias en los sistemas de cápsulas ingeribles con un enfoque en las tecnologías de hardware y software utilizadas para la endoscopia de cápsulas y la monitorización remota de pacientes. Presentamos la estructura y las funciones del tracto gastrointestinal y las pautas de la FDA para dispositivos médicos telemétricos inalámbricos ingeribles. Examinamos las funciones avanzadas incorporadas en los sistemas de cápsulas ingeribles, como microrrobótica, retroalimentación de circuito cerrado, detección fisiológica, estimulación nerviosa, muestreo y entrega, imágenes panorámicas con frecuencias de cuadro adaptativas y software de lectura rápida. Se presentan ejemplos de sistemas de cápsulas experimentales y comercializados con descripciones de sus sensores, dispositivos y circuitos para el control de la salud gastrointestinal. También mostramos la investigación reciente en materiales y baterías biocompatibles, productos electrónicos comestibles y fuentes de energía alternativas para sistemas de cápsulas ingeribles. Los resultados de los estudios clínicos se analizan para la evaluación de indicadores clave de rendimiento relacionados con la seguridad y la eficacia de los procedimientos con cápsulas ingeribles. Por último, se resumen los desafíos y las perspectivas actuales con respecto a los riesgos para la salud, las pruebas clínicas y el proceso de aprobación, y la adopción de tecnología por parte de pacientes y médicos.

La surveillance en temps réel du tractus gastro-intestinal de manière sûre et confortable est précieuse pour le diagnostic et le traitement de nombreuses maladies. Dans ce domaine, notre examen capture les tendances des systèmes de capsules ingérables en mettant l'accent sur les technologies matérielles et logicielles utilisées pour l'endoscopie par capsule et la surveillance à distance des patients. Nous introduisons la structure et les fonctions du tractus gastro-intestinal, ainsi que les directives de la FDA pour les dispositifs médicaux télémétriques sans fil ingérables. Nous examinons les fonctionnalités avancées incorporées dans les systèmes de capsules ingérables, telles que la microrobotique, la rétroaction en boucle fermée, la détection physiologique, la stimulation nerveuse, l'échantillonnage et la livraison, l'imagerie panoramique avec des fréquences d'images adaptatives et un logiciel de lecture rapide. Des exemples de systèmes de capsules expérimentaux et commercialisés sont présentés avec des descriptions de leurs capteurs, dispositifs et circuits pour la surveillance de la santé gastro-intestinale. Nous montrons également les recherches récentes sur les matériaux et les batteries biocompatibles, l'électronique comestible et les sources d'énergie alternatives pour les systèmes de capsules ingérables. Les résultats des études cliniques sont discutés pour l'évaluation des indicateurs de performance clés liés à la sécurité et à l'efficacité des procédures de capsules ingérables. Enfin, les défis et perspectives actuels sont résumés en ce qui concerne les risques pour la santé, les essais cliniques et le processus d'approbation, ainsi que l'adoption de la technologie par les patients et les cliniciens.

Il monitoraggio in tempo reale del tratto gastrointestinale in modo sicuro e confortevole è prezioso per la diagnosi e la terapia di molte malattie. All'interno di questo ambito, la nostra recensione coglie le tendenze nei sistemi di capsule ingeribili con particolare attenzione alle tecnologie hardware e software utilizzate per l'endoscopia della capsula e il monitoraggio remoto del paziente. Introduciamo la struttura e le funzioni del tratto gastrointestinale e le linee guida della FDA per i dispositivi medici telemetrici wireless ingeribili. Esaminiamo le funzionalità avanzate incorporate nei sistemi di capsule ingeribili, come la microrobotica, il feedback a circuito chiuso, il rilevamento fisiologico, la stimolazione nervosa, il campionamento e la consegna, l'imaging panoramico con frame rate adattivi e il software di lettura rapida. Vengono presentati esempi di sistemi di capsule sperimentali e commercializzati con descrizioni dei loro sensori, dispositivi e circuiti per il monitoraggio della salute gastrointestinale. Mostriamo anche la recente ricerca su materiali e batterie biocompatibili, elettronica commestibile e fonti energetiche alternative per sistemi di capsule ingeribili. I risultati degli studi clinici vengono discussi per la valutazione degli indicatori chiave di prestazione relativi alla sicurezza e all'efficacia delle procedure relative alla capsula ingeribile. Infine, vengono riassunte le sfide e le prospettive attuali rispetto ai rischi per la salute, ai test clinici e al processo di approvazione e all'adozione della tecnologia da parte di pazienti e medici.

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hal-03720327 , version 1 (11-07-2022)

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Citer

Dylan Miley, Leonardo Bertoncello Machado, Calvin Condo, Albert E Jergens, Kyoung-Jin Yoon, et al.. Video Capsule Endoscopy and Ingestible Electronics: Emerging Trends in Sensors, Circuits, Materials, Telemetry, Optics, and Rapid Reading Software. Advanced Devices & Instrumentation, 2021, 2021, pp.9854040. ⟨10.34133/2021/9854040⟩. ⟨hal-03720327⟩
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