ES2368738T3 - Detección intraluminal de pólipos. - Google Patents

Abstract

Un aparato para la detecci6n de rasgos clfnicamente relevantes en el tracto (72) gastrointestinal (GI) de un paciente (54) , en asociaci6n con un agente (70) de contraste para rayos X dispuesto dentro del espacio interno del tracto GI, comprendiendo el aparato: una capsula (50) adaptada para ser tragada por el paciente, y que comprende: al menos una fuente (60) de radiaci6n de rayos X o gamma, adaptada para emitir una radiaci6n que tiene una energfa de al menos 10 keV; y al menos un detector (62) de fotones, adaptado para detectar fotones de fluorescencia de rayos X (XRF) emitidos desde el agente de contraste y/o fotones retrodispersados Compton dispersados desde el agente de contraste, en respuesta a la radiaci6n emitida; y caracterizado por una unidad de control adaptada para estimar una distancia desde un sitio de la capsula (50) hasta una pared del tracto (72) GI analizando datos relativos a los fotones detectados.

Description

Detecci6n intraluminal de p6lipos

Campo de la invenci6n

La presente invenci6n se refiere, de manera general, al campo de la detecci6n de dolencias de una luz corporal, y especfficamente a un dispositivo tragable que viaja en el colon y detecta anomalfas anat6micas.

Antecedentes de la invenci6n

El cancer colorrectal es una de las causas principales de muerte en el mundo occidental. Las pruebas clfnicas sugieren que la detecci6n temprana del cancer colorrectal primario conduce a una tasa de supervivencia a los 5 aros del 90% o mas, mientras que la detecci6n de la enfermedad cuando ya se ha producido metastasis conduce a una pobre prognosis, con una tasa de supervivencia a los 5 aros del 50% o menos y una tasa de recurrencia del 30%. El cribado y la detecci6n temprana del cancer colorrectal tienen un impacto positivo sustancial sobre la prognosis de esta malignidad.

Las siguientes referencias son de interes: Patente de EE.UU. 6.324.418 y solicitud de patente internacional WO 02/26130 Patente de EE.UU. 5.721.462, concedida a Shanks Patentes de EE.UU. 6.134.300 y 6.353.658, concedidas a Trebes et al. Publicaci6n de solicitud de patente de EE.UU. 2002/0099310, de Kimchy et al. Publicaci6n PCT WO 02/058531, de Kimchy et al. Brochard J. et al., "Estimation of movement parameters of 3D textured surfaces using the autocorrelation function",

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Volume I

Compendio de la invenci6n

Las realizaciones de la presente invenci6n estan dirigidas a la detecci6n de p6lipos y otros rasgos clfnicamente relevantes que pueden albergar el potencial para el cancer del tracto gastrointestinal (GI), particularmente el cancer colorrectal.

A modo de introducci6n, un paciente traga primero un agente de contraste, y, tfpicamente despues de un periodo de espera, traga una capsula que comprende una o mas fuentes de radiaci6n gamma y/o de rayos X y detectores de radiaci6n. Segun viaja la capsula a traves del tracto GI, las fuentes de radiaci6n "iluminan" las inmediaciones de la capsula. El contenido del tracto GI (incluyendo el agente de contraste), la pared del tracto GI y el tejido fuera del tracto GI actuan como medios de dispersi6n para la radiaci6n emitida, tfpicamente, principalmente mediante el proceso de dispersi6n Compton. Los fotones dispersados viajan entonces de vuelta a traves del contenido del tracto GI, que incluye el agente de contraste. Los detectores de radiaci6n cuentan apropiadamente los fotones retrodispersados Compton, y transmiten la informaci6n sobre la tasa de recuento a una unidad de registro externa que lleva puesta el paciente.

Las tasas de recuento recogidas por cada detector por intervalo de unidad de tiempo se analizan, tfpicamente s6lo para ventanas de energfa de fotones predeterminadas. Estos datos son presentados a un medico de una manera que le permite evaluar la probabilidad de que haya un p6lipo o alguna otra deformaci6n anat6mica en el tracto GI. En algunas realizaciones, los datos son analizados tambien para indicar un area general del colon donde puede existir tal deformaci6n. Estos p6lipos o anomalfas anat6micas pueden ser el resultado de un tumor que empieza a crecer dentro del tracto GI. Si el medico sospecha la presencia de un p6lipo o alguna otra anomalfa anat6mica que pueda ser cancerosa o precancerosa, el paciente es remitido tfpicamente a pruebas diagn6sticas adicionales, tal como un examen colonosc6pico.

Se proporciona, por lo tanto, de acuerdo con la presente invenci6n, un aparato para la detecci6n de rasgos clfnicamente relevantes en un tracto gastrointestinal (GI) de un paciente, en asociaci6n con un agente de contraste para rayos X dispuesto dentro del espacio interno de ese tracto GI, que incluye:

una capsula, adaptada para ser tragada por un paciente, y que incluye:

al menos una fuente de radiaci6n de rayos X o gamma, adaptada para emitir una radiaci6n que tiene una energfa de al menos 10 keV; y al menos un detector de fotones, adaptado para detectar fotones de fluorescencia de rayos X (XRF, por sus siglas en ingles) emitidos desde el agente de contraste y/o fotones retrodispersados Compton dispersados desde el agente de contraste, en respuesta a la radiaci6n emitida, y

una unidad de control, adaptada para estimar una distancia desde un sitio de la capsula hasta una pared del tracto GI analizando datos relativos a los fotones detectados. El agente oral puede tener un alto Z.

Para algunas aplicaciones, el aparato incluye un agente oral adaptado para ser administrado al paciente, el agente se puede seleccionar de la lista que consiste en: un agente de contraste y un agente de alto Z, el agente puede incluir partfculas ferromagneticas, y la capsula puede incluir un iman, adaptado para atraer las partfculas ferromagneticas a la capsula.

En una realizaci6n de la presente invenci6n, la fuente de radiaci6n incluye un generador de rayos X en miniatura. En una realizaci6n, la fuente de radiaci6n incluye un radiois6topo. Para algunas aplicaciones, la fuente de radiaci6n esta adaptada para emitir rayos gamma. Alternativa o adicionalmente, la fuente de radiaci6n esta adaptada para emitir rayos X.

Para algunas aplicaciones, la unidad de control esta adaptada para analizar una derivada respecto al tiempo de los datos a fin de generar la informaci6n.

Para algunas aplicaciones, la fuente de radiaci6n incluye al menos un colimador, adaptado para colimar la radiaci6n emitida por la fuente de radiaci6n. Para algunas aplicaciones, el detector de fotones incluye al menos un colimador, adaptado para colimar los fotones detectados por el detector de fotones.

Para algunas aplicaciones, la unidad de control esta adaptada para distinguir entre el gas presente en el tracto GI y el rasgo clfnicamente relevante.

En una realizaci6n, la unidad de control puede estar adaptada para analizar fotones de fluorescencia de rayos X (XRF) generados en respuesta a la radiaci6n emitida. En una realizaci6n, la unidad de control puede estar adaptada para analizar fotones XRF generados en respuesta a la radiaci6n emitida, y fotones retrodispersados Compton generados en respuesta a la radiaci6n emitida.

Para algunas aplicaciones, la capsula incluye un sensor de aceleraci6n.

Para algunas aplicaciones, el aparato puede incluir una unidad de registro de datos externa, adaptada para permanecer fuera del cuerpo de un paciente, y la capsula puede estar adaptada para transmitir de manera inalambrica informaci6n a la unidad de registro de datos mientras la capsula esta en el tracto GI.

Para algunas aplicaciones, la capsula puede incluir un agente seleccionado de la lista que consiste en: un agente de contrasto y un agente de alto Z, y la capsula puede estar adaptada para almacenar el agente y liberar el agente en un area de interes clfnico en el tracto GI. Alternativa o adicionalmente, el aparato puede incluir una capsula de almacenamiento de agentes que incluye un agente seleccionado de la lista que consiste en: un agente de contraste y un agente de alto Z, la capsula de almacenamiento de agentes puede estar adaptada para almacenar el agente y liberar el agente en un area de interes clfnico en el tracto GI.

Para algunas aplicaciones, la capsula incluye un sensor de presi6n.

Para algunas aplicaciones, los datos relativos a los fotones incluyen datos para una o mas ventanas de energfa de fotones predeterminadas, y la unidad de control esta adaptada para analizar los datos de las ventanas de energfa.

Como se describe en la presente memoria, los datos relativos a los fotones pueden incluir un numero de los fotones por intervalo de tiempo, el detector de fotones puede estar adaptado para contar los fotones detectados, y la unidad de control puede estar adaptada para analizar el numero contado de fotones.

La unidad de control esta adaptada para estimar una distancia desde un sitio de la capsula hasta una pared del tracto GI. Para algunas aplicaciones, la unidad de control puede estar adaptada para estimar la distancia usando un algoritmo en el que hay una relaci6n inversa entre la distancia y un recuento de los fotones detectados. Para algunas aplicaciones, la unidad de control puede estar adaptada para analizar fotones retrodispersados Compton generados en respuesta a la radiaci6n emitida. El aparato incluido se usa en asociaci6n con un agente de contraste oral, adaptado para ser administrado al paciente, y la unidad de control puede estar adaptada para estimar la distancia estimando una profundidad del agente de contraste entre el sitio de la capsula y la pared del tracto GI en respuesta al analisis de los fotones retrodispersados Compton.

Para algunas aplicaciones, la unidad de control puede estar adaptada para estimar la distancia usando un algoritmo en el que hay una relaci6n directa entre la distancia y un recuento de los fotones detectados. Para algunas aplicaciones, la unidad de control puede estar adaptada para analizar fotones XRF generados en respuesta a la radiaci6n emitida. Para algunas aplicaciones, el aparato puede incluir un agente oral que tenga un alto Z, adaptado para ser administrado al paciente, los fotones XRF pueden ser generados por el agente oral en respuesta a la radiaci6n emitida, y la unidad de control puede estar adaptada para estimar la distancia estimando una profundidad del agente entre el sitio de la capsula y la pared del tracto GI en respuesta al analisis de los fotones XRF.

En una realizaci6n, la fuente de radiaci6n esta adaptada para emitir la radiaci6n desde la capsula s6lo una porci6n de un tiempo en que la capsula esta en el tracto GI. Para algunas aplicaciones, la capsula incluye un sensor, adaptado para detectar un parametro indicativo del posible movimiento inminente de la capsula en el tracto GI, y la fuente de radiaci6n esta adaptada para emitir la radiaci6n desde la capsula en respuesta a la detecci6n del parametro por parte del sensor. Para algunas aplicaciones, la fuente de radiaci6n puede incluir un generador de rayos X en miniatura, configurado para emitir la radiaci6n solamente durante la porci6n del tiempo.

Para algunas aplicaciones, la fuente de radiaci6n incluye un radiois6topo, la capsula incluye un escudo de radiaci6n, y la capsula incluye un accionador, adaptado para mover al menos uno de la fuente de radiaci6n y el escudo, de tal modo que el escudo no bloquee la radiaci6n emitida desde la fuente de radiaci6n durante la porci6n del tiempo. Para algunas aplicaciones, la capsula puede incluir una pluralidad de colimadores, y los colimadores y el escudo pueden ser configurados de tal modo que, en cualquier tiempo dado, la radiaci6n emitida por la fuente de radiaci6n pase a traves de menos que todos los colimadores. Para algunas aplicaciones, la capsula puede incluir una varilla, la fuente de radiaci6n puede estar acoplada a la varilla, y el accionador puede estar adaptado para mover la varilla a fin de mover la fuente de radiaci6n. Para algunas aplicaciones, la capsula puede incluir al menos un resorte, y la varilla y el resorte pueden estar configurados para formar un oscilador mecanico.

En una realizaci6n, la capsula incluye un globo inflable, adaptado para inflarse alrededor de la capsula. Para algunas aplicaciones, el globo puede estar configurado de tal modo que la capsula se mueva hacia el centro del globo tras el inflado del mismo. Para algunas aplicaciones, el globo puede estar configurado para inflarse cuando la capsula alcance un area de interes clfnico dentro del tracto GI. Para algunas aplicaciones, el globo puede incluir una valvula, adaptada para abrirse un cierto periodo de tiempo despues de que la capsula alcance el area de interes clfnico, permitiendo de este modo que se desinfle el globo.

Para algunas aplicaciones, la unidad de control puede estar adaptada para estimar una distancia desde un sitio de la capsula hasta una pared del tracto GI calculando una suma de (a) una primera distancia dentro del globo desde el sitio de la capsula hasta un sitio del globo en una superficie del globo, y (b) una segunda distancia desde el sitio del globo hasta la pared del tracto GI. Para algunas aplicaciones, la unidad de control puede estar adaptada para calcular la primera distancia midiendo y analizando cambios en los recuentos de fotones retrodispersados Compton detectados por el detector de fotones. Para algunas aplicaciones, la unidad de control puede estar adaptada para calcular la primera distancia en respuesta a un tamaro de una proyecci6n de retrodispersi6n Compton detectada por el detector de fotones. Para algunas aplicaciones, la superficie del globo puede incluir partfculas puntuales que incluyen un material de alta densidad, y la unidad de control puede estar adaptada para calcular la primera distancia midiendo y analizando los recuentos de fotones XRF detectados por el detector de fotones. Para algunas aplicaciones, la superficie del globo puede incluir fuentes puntuales de radiaci6n, y la unidad de control puede estar adaptada para calcular la primera distancia midiendo y analizando la radiaci6n emitida desde las fuentes puntuales y detectada por el detector de fotones. Para algunas aplicaciones, la unidad de control puede estar adaptada para calcular la segunda distancia analizando recuentos de fotones XRF detectados por el detector de fotones.

El tracto GI puede incluir un colon del paciente, y la unidad de control puede estar adaptada para analizar los datos a fin de generar la informaci6n util para identificar el rasgo clfnicamente relevante del colon. Para algunas aplicaciones, la capsula puede incluir: electrodos acoplados a una superficie externa de la capsula; y un generador de pulsos, y la unidad de control puede estar adaptada para dirigir el generador de pulsos para aplicar una seral electrica al colon capaz de inducir un movimiento de masas en el colon. Para algunas aplicaciones, la unidad de control puede estar adaptada para generar la informaci6n relativa a una geometrfa de los musculos del colon.

En una realizaci6n, la unidad de control puede estar adaptada para generar una representaci6n grafica de la informaci6n. Para algunas aplicaciones, la unidad de control puede estar adaptada para generar la representaci6n grafica generando una serie de morfologfas en el tiempo. Para algunas aplicaciones, la unidad de control puede estar adaptada para generar la representaci6n grafica generando una primera superficie que tiene subdivisiones que representan distancias respectivas entre sitios respectivos de la capsula y sitios respectivos de una pared del tracto GI, y generando una segunda superficie que tiene pfxeles, cada uno de los cuales representa una diferencia respectiva entre una de las subdivisiones de la primera superficie y una pluralidad de subdivisiones que estan en las proximidades de esa subdivisi6n.

Para algunas aplicaciones, la unidad de control puede estar adaptada para generar la representaci6n grafica generando de manera repetida la segunda superficie en una pluralidad de puntos en el tiempo, y mostrando una animaci6n de la segunda superficie correspondiente a la pluralidad de puntos en el tiempo.

Para algunas aplicaciones, la unidad de control puede estar adaptada para generar la representaci6n grafica con referencia a un sistema de coordenadas del paciente. Alternativamente, la unidad de control puede estar adaptada para generar la representaci6n grafica con referencia a un sistema de coordenadas de la capsula.

En una realizaci6n, el al menos un detector de fotones incluye una pluralidad de detectores de fotones, dispuestos para detectar fotones que llegan desde una pluralidad de direcciones de detecci6n respectivas. Para algunas aplicaciones, la al menos una fuente de radiaci6n puede incluir una pluralidad de colimadores, dispuestos para emitir la radiaci6n en una pluralidad de direcciones de emisi6n respectivas correspondientes a las direcciones de detecci6n.

En una realizaci6n, la capsula incluye al menos un escudo de radiaci6n. Para algunas aplicaciones, el al menos un escudo esta configurado para impedir que la radiaci6n sea emitida desde la fuente de radiaci6n en direcciones distintas a un unico sector s6lido confinado en relaci6n a una esfera que rodea la capsula.

Como se describe en la presente memoria, la fuente de radiaci6n puede estar adaptada para emitir una radiaci6n que tiene una pluralidad primaria de niveles de energfa, y la unidad de control puede estar adaptada para analizar recuentos de fotones que tienen una pluralidad secundaria de niveles de energfa, diferentes de la pluralidad primaria de niveles de energfa. Para algunas aplicaciones, la fuente de radiaci6n puede estar adaptada para emitir una radiaci6n que tiene un primer y segundo niveles de energfa, y la unidad de control puede estar adaptada para analizar una relaci6n matematica entre (a) un recuento de los fotones detectados por el detector de fotones que tienen un tercer nivel de energfa, y (b) un recuento de los fotones detectados por el detector de fotones que tienen un cuarto nivel de energfa. Para algunas aplicaciones, la relaci6n puede incluir una proporci6n de (a) el recuento de los fotones que tienen el tercer nivel de energfa a (b) el recuento de los fotones que tienen el cuarto nivel de energfa, y la unidad de control puede estar adaptada para analizar la proporci6n. Para algunas aplicaciones, la unidad de control puede estar adaptada para analizar la relaci6n para determinar una distancia calibrada, real, entre un sitio de la capsula y una pared del tracto GI.

En una realizaci6n, el rasgo clfnicamente relevante incluye una anormalidad patol6gica del tracto GI. En una realizaci6n, la anormalidad patol6gica incluye un p6lipo.

En una realizaci6n, la unidad de control esta adaptada para analizar fotones retrodispersados Compton generados en respuesta a la radiaci6n emitida. Para algunas aplicaciones, la unidad de control puede estar adaptada para analizar fotones retrodispersados Compton que tengan un nivel de energfa indicativo de un angulo de retrodispersi6n de 180 grados +/-un parametro de intervalo que sea menor que 30 grados, p.ej., menor que 20 grados, o menor que 10 grados.

En una realizaci6n, la unidad de control esta adaptada para detectar que la capsula ha alcanzado un area de interes clfnico dentro del tracto GI. En una realizaci6n, el area incluye el colon y la unidad de control esta adaptada para detectar que la capsula ha alcanzado el colon. Para algunas aplicaciones, la unidad de control esta adaptada para detectar que la capsula ha alcanzado el area detectando y analizando fotones XRF. Alternativa o adicionalmente, la capsula puede incluir un elemento sensible al pH, y la unidad de control puede estar adaptada para detectar que la capsula ha alcanzado el area en respuesta a un cambio en el pH del area que afecta al elemento sensible al pH. Alternativa o adicionalmente, ademas, el aparato puede incluir una etiqueta adaptada para ser acoplada a una superficie externa del cuerpo de un paciente en las inmediaciones de una entrada al area, y la unidad de control puede estar adaptada para detectar que la capsula ha alcanzado el area en respuesta a una seral emitida por la etiqueta. Alternativa o adicionalmente, mas aun, la capsula incluye un sensor de presi6n, y la unidad de control esta adaptada para detectar que la capsula ha alcanzado el area en respuesta a un cambio en la presi6n detectado por el sensor de presi6n. Para algunas aplicaciones, el aparato puede incluir una etiqueta adaptada para ser acoplada a una superficie externa del cuerpo de un paciente en las inmediaciones de una entrada al area, y la unidad de control puede estar adaptada para detectar que la capsula ha alcanzado el area en respuesta a (a) una seral emitida por la etiqueta en combinaci6n con (b) el cambio en la presi6n. Para algunas aplicaciones, la unidad de control esta adaptada para detectar que la capsula ha alcanzado el area detectando y analizando fotones XRF, y en respuesta al cambio en la presi6n.

En una realizaci6n, la unidad de control puede estar adaptada para detectar una variaci6n de densidad en el tejido de una pared del tracto GI, variaci6n que es indicativa de una presencia del rasgo clfnicamente relevante. Para algunas aplicaciones la unidad de control puede estar adaptada para detectar la variaci6n cuando la unidad de control detecta que al menos una parte de la capsula esta en contacto ffsico con la pared del tracto GI. Para algunas aplicaciones, el al menos un detector de fotones puede incluir una pluralidad de detectores de fotones, y la unidad de control puede estar adaptada para analizar recuentos de fotones retrodispersados Compton desde un sitio de la pared, detectados por mas que uno de los detectores de fotones. Para algunas aplicaciones, la unidad de control puede estar adaptada para analizar los recuentos de fotones retrodispersados Compton usando analisis de componentes principales (PCA, por sus siglas en ingles). Para algunas aplicaciones, la unidad de control puede estar adaptada para detectar la variaci6n de densidad en respuesta a una determinaci6n de que una gran fracci6n de una varianza de datos no puede ser descrita por un unico componente principal (PC).

En una realizaci6n, la capsula incluye al menos un elemento extensor, adaptado, cuando esta extendido, para mantener la capsula al menos a una cierta distancia de una pared del tracto GI. Para algunas aplicaciones, el elemento extensor puede estar configurado para extenderse cuando la capsula alcanza un area de interes clfnico dentro del tracto GI. Para algunas aplicaciones, el elemento extensor puede incluir al menos un elemento con forma de pata, una estructura anular expandible, y/o un elemento desplegable.

En una realizaci6n, la capsula incluye al menos un elemento extensor, adaptado, cuando esta extendido, para orientar un eje largo de la capsula, de manera general, en paralelo a un eje longitudinal del tracto GI. Para algunas aplicaciones, el elemento extensor incluye una camara flexible expandible. Para algunas aplicaciones, la camara flexible incluye un hidrogel superabsorbente, y la camara flexible esta adaptada para expandirse cuando el hidrogel absorbe lfquidos del tracto GI.

El aparato de la invenci6n se puede usar en un metodo para detectar deformaciones anat6micas en el tracto GI. Tal metodo puede incluir:

emitir, desde dentro de un tracto gastrointestinal (GI) de un paciente, radiaci6n que tiene una energfa de al menos 10 keV;

detectar, desde dentro del tracto GI, fotones generados en respuesta a la radiaci6n emitida, teniendo los fotones una energfa de al menos 10 keV; y

analizar los datos relativos a los fotones detectados a fin de generar informaci6n util para identificar un rasgo clfnicamente relevante del tracto GI.

El metodo tambien puede incluir administrar un agente de contraste oral al paciente. Emitir la radiaci6n puede incluir administrar por vfa oral al paciente un material radiomarcado que emita la radiaci6n.

Emitir y detectar puede incluir administrar por vfa oral una capsula tragable al paciente, y emitir y detectar desde la capsula. Detectar puede incluir administrar por vfa oral una capsula tragable al paciente, y detectar desde la capsula.

La presente invenci6n se entendera de manera mas completa a partir de la siguiente descripci6n detallada de realizaciones de la misma, tomadas conjuntamente con los dibujos. Los metodos descritos en la presente memoria no son parte de la invenci6n reivindicada.

Breve descripci6n de los dibujos

La Fig. 1A es una ilustraci6n esquematica de un sistema de cribado, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n;

la Fig. 1B es una ilustraci6n esquematica de una capsula del sistema de la Fig. 1A, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n;

la Fig. 1C es una ilustraci6n esquematica de una unidad de registro de datos externa del sistema de la Fig. 1A, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n;

la Fig. 1D es una ilustraci6n esquematica de una representaci6n grafica ejemplar de una reconstrucci6n en secci6n transversal del colon, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n;

las Figs. 2A-D son ilustraciones esquematicas de un aparato para realizar un experimento ejemplar que ilustra los principios ffsicos en los que se basan algunas realizaciones de la presente invenci6n, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n;

la Fig. 2E es un grafico que muestra resultados experimentales ejemplares del experimento de las Figs. 2A-D, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n;

la Fig. 3 es un grafico que muestra resultados experimentales ejemplares de un experimento similar al de las Figs. 2A-E, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n;

la Fig. 4 es una ilustraci6n esquematica de una configuraci6n de la capsula del sistema de la Fig. 1A, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n;

la Fig. 5 es una ilustraci6n esquematica de una configuraci6n multiplexada en el tiempo de la capsula del sistema de la Fig. 1A, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n;

las Figs. 6A-E son ilustraciones esquematicas de la capsula del sistema de la Fig. 1A acoplada a un globo inflable, de acuerdo con realizaciones respectivas de la presente invenci6n;

las Figs. 7A y 7B son ilustraciones esquematicas de elementos extensores, de acuerdo con realizaciones de la presente invenci6n;

las Figs. 8A-C son ilustraciones esquematicas de elementos extensores adicionales, de acuerdo con realizaciones de la presente invenci6n;

la Fig. 9A es un diagrama de bloques que ilustra esquematicamente diversos bloques funcionales de la capsula del sistema de la Fig. 1A, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n;

la Fig. 9B es un diagrama de bloques que ilustra esquematicamente diversos bloques funcionales de la unidad de registro de datos del sistema de la Fig. 1A, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n;

la Fig. 10A es un grafico que ilustra los resultados de una simulaci6n del uso de un algoritmo para estimar distancias, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n;

las Figs. 11A-C son graficos que muestran resultados experimentales medidos de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n;

la Fig. 11D es una representaci6n grafica de las tasas de recuento de fluorescencia de rayos X frente a la profundidad del agente de contraste, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n;

la Fig. 12 es una ilustraci6n esquematica de un tanque usado en un experimento real realizado por los inventores, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n;

las Figs. 13A-C muestran resultados experimentales reales del experimento realizado usando el tanque de la Fig. 12, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n; y

las Figs. 14A-C y 15A-C son ilustraciones esquematicas de superficies que representan morfologfas del tracto GI, generadas de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n.

Descripci6n detallada de las realizaciones

Las Figs. 2A-D son ilustraciones esquematicas de un aparato para realizar un experimento ejemplar que ilustra los principios ffsicos en los que se basan algunas realizaciones de la presente invenci6n, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n. Un recipiente 12 esta lleno de un agente 10 de contraste radio-opaco en un lfquido o gel de baja viscosidad, y un reservorio 17 esta situado por debajo del recipiente y lleno de agua 11. Un pequero globo 18 lleno de agua esta situado en el fondo del recipiente. En este experimento, el recipiente 12 lleno de agente 10 de contraste simula un colon lleno de agente de contraste, el reservorio 17 lleno de agua simula los tejidos y 6rganos fuera del colon, y el globo 18 lleno de agua simula una anormalidad anat6mica, tal como un p6lipo.

En el experimento, una fuente 14 de radiaci6n y un detector 16 de radiaci6n estan situados cerca el uno del otro. Los extremos abiertos de un colimador 13 para la fuente 14 y un colimador 19 para el detector 16 se enfrentan al recipiente del lfquido. La fuente 14 de radiaci6n emite tfpicamente radiaci6n a (a) un unico nivel energetico de emisi6n, o (b) multiples niveles energeticos de emisi6n, al menos uno de los cuales es relativamente bajo, y al menos uno de los cuales es mas alto. El detector 16 de radiaci6n esta configurado para detectar y contar fotones que tienen un nivel energetico (o niveles, en el caso de emisiones de niveles energeticos multiples) caracterfstico de fotones que han sido retrodispersados por efecto Compton a aproximadamente 180 grados por el agente 10 de contraste, el agua del globo 18 de agua, y el agua del reservorio 17.

La fuente 14 de radiaci6n y el detector 16 se hacen pasar por encima del recipiente 12, manteniendo una distancia constante del fondo del mismo. En una pluralidad de puntos a lo largo del camino de la fuente y el detector, como se muestra en secuencia de la Fig. 2A a la Fig. 2D, las tasas de recuento de radiaci6n gamma o de rayos X dentro de una o mas ventanas energeticas especfficas gamma y/o de rayos X son registradas (las tasas de recuento se muestran en las figuras en una pantalla 15 de registro).

La Fig. 2E es un grafico que muestra resultados experimentales ejemplares del experimento descrito anteriormente con referencia a las Figs. 2A-D, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n. Cuando la fuente 14 de radiaci6n emite radiaci6n de s6lo un unico nivel de energfa, segun la fuente 14 de radiaci6n y el detector 16 pasan por encima del globo 18 de agua (Fig. 2C), la tasa de recuento aumenta en el detector porque el camino de los fotones retrodispersados Compton interactua con un volumen menos radio-opaco. (En otras palabras, el globo 18 es menos radio-opaco que el agente de contraste, y por lo tanto permite la transmisi6n de mas fotones).

Cuando la fuente 14 de radiaci6n emite radiaci6n tanto a un nivel de energfa bajo como a un nivel de energfa alto, segun pasan la fuente y el detector por encima del globo, las tasas de recuento de fotones retrodispersados Compton desde cada uno de los niveles energeticos de radiaci6n varfan. Ademas, una relaci6n matematica (p.ej., una proporci6n o diferencia) de las tasas de recuento entre las ventanas de baja energfa y las ventanas de alta energfa varfa. Despues de que la fuente y el detector han pasado el globo (Fig. 2D), la proporci6n de recuento vuelve al nivel medido antes de encontrarse con el globo. El recuento se realiza tfpicamente s6lo dentro de ventanas de energfa predefinidas que corresponden a los niveles energeticos de los fotones retrodispersados Compton que vuelven a aproximadamente 180 grados en relaci6n a la radiaci6n emitida para cada uno de los picos de energfa de los fotones.

La Fig. 12 es una ilustraci6n esquematica de un tanque 184 usado en un experimento real realizado por los inventores, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n. Este experimento fue similar al descrito anteriormente con referencia a las Figs. 2A-E. El tanque 184 estaba dividido en cuatro compartimentos 186A, 186B, 186C y 186D. Cada uno de los compartimentos 186A, 186B y 186C tenfa una profundidad de 2 cm, mientras que el compartimiento 186D tenfa una profundidad de 5 cm. Una fuente 188 de radiaci6n colimada y un detector 190 de radiaci6n colimada adyacente estaban situados junto al tanque 184 en el lado en el cual estaba situado el compartimiento 186A.

Las Figs. 13A-C muestran los resultados del experimento realizado usando el tanque 184, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n. La fuente 188 de radiaci6n comprendfa el radiois6topo Tc99m. La Fig. 13A es un grafico que muestra los espectros tfpicos detectados por un detector de radiaci6n, en el que una lfnea 35 espectral es el espectro de retrodispersi6n a 180 grados de 90 keV que resulta de los fotones emitidos desde el Tecnecio Tc99m (141 keV). (La lfnea 34 espectral es la fluorescencia de rayos X (XRF) del plomo, que se us6 como colimaci6n del detector). El experimento se realiz6 dos veces, usando Telebrix y sulfato de bario (BaSO4), respectivamente, como agentes de contraste. Las Figs. 13B y 13C muestran recuentos de retrodispersi6n medidos para el Telebrix y el BaSO4, respectivamente. Durante cada realizaci6n del experimento, se tom6 una medida inicial con las cuatro camaras llenas de agua (es decir, sin agente de contraste); esta medida es mostrada por las barras marcadas como "Fondo" en las Figs. 13B y 13C. La camara 186A se llen6 con el agente de contraste y se tom6 una segunda medida (mostrada por las barras marcadas como "2 cm"). Posteriormente, la camara 186B tambien se llen6 con agente de contraste, y se tom6 una tercera medida (mostrada por las barras marcadas como "4 cm"). Como se puede ver en los graficos, para ambos agentes el uso de agente de contraste adicional redujo los recuentos de fotones retrodispersados Compton. Estos resultados experimentales son por tanto consistentes con los mostrados en la Fig. 2E, y muestran que el recuento de la radiaci6n retrodispersada Compton esta relacionado con la distancia del viaje de ida y vuelta que los fotones recorren a traves del agente de contraste.

Se hace referencia de nuevo a las Figs. 2A-E. Como se mencion6 anteriormente, el recuento de fotones depende de la profundidad del agente de contraste a traves del cual viajan los fotones. Esta variabilidad puede ser explicada por la combinaci6n de tres principios ffsicos:

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Los fotones dispersados Compton tienen una energfa mas baja que los fotones incidentes, y la energfa de los fotones dispersados depende del angulo de dispersi6n. Vease, por ejemplo, el artfculo de Compton mencionado anteriormente. Por lo general, s6lo los fotones dispersados en angulos especfficos, en base a sus energfas, son seleccionados y contados.

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La presencia del globo 18 de agua ocupa un volumen, que de lo contrario, serfa ocupado por el agente 10 de contraste. Como resultado, se produce menos absorci6n de radiaci6n. La absorci6n de radiaci6n por el proceso fotoelectrico esta fuertemente influenciada por la energfa de los fotones. Por lo tanto los fotones con energfas mas altas son menos absorbidos que los fotones de energfa mas baja. Dado que el proceso de dispersi6n Compton es dependiente de la densidad electr6nica, la cual es linealmente dependiente de la densidad global, la dispersi6n Compton es similar para el agente de contraste y el globo de agua. La absorci6n de fotones mediante el proceso fotoelectrico depende de ZA5 (numero at6mico a la 5a potencia). Por tanto, donde hay menos agente de contraste debido al desplazamiento de volumen por el globo de agua, hay un marcado aumento en el flujo de fotones que es detectado por el detector de radiaci6n. En el caso de energfas de emisi6n multiples, la relaci6n (p.ej., proporci6n o diferencia) entre los fotones de alta y baja energfa detectados aumenta cuando la longitud del camino a traves del agente de contraste aumenta.

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Dado que el medio es un lfquido o un gel de baja viscosidad, se puede suponer que la concentraci6n de agente de contraste dentro de una cierta regi6n esta generalmente distribuida de manera uniforme dentro de este medio, dado que ha pasado suficiente tiempo despues de la introducci6n del agente de contraste.

Por lo tanto, para una fuente emisora de fotones de energfa unica, el flujo relativo de fotones retrodispersados esta relacionado de manera inversa, p.ej., inversamente proporcional, con la distancia que recorrieron los fotones a traves del medio del agente de contraste durante su vuelo completo desde la fuente de radiaci6n y de vuelta al detector de radiaci6n como fotones retrodispersados Compton. Para una fuente emisora de fotones de energfas multiples, tambien se puede usar esta tecnica para calcular la distancia que recorrieron los fotones en el medio de contraste. Ademas, la relaci6n (p.ej., proporci6n o diferencia) entre fotones de alta y de baja energfa recibidos en el detector tambien indica la distancia que recorrieron los fotones en el medio de contraste. Como la relaci6n de la radiaci6n incidente generada por la fuente de radiaci6n es constante, cualquier cambio en esta relaci6n es debido al efecto no equilibrado de la absorci6n predominantemente fotoelectrica en el agente de contraste, que afecta a las bajas energfas sustancialmente mas que a las altas energfas. Registrando esta relaci6n, se detecta la presencia del globo de agua. Esta absorci6n fotoelectrica afecta tanto a los fotones emitidos por la fuente de radiaci6n como a los fotones retrodispersados.

Algunas realizaciones de la presente invenci6n usan los principios y tecnicas anteriores para detectar p6lipos y otras deformaciones anat6micas dentro del colon. Los p6lipos, que se forman dentro del colon, albergan a veces las semillas del cancer de colon. Es deseable, por lo tanto, detectar y retirar los p6lipos antes de que el cancer se extienda desde la superficie interior hacia zonas mas profundas dentro de la estructura muscular del colon, y posteriormente a otras partes del cuerpo por metastasis. (Como se emplea en la presente memoria, incluyendo en las reivindicaciones, es de entender que la "pared" del colon o del tracto GI incluye cualquiera de tales p6lipos u otras deformaciones anat6micas de los mismos que puedan estar presentes).

De acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n, el sistema descrito en la presente memoria se usa como un procedimiento de cribado de primera lfnea para la detecci6n temprana del cancer colorrectal.

Se hace referencia a la Fig. 1A, que es una ilustraci6n esquematica de un sistema 40 de cribado, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n. El sistema 40 comprende tfpicamente una capsula 50 tragable y una unidad 52 de registro de datos externa. Para algunas aplicaciones, la unidad 52 de registro de datos se lleva en la cintura de un paciente 54 (como se muestra en la Fig. 1A) o en cualquier parte del cuerpo del paciente, tal como la mureca (configuraci6n no mostrada). Alternativamente, para algunas aplicaciones, la capsula 50 comprende una unidad de registro de datos interna, y la unidad 52 de registro de datos externa no se provee. En estas aplicaciones, los datos registrados por la capsula 50 son recuperados despues de que la capsula ha sido expelida del cuerpo.

Se hace referencia a la Fig. 1B, que es una ilustraci6n esquematica de la capsula 50, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n. La capsula 50 comprende al menos una fuente 60 de radiaci6n adaptada para emitir rayos gamma y/o X (es decir, radiaci6n que tiene una energfa de al menos 10 keV), al menos un detector 62 de radiaci6n gamma y/o de rayos X, y, tfpicamente, al menos un colimador 63 adaptado para colimar la radiaci6n producida por la fuente 60 de radiaci6n. Para algunas aplicaciones, la fuente 60 de radiaci6n comprende un radiois6topo. Alternativamente, la fuente 60 de radiaci6n comprende un generador de radiaci6n en miniatura, tal como se describe mas adelante en la presente memoria. La capsula 50 tambien comprende tfpicamente un sistema 64 de circuitos (que, para algunas aplicaciones, incluye un sensor de presi6n), una fuente 66 de alimentaci6n, tal como una baterfa, un dispositivo de comunicaci6n inalambrico para comunicar con la unidad 52 de registro de datos externa (dispositivo de comunicaci6n no mostrado), y un escudo 68 de radiaci6n.

Se hace referencia ahora a la Fig. 1A. Durante un procedimiento de cribado tfpico usando el sistema 40, se administra un agente 70 de contraste oral al paciente 54. El agente 70 de contraste esta adaptado tfpicamente para pasar a traves de un tracto 72 gastrointestinal (GI) y ser expelido con las heces, sustancialmente sin ser absorbido en la corriente sangufnea. El material del agente de contraste puede ser similar a los compuestos usados de manera rutinaria para el estudio del GI con rayos X, tal como un concentrado lfquido de sulfato de bario, compuestos basados en yodo, u otros materiales tales. Para algunas aplicaciones, agentes de contraste apropiados adicionales incluyen tantalio, gadolinio, torio, bismuto, y compuestos de estos materiales. Despues de que se ha administrado el agente de contraste (p.ej., varias horas despues de que se ha administrado el agente de contraste), el paciente 54 traga la capsula 50.

La capsula 50 viaja a traves del tracto 72 GI, emitiendo radiaci6n gamma y/o de rayos X. Empezando en un cierto punto en el tiempo, la capsula 50 registra los fotones gamma y/o de rayos X dispersados Compton que chocan con los detectores 62 de radiaci6n. La informaci6n acerca de la tasa de recuento recibida de cada uno de los detectores de radiaci6n es almacenada tfpicamente junto con un sello de tiempo para esa medida. Dentro de un periodo de tiempo tfpicamente menor que un segundo (p.ej., varias decenas a varios cientos de milisegundos), se supone que la capsula y la pared del colon circundante y el agente de contraste estan en un estado cuasi-estacionario. Tomar intervalos de tiempo suficientemente pequeros e integrar los recuentos sobre los pequeros intervalos permite esta suposici6n de estado cuasi-estacionario. Los datos pueden ser almacenados en la capsula y enviados por la capsula a la unidad de registro externa de vez en cuando, o despues de que se haya completado la recogida de datos.

La fuente 60 de radiaci6n y el detector 62 pueden estar dispuestos para "observar" la esfera 4 pi cuadrado entera (o una parte de ella) que rodea la capsula.

Se hace referencia a la Fig. 1C, que es una ilustraci6n esquematica de la unidad 52 de registro de datos externa, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n. La unidad 52 de registro de datos comprende una unidad 55 receptora/de memoria, una unidad 56 de electr6nica/baterfa, una antena 57, y controles 58 del usuario. La unidad 52 tambien comprende tfpicamente una banda 59, tal como un cintur6n o una banda de mureca/brazo, para acoplar la unidad al paciente 54.

Se hace referencia a la Fig. 4, que es una ilustraci6n esquematica de una configuraci6n de la capsula 50, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n. En esta realizaci6n, la capsula 50 comprende una o mas fuentes 60 de radiaci6n; uno o mas colimadores 63, adaptados para colimar la radiaci6n generada por las fuentes 60 de radiaci6n, y uno o mas detectores 62 de radiaci6n, que estan tfpicamente s6lo ligeramente colimados o no colimados en absoluto. Las fuentes 60 de radiaci6n iluminan por tanto un sector s6lido confinado (en relaci6n a la capsula). Esto se consigue tfpicamente proporcionando escudos 68 respectivos para las fuentes 60 de radiaci6n, que impiden que los fotones sean emitidos en direcciones distintas al sector preferido para cada fuente. Los escudos 68 comprenden tfpicamente un material que tiene un peso at6mico alto y una alta densidad especffica, tales como plomo, tungsteno u oro. Tambien se pueden usar otras disposiciones para las fuentes, detectores y colimaci6n, segun sea apropiado, tales como un escudo cilfndrico, esferico o de otro tipo con las una o mas fuentes.

En una realizaci6n de la presente invenci6n, una unica fuente esta situada dentro de una capsula esferica, y la carcasa de la capsula tiene una forma tal que multiples columnas respectivas de fotones emitidos por la fuente son detectadas por uno o mas detectores en la superficie de la capsula. En esta realizaci6n, los detectores tfpicamente no estan colimados.

La fuente 60 de radiaci6n puede comprender un generador de rayos X en miniatura, tal como los descritos en una o mas de las siguientes referencias mencionadas anteriormente:

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Patentes de EE.UU. 6.134.300 y 6.353.658, concedidas a Trebes et al.

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Haga, A. et al., "A miniature x-ray tube", Applied Physics Letters 84(12):2208-2210 (2004)

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Gutman, G. et al., "A novel needle-based miniature x-ray generating system", Phys Med Biol 49:4677-4688 (2004)

Tal generador de rayos X o tubo de rayos X en miniatura se puede usar para la fuente 60 de radiaci6n en lugar de un radiois6topo para iluminar el contenido del colon con fotones de rayos X. Encender y apagar tal generador segun se necesite reduce tfpicamente la exposici6n del paciente a la radiaci6n. Ademas, el intervalo de energfa se puede controlar mejor y el flujo puede ser mas alto durante los periodos de encendido sin aumentar la exposici6n total del paciente.

En una realizaci6n de la presente invenci6n, se proporciona un aparato que comprende:

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un agente de contraste oral tal como sulfato de bario o un compuesto soluble en agua basado en yodo (tal como Gastrografina, Telebrix u otros compuestos descritos en el artfculo mencionado anteriormente, titulado "X-ray contrast medium";

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una capsula, tal como la capsula descrita anteriormente en la presente memoria con referencia a las Figs. 1B, 4, y/o 5, que esta adaptada para emitir radiaci6n gamma y/o de rayos X y detectar fotones dispersados Compton y otra radiaci6n gamma y/o de rayos X. La capsula comprende tfpicamente: (a) una o mas fuentes de radiaci6n gamma y/o de rayos X y/o fuentes de electrones beta, tal como Tl201, Xe133, Hg197, Yb169, Ga67, Tc99, In111

o Pd100, o (b) un generador de rayos X, tal como los descritos anteriormente en la presente memoria;

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una unidad de registro, tal como la descrita anteriormente en la presente memoria con referencia a las Figs. 1A y 1C, que esta adaptada para recibir serales RF desde la capsula que viaja dentro del tracto GI;

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un software de analisis y presentaci6n de datos, tal como el descrito mas adelante en la presente memoria con referencia a las Figs. 1D, 14A-C y 15A-C. El software esta adaptado para recibir los datos de la unidad de registro, analizar los datos, y presentar los datos procesados recibidos de la capsula de una manera tal que permita al medico evaluar la probabilidad de la presencia de un p6lipo u otra deformaci6n anat6mica dentro de la luz del individuo examinado. El software se puede ejecutar en un ordenador de uso general, tal como un ordenador personal, que este programado en software para llevar a cabo las funciones descritas en la presente memoria. El software puede ser descargado al ordenador en forma electr6nica, sobre una red, por ejemplo, o alternativamente puede ser suministrado al ordenador en un medio tangible, tal como un CD-ROM. Alternativamente, la funcionalidad del software puede ser implementada en hardware l6gico dedicado, o usando una combinaci6n de elementos de hardware y software.

Se hace referencia a la Fig. 9A, que es un diagrama de bloques que ilustra esquematicamente diversos bloques funcionales de la capsula 50, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n. En esta realizaci6n, la capsula 50 comprende uno o mas de los siguientes componentes: (a) detectores 62 de radiaci6n gamma y/o de rayos X, que pueden comprender, por ejemplo, cristales de CZT o cristales de escintilaci6n unidos a fotodiodos; (b) circuitos de amplificaci6n de serales anal6gicas; (c) circuitos de procesamiento de serales digitales; (d) circuitos de memoria digitales; (e) sistema de circuitos de transmisi6n, recepci6n y soporte de RF; (f) sistema de circuitos de apoyo a la calibraci6n; (g) sistema de circuitos de temporizaci6n interna; (h) un chip sensor de la aceleraci6n MEMS y sistema de circuitos de apoyo; (i) un sensor de presi6n y sistema de circuitos de apoyo; (j) sistema de circuitos de fuente de alimentaci6n, incluyendo polarizaci6n de AV para los detectores de radiaci6n, y voltajes para el MEMS; (k) un transmisor RF; (l) un receptor RF; (m) sistema de circuitos anal6gicos; (n) sistema de circuitos digital; y (o) una baterfa o alguna otra fuente de energfa, interna o externa a la capsula.

Se hace referencia a la Fig. 9B, que es un diagrama de bloques que ilustra esquematicamente diversos bloques funcionales de la unidad 52 de registro de datos, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n. En esta realizaci6n, la unidad 52 de registros de datos comprende tfpicamente uno o mas de los siguientes componentes: (a) sistema de circuitos de comunicaci6n RF; (b) memoria digital no volatil u otro medio de registro adaptado para almacenar de manera segura los datos recibidos; (d) sistema de circuitos de comunicaci6n para transferir los datos a un ordenador; y (e) una unidad de energfa y sistema de circuitos de apoyo.

Como se describe en la presente memoria, un metodo para detectar p6lipos y otras deformaciones anat6micas dentro del tracto GI comprende: (a) poner un agente de contraste dentro del espacio interno del tracto GI de un paciente; (b) administrar una capsula, tal como la capsula 50, al paciente; (c) detectar que la capsula ha alcanzado un area de interes clfnico dentro del tracto GI. Por ejemplo, para detectar p6lipos u otras deformaciones anat6micas dentro del colon, el area de interes clfnico es tfpicamente el colon o el fleon inferior; y (d) en respuesta a la detecci6n, activar la capsula.

Segun pasa la capsula a traves del colon lleno de agente de contraste, las fuentes 60 de radiaci6n emiten fotones gamma y/o de rayos X, y cada uno de los detectores 62 de radiaci6n en la capsula detecta fotones retrodispersados Compton (aproximadamente 180 grados) en el sector s6lido relativo que el detector esta observando. Cada detector recibe fotones retrodispersados desde varias fuentes colimadas, dependiendo el flujo de fotones de la geometrfa relativa entre el detector especffico y los colimadores emisores de fotones. El flujo de fotones retrodispersados es tambien dependiente del volumen de agente de contraste que se encuentran los fotones retrodispersados en su camino hacia el detector, y esto a su vez esta inversamente relacionado, p.ej., es inversamente proporcional, a la distancia relativa que separa el borde exterior de los colimadores y la pared del colon.

Dado que la geometrfa relativa entre los colimadores y los detectores gamma es conocida, es posible estimar las distancias desde los bordes exteriores de los colimadores hasta la pared del colon perpendicular a ellos, a condici6n de que haya suficientes detectores de gamma/rayos X en relaci6n al numero de colimadores. Para algunas aplicaciones, se usa el siguiente algoritmo para estimar estas distancias. Suponiendo que un coeficiente matriz C de escalares representa los coeficientes geometricos entre todos los colimadores de emisi6n y todos los detectores de radiaci6n, y un vector X representa los valores medidos de las tasas de recuento en la ventana energetica de retrodispersi6n Compton, entonces el problema a ser resuelto puede ser expresado por la siguiente ecuaci6n:

(Ecuaci6n 1)

donde C, X y d son reales, X y d son positivos, y donde el vector d representa los intervalos estimados desde cada colimador de emisi6n hasta la pared del colon perpendicular a los mismos. Hay varios metodos conocidos para solucionar la ecuaci6n C*X = d, por ejemplo minimizando C*X -d. Se conocen otros metodos, y se pueden aplicar a este problema.

La Fig. 10A es un grafico que ilustra los resultados de una simulaci6n del uso de este algoritmo, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n. Las barras 100 representan distancias estimadas simuladas determinadas usando este algoritmo, y las barras 102 representan distancias reales respectivas. La Fig. 10B es un grafico que ilustra la exactitud de este algoritmo en presencia de porcentajes variantes de ruido de Poisson, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n.

Detectar que la capsula ha alcanzado el area de interes clfnico comprende detectar fotones de fluorescencia de rayos X (XRF) que son sustancialmente diferentes para el est6mago, el intestino delgado y el colon. Segun viaja la capsula en el tracto GI, la tasa de recuento de XRF se mide y evalua por periodo de tiempo. En el est6mago, se espera que la tasa de recuento de XRF este en un nivel moderado, ya que puede quedar aun una parte del agente de contraste oral administrado varias horas antes. Segun entra la capsula en el intestino delgado, el recuento de XRF se reduce significativamente, porque la capsula entra en contacto o casi entra en contacto con la pared del intestino delgado, con lo que hay insuficiente espacio para una cantidad sustancial de agente de contraste fluorescente entre el detector y la pared. Posteriormente, segun entra la capsula en el colon, los recuentos de XRF aumentan, dado que el colon esta lleno de agente de contraste bien mezclado a lo largo de su longitud. (Se hace constar que algunos segmentos del intestino delgado estan en cercana proximidad a partes del colon, de tal modo que cuando la capsula esta en uno de estos segmentos, el recuento de fotones XRF puede aumentar para algunos de los detectores debido al agente de contraste presente en la porci6n adyacente del colon (y no debido al agente de contraste local presente en el intestino delgado). Este recuento de fotones XRF aumentado persiste hasta que la capsula continua su viaje y entra en una parte del intestino delgado que no esta en tal proximidad cercana al colon).

Alternativamente, detectar que la capsula ha alcanzado el area de interes clfnico comprende usar un sensor de pH y/o un revestimiento sensible al pH para la capsula. Para aplicaciones en las que el area de interes clfnico incluye el colon, el sensor de pH esta configurado tfpicamente para detectar una reducci6n de la acidez, y el revestimiento sensible al pH esta configurado para disolverse en el pH caracterfstico del colon.

Alternativamente, ademas, para detectar que la capsula ha alcanzado el colon, la capsula comprende un disparador que esta configurado para encender la capsula una vez que esta pasa cerca de una etiqueta adhesiva fijada externamente y situada en la parte inferior del abdomen cercana a la proximidad de la entrada al colon. Tal disparador puede comprender, por ejemplo, un circuito oscilante activo en la etiqueta adhesiva. Segun se acerca la capsula a la etiqueta adhesiva, un circuito resonante pasivo en la capsula extrae energfa del circuito oscilante de la etiqueta adhesiva, y esto provoca que la capsula empiece a funcionar. Se usan comunmente dispositivos similares en sistemas antirrobo en grandes almacenes y librerfas.

Alternativamente, mas aun, para detectar que la capsula ha alcanzado el colon, la capsula comprende un sensor de presi6n que esta adaptado para medir cambios de presi6n dentro del tracto GI. Segun pasa la capsula a traves del tracto GI, se monitorizan de manera continua medidas de presi6n. En el est6mago, los cambios de presi6n son generalmente infrecuentes, p.ej., cada pocos minutos. Cuando los cambios de presi6n se hacen mas frecuentes y rftmicos, esto puede indicar que la capsula ha entrado en el intestino delgado, donde se espera que viaje durante 25 horas por termino medio. Una vez que los cambios rftmicos de presi6n cesan y se monitorizan ondas de presi6n menos regulares y ondas de presi6n menos frecuentes, es probable que la capsula haya entrado en el intestino grueso, donde se espera que permanezca durante entre 24 y 72 horas por termino medio.

Estas tecnicas para detectar que la capsula ha alcanzado el area de interes se pueden utilizar por separado o en combinaci6n. Cuando se usan en combinaci6n, la informaci6n es tfpicamente correlacionada desde varios sensores independientes como se describi6 anteriormente, y es analizada a fin de determinar que la capsula ha alcanzado el area de interes, p.ej., el colon. (Alternativamente, la capsula esta en funcionamiento sustancialmente continuo en el tracto GI).

En una realizaci6n de la presente invenci6n, el principio basico para la detecci6n de p6lipos en el colon esta basado en los principios ffsicos descritos en los experimentos descritos anteriormente en la presente memoria con referencia a las Figs. 2A-E y 13A-C, y el uso de las propiedades generalmente simetricas de las contracciones musculares del colon y los rasgos regulares generales de la luz interior del colon. Para la detecci6n de p6lipos, la capsula mide distancias relativas desde cada borde externo de los colimadores hasta la superficie de la pared del colon. Despues, en cada punto de tiempo, el algoritmo busca y calcula un disco que describe el flujo retrodispersado Compton maximo que corresponde a un eje corto del colon (es decir, un diametro del colon, cuando el colon es visto en secci6n transversal). Este disco describe el eje corto del colon en cada punto de tiempo. Una informaci6n adicional que refuerza este calculo proviene de analizar un cono simetrico con el eje centrado alrededor del flujo maximo de fotones; esto corresponde a un angulo s6lido dirigido hacia el eje corto del colon en cada punto de tiempo. Despues, los algoritmos proceden a estimar el disco que es mejor descrito por las diferentes medidas de intervalos aproximando un spline elfptico 2D que se ajusta mejor a estas medidas. Esto a su vez es la estimaci6n de la secci6n del colon en la posici6n de la capsula. Por lo general, segun viaja la capsula a traves del colon, esta reconstruye aspectos de las distancias internas del colon. Para algunas aplicaciones, este calculo se realiza en el sistema de coordenadas del paciente. Para estas aplicaciones, el chip sensor de aceleraci6n MEMS en la capsula 50 proporciona tfpicamente una referencia a la direcci6n del tir6n gravitacional, y un segundo chip sensor de aceleraci6n MEMS acoplado a una superficie externa del paciente (p.ej., la banda 59, descrita en la presente memoria anteriormente con referencia a la Fig. 1C) proporciona una segunda referencia para corregir los movimientos del paciente. Alternativamente, para algunas aplicaciones, el calculo se realiza en el sistema de coordenadas de la capsula 50. En estas aplicaciones, no se requiere referencia, y los datos de salida incluyen distancias relativas al sistema de coordenadas de la capsula.

Por lo general, despues de que la capsula es expelida, los datos son post-procesados y presentados a un observador experto. Para algunas aplicaciones, los datos se presentan al observador como una serie de reconstrucciones transversales. Un observador experto es capaz de identificar los rasgos irregulares que no se encuentran usualmente en la luz interior del colon durante una contracci6n de los musculos del colon. Especfficamente, el sistema permite la detecci6n de rasgos "bacheados" y abultados irregulares en la pared del colon, que pueden ser p6lipos u otras deformaciones anat6micas sospechosas.

Se hace referencia a la Fig. 1D, que es una ilustraci6n esquematica de una representaci6n grafica ejemplar de tal reconstrucci6n en secci6n transversal del colon, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n.

En una realizaci6n de la presente invenci6n, se puede usar la derivada respecto al tiempo de los datos anteriores para la reconstrucci6n del camino que recorre la capsula en el colon. Usar la derivada respecto al tiempo en lugar de los datos en sf o conjuntamente con los datos permite al observador identificar mejor los rasgos irregulares en la superficie interna del colon segun viajara la capsula a traves del colon. En particular, este modo de analizar los datos permite la detecci6n y diferenciaci6n entre p6lipos y otros rasgos en la pared del colon (tales como anillos haustras). Los p6lipos se muestran en la vista de la derivada respecto al tiempo como rastros relativamente estrechos, mientras que los anillos haustras aparecen como rastros anchos que cubren usualmente los 360 grados enteros alrededor de la capsula segun pasa esta cerca de ellos. (Veanse las Figs. 14A-C y 15A-C, descritas mas adelante en la presente memoria).

En una realizaci6n de la presente invenci6n, los datos de la capsula pueden ser presentados al medico en un formato grafico (veanse las Figs. 14A-C y 15A-C, descritas mas adelante en la presente memoria) que no da informaci6n en imagenes, sino que muestra la informaci6n en una representaci6n grafica que ayuda al medico a determinar si hay una probabilidad de un p6lipo u otra anomalfa anat6mica que pueda albergar cancer y requerir colonoscopia.

Para aplicaciones en las que la fuente 60 de radiaci6n emite fotones que tienen dos o mas energfas diferentes, la unidad basica de datos analizados puede ser una relaci6n (p.ej., una proporci6n o diferencia) entre los recuentos de alta energfa y los recuentos de baja energfa. Alternativa o adicionalmente, la unidad basica de datos analizados es el recuento para cada una de las ventanas de energfa.

En una realizaci6n de la presente invenci6n, se usa la proporci6n entre la tasa de recuento de alta energfa y la tasa de recuento de baja energfa retrodispersada desde el contenido del colon y mas alla para calibrar la distancia real de la capsula de la pared del colon. Esto es posible porque la proporci6n del flujo de fotones a las diferentes energfas esta relacionada con, p.ej., es proporcional a, la distancia real. Esta propiedad es especialmente util, dado que la concentraci6n del agente de contraste puede cambiar segun viaja la capsula desde el colon derecho, donde el contenido del colon es fluido, hasta el colon izquierdo y el recto, donde el contenido del colones usualmente menos fluido, o incluso semirrfgido. Por lo tanto, el flujo medio de fotones por centfmetro de profundidad de agente de contraste disminuye segun aumenta la concentraci6n del agente de contraste. (El agua fluye hacia fuera del colon; de ahf que la concentraci6n de agente de contraste en el colon aumente, porque el agente no abandona el colon).

Una capsula tal como la capsula 50 puede estar adaptada para detectar fotones retrodispersados Compton, tfpicamente aquellos fotones que emergen de un proceso de retrodispersi6n de 180 (+/-20 a 30) grados en relaci6n a los fotones incidentes, dependiendo de la resoluci6n energetica del detector y la colimaci6n del detector (si esta colimado). Para aplicaciones de ventanas de energfa multiples, las tasas de recuento para diferentes ventanas de energfa se usan como datos basicos para el procedimiento de formaci6n de imagenes. En particular, para cada detector, la electr6nica asociada con su canal dedicado suma el numero de fotones que chocan con el detector en cada una de las ventanas de energfa predefinidas de acuerdo con los principios de la energfa retrodispersada Compton. (Otras ventanas de energfa se fijan para detectar fotones XRF que vienen del agente de contraste que esta siendo iluminado).

En este ejemplo, la capsula 50 implementa un algoritmo que se puede entender por medio de una analogfa con los ojos compuestos de los insectos. Tales ojos no tienen una unica lente focalizadora, sino que por el contrario tienen una multitud de sensores 6pticos dispuestos en una parte de un hemisferio. Los insectos con ojos compuestos son extremadamente cortos de vista, viendo solamente unos pocos milfmetros por delante de ellos. Pero sus ojos estan bien adaptados para detectar el movimiento a distancias mas lejanas, y para detectar la direcci6n vectorial y la morfologfa del objeto en movimiento. Por ejemplo, estas capacidades permiten a una libelula en vuelo detectar un mosquito en vuelo a varios metros de distancia de ella, y permite a insectos tales como la abeja volar a alta velocidad a traves de un bosque denso sin colisionar con las ramas.

Para una capsula adaptada para viajar en el tracto GI, generalmente es diffcil ajustar una matriz grande de detectores y aparatos de colimaci6n adecuados para reconstruir una imagen de alta resoluci6n. Por lo tanto, la situaci6n es similar a la de un insecto que tiene que "reconocer" morfologfas usando recursos de detecci6n limitados. En una realizaci6n de la presente invenci6n, los detectores estan dispuestos en la capsula para "ver" el hemisferio o parte del hemisferio que rodea la capsula. No obstante, el numero de detectores esta tfpicamente limitado a menos que 100, p.ej., menos que 40, siendo fijado el lfmite superior del numero por (a) el tamaro mfnimo de cualquier detector dado que proporcione aun una relaci6n seral a ruido razonable, y (b) el numero maximo de canales de seral independientes que pueden ser acomodados razonablemente en el pequero espacio disponible de la capsula. Adicionalmente, a fin de utilizar mejor los relativamente pocos fotones que estan disponibles por el proceso de retrodispersi6n Compton y la falta de espacio en la capsula, los detectores estan tfpicamente dispuestos sin colimaci6n o con una colimaci6n muy ligera. Por ello, cada detector "ve" una vista angular relativamente ancha, y la resoluci6n espacial estatica global esta comprometida hasta cierto punto, como el caso del ojo compuesto del insecto. A diferencia del caso del insecto, en el que la resoluci6n es fijada por el angulo de visi6n de un unico detector 6ptico, en el caso de la capsula, la resoluci6n de la "visi6n" de la capsula es determinada por las colimaciones de la(s) fuente(s) de radiaci6n.

Como en el caso del insecto, la capsula es "corta de vista", siendo capaz de componer una imagen estatica s6lo desde unos pocos milfmetros de distancia. Sin embargo, como el insecto con sus ojos compuestos, la capsula es capaz de detectar curvas, anillos haustras y p6lipos mientras se esta moviendo a traves del colon. Por lo general, pero no necesariamente, la detecci6n de p6lipos y otras morfologfas se hace fuera de lfnea, usando los datos recogidos por la capsula mientras viaja a traves del colon.

Se hace referencia a las Figs. 14A-C y 15A-C, que son ilustraciones esquematicas de superficies que representan morfologfas del tracto GI, generadas de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n. Se proporciona un algoritmo de rastreo dinamico para detectar p6lipos en el tracto GI, tal como en el colon, y discriminarlos de otras morfologfas encontradas normalmente en el colon, tales como paredes del colon en curva, anillos haustras y pliegues del colon. Este algoritmo hace uso del movimiento de la capsula dentro del colon para detectar y separar la morfologfa de los p6lipos de las morfologfas de las otras estructuras normales en el colon.

En esta realizaci6n, la radiaci6n emitida esta configurada tfpicamente para "iluminar" todo o una parte del volumen que rodea la capsula. Alternativamente, la colimaci6n en la radiaci6n emitida esta configurada para iluminar de manera selectiva ciertos sectores del volumen que rodea la capsula, mientras que deja otros sectores sin iluminar. Esta ultima configuraci6n puede servir para detectar mejor las formaciones anat6micas dentro del colon mientras se mueve la capsula, detectando los objetos de interes segun se mueven desde la "sombra" hasta la "luz".

En la siguiente descripci6n del algoritmo de rastreo dinamico, por motivos de simplicidad, se supone que los detectores de radiaci6n estan extendidos sobre una superficie rectangular 2D. Tambien se supone que los datos de los detectores son mapeados en una superficie rectangular 2D, donde los datos de cada detector son representados por una lectura medida de una propiedad tal como la tasa de recuento por tiempo de integraci6n en una cierta ventana de energfa que corresponde a la ventana de energfa de los fotones retrodispersados Compton. De esta manera, la luz del colon interna 3D es mapeada sobre la superficie rectangular 2D.

En una primera etapa del algoritmo de rastreo dinamico, para cada subdivisi6n en la superficie que representa 2D, se calcula una distancia relativa que cada colimador "ve", p.ej., usando el algoritmo matricial de la Ecuaci6n 1, descrito anteriormente en la presente memoria. Las superficies 120A, 120B y 120C de las Figs. 14A, 14B y 14C, respectivamente, y las superficies 122A, 122B y 122C de las Figs. 15A, 15B y 15C, respectivamente, son representaciones ejemplares de tal superficie indicadora de la distancia relativa, en respectivos puntos de tiempo.

En una segunda etapa del algoritmo, se calcula una diferencia entre la lectura que representa la subdivisi6n y las lecturas respectivas que representan todas las subdivisiones vecinas (hasta 6 vecinos en la superficie 2D).

En una tercera etapa, se calcula un umbral, p.ej., +/-� en relaci6n al valor de la subdivisi6n, basado en una distribuci6n de Poisson. Por ejemplo, si Nij es la lectura en una subdivisi6n ij (despues del analisis descrito en la primera etapa), el umbral sera uno sigma (es decir, +/-la rafz cuadrada de Nij). En la cuarta etapa, descrita inmediatamente a continuaci6n, s6lo se usan lecturas al menos uno sigma del valor de la subdivisi6n.

En una cuarta etapa, se representa graficamente una nueva superficie 2D, en la que los pfxeles representan diferencias entre las subdivisiones del primer mapa 2D (es decir, de las superficies 120A-C y 122A-C de las Figs. 14A-C y 15A-C, respectivamente). El resultado de esta representaci6n es una serie de morfologfas 2D en el tiempo que representan derivadas respecto al tiempo que dan una idea general del movimiento de la capsula dentro del colon y que muestran diferentes morfologfas segun viaja la capsula. Las superficies 124A, 124B y 124C de las Figs. 14A, 14B y 14C, respectivamente, y las superficies 126A, 126B y 126C de las Figs. 15A, 15B y 15C, respectivamente, son representaciones ejemplares de superficies que representan tales diferencias, en diferentes puntos de tiempo. Por ejemplo:

•

La morfologfa de un frente en movimiento (hecho con unas pocas rutas correlacionadas) es una lfnea, tal como una lfnea 128 de las Figs. 15A-C.

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La morfologfa de un frente en movimiento que tiene simetrfa cilfndrica (en el espacio de la capsula 3D) aparece como una cresta lineal a traves del espacio de las diferencias 2D, tal como la cresta 130 de las Figs. 15A-C. Tal frente en movimiento se puede relacionar con el movimiento de la pared o el movimiento de la capsula en relaci6n a las paredes.

•

Un objeto en movimiento que tiene una morfologfa aislada puede estar relacionado con p6lipos u otras anomalfas anat6micas, como se muestra en las Figs. 14A-C.

En una quinta etapa del algoritmo, estos mapas de diferencias 2D son mostrados como una serie animada al observador experto a fin de ayudarle a evaluar posibles anomalfas, tales como p6lipos.

Para algunas aplicaciones, el algoritmo usa una funci6n de autocorrelaci6n basada en las lecturas de los detectores para estimar movimientos 3D locales de la capsula. El uso de tal funci6n de autocorrelaci6n mejora, de manera general, la relaci6n seral a ruido. Esta informaci6n se puede usar despues para correlacionar lecturas de subdivisiones adyacentes y de ahf aumentar los tiempos de integraci6n estimando las lecturas basadas en varios periodos de tiempo de integraci6n en lugar de usar tiempos de integraci6n unicos. Este aumento en el tiempo de integraci6n promediando lecturas correlacionadas reduce generalmente el ruido. Tambien se pueden usar datos del chip sensor de aceleraci6n MEMS (Fig. 9A) para esta correlaci6n, o como medida confirmatoria.

La resoluci6n dinamica proporcionada por este algoritmo permite, de manera general, la resoluci6n de p6lipos a distancias de la capsula relativamente grandes, incluso usando un numero relativamente pequero de detectores. Este es el caso incluso aunque el relativamente pequero numero de detectores no este colimado o este ligeramente colimado (y por tanto se solapen en su campo de visi6n), lo que, sin el uso de tal algoritmo, darfa como resultado, de manera general, una resoluci6n estatica relativamente baja (que esta determinada por la colimaci6n de la fuente de radiaci6n).

Se pueden usar otros algoritmos que hacen uso de analisis dinamico para detectar p6lipos u otras anomalfas anat6micas en el colon y discriminar entre ellos y los movimientos normales de la pared del colon (p.ej., las contracciones de los musculos del colon) y los movimientos de la capsula dentro del colon. En particular, se pueden adaptar algoritmos que usan analisis dinamicos analogos a los descritos para el uso con las realizaciones descritas anteriormente, para potenciar la robustez y mejorar la inmunidad al ruido para variaciones espaciales y temporales. En particular, se puede usar un analisis dinamico conjuntamente con el analisis estatico para mejorar la detecci6n y evaluaci6n de anormalidades tales como p6lipos.

Se hace referencia a la Fig. 5, que es una ilustraci6n esquematica de una configuraci6n multiplexada en el tiempo de la capsula 50, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n. En esta realizaci6n, la capsula 50 comprende al menos un escudo 68 de radiaci6n. La capsula esta configurada de tal modo que el escudo 68 bloquea la radiaci6n emitida desde la fuente 60 de radiaci6n una parte del tiempo en que la capsula esta en el tracto GI. Para algunas aplicaciones, este bloqueo parcial se consigue moviendo el escudo 68. Alternativa o adicionalmente, el bloque se consigue moviendo la fuente 60 de radiaci6n. Para algunas aplicaciones, la fuente 60 de radiaci6n esta acoplada a una varilla 80 m6vil. Durante una fase de descanso, en los momentos en que no se desea que la capsula reuna datos, la fuente 60 de radiaci6n esta posicionada detras del escudo 68, con lo que la cantidad de radiaci6n que escapa hacia el cuerpo del paciente es mfnima. Durante una fase operacional, durante la cual la capsula 50 reune datos, la varilla 80 se mueve hacia delante y hacia detras, tal como mediante un accionador 84 de baja potencia (por ejemplo, un accionador lineal de bobina de voz, o un motor accionador lineal piezoelectrico). El movimiento de la varilla 80 expone la fuente 60 de radiaci6n a diferentes colimadores 63, causando que la fuente 60 de radiaci6n ilumine, en tiempos diferentes, diferentes sectores angulares de la esfera que rodea la capsula. Los detectores 62 detectan los fotones retrodispersados Compton o los fotones de fluorescencia de rayos X desde el contenido del colon, incluyendo el medio, sincronizados en el tiempo con la posici6n de la fuente de radiaci6n.

Para algunas aplicaciones, la fuente 60 de radiaci6n comprende un is6topo, p.ej. , Tl201, In111, I131, Ga67, Tc99m,

o Pd100. Para algunas aplicaciones, la varilla 80 comprende un metal pesado, tal como tungsteno, plomo o tantalio. Para algunas aplicaciones el escudo 68 comprende un material de alto Z, tal como tungsteno, oro o tantalio.

Usando estas tecnicas, la resoluci6n del sistema puede ser controlada ajustando los volumenes de "iluminaci6n". Por ejemplo, se puede poner una fuente de radiaci6n de intensidad relativamente alta en una capsula, y, controlando el angulo de colimaci6n de la fuente, permitir un volumen observado de alta resoluci6n muy estrecho. En esta configuraci6n, la exposici6n global a la radiaci6n para el paciente es sin embargo relativamente pequera.

La fisiologfa y anatomfa del colon humano es tal que la mayor parte de tiempo (durante un periodo medio de 24-72 horas) el contenido del colon es estacionario, mezclandose un poco de vez en cuando pero no moviendose hacia delante. Una vez cada pocas horas, se inicia una contracci6n que genera presi6n dentro del colon (hasta una media de 26,7 kPa) que empuja el material hacia el ano. Para minimizar la exposici6n del paciente a la radiaci6n, el movimiento motorizado hacia delante y hacia atras de la fuente 60 de radiaci6n se activa tfpicamente s6lo cuando la capsula detecta un aumento de la presi6n intraluminal indicativo de un inminente movimiento de masas dentro del colon, y/o cuando la capsula detecta un cambio angular, usando el chip sensor de aceleraci6n MEMS, indicativo de un posible movimiento inminente de la capsula. Durante los periodos en los que la capsula no detecte ninguna presi6n o cambio en el angulo de inclinaci6n, y las lecturas de XRF para el (los) detector(es) mas cercanos a la pared del colon esten en un estado estacionario, la fuente 60 de radiaci6n esta estacionaria en el centro del escudo

68.

El movimiento motorizado hacia delante y hacia atras de la fuente 60 de radiaci6n causa que la fuente de radiaci6n emita radiaci6n gamma o de rayos X a traves de los colimadores 63 segun pasa la fuente de radiaci6n hacia delante y hacia atras por detras del escudo 68. Los colimadores 63 estan dispuestos de tal modo que, en cualquier tiempo dado, s6lo un subconjunto predeterminado de los colimadores emite radiaci6n. Exponer la fuente de radiaci6n s6lo cuando se espera que la capsula recoja datos reduce, de manera general, la cantidad de radiaci6n a la que el paciente es expuesto.

El accionador 84 y la varilla 80 pueden estar dispuestos de tal modo que la varilla 80 se mueve segun la dinamica de un oscilador mecanico forzado. En esta disposici6n, la varilla 80 esta acoplada al menos a un resorte (resorte no mostrado) de tal modo que la combinaci6n de la varilla y el resorte forma un oscilador mecanico que tiene una frecuencia de resonancia especffica. En o cerca de esta frecuencia, la energfa requerida para mover la varilla 80 es mfnima. El accionador 84 suministra la energfa perdida por fricci6n. En ambos extremos del movimiento de la varilla, la varilla se ralentiza. La varilla, el resorte y los colimadores estan dispuestos tfpicamente de tal modo que la fuente de radiaci6n es expuesta a las aberturas de los colimadores en las localizaciones en las que la varilla se ralentiza.

Se puede incorporar una unidad de procesamiento dentro de la capsula, con lo que se puede hacer un analisis de datos limitado dentro de la capsula en tiempo real. En particular, la capsula puede calcular la funci6n de autocorrelaci6n de los datos medidos y combinar esta informaci6n a fin de determinar si la capsula se esta moviendo dentro del colon debido a fuerzas gravitacionales u otras fuerzas externas distintas a los movimientos de masas inducidos por presi6n. En particular, la combinaci6n del aceler6metro MEMS y la funci6n de autocorrelaci6n puede ayudar a determinar si la capsula esta estacionaria o se esta moviendo dentro del colon. La capsula, por consiguiente, continua accionando el movimiento de la fuente de radiaci6n hasta que la capsula entra en descanso.

El escudo 68 debe comprender, al menos en parte, un material magnetico, de tal modo que el escudo funciona como parte del accionador 84 (por ejemplo, cuando el accionador comprende un accionador de bobina de voz). En esta aplicaci6n, generalmente no se necesita un iman dedicado.

En una aplicaci6n, el agente de contraste se puede mezclar con partfculas ferromagneticas, p.ej., partfculas esfericas. Cuando la capsula entra en el colon, estas partfculas son atrafdas magneticamente a la capsula, y forman una masa agrandada que viaja con la capsula, ralentizando de este modo la capsula y aumentando la probabilidad de detecci6n de p6lipos. Para algunas aplicaciones, el escudo 68 comprende un electroiman, que puede ser encendido o apagado para permitir o forzar que las partfculas ferromagneticas se separen de la capsula.

Se hace referencia ahora a las Figs. 6A-E, que son ilustraciones esquematicas de la capsula 50 acoplada a un globo 140 inflable, de acuerdo con realizaciones respectivas de la presente invenci6n. El inflado del globo 140 alrededor de la capsula 50 mueve tfpicamente la capsula lejos de la superficie exterior del globo, hacia el centro del globo. Como resultado, la capsula se posiciona mas cerca del centro de la luz del colon. Tal posicionamiento mejora, de manera general, la resoluci6n del sistema en todos los lados de la capsula para la detecci6n de p6lipos y otras anomalfas anat6micas. Las tecnicas para la detecci6n de anomalfas anat6micas y p6lipos usando las configuraciones de globo son esencialmente las mismas que aquellas para las realizaciones que no comprenden un globo.

En estas realizaciones, el globo 140 esta adaptado para inflarse cuando la capsula 50 alcanza un area de interes clfnico, tfpicamente el colon. La capsula 50 detecta tfpicamente su llegada al colon usando las tecnicas descritas en la presente memoria. Para algunas aplicaciones, para el inflado, el globo 140 contiene o esta acoplado a un material que libera un gas (p.ej., CO2) o un gel cuando el material entra en contacto con el agua del contenido del colon. Por ejemplo, el globo 140 puede comprender tal compuesto 142 posicionado en una superficie externa del globo. El compuesto 142 es expuesto tanto al contenido del colon como al interior del globo. Seran evidentes otras tecnicas para inflar el globo para los expertos en la tecnica que hayan lefdo la presente solicitud, y estan dentro del alcance de la presente invenci6n.

Para algunas aplicaciones, el globo 140 comprende una valvula 144 de escape, configurada para empezar a disolverse lentamente cuando la valvula entre en contacto con el agua del contenido del colon. La valvula 144 esta configurada tfpicamente para disolverse a lo largo de un periodo predeterminado de tiempo, algo mas largo que el tiempo requerido esperado para el paso de la capsula a traves del colon. La disoluci6n de la valvula 144 permite que el gas contenido en el globo 140 escape del globo, desinflando de este modo el globo. Este mecanismo asegura que la capsula y el globo no bloquearan de manera indeseable el paso de material en el colon.

Se hace referencia a las Figs. 6C y 6D. En algunas aplicaciones, la capsula 50 esta revestida con un revestimiento 150 sensible al pH adaptado para disolverse a un pH, tal como aproximadamente 7, que es el esperado en el final del intestino delgado y en el colon. Alternativa o adicionalmente, se usan otros mecanismos para detectar la llegada de la capsula al colon, tales como mecanismos que incorporan polfmeros que reaccionan y se disuelven con enzimas liberadas por bacterias en el colon. Estas bacterias tienen una marcada presencia en el colon en relaci6n con otras partes del tracto GI. Por ejemplo, se puede usar una combinaci6n de un revestimiento sensible al pH y bacterias que disuelven el revestimiento interior, tal como la que comercializa Aicello Chemical Co., Ltd. (Aichi, Jap6n).

Se hace referencia de nuevo a las Figs. 6C y 6D. En este ejemplo de la invenci6n, la entrada de la capsula 50 en el colon se determina detectando cambios en un patr6n de ondas de presi6n y/o la presencia de XRF debida al agente de contraste. Estas indicaciones tambien se pueden usar para desencadenar una acci6n mecanica o qufmica que libere el revestimiento exterior o para permitir que el agua del contenido del colon entre en la capa bajo el primer revestimiento. En estas realizaciones, la superficie externa del globo 140 comprende una membrana 152 semipermeable que permite la entrada en el globo 140 de agua y agente de contraste. Para algunas aplicaciones, el globo 140 contiene una capa de un hidrogel 153 superabsorbente, que se expande segun pasa el agua a traves de la membrana 152 semipermeable. Para algunas aplicaciones, la capsula 50 esta acoplada a la membrana 152 semipermeable, tal como por elementos 154 de conexi6n flexibles elongados, con lo que la capsula 50 permanece dentro del globo 140. Para estas aplicaciones, el globo 140 tiene tfpicamente una longitud mayor que la longitud de la capsula 50, y mayor que la anchura del colon, de tal modo que la capsula tendera a ser orientada a lo largo de la longitud del colon. Ademas, para algunas aplicaciones, el globo 140 comprende uno o mas elementos 156 de apoyo adaptados para extender el globo alrededor de la capsula. Los elementos 156 pueden comprender, por ejemplo, un material con memoria de forma tal como el nitinol (por ejemplo, el comercializado por Memory-Metalle GmbH (Weil am Rhein, Alemania)).

El inflado del globo 140 mas alla de los confines de la capsula 50 crea un medio lleno de gas en el que habra una dispersi6n Compton despreciable. Por tanto, la retrodispersi6n Compton se inicia en el lfmite entre el globo 140 y el contenido del colon, tfpicamente a una distancia de entre aproximadamente 0,5 y aproximadamente 1,5 cm de la superficie exterior de la capsula 50. En esta configuraci6n, a fin de medir la distancia total desde la superficie exterior de la capsula 50 hasta la pared del colon, la capsula 50 calcula la suma de dos distancias independientes: (a) la distancia dentro del globo desde la capsula hasta la superficie exterior del globo, y (b) la distancia desde la superficie exterior del globo hasta la pared del colon.

Para algunas aplicaciones, la medida de la distancia desde la capsula hasta la superficie exterior del globo se realiza usando una o mas de las siguientes tecnicas:

•

Se usa la retrodispersi6n Compton para medir los cambios en la distancia desde la capsula hasta la superficie del globo, porque estos cambios se reflejan en grandes cambios en el recuento total de fotones Compton retrodispersados. Esto es debido al hecho de que dentro del globo no hay sustancialmente retrodispersi6n. Por lo tanto, los cambios en la distancia de la superficie del globo son reflejados en cambios en las tasas de recuento de retrodispersi6n como 1/RA2, donde R es la distancia hasta la superficie del globo. Los cambios en la retrodispersi6n Compton debidos a cambios mas alla de la superficie del globo son mas pequeros. Opcionalmente, para algunas aplicaciones, estos cambios se correlacionan con cambios en la XRF fuera del globo.

•

La distancia desde la capsula hasta la superficie del globo se estima en base al tamaro de la proyecci6n de retrodispersi6n. Este se conoce porque la geometrfa de colimaci6n es conocida y la dispersi6n Compton es sustancialmente despreciable en el globo lleno de gas, y por tanto empieza s6lo en la interfaz entre el globo y el contenido del colon.

•

La superficie del globo se impregna con partfculas 158 puntuales de un material de alta densidad tal como tungsteno o tantalio, como se muestra en la Fig. 6B. Cuando las partfculas 158 son iluminadas con los fotones gamma y/o de rayos X desde la fuente 60 dentro de la capsula 50, algo de XRF (con una lfnea espectral particular) es detectada por los detectores 62 de radiaci6n en la capsula. La distancia hasta estas fuentes puntuales puede ser calculada usando la tasa de recuento para su ventana de energfa especffica desde varios detectores, usando la siguiente ecuaci6n:

(Ecuaci6n 2)

dado que la distancia depende del intervalo r y el angulo a la fuente puntual.

• La superficie del globo 140 comprende (p.ej., esta impregnada con) pequeras fuentes 160 puntuales de radiaci6n gamma y/o de rayos X, como se muestra en la Fig. 6E. Las fuentes 160 puntuales comprenden tfpicamente fuentes de radiaci6n gamma de vida corta, tales como Tl201, In111, u otros materiales que emiten radiaci6n gamma que tiene uno o mas niveles de energfa. La distancia desde la superficie del globo hasta estas fuentes puntuales se determina tfpicamente usando las tecnicas descritas inmediatamente antes con referencia a la Ecuaci6n 2, cambiando lo que se deba cambiar.

A fin de estimar la distancia desde la superficie del globo hasta la pared del colon, la capsula analiza tfpicamente la XRF emitida desde el agente de contraste (u otro material de alto Z administrado por vfa oral en el tracto GI). La tasa de recuento de XRF esta relacionado con, p.ej., es proporcional a, el volumen del contenido del colon mezclado con agente de contraste entre el colon y la superficie del globo.

Se hace referencia de nuevo a la Fig. 6E. En este ejemplo la superficie del globo 140 comprende fuentes 160 puntuales de radiaci6n, como se describi6 anteriormente. En esta realizaci6n, la capsula 50 tfpicamente no comprende fuente 60 de radiaci6n. En esta realizaci6n, la capsula 50 y/o el software de analisis de datos externo mapea: (a) la geometrfa de la superficie externa del globo 140, y (b) estructuras anat6micas del colon que (i) entran en contacto con el globo 140 o (ii) estan en las inmediaciones del globo 140. Por lo general, el globo 140 comprende menos que 40 fuentes 160 puntuales, y la capsula 50 comprende menos que 40 detectores 62 de radiaci6n. Los fotones emitidos desde las fuentes 160 puntuales viajan en todas las direcciones. Los fotones que viajan en la direcci6n de los detectores 62 de radiaci6n son detectados por los detectores en las respectivas ventanas de energfa de los fotones. Algunos de los fotones que viajan en la direcci6n del contenido del colon sufren dispersi6n Compton, de tal modo que algunos fotones vuelven a los detectores a aproximadamente 180 grados de los fotones incidentes. Estos fotones dispersados son registrados en las ventanas de energfa apropiadas por los detectores de radiaci6n de la capsula y la electr6nica asociada. La capsula 50 y/o el software de analisis de datos externo usan (a) el conocimiento de las posiciones en la superficie del globo de las fuentes 160 puntuales en relaci6n unas a otras, y

(b) la detecci6n de los fotones primarios y dispersados por la matriz de detectores en la capsula, para mapear estructuras anat6micas del colon, ya entren en contacto o no estos elementos con el globo. Por lo general, la posici6n de cada una de las fuentes y la contribuci6n de retrodispersi6n de cada fuente se determinan solucionando una ecuaci6n lineal que describe la detecci6n de la fuente por una pluralidad de detectores.

Solucionar tal ecuaci6n es posible porque la capsula comprende tfpicamente una pluralidad de detectores y una pluralidad mas pequera de fuentes puntuales.

Para algunas aplicaciones, se usa el siguiente algoritmo para realizar este mapeado:

•

La capsula 50 registra recuentos de fotones para cada ventana de energfa primaria (es decir, incidente) en la que las fuentes 160 puntuales generan fotones, en cada intervalo de tiempo de integraci6n.

•

La capsula 50 registra recuentos de fotones para cada ventana de energfa Compton retrodispersada a 180 grados aproximadamente, que corresponde a las ventanas de energfa primarias en las cuales las fuentes 160 puntuales generan fotones, en cada intervalo de tiempo de integraci6n.

•

Para cada medici6n del detector D(Ek)i, el recuento para cada ventana de energfa primaria Ek se fija igual a la suma de fotones que llegan desde todas las posibles fuentes "observadas", es decir:

(Ecuaci6n 3)

donde Sg es la intensidad conocida de la fuente (o una matriz que representa las relaciones entre una pluralidad de fuentes conocidas ) para una ventana de energfa especffica, y 8(r,<) es una funci6n desconocida que se refiere a la geometrfa de la fuente Sg y los recuentos D(Ek)i medidos por el detector. Por ejemplo, la siguiente ecuaci6n puede servir como una representaci6n de 8(r,<):

(Ecuaci6n 4)

Usando formato de matrices, la transformaci6n lineal se puede escribir como sigue:

(Ecuaci6n 5)

Las relaciones entre las intensidades de las fuentes se miden y almacenan tfpicamente en la memoria de la capsula durante la fabricaci6n de la capsula, o al inicio del procedimiento antes del inflado del globo. Estas relaciones permanecen constantes a lo largo de toda la vida del material radiomarcado de las fuentes 160 puntuales.

• Dado que la matriz D medida y la matriz S de las fuentes son conocidas, es posible invertir S porque se comporta bien y es invertible, y los valores para c pueden por tanto ser calculados:

25 (Ecuaci6n 6)

donde c es una funci6n ponderal cuyos valores estan relacionados con, p.ej., son proporcionales a, la geometrfa espacial de la superficie del globo en relaci6n a la superficie del detector, donde la regla gobernante de la matriz ponderal es la regla del cuadrado inverso. En otras palabras, la intensidad de una fuente de radiaci6n detectada desde una distancia es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre la fuente y el detector de radiaci6n. Se puede mostrar ademas que, a fin de solucionar la posici6n de las fuentes puntuales, el numero de detectores de radiaci6n debe ser al menos 3 veces el numero de fuentes puntuales.

Otros metodos para calcular la posici6n de las fuentes en el globo y extrapolar la forma de la superficie del globo tambien estan dentro del alcance de la presente invenci6n.

35 Para algunas aplicaciones, se usa un analisis de los fotones XRF para estimar la distancia desde la superficie del globo hasta la pared del colon, bien s6lo o bien conjuntamente con las tecnicas de medida de distancias descritas anteriormente en la presente memoria. Para algunas aplicaciones, se usan estructuras distintas a un globo para producir de manera eficaz un efecto similar al del globo, p.ej., la extensi6n de las fuentes de radiaci6n hacia un lfmite exterior cercano a la pared del colon. Cuando se usan tales otras estructuras, los metodos para mapear estructuras anat6micas del colon, tales como los algoritmos descritos anteriormente en la presente memoria, se modifican apropiadamente para acomodarlos a estas otras estructuras.

Esta previsto que se proporcione un algoritmo para identificar un p6lipo, cancer colorrectal, u otra anormalidad desde dentro de la luz del colon en base a las diferencias de densidades entre la anormalidad y el tejido normal del colon. Este algoritmo tambien ayuda a detectar tejidos cancerosos o p6lipos planos que no sobresalen en la luz del colon

45 (aproximadamente el 5% de los p6lipos en el mundo occidental, y mas que el 10% de los p6lipos en Jap6n). Se pueden usar otros metodos para tratar el conjunto de datos y hacer uso de la correlaci6n entre las medidas para mejorar la relaci6n seral a ruido. (La descripci6n que sigue se refiere a una unica energfa de retrodispersi6n, asf como a multiples energfas de retrodispersi6n y relaciones (p.ej., proporciones o diferencias) entre energfas de retrodispersi6n altas y bajas).

Los mejores resultados usando este algoritmo se obtienen, de manera general, cuando al menos una parte de la capsula 50 o el globo 140 esta en contacto con la pared del colon u otra estructura interna, de tal modo que no hay

sustancialmente agente de contraste entre uno o mas detectores 62 de radiaci6n y la pared del colon u otra estructura. La capsula 50 viaja tfpicamente en fntimo contacto con la pared del colon, porque la capsula avanza tfpicamente en el colon debido al empuje peristaltico por parte de la pared del colon.

El algoritmo se realiza tfpicamente tras la determinaci6n de que al menos una parte del aparato tragable ha entrado en contacto con una parte de la pared del colon u otra estructura interna. Por ejemplo, esta determinaci6n se puede hacer detectando una reducci6n en los fotones XRF a sustancialmente cero en la parte del aparato en contacto, indicando que sustancialmente no hay agente de contraste presente entre el aparato y la pared del colon u otra estructura.

El algoritmo analiza recuentos de fotones retrodispersados Compton a aproximadamente 180 grados generados en respuesta a fotones incidentes emitidos desde la fuente 60 de radiaci6n y/o las fuentes 160 puntuales en la superficie del globo 140 (Fig. 6E). El algoritmo procesa recuentos para detectores adyacentes que &quot;observan&quot; el mismo punto iluminado usando Analisis de Componentes Principales (PCA), como sigue. La siguiente ecuaci6n es la ecuaci6n de matriz general que describe la transformaci6n a componentes principales en base a N medidas de N pfxeles adyacentes: (Ecuaci6n 7) donde X es una matriz de recuentos de fotones retrodispersados (o alguna relaci6n, p.ej., proporci6n o diferencia, entre fotones retrodispersados de diferentes ventanas de energfa, tal como una ventana de alta energfa dividido por una ventana de baja energfa). Asociada con cada pfxel Y esta la matriz de componentes principales. U es la matriz unitaria N x N deducida a partir de la matriz varianza-covarianza de X,

(Ecuaci6n 8) en donde las variables xjs, j (j=1 a N), y N estan centradas a la media. Las filas de la matriz U son los eigenvectores N normalizados de Cxx. La matriz de covarianza de los componentes principales es entonces

(Ecuaci6n 9) y las variables de los componentes principales (PCs) son los eigenvectores de Cx, ordenados de tal modo que A1>A2...>AN.

Dado que U es una transformaci6n unitaria, la varianza de datos total se conserva, es decir,

(Ecuaci6n 10)

donde a2x son las varianzas de las variables originales X. Esta redistribuci6n de varianza es util en la recuperaci6n de la informaci6n.

Dado que los PCs no estan correlacionados, y cada Y tiene una varianza menor que el componente previo, unos cuantos PCs contendrfan un porcentaje grande de la varianza total. En otras palabras, se espera que, para una capa de tejido generalmente homogeneo tal como las paredes musculares del colon, una fracci6n grande de la varianza de los datos total pueda ser descrita por un unico PC. Por otra parte, la presencia de un p6lipo y/o tejido canceroso inducirfa una variaci6n aumentada de la proporci6n de recuento de fotones retrodispersados que vienen de las paredes del colon (comparado con la composici6n uniforme de los musculos del colon). Esta compleja estructura de la Cx darfa como resultado la presencia de dos terminos relevantes (es decir, dos PCs), que describen una fracci6n grande de la varianza total en mas que un PC.

Ademas de realizar el analisis estatico de los datos a partir de pfxeles de detectores adyacentes, como se describi6 anteriormente, la misma formulaci6n matematica es implementada en posiciones sucesivas de la capsula segun se mueve a traves del colon. La funci6n de autocorrelaci6n de los datos recogidos de los diferentes detectores se usa para estimar movimientos locales. (Esta tecnica es en cierto modo analoga a usar tecnicas de analisis 6ptico para estimar la posici6n cambiante de un rat6n 6ptico de ordenador).

Se describen metodos en la presente memoria para detectar y discriminar entre el gas presente en el colon y anormalidades anat6micas, tales como p6lipos. De vez en cuando, se forman burbujas de gas dentro de la luz colorrectal. Estas burbujas pueden ser identificadas de manera err6nea como posibles p6lipos u otras deformaciones anat6micas en el colon.

Se puede implementar un conjunto de herramientas algorftmicas y hardware de apoyo para ayudar a distinguir entre burbujas de aire y p6lipos u otras deformaciones anat6micas dentro del colon. Estas herramientas algorftmicas incluyen, pero no se limitan a:

•

La dispersi6n Compton desde el gas es sustancialmente mas baja (tfpicamente casi inexistente) que desde el tejido (tanto normal como anormal). Por tanto, una burbuja de gas aparece como dispersi6n Compton reducida en todas las ventanas de energfa. Ademas, la relaci6n (p.ej., proporci6n o diferencia) entre energfas altas y bajas puede no cambiar mucho en presencia de una burbuja de gas. Por lo tanto, el reconocimiento de una dispersi6n Compton reducida en todas las ventanas de energfa y cambios mas pequeros en la relaci6n anterior es una indicaci6n de la presencia de gas, porque los fotones pasan a traves de menos agente de contraste.

•

Ademas de los fotones dispersados Compton, la capsula tambien esta tfpicamente adaptada para detectar fotones de fluorescencia de rayos X emitidos por los atomos de alto Z del agente de contraste. El aire y otros gases en el colon no emiten XRF, debido al numero Z mas bajo y predominantemente debido a la densidad mas baja. Esto permite la diferenciaci6n entre bolsas de gas y p6lipos en base a la proporci6n entre los fotones dispersados Compton y los fotones de fluorescencia de rayos X.

•

Tras su formaci6n, las burbujas de aire tienden a subir hacia la parte mas elevada de la luz, debido a la gravedad. Por lo tanto, usando la informaci6n sobre la inclinaci6n en relaci6n con el centro de gravedad dada por el chip MEMS, se hace una determinaci6n de si se ha detectado una posible burbuja. Usando la informaci6n sobre la direcci6n de la gravedad, es posible averiguar d6nde esta la burbuja de gas con respecto a cualesquiera sectores de angulo s6lido que puedan estar detectando cambios en las tasas de recuento asociadas con la burbuja de gas.

•

Las burbujas de gas, cuando son estables, tienen una superficie plana en su fondo. Por lo tanto, se registran de manera diferente que un p6lipo u otras anormalidades anat6micas protuberantes dentro del colon.

•

Las burbujas de gas, cuando son inestables, viajan lejos del tir6n gravitacional. Por lo tanto, usando informaci6n del chip MEMS, se hace una determinaci6n de si una posible burbuja esta viajando cerca de la capsula.

•

En la parte final del colon y en el recto, se puede formar gas y ser liberado despues por el ano. Esto se registra como una disminuci6n gradual en los recuentos de radiaci6n XRF y recuentos de dispersi6n Compton a lo largo de segundos y minutos, seguido de un brusco retorno a un valor mas alto una vez que el gas ha sido liberado.

•

A fin de reducir la cantidad de gas en la luz colorrectal, se puede mezclar un material absorbente de gas, tal como un compuesto de carb6n vegetal, o un compuesto encontrado en productos comerciales destinados a la absorci6n de gas en el tracto GI, o administrar conjuntamente, con el agente de contraste.

•

Para algunas aplicaciones, la presencia de una burbuja de gas se detecta usando ondas de sonido (p.ej., ultrasonido). Las burbujas de gas tienen una propiedad reflectiva acustica claramente diferente en comparaci6n con la de p6lipos y otras anomalfas anat6micas dentro de la luz del colon.

En las aplicaciones en las que la fuente 60 de radiaci6n comprende un radiois6topo, el radiois6topo emite radiaci6n beta. Tal emisor beta puede comprender, por ejemplo, P32, S35 o Xe133. El material radioisot6pico se coloca dentro de un caparaz6n metalico de alto numero at6mico tal como oro, plomo, tungsteno u otro material de alto numero at6mico. El material elegido tiene tfpicamente una lfnea XRF a una energfa relativamente alta (p.ej., tungsteno, con XRF a 67 keV). Esta disposici6n genera una emisi6n de fotones XRF secundarios como resultado de la excitaci6n de los electrones beta.

Se puede usar un protocolo de ahorro de energfa para ahorrar energfa de la baterfa cuando la capsula esta viajando en el tracto GI antes de que entre en el colon. De acuerdo con tal protocolo, se usa una o mas de las tecnicas descritas anteriormente en la presente memoria para detectar que la capsula ha alcanzado el colon. Una vez que se ha detectado la llegada al colon, la capsula inicia la recogida de datos a fin de detectar p6lipos dentro del colon. Esta recogida de datos dura por termino medio tfpicamente entre 24 y 72 horas. A fin de minimizar la exposici6n a la radiaci6n de la capsula, la capsula esta diserada para emitir radiaci6n s6lo cuando puede estar a punto de moverse. Tal movimiento inminente se puede detectar, por ejemplo, detectando los cambios en la presi6n del contenido del colon; la capsula se activa cuando un gradiente de presi6n dependiente del tiempo sobrepasa un cierto umbral. Alternativa o adicionalmente, la capsula puede ser activada si la capsula cambia su angulo de inclinaci6n en relaci6n al vector del tir6n gravitacional de la tierra (esto puede ser detectado con el chip aceler6metro MEMS). Un cambio en esta inclinaci6n relativa por encima de un cierto umbral puede indicar que la capsula esta a punto de moverse. Alternativa o adicionalmente, la capsula puede usar una combinaci6n de estos criterios para determinar cuando activar la fuente de radiaci6n.

Alternativa o adicionalmente, para aplicaciones en las que la capsula comprende el globo 140, como se describi6 anteriormente en la presente memoria con referencia a las Figs. 6A-E, el disparador para activar los detectores puede comprender un man6metro de presi6n que mide la presi6n del gas en el globo. Segun se empiezan a mover las paredes del colon, la presi6n aumenta en el globo, activando de este modo la capsula para encender los canales del detector y otros circuitos electr6nicos que han estado deshabilitados para ahorrar energfa. Despues de que se ha reducido la presi6n, la capsula vuelve a un modo inactivo de funcionamiento, opcionalmente despues de un retardo.

Para algunas aplicaciones, la medida de la presi6n sobre el globo se realiza monitorizando los recuentos de retrodispersi6n Compton de diferentes detectores mientras la capsula esta en su modo inactivo de funcionamiento, usando fotones de alta energfa que escapan del escudo. Un cambio en las lecturas de estos detectores puede indicar que el globo esta a una presi6n mas alta, y por tanto que la capsula debe cambiar a un estado totalmente activo en anticipaci6n de un posible movimiento.

En algunas aplicaciones, se le da al paciente una dieta preparada especialmente antes de tragar la capsula. Esta dieta incluye un agente de contraste, como se describi6 anteriormente en la presente memoria, y un laxante suave para ablandar el contenido del intestino y facilitar el movimiento intestinal, reduciendo de este modo el tiempo medio de transito de la capsula. Un tiempo de transito mas corto permite, de manera general, el uso de mas energfa por unidad de tiempo en la capsula, y, de manera general, permite el uso de radiois6topos de vida corta para la fuente 60 de radiaci6n, tal como el Tc99m (que tiene una vida media de 6 horas).

En algunas aplicaciones, se usan detectores de radiaci6n colocados en el cuerpo del paciente para rastrear la posici6n de la capsula. Medir la intensidad relativa de la radiaci6n detectada de unos pocos detectores con posiciones relativas entre ellos conocidas permite el rastreo de la posici6n de la capsula en tiempo real. La posici6n de los detectores puede ser rastreada por un sistema de localizaci6n magnetica u otro sistema de rastreo de posici6n conocido en la tecnica.

En una realizaci6n de la presente invenci6n, se administra al paciente un agente oral que tiene un alto Z (es decir, un numero at6mico de al menos 50, tfpicamente entre 60 y 100) y emite fluorescencia de rayos X relativamente alta en respuesta a la radiaci6n gamma y/o de rayos X incidente. Tal agente puede comprender, por ejemplo, sulfato de bario, compuestos basados en yodo o compuestos basados en gadolinio, que se usan de manera rutinaria como agentes de contraste del tracto GI, u otros compuestos que emitan fluorescencia de rayos X a energfa relativamente alta (32 keV para el bario). Este material esta generalmente confinado a la luz del GI. El agente de alto Z llena el volumen de la luz colorrectal interior y ayuda en la detecci6n de p6lipos y otras deformaciones anat6micas, indicando d6nde hay volumenes no ocupados por el agente de alto Z.

Excepto como se describe mas adelante en la presente memoria, los principios de operaci6n de esta realizaci6n son similares, de manera general, a los de las realizaciones descritas anteriormente en la presente memoria. Como en estas otras realizaciones, la capsula emite radiaci6n gamma y/o de rayos X para iluminar las inmediaciones de la capsula. Sin embargo, a diferencia de en estas otras realizaciones, el prop6sito de esta iluminaci6n es excitar el agente de alto Z para que emita fluorescencia de rayos X (XRF). La radiaci6n de rayos X emitida por el proceso XRF es entonces detectada y procesada por la capsula.

Se hace referencia a las Figs. 11A-D, que son graficos que muestran resultados experimentales medidos de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n. Las Figs. 11A, 11B y 11C son graficos que muestran espectros energeticos usando como agente de alto Z BaSO4 al 2% con profundidades de 1 cm, 2 cm y 3 cm, respectivamente, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n. Cada grafico muestra una lfnea 180 espectral XRF del BaSO4 y una lfnea 182 espectral de retrodispersi6n Compton, medida a un angulo de retrodispersi6n de 180 grados. Como se puede ver en los graficos, la tasa de recuento de fotones XRF depende de la profundidad del agente de alto Z (BaSO4). La Fig. 11D es una representaci6n grafica de la integral bajo la lfnea espectral XRF del BaSO4 frente a la profundidad del agente de alto Z, que tambien ilustra esta dependencia de la tasa de recuento de fotones de la profundidad del agente de alto Z, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n. (La lfnea s6lida muestra las tasas de recuento medias, y las lfneas discontinuas muestran mas o menos una desviaci6n estandar).

El analisis de los datos de XRF que se reciben de la capsula es similar, de manera general, al analisis realizado en realizaciones descritas anteriormente en la presente memoria. Sin embargo, los recuentos de fotones XRF disminuyen en presencia de un p6lipo u otra anomalfa anat6mica, mientras que los recuentos de fotones dispersados Compton aumentan en presencia de un p6lipo u otra anomalfa anat6mica.

De acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n, se miden los recuentos tanto de los fotones dispersados Compton como de los fotones XRF, y la informaci6n combinada se utiliza para identificar la presencia de un p6lipo u otra anomalfa anat6mica. En esta realizaci6n de XRF/Compton, los dos diferentes tipos de radiaci6n se cuentan por separado, evaluando diferentes ventanas de energfa correspondientes a las dos energfas separadas. Por lo general, la energfa de los fotones de la fuente de radiaci6n se selecciona de tal modo que los fotones incidentes de la capsula tengan una energfa suficientemente alta, para que la energfa dispersada Compton a aproximadamente 180 grados este bien separada de la XRF del agente de contraste. El uso de recuentos tanto de los fotones XRF como de los fotones dispersados Compton mejora tfpicamente la estadfstica derivada de los fotones recibidos.

En una realizaci6n de la presente invenci6n, la combinaci6n de fotones de dispersi6n Compton y fotones XRF se usa para estimar la distancia absoluta desde cada uno de los detectores en la capsula hasta la pared interior de la luz del colon. Despues, esta informaci6n se usa (tfpicamente de manera retrospectiva, cuando se analizan los datos de la capsula) para reconstruir las curvaturas de la superficie de la pared interior del colon como una funci6n del tiempo (o como una funci6n de otro parametro, tal como la distancia recorrida en el colon, determinada tfpicamente usando informaci6n de los sensores MEMS o informaci6n basada en la funci6n de autocorrelaci6n de las tasas de recuento desde los diversos detectores).

Para algunas aplicaciones, se usa la siguiente ecuaci6n de absorci6n para estimar la distancia desde la pared del colon hasta la capsula en cualquier tiempo dado:

(Ecuaci6n 11) donde:

•

I es la intensidad de fotones (para una ventana de energfa especffica) medida por el detector;

•

c(C,D) es una funci6n que describe la eficacia de medida que depende de la geometrfa de colimaci6n y de la eficacia del detector;

•

I0 es la intensidad de fotones en la fuente de radiaci6n (para la misma ventana de energfa especffica);

•

� es el coeficiente de absorci6n del contenido del colon, que depende de la composici6n qufmica global y la densidad especffica; y

•

x es la distancia en centfmetros.

Para algunas aplicaciones, se proporciona un metodo para estimar el coeficiente de absorci6n �. Las siguientes observaciones ayudaran a entender la descripci6n de este metodo que se describe mas adelante:

•

La probabilidad de interacci6n de la dispersi6n Compton depende de la densidad electr6nica, y es por lo tanto linealmente proporcional a la densidad del contenido del colon;

•

La mayor parte de la absorci6n de fotones en el agente de contraste (tanto en el camino desde la capsula como en el camino de vuelta a la capsula despues de la dispersi6n Compton) es debida a la interacci6n fotoelectrica, que varfa como una funci6n de ZA5; y

•

La densidad del material dentro del colon es similar a la densidad del material fuera del colon, y generalmente en el cuerpo (en lo que se refiere a las probabilidades de interacci6n de la dispersi6n Compton).

El metodo para estimar el coeficiente de absorci6n � del contenido del colon (incluyendo el agente de contraste) comprende tfpicamente:

•

determinar que detectores en la capsula estuvieron en contacto con la pared del intestino delgado en cualquier tiempo dado. Esta determinaci6n se hace tfpicamente identificando que detectores en cualquier tiempo dado estuvieron registrando un nivel muy bajo de XRF, ya que esto es una indicaci6n de que los detectores estuvieron en contacto con la pared. (La XRF se mide a un nivel sustancial en respuesta a los fotones incidentes que pasan a traves del agente de contraste. Sin embargo, los fotones que chocan con un detector que esta en contacto con la pared del intestino delgado no pasan esencialmente a traves del agente de contraste). Esta determinaci6n se hace tfpicamente analizando los datos registrados en la unidad 52 de registro externa. Se hace una evaluaci6n del recuento medio de fotones dispersados Compton registrado para cada detector cuando estuvieron en contacto con la pared del intestino delgado. Esto corresponde a x = 0 en la ecuaci6n de absorci6n mostrada anteriormente;

•

separar los detectores de la capsula de la pared del colon hasta en al menos una distancia mfnima de separaci6n conocida. El detector que esta registrando la distancia mas pequera esta, por lo tanto, a la distancia mfnima de separaci6n conocida. Para algunas aplicaciones, esta separaci6n se consigue usando extensores, tales como los descritos mas adelante en la presente memoria con referencia a las Figs. 7A o 7B. Esta separaci6n se realiza cuando la capsula entra en el colon. La entrada de la capsula en el colon puede ser detectada usando diversos metodos, tales como los descritos anteriormente en la presente memoria; y

•

calcular el factor de absorci6n � del contenido del colon, incluyendo el agente de contraste, usando la Ecuaci6n 11 y las tasas de recuento de la dispersi6n Compton medidas en las dos primeras etapas de este metodo.

Usando este valor calculado de �, se calcula la distancia variante con el tiempo desde cualquier detector hasta una parte cercana de la pared del colon, para el periodo entero de movimiento de ese detector a traves del colon. En una realizaci6n, este calculo se basa en un modelo que usa un grafico semilogarftmico, donde la tasa de recuento esta en el eje y y la distancia esta en el eje x. La pendiente de tal grafico es la � calculada, en base a las medidas hechas en las dos primeras etapas del metodo de calculo de �.

En un ejemplo alternativo, el paciente traga un material radiomarcado que es indigerible y permanece s6lo dentro de los confines del tracto GI. Mas tarde, el paciente traga una capsula equipada con sensores de radiaci6n gamma que esta en comunicaci6n con una unidad de registro externa que es llevada por el paciente. Excepto como se describe en la presente memoria, los principios de funcionamiento de esta realizaci6n son similares, de manera general, a los de las realizaciones descritas anteriormente en la presente memoria.

Este ejemplo esta basado en los siguientes principios ffsicos, que se describen con referencia a la Fig. 3, que es un grafico que muestra resultados experimentales ejemplares de un experimento similar al descrito anteriormente en la presente memoria con referencia a las Figs. 2A-E, de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n. Un recipiente similar al recipiente 12 de las Figs. 2A-D se llena con un lfquido o gel de baja viscosidad radiomarcado, y un pequero globo lleno de agua, similar al globo 18 de las Figs. 2A-D, se coloca en el fondo del recipiente. Un detector de radiaci6n colimado similar al detector 16 de las Figs. 2A-D se hace pasar por encima del recipiente, manteniendo una distancia constante del fondo del recipiente (no se usa en este experimento una fuente de radiaci6n similar a la fuente 14 de las Figs. 2A-D). En una pluralidad de puntos a lo largo del camino del detector, se registran los recuentos por segundo de radiaci6n gamma y/o de rayos X. Segun pasa el detector por encima de la posici6n del globo de agua (posici6n C), las lecturas de las tasas de recuento disminuyen, como se muestra en la Fig. 3. Dos principios ffsicos se combinan para producir este efecto:

•

como el medio es un lfquido o gel de baja viscosidad, la concentraci6n de material radioactivo esta distribuida de manera uniforme dentro de este medio, suponiendo que ha pasado tiempo suficiente despues de la introducci6n del radiois6topo; y

•

el numero de fotones detectados por unidad de tiempo es directamente proporcional al volumen que el detector colimado esta &quot;observando&quot;. En otras palabras, la probabilidad de detectar un fot6n que se origina a partir de un is6topo que decae a nucleos mas estables es directamente proporcional al volumen de nucleos radioactivos que es &quot;observado&quot; por el detector colimado.

Los principios de funcionamiento de este ejemplo son, de manera general, similares a los de las realizaciones descritas anteriormente en la presente memoria, excepto que los fotones de alta energfa de esta realizaci6n son emitidos desde el material radiomarcado tragado por el paciente, en vez de desde la capsula (o las fuentes puntuales del globo). El material radiomarcado es tfpicamente similar al usado de manera rutinaria para el estudio de los tiempos de transito en el colon. Por ejemplo, el material radiomarcado puede ser un trazador administrado por vfa oral tal como I-131-celulosa, partfculas de resina de intercambio cati6nico (0,5-1,8 mm de diametro) marcadas con In111 en una capsula de gelatina, Ga67-citrato, u otros materiales tales que se administran por vfa oral y permanecen dentro de los confines del tracto GI. (Vease, por ejemplo, el artfculo mencionado anteriormente de Camilleri et al.).

La capsula de este ejemplo es similar a la capsula 50, tal como la descrita anteriormente en la presente memoria con referencia a la Fig. 4. Sin embargo, a diferencia de la capsula 50, la capsula de esta realizaci6n tfpicamente no comprende ninguna fuente de radiaci6n. Ademas, los detectores de radiaci6n de la capsula de este ejemplo tfpicamente estan colimados. Los detectores de radiaci6n estan dispuestos tfpicamente en una esfera, de tal modo que &quot;observan&quot; la esfera 4 pi cuadrado entera (o una parte de ella) que rodea la capsula. La colimaci6n de los detectores permite a cada uno de los detectores &quot;observar&quot; un sector s6lido confinado (en relaci6n a la esfera).

La capsula viaja a traves del tracto GI y mide los fotones que chocan con sus detectores de radiaci6n. Esta medida, tfpicamente, se realiza de manera generalmente constante, a menos que la capsula este en un modo de ahorro de energfa. La informaci6n acerca de la tasa de recuento recibida desde cada uno de los detectores de radiaci6n es almacenada junto con el sello de tiempo para cada medida. Dentro de esta unidad de tiempo de integraci6n, se supone que la capsula y su pared del colon circundante y el material radiomarcado estan en un estado cuasiestable. Tomar intervalos de tiempo suficientemente pequeros e integrar los recuentos a lo largo de estos pequeros periodos permite esta suposici6n de estado cuasi-estable. Estos datos son almacenados en la capsula y enviados tfpicamente por la capsula a la unidad de registro externa de vez en cuando.

El analisis de los datos de la capsula es sustancialmente similar al analisis descrito anteriormente en la presente memoria. La presencia de una estructura anat6mica protuberante reduce la tasa de recuento gamma recibida de esa area, dado que la estructura desplaza al contenido del colon radiomarcado, dando como resultado una lectura de recuento mas baja.

Se hace referencia ahora a las Figs. 7A y 7B, que son ilustraciones esquematicas de elementos extensores, de acuerdo con realizaciones de la presente invenci6n. Estos elementos extensores son desplegados cuando la capsula 50 alcanza un area de interes diagn6stico en el tracto GI, tfpicamente el colon. En sus posiciones expandidas, los elementos extensores mantienen la capsula 50 a una pequera distancia de la pared del colon. Para algunas aplicaciones, la capsula 50 comprende un material que reacciona en base a un disparador qufmico, tal como un cambio en el pH, cuando la capsula alcanza las inmediaciones del colon (por ejemplo, usando las tecnicas descritas en el artfculo mencionado anteriormente de Camilleri et al.). La reacci6n qufmica causa el despliegue de los elementos extensores. Alternativa o adicionalmente, se utilizan materiales que se expanden cuando los lfquidos del tracto GI son absorbidos en los mismos, desplegando de este modo los elementos extensores.

Para algunas aplicaciones, los elementos expandibles comprenden un material flexible, elastico. La elasticidad y flexibilidad de los elementos expandibles son tales que incluso si los elementos se despliegan totalmente de manera no intencionada en el intestino delgado, son suficientemente flexibles para no interferir con la progresi6n normal de la capsula en el intestino delgado. Tales extensores pueden comprender un material tal como un hidrogel. Este tipo de material absorbe tfpicamente 50 veces su peso. Por lo general, el material absorbente esta encerrado en un tejido que permite que entre agua pero impide que escape el gel.

Para algunas aplicaciones, los elementos extensores comprenden patas 200, como se muestra en la Fig. 7A. Alternativamente, los elementos extensores comprenden una estructura 202 anular expandible, como se muestra en la Fig. 7B. Inicialmente los anillos de la estructura 202 son mantenidos fuertemente empaquetados alrededor de la capsula 50 por un material soluble, tal como un material sensible al pH que se disuelve a un pH especffico para el colon. Cuando el material soluble se disuelve en el colon, los anillos son liberados y se expanden alrededor de la capsula. Alternativamente, ademas, los elementos extensores comprenden otra forma geometrica expandible.

Se hace referencia a las Figs. 8A y 8B, que son ilustraciones esquematicas de elementos extensores adicionales, de acuerdo con realizaciones de la presente invenci6n. En estas realizaciones, la capsula 50 comprende tfpicamente una o dos camaras 211 flexibles expandibles, acopladas a un extremo de la capsula 50 (Fig. 8A) o a ambos extremos de la capsula (Fig. 8B). Cada camara 211 comprende una membrana 212 expandible semipermeable, que rodea a un hidrogel 214 superabsorbente. La capsula 50 esta revestida tfpicamente con un revestimiento 210 que es sensible al pH del colon, y/o sensible a enzimas bacterianas que se encuentran en el colon. Cuando la capsula 50 alcanza el colon, el revestimiento 210 se disuelve, permitiendo que los lfquidos del colon (tales como agua y posiblemente agente de contraste) pasen a traves de la membrana 212, y sean absorbidos por el hidrogel 214. Esta absorci6n por el hidrogel 214 expande las camaras 211, de tal modo que la capsula 50 junto con las camaras tiene una longitud mayor que la anchura de la luz del colon, forzando de este modo a que el eje largo de la capsula 50 se oriente en paralelo al eje longitudinal de la luz del colon. La expansi6n de las camaras 211 tambien minimiza, de manera general, el movimiento de la capsula cuando no hay movimiento de masas del contenido del colon. Incluso aunque las camaras 211 se desplieguen totalmente de manera no intencionada en el intestino delgado, las camaras no obstruiran el movimiento de la capsula dentro del intestino delgado.

Se hace referencia a la Fig. 8C, que es una ilustraci6n esquematica de aun otro ejemplo de un mecanismo extensor. En este ejemplo los elementos extensores comprenden elementos 220 no desplegables. Los elementos 220 no desplegables comprenden tfpicamente un material flexible que se extiende cuando el revestimiento 210 se disuelve. Otras formas y estructuras para los elementos extensores seran evidentes para los expertos en la tecnica que hayan lefdo la presente solicitud, y estan dentro del alcance de la presente invenci6n.

Para algunas aplicaciones, se usan otras tecnicas qufmicas o no qufmicas para desencadenar el despliegue de los diversos mecanismos extensores descritos en la presente memoria. Por ejemplo, la capsula 50 puede recibir una seral desde un sitio externo al paciente, o puede detectar serales electricas caracterfsticas del colon, y en respuesta a las mismas puede desplegar mecanicamente, electricamente, qufmicamente o de otro modo los elementos extensores.

Un agente de contraste, o agente radiomarcado, y/o agente de alto Z esta encapsulado en la capsula 50 o en una capsula independiente para el almacenamiento de agentes, que se disuelve cuando el pH del ambiente se hace el caracterfstico de una parte deseada del tracto GI. En respuesta, el agente es liberado cerca de o en el colon, mejorando la concentraci6n eficaz del agente en el colon.

En una realizaci6n de la presente invenci6n, la capsula 50 es rastreada por un sistema de navegaci6n que arade informaci6n acerca de la posici6n a los datos de la capsula. Tal sistema de navegaci6n puede comprender, por ejemplo, un conjunto de receptores de radio que rastrean la capsula midiendo, en diferentes posiciones sobre el cuerpo del paciente, las amplitudes relativas de las serales RF transmitidas por la capsula. Otras realizaciones utilizan localizaci6n basada en ultrasonidos, en la que la capsula sirve como transpondedor a las serales que provienen de unas cuantas localizaciones sobre el cuerpo del paciente, y las medidas de tiempo de vuelo proporcionan la localizaci6n de la posici6n. Se usan para algunas aplicaciones otras tecnologfas de localizaci6n de la posici6n conocidas en la tecnica, tal como detecci6n de la localizaci6n basada en campos magneticos.

La capsula 50 puede comprender electrodos electricamente conductores acoplados a su superficie, y un generador de pulsos en la capsula que es controlado por el microcontrolador de la capsula. En este ejemplo la capsula puede estar adaptada para estimular el colon electricamente, induciendo de este modo un movimiento de masas controlado. Tales tecnicas de estimulaci6n se describen, por ejemplo, en la patente de EE.UU. 6.453.199, concedida a Kobozev, que se incorpora en la presente memoria por referencia, y en el documento RU N� 936931 MKI A61 N 1/36 BIR 1982, que se incorpora en la presente memoria por referencia. La capsula tfpicamente realiza de manera repetida las siguientes etapas: (a) despierta de un modo inactivo y empieza a adquirir datos, (b) estimula el colon para efectuar movimiento de masas, y (c) tras el cese del movimiento de masas, cesa de adquirir datos y vuelve a entrar en el modo inactivo. De esta manera, la capsula puede ser controlada y los datos ser adquiridos en tiempos relevantes. El paciente tambien puede ser informado de que la capsula ha iniciado su formaci6n de imagenes dentro del colon. Alternativamente, el paciente puede elegir cuando iniciar tal proceso. En tal caso, el cribado entero del colon puede tener una duraci6n corta. En este caso, la deposici6n puede ser blanda y el paciente puede elegir usar un aseo durante los pocos minutos requeridos para completar el cribado del colon y recto.

En una realizaci6n de la presente invenci6n, los musculos del colon son observados durante una contracci6n, usando las tecnicas de observaci6n y analisis descritas en la presente memoria. Los musculos del colon sanos se contraen de un modo simetrico generalmente cilfndrico. La presencia potencial de una anomalfa anat6mica es detectada por la observaci6n de una desviaci6n de tal simetrfa cilfndrica. Tal anomalfa puede ser un p6lipo u otra anomalfa anat6mica que pueda albergar tumores cancerosos o precancerosos. Las desviaciones a lo largo del camino del colon de un area a otra tambien pueden indicar la presencia de una anormalidad anat6mica.

La fuente de alimentaci6n de la capsula puede comprender una &quot;baterfa nuclear&quot;, que utiliza el material radioactivo en la capsula como emisor beta. Por ejemplo, se pueden usar las tecnicas y aparatos que se describen en la patente de EE.UU. 5.721.462, concedida a Shanks.

Para algunas aplicaciones, se aplican las tecnicas y aparatos descritos en la solicitudes de patente provisionales de EE.UU. 60/531.690 y/o 60/559.695 mencionadas anteriormente, en combinaci6n con las tecnicas y aparatos descritos en la presente memoria.

Se hace constar que mientras que algunas realizaciones de la presente invenci6n se describen en la presente memoria con respecto a hacer que el paciente trague un agente de contraste tal como bario (que aumenta la absorci6n de fotones, y por tanto proporciona un modo de diferenciar entre la pared del tracto GI y el contenido de la luz), en otras realizaciones de la presente invenci6n el paciente, por el contrario, traga un agente de contraste que tiene una absorci6n reducida en relaci6n a la pared del tracto GI. Por ejemplo, las fibras nutricionales tienen una absorci6n mas baja que la absorci6n de la pared del tracto GI y el tejido de fuera del tracto GI, y, por lo tanto, cuando la capsula pasa por un p6lipo u otra anormalidad, los fotones dispersados Compton registrados disminuiran. Como se emplea en la presente memoria, incluyendo en las reivindicaciones, &quot;agente de contraste&quot; incluye un agente de contraste tanto de atenuaci6n positiva como de atenuaci6n negativa.

Aunque en algunas realizaciones de la presente invenci6n se describe que la capsula 50 y/o la unidad 52 de registro de datos realizan ciertos calculos y/o analisis, todos o una parte de estos calculos y/o analisis se pueden realizar, por el contrario, mediante un software y/o hardware de analisis de datos externos. De manera similar, para algunas aplicaciones, los calculos y/o analisis descritos en la presente memoria que son realizados por software y/o hardware de analisis de datos externos pueden ser realizados por la capsula 50 y/o la unidad 52 de registro de datos.

Aunque algunas realizaciones de la presente invenci6n se describen con respecto a la inspecci6n del colon de un paciente, algunas de la tecnicas descritas en la presente memoria tambien pueden ser aplicables a otras partes del tracto GI, y/o a otras luces corporales, tales como vasos sangufneos, cambiando lo que se deba cambiar.

Por simplicidad, algunas realizaciones de la presente invenci6n se describen en la presente memoria con respecto a un angulo de dispersi6n de 180 grados, pero tfpicamente incluyen un intervalo alrededor de 180 grados, tambien. Por ejemplo, el intervalo puede ser 180 grados +/-un parametro del intervalo, donde el parametro del intervalo es tfpicamente menor que 10, 20 6 30 grados.

Claims (30)

1. REIVINDICACIONES

   1. Un aparato para la detecci6n de rasgos clfnicamente relevantes en el tracto (72) gastrointestinal (GI) de un paciente (54), en asociaci6n con un agente (70) de contraste para rayos X dispuesto dentro del espacio interno del tracto GI, comprendiendo el aparato:

   una capsula (50) adaptada para ser tragada por el paciente, y que comprende:

   al menos una fuente (60) de radiaci6n de rayos X o gamma, adaptada para emitir una radiaci6n que tiene una energfa de al menos 10 keV; y

   al menos un detector (62) de fotones, adaptado para detectar fotones de fluorescencia de rayos X (XRF) emitidos desde el agente de contraste y/o fotones retrodispersados Compton dispersados desde el agente de contraste, en respuesta a la radiaci6n emitida;

   y caracterizado por

   una unidad de control adaptada para estimar una distancia desde un sitio de la capsula (50) hasta una pared del tracto (72) GI analizando datos relativos a los fotones detectados.

2. 2.

   El aparato segun la reivindicaci6n 1, en el que el agente de contraste comprende un elemento qufmico que tiene un numero at6mico de al menos 50.

3. 3.

   El aparato segun la reivindicaci6n 1, en el que los datos se presentan como una reconstrucci6n en secci6n transversal del colon.

4. 4.

   El aparato segun la reivindicaci6n 1, en el que los datos se presentan como una serie de reconstrucciones en secci6n transversal del tracto GI.

5. 5.

   El aparato segun la reivindicaci6n 1, en el que dicho al menos un detector de fotones esta adaptado para detectar al mismo tiempo dichos fotones de fluorescencia de rayos X (XRF) en una primera ventana de energfa y dichos fotones retrodispersados Compton en una segunda ventana de energfa.

6. 6.

   El aparato segun la reivindicaci6n 1, en el que la fuente de radiaci6n comprende un radiois6topo.

7. 7.

   El aparato segun la reivindicaci6n 1, en el que la fuente de radiaci6n comprende al menos un colimador, adaptado para colimar la radiaci6n emitida por la fuente de radiaci6n.

8. 8.

   El aparato segun la reivindicaci6n 1, en el que el detector de fotones comprende al menos un colimador, adaptado para colimar los fotones detectados por el detector de fotones.

9. 9.

   El aparato segun la reivindicaci6n 5, en el que la unidad de control computa una relaci6n entre las intensidades de los fotones dispersados Compton y los fotones de fluorescencia de rayos X para distinguir entre el gas presente en el tracto GI y un rasgo clfnicamente relevante.

10. 10.

    El aparato segun la reivindicaci6n 1, en el que la unidad de control esta adaptada para estimar la distancia estimando una profundidad del agente de contraste entre el sitio de la capsula y la pared del tracto GI.

11. 11.

    El aparato segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la fuente de radiaci6n esta adaptada para emitir la radiaci6n desde la capsula s6lo durante una parte de un tiempo en que la capsula esta en el tracto GI.

12. 12.

    El aparato segun la reivindicaci6n 11, en el que la capsula comprende un sensor, adaptado para detectar un parametro indicativo de un posible movimiento inminente de la capsula en el tracto GI, y en el que la fuente de radiaci6n esta adaptada para emitir la radiaci6n desde la capsula en respuesta a la detecci6n del parametro por el sensor.

13. 13.

    El aparato segun la reivindicaci6n 11,

    en el que la fuente de radiaci6n comprende un radiois6topo,

    en el que la fuente de radiaci6n comprende un escudo de radiaci6n, y

    en el que la capsula comprende un accionador, adaptado para mover al menos uno de la fuente de radiaci6n y el escudo, de tal modo que el escudo no bloquee la radiaci6n emitida desde la fuente de radiaci6n durante la porci6n del tiempo.

14. 14.

    El aparato segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la capsula comprende un globo inflable, adaptado para inflarse alrededor de la capsula.

15. 15.

    El aparato segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el al menos un detector de fotones comprende una pluralidad de detectores de fotones, dispuestos para detectar fotones que llegan desde una pluralidad de direcciones de detecci6n respectivas.

16. 16.

    El aparato segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la capsula comprende al menos un escudo para la radiaci6n.

17. 17.

    El aparato segun la reivindicaci6n 16, en el que el al menos un escudo esta configurado para impedir que la radiaci6n sea emitida desde la fuente de radiaci6n en direcciones distintas a un unico sector s6lido confinado en relaci6n a una esfera que rodea la capsula.

18. 18.

    El aparato segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el rasgo clfnicamente relevante incluye una anormalidad anat6mica del tracto GI.

19. 19.

    El aparato segun la reivindicaci6n 18, en el que la anormalidad anat6mica incluye un p6lipo.

20. 20.

    El aparato segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la unidad de control esta adaptada para detectar que la capsula ha alcanzado el colon.

21. 21.

    El aparato segun la reivindicaci6n 20, en el que la unidad de control esta adaptada para detectar que la capsula ha alcanzado el colon detectando y analizando fotones de fluorescencia de rayos X (XRF).

22. 22.

    El aparato segun la reivindicaci6n 20, en el que la capsula comprende un sensor de presi6n, y en el que la unidad de control esta adaptada para detectar que la capsula ha alcanzado el colon en respuesta a un cambio en la presi6n detectada por el sensor de presi6n.

23. 23.

    El aparato segun la reivindicaci6n 22, en el que la unidad de control esta adaptada para detectar que la capsula ha alcanzado el colon detectando y analizando fotones de fluorescencia de rayos X (XRF), y en respuesta al cambio en la presi6n.

24. 24.

    El aparato segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la capsula comprende al menos un elemento extensor, adaptado, cuando esta extendido, a mantener la capsula al menos a una cierta distancia de una pared del tracto GI.

25. 25.

    El aparato segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la capsula comprende al menos un elemento extensor, adaptado, cuando esta extendido, para orientar un eje largo de la capsula generalmente en paralelo a un eje longitudinal del tracto GI.

26. 26.

    El aparato segun la reivindicaci6n 25, en el que el elemento extensor comprende una camara flexible expandible, en donde la camara flexible comprende un hidrogel superabsorbente, y en donde la camara flexible esta adaptada para expandirse cuando el hidrogel absorbe lfquidos del tracto GI.

27. 27.

    El aparato segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la capsula comprende un sensor de aceleraci6n.

28. 28.

    El aparato segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el aparato comprende un chip sensor de aceleraci6n MEMS en la capsula y un segundo chip de aceleraci6n MEMS acoplado a una superficie externa del paciente para corregir movimientos el paciente.

29. 29.

    El aparato segun la reivindicaci6n 5, en el que la unidad de control esta adaptada para detectar una variaci6n de densidad del tejido de la pared del tracto GI, variaci6n que es indicativa de un rasgo clfnicamente relevante.

30. 30.

    El aparato segun la reivindicaci6n 29, en el que la unidad de control esta adaptada para detectar la variaci6n cuando la unidad de control detecta que al menos una parte de la capsula esta en contacto ffsico con la pared del tracto GI.