Kapselendoskop

Der Spion in meinem Darm

17. Februar 2021, 10:00 Uhr   |  Melanie Ehrhardt

Der Spion in meinem Darm
© AdobeStock.com/Vera Aksionava

Pille on Air: Kapselendoskope sind vollgepackt mit Elektronik und senden live aus dem Körperinneren.

So helfen Kamera-Pillen bei der Diagnostik in der Gastroenterologie

Die Kapselendoskopie ist ein vergleichsweise junges Verfahren, welches 2001 erstmals für den Menschen zugelassen wurde. Die Entwicklung wurde deshalb vorangetrieben, da es damals trotz Fortschritte bei der Bildqualität kaum ein Verfahren für die Darstellung des gesamten Dünndarms gab. Entscheidend für die technische Realisierung der Kapselendoskopie war die zunehmende Miniaturisierung elektronischer Bauteile. 

Kapselendoskope bestehen aus drei wesentlichen Bauteilen: dem Kapselendoskop selbst, dem Rekordersystem und einer Analysesoftware.  Der Rekorder vereint Bildaufnahme und -betrachtung in einem Gerät. Dieser besteht aus Echtzeitmonitor, Bedieneinheit sowie einem integrierten Akku und wird vom Patienten in einer Umhängetasche getragen. Der Rekorder dient aber nicht nur der Aufzeichnung und Widergabe der Bilder. Je nach Modell kann er dem Patienten auch durch die Benutzung führen, indem er ihm vorher registrierte und personalisierte Anweisungen gibt. Diese erscheinen als Textnachricht und werden durch ein Signal – akustisch und/oder per Vibration – angekündigt. Die Nachrichten können die Aktivitäten des Patienten leiten und zum Beispiel den Zeitpunkt angeben, wann der Patient zum Untersuchungsraum zurückkehren soll oder Wasser trinken darf. Denn nur die korrekte Verhaltensweise, erhöht die Sicherheit und Genauigkeit der Untersuchung. Das heißt, der Patient trägt aktiv zur Qualität der Untersuchung bei.

Wenn die Pille aus dem Darm filmt 

Das Endoskop kann man sich im Grunde wie eine eingekapselte Minikamera vorstellen. Zu den bekanntesten Systemen gehören »PillCam« von Medtronic und »Endocapsule« von Olympus. Diese werden wie eine Tablette geschluckt und meist unbemerkt vom Patienten wieder ausgeschieden; eine Sedierung oder die Einnahme von Kontrastmitteln ist nicht erforderlich. Ferner entfällt eine Strahlenbelastung durch Röntgengeräte. Weiterer Vorteil für den Patienten: Er kann seinen alltäglichen Aktivitäten nahezu wie gewohnt nachgehen und muss sich kaum bis gar nicht einschränken.

Um sicher zu gehen, dass die Kamera den kompletten Dünndarm durchläuft, verbleiben die Geräte zur Datenaufzeichnung mindestens acht Stunden am Körper, wobei die Akkubetriebsdauer laut Hersteller bis zu 12 Stunden beträgt (Tabelle 1). Innerhalb von drei Tagen wird die Mini-Kamera ganz normal mit dem Stuhlgang ausgeschieden. Allerdings darf sie nicht über die Toilette entsorgt werden, da es sich um »Elektroschrott« handelt. Das stellt Hersteller und Patienten vor einige Herausforderungen. Eine Lösung ist ein magnetischer Entnahmestab, der dem Patienten im wahrsten Sinne des Wortes vor einem »Griff ins Klo« bewahrt. 

System (Hersteller)Endocapsule 10 (Olympus)PillCam SB 3 (Medtronic)
Gewicht3,3 g3,7 g
Größe11 mm (Durchmesser) x 26 mm (Länge)11 mm (Durchmesser) x 26 mm (Länge)
Blickfeld Optik160 Grad156 Grad
Aufnahmerate2 Bilder pro Sekunde2 – 6 Bilder pro Sekunde
Akkubetriebsdauer12 Stunden≥ 11 Stunden

Tabelle 1. Vergleich der Kapselendoskop-Systeme Endocapslue 10 (Olympus) und PillCam SB 3 (Medtronic)

Es gibt auch Kapselendoskope mit bis zu vier Kameras, zum Beispiel das System CapsoCam SV1 von Nicolai. Diese sind minimal größer und schwerer, ermöglichen aber dafür eine 360 Grad Panoramasicht. Jede der vier Kameras nimmt bis zu fünf Bildern pro Sekunde auf.  

Nicolai versorgt sein System mit zwei Silberoxidbatterien. Um Energie zu sparen und die Auswertung zu erleichtern, sind Bewegungssensoren in die Kapsel integriert. Findet keine Bewegung statt, nimmt die Kamera auch keine Bilder auf. Sie befindet sich dann im »Überwachungsmodus«. Sobald die Kapsel wieder Bewegungen registriert, kehrt sie zum normalen Betrieb zurück und speichert die erfassten Bilder. Eine weitere technische Besonderheit sind die sechzehn LEDs, die eine optimale Beleuchtung des Dünndarms gewährleisten sollen.

Kunststoff schütz Patient und Technik

Da Patienten die Kapsel in ihren Körper aufnehmen, müssen die eingesetzten Materialien sehr hohe Anforderungen erfüllen. Der chinesische Hersteller Shenyang Shangxian verwendet für seine Kapselhülle den Kunststoff »Makrolon«, ein Polycarbonat von Covestro. Der Thermoplast ist biokompatibel und wird weder von der Magensäure noch der basischen Darmflora angegriffen. Außerdem ist er mechanisch stabil, sicher und gewährleistet eine beschwerdefreie Untersuchung. Hinzukommt, der Kunststoff ist hochtransparent und ermöglicht dadurch klare, gut aufgelöste Bilder. Daneben bietet er viel Gestaltungsfreiheit, so dass ein großer Öffnungswinkel der Kamera möglich ist und ein breites Sichtfeld abgedeckt werden kann. 

Andere Form, anderer Kunststoff: Bereits vor vier Jahren präsentierte das Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme eine Art Kapselendoskop-Roboter. Anders als herkömmliche Kapselendoskope besitzt dieser keine harte Hülle. Stattdessen wird das 24 Millimeter lange Konstrukt von Streifen aus weichem Polyurethan (PUR) zusammengehalten. Der Kunststoff wird in ähnlicher Form auch zu Sohlen von Laufschuhen verarbeitet. Die biegsame PUR-Hülle verleiht der kleinen Kapsel die Fähigkeit, sich zusammenziehen zu können.

Kamerapille für Magenspiegelungen

Gegenwärtig wird die Kapselendoskopie insbesondere zur Darstellung des Dünndarms genutzt, zum Beispiel zur Diagnosestellung bei unklaren Blutungen des Dünndarms sowie zur Abklärung bei Verdacht auf Morbus Crohn, Tumoren, Polypen oder Zöliakie. Es sind aber auch speziell konstruierte Kapselendoskope für die Untersuchung der Speiseröhre oder des Dickdarms auf dem Markt. Deren Einsatz erfolgt jedoch nur in ausgewählten Fällen.

Ein großer Nachteil des Verfahrens ist, dass sie rein diagnostischer Natur ist. Für Blutstillungen, Biopsien oder therapeutischen Maßnahmen bedarf es nach wie vor weitere (endoskopische) Verfahren. Ein weiteres Problem ist die Manövrierbarkeit; die Minikameras werden durch die Muskelbewegungen des Magen-Darm-Trakts transportiert. Dies macht die gezielte Navigation der Kapsel nahezu unmöglich. Die Untersuchungen beschränken sich deshalb auf bestimmte Bereiche wie dem Dünndarm. 

Oft erkrankt der Verdauungstrakt jedoch an anderer Stelle. Forscher vom Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM nahmen sich diesem Problem an. Im Rahmen des vom Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts »nuEndo« entwickelten sie eine Endoskopiekapsel, die mithilfe eines externen magnetischen Führungssystems intuitiv durch den Magen geführt werden kann. Dank der eingebauten Sensoren sendet das kabellose System ein Echtzeit-Bild des Mageninneren auf einen Monitor. 

Das Verfahren macht die Untersuchung für den Patienten deutlich angenehmer und für das medizinische Personal einfacher. Selbst Hausärzte ohne spezielle Schulung sollen dieses durchführen können. Das ermöglicht schnellere Diagnosen und eine unkomplizierte Überwachung im Therapieverlauf. Doch auch bei dieser Methode geht es im Falle einer Diagnostik nicht ohne Schlauch. Zum einen ist es für einige Erkrankungen dennoch nötig, zusätzlich eine schlauchendoskopische Untersuchung durchzuführen, da diese höher aufgelöste Bilder liefert. Und zum anderen handelt es sich auch hier um ein rein diagnostisches Werkzeug.

»IntelliCap«: Kam, sah und verschwand

Einen Schritt weiter gehen sogenannte »Smart Pills«. Diese funken nicht nur aus dem Magen-Darm-Trakt, sondern verabreichen zielgenau Medikamente. Was sich futuristisch anhört, ist bei weitem nicht völlig neu. Der Medizintechnikkonzern Philips präsentierte bereits 2009 die »IPill«, eine elektronische Pille, die dank Säuresensor nicht nur weiß, wo im Darm sie sich befindet, sondern auch so programmiert werden kann, dass sie ihren Wirkstoff an einer ganz bestimmten Stelle im Verdauungstraktes freisetzt.  

Kaum größer als eine normale Vitaminkapsel, ist die durchscheinende Plastikpille zur einen Hälfte mit einem pulverförmigen oder flüssigen Arzneimittelwirkstoff und zur anderen Hälfte mit Elektronik gefüllt. Dazu gehören winzige Sensoren, die eine Steuerung und Medikamentenfreisetzung mittels pH-Wert und Körpertemperatur ermöglichen, Prozessoren für die Steuerung über einen Computer oder das Handy, eine Mikropumpe sowie eine winzige Antenne für die Datenübertragung. Ab 2011 wurde sie unter dem Namen »IntelliCap« vermarktet, zunächst von der eigens gegründeten Tochterfirma Medimetrics. Doch Philips stieg aus. »Weil man nicht in den Körper gehen wollte«, so die offizielle Begründung damals. Zwischenzeitlich gehörten die Patente von Medimetrics dem Zukunftsfonds Heilbronn, dieser wollte die Technologie auch weiterentwickeln.

Heute weiß eigentlich niemand so recht was aus dem Unternehmen und dem intelligenten Wirkstofftaxi geworden ist. Gestorben ist die Idee damit jedoch nicht, insbesondere in den USA sind die pillenförmigen Drug-Delivery-Systeme Gegenstand aktueller Entwicklungen. 

Quellen

[1] Christoph Georg Menzel: Einsatz der Kapselendoskopie als Notfalluntersuchung bei schwerer akuter gastrointestinaler Blutung nach negativer Ösophagogastroduodenoskopie. Dissertation, Technische Universität München (Fakultät für Medizin) 2018

[2] Ralf Krauter: Elektronische Kapseln setzen Arzneimittel gezielt frei (10.03.2015), https://www.deutschlandfunk.de/clevere-pillen-elektronische-kapseln-setzen-arzneimittel.676.de.html?dram:article_id=313877 (Stand: 27. Januar 2021)

[3] Lilli Lina Zwinger: Prospektive randomisierte kontrollierte Multicenterstudie zum Vergleich zweier Dünndarmkapselendoskopie-Systeme bei unklarer mittlerer gastrointestinaler Blutung. Dissertation, Charité – Universitätsmedizin Berlin 2017

[4] Covestro: Polycarbonat für die Kapselendoskopie (20.11.2015), https://www.pressebox.de/inaktiv/bayer-materialscience-ag-leverkusen/Polycarbonat-fuer-die-Kapselendoskopie/boxid/766966 (Stand: 27. Januar 2021)

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