La capsule

La CE est fabriquée avec un matériau biocompatible résistant à l’action des enzymes digestives. La capsule est composée de différents éléments tels que : un capteur d’image, un système d’illumination, un système de communication (transmetteur), un système de traitement et une source d’énergie (batterie) (figure 2.5).

Capteur d’image

Deux types de capteurs d’images sont utilisés dans les capsules endoscopiques à savoir : le CCD et le CMOS. Les principales caractéristiques de ces technologies sont :

Le capteur d’image CCD (Charge CoupledDevice) transfère une charge presque complète de pixels, créé par une conversion photoélectrique signifiant que le bruit est rare, mais un différentiel de haute tension est nécessaire pour améliorer l’efficacité du transfert augmentant

Figure 2.4- Système de capsule endoscopique : capsule, dispositif d’enregistrement et poste de travail.

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aussi la consommation d’énergie, et c’est pour cette raison que, actuellement, la plupart des capsules endoscopiques n'utilisent pas ce capteur.

Le capteur d’image CMOS (CoMplementary Oxide Semiconductor) convertit la charge en une tension pour chaque pixel. Il utilise une matrice de pixels pour convertir la lumière en des signaux électriques. Ce signal est faible et doit être amplifié à un niveau utilisable, où chaque pixel possède son propre circuit amplificateur. Le capteur CMOS contient un nombre de connecteurs plus faibles, une fiabilité accrue, une consommation d’énergie réduite et il est plus compacte.

Dans les capsules endoscopiques, en avant du capteur d’image (CMOS ou CCD), on trouve une lentille asphérique qui est focalisée manuellement sur le dôme optique, de sorte que l’intestin se trouve contre le dôme optique. Le choix des lentilles permet un examen plus efficace de l’intestin. Les améliorations de la qualité d’image peuvent être obtenues grâce à une attention particulière au positionnement de la lentille par rapport au capteur. La position de la pupille

Figure 2.5- Structure de la capsule endoscopique : 1 —Dôme optique, 2 — Porte lentille, 3 — Lentille, 4 — Les LED (Ligth Emitting Diode), 5 — Capteur d’image

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d’entrée de la lentille optique doit coïncider avec le centre de la courbure de la fenêtre du dôme optique pour empêcher toute lumière réfléchie d'entrer dans le capteur d’image [71, 72].

Système d’illumination

Le défi dans le développement d’un système d’éclairage LED pour la CE est l’obtention d’un éclairage uniforme [73] sur l’objet. Ceci est difficile pour plusieurs raisons :

 Le trajet optique d’une source de lumière LED n’est pas parallèle à l’axe optique des lentilles d’imagerie adjacentes ;

 Le motif lumineux de la LED dépend sensiblement du courant, de l’emplacement et des angles de projection ;

 L’intestin observé n’est pas plat ;

 L’intensité lumineused’une LED est différente selon les différents angles.

En général, la répartition de la lumière spatiale n’est pas uniforme sur le plan de l’objet devant la capsule, ce qui entraîne une réduction de la qualité d’image. Dans certaines régions du plan de l’objet, la luminance est très petite et, dans d’autres régions, elle pourrait être très grande. Afin de résoudre ce problème, les positions et les angles de plusieurs LED ont été agencés pour améliorer l’uniformité lumineuse de la capsule. En raison des contraintes d’espace dans la capsule, les LED doivent être petites et doivent fournir une intensité lumineuse suffisante pour obtenir des images de bonnes qualités. Leurs intensités lumineuses devraient également pouvoir fournir suffisamment de lumière pour le pire scénario où la lumière nécessaire pour illuminer le côlon est très grande : dans le cæcum et dans le côlon ascendant. La puissance requise par les LED dépend du nombre et du type de LED utilisé.

Transmetteur et récepteur

La CE a besoin d’un système de transmission efficace qui ne consomme pas beaucoup d’énergie, et qui peut transmettre un signal qui pourra traverser le corps humain. La transmission de ce signal est aussi un défi pour les chercheurs [74]. La transmission radio fréquence (RF) doit fonctionner dans une variété d’environnements et de positions qui peuvent changer avec le temps, car le tissu du corps humain atténuera le signal de manière variable lorsque la capsule traversera le système GI.

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Il existe plusieurs exigences critiques pour l’émetteur dans la CE : la taille, la consommation d’énergie et le débit de données. La petite taille est essentielle, car il y a très peu de place pour l’intégrer dans la capsule avec les autres composants. Le matériel de transmission doit être robuste afin de résister aux coups et aux bosses du mouvement normal du corps humain. La connexion entre l’émetteur et l’antenne doit être très courte pour minimiser les pertes et pour maintenir l’impédance constante. La longueur de l’antenne doit être suffisamment petite pour s’adapter à la capsule. Cependant, si l’antenne compacte dans la capsule est trop petite, sa bande passante à basse fréquence ne sera pas assez large et son efficacité de rayonnement ne peut pas être très élevée. En outre, afin de transmettre les données d’image à haute résolution en temps réel et en raison de l’effet du tissu du corps humain sur les caractéristiques de propagation du signal, la fréquence de transmission peut légèrement se décaler en cours de fonctionnement [75]. Donc, une large bande passante et une fréquence de transmission élevée doit être utilisée avec un récepteur accordable. Malheureusement, une antenne avec une fréquence de transmission plus élevée peut provoquer une absorption de rayonnement plus élevée, en particulier dans la partie la plus reculée de l’intestin qui dégrade les performances de la liaison de communication dans le corps humain. En plus de l’énergie absorbée par les tissus humains, de nombreux autres problèmes existent tels que la consommation d’énergie, les changements de positions et les orientations de la source de rayonnement, qui influencent les caractéristiques de la communication [76]. Par conséquent, une sélection soigneuse de l’émetteur, de l’antenne et de la fréquence pour une utilisation in vivo est très importante. Parmi les fréquences ISM (industrielles, scientifiques et médicales), la fréquence 1,9 GHz est fréquemment utilisée pour la transmission, et les plus petits émetteurs disponibles dans le commerce fonctionnent dans cette gamme.

L’alimentation et l’encapsulation

Les CE commercialisées utilisent de petites batteries d’oxyde d’argent (généralement, il y en a deux), qui représentent plus de la moitié du poids de la capsule. Dans toutes les applications de la capsule endoscopique, il est impératif de tenir compte des compromis de la durée de vie de la batterie et de la toxicité de la technologie de la batterie. Un choix judicieux de composants et une conception électrique efficace sont importants pour améliorer la performance des capsules. Il existe seulement certains types de piles, disponibles dans le commerce, qui peuvent s’insérer

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dans l’espace limité de la capsule. Donc, l’alimentation électrique doit être conçue de manière très efficace. La batterie CR 1/3N fournit un courant continu suffisant pour permettre le fonctionnement fiable de tous les éléments électroniques à l’intérieur de la capsule. En plus de la tension de fonctionnement, le courant de décharge continu, le poids faible et les dimensions petites sont aussi des facteurs décisifs lors du choix d’une alimentation électrique efficace. Donc, un paramètre important à considérer est la résistance interne de la batterie, car elle doit fournir suffisamment de courant de décharge continue de 28-30mA pour les composants électroniques et une impulsion de 400 ms/80mA pour déclencher le microchauffage simultanément. Plus la résistance interne est basse, moins la batterie est résistante à la livraison des pointes d’alimentation nécessaires. En outre, plus la batterie est petite (c’est-à-dire son diamètre), plus la résistance interne est élevée.

Pour le premier prototype de CE, son enveloppe extérieure est une couche de gélatine dure de TorpacInc (Fairfield, NJ, USA) qui se dissout très rapidement (2-3 minutes) dans l’eau. Cette capsule est dimensionnée pour les tests sur les animaux. Dans le prototype actuel, l’accent est mis sur la démonstration de la stabilisation et de la séparation, et le test suppose que l’enveloppe extérieure permette d'atteindre l’organe ciblé.