DE102009010286B3

DE102009010286B3 - Device for contactless guiding of endoscopic capsule into operating space in body of patient for imaging internal organ, has magnetic body, where field strength is adjusted so that body is stably positioned in different positions

Info

Publication number: DE102009010286B3
Application number: DE102009010286A
Authority: DE
Inventors: Johannes Dr. Reinschke
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Invandus De GmbH
Priority date: 2009-02-24
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2010-11-25
Anticipated expiration: 2029-02-25

Abstract

The device has a magnetic body (3) positioned in an operating medium i.e. water, in an operating space and provided with a dipole moment (m). Magnetic restoring force is generated in circumference of a position of the body by the circulation of field strength parallel to planes of horizontal axes (x, z). The position of the body is retained with respect to the horizontal axes. The field strength is changed in a direction of a vertical axis (y) in the operating space and adjusted such that the body is stably positioned in different positions along the vertical axis.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum berührungslosen Führen eines Körpers in einem Arbeitsraum sowie eine entsprechende Magnetfelderzeugungseinrichtung und einen entsprechenden Körper zur Verwendung in einer solchen Vorrichtung.The The invention relates to a device for non-contact guiding a body in a work space and a corresponding magnetic field generating device and a corresponding body for use in such a device.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ansätze bekannt, wie ein Körper mit Hilfe eines Magnetfelds in einem Arbeitsraum frei bewegt werden kann. Beispielsweise beschreibt die Druckschrift DE 10142253 C1 eine Vorrichtung zur Durchführung von minimalinvasiven Diagnosen und Eingriffen im Körperinneren eines Patienten, bei der eine entsprechende Kapsel im Inneren des Patienten durch ein magnetisches Grundfeld und ein Gradientenfeld bewegt wird. Dabei ist es jedoch erforderlich, dass die Position der Kapsel im Körper durch entsprechende Messeinrichtungen gemessen wird, um in Abhängigkeit von dieser Position die Magnetfelder zur Stabilisierung der Position der Kapsel zu steuern. Ähnlich verhält es sich bei der in US 2006/0152309 A1 offenbarten Vorrichtung, bei der eine schluckbare Kapsel mit Hilfe eines externen Magnetfeldes navigierbar ist. Auch hier wird die Position der Kapsel benötigt, wobei die Position von der Kapsel übermittelt wird.From the prior art, various approaches are known, such as a body with the help of a magnetic field in a working space can be moved freely. For example, the document describes DE 10142253 C1 a device for performing minimally invasive diagnoses and procedures inside the body of a patient, in which a corresponding capsule inside the patient is moved through a basic magnetic field and a gradient field. However, it is necessary that the position of the capsule in the body is measured by appropriate measuring means to control in response to this position, the magnetic fields for stabilizing the position of the capsule. The situation is similar in the case of US 2006/0152309 A1 disclosed device in which a swallowable capsule with the help of an external magnetic field is navigable. Again, the position of the capsule is needed, the position being transmitted by the capsule.

Einrichtungen zur Positions- und/oder Orientierungsbestimmung von Endoskopiekapseln sind aus dem Stand der Technik bekannt jedoch sehr aufwändig. Bspw. wird in DE 102006010730 A1 mit Hilfe des Magnetspulensystems, welches zur Navigation der Kapsel verwendet wird, auch ein Positions-Messfeld generiert, mit dem die Position der Kapsel bestimmt werden soll. Dementsprechend sind das Spulensystem und die Ansteuerung desselben derart auszulegen, dass sowohl die Positionsbestimmung als auch die Navigation der Kapsel möglich sind, was natürlich mit einem entsprechend höheren Aufwand verbunden ist.Devices for determining the position and / or orientation of endoscopy capsules are known from the prior art, however, very complicated. For example. is in DE 102006010730 A1 with the help of the magnetic coil system, which is used for navigation of the capsule, also generates a position measuring field, with which the position of the capsule is to be determined. Accordingly, the coil system and the control of the same are to be interpreted such that both the position determination and the navigation of the capsule are possible, which of course is associated with a correspondingly higher cost.

Ein weiterer Ansatz aus dem Stand der Technik, der sich mit der Kapselendoskopie beschäftigt, wird in DE 102007036242 A1 erläutert. Das dort beschriebene System erlaubt eine Kombination von Kapselendoskopie und Magnetresonanz-Bildgebung, ist dementsprechend aber ebenfalls sehr aufwändig. In der US 2008/0294006 A1 und in der US 2007/0270628 A1 werden jeweils Systeme zur Kapselendoskopie beschrieben, die jedoch ebenfalls auf eine Messung der Position der Kapsel angewiesen sind, um eine Navigation gewährleisten zu können.Another prior art approach dealing with capsule endoscopy is described in US Pat DE 102007036242 A1 explained. The system described there allows a combination of capsule endoscopy and magnetic resonance imaging, but is accordingly also very complicated. In the US 2008/0294006 A1 and in the US 2007/0270628 A1 In each case systems for capsule endoscopy are described, which, however, also rely on a measurement of the position of the capsule in order to ensure navigation.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum berührungslosen Führen eines Körpers in einem Arbeitsraum zu schaffen, mit der auf einfache Weise eine flexible Positionierung eines Körpers in einem Arbeitsraum ermöglicht wird.task The invention is an apparatus for non-contact guiding a body to create in a workroom with the simple way one flexible positioning of a body in a workroom becomes.

Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 bzw. das Magnetfelderzeugungsmittel gemäß Patentanspruch 17 bzw. den magnetischen Körper gemäß Patentanspruch 18 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.These Task is achieved by the device according to claim 1 or Magnetic field generating means according to claim 17 or the magnetic body according to claim 18 solved. further developments of the invention are in the dependent claims Are defined.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zum berührungslosen Führen eines Körpers in einem Arbeitsraum bezüglich eines kartesischen Koordinatensystems mit einer vertikalen und zwei horizontalen Achsen. Die vertikale Achse ist dabei die Achse, welche sich in Richtung der Wirkung der Gravitationskraft erstreckt. Die Lage des Koordinatenursprungs bzw. die Orientierung des kartesischen Koordinatensystems kann dabei in Abhängigkeit von der Anwendung geeignet gewählt werden. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird als zu führender Körper ein magnetischer Körper verwendet, der in einem Arbeitsmedium im Arbeitsraum positionierbar ist und ein magnetisches Dipolmoment aufweist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ein erstes Magnetfelderzeugungsmittel zur Erzeugung eines magnetischen Grundfelds, welches ein im Arbeitsraum homogenes Magnetfeld mit Feldlinien parallel zur Ebene (d. h. auch in der Ebene) der horizontalen Achsen ist, wobei sich das Dipolmoment des im Arbeitsmedium positionierten Körpers in Richtung der Feldlinien ausrichtet.The inventive device serves for non-contact To lead of a body in a workroom regarding a Cartesian coordinate system with one vertical and two horizontal axes. The vertical axis is the axis, which extends in the direction of the effect of the gravitational force. The Position of the origin of coordinates or the orientation of the Cartesian Coordinate system may vary depending on the application suitably chosen become. In the device according to the invention becomes a leading body magnetic body used, which can be positioned in a working medium in the working space is and has a magnetic dipole moment. The device according to the invention comprises a first magnetic field generating means for generating a magnetic field, which is a homogeneous in the workspace magnetic field with field lines parallel to the plane (ie also in the plane) of the horizontal axes, where is the dipole moment of the working medium positioned body aligned in the direction of the field lines.

Erfindungsgemäß ist ein zweites Magnetfelderzeugungsmittel zur Erzeugung eines magnetischen Gradientenfelds vorgesehen, wobei die Feldstärken des Gradientenfeldes im Arbeitsraum wie folgt ausgestaltet sind:

(i) Durch den Verlauf der Feldstärken parallel zur Ebene (d. h. auch in der Ebene) der horizontalen Achse werden magnetische Rückstellkräfte in der Umgebung der Position des im Arbeitsmedium positionierten Körpers erzeugt, wodurch die Position des Körpers in Bezug auf die horizontalen Achsen festgehalten wird. Die mechanischen Rückstellkräfte wirken dabei auf den Körper, wenn dieser seine Position verlässt, und verursachen eine Bewegung des Körpers zurück in seine Position.
(ii) Die Feldstärke in Richtung der vertikalen Achse verändert sich im Arbeitsraum und ist derart einstellbar, dass der Körper in verschiedenen Positionen entlang der vertikalen Achse stationär positionierbar ist.

According to the invention, a second magnetic field generating means is provided for generating a magnetic gradient field, wherein the field strengths of the gradient field in the working space are configured as follows:

(i) By the course of the field strengths parallel to the plane (ie also in the plane) of the horizontal axis magnetic restoring forces are generated in the vicinity of the position of the body positioned in the working medium, whereby the position of the body is held with respect to the horizontal axes. The mechanical restoring forces act on the body as it leaves its position and cause the body to move back into position.
(ii) The field strength in the direction of the vertical axis changes in the working space and is adjustable so that the body can be stationarily positioned in various positions along the vertical axis.

Erfindungsgemäß kann somit durch geeignete Ausgestaltung eines statischen Grundfeldes in Kombination mit einem statischen Gradientenfeld erreicht werden, dass sich ein magnetischer Körper im Arbeitsraum stationär an einer festen Position befindet, so dass ein magnetisches Schweben des Körpers in dem Arbeitsmedium erreicht wird. Es kann dabei auf eine Messung der Position des Körpers verzichtet werden, wodurch das Verfahren sehr einfach wird. Insbesondere benötigt man keine Sensoren zur Positionsmessung bzw. keine Auswerteeinheiten in der Form von Rückkopplungsschleifen bzw. Regelungen zur Einstellung des Magnetfelds in Abhängigkeit von der Position des Körpers.According to the invention can thus be achieved by suitable design of a static ground field in combination with a static gradient field that a magnetic body in the working space is stationary at a fixed position, so that a magnetic levitation of the body is achieved in the working medium. It can be used to measure the position of the body which makes the process very simple. In particular, no sensors are needed for position measurement or no evaluation units in the form of feedback loops or regulations for adjusting the magnetic field as a function of the position of the body.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird mittels einer mechanischen Rückstellkraft eine Stabilisierung der Position des Körpers auch in Bezug auf die Ausrichtung des Körpers in der Ebene erreicht, welche senkrecht zum magnetischen Dipolmoment des Körpers steht. Dabei ist für den im Arbeitsmedium positionierten Körper eine Ausrichtung um die Achse des Dipolmoments vorgegeben, wobei durch den Körper bei Auslenkung aus der vorgegebenen Ausrichtung ein rückstellendes Drehmoment generiert wird, welches den Körper in die vorgegebene Ausrichtung zurückbewegt. Dieses rückstellende Drehmoment kann beispielsweise dadurch generiert werden, dass der Schwerpunkt und/oder die Achse des Dipolmoments des Körpers vom geometrischen Mittelpunkt des Körpers beabstandet ist. In der speziellen Beschreibung der Erfindung wird erläutert, welche Bedingungen bezüglich der Lage des Schwerpunkts bzw. der Achse des Dipolmoments für den Körper erfüllt sein müssen, damit immer ein rückstellendes Drehmoment durch den Körper generiert wird.In a particularly preferred embodiment the device according to the invention becomes a stabilization by means of a mechanical restoring force the position of the body also achieved in terms of the orientation of the body in the plane, which perpendicular to the magnetic dipole moment of the body. It is for the im Working medium positioned body an orientation about the axis of the Dipolmoments given, through the body at deflection from the given orientation a resetting Torque is generated which sets the body in the given orientation moved back. This restoring torque can for example be generated by the fact that the focus and / or the axis of the dipole moment of the body from the geometric center of the body is spaced. In the specific description of the invention will explains which Conditions regarding the position of the center of gravity or the axis of the dipole moment for the body to be met have to, thus always a restoring Torque through the body is generated.

In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht die Dichte des Körpers im Wesentlichen der Dichte des Arbeitsmediums, in dem sich der Körper befindet. Die Dichte des Arbeitsmediums kann sich jedoch auch von der Dichte des Körpers unterscheiden, wobei der Unterschied nicht allzu groß gewählt werden sollte. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Dichte des Arbeitsmediums um höchstens 50%, vorzugsweise um höchstens 10%, größer oder kleiner als die Dichte des Arbeitsmediums.In a further embodiment the device according to the invention corresponds to the density of the body essentially the density of the working medium in which the body is located. However, the density of the working medium may also be due to the density of the body differ, the difference is not chosen too large should. In a particularly preferred embodiment, the density of the Working medium at most 50%, preferably at most 10%, bigger or less than the density of the working medium.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist mit dem ersten und zweiten Magnetfelderzeugungsmittel ein Magnetfeld erzeugbar, durch welches eine in vertikaler Richtung nach oben gerichtete Kraft oder eine in vertikaler Richtung nach unten gerichtete Kraft auf den Körper ausübbar ist. Falls durch das zweite Magnetfelderzeugungsmittel eine in vertikaler Richtung nach oben gerichtete Kraft erzeugt wird (z. B. durch einen unter dem Arbeitsraum angeordneten Magneten), ist die Dichte des Arbeitsmediums insbesondere geringer als die Dichte des Körpers. Falls durch das zweite Magnetfelderzeugungsmittel eine in vertikaler Richtung nach unten gerichtete Kraft erzeugt wird (z. B. durch einen oberhalb des Arbeitsraums angeordneten Magneten), ist die Dichte des Arbeitsmediums insbesondere größer als die Dichte des Körpers.In a further embodiment of the device according to the invention is with the first and second magnetic field generating means generate a magnetic field, through which a vertically upward force or a vertical downward force the body is exercisable. If by the second magnetic field generating means one in vertical Direction upward force is generated (for example, by a Magnets arranged under the working space), is the density of the Working medium in particular less than the density of the body. If by the second magnetic field generating means in a vertical direction downward force is generated (eg by an above the working space arranged magnet), the density of the working medium in particular greater than the density of the body.

In einer weiteren Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die magnetischen Rückstellkräfte in der Umgebung der Position des im Arbeitsmedium positionierten Körpers dadurch erzeugt, dass der Verlauf der Feldstärken des Gradientenfeldes parallel zur Ebene (d. h. auch in der Ebene) der horizontalen Achsen ein Extremum an der Position des Körpers, insbesondere ein Minimum, aufweist. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Vorzeichen der Gradienten in entgegengesetzte Richtungen um die Position des Körpers unterschiedlich sind, wodurch bei geeigneter Kombination mit einem entsprechenden Grundfeld ein Festhalten des Körpers in der horizontalen Ebene erreicht wird.In a further variant of the device according to the invention are the magnetic restoring forces in the Environment of the position of the positioned in the working medium body thereby generates that gradient of the field strengths of the gradient field in parallel to the plane (ie also in the plane) of the horizontal axes Extremum at the position of the body, in particular a minimum. This will ensure that the sign of the gradient in opposite directions about the position of the body are different, which, when suitably combined with a corresponding basic field a sticking of the body in the horizontal plane is reached.

In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung verlaufen die Feldlinien des Gradientenfeldes im Arbeitsraum parallel zu den Feldlinien des Grundfeldes, insbesondere in Richtung der Feldlinien des Grundfeldes oder entgegengesetzt dazu.In a further, particularly preferred embodiment of the device according to the invention The field lines of the gradient field run parallel in the working space to the field lines of the basic field, in particular in the direction of Field lines of the basic field or opposite thereto.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der magnetische Körper länglich ausgestaltet und das magnetische Dipolmoment des Körpers ist im Wesentlichen senk recht zur Längsrichtung des Körpers ausgerichtet. Es sind jedoch gegebenenfalls auch beliebige andere Ausrichtungen des magnetischen Dipolmoments in Bezug auf die Körperlängsachse bzw. beliebig andere Formen des Körpers zur Realisierung der Erfindung möglich.In a particularly preferred embodiment the invention, the magnetic body is elongated and the magnetic dipole moment of the body is aligned substantially perpendicular to the longitudinal direction of the body. However, if necessary, they are also any other orientations the magnetic dipole moment with respect to the body longitudinal axis or any other Shapes of the body possible for the realization of the invention.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Magnetfeld des ersten Magnetfelderzeugungsmittels im Arbeitraum derart veränderbar, dass die Ausrichtung des Dipolmoments des im Arbeitsmedium positionierten Körpers in der Horizontalen verändert wird. Hierdurch kann eine Rotation des Körpers um eine Achse senkrecht zur Ausrichtung des magnetischen Dipolmoments des Körpers erreicht werden.In Another embodiment of the device according to the invention is the magnetic field the first magnetic field generating means in the working space can be changed in such a way that that the orientation of the dipole moment of the positioned in the working medium body changed in the horizontal becomes. This allows a rotation of the body about an axis perpendicular achieved to align the magnetic dipole moment of the body become.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden als erstes bzw. zweites Magnetfelderzeugungsmittel vorzugsweise Spulen verwendet, bei denen durch entsprechende Bestromung das Magnetfeld erzeugt wird. Es ist jedoch gegebenenfalls auch möglich, die Spulen durch entsprechende Permanentmagnete zu ersetzen, wobei eine Veränderung des Magnetfelds durch Veränderung der Position der Magnete in Bezug auf den Arbeitsraum erreicht werden kann.In the device according to the invention are preferred as first and second magnetic field generating means, respectively Used coils in which generated by appropriate energization of the magnetic field becomes. However, it is also possible if necessary, the coils by appropriate Permanent magnets replace, with a change of the magnetic field through change the position of the magnets with respect to the working space can be achieved.

In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst das erste Magnetfelderzeugungsmittel zumindest ein Spulenpaar, insbesondere ein Helmholtz-Spulenpaar. Vorzugsweise können zumindest zwei senkrecht zueinander angeordnete Spulenpaare vorgesehen sein, um hierdurch mittels Bestromung der Spulen das Dipolmoment des Körpers geeignet auszurichten.In one embodiment of the device according to the invention, the first magnetic field generating means comprises at least one coil pair, in particular a Helmholtz coil pair. Preferably, at least two pairs of coils arranged perpendicular to one another can be provided in order thereby by means of energizing the coils to align the dipole moment of the body suitably.

Vorzugsweise umfasst auch das zweite Magnetfelderzeugungsmittel eine Mehrzahl von Spulen, welche vorzugsweise in vertikaler Richtung unter dem Arbeitsraum angeordnet sind, insbesondere falls das Arbeitsmedium eine geringere Dichte aufweist als die des magnetischen Körpers. Insbesondere umfasst die Mehrzahl von Spulen zumindest ein Paar von parallel angeordneten ebenen Spulen, wobei zumindest ein Teil des dem Ar beitsraum nächstliegenden Leiterabschnitts einer jeweiligen Spule des Spulenpaars vom Arbeitsraum weg versetzt ist, d. h. einen Rückversatz bzw. eine Ausnehmung hin zur Spule aufweist. Hierdurch kann auf einfache Weise das erfindungsgemäße Gradientenfeld generiert werden. Dieses Gradientenfeld kann gegebenenfalls auch dadurch generiert werden, dass die Mehrzahl von Spulen zumindest ein Paar von parallel angeordneten ebenen Spulen umfasst, wobei zwischen den Spulen des Paars eine weitere, insbesondere parallel zu den Spulen des Paars ausgerichtete Spule mit geringeren äußeren Abmessungen als die Spulen des Paars angeordnet ist und die weitere Spule in entgegengesetzter Richtung zu den Spulen des Paars bestrombar ist.Preferably Also includes the second magnetic field generating means a plurality of coils, which preferably in the vertical direction below the Working space are arranged, in particular if the working medium has a lower density than that of the magnetic body. Especially The plurality of coils includes at least one pair of parallel arranged planar coils, wherein at least a part of the Ar beitsraum nearest Conductor portion of a respective coil of the coil pair from the working space away, d. H. a backslash or has a recess towards the coil. This can be up simple way the gradient field according to the invention to be generated. If necessary, this gradient field can also be be generated by the fact that the plurality of coils at least a pair of parallel planar coils, wherein between the coils of the pair another, in particular parallel to The coil of the pair aligned coil with smaller outer dimensions as the coils of the pair is arranged and the further coil in opposite direction to the coils of the pair can be energized.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Körper im Betrieb der Vorrichtung in Wasser als Arbeitsmedium positioniert.In a further preferred embodiment The invention is the body positioned in the operation of the device in water as a working medium.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vorzugsweise im Bereich der magnetisch geführten Kapselendoskopie eingesetzt, bei der der Körper eine im Inneren eines Patienten positionierbare Kapsel ist. Diese Kapsel umfasst ein Bildaufnahme-Mittel zur Aufnahme von Bildern von inneren Organen des Patienten und ein Sendemodul zum Aussenden der aufgenommenen Bilder an eine externe Verarbeitungseinheit mit einem Empfänger zum Empfangen der ausgesendeten Bilder.The inventive device is preferably used in the field of magnetically guided capsule endoscopy, at the body one inside a patient positionable capsule is. This capsule includes an image capture means for capturing images of inner Organs of the patient and a transmitter module to send the recorded Images to an external processing unit with a receiver for Receiving the emitted images.

Neben der oben beschriebenen Vorrichtung betrifft die Erfindung eine Magnetfelderzeugungseinrichtung zur Verwendung in einer solchen Vorrichtung, wobei die Magnetfelderzeugungseinrichtung jede Variante der oben beschriebenen ersten und zweiten Magnetfelderzeugungsmittel zur Erzeugung eines Magnetfelds zum berührungslosen Führen eines Körpers enthalten kann.Next In the apparatus described above, the invention relates to a magnetic field generating device for use in such a device, wherein the magnetic field generating means each Variant of the first and second magnetic field generating means described above for generating a magnetic field for non-contact guiding a body may contain.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen magnetischen Körper zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei der Körper ein magnetisches Dipolmoment aufweist und für den Körper bei einer Positionierung in einem ein Arbeitsmedium enthaltenden Arbeitsraum eine Ausrichtung um die Achse des Dipolmoments vorgegeben ist. Der Körper ist dabei derart ausgestaltet, dass durch den Körper bei Auslenkung aus der vorgegebenen Ausrichtung ein rückstellendes mechanisches Drehmoment generiert wird, welches den Körper in die vorgegebene Ausrichtung zurückbewegt. Der Körper kann dabei Merkmale von bevorzugten Varianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassen, sofern sich die Merkmale auf Eigenschaften des Körpers beziehen.Furthermore the invention relates to a magnetic body for use in the device according to the invention, being the body has a magnetic dipole moment and for the body in a positioning Alignment in a working space containing a working medium the axis of the dipole moment is predetermined. The body is designed in such a way that through the body at deflection from the given orientation a resetting mechanical torque is generated which the body in the default orientation moves back. The body may be features of preferred variants of the device according to the invention include, as far as the characteristics relate to properties of the body.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.embodiments The invention will be described below with reference to the attached figures described in detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1 und 2 schematische Darstellungen zur Verdeutlichung des erfindungsgemäß erzeugten Gradientenfeldes, der das Gradientenfeld erzeugenden Spulen sowie der Lage dieser Spulen relativ zum Arbeitsraum bzw. zur Lage des zu führenden Körpers; 1 and 2 schematic representations to illustrate the gradient field produced according to the invention, the gradient field generating coils and the position of these coils relative to the working space or to the position of the body to be guided;

3 und 4 schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform der Erfindung; 3 and 4 schematic representations of a first embodiment of the invention;

5 ein Diagramm, welches den Verlauf der durch das Gradientenfeld erzeugten vertikalen Kraft gemäß der Ausführungsform der 3 und 4 wiedergibt; 5 a diagram showing the course of the vertical force generated by the gradient field according to the embodiment of the 3 and 4 reproduces;

6 eine Darstellung analog zu 3, wobei der Verlauf des Magnetfelds in horizontaler z-Richtung näher spezifiziert ist; 6 a representation analogous to 3 wherein the course of the magnetic field is specified in more detail in the horizontal z-direction;

7 und 8 schematische Darstellungen, anhand derer die Generierung eines rückstellenden Drehmoments gemäß eines in der erfin dungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Körpers erläutert wird; 7 and 8th schematic representations by means of which the generation of a restoring torque is explained according to a body used in the inventions to the invention device;

9 und 10 schematische Darstellungen von alternativen Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Vorrichtungen, und 9 and 10 schematic representations of alternative embodiments of devices according to the invention, and

11 eine konkrete Ausgestaltung des Wickelpaketes einer Spule zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung in perspektivischer Ansicht. 11 a concrete embodiment of the winding package of a coil for use in the device according to the invention in a perspective view.

In allen nachfolgenden 1 bis 10, in denen Spulen 1 bzw. 1' sowie 101 und 4 gezeigt sind, werden aus Übersichtlichkeitsgründen sämtliche Spulen durch ein einziges, im Zentrum des Wickelquerschnitts liegendes Filament repräsentiert. In konkreten Realisierungen der Spulen ist der Wickelquerschnitt endlich. Der Wickelquerschnitt ist für ebene Spulen rechteckig und weist – im Falle der Spulen 1 und 1' – vorteilhafterweise eine Breite auf, die größer als die Wickelhöhe ist. 11 verdeutlicht in perspektivischer Darstellung eine mögliche konkrete Ausgestaltung des Wickelpaketes (ohne Kühlvorrichtung) einer in den Ausführungsformen der 9 und 10 verwendbaren Spule 1'. Die Breite des Wickelpaketes ist dabei durch die Ausdehnung l_F in y-Richtung wiedergegeben und die Dicke des Wickelpaketes durch die Ausdehnung d_F in x- bzw. z-Richtung, wobei l_F deutlich größer ist als d_F. Das Wickelpaket der Spule 1' ist vorzugsweise als Bandwicklung aus Aluminium- oder Kupfer-Band ausgestaltet, wobei die Breite des Bandes gleich der Breite l_F des gesamten Wickelpaketes ist und bei beispielsweise 10 cm liegt, wohingegen die Dicke des Bands bei lediglich beispielsweise 0,2 mm liegt. Vorteilhafterweise weist eine solche Bandwicklung 100 bis 400 übereinander liegende Windungen auf. Die in 11 dargestellte Realisierung einer Spule 1' kann auch für die weiter unten beschriebenen Spulen 1 eingesetzt werden. Dabei ist zusätzlich ein entsprechender Rückversatz 1a in einem Leiterabschnitt der Spule ausgebildet. Analog werden die Spulen 101 und 4 vorteilafter weise durch Bandwicklungen realisiert, wobei im Fall der Spulen 4 ein Wickelquerschnitt mit größerer Breite als Höhe nicht immer die bevorzugte Realisierung sein muss.In all subsequent 1 to 10 in which coils 1 respectively. 1' such as 101 and 4 are shown, all coils are represented by a single, lying in the center of the winding cross-section filament for reasons of clarity. In concrete implementations of the coils, the winding cross section is finite. The winding cross-section is rectangular for flat coils and has - in the case of the coils 1 and 1' - Advantageously, a width which is greater than the winding height. 11 illustrates in perspective a possible concrete Aus Design of the winding package (without cooling device) one in the embodiments of 9 and 10 usable coil 1' , The width of the winding package is represented by the extension l _F in the y-direction and the thickness of the winding package by the extension d _F in the x- or z-direction, where l _{F is} significantly greater than d _F. The winding package of the coil 1' is preferably designed as a tape winding of aluminum or copper tape, wherein the width of the tape is equal to the width l _{F of} the entire winding package and is for example 10 cm, whereas the thickness of the tape is only 0.2 mm, for example. Advantageously, such a tape winding 100 to 400 overlapping turns on. In the 11 illustrated realization of a coil 1' can also for the coils described below 1 be used. In addition, there is a corresponding offset 1a formed in a conductor portion of the coil. The coils become analog 101 and 4 Advantageously realized by tape windings, wherein in the case of the coils 4 a winding cross-section with a greater width than height does not always have to be the preferred realization.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird insbesondere im Bereich der Medizintechnik zur Kapselendoskopie eingesetzt, bei welcher der magnetische Körper, der durch die Vorrichtung bewegt wird, eine längliche Kapsel darstellt, in deren Innerem eine Kamera zur Aufnahme von Bildern innerer Organe eines Patienten sowie ein Sendemodul vorgesehen ist, mit dem die aufgenommenen Bilder an eine entsprechende Verarbeitungseinheit übermittelt werden. Der Arbeitsraum ist somit ein Bereich im Inneren des Patientenkörpers. Die Kapsel gelangt dabei z. B. durch Verschlucken in den Patientenkörper. Als Arbeitsmedium wird vorzugsweise Wasser verwendet, welches vor der Durchführung der Untersuchung von dem Patienten getrunken wird und in welchem sich dann die Kapsel bei einer Magenuntersuchung bewegt. Mit den erfindungsgemäßen Magnetfelderzeugungsmitteln kann die Kapsel in den entsprechenden Arbeitsraum im Körper des Patienten bewegt werden, wobei im Gegensatz zum Stand der Technik keine aktive Positionsstabilisierung der Kapsel durch eine Rückkopplungsschleife bzw. Regelung in Abhängigkeit von einer gemessenen Kapselposition erfolgt.The inventive device Especially in the field of medical technology for capsule endoscopy used in which the magnetic body passing through the device is moved, an elongated Capsule inside which a camera for recording Images of internal organs of a patient and a transmitter module provided is with which the captured images transmitted to a corresponding processing unit become. The working space is thus an area in the interior of the patient's body. The Capsule passes z. B. by swallowing in the patient's body. When Working medium is preferably used water, which before the execution the examination is drunk by the patient and in which then the capsule moves during a stomach examination. With the Magnetic field generating means according to the invention The capsule can enter the appropriate working space in the body of the Patients are moved, unlike the prior art no active positional stabilization of the capsule by a feedback loop or regulation depending on a measured capsule position takes place.

1 zeigt in schematischer Darstellung zunächst beispielhaft einen entsprechenden Arbeitsraum in der Form eines Volumens V, in dem erfindungsgemäß ein entsprechender magnetischer Körper bewegt wird. Es ist dabei ein raumfestes kartesisches Koordinatensystem mit einer horizontalen x-Achse, einer horizontalen z-Achse und einer vertikalen y-Achse festgelegt. Üblicherweise entspricht die z-Achse eines raumfesten kartesischen Koordinatensystems in einer medizinischen Vorrichtung der Längsachse des Patienten. In der Darstellung der 1 ist schematisch eine Ausführungsform eines zweiten Magnetfelderzeugungsmittels dargestellt, mit dem ein entsprechendes Gradientenfeld generiert wird, welches eine Kraft auf einen Körper mit magnetischem Dipolmoment m ausübt, wobei m im Folgenden der dreidimensionale Vektor des magnetischen Di polmoments ist. Es gilt dabei folgender Zusammenhang zwischen der generierten Kraft F mit dem Magnetfeld B des Gradientenfelds: F = grad(m·B). 1 shows a schematic representation of an example initially a corresponding working space in the form of a volume V, in which according to the invention a corresponding magnetic body is moved. In this case, a spatially fixed Cartesian coordinate system is defined with a horizontal x-axis, a horizontal z-axis and a vertical y-axis. Usually, the z-axis of a space-fixed Cartesian coordinate system in a medical device corresponds to the longitudinal axis of the patient. In the presentation of the 1 schematically an embodiment of a second magnetic field generating means is shown, with which a corresponding gradient field is generated, which exerts a force on a body with magnetic dipole moment m, where m in the following, the three-dimensional vector of the magnetic Di polmoments. The following relationship applies between the generated force F and the magnetic field B of the gradient field: F = grad (mxB).

In der Darstellung der 1 wird ein magnetisches Gradientenfeld durch zwei parallel verlaufende ebene Spulen 1 erzeugt, welche unterhalb des Arbeitsvolumens V angeordnet sind und insbesondere als ebene Spulen oder Racetrack-Spulen ausgestaltet sind. Die Stromrichtung des in den Spulen fließenden Stroms ist durch einen entsprechenden Pfeil entlang des Umfangs der Spulen angedeutet. Bei Verwendung der Vorrichtung zur Kapselendoskopie liegen die Spulen unterhalb des Patiententisches, der im Wesentlichen in Richtung der horizontalen z-Achse verläuft. Der Abstand der Spulen 1 zueinander ist derart gewählt, dass sich im Arbeitsvolumen V oberhalb der beiden Spulen Magnetfeld-Maxima ausbilden, was durch die beiden vertikalen, gestrichelten Linien L in den jeweiligen Ebenen der Spulen verdeutlicht wird. Zwischen diesen Maxima liegt dabei ein lokales Magnetfeld-Minimum. Die einzelnen ebenen Spulen 1 weisen an ihrer Oberseite einen Leiterabschnitt auf, der ins Spulenauge rückversetzt ist, wodurch eine Ausnehmung 1a gebildet wird. Die Funktion dieser Ausnehmungen 1a wird noch weiter unten näher erläutert.In the presentation of the 1 becomes a magnetic gradient field through two parallel plane coils 1 generated, which are arranged below the working volume V and in particular as a flat coil or Racetrack coils are designed. The current direction of the current flowing in the coils is indicated by a corresponding arrow along the circumference of the coils. When using the device for capsule endoscopy, the coils are located below the patient table, which extends substantially in the direction of the horizontal z-axis. The distance of the coils 1 to each other is chosen such that form magnetic field maxima in the working volume V above the two coils, which is illustrated by the two vertical, dashed lines L in the respective planes of the coils. Between these maxima lies a local magnetic field minimum. The single plane coils 1 have on their upper side on a conductor portion which is set back into the coil eye, whereby a recess 1a is formed. The function of these recesses 1a will be explained in more detail below.

Durch die Spulen 1 wird ein Magnetfeld in z-Richtung generiert, d. h. der Vektor des Magnetfelds weist nur die z-Komponente B_z auf. In 1 ist der Verlauf des Magnetfelds B_z in Richtung der horizontalen z-Achse wiedergegeben. Man erkennt, dass das B-Feld an den Positionen in den entsprechenden Ebenen der Spulen 1, die durch den Schnittpunkt des Verlaufs des B-Felds mit den Linien L angedeutet sind, entsprechende Maxima aufweist und ausgehend von diesen Positionen nach außen abfällt. Zwischen den Positionen verläuft das B-Feld in Richtung zum Zentrum des Koordinatensystems monoton fallend und erreicht ein Minimum an der Position des Achsursprungs des Koordinatensystems. Wie weiter unten noch näher erläutert, wird durch einen derartigen Verlauf der Feldstärke des B-Felds in z-Richtung eine Stabilisierung der Position eines magnetischen Körpers in z-Richtung erreicht.Through the coils 1 a magnetic field is generated in the z-direction, ie the vector of the magnetic field has only the z-component B _z . In 1 the course of the magnetic field B _z is reproduced in the direction of the horizontal z-axis. It can be seen that the B field is at the positions in the corresponding planes of the coils 1 , which are indicated by the intersection of the course of the B-field with the lines L, has corresponding maxima and decreases from these positions to the outside. Between the positions, the B-field monotonically decreases toward the center of the coordinate system and reaches a minimum at the position of the axis origin of the coordinate system. As explained in more detail below, a stabilization of the position of a magnetic body in the z-direction is achieved by such a course of the field strength of the B-field in the z-direction.

2 zeigt den gleichen Aufbau wie 1, wobei nunmehr an der Position des Ursprungs des kartesischen Koordinatensystems ein entsprechender länglicher Körper 3 positioniert ist, der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in dem mit einem Arbeitsmedium gefüllten Arbeitsraum V zu führen ist. Der Körper weist dabei das bereits oben erwähnte Dipolmoment m auf, welches sich in dem Szenario der 2 aufgrund der Magnetfeldlinien des Feldes der Spule 1 in z-Richtung ausrichtet. Das Dipolmoment m ist dabei senkrecht zur Längsachse des Körpers 3, welche sich in 2 entlang der vertikalen Achse y erstreckt. Analog zu 1 ist in 2 wiederum der entsprechende Verlauf des durch die ebenen Spulen 1 erzeugten Magnetfelds B_z wiedergegeben. 2 shows the same structure as 1 , where now at the position of the origin of the Cartesian coordinate system, a corresponding elongated body 3 positioned with the device according to the invention in which Ar beitsmedium filled working space V is to lead. The body has the already mentioned above dipole moment m, which in the scenario of 2 due to the magnetic field lines of the coil field 1 aligned in z-direction. The dipole moment m is perpendicular to the longitudinal axis of the body 3 which are in 2 along the vertical axis y. Analogous to 1 is in 2 again the corresponding course of the through the flat coils 1 generated magnetic field B _z reproduced.

3 zeigt in schematischer Darstellung den Aufbau einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die bereits in 2 gezeigte Kapsel 3 in Richtung der vertikalen y-Achse bewegt werden soll. Man erkennt in 3 wiederum die beiden ebenen Spulen 1, welche unterhalb des Körpers 3 angeordnet sind. Im Unterschied zu 2 wird nunmehr neben dem durch die Spulen 1 erzeugten magnetischen Gradientenfeld ferner mittels eines die Spulen 4 umfassenden Spulenpaars (z. B. eines Helmholtz-Spulenpaars) ein nahezu homogenes Magnetfeld in z-Richtung in dem Arbeitsraum erzeugt, in dem sich der Körper 3 befindet. Die Bestromungsrichtung der Spulen 4 ist dabei wiederum durch einen entsprechenden Pfeil entlang des Umfangs der Spulen wiedergegeben. Das homogene Magnetfeld der Spulen 4 überlagert sich mit dem Gradientenfeld der Spulen 1, wodurch in der horizontalen z-Richtung der dargestellte Verlauf des Magnetfelds B_z ausgebildet wird. Dieser Verlauf entspricht in seiner Form dem Verlauf des Magnetfeldes B_z der 2, jedoch liegen aufgrund der Überlagerung des Gradientenfeldes mit einem entgegengesetzt gerichteten homogenen Feld der Spulen 4 die Werte des Magnetfelds im negativen Bereich. Dies hat zur Folge, dass sich das Dipolmoment m des Körpers 3 in die entgegengesetzte z-Richtung, d. h. in negativer z-Richtung, ausrichtet. 3 shows a schematic representation of the structure of a first embodiment of a device according to the invention, in which the already in 2 shown capsule 3 to be moved in the direction of the vertical y-axis. One recognizes in 3 turn the two flat coils 1 which are below the body 3 are arranged. In contrast to 2 is now next to the through the coils 1 generated magnetic gradient field further by means of one of the coils 4 comprehensive coil pair (eg., A Helmholtz coil pair) generates a nearly homogeneous magnetic field in the z-direction in the working space in which the body 3 located. The energization direction of the coils 4 is again represented by a corresponding arrow along the circumference of the coils. The homogeneous magnetic field of the coils 4 superimposed with the gradient field of the coils 1 whereby the illustrated course of the magnetic field B _{z is} formed in the horizontal z-direction. This course corresponds in shape to the course of the magnetic field B _z 2 However, due to the superposition of the gradient field with an oppositely directed homogeneous field of the coils 4 the values of the magnetic field in the negative range. This has the consequence that the dipole moment m of the body 3 in the opposite z-direction, ie in the negative z-direction, aligns.

Das von den Gradientenspulen 1 erzeugte Magnetfeld B_z > 0 nimmt in positiver y-Richtung ab, was zu einer in vertikaler Richtung nach oben gerichteten Kraft F_y = m·dB_z/dy > 0 führt, weil m in negativer z-Richtung ausgerichtet ist. Der Körper wird somit nach oben gedrückt, wobei die magnetische Kraft abnimmt, je weiter der Körper von den Spulen 1 entfernt ist. Die Stärke der Kraft in y-Richtung ist proportional zum Strom, der in den Spulen 1 fließt. Diese nach oben gerichtete Kraft wird in Kombination mit einer entsprechend ausgestalteten Kapsel dazu genutzt, um den Körper in beliebige stationäre Positionen entlang der y-Achse durch entsprechende Veränderung der Bestromung der Spulen 1 zu positionieren und auf diese Weise ein Schweben des Körpers zu verursachen, ohne dass hierzu die Position des Körpers ermittelt werden muss.That of the gradient coils 1 generated magnetic field B _z > 0 decreases in the positive y direction, which leads to a vertically upward force F _y = m · dB _z / dy> 0, because m is aligned in the negative z direction. The body is thus pushed up, whereby the magnetic force decreases, the farther the body of the coils 1 is removed. The strength of the force in the y direction is proportional to the current flowing in the coils 1 flows. This upward force, in combination with a correspondingly configured capsule, is used to move the body to any stationary position along the y-axis by correspondingly changing the energization of the coils 1 To position and thus cause a floating of the body without the need to determine the position of the body.

Anhand der nachfolgenden 4 bis 6 wird erläutert, wie mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine stabile Position des Körpers 3 im Arbeitsmedium erreicht wird. 4 zeigt dabei eine Ansicht analog zu 3, wobei nunmehr der Verlauf des Feldes B_z in x-Richtung wiedergegeben ist. Der Verlauf des Magnetfelds B_z entlang dieser Richtung entspricht dabei dem Verlauf des Felds entlang der z-Richtung. Das heißt, in einem oberhalb der Ausnehmungen 1a der Spulen 1 befindlichen Bereich, der durch entsprechende gestrichelte Linien L' abgegrenzt ist, fällt das Magnetfeld von Maximalwerten hin zu einem Minimalwert am Koordinatenursprung ab. Die beiden Abschnitte entlang der x-Achse links und rechts vom Koordinatenursprung sind in 4 dabei als R1 und R2 bezeichnet. Man erkennt, dass im Bereich R1 die Ableitung dB_z/dx < 0 ist. Da das magnetische Dipolmoment m des Körpers 3 in negativer z-Richtung ausgerichtet ist, ergibt sich in dem Bereich R1 eine positive Kraft F_x in x-Richtung. Demgegenüber ist in dem Bereich R2 die Ableitung dB_z/dx > 0. Dies führt aufgrund des in negativer z-Richtung ausgerichteten Dipolmoments m zu der negativen Kraft F_x < 0. Es ergeben sich somit rückstellende Kräfte in x-Richtung, welche den Körper 3 an der Position x = 0 festhalten. Aufgrund des dargestellten Verlaufs des Magnetfelds B_z in x-Richtung mit einem Minimalwert an der Position x = 0 wird somit eine stabile Position des Körpers in x-Richtung erreicht.Based on the following 4 to 6 explains how with the device according to the invention a stable position of the body 3 is achieved in the working medium. 4 shows a view similar to 3 , where now the course of the field B _z is reproduced in the x direction. The course of the magnetic field B _z along this direction corresponds to the course of the field along the z-direction. That is, in one above the recesses 1a the coils 1 located region, which is delimited by corresponding dashed lines L ', the magnetic field falls from maximum values to a minimum value at the coordinate origin. The two sections along the x-axis to the left and right of the coordinate origin are in 4 as R1 and R2. It can be seen that in the region R1 the derivative dB _z / dx <0. Since the magnetic dipole moment m of the body 3 is aligned in the negative z-direction, results in the area R1, a positive force F _x in the x direction. In contrast, in the area R2, the derivative dB _z / dx> 0. This leads to the negative force F _x <0 due to the dipole moment m oriented in the negative z direction. Thus, restoring forces in the x direction, which form the body 3 hold at position x = 0. Due to the illustrated course of the magnetic field B _z in the x direction with a minimum value at the position x = 0, a stable position of the body in the x direction is thus achieved.

5 zeigt ein Diagramm, welches den Verlauf der in vertikaler y-Richtung erzeugten Kraft F_y in Abhängigkeit von der Position des Körpers entlang der y-Achse verdeutlicht. Man erkennt, dass die Kraft mit zunehmenden y-Werten abnimmt. Als magnetischer Körper 3 wird dabei ein Körper eingesetzt, dessen Dichte etwas größer ist als die Dichte des Arbeitsmediums. Das heißt, es wird durch das Gewicht des Körpers eine entgegengesetzt zur y-Richtung ausgerichtete Kraft erzeugt, welche der Differenz aus der Gewichtskraft F_g des Körpers und der Auftriebskraft F_b entspricht. Das magnetische Gradientenfeld ist dabei derart eingestellt, dass die nach oben gerichtete Kraft F_y für eine stabile Positionierung der Kapsel am Ursprung des Koordinatensystems der nach unten gerichteten Kraft (F_g – F_b) entspricht, wie auch in 5 als entsprechende Bedingung für den durch eine gestrichelte Linie angedeuteten Kraftwert an der Position y = 0 wiedergegeben ist. 5 shows a diagram illustrating the profile of the force generated in the vertical y-direction F _y as a function of the position of the body along the y-axis. It can be seen that the force decreases with increasing y-values. As a magnetic body 3 In this case, a body is used whose density is slightly greater than the density of the working medium. That is, it is generated by the weight of the body in a direction opposite to the y-direction oriented force, which corresponds to the difference between the weight F _{g of} the body and the buoyant force F _b . The magnetic gradient field is set such that the upward force F _y for stable positioning of the capsule at the origin of the coordinate system corresponds to the downward force (F _g _-Fb ), as well as in FIG 5 as the corresponding condition for the indicated by a dashed line force value at the position y = 0 is reproduced.

Gemäß 5 ist F_y eine mit zunehmendem Abstand von den Spulen 1 monoton fallende Funktion. Dabei ist die Kraft F_y ferner proportional zu dem Strom, der in den Spulen 1 fließt. Es gibt somit zu jeder Position y₀ einen eindeutig bestimmten Strom I₀ in den Spulen 1, so dass folgende Bedingungen erfüllt sind: Fy(y0, I0) = Fg – Fb, (i) Fy(y0 – eps, I0) > Fg – Fb, (ii) Fy(y0 + eps, I0) < Fg – Fb. (iii) According to 5 F _{y is} an increasing distance from the coils 1 monotonically decreasing function. The force F _{y is} further proportional to the current flowing in the coils 1 flows. There is therefore a definite current I ₀ in the coils for each position y ₀ 1 so that the following conditions are met: F y (y 0 , I 0 ) = F G - F b , (i) F y (y 0 - eps, I 0 )> F G - F b , (ii) F y (y 0 + eps, I 0 ) <F G - F b , (Iii)

Dabei ist ”eps” eine kleine Zahl größer 0. Man erkennt somit, dass für jede Position y = y₀ in y-Richtung eine stabile Gleichgewichtslage des Körpers 3 erreicht werden kann.In this case, "eps" is a small number greater than 0. It thus recognizes that for every position y = y ₀ in the y-direction a stable equilibrium position of the body 3 can be achieved.

6 zeigt nochmals die gleiche Darstellung wie 3, wobei für den Verlauf des Magnetfelds B_z in z-Richtung oberhalb der Spulen 1 (d. h. zwischen den Linien L) nunmehr entsprechende Teilbereiche R3 bzw. R4 wiedergegeben sind. Der Teilbereich R3 zeigt dabei den Verlauf im linken Teil des Arbeitsvolumens bis zum Nullpunkt des Koordinatensystems, und der Bereich R4 betrifft den Verlauf von B_z im rechten Teil des Arbeitsvolumens. Man erkennt, dass im Bereich R3 die Ableitung dB_z/dz < 0 ist, was aufgrund des in negativer z-Richtung ausgerichteten Dipolmoments m des Körpers 3 zu einer positiven Kraft F_z in z-Richtung führt. Demgegenüber ist die Ableitung dB_z/dz im Bereich R4 positiv, was zu einer negativen Kraft F_z führt. Es ergeben sich somit wiederum rückstellende Kräfte in z-Richtung, welche den Körper 3 in z-Richtung an der Position z = 0 festhalten. 6 again shows the same representation as 3 , wherein for the course of the magnetic field B _z in the z direction above the coils 1 (ie between the lines L) corresponding sub-areas R3 and R4 are now reproduced. The subregion R3 shows the course in the left part of the working volume up to the zero point of the coordinate system, and the region R4 concerns the course of B _z in the right part of the working volume. It can be seen that in the region R3 the derivative dB _z / dz <0, which is due to the dipole moment m of the body oriented in the negative z direction 3 leads to a positive force F _z in z-direction. In contrast, the derivative dB _z / dz in the range R4 is positive, which leads to a negative force F _z . This in turn results in restoring forces in the z-direction which the body 3 hold in z direction at position z = 0.

In den im Vorangegangenen beschriebenen Anordnungen des Körpers 3 in Bezug auf die Spulen 1 und 4 wird eine Rotation des Körpers sowohl um die horizontale x-Achse als auch um die vertikale y-Achse verhindert. Dies liegt daran, dass sich das magnetische Dipolmoment m des Körpers 3 immer entlang der Feldlinien des Magnetfelds ausrichtet, welche sich in z-Richtung erstrecken. Im Gegensatz zu der x- und y-Richtung wird durch das generierte Magnetfeld jedoch keine Stabilisierung im Hinblick auf Rotationen um die. z-Richtung erreicht. 7 zeigt dabei ein Szenario, bei dem der Körper 3 aus seiner Position durch eine Drehung um die z-Achse ausgelenkt ist, so dass die •Längsachse des Körpers nicht mehr in Richtung der vertikalen y-Richtung verläuft. Um eine Rückbewegung des Körpers 3 in die in den vorangegangenen Figuren gezeigte Vertikalposition zu erreichen, ist der Körper derart aufgebaut, dass bei Auslenkung um die z-Achse ein entsprechendes mechanisches Rückstellmoment zur Rückbewegung in die Position erzeugt wird, bei der die Längsrichtung des Körpers in y-Richtung liegt.In the above-described arrangements of the body 3 in relation to the coils 1 and 4 Rotation of the body is prevented both around the horizontal x-axis and around the vertical y-axis. This is because the magnetic dipole moment m of the body 3 always aligns along the field lines of the magnetic field, which extend in the z-direction. However, in contrast to the x and y directions, the generated magnetic field does not stabilize the rotation around the. reached z direction. 7 shows a scenario in which the body 3 is deflected from its position by a rotation about the z-axis, so that the • longitudinal axis of the body is no longer in the direction of the vertical y-direction. To a return movement of the body 3 to achieve the vertical position shown in the preceding figures, the body is constructed such that upon deflection about the z-axis a corresponding mechanical restoring moment is generated for the return movement into the position in which the longitudinal direction of the body lies in the y-direction.

8 zeigt in vergrößerter Schnittansicht entlang der x-y-Ebene einen möglichen Aufbau eines Körpers 3, mit dem ein entsprechendes rückstellendes Drehmoment generiert wird. Der geometrische Mittelpunkt des Körpers ist dabei mit Bezugszeichen M und der Schwerpunkt des Körpers mit Bezugszeichen G bezeichnet. Skizziert ist im Inneren des Körpers ein Permanentmagnet 5 in der Form eines scheibenförmigen Magneten, der das Dipolmoment m erzeugt, welches gemäß 8 in die Blattebene hinein gerichtet ist. Die Achse des magnetischen Moments liegt dabei im Zentrum des Permanentmagneten, welches als Z bezeichnet ist. Der Abstand des Schwerpunkts G zu dem geometrischen Mittelpunkt M ist mit L_g bezeichnet. Demgegenüber ist der Abstand des Zentrums Z des Permanentmagneten von dem geometrischen Mittelpunkt M mit L_m bezeichnet. Im geometrischen Mittelpunkt M des Körpers wirkt die durch das Arbeitsmedium hervorgerufene Auftriebskraft F_b in positiver y-Richtung. Ferner wirkt auf das Zentrum Z des Permanentmagneten 5 die Magnetkraft F_y, welche ebenfalls in positiver y-Richtung ausgerichtet ist. Dies hat wiederum zur Folge, dass im Schwerpunkt G des Körpers 3 die Kraft – (F_b + F_y) wirkt. 8th shows in an enlarged sectional view along the xy plane a possible construction of a body 3 with which a corresponding restoring torque is generated. The geometric center of the body is denoted by reference M and the center of gravity of the body by reference G. Sketched inside the body is a permanent magnet 5 in the form of a disc-shaped magnet which generates the dipole moment m, which is shown in FIG 8th directed into the leaf level. The axis of the magnetic moment is in the center of the permanent magnet, which is referred to as Z. The distance of the center of gravity G to the geometric center M is denoted by L _g . In contrast, the distance of the center Z of the permanent magnet from the geometric center M is denoted by L _m . In the geometric center M of the body, the buoyancy force F _b caused by the working medium acts in the positive y-direction. It also acts on the center Z of the permanent magnet 5 the magnetic force F _y , which is also aligned in the positive y-direction. This, in turn, results in the focus G of the body 3 the force - (F _b + F _y ) acts.

In der in 8 gezeigten Kapsel sind dabei die Abstände L_m und L_g derart gewählt, dass für jeden Wert der Kraft F_y im Arbeitsraum folgende Bedingung erfüllt ist: Fy(Lm – Lg) – LgFb < 0 In the in 8th shown capsule while the distances L _m and L _{g are} chosen such that for each value of the force F _y in the working space the following condition is met: F y (L m - L G ) - L G F b <0

Gemäß dieser Bedingung wirkt das Drehmoment um die z-Achse immer rückstellend in die vertikale Orientierung des Körpers, denn das Drehmoment um die z-Achse geteilt durch den Kippwinkel des Körpers der y-Achse ist gemäß obiger Bedingung immer negativ. Die obige Bedingung ist bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kapselendoskopie, bei der sich die Kapsel im Wasser bewegt, im Regelfall erfüllt, denn es gilt in diesem Fall typischerweise F_g ≈ F_b > 20 mN und F_y < 2 mNAccording to this condition, the torque about the z-axis always restores the vertical orientation of the body, because the torque around the z-axis divided by the tilt angle of the body of the y-axis is always negative according to the above condition. The above condition is usually fulfilled when using the capsule endoscopy device according to the invention, in which the capsule moves in the water, because in this case typically F _g ≈ F _b > 20 mN and F _y <2 mN

Wird der in 8 gezeigte Körper in der Kapselendoskopie eingesetzt, ist die entsprechende Kamera zur Aufnahme von Bildern vorzugsweise im unteren Bereich, d. h. im Bereich des Schwerpunkts G, vorgesehen und weist ein nach unten gerichtetes Objektiv auf. Durch das soeben erläuterte mechanische Rückstellmoment wird dabei sichergestellt, dass durch die Kamera immer in einer vorbestimmten vertikalen Richtung nach unten Bilder aufgenommen werden. Die vertikale Höhe der Kamera kann durch die Veränderung des Magnetfelds der Spulen 1 gesteuert werden. Durch Verschiebung des Patienten kann die horizontale Lage des Körpers 3 im Arbeitsraum verändert werden. Die horizontale Lage kann analog auch durch Verschiebung der Spulen 1 in der horizontalen Ebene bewirkt werden. Ebenso kann durch Verschiebung der Spulen 1 in der Vertikalen die auf den Körper wirkende Kraft F_y beeinflusst werden, ohne dass die Bestromung der Spulen verändert werden muss.Will the in 8th shown body used in the capsule endoscopy, the corresponding camera for taking pictures is preferably in the lower region, ie in the region of the center of gravity G, provided and has a downwardly directed lens. It is ensured by the mechanical restoring moment just explained that images are always taken by the camera in a predetermined vertical direction. The vertical height of the camera can be adjusted by changing the magnetic field of the coils 1 to be controlled. By shifting the patient can change the horizontal position of the body 3 be changed in the workroom. The horizontal position can analogously also by shifting the coils 1 be effected in the horizontal plane. Likewise, by shifting the coils 1 in the vertical, the force F _y acting on the body can be influenced without the current of the coils having to be changed.

9 zeigt in schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die dargestellte Vorrichtung unterscheidet sich von den zuvor beschriebenen Vorrichtungen darin, dass zur Erzeugung des Gradientenfeldes anstatt der beiden ebenen Spulen 1 mit Ausnehmungen 1a nunmehr rechteckförmige Spulen 1' ohne Ausnehmungen verwendet werden. Neben diesen Spulen 1' ist eine Spule 101 mittig zwischen den Spulen 1' vorgesehen, welche in entgegengesetzter Richtung zu den Spulen 1' bestromt wird. Die Länge der Spule 101 in x-Richtung ist dabei kürzer als die Länge der Spulen 1'. Mit einer derartigen Spule 101 wird der gleiche Effekt wie durch die Ausnehmungen 1a der im Vorangegangenen beschriebenen Spulen 1 erreicht. Das heißt, es kann hierdurch der gleiche Verlauf des Magnetfelds B_z erreicht und eine Positionierung der Kapsel in y-Richtung in verschiedenen stationären Positionen ermöglicht werden. 9 shows a schematic representation of a second embodiment of a device according to the invention. The illustrated device differs from the previously described devices in that for generating the gradient field instead of the two planar coils 1 with recesses 1a now rectangular coils 1' without Recesses are used. Beside these coils 1' is a coil 101 in the middle between the coils 1' provided, which in the opposite direction to the coils 1' is energized. The length of the coil 101 in the x direction is shorter than the length of the coils 1' , With such a coil 101 will have the same effect as through the recesses 1a the coils described in the foregoing 1 reached. This means that the same course of the magnetic field B _z can thereby be achieved and a positioning of the capsule in the y-direction in different stationary positions is made possible.

10 zeigt eine weitere Realisierung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Zusätzlich zu den Spulen der 9, welche aus Übersichtlichkeitsgründen in 10 gestrichelt gezeigt sind, sind die gleichen Spulen nochmals mit um 90° um die y-Achse gedrehter Ausrichtung vorgesehen. Auf diese Weise kann rein durch magnetische Ansteuerung der Spulen eine Veränderung der Ausrichtung des magnetischen Moments der Kapsel und somit eine Rotation der Kapsel um die y-Achse erreicht werden. Die Ausführungsform der 10 kann dabei auch mit einer Spulenanordnung gemäß 3 kombiniert werden. In diesem Fall wird die Kombination aus den Spulen 1' und 101 durch entsprechende Spulen 1 ersetzt. 10 shows a further realization of an embodiment of the device according to the invention. In addition to the coils of the 9 , which for clarity in 10 are shown by dashed lines, the same coils are again provided with rotated by 90 ° about the y-axis alignment. In this way, by magnetic control of the coil, a change in the orientation of the magnetic moment of the capsule and thus a rotation of the capsule about the y-axis can be achieved. The embodiment of the 10 can also with a coil arrangement according to 3 be combined. In this case, the combination of the coils 1' and 101 through appropriate coils 1 replaced.

Die im Vorangegangenen beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen den Vorteil auf, dass eine stabile Positionierung eines Körpers in verschiedenen vertikalen Positionen mittels entsprechender Magnetfelder erreicht wird, ohne dass eine Rückkopplungsschleife benötigt wird, für welche kontinuierlich die Position des Körpers gemessen wird. Es wurden dabei Ausführungsformen beschrieben, bei denen die Magnetfelder über entsprechende Spulen erzeugt werden. Gegebenenfalls ist es jedoch auch möglich, dass die Magnetfelder durch entsprechende Permanentmagnete generiert werden, wobei eine Einstellung bzw. Veränderung der Magnetfelder durch Verschiebung der Magneten erreicht wird.The in the foregoing described embodiments of the device according to the invention have the advantage that a stable positioning of a body in different vertical positions by means of appropriate magnetic fields achieved without the need for a feedback loop, for which continuously the position of the body is measured. There were while embodiments described in which the magnetic fields generated via corresponding coils become. Optionally, however, it is also possible that the magnetic fields be generated by corresponding permanent magnets, wherein a Attitude or change the magnetic fields is achieved by displacement of the magnets.

Claims

Device for the contactless guiding of a body ( 3 ) in a working space (V) with respect to a Cartesian coordinate system having a vertical and two horizontal axes (x, y, z), comprising: - a magnetic body ( 3 ), which is positionable in a working medium in the working space (V) and has a magnetic dipole moment (m); A first magnetic field generating means ( 4 ) for generating a basic magnetic field, which is a in the working space (V) homogeneous magnetic field with field lines parallel to the plane of the horizontal axes (x, z), in which the dipole moment (m) of the positioned in the working medium body ( 3 ) aligns in the direction of the field lines; a second magnetic field generating means ( 1 . 1' ) for generating a magnetic gradient field, in which the field strengths of the gradient field in the working space (V) are designed such that i) by the course of the field strengths parallel to the plane of the horizontal axes (x, z) magnetic restoring forces in the vicinity of the position of the im Working medium positioned body ( 3 ), whereby the position of the body ( 3 ) is retained with respect to the horizontal axes (x, z), and ii) the field strength in the direction of the vertical axis (y) in the working space is changed and adjustable so that the body ( 3 ) is positionally positionable in various positions along the vertical axis (y).

Apparatus according to claim 1, wherein for the body positioned in the working medium ( 3 ) an orientation about the axis of the dipole moment (m) is given, by which body ( 3 ) upon deflection from the predetermined orientation a restoring torque is generated, which the body ( 3 ) moved back to the predetermined orientation.

Device according to Claim 2, in which the center of gravity (G) and / or the axis of the dipole moment (m) of the body ( 3 ) from the geometric center (M) of the body ( 3 ) is spaced.

Device according to one of the preceding claims, wherein the density of the body ( 3 ) substantially corresponds to the density of the working medium or differs from the density of the working medium, in particular by at most 50%, preferably by at most 10%, greater or smaller than the density of the working medium.

Apparatus according to claim 4, wherein the first and second magnetic field generating means ( 1 . 1' . 4 ) a magnetic field can be generated, by which a vertical direction (y) upward force or a vertical direction (y) downward force on the body ( 3 ) is exercisable.

Device according to one of the preceding claims, in which the magnetic restoring forces in the vicinity of the position of the body positioned in the working medium ( 3 ) are generated by the fact that the course of the field strengths of the gradient field parallel to the plane of the horizontal axes (x, z) an extremum at the position of the body ( 3 ) in the working space (V), in particular a minimum.

Device according to one of the preceding claims, in which the field lines of the gradient field in the working space (V) run parallel to the field lines of the basic field, in particular in the direction of Field lines of the basic field or opposite to the direction of the field lines of the basic field.

Device according to one of the preceding claims, in which the body ( 3 ) is elongated and the magnetic dipole moment (m) of the body ( 3 ) substantially perpendicular to the longitudinal direction of the body ( 3 ) is aligned.

Device according to one of the preceding claims, wherein the magnetic field of the first magnetic field generating means ( 4 ) in the working space (V) is variable such that the orientation of the dipole moment (m) of the body positioned in the working medium ( 3 ) is changed in the horizontal.

Device according to one of the preceding claims, in which the first magnetic field generating means ( 4 ) comprises at least one coil pair, in particular a Helmholtz coil pair.

Apparatus according to claim 10, wherein at least two mutually perpendicular coil pairs are provided.

Device according to one of the preceding claims, in which the second magnetic field generating means ( 1 . 1' ) comprises a plurality of coils, which, preferably in the vertical direction, below the working space (V) is arranged.

Apparatus according to claim 11 or 12, wherein the plurality of coils ( 1 . 1' ) comprises at least one pair of planar coils arranged in parallel, of which at least part of the workspace closest to the conductor portion of a respective coil of the at least one pair has a return offset into the coil eye.

Apparatus according to claim 12 or 13, wherein the plurality of coils ( 1 . 1' ) at least one pair of parallel plane coils ( 1 . 1' ) between which coils ( 1 . 1' ) of the at least one pair another planar coil ( 101 ) is arranged with smaller geometric outer dimensions than the coils of the at least one pair and the further coil in the opposite direction to the coils of the at least one pair can be energized.

Device according to one of the preceding claims, in which the body ( 3 ) is positioned in the operation of the device in water as a working medium.

Device according to one of the preceding claims, wherein the device is a device for magnetically guided capsule endoscopy and the body ( 3 ) a capsule which can be positioned inside a patient ( 3 ) comprising imaging means for capturing images of internal organs of the patient and a transmission module for transmitting the captured images to an external processing unit having a receiver for receiving the emitted images.

Magnetic field generating device for use in a device according to one of the preceding claims for generating a magnetic field for non-contact guiding of a body ( 3 ) in a working space (V) containing a working medium with respect to a Cartesian coordinate system having one vertical and two horizontal axes (x, y, z), comprising: - a first magnetic field generating means ( 4 ) for generating a basic magnetic field, which is a homogeneous magnetic field in the working space with field lines parallel to the plane of the horizontal axes (z), in which the dipole moment (m) of the body positioned in the working medium ( 3 ) aligns in the direction of the field lines; A second magnetic field generating means ( 1 . 1' ) for generating a magnetic gradient field, in which the field strengths of the gradient field in the working space (V) are configured such that i) by the course of the field strengths parallel to the horizontal axis (x, z) magnetic restoring forces in the vicinity of the position of the in the working medium positioned body ( 3 ), whereby the position of the body ( 3 ) is retained with respect to the horizontal axes (x, z), and ii) the field strength in the direction of the vertical axis (y) in the working space is changed and adjustable so that the body ( 3 ) is positionally positionable in various positions along the vertical axis (y).

Magnetic body ( 3 ) for use in a device according to any one of the preceding claims, which body ( 3 ) has a magnetic dipole moment (m) and for the body ( 3 ) in a positioning in the work space containing a working medium (V) an orientation about the axis of the dipole moment (m) is predetermined, through which body ( 3 ) upon deflection from the predetermined orientation a restoring torque is generated, which the body ( 3 ) moved back to the predetermined orientation.