DE102011075498A1

DE102011075498A1 - Endoskopiekapsel, Anordnung mit einer Endoskopiekapsel und Verfahren zum Navigieren einer Endoskopiekapsel

Info

Publication number: DE102011075498A1
Application number: DE102011075498A
Authority: DE
Inventors: Aleksandar Juloski; Johannes Reinschke
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2011-05-09
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2012-06-28

Abstract

Die Erfindung gibt einen ein Endoskopiekapsel (1), eine Anordnung mit einer Endoskopiekapsel (1) und ein Verfahren zur Navigation einer Eindoskopiekapsel (1) an. Die Kapsel (1) umfasst ein Gehäuse (7), in dem mindestens ein Magnetelement (2) mit einem ersten Magnetfeld M) zur Navigation durch ein von einem externen Magnetsystem erzeugbaren zweites Magnetfeld F) angeordnet ist, wobei das Magnetelement (2) um eine Drehachse (4) im Gehäuse (7) drehbar gelagert ist, und bei einer Drehung (5) des Magnetelements (2) die Richtung des ersten Magnetfelds M) geändert wird. Die Erfindung bietet den Vorteil, dass durch eine Drehung der Orientierung des Magnetelements (2) innerhalb des Gehäuses (7) eine Drehung der Kapsel (1) um frei gewählte Achsen möglich ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Endoskopiekapsel, eine Anordnung mit einer Endoskopiekapsel und einem externen Magnetfeld sowie ein Verfahren zum Navigieren einer Endoskopiekapsel.
Die klassische Endoskopie ist ein in der Medizin weit verbreitetes Verfahren, sowohl zur Untersuchung bzw. Diagnose als auch zur Behandlung bzw. Therapie eines Patienten. Bei der klassischen Endoskopie wird über eine Körperöffnung des Patienten, zum Beispiel den Mund oder den Anus, ein Endoskop bzw. Katheter in ein Hohlorgan des Patienten, zum Beispiel den Magen oder den Darm, eingeführt.
Klassische Endoskope weisen jedoch Nachteile auf, beispielsweise eine begrenzte Reichweite von der Körperöffnung des Patienten bis in dessen Körperinneres bzw. eine begrenzte Flexibilität, um Kurven oder Schlingungen von Hohlorganen zu folgen. Beispielsweise ist der Dünndarm eines Patienten mit einer Länge von typischerweise 7 bis 8 m durch ein derartiges klassisches Endoskop nicht vollständig erreichbar.
Für eine bessere Untersuchung des Magen-/Darmtrakts in seiner gesamten Länge gibt es daher Endoskopiesysteme mit magnetisch gesteuerten Endoskopiekapseln. Eine Kapsel ist etwa 30 mm lang und hat einen Durchmesser von etwa 10 mm. Über eingebaute Miniaturkameras und eine Sende-/Empfangselektronik werden Bilder aufgenommen und berührungslos an eine Anzeige- und Auswerteeinheit übertragen. Eine magnetisch gesteuerte Endoskopiekapsel ist beispielsweise in DE 101 42 253 C1 beschrieben.
Die Magnetführung wird durch magnetische Kräfte und Drehmomente aufgrund von magnetischen Gradientenfeldern erreicht, die auf einen Permanentmagneten in der Kapsel wirken, wobei das magnetische Gradientenfeld mittels eines externen Führungsmagneten erzeugt wird. Der externe Führungsmagnet ist bevorzugt ein Elektromagnet, wie er beispielsweise in der Anmeldeschrift WO 2006/092421 A1 beschrieben ist. In einer anderen Ausführung enthält der Führungsmagnet einen oder mehrere mechanisch bewegliche Permanentmagnete. Die Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten der Kapsel liegt vorzugsweise senkrecht zur Längsachse der Kapsel.
Die magnetischen Kräfte und Drehmomente auf die Kapsel sind proportional zu der Größe des Permanentmagnets in der Kapsel und zum elektrischen Strom in den Spulen der Führungsmagnete. Während die Größe des Permanentmagnets durch die Kapselgröße begrenzt ist, sind die Spulenströme durch die Stromversorgung und die Wärmeentwicklung begrenzt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Komplexität der Führungsmagneten zu vereinfachen sowie die zum Navigieren erforderliche Leistung zu minimieren, ohne die Manövrierfähigkeit der Kapsel signifikant zu reduzieren, und eine Endoskopiekapsel und ein Verfahren zum Navigieren einer Endoskopiekapsel anzugeben.
Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe mit der Endoskopiekapsel, der Anordnung mit einer Endoskopiekapsel und einem externen Magnetfeld sowie dem Verfahren zum Navigieren einer Endoskopiekapsel der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Die Erfindung beansprucht eine Endoskopiekapsel mit einem Gehäuse, in dem mindestens ein Magnetelement mit einem ersten Magnetfeld zur Navigation durch ein von einem externen Magnetsystem erzeugbaren zweites Magnetfeld angeordnet ist, wobei das Magnetelement um eine Drehachse im Gehäuse drehbar gelagert ist, wobei bei einer Drehung des Magnetelements die Richtung des ersten Magnetfelds geändert wird. Die Drehachse kann symmetrisch im Gehäuse angeordnet sein und mit diesem fixiert. Die Erfindung bietet den Vorteil, dass durch eine Drehung der Orientierung des Magnetelements innerhalb des Gehäuses eine Drehung der Kapsel um frei gewählte Achsen möglich ist. Außerdem wird die Komplexität der Führungsmagnete zum Navigieren der Kapsel vereinfacht.
In einer Weiterbildung weist die Kapsel eine Longitudinalachse auf, auf die die Drehachse des Magnetelements senkrecht steht. Die Longitudinalachse kann die bevorzugte Bewegungsrichtung der Kapsel angeben.
In einer weiteren Ausführungsform steht in einer ersten Position des Magnetelements das erste Magnetfeld innerhalb des Magnetelements senkrecht zur Longitudinalachse und senkrecht zur Drehachse.
Bevorzugt kann das Magnetelement maximal um 90° gedreht werden. Dadurch sind ausreichend Freiheitsgrade für eine Drehbewegung der Kapsel gegeben.
Des Weiteren kann in einer zweiten Position des Magnetelements das erste Magnetfeld innerhalb des Magnetelements in Richtung der Longitudinalachse zeigen und senkrecht zur Drehachse stehen.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Magnetelement in der ersten und zweiten Position fixierbar. Die Fixierung kann mittels einer Kerbe oder Öffnung im Magnetelement, in die ein Zapfen einrastet, gebildet sein. Der Zapfen kann mit einer Feder vorgespannt sein, so dass nur zum Lösen der Fixierung Kraft aufgewendet werden muss. Die Vorspannung drückt den Zapfen in die Kerbe oder Öffnung.
Bevorzugt ist das Magnetelement ein Permanentmagnet. Dadurch muss im Betrieb keine Energie zum Aufbau des ersten Magnetfelds zur Verfügung gestellt werden.
In einer Weiterbildung ist der Permanentmagnet kreiszylinderförmig ausgebildet. Dadurch kann das Volumen des Permanentmagnets optimal auf die Größe der Kapsel angepasst werden.
Die Erfindung gibt auch eine Anordnung mit einer erfindungsgemäßen Kapsel an, bei der das zweite Magnetfeld das Magnetelement im Gehäuse dreht.
Die Erfindung gibt auch ein Verfahren zum Navigieren einer Endoskopiekapsel an, die ein Gehäuse und mindestens ein Magnetelement mit einem ersten Magnetfeld zur Navigation mittels eines von einem externen Magnetsystem erzeugbaren zweiten Magnetfelds umfasst. Durch das zweite Magnetfeld wird das Magnetelement innerhalb des Gehäuses gedreht, wobei die Richtung des ersten Magnetfelds geändert wird.
In einer Weiterbildung des Verfahrens kann das Magnetelement um eine senkrecht zu einer Longitudinalachse der Endoskopiekapsel stehenden Drehachse gedreht werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Magnetelement in einer ersten und einer zweiten Position fixiert werden.
Bevorzugt kann die erste und zweite Position zueinander um 90° verdreht sein.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen mehrerer Ausführungsbeispiele anhand von schematischen Zeichnungen ersichtlich.
Es zeigen:
1: einen Querschnitt durch eine Endoskopiekapsel mit drei Symmetrieachsen gemäß Stand der Technik,
2: einen Querschnitt durch eine Endoskopiekapsel mit einem Permanentmagnet gemäß Stand der Technik,
3: einen Querschnitt durch eine weitere Endoskopiekapsel mit einem Permanentmagnet gemäß Stand der Technik,
4: einen Querschnitt durch eine Endoskopiekapsel mit einem stabförmigen, drehbar gelagerten Permanentmagnet,
5: einen Querschnitt durch eine Endoskopiekapsel mit einem kreisförmigen, drehbar gelagerten Permanentmagnet,
6: eine Ansicht der beiden bevorzugten Lagen des Permanentmagnets in einer Kapsel,
7: eine Ansicht eines in einer Kapsel drehbaren Permanentmagnets in 0°-Position mit einem äußeren magnetischen Feld zur Drehung des Permanentmagnets,
8: eine Ansicht eines in einer Kapsel drehbaren Permanentmagnets in 45°-Position mit einem äußeren magnetischen Feld zur Drehung des Permanentmagnets und
9: einen Querschnitt durch eine Endoskopiekapsel mit einem drehbar gelagerten Permanentmagnet in 90°-Position und einem äußeren magnetischen Feld.
In den 1 bis 9 werden aus Anschaulichkeitsgründen außer dem erfindungsrelevanten Magnetelement 2 keine weiteren Komponenten im Inneren der Endoskopiekapsel 1 dargestellt.
Die 1 bis 5 und 9 zeigen jeweils einen Querschnitt durch eine Endoskopiekapsel 1 mit einem zylinderförmigen Gehäuse 7 und mit jeweils einem Kameradom 3 an den beiden Stirnseiten des Gehäuses 7. Die Endoskopiekapsel 1 besitzt drei Symmetrieachsen x, y, z, die jeweils zueinander senkrecht stehen. Wegen der länglichen Form der Endoskopiekapsel 1 liegt die bevorzugte Fortbewegungsrichtung in der Achse x. 1 zeigt eine Endoskopiekapsel gemäß Stand der Technik.
2 zeigt die Endoskopiekapsel 1 aus 1 ausgerüstet mit einem Magnetelement 2 mit einem ersten magnetischen Feld, dessen erste magnetische Flussdichte B →_M im Inneren des Magnetelements 2 in Richtung der Achse z zeigt. Das Magnetelement 2 ist bevorzugt ein Permanentmagnet mit einem Nordpol N und einem Südpol S. Der Permanentmagnet 2 ist symmetrisch in der Endoskopiekapsel 1 angeordnet, damit mit Hilfe eines äußeren zweiten Magnetfelds eine Navigation der Kapsel 1 einfach erfolgen kann. Nachteilig ist, dass eine Drehung der Kapsel um die Achse z nicht möglich ist.
3 zeigt eine zu 2 alternative Ausrichtung des Permanentmagnets 2. Die Pole N, S des Permanentmagnets 2 und damit die erste magnetische Flussdichte B →_M zeigen in Richtung der Achse x. Damit ist eine Drehung um die Achse z durch ein äußeres zweites Magnetfeld möglich.
Um eine flexiblere Navigation zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß wie in 4 dargestellt ein stabförmiger Permanentmagnet 2 um eine Drehachse 4 in Richtung 5 rotierbar angeordnet. Die Drehachse 4 liegt in der Achse y, so dass der Permanentmagnet 2 aus einer ersten Position, die in Richtung der Achse z liegt, in Richtung der Achse x in der Drehrichtung 5 verdreht werden kann. Als Alternative zum stabförmigen Permanentmagnet 2 kann, wie in 5 dargestellt, auch ein zylinderförmiger Permanentmagnet 2 eingesetzt werden. Dieser kann optimal auf die Gehäusegröße angepasst werden und hat wegen seines größeren Volumens eine größere erste magnetische Flussdichte B →_M als der stabförmige Permanentmagnet aus 4.
6 zeigt die erfindungsgemäße Drehbewegung aus einer ersten Position, bei der die erste magnetische Flussdichte B →_M in Richtung der Achse z zeigt, in eine um 90° verschwenkte zweite Position, bei der die erste magnetische Flussdichte B →_M in Richtung der Achse x zeigt. Dadurch kann je nach Position mit Hilfe eines äußeren zweiten Magnetfelds eine Drehung um die Achsen x und y oder um die Achsen y und z erfolgen. Das Magnetelement 2 wird in den beiden Positionen bei Bedarf fixiert, damit das angreifende äußere zweite Magnetfeld das Magnetelement 2 nicht verdrehen kann.
Die 7 und 8 zeigen nun, wie mit Hilfe eines äußeren zweiten Magnetfelds mit einer zweiten magnetischen Flussdichte B →_F das Magnetelement 2 um die Drehachse 4 gedreht wird. Das äußere zweite Magnetfeld ist um den Drehwinkel 6 zum ersten Magnetfeld des Magnetelements 2 in Richtung der Achse x verdreht. Dadurch wird eine Kraft auf das Magnetelement 2 ausgeübt, die es in Richtung der zweiten magnetischen Flussdichte B →_F dreht.
9 zeigt nun den Permanentmagnet 2 aus 4 in einer um den ersten Drehwinkel 6 verdrehten zweiten Position. Der Permanentmagnet 2 wird in der zweiten Position fixiert, so dass eine weitere Drehung des äußeren zweiten Magnetfelds, also der zweiten magnetischen Flussdichte B →_F , keine Drehung des Permanentmagneten 2 bewirkt, sondern die ganze Endoskopiekapsel 1 in Richtung 5 des anliegenden äußeren zweiten Magnetfelds um den zweiten Drehwinkel 8 gedreht wird. Die Fixierung des Magnetelements 2 in der ersten und zweiten Position bzw. deren Lösung kann mittels Funk erfolgen. Dabei kann mit Hilfe einer Kapsel internen Batterie eine Fixierung elektromagnetisch aufgehoben werden. Die Fixierung kann über Löcher oder Kerben im Magnetelement 2 und einem in dem Gehäuse 7 angeordneten, vorgespannten Zapfen erfolgen.
Bezugszeichenliste

1: Endoskopiekapsel
2: Magnetelement/Permanentmagnet
3: Kameradom
4: Drehachse des Magnetelements 2
5: Drehrichtung
6: erster Drehwinkel
7: Gehäuse
8: zweiter Drehwinkel
B →_M: erste Magnetische Flussdichte des Magnetelements 2
B →_F: zweite Magnetische Flussdichte eines äußeren Magnetfelds
N: Nordpol des Magnetelements 2
S: Südpol des Magnetelements 2
x: x-Achse/Longitudinalachse
y: y-Achse
z: z-Achse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10142253 C1 [0004]
WO 2006/092421 A1 [0005]

Claims

Endoskopiekapsel (1) mit einem Gehäuse (7), in dem mindestens ein Magnetelement (2) mit einem ersten Magnetfeld (B →_M) zur Navigation durch ein von einem externen Magnetsystem erzeugbaren zweites Magnetfeld (B →_F) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetelement (2) um eine Drehachse (4) im Gehäuse (7) drehbar gelagert ist, wobei bei einer Drehung (5) des Magnetelements (2) die Richtung des ersten Magnetfelds (B →_M) geändert wird.
Endoskopiekapsel (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: – eine Longitudinalachse (x), auf die die Drehachse (4) des Magnetelements (2) senkrecht steht.
Endoskopiekapsel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Position des Magnetelements (2) das erste Magnetfeld (B →_M) innerhalb des Magnetelements (2) senkrecht zur Longitudinalachse (x) und senkrecht zur Drehachse (4) steht.
Endoskopiekapsel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetelement (2) maximal um 90° drehbar ist.
Endoskopiekapsel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zweiten Position des Magnetelements (2) das erste Magnetfeld (B →_M) innerhalb des Magnetelements (2) in Richtung der Longitudinalachse (x) zeigt und senkrecht zur Drehachse (4) steht.
Endoskopiekapsel (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetelement (2) in der ersten und zweiten Position fixierbar ist.
Endoskopiekapsel (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetelement (2) ein Permanentmagnet ist.
Endoskopiekapsel (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (2) kreiszylinderförmig ausgebildet ist.
Anordnung mit einer Endoskopiekapsel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem externen zweiten Magnetfeld (B →_F) , dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Magnetfeld (B →_F) das Magnetelement (2) dreht.
Verfahren zum Navigieren einer Endoskopiekapsel (1), die ein Gehäuse (7) und mindestens ein Magnetelement (2) mit einem ersten Magnetfeld (B →_M) zur Navigation mittels eines von einem externen Magnetsystem erzeugbaren zweiten Magnetfelds (B →_F) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass durch das zweite Magnetfeld (B →_F) das Magnetelement (2) innerhalb des Gehäuses (7) gedreht wird, wobei die Richtung des ersten Magnetfelds (B →_M) geändert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetelement (2) um eine senkrecht zu einer Longitudinalachse (x) der Endoskopiekapsel (1) stehenden Drehachse (4) gedreht wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetelement (2) in einer ersten und einer zweiten Position fixiert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Position zueinander um 90° verdreht sind.