DE102005015522A1

DE102005015522A1 - Intrakorporale Videokapsel mit schwenkbarem Bildaufnehmer

Info

Publication number: DE102005015522A1
Application number: DE200510015522
Authority: DE
Inventors: Klaus M. Dr. Irion; Fritz Hensler
Original assignee: Karl Storz SE and Co KG
Current assignee: Karl Storz SE and Co KG
Priority date: 2005-04-04
Filing date: 2005-04-04
Publication date: 2006-10-05
Also published as: US20080081947A1; EP1868487B1; EP1868487A1; US9028399B2; WO2006105932A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine intrakorporale Sonde (10), vorzugsweise zur Untersuchung beispielsweise von Hohlorganen oder natürlichen oder künstlich geschaffenen Körperhöhlen im menschlichen oder tierischen Körper, wobei die Sonde (10) in Form einer Kapsel ausgebildet ist, die in den Körper ohne externe Verbindungselement einbringbar ist, mit einem länglichen Gehäuse (16) und einer Bildaufnahmeeinheit (26) innerhalb des Gehäuses (16), die zur optischen Aufnahme eines Bereichs (Aufnahmebereich) außerhalb der Sonde (10) ausgelegt ist. Die Bildaufnahmeeinheit (26) ist innerhalb des Gehäuses (16) bewegbar gehalten, um durch eine solche Bewegung den Aufnahmebereich zu verändern (Fig. 1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine intrakorporale Sonde, vorzugsweise zur Untersuchung beispielsweise von Hohlorganen oder natürlichen oder künstlich geschaffenen Körperhöhlen im menschlichen oder tierischen Körper, wobei die Sonde in Form einer Kapsel ausgebildet ist, die in den Körper ohne externe Verbindungselemente einbringbar ist, mit einem Gehäuse, und einer Bildaufnahmeeinheit innerhalb des Gehäuses, die zur optischen Aufnahme, beispielsweise Bildaufnahme, eines Bereichs (nachfolgend Aufnahmebereich genannt) außerhalb der Sonde ausgelegt ist.

Eine intrakorporale Sonde der vorgenannten Art ist allgemein bekannt, beispielsweise aus DE 101 46 197 . Auch die EP-A-O 667 115 offenbart eine intrakorporale Sonde, die in Form einer Kapsel ausgebildet ist, die vom zu untersuchenden Patienten geschluckt werden kann, um den Magen-Darm-Trakt visuell untersuchen zu können. Die von der Sonde empfangenen optischen Signale werden telemetrisch über einen in der Kapsel vorhandenen Sender nach extrakorporal übertragen und dort visualisiert. Diese bekannte autonome Videosonde ermöglicht es zwar, den Magen-Darm-Trakt visuell zu inspizieren und die Bilder telemetrisch nach außen zu übertragen, jedoch gestaltet sich die Diagnose anhand der übertragenen Bilder als äußerst schwierig. Der Grund liegt darin, dass die Position der Sonde innerhalb des Patienten mittlerweile zwar relativ gut bestimmbar ist, die von dem in der Sonde eingebauten Bildsensor aufgenommenen Bereiche allerdings eher zufällig sind. Eine gezielte Aufnahme bestimmter Bereiche innerhalb des Magen-Darm-Trakts ist nicht möglich. Die von der Sonde gewonnenen Bildinformationen sind folglich mehr ein Zufallsprodukt und vom untersuchenden Arzt nicht bestimmbar.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte intrakorporale Sonde so weiterzubilden, dass eine kontrollierte, flexible und zielgerichtete Visualisierung möglich wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich der eingangs genannten intrakorporalen Sonde dadurch gelöst, dass die Bildaufnahmeeinheit innerhalb des Gehäuses bewegbar gehalten ist, um durch eine solche Bewegung den Aufnahmebereich verändern zu können.

D.h. mit anderen Worten, dass sich die Ausrichtung der Bildaufnahmeeinheit verändern lässt, so dass der frontseitige Geradeausblick bisheriger Sondenlösungen über eine entsprechende Bewegung der Bildaufnahmeeinheit auch zu einem Seitblick variiert werden kann, ohne dass sich die Lage der Sonde selbst verändert. Insgesamt kann somit das Blickfeld der Bildaufnahmeeinheit durch deren Lageveränderung innerhalb der Sonde deutlich vergrößert werden.

Der untersuchende Arzt erhält mit Hilfe der erfindungsgemäßen Sonde deutlich mehr Bildinformationen während die Sonde den Magen-Darm-Trakt passiert.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Bildaufnahmeeinheit einen Bildsensor und eine Aufnahmeoptik auf. Bevorzugt weist die Bildaufnahmeeinheit zumindest ein Beleuchtungselement zur Ausleuchtung des Aufnahmebereichs auf.

Die vorgenannten Maßnahmen haben den Vorteil, dass eine sehr kompakte Bildaufnahmeeinheit geschaffen wird, die durch ihre bewegbare Lagerung innerhalb des Gehäuses der Sonde Bildsensor und Aufnahmeoptik mit bewegt. Damit lässt sich eine einfachere Ansteuerung für die Ausführung einer Bewegung erreichen, da nur ein Bauteil bewegt werden muss.

Dadurch, dass die Bildaufnahmeeinheit auch ein Beleuchtungselement aufweist, was gleichzeitig bedeutet, dass das Beleuchtungselement die Bewegung des Bildsensors und der Aufnahmeoptik mitmacht, ist eine optimale Ausleuchtung des entsprechenden Aufnahmebereichs möglich. Das Beleuchtungselement leuchtet immer den gewählten Aufnahmebereich aus, ohne dass es einer eigenen Ansteuerung bedürfte.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung hat das Gehäuse eine längliche Form und ist die Bildaufnahmeeinheit um eine Achse schwenkbar gehalten, die senkrecht zur Längsachse der Sonde verläuft. Bevorzugt ist ein erster Motor vorgesehen, der mit der Bildaufnahmeeinheit zu deren Bewegung gekoppelt ist. Vorzugsweise ist der Motor ein Wobble Motor, insbesondere ein Q-PEM Motor.

Die vorgenannten Maßnahmen haben sich in der Praxis als besonders vorteilhaft herausgestellt. Insbesondere die Verschwenkbarkeit der Bildaufnahmeeinheit um eine Achse, die senkrecht zur Längsachse der Sonde verläuft, lässt einen sehr großen Aufnahmebereich zu. Der Aufnahmebereich selbst, d.h. die Position der Bildaufnahmeeinheit, kann über den ersten Motor eingestellt werden, vorzugsweise über vom untersuchenden Arzt abgegebene Steuersignale. Selbstverständlich ist es auch denkbar, den Motor nach einem fest vorgegebenen Programm ohne Einfluss von außen anzusteuern.

Die Verwendung eines Wobble Motors hat sich insbesondere unter Energie- und Genauigkeits-Aspekten als vorteilhaft herausgestellt. Ein Wobble Motor benötigt wenig Energie und lässt sich in sehr präzisen kleinen inkrementalen Schritten bewegen.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist ein Koppelelement zwischen Motor und Bildaufnahmeeinheit vorgesehen und ausgelegt, eine Drehbewegung des Motors in eine transversale Bewegung umzuwandeln. Bevorzugt ist das Koppelelement entfernt von der Schwenkachse an der Bildaufnahmeeinheit angebracht, und das Koppelelement umfasst vorzugsweise eine flexible Welle.

Diese Maßnahmen ermöglichen eine sehr effiziente Verschwenkung der Bildaufnahmeeinheit um die Achse senkrecht zur Längsachse. Die flexible Welle übernimmt hierbei das Schwenken der Bildaufnahmeeinheit bei einer Drehung des Motors.

Es versteht sich, dass der zuvor beschriebene Lösungsweg zur Verschwenkung der Bildaufnahmeeinheit um die Querachse (bezüglich der Längsachse der Sonde) rein beispielhaft ist. Der Fachmann wird erkennen, dass andere Möglichkeiten bestehen, die Bildaufnahmeeinheit mit einem Motor entsprechend zu koppeln, um eine Schwenkbewegung um die Querachse zu erzielen. So könnte beispielsweise die Kopplung eines Motors mit der Bildaufnahmeeinheit über die Querachse erfolgen, d.h., dass die Querachse bzw. eine entsprechende querverlaufende Welle die Drehbewegung des Motors auf die Bildaufnahmeeinheit überträgt.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Bildaufnahmeeinheit um die Längsachse der Sonde drehbar gehalten.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass der Aufnahmebereich nochmals deutlich vergrößert werden kann. Durch Schwenken der Bildaufnahmeeinheit um die Querachse und durch Drehen um die Längsachse lässt sich die Bildaufnahmeeinheit in deutlich mehr Positionen bringen, so dass der Aufnahmebereich zumindest einen halbkugelförmigen Bereich um die Sonde herum aufnehmen kann.

Vorzugsweise ist ein zweiter Motor vorgesehen, um die Bildaufnahmeeinheit um die Sonden-Längsachse zu drehen. Besonders bevorzugt sind die Bildaufnahmeeinheit und der erste Motor mit Koppelelement miteinander verbunden, um gemeinsam um die Sonden-Längsachse drehbar zu sein.

In einer weiteren Ausgestaltung ist ein Rahmengestell im Gehäuse vorgesehen, das die Bildaufnahmeeinheit und den ersten Motor trägt und bevorzugt mit dem zweiten Motor für eine Drehung um die Sonden-Längsachse gekoppelt ist.

Dies ist eine denkbare Lösung, die Bildaufnahmeeinheit und die beiden Motoren innerhalb der Sonde zu halten. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass es weitere Möglichkeiten gibt, die Bildaufnahmeeinheit, den ersten Motor und den zweiten Motor im Gehäuse der Sonde entsprechend zu halten, so dass die Verschwenkbarkeit um die Querachse und die Drehbarkeit um die Längsachse gewährleistet sind.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Bildsensor ein CMOS Bildsensor, beispielsweise ein CMOS Bildsensor des Typs HDRC (High-Dynamic-Range-Camera), vorzugsweise mit einer Auflösung von 768 × 496 Pixel. Bevorzugt wird der CMOS Bildsensor mit einer Bildrate von mindestens zwei, insbesondere zehn, ganz bevorzugt mindestens zwanzig Bildern pro Sekunde betrieben.

Der vorgenannte Bildsensor hat sich in der Praxis als besonders vorteilhaft herausgestellt, insbesondere hinsichtlich seiner Auflösung und seiner Lichtempfindlichkeit. Ein solcher CMOS Bildsensor des Typs HDRC ist beispielsweise in dem deutschen Patent DE 42 09 536 beschrieben.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Sonde eine Sendeeinheit zur Übertragung der erfassten Bilder von intrakorporal nach extrakorporal, eine Energieempfangs- und Versorgungseinheit, die vorzugsweise induktive Energie von extrakorporal empfängt und Einheiten innerhalb der Sonde mit Energie versorgt, und eine Lokalisationseinheit zur Lokalisierung der intrakorporalen Position der Sonde von extrakorporal auf.

Mit Hilfe der Energieempfangs- und Versorgungseinheit ist es möglich, Energie von extrakorporal in die Sonde zu übertragen, die dort dann zur Versorgung der jeweiligen Elemente, insbesondere der Bildaufnahmeeinheit und der Motoren, dient. Mit Hilfe der Lokalisationseinheit ist es möglich, die Position der Sonde innerhalb des Magen-Darm-Trakts des Patienten genau zu bestimmen, wobei hierzu auch die Ausrichtung bzw. Lage der Längsachse der Sonde gehört. Diese Daten ermöglichen es dem untersuchenden Arzt, einerseits die empfangenen Bilder besser einordnen und bewerten zu können und andererseits eine gezielte Ansteuerung der Motoren und damit eine Veränderung des Aufnahmebereichs zu veranlassen.

Damit ist es möglich, determiniert bestimmte Aufnahmebereiche aufzunehmen, so dass die gelieferten Aufnahmen des Magen-Darm-Trakts kein Zufallsprodukt mehr darstellen. Insgesamt lassen sich folglich die Diagnoseergebnisse deutlich verbessern.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass die vorgenannten Einheiten, nämlich Sendeeinheit, Energieempfangs- und Versorgungseinheit und Lokalisationseinheit, auch getrennt voneinander verwendet werden können.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Beleuchtungselement eine Leuchtdiode. Vorzugsweise sind mehrere Leuchtdioden vorgesehen, die für eine gleichmäßige Ausleuchtung des Aufnahmebereichs um die Optik herum angeordnet sind.

Leuchtdioden sind einerseits sehr kompakte Bauelemente und begnügen sich andererseits mit relativ geringer Energie bei gleichzeitig hoher Lichtausbeute, was sie für die Verwendung in einer intrakorporalen Sonde vorteilhaft macht.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist ein elektroakustischer Wandler vorgesehen, der ein akustisches Signal im hörbaren oder im Ultraschallbereich erzeugt.

Es ist weiter bevorzugt, dass die Bildaufnahmeeinheit neben dem Bildsensor weitere Elektronikelemente zur Verarbeitung der vom Bildsensor gelieferten Signale aufweist.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Bildsignale selbst in der Sonde beispielsweise komprimiert werden können, um damit die erforderliche Datenübertragungsrate herabzusetzen oder umgekehrt mehr Bilddaten nach extrakorporal pro Zeiteinheit übertragen zu können.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Bildaufnahmeeinheit an einem Längsende des Gehäuses angeordnet und ist dieser Endbereich des Gehäuses kuppelförmig und transparent ausgebildet.

Die Anordnung der Bildaufnahmeeinheit an einem Längsende hat sich hinsichtlich des möglichen Aufnahmebereichs als besonders vorteilhaft herausgestellt. Es ist jedoch anzumerken, dass die Bildaufnahmeeinheit auch an anderen Positionen innerhalb der Sonde angeordnet sein könnte. Es ist darüber hinaus denkbar, dass zumindest eine weitere Bildaufnahmeeinheit bewegbar vorgesehen ist, beispielsweise derart, dass sich deren Aufnahmebereiche ergänzen. Bispielsweise könnten die Bildaufnahmeeinheiten so angeordnet sein, dass deren optische Achsen – im unverschwenkten Zustand – senkrecht zueinander liegen.

Diese bevorzugte Ausgestaltung ermöglicht eine weitere Vergrößerung des Aufnahmebereichs und damit eine Verbesserung der Diagnoseergebnisse, da dem untersuchenden Arzt mehr Bildinformationen beispielsweise vom Magen-Darm-Trakt zur Verfügung stehen.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden mit Bezug auf diese hiernach näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen intrakorporalen Sonde;
2 eine perspektivische Darstellung der Sonde aus 1 mit teilweise geöffnetem Gehäuse;
3 eine perspektivische schematische Darstellung einer Bildaufnahmeeinheit;
4 eine schematische Schnittdarstellung der Bildaufnahmeeinheit von 3;
5A–C eine schematische Darstellung der Bildaufnahmeeinheit innerhalb der Sonde zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Bewegbarkeit der Bildaufnahmeeinheit;
6 eine schematische Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Sonde;
7 eine schematische perspektivische Darstellung eines Längsabschnitts der Sonde, der die Bildaufnahmeeinheit enthält; und
8 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung der intrakorporalen Sonde zur Erzielung einer Drehbarkeit um die Längsachse.
In 1 ist eine intrakorporale Sonde in perspektivischer Darstellung gezeigt und mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. Diese Sonde 10 dient zur Untersuchung beispielsweise von Hohlorganen oder Körperhöhlen im menschlichen oder tierischen Körper. Insbesondere dient die Sonde zur Untersuchung des Magen-Darm-Trakts eines Patienten. Die Sonde 10 wird hierfür vom zu untersuchenden Patienten geschluckt und wandert danach durch den Magen-Darm-Trakt, um schließlich wieder ausgeschieden zu werden.
Die Sonde 10 besitzt eine längliche Form, wobei in 1 die Längsachse gestrichelt angedeutet und mit dem Buchstaben L gekennzeichnet ist. Die Abmessungen der Sonde sind so gewählt, dass ein Schlucken der Sonde leicht möglich ist, und entsprechen somit etwa den Abmessungen üblicher Medikamenten-Kapseln.
Die Sonde 10 besitzt ein kuppelförmiges Längsende 12, das aus einem lichttransparenten Material gefertigt ist. Im Gegensatz dazu ist der übrige Teil der Sonde, der mit dem Bezugszeichen 14 gekennzeichnet ist, aus einem nicht-transparenten Material gefertigt. Das Längsende 12 sowie der sich daran anschließende Längsabschnitt 14 bilden zusammen ein flüssigkeitsdichtes und säureresistentes Gehäuse 16.
Im Bereich des Längsendes 12 ist hinter der transparenten Kuppel eine Optik 18 zu erkennen, deren optische Achse in 1 mit der Längsachse L zusammenfällt. Die Optik 18 dient dazu, Licht von außerhalb der Sonde auf einen Bildsensor zu fokussieren.
Um die Optik 18 herum sind Beleuchtungselemente 20 gleichmäßig beabstandet vorgesehen, wobei die Beleuchtungselemente 20 vorzugsweise als LEDs 21 ausgebildet sind. Die LEDs 21 dienen dazu, einen bestimmten Bereich außerhalb der Sonde auszuleuchten. Die Ausrichtung der LEDs 21 entspricht somit im Wesentlichen der Ausrichtung der Optik 18.
Die innerhalb des Gehäuses 16 vorgesehenen Bauelemente sind in der Darstellung von 2 gut zu erkennen. An die Optik 18 schließt sich ein Bildsensor 22 an, der vorzugsweise als CMOS Sensor 23 ausgebildet ist. Der Bildsensor 22 sitzt wiederum auf einem Kamerachip 24, der die zur Auswertung der vom CMOS Sensor gelieferten Bildsignale erforderliche Logik enthält.
Die Optik 18, der Bildsensor 22 sowie der Kamerachip 24 bilden zusammen eine Bildaufnahmeeinheit 26. Die vorgenannten Elemente 18, 22 und 24 sind folglich fest miteinander verbunden und damit als eine Einheit handhabbar. Der Kamerachip 24 ist innerhalb des Gehäuses an zwei Punkten mit demselben verbunden, wobei in 2 ein Verbindungspunkt zu erkennen ist und mit dem Bezugszeichen 28 gekennzeichnet ist. Der andere, nicht sichtbare Verbindungspunkt liegt auf einer Achse, die durch den Verbindungspunkt 28 hindurch geht und die Längsachse L schneidet. Die Verbindungspunkte 28 sind so ausgelegt, dass eine Drehung des Kamerachips 24 um eine Querachse Q (die senkrecht zu der Längsachse L ist und durch die beiden Verbindungspunkte 28 geht) erfolgen kann.
Mit Hilfe dieser schwenkbaren Aufhängung des Kamerachips 24 lässt sich die gesamte Bildaufnahmeeinheit 26, also auch der Bildsensor 22 und die Optik 18, um die Querachse Q schwenken. Die Folge einer solchen Schwenkbewegung ist eine Veränderung der optischen Achse gegenüber der Längsachse L und damit eine Veränderung des von der Bildaufnahmeeinheit 26 erfassten Aufnahmebereichs.
Insgesamt ist die Bildaufnahmeeinheit 26 dafür ausgelegt, einen bestimmten Aufnahmebereich außerhalb der Sonde zu erfassen und dem untersuchenden Arzt die optischen Bilder des Aufnahmebereichs zu liefern.
Innerhalb der Sonde 10 schließt sich an die Bildaufnahmeeinheit 26 in Längsrichtung gesehen ein Stellmotor 30 an, der über ein Koppelelement 32 mit dem Kamerachip 24 verbunden ist. Bei dem Motor 30 handelt es sich um einen Rotationsmotor, beispielsweise in Form eines Q-PEM Motors, eines Uhrenmotors oder eines Piezomotors. Der Motor 30 und das Koppelelement 32 haben zusammen die Aufgabe, den Kamerachip 24 und damit die Bildaufnahmeeinheit 26 um die Querachse Q zu verschwenken. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Drehbewegung des Motors 30 über das Koppelelement 32 in eine Transversalbewegung umgesetzt. Das Koppelelement 32 kann beispielsweise als flexible Welle ausgelegt sein, die über einen Nocken am Motor 30 in Längsrichtung verlagert wird.
Selbstverständlich sind dem Fachmann auch andere Lösungen geläufig, die eine Schwenkbewegung der Bildaufnahmeeinheit 26 ermöglichen. Beispielsweise könnte statt dem Rotationsmotor 30 ein Linearmotor zur Verschwenkung der Bildaufnahmeeinheit 26 eingesetzt werden.
Im gleichen Längsabschnitt wie der Motor 30 ist innerhalb des Gehäuses 16 der Sonde 10 ein Lokalisierungschip 34 vorgesehen, der exakte Positionsinformationen liefern kann. In der Anmeldung WO 03/024328 der Anmelderin ist beispielsweise ein Lokalisierungschip als Lageerfassungselement detailliert beschrieben, so dass zur Vereinfachung auf diese Druckschrift verwiesen wird und der entsprechende Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme aufgenommen wird. Die Lageerfassung der Sonde 10 kann beispiels weise als Spulensystem ausgebildet sein, dessen Position über einen externen Magnetfelddetektor erfassbar ist.
Selbstverständlich sind auch andere Lösungen zur Lokalisierung, d.h. Positionsbestimmung der Sonde, beispielsweise innerhalb des Magen-Darm-Trakts, denkbar.
An den Lokalisierungschip 34 schließt sich in Längsrichtung ein Energie- und Datenübertragungschip 36 an, der dafür zuständig ist, einerseits Informationen von intrakorporal nach extrakorporal zu senden und andererseits Daten, beispielsweise Steuersignale, von extrakorporal zu empfangen. Entsprechende Lösungen zur Übertragung derartiger Daten sind ebenfalls in der zuvor erwähnten Druckschrift WO 03/024328 beschrieben. Zusätzlich ist der Chip in der Lage, Energie von extrakorporal zu empfangen.
Schließlich enthält die Sonde 10 am dem Längsende 12 gegenüberliegenden Längsende 38 zumindest eine Batterie 40. Diese Batterie 40 ist so ausgelegt, dass sie die vorgenannten elektronischen Bauelemente innerhalb der Sonde 10 mit ausreichender Energie versorgen kann.
Die Sonde 10 enthält üblicherweise zusätzliche Spulen, die in den Figuren nicht gezeigt sind. Mit Hilfe dieser Spulen kann die Sonde im Magen-Darm-Trakt positioniert werden, indem extrakorporal ein entsprechendes Magnetfeld angelegt wird. Der untersuchende Arzt kann folglich die Position der Sonde von außen steuern.
Insgesamt wird mit der in 2 gezeigten intrakorporalen Sonde dem untersuchenden Arzt ein Werkzeug an die Hand gegeben, mit dem er deutlich zielgenauere Aufnahmen des Magen-Darm-Trakts erhält als dies bisher mit starren Bildaufnahmeeinheiten und alleiniger Positionssteuerung durch Magnetfelder möglich war. Durch Verschwenken der Bildaufnahmeeinheit 26 kann ein Blickfeld von nahezu 180° abgedeckt werden. Um die Bildqualität weiter zu verbessern, kann die Optik 18 ein fokussierbares und/oder zoombares oder auf Makroaufnahmen umstellbares Objektiv aufweisen. Die Einstellung des Fokus kann beispielsweise über einen Magnetantrieb erfolgen, der in 2 jedoch nicht dargestellt ist. Die vorgenannte bevorzugte Ausgestaltung ist insbesondere dann wichtig, wenn sich durch die Schwenkbewegung der Bildaufnahmeeinheit der Abstand der Optik 18 zu der Innenseite des kuppelförmigen Längsendes 12 ändert.
Neben dem vorerwähnten CMOS Sensor 23 sind selbstverständlich auch andere Bildsensoren denkbar, beispielsweise CCD Sensoren. Als besonders vorteilhaft hat sich jedoch in der Praxis ein HDRC (High-Dynamic-Range-Camera) Bildsensor, der auf der CMOS-Technik beruht, herausgestellt. Ein solcher logarithmisch arbeitender Sensor ist in DE 42 09 536 im Detail beschrieben, so dass darauf verwiesen werden kann.
In den 3 und 4 ist eine Bildaufnahmeeinheit 26 gezeigt, die sich hinsichtlich ihrer Form etwas von der in 2 dargestellten Bildaufnahmeeinheit unterscheidet.
Wie bereits erwähnt, umfasst die Bildaufnahmeeinheit 26 den Kamerachip 24, der elektronische Bauelemente zur Verarbeitung von Bildsignalen aufweist. Auf diesem Kamerachip 24 liegt der Bildsensor 22 innerhalb eines Innenraums 42, der von einem Gehäuse 44 umschlossen ist. Das Gehäuse 44 ist aus einem licht undurchlässigen Material gefertigt, so dass Licht nur durch eine Öffnung 46 in den Innenraum 42 gelangen kann. Der Innenraum 42 erweitert sich ausgehend von der Öffnung 46 hin zum Bildsensor 22 konisch.
Diese konische Form weist auch der obere Längsabschnitt 48 des Gehäuses 44 auf. Die konische Form des Längsabschnitts 48 ermöglicht eine bessere Schwenkbarkeit innerhalb des kuppelförmigen Längsendes 12 der Sonde 10.
In der Öffnung 46 ist die Optik 18 vorgesehen, die vorzugsweise ein fokussierbares Objektiv enthält.
Die Optik 18 ist so ausgelegt, dass ein direkt vor dem kuppelförmigen Längsende liegender Bereich auf den Bildsensor 22 fokussiert wird.
Benachbart zu der Optik 18 sind die LEDs 21 angeordnet, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel insgesamt vier LEDs verwendet werden. Selbstverständlich ist auch eine andere Zahl von LEDs möglich.
Mit Bezug auf die 5A–C wird nun nochmals auf die Schwenkbarkeit der Bildaufnahmeeinheit 26 eingegangen.
In 5A ist die Bildaufnahmeeinheit 26 in ihrer Grundposition gezeigt, in der die optische Achse, die mit O gekennzeichnet ist, mit der Längsachse L der Sonde 10 zusammenfällt.
Soll die Bildaufnahmeeinheit 26 um die Querachse Q verschwenkt werden, muss der Motor 30 aktiviert werden. Eine schrittweise Drehung des Motors 30 führt zu einer Verlagerung des Koppelelements 32 und durch deren gegenüber der Querachse Q versetzte Anbringung zu einer Verschwenkung der Bildaufnahmeeinheit 26. In 5B ist die Bildaufnahmeeinheit 26 um einen Winkel α im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt, während in 5C die Verschwenkung im Uhrzeigersinn um den Winkel α erfolgte. Die beiden Maximalwerte der Winkel α werden vorzugsweise so ausgelegt, dass ein Aufnahmebereich von nahezu 180° von der Bildaufnahmeeinheit erfassbar ist.
Wie bereits erwähnt, sind dem Fachmann unterschiedliche Lösungen geläufig, die vorbeschriebene Verschwenkbarkeit der Bildaufnahmeeinheit 26 um die Querachse Q zu erreichen. Die Erfindung soll sich nicht auf die dargestellte Lösung mit einem Rotationsmotor und einer Welle als Koppelelement beschränken.
Die Ansteuerung des Motors 30, um eine Verschwenkung der Bildaufnahmeeinheit 26 zu erreichen, erfolgt bevorzugt über Steuersignale, die der untersuchende Arzt abgibt. Steuersignale können von dem Datenübertragungschip 36 empfangen werden und zu Ansteuerungssignalen für den Motor 30 verarbeitet werden. Selbstverständlich ist es auch denkbar, die Verschwenkung der Bildaufnahmeeinheit 26 über ein fest vorgegebenes Steuerprogramm, das in der Elektronik der Sonde 10 hinterlegt ist, ablaufen zu lassen.
Die von der Bildaufnahmeeinheit 26 gelieferten Bilder, vorzugsweise zehn Bilder pro Sekunde, werden von der Logik auf dem Kamerachip 24 verarbeitet, insbesondere komprimiert, um dann nach extrakorporal zur Visualisierung für den untersuchenden Arzt übertragen zu werden. Die Verarbeitung der Bildsignale auf dem Kamerachip 24 kann beispielsweise ein dafür ausgelegter ASIC übernehmen.
Die dem untersuchenden Arzt gelieferten Bildinformationen werden mit Positionsinformationen verknüpft, die durch den Lokalisierungschip 34 geliefert werden. Damit hat der untersuchende Arzt die Möglichkeit, die gewonnenen Bildinformationen einem bestimmten Bereich, beispielsweise innerhalb des Magen-Darm-Trakts zuzuordnen.
Die zur Versorgung der elektronischen Komponenten innerhalb der Sonde 10 erforderliche Energie wird von der Batterie 40 geliefert. Es ist jedoch auch denkbar, die Energie, zumindest jedoch einen Teil der erforderlichen Energie, von außen zuzuführen. Hierzu kann der Energie- und Datenübertragungschip 36 drei orthogonale Spulen und einen Stapel von Dickfilmsubstraten aufweisen, die die Empfänger-Elektronikkomponenten fixieren und verbinden. Die drei Spulen können ineinander geschoben sein, um einen kompakten Zylinder zu bilden, der die Elektronikkomponenten umgibt. Aufgrund der Orthogonalität der Spulen ist zumindest immer eine Spule in der Lage, Energie aus dem äußeren Magnetfeld zu extrahieren, unabhängig von der Lage und Ausrichtung der Sonde.
In 6 und 7 ist die Sonde von 2 nochmals in anderer Darstellung gezeigt. Zur Vereinfachung sind gleiche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Deutlich zu erkennen ist in beiden 6 und 7, dass der Kamerachip 24 und damit die Bildaufnahmeeinheit 26 insgesamt über zwei Verbindungspunkte 28 am Gehäuse 16 drehbar angebracht ist. Darüber hinaus sind die Kabelverbindungen 50 zu erkennen, die vom Datenüber tragungschip 36 zum Kamerachip 24 und dem Motor 30 verlaufen. Gut zu erkennen ist auch das kuppelförmige Längsende 12, das aus einem transparenten Material, vorzugsweise Glas, gefertigt ist.
Mit Bezug auf die 8 wird nun eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen intrakorporalen Sonde 10 beschrieben, die sich von der vorherigen Sonde nur dadurch unterscheidet, dass die Bildaufnahmeeinheit 26 auch um die Längsachse L drehbar gehalten ist.
Hierzu sind Motor 30 und Bildaufnahmeeinheit 26 von einem Rahmen 52 gehalten, der innerhalb des Gehäuses 16 um die Längsachse L drehbar ist. Beispielsweise könnte der Rahmen 52 aus zwei Ringen 54, 56 bestehen, die sich an der Innenseite des Gehäuses abstützen. Die beiden Ringe 54, 56 sind über ein oder mehrere Elemente 58, die in Längsrichtung verlaufen, miteinander verbunden. An einem solchen längsverlaufenden Element 58 (Längsträger) ist in dem in 8 gezeigten Beispiel der Motor 30 befestigt.
Die Drehung des Rahmens 52 und damit der Bildaufnahmeeinheit 26 um die Längsachse L erfolgt über einen zweiten Motor 60, der fest mit dem Gehäuse 16 verbunden ist und beispielsweise mit dem Ring 56 zur Drehung des Rahmens 52 zusammenwirkt. Selbstverständlich sind auch andere technische Lösungen vorstellbar, um einerseits die Bildaufnahmeeinheit 26 und den Motor 30 um die Längsachse L drehbar zu halten und andererseits den Antrieb vorzunehmen.
Die Drehbarkeit der Bildaufnahmeeinheit 26 um die Längsachse L erweitert den möglichen Aufnahmebereich derart, dass nahezu der gesamte Bereich um das kuppelförmige Längsende 12 herum erfassbar ist.
Wie auch beim Motor 30 wird der Motor 60 bevorzugt über von extrakorporal abgegebene Steuersignale angesteuert. Allerdings könnte der Motor 60 auch über ein fest vorgegebenes Programm angesteuert werden.
In den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist eine einzige Bildaufnahmeeinheit 26 in der Sonde 10 vorgesehen. Es ist jedoch auch denkbar, die Bildaufnahmeeinheit 26 zusätzlich am gegenüberliegenden Längsende vorzusehen, so dass der Aufnahmebereich deutlich vergrößert wird.
Schließlich ist es auch denkbar, zwei schwenkbare Bildaufnahmeeinheiten 26 an einem Längsende der Sonde 10 vorzusehen, oder eine Bildaufnahmeeinheit vorzusehen, deren optische Achse senkrecht zur Längsachse L verläuft und eine visuelle Erfassung des Bereichs am seitlichen Gehäuse 16 erlaubt.
Die erfindungsgemäße intrakorporale Sonde könnte auch mit einer Sonde kombiniert werden, wie sie in der zuvor bereits erwähnten Druckschrift WO 03/024328 offenbart ist.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass mit Hilfe der erfindungsgemäßen schwenkbaren Anordnung der Bildaufnahmeeinheit 26 eine deutliche Verbesserung, insbesondere hinsichtlich der Zielgenauigkeit der Bildaufnahme, möglich wird.

Claims

Intrakorporale Sonde, vorzugsweise zur Untersuchung beispielsweise von Hohlorganen oder natürlichen oder künstlich geschaffenen Körperhöhlen im menschlichen oder tierischen Körper, wobei die Sonde (10) in Form einer Kapsel ausgebildet ist, die in den Körper ohne externe Verbindungselemente einbringbar ist, mit – einem Gehäuse (16); und – einer Bildaufnahmeeinheit (26) innerhalb des Gehäuses (16), die zur optischen Aufnahme eines Bereichs (Aufnahmebereich) außerhalb der Sonde (10) ausgelegt ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinheit (26) innerhalb des Gehäuses (16) bewegbar gehalten ist, um durch eine solche Bewegung den Aufnahmebereich zu verändern.
Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinheit (26) einen Bildsensor (22) und eine Aufnahmeoptik (18) aufweist.
Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinheit (26) zumindest ein Beleuchtungselement (20) zur Ausleuchtung des Aufnahmebereichs aufweist.
Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse eine längliche Form aufweist, und die Bildaufnahmeeinheit (26) um eine Achse (0) schwenkbar gehalten ist, die senkrecht zur Längsachse (L) der Sonde (10) verläuft.
Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Motor (30) vorgesehen ist, der mit der Bildaufnahmeeinheit (26) zu deren Bewegung gekoppelt ist.
Sonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (30) ein Wobble Motor, insbesondere ein Q-PEM Motor ist.
Sonde nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Koppelelement (32) zwischen Motor (30) und Bildaufnahmeeinheit (26) vorgesehen und ausgelegt ist, eine Drehbewegung des Motors (30) in eine transversale Bewegung umzuwandeln.
Sonde nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (32) entfernt von der Schwenkachse an der Bildaufnahmeeinheit (26) angebracht ist.
Sonde nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelement (32) eine flexible Welle umfasst.
Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinheit (26) um die Längsachse (L) der Sonde (10) drehbar gehalten ist.
Sonde nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Motor vorgesehen ist, um die Bildaufnahmeeinheit (26) um die Sonden-Längsachse (L) zu drehen.
Sonde nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass Bildaufnahmeeinheit (26) und erster Motor (30) mit Koppelelement (32) miteinander verbunden sind, um gemeinsam um die Sonden-Längsachse (L) drehbar zu sein.
Sonde nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rahmengestell im Gehäuse (16) vorgesehen ist, das Bildaufnahmeeinheit (26) und ersten Motor (30) trägt.
Sonde nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Rahmengestell mit dem zweiten Motor für eine Drehung um die Sonden-Längsachse (L) gekoppelt ist.
Sonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor (22) ein CMOS Bildsensor, vorzugsweise ein CMOS-Bildsensor des Typs HDRC (High-Dynamic-Range-Camera) ist, vorzugsweise mit einer Auflösung von 768 × 496 Pixel.
Sonde nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der CMOS-Bildsensor (22) mit einer Bildrate von mindestens zwei, vorzugsweise mindestens zwanzig Bildern pro Sekunde betrieben wird.
Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch – eine Sendeeinheit (36) zur Übertragung der erfassten Bilder von intrakorporal nach extrakorporal; – eine Energieempfangs- und Versorgungseinheit (36), die vorzugsweise induktiv Energie von extrakorporal empfängt und Einheiten innerhalb der Sonde (10) mit Energie versorgt, und – eine Lokalisationseinheit (34) zur Lokalisierung der intrakorporalen Position der Sonde von extrakorporal.
Sonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungselement (20) eine Leuchtdiode (21) ist.
Sonde nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Leuchtdioden (21) vorgesehen sind, die für eine gleichmäßige Ausleuchtung des Aufnahmebereichs um die Optik 18 herum angeordnet sind.
Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektroakustischer Wandler vorgesehen ist, der ein akustisches Signal im hörbaren oder im Ultraschallbereich erzeugt.
Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinheit (26) neben dem Bildsensor (22) weitere Elektronikelemente zur Verarbeitung des vom Bildsensor (22) gelieferten Signale aufweist.
Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinheit (26) an einem Längsende (12) des Gehäuses (16) angeordnet ist und dieser Endbereich des Gehäuses (16) kuppelförmig und transparent ausgebildet ist.
Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere Bildaufnahmeeinheit (26) bewegbar vorgesehen ist.
Sonde nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Bildaufnahmeeinheit (26) so angeordnet ist, dass sich deren Aufnahmebereiche ergänzen.
Sonde nach Anspruch 22 und 23, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Bildaufnahmeeinheit (26) am gegenüberliegenden Längsende (38) des Gehäuses (16) angeordnet ist.