DE102005032289B4

DE102005032289B4 - Endoskopiesystem

Info

Publication number: DE102005032289B4
Application number: DE102005032289A
Authority: DE
Inventors: Klaus 91058 Abraham-Fuchs; Rainer Dr. 91315 Graumann; Rainer 91074 Kuth; Johannes Dr. 90419 Reinschke; Rudolf 91052 Röckelein; Sebastian Dr. 91058 Schmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Invandus De GmbH
Priority date: 2005-07-11
Filing date: 2005-07-11
Publication date: 2011-06-30
Anticipated expiration: 2025-07-12
Also published as: CN101217912A; CN101217912B; DE102005032289A1; WO2007023025A1; US9492061B2; US20080249359A1

Abstract

Endoskopiesystem mit einem externen Magnetsystem und mit wenigstens einem kapselförmigen Endoroboter (3) sowie mit einem Patientenlagerungssystem (5–9), wenigstens eine bei dem der Endoroboter (3) durch ein von dem externen Magnetsystem erzeugtes zeitlich variables und örtlich inhomogenes Magnetfeld in einem menschlichen oder tierischen Hohlorgan navigierbar ist und das Patientenlagerungssystem (5–9) eine Patientenliege (5, 8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entlastung des Magnetsystems die Patientenliege um ihre Längsachse drehbar und/oder in ihrer Längsachse neigbar und/oder in wenigstens einer Raumrichtung verschiebbar ist und hierzu die Patientenliege (5, 8) als Lagerschale (8) ausgebildet ist, welche über ein Luftpolster schwimmend in einer zweiten Lagerschale (9) gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Endoskopiesystem.
Bei der Durchführung von Verfahren in der konventionellen Endoskopie und in der Kapselendoskopie kann es sein, dass in einem Darmabschnitt aufgrund der Lage des Patienten Darmschlingen derart liegen, dass Hindernisse entstehen, die vom Endoskop bzw. von der Endoskopiekapsel nicht oder nur sehr schwer überwindbar sind. Zu solchen Hindernissen zählen beispielsweise Knicke des Darms, sehr enge Kurven oder die Kompression von Darmanteilen durch darauf liegende Organe (z. B. andere Darmschlingen).
Weiterhin kann sich bei einer Rückenlage des Patienten ein Darmabschnitt in vertikaler Richtung erstrecken. Diese Lage des Darmabschnittes stellt sowohl für ein konventionelles Endoskop als auch für eine Endoskopiekapsel eine „gravitationsbedingte Blockierung” dar, da neben dem Reibungswiderstand des Endoskops bzw. der Endoskopiekapsel im Darm auch noch die Gewichtskraft des Endoskops bzw. der Endoskopiekapsel überwunden werden muss.
Die vorgenannten Probleme treten in besonderem Maße bei der Endoskopie mit magnetisch navigierbaren Endoskopiekapseln (Endoroboter) auf, bei denen nur geringe Kräfte über ein extern erzeugtes Magnetfeld auf die Endoskopiekapsel ausgeübt werden.
In der US 2004/0181127 A1 ist ein Endoskopiesystem beschrieben, bei dem eine magnetische Endoskopiekapsel in einem Hohlorgan eines Patienten navigierbar ist. Hierzu wird von einem externen Magnetsystem nur an einem zum Magnetsystem festen Punkt ein Magnetfeld generiert. Die Bewegung des Endoroboters erfolgt ausschließlich durch Verschieben und Kippen der Patientenliege. Damit ist die Navigation des Endoroboters nicht immer mit der gewünschten bzw. benötigten Genauigkeit möglich.
Durch die gattungsbildende Druckschrift DE 101 42 253 C1 ist ein Endoroboter (magnetisch navigierbare Endoskopiekapsel) bekannt, mit dem minimalinvasive Diagnosen und Eingriffe im Körperinneren eines Patienten durchführbar sind. Der Endoroboter weist einen Trägerkopf auf, in dem Messinstrumente und/oder Probeentnahme- und/oder Behandlungsinstrumente integriert sind. Der Endoroboter weist weiterhin einen Linearmagneten auf, der kollinear zur Längsachse des Endoroboters angeordnet ist. Der Endoroboter ist über ein den Untersuchungsbereich des Patienten aufnehmendes Magnetsystem, welches ein 3D-Gradientenfeld erzeugt, ferngesteuert navigierbar.
In der DE 103 17 368 B4 ist ein drahtloses Endoskopiegerät in Form einer verschluckbaren Kapsel offenbart, die ebenfalls einen Permanentmagneten aufweist, der entlang einer festgelegten Längsachse installiert ist. Durch ein äußeres angelegtes Magnetfeld ist das Endoskopiegerät von außen ausrichtbar. Die Fortbewegung der Kapsel durch den Verdauungstrakt erfolgt durch die peristaltischen Bewegungen der Magen-Darm-Muskulatur. Ein in einem Farbstoffbehälter aufbewahrter Farbstoff kann über eine mit dem Farbstoffbehälter verbundene Austrittsöffnung im Gewebe des Verdauungstraktes implementiert werden.
Aus der DE 100 03 726 A1 ist eine Vorrichtung zur Untersuchung eines Kontrastmittelverlaufs im Körper eines Patienten aufgrund der Gravitation bekannt. Die Vorrichtung umfasst einen MR-Scanner mit einem Patientenlagerungssystem, das eine Schrägpositionierung des Patienten ermöglicht.
In der DE 43 13 843 A1 ist eine Vorrichtung zur endoskopischen Begutachtung eines Körpers beschrieben. Die Vorrichtung besteht aus einer Spuleneinrichtung zur Erzeugung zweier homogener Magnetfelder, die winklig aufeinander stehen. Weiterhin umfasst die bekannte Vorrichtung eine endoskopische Sonde (Endoskopiekapsel) mit einem Permanentmagneten. Aufgrund der äußeren Magnetfelder wird auf den Permanentmagneten der Sonde eine Kraft ausgeübt. Wegen der homogenen Magnetfelder muss für die Fortbewegung der endoskopischen Sonde im Körper eine Relativbewegung zwischen Körper und Sonde ausgeführt werden. Die Bewegung des Körpers wird über eine Patientenliege erreicht, die in ihrer Höhe, in ihrer Längs- und in ihrer Querrichtung verschiebbar ist. Zusätzlich ist die Patientenliege um ihre Längsachse drehbar. Außerdem kann das Magnetsystem selbst und somit relativ zum Körper bewegt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Endoskopiesystem zu schaffen, das eine verbesserte Genauigkeit bei der Navigation des Endoroboters aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Endoskopiesystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das Endoskopiesystem gemäß Anspruch 1 umfasst ein externes Magnetsystem und wenigstens einen kapselförmigen Endoroboter sowie ein Patientenlagerungssystem, wobei wenigstens ein Endoroboter durch ein von dem externen Magnetsystem erzeugtes zeitlich variables und örtlich inhomogenes Magnetfeld in einem menschlichen oder tierischen Hohlorgan navigierbar ist und das Patientenlagerungssystem eine Patientenliege aufweist, wobei zur Entlastung des Magnetsystems die Patientenliege um ihre Längsachse drehbar und/oder in ihrer Längsachse neigbar und/oder in wenigstens einer Raumrichtung verschiebbar ist und hierzu die Patientenliege als Lagerschale ausgebildet ist, welche über ein Luftpolster schwimmend in einer zweiten Lagerschale gelagert ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter dem Begriff „Endoroboter” eine magnetische Endoskopiekapsel zu verstehen, die auch als magnetisches Kapselendoskop bezeichnet wird.
Dadurch, dass vom externen Magnetsystem nicht nur an einem zum Magnetsystem festen Punkt ein Magnetfeld generiert wird, sondern dass vom externen Magnetsystem in einem Arbeitsvolumen ein zeitlich variables und örtlich inhomogenes Magnetfeld erzeugt wird, so dass am Endoroboter eine gewünschte Kraft und/oder ein gewünschtes Drehmoment wirkt, ist ein Endoroboter in einem menschlichen oder tierischen Hohlorgan wesentlich genauer ferngesteuert navigierbar.
Das Arbeitsvolumen weist z. B. einen Durchmesser von 35 cm und eine Länge von 20 cm auf. Um den Endoroboter vom Magen bis zum Darmausgang navigieren zu können, muss die Patientenliege entlang ihrer Längsachse verschiebbar sein.
Durch die Drehung der Patientenliege in eine Seitenlage wird der Patient von seiner Rückenlage in eine Seitenlage gebracht. Damit wird aus einer Vertikalbewegung des Endoroboters eine Horizontalbewegung. Das externe Magnetsystem wird dadurch „entlastet”.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Endoskopiesystems ist das Magnetsystem um seine Längsachse drehbar und/oder in seiner Längsachse neigbar und/oder in wenigstens einer Raumrichtung verschiebbar. Die Patientenliege des Patientenlagerungssystems und das externe Magnetsystem sind damit wahlweise entweder allein, d. h. relativ zum externen Magnetsystem, oder gemeinsam mit diesem Magnetsystem verschiebbar. Im letzteren Fall ist auch ein Kippen von Patientenliege und Magnetsystem um eine Achse quer zu ihrer Längsachse denkbar.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Endoskopiesystem eine Patientenliege auf, die zumindest teilweise aus einem weitgehend nicht ferromagnetischen Material besteht. Damit ist sichergestellt, dass das vom externen Magnetsystem erzeugte zeitlich variable und örtlich inhomogene Magnetfeld nicht verfälscht wird.
In vorteilhafter Weise besteht die Patientenliege zumindest teilweise aus einem Material mit einer geringen elektrischen Leitfähigkeit. Damit wird zuverlässig vermieden, dass insbesondere bei schnellen Änderungen des Magnetfeldes Wirbelströme induziert werden.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden im Folgenden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein externes Magnetsystem zur Erzeugung eines Magnetfeldes,
2 eine Seitenansicht einer Patientenliege einer Ausführungsform eines Endoskopiesystems,
3 einen Querschnitt durch eine Patientenliege einer Ausführungsform eines Endoskopiesystems.
In 1 ist mit 1 ein bekanntes und deshalb nicht näher ausgeführtes Magnetspulensystem bezeichnet, das Bestandteil eines externen Magnetsystems ist.
Das Magnetspulensystem 1 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine in etwa würfelförmige Außenkontur auf. Die entsprechenden 6 Würfelflächen sind mit F2a, F2b, F3a, F3b, F4a und F4b bezeichnet. Per Definition ist dem Magnetspulensystem 1 ein rechtwinkliges, (x, y, z)-Koordinatensystem zugeordnet, dessen Ursprung im Mittelpunkt des Magnetsystems liegt. Die orthogonal zur z-Richtung liegenden Flächen F3a und F3b werden dabei als stirnseitige Flächen angesehen, wohingegen die zur x-Achse und zur y-Achse orthogonalen Flächenpaare F2a, F2b bzw. F4a, F4b als seitliche Flächenpaare betrachtet werden. Die Flächenpaare umschließen einen dreidimensional ausgeprägten Innen- oder Arbeitsraum A. Der Arbeitsraum A ist von Einzelspulen des Magnetspulensystems 1 umgeben.
Im Arbeitsraum A liegt ein zu untersuchender Patient 2 auf einer Patientenliege eines Patientenlagerungssystems. Das Patientenlagerungssystem mit der Patientenliege ist aus Gründen der Übersichtlichkeit in 1 nicht dargestellt. Im Hohlorgan des Patienten befindet sich ein kapselförmiger Endoroboter 3.
Innerhalb des Arbeitsraumes A befindet sich symmetrisch um den Mittelpunkt des Magnetspulensystems 1 das (rechteck- oder kreis-)zylindrische Arbeitsvolumen (nicht dargestellt), innerhalb dessen auf den Endoroboter 3 magnetische Kräfte und/oder Drehmomente ausgeübt werden können. Die Längsachse des zylindrischen Arbeitsvolumens koinzidiert mit der z-Achse.
Das Arbeitsvolumen weist z. B. einen Durchmesser von 35 cm und eine Länge von 20 cm auf. Um den Endoroboter vom Magen bis zum Darmausgang navigieren zu können, muss die Patientenliege entlang ihrer Längsachse verschiebbar sein.
Für eine Navigation des Endoroboters 3 umfasst das Magnetspulensystem 1 an sich bekannte Mittel zur Detektion der Ist-Position des Endoroboters 3 im Arbeitsraum A. Solche Mittel sind z. B. die drei Positionsmesser 4x, 4y und 4z, mit denen die Lage des Endoroboters 3 in der jeweiligen Koordinatenrichtung ermittelt wird. Die entsprechenden Messwerte werden einer in 1 nicht dargestellten Regelungseinrichtung zugeführt.
In 2 ist eine Ausführungsform einer Patientenliege 5 dargestellt, die in ihrer Längsachse neigbar ist. Die mögliche Neigung, durch welche die relative Höhenlage von Kopf und Fuß des Patienten 2 gegenüber der gezeigten Horizontallage veränderbar ist, ist durch einen Doppelpfeil 6 gekennzeichnet.
Die Neigung ist bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel durch Abstützkeile 7 realisiert. Im Rahmen der Erfindung erschließen sich dem Durchschnittsfachmann jedoch auch andere Möglichkeiten, eine Neigung in der Längsachse der Patientenliege 5 zu erzielen.
Bei der in 3 gezeigten Ausgestaltung umfasst eine Patientenliege eine erste Lagerschale 8, die über ein Luftpolster schwimmend in einer zweiten Lagerschale 9 gelagert ist. Die Lagerschale 8, die die eigentliche Patientenliege bildet, ist damit um ihre Längsachse drehbar und somit entsprechend neigbar.
Das Luftpolster zwischen der ersten Lagerschale 8 und der zweiten Lagerschale 9 wird im dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch erzeugt, dass Luft (Pfeil 10) über einen Luftzuführstutzen 11 in eine Kammer 12 unterhalb der zweiten Lagerschale 9 eingebracht wird. Die Luft aus der Kammer 12 gelangt über mehrere Luftdurchtrittsöffnungen 13 in der zweiten Lagerschale 9 zwischen die beiden Lagerschalen 8 und 9. Damit kann die dem Patienten 2 tragende Lagerschale 8 nahezu reibungsfrei um ihre Längsachse gedreht und damit verschwenkt werden.
Die bei der Patientenliege 5 und der Patientenliege 8 realisierten Maßnahmen können auch miteinander kombiniert werden.
Um eine Lageänderung des Patienten 2 zu vermeiden, ist wenigstens eine Patientenhaltevorrichtung vorgesehen, die allerdings aus Gründen der Übersichtlichkeit in den 2 und 3 nicht gezeigt ist.

Claims

Endoskopiesystem mit einem externen Magnetsystem und mit wenigstens einem kapselförmigen Endoroboter (3) sowie mit einem Patientenlagerungssystem (5–9), wenigstens eine bei dem der Endoroboter (3) durch ein von dem externen Magnetsystem erzeugtes zeitlich variables und örtlich inhomogenes Magnetfeld in einem menschlichen oder tierischen Hohlorgan navigierbar ist und das Patientenlagerungssystem (5–9) eine Patientenliege (5, 8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entlastung des Magnetsystems die Patientenliege um ihre Längsachse drehbar und/oder in ihrer Längsachse neigbar und/oder in wenigstens einer Raumrichtung verschiebbar ist und hierzu die Patientenliege (5, 8) als Lagerschale (8) ausgebildet ist, welche über ein Luftpolster schwimmend in einer zweiten Lagerschale (9) gelagert ist.
Endoskopiesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Patientenliege (5, 8) automatisch und/oder ferngesteuert, vorzugsweise über Schrittmotoren, bewegbar ist.
Endoskopiesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetsystem um seine Längsachse drehbar und/oder in seiner Längsachse neigbar und/oder in wenigstens eine Raumrichtung verschiebbar ist.
Endoskopiesystem nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Endoroboter (3) eine Sensoreinrichtung aufweist, welche wenigstens eine Gegenkraft erfasst, die im Hohlorgan auf ihn wirkt.
Endoskopiesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des Endoroboters (3) durch bildgebende Mittel darstellbar und daraus interaktiv und bildgestützt wenigstens eine Steuergröße ableitbar ist.
Endoskopiesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Endoroboter-Positionsmessung die Richtung der Soll-Trajektorie des Endoroboters, insbesondere entgegen der Schwerkraft, ermittelbar ist.
Endoskopiesystem nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Patientenliege (5, 8) und/oder das Magnetsystem automatisch derart bewegbar ist, dass die Leistungsaufnahme des Magnetspulensystems einen vorgebbaren Maximalwert nicht überschreitet.
Endoskopiesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Patientenliege (5, 8) zumindest teilweise aus einem weitgehend nicht ferromagnetischen Material besteht.
Endoskopiesystem nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Patientenliege (5, 8) zumindest teilweise aus einem Material mit einer geringen elektrischen Leitfähigkeit besteht.
Endoskopiesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Patientenliege um ihre Längsachse verkippbar ist.
Endoskopiesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Patientenliege (5, 8) wenigstens eine Patienten-Haltevorrichtung aufweist.
Endoskopiesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das externe Magnetsystem als MR-Scanner ausgebildet ist.
Endoskopiesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das externe Magnetsystem als offener MR-Scanner ausgebildet ist.