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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Navigieren einer einen Permanentmagneten
enthaltenden Endoskopiekapsel innerhalb eines Patienten, insbesondere
dessen Gastrointestinaltrakt, mit Hilfe eines den Körper des
Patienten zumindest teilweise umfassenden Spulensystems. Unter Navigation
der Endoskopiekapsel wird gemäß der Erfindung
sowohl das translatorische Bewegen als auch das Rotieren sowie Kippen
der Kapsel verstanden.
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Zur
Untersuchung bzw. Behandlung eines Menschen oder Tieres als Patienten
werden immer häufiger
minimal- bzw. nichtinvasive medizinische Techniken eingesetzt bzw.
entwickelt. Seit längerem üblich ist
die Benutzung von Endoskopen, welche durch Körperöffnungen oder kleine Einschnitte
in den Patienten eingebracht werden. An der Spitze eines mehr oder
weniger langen biegsamen Grundkörpers befinden
sich hierbei Inspektions- bzw. Manipulationsgeräte, z. B. eine Kamera oder
ein Greifer, zur Ausführung
einer gewünschten
Tätigkeit.
Auf Grund von Reibungseffekten und der begrenzten Länge und Biegbarkeit
von Endoskopen sind diese nur begrenzt einsetzbar. So lässt sich
z. B. der menschliche Dünndarm
mit einer Gesamtlänge
von ca. 5 m und einer Vielzahl von Verschlingungen nur schwer in
seiner Gesamtheit endoskopisch erreichen.
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Aus
der US 2003/0229268 A1 ist beispielsweise eine Endoskopiekapsel
bekannt, die in ein Hohlorgan eines Patienten eingeführt wird
und sich darin, verursacht durch ein externes rotierendes Magnetfeld
fortbewegt. Das externe rotierende Magnetfeld wird von einem den
Patienten umgebenden Magnetfeldgenerator erzeugt. Durch das rotierende
Magnetfeld wird die Endoskopiekapsel selbst ebenfalls in Rotation
versetzt, da dieses auf einen in ihr eingelassenen Permanentmagneten
einwirkt. Auf Grund ihrer äußeren Schraubenform
und Kontakt mit der Innenwand des Hohlorgans des Patienten bewegt
sie sich in diesem nach Art einer Gewindeschraube vorwärts.
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Die
Steuerung der Kapsel erfolgt hierbei, indem ein Benutzer das von
der Kapsel erzeugte Videobild betrachtet und entsprechend der Lage
die äußeren erzeugten
Magnetfelder und damit die Kapsellage bzw. Bewegung beeinflusst.
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Weiterhin
ist aus der US 2005/0085696 A1 eine Endoskopiekapsel bekannt, welche
zusätzlich zu
Ihrer Rotationsbewegung durch ein entsprechendes äußeres magnetisches
Feld noch in eine Art kontrollierte Zitterbewegung versetzt werden
kann. Dies dient dazu, die Fortbewegung der Kapsel im Hohlorgan
des Patienten zu verbessern, dort nämlich Hindernisse leichter
zu überwinden
oder Engstellen im Hohlorgan, durch welche die Kapsel passieren
soll, gezielt aufzuweiten.
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In
der
US 6,709,388 ist
eine Endoskopiekapsel zur Anwendung beispielsweise im menschlichen Gastrointestinaltrakt
angegeben, welche eiförmig ausgebildet
ist und an ihrer Außenseite
mit Elektroden versehen ist. Werden die Elektroden mit einem Spannungspuls
beaufschlagt, zieht sich der mit den Elektroden in Kontakt stehende
Bereich des Gastrointestinaltrakts zusammen. Hierbei wird eine Kraft
auf die Endoskopiekapsel ausgeübt,
welche sie durch den Gastrointestinaltrakt vorantreibt. Bei einer
drahtlosen Ausführungsform
liefert eine Batterie die notwendige Energie zur Beaufschlagung
der Elektroden.
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Aus
der
DE 101 42 253 ist
zur Endoskopie eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren bekannt, welches
drahtlos arbeitet. Ein so genannter „Endoroboter" in Form einer Endoskopiekapsel
von ca. 2 cm Länge
und ca. 1 cm Durchmesser enthält
eine Inspektions-, Diagnose- oder Therapieeinrichtung. Dies können z.
B. eine Videokamera, eine Biopsiezange, ein Clip oder ein Medikamentenreservoir
sein. Die Kapsel enthält
ein magnetisierbares oder permanentmagnetisches Element. Im Patienten
wird die Kapsel drahtlos bewegt. Hierzu liegt der Patient ganz oder
teilweise in einem elektrischen Spulensystem aus mehreren, z.B.
vierzehn, Einzelspulen. Vom Spulensystem werden geeignete Gradientenmagnetfelder
und Magnetfelder erzeugt, welche an der sich im Patienten befindlichen
Kapsel entsprechend Kräfte
für eine
translatorische Bewegung und Drehmomente für eine Rotations- und Kippbewegung
erzeugen, um diese im Patienten auf diese Weise zu navigieren.
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Einsatzbereiche
genannter Endoskopiekapseln des Standes der Technik sind vor allem
Hohlorgane, insbesondere z. B. der menschliche Gastrointestinaltrakt.
Wünschenswert
ist es mit einer Kapsel den gesamten Gastrointestinaltrakt in einem
einzigen Durchgang in seiner Gesamtheit aktiv gesteuert zu durchfahren.
Auf der einen Seite hält
sich jedoch die Einsatzfähigkeit
der Endoskopiekapsel gemäß der
US 6,709,388 , US 2003/0229268
A1 oder US 2005/0085696 A1 in einem Hohlorgan mit einem gewissen
Rest-Lumen, wie beispielsweise im Dickdarm oder im Magen, in Grenzen.
Die Fortbewegung der Kapsel erfolgt nämlich nur in engem, die Kapsel
umschließenden
Kontakt mit der Innenwand des Hohlorgans. Auf der anderen Seite
ist der Einsatz einer Endoskopiekapsel gemäß
DE 101 42 253 in einem die Kapsel
fest umschließenden
Hohlorgan, wie beispielsweise im Dünndarm, aufgrund von Gegenkräften zur
Aufweitung der Innenwand des Hohlorgans mit Problemen behaftet.
Es müssen
nämlich
zur Fortbewegung der Kapsel Kräfte
aufgebracht werden, die ein Mehrfaches Eigengewichts der Kapsel
ausmachen können.
Hierzu sind aufwändige
und kostspielige elektrische Spulensysteme erforderlich, mit denen die
notwendigen hohen Magnetfelder erzeugt werden können.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Endoskopiekapsel
anzugeben, mit welcher der Gastrointestinaltrakt in seiner Gesamtheit
problemlos untersucht werden kann.
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Zur
Lösung
der Aufgabe wird eine Endoskopiekapsel entsprechend den Merkmalen
des unabhängigen
Patentanspruchs 1 angegeben.
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Dementsprechend
soll die Endoskopiekapsel, enthaltend wenigstens ein mit einem externen Magnetfeld
wechselwirkendes magnetisches Element zum Navigieren der Endoskopiekapsel,
welche eine Gestalt besitzt mit
- – in Richtung
einer Achse ausgeprägter
Ausdehnung,
- – in
Richtung der Achse zumindest zu einem Ende hin ausgeprägter Verjüngung, und
- – einer
die Achse umschließenden
Außenseite,
dahingehend
ausgeführt
sein, dass
die Außenseite
zumindest in einem Teilbereich der mindestens einen Verjüngung zumindest
zwei mit elektrischer Spannung beaufschlagbare elektrische Leiter
aufweist.
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Indem
die Endoskopiekapsel mit einem zusätzlichen Antriebsmittel versehen
ist, ist es möglich, diese
auch durch Abschnitte des Gastrointestinaltrakts mit hohen Gegenkräften, wie
beispielsweise durch den menschlichen Dünndarm, anzutreiben, ohne dass
dabei ein überproportional
hoher Aufwand bei der Erzeugung von magnetischen Gradientenfeldern
mit entsprechender Kraftwirkung auf die Kapsel aufzubringen ist.
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In
den Abschnitten des Gastrointestinaltrakts mit hohen Gegenkräften ist
die Endoskopiekapsel nahezu vollständig von diesem umschlossen.
Bei der Beaufschlagung der elektrischen Leiter mit einer Spannung
zieht sich der mit den Leitern in Kontakt stehende Bereich des Gastrointestinaltrakts
zusammen, sodass auf die Endoskopiekapsel an dieser Stelle eine
Kraft ausgeübt
wird. Da die elektrischen Leiter im Bereich der sich verjüngenden
Kapsel angeordnet sind, weist die die Kapsel antreibende resultierende
Kraftkomponente zumindest anteilig in Achsrichtung. Mittels solcher
induzierter Kontraktionen ist es somit möglich, die Kapsel durch einen
mit hohen Gegenkräften
behafteten Abschnitt des Gastrointestinaltrakts voranzutreiben.
Dies kann auch bei einer vorrangig magnetischen Navigation der Kapsel durch
den gesamten Gastrointestinaltrakt bedarfsweise unterstützend eingesetzt
werden.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Endoskopiekapsel gemäß der Erfindung ergeben sich
aus den von Anspruch 1 abhängigen
Ansprüchen.
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So
ist es vorteilhaft, wenn eine kapselseitig integrierte, schaltbare
Energieversorgungseinheit für die
Beaufschlagung der elektrischen Leiter mit elektrischer Spannung
vorgesehen ist. Die Energieversorgungseinheit kann beispielsweise
eine Batterie oder eine Induktionsspule enthalten. Im letzteren
Fall erfolgt die Energieversorgung über ein externes magnetisches
Wechselfeld. Hierzu kann ein ohnehin vorhandenes extrakorporales
Spulensystem zur magnetischen Navigation zugleich zur induktiven
Energieübertragung
an die Energieversorgungseinheit in der Kapsel dienen. Da die Energieversorgungseinheit
schaltbar vorgesehen ist, wird sie nur im Bedarfsfall aktiviert.
Eine andauernde elektrische Reizung des Gastrointestinaltrakts wird
dabei vermieden.
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Ferner
sind Elektroden als elektrische Leiter vorgesehen. Die Beaufschlagung
erfolgt vorteilhaft mit Spannungspulsen im Bereich von 2 bis 10
V. Geeigneterweise ist dabei die Pulswiederholfrequenz im Bereich
von 0 bis 30 Hz zu wählen.
Spannungspulse in dieser Höhe
und mit derartigen Wiederholraten gewährleisten eine zuverlässige Fortbewegung
ohne die entsprechenden Bereiche des Gastrointestinaltrakts übermäßig zu belasten.
So ist es weiter günstig,
wenn die Pulshöhe
zumindest zweier aufeinander folgender Spannungspulse variierbar
ist. Die Kapsel kann dabei um unterschiedliche vorbestimmte Strecken
abhängig
von der Pulshöhe
vorangetrieben werden.
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Es
ist günstig,
wenn die Gestalt der Endoskopiekapsel axialsymmetrische ausgeführt ist.
Damit ist eine möglichst
geradlinige Bewegung in Richtung der Symmetrieachse der Endoskopiekapsel
gewährleistet.
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Günstig ist
weiter, wenn die mindestens eine Verjüngung zumindest abschnittsweise
kegelförmig ausgeführt ist.
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Zur
weiteren Lösung
der Aufgabe wird ein Verfahren entsprechend den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs
8 angegeben.
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Dementsprechend
soll das Verfahren zum Antreiben einer ein magnetisches Element
enthaltenden Endoskopiekapsel innerhalb des Gastrointestinaltrakts
eines Patienten, bei welchem Verfahren die Navigation der Kapsel
mit einem den Körper
des Patienten zumindest teilweise umfassenden elektrischen Spulensystem
erfolgt,
wobei die Endoskopiekapsel eine Gestalt besitzt mit
- – in
Richtung einer Achse ausgeprägter
Ausdehnung und
- – in
Richtung der Achse zumindest zu einem Ende hin ausgeprägter Verjüngung, und
- – einer
die Achse umschließenden
Außenseite,
dahingehend
ausgeführt
werden, dass
zur Überwindung
von Gegenkräften
im Gastrointestinaltrakt zumindest zwei an der Außenseite
zumindest in einem Teilbereich der mindestens einen Verjüngung angeordnete
elektrische Leiter mit elektrischer Spannung beaufschlagt werden,
wobei eine dadurch hervorgerufene Kontraktion des mit den Leitern
in Kontakt stehenden Bereichs des Gastrointestinaltrakt eine Antriebskraft
auf die Endoskopiekapsel erzeugt.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
ergeben sich die vorstehend für
die erfindungsgemäße Endoskopiekapsel
erläuterten
Vorteile.
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So
ist es von Vorteil, wenn die Position der Endoskopiekapsel im Gastrointestinaltrakt
ermittelt wird und die elektrischen Leiter positionsabhängig mit
elektrischer Spannung beaufschlagt werden. Es ist auch von Vorteil,
wenn die translatorische Geschwindigkeit der Endoskopiekapsel im
Gastrointestinaltrakt ermittelt wird und die elektrischen Leiter
geschwindigkeitsabhängig
mit elektrischer Spannung beaufschlagt werden. Hierbei kann beispielsweise die
Position insbesondere elektromagnetisch (vgl. US 2005/120345A2)
oder auch mittels von der Endoskopiekapsel gelieferter Aufnahmen
aus dem Innern des Gastrointestinaltrakts ermittelt werden. Im Bedarfsfall können dann
die elektrischen Leiter mit der elektrischen Spannung beaufschlagt
werden.
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Es
ist auch günstig,
wenn die Position der Endoskopiekapsel bezüglich des Spulensystems und die
jeweils vom Spulensystem zur Erzeugung einer gewünschten magnetischen Antriebskraft
an der Kapsel und/oder gewünschten
translatorischen Geschwindigkeit der Kapsel erforderliche Leistung
ermittelt werden. Beim Erreichen eines Schwellwertes für die erforderliche
Leistung werden dann die elektrischen Leiter mit elektrischer Spannung
beaufschlagt. Somit lässt
sich die Zuschaltung des kontraktionsinduzierten Antriebs automatisiert
beim Bedarfsfall einsetzten.
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Vorteilhafterweise
wird die Endoskopiekapsel vom Spulensystem um die ihre Ausdehnungsrichtung
kennzeichnende Achse, insbesondere ihrer Längsachse, rotiert und/oder
gekippt, wobei das magnetische Element einen senkrecht zur Ausdehnungsrichtung,
insbesondere Längsachse,
ausgerichteten magnetischen Dipol aufweist. Bei Kontaktproblemen
der elektrischen Leiter lässt
sich so durch eine Drehung oder Kippung um die die ihre Ausdehnungsrichtung
kennzeichnende Achse, insbesondere um die Längsachse, die Endoskopiekapsel
für einen optimalen
Kontakt ausrichten. Da durch die elektrophysiologisch stimulierten
Darmwandkontraktionen die Kapsel lediglich in Richtung des Darmverlaufs
bewegt wird, wird durch Rotieren und/oder Kippen sowie Schwenken
eine vollständige
Untersuchung der Darminnenwand, insbesondere auch nach Darmfalten,
mit einer kapselinternen Kamera möglich.
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Daneben
ist es günstig,
wenn die elektrischen Leiter mittels einer kapselseitig integrierten, schaltbaren
Energieversorgungseinheit mit elektrischer Spannung beaufschlagt
werden. Die Steuerung kann dabei von außen durch eine extrakorporal angeordnete
Steuerungseinheit erfolgen. Die Signalübertragung zwischen Steuerungseinheit
und Endoskopiekapsel kann dabei bidirektional und drahtlos erfolgen.
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Zudem
ist vorzusehen, dass die Energieversorgungseinheit über ein
externes magnetisches Wechselfeld induktiv mit Energie versorgt
wird.
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Ferner
ist vorgesehen, dass die elektrischen Leiter als Elektroden ausgebildet
werden, welche vorteilhaft mit Spannungspulsen im Bereich von 2
bis 10 V beaufschlagt werden. Geeigneterweise ist dabei die Pulswiederholfrequenz
im Bereich von 0 bis 30 Hz zu wählen.
Zwischen den Elektroden, die mit dem Gastrointestinaltrakt in Kontakt
stehen, fließt
dabei ein elektrischer Strom im Bereich von maximal 30 bis 100 mA.
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So
ist es weiter günstig,
wenn die Pulshöhe zumindest
zweier aufeinander folgender Spannungspulse variiert wird. Die Kapsel
kann somit um unterschiedliche vorbestimmte Strecken abhängig von
der Pulshöhe
vorangetrieben werden. Wird beispielsweise die Kapsel nach einem
gezielten Vortrieb gedreht oder geschwenkt, ist es möglich, mit
einer in der Kapsel integrierten Kamera die gesamte Darminnenwand
zu untersuchen.
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Bevorzugte,
jedoch keinesfalls einschränkende
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Zur Verdeutlichung
ist die Zeichnung nicht maßstäblich ausgeführt, und
gewisse Aspekte sind schematisiert dargestellt. Im Einzelnen zeigen
die
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1 eine
Anlage zur nichtinvasiven Befundung oder Behandlung eines Patienten
mit einer Endoskopiekapsel, und
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2 die
Endoskopiekapsel aus 1 in einer Detailansicht.
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Einander
entsprechende Teile sind in den 1 und 2 mit
denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
eine Endoskopieanlage 2 zur nichtinvasiven Befundung bzw.
Behandlung eines Patienten 4. Die Endoskopieanlage 2 umfasst
ein Spulensystem 6 mit daran angeschlossener Energieversorgung 8 sowie
eine Steuerungseinheit 10 und eine Videoeinheit 12.
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Das
Spulensystem 6 besteht im abgebildeten Ausführungsbeispiel
aus vierzehn Einzelspulen 14a, 14b, 16a, 16b.
Von den Spulen 14a, 14b, 16a, 16b sind
wegen der Übersichtlichkeit
in 1 nur vier mit Bezugszeichen versehen. Diese untergliedern
sich in sechs quaderförmig
angeordnete, rechteckige Helmholtzspulen 14a, b und acht
gemeinsam einen Zylindermantel im Quader bildende Sattelspulen 16a,
b. Jede der Sattelspulen 16a, b überstreicht bezüglich einer
Mittellängsachse 18 des
Spulensystems 6 einen Winkelbereich von ca. 90°. Je vier
Sattelspulen 16a, b bilden also eine Zylindermantel, die axial
aneinandergesetzt sind.
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Der
in jeder der vierzehn Einzelspulen 14a, 14b, 16a, 16b fließende Spulenstrom
wird von einem von vierzehn, je einer Einzelspule 14a, 14b, 16a, 16b zugeordneten
Leistungsverstärkern 20a–c erzeugt, von
welchen in 1 wiederum nur drei dargestellt sind.
Die vierzehn Leistungsverstärker 20a–c zusammen
bilden die Energieversorgung 8. Sämtliche Leistungsverstärker 20a–c werden
von der Steuerungseinheit 10 über je eine Steuerleitung 22 angesteuert bzw.
geregelt.
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Der
Patient 4 ist entlang der Mittellängsachse 18 in das
Spulensystem 6 eingefahren. Der Patient 4 wird
so im Spulensystem 6 platziert, dass die in ihn oral oder
rektal eingeführte
Endoskopiekapsel 30 etwa in der Mitte des Spulensystems 6 zu
liegen kommt. Dort besitzt das Spulensystem 6 ein so genanntes
Arbeitsvolumen, innerhalb dessen die Kapsel 30 navigiert
werden kann.
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Dem
Spulensystem 6 ist ein Koordinatensystem 32 fest
zugeordnet. Die Ortsposition sowie die Orientierung der Längsachse 34 der
Endoskopiekapsel 30 im Koordinatensystem 32 werden über eine elektromagnetische
Positionserkennungseinheit 36 erfasst. Die Positionserkennungseinheit 36 übermittelt
die Positionsdaten der Endoskopiekapsel 30 wiederum an
die Steuerungseinheit 10.
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In 2 ist
die Endoskopiekapsel 30 als Beispiel in einem Dünndarmbereich
des menschlichen Gastrointestinaltrakts stark vergrößert dargestellt. Sie
ist dabei von der Dünndarmwand 37 nahezu
vollständig
umschlossen. Die Gestalt der Kapsel 30 weist eine in Richtung
ihrer Längsachse 34 ausgeprägte Ausdehnung
auf. Sie ist im abgebildeten Ausführungsbeispiel achsensymmetrisch
bezüglich
der Längsachse 34 ausgeführt. An
ihrem vorderen Ende 38 trägt die Endoskopiekapsel 30 in
ihrem Inneren eine nicht dargestellte Kamera und Beleuchtungseinrichtung.
Durch ein Sichtfenster 40 wird die Umgebung der Endoskopiekapsel 30 beleuchtet,
so dass mit der Kameraeinrichtung ein Bild der Kapselumgebung aufgenommen
werden kann. Die aufgenommenen Bilddaten werden per Funk an einen
Videoempfänger 44 außerhalb
des Patienten 4 übertragen
und auf einem Bildschirm 46 dargestellt. Zum hinteren Ende 39 hin
weist die Gestalt der Endoskopiekapsel 30 einen sich verjüngenden
Bereich 60 auf, der im abgebildeten Ausführungsbeispiel
eine Kegelform hat. Es ist aber auch denkbar, den sich verjüngenden Bereich 60 zumindest
abschnittsweise konkav oder zumindest abschnittsweise konvex auszuführen.
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In
diesem Bereich 60 der Endoskopiekapsel 30 sind
auf der Kapselaußenseite 61 zumindest
zwei mit elektrischer Spannung beaufschlagbare Elektroden 62a,
b angebracht, die mit der Dünndarmwand 37 in
Kontakt sind. Zur Beaufschlagung der Elektroden 62a, b
weist die Kapsel 30 eine Energieversorgungseinheit 63 auf,
die mit den Elektroden 62a, b verbunden ist. Die Energieaufnahme
der Energieversorgungseinheit 63 erfolgt hierbei induktiv über ein hierfür vom Spulensystem 6 erzeugtes
magnetisches Wechselfeld. Es ist möglich, die Elektroden 62a,
b direkt mit der Induktionsspannung zu versorgen. Es ist aber auch
möglich,
die magnetisch induzierte Energie in einem in der Energieversorgungseinheit 63 hierfür integrierten
Puffer 66 zwischenzuspeichern, um dann bei Bedarf die Elektroden 62a,
b mit Spannung zu versorgen.
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Die
länglich
ausgestalteten Elektroden 62a, b sind im Ausführungsbeispiel
gemäß in 2 parallel
zur Ausdehnungsrichtung bzw. zur Längsachse 34 der Endoskopiekapsel 30 ausgerichtet
dargestellt. Sie können
dabei drahtförmig
eindimensional oder auch als flächige
Streifen zweidimensional ausgeführt
sein. Die Ausrichtung der Elektroden 62a, b kann je nach
gewünschtem
unterschiedlichem Kontraktionsmuster verschieden ausgerichtet sein.
So ist es auch denkbar die Elektroden 62a, b senkrecht
zu Längsachse 34 anzuordnen.
Ein Spezialfall hierfür wären ringförmige Elektroden.
Schließlich
ist auch die Verwendung von punktförmigen Elektroden denkbar.
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Zur
Steuerung der Kapselbewegung im Spulensystem 6 bzw. im
Patienten 4 dient ein Eingabegerät in Form einer 6D-Maus 48,
welche von einem nicht dargestellten Bediener, z. B. einem den Patienten 4 untersuchenden
Arzt, bedient wird aufgrund des auf dem Bildschirm 46 dargestellten
Bildes. Die Endoskopiekapsel 30 kann so vom Magen des Patienten 4 aus
in dessen Dünndarm
und durch diesen bis zum Dickdarm hindurchbewegt werden. Der nicht dargestellte
Arzt betrachtet hierzu das von der Endoskopiekapsel 30 gelieferte
Videobild auf dem Monitor 46 und navigiert die Endoskopiekapsel 30 händisch auf
Sicht zum Magenausgang in den Dünndarm.
Die Position der Endoskopiekapsel 30 im Koordinatensystem 32 wird
durch die Positionserkennungseinheit 36 ermittelten. Auch
die Ausrichtung der Endoskopiekapsel 30, also die Ausrichtung
deren Längsachse 34,
relativ zum lokalen Darmverlauf ist somit bekannt. Typischerweise
soll die Kapsel in Richtung des Pfeils 42, also entlang
ihrer Längsachse 34,
bewegt werden. Hierzu muss auf die Endoskopiekapsel 30 eine Kraft
in Richtung des Pfeils 42 ausgeübt werden. Dies wird durch
die magnetische Wechselwirkung zwischen einem magnetischen Element 51 mit
dem magnetischen Dipolmoment 52 und einem vom Spulensystem 6 erzeugten
Magnetfeld erreicht. Das magnetische Dipolmoment 52 wird
dabei beispielsweise von einem in der Kapsel 30 fest angeordneten,
als Permanentmagnet ausgeführten,
magnetischen Element 51 hervorgerufen.
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Während sich
die Endoskopiekapsel 30 mittels magnetischer Kräfte allein
durch Magen und Dickdarm bewegen lässt – Magen und Dickdarm weisen
selbst im entleerten Zustand immer noch ein gewisses Rest-Lumen
auf-, müssen
zum Teil vielfach höhere
Kräfte
zum Vorantreiben der Kapsel 30 durch den Dünndarm aufgebracht
werden. Dies ist insbesondere auf die verhältnismäßig hohen Gegenkräften im
Dünndarm,
die dadurch auftreten, dass umliegendes Gewebe die Aufweitung der
Dünndarmwand 37 um
die Kapselaußenseite 61 verhindern,
zurückzuführen. Mit
magnetischen Kräften
allein lassen sich diese Blockierungskräfte, d.h. Gegenkräfte, nur
mit erheblichem Strom- und Energiebedarf sowie konstruktivem Aufwand
am Spulensystem 6 erreichen. Aus diesem Grund ist vorgesehen,
die Navigation der Kapsel 30 mittels magnetischer Kräfte durch
eine elektrophysiologische Darmstimulation zu unterstützen. Dazu
werden die Elektroden 62a, b an der Kapselaußenseite 61 in
Darmabschnitten mit hohen Gegenkräften mit einer Spannung im
Bereich von 2 bis 10 V, insbesondere einer gepulsten Spannung mit
einer Frequenz von 0 bis 30 Hz, beaufschlagt. Hierbei fließt ein geringer
Strom im Bereich von maximal 30 bis 100 mA zwischen den Elektroden 62a,
b durch die Darmwand 37, welche sich im Bereich der Elektroden 62a,
b kontrahiert. Bei der Kontraktion wirkt auf die Endoskopiekapsel 30 eine
Kraft ein, deren Resultierende aufgrund der im Elektrodenbereich
vorliegenden kegelförmigen
sich verjüngenden
Gestalt der Kapsel in Pfeilrichtung 42, d.h. in Darmverlaufsrichtung,
weist.
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Alternativ
zur manuellen Steuerung ist auch eine automatische Steuerung der
Kapselbewegung denkbar. Hierbei erfolgt die automatische Steuerung im
Zusammenspiel mit einer automatischen Erkennung des Darmverlaufs.
Im Bereich des Dünndarms ist
eine solche automatische Darmverlauferkennung jedoch hinfällig, da
die stimulierten, induzierten Darmwandkontraktionen die Kapsel 30 ohnehin
in Darmverlaufsrichtung bewegen.
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In
einem Darmabschnitt mit an der Kapsel 30 eng anliegenden
Darmwand 37, wie dem Darmwand, kann die Kapsel 30 allein durch
die beschriebene elektrophysiologisch induzierte Kontraktion der Darmwand 37 vorangetrieben
werden. Es ist aber auch möglich,
diese Antriebsmethode nur hilfsweise zuzüglich der magnetischen Navigation
einzusetzen. Hierbei werden die Elektroden 62a, b nur mit
Spannungen und Strömen
in den Darmabschnitten mit hohen Gegenkräften beaufschlagt, so dass
die Darmwand 37 möglichst
geschont wird. In Darmabschnitten mit großem Lumen geling die elektrophysiologische
Darmwandstimulation gegebenenfalls weniger gut. Jedoch treten hier
auch keine großen
Gegenkräfte
auf, so dass die Kapsel 30 rein magnetisch bewegt werden
kann.
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Das
Hinzuschalten des Kontraktionsantriebs kann manuell über die
6D-Maus oder auch automatisch erfolgen.
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In
beiden Fällen übermittelt
die Steuerungseinheit 10, mit der die 6D-Maus verbunden
ist und welche eine Sendeeinheit 11 aufweist, an die mit
einer Empfangseinheit 64 versehenen Energieversorgungseinheit 63 ein
Schaltsignal, um die Elektroden 62a, b über den Puffer 66 mit
den gewünschten Spannungen
zu beaufschlagen. Weist die Energieversorgungseinheit 63 beispielsweise
keinen Puffer 66 auf, können
die Elektroden 62a, b gesteuert von der Steuerungseinheit 10 vom
Spulensystem 6 direkt induktiv über ein magnetisches Wechselfeld
mit den gewünschten
Spannungen beaufschlagt werden.
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Beim
automatischen Hinzuschalten wird mittels der Positionserkennungseinheit 36 die
Position und die Bewegungsgeschwindigkeit der Endoskopiekapsel 30 bezüglich des
Spulensystems 6 bestimmt und die jeweils vom Spulensystem 6 zur
Erzeugung der gewünschten
Antriebskraft an der Kapsel 30 erforderliche Leistung ermittelt.
Diese Leistung wird in der Steuerungseinheit 10 kontinuierlich
mit einem voreingestellten Schwellwert verglichen. Erst bei Erreichen
des Schwellwertes wird dann der Kontraktionsantrieb in vorbeschriebener
Weise aktiviert. Wird der Schwellwert unterschritten, erfolgt von
der Steuereinheit 10 entsprechend eine Deaktivierung.
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Führt man
die die Außenseite 61 der
Endoskopiekapsel 30 zusätzlich
zumindest in einem Teilbereich schrauben- oder spiralförmig aus
(nicht dargestellt in 2), kann das magnetische Dipolmoment 52 von
einem vom Spulensystem 6 erzeugten rotierenden Magnetfeld
zu einer Rotation gezwungen werden. Dabei bewegt sich die Endoskopiekapsel 30 in
einem die Kapsel 30 nahezu umschließenden Bereich des Gastrointestinaltrakts,
wie dem Dünndarm, in
einer Schraubbewegung fort.
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Die
oral einzunehmende Kapsel 30 hat insbesondere einen Durchmesser
im Bereich von 10 bis 14 mm und eine Länge im Bereich von 10 bis 30
mm. Soll die Kapsel 30 nur rektal eingeführt werden
kann sie auch einen Durchmesser im Bereich von 10 bis 30 mm bei
einer Länge
im Bereich von 10 bis 50 mm aufweisen.