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Die
Erfindung betrifft eine Endoskopieeinrichtung, umfassend eine Bildaufnahmeeinrichtung und
eine Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des Aufnahmebereichs
der Bildaufnahmeeinrichtung.
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Endoskopieeinrichtungen
verschiedenster Art sind bekannt, um über Bildaufnahmeeinrichtungen
Innenansichten von Hohlorganen des menschlichen Körpers
zu gewinnen oder über Interventionsmittel Eingriffe vornehmen
zu können. Um verwendbare Aufnahmen aus dem Inneren eines
Hohlorgans zu erhalten, ist bei den meisten Endoskopieeinrichtungen
eine Beleuchtungseinrichtung vorgesehen, die den im Blickfeld einer
Bildaufnahmeeinrichtung befindlichen Bereich des zu untersuchenden
Hohlorgans hinreichend beleuchtet.
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Bei
in den Körper eingeführten Endoskopen sind im
Wesentlichen zwei anwendbare Lösungen bekannt. Zum einen
kann das Licht einer körperexternen Lichtquelle mit Hilfe
von Lichtleitern in den Körper geleitet werden. Alternativ
ist vorgesehen, eine Lichtquelle, beispielsweise eine Glühlampe,
eine LED, eine Leuchtstoffröhre oder einen Laser, an der Spitze
des Endoskops anzuordnen, wobei die Energieversorgung über
entsprechende Leitungen von außen erfolgt.
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In
jüngster Zeit wurden auch Endoskopiekapseln vorgeschlagen,
bei denen alle benötigten Einrichtungen in einer Kapsel
integriert sind. Eine solche Endoskopiekapsel kann geschluckt werden,
um eine Untersuchung des gastrointestinalen Trakts zu ermöglichen.
Um Bildaufnahmen aus dem gastrointestinalen Trakt zu erhalten, muss
auch eine solche Kapsel mit einer Beleuchtungseinrichtung versehen sein.
Beispiele für die Kapsel-Endoskopie sind in den Druckschriften
US 4,278,077 ,
US 5,604,531 oder
US 6,240,312 B1 beschrieben.
Hergestellt werden derartige Kapseln beispielsweise von der Fa.
Given Imaging, Yoqneam, Israel.
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Es
ist bekannt, in einer Endoskopiekapsel eine Lichtquelle zu verwenden,
die von einer in der Kapsel befindlichen Batterie mit elektrischer
Energie versorgt wird. Dieser Anordnung ist häufig eine Schaltvorrichtung
zugeordnet, um jeweils nur dann Lichtblitze auszusenden, wenn ein
Bild aufgenommen werden soll, so dass Energie gespart wird. Bei herkömmlichen
Kapseln können beispielsweise zwei Bilder pro Sekunde aufgenommen
werden, wobei die zur Verfügung stehende Batterie-Kapazität
die Aufnahme von etwa 50.000 Bildern erlaubt. Dies entspricht etwa
sieben Stunden Aufnahmezeit. Ist allerdings beabsichtigt, die gesamte
Passage durch den gastrointestinalen Trakt oder mehr als zwei Bilder
pro Sekunde aufzunehmen, so steht dem die beschränkte Batteriekapazität
entgegen. Da eine solche Passage bis zu 12 Stunden dauern kann,
ist eine vollständige Aufnahme mit den heute bekannten
Endoskopiekapseln meist nicht möglich.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Endoskopieeinrichtung
anzugeben, bei der eine lang andauernde Beleuchtung bei möglichst geringem
Energieaufwand ermöglicht wird.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Endoskopieeinrichtung
der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die Beleuchtungseinrichtung eine auf Chemilumineszenz basierende Lichtquelle
umfasst.
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Von
Chemilumineszenz wird immer dann gesprochen, wenn bei einer chemischen
Reaktion Licht emittiert wird, welches nicht thermischen Ursprungs ist.
Auf diese Weise wird die zur Beleuchtung benötigte Energie
in den Reaktanden gespeichert und im Verlauf der Reaktion als sichtbares
Licht freigesetzt, das zur Beleuchtung des Hohlorgans in dem von
der Bildaufnahmeeinrichtung aufzunehmenden Bereich dient. Bei entsprechender
Ausgestaltung können die Chemilumineszenzreaktionen bis
zu zwölf Stunden oder mehr anhalten und während
der gesamten Zeit eine hinreichende Beleuchtung zur Bildaufnahme
abgeben. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Lichtquelle beispielsweise
bereits vor der Einnahme der Endoskopiekapsel durch einen Patienten
oder auch erst im Körper befindlich aktiviert wird. Auf
diese Weise ist es möglich, dass eine Kapsel-Endoskopie über einen
längeren Zeitraum erfolgen kann, so dass die Aufnahme des
gesamten gastrointestinalen Trakts, insbesondere auch mit höheren
Bildraten, ermöglicht wird. Da die Lichtquelle kontinuierlich
leuchtet, kann eine beliebige Bildrate erzielt werden. Zudem wird
die in der Endoskopiekapsel vorgesehene Batterie weniger belastet,
so dass auch beispielsweise kleinere Batterien verwendet werden
können.
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Als
besonders geeignete Lichtquelle kann eine Lichtquelle verwendet
werden, die durch Peroxyoxalat-Chemilumineszenz betreibbar ist.
Bei dieser Reaktion wird in einem ersten Schritt Oxalsäure
oder ein Oxalsäurederivat mit Wasserstoffperoxid oxidiert. Die
dabei entstehenden, energetisch angeregten Reaktionsprodukte können
ihre Energie in einem zweiten Schritt auf einen zugesetzten Farbstoff übertragen
und diesen zur Lumineszenz anregen. Der hier verwendete Farbstoff
sollte dabei eine hohe Fluoreszenzquantenausbeute haben und resistent
gegen eine Zersetzung durch Wasserstoffperoxid sein. Über die
Auswahl des Farbstoffs wird die Farbe des entstehenden Lichts gewählt.
Beispiele für Farbstoffe sind Rotamin 6G (orangenes Licht),
1-Chloro-9,10-Bis(phenylethynyl)anthrazen (gelbes Licht) oder Rubren
(gelbes Licht), wobei bei der vorliegenden Erfindung bevorzugt 9,10-Bis(phenylethynyl)anthrazen
für grünes Licht verwendet wird. Als Oxalsäurekomponente
kann beispielsweise Oxalsäure-Bis-2,4,6-Trichlorphenylester
(TCPO) oder Oxalsäure-Bis-2,4-Dinitrophenylester (DNPO)
verwendet werden. Bevorzugt wird bei der vorliegenden Erfindung
Bis(2,4-Dinitrophenyl)Oxalat verwendet.
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Im
Rahmen der Erfindung kann es sich bei der Endoskopieeinrichtung
beispielsweise um eine Endoskopiekapsel, einen Endoroboter oder
einen Katheter handeln. Eine Endoskopiekapsel wird passiv, also
nach ihrer Einnahme allein aufgrund der Peristaltik durch den Magen-Darm-Trakt
befördert. Demgegenüber handelt es sich bei einem
Endoroboter um ein miniaturisiertes medizinisches Gerät,
das über ein internes Magnetelement mittels eines externen
Magnetfeldes aktiv navigierbar ist.
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Unter
dem Begriff „Endroboter" ist bei der vorliegenden Erfindung
eine magnetische Endoskopiekapsel zu verstehen, die auch als magnetisches Kapselendoskop
bezeichnet wird. Weiterhin ist der Begriff „Endroboter"
auch als Synonym für andere miniaturisierte medizinische
Geräte zu verstehen.
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In
weiterer Ausgestaltung kann die Lichtquelle zwei durch ein zur Lichterzeugung öffenbares,
insbesondere transparentes Trennelement geteilte Kammern umfassen.
Jede Kammer enthält dabei einen der Reaktanden. Wird das
Trennelement geöffnet, so findet eine Vermischung der Reaktanden
statt und die Reaktion beginnt. Über das öffenbare
Trennelement ist es demnach möglich, den Zeitpunkt zu bestimmen,
ab dem die Lichtquelle Licht abgibt. Über die Größe
der entstehenden Öffnung kann beispielsweise auch die Lichtstärke
und die Dauer der Reaktion eingestellt werden.
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Wird
in einer solchen Ausgestaltung die Peroxyoxalat-Chemilumineszenz
verwendet, so kann eine Kammer Wasserstoffperoxid und die andere Kammer
eine eine Oxalsäure oder ein Oxalsäurederivat
und einen Farbstoff umfassende Lösung enthalten. Bevorzugt
verwendete Substanzen wurden bereits oben genannt.
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Der
Begriff des Trennelements ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung
weit zu verstehen. Relevant ist lediglich, dass vor dem Öffnen
des Trennelements eine Reaktion verhindert wird. Als Trennelement
kann dabei auch eine selektiv öffenbare rohrartige Verbindung
zwischen zwei Behältern dienen, die die Kammern definieren.
Auch ist es erfindungsgemäß denkbar, dass ein
Behälter in dem anderen Behälter angeordnet ist,
so dass die Wand des inneren Behälters das Trennelement
bildet. Insgesamt sind viele Ausgestaltungen denkbar.
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In
einer ersten bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Trennelement
eine durch externe mechanische Einwirkung auf die Endoskopieeinrichtung,
insbesondere durch Schütteln, brechbare Wand. Zur Aktivierung
der Lichtquelle muss daher z. B. eine Endoskopiekapsel – beispielsweise
vor der Verabreichung – lediglich geschüttelt
werden, so dass eine oder mehrere Öffnungen in der Wand
entstehen. So sind beispielsweise zwei durch eine dünne
Wand getrennte Kammern denkbar, wobei die Wand so beschaffen ist,
dass sie bei einem Schüttelvorgang zerstört wird
und eine Vermischung der in den Kammern befindlichen Reaktanden
erlaubt.
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In
einer anderen bevorzugten Ausgestaltung kann das Trennelement eine
insbesondere über einen elektromagnetischen oder piezomagnetischen Aktor öffenbare
Schleuse umfassen. Dann kann die Schleuse beispielsweise durch einen
elektrischen Impuls geöffnet werden. Dieser kann von einer
in der Kapsel vorgesehenen Batterie zur Verfügung gestellt werden,
wobei beispielsweise über eine Funkvorrichtung zum Empfangen
von Befehlen für die Endoskopieeinrichtung die Schleuse
geöffnet wird. Insbesondere kann ein einziger Befehl an
die Endoskopieeinrichtung ausreichend sein, um die Bildaufnahme
zu starten und die Lichtquelle zu aktivieren. Selbstverständlich
ist es auch denkbar, dass die zur Betätigung des Aktors
notwendige Energie über ein Hochfrequenz-Funksignal übertragen
und beispielsweise über eine Induktionsspule empfangen
wird. Dann ist es nicht nötig, den Aktor über
eine gegebenenfalls in der Endoskopieeinrichtung vorgesehene Steuereinrichtung
anzusteuern.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung sind das Trennelement und die in Lichtaustrittsrichtung
gelegenen Begrenzungen der Kammern transparent ausgestaltet, so
dass das in der Lichtquelle erzeugte Licht möglichst ungestört
das Blickfeld der Bildaufnahmeeinrichtung bestrahlen kann. Selbstverständlich
ist bei einer solchen Ausgestaltung auch die Kapselwand, so sie
nicht selbst einen Teil der Kammerbegrenzungen bildet, in den rele vanten
Bereichen transparent ausgestaltet. Eine höhere Lichtausbeute kann
in dieser Ausführungsform erhalten werden, wenn wenigstens
eine Wand einer Kammer zur Verbesserung der Lichtausbeute verspiegelt
ist. Insbesondere kann eine solche Verspiegelung an allen nicht
zum Lichtaustritt vorgesehenen Außenwänden der
Lichtquelle vorgesehen sein.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es auch denkbar, dass die
Beleuchtungseinrichtung mehrere chemilumineszente Lichtquellen umfasst. Dies
kann beispielsweise dann sinnvoll sein, wenn Licht einer bestimmten
Farbe erzeugt werden soll, für die kein geeigneter Farbstoff
zur Verfügung steht. In einem solchen Fall sind die Licht
verschiedener Farben emittierenden Lichtquellen simultan betreibbar. Selbstverständlich
ist es jedoch auch denkbar, zwei unabhängig betreibbare
chemilumineszente Lichtquellen vorzusehen, die beispielsweise nacheinander
oder mit einem gewissen Zeitabstand aktiviert werden können.
Dann kann eine Optik vorgesehen sein, die für alle Lichtquellen
eine optimale Ausleuchtung ermöglicht.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen
sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Endoskopiekapsel nach einer ersten
Ausführungsform, und
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2 eine
erfindungsgemäße Endoskopiekapsel gemäß einer
zweiten Ausführungsform.
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Die 1 zeigt
eine erfindungsgemäße Endoskopiekapsel 1.
Sie umfasst eine flache Bildaufnahmeeinrichtung 2, die
hier als Festkörperkamera ausgebildet ist. Es ist jedoch
auch jede andere Form von Bildaufnahmeeinrichtungen, die optisch
arbeitet, denkbar. Der Bildaufnahmeeinrichtung 2 ist eine
Optik 3 zugeordnet, die das Sichtfeld 4 der Bildaufnahmeeinrichtung 2 definiert.
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Ferner
umfasst die Endoskopiekapsel 1, wie hinlänglich
bekannt, eine Funkeinrichtung 5, über die die
aufgenommenen Bilder an eine extern angeordnete Empfangsanordnung übertragen
werden können. Umfasst die Endoskopiekapsel 1 auch
Sensoren oder dergleichen, so können auch deren Daten übertragen
werden. Ferner ist die Funkeinrichtung 5 zum Empfang von
extern übersandten Steuerbefehlen, die beispielsweise zur
Ansteuerung von Interventionswerkzeugen dienen können oder
die Bildaufnahme starten können, ausgebildet.
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Zur
Energieversorgung der Endoskopiekapsel 1 ist eine Batterie 6 vorgesehen,
die auch als ein wieder aufladbarer Akkumulator ausgebildet sein kann.
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Die
Endoskopiekapsel 1 umfasst ferner eine auf Chemilumineszenz
basierende Lichtquelle 7. Die Lichtquelle 7 umfasst
zwei Kammern 8, 9, die über ein Trennelement 10,
das selektiv öffenbar ist, getrennt sind. Das Trennelement 10 umfasst
im vorliegenden Fall eine Schleuse 11, die über
einen elektromagnetischen oder piezomagnetischen Aktor 12 geöffnet
werden kann.
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Die
vorliegende Lichtquelle 7 arbeitet mit Peroxyoxalat-Chemilumineszenz.
Dazu sind in der Kammer 8 0,07 ml Wasserstoffperoxid vorgesehen, in
der Kammer 9 350 μg Bis(2,4-dinitrophenyl)oxalat und
63 μg 9,10-Bis(phenylethynyl)anthrazen in 1 ml Dimethylphtalat.
Selbstverständlich können auch andere Substanzen
oder andere Mengen verwendet werden, die Angaben betreffen lediglich
eine mögliche Ausführungsform.
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Über
eine Betätigung des Aktors 12 – gesteuert
beispielsweise über die Funkeinrichtung 5 nach
einem entsprechenden Befehl oder durch die über Induktion
erhaltene Energie eines Signals unmittelbar – wird die
Schleuse 11 geöffnet und die beiden Flüssigkeiten
werden gemischt. Dann setzt die chemische Reaktion ein, so dass
die Lichtquelle 7 im beschriebenen Beispiel grün
und hinreichend hell zu leuchten beginnt. Ersichtlich ist die Lichtquelle 7 so angeordnet,
dass ein Lichtaustritt von allen Seiten um die Bildaufnahmeeinrichtung 2 ermöglicht
wird, so dass eine gleichmäßige Ausleuchtung gewährleistet
ist.
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Dabei
sind die in Blickrichtung der Bildaufnahmeeinrichtung 2 gelegene
Wand 16 der Kammer 8 wie auch der die Optik 3 und
die Bildaufnahmeeinrichtung 2 kuppelartig umgebende Bereich 17 des Kapselgehäuses 18 zumindest
abschnittsweise transparent ausgebildet. Auch das Trennelement 10 ist
transparent, so dass auch in der zweiten Kammer 9 entstehendes
Licht zur Beleuchtung dienen kann. Ist zudem ein seitlicher Lichtaustritt
aus der Endoskopiekapsel 1 erwünscht, so können
zusätzlich die die Kammern 8 und 9 seitlich
begrenzenden Wände und/oder Gehäuseabschnitte 19 transparent
ausgebildet sein.
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Weiterhin
ist an der der Batterie 6 zugewendeten Wand 15 der
Kammer 9 eine spiegelnde Beschichtung 13 vorgesehen,
so dass die Lichtausbeute weiter erhöht ist. Solche Beschichtungen
sind auch an den oberen und unteren Wänden der Kammern 8, 9 denkbar,
so diese nicht selbst transparent ausgestaltet sind. Das Trennelement 10 ist
im Wesentlichen transparent ausgebildet.
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Ein
weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Endoskopiekapsel 1' ist
in der 2 dargestellt. Sie unterscheidet sich von der
in der 1 gezeigten Endoskopiekapsel 1 im Wesentlichen
darin, dass das Trennelement 10 als eine durch externe
mechanische Einwirkung auf die Endoskopiekapsel 1', insbesondere
durch Schütteln, brechbare Wand 14 ausgebildet
ist.
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Selbstverständlich
können die beschriebenen Endoskopiekapsel 1, 1' auch
weitere Einrichtungen, beispielsweise Interventionswerkzeuge, Sensoren
oder dergleichen, umfassen. Insbesondere ist jedoch auch denkbar,
dass eine Endoskopiekapsel zwei Lichtquellen der beschriebenen Art
umfassen kann. In weiterer Ausgestaltung ist es auch möglich, zusätzlich
zu der beschriebenen Lichtquelle 7 eine herkömmliche
Lichtquelle, bei spielsweise eine Glühlampe oder eine LED,
beispielsweise für besonders helle Blitze, vorzusehen.
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Ist
die Endoskopiekapsel zur Wiederverwertung vorgesehen, weisen die
Kammern vorteilhafterweise auch Befüllöffnungen
auf, über die ein Wiederbefüllen zur weiteren
Lichtabgabe ermöglicht wird. In diesem Fall ist die Ausgestaltung
mit einer Schleuse 11 vorzuziehen, die dann über
den Aktor 12 wieder verschließbar ausgebildet
sein kann.
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Die
beschriebene Endoskopiekapsel kann erfindungsgemäß eine
beliebige Endoskopieeinrichtung, beispielsweise auch ein Endoroboter,
ein Endoskop oder ein Katheter, sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 4278077 [0004]
- - US 5604531 [0004]
- - US 6240312 B1 [0004]