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Die
Erfindung betrifft eine Endoskopiekapsel, umfassend eine Bildaufnahmeeinrichtung
und eine Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des Aufnahmebereichs
der Bildaufnahmeeinrichtung, welche Beleuchtungseinrichtung eine
auf Chemolumineszenz basierende Lichtquelle umfasst.
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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 A ,
US 5,604,531 A1 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
7 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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Aus
der
WO 2006/005075
A2 ist eine Endoskopiekapsel für den Gastrointestinaltrakt
bekannt, die eine Bildaufnahmekamera sowie eine Lichtquelle umfasst,
wobei die Lichtquelle auf Chemolumineszenz basieren kann. Allerdings
ist dort nichts Näheres
bezüglich
dieser Chemolumineszenz zu entnehmen.
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US 5,197,938 A betrifft
eine Vorrichtung zur endoskopischen Untersuchung eines Hohlraums
im Körper,
die eine chemolumineszente Lichtquelle verwendet. Es handelt sich
um ein Endoskop, welches eine Bildübertragung nach außen ermöglicht,
mithin keine Bildaufnahmeeinrichtung umfasst. Dabei wird vorgeschlagen,
zur Ausgestaltung der Lichtquelle zwei Kammern vorzusehen, die durch
eine zerbrechbare Wand getrennt sind.
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Die
Anwendung von Lichtstrahlung zur Zerstörung von Mikroorganismen in
den Zähnen
oder am Herzen wird durch
US 2003/0097122 A1 beschrieben. Als Quelle
der Lichtstrahlung kann eine chemolumineszente Lichtquelle dienen,
um Bakterien zu vernichten. Diese Lichtquelle kann eine Trennwand
umfassen, welche durch mechanische Einwirkung zum Brechen gebracht
wird.
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US 6,267,914 B1 offenbart
ein chemolumineszentes Produkt, welches während seines Betriebs die Farbe ändert.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Endoskopiekapsel
anzugeben, bei der eine lang andauernde Beleuchtung bei möglichst
geringem Energieaufwand ermöglicht
wird.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist bei einer Endoskopiekapsel der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die Lichtquelle zwei durch ein zur Lichterzeugung öffenbares
Trennelement geteilte Kammern umfasst, wobei das Trennelement eine über einen
elektromagnetischen oder piezomagnetischen Aktor öffenbare
Schleuse umfasst.
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Von
Chemolumineszenz 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 Chemolumineszenzreaktionen bis zu 12 Stunden oder mehr anhalten
und während
der gesamten Zeit eine hinreichende Beleuchtung zur Bildaufnahme
abgeben. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Lichtquelle 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-Chemolumineszenz 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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Die
Lichtquelle umfasst zwei durch ein zur Lichterzeugung öffenbares,
insbesondere transparentes Trennelement geteilte Kammern. Jede Kammer
enthält
dabei einen der Reaktanden. Wird das Trennelement geöffnet, so
findet eine Vermischung der Reaktanden statt und die Reaktion beginnt. Über das
offenbare 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-Chemolumineszenz 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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Das
Trennelement umfasst eine insbesondere über einen elektromagnetischen
oder piezomagnetischen Aktor öffenbare
Schleuse. 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 Endoskopiekapsel die Schleuse geöffnet wird. Insbesondere kann
ein einziger Befehl an die Endoskopiekapsel 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 Endoskopiekapsel 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 relevanten
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 chemolumineszente 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 chemolumineszente
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
nicht zur Erfindung gehörige
Endoskopiekapsel gemäß einer
zweiten Ausführungsform.
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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 Chemolumineszenz
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-Chemolumineszenz.
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 nicht zur Erfindung gehörigen Endoskopiekapsel 1' ist in 2 dargestellt.
Sie unterscheidet sich von der in 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 Endoskopiekapseln 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, beispielsweise 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.