DE102007051861A1

DE102007051861A1 - Verfahren zur Führung eines Kapsel-Endoskops und Endoskopsystem

Info

Publication number: DE102007051861A1
Application number: DE102007051861A
Authority: DE
Inventors: Hironao Machida Kawano; Johannes Dr. Reinschke; Akio Yokohama Uchiyama
Original assignee: Siemens AG; Olympus Medical Systems Corp
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH; Olympus Corp
Priority date: 2007-10-30
Filing date: 2007-10-30
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2027-10-31
Also published as: JP2011500239A; CN101842043A; US20110046443A1; JP5222367B2; DE102007051861B4; EP2205141A1; CN101842043B; WO2009056441A1

Abstract

Verfahren zur Führung eines Kapsel-Endoskops, dessen Endoskopkapsel (25) einen Rotationssensor (33, 34, 35) zur Messung einer Drehlage der Endoskopkapsel (25) um mindestens eine kapselfeste Achse aufweist, das die folgenden Schritte umfasst: Berechnen einer Drehlage der Endoskopkapsel (25) aus einem mechanischen Bewegungsmodell (S5), Messen einer Drehlage der Endoskopkapsel (25) mittels des Rotationssensors (33, 34, 35), Vergleichen der gemessenen Drehlage mit einer für einen im wesentlichen gleichen Zeitpunkt berechneten Drehlage (S6), Adaption des mechanischen Bewegungsmodells auf der Grundlage des Vergleichs.

Description

Die Erfindung betrifft ein magnetisch geführtes Kapselendoskop bzw. eine magnetisch geführte Endoskopkapsel sowie ein Verfahren zum Betreiben des Kapselendoskops bzw. des Endoskopkapselsystems.
Eine magnetisch gesteuerte Endoskopkapsel ist beispielsweise in DE 101 42 253 C1 beschrieben. Eine Magnetführung wird durch magnetische Kräfte aufgrund von magnetischen Gradientenfeldern erreicht, die auf einen Permanentmagneten in der Kapsel wirken, wobei das magnetische Gradientenfeld mittels eines externen Führungsmagneten erzeugt wird. Der externe Führungsmagnet ist bevorzugt ein Elektromagnet, wie er beispielsweise in DE 103 40 925 B3 oder WO 2006/092421 A1 beschrieben ist. Alternativ enthält der Führungsmagnet einen oder mehrere mechanisch beweglichen Permanentmagnete. Alternativ zur Magnetführung mittels magnetischer Kräfte kann die Kapsel, wie in der US 2003/0181788 A1 beschrieben, äußerlich mit einer Art Gewinde versehen sein und nach dem Prinzip einer Archimedes-Schraube durch einen Darmabschnitt bewegt werden, wobei magnetische Drehmomente an der Kapsel wirken, die durch die Wechselwirkung eines rotierenden externen Magnetfeldes mit einem fest in die Kapsel eingebauten Permanentmagneten entstehen. Die Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten der Kapsel liegt vorzugsweise senkrecht zur Längsachse der Kapsel. Ferner können die Position und Lage der Kapsel teilweise elektromagnetisch gemessen werden, wie beispielsweise in WO 2005/120345 A2 beschrieben, wobei dort nur 5 der 6 möglichen Koordinaten gemessen werden und eine Messung des Rotations- bzw. Drehwinkels um die Längsachse der Kapsel nicht möglich ist.
Für eine genaue magnetische Führung, insbesondere wenn der Führungsmagnet Magnetfelder und/oder magnetische Gradienten felder erzeugt, die im Inneren eines Arbeitsvolumens nicht räumlich weitgehend konstant sind, müssen die Schwerpunktskoordinaten und die Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten in der Kapsel, also insbesondere der Drehwinkel um die Längsachse der Kapsel, jederzeit genau bekannt sein. Wenn ein ausreichend starkes externes Magnetfeld mit bekannter Orientierung am Ort der Kapsel erzeugt wird, dreht sich die Kapsel, mit dem Permanentmagneten in ihr, um die Längsachse, bis das externe Magnetfeld und die Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten wieder übereinstimmen. Falls jedoch das externe Magnetfeld nicht stark genug ist, wird eine Fehlanpassung zwischen dem externen Magnetfeld und der Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten aufgrund von Reibungskräften bestehen bleiben, welche die Kapsel an einer freien Bewegung hindern.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur präzisen, insbesondere magnetischen, Führung eines Kapsel-Endoskops bzw. einer Endoskopkapsel bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens nach Anspruch 1 und einer Vorrichtung nach Anspruch 12, 13 oder 14 gelöst.
Das Verfahren zur, insbesondere magnetischen, Führung eines Kapsel-Endoskops, dessen Endoskopkapsel einen Rotationssensor zur Messung einer Drehlage der Endoskopkapsel um ihre Längsachse L aufweist, weist die folgenden Schritte auf:

– Berechnen einer Drehlage der Endoskopkapsel aus einem mechanischen Bewegungsmodell;
– Messen einer Drehlage der Endoskopkapsel mittels des Rotationssensors;
– Vergleichen der gemessenen Drehlage mit einer für einen im Wesentlichen gleichen Zeitpunkt berechneten Drehlage;
– Adaption des mechanischen Bewegungsmodells auf der Grundlage des Vergleichs.

Durch dieses Verfahren lässt sich aus dem mechanischen Modell bzw. dessen Ablauf quasi-kontinuierlich die Drehlage einer Endoskopkapsel mit hoher Genauigkeit auch dann erlangen, wenn eine Endoskopkapsel verwendet wird, bei der die Messung der Drehlage nur in vergleichsweise langen Intervallen möglich ist, typischerweise zwei- oder viermal pro Sekunde. Demgegenüber kann eine Kapseldrehung schneller sein, beispielsweise bis zu 8 oder 10 Umdrehungen pro Sekunde. Statt also die kapselinterne Messwerterfassung aufwändig, unter Umständen mit Leistungsanforderungen an die kapselinterne Elektronik sowie den kapselinternen Energieverbrauch, zu beschleunigen, werden die in nur relativ langen Zeitabständen erfassten Messdaten als Eingangs- bzw. Korrekturdaten für das numerische Bewegungsmodell verwendet, welches vergleichsweise einfach implementierbar ist und Lagedaten der Kapsel in "Echtzeit" liefern kann.
Das Verfahren umfasst auch ein Berechnen, Messen und Vergleichen weiterer Koordinaten außer der Drehlage zur Korrektur bzw. Anpassung einer allgemeinen Kapselposition. So kann das Verfahren auch ein Berechnen einer mehrdimensionalen, insbesondere 6D-, Kapselposition aus dem mechanischen Bewegungsmodell umfassen; ein Messen einer mehrdimensionalen Kapselposition (mittels mehrerer kapselinterner und/oder kapselexterner Sensoren); ein Vergleichen der gemessenen mehrdimensionalen Kapselposition und einer für einen im wesentlichen gleichen Zeitpunkt berechneten Kapselposition; als auch ein Berechnen einer korrigierten, insbesondere 6D-, Kapselposition im mechanischen Bewegungsmodell auf der Grundlage des Vergleichs.
Die Kapselbewegung erfolgt vorzugsweise durch eine magnetische Führung. Das zugehörige Endoskopsystem weist somit zur Führung der Endoskop-Kapsel einen Führungsmagneten bzw. ein Magnetsystem zur Erzeugung definierter Magnetfelder am Ort der Endoskop-Kapsel auf. Die Steuerung des Führungsmagneten kann in Hardware, Firmware, Software, oder einer Kombination davon implementiert sein.
Falls das zugehörige Endoskopsystem einen Elektromagneten als Führungsmagneten zur magnetischen Führung der Endoskop-Kapsel verwendet, wird ein Verfahren bevorzugt, bei dem nach dem Schritt des Berechnens der korrigierten Drehlage entsprechend korrigierte Spulenströme zum Führungs-Elektromagneten eingestellt werden.
Falls das zugehörige Endoskopsystem einen mechanisch beweglichen Permanentmagneten (bzw. ein Permanentmagnetsystem) als Führungsmagneten zur magnetischen Führung der Endoskop-Kapsel verwendet, wird ein Verfahren bevorzugt, bei dem nach dem Schritt des Berechnens der korrigierten Drehlage eine entsprechend korrigierte Position des bzw. der Permanentmagnete eingestellt wird.
Aus dem Vergleich von berechneten und gemessenen (einschließlich von aus den gemessenen Daten abgeleiteten Größen) wird vorzugsweise auch die Größe mindestens eines Modellparameters korrigiert bzw. angepasst, insbesondere der Reibungskoeffizienten der Endoskopkapsel. Dadurch lassen sich Abweichungen des mechanischen Modells von der Realität weiter reduzieren. Es können aber alternativ oder zusätzlich auch andere Parameter im mechanischen Kapselbewegungsmodell angepasst werden.
Vorzugsweise wird zur Initialisierung des Verfahrens der Drehwinkels der Endoskopkapsel in eine im Wesentlichen bekannte Stellung ausgerichtet. Dies geschieht bei einer magnetisch geführten Endoskopkapsel mit einem kapselfesten Magnetelement, insbesondere Permanentmagneten, mit fester Magnetisierungsrichtung, in der Regel in kapselfesten Koordinaten, vorzugsweise so, dass der Drehwinkel der Endoskopkapsel durch Anlegen eines ausreichend starken kapselexternen Magnetfelds am Ort der Kapsel ausgerichtet wird, wodurch eine bekannte Orientierung bzw. Ausrichtung des Magnetelements am (kapselexternen) Magnetfeld zu diesem Zeitpunkt erreicht wird. Dieser Verfahrensschritt wird nachstehend als „initiale Permanentmagnetausrichtung" bezeichnet. Folgend wird die Kapsel mit weit niedrigeren Magnetfeldern (und möglicherweise auch zusätzlichen Feldgradienten) bewegt. Obwohl in dieser Situation die Magnetisierungsrichtung des Magnetelements der Kap sel nicht mehr exakt parallelgerichtet ist zum (kapselexternen) Magnetfeldvektor, gibt der bekannte zeitliche Verlauf des Magnetfeldvektors zumindest die Richtung und Geschwindigkeit der Kapselbewegung an, insbesondere der 'fehlenden Koordinate', d. h., der Drehung um eine Achse der Kapsel, vorzugsweise die Längsachse.
Jedoch können die Messungen driften. Daher ist es vorteilhaft, wenn nach einer bestimmten Zahl von Aufnahmen bzw. Messungen die initiale Permanentmagnetausrichtung wiederholt wird.
Es ist zur Verwendung herkömmlicher oder nur vergleichsweise geringfügig modifizierter Endoskop-Kapseln vorteilhaft, wenn als Rotationssensors die ohnehin enthaltene Kamera benutzt wird, insbesondere, falls deren optische Achse im Wesentlichen mit der Längsachse der Endoskopkapsel übereinstimmt.
Die Drehlage wird dann vorzugsweise durch einen Bildvergleich mindestens zweier zu unterschiedlichen Zeiten von der Kamera aufgenommener Bilder bestimmt, insbesondere durch eine Überlagerung der Bilder.
Der Rotationssensor kann aber auch einen Magnetfeldsensor aufweisen, dessen Felderfassungsrichtung insbesondere im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse L des Kapsel-Endoskops steht.
Speziell bevorzugt wird es, falls dann, wenn ein Bild/eine Messung (im engeren Sinne) des Rotationssensors aufgenommen wird, auch der Zeitpunkt der Aufnahme/der Messung festgehalten wird. Durch Überlagern bzw. Vergleichen aufeinanderfolgender Bilder/Messungen kann der Drehwinkel zwischen z. B. zwei aufeinanderfolgenden Bildern/Messungen bestimmt werden, und zwar unter Kenntnis der Drehung des Magnetfelds zu den Zeitpunkten der zwei aufeinanderfolgenden Bilder/Messungen. Die Drehrichtung kann dann in die Information über die Bild/Messwert-Drehung einfließen, und die Uneindeutig keit bezüglich einer vollen Drehung (entsprechend modulo 360°) kann entfernt werden.
Das Endoskopsystem ist mit einem Führungsmittel, insbesondere Führungsmagneten, zur Führung eines, insbesondere magnetisch geführten, Kapsel-Endoskops ausgerüstet, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der obigen Ansprüche ablaufen zu lassen.
Besonders vorteilhaft ist die Endoskopkapsel mit einer Messwerterfassungseinrichtung des Endoskopsystems verbunden, wobei die Messwerterfassungseinrichtung dazu eingerichtet ist, aufeinanderfolgende Messsignale aus der Endoskopkapsel, wie die Bilder einer Kamera oder Magnetfeld-Messwertsignale des Magnetfeldsensors, unter Aufzeichnung des Erfassungszeitpunkts aufzunehmen. Auch ist sie dazu eingerichtet, die aufeinanderfolgenden Ausgaben des Rotationssensor (Bilder/Messwertsignale) zu überlagern bzw. zu vergleichen.
Bevorzugt ist der externe Führungsmagnet mit einer Steuereinrichtung des Endoskopsystems gekoppelt. Die Steuereinrichtung sorgt beispielsweise im Falle, dass der Führungsmagnet ein Elektromagnet ist, dafür, dass in den einzelnen Spulen des Elektromagneten im Zeitverlauf die richtigen Ströme fließen. Im Falle eines aus mindestens einem mechanisch beweglichen Permanentmagneten bestehenden externen Führungsmagneten sorgt die Steuereinrichtung für die im Zeitverlauf richtige Bewegung beziehungsweise Positionierung des mindestens einen Permanentmagneten des Führungsmagneten. Vorteilhaft ist die Steuereinrichtung ferner dazu eingerichtet, die – wie beispielsweise oben beschriebene – experimentell ermittelte Drehlage mit einer numerisch ermittelten Drehlage zu vergleichen. Die numerisch ermittelte Drehlage kann beispielsweise aus einem numerischen Modell bzw. einer numerischen Simulation erlangt werden, das die Endoskopkapsel im Betrieb nachbildet.
Bevorzugt ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, dass das numerische Modell auf ihr abläuft.
Allgemein kann die Endoskopkapsel nicht nur als autonomes, drahtloses System ausgebildet sein, sondern auch als beweglicher Kopf bzw. als bewegliche Spitze eines Katheters oder Schlauchs. Das Anwendungsgebiet beschränkt sich nicht auf die Durchführung minimalinvasiver Diagnosen, d. h. visuelle Inspektionen und/oder Probenentnahmen im Inneren von Menschen oder Tieren. Die Endoskopkapsel kann als therapeutisches Werkzeug, z. B. zur gezielten, lokalen Medikamentenapplikation, oder als diagnostisches Werkzeug in Rohrsystemen.
Die Endoskopkapsel kann ferner beispielsweise eine Beleuchtungsvorrichtung, z. B. LED, zur Umfeldausleuchtung, einen durch ein äußeres Wechselfeld wiederaufladbaren Akku, eine Probenentnahmevorrichtung, oder zusätzliche Sensoren und/oder Bearbeitungsinstrumente und so weiter aufweisen.
Die Erfindung wird im folgenden Ausführungsbeispiel schematisch genauer dargestellt.
1 ein System zur Endoskopsteuerung;
2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Endoskopkapsel;
3 zeigt ein Ablaufschema zur Ansteuerung des Führungsmagneten 2 entsprechend 1;
1 zeigt einen Aufbau eines Systems 1 zur Endoskopsteuerung mit einem Führungsmagneten 2 zur magnetischen Führung einer Endoskop-Kapsel. Der Führungsmagnet 2 ist zum Betrieb mit Leistungsverstärkern 3 und einem Kühlsystem 4 verbunden. Das Kühlsystem 4 und der Führungsmagnet 2 sind zur Temperaturüberwachung ferner mit einem Temperaturüberwachungssystem 5 verbunden. Mit dem Führungsmagneten 2 ver bunden sind zudem ein Sender/Empfänger 8 eines Positionsmesssystems und ein Bilddatenempfänger 9 sowie optional eine Patiententischsteuereinheit 7 und eine Magnetfeld-Messeinheit 6.
Als zentrale Steuereinheit dient eine Führungsmagnet-Steuereinheit 10. Die Führungsmagnet-Steuereinheit 10 ist über digitale und/oder analoge Datenschnittstellen verbunden mit den Leistungsverstärkern 3, mit dem Temperaturüberwachungssystem 5, optional mit einer Magnetfeld-Messeinheit 6, optional mit einer Patiententischsteuereinheit 7, mit der Positionsmesssteuereinheit 15 sowie mit dem Bilddatenempfänger 9 und der Bildverarbeitungs- und Anzeigeeinheit 18. Die Führungsmagnetsteuereinheit 10 ist ferner über mindestens eine digitale Datenschnittstelle mit einer zentralen Datenspeichereinheit 20 als auch mit einer graphischen Benutzeroberfläche 22 gekoppelt. Die digitalen Schnittstellen können als Ethernet-Verbindung, CAN-Bus, RS-232, RS-422, RS-485 oder ähnlich ausgebildet sein. Eine Eingabeeinheit 24 ist Teil der Führungsmagnetsteuereinheit 10 bzw. an letztere angeschlossen.
Mittels der Steuereinheit 10 wird das Endoskopsystem 1 gesteuert, insbesondere eine Stromführung durch den Führungsmagneten 10, der auch als Magnetsystem aus mehreren, insbesondere unabhängig ansteuerbaren, Einzelmagneten bestehen kann. Dazu läuft auf der Steuereinheit 10 ein mechanisches Bewegungsmodell des Endoskops bzw. der Endoskopkapsel. Gleichzeitig werden Messsignale zur Positionserfassung der Endoskopkapsel mittels des Sender/Empfängers (Transceivers) 8 des Positionsmesssystems empfangen und von der Positionsmesssteuereinheit 15 in eine 5D-Kapselposition umgerechnet. Diese 5D-Kapselpositionsmesswerte werden mit einer Taktrate von z. B. 91 Hz generiert und zur Steuereinheit 10 weitergeleitet. Gleichzeitig werden mit einer Taktrate von 2 Hz oder 4 Hz vom Bilddatenempfänger 9 Messwerte aus der Kapsel wie Videobilder und ggf. Werte anderer kapselinterner Sensoren empfangen. Die Datenübertragung erfolgt per Funk mit einer Trägerfrequenz von z. B. 433 MHz. Aus den zeitlich nacheinander aufgenommenen bzw. empfangenen Bildern der Endoskopkapsel berechnet entweder die Bildverarbeitungs- und Anzeigeeinheit 18 oder die Führungsmagnet-Steuereinheit 10 einen Drehwinkel der Endoskopkapsel, insbesondere unter Verwendung einer Information über die Magnetfeldbewegung am Kapselort zwischen den Aufnahmezeitpunkten. Die Steuereinheit 10 ist ferner dazu eingerichtet, aus einem Vergleich von zumindest ungefähr zeitgleichen Mess- und Berechnungswerten der Drehlage – und ggf. anderer Koordinaten – der Endoskopkapsel eine Korrektur der numerisch berechneten Werte abzuleiten und diese Korrektur in eine entsprechende Anpassung des Stroms bzw. der Ströme durch den Führungsmagneten 2 umzusetzen, z. B. durch eine Anpassung der Steuersignale an die Leistungsverstärker 3. Zudem ist die Steuereinheit 10 dazu eingerichtet, aus dem Vergleich von berechneten und gemessenen Kapselpositionen Werte von Modellparametern zur noch realistischeren Simulation der Kapselbewegung anzupassen, insbesondere eines Reibungskoeffizienten.
2 zeigt eine Endoskopkapsel 25 eines Kapsel-Endoskops. In einem Gehäuse 26 ist ein Permanentmagnet 27 untergebracht, dessen Magnetisierungsrichtung durch den Pfeil angedeutet ist. Mittels des Permanentmagneten 27 kann die Kapsel 25 beispielsweise an einem ausreichend starken externen Magnetfeld ausgerichtet werden. Zudem sind eine Hochfrequenzantenne 28 zur Aussendung und zum Empfang von 433 MHz-Signalen und ein 433 MHz-Hochfrequenz-Sender 29 untergebracht. Diesen benachbart untergebracht sind zwei Batterien 30 zur Stromversorgung der Kapsel 25. An einem von Permanentmagneten 27 beabstandeten umlaufenden Gehäuseabschnitt ist eine hohlzylindrische LC-Markerspule 31 für die elektromagnetische 5D-Kapselpositionsmessung vorhanden. Ferner umfasst das Gehäuse an einem Ende eine Kamerasteuerung 32, die eine Bildkomprimierungsfähigkeit aufweist, sowie damit gekoppelt einen CMOS-Sensor 33 mit einer Linse 34 und LEDs zur Beleuchtung des Sichtfelds. Das Gehäuse 26 ist dazu im Sichtfeld des CMOS-Bildsensors 33 durchsichtig aus gestaltet, hier mittels einer durchsichtigen Haube bzw. Dom 35. Die optische Achse der Kamera 33, 34, 35 bzw. des CMOS-Sensors 33 entspricht im Wesentlichen der Längsachse L der Endoskopkapsel 26. Die Kamera 33, 34, 35 wird hier zusätzlich als Rotationssensor eingesetzt.
Die Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten 6 kann in anderen Ausführungsformen auch anders liegen als senkrecht zur Längsachse L.
Die Kapsel ist vorzugsweise schluckbar oder rektal einführbar. Falls die Kapsel schluckbar sein soll, werden kleinere Außenmasse als bei einer rektal einzuführenden Kapsel bevorzugt, und zwar mit einem Außendurchmesser von maximal ca. 11 mm und einer Länge von maximal ca. 30 mm.
3 zeigt ein Ablaufschema zur Ansteuerung des Führungsmagneten 2 aus 1. Dies kann – bis auf Schritt S1 – insbesondere in der Führungsmagnet-Steuereinheit 10 aus 1 implementiert sein, z. B. in Software, Firmware und/oder Hardware, oder auf einem Datenträger vorliegen, z. B. einer Festplatte oder einer DVD.
In einem ersten Schritt S1 werden über die Eingabeeinheit 24 aus 1 eine Soll-Kraft und ein Soll-Drehmoment eingegeben. Daraus werden in einem folgenden Schritt S2 die Soll-Spulenströme berechnet, die dazu durch den Führungsmagneten 2 fließen sollen. Die Werte der Soll-Spulenströme werden in einem folgenden Schritt S3 zusammen mit erfassten Temperaturmesswerten dazu verwendet, eine Begrenzung des Spulenstroms z. B. zur Vermeidung einer Überhitzung zu bestimmen. Die sich daraus ergebenden Ist-Spulenströme, welche an die Leistungsverstärker 3 ausgegeben werden, werden in einem Schritt S4 zur Berechnung der Ist-Kräfte und Ist-Drehmomente verwendet. Die Berechnung der Ist-Kräfte und Ist-Drehmomente erfolgt in der Steuereinheit 10 mittels eines numerischen Bewegungsmodells der Kapsel.
Die Ist-Kräfte und die Ist-Drehmomente werden in Schritt S5 zur Berechnung der 6D-Kapselposition, also einschließlich der Drehlage der Kapsel um ihre Längsachse, verwendet. Die Berechnung der 6D-Kapselposition beginnt mit einer Initialisierung aus der 5D-Messung und der "initialen Permanentmagnetausrichtung"; dazu wird ein Magnetfeld am Ort der Endoskop-Kapsel erzeugt, das stark genug ist, die Kapsel am Magnetfeld zumindest ausreichend genau auszurichten. Durch die in der Steuereinheit 10 modellbasiert ablaufende Berechnung der Kapselposition in allen 6 Dimensionen kann auch eine Drehlage in schneller Abfolge ('quasi-kontinuierlich') ausgegeben werden. Dies ist von besonderem Vorteil deshalb, weil typischerweise eine Messwertübertragung mittels eines Rotationssensors zur Bestimmung der Drehlage aus der Kapsel heraus nur alle zwei bis vier Mal pro Sekunde erfolgt, die Kapsel sich aber bis zu acht- oder zehnmal pro Sekunde dreht. Die Messwertabfolge hinkt also der zur präzisen Steuerung der Kapsel benötigten Abfolgeschnelligkeit hinterher. Hingegen können die, z. B. anhand der LC-Markerspule 31 in 2, extern gemessenen Werte schneller abgefragt werden, mit einer Taktrate von z. B. 91 Hz.
In Schritt S6 wird die in Schritt S5 rechnergestützt modellbasiert berechnete 6D-Kapselposition mit der gemessenen Kapselposition verglichen, insbesondere mit annähernd zeitgleich gemessenen 5D-Positionswerten der LC-Markerspule 31 und Drehlagen-Messwerten, die durch einen Rotationssensor in der Kapsel bestimmt worden sind. Die Drehlagen-Messwerte ergeben sich beispielsweise aus einem Vergleich zeitversetzt aufgenommener Bilder der Kapselkamera. Aus dem Vergleich wird einerseits eine korrigierte 6D-Kapselposition bestimmt, welche als Korrekturgröße für die Berechnung der Soll-Spulenströme in Schritt S2 verwendet wird. Andererseits werden aus den Abweichungen Korrekturen für das Kapselbewegungsmodell bestimmt, welches der Berechnung der 6D-Kapselposition in S5 zugrunde liegt.
Zwischen Vergleichen mit den gemessenen und berechneten Drehlagenmesswerten kann die berechnete Kapselposition zudem lediglich mittels der gemessenen 5D-Kapselposition (ohne die Drehlage) angepasst bzw. korrigiert werden, was eine weiter erhöhte Führungsgenauigkeit bewirkt.
Die Abarbeitung des Ablaufschemas entsprechend 3, d. h. die Berechnung von 6D-Kapselpositionen und die Ausgabe von Ist-Spulenströmen an die Leistungsverstärker 3, erfolgt mit einer Taktrate von z. B. 100 Hz. Diese Taktrate ist typischerweise deutlich höher als die Taktrate des Rotationssensors und unterscheidet sich ferner von der Taktrate der Positionsmesssteuereinheit.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10142253 C1 [0002]
- DE 10340925 B3 [0002]
- WO 2006/092421 A1 [0002]
- US 2003/0181788 A1 [0002]
- WO 2005/120345 A2 [0002]

Claims

Verfahren zur Führung eines Kapsel-Endoskops, dessen Endoskopkapsel (25) einen Rotationssensor (33, 34, 35) zur Messung einer Drehlage der Endoskopkapsel (25) um mindestens eine kapselfeste Achse aufweist, das die folgenden Schritte umfasst: – Berechnen (S5) einer Drehlage der Endoskopkapsel (25) aus einem mechanischen Bewegungsmodell (S5); – Messen einer Drehlage der Endoskopkapsel (25) mittels des Rotationssensors (33, 34, 35); – Vergleichen (S6) der gemessenen Drehlage mit einer für einen im Wesentlichen gleichen Zeitpunkt berechneten Drehlage (S6); – Adaption (S7) des mechanischen Bewegungsmodells auf der Grundlage des Vergleichs.
Verfahren nach Anspruch 1 zur magnetischen Führung eines Kapsel-Endoskops, das nach dem Schritt des Berechnens der Drehlage zusätzlich folgenden Schritt aufweist: – Einstellen von Spulenströmen in einem Führungsmagneten (2) in Form eines Elektromagneten zur Führung des Kapsel-Endoskops auf der Grundlage der berechneten Drehlage des Kapsel-Endoskops.
Verfahren nach Anspruch 1 zur magnetischen Führung eines Kapsel-Endoskops, das nach dem Schritt des Berechnens der Drehlage des Kapsel-Endoskops zusätzlich folgenden Schritt aufweist: – Einstellen einer korrigierten Position eines Führungsmagneten (2) in Form eines mechanisch beweglichen Permanentmagneten zur Führung des Kapsel-Endoskops auf der Grundlage der berechneten Drehlage des Kapsel-Endoskops.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das nach dem Vergleichsschritt (S6) zusätzlich folgenden Schritt aufweist: – Korrigieren (S7) mindestens eines Modellparameters, insbesondere eines Reibungskoeffizienten zwischen der Endoskop kapsel (25) und ihrer Umgebung, im mechanischen Bewegungsmodell auf der Grundlage des Vergleichs.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das vor dem Berechnungsschritt (S5) folgenden Schritt aufweist: – Ausrichten des Drehwinkels der Endoskopkapsel (25).
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Endoskopkapsel (25) einen kapselfesten Permanentmagneten (27) mit vorbestimmter Magnetisierungsrichtung aufweist und der Schritt des Ausrichtens des Drehwinkels der Endoskopkapsel (25) sich wie folgt darstellt: – Ausrichten des Drehwinkels der Endoskopkapsel (25) durch Anlegen eines entsprechend starken Magnetfelds.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Schritt des Ausrichtens der Drehlage der Endoskopkapsel (25) durch Anlegen eines entsprechend starken Magnetfelds in vorbestimmten zeitlichen Abständen wiederholt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Rotationssensors eine Kamera (33, 34, 35) aufweist und der Schritt des Messens der Drehlage der Endoskopkapsel (25) einen Bildvergleich mindestens zweier zu unterschiedlichen Zeiten von der Kamera (33, 34, 35) aufgenommener Bilder umfasst, insbesondere durch eine Überlagerung der Bilder.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem zur Beseitigung einer modulo(2π)-Ambiguität in der Bestimmung der Drehlage zwischen zwei Bildern eine Drehrichtung aus der Drehung des Magnetfelds zwischen den Aufnahmezeitpunkten der Bilder bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem eine optische Achse der Kamera (33, 34, 35) im Wesentlichen längs der Längsachse (L) des Kapselendoskops (1) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Rotationssensor einen Magnetfeldsensor aufweist, dessen Felderfassungsrichtung im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse (L) des Kapsel-Endoskops (1) steht.
Endoskopsystem (1) mit einem Führungsmagneten (2) zur Führung eines Kapsel-Endoskops (25), das dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der obigen Ansprüche ablaufen zu lassen.
Endoskopsystem (1) mit einem Führungsmagneten (2) in Form eines Elektromagneten zur Führung eines Kapsel-Endoskops (25), das dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach Anspruch 2 ablaufen zu lassen.
Endoskopsystem (1) mit einem Führungsmagneten (2) in Form eines mechanisch beweglichen Permanentmagneten zur Führung eines Kapsel-Endoskops (25), das dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach Anspruch 3 ablaufen zu lassen.