DE102007051862A1 - Endoscope capsule for use by medical service personnel i.e. physician, has set of force sensors determining magnetic force exerted on capsule by external magnetic field, and magnetic element with magnetizing device - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Endoskopkapsel für ein Kapsel-Endoskop, ein Kapsel-Endoskop mit einer solchen Endoskopkapsel und Verfahren zum Betreiben desselben und Kapselendoskopsysteme.The Invention relates to an endoscope capsule for a capsule endoscope, a capsule endoscope with such an endoscope capsule and method for operating the same and capsule endoscope systems.
Ein bisher bekanntes magnetisch geführtes Capsel-Endoskopie-Gerät (MGCE-Gerät) weist eine mittels eines extern angelegten Magnetfelds geführte Endoskopkapsel auf. Dazu enthält die Kapsel ein magnetisches Dipolmoment. Dieses wird in der Regel durch Einbau eines Permanentmagneten hoher Remanenz in die Kapsel realisiert.One previously known magnetically-guided capsule endoscopy device (MGCE device) has an externally applied Magnetic field guided endoscope capsule on. Includes the capsule is a magnetic dipole moment. This is usually done by Installation of a permanent magnet high remanence realized in the capsule.
Ein
Bedienteil zur Steuerung der Endoskopkapsel wird typischerweise
händisch bedient, indem die Kapsel-Sollbewegungen mittels
Joysticks vom medizinischen Bedienpersonal (einem Arzt oder ggf. medizinischem
Hilfspersonal) vorgegeben werden. Diese Handvorgaben – wie
beispielsweise: "fahre schneller vor/zurück" oder "schwenke
nach links/rechts" werden immer relativ zum von der Kapsel aufgenommenen
Bild bzw. relativ zu einem kapselfesten Koordinatensystem gemacht.
Diese Handvorgaben sind in geeignete Soll-Eingangsgrößen
für das die Kapsel bewegende Führungsmagnetsystem zu übersetzen.
Bei einem aus starr angeordneten Elektromagneten bestehenden Magnetsystem
sind die Soll-Eingangsgrößen typischerweise die Soll-Spulenströme.
Bei einem aus beweglichen Permanentmagneten bestehenden Magnetsystem
sind die Soll-Eingangsgrößen typischerweise die
Soll-Positionen (einschl. zeitlicher Ableitungen) der Permanentmagnete.
Für die Übersetzung der Handvorgaben in Soll-Eingangsgrößen
für das Magnetsystem wird nach bisherigem Stand der Technik
ein 5D-Kapselpositionsmesssystem eingesetzt. Ein geeignetes 5D-Positionsmesssystem
ist aus
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur vergleichsweise einfachen und preiswerten magnetisch geführten Capsel-Endoskopie bereitzustellen.It is therefore the object of the present invention, a possibility for comparatively simple and inexpensive magnetically guided To provide capsule endoscopy.
Diese Aufgabe wird mittels einer Endoskopkapsel nach Anspruch 1, eines Kapselendoskops nach Anspruch 9, ein Verfahren nach Anspruch 10, ein Kapselendoskopsystem nach Anspruch 11, ein Verfahren nach Anspruch 12 und ein Kapselendoskopsystem nach Anspruch 13 gelöst.These The object is achieved by means of an endoscope capsule according to claim 1, a A capsule endoscope according to claim 9, a method according to claim 10, a A capsule endoscope system according to claim 11, a method according to claim 12 and a capsule endoscope system according to claim 13.
Die Endoskopkapsel weist mindestens einen Kraftsensor zum Ermitteln einer mittels eines externen Magnetfelds auf die Endoskopkapsel ausgeübten Kraft ("Magnetkraft") auf. Unter dem Begriff „Magnetkraft" sollen auch an der Endoskopkapsel magnetisch ausgeübte Drehmomente verstanden werden.The Endoscope capsule has at least one force sensor for detecting one by means of an external magnetic field on the endoscope capsule applied force ("magnetic force") on. By the term "magnetic force" should also be magnetically applied to the endoscope capsule Torques are understood.
Anstatt also ein Kapselpositionsmesssystem zu verwenden, das die absolute Kapselposition und -ausrichtung misst und zur Führung verwendet, wird vorgeschlagen, dass die Kapsel die Richtung (und ggf. auch Stärke) der auf den Permanentmagneten wirkenden Magnetkraft im körperfesten Koordinatensystem der Kapsel erfasst, und diese Werte zur Kapselführung verwendet werden. Dabei kann insbesondere verwendet werden, dass das Magnetsystem typischerweise räumlich so ausgedehnt ist, dass sich die von ihm erzeugten Magnetfelder und/oder Magnetfeldgradienten über einen bezüglich des Manövrier-Arbeitsvolumens relativ weiten (Teil-)Bereich erstrecken, also einen relativ großen Bereich mit annähernd gleichen magnetischen Eigenschaften erzeugt. Wenn sich die Kapsel in diesem (Teil-)Bereich des Arbeitsvolumens befindet, kann sie auch dann magnetisch manövriert werden, wenn die exakte Kapselposition (d. h., die Werte der Schwerpunktskoordinaten) im Koordinatensystem des Führungsmagneten nicht bekannt ist (bzw. sind).Instead of So to use a capsule position measuring system that has the absolute Measures capsule position and orientation and uses to guide It is suggested that the capsule is the direction (and possibly also Strength) of the magnetic force acting on the permanent magnet captured in the body-fixed coordinate system of the capsule, and these values are used for capsule management. It can In particular, the magnet system is typically used spatially extended so that the generated by him Magnetic fields and / or magnetic field gradients over a respect of the maneuvering work volume relatively wide (partial) range extend, so a relatively large area with approximately same magnetic properties generated. If the capsule in this (sub) area of the working volume, it can be maneuvered magnetically even when the exact capsule position (i.e. h., the values of the center of gravity coordinates) in the coordinate system of the guide magnet is not known (or are).
Dadurch kann insbesondere das eigentliche, externe Positionsmesssystem nach dem Stand der Technik mit Sende- und Empfangsspulen, Vorverstärkern etc. entfallen, was erhebliche Kosten spart.Thereby In particular, the actual, external position measuring system can after the prior art with transmit and receive coils, preamplifiers etc. omitted, which saves considerable costs.
Unter Kraftsensor wird jeglicher Messfühler verstanden, aus dem sich – auch indirekt – eine Kraftmessung erlangen lässt, z. B. ein Druckfühler, Dehnungsmessstreifen usw.Under Force sensor is understood to be any sensor from which get a force measurement - also indirectly leaves, z. B. a pressure sensor, strain gauges etc.
Zur einfachen Führung und rauscharmen Kraftmessaufnahme weist die Endoskopkapsel bevorzugt ein Magnetelement, insbesondere Permanentmagneten, mit einer bezüglich der Kapsel bekannten Magnetisierungsrichtung auf, wobei das Magnetelement zumindest für kleine Auslenkungen elastisch in einem Gehäuse der Endoskopkapsel gelagert und über mindestens einen Kraftsensors mit dem Gehäuse mechanisch verbunden ist.to easy guidance and low-noise force measurement has the endoscope capsule preferably has a magnetic element, in particular permanent magnets, with a magnetization direction known with respect to the capsule on, wherein the magnetic element, at least for small deflections elastic stored in a housing of the endoscope capsule and over at least one force sensor with the housing mechanically connected is.
Zum einfachen Aufbau und einfachen Führung und Auswertung ist das Magnetelement vorzugsweise ein Permanentmagnet mit zylindrischer Grundform, dessen Zylinderachse im Wesentlichen mit einer Längsachse der Endoskopkapsel übereinstimmt bzw. parallel dazu liegt.To the simple construction and easy guidance and evaluation the magnetic element is preferably a permanent magnet with a cylindrical basic shape, its cylinder axis substantially with a longitudinal axis the endoscope capsule coincides or lies parallel to it.
Die Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten mit zylindrischer Grundform stimmt vorzugsweise mit der Zylinderachse überein. Wenn die Kapsel jedoch um ihre Längsachse rotierbar sein soll, ist der Permanentmagnet vorteilhaft diametral zu seiner Zylinderachse magnetisiert.The magnetization direction of the permanent magnet having a cylindrical basic shape preferably coincides with the cylinder axis. If However, the capsule should be rotatable about its longitudinal axis, the permanent magnet is advantageous magnetized diametrically to its cylinder axis.
Zur einfachen Auswertung sind mindestens drei, vorzugsweise drei oder vier, Kraftsensoren an einer Stirnseite des Permanentmagneten symmetrisch zur Zylinderachse angeordnet.to simple evaluation are at least three, preferably three or four, force sensors symmetrically at one end face of the permanent magnet arranged to the cylinder axis.
Zur genaueren Führung unter Berücksichtigung von Querkräften ist mindestens ein weiterer Kraftsensor an einer Umfangsseite des Permanentmagneten angeordnet. Bevorzugt sind mindestens zwei weitere Kraftsensoren an einer Umfangsseite des Permanentmagneten angeordnet, besonders bevorzugt unter einem Winkel von ca. 90° zueinander um die Zylinderachse verdreht.to more precise guidance taking into account lateral forces is at least one other force sensor on a peripheral side of Permanent magnets arranged. At least two more are preferred Force sensors arranged on a peripheral side of the permanent magnet, more preferably at an angle of about 90 ° to each other the cylinder axis is twisted.
Damit die Endoskopkasel elastisch, aber fest gelagert ist, weist sie vorzugsweise mindestens ein Vorspannelement zum Vorspannen des Permanentmagneten auf. Besonders bevorzugt ist eine Endoskopkapsel, bei der das Vorspannelement einen elastischen Schaum und/oder eine Druckfeder aufweist.In order to the Endoskopkasel elastic, but firmly stored, preferably, it has at least one biasing element for biasing the permanent magnet on. Particularly preferred is an endoscope capsule in which the biasing element having an elastic foam and / or a compression spring.
Die Aufgabe wird auch gelöst mittels eines Kapselendoskops mit einer solchen Endoskopkapsel.The Task is also solved by means of a capsule endoscope with such an endoscope capsule.
Die Aufgabe wird auch gelöst mittels eines Verfahrens zum Führen der Endoskopkapsel, bei dem eine von einem Bediener vorgegebene Soll-Kraft auf die Endoskopkapsel mit entsprechenden Kraftmessdaten von der Endoskopkapsel verglichen und auf der Grundlage des Vergleichs ein Führungsmagnetfeld angepasst wird.The The object is also achieved by means of a method for guiding the endoscope capsule, wherein a predetermined by an operator target force on the endoscope capsule with appropriate force measurement data from the Endoscopic capsule compared and based on the comparison Guide magnetic field is adjusted.
Die Aufgabe wird auch gelöst mittels eines Kapselendoskopsystems zur Durchführung des Verfahrens mit einem Führungsmagnetsystem, einem Empfänger für die von der Endoskopkapsel (in roher oder verarbeiteter Form) ausgegebenen Kraftmessdaten, einer Bedieneinheit (Handeingabegerät, z. B. Joystick) zur Vorgabe einer Kapselbewegung und einer Führungsmagnet-Steuereinheit, wobei die Führungsmagnet-Steuereinheit dazu eingerichtet ist, eine von der Bedienungseinheit vorgegebene Soll-Kraft auf die Endoskopkapsel mit entsprechenden Kraft Messdaten von der Endoskopkapsel zu vergleichen und auf der Grundlage des Vergleichs ein vom Führungsmagnetsystem erzeugtes Magnetfeld anzupassen.The Task is also solved by means of a capsule endoscope system for carrying out the method with a guide magnet system, a receiver for the endoscope capsule (in raw or processed form) an operating unit (manual input device, eg joystick) for presetting a capsule movement and a guide magnet control unit, wherein the guide magnet control unit is arranged is a predetermined by the operating unit target force on the Endoscope capsule with appropriate force measurement data from the endoscope capsule to compare and on the basis of comparison one from the guide magnet system adapted magnetic field.
Die Aufgabe wird auch gelöst mittels eines Verfahrens zum Führen der Endoskopkapsel, bei dem eine von einem Bediener vorgegebene Soll-Vorgabe (Soll-Lage, Soll-Geschwindigkeit oder Soll-Kraft usw.) der Endoskopkapsel mit einer entspre chenden, aus den Kraftmessdaten von der Endoskopkapsel abgeleiteten Lage oder Kraft verglichen und auf der Grundlage des Vergleichs ein Führungsmagnetfeld angepasst wird.The The object is also achieved by means of a method for guiding the endoscope capsule in which one of an operator predetermined Target specification (target position, target velocity or nominal force, etc.) the endoscope capsule with a corre sponding, from the force measurement data compared to the endoscope capsule derived position or force and based on the comparison, a guiding magnetic field is adjusted.
Speziell kann die im kapselfesten Koordinatensystem gemessene Magnetkraft direkt mit der Soll-Kraft der Handvorgabe der Bedieneinheit verglichen und so das Magnetsystem gesteuert bzw. geregelt werden.specially may be the magnetic force measured in the capsule-fixed coordinate system directly compared with the target force of the manual setting of the operating unit and so the magnet system can be controlled.
Die Aufgabe wird auch gelöst mittels eines Kapselendoskopsystems mit einem Führungsmagnetsystem zur Führung der Endoskopkapsel, einem Empfänger für die Kraftmessdaten der Endoskopkapsel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einer Bedienungseinheit zur Vorgabe einer Kapselbewegung und einer Führungsmagnet-Steuereinheit, wobei der Führungsmagnet-Steuereinheit dazu eingerichtet ist, eine von der Bedienungseinheit vorgegebene Soll-Lage der Endoskopkapsel mit einer entsprechenden aus den Kraftmessdaten von der Endoskopkapsel abgeleiteten Lage der Endoskopkapsel zu vergleichen und auf der Grundlage des Vergleichs ein vom Führungsmagnetsystem erzeugtes Magnetfeld anzupassen.The Task is also solved by means of a capsule endoscope system with a guide magnet system for guiding the Endoscope capsule, a receiver for the force measurement data the endoscope capsule according to one of the preceding claims, a Operating unit for specifying a capsule movement and a guide magnet control unit, wherein the guide magnet control unit is set up to a predetermined by the operating unit target position of the endoscope capsule with a corresponding one of the force measurement data from the endoscope capsule to compare the derived position of the endoscope capsule and on the Basis of comparison generated by the guide magnet system Adapt the magnetic field.
Speziell kann ein Regler des Magnetsystems eine Beobachtungseinheit für die Feststellung der Kapselausrichtung (und ggf. auch die Kapsel-Schwerpunktsposition) im Koordinatensystem des Magnetsystems enthalten, wobei die Beobachtungseinheit auf die Kapselausrichtung (und ggf. die Kapselschwerpunktsposition) aus den zeitlichen Verläufen der gemessenen Magnetkraft (bzw. Magnetkraftrichtung) und der Soll-Eingangsgrößen des Magnetsystems rückschließt.specially For example, a controller of the magnet system may be an observation unit for determination of the capsule orientation (and possibly also the capsule center of gravity position) contained in the coordinate system of the magnet system, wherein the observation unit on the capsule orientation (and possibly the capsule center of gravity position) from the time courses of the measured magnetic force (or magnetic force direction) and the desired input variables of the magnet system.
Eine Ermittlung der aktuellen Kapselausrichtung bzw. -lage (nicht der absoluten Position) im Koordinatensystem des Führungsmagnetsystems, damit in diesem Koordinatensystem klar ist, was z. B. „vorwärts fahren" oder „links schwenken" bedeutet, kann beispielsweise so durchgeführt werden, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt durch das Führungsmagnetsystem ein Magnetfeld mit am Ort der Endoskopkapsel definierter Richtung angelegt wird. Aus der Kraftantwort der Endoskopkapsel lässt sich dann die Lage relativ zum angelegten Magnetfeld bestimmen. Vorzugsweise wird diese Lagebestimmung vor einer Benutzung durchgeführt ("Initialisierung"). Zur präzisen Steuerung ist es besonders vorteilhaft, wenn diese Lagebestimmung in vorbestimmten Abständen wiederholt wird, um beispielsweise den Einfluss eines Driftens oder unbekannter Parameter bzw. Einflussfaktoren auf die Kapselbewegung, wie z. B. Reibkräfte, zu reduzieren.A Determination of the current capsule orientation or position (not the absolute position) in the coordinate system of the guide magnet system, so that in this coordinate system is clear what z. B. "forward driving "or" turning left "means, for example be done so that at some point through the guide magnet system a magnetic field with in place the endoscope capsule defined direction is applied. From the force response The endoscope capsule then allows the position relative to determine applied magnetic field. Preferably, this orientation before use ("initialization"). To be precise Control, it is particularly advantageous if this orientation is repeated at predetermined intervals, for example the influence of a drift or unknown parameters or influencing factors on the capsule movement, such. As friction forces to reduce.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch genauer beschrieben.in the The invention is based on an embodiment described in more detail schematically.
Im
Gehäuse
Der
Permanentmagnet
An
den anderen Seiten, nämlich der hinteren Stirnseite
Ferner
sind zwei weitere Drucksensoren (ohne Abb.) seitlich am Permanentmagneten
Ein
vorderer Raum
Ein
hinterer Raum
Alternativ
oder zusätzlich kann der Permanentmagnet mittels einer
oder mehrerer Federn beweglich in dem Raum gelagert werden, z. B.
mittels einer zwischen der hinteren Stirnseite
Statt der Druck/Kraft-Wandler sind alternativ oder zusätzlich sämtliche andere, dem Fachmann zugängigen Kraftaufnehmer zur Verwendung geeignet, z. B. Dehnungsmessstreifen.Instead of the pressure / force converters are alternative or additional all other, accessible to the expert force transducer suitable for use, for. B. strain gauges.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.Of course the present invention is not limited to the embodiment shown limited.
Als
zentrale Steuereinheit dient eine Führungsmagnet-Steuereinheit
Mittels
der Steuereinheit
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.Of course the present invention is not limited to the embodiment shown limited.
Anstatt des hochremanenten Permanentmagneten kann z. B. eine stromdurchflossene Spule verwendet werden, auch wenn dies im Regelfall aber nicht vorteilhaft ist, weil – abgesehen vom Energieverbrauch – das Verhältnis zwischen magnetischem Di polmoment und Gewicht bei einem Elektromagneten schlechter ist.Instead of the highly remanent permanent magnet can, for. B. a current-carrying Coil may be used, although this is not usually beneficial is because - apart from energy consumption - that Relationship between magnetic torque and weight worse with an electromagnet.
Ein Magnetsystem aus mechanisch beweglichen Elektromagneten ist beispielsweise ebenfalls denkbar.One Magnetic system of mechanically movable electromagnets, for example also conceivable.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - WO 2005/120345 A2 [0003] WO 2005/120345 A2 [0003]
- - WO 2005/120345 [0003] WO 2005/120345 [0003]
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Effective date: 20110502 |