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Die
Erfindung betrifft eine medizinische Vorrichtung zur Durchführung von
Kapselendoskopie sowie einen entsprechenden Empfänger zur Verwendung in einer
solchen medizinischen Vorrichtung.
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Kapselendoskopie
wird heutzutage zur Untersuchung der inneren Organe eines Patienten,
insbesondere zur Diagnostik von Erkrankungen im Magen-Darm-Trakt
eingesetzt. Dabei wird eine Kapsel in den Patientenkörper positioniert,
beispielsweise indem der Patient die Kapsel schluckt oder die Kapsel rektal
eingeführt
wird. Die Kapsel umfasst eine Aufnahme-Einheit, insbesondere in
der Form einer Kamera, zur Aufnahme von Bildern von inneren Organen
des Patienten sowie ein Sendemodul, mit dem Signale drahtlos ausgesendet
werden, wobei die Signale die mit der Aufnahme-Einheit aufgenommenen Bilder
enthalten. Die drahtlos ausgesendeten Bilder werden von einem Empfänger außerhalb
des Patientenkörpers
drahtlos empfangen und entsprechend weiterverarbeitet, um aus den
empfangenen Signalen die enthaltenen Bilder zu extrahieren bzw.
zu rekonstruieren.
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Üblicherweise
bewegt sich die Kapsel bei der Kapselendoskopie passiv aufgrund
von Peristaltik durch den Körper.
Es gibt jedoch mittlerweile auch Vorrichtungen zur magnetisch geführten Kapselendoskopie,
welche insbesondere zur Krebsdiagnostik im Bereich der Speiseröhre, des
Magens, des Duodenums sowie des Dickdarms eingesetzt werden. Bei
dieser Art von Endoskopie bewegt sich die Kapsel nicht mehr passiv
im Körper
des Patienten, sondern die Kapsel ist magnetisch und wird durch
ein äußeres Magnetfeld
gesteuert. Die Steuerung kann dabei durch einen Führungsmagneten
erfolgen, der unter dem Patiententisch positioniert ist, auf dem
der zu untersuchende Patient liegt (siehe beispielsweise Dokument
[1]). Ebenso besteht die Mög lichkeit
der Verwendung eines Spulensystems zur Erzeugung des externen Magnetfelds,
wobei eine Ausführungsform
eines solchen Spulensystems beispielsweise in der Druckschrift [2]
beschrieben ist.
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Die
Sendemodule der bei der Kapselendoskopie verwendeten Kapseln weisen
eine geringe Leistung auf und die Dämpfung der Signale bei Durchlaufen
des menschlichen Körpers
ist sehr hoch. Um mit den derzeit verwendeten Antennen eines entsprechenden
Empfängers
die drahtlos ausgesendeten Signale empfangen zu können, müssen die Antennen
direkt auf die Haut des Patienten positioniert werden. Auf diese
Weise wird zwar der Empfang der Signale ermöglicht, jedoch wird bei der
Untersuchung zusätzlich
Zeit für
die Vorbereitung des Patienten, d. h. die Anbringung der Antennen
auf seiner Haut, benötigt.
Darüber
hinaus ist diese Vorbereitung mit Unannehmlichkeiten für den Patienten
verbunden, da dieser seine Kleidung ablegen muss. Ferner wird medizinisches
Personal zum Reinigen bzw. Ersetzen der Antennen benötigt. Hierdurch
wird der Aufwand der Untersuchung erhöht und der Patientenkomfort
sowie die Akzeptanz des Untersuchungsverfahrens vermindert. Insbesondere
wird auch der Patientendurchsatz der medizinischen Endoskopie-Vorrichtung
verringert, da sich der Patient vor jeder Untersuchung zunächst entkleiden
muss und medizinisches Personal die Antennen auf seiner Haut anbringen
muss.
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Aufgabe
der Erfindung ist es deshalb, eine medizinische Vorrichtung sowie
einen entsprechenden Empfänger
für eine
solche Vorrichtung zu schaffen, welche einen verbesserten Empfang
der drahtlos aus dem Körper
des Patienten übermittelten
Bilder ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 bzw. den
Empfänger
gemäß Patentanspruch
19 gelöst.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
umfasst eine in den Körper
eines Patienten positionierbare Kapsel mit einem Sendemodul zum
drahtlosen Aussenden von Signalen mit einer Betriebsfrequenz. Es ist
darüber
hinaus ein im Betrieb der Vorrichtung außerhalb des Körpers des
Patienten angeordneter Empfänger
vorgesehen, mit dem drahtlos die durch das Sendemodul ausgesendeten
Signale empfangen werden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zeichnet sich dadurch aus, dass der Empfänger eine oder mehrere magnetische
Loop-Antennen aufweist,
wobei eine jeweilige Loop-Antenne zumindest eine Schleife aus über eine
oder mehrere Kapazitäten
gekoppelten Leiterstücken
umfasst und wobei bei der Verwendung von mehreren Loop-Antennen
diese Antennen bei der Betriebsfrequenz voneinander entkoppelt sind.
Unter Entkopplung ist hierbei eine Signalentkopplung derart zu verstehen,
dass bei der Betriebsfrequenz der Empfang einer Antenne nicht durch
magnetische bzw. elektrische bzw. elektromagnetische Felder der
anderen Antenne gestört
wird. Zur Signalentkopplung können
verschiedene Maßnahmen
durchgeführt
werden, insbesondere können die
Antennen mit Hilfe eines Vorverstärkers bzw. durch entsprechende
geometrische Anordnung der Antennen voneinander entkoppelt werden.
In dem Dokument [3] sind Loop-Antennen mit gegenseitiger Entkopplung
beschrieben, welche zum Empfang von Signalen in der Magnetresonanztomographie
verwendet werden. Der Aufbau der dort beschriebenen Loop-Antennen
kann auch für
den Empfang von Signalen in der Kapselendoskopie eingesetzt werden. Der
gesamte Offenbarungsgehalt dieses Dokuments wird deshalb durch Verweis
zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht.
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Die
in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten
Loop-Antennen umfassen
vorzugsweise jeweils einen Vorverstärker, der mit der zumindest einen
Schleife einer jeweiligen Loop-Antenne
verbunden ist. Dieser Vorverstärker
kann gegebenenfalls zu der oben erwähnten Entkopplung der Antennen
untereinander eingesetzt werden.
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In
einer besonders bevorzugten Variante ist der Vorverstärker an
eine Kapazität
der zumindest einen Schleife mittels Impedanzanpassung gekoppelt, so
dass eine optimale Quellimpedanz am Vorverstärker anliegt. Jeder Vorverstärker hat
dabei eine bekannte, optimale Quellimpedanz, welche vom jeweiligen
Aufbau des Vorverstärkers
abhängt
und welche das Signal-zu-Rausch-Verhältnis maximiert.
Oftmals ist die optimale Quellimpedanz reellwertig ohne Reaktanzanteil
und hat einen Wert von 50 Ω.
Der Vorverstärker
ist dabei vorzugsweise über
ein Impedanz-Element an eine Kapazität der jeweiligen Schleife derart
gekoppelt, dass der Vorverstärker
zusammen mit der Kapazität
und dem Impedanz-Element einen Parallelschwingkreis mit einer Resonanzfrequenz
von im Wesentlichen der Betriebsfrequenz bildet, mit der die Signale
des Sendemoduls der Kapsel empfangen werden. Das Impedanz-Element
kann dabei eine entsprechende Induktivität in der Form einer Spule und/oder
eine entsprechende Kapazität
in der Form eines Kondensators darstellen.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird ein Vorverstärker
verwendet, dessen ohmscher Widerstand kleiner als 10 Ohm, insbesondere
kleiner als 5 Ohm, und besonders bevorzugt kleiner als 3 Ohm ist.
Wird ein derartig niederohmiger Vorverstärker mit der vorangegangenen
Ausführungsform
kombiniert, bei der ein Parallelschwingkreis bei der Resonanzfrequenz
erzeugt wird, erhält
man die bereits oben erwähnte
Vorverstärker-Entkopplung,
denn durch den Parallelschwingkreis wird bei Empfang der Signale
mit der Resonanzfrequenz ein Stromfluss durch die Schleife verhindert,
so dass die Schleife kein magnetisches Feld erzeugt, welches in
die Schleifen von anderen Loop-Antennen einkoppeln kann.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist der Vorverstärker über ein
Kabel, insbesondere ein Koaxialkabel, an eine Verarbeitungseinheit
zum Verarbeiten der empfangenen Signale gekoppelt. Diese Verarbeitungseinheit übernimmt
insbesondere auch die Funktion, aus den empfangenen Signalen die
aufgenommenen Bilder zu extrahieren.
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Die
Verarbeitungseinheit kann in einer Variante beispielsweise tragbar
ausgestaltet sein, so dass sie vom Patienten mitgenommen werden
kann. Hierdurch können über einen
längeren
Zeitraum auch ohne ärztliche Überwachung
Bilder der inneren Organe des Patienten aufgezeichnet werden. Diese Bilder
werden in einem entsprechenden Speicher der Verarbeitungseinheit
abgelegt und können
später
auf eine stationäre
Arbeitsstation übertragen
werden und von dem Arzt zur Diagnose ausgewertet werden.
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In
einer weiteren Variante der Erfindung ist die zumindest eine Schleife
einer jeweiligen Loop-Antenne eine kreisförmige bzw. quadratische Schleife,
welche einen Durchmesser von im Wesentlichen zwischen 3 cm und 50
cm aufweist, insbesondere zwischen 8 cm und 25 cm und besonders
bevorzugt von 9 cm. Der Durchmesser einer quadratischen Schleife
ist dabei durch den Abstand der parallelen Seiten des Quadrats gegeben.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Anzahl der Kapazitäten, über welche
die Leiterstücke
der zumindest einen Schleife einer jeweiligen Loop-Antenne miteinander
gekoppelt sind, derart groß,
dass die Leiterstücke
jeweils eine Länge aufweisen,
welche 10% oder weniger der Wellenlänge der Betriebsfrequenz entspricht,
insbesondere 20% oder weniger der Wellenlänge der Betriebsfrequenz. Hierdurch
wird ein guter Empfang der Signale bei der Betriebsfrequenz sichergestellt.
Die zumindest eine Schleife einer jeweiligen Loop-Antenne umfasst dabei
vorzugsweise acht oder mehr Kapazitäten, insbesondere zehn oder
mehr Kapazitäten.
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Vorzugsweise
liegen die Werte der Kapazitäten
der zumindest einen Schleife einer jeweiligen Loop-Antenne jeweils
in einem Bereich von 1 bis 500 Pikofarad, insbesondere zwischen
10 und 100 Pikofarad.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung
eine größere Anzahl
an Loop-Antennen,
um somit einen großen
Bereich des Körpers
des Pati enten zum Signalempfang abzudecken. Insbesondere sind 10
bis 150 Loop-Antennen, vorzugsweise 20 bis 70 Loop-Antennen und
besonders bevorzugt 20 bis 40 Loop-Antennen vorgesehen. Vorzugsweise
sind die Schleifen der Loop-Antennen dabei in einem Array angeordnet,
welches in der Umgebung des Körpers des
Patienten, insbesondere ohne Hautkontakt mit dem Patienten, positionierbar
ist.
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Zur
Entkopplung von mehreren Loop-Antennen kann in einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung auch eine geometrische Entkopplung verwendet werden,
bei der benachbarte Loop-Antennen derart
zueinander angeordnet sind, dass die zumindest eine Schleife einer
Loop-Antenne mit der zumindest einen Schleife der anderen Loop-Antenne überlappt.
Für eine
kreisförmige
Loop-Antenne ist die Überlappung
vorzugweise derart groß,
dass die Strecke zwischen den Mittelpunkten der beiden Kreise 75%
des Durchmessers der Schleife beträgt. Bei einer quadratischen
Schleife beträgt
der Abstand der Mittelpunkte der Quadrate vorzugsweise 90% des Durchmessers
der Quadrate (d. h. des Abstands der parallelen Seiten der Quadrate).
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Die
erfindungsgemäßen Loop-Antennen können aufgrund
ihrer besseren Empfangseigenschaften auch ohne Hautkontakt mit dem
Patienten verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Loop-Antennen dabei in einer auf und/oder unter und/oder
um den Patienten angeordneten Platte oder Schale enthalten, welche
gegebenenfalls flexibel ist. Ebenso können die Loop-Antennen in einem
Patiententisch integriert sein, auf dem der Patient bei der Kapselendoskopie
positioniert ist.
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Als
Betriebsfrequenz, mit der das Sendemodul der Kapsel Bilder aussendet,
wird vorzugsweise eine lizenzfreie Frequenz in einem sog. ISM-Band (ISM
= Industrial Scientific Medical) verwendet, insbesondere eine Betriebsfrequenz
im 433 MHz-ISM-Band.
Dieses Band reicht von 433,05 bis 434,79 MHz.
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In
einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
weist die Kapsel eine Aufnahme-Einheit
zur Aufnahme von Bildern von inneren Organen des Patienten auf.
Die Bilder bzw. die entsprechenden Bilddaten sind mit den Signalen
des Sendemoduls an den Empfänger übertragbar,
wobei der Empfänger
zur Extraktion der in den Signalen enthaltenen Bilder ausgebildet
ist. Das heißt,
der Empfänger
ist derart ausgestaltet, dass er die spezifischen, von der Kapsel
der Vorrichtung aufgenommenen und ausgesendeten Bilder rekonstruieren
und beispielsweise in einem entsprechenden Format in einem Speicher
ablegen kann. Der Empfänger
der Vorrichtung umfasst ferner eine Anzeigeeinheit, auf der die
extrahierten Bilder angezeigt werden können. Diese Anzeigeeinheit
kann gegebenenfalls auch in einem tragbaren Empfänger integriert sein, um hierdurch
in Echtzeit die Position der Kapsel im Körperinneren festzustellen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann auch eine Vorrichtung zur magnetisch geführten Kapselendoskopie sein.
Dabei ist die Kapsel magnetisch und mit der Vorrichtung ist ein
Magnetfeld im Körper des
Patienten erzeugbar, mit dem die magnetische Kapsel im Körper geführt, d.
h. gezielt verschoben und gedreht werden kann. Das Magnetfeld der
Vorrichtung kann beispielsweise durch einen verschiebbaren Magneten
(z. B. einem Permanentmagneten) oder durch ein fest im Raum installiertes
Spulensystem oder durch ein Spulensystem mit festen und beweglichen
Spulen erzeugt werden. Die erfindungsgemäßen Loop-Antennen können dabei beispielsweise an
dem verschiebbaren Magneten oder den Spulen des Spulensystems der
Vorrichtung angeordnet sein.
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Neben
der oben beschriebenen Vorrichtung umfasst die Erfindung auch einen
Empfänger
zur Verwendung in einer solchen Vorrichtung. Mit einem solchen Empfänger sind
die durch ein Sendemodul einer Kapsel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgesendeten
Signale empfangbar. Der Empfänger zeichnet
sich dadurch aus, dass er eine oder mehrere magnetische Loop-Antennen aufweist,
wobei eine jeweilige Loop-Antenne eine Schleife aus über eine oder
mehrere Kapazitäten
gekoppelten Leitungsstücken
umfasst und wobei die Loop-Antennen bei der Betriebsfrequenz voneinander
entkoppelt sind. Dieser Empfänger
kann insbesondere auch diejenigen, im Vorangegangenen beschriebenen
Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung
enthalten, die sich auf eine Eigenschaft des Empfängers beziehen.
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Die
Kapsel ist mit einer Aufnahme-Einheit zur Aufnahme von Bildern von
inneren Organen des Patienten ausgestattet, welche Bilder mit den
Signalen des Sendemoduls an den Empfänger übertragbar sind. Vorzugsweise
ist der Empfänger
zur Extraktion der in den Signalen enthaltenen Bilder ausgebildet und
umfasst eine Anzeigeeinheit zur Anzeige der empfangenen Bilder.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren
detailliert beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Empfängers in einer Vorrichtung
zur Kapselendoskopie gemäß dem Stand
der Technik;
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2 eine
schematische Darstellung eines Empfängers in einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Kapselendoskopie; und
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3 eine
Detaildarstellung der in 2 eingesetzten Vorverstärker-Entkopplung.
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Die
nachfolgend beschriebenen Empfänger werden
in einer Vorrichtung zur Kapselendoskopie eingesetzt, bei der eine
im Körper
eines Patienten positionierte endoskopische Kapsel (auch als Endokapsel
bezeichnet) Bilder von inneren Organen des Patienten mit Hilfe einer
Kamera aufnimmt und die Bilder bzw. die entsprechenden Bilddaten über ein Sendemodul
draht los aussendet. Alternativ oder zusätzlich zu den Bilddaten können ggf.
auch andere Daten vom Sendemodul der Kapsel an den Empfänger übertragen
werden. Bspw. kann die Kapsel mit Sensoren zur Messung chemischer
oder physikalischer Parameter ausgestattet sein. Aufgenommene Sensordaten
könnten
in einem solchen Fall vom Sendemodul drahtlos übertragen werden. Diese Endokapsel
wird beispielsweise durch den Patienten verschluckt bzw. rektal
eingeführt.
Hauptanwendungsbereiche sind die Untersuchung des Verdauungstrakts
von Patienten. Das Sendemodul der Kapsel arbeitet vorzugsweise in
einem lizenzfreien Frequenzbereich, insbesondere in einem ISM-Band.
Beispielsweise wird eine Betriebsfrequenz im 433 MHz-ISM-Band verwendet.
Die Sendeleistung des Sendemoduls der Kapsel ist aufgrund der geringen Abmessung
der Kapsel begrenzt, denn es können
in die Kapsel nur kleine Batterien mit entsprechend geringer Leistung
für den
Betrieb der Kamera und des Sendemoduls verwendet werden. Die von
dem Sendemodul ausgesendeten Signale werden außerhalb des Körpers des
Patienten von entsprechenden Empfangsantennen empfangen. Gemäß dem Stand der
Technik werden als Empfangsantennen gefaltete Dipol-Antennen eingesetzt,
welche direkt auf der Haut des Patienten befestigt (beispielsweise
aufgeklebt) werden, um auf diese Weise die Antennen möglichst
dicht an die Kapsel im Patientenkörper zu positionieren und hierdurch
die Signaldämpfung
zu minimieren.
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1 zeigt
eine gefaltete Dipol-Antenne 1 mit entsprechenden Empfangskomponenten
gemäß dem Stand
der Technik. Die Antenne umfasst einen gefalteten λ/2-Dipol,
wobei λ der
Wellenlänge
der Betriebsfrequenz des Sendemoduls der Kapsel entspricht. An den
Dipol schließt
sich ein Balun 2 (d. h. eine Symmetrierung) an, welche
schließlich
mit einem Koaxialkabel 3 verbunden ist, das in eine entsprechende
Verarbeitungseinheit 3' zum
Weiterverarbeiten der empfangenen Signale endet. Diese Verarbeitungseinheit
wird oftmals auch als der eigentliche Empfänger bezeichnet. Die Verarbeitungseinheit kann
beispielsweise ein durch den Patienten tragbares Gerät sein,
auf dem die durch die Kapsel aufgenommenen Bilder während des Wanderns
der Kapsel durch den Magen-Darm-Trakt des Patienten gespeichert
werden. Auf diese können
endoskopische Untersuchungen über
einen längeren
Zeitraum während
des normalen Alltags des Patienten durchgeführt werden. Die aufgezeichneten
Daten können nach
Abschluss der Untersuchung von der Verarbeitungseinheit auf eine
stationäre
Arbeitsstation übertragen
werden. Auf der Arbeitsstation können
die Bilder dann gegebenenfalls weiteren Verarbeitungen unterzogen
werden und zur Durchführung
der Diagnostik durch einen Arzt betrachtet und analysiert werden.
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Anstatt
des oben beschriebenen Anwendungsbereichs einer Kapselendoskopie,
bei der sich die Endokapsel ohne weitere Krafteinwirkung von außen aufgrund
der Peristaltik im Patientenkörper
bis zu deren rektaler Ausscheidung bewegt, kann die nachfolgend
beschriebene Erfindung jedoch auch im Bereich der magnetisch geführten Kapselendoskopie (englisch:
MGCE = Magnetically Guided Capsule Endoscopy) eingesetzt werden,
bei der die Kapsel magnetisch ist und durch Einwirkung eines Magnetfelds von
außen,
beispielsweise mit Hilfe eines Permanentmagneten oder eines Spulensystems,
im Patientenkörper
geeignet bewegt bzw. orientiert wird, um hierdurch Bilder von bestimmten
Bereichen der Organe des Patienten mittels der Kamera der Endokapsel
aufzunehmen.
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Die
gefalteten Dipol-Antennen gemäß 1 weisen
den Nachteil auf, dass aufgrund der geringen Signalstärke der
vom Sendemodul empfangenen Signale sowie das durch die Empfangsanordnung
verstärkte
Signal-zu-Rausch-Verhältnis
ein ausreichend guter Empfang der Bilder aus der Kapsel nur dann
erreicht werden kann, wenn die Dipole direkt mit Hautkontakt auf
dem Patienten im Bereich der Position der Kapsel im Patientenkörper angeordnet
werden. Es wird somit Zeit für
die Vorbereitung des Patienten zur Untersuchung benötigt, und
die Anbringung der Antennen auf der Haut ist für das medizinische Personal
mit Aufwand verbunden.
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Gemäß den nachfolgend
beschriebenen Ausführungsformen
der Erfindung werden zum Empfang der Signale des Sendemoduls der
Kapsel anstatt von gefalteten Dipolen sog. magnetische Loop-Antennen verwendet,
deren Aufbau an sich bekannt ist und welche beispielsweise in der
Magnetresonanztomographie zum Empfang der elektromagnetischen Messsignale
verwendet werden. Mit solchen magnetischen Loop-Antennen können sehr schwache
Signale außerhalb
des menschlichen Körpers
detektiert werden. Beim Einsatz solcher magnetischer Loop-Antennen
in der Kapselendoskopie kann dabei auf eine Positionierung der Antennen
mit Hautkontakt auf dem Patienten verzichtet werden. Vielmehr können die
Antennen auch in größerem Abstand
vom Patienten, beispielsweise auf dessen Kleidung, zur Durchführung der
Untersuchung angeordnet werden.
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Vorzugsweise
wird bei der Durchführung
der endoskopischen Untersuchung eine größere Anzahl von Loop-Antennen
eingesetzt, um hierdurch auch einen größeren Empfangsbereich in Bezug
auf den Patientenkörper
abzudecken. Um eine Störung
der einzelnen magnetischen Loop-Antennen untereinander zu vermeiden,
sind die Antennen dabei durch eine Vorverstärker-Entkopplung bzw. eine
geometrische Entkopplung voneinander entkoppelt. Das Prinzip dieser
Entkopplung ist an sich bekannt und in der Druckschrift [3] detailliert
für bei
der Magnetresonanztomographie verwendete Loop-Antennen beschrieben.
Die Signalfrequenzen, welche bei der Magnetresonanztomographie auftreten,
liegen typischerweise in einem Bereich von 40 bis 300 MHz. Das heißt, die
Größenordnung
dieser Frequenzen entspricht auch den durch eine Endokapsel ausgesendeten
Frequenzen, welche – wie
oben erwähnt – bei z.
B. 433 MHz liegen.
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2 zeigt
eine Anordnung zum drahtlosen Empfang der Signale von einer Endokapsel
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung. Wie bereits oben erwähnt, werden zum Empfang Loop-Antennen
verwendet. Eine Ausführungsform einer
solchen Loop-Antenne ist in 2 gezeigt.
Die Antenne umfasst eine einzelne Schleife 4, welche einzelne
Leiterstücke 401 beinhaltet,
wobei benachbarte Leiterstücke
durch entsprechen de Kapazitäten in
der Form von Kondensatoren C1 bis C4 miteinander gekoppelt sind.
Die Darstellung der Schleife ist dabei lediglich schematisch, und
bei der Verwendung einer derartigen Loop-Antenne in der Kapselendoskopie
sind in der Regel mehr als vier Leiterstücke und entsprechende Kapazitäten vorgesehen.
Um die Funktion der Loop-Antenne sicherzustellen, muss insbesondere
darauf geachtet werden, dass die Länge der einzelnen Leiterstücke 401 wesentlich
kleiner als die Wellenlänge
der Betriebsfrequenz der empfangenen Signale gewählt ist, insbesondere sollte
die Länge
höchstens
10% der Wellenlänge
der Betriebsfrequenz betragen. Die einzelnen Kapazitäten der Kondensatoren
C1 bis C4 liegen vorzugsweise im Bereich von 1 bis 100 Pikofarad,
wobei die Kapazitäten
für die
einzelnen Kondensatoren unterschiedlich gewählt werden können.
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Um
ein Signal mit einem möglichst
guten Signal-zu-Rausch-Verhältnis durch
die Loop-Antenne zu empfangen, wird in der Ausführungsform der 2 ein
rauschangepasster Vorverstärker 5 eingesetzt,
der das Signal über
den Kondensator C1 abgreift. Dabei ist zwischen Vorverstärker 5 und
Kondensator C1 ein weiteres Impedanz-Element 9 mit einer
vorbestimmten Reaktanz vorgesehen, mit dem unter anderem eine Impedanzanpassung
erreicht wird, so dass die vom Vorverstärker 5 in Richtung
zur Schleife 4 gesehene Quellimpedanz optimal an den Vorverstärker zur
Vermeidung von Verlusten angepasst ist. Als weiteres Impedanz-Element
kann ein weiterer Kondensator und/oder eine entsprechende Induktivität in der
Form einer Spule verwendet werden, wobei der Induktivitätswert der
Spule beispielsweise im Bereich von einigen Nanohenry liegt. Der optimale
Quellimpedanzwert kann beispielsweise eine reellwertige Impedanz
von 50 Ω sein.
Der Realteil der Impedanz des Vorverstärkers 5, d. h. der Ohmsche
Widerstand dieses Vorverstärkers,
ist dabei sehr klein gewählt,
wodurch eine Entkopplung von magnetischen Loop-Antennen untereinander
erreicht wird. Diese Entkopplung wird noch näher in Bezug auf 3 erläutert.
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An
den Vorverstärker 5 schließt sich
ein Balun/Symmetrierglied 6 an, welches die empfangenen Signale
schließlich
einem Koaxialkabel 7 zuführt, mit dem die Signale analog
zu 1 zu einer Verarbeitungseinheit gelangen, welche
in 2 mit dem Bezugszeichen 8 bezeichnet
ist. Durch die Verwendung des Vorverstärkers 5 zwischen der
Antennenschleife 4 und dem Kabel 7 kann ein höheres Signal-zu-Rausch-Verhältnis auch
bei der Verwendung von dünnen,
flexiblen Koaxialkabeln erreicht werden. Der Vorverstärker reduziert
dabei den Einfluss der Kabel und des Empfängerrauschens mit Hilfe seines Leistungsgewinns,
der beispielsweise bei 1000 liegt.
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3 zeigt
eine Detailansicht der Kombination aus Schleife 4 und Vorverstärker 5 gemäß der Ausführungsform
der 2. In 3 ist die Recktanz des Impedanz-Elements 9 als
IX wiedergegeben. Die Recktanz wird dabei derart gewählt, dass gesehen
vom Kondensator C1 eine Induktivität L anliegt, für die gilt: L = 1/(ω2C)
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Dabei
ist ω die
der Betriebsfrequenz der empfangenen Signale entsprechende Winkelfrequenz,
und C ist der Kapazitätswert
des Kondensators C1. Durch geeignete Wahl der Recktanz des Impedanz-Elements 9 wird
somit ein Parallelschwingkreis mit der Resonanzfrequenz bei der
Betriebsfrequenz geschaffen, wobei durch den geringen Ohmschen Widerstand
des Vorverstärkers
bei Empfang von Signalen mit der Betriebsfrequenz Stromfluss durch
die Schleife 4 verhindert wird. Somit wird durch die Schleife
kein magnetisches Feld erzeugt, welches in benachbarte Schleifen
von anderen Loop-Antennen einkoppeln kann. Auf diese Weise wird
durch die obige Ausführungsform
eine Vorverstärker-Entkopplung
der verwendeten Loop-Antennen erreicht.
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Neben
einer Vorverstärker-Entkopplung
wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ferner
eine geomet rische Entkopplung der Signale von benachbarten Loop-Antennen
erreicht. Dies wird dadurch gewährleistet,
dass benachbarte Antennenschleifen überlappend zueinander angeordnet
sind. Werden als Schleifen kreisförmige Schleifen verwendet,
sind die Mittelpunkte der Schleifen voneinander um z. B. 75% ihres
Durchmessers separiert. Sollten demgegenüber quadratische Schleifen
verwendet werden, sind die Mittelpunkte dieser Schleifen beispielsweise
um ungefähr
90% ihres Durchmessers voneinander versetzt. Die genaue Überlappung
zwischen den einzelnen Schleifen hängt von der spezifischen Ausgestaltung
der Schleifen ab und kann empirisch geeignet festgelegt werden.
Die Durchmesser der Schleifen der Loop-Antennen können je
nach Anwendungsfall geeignet variiert werden. Je größer der
Durchmesser ist, umso besser ist die Eindringtiefe, bis zu der Signale
durch die magnetische Loop empfangen werden können. Die Eindringtiefe entspricht
dabei in etwa dem Durchmesser der kreisförmigen bzw. quadratischen Schleife.
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Das
Prinzip des oben beschriebenen Aufbaus der Loop-Antenne ist detailliert
in dem Dokument [3] dargelegt. Alle dort offenbarten Varianten von
verwendbaren Loop-Antennen mit entsprechender geometrischer Entkopplung
bzw. Vorverstärker-Entkopplung können auch
in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
eingesetzt werden. Ebenso zeigt das Dokument [3] den Aufbau einer
Ausführungsform eines
Vorverstärkers,
der gegebenenfalls auch in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt
werden kann.
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Wie
sich aus den obigen Ausführungen
ergibt, kann durch die Verwendung von Empfangs-Frontends aus dem
Bereich der Magnetresonanztomographie ein verbesserter Empfang auch von
Signalen in der Kapselendoskopie erreicht werden. Insbesondere kann
bei der Verwendung von Loop-Antennen zum Signalempfang darauf verzichtet
werden, dass die Antennen unmittelbar mit Hautkontakt am Patienten
angeordnet werden, da aufgrund der guten Empfangseigenschaften von Loop-Antennen
der Empfang der Signale auch bei einem größeren Abstand zum Patienten
bzw. bei Positionierung der Antennen auf der Kleidung des Patien ten
gewährleistet
ist. Insbesondere können
die Loop-Antennen z. B. an einem Führungsmagneten der endoskopischen
Vorrichtung befestigt sein oder in eine oder mehrere starre Platten
oder Schalen integriert sein, die auf bzw. um den Patienten gelegt werden,
wenn der Patient sich auf dem Patiententisch gelegt hat.
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Literaturverzeichnis
-
- [1] US
2007/0221233 A1
- [2] WO 2006/092421
A1
- [3] P. B. Roemer et al.: "The NMR Phased Array", Magnetic
Resonance in Medicine 16, Seiten 192–225, 1990