DE102009023038A1

DE102009023038A1 - Endoskopiekapsel

Info

Publication number: DE102009023038A1
Application number: DE102009023038A
Authority: DE
Inventors: Stefan FÖRTSCH; Rainer Kuth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-05-28
Filing date: 2009-05-28
Publication date: 2010-12-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Endoskopiekapsel (1) mit einem biokompatiblen Gehäuse (2), in dem wenigstens eine Sensoreinrichtung zur Erfassung medizinisch relevanter Daten angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist an der Außenfläche des Gehäuses (2) ein Sensor (3) angeordnet, wobei der Sensor (3) eine erste Elektrode (4) aus einem Edelmetall, das nicht durch Salzsäure angreifbar ist, und eine zweite Elektrode (5) aus Silber umfasst, und wobei zwischen der ersten Elektrode (4) und der zweiten Elektrode (5) für eine vorgebbare Zeit eine elektrische Spannung anlegbar ist und bei vorhandenem Ammoniak zwischen der ersten Elektrode (4) und der zweiten Elektrode (5) eine Änderung einer elektrischen Größe messbar ist. Eine derartige Endoskopiekapsel ermöglicht eine einen Patienten nur gering belastende Untersuchung des Gewebes der Magenschleimhaut auf Helicobacter pylori.

Description

Die Erfindung betrifft eine Endoskopiekapsel mit einem biokompatiblen Gehäuse, in dem wenigstens eine Sensoreinrichtung zur Erfassung medizinisch relevanter Daten angeordnet ist.
Eine häufige Ursache für Beschwerden des oberen Gastrointestinaltraktes ist ein bakterieller Befall seiner Organe. Beispielsweise wird ein Befall mit Helicobacter pylori für eine ganze Reihe von Magenerkrankungen verantwortlich gemacht, die mit einer verstärkten Sekretion von Magensäure einhergehen. Darunter fallen beispielsweise die Typ B-Gastritis, in etwa 75% der Magengeschwüre und beinahe alle Zwölf-Fingerdarm-Geschwüre. Die Untersuchung der Hohlorgane des Gastrointestinaltraktes auf Besiedelung mit Bakterien, insbesondere auf Besiedelung mit Helicobacter pylori ist daher ein wichtiger Bestandteil der Diagnostik von Magenerkrankungen.
Helicobacter pylori wird beispielsweise über einen Atemtest nachgewiesen, bei dem einem Patienten ein C-13 markierter Harnstoff verabreicht wird. Das bei der Spaltung von Harnstoff (CO(NH₂)₂) in Ammoniak (NH₃) und Kohlendioxid (CO₂) entstehende C-13 markierte CO₂ wird in der ausgeatmeten Luft nachgewiesen. Andere Verfahren zum Nachweis von Helicobacter pylori stellen auf typische Blutwerte, wie beispielsweise Pepsinogen oder Gastrin ab. Solche Verfahren sind jedoch aufwendig und wenig zuverlässig. Ein weiterer Test auf Helicobacter pylori ist der Nachweis des Helicobacter pylori-Antigens im Stuhl.
Eine weitere Möglichkeit zur Untersuchung des Magens auf eine Besiedelung mit Helicobacter pylori ist die so genannte Gastroskopie (”Magenspiegelung”). Während einer solchen Untersuchung nimmt der Gastroenterologe mittels einer Biopsie eine Gewebeprobe (Biopsat) aus der Magenschleimhaut, um diese so fort oder zu einem späteren Zeitpunkt auf eine Infektion mit Helicobacter pylori zu untersuchen. Ein bekanntes Untersuchungsverfahren für die Gewebeprobe ist beispielsweise der Helicobacter-Urease-Test (HU-Test, kurz HUT). Das Biopsat wird in ein Testmedium (Messlösung) gegeben, welches aus einer Nährlösung für dieses Bakterium, aus Harnstoff und aus einem Indikator (Lackmus) besteht. Ist das Helicobacter pylori-Bakterium in der Probe enthalten, so spaltet das Bakterium den Harnstoff (CO(NH₂)₂) durch Urease in Ammoniak (NH₃) und Kohlendioxid (CO₂). Das Ammoniak färbt dann den Indikator rot. Das Testergebnis ist nach wenigen Minuten zu erkennen. Der beginnende Farbumschlag von gelb nach rot ist unter ungünstigen Bedingungen nicht eindeutig feststellbar.
Eine Alternative zu einer mittels eines flexiblen Endoskops durchgeführten Gastroskopie besteht in der Verwendung einer so genannten Endoskopiekapsel. Eine derartige Endoskopiekapsel, die auch als Kapselendoskop oder Endokapsel bezeichnet wird, ist als passive Kapsel oder als navigierbare Endokapsel ausgeführt. Eine passive Kapsel bewegt sich aufgrund der Peristaltik durch den Darm des Patienten.
Eine navigierbare Endokapsel ist beispielsweise aus dem Patent mit der Veröffentlichungsnummer DE 101 42 253 C1 sowie aus der korrespondierenden Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer US 2003/0060702 A1 bekannt und wird dort als ”Endoroboter” bzw. ”endo-robot” bezeichnet. Der aus diesen Veröffentlichungen bekannte Endoroboter kann mittels eines Magnetfeldes, das von einem externen (d. h. außerhalb des Patienten angeordneten) Magnetsystem (Spulensystem) erzeugt wird, in einem Hohlorgan (z. B. Magen-Darm-Trakt) eines Patienten navigiert werden. Über ein integriertes System zur Lagekontrolle, das eine Positionsmessung des Endoroboters und eine automatische Regelung des Magnetfeldes bzw. der Spulenströme umfasst, können automatisch Änderungen der Lage des Endoroboters im Hohlorgan des Patienten erkannt und kompensiert werden. Weiterhin kann der Endoroboter gezielt in gewünschte Regionen des Hohlorgans navigiert werden. Diese Art der Kapselendoskopie wird deshalb auch als MGCE (Magnetically Guided Capsule Endoscopy – magnetisch geführte Kapselendoskopie) bezeichnet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Endoskopiekapsel zu schaffen, die eine einen Patienten nur gering belastende Untersuchung des Gewebes der Magenschleimhaut auf Helicobacter Pylori ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Endoskopiekapsel gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Endoskopiekapsel sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Endoskopiekapsel umfasst ein biokompatibles Gehäuse, in dem wenigstens eine Sensoreinrichtung zur Erfassung medizinisch relevanter Daten angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist an der Außenfläche des Gehäuses ein Sensor angeordnet, wobei der Sensor eine erste Elektrode aus einem Edelmetall, das nicht durch Salzsäure angreifbar ist, und eine zweite Elektrode aus Silber umfasst, und wobei zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode für eine vorgebbare Zeit eine elektrische Spannung anlegbar ist und bei vorhandenem Ammoniak zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode eine Änderung einer elektrischen Größe messbar ist.
Die vorgebbare Zeit, für die zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode vom Benutzer eine elektrische Spannung anlegbar ist, kann zwischen null Sekunden und dauernd liegen, wobei die vom Benutzer gewählte elektrische Spannung hierbei null Volt oder höher sein kann. Bei einer Zeit von null Sekunden bzw. einer Spannung von null Volt handelt es sich um eine passive Messung. Bei hiervon abweichenden Werten liegt eine aktive Messung vor.
Die zweite Elektrode (Messelektrode), die bei der Endoskopiekapsel nach Anspruch 1 aus Silber (Ag) besteht, muss durch Salzsäure (HCl) geätzt werden. Dies kann – muss aber nicht – bereits erstmals vor der Auslieferung der Endoskopiekapsel bzw. der zweiten Elektrode erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, dass der Anwender die erstmalige HCl-Ätzung selbst vornimmt. Nach ihrer HCl-Ätzung weist die zweite Elektrode auf ihrer Oberfläche eine Beschichtung aus Silberchlorid (AgCl) auf und ist damit für die Messung zum Nachweis von Helicobacter pylori aktiviert.
Bei der Endoskopiekapsel nach Anspruch 1 kann auf einfache Weise während der Untersuchung unmittelbar im Gastrointestinaltrakt des Patienten und ohne Entnahme einer Gewebeprobe Ammoniak (NH₃) nachgewiesen werden.
Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Endoskopiekapsel eine einfache Steuerung bzw. eine einfache Regelung des Sensors bzw. seiner ersten Elektrode (Referenzelektrode) und/oder seiner zweiten Elektrode (Messelektrode), z. B. durch eine Basislinien-Korrektur. Weiterhin ist nach jeder Untersuchung eine reproduzierbare Regeneration des Sensors, insbesondere der zweiten Elektrode möglich.
Außerdem kann bei der erfindungsgemäßen Endoskopiekapsel die Empfindlichkeit des Sensors bzw. seiner ersten Elektrode und/oder seiner zweiten Elektrode auf einfache Weise eingestellt werden. Die Einstellung der Empfindlichkeit kann vor und während der Untersuchung auf Helicobacter pylori vorgenommen werden.
Gemäß vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Endoskopiekapsel können als elektrische Größen z. B. Potentiale, elektrische Ströme oder elektrische Widerstände bzw. deren Änderungen gemessen werden.
Als Edelmetalle, die nicht durch Salzsäure angegriffen werden und damit für die erste Elektrode (Referenzelektrode) geeignet sind, kommen Platin (Pt) und Gold (Au) in Frage.
Nachdem der Patient die erfindungsgemäße Endoskopiekapsel geschluckt hat, detektiert der Sensor einen in der Magensäure vorhandenen Ammoniak (NH₃). Damit wird ein Befall des Gewebes (Magenschleimhaut) mit Helicobacter pylori in patientenfreundlicher Weise durch den Nachweis von Ammoniak (NH₃) erkannt. Dies erfolgt ohne Biopsie und ist damit für den Patienten deutlich weniger belastend.
Ammoniak wird von den Helicobacter pylori-Bakterien durch eine Spaltung von Harnstoff durch Urease erzeugt, um sich vor der sauren Umgebung des Gastrointestinaltraktes, insbesondere der hohen Salzsäurekonzentration im Magen, zu schützen.
Die zweite Elektrode (Messelektrode), die bei der Endoskopiekapsel nach Anspruch 1 aus Silber (Ag) besteht, muss durch Salzsäure (HCl) geätzt werden. Nach ihrer HCl-Ätzung weist die zweite Elektrode auf ihrer Oberfläche eine Beschichtung aus Silberchlorid (AgCl) auf und ist damit für die Messung zum Nachweis von Helicobacter pylori aktiviert. Der Aktivierung der zweiten Elektrode liegt die folgende chemische Reaktion zugrunde: 2 Ag + 2 HCl → 2 AgCl + 2 H⁺ + 2 e^–
Da Ammoniak (NH₃) unter normalen Umständen in einem Hohlorgan des Gastrointestinaltraktes, wie beispielsweise dem Magen, aufgrund der folgenden Neutralisationsreaktion (Bildung eines Ammonium-Kations durch Protonierung von Ammoniak) NH₃ + H⁺ → NH₄ ⁺ nicht oder nur in sehr geringer Konzentration vorkommt, genügt sein Nachweis als sehr starkes Indiz für das Vorhandensein von Helicobacter pylori. Das Proton (H⁺, Wasserstoffkern) ist Bestandteil der Magensäure.
Die für den Nachweis von Helicobacter pylori entsprechende chemische Reaktion lautet: AgCl + 2 NH₃ → [Ag(NH₃)₂]⁺ + Cl^–
Das Salz AgCl (Silberchlorid) wird durch Ammoniak in den Silber-Diamin-Komplex [Ag(NH₃)₂]⁺ und in Chlor Cl^– aufgespaltet. [Ag(NH₃)₂]⁺ ist als Kation hervorragend in Wasser löslich und wird von der Magensäure aufgenommen. Da zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode erfindungsgemäß für eine vorgebbare Zeit eine elektrische Spannung anlegbar ist, also stromlos gemessen wird, findet kaum Ionenwanderung in der Magensäure statt.
Die zwischen der ersten Elektrode (Referenzelektrode) und der zweiten Elektrode (Messelektrode) gemessene elektrische Größe (Potential, elektrischer Strom, elektrischer Widerstand) wird protokolliert, angezeigt und – falls gewünscht – an eine Auswerteelektronik übermittelt. Durch einen (automatisierten) Vergleich des Messwerts mit vorgegebenen Werten kann ein möglicher Befall der Magenschleimhaut auf Helicobacter pylori zuverlässig angezeigt werden.
Nach Beendigung der Untersuchung werden bei den Elektroden zunächst eine Desinfektion und anschließend eine Spülung mit Spüllösung (Salzsäure oder eine Mischung aus Salzsäure und Harnstoff) vorgenommen. Durch eine Spülung der zweiten Elektrode mit Salzsäure erfolgt bei der zweiten Elektrode eine Regenerierung der Silberchlorid-Schicht. Die vom Ammoniak verursachten Beschädigungen in der Silberchlorid-Schicht der zweiten Elektrode werden dadurch wieder beseitigt. Die erfindungsgemäße Endoskopiekapsel kann somit nach einer eventuell notwendigen Rekalibrierung des Sensors erneut zum Nachweis von Helicobacter pylori eingesetzt werden. Eine Kalibrierung des Sensors kann beispielsweise durch eine Dosierung von synthetischem Ammoniak erfolgen.
Die erfindungsgemäße Endoskopiekapsel erlaubt eine den Patienten nur gering belastende Untersuchung der Magenschleimhaut auf Helicobacter pylori, wobei erst bei einem Verdacht auf Anwesenheit von Helicobacter pylori Gewebeproben entnommen werden. Die Entnahme von Gewebeproben kann von der Endoskopiekapsel vorgenommen werden, falls diese eine Biopsieeinrichtung besitzt.
Im Rahmen der Erfindung kann die Endoskopiekapsel als passive Endoskopiekapsel, die oder als navigierbare Endoskopiekapsel ausgeführt sein. Eine passive Endoskopiekapsel bewegt sich aufgrund der Peristaltik durch den Darm des Patienten, wohingegen bei einer navigierbaren Endoskopiekapsel im Gehäuse wenigstens ein Magnetelement zur Navigation mittels eines von einem externen Magnetsystem erzeugbaren Magnetfeldes angeordnet ist.
Zusätzlich zum erfindungsgemäß vorgesehenen Sensor ist bei einer Ausgestaltung der Endoskopiekapsel im Gehäuse eine Therapievorrichtung zur Verabreichung eines Therapiemittels angeordnet.
Gemäß weiterer vorteilhafter Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Endoskopiekapsel ist in dem Gehäuse wenigstens ein Datenspeicher und/oder wenigstens eine Datenübertragungseinrichtung angeordnet.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden im Folgenden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch auf das erläuterte Ausführungsbeispiel beschränkt zu sein.
Die einzige Figur zeigt eine Endoskopiekapsel 1, wie sie beispielsweise aus der eingangs genannten DE 101 42 253 C1 sowie aus der korrespondierenden US 2003/0060702 A1 bekannt ist, wobei auf deren Offenbarung ausdrücklich Bezug genommen wird.
Die Endoskopiekapsel 1 (Kapselendoskop, Endoroboter) umfasst ein ellipsoidförmiges Gehäuse 2, weist also an beiden Enden jeweils eine Kapselspritze auf. In dem Gehäuse 2, das aus ei nem biokompatiblen Material besteht, ist wenigstens eine in der Zeichnung nicht dargestellte Sensoreinrichtung zur Erfassung medizinisch relevanter Daten angeordnet.
Erfindungsgemäß ist an der Außenfläche des Gehäuses 2 ein Sensor 3 angeordnet, der Bestandteil der Sensoreinrichtung ist.
Der Sensor 3 umfasst eine erste Elektrode 4 (Referenzelektrode) aus einem Edelmetall, das nicht durch Salzsäure angreifbar ist, und eine zweite Elektrode 5 (Messelektrode) aus Silber (Ag).
Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Endoskopiekapsel 1 sind die erste Elektrode 4 und die zweite Elektrode 5 im Bereich einer Kapselspitze 6 in einem konstanten Abstand zueinander angeordnet.
Zwischen der ersten Elektrode 4 und der zweiten Elektrode 5 ist für eine vorgebbare Zeit eine elektrische Spannung anlegbar, wodurch bei vorhandenem Ammoniak zwischen der ersten Elektrode 4 und der zweiten Elektrode 5 eine Änderung einer elektrischen Größe, z. B. Potential, elektrischer Strom oder elektrischer Widerstand, messbar ist.
Als Edelmetalle, die nicht durch Salzsäure angegriffen werden und damit für die erste Elektrode 4 geeignet sind, kommen Platin (Pt) und Gold (Au) in Frage.
Im Rahmen der Erfindung sind alternativ oder zusätzlich auch andere Anordnungen des Sensors 3 bzw. der ersten Elektrode 4 und/oder der zweiten Elektrode 5 möglich. So kann z. B. die erste Elektroden 4 an der einen Kapselspitze und die zweite Elektrode 5 an der anderen Kapselspritze angeordnet sein. Als weitere Variante ist auch eine Anordnung der beiden Elektroden 4 und 5 im Umfangsbereich des Gehäuses 2 der Endoskopiekapsel 1 realisierbar
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10142253 C1 [0006, 0030]
- US 2003/0060702 A2 [0006]
- US 2003/0060702 A1 [0030]

Claims

Endoskopiekapsel mit einem biokompatiblen Gehäuse (2), in dem wenigstens eine Sensoreinrichtung zur Erfassung medizinisch relevanter Daten angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenfläche des Gehäuses (2) ein Sensor (3) angeordnet ist, wobei der Sensor (3) eine erste Elektrode (4) aus einem Edelmetall, das nicht durch Salzsäure angreifbar ist, und eine zweite Elektrode (5) aus Silber umfasst, und wobei zwischen der ersten Elektrode (4) und der zweiten Elektrode (5) für eine vorgebbare Zeit eine elektrische Spannung anlegbar ist und bei vorhandenem Ammoniak zwischen der ersten Elektrode (4) und der zweiten Elektrode (5) eine Änderung einer elektrischen Größe messbar ist.
Endoskopiekapsel nach Anspruch 1, wobei als elektrische Größe ein Potential messbar ist.
Endoskopiekapsel nach Anspruch 1, wobei als elektrische Größe ein elektrischer Strom messbar ist.
Endoskopiekapsel nach Anspruch 1, wobei als elektrische Größe ein elektrischer Widerstand messbar ist.
Endoskopiekapsel nach Anspruch 1, wobei die erste Elektrode (4) aus Platin oder aus Gold besteht.
Endoskopiekapsel nach Anspruch 1, wobei die zweite Elektrode (5) eine Silberchlorid-Schicht aufweist.
Endoskopiekapsel nach Anspruch 1, wobei der Sensor (3) auswechselbar ist.
Endoskopiekapsel nach Anspruch 1, wobei der Sensor (3) regenerierbar ist.
Endoskopiekapsel nach Anspruch 1, wobei in dem Gehäuse (2) wenigstens eine Therapievorrichtung zur Verabreichung eines Therapiemittels angeordnet ist.
Endoskopiekapsel nach Anspruch 1, wobei in dem Gehäuse (2) wenigstens ein Magnetelement zur Navigation mittels eines von einem externen Magnetsystem erzeugbaren Magnetfeldes angeordnet ist.
Endoskopiekapsel nach Anspruch 1, wobei in dem Gehäuse (2) wenigstens ein Datenspeicher angeordnet ist.
Endoskopiekapsel nach Anspruch 1, wobei in dem Gehäuse (2) wenigstens eine Datenübertragungseinrichtung angeordnet ist.