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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Steuern des Transports einer magnetischen Endoskopkapsel bei der Durchführung einer endoskopischen Untersuchung des Magen-Darmtraktes eines Patienten.
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Zur optischen Untersuchung der Innenoberfläche eines im Körper eines Lebewesens befindlichen Hohlorgans, insbesondere des Magen-Darm-Traktes eines Patienten, ist es beispielsweise aus der
DE 10 142 253 C1 bekannt, in das Hohlorgan eine magnetische Endoskopkapsel einzubringen, die ohne feste Verbindung nach außen im Hohlorgan durch externe Magnetfelder frei manövrierbar ist. Diese externen Magnetfelder können mit Magnetsystemen erzeugt werden, wie sie beispielsweise aus der
DE 10 2008 004 871 A1 bekannt sind.
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Zur Vorbereitung einer Untersuchung des Magen-Darm-Traktes eines Patienten fastet dieser für etliche Stunden und trinkt Wasser, um den Magen zu leeren und zu reinigen. Unmittelbar vor Beginn der Untersuchung trinkt der Patient erneut Wasser, um den Magen zu füllen. Anschließend wird die Endoskopkapsel aktiviert und beginnt mit der Aufnahme und Übermittlung von Videobildern. Der Patient schluckt die aktivierte Endoskopkapsel, die durch die Speiseröhre (Ösophagus) in den mit Wasser gefüllten Magen transportiert wird. Ein wesentliches Ziel einer solchen Untersuchung ist dabei auch die Untersuchung der Speiseröhre selbst, die im Folgenden als dem Magen-Darm-Trakt zugehörig angesehen wird, um dort präkanzerogene Läsionen oder Bedingungen, beispielsweise das sogenannte Barrett-Syndrom bzw. das Vorhandensein einer chronischen Refluxösophagitis (chronic gastroesophageal reflux disease, GERD) diagnostizieren zu können.
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Auf Grund der in der Regel relativ kurzen Zeit, die die Endoskopkapsel benötigt, um die Speiseröhre zu passieren, werden bei einer typischen Bilderzeugungsrate von etwa 2 Bildern pro Sekunde nur wenige Bilder von der Speiseröhre aufgenommen, so dass in vielen Fällen insbesondere Bilder aus der für eine Diagnose besonders bedeutsamen Region, nämlich aus dem Übergangsbereich zwischen der Speiseröhre und dem Magen fehlen. Darüber hinaus kann auch der Fall auftreten, dass die Endoskopkapsel in der Speiseröhre stecken bleibt, so dass diese nur durch erneutes Trinken von Wasser in den Magen weitertransportiert wird.
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Um ein kontrolliertes, verlangsamtes Bewegen der Endoskopkapsel in der Speiseröhre zu ermöglichen und diese beispielsweise gegen die Wirkung der durch die Peristaltik der Speiseröhre ausgeübten Kräfte festzuhalten, werden jedoch starke Magnetfelder mit einem hohen Gradienten benötigt. Derartige starke Magnetfelder bzw. Magnetfeldgradienten stehen insbesondere bei der magnetgeführten Kapselendoskopie, bei der die Magnetfelder durch ein stationäres, aus einer den Patienten umgebenden Spulenanordnung bestehendes Magnetsystem erzeugt werden, nicht zur Verfügung.
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Zum Verlangsamen des Transports einer Endoskopkapsel durch die Speiseröhre ist es deshalb beispielsweise aus der
WO 2009/060460 A2 bekannt, eine magnetische Endoskopkapsel mit Hilfe eines externen Magneten kontrolliert durch die Speiseröhre zu bewegen. Hierzu ist entweder vorgesehen, einen externen Magneten entlang einer unmittelbar am Patienten parallel zur Speiseröhre angeordneten Führung zu verschieben oder am Patienten entlang einer annähernd parallel zur Speiseröhre verlaufenden Linie mehrere einzeln ansteuerbare Elektromagneten anzuordnen. Durch die von dem oder den Magneten auf die Endoskopkapsel ausgeübte abstoßende oder anziehende Kraft, wird diese in der jeweils gewünschten Position festgehalten. Um die hierzu erforderlichen Kräfte aufzubringen, werden jedoch in der Praxis relativ große und unhandliche Magneten benötigt.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Steuern des Transports einer magnetischen Endoskopkapsel bei der Durchführung einer endoskopischen Untersuchung des Magen-Darm-Traktes eines Patienten anzugeben, mit der es bei zugleich kompaktem Aufbau möglich ist, den Transport der Endoskopkapsel auch in der Speiseröhre zu steuern.
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Die genannte Aufgabe wird gelöst mit einer Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Gemäß diesen Merkmalen umfasst die Einrichtung einen außerhalb des Patienten ortsveränderlich positionierbaren Magneten, der ein felderzeugendes Element zum Erzeugen eines Magnetfeldes und einen sich vom felderzeugenden Element zu einer Austrittsfläche hin verjüngenden Feldtrichter umfasst, der das Magnetfeld in seinem Inneren zur Austrittsfläche hin bündelt.
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Durch die Verwendung eines sich zu einer Austrittsfläche hin verjüngenden Feldtrichters wird außerhalb des Magneten ein Magnetfeld erzeugt, das mit hoher Feldstärke nahezu ausschließlich an der Austrittsfläche des Feldtrichters austritt und ausgehend von dieser Austrittsfläche in alle Raumrichtungen divergiert und in dem der Austrittsfläche benachbarten Außenraum einen hohen Feldgradienten erzeugt. Durch eine solche Bündelung des Magnetfeldes können dementsprechend hohe Magnetfeldgradienten bei kompaktem Aufbau des Magnet bereitgestellt werden.
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Wenn der Feldtrichter eine konische Gestalt mit einer dementsprechend kreisrunden Austrittsfläche aufweist, ist das Magnetfeld rotationssymmetrisch um die Mittensenkrechte der Austrittsfläche verteilt und die Handhabung des Magneten erleichtert, da dessen auf die Endoskopkapsel ausgeübte Kraft unabhängig von der Drehposition und des Magneten um diese Mittensenkrechte ist.
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Um eine unbeabsichtigte Annäherung an die in der Praxis sehr kleine Austrittsfläche, d. h. die Spitze des Feldtrichters zu verhindern, ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung eine den Feldtrichter im Bereich der Austrittsfläche umgebende, elastisch verformbare oder elastisch gelagerte Schutzvorrichtung vorgesehen.
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Als felderzeugendes Element kann sowohl ein Permanentmagnet als auch ein Elektromagnet vorgesehen sein.
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Die Verwendung eines Elektromagneten hat außerdem den Vorteil, dass dieser in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung mit einem für den Patienten zugänglichen Schaltelement bei Bedarf in einer für den Patienten als unangenehm empfundenen Situation abgeschaltet werden kann.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Einrichtung außerdem ein den Patienten umgebendes stationäres Magnetsystem, um die Endoskopkapsel im Magen-Darm-Trakt außerhalb der Speiseröhre, d. h. nach dem Passieren der Speiseröhre und ab dem Erreichen des Magens zu steuern. Um eine gleichzeitige Verwendung des stationären Magnetsystems und des ortsveränderlich positionierbaren Magneten zu verhindern, ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung eine Sperrvorrichtung vorgesehen. Mit anderen Worten: Beim Betrieb des stationären Magnetsystems ist durch die Sperrvorrichtung die Verwendung des ortsveränderlichen Magneten verhindert und bei Verwendung des ortsveränderlichen Magneten umgekehrt ein Betrieb des stationären Magnetsystems.
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Wenn das felderzeugende Element ein Permanentmagnet ist, muss dementsprechend verhindert werden, dass der Magnet beim Betrieb des stationären Magnetsystems in den Wirkungsbereich dieses Magnetsystems gelangt. Dies geschieht in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung dadurch, dass eine Ablage für den Magneten vorgesehen ist, in der dieser während des Betriebes des stationären Magnetsystems automatisch fixiert ist und nicht entnommen werden kann.
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Bei der Verwendung eines Elektromagneten als felderzeugendes Element reicht es aus, wenn der im Elektromagneten fließende Erregerstrom beim Betrieb des Magnetsystems automatisch abgeschaltet wird. Dies kann insbesondere mit Hilfe eines im Stromkreis des Elektromagneten angeordneten magnetfeldsensitiven Schaltelements geschehen.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele verwiesen. Es zeigen:
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1 eine Einrichtung zum Steuerung des Transports einer magnetischen Endoskopkapsel bei der Durchführung einer endoskopischen Untersuchung des Magen-Darm-Traktes gemäß der Erfindung in einer Arbeitsposition in einer schematischen Prinzipdarstellung,
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2 eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Magneten mit einer Schutzvorrichtung in einer schematisch vereinfachten Teildarstellung,
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3 und 4 weitere Ausgestaltungen der Einrichtung gemäß der Erfindung, bei der ein ortsveränderlich positionierbarer Magnet in Kombination mit einem stationären Magnetsystem zum Einsatz gelangt.
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Gemäß 1 ist eine Endoskopkapsel 2 durch Schlucken in den in einem weiteren Sinne zu verstehenden Magen-Darm-Trakt eines Patienten P eingebracht worden. In der Figur ist eine Situation dargestellt, in der sich die Endoskopkapsel 2 noch innerhalb der Speiseröhre 4 des Patienten P befindet. Die Endoskopkapsel 2 ist magnetisch, d. h. sie umfasst einen Magneten 6, in der Regel ein Permanentmagnet mit einem magnetischen Moment m, das im dargestellten Beispiel senkrecht zu einer Längsachse 8 der Endoskopkapsel 2 gerichtet ist. Im dargestellten Beispiel hat die Endoskopkapsel 2 in Richtung dieser Längsachse 8 eine größere Ausdehnung als quer dazu und ist rotationssymmetrisch um diese Längsachse 8 gestaltet.
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Nahe der Körperoberfläche des Patienten P ist ein Magnet 10 angeordnet, der ein felderzeugendes Element 12 und einen sich vom felderzeugenden Element 12 zu einer Austrittsfläche 14 verjüngenden Feldtrichter 16 umfasst, der aus einem magnetisch weichen Werkstoff mit hoher Permeabilität, beispielsweise Eisen, Nickel oder einer magnetisch weichen Eisen-Kobalt-Legierung besteht und ein vom felderzeugenden Element 12 in seinem Innenraum erzeugtes Magnetfeld Bm zur Austrittsfläche 14 hin bündelt. An dieser kleinen Austrittsfläche 14 liegt dementsprechend eine hohe Magnetfeldstärke vor. Das Magnetfeld Bm ist in einem der Austrittsfläche 14 benachbarten Außenraum stark divergent, so dass dort ein hoher Feldgradient vorliegt. Durch diesen Feldgradienten wird auf die magnetische Endoskopkapsel 2 je nach Orientierung des magnetischen Momentes m und der Richtung des Feldgradienten sowohl ein Drehmoment als auch eine magnetische Kraft ausgeübt, mit der die Endoskopkapsel 2 im Idealfall derart ausgerichtet wird, dass deren magnetisches Moment m parallel zur Symmetrieachse 20 des durch den im Beispiel konischen Feldtrichter 16 und der kreisrunden Austrittsfläche 14 erzeugten, um diese Symmetrieachse 20 rotationssymmetrischen Magnetfeldes Bm ausgerichtet ist. Aufgrund des Feldgradienten wird außerdem die Endoskopkapsel 2 zum Magneten 10 hingezogen, so dass sie gegen die Innenwand der Speiseröhre 4 gedrückt wird und dort durch die Haltekraft des Magneten 10 gegen die Wirkung der Peristaltik festgehalten wird.
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Als felderzeugendes Element 12 kann sowohl ein Permanentmagnet als auch ein Elektromagnet verwendet werden. Ein kompakt aufgebauter leistungsstarker Elektromagnet ist aus einer zylindrischen Wicklung aus einem elektrisch gut leifähigen Kupfer- oder Aluminiumband aufgebaut, und wird entweder aktiv mit einer Flüssigkeit F oder passiv mit einem Kühlkörper gekühlt und im letzteren Fall nur kurzzeitig betrieben.
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Alternativ zu dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem das magnetische Moment m senkrecht zur Längsachse 8 orientiert ist, ist auch die Verwendung einer länglichen Endoskopkapsel 2 möglich, bei der das magnetische Moment m parallel zur Längsachse 8 orientiert ist. In diesem Fall wirkt außerdem ein hohes Drehmoment auf die Endoskopkapsel 2, das versucht, die Endoskopkapsel in der Speiseröhre 4 querzustellen. Diese Querstellung und die damit einhergehende erhöhte Reibung an der Innenwand der Speiseröhre 4 verhindert ebenfalls effektiv den Weitertransport der Endoskopkapsel 2.
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Anstelle von Endoskopkapseln, die in Richtung einer Längsachse eine größere Ausdehnung haben als quer dazu, können jedoch auch grundsätzlich kugelförmige Endoskopkapseln verwendet werden, da die durch den Magneten 10 ausgeübten Kräfte ausreichen, die Endoskopkapsel 2 auch dann gegen die Wirkung der Peristaltik zu fixieren, wenn nur geringe Reibungskräfte zwischen Speiseröhre 4 und Endoskopkapsel 2 wirken.
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Der Magnet
10 ist an einem Handgriff
22 angeordnet, die eine Handführung des Magneten
10 erleichtert. Alternativ zu der in der Figur dargestellten freien Führung des Magneten
10 kann auch eine am Körper des Patienten fixierte Führungseinrichtung vorgesehen sein, wie sie beispielsweise aus der
WO 2009/060460 A2 bekannt ist.
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Durch Bewegen des Magneten 10 entlang der Körperoberfläche des Patienten P parallel zur Speiseröhre 4 wird die Endoskopkapsel 2 kontrolliert in der Speiseröhre 4 zum Magen hin geführt und kann in jeder Position angehalten werden, um dort diagnostisch relevante Videobilder aufzunehmen und über Funk an eine externe Steuer- und Auswerteeinheit zu übermitteln. Insbesondere können auf diese Weise Videobilder der diagnostisch besonders relevanten Z-Linie erzeugt werden.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist der Magnet 10 im Bereich der Spitze des Feldtrichters 16 dargestellt. Der Feldtrichter 16 ist im Bereich seiner Spitze, d. h. im Bereich der Austrittsfläche 14 von einer Schutzvorrichtung 24 umgeben, die eine unbeabsichtigte Annäherung an die Spitze des Feldtrichters 16 verhindert. Im dargestellten Beispiel handelt es sich um eine elastisch komprimierbare Haube, beispielsweise ein Schwamm oder ein Elastomer, die beim Aufsetzen des Magneten 10 auf die Körperoberfläche des Patienten in Pfeilrichtung zusammengedrückt werden kann, so dass der Abstand zwischen Austrittsfläche 14 und Körperoberfläche entsprechend verringert wird.
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Anstelle eines in dieser Weise elastisch verformbaren Materials kann der Feldtrichter 16 auch im Bereich der Austrittsfläche 14 von einem federnd gelagerten Schutzgehäuse umgeben sein, das beim Andrücken an die Hautoberfläche in Axialrichtung federnd bis zu einer vorgegebenen Begrenzung zurückgleitet, wobei zwischen Vorderkante des Schutzgehäuses und Austrittsfläche 14 zum Schutz der Spitze des Feldtrichters 16 ein Abstand verbleibt.
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Gemäß
3 ist außerdem zur Navigation der Endoskopkapsel
2 im Magen-Darm-Trakt ein externes Magnetsystem
30 vorgesehen, das eine schematisch angedeutete Spulenanordnung
32 umfasst, wie sie beispielsweise aus der
DE 10 2008 004 871 A1 bekannt ist. Das vom stationären Magnetsystem
30 erzeugte Magnetfeld BS dient dazu, die Endoskopkapsel
2 im Magen-Darm-Trakt zu navigieren, wenn diese die Speiseröhre
4 verlassen und den Magen erreicht hat. Um eine gleichzeitige Verwendung des stationären Magnetsystems
30 und des ortsveränderlich positionierbaren Magneten
10 zu verhindern, ist eine Sperreinrichtung
40 vorgesehen. Bei einem Magneten
10, dessen felderzeugendes Element
12 durch einen Permanentmagneten gebildet wird, ist als Sperreinrichtung
40 eine Ablage
42 vorgesehen, in der der Magnet
10 in einer Parkposition abgestellt und während des Betriebs des stationären Magnetsystems
30 mit einem Fixierelement
44 automatisch in dieser Parkposition fixiert wird. Die durch das Fixierelement
44 bewirkte Arretierung kann erst gelöst werden, wenn das Magnetsystem
30 abgeschaltet ist. Umgekehrt kann das Magnetsystem
30 nur eingeschaltet werden, wenn sich der Magnet
10 in Parkposition in der Ablage
42 befindet.
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Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem als felderzeugendes Element 12 des Magneten 10 ein Elektromagnet vorgesehen ist, dient als Sperreinrichtung 40 im Erregerstromkreis 48 des Elektromagneten ein Schaltelement 46, mit dem der zum Elektromagneten fließende Erregerstrom J abgeschaltet wird, wenn das Magnetsystem 30 in Betrieb genommen wird. Hierzu ist das Schaltelement 46 entweder unmittelbar vom Magnetsystem 30 über ein elektrisches Signal S gesteuert. Alternativ hierzu kann als Schaltelement 46 auch ein magnetsensitives Schaltelement, beispielsweise ein Reed-Relais vorgesehen sein, das in der Nähe des vom Magnetsystem 30 bei der Inbetriebnahme erzeugten Magnetfeldes Bs angeordnet ist und beim Einschalten des Magnetsystems 30 den Erregerstromkreis 48 unterbricht. In der Figur ist außerdem ein weiteres Schaltelement 50 dargestellt, mit dem ebenfalls der Erregerstromkreis 48 unterbrochen werden kann. Dieses Schaltelement 50, beispielsweise ein Taster, befindet sich in der Reichweite des Patienten P und kann von diesem in subjektiv kritischen Situationen ausgelöst werden, so dass der Magnet 10 abgeschaltet wird.
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Der Magnet 10 ist relativ zum Patienten P ortsveränderlich positionierbar. Dies kann entweder dadurch geschehen, dass der Magnet 10 beispielsweise beweglich in einer im Patienten P positionierten Führung gelagert oder handgeführt ist. Alternativ kann auch vorgesehen sein, den Magneten 10 ortsfest zu positionieren und den Patienten mittels einer höhenverstellbaren Liege oder Sitzgelegenheit relativ zum feststehenden Magneten 10 in Richtung der Speiseröhre 4 auf- und abzubewegen. Zusätzlich kann am Behandlungsplatz auch ein Detektor vorgesehen sein, der die richtige Position des Patienten P detektiert und eine Aktivierung des durch einen Elektromagneten gebildeten felderzeugenden Elementes 12 nur dann erlaubt, wenn der Patient P in der richtigen Untersuchungsposition ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10142253 C1 [0002]
- DE 102008004871 A1 [0002, 0030]
- WO 2009/060460 A2 [0006, 0026]
