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Die Erfindung betrifft eine Endoskopiekapsel zum Nachweis eines Stoffwechselproduktes eines in einem menschlichen oder tierischen Gastrointestinaltraktes befindlichen Bakteriums sowie ein Verfahren zur Herstellung einer entsprechenden Endoskopiekapsel.
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Eine mögliche Ursache für Beschwerden eines Patienten im Bereich des oberen Gastrointestinaltraktes ist eine Infektion mit Helicobacter pylori Bakterien.
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Aus der
DE 10 2010 006 969 A1 ist ein Testverfahren bekannt, mit dessen Hilfe ein Patient auf eine derartige Infektion hin untersucht werden kann. Verwendet wird hierzu ein Gastroskop mit einem Einführschlauch, an dessen distalen Ende ein Sensor angeordnet ist, welcher sensitiv auf Ammoniak reagiert. Dabei wird der Umstand ausgenutzt, dass Helicobacter pylori Bakterien Harnstoff mittels des Urease-Enzyms in Kohlendioxid und Ammoniak aufspalten und dass Ammoniak typischerweise nur bei einem Befall mit Helicobacter pylori Bakterien im Magen eines Patienten in relevanter Menge nachweisbar ist. Somit lässt sich bei einer entsprechenden Reaktion des Sensors, der im Magen eines Patienten positioniert wird, auf das Vorhandensein einer erhöhten Menge an Ammoniak und infolgedessen auch auf einen Befall mit Helicobacter pylori Bakterien schließen.
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Das grundlegende Funktionsprinzip des Sensors wurde unter anderem im Rahmen des Vortrages „Immediate detection of Helicobacter infection with a novel electrochenmical system" (Gastroenterology, Volume 138, Issue 5, Supplement 1, Pages S-114, May 2010) von Helmut Neumann, Stefan Foertsch, Michael Vieth, Jonas Mudter, Rainer Kuth und Markus F. Neurath während der „DIGESTIVE DISEASE WEEK 2010“ vorgestellt. Danach wird eine Änderung einer elektrischen Größe messtechnisch erfasst, wenn ein Elektrodenpaar mit Ammoniak in Berührung kommt, wobei eine Elektrode des Elektrodenpaars chemisch mit dem Ammoniak reagiert.
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Eine weitere Möglichkeit zum Nachweis des Vorkommens des Erregers in einem Hohlorgan des menschlichen oder tierischen Gastrointestinaltraktes, insbesondere des Magens, ist in der
WO 2011/141372 A1 beschrieben, die ihrerseits auf die
WO 2009/127528 A1 aufbaut. In beiden Druckschriften wird die Untersuchung des Gastrointestinaltraktes mittels einer Endoskopiekapsel vorgenommen, die durch Herunterschlucken in den oberen Gastrointestinaltrakt gelangt und dort, sofern vorhanden, ein vom Bakterium ausgeschiedenes Stoffwechselprodukt im Rahmen einer Messung detektiert. Das Ergebnis dieser Messung wird dann beispielsweise mittels einer Funkübertragung an einen Empfänger außerhalb des Patienten übermittelt.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhaft gestaltete Endoskopiekapsel anzugeben sowie ein Verfahren zur Herstellung einer entsprechenden Endoskopiekapsel.
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Die auf die Endoskopiekapsel bezogene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Endoskopiekapsel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die rückbezogenen Ansprüche beinhalten teilweise vorteilhafte und teilweise für sich selbst erfinderische Weiterbildungen dieser Erfindung.
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Die Endoskopiekapsel dient zum Nachweis eines Stoffwechselproduktes eines in einem menschlichen oder tierischen Gastrointestinaltrakt befindlichen Bakteriums, insbesondere des Bakteriums Helicobacter pylori, und umfasst hierfür eine Sensoreinheit mit zwei Elektroden und eine einen Nutzraum einschließende Kapselhülle, wobei die Elektroden durch die Kapselhülle hindurchgeführt sind. Die Endoskopiekapsel ist dabei sehr einfach gehalten, um den Produktionsaufwand und die Produktionskosten für entsprechende Endoskopiekapseln möglichst gering zu halten.
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Die durch die Kapselhülle hindurchgeführten Elektroden sind bevorzugt nadel- oder stiftförmig ausgestaltet und die aus der Kapselhülle herausragenden Freienden der Elektroden sind zweckmäßigerweise abgerundet. Auf diese Weise wird einerseits die Effektivität der Elektroden beim Betrieb der Sensoreinheit sichergestellt und andererseits wird das Verletzungsrisiko aufgrund der aus der Kapselhülle herausragenden Freienden der Elektroden auf ein vernachlässigbares Niveau reduziert.
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Von Vorteil ist weiter eine Ausführung der Endoskopiekapsel, bei der die Kapselhülle die Form eines Rotationsellipsoids aufweist, wobei die Maximalausdehnung zweckmäßigerweise zudem kleiner als 20 mm ist. Bevorzugt wird jedoch insbesondere eine Zylinderform mit einer Längsausdehnung von maximal 20 mm und einer Querausdehnung von maximal 12 mm. Da die Endoskopiekapsel durch Herunterschlucken in den Gastrointestinaltrakt eingebracht wird, ist durch eine entsprechende Ausgestaltung die Handhabung der Endoskopiekapsel für einen menschlichen Patienten erleichtert und im Falle eines tierischen Patienten lässt sich eine entsprechende Endoskopiekapsel in einer kleinen Nahrungsmittelmenge verstecken.
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Zudem ist eine mehrteilige und insbesondere zweiteilige Ausgestaltung der Kapselhülle vorteilhaft, wobei die Teile der Kapselhülle bevorzugt stoffschlüssig miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschweißt oder verklebt, sind. Hierdurch lässt sich die Kapselhülle unter anderem derart fertigen, dass der entsprechende Fertigungsprozessschritt für die Sensoreinheit keine nennenswerte Belastung darstellt. Eventuell vorhandene Elektronikbausteine können dementsprechend durch den Fertigungsprozessschritt nicht beschädigt werden.
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Weiter umfasst die Sensoreinheit zweckmäßigerweise eine Halbleiterplatine, welche im Nutzraum zumindest in Teilen beabstandet zur Kapselhülle einliegt. Die Halbleiterplatine dient dabei bevorzugt als Träger für alle Elektronikbausteine der Endoskopiekapsel. Die Elektronikbausteine oder Elektronikkomponenten sind somit mittels der Halbleiterplatine zu einer Baugruppeneinheit zusammengefasst, die als fester Verbund im Rahmen der Fertigung der Endoskopiekapsel in die Kapselhülle eingebracht wird. Dadurch wird der Fertigungsaufwand zusätzlich reduziert.
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Bevorzugt umfasst die Sensoreinheit einen Ammoniak-sensitiven Sensor, wie er beispielsweise im Vortrag „Immediate detection of Helicobacter infection with a novel electrochenmical system" (Gastroenterology, Volume 138, Issue 5, Supplement 1, Pages S-114, May 2010) von Helmut Neumann, Stefan Foertsch, Michael Vieth, Jonas Mudter, Rainer Kuth und Markus F. Neurath während der „DIGESTIVE DISEASE WEEK 2010“ beschrieben ist. Auf den gesamten Inhalt dieses Vortrages wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen. Mit Hilfe eines entsprechenden Ammoniak-sensitiven Sensors läßt sich, sofern vorhanden, Ammoniak im Gastrointestinaltrakt eines Patienten nachweisen und infolge dessen auf einen Befall mit Helicobacter pylori Bakterien schließen.
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Vorteilhaft ist zudem eine Ausgestaltung der Endoskopiekapsel, bei der die Position des Masseschwerpunktes relativ zum Volumenschwerpunkt derart vorgegeben wird, dass diese ausgehend von der Position des Volumenschwerpunktes in Richtung der Elektroden verschoben ist. Desweiteren wird das spezifische Gewicht der Endoskopiekapsel derart vorgegeben, dass infolge dieser beiden Maßnahmen, die Endoskopiekapsel im Magen eines menschlichen oder tierischen Patienten zu Boden sinkt und zwar so, dass die Freienden der Elektroden die Magenwandung berühren und infolge dessen mit der Mukosa, also der Magenschleimhaut, in Kontakt stehen. Dieses Gestaltungskonzept ist bereits in der
WO 2011/141372 A1 ausführlich beschrieben und auch auf den gesamten Inhalt dieser Druckschrift wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen.
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In vorteilhafter Weiterbildung ist die Endoskopiekapsel ausschließlich zum Nachweis von Ammoniak in einem Gastrointestinaltrakt ausgebildet und weist darüber hinaus keine zusätzlichen Funktionseinheiten, also zum Beispiel auch keine Optik, auf. Für einen solchen Nachweis genügen dabei ein Ammoniak-sensitiver Sensor mit zwei Elektroden und einer einfachen Spannungs- oder Strommesseinheit, eine einfache Auswerteeinheit zur Auswertung einer mit den zwei Elektroden und der einfachen Spannungs- bzw. Strommesseinheit vorgenommenen Messung, eine Funkeinheit zur Übertragung des Messergebnisses an eine Empfängereinheit außerhalb des Patienten sowie eine Energieversorgungseinheit, also beispielsweise eine Batterie, zur Versorgung der vorhandenen Elektronikbausteine. Hierdurch ist die Endoskopiekapsel besonders einfach gehalten, wobei vorzugsweise ein Set aus Endoskopiekapsel und Empfängereinheit, die zur Anzeige des Messergebnisses ausgebildet ist, als Einwegartikel ausgebildet sind, sodass ein derartiges Set als eine Art Schnelltest beispielsweise in Apotheken angeboten werden kann. Alternativ zur Ausstattung der Endoskopiekapsel mit einer Funkeinheit lässt sich diese auch mit einem Transponder ausrüsten. Die Übermittelung des Messergebnisses erfolgt dann nach dem Prinzip der „Radio Frequency Identification“ (RFID).
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Die Kapselhülle der Endoskopiekapsel ist außerdem zweckmäßigerweise aus einem inerten Material gefertigt, wobei insbesondere ein Thermoplast wie zum Beispiel ein Polykarbonat verwendet wird. Für eine besonders einfache Fertigung ist die Kapselhülle bzw. sind die Teile der Kapselhülle zudem als Spritzgussteil bzw. als Spritzgussteile ausgebildet.
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Die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung einer entsprechenden Endoskopiekapsel anzugeben, wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Die darauf rückbezogenen Ansprüche beinhalten ihrerseits teilweise vorteilhafte und teilweise für sich selbst erfinderische Weiterbildungen dieser Erfindung.
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Das Verfahren dient zur Herstellung einer Endoskopiekapsel und insbesondere einer Endoskopiekapsel einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungsvarianten, wobei eine Sensoreinheit mit zwei Elektroden in einen Teil einer Kapselhülle eingelegt wird und wobei nachfolgend alle Teile der Kapselhülle derart zusammengefügt werden, dass die Kapselhülle die Sensoreinheit flüssigkeitsdicht einschließt, derart, dass die Freienden der Elektroden durch die Kapselhülle nach außen hindurchgeführt sind.
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Bevorzugt ist die Kapselhülle dabei als Rotationsellipsoid und weiter bevorzugt zweiteilig ausgestaltet, wobei die beiden Teile, also die beiden Halbschalen, mittels eines Spritzgussverfahrens aus einem Thermoplast hergestellt werden. Mit einem entsprechenden Spritzgussverfahren lassen sich die Teile der Kapselhülle besonders einfach und preiswert herstellen.
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Die Freienden der Elektroden werden gemäß einer bevorzugten Verfahrensvariante durch die Kapselhülle hindurchgetrieben, wobei hierfür die Kapselhülle bevorzugt aus einem Thermoplast mit besonders hoher Duktilität gefertigt ist, so dass die Kapselhülle beim Hindurchtreiben der Freienden der Elektroden nicht splittert, sondern zunächst nur verformt wird, bis die Freienden schließlich das Material vollständig durchdringen und nach außen hindurchtreten. Aufgrund der hohen Duktilität liegt das Material der Kapselhülle beim Hindurchtreiben der Freienden der Elektroden an diesen an, so dass die Kapselhülle im Bereich des Durchtrittes der Freienden der Elektroden durch die Kapselhülle weiterhin flüssigkeitsdicht ist. Ein zusätzliches Abdichten der Kapselhülle im Bereich des Durchtrittes oder Austrittes der Elektroden ist in diesem Fall also nicht notwendig, da das Material der Kapselhülle bei diesem Prozessschritt quasi selbstdichtend wirkt. Alternativ erfolgt nach dem Hindurchtreiben der Elektroden durch die Kapselhülle eine Abdichtung der Endoskopiekapsel im Bereich des Durchtrittes der Elektroden, beispielsweise mittels Anschmelzen der Kapselhülle in diesem Bereich.
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Von Vorteil ist es dabei zudem, wenn die Freienden der Elektroden vor dem Hindurchtreiben durch die Kapselhülle erhitzt werden. In diesem Fall wird das Material der Kapselhülle quasi durch die Elektroden lokal an- oder geschmolzen, was ebenfalls selbstdichtend wirkt.
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Insbesondere wenn es vorgesehen ist, die Freienden der Elektroden durch die Kapselhülle hindurchzutreiben, ist es von Vorteil, die Elektroden nadelförmig auszugestalten und insbesondere die Freienden mit einer spitz zulaufenden Form zu versehen. Damit jedoch durch die aus der Kapselhülle herausragenden Elektroden kein erhöhtes Verletzungsrisiko gegeben ist, werden die Freienden der Elektroden nach dem Hindurchtreiben durch die Kapselhülle rund geschliffen.
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Zweckmäßigerweise werden die Teile der Kapselhülle stoffschlüssig miteinander verbunden, wobei insbesondere eine Verschweißung oder Verklebung vorgesehen ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 in einer Schnittdarstellung eine Endoskopiekapsel,
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2 in einer zweiten um 90° gedrehten Schnittdarstellung die Endoskopiekapsel und
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3 in einem Blockdiagramm ein Verfahren zur Herstellung einer Endoskopiekapsel.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Eine nachfolgend exemplarisch beschriebene Endoskopiekapsel 2 ist in 1 in einer ersten Schnittdarstellung abgebildet und in 2 in einer zweiten um 90° zur ersten verdrehten Schnittdarstellung gezeigt. Die Endoskopiekapsel 2 umfasst hierbei eine Halbleiterplatine 4 auf, die in einer Kapselhülle 6 einliegt.
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Die Kapselhülle 6 weist die Form eines Rotationsellipsoids auf und ist zudem zweiteilig gestaltet, wobei die beiden Halbschalen 8 der Kapselhülle 6 im Bereich einer Schweißnaht 10 aneinander geschweißt sind.
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Die Halbleiterplatine 4 ist mit Elektronikbausteinen 12 und zwei Elektroden 14 bestückt, wobei die beiden Elektroden 14 durch die Kapselhülle 6 aus Polykarbonat hindurchgeführt sind, sodass deren Freienden 16 aus der Kapselhülle 6 herausragen.
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Zur Fixierung der Halbleiterplatine 4 im von der Kapselhülle 6 eingeschlossenen Nutzraum, zur Abdichtung der Kapselhülle 6 im Bereich des Durchtrittes der Elektroden 14 durch die Kapselhülle 6 und zur Vorgabe der Position des Masseschwerpunktes 18 derart, dass die Position des Masseschwerpunktes 18 ausgehend von der Position des Volumenschwerpunktes 20 in Richtung der Elektroden 14 verschoben ist, ist der Nutzraum im Bereich der Elektroden 14 mit einem Kunstharz 22 teilweise aufgefüllt.
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Bei den beiden Elektroden 14 handelt es sich um Edelstahldrähte, deren Freienden 16 mit einer unterschiedlichen Beschichtung versehen wurden. Eine der beiden Elektroden 14 dient als Referenzelektrode und ist mit Gold oder Platin beschichtet, während die andere Elektrode 14 als Ammoniaksensitive Elektrode 14 fungiert und mit einer Silberchlorid-Schicht sowie einer darunterliegenden Silberschicht beschichtet ist. Liegen nun beide Elektroden 14 mit ihren Freienden 16 in einem Elektrolyt, wie dem Mageninhalt eines Patienten, ein, so bilden die beiden Elektroden 14 zusammen mit dem Elektrolyt eine Art galvanische Zelle, welche aufgrund der Silberchlorid-Beschichtung an einer der beiden Elektroden 14 zunächst inaktiv ist. Die Silberchlorid-Schicht ist wasser und magensäureunlöslich und verhindert einen Ionenfluss, sodass sich zwischen den beiden Elektroden 14 keine Potentialdifferenz aufbauen kann.
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Bei einem Befall mit Helicobacter pylori Bakterien jedoch befindet sich eine relevante Konzentration an Ammoniak im Mageninhalt, der mit Silberchlorid chemisch reagiert, wobei ein wasserlöslicher Komplex gebildet wird, sodass die Silberchlorid-Schicht abgetragen wird. Sobald die darunter liegende Silberschicht frei liegt, ist die galvanische Zelle aktiviert und zwischen den Elektroden 14 baut sich eine messtechnisch erfassbare Potentialdifferenz auf. Die messtechnische Erfassung erfolgt mit Hilfe einer der Elektronikbausteine 12. Ein weiterer Elektronikbaustein 12 dient zur Funkübermittlung der messtechnisch erfassten Potentialdifferenz an eine vorhandene und nicht explizit dargestellte Empfängereinheit außerhalb des Patienten, an der dann beispielsweise eine rote oder eine grüne Leuchtdiode aufleuchtet, je nachdem, ob eine Potentialdifferenz messtechnisch erfasst wurde oder nicht.
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Ist nun also eine erhöhte Konzentration an Ammoniak im Mageninhalt enthalten, so wird die mittels der Endoskopiekapsel 2 registriert und diese Information wird an die Empfängereinheit gesendet, an welcher dann die grüne Leuchtdiode aufleuchtet, wodurch signalisiert wird, dass ein Befall mit Helicobacter pylori Bakterien vorliegt.
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Zur Versorgung der Elektronikbausteine 12 befindet sich auf der Halbleiterplatine 4 außerdem eine kleine Energieversorgungseinheit, beispielsweise eine Batterie.
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Insbesondere auch um eine entsprechende Endoskopiekapsel 2 preisgünstig herstellen zu können, ist das Verfahren zur Herstellung derartiger Endoskopiekapseln 2 besonders einfach gehalten. Die beiden Halbschalen 8 der Kapselhülle 6 werden mittels Spritzgussverfahren hergestellt und die Baugruppeneinheit bestehend aus Halbleiterplatine 4, den Elektroden 14 und den Elektronikbausteinen 12 wird im Rahmen einer Vorfertigung produziert.
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Bei der Endmontage, deren Prozessschritte in 3 anhand eines Blockdiagramms nachvollziehbar sind, wird die Endoskopiekapsel 2 dann fertiggestellt. Dazu wird zunächst im Prozessschritt A eine Erhitzung der Elektroden 14 vorgenommen. Im folgenden Prozessschritt B wird die Halbleiterplatine 4 in eine der beiden Halbschalen 8 der Kapselhülle 6 eingelegt und hierbei werden die Freienden 16 der Elektroden 14 durch die Kapselhülle 6 der entsprechenden Halbschale 8 hindurchgetrieben. Anschließend wird im Prozessschritt C Kunstharz 22 in die Halbschale 8 eingefüllt, wodurch der Durchtrittsbereich, in dem die Elektroden 14 durch die Kapselhülle 6 hindurchtreten, abgedichtet und zudem wird die Halbleiterplatine 4 in der Halbschale 8 fixiert. Im Prozessschritt D schließlich werden die beiden Halbschalen 8 der Kapselhülle 6 miteinander verschweißt, sodass in der Folge die Halbleiterplatine 4 mitsamt den Elektronikbausteinen 12 flüssigkeitsdicht in der Kapselhülle 6 eingeschlossen ist.
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Einer alternativen Verfahrensvariante entsprechend erfolgt im Anschluss an den Prozessschritt D noch eine Nachveredelung, bei der die Freienden 16 der Elektroden 14 rundgeschliffen werden und bei dem die Schweißnaht 10 glattgeschliffen wird.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010006969 A1 [0003]
- WO 2011/141372 A1 [0005, 0014]
- WO 2009/127528 A1 [0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Immediate detection of Helicobacter infection with a novel electrochenmical system“ (Gastroenterology, Volume 138, Issue 5, Supplement 1, Pages S-114, May 2010) von Helmut Neumann, Stefan Foertsch, Michael Vieth, Jonas Mudter, Rainer Kuth und Markus F. Neurath [0004]
- „Immediate detection of Helicobacter infection with a novel electrochenmical system“ (Gastroenterology, Volume 138, Issue 5, Supplement 1, Pages S-114, May 2010) von Helmut Neumann, Stefan Foertsch, Michael Vieth, Jonas Mudter, Rainer Kuth und Markus F. Neurath [0013]
