ITFI20090150A1 - Dispositivo di attuazione per capsule endoscopiche - Google Patents

Description

DISPOSITIVO DI ATTUAZIONE PER CAPSULE ENDOSCOPICHE

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo di attuazione, ed in particolare ad un dispositivo di cosiddetto “steering” (sterzo), idoneo all’inserimento in una capsula endoscopica, in particolare per la navigazione nel distretto gastrointestinale o per applicazioni laparoscopiche.

Le attuali capsule endoscopiche in commercio si muovono passivamente nel tratto gastro-intestinale, spinte dalla peristalsi.

Tuttavia, in questi sistemi il medico non ha la possibilità di arrestare il tragitto della capsula e di posizionarla nei punti di maggiore interesse clinico per un’analisi più dettagliata. In particolare, non è possibile ruotare o direzionare la telecamera installata nella capsula stessa in modo selettivo, così da ottenere immagini dettagliate e/o una panoramica di tutta la parete del lume (gastrico o intestinale) di una determinata zona.

Sono state inoltre sviluppate, per ora in forma soltanto prototipale, capsule endoscopiche con movimentazione gestita dall’esterno, e in particolare dotate di locomozione magnetica. In tal caso, è richiesto un dispositivo magnetico esterno alla capsula (e al corpo del paziente), che svolge la funzione di direzionare e guidare la capsula grazie all’interazione del campo magnetico da esso generato con magneti a specifica geometria alloggiati entro la capsula stessa.

Tuttavia, una movimentazione di questo tipo richiede la generazione di un campo magnetico esterno variabile, ed implica quindi la necessità di disporre di sistemi piuttosto ingombranti. Inoltre, i campi magnetici variabili sono potenzialmente pericolosi sia per il paziente che per il medico-operatore.

Ancora, sono attualmente in fase di studio e sviluppo capsule a locomozione “attiva”, dotate di un dispositivo motore interno alla capsula stessa, ad esempio di tipo a vibrazione.

Tuttavia, i sistemi di quest’ultimo tipo non hanno ancora raggiunto un compromesso accettabile fra versatilità e finezza del movimento, complessità e quindi affidabilità dei meccanismi “on board” (a bordo) coinvolti e miniaturizzazione richiesta.

Inoltre, difficoltà di orientamento fine e posizionamento di una telecamera si incontrano anche in settori affini a quello delle capsule endoscopiche per navigazione gastro-intestinale sin qui considerato, e in particolare nel settore della laparoscopia addominale.

Pertanto, il problema tecnico posto e risolto dalla presente invenzione è quello di fornire un dispositivo di attuazione per capsule endoscopiche che consenta di ovviare agli inconvenienti sopra menzionati con riferimento alla tecnica nota, e che permetta in particolare di aumentare le capacità di controllo del campo visivo delle capsule endoscopiche in modo preciso, affidabile ed omnidirezionale e senza la necessità di generare campi magnetici esterni variabili.

Tale problema viene risolto da un dispositivo secondo la rivendicazione 1.

Caratteristiche preferite della presente invenzione sono presenti nelle rivendicazioni dipendenti della stessa.

La presente invenzione fornisce alcuni rilevanti vantaggi. In particolare, il meccanismo di attuazione proposto consente di movimentare e soprattutto di ruotare (“steer”) nel modo desiderato la capsula endoscopica, ampliandone il campo visivo in modo preciso, fine ed affidabile e senza necessità di indurre campi magnetici esterni variabili.

Inoltre, il dispositivo dell’invenzione si presta ad una efficace applicazione in ambito laparoscopico. In questo caso, come verrà illustrato in maggiore dettaglio più avanti, il meccanismo consente non soltanto un orientamento fine o posizionamento di una telecamera, ma permette in effetti di eliminare uno dei fori di accesso da praticare nel corpo del paziente.

Altri vantaggi, caratteristiche e le modalità di impiego della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di alcune forme di realizzazione, presentate a scopo esemplificativo e non limitativo. Verrà fatto riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui:

• la Figura 1 mostra una vista in prospettiva di una forma di realizzazione preferita del dispositivo di attuazione per capsule endoscopiche secondo la presente invenzione;

• la Figura 2 mostra una vista in prospettiva di una capsula endoscopica secondo l’invenzione, che comprende il dispositivo di Figura 1 e nella quale, per maggiore chiarezza, non è stata rappresentata parte di un involucro protettivo esterno;

• la Figura 3 mostra una schematica vista laterale della capsula di Figura 2, in cui, sempre per maggiore chiarezza, l’involucro esterno è stato rappresentato come completamente trasparente; e

• la Figura 4 illustra una vista in prospettiva di una seconda forma di realizzazione preferita del dispositivo di attuazione per capsule endoscopiche secondo la presente invenzione.

Il dispositivo di attuazione - e in particolare di “steering” - miniaturizzato dell’invenzione verrà ora descritto con riferimento alla sua applicazione in una capsula endoscopica per navigazione nel tratto gastro-intestinale, e in particolare nel colon, a scopi diagnostici.

Con riferimento inizialmente alla Figura 2, una capsula endoscopica del tipo suddetto è complessivamente denotata con 100.

La capsula 100 comprende un involucro 101 – del quale in Figura 2 è stata omessa la parte superiore – realizzato in materiale biocompatibile.

Nel presente esempio, l’involucro 101 è costituito da un cilindro cavo e chiuso alle estremità.

All’interno dell’involucro 101 sono alloggiati:

- un dispositivo di attuazione 1 secondo l’invenzione, che verrà descritto in maggiore dettaglio più avanti;

- un modulo di visione 102 di tipo noto, che preferibilmente incorpora una telecamera o fotocamera per acquisire immagini del distretto corporeo esplorato ed un associato sistema di illuminazione con ottica;

- una unità sorgente di energia 103, in particolare una batteria;

- ed una unità di controllo interna 104 per la gestione dei diversi componenti sin qui introdotti, atta ad interagire con un sistema di controllo esterno.

Preferibilmente, l’unità di controllo interna 104 e l’unità sorgente di energia 103 sono integrate in un medesimo corpo.

Naturalmente, la parte dell’involucro corrispondente all’ottica del modulo di visione 102 è trasparente, oppure in tale regione l’involucro 101 presenta una apposita sede passante che riceve a tenuta tale ottica.

Per quanto attiene all’unità di controllo 104, questa incorpora componenti elettronici, meccanici e software - in termini generali di tipo noto - atti a consentire l’acquisizione, la memorizzazione e/o la trasmissione/ricezione di comandi, richieste, immagini, video e/o informazioni in genere al/dal sistema di controllo esterno.

Pertanto, l’unità 104 è atta ad inviare le immagini e/o i video acquisiti dalla telecamera o fotocamera del modulo 102 al sistema di controllo esterno.

In particolare, l’unità 104 può incorporare un microcontrollore. Inoltre, preferibilmente ai fini di detta trasmissione e/o ricezione l’unità di controllo interna 104 comprende anche mezzi di ricezione/trasmissione wireless.

Sempre nel presente esempio, l’unità di controllo interna 104 può comprendere anche un modulo wireless di ricarica per la batteria 103.

Il sistema di controllo esterno gestito dall’operatore comprende a sua volta componenti – anche in questo caso in termini generali di tipo noto - interagenti con quelli dell’unità di controllo 104 interna alla capsula 100, consentendo a sua volta la ricezione/trasmissione di immagini e/o video, comandi, richieste e informazioni in genere in modalità wireless. Tale sistema di controllo esterno è tipicamente associato ad un elaboratore elettronico.

Inoltre, il sistema di controllo esterno può gestire mezzi di generazione di campo magnetico disposti esternamente alla capsula 100 ed al corpo del paziente, di cui si dirà a breve.

Il dispositivo di attuazione 1 della presente forma di realizzazione verrà ora descritto in dettaglio con riferimento anche alla Figura 1.

Il dispositivo 1 comprende innanzitutto mezzi motori 2, bloccati sull’involucro 101 della capsula 100 in corrispondenza di un proprio telaio esterno 21.

I mezzi motori 2 possono essere di qualsiasi tipo noto adatto all’applicazione miniaturizzata qui considerata.

Il dispositivo 1 comprende poi una coppia di elementi magnetici, in particolare due magneti permanenti 31 e 32 che nel presente esempio presentano ciascuno una conformazione sostanzialmente a disco. Come verrà illustrato in maggiore dettaglio a breve, gli elementi 31 e 32 sono atti ad interagire con un campo magnetico esterno sostanzialmente costante per produrre un movimento della capsula 100, e in particolare una rotazione (“steering”) di questa. Tale campo magnetico esterno può essere generato mediante un magnete permanente o un elettromagnete / bobina disposto appunto esternamente alla capsula 100 ed al corpo del paziente e, come detto in precedenza, gestito mediante il sistema di controllo esterno già menzionato.

Il dispositivo 1 comprende inoltre mezzi di trasmissione, complessivamente denotati con 4, interposti fra i magneti 31 e 32 ed i mezzi motori 2.

Nel presente esempio, tali mezzi di trasmissione 4 comprendono un elemento a cremagliera 41 associato ai mezzi motori 2 ed un accoppiato elemento a ruota dentata 42 solidale ai due magneti 31 e 32. In particolare, la ruota dentata 42 è interposta fra i magneti 31 e 32 ed i tre componenti sono disposti in asse l’uno con l’altro secondo la linea A di Figura 2 e montati su di un medesimo elemento ad asse 30.

L’elemento ad asse 30, a sua volta, è accoppiato con l’involucro 101 della capsula 100 mediante impegno di una coppia di piste 106 e 107, che permettono all’elemento 30 di ruotare attorno al proprio asse A.

In tal modo, l’azione di potenza generata dai mezzi motori 2 può essere trasmessa alla ruota dentata 42 e quindi ai magneti 31 e 32 ad essa solidali.

La disposizione complessiva è quindi tale da consentire la generazione di un moto relativo fra i mezzi motori 2 ed i magneti 31 e 32. In particolare, la disposizione descritta è tale da far sì che, se i magneti 31 e 32 vengono mantenuti stazionari, l’azionamento dei mezzi motori 2 è tale da produrre lo spostamento del telaio 21 di questi e quindi dell’intera capsula 100 ad esso solidale, modulo di visione 102 compreso.

Naturalmente, sia l’azionamento del campo magnetico esterno che quello dei mezzi motori 2 può essere determinato dall’operatore o in automatico dal suddetto sistema di controllo esterno, eventualmente tramite l’unità di controllo interna 104, rendendo quindi il dispositivo 1 telecomandato.

Scendendo maggiormente nel dettaglio del funzionamento del dispositivo 1, questo permette la rotazione della capsula 100 secondo il seguente flusso operativo, da considerarsi anche in relazione alla Figura 3:

(i) si azionano i mezzi esterni di generazione di campo magnetico non variabile nel tempo;

(ii) la capsula 100 si posiziona in modo stabile rispetto al campo magnetico esterno (vettore in Figura 3), ossia in modo da allineare i magneti interni 31 e 32 ad esso;

(iii) si azionano i mezzi motori 2, mantenendo costante il campo magnetico esterno;

(iv) in tal modo, i mezzi motori 2 inducono una rotazione relativa dei magneti interni 31 e 32 rispetto al corpo della capsula 100: in altre parole, i magneti 31 e 32 rimangono stazionari mentre il telaio 21 del motore ruota attorno all’asse A, e con esso l’intero involucro 101 della capsula.

Al passo (iv), quindi, grazie alla forza di attrazione magnetica tra magneti interni 31 e 32 e mezzi esterni di generazione di campo magnetico i primi rimangono allineati secondo il campo esterno e l’intera capsula 100 ruota di un angolo assoluto uguale in modulo e opposto in verso a quello relativo introdotto dai mezzi motori 2 (frecce R in Figura 3). Il movimento si sviluppa attorno all’asse A, e quindi – come si può apprezzare dalle figure - secondo un asse sostanzialmente ortogonale allo sviluppo longitudinale della capsula stessa definito, in Figura 2, dalla linea L.

Durante il movimento, il modulo di visione 102 fornisce immagini sia a fini diagnostici che ai fini di un feedback visivo per la guida della capsula 100 dall’esterno.

Secondo un'altra forma realizzativa dell'invenzione, illustrata schematicamente in Figura 4, il dispositivo di attuazione contiene più mezzi motori, nel caso specifico due, denotati rispettivamente con 201 e 202. Ciascun motore 201, 202 è associato ad un rispettivo primo o secondo elemento a cremagliera 203 o 204 e ciascuno di questi a sua volta impegna una rispettiva prima o seconda ruota dentata o pignone 205 o 206. Nel presente esempio, le ruote dentate 205 e 206 presentano assi di rotazione sostanzialmente ortogonali.

Ciascuna ruota dentata 205, 206 è portata da un rispettivo primo o secondo braccio 207 o 208, ciascuno dei quali solidali al corpo dei primi mezzi motori 201.

In questa forma di realizzazione è previsto un unico magnete 209 solidale alla prima ruota dentata 205.

Questa configurazione consente quindi di orientare il magnete secondo due assi ortogonali che sono gli assi dei due pignoni 205 e 206. In questo modo si può ottenere un miglior puntamento della testa della capsula su un piano invece che su un asse soltanto.

Naturalmente, anche in questo caso può prevedersi una coppia di magneti (in analogia alla prima forma di realizzazione) anziché un unico magnete.

La disposizione descritta con riferimento alle due forme di realizzazione sopra considerate consente quindi di posizionare la capsula endoscopica in modo affidabile nei punti di interesse clinico, compiendo movimenti di orientamento fine di estrema precisione e con ampi angoli di rotazione.

Pertanto, il dispositivo descritto consente di orientare in modo wireless dispositivi endoscopici “pill-like” a scopo diagnostico.

Preliminarmente alla fase di orientamento fine di cui ai precedenti punti (i)-(iv), è possibile portare la capsula in uno specifico sito diagnostico mediante una azione di trascinamento dei magneti interni svolta mantenendo disattivati i mezzi motori e spostando fisicamente i mezzi esterni di generazione di campo magnetico costante.

Sarà apprezzato che il vantaggio dell’invenzione rispetto alle capsule passive oggi in commercio (mosse dalla sola peristalsi) è dato dalla presenza di un meccanismo attivo che permette al medico, tramite un’interfaccia dedicata, di orientare in modo molto preciso il dispositivo. In questo modo la capsula può restituire immagini diagnostiche più mirate.

Inoltre, sarà anche apprezzato che il vantaggio rispetto alle capsule magnetiche mosse tramite variazione del campo magnetico esterno è che la presente invenzione permette di ottenere la stessa rotazione senza produrre un campo magnetico variabile, che risulta essere potenzialmente più pericoloso sia per il paziente sia per il medico rispetto ad un campo stabile.

Sempre rispetto alla soluzione con campo esterno variabile si ha il vantaggio di poter disporre il campo esterno in configurazioni facilmente compatibili da un punto di vista morfologico e geometrico con l’anatomia del paziente (ad esempio evitando campi con direzione piedi-testa, difficilmente ottenibili in intensità sufficiente, vista l’elevata distanza tra le due estremità del corpo).

Sarà apprezzato che, in termini generali, il dispositivo dell’invenzione permette di indurre una rotazione precisa e affidabile di una capsula o altro corpo all’interno di una cavità.

In particolare, il dispositivo dell’invenzione si presta efficacemente anche ad una applicazione in ambito laparoscopico, specialmente per la laparoscopia addominale.

In tal caso, il dispositivo descritto con riferimento alle Figure 1 e 4 può essere impiegato per posizionare una capsula nell'addome, e in particolare per puntare verso il sito operatorio una telecamera alloggiata appunto entro tale capsula.

A tal proposito, va notato che nella laparoscopia tradizionale è necessario praticare nell'addome del paziente tre fori di accesso, due per i trocar operatori ed uno per una telecamera tubata. Usando il dispositivo dell’invenzione ne basterebbero invece due. Infatti, all’inizio dell’intervento si immette, tramite uno dei due trocar, la telecamera tradizionale con cui posizionare detta capsula (eventualmente filata). Quest’ultima può essere passata attraverso l'altro trocar e posizionata usando il campo magnetico esterno. Una volta ottenuto il puntamento desiderato della telecamera interna alla capsula, si può togliere la telecamera tubata ed iniziare l'intervento vero e proprio, inserendo gli strumenti di volta in volta necessari nei due trocar, come usuale, e orientando la capsula con il dispositivo dell'invenzione a bordo di essa per puntare la telecamera. Oltre ad una estrema precisione di puntamento, in tale applicazione laparoscopica verrebbe quindi eliminato un foro nell'addome, con evidenti ed importantissimi vantaggi per l’intervento ed il paziente.

Sarà anche apprezzato che l’invenzione attiene anche ad un metodo per movimentare e/o orientare in modo fine un corpo entro una cavità, basato sulla previsione di una interazione fra un campo magnetico esterno ed un campo magnetico interno alla cavità nei termini sopra specificati e sulla previsione di mezzi motori interni collegati ai mezzi di generazione del campo magnetico interno in modo da poter produrre un moto relativo.

La presente invenzione è stata fin qui descritta con riferimento a forme preferite di realizzazione. È da intendersi che possano esistere altre forme di realizzazione che afferiscono al medesimo nucleo inventivo, come definito dall’ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito riportate.

Claims (16)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di attuazione (1), idoneo all’inserimento in una capsula endoscopica o laparoscopica (100), comprendente: - mezzi motori (2), atti ad essere installati su un telaio o in un involucro (101) di un corpo da movimentare; - almeno un elemento magnetico (31, 32), atto ad interagire con un campo magnetico esterno sostanzialmente costante; e - mezzi di trasmissione (4), interposti fra detto elemento magnetico (31, 32) e detti mezzi motori (2), la disposizione complessiva essendo tale che l’attuazione di detti mezzi motori (2) è atta a determinare un moto relativo fra i mezzi motori stessi (2) e detto elemento magnetico (31, 32).
2. 2. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1, comprendente una coppia di elementi magnetici (31, 32) atti ad interagire con un medesimo campo magnetico esterno sostanzialmente costante.
3. 3. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto o detti elementi magnetici sono magneti permanenti (31, 32).
4. 4. Dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto o detti elementi magnetici (31, 32) sono ciascuno in forma di disco.
5. 5. Dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi di trasmissione (4) comprendono un elemento (42) solidale a detto o a detti elementi magnetici (31, 32).
6. 6. Dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi di trasmissione (4) comprendono un accoppiamento ruota dentata (42) – cremagliera (41).
7. 7. Dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi di trasmissione (4) comprendono un duplice accoppiamento ruota dentata (205, 206) – cremagliera (203, 204).
8. 8. Dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la disposizione complessiva è tale che possa prodursi una rotazione relativa fra detto o detti elementi magnetici (31, 32) e detti mezzi motori (2).
9. 9. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione precedente, in cui la disposizione complessiva è tale che detta rotazione si sviluppi attorno ad un asse (A) sostanzialmente trasversale rispetto allo sviluppo longitudinale (L) del dispositivo (1) stesso.
10. 10. Dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la disposizione complessiva è tale che possa prodursi un orientamento relativo su di un piano fra detto o detti elementi magnetici (209) e detti mezzi motori (201, 202).
11. 11. Capsula endoscopica o laparoscopica (100), comprendente un dispositivo di attuazione (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
12. 12. Capsula (100) secondo la rivendicazione precedente, comprendente un involucro (101) che alloggia detto dispositivo di attuazione (1) e che è solidale ad un telaio (21) di detti mezzi motori (2).
13. 13. Capsula (100) secondo la rivendicazione 11 o 12, comprendente un modulo di visione (102) mobile solidalmente a detti mezzi motori (2) oppure a detto o detti elementi magnetici (31, 32).
14. 14. Capsula (100) secondo la rivendicazione 12 o 13, in cui il dimensionamento complessivo è tale che, a seguito dell’azionamento di detti mezzi motori (2) e mantenendo sostanzialmente fissi detto o detti elementi magnetici (31, 32), si produca uno spostamento di detto involucro (101) o di detto modulo di visione (102) solidalmente a detti mezzi motori (2).
15. 15. Sistema per endoscopia, comprendente: - un dispositivo di attuazione (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 10 e/o una capsula endoscopica (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 11 a 14; e - mezzi di generazione di un campo magnetico sostanzialmente costante atto ad interagire con detto o detti elementi magnetici (31, 32) al fine di produrre un desiderato orientamento di detto dispositivo (1).
16. 16. Metodo per movimentare e/o orientare in modo fine un corpo entro una cavità, che prevede la generazione di un campo magnetico esterno alla cavità sostanzialmente costante e la fornitura, solidalmente al corpo da orientare, di mezzi motori connessi a mezzi di generazione di campo magnetico interni alla cavità ed atti ad interagire con il campo magnetico esterno, tale connessione essendo realizzata in modo tale che sia consentito un moto relativo fra detto corpo e detti mezzi di generazione di campo magnetico a seguito dell’azionamento di detti mezzi motori.