KR101314484B1

KR101314484B1 - 자기에 의해 안내되는 캡슐 내시경을 위한 솔레노이드 시스템

Info

Publication number: KR101314484B1
Application number: KR1020127008353A
Authority: KR
Inventors: 알렉산다 율로스키; 요하네스 라인슈케
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2010-08-25
Publication date: 2013-10-07
Also published as: US20120232337A1; KR20120062858A; DE102009039484A1; JP5506930B2; DE102009039484A8; CN102481174A; CN102481174B; US9283044B2; JP2013502953A; EP2473129B1; EP2473129A1; WO2011023710A1

Abstract

본 발명은 자기에 의해 안내되는 캡슐 내시경을 위한 솔레노이드 시스템(8)에 관한 것이며, 이러한 솔레노이드 시스템은 편평면(22)를 한정하는 환자용 탁자(2) 하부에 위치한 부품들을 포함하며, 이러한 부품들은 편평면(22)에 대해 수직인 법선 방향(y)을 갖는 중심 코일(10)과, 편평면(22)과 관련하여 십자(20) 형태를 따라 중심 코일(10)을 중심으로 배치된 4개의 코일쌍(12)이며, 이러한 코일쌍은 각각 2개의 개별 코일들(14a, 14b)을 포함하며, 이러한 개별 코일들의 법선 방향들(z, x)은 편평면(22)에 대해 수직을 이루면서 서로 90°로 오프셋되어 방향 설정된다.

Description

자기에 의해 안내되는 캡슐 내시경을 위한 솔레노이드 시스템{SOLENOID SYSTEM FOR MAGNETICALLY GUIDED CAPSULE ENDOSCOPY}

본 발명은 자기에 의해 안내되는 캡슐 내시경을 환자에 대해 실행 가능하게 하는 솔레노이드 시스템에 관한 것이다.

자기에 의해 안내되는 캡슐 내시경(MGCE)에서는 여러 가지 의료적 과제를 수행할 수 있는 내시경 캡슐이 환자에 투입된다. 이러한 캡슐은 자기 소자(magnetic element)를 포함하며, 이러한 자기 소자에 의해 외부 자기장이 인가됨으로써 힘 또는 토크가 캡슐에 가해질 수 있다. 의도한 바대로 힘이 작용함으로써 캡슐은 환자의 몸속에서 접촉 없이 계속 이동할 수 있으며, 환자의 몸속에서 상응하게 의료적 과제를 수행할 수 있다.

캡슐에 힘을 가하기 위한 외부 자기장은 환자 외부에 배치된 소위 안내 자석(guidance magnet)에 의해 생성된다. 상응하는 솔레노이드 시스템이 예를 들어 DE 103 40 925 B3호에 공지되어 있다.

본 발명은 캡슐 내시경에 의해 단지 환자의 식도와 위, 그리고 필요한 경우 십이지장에도 도달 가능한 MGCE, 즉 식도 위십이지장 내시경(EGD : esophagogastroduodenoscopy)의 특수 적용예에 관한 것이다.

상기 유형의 EGD 검사를 위해, 위는 예를 들어 절반 이상이 물로 채워진다. 캡슐은 약 2㎤ 내지 3㎤의 부피를 갖는다. 약 2g 내지 3g의 질량을 갖는 내시경 캡슐은 상응하는 밀도를 갖도록 형성되고, 이러한 밀도는 물의 밀도에 가깝고, 바람직하게는 물의 밀도에 조금 못 미친다. 이 경우, 내시경 캡슐은 위 내부의 물속에서 부유하고, 이 경우 자신의 부력과 함께 예를 들어 -0.1g의 유효 질량을 갖는다. 캡슐 내의 장치들은 캡슐 종축 상의 캡슐의 무게 중심이 캡슐 중점으로부터 약간 벗어나도록 배치된다. 따라서, 직관형의 캡슐은 물속에서 외부의 힘작용 없이 수직을 이루고, 이러한 캡슐의 끝단에 장착된 카메라는 정지 상태에서 아래를 향한다.

상응하는 안내 자석을 통해 캡슐은 위 내부에서 자신의 부력에 반대로 수면으로부터 아래로 당겨지고, 수평으로 이동하고, 기울어질 수 있다. 이러한 MGCE의 상응하는 특수 적용예에서는 캡슐이 환자의 전체 장관(intestinal tract)을 통해 이동해야 할 때보다 훨씬 더 낮은 힘만이 캡슐에 가해질 수 있다.

따라서, 상술한 일반적인 솔레노이드 시스템과 비교하여, 본원의 EGD 적용예를 위해 소위 EGD 안내 자석(EGD guidance magnet)만이 사용되며, 이러한 EGD 안내 자석은 DE 103 40 925 B3호에 공지된 안내 자석보다 훨씬 간단하게 구성될 수 있다. 예를 들어, DE 10 2008 004 871 A1호에는 내시경 캡슐을 접촉 없이 안내하기 위한 코일 장치가 공지되어 있다. 또한, 상응하는 자석 시스템에서는 예를 들어 DE 10 2007 007 801 A1호의 코일 냉각 컨셉이 이용된다.

또한, WO 2006/014011 A1호에는 대안적인 EGD 안내 자석이 공지되어 있다. 이러한 자석 시스템은 3개의 코일들로 구성되고, 이러한 코일들은 소위 블록 자석을 함께 형성한다. 이러한 블록 자석은 환자용 탁자 하부에 배치되어, 환자용 탁자 하부에서 기계적으로 2차원 이동 가능하다. 대안적으로, 이러한 환자용 탁자는 블록 자석에 상대적으로 2차원 이동 가능하다. 환자용 탁자의 상부면에 배치된, 환자에 대한 접근부는 블록 자석을 통해 방해되지 않는다.

본 발명의 목적은 자기에 의해 안내되는 캡슐 내시경을 위한 추가로 개선된 솔레노이드 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구범위 제1항에 따른, 자기에 의해 안내되는 캡슐 내시경을 위한 자기장을 생성하기 위해 사용되는 솔레노이드 시스템에 의해 달성된다. 이러한 솔레노이드 시스템은 하기의 부품들을 포함하며, 전체 부품들은 하부에, 즉 환자용 탁자 하부면에 배치되며, 상부면에는 환자가 위치할 수 있다. 이 경우, 환자용 탁자의 윗면은 (대개 수평의) 편평면을 한정하지만, 이러한 윗면 자체가 평평할 필요는 없다. 편평면은 예를 들어 환자용 탁자의 외부 종방향 에지를 통해 한정될 수 있다.

솔레노이드 시스템은 편평면에 대해 수직인 법선 방향을 갖는 중심 코일을 포함한다. 바꿔 말해, 중심 코일은 평행하게 환자용 탁자 하부에 배치된다. 또한, 솔레노이드 시스템은 마찬가지로 탁자 하부에 배치되는 4개의 코일쌍을 포함하며, 이러한 코일쌍은 십자 형태로 중심 코일을 중심으로 배치된다. 각각의 코일쌍은 2개의 개별 코일들을 포함하며, 이러한 개별 코일들의 법선 방향들은 편평면에 대해 평행하게 연장되고 추가로 서로 90°로 오프셋되어 방향 설정된다. 즉, 바꿔 말해 코일쌍은 각각 중심 코일에 대해 수직을 이루는 십자형 개별 코일들로 구성된다. 따라서, 중심 코일 및 코일쌍은 한 쌍씩 서로 수직을 이루고, 이에 따라 자기장에 대한 모든 공간 방향을 커버한다. 환자용 탁자의 상부에 그리고 측면에는 코일이 위치하지 않는다.

설명을 위해 데카르트 좌표계(x, y, z)가 가정된다. 환자용 탁자의 수평의 편평면은 좌표계의 (x, z) 평면에 위치한다. y 방향은 수직선, 즉 환자용 탁자의 표면 법선을 형성한다. 이 경우, 중심 코일은 y 방향으로도 방향 설정되고, 즉 코일에 의해 형성된 평면의 표면 법선은 y 방향을 나타낸다. 코일쌍의 개별 코일들은 상응하게 각각 x 방향 및 z 방향으로 방향 설정된다.

따라서, 본 발명은 코일 기하 구조 및 코일 장치의 개념 또는 컨셉에 관한 것이다. 자석, 즉 전체 솔레노이드 시스템이 완전히 환자용 탁자 하부에 배치되거나 "감추어"지기 때문에, 환자에게 실행될 수 있는 수술 또는 검사가 행해지는 동안 환자에 대한 최대의 접근성이 얻어진다. 본 발명에 따른 솔레노이드 시스템은 공지된 시스템들의 10개 또는 12개의 코일들과는 대조적으로 단지 9개의 코일만을 포함한다. 블록 자석의 공지된 상술한 컨셉과는 대조적으로, 이러한 솔레노이드 시스템은 고정 배치되고, 즉 안내 자석은 기계적으로 이동 가능한 부품을 포함하지 않는다.

그러나, 환자를 둘러싸는 시스템과는 달리, 90A 또는 10㎾와 비교하여 약 350A 또는 40㎾의 더 높은 최대 전류 세기 및 출력을 갖는 증폭기가 코일들을 위해 사용되어야 한다.

코일쌍의 각각의 개별 코일은 편평면에 가장 가까운, 즉 편평면에 가장 가깝게 위치한 섹션을 포함한다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 이러한 섹션은 편평면에 대해 평행하게 연장된다. 따라서, 개별 코일은 하나 이상의 평평한 섹션을 포함하며, 이러한 평평한 섹션은 환자용 탁자에 가능한 가깝게 배치되고 이에 따라 환자의 영역 내에 가능한 강한 자기장을 생성할 수 있다. 나머지 코일부들은 편평면 또는 환자용 탁자로부터 분리되고, 이 코일부들의 자기장 성분들은 환자용 탁자의 상부면에서 뒷배경에 부딪힌다.

바람직한 추가의 일 실시예에서 중심 코일 및/또는 개별 코일은 모서리가 라운딩된 직사각 형태를 갖는다. 즉, 코일의 권선부는 대략 직사각형을 나타내는 커브를 따라 연장되거나 권선부에 의해 경계가 형성되는 면은 대략 직사각형이다. 이 경우, 특히 개별 코일을 위해서, 이러한 개별 코일은 편평면 또는 환자용 탁자 다음에 위치하여 편평면 또는 환자용 탁자에 대해 평행하게 연장되는 하나의 측면, 즉 하나의 섹션을 가진다. 이 경우, 이러한 섹션에는 이에 대해 수직으로 연장되는 직사각형의 2개 측면들이 이어지지만, 이러한 2개 측면들은 직사각형 내의 90°의 각도 때문에 90°로 오프셋된 자기장 성분을 생성한다. 이 경우, 직사각형의 제4 측면은, 제1 섹션에 의해 생성된 자기장을 실제로 단지 미미하게 약화시키기 위해 편평면으로부터 가능한 멀리 떨어지게 된다.

중심 코일이 직사각형 또는 정사각형으로 형성될 때, 특히 4개의 코일쌍이 십자 형태로 중심 코일의 모서리에 배치될 수 있다. 이 경우, 개별 코일은 직사각형 중심 코일의 각각의 측면들에 대해 평행하게 배향된다.

본 발명의 바람직한 추가의 일 실시예에서, 코일쌍의 각각 하나의 개별 코일은 각각 다른 개별 코일 내에 삽입된다. 이로 인해, 권선부의 교차가 불필요하기 때문에 코일쌍은 특히 간단하게 제조 가능하다.

본 발명의 바람직한 추가의 일 실시예에서, 모든 코일쌍들은 동일하게 배향된다. 이 경우, y 방향으로 방향 설정된 중심 코일이라는 전술한 용어에 의해, 예를 들어 4개의 코일쌍의 모든 제1 코일은 x 방향으로 배향되고, 4개의 코일쌍의 모든 제2 코일은 z 방향으로 배향된다. 이와 같이, 탁월한 대칭성을 갖는 장치가 얻어진다.

바람직한 추가의 일 실시예에서, 중심 코일 및/또는 개별 코일은 레이스 트랙 코일(racetrack coil)이다. 레이스 트랙 코일은 평면이며, 예를 들어 알루미늄 스트립 권선부 또는 구리 스트립 권선부로서 형성될 수 있다.

따라서, 바람직한 일 변형예에서, 레이스 트랙 코일은 스트립 권선부를 포함한다.

바람직한 일 실시예에서, 스트립 권선부의 하나 또는 두 측면 표면에서 스트립 권선부의 냉각이 실행된다. 한쪽면의 냉각시에는 스트립 권선부의 이러한 한쪽면에서 냉각이 실행되므로, 코일 장치를 작업 용적에 가능한 가까우면서 가능한 콤팩트하게 설계하는 것이 가능하다.

본 발명의 추가 설명을 위해 도면의 실시예들이 참조된다. 도면들은 각각 개념도로 도시된다.

도 1은 본 발명에 따른 솔레노이드 시스템을 구비한 환자용 탁자를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 솔레노이드 시스템을 화살표 방향(Ⅱ)으로 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2에는 환자용 탁자(2)가 각각 화살표 방향(Ｉ) 및 화살표 방향(Ⅱ)으로 도시되어 있으며, 도시되지 않은 환자에 접하는 환자용 탁자의 상부면(4)에서는 자기에 의해 안내되는 캡슐 내시경(MGCE)이 실행되어야 한다. 도시되지 않은 캡슐에 힘을 가하기 위해, 환자용 탁자(2)의 하부면(6)에는 솔레노이드 시스템(8)이 고정 설치된다. 환자용 탁자 또는 환자용 탁자의 탁자 윗면에는 편평면(22)이 형성된다.

솔레노이드 시스템(8)은 중심 코일(10)과, 각각 제1 개별 코일(14a) 및 제2 개별 코일(14b)로 구성된 4개의 코일쌍(12)을 포함한다. 이 경우, 개별 코일(14b)은 각각 개별 코일(14a) 내에 삽입된다. 중심 코일(10)은 좌표계(16)의 방향 설정과 관련하여 Hy 코일이며, 즉 법선 방향이 y 방향을 나타내는 코일이다. 개별 코일(14a)은 Hz 코일이고, 개별 코일(14b)은 Hx 코일이다.

도시되지 않은 대안적인 실시예에서, 개별 코일(14a)은 개별 코일(14b) 내에 삽입된다. 이러한 실시예에서 전체 개별 코일(14a, 14b) 및 중심 코일(10)은 각각 직사각 형태를 갖는데, 이는 특히 도 1에서 중심 코일(10)에 대해, 그리고 도 2에서 도시된 2개의 개별 코일들(14b)에 대해 나타날 수 있다. 도 2에서 이러한 직사각 형태는 개별 코일(14b)을 위한 직사각형의 라인(18)을 통해 표시된다.

모든 코일들은 소위 레이스 트랙 코일로서 형성되며, 즉 모든 코일들은 평면이고 알루미늄 스트립 권선부 또는 구리 스트립 권선부를 갖도록 형성된다. 하기에 언급되는 코일 치수는 냉각을 포함하여 85%의 점적률(space factor)이 가정된 구리 권선부에 관련되며, 이러한 구리 권선부는 반드시 스트립 권선부일 필요는 없다. x 방향 및 z 방향으로의 중심 코일(10)의 외부 치수는 각각 약 60㎝이다. 코일 포켓은 y 방향으로 약 10㎝ × x 방향 또는 z 방향으로 7.5㎝의 폭을 갖는다.

개별 코일(14a, 14b)은 약 25㎝ × 9㎝의 권선부 단면을 갖고, 이 경우, 개별 코일(14a)의 외부 치수는 y 방향으로 약 80㎝ 내지 100㎝ × x 방향으로 약 80㎝이다. 개별 코일(14b)의 외부 치수는 y 방향으로 약 60㎝ 내지 80㎝ × z 방향으로 약 80㎝이다.

도 1에는 어떻게 코일쌍들(12)이 십자(20)로 표시된 십자 형태로 편평면(22)과 관련하여 중심 코일(10)을 중심으로 그룹을 이루는지가 나타난다. 이 경우, 십자(20)는 중심 코일(10)의 각각의 모서리에 닿는다. 환자용 탁자(2)의 영역에서, 가장 가까이 위치한, 즉 가장 상부에 위치한 각각의 개별 코일(14a, 14b) 섹션은 각각 중심 코일(10)의 일 측면에 대해 평행하게 연장된다.

도 1 및 도 2에는 중심 코일(10)이 편평면(22)에 대해 평행할 뿐만 아니라 환자용 탁자 바로 다음에 위치한 개별 코일(14a, 14b)의 각각의 상부 섹션(24)도 각각 편평면(22)에 대해 평행하게 연장되는 것도 나타난다.

Claims

자기에 의해 안내되는 캡슐 내시경을 위한 솔레노이드 시스템(8)이며, 상기 솔레노이드 시스템은 편평면(22)를 한정하는 환자용 탁자(2) 하부에 위치한 부품들을 포함하며, 상기 부품들은
- 편평면(22)에 대해 수직인 법선 방향(y)을 갖는 중심 코일(10)과,
- 편평면(22)과 관련하여 십자(20) 형태를 따라 중심 코일(10)을 중심으로 배치된 4개의 코일쌍(12)이며,
상기 코일쌍은 각각 2개의 개별 코일들(14a, 14b)을 포함하며, 상기 개별 코일들의 법선 방향들(z, x)은 편평면(22)에 대해 수직을 이루면서 서로 90°로 오프셋되어 방향 설정되는, 자기에 의해 안내되는 캡슐 내시경을 위한 솔레노이드 시스템(8).
제1항에 있어서, 개별 코일(14a, 14b)은 편평면(22) 다음에 위치하여 편평면(22)에 대해 평행하게 연장되는 섹션(24)을 포함하는, 자기에 의해 안내되는 캡슐 내시경을 위한 솔레노이드 시스템(8).
제1항 또는 제2항에 있어서, 중심 코일(10)과 개별 코일(14a, 14b) 중 어느 하나 또는 이 두 가지 코일 모두는 직사각형(18) 형태를 갖는, 자기에 의해 안내되는 캡슐 내시경을 위한 솔레노이드 시스템(8).
제1항 또는 제2항에 있어서, 코일쌍(12)의 하나의 개별 코일(14b)은 다른 개별 코일(14a) 내에 삽입되는, 자기에 의해 안내되는 캡슐 내시경을 위한 솔레노이드 시스템(8).
제1항 또는 제2항에 있어서, 모든 코일쌍들(12)은 동일한 배향(z, x)을 갖는, 자기에 의해 안내되는 캡슐 내시경을 위한 솔레노이드 시스템(8).
제1항 또는 제2항에 있어서, 중심 코일(10)과 개별 코일(14a, 14b) 중 어느 하나 또는 이 두 가지 코일 모두는 레이스 트랙 코일인, 자기에 의해 안내되는 캡슐 내시경을 위한 솔레노이드 시스템(8).
제6항에 있어서, 상기 레이스 트랙 코일은 스트립 권선부를 포함하는, 자기에 의해 안내되는 캡슐 내시경을 위한 솔레노이드 시스템(8).
제7항에 있어서, 상기 스트립 권선부의 하나 또는 두 측면 표면에서는 스트립 권선부의 냉각이 실행되는, 자기에 의해 안내되는 캡슐 내시경을 위한 솔레노이드 시스템(8).