WO2006087287A1 - Wireless, directable capsule - Google Patents

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WO2006087287A1
WO2006087287A1 PCT/EP2006/050779 EP2006050779W WO2006087287A1 WO 2006087287 A1 WO2006087287 A1 WO 2006087287A1 EP 2006050779 W EP2006050779 W EP 2006050779W WO 2006087287 A1 WO2006087287 A1 WO 2006087287A1
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WO
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capsule
longitudinal axis
pressure
hollow organ
pressure sensor
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Application number
PCT/EP2006/050779
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German (de)
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Inventor
Johannes Reinschke
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B1/00064—Constructional details of the endoscope body
    • A61B1/00105—Constructional details of the endoscope body characterised by modular construction
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    • A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
    • A61B1/041—Capsule endoscopes for imaging
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    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/73—Manipulators for magnetic surgery

Definitions

  • the invention relates to a wireless navigatable capsule and a method for performing a medical procedure in a hollow organ of a patient.
  • Non-invasive or minimally invasive medical procedures ge ⁇ winnen in medical technology is becoming increasingly important.
  • Medical measures are to be understood here as a generic term for a variety of medical projects such as diagnoses (visual inspection, biopsies) or therapies (targeted drug delivery, attaching clips or stents) to understand.
  • Patients may be humans or animals on whom the medical procedure is carried out.
  • Especially wishing ⁇ worth is the implementation of measures within the patient, especially in the interior of hollow organs such as the entire gastrointestinal tract.
  • the small intestine is only about halfway, ie about 2-3m each from the oral and rectal ⁇ len side, reachable. Complete driving through the Small intestine is still impossible. Due to the long treatment time of about 90 minutes and the high risk of complications, the procedure is not particularly patient friendly.
  • a so-called endo-robot is alternatively proposed, which is navigated by means of controlled external magnetic fields wirelessly inside a patient.
  • the magnetic fields are generated by a magnet system or coil system surrounding the patient of several, e.g. fourteen, electrical single coils generated.
  • the endo-robot is a small capsule which can be equipped with a video camera and / or e.g. a biopsy forceps, a drug reservoir, etc. is equipped.
  • the magnetic fields generate a translatory force or torque on the capsule and thus move the capsule in the patient.
  • the capsule is moved by an operator through a hollow organ in the patient using the real-time images provided by the video camera. Such navigation is very difficult and time consuming. The navigation of the capsule is impossible in case of failure of the video system or for capsules without Videokame ⁇ ra, since the location of the small intestine of a Patien ⁇ th is not known in advance.
  • the invention is based on the object to provide an improved wireless navigable capsule and an improved method for their navigation.
  • the object is achieved by a capsule which can be navigated wirelessly by means of a magnet system for carrying out a medical measure in a hollow organ of a patient, preferably the gastrointestinal tract, which wraps around the capsule.
  • the capsule has a longitudinal axis.
  • At least one pressure sensor is arranged in a part region of its surface which is spaced radially from the longitudinal axis. This is therefore due to the capsule surface.
  • the pressure sensor serves to detect a on the capsule from the hollow organ out ⁇ practiced mechanical pressure. The pressure can be detected at different circumferential positions of the capsule.
  • the invention utilizes the recognition that in a leertes ent ⁇ hollow organ, especially the gastrointestinal tract, introduced capsule touches this and expands to its inner wall.
  • the inner wall of the hollow organ is thus Be ⁇ agitation with a more or less large part of the surface of the capsule. Due to the elasticity of the wall of the Hohlor ⁇ goose, a mechanical pressure is exerted by the inner wall on the capsule surface. This pressure is not necessarily the same on the entire capsule surface.
  • Au ⁇ ßerdem each of the capsule in the hollow organ to change the pressure conditions at the surface location.
  • the invention also utilizes the knowledge that in recognition of the Druckver ⁇ ratios conclusions can be drawn on the shell of these ve to the relati ⁇ location of the capsule in the hollow organ. For example indicated an uneven distribution of pressure on the capsule ⁇ circumferentially on an oblique position of the capsule with respect to the preferential direction of the hollow organ ⁇ out.
  • the capsule is therefore equipped with at least one pressure sensor from ⁇ absorb the pressure above, that measure can.
  • the pressure sensor is arranged in a radially spaced from the longitudinal axis portion of the surface. Since the pressure sensor thus has a radial distance from the longitudinal axis, it absorbs the pressure on the capsule surface at the corresponding point. This is provided at several different circumferential positions of the capsule. Thus, a pressure profile known at least at several points can be determined in the circumferential direction of the capsule. It can be concluded from the above cognition on the position of the capsule relative to the orientation of the hollow organ.
  • the capsule or the partial area is translational, for example, by applying the magnetic field generated outside the patient moves and rotates, ie navigates wirelessly.
  • a magnet system is disclosed, for example, in DE 101 42 253.
  • drive members for example, only a Perma ⁇ nentmagnet necessary, which is mounted in or on the capsule.
  • the position of the capsule relative to the local orientation of the hollow organ at the location of the capsule can therefore be determined.
  • the video ⁇ camera in the capsule can be omitted.
  • this is an automatic navigation, ie without control by an operator, possible. Automatic rides such as “drive through the entire small intestine” or “drive back to the stomach” are possible.
  • the capsule is thus able to automatically follow any bowel loops. This saves personnel and equipment time.
  • a pressure profile or several individual caught distributed over the Kapselum ⁇ pressure values in different ways, he ⁇ averages are. If, for example, only a single pressure sensor is provided on the capsule, the pressure profile surrounding the capsule surface can be determined by rotation of the pressure sensor about the capsule longitudinal axis. For this purpose, in turn, both the entire capsule and only the portion of the surface carrying the pressure sensor can be rotated relative to the rest of the capsule. This may in turn both the capsule interior, such as a motor, than be werkstelligt by an external magnetic field be ⁇ .
  • the pressure sensor may only have a limited angular range, e.g. 30 °, cover the outer circumference of the capsule surface.
  • rotatable part of the surface of the capsule is e.g. a rotatable ring or a rotatable capsule half conceivable.
  • the capsule circumference several pressure sensors can be distributed in the circumferential direction.
  • the capsule does not have to be anymore or only partially rotated to determine a pressure profile of the capsule perimeter. Without rotation, the pressure is then known on at least a plurality of circumferential positions distributed over the circumference. For example, with four uniformly distributed pressure sensors, it also extends out of the capsule only animals by 90 ° to ro ⁇ , to obtain a the capsule with a 360 ° fully comprehensive pressure profile.
  • the pressure sensor may be disposed near a front or rear end of the capsule with respect to the longitudinal axis.
  • capsules have in the longitudinal direction, ie along its longitudinal axis, a preferred direction, which usually corresponds to the movement ⁇ direction, with front and rear end. It can be assumed that, in the case of an oblique position in a hollow organ having a preferential direction, the pressure conditions on the capsule surface, especially at their ends, change particularly strongly. If the pressure sensor is arranged close to one end, an oblique position of the capsule in the interior of the hollow organ causes a particularly large change in the pressure distribution in the circumferential direction in the surface region in which the pressure sensor is arranged. Of the capsule can be inferred relative to the hollow organ ⁇ from the increased pressure fluctuations particularly well to the situation.
  • the capsule may have a magnetic dipole moment oriented perpendicular to the longitudinal direction, which interacts with the partial region carrying the pressure sensor in a force-fitting manner.
  • a magnetic dipole moment attempts in an outer magneti ⁇ 's field, always align in the field direction.
  • the magnetic dipole moment can be rotated. If this is frictionally connected to the subarea, then this and thus the pressure sensor is rotated by the external magnetic field, so rotated. Itself must therefore not causing the rotation device such as a battery powered motor ⁇ ner, be provided on the capsule.
  • the execution of the capsule is thereby particularly simple.
  • quasistatic see or homogeneous magnetic fields sufficient for rotation of the capsule, thus causing a torque at this, produce very easily and inexpensively.
  • the entire surface of the capsule can be rigid. No part of the surface is rotatable against another part. Thus, not only a portion, but only the entire surface, i. the entire capsule, rotatable.
  • the pressure sensor is then rotated. Elaborate seals between rotatable and rigid surface parts where e.g. Body fluids could penetrate, are avoided. The entire execution of the capsule is easier and cheaper.
  • the capsule may have a helical outer contour with respect to the longitudinal axis, at least in the partial region. Since, during rotational movement with the pressure sensor, at least the partial area and thus the helical outer contour are rotated or rotated and the inner wall of the hollow organ is flushed. The rotational movement of the helical outer contour is thus translated into a translational movement of the capsule which points in the direction of its longitudinal axis, in a hollow organ such as, for example, the intestine where the capsule surface rests against the inside of the hollow organ, so it is ensured in the direction of its longitudinal axis a propulsion of the capsule.
  • the capsule may comprise a sleeve and a capsule held on the sleeve.
  • the entire capsule system is more flexible because, for example, different useful capsules can be introduced for different diagnostic or therapeutic purposes in one and the same sleeve.
  • This is particularly advantageous ⁇ way, when the sleeve includes a part or all of the necessary for operating Before ⁇ , navigation, communications or data transmission to and from the capsule or the orientation of the capsule in the hollow organ components.
  • the capsule only the need for the specific application notwendi ⁇ gene internals, such as a video camera, a biopsy forceps, a clip or a device for drug administration must be included.
  • the division of the individual components on the capsule and sleeve thus leads to a universally usable system, for example in the manner of a modular system.
  • the sleeve may have the helical outer contour.
  • the sleeve is responsible for the screwing propulsion of the capsule by sleeve rotation, so that the useful capsule may have, for example, any or smooth outer shape and otherwise no internals for the capsule propulsion benö ⁇ taken.
  • the sleeve may be at least partially made of permanent magnetic material. This in turn has a vertically oriented to the longitudinal direction of magnetic dipole moment on, the rotation of the capsule can be ensured by the action of a rotary external magnetic field on the sleeve for any Nutzkap ⁇ clauses.
  • the sleeve may contain the pressure sensor.
  • the pressure sensor can be a passive, electromagnetically readable pressure sensor. In this way is for determining the position of the capsule in the hollow organ or the transmission of the captured by the pressure sensor the pressure curve to a computing device external to the patient no additional energy source or changes ⁇ re internals, such as a transmitter in the capsule or an associated battery, necessary.
  • the pressure sensor may be connected to an RF transmitter carried along with the capsule.
  • the pressure information of the pressure sensor is then transmitted via RF signals to a computing device outside the patient.
  • Corresponding RF transmitters are inexpensive and available in sufficiently small size.
  • the transmitter can be arranged in the useful capsule or can be used if it is present anyway. is hand, or integrated in the sleeve, which in turn is not dependent on the useful capsule.
  • the object is achieved by a method for wireless navigation of a capsule for performing a medical procedure in a capsule encircling hollow organ of a patient, preferably the gastrointestinal tract, wherein the capsule has a longitudinal axis and a radially spaced from the longitudinal axisritanbe ⁇ rich with a Pressure sensor for detecting a force exerted on the capsule from the hollow organ mechanical pressure.
  • the capsule is introduced into the hollow organ.
  • the force exerted by the Hohlor ⁇ gan to the pressure sensor mechanical pressure is detected at a plurality of circumferential positions of the capsule.
  • the position of the longitudinal axis with respect to the hollow organ ermit ⁇ telt from the pressure.
  • the invention is based on the finding that, depending on the position of the capsule longitudinal axis in the hollow organ, it rests against the capsule wall with its inner wall with different pressure ratios.
  • the pressure sensor absorbs a pressure at a plurality of circumferential positions of the capsule with respect to its longitudinal axis. This pressure is recorded and evaluated with suitable methods.
  • the capsule can be rotated about its longitudinal axis and the pressure profile of the pressure determined by the sensor during the rotation can be recorded.
  • the pressure profile of the pressure determined by the sensor during the rotation can be recorded.
  • a cylindrical capsule is located in the small intestine of a patient, it can be assumed that this the capsule almost closes on its entire cylindrical surface ⁇ and thus exerts pressure on this almost entire surface. If the capsule, for example, with their longitudinal Rich ⁇ tung centrally and parallel to the extension direction of the intestine, it can be assumed that the pressure on the capsule in the circumferential direction is approximately constant. A uniform pressure distribution during a rotation of the pressure sensor is thus an indication of the orientation of the capsule or its longitudinal axis in intestinal canal direction.
  • the pressure ratio are tugging on the capsule surface ver ⁇ , so a fluctuation in the pressure curve at the pressure sensor indicating when a rotation of the capsule or the pressure sensor to an inclined position of the capsule.
  • the pressure curve of at least one revolution of the pressure sensor to the longitudinal axis can be recorded, the average value of the pressure curve are determined, and the position of the longitudinal axis ⁇ from the relative pressure fluctuations about the mean value can be determined.
  • the invention is based on the recognition that the absolute pressure curve on the capsule in the interior of the hollow organ is temporally and locally variable in an unpredictable manner, for example due to peristaltic waves, local stenoses or Darmwandverhärten.
  • the absolute pressure therefore gives no indication of the actual position of the capsule in the hollow organ. Only the fluctuations of the pressure curve around a certain, for the current spatial position of the capsule unpredictable mean are crucial for the evaluation. Averaging and determination of pressure fluctuations in a pressure curve are particularly easy to carry out, which is why the position of the longitudinal axis with respect to the alignment of the hollow organ can be determined ⁇ be particularly easy and fast by this method variant .
  • the capsule can be oriented so that the longitudinal axis ⁇ at least approximately parallel or coaxially with the co- telachse lies. This ensures the hollow organ is aligned that the cape ⁇ sel always se almost parallel to the center Lach ⁇ with its longitudinal axis, which leads, in a pre ⁇ the capsule downward movement in the longitudinal direction to the capsule that centrally along the hollow member or of the ⁇ middle axis moved.
  • FIG. 1 shows a capsule according to the invention in a section of the intestine in an inclined position relative to the intestinal canal
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of an inventive ⁇ SEN capsule, aligned in the intestinal tract direction, in a representation according to Fig.l.
  • Fig. 1 shows a section of a colon 2 of a person, which is to be medically examined or treated.
  • a capsule 4 is introduced into the intestine 2, which contains diagnosis or therapy internals not shown in its interior.
  • diagnosis or therapy internals can eg be a Videoka ⁇ ra, biopsy forceps, a clip or a device for drug delivery.
  • the capsule 4 is rotationally symmetrical about a capsule longitudinal axis 8 and consists of a cylindrical central portion 10 with two attached approximately hemispherical caps 12a, 12b.
  • a non dargestell ⁇ ter permanent magnet containing a radially to the capsule longitudinal axis 8 lying magnetic dipole moment 14 has. Rotation of the capsule 4 causes about its longitudinal axis 8 of the capsule so also returns a rotation of the dipole moment 14 or vice ⁇ .
  • a lubricant for a smooth movement of the capsule 4 in the intestine 2 is not shown natural intestinal secretions.
  • the surface 16 of the capsule 4 is on the cap 12a facing ⁇ th end of the central part 10 in a small area 18 ⁇ saved.
  • the region 18 extends approximately over 10% of the capsule perimeter and 10% of the length of the central part 10.
  • a pressure sensor 20 is arranged, which acts on the surface 16 in the region 18 mechanical pressure on the capsule 4 detected.
  • the dipole moment 14 points in the same Rich ⁇ tung as the radial beam from the capsule longitudinal axis 8 of 20 to the pressure sensor, the pressure sensor 20 is not shown to a, joined located in the interior of the capsule 4 RF transmitter which receives the pressure signal of the pressure sensor 20 via radio transmitted to an outside of the patient, not shown, computer 22.
  • a pressure sensor 20 for example, a piezoelectric sensor in question, the mechanical pressure on the surface 16 converts into an electrical signal proportional to the pressure.
  • the intestinal wall 24 is widened in a region 26. Therefore, the intestinal wall 24 is situated on the largest part of the surface 16 of the capsule 4 and applies we ⁇ gen their elastic expansion pressure on them.
  • the capsule 4 is located obliquely in the gut 2, that their capsule longitudinal axis 8 intersects the center axis 28 of the intestine ⁇ intestine 2 at an angle a.
  • the rotation angle of the pressure sensor 20 with respect to the capsule longitudinal axis 8 is indicated by ⁇ .
  • the pressure which the intestinal wall 24 to the surface 16 and exerts the pressure sensor 20 is approximately proportional to de ⁇ ren distance from the intestine center axis 28.
  • FIG. 2 plots different curves for pressure curves (32) p (a, ⁇ ) in a standardized representation.
  • the abscissa describes ⁇ radians, the ordinate the normalized pressure p (a, ⁇ ) / (k-l).
  • the pressure sensor 20 receives, depending on the angle ⁇ , one of the pressure profiles shown in FIG.
  • the rotation of the capsule 4 about the capsule longitudinal axis 8 is in this case caused by an outer magnetic field, not shown, in which the magnetic dipole moment 14 aligns. Is the external magnetic field in such a way he witnesses ⁇ that the dipole moment 14 about the capsule advantage longitudinal axis 8 ro ⁇ , then thereby the entire capsule 4 is set in rotation ge ⁇ .
  • the instantaneous angle of rotation is ⁇ .
  • the capsule 4 is to be moved in the direction of the arrow 6 through the intestine 2, the colon center axis 28 thus describes the lo ⁇ kale direction of the intestinal canal and thus the Kapselsollbe ⁇ movement.
  • the capsular longitudinal axis 8 of the capsule 4 In order to accomplish this movement with the least possible expenditure of force and to stretch the intestinal wall 24 as little as possible, it is desirable for the capsular longitudinal axis 8 of the capsule 4 to coincide with the colon center axis 28 at the respective location of the capsule 4.
  • the background to this is that to generate even a small force on the capsule 4 magnetic fields and gradient fields must be generated by the magnetic system, not shown, which cause a considerable electrical Ver ⁇ loss performance in the magnet system. For larger forces, this power loss increases sharply.
  • an external magnetic field is again applied around the capsule 4 about its capsule longitudinal axis 8 and thus by an angle ⁇ of e.g. Rotate 360 °.
  • the pressure curve of the curve according to FIG. 2 then recorded by the pressure sensor 20 is re-evaluated and checked whether the angle a is e.g. 1 has increased in the intestine 2 to an unacceptably high value, so that the capsule 4 is again aligned axially in the intestine 2 at the new capsule location to local intestinal center axis.
  • the capsule practically always in its longitudinal direction, ie with the cap 12a ahead in the axial direction, to move through or along the intestine 2.
  • Fig. 3 shows an alternative embodiment of a capsule 4, which is constructed in two parts and a sleeve 34 and a Nutzkapsel 36 includes.
  • the useful capsule 36 is in this case fixed, but releasably connected to the sleeve 34, for example screwed, snapped or plugged with this.
  • ⁇ Gnostic or therapeutic measures can ⁇ the thus in one and the same sleeve 34 different Nutzkapseln 36 used.
  • the Nutzkapsel 36 includes in this example a non Darge ⁇ presented video camera that captures images of the interior 6 of the intestine 2 through a viewing window 38 in the cap 12a in the direction of the arrow. These are transmitted to the computing device 22 via a transmitter (not shown) in the useful capsule 36.
  • the essential elements for magnetic navigation capsule located in the sleeve 34.
  • the sleeve body 40 of permanent magnetic material, wel ⁇ ches has the dipole moment fourteenth
  • the pressure sensor 20 is also integrated in the sleeve body 40, but is in contrast to Fig. 1 near the opposite, so the rear end of the capsule 4 in the cap 12 b.
  • Fig. 1 In the Scheid to Fig. 1 is the outer shape of the capsule 4, particularly the outer shape of the sleeve 34 that is not rotationssymmet ⁇ driven with respect to the longitudinal axis of the capsule 8, but includes a radially bulging outward thread 42 on.
  • the entire sleeve 34 is thus formed in the manner of a screw with respect to the capsule longitudinal axis 8.
  • the capsule longitudinal axis 8 of the threaded ⁇ acts Degang 42 with the intestinal wall 24 in the manner of an Archimedean screw together, the capsule that 4 in or opposite to the direction of the arrow 6, depending on the direction of rotation of the rotary translatory in the intestine 2 along the intestinal center axis 28 moves.

Abstract

The invention relates to a wireless capsule (4) that can be directed by means of a magnetic system for carrying out a medical intervention in a hollow organ (2) of a patient that surrounds said capsule (4), preferably the gastro-intestinal tract. Said capsule comprises a longitudinal axis (8). At least one pressure sensor (20) is located in a sub-section (18) of the surface (16) of the capsule, said sub-section being at a radial distance from the longitudinal axis (8). The sensor is designed to detect the mechanical pressure that is exerted on the capsule (4) by the hollow organ (2) at various peripheral positions on the capsule (4). According to said method for directing a capsule (4) in a wireless manner in order to carry out a medical intervention in a hollow organ (2) of a patient that surrounds the capsule (4), preferably in the gastro-intestinal tract, said capsule (4) having a longitudinal axis (8) and a surface region (18) that is at a radial distance from said longitudinal axis (8) and that comprises a pressure sensor (20) for detecting the mechanical pressure that is exerted on the capsule (4) by the hollow organ (2), the capsule (4) is introduced into the hollow organ (2). The mechanical pressure that is exerted on the pressure sensor (20) by the hollow organ (2) is detected at several peripheral positions on the capsule (4). The position of the longitudinal axis (8) is determined in relation to the hollow organ (2).

Description

DRAHTLOS NAVIGIERBARE KAPSEL WIRELESS NAVIGATABLE CAPSULE
Drahtlos navigierbare Kapsel und Verfahren zur Durchführung einer medizinischen Maßnahme in einem Hohlorgan eines PatientenWireless navigable capsule and method for performing a medical procedure in a hollow organ of a patient
Die Erfindung betrifft eine drahtlos navigierbare Kapsel und ein Verfahren zur Durchführung einer medizinischen Maßnahme in einem Hohlorgan eines Patienten.The invention relates to a wireless navigatable capsule and a method for performing a medical procedure in a hollow organ of a patient.
Nichtinvasive bzw. minimalinvasive medizinische Maßnahmen ge¬ winnen in der Medizintechnik immer mehr an Bedeutung. Medizinische Maßnahmen sind hier als Oberbegriff zu verstehen für verschiedenste medizinische Vorhaben wie z.B. Diagnosen (Sichtprüfung, Biopsien) oder Therapien (gezielte Medikamentengabe, Anbringen von Clips oder Stents) zu verstehen. Als Patienten kommen Menschen oder Tiere in Frage, an welchen die medizinische Maßnahme durchgeführt wird. Besonders wünschens¬ wert ist die Durchführung von Maßnahmen im Inneren des Patienten, besonders im Inneren von Hohlorganen wie dem gesamten Gastrointestinaltrakt .Non-invasive or minimally invasive medical procedures ge ¬ winnen in medical technology is becoming increasingly important. Medical measures are to be understood here as a generic term for a variety of medical projects such as diagnoses (visual inspection, biopsies) or therapies (targeted drug delivery, attaching clips or stents) to understand. Patients may be humans or animals on whom the medical procedure is carried out. Especially wishing ¬ worth is the implementation of measures within the patient, especially in the interior of hollow organs such as the entire gastrointestinal tract.
Vor allem zur Durchführung einer Maßnahme im Dünndarm versagen viele bisher bekannte Vorrichtungen und Verfahren, welche z.B. mit Hilfe von herkömmlichen Endoskopen versuchen, von einer Körperöffnung oder einem kleinen Schnitt am Patienten eine Diagnose- oder Therapiesonde im Inneren des Patienten zu platzieren oder zu navigieren. Aus "Fujinon Medical Newsletter, Fujinon GmbH, Willich (Deutschland), November 2003" ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur sogenannten Doppel- Ballon-Endoskopie bekannt, mit dem auch der Dünndarm endosko¬ pisch erreichbar ist. Nachteilig ist hierbei die weiterhin drahtgebundene Vorgehensweise, d.h. die Benutzung eines rela¬ tiv langen, mehrmals im Darmkanal umzulenkenden Endoskops. Trotz des neuen Verfahrens ist der Dünndarm nur etwa bis zur Hälfte, d.h. ca. 2-3m jeweils von der oralen als auch rekta¬ len Seite aus, erreichbar. Ein vollständiges Durchfahren des Dünndarms ist weiterhin unmöglich. Aufgrund der langen Behandlungsdauer von ca. 90 Minuten und des hohen Risikos von Komplikationen ist das Verfahren nicht besonders patientenschonend.Especially for carrying out a procedure in the small intestine many previously known devices and methods fail which, for example with the help of conventional endoscopes, attempt to place or navigate a diagnosis or therapy probe inside a patient from a body orifice or a small incision on the patient. From "Fujinon Medical Newsletter, Fujinon GmbH, Willich (Germany), November 2003" an apparatus and a method of so-called double balloon endoscopy is known, with which even the small intestine endosko ¬ is pisch reach. The disadvantage here is the continuing wired procedure, ie the use of a rela ¬ tively long, several times to be deflected in the intestinal endoscope. Despite the new method, the small intestine is only about halfway, ie about 2-3m each from the oral and rectal ¬ len side, reachable. Complete driving through the Small intestine is still impossible. Due to the long treatment time of about 90 minutes and the high risk of complications, the procedure is not particularly patient friendly.
In der DE 101 42 253 ist alternativ hierzu ein sogenannter Endoroboter vorgeschlagen, welcher mittels geregelter äußerer Magnetfelder drahtlos im Inneren eines Patienten navigiert wird. Die Magnetfelder werden von einem den Patienten umgebenden Magnetsystem bzw. Spulensystem aus mehreren, z.B. vierzehn, elektrischen Einzelspulen erzeugt. Der Endoroboter ist eine kleine Kapsel, welche mit einer Videokamera und/oder z.B. einer Biopsiezange, einem Medikamentenreservoir etc. bestückt ist. Die Magnetfelder erzeugen an der Kapsel eine translatorische Kraft oder ein Drehmoment und bewegen so die Kapsel im Patienten.In DE 101 42 253, a so-called endo-robot is alternatively proposed, which is navigated by means of controlled external magnetic fields wirelessly inside a patient. The magnetic fields are generated by a magnet system or coil system surrounding the patient of several, e.g. fourteen, electrical single coils generated. The endo-robot is a small capsule which can be equipped with a video camera and / or e.g. a biopsy forceps, a drug reservoir, etc. is equipped. The magnetic fields generate a translatory force or torque on the capsule and thus move the capsule in the patient.
Die Kapsel wird mit Hilfe der von der Videokamera gelieferten Echtzeitbilder von einem Bediener auf Sicht durch ein Hohlorgan im Patienten bewegt. Eine derartige Navigation ist sehr schwierig und zeitaufwendig. Das Navigieren der Kapsel wird bei Ausfall des Videosystems bzw. für Kapseln ohne Videokame¬ ra unmöglich, da der Ortsverlauf des Dünndarms eines Patien¬ ten nicht vorab bekannt ist.The capsule is moved by an operator through a hollow organ in the patient using the real-time images provided by the video camera. Such navigation is very difficult and time consuming. The navigation of the capsule is impossible in case of failure of the video system or for capsules without Videokame ¬ ra, since the location of the small intestine of a Patien ¬ th is not known in advance.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte drahtlos navigierbare Kapsel und ein verbessertes Verfahren zu deren Navigation anzugeben.The invention is based on the object to provide an improved wireless navigable capsule and an improved method for their navigation.
Hinsichtlich der Kapsel wird die Aufgabe gelöst durch eine drahtlos mittels eines Magnetsystems navigierbare Kapsel zur Durchführung einer medizinischen Maßnahme in einem die Kapsel umschlingenden Hohlorgan eines Patienten, vorzugsweise dem Gastrointestinaltrakt . Die Kapsel weist eine Längsachse auf. In einem radial von der Längsachse beabstandeten Teilbereich ihrer Oberfläche ist zumindest ein Drucksensor angeordnet. Dieser liegt also an der Kapseloberfläche. Der Drucksensor dient zur Erfassung eines auf die Kapsel vom Hohlorgan ausge¬ übten mechanischen Drucks. Der Druck ist hierbei an verschiedenen Umfangspositionen der Kapsel erfassbar.With regard to the capsule, the object is achieved by a capsule which can be navigated wirelessly by means of a magnet system for carrying out a medical measure in a hollow organ of a patient, preferably the gastrointestinal tract, which wraps around the capsule. The capsule has a longitudinal axis. At least one pressure sensor is arranged in a part region of its surface which is spaced radially from the longitudinal axis. This is therefore due to the capsule surface. The pressure sensor serves to detect a on the capsule from the hollow organ out ¬ practiced mechanical pressure. The pressure can be detected at different circumferential positions of the capsule.
Die Erfindung nutzt die Erkenntnis aus, dass eine in ein ent¬ leertes Hohlorgan, insbesondere den Gastrointestinaltrakt , eingebrachte Kapsel dieses berührt und an dessen Innenwandung aufweitet. Die Innenwandung des Hohlorgans steht somit in Be¬ rührung mit einem mehr oder weniger großen Teil der Oberfläche der Kapsel. Aufgrund der Elastizität der Wand des Hohlor¬ gans wird von dessen Innenwandung auf die Kapseloberfläche ein mechanischer Druck ausgeübt. Dieser Druck ist nicht notwendigerweise auf der gesamten Kapseloberfläche gleich. Au¬ ßerdem ändern sich je nach Lage der Kapsel im Hohlorgan die Druckverhältnisse an deren Oberfläche. Die Erfindung nutzt weiterhin die Erkenntnis, dass bei Bekanntheit der Druckver¬ hältnisse auf der Kapseloberfläche von diesen auf die relati¬ ve Lage der Kapsel im Hohlorgan rückgeschlossen werden kann. So deutet z.B. eine ungleichmäßige Druckverteilung am Kapsel¬ umfang auf eine Schräglage der Kapsel bezüglich der Vorzugs¬ richtung des Hohlorgans hin.The invention utilizes the recognition that in a leertes ent ¬ hollow organ, especially the gastrointestinal tract, introduced capsule touches this and expands to its inner wall. The inner wall of the hollow organ is thus Be ¬ agitation with a more or less large part of the surface of the capsule. Due to the elasticity of the wall of the Hohlor ¬ goose, a mechanical pressure is exerted by the inner wall on the capsule surface. This pressure is not necessarily the same on the entire capsule surface. Au ¬ ßerdem each of the capsule in the hollow organ to change the pressure conditions at the surface location. The invention also utilizes the knowledge that in recognition of the Druckver ¬ ratios conclusions can be drawn on the shell of these ve to the relati ¬ location of the capsule in the hollow organ. For example indicated an uneven distribution of pressure on the capsule ¬ circumferentially on an oblique position of the capsule with respect to the preferential direction of the hollow organ ¬ out.
Die Kapsel ist deshalb mit mindestens einem Drucksensor aus¬ gerüstet, der oben genannten Druck aufnehmen, also messen, kann. Der Drucksensor ist in einem radial von der Längsachse beabstandeten Teilbereich der Oberfläche angeordnet. Da der Drucksensor also einen radialen Abstand zur Längsachse aufweist, nimmt dieser den Druck auf die Kapseloberfläche an der entsprechenden Stelle auf. Dies ist an mehreren verschiedenen Umfangspositionen der Kapsel vorgesehen. So ist ein zumindest an mehreren Punkten bekanntes Druckprofil in Kapselumfangs- richtung ermittelbar. Hieraus kann nach der oben genannten Erkenntnis auf die Lage der Kapsel relativ zur Ausrichtung des Hohlorgans geschlossen werden.The capsule is therefore equipped with at least one pressure sensor from ¬ absorb the pressure above, that measure can. The pressure sensor is arranged in a radially spaced from the longitudinal axis portion of the surface. Since the pressure sensor thus has a radial distance from the longitudinal axis, it absorbs the pressure on the capsule surface at the corresponding point. This is provided at several different circumferential positions of the capsule. Thus, a pressure profile known at least at several points can be determined in the circumferential direction of the capsule. It can be concluded from the above cognition on the position of the capsule relative to the orientation of the hollow organ.
Die Kapsel oder der Teilbereich wird z.B. durch Anlegen des außerhalb des Patienten erzeugten Magnetfeldes translatorisch bewegt und rotiert, also drahtlos navigiert. Ein derartiges Magnetsystem ist z.B. in der DE 101 42 253 offenbart. In der Kapsel ist dann als Antriebsorgane z.B. lediglich ein Perma¬ nentmagnet notwendig, der in bzw. an der Kapsel angebracht ist .The capsule or the partial area is translational, for example, by applying the magnetic field generated outside the patient moves and rotates, ie navigates wirelessly. Such a magnet system is disclosed, for example, in DE 101 42 253. In the capsule then as drive members, for example, only a Perma ¬ nentmagnet necessary, which is mounted in or on the capsule.
Die Lage der Kapsel relativ zur lokalen Ausrichtung des Hohlorgans am Ort der Kapsel ist also ermittelbar. Somit ist die Lage auch ohne optische Hilfsmittel korrigierbar. Die Video¬ kamera in der Kapsel kann so entfallen. Auch ist dadurch eine automatische Navigation, also ohne Steuerung durch einen Bediener, möglich. Automatische Fahrten wie „Fahre durch den gesamten Dünndarm" oder „Fahre zurück zum Magen" sind so möglich. Die Kapsel ist somit in der Lage, jeder Darmschlingung automatisch zu folgen. Dies spart Personal- und Gerätezeit.The position of the capsule relative to the local orientation of the hollow organ at the location of the capsule can therefore be determined. Thus, the situation is correctable without optical aids. The video ¬ camera in the capsule can be omitted. Also, this is an automatic navigation, ie without control by an operator, possible. Automatic rides such as "drive through the entire small intestine" or "drive back to the stomach" are possible. The capsule is thus able to automatically follow any bowel loops. This saves personnel and equipment time.
Ein Druckprofil bzw. verschiedene einzelne über den Kapselum¬ fang verteilte Druckwerte können auf verschiedene Weisen er¬ mittelt werden. Wenn z.B. nur ein einziger Drucksensor an der Kapsel vorgesehen ist, kann durch Rotation des Drucksensors um die Kapsellängssachse das die Kapseloberfläche umringende Druckprofil ermittelt werden. Hierzu wiederum kann sowohl die gesamte Kapsel als auch nur der den Drucksensor tragende Teilbereich der Oberfläche relativ zur restlichen Kapsel rotiert werden. Dies kann wiederum sowohl vom Kapselinneren, z.B. motorisch, aus als auch durch ein äußeres Magnetfeld be¬ werkstelligt werden.A pressure profile or several individual caught distributed over the Kapselum ¬ pressure values in different ways, he ¬ averages are. If, for example, only a single pressure sensor is provided on the capsule, the pressure profile surrounding the capsule surface can be determined by rotation of the pressure sensor about the capsule longitudinal axis. For this purpose, in turn, both the entire capsule and only the portion of the surface carrying the pressure sensor can be rotated relative to the rest of the capsule. This may in turn both the capsule interior, such as a motor, than be werkstelligt by an external magnetic field be ¬.
Um bei Rotation des Drucksensors in Kapselumfangsrichtung einen Druckverlauf zu erhalten, darf der Drucksensor nur einen begrenzten Winkelbereich, z.B. 30°, des Außenumfangs der Kapseloberfläche abdecken. Als rotierbarer Teilbereich der Oberfläche der Kapsel ist z.B. ein rotierbarer Ring oder eine rotierbare Kapselhälfte denkbar.In order to obtain a pressure curve during rotation of the pressure sensor in the circumferential direction of the capsule, the pressure sensor may only have a limited angular range, e.g. 30 °, cover the outer circumference of the capsule surface. As rotatable part of the surface of the capsule is e.g. a rotatable ring or a rotatable capsule half conceivable.
Auf dem Kapselumfang können auch mehrere Drucksensoren in Um- fangsrichtung verteilt sein. Die Kapsel muss dann nicht mehr oder nur teilweise rotiert werden, um ein Druckprofil des Kapselumfangs zu ermitteln. Ohne Rotation ist dann der Druck an zumindest mehreren, über den Umfang verteilten Umfangspo- sitionen bekannt. Bei z.B. vier gleichmäßig verteilten Drucksensoren reicht es außerdem aus, die Kapsel nur um 90° zu ro¬ tieren, um ein, die Kapsel mit 360° vollständig umfassendes Druckprofil zu erhalten.On the capsule circumference several pressure sensors can be distributed in the circumferential direction. The capsule does not have to be anymore or only partially rotated to determine a pressure profile of the capsule perimeter. Without rotation, the pressure is then known on at least a plurality of circumferential positions distributed over the circumference. For example, with four uniformly distributed pressure sensors, it also extends out of the capsule only animals by 90 ° to ro ¬, to obtain a the capsule with a 360 ° fully comprehensive pressure profile.
Der Drucksensor kann nahe einem bezüglich der Längsachse vorderen oder hinteren Ende der Kapsel angeordnet sein. In Rede stehende Kapseln weisen in Längsrichtung, also entlang ihrer Längsachse, eine Vorzugsrichtung, die meist der Bewegungs¬ richtung entspricht, mit vorderem und hinterem Ende auf. Es ist davon auszugehen, dass bei einer Schräglage in einem eine Vorzugrichtung aufweisenden Hohlorgan sich die Druckverhältnisse an der Kapseloberfläche vor allem an deren Enden besonders stark ändern. Ist der Drucksensor nahe einem Ende angeordnet, so bewirkt eine Schräglage der Kapsel im Inneren des Hohlorgans eine besonders große Änderung der Druckverteilung in Umfangsrichtung im Oberflächenbereich, in dem der Drucksensor angeordnet ist. Aus den erhöhten Druckschwankungen kann besonders gut auf die Lage der Kapsel relativ zum Hohl¬ organ rückgeschlossen werden.The pressure sensor may be disposed near a front or rear end of the capsule with respect to the longitudinal axis. In question capsules have in the longitudinal direction, ie along its longitudinal axis, a preferred direction, which usually corresponds to the movement ¬ direction, with front and rear end. It can be assumed that, in the case of an oblique position in a hollow organ having a preferential direction, the pressure conditions on the capsule surface, especially at their ends, change particularly strongly. If the pressure sensor is arranged close to one end, an oblique position of the capsule in the interior of the hollow organ causes a particularly large change in the pressure distribution in the circumferential direction in the surface region in which the pressure sensor is arranged. Of the capsule can be inferred relative to the hollow organ ¬ from the increased pressure fluctuations particularly well to the situation.
Die Kapsel kann ein senkrecht zur Längsrichtung orientiertes magnetisches Dipolmoment aufweisen, das mit dem den Drucksen¬ sor tragenden Teilbereich kraftschlüssig zusammenwirkt. Ein magnetisches Dipolmoment versucht in einem äußeren magneti¬ schen Feld, sich immer in Feldrichtung auszurichten. Durch Drehung eines äußeren geregelten Feldes kann so das magnetische Dipolmoment mitgedreht werden. Ist dieses kraftschlüssig mit dem Teilbereich verbunden, so wird auch dieser und damit der Drucksensor durch das äußere magnetische Feld gedreht, also rotiert. An der Kapsel selbst muss somit keinerlei die Rotation verursachende Einrichtung, wie ein batteriebetriebe¬ ner Motor, vorgesehen sein. Die Ausführung der Kapsel wird hierdurch besonders einfach. Außerdem lassen sich quasistati- sehe bzw. homogene Magnetfelder, die zur Rotation der Kapsel ausreichen, also an dieser ein Drehmoment bewirken, besonders leicht und unaufwändig erzeugen.The capsule may have a magnetic dipole moment oriented perpendicular to the longitudinal direction, which interacts with the partial region carrying the pressure sensor in a force-fitting manner. A magnetic dipole moment attempts in an outer magneti ¬'s field, always align in the field direction. By rotating an external controlled field, the magnetic dipole moment can be rotated. If this is frictionally connected to the subarea, then this and thus the pressure sensor is rotated by the external magnetic field, so rotated. Itself must therefore not causing the rotation device such as a battery powered motor ¬ ner, be provided on the capsule. The execution of the capsule is thereby particularly simple. In addition, quasistatic see or homogeneous magnetic fields sufficient for rotation of the capsule, thus causing a torque at this, produce very easily and inexpensively.
Besonders einfach ist es, einen mit dem Teilbereich kraftschlüssig zusammenwirkenden, senkrecht zur Längsrichtung mag- netisierten Permanentmagneten an der Kapsel vorzusehen. Dieser weist von sich aus ein permanentes magnetisches Dipolmo¬ ment auf, welches also nicht erst durch äußere Felder indu¬ ziert werden muss, um mit einem äußeren Drehfeld zusammenzu¬ wirken. Ein weiterer Vorteil der Einbringung eines Permanentmagneten in die Kapsel ist, dass diese nicht nur rotierbar, sondern auch in ihrer Gesamtheit durch das Anlegen äußerer geregelter Magnetfelder drahtlos, z.B. translatorisch, navigierbar ist. Somit braucht die Kapsel über keinerlei eigenen Fortbewegungsantrieb zu verfügen. Zur translatorischen Fortbewegung sind zwar im Gegensatz zu oben Gradientenmagnetfelder notwendig, die schwieriger und aufwändiger zu erzeugen sind als homogene Felder, jedoch liegt der Aufwand hierzu au¬ ßerhalb der Kapsel in der felderzeugenden Spulenanordnung, also dem Magnetsystem.It is particularly simple to provide a permanent magnet, which interacts with the sub-region in a force-locking manner and is perpendicular to the longitudinal direction, on the capsule. This has of itself a permanent magnetic Dipolmo ¬ ment on which are therefore graces not only by external fields indu ¬ need to work with an external rotating field zusammenzu ¬. A further advantage of introducing a permanent magnet into the capsule is that it is not only rotatable, but can also be navigated in its entirety by the application of external, regulated magnetic fields wirelessly, for example translationally. Thus, the capsule does not need to have its own propulsion drive. Are for translational movement as opposed to above gradient magnetic fields necessary to the difficult and costly to be produced as a homogeneous fields, but the effort is this au ¬ ßerhalb the capsule in the field generating coil arrangement, so the magnet system.
Die gesamte Oberfläche der Kapsel kann starr ausgeführt sein. Kein Teil der Oberfläche ist gegen einen anderen Teil rotierbar. Somit ist nicht nur ein Teilbereich, sondern immer nur die gesamte Oberfläche, d.h. die gesamte Kapsel, rotierbar. Der Drucksensor wird dann mitrotiert. Aufwändige Abdichtungen zwischen rotierbaren und starren Oberflächenteilen, wo z.B. Körperflüssigkeiten eindringen könnten, werden so vermieden. Die gesamte Ausführung der Kapsel wird einfacher und kostengünstiger .The entire surface of the capsule can be rigid. No part of the surface is rotatable against another part. Thus, not only a portion, but only the entire surface, i. the entire capsule, rotatable. The pressure sensor is then rotated. Elaborate seals between rotatable and rigid surface parts where e.g. Body fluids could penetrate, are avoided. The entire execution of the capsule is easier and cheaper.
Die Kapsel kann eine bezüglich der Längsachse zumindest im Teilbereich schraubenförmig ausgebildete Außenkontur aufweisen. Da bei Rotationsbewegung mit dem Drucksensor zumindest der Teilbereich und damit die schraubenförmige Außenkontur gedreht bzw. rotiert und die Innenwand des Hohlorgans flüs- sigkeitsbehaftet ist und an der schraubenförmigen Außenkontur anliegt, stellt die Kapsel eine Art „Archimedische Schraube" dar. Die Rotationsbewegung der schraubenförmigen Außenkontur wird so in eine translatorische Bewegung der Kapsel, die in Richtung deren Längsachse zeigt, umgesetzt. In einem Hohlorgan wie z.B. dem Darm, wo die Kapseloberfläche an der Innenseite des Hohlorgans anliegt, ist so ein Vortrieb der Kapsel in Richtung ihrer Längsachse sichergestellt. Ein an der Kap¬ sel eine Rotationsbewegung hervorrufendes äußeres magneti¬ sches Feld ist, wie oben erwähnt, wesentlich einfacher und energiesparender vom Magnetsystem erzeugbar als ein Gradientenfeld, welches die Kapsel direkt in Längsrichtung durch Aufbringen einer Kraft fortbewegt. Die Bewegungsrichtung der Kapsel ist durch den Drehsinn des Feldes bzw. der Kapselrota¬ tion beeinflussbar.The capsule may have a helical outer contour with respect to the longitudinal axis, at least in the partial region. Since, during rotational movement with the pressure sensor, at least the partial area and thus the helical outer contour are rotated or rotated and the inner wall of the hollow organ is flushed. The rotational movement of the helical outer contour is thus translated into a translational movement of the capsule which points in the direction of its longitudinal axis, in a hollow organ such as, for example, the intestine where the capsule surface rests against the inside of the hollow organ, so it is ensured in the direction of its longitudinal axis a propulsion of the capsule. one at Cape ¬ sel rotational motion most evocative outer magneti ¬ ULTRASONIC field, as mentioned above, significantly simpler and more energy efficient by the magnet system generated as a gradient, which moves the capsule directly in the longitudinal direction by applying a force. the direction of movement of the capsule by the rotation of the field or Kapselrota ¬ tion influenced.
In der Regel wird man, wie beim klassischen Schraubvorgang, jedoch zusätzlich zur Drehung auch eine translatorische Kraft an der Kapsel aufbringen, um diese in einer gemeinsamen Schraub- und Druckbewegung vorwärts zu bewegen.As a rule, as with the classical screwdriving process, however, in addition to the rotation, a translatory force will also be applied to the capsule in order to move it forward in a common screwing and pushing motion.
Die Kapsel kann eine Hülse und eine an der Hülse gehaltene Nutzkapsel umfassen. Hierdurch wird das gesamte Kapselsystem flexibler, weil z.B. verschiedene Nutzkapseln für verschiedene Diagnose- oder Therapiezwecke in ein und dieselbe Hülse eingebracht werden können. Dies ist besonders dann vorteil¬ haft, wenn die Hülse einen Teil oder sämtliche der zum Vor¬ trieb, der Navigation, der Kommunikation bzw. Datenübertragung von und zur Kapsel oder der Lagebestimmung der Kapsel im Hohlorgan notwendigen Komponenten beinhaltet. In der Nutzkapsel müssen dann nur die für die spezielle Anwendung notwendi¬ gen Einbauten, wie z.B. eine Videokamera, eine Biopsiezange, ein Clip oder eine Einrichtung zur Medikamentengabe enthalten sein. Die Aufteilung der Einzelkomponenten auf Nutzkapsel und Hülse führt so zu einem universell verwendbaren System, z.B. nach Art eines Baukastensystems. Die Hülse kann die schraubenförmige Außenkontur aufweisen. Somit ist die Hülse für den schraubenden Vortrieb der Kapsel durch Hülsenrotation verantwortlich, so dass die Nutzkapsel z.B. eine beliebige bzw. glatte Außenform aufweisen kann und auch sonst keinerlei Einbauten für den Kapselvortrieb benö¬ tigt .The capsule may comprise a sleeve and a capsule held on the sleeve. As a result, the entire capsule system is more flexible because, for example, different useful capsules can be introduced for different diagnostic or therapeutic purposes in one and the same sleeve. This is particularly advantageous ¬ way, when the sleeve includes a part or all of the necessary for operating Before ¬, navigation, communications or data transmission to and from the capsule or the orientation of the capsule in the hollow organ components. In the capsule then only the need for the specific application notwendi ¬ gene internals, such as a video camera, a biopsy forceps, a clip or a device for drug administration must be included. The division of the individual components on the capsule and sleeve thus leads to a universally usable system, for example in the manner of a modular system. The sleeve may have the helical outer contour. Thus, the sleeve is responsible for the screwing propulsion of the capsule by sleeve rotation, so that the useful capsule may have, for example, any or smooth outer shape and otherwise no internals for the capsule propulsion benö ¬ taken.
Die Hülse kann zumindest teilweise aus permanentmagnetischem Material bestehen. Weist dieses wiederum ein senkrecht zur Längsrichtung orientiertes magnetisches Dipolmoment auf, so kann die Rotation der Kapsel durch Einwirkung eines rotierenden äußeren Magnetfeldes auf die Hülse für jegliche Nutzkap¬ seln sichergestellt werden.The sleeve may be at least partially made of permanent magnetic material. This in turn has a vertically oriented to the longitudinal direction of magnetic dipole moment on, the rotation of the capsule can be ensured by the action of a rotary external magnetic field on the sleeve for any Nutzkap ¬ clauses.
Die Hülse kann den Drucksensor enthalten. Hierdurch ist die Lagebestimmung der Kapsel relativ zur Ausrichtung des Hohlorgans alleine mit Hilfe der Hülse möglich, weshalb die restli¬ che Nutzkapsel wiederum nur für ihren eigentlichen Zweck und nicht zur Lagebestimmung ausgerüstet sein muss.The sleeve may contain the pressure sensor. As a result, the orientation of the capsule relative to the orientation of the hollow organ is possible only with the help of the sleeve, which is why the restli ¬ che Nutzkapsel again must be equipped only for their actual purpose and not for determining position.
Der Drucksensor kann ein passiver, elektromagnetisch auslesbarer Drucksensor sein. Hierdurch ist zur Lagebestimmung der Kapsel im Hohlorgan bzw. der Übermittlung der vom Drucksensor aufgenommenen Druckverlaufs zu einer Recheneinrichtung außerhalb des Patienten keine zusätzliche Energiequelle oder ande¬ re Einbauten, wie ein Sender in der Kapsel bzw. eine zugehörige Batterie, notwendig.The pressure sensor can be a passive, electromagnetically readable pressure sensor. In this way is for determining the position of the capsule in the hollow organ or the transmission of the captured by the pressure sensor the pressure curve to a computing device external to the patient no additional energy source or changes ¬ re internals, such as a transmitter in the capsule or an associated battery, necessary.
Alternativ hierzu kann der Drucksensor an einen mit der Kapsel mitgeführten HF-Sender angeschlossen sein. Die Druckinformationen des Drucksensors werden dann über HF-Signale zu einer Recheneinrichtung außerhalb des Patienten übertragen. Entsprechende HF-Sender sind kostengünstig und in ausreichend kleiner Baugröße verfügbar. Bei zweiteiliger Kapsel aus Hülse und Nutzkapsel kann der Sender in der Nutzkapsel angeordnet sein bzw. mit benutzt werden, falls dieser dort sowieso vor- handen ist, oder in der Hülse integriert sein, wodurch diese wiederum nicht von der Nutzkapsel abhängig ist.Alternatively, the pressure sensor may be connected to an RF transmitter carried along with the capsule. The pressure information of the pressure sensor is then transmitted via RF signals to a computing device outside the patient. Corresponding RF transmitters are inexpensive and available in sufficiently small size. In the case of a two-part capsule made of sleeve and useful capsule, the transmitter can be arranged in the useful capsule or can be used if it is present anyway. is hand, or integrated in the sleeve, which in turn is not dependent on the useful capsule.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum drahtlosen Navigieren einer Kapsel zur Durchführung einer medizinischen Maßnahme in einem die Kapsel umschlingenden Hohlorgan eines Patienten, vorzugsweise dem Gastrointestinaltrakt , wobei die Kapsel eine Längsachse und einen radial von der Längsachse beabstandeten Oberflächenbe¬ reich mit einem Drucksensor zur Erfassung eines auf die Kapsel vom Hohlorgan ausgeübten mechanischen Drucks aufweist. Die Kapsel wird in das Hohlorgan eingebracht . Der vom Hohlor¬ gan auf den Drucksensor ausgeübte mechanische Druck wird an mehreren Umfangspositionen der Kapsel erfasst. Aus dem Druck wird die Lage der Längsachse bezüglich des Hohlorgans ermit¬ telt.With regard to the method, the object is achieved by a method for wireless navigation of a capsule for performing a medical procedure in a capsule encircling hollow organ of a patient, preferably the gastrointestinal tract, wherein the capsule has a longitudinal axis and a radially spaced from the longitudinal axis Oberflächenbe ¬ rich with a Pressure sensor for detecting a force exerted on the capsule from the hollow organ mechanical pressure. The capsule is introduced into the hollow organ. The force exerted by the Hohlor ¬ gan to the pressure sensor mechanical pressure is detected at a plurality of circumferential positions of the capsule. The position of the longitudinal axis with respect to the hollow organ ermit ¬ telt from the pressure.
Die Erfindung geht wie erwähnt von der Erkenntnis aus, dass je nach Lage der Kapsellängsachse im Hohlorgan dieses mit seiner Innenwandung mit unterschiedlichen Druckverhältnissen an der Kapselwand anliegt . Durch das Einbringen der Kapsel in das Hohlorgan nimmt der Drucksensor einen Druck an mehreren Umfangspositionen der Kapsel bezüglich ihrer Längsachse auf. Dieser Druck wird erfasst und mit geeigneten Methoden ausgewertet .As mentioned, the invention is based on the finding that, depending on the position of the capsule longitudinal axis in the hollow organ, it rests against the capsule wall with its inner wall with different pressure ratios. By introducing the capsule into the hollow organ, the pressure sensor absorbs a pressure at a plurality of circumferential positions of the capsule with respect to its longitudinal axis. This pressure is recorded and evaluated with suitable methods.
Die Kapsel kann um ihre Längsachse rotiert und der Druckver¬ lauf des vom Sensor während der Rotation ermittelten Drucks aufgenommen werden. So stehen nicht nur diskrete Druckwerte an bestimmten Umfangspositionen der Kapsel zur Verfügung, sondern ein gesamter Druckverlauf in Kapselumfangsrichtung. Die Auswertung des Druckverlaufs liefert genauere Informatio¬ nen über die Lage der Kapsel relativ zur Ausrichtung des Hohlorgans, und die Navigation wird genauer.The capsule can be rotated about its longitudinal axis and the pressure profile of the pressure determined by the sensor during the rotation can be recorded. Thus, not only discrete pressure values are available at certain circumferential positions of the capsule, but an entire pressure curve in the circumferential direction of the capsule. The evaluation of the pressure profile provides more accurate Informatio ¬ nen on the situation of the capsule relative to the orientation of the hollow organ, and the navigation is more accurate.
Insbesondere wenn sich eine zylindrische Kapsel im Dünndarm eines Patienten befindet, ist davon auszugehen, dass dieser die Kapsel nahezu an ihrer gesamten Zylinderoberfläche um¬ schließt und somit auf diese nahezu gesamte Oberfläche Druck ausübt. Liegt die Kapsel beispielsweise mit Ihrer Längsrich¬ tung mittig und parallel zur Erstreckungsrichtung des Darms, ist davon auszugehen, dass der Druck auf die Kapsel in Um- fangsrichtung annähernd konstant ist. Eine gleichmäßige Druckverteilung bei einer Rotation des Drucksensors ist somit ein Hinweis auf Ausrichtung der Kapsel bzw. deren Längsachse in Darmkanalrichtung. Liegt die Kapsel dagegen schräg im Darm, sind die Druckverhältnis auf der Kapseloberfläche ver¬ zerrt, weshalb eine Schwankung im Druckverlauf am Drucksensor bei einer Rotation der Kapsel bzw. des Drucksensors auf eine Schräglage der Kapsel hindeutet .In particular, if a cylindrical capsule is located in the small intestine of a patient, it can be assumed that this the capsule almost closes on its entire cylindrical surface ¬ and thus exerts pressure on this almost entire surface. If the capsule, for example, with their longitudinal Rich ¬ tung centrally and parallel to the extension direction of the intestine, it can be assumed that the pressure on the capsule in the circumferential direction is approximately constant. A uniform pressure distribution during a rotation of the pressure sensor is thus an indication of the orientation of the capsule or its longitudinal axis in intestinal canal direction. If the capsule against it obliquely in the intestine, the pressure ratio are tugging on the capsule surface ver ¬, so a fluctuation in the pressure curve at the pressure sensor indicating when a rotation of the capsule or the pressure sensor to an inclined position of the capsule.
Der Druckverlauf mindestens einer Umdrehung des Drucksensors um die Längsachse kann aufgezeichnet werden, der Mittelwert des Druckverlaufs ermittelt werden, und die Lage der Längs¬ achse aus den relativen Druckschwankungen um den Mittelwert ermittelt werden. Hier geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass der absolute Druckverlauf auf die Kapsel im Inneren des Hohlorgans zeitlich und örtlich in unvorhersehbarer Weise variabel ist, z.B. auf Grund von Peristaltikwellen, lokalen Stenosen oder Darmwandverhärtungen. Der absolute Druck gibt daher noch keinen Hinweis auf die tatsächliche Lage der Kap¬ sel im Hohlorgan. Lediglich die Schwankungen des Druckverlaufs um einen bestimmten, für die aktuelle Ortsposition der Kapsel unvorhersagbaren Mittelwert sind entscheidend für die Auswertung. Mittelwertbestimmung und Bestimmung von Druckschwankungen in einem Druckverlauf sind besonders einfach auszuführen, weshalb durch diese Verfahrensvariante die Lage der Längsachse bezüglich der Ausrichtung des Hohlorgans be¬ sonders einfach und schnell ermittelt werden kann.The pressure curve of at least one revolution of the pressure sensor to the longitudinal axis can be recorded, the average value of the pressure curve are determined, and the position of the longitudinal axis ¬ from the relative pressure fluctuations about the mean value can be determined. Here, the invention is based on the recognition that the absolute pressure curve on the capsule in the interior of the hollow organ is temporally and locally variable in an unpredictable manner, for example due to peristaltic waves, local stenoses or Darmwandverhärten. The absolute pressure therefore gives no indication of the actual position of the capsule in the hollow organ. Only the fluctuations of the pressure curve around a certain, for the current spatial position of the capsule unpredictable mean are crucial for the evaluation. Averaging and determination of pressure fluctuations in a pressure curve are particularly easy to carry out, which is why the position of the longitudinal axis with respect to the alignment of the hollow organ can be determined ¬ be particularly easy and fast by this method variant .
Bei dem Verfahren kann, wenn das Hohlorgan am Ort der Kapsel eine Mittelachse aufweist, nach Ermittlung der Lage der Längsachse die Kapsel so ausgerichtet werden, dass die Längs¬ achse zumindest annähernd parallel oder koaxial zur Mit- telachse liegt. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Kap¬ sel stets mit ihrer Längsachse nahezu parallel zur Mittelach¬ se des Hohlorgans ausgerichtet ist, was z.B. bei einer Vor¬ wärtsbewegung der Kapsel in deren Längsrichtung dazu führt, dass sich die Kapsel zentral entlang des Hohlorgans bzw. des¬ sen Mittelachse fortbewegt. Im Falle der Navigation in einem Dünndarm kann so erreicht werden, dass z.B. die Kapsel ent¬ lang des gesamten Dünndarms vom Magen bis zum Dickdarm oder zurück automatisch verfahren werden kann, ohne dass eine Handsteuerung notwendig ist. Die Kapselnavigation ist hierdurch schnell und einfach automatisch auszuführen.In the method, after determining the position of the longitudinal axis may if the hollow organ at the location of the capsule has a central axis, the capsule can be oriented so that the longitudinal axis ¬ at least approximately parallel or coaxially with the co- telachse lies. This ensures the hollow organ is aligned that the cape ¬ sel always se almost parallel to the center Lach ¬ with its longitudinal axis, which leads, in a pre ¬ the capsule downward movement in the longitudinal direction to the capsule that centrally along the hollow member or of the ¬ middle axis moved. In the case of navigation in a small intestine can be achieved so that, for example, the capsule ent ¬ long the entire small intestine from the stomach to the colon or back can be moved automatically without a manual control is necessary. Capsule navigation is quick and easy to do automatically.
Für eine weitere Beschreibung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnungen verwiesen. Es zeigen, jeweils in einer Prinzipdarstellung:For a further description of the invention reference is made to the embodiments of the drawings. They show, in each case in a schematic representation:
Fig.l eine erfindungsgemäße Kapsel in einem Darmabschnitt in Schräglage zur Darmkanalrichtung,1 shows a capsule according to the invention in a section of the intestine in an inclined position relative to the intestinal canal,
Fig.2 ein Diagramm theoretischer Druckverläufe für verschiedene Schräglagen der Kapsel im Darm,2 shows a diagram of theoretical pressure profiles for different inclinations of the capsule in the intestine,
Fig.3 eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemä¬ ßen Kapsel, ausgerichtet in Darmkanalrichtung, in einer Darstellung gemäß Fig.l.3 shows an alternative embodiment of an inventive ¬ SEN capsule, aligned in the intestinal tract direction, in a representation according to Fig.l.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Darm 2 eines Menschen, welcher medizinisch untersucht bzw. behandelt werden soll. Hierzu ist in den Darm 2 eine Kapsel 4 eingebracht, welche in ihrem Inneren nicht dargestellte Diagnose- bzw. Therapieeinbauten beinhaltet. Dies können z.B. eine Videoka¬ mera, eine Biopsiezange, ein Clip oder eine Einrichtung zur Medikamentenabgabe sein.Fig. 1 shows a section of a colon 2 of a person, which is to be medically examined or treated. For this purpose, a capsule 4 is introduced into the intestine 2, which contains diagnosis or therapy internals not shown in its interior. This can eg be a Videoka ¬ ra, biopsy forceps, a clip or a device for drug delivery.
Die Kapsel 4 ist rotationssymmetrisch um eine Kapsellängsachse 8 aufgebaut und besteht aus einem zylindrischen Mittelteil 10 mit zwei angesetzten etwa halbkugelförmigen Kappen 12a, 12b. Im Inneren der Kapsel 4 ist ein nicht näher dargestell¬ ter Permanentmagnet enthalten, welcher ein radial zur Kapsel- längsachse 8 liegendes magnetisches Dipolmoment 14 aufweist. Eine Rotation der Kapsel 4 um ihre Kapsellängsachse 8 bewirkt so ebenfalls eine Rotation des Dipolmoments 14 oder umge¬ kehrt. Als Schmierstoff für eine leichtgängige Bewegung der Kapsel 4 im Darm 2 dient nicht dargestelltes natürliches Darmsekret .The capsule 4 is rotationally symmetrical about a capsule longitudinal axis 8 and consists of a cylindrical central portion 10 with two attached approximately hemispherical caps 12a, 12b. In the interior of the capsule 4 is a non dargestell ¬ ter permanent magnet containing a radially to the capsule longitudinal axis 8 lying magnetic dipole moment 14 has. Rotation of the capsule 4 causes about its longitudinal axis 8 of the capsule so also returns a rotation of the dipole moment 14 or vice ¬. As a lubricant for a smooth movement of the capsule 4 in the intestine 2 is not shown natural intestinal secretions.
Die Oberfläche 16 der Kapsel 4 ist am der Kappe 12a zugewand¬ ten Ende des Mittelteils 10 in einem kleinen Bereich 18 aus¬ gespart. Der Bereich 18 erstreckt sich etwa über 10% des Kap- selumfangs sowie 10% der Länge des Mittelteils 10. Im Bereich 18 ist bündig mit der sonstigen Oberfläche 16 der Kapsel 4 ein Drucksensor 20 angeordnet, welcher den auf die Oberfläche 16 im Bereich 18 einwirkenden mechanischen Druck auf die Kapsel 4 erfasst. Das Dipolmoment 14 weist in die gleiche Rich¬ tung wie der Radialstrahl von der Kapsellängsachse 8 zum Drucksensor 20. Der Drucksensor 20 ist an einen nicht dargestellten, sich im Inneren der Kapsel 4 befindlichen HF-Sender angeschlossen, welcher das Drucksignal des Drucksensors 20 per Funk zu einer außerhalb des nicht dargestellten Patienten befindlichen Rechenanlage 22 übermittelt. Als Drucksensor 20 kommt z.B. ein piezoelektrischer Sensor in Frage, der mechanischen Druck auf die Oberfläche 16 in ein dem Druck proportionales elektrisches Signal umwandelt.The surface 16 of the capsule 4 is on the cap 12a facing ¬ th end of the central part 10 in a small area 18 ¬ saved. The region 18 extends approximately over 10% of the capsule perimeter and 10% of the length of the central part 10. In the area 18 is flush with the other surface 16 of the capsule 4, a pressure sensor 20 is arranged, which acts on the surface 16 in the region 18 mechanical pressure on the capsule 4 detected. The dipole moment 14 points in the same Rich ¬ tung as the radial beam from the capsule longitudinal axis 8 of 20 to the pressure sensor, the pressure sensor 20 is not shown to a, joined located in the interior of the capsule 4 RF transmitter which receives the pressure signal of the pressure sensor 20 via radio transmitted to an outside of the patient, not shown, computer 22. As a pressure sensor 20, for example, a piezoelectric sensor in question, the mechanical pressure on the surface 16 converts into an electrical signal proportional to the pressure.
Durch Einliegen der Kapsel 4 im Darm 2 ist die Darmwand 24 in einem Bereich 26 aufgeweitet. Die Darmwand 24 liegt deshalb am größten Teil der Oberfläche 16 der Kapsel 4 an und übt we¬ gen ihrer elastischen Aufweitung Druck auf diese aus.By ingestion of the capsule 4 in the intestine 2, the intestinal wall 24 is widened in a region 26. Therefore, the intestinal wall 24 is situated on the largest part of the surface 16 of the capsule 4 and applies we ¬ gen their elastic expansion pressure on them.
Im in Fig. 1 dargestellten Beispiel liegt die Kapsel 4 schräg im Darm 2, d.h. ihre Kapsellängsachse 8 schneidet die Darm¬ mittenachse 28 des Darms 2 unter einem Winkel a . Der Kapsel¬ mittelpunkt 30 der Kapsel 4 jedoch liegt auf der Darmmitten¬ achse 28. Der Rotationswinkel des Drucksensors 20 bezüglich der Kapsellängsachse 8 ist mit φ angegeben. Der Druck, den die Darmwand 24 auf die Oberfläche 16 bzw. den Drucksensor 20 ausübt, ist näherungsweise proportional zu de¬ ren Abstand zur Darmmittenachse 28. In Fig. 1 ergibt sich da¬ her für den Druck, welcher von den Winkeln a und φ abhängt, bei einem Durchmesser b der Kapsel 4 und einer Länge / des Mittelteils 10, mit einer Proportionalitätskonstanten k ein theoretischer Wert von p(a,φ) = k-Ax(a,φ) = k-\—-sin(a)-sin(φ) +—\.In the in Fig. 1 the example illustrated, the capsule 4 is located obliquely in the gut 2, that their capsule longitudinal axis 8 intersects the center axis 28 of the intestine ¬ intestine 2 at an angle a. The capsule ¬ center point 30 of the capsule 4, however, lies on the Darmmitten ¬ axis 28. The rotation angle of the pressure sensor 20 with respect to the capsule longitudinal axis 8 is indicated by φ. The pressure which the intestinal wall 24 to the surface 16 and exerts the pressure sensor 20 is approximately proportional to de ¬ ren distance from the intestine center axis 28. In Fig. 1 there is as ¬ forth for printing, wherein the angles a and φ depends on a diameter b of the capsule 4 and a length / the middle part 10, with a proportionality constant k a theoretical value of p (a, φ) = k-Ax (a, φ) = k - \ - sin (a) -sin (φ) + - \.
In Fig. 2 sind verschiedene Kurven für Druckverläufe (32) p(a,φ) in normierter Darstellung aufgetragen. Die Abszisse beschreibt φ im Bogenmaß, die Ordinate den normierten Druck p(a,φ)/(k-l) . Als Kapseldimensionen wurden hierbei /=26mm und b =1lmm angenommen .FIG. 2 plots different curves for pressure curves (32) p (a, φ) in a standardized representation. The abscissa describes φ radians, the ordinate the normalized pressure p (a, φ) / (k-l). The capsule dimensions were / = 26mm and b = 1lmm.
Bei einer Rotation der Kapsel 4 um ihre Kapsellängsachse 8 wird also vom Drucksensor 20, je nach Winkel a einer der in Fig. 2 dargestellten Druckverläufe aufgenommen. Somit kann im Umkehrschluss vom tatsächlich gemessenen Druckverlauf auf den Winkel a geschlossen werden. Liegt z.B. als Messkurve die in Fig. 2 dargestellte Druckkurve αr=20° vor, so kann deren Ma¬ ximum als Druck pmax und deren Minimum als Druck pmin ermittelt werden und hieraus nach den Formeln p = k-— undDuring rotation of the capsule 4 about its longitudinal axis 8 of the capsule, therefore, the pressure sensor 20 receives, depending on the angle α, one of the pressure profiles shown in FIG. Thus, inversely, the actually measured pressure curve can be used to deduce the angle a. If, for example as a measurement curve, the pressure curve shown in Fig. 2 aR = 20 ° before, so can their Ma ¬ ximum as a pressure p max and the minimum pressure p as are determined min and therefrom according to the formulas p = K-- and
a = aresin — ax— der zugehörige Winkel a ermittelt wer-a = aresin - ax - the associated angle a can be determined
den. Bedingung hierfür ist lediglich, dass der Minimaldruck pmm größer Null ist.the. The only condition for this is that the minimum pressure p mm is greater than zero.
Die Rotation der Kapsel 4 um die Kapsellängsachse 8 wird hierbei durch ein nicht dargestelltes äußeres magnetisches Feld verursacht, in welchem sich das magnetische Dipolmoment 14 ausrichtet. Wird das äußere magnetische Feld derart er¬ zeugt, dass das Dipolmoment 14 um die Kapsellängsachse 8 ro¬ tiert, so wird hierdurch die gesamte Kapsel 4 in Rotation ge¬ setzt. Der momentane Drehwinkel ist hierbei φ. Die Kapsel 4 soll in Richtung des Pfeils 6 durch den Darm 2 bewegt werden, die Darmmittenachse 28 beschreibt also die lo¬ kale Richtung des Darmkanals und damit die der Kapselsollbe¬ wegung. Um diese Bewegung mit möglichst wenig Kraftaufwand zu bewerkstelligen und die Darmwand 24 möglichst wenig zu dehnen, wird angestrebt, dass die Kapsellängsachse 8 der Kapsel 4 mit der Darmmittenachse 28 am jeweiligen Ort der Kapsel 4 zusammenfällt. Hintergrund hierfür ist, dass zur Erzeugung bereits einer kleinen Kraft an der Kapsel 4 durch das nicht dargestellte Magnetsystem Magnetfelder und Gradientenfelder erzeugt werden müssen, die eine erhebliche elektrische Ver¬ lustleistung im Magnetsystem verursachen. Für größere Kräfte nimmt diese Verlustleistung stark zu.The rotation of the capsule 4 about the capsule longitudinal axis 8 is in this case caused by an outer magnetic field, not shown, in which the magnetic dipole moment 14 aligns. Is the external magnetic field in such a way he witnesses ¬ that the dipole moment 14 about the capsule advantage longitudinal axis 8 ro ¬, then thereby the entire capsule 4 is set in rotation ge ¬. The instantaneous angle of rotation is φ. The capsule 4 is to be moved in the direction of the arrow 6 through the intestine 2, the colon center axis 28 thus describes the lo ¬ kale direction of the intestinal canal and thus the Kapselsollbe ¬ movement. In order to accomplish this movement with the least possible expenditure of force and to stretch the intestinal wall 24 as little as possible, it is desirable for the capsular longitudinal axis 8 of the capsule 4 to coincide with the colon center axis 28 at the respective location of the capsule 4. The background to this is that to generate even a small force on the capsule 4 magnetic fields and gradient fields must be generated by the magnetic system, not shown, which cause a considerable electrical Ver ¬ loss performance in the magnet system. For larger forces, this power loss increases sharply.
In Fig. 1 wird deshalb ein äußeres Magnetfeld so angelegt, dass sich das Dipolmoment 14 senkrecht zur Darmmittenachse 28 ausrichtet. Der Winkel a wird dann Null, und Kapsellängsach¬ se 8 und Darmmittenachse 28 fallen zusammen. Anschließend o- der gleichzeitig wird ein magnetisches Gradientenfeld er¬ zeugt, welches das Dipolmoment 14 entlang der Mittellachse 28 in Richtung des Pfeils 6 verschiebt und damit die gesamte Kapsel 4 in diese Richtung vorwärts bewegt.In Fig. 1, therefore, an external magnetic field is applied so that the dipole moment 14 is aligned perpendicular to the bow central axis 28. The angle a is then zero and Kapsellängsach ¬ se 8 and intestinal center axis 28 coincide. Subsequently, o- the same time, a magnetic gradient field he witnesses ¬, which shifts the dipole moment 14 along the central salmon 28 in the direction of arrow 6 and thus the entire capsule 4 to move forward in this direction.
Entweder weiterhin dauerhaft oder nach Verschieben der Kapsel um eine bestimmte Strecke wird erneut ein äußeres Magnetfeld angelegt um die Kapsel 4 um ihre Kapsellängsachse 8 und damit um einen Winkel φ von z.B. 360° zu rotieren. Die vom Drucksensor 20 dann aufgenommene Druckverlaufskurve gemäß Fig. 2 wird erneut ausgewertet und kontrolliert, ob der Winkel a sich z.B. aufgrund einer in Fig. 1 nicht dargestellten Darmschlinge im Darm 2 auf einen unzulässig hohen Wert erhöht hat, so dass die Kapsel 4 erneut axial im Darm 2 am neuen Kapselort zur dortigen Darmmittenachse ausgerichtet wird.Either still permanently or after moving the capsule by a certain distance, an external magnetic field is again applied around the capsule 4 about its capsule longitudinal axis 8 and thus by an angle φ of e.g. Rotate 360 °. The pressure curve of the curve according to FIG. 2 then recorded by the pressure sensor 20 is re-evaluated and checked whether the angle a is e.g. 1 has increased in the intestine 2 to an unacceptably high value, so that the capsule 4 is again aligned axially in the intestine 2 at the new capsule location to local intestinal center axis.
Durch dieses sukzessive Verfahren ist es möglich, die Kapsel praktisch stets in ihrer Längsrichtung, also mit der Kappe 12a voraus in axialer Richtung, durch bzw. entlang des Darms 2 zu bewegen.By this successive method, it is possible, the capsule practically always in its longitudinal direction, ie with the cap 12a ahead in the axial direction, to move through or along the intestine 2.
Sämtliche Auswertungen und Berechnungen bezüglich der Druckverläufe und die Steuerung der zur Kapselbewegung nötigen Magnetfelder finden in der Recheneinheit 22 statt.All evaluations and calculations relating to the pressure profiles and the control of the magnetic fields necessary for the capsule movement take place in the arithmetic unit 22.
Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Kapsel 4, welche zweiteilig aufgebaut ist und eine Hülse 34 sowie eine Nutzkapsel 36 umfasst. Die Nutzkapsel 36 ist hierbei fest, aber lösbar mit der Hülse 34 verbunden, z.B. mit dieser verschraubt, verschnappt oder gesteckt. Für verschiedene dia¬ gnostische oder therapeutische Maßnahmen können so in ein und dieselbe Hülse 34 verschiedene Nutzkapseln 36 eingesetzt wer¬ den .Fig. 3 shows an alternative embodiment of a capsule 4, which is constructed in two parts and a sleeve 34 and a Nutzkapsel 36 includes. The useful capsule 36 is in this case fixed, but releasably connected to the sleeve 34, for example screwed, snapped or plugged with this. For various dia ¬ Gnostic or therapeutic measures can ¬ the thus in one and the same sleeve 34 different Nutzkapseln 36 used.
Die Nutzkapsel 36 beinhaltet im Beispiel eine nicht darge¬ stellte Videokamera, welche durch ein Sichtfenster 38 in der Kappe 12a in Richtung des Pfeils 6 Bilder vom Inneren des Darms 2 aufnimmt. Diese werden über einen nicht dargestellten Sender in der Nutzkapsel 36 an die Recheneinrichtung 22 übermittelt .The Nutzkapsel 36 includes in this example a non Darge ¬ presented video camera that captures images of the interior 6 of the intestine 2 through a viewing window 38 in the cap 12a in the direction of the arrow. These are transmitted to the computing device 22 via a transmitter (not shown) in the useful capsule 36.
Die wesentlichen Elemente zur magnetischen Kapselnavigation befinden sich in der Hülse 34. So besteht zumindest ein Teil des Hülsenkörpers 40 aus permanentmagnetischem Material, wel¬ ches das Dipolmoment 14 besitzt. Außerdem ist der Drucksensor 20 ebenfalls in den Hülsenkörper 40 integriert, befindet sich jedoch im Gegensatz zu Fig. 1 nahe dem entgegengesetzten, also hinteren Ende der Kapsel 4 bei der Kappe 12b.The essential elements for magnetic navigation capsule located in the sleeve 34. Thus, at least a portion of the sleeve body 40 of permanent magnetic material, wel ¬ ches has the dipole moment fourteenth In addition, the pressure sensor 20 is also integrated in the sleeve body 40, but is in contrast to Fig. 1 near the opposite, so the rear end of the capsule 4 in the cap 12 b.
Zur Navigation der Kapsel 4 im Patienten ist neben der Lageerkennung der Kapsel 4 relativ zum Hohlorgan auch die Lageerkennung der Kapsel relativ zum felderzeugenden Spulensystem notwendig. Dies geschieht üblicherweise über hier nicht wei¬ ter erläuterte Ortsaufnehmer, welche z.B. den Schwerpunkt der Kapsel 4 und die Lage der Kapsellängsachse 8 im Koordinaten- System des Magnetsystems erkennen. Die entsprechenden Vorrichtungen können auch in der Kapsel 4 bzw. der Nutzkapsel 36 oder dem Hülsenkörper 40 integriert sein.For navigation of the capsule 4 in the patient in addition to the position detection of the capsule 4 relative to the hollow organ and the position detection of the capsule relative to the field-generating coil system is necessary. This is usually about not know ¬ here ter explained Ortsaufnehmer which, for example the center of gravity of the capsule 4 and the position of the capsule longitudinal axis 8 in the coordinate Detect the system of the magnet system. The corresponding devices can also be integrated in the capsule 4 or the capsule 36 or the sleeve body 40.
Im Unterscheid zu Fig. 1 ist die Außenform der Kapsel 4, d.h. besonders die Außenform der Hülse 34 nicht rotationssymmet¬ risch bezüglich der Kapsellängsachse 8, sondern weist einen sich radial nach außen vorwölbenden Gewindegang 42 auf. Die gesamte Hülse 34 ist somit nach Art einer Schraube bezüglich der Kapsellängsachse 8 ausgebildet. Bei einer Rotation der gesamten Kapsel 4 um die Kapsellängsachse 8 wirkt der Gewin¬ degang 42 mit der Darmwand 24 nach Art einer archimedischen Schraube zusammen, so dass sich die Kapsel 4 in oder entgegen der Richtung des Pfeils 6, je nach Drehsinn der Rotation, translatorisch im Darm 2 entlang der Darmmittenachse 28 fortbewegt. Zur Bewegung der Kapsel 4 entlang des Darms 2 ist al¬ so im Gegensatz zu Fig. 1 nicht unbedingt ein Feldgradient notwendig, welcher das Dipolmoment 14 in Richtung des Pfeils 6 bewegt, sondern lediglich das zur Rotation der Kapsel 4 benötigte, sich drehende magnetische Feld aus Fig. 1. In the Scheid to Fig. 1 is the outer shape of the capsule 4, particularly the outer shape of the sleeve 34 that is not rotationssymmet ¬ driven with respect to the longitudinal axis of the capsule 8, but includes a radially bulging outward thread 42 on. The entire sleeve 34 is thus formed in the manner of a screw with respect to the capsule longitudinal axis 8. With a rotation of the entire capsule 4 the capsule longitudinal axis 8 of the threaded ¬ acts Degang 42 with the intestinal wall 24 in the manner of an Archimedean screw together, the capsule that 4 in or opposite to the direction of the arrow 6, depending on the direction of rotation of the rotary translatory in the intestine 2 along the intestinal center axis 28 moves. For movement of the capsule 4 along the intestine 2 al ¬ so in contrast to Fig. 1 is not necessarily a field gradient is necessary, which moves the dipole moment 14 in the direction of arrow 6, but only required for rotation of the capsule 4, rotating magnetic field from Fig. 1.

Claims

Patentansprüche claims
1. Drahtlos mittels eines Magnetsystems navigierbare Kapsel (4) zur Durchführung einer medizinischen Maßnahme in einem die Kapsel (4) umschlingenden Hohlorgan (2) eines Patienten, vorzugsweise dem Gastrointestinaltrakt , wobei die Kapsel (4) eine Längsachse (8) aufweist und in einem radial von der Längsachse (8) beabstandeten Teilbereich (18) ihrer Oberfläche (16) zumindest ein Drucksensor (20) zur Erfassung eines auf die Kapsel (4) vom Hohlorgan (2) ausgeübten mechanischen Drucks an verschiedenen Umfangspositionen der Kapsel (4) angeordnet ist.1. A capsule (4) which can be navigated by means of a magnetic system for carrying out a medical measure in a hollow organ (2) of a patient, preferably the gastrointestinal tract, which encircles the capsule (4), wherein the capsule (4) has a longitudinal axis (8) and in one At least one pressure sensor (20) for detecting a mechanical pressure exerted on the capsule (4) by the hollow organ (2) at different circumferential positions of the capsule (4) is arranged radially from the longitudinal axis (8) ,
2. Kapsel (4) nach Anspruch 1, bei der mehrere Drucksensoren (20) an verschiedenen Umfangspositionen der Kapsel (4) angeordnet sind.2. capsule (4) according to claim 1, wherein a plurality of pressure sensors (20) at different circumferential positions of the capsule (4) are arranged.
3. Kapsel (4) nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Drucksensor (20) nahe einem bezüglich der Längsachse (8) vorderen (12a) oder hinteren (12b) Ende der Kapsel (4) angeordnet ist.3. capsule (4) according to claim 1 or 2, wherein the pressure sensor (20) near one with respect to the longitudinal axis (8) front (12 a) or rear (12 b) end of the capsule (4) is arranged.
4. Kapsel (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem mit dem Teilbereich (18) kraftschlüssig zusammenwirkenden, senkrecht zur Längsachse (8) orientierten magnetischen Dipolmoment (14) .4. capsule (4) according to any one of the preceding claims, with a with the subregion (18) non-positively cooperating, perpendicular to the longitudinal axis (8) oriented magnetic dipole moment (14).
5. Kapsel (4) nach Anspruch 4, mit einem mit dem Teilbereich (18) kraftschlüssig zusammenwirkenden, senkrecht zur Längs¬ richtung (8) magnetisierten Permanentmagneten.5. capsule (4) according to claim 4, with a with the portion (18) non-positively cooperating, perpendicular to the longitudinal ¬ direction (8) magnetized permanent magnet.
6. Kapsel (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die gesamte Oberfläche (16) der Kapsel (4) starr ausge¬ führt ist.6. capsule (4) according to any one of the preceding claims, wherein the entire surface (16) of the capsule (4) is rigidly out ¬ leads.
7. Kapsel (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer bezüglich der Längsachse (8) zumindest im Teilbereich7. capsule (4) according to one of the preceding claims, with respect to the longitudinal axis (8) at least in the partial area
(18) schraubenförmig ausgebildeten Außenkontur (42). (18) helical outer contour (42).
8. Kapsel (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Kapsel (4) eine Hülse (34) und eine an der Hülse (34) gehaltene Nutzkapsel (36) umfasst.8. capsule (4) according to any one of the preceding claims, wherein the capsule (4) comprises a sleeve (34) and a on the sleeve (34) held Nutzkapsel (36).
9. Kapsel (4) nach Anspruch 8, bei der die Hülse (34) die schraubenförmige Außenkontur (42) aufweist.9. capsule (4) according to claim 8, wherein the sleeve (34) has the helical outer contour (42).
10. Kapsel (4) nach Anspruch 8 oder 9, bei der die Hülse (34) zumindest teilweise aus permanentmagnetischem Material be¬ steht.10. capsule (4) according to claim 8 or 9, wherein the sleeve (34) is at least partially made of permanent magnetic material ¬ .
11. Kapsel (4) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei der die Hülse (34) den Drucksensor (20) enthält.11. capsule (4) according to any one of claims 8 to 10, wherein the sleeve (34) includes the pressure sensor (20).
12. Kapsel (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Drucksensor (20) ein passiver, elektromagnetisch auslesbarer Drucksensor ist.12. capsule (4) according to any one of the preceding claims, wherein the pressure sensor (20) is a passive, electromagnetically readable pressure sensor.
13. Kapsel (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem der Drucksensor (20) an einen mit der Kapsel (4) mitgeführten HF- Sender angeschlossen ist.13. capsule (4) according to one of claims 1 to 11, wherein the pressure sensor (20) is connected to a with the capsule (4) entrained RF transmitter.
14. Verfahren zum drahtlosen Navigieren einer Kapsel (4) zur Durchführung einer medizinischen Maßnahme in einem die Kapsel14. A method for wirelessly navigating a capsule (4) for performing a medical procedure in a capsule
(4) umschlingenden Hohlorgan (2) eines Patienten, vorzugsweise dem Gastrointestinaltrakt , wobei die Kapsel (4) eine Längsachse (8) und einen radial von der Längsachse (8) beabstandeten Oberflächenbereich (18) mit einem Drucksensor(4) a patient's hollow organ (2), preferably the gastrointestinal tract, the capsule (4) having a longitudinal axis (8) and a surface area (18) spaced radially from the longitudinal axis (8) with a pressure sensor
(20) zur Erfassung eines auf die Kapsel (4) vom Hohlorgan (2) ausgeübten mechanischen Drucks aufweist, bei dem:(20) for detecting a on the capsule (4) exerted by the hollow organ (2) mechanical pressure, wherein:
- die Kapsel (4) in das Hohlorgan (2) eingebracht wird,- The capsule (4) is introduced into the hollow organ (2),
- der vom Hohlorgan (2) auf den Drucksensor (20) ausgeübte mechanische Druck an mehreren Umfangspositionen der Kapsel- The pressure exerted by the hollow organ (2) on the pressure sensor (20) mechanical pressure at a plurality of circumferential positions of the capsule
(4) erfasst wird,(4) is detected,
- aus dem Druck die Lage der Längsachse (8) bezüglich des Hohlorgans (2) ermittelt wird. - From the pressure, the position of the longitudinal axis (8) with respect to the hollow organ (2) is determined.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem:15. The method of claim 14, wherein:
- die Kapsel (4) um ihre Längsachse (8) rotiert wird,- The capsule (4) is rotated about its longitudinal axis (8),
- der Druckverlauf (32) des vom Sensor (20) während der Rota¬ tion ermittelten Drucks aufgenommen wird.- The pressure curve (32) of the sensor (20) during the Rota ¬ tion detected pressure is recorded.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem:16. The method of claim 15, wherein:
- der Druckverlauf (32) mindestens einer Umdrehung des Drucksensors (20) um die Längsachse (8) aufgezeichnet wird,the pressure profile (32) of at least one revolution of the pressure sensor (20) about the longitudinal axis (8) is recorded,
- der Mittelwert (p) des Druckverlaufs (32) ermittelt wird,- the mean value (p) of the pressure profile (32) is determined,
- die Lage der Längsachse (8) aus den relativen Druckschwankungen (pmmrPmax) um den Mittelwert Cp) ermittelt wird.- The position of the longitudinal axis (8) from the relative pressure fluctuations (p mm rP max ) to the mean value Cp) is determined.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Hohlorgan (2) am Kapselmittelpunkt (30) der Kapsel (4) eine Mittelachse (28) aufweist, bei dem:17. The method according to claim 15 or 16, wherein the hollow organ (2) at the capsule center (30) of the capsule (4) has a central axis (28), in which:
- nach Ermittlung der Lage der Kapsellängsachse (8) die Kap¬ sel (4) so ausgerichtet wird, dass die Längsachse (8) paral¬ lel zur Mittelachse (28) liegt.- After determining the position of the capsule longitudinal axis (8), the cap ¬ sel (4) is aligned so that the longitudinal axis (8) paral ¬ lel to the central axis (28).
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem:18. The method according to any one of claims 14 to 17, wherein:
- magnetisch auf die Kapsel (4) eine diese in Richtung der Mittelachse (28) verschiebende Kraft ausgeübt wird. - Magnetically on the capsule (4) a this in the direction of the central axis (28) displacing force is applied.
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