WO2007113055A2 - Verfahren zur positionierung einer magnetisch mittels eines magnetspulensystems navigierbaren endoskopie-kapsel - Google Patents

Verfahren zur positionierung einer magnetisch mittels eines magnetspulensystems navigierbaren endoskopie-kapsel Download PDF

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WO2007113055A2
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Definitions

  • the invention relates to a method for positioning a magnetically navigable by means of a magnetic coil system endoscopy capsule for performing a finding in the body of a patient on a patient table stored.
  • a medical measure which may be, for example, a diagnosis or treatment.
  • the target area of such a medical measure is often a hollow organ in the patient concerned, in particular the gastrointestinal tract.
  • the medical measures have been carried out with the aid of endoscopes, which are introduced non-minimally or minimally invasively from outside either through the body openings of the patient or through small incisions in the patient and are mechanically controlled or positioned.
  • inspection or manipulation devices for example a camera, or a gripper for carrying out a desired activity are located at the tip of a more or less flexible catheter.
  • an endoscopy capsule which is equipped with a magnet and can be remotely controlled by a gradient field generated by an external magnet system.
  • the object is achieved by a method for Positionin ⁇ tion of a magnetically navigable endoscopy capsule by a magnet coil system for examining a region in the body of a mounted on a patient table patient, the location of the investigation that is, the findings position sawn known is comprising the steps of : introduced a) labeling the finding position in at least one the findings position covering volume data set of) positioning d to ban ⁇ sponding body b) registration of the volume data set to the patient c) transformation of the volume data set and the finding Posi ⁇ tion in the coordinate system of the magnetic coil system in the patient Endosko ⁇ pie capsule for finding position by automatic control of the magnet coil system.
  • this location or area of interest is now identified as a finding position in an existing volume data set of the patient's body to be examined.
  • the volume data set of the body is visualized on a display unit.
  • volume data set is registered to the patient, ie a correlation is established between the patient and the volume data set.
  • the coordinates of the Volumenda ⁇ tensatzes be det tobil ⁇ on the coordinates of the patient. In this way, then the highlighted in the volume dataset finding position can be in the correct position on the patient abbil ⁇ .
  • the trans ⁇ formation of the volume data set and the findings position is carried out in the coordinate system of the magnetic coil system.
  • This transformation ensures that the control of the endoscopic capsule, which takes place automatically in the coordinate system of the magnet coil system, correlates with the patient position and at the same time via the previous registration step with the position of the volume data set.
  • the findings position in the coordinate system of the magnetic coil system is known.
  • a subsequent process step is introduced into the patient endoscopy Cape ⁇ sel to the place of execution of the finding by the dently ⁇ tion of the magnet coil system automatically controlled.
  • the control ⁇ réellesrechner of the magnetic coil system is now the target in his coordinate system known and he can maneuver the capsule there independently, the way there results from existing route data (for example, from already stored routes), from existing volume data or for example in the capsule integrated local motion control by means of image capture in the capsule and image processing currently recorded video images.
  • the automatic positioning is characterized in that the volume data set contains older 3D image data of the patient to be examined.
  • These older 3D image data can come from a variety of 3D imaging techniques, such as CT, MR, ultrasound, or PET. In some cases, these data are already available from previous examinations or from earlier examinations of the patient on other diseases.
  • the volume data set contains general atlas image data. These are available, in particular for the human body in any case. Such anatomical atlases of the body are characterized by a high quality of the image data and are thus very well suited for planning the use of the endoscopy capsule. For the level of ⁇ called registration procedure of the volume dataset to the patient takes place first and for the purpose mentioned here the target positioning of the endoscopy capsule often sufficient scale of the atlas image data set.
  • the atlas image data are additionally scaled by at least one patient-specific variable.
  • differences between the Atlasda ⁇ tensatz and the real appearance of the patient are given special consideration.
  • a patient-specific atlas data set is created.
  • the body measurement index (BMI) of the patient, its size and / or its weight and / or its extent can be used, because on such general values an adaptation of the general Atlasschwsatz also internal body areas is sufficiently accurate possible.
  • Such scaling values can be incorporated into the processing of the atlas data individually as well as in any combination. Such scaling methods are well known and are used elsewhere in medical technology.
  • Another scaling factor which can also be used alone or in combination with others in the aforementioned scaling method, results from the surface contour of the patient. This contour can be recorded by the patient using laser-based scanning.
  • the volume data set is registered to the patient by at least three anatomical marks and their assignment as registration points in the volume data set.
  • these typical anatomical marks of the patient for example, certain bone structures are also marked in the volume data set. Brands are also approached by a Zei ⁇ geinstrumentes a position detection system or localized. In this way, an image data processor can assign the various marker points and bring the coordinate systems into coincidence.
  • the anatomical marks are additionally characterized by artificial marks, the artificial marks being detected by means of a position detection system used in the magnetic coil system for the position detection of the endoscopy capsule.
  • a position detection system is provided for the position detection of the endoscopy capsule in the body of the patient, which is preferably integrated in the magnetic coil system.
  • the proposed artificial brands are designed so that they can be detected or read by just this position detection system.
  • the detection of the artificial marks is based on the same physical principle as the position detection of the capsule itself.
  • the automatic discrimination is done positio ⁇ endoscopy capsule, by combining the magnetic fields acting on the capsule of the magnet coil system and an automatic movement of the patient table.
  • the capsule can be kept within the so-called working volume of the magnetic field, which is located in the center of the magnetic coil system.
  • An optimal effect of the magnetic fields also means an optimal efficiency of the system and thus also an optimal energy balance.
  • the patient table should not only move in the direction of insertion of the patient in the magnetic coil system and thus in the longitudinal direction, but it should also be rotatable or tiltable in any direction. In this way, the magnetic field forces can be further assisted to some extent by gravity components.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an endoscopy system for non-invasive diagnosis or treatment of a patient
  • Figure 1 shows an endoscopic system 10 for non-invasive Be ⁇ fundung or treatment of a patient 5.
  • the Endoskopiean- would not be 10 comprises a magnet coil system 1 with a connected thereto, power supply 6 and a controller 7 and a display unit 8.
  • the magnet coil system consists of fourteen here individual coils which are illustrated in detail and which are divided into six rectangular heating coils arranged in the shape of a cuboid and eight saddle coils which together form a cylinder jacket in the cuboid.
  • the coil current flowing in each of the fourteen individual coils is generated by one of fourteen, each a single coil associated power amplifiers 9a - 9n, of which in Fig.l only power amplifier 9a and 9n are shown.
  • the sum of the power amplifiers 9a to 9n form the power supply 6 of the Magnetspulensys ⁇ tems 1. All power amplifiers 9a to 9n are controlled or regulated by the controller 7 via control lines 11.
  • the patient table 4 can be moved as desired in the direction of the z-axis and can therefore be moved relative to the magnet coil system 1.
  • the patient table 4 should also be able to be tilted and swiveled as desired, and thus able to move around all the axes of the patient coordinate system 12.
  • the patient 5 is placed in the magnet coil system 1, that the introduced endoscopy capsule 2 is located approximately in the middle of the magnetic coil system 1.
  • the magnet coil system 1 has its so-called working volume.
  • the magnetic coil system 1, a coordinate system 13 is permanently assigned.
  • the spatial position and the orientation of the longitudinal axis 14 of the endoscopy capsule 2 in the coordinate system 13 are determined by the position detection system 15.
  • the position detection system 15 learns an assignment to the coordinate system 13.
  • the required calibration of the position detection system 15, ie the determination of its relation to the magnetic coil system 1 and thus to the coordinate system 13 takes place once upon installation of the system.
  • Asked brands, for example, here is not ⁇ be attached to the coil system.
  • the geomet ⁇ generic alignment of the marks to the coil system is thus known and reading these marks by the position detection system 15, the calibration can be performed, that is, a transformation matrix between the two systems are determined.
  • the position detection system 15 essentially consists of navigation coils integrated in the magnetic coil system 1 and not designated here in greater detail, and a position detection unit 15a.
  • the spatial position as well as the orientation of the endoscopy capsule are detected wirelessly via the position detection unit 15a.
  • the position detection ⁇ unit 15a transmits the position data of the endoscopy capsule again via control line 16 to the controller 7.
  • For the position detection of the endoscopy capsule 2 an additional magnetic field is generated by the navigation coils wel ⁇ ches on position sensor coils within the endoscopy Kap ⁇ sel 2 with one or more different frequencies and which is used to induce gene and currents in the position sensor coils of the endoscopy capsule 2 leads. These currents and voltages are then used as a position signal.
  • the transmission and identification of a finding position 18 within a region 3 of the patient 5 to be examined is shown in at least one volume data set 17 covering the finding position 18.
  • the volume data set 17 is located in an appropriate electronic form and is displayed on a display unit 21 which is connected to a computing ⁇ neratti 22nd Furthermore, an input instrument 23 is connected to the computer unit 22.
  • the attending physician or examiner has identified his suspected illness within the area 3 of the patient 5 and would like to find out more about this area.
  • the finding position 18 is marked with the input instrument 23, whereby labeling means a linking of the finding position 18 with or also storage in the volume data set 17.
  • the volume data set 17 may consist of several older 3D images of the patient 5 - recorded by a variety of known methods.
  • the volume data set may also consist of general atlas data. These are available to any area of the human body as 3D image data in high detail. A subsequent weighting or scaling of the general atlas data with specific patient data such as BMI, size, weight, surface contour result in an additional and sufficient accuracy in the positioning of the destination.
  • Figure 3 shows the registry shows the volume data set 17 to the patient 5 for virtual marking the finding position 18 on the patient 5.
  • the registration is done in the embodiment with distinctive anatomical brands 19. at least three different marks 19 are required, depending ⁇ but not all in one Level may lie.
  • the anatomically equivalent registration points 20 are determined and thus the volume data record 17 almost brought into line with the patient 5. This is usually done by the input instrument 23 (mouse, reticule) with which the equivalent anatomical marks 19 of the patient 5 as the registration point 20 in the volume data set 17 on the display unit 21 are approached one after the other and marked there individually in the computer unit 22.
  • the marks 19 are also approached by a pointing instrument 25, which must be connected to a position detection or navigation system 24, which in turn interacts with the computer unit 22.
  • the computer unit 22 the coordinate systems of the volume data set 17 and on Patient 5 ⁇ calibrate each other.
  • the marked in the volume data set 17 findings ⁇ position 18 is displayed on the patient 5.
  • artificial marks 19a can also be used. These are then applied in such a way that these artificial marks 19a additionally mark the anatomical marks 19 on the patient 5, which have been localized, for example, by scanning the patient 5 by the examiner. These artificial marks 19a can then be detected by interaction by a position detection system 24 and serve to register the volume data set 17 to the patient 5.
  • the position detection system is advantageously 15 of the cell system used Magnetspu ⁇ 1, this is necessary anyway for controlling the endoscopic capsule. 2
  • the artificial marks 19a can be detected (read) by this position detection system 15, ie based on the same physical principle as the position detection of the capsule 2 itself. In such a case, one can dispense with a pointing instrument 25 and the associated procedure of starting these marks.
  • FIG. 4 the essential method steps are summarized in a flow chart.

Abstract

Verfahren zur Positionierung einer magnetisch navigierbaren Endoskopie-Kapsel. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionierung einer magnetisch navigierbaren Endoskopie-Kapsel (2) durch ein Magnetspulensystem (1) zur Untersuchung eines Bereiches (3) im Körper eines auf einem Patiententisch (4) gelagerten Patienten (5), wobei die Lage der Untersuchung, d.h. die Befundposition (18) bekannt ist. Verfahrensmäßig sollen die folgenden Schritte ausgeführt werden: a) Kennzeichnung der Befundposition (18) in wenigstens einen die Befundposition (18) abdeckenden Volumendatensatz (17) b) Registrierung des Volumendatensatzes (17) an den Patienten (5) c) Transformation des Volumendatensatzes (17) und der Befundposition (18) in das Koordinatensystem (13) des Magnetspulensystems (1) d) Positionierung der in den Patienten (5) eingeführten Endoskopie-Kapsel (2) zur Befundposition (18) durch automatische Steuerung des Magnetspulensystems.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Positionierung einer magnetisch mittels eines Magnetspulensystems navigierbaren Endoskopie-Kapsel
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionierung einer magnetisch mittels eines Magnetspulensystems navigierbaren Endoskopie-Kapsel zur Durchführung eines Befundes im Körper eines auf einem Patiententisch gelagerten Patienten.
In der Medizin ist es häufig notwendig, im Innern, also im Körper eines in der Regel lebenden Menschen oder Tieres als Patienten eine medizinische Maßnahme durchzuführen, die z.B. eine Diagnose oder eine Behandlung sein kann. Zielgebiet ei- ner derartigen medizinischen Maßnahme ist oft ein Hohlorgan im betreffenden Patienten, insbesondere der Gastrointesti- naltrakt. Seit längerem werden die medizinischen Maßnahmen mit Hilfe von Endoskopen durchgeführt, welche nicht- oder mi- nimalinvasiv von außerhalb entweder durch Körperöffnungen des Patienten oder durch kleine Einschnitte in diesen eingeführt und mechanisch gesteuert bzw. positioniert werden. Hierbei befinden sich an der Spitze eines mehr oder weniger langen biegsamen Katheters Inspektions- bzw. Manipulationsgeräte, z.B. eine Kamera, oder ein Greifer zur Ausführung einer ge- wünschten Tätigkeit. Weitere Geräte können in einen Arbeits¬ kanal des Katheters zur Spitze vorgeschoben und von dort auch wieder zurückgezogen werden. Herkömmliche Endoskope weisen hierbei verschiedene Nachteile auf, z.B. verursachen diese, wegen der indirekten Kraftübertragung auf die Katheterspitze beim Vorschub, wegen ihrer Länge und der auftretenden Reibungseffekten beim Patienten Schmerzen oder sogar Verletzungen. Ferner können entfernt liegende innere Organe nur schwer oder gar nicht erreicht werden.
Zur katheterfreien bzw. schlauchlosen Endoskopie sind deshalb seit einigen Jahren z.B. Videokapseln der Fa. Given Imaging bekannt, welche der Patient schluckt. Die Videokapsel bewegt sich aufgrund der Peristaltik durch den Verdauungstrakt des Patienten und nimmt hierbei eine Reihe von Videobildern auf. Diese werden nach außen übertragen und in einem Rekorder gespeichert. Die Ausrichtung der Kapsel und damit die Blick¬ richtung der Videobilder sowie die Verweildauer im Körper des Patienten sind hierbei zufällig. Außer der Bildaufnahme hat die Kapsel keine aktive Funktionalität. Diagnosefunktionen, wie gezielte Betrachtung, Reinigung, Biopsien sind ebenso wenig möglich wie gezielte Behandlungen im Innern des Patienten. Eine gezielte Diagnose bzw. Befundung ist mit dieser Technik nicht durchführbar.
Aus der DE 101 42 253 Cl ist eine Endoskopiekapsel bekannt, die mit einem Magneten ausgestattet ist und sich durch ein von einem externen Magnetsystem erzeugten Gradientenfeld ferngesteuert bewegen lässt.
In der DE 103 40 925 B3 ist ein Magnetspulensystem detailliert beschrieben, das erforderlich ist, um die magnetische Endoskopie-Kapsel durch Hohlorgane eines Patienten mittels magnetischer, berührungsfreier Kraftübertragung zu bewegen. Die Kraftübertragung erfolgt hierbei also gezielt, berüh¬ rungslos und von außen kontrolliert. Diese Endoskopie-Kap- seln, auch Endoroboter genannt, weisen Funktionalitäten eines herkömmlichen Endoskops auf, z.B. Videoaufnahme, Biopsie, Me- dikamentengabe etc. Mit einem solchen Endoroboter kann eine medizinische Maßnahme autark, d.h. kabellos bzw. katheterfrei durchgeführt werden.
In der nicht vorveröffentlichten Anmeldung 10 2005 032 368 wird allerdings auch ein Endoroboter beschrieben, der mit einem hochflexiblen Schlauch verbunden ist und diesen auf seinem Weg durch das Hohlorgan hinter sich herzieht und über den Versorgungsaufgaben, wie beispielsweise die Zufuhr von flüssigen oder gasförmigen Betriebs- oder Arbeitsmitteln erfolgen kann oder welcher zur Energiezufuhr genutzt werden kann.
Sowohl die eingangs beschriebenen herkömmlichen und mechanisch positionierbaren Katheterendoskope, als auch die beruh- rungslos steuerbaren Endoroboter der letztgenannten Art werden manuell und auf Sicht gesteuert und fortbewegt. Der be¬ handelnde Arzt begleitet also aktiv den gesamten Prozess von der Einführung des entsprechenden endoskopischen Gerätes in den Körper des Patienten bis zu seiner Entnahme aus dem Körper. Das ist auch nicht verwunderlich, da der Gegenstand ei¬ ner solchen endoskopischen Untersuchung i. d. R. eine allgemeine Begutachtung von Körperregionen ist bzw. die Suche von Unregelmäßigkeiten oder Erkrankungen in diesen Regionen. So wird in der nicht vorveröffentlichten Anmeldung 10 2005 007 629 auch ein Verfahren angegeben, bei dem die Navigation einer Videokapsel automatisch entlang eines Hohlorgans eines Patienten erfolgt, das ein schlauchförmigen Kanal bildet, wobei sich die Videokapsel schrittweise durch Auswertung der aufgenommenen Bilder vortastet. Ziel dieses Verfahrens ist es eine kostengünstige und aufwandsarme Navigation bereitzustel¬ len, die eine quasi lückenlose Befundung oder Begutachtung einer größeren Körperregion oder eines Organs, insbesondere des Gastrointestinaltraktes gewährleistet.
In der Praxis gibt es aber auch eine ganze Reihe von Fällen, in denen der behandelnde Arzt bereits eine Erkrankung diag¬ nostiziert oder zumindest eine Vermutung darüber hat. Dies kann Ergebnis einer Voruntersuchung, beispielsweise durch bildgebende Aufnahmeverfahren, durch Abtastung des Patienten, eventuell durch die Anamnese oder durch das Gespräch mit dem Patienten sein. In diesen Fällen ist i. d. R. auch der ungefähre Ort der diagnostizierten oder vermuteten Erkrankung bekannt, zumindest hat der behandelnde Arzt eine ungefähre Vor- Stellung dieses Ortes. In diesen Fällen ist es wünschenswert ein Endoskop direkt und schnell in diesen Bereich oder an den Ort des Interesses, d.h. der Befundposition zu bewegen, um den Arzt dann mit seiner eigentlichen Aufgabe zu betrauen, nämlich eine detaillierte Untersuchung eben dieses Bereiches durchzuführen. Der Einsatz eines Endoskops kann hier wegen der fotografischen und also realen Bildaufnahme und der kombinierten Möglichkeit von Bildaufnahme und einer parallelen aktiven Eingriffsmöglichkeiten gegenüber reinen rekonstruie- renden bildgebenden Verfahren die schnellere und kostengüns¬ tigere Methode bedeuten. Auf diese Weise könnten Behandlungs¬ zeiten minimiert und damit Kosten gespart werden. Heute wer¬ den endoskopische Eingriffe i. d. R. durch den Arzt selbst durchgeführt. Diese können zeitaufwändig sein. Auch bei Ein¬ satz eines Endoroboters mit seiner verbesserten aber dennoch eingeschränkten Bewegungsgeschwindigkeit kostet das Verbrin¬ gen des Endoroboters an die Befundposition Zeit. Hier wäre es also wünschenswert eine Methode zu finden, die den behandeln- den Arzt von der Aufgabe der Verbringung des Endoskops an die Stelle des Interesses entlastet und auf diese Weise zur Kos¬ tenersparnis beiträgt.
Es ist demnach Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Verfah- ren anzugeben, welches eine kostengünstige, schnelle und den¬ noch sichere Navigation einer Endoskopie-Kapsel im Körper des Patienten ermöglicht. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung den behandelnden Arzt von Nebentätigkeiten zu entlasten.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Positionie¬ rung einer magnetisch navigierbaren Endoskopie-Kapsel durch ein Magnetspulensystem zur Untersuchung eines Bereiches im Körper eines auf einem Patiententisch gelagerten Patienten, wobei die Lage der Untersuchung, d.h. die Befundposition be- kannt ist, mit folgenden Schritten: a) Kennzeichnung der Befundposition in wenigstens einen die Befundposition abdeckenden Volumendatensatz des zu untersu¬ chenden Körpers b) Registrierung des Volumendatensatzes an den Patienten c) Transformation des Volumendatensatzes und der Befundposi¬ tion in das Koordinatensystem des Magnetspulensystems d) Positionierung der in den Patienten eingeführten Endosko¬ pie-Kapsel zur Befundposition durch automatische Steuerung des Magnetspulensystems.
Wie eingangs erwähnt geht das erfindungsgemäße Verfahren da¬ von aus, dass der behandelnde Arzt bereits eine ungefähre Vorstellung vom Ort der Erkrankung bzw. vom Ort der durchzu- führenden, detaillierten Untersuchung hat. Dieser Ort oder Bereich des Interesses wird in einem ersten Verfahrensschritt als Befundposition nunmehr in einem existierenden Volumendatensatz des zu untersuchenden Körpers des Patienten gekenn- zeichnet. Dazu ist der Volumendatensatz des Körpers auf einer Anzeigeeinheit visualisiert . Mittels eines Eingabeinstrumen¬ tes wird der Ort des Befundes, also die Befundposition ge¬ kennzeichnet oder markiert, d.h. die Befundposition wird mit dem Eingabeinstrument angefahren und es erfolgt eine Zuord- nung bzw. Verlinkung der Befundposition mit dem Volumendatensatz. Anders als bisher üblich wird ein Volumendatensatz also nicht mehr oder nicht mehr ausschließlich zur Diagnose eingesetzt, sondern dient nunmehr als Planungshilfe für den Ein¬ satz einer Endoskopie-Kapsel . Im nächsten Verfahrensschritt wird der Volumendatensatz an den Patienten registriert, d.h. hiermit wird eine Korrelation zwischen dem Patienten und dem Volumendatensatz hergestellt. Die Koordinaten des Volumenda¬ tensatzes werden auf die Koordinaten des Patienten abgebil¬ det. Auf diese Weise lässt sich dann die im Volumendatensatz markierte Befundposition lagerichtig auf den Patienten abbil¬ den. In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt die Trans¬ formation des Volumendatensatzes und der Befundposition in das Koordinatensystem des Magnetspulensystems. Über diese Transformation ist sichergestellt, dass die Steuerung der En- doskopie-Kapsel, die im Koordinatensystem des Magnetspulensystems automatisch erfolgt, mit der Patientenlage und gleichzeitig über den vorangegangenen Registrierungsschritt mit der Lage des Volumendatensatzes korreliert. Über diesen Transformationsschritt ist dann auch die Befundposition im Koordinatensystem des Magnetspulensystems bekannt. Für einen derartigen Transformationsschritt müssen die Lage des Koordi¬ natensystems des Magnetspulensystems und des Koordinatensys¬ tems des Patienten resp. des Volumendatensatzes zueinander bekannt sein. In einem sich daran anschließenden Verfahrens- schritt wird die in den Patienten eingeführte Endoskopie-Kap¬ sel zum Ort der Durchführung des Befundes durch die Ansteue¬ rung des Magnetspulensystems automatisch gesteuert. Dem Steu¬ erungsrechner des Magnetspulensystems ist nunmehr das Ziel in seinem Koordinatensystem bekannt und er kann die Kapsel dorthin selbstständig manövrieren, wobei sich der Weg dorthin ergibt aus bereits vorhandenen Routendaten (beispielsweise aus bereits abgespeicherten Routen) , aus vorhandenen Volumendaten oder beispielsweise durch in der Kapsel integrierter lokaler Bewegungssteuerung mittels Bilderfassung in der Kapsel und Bildverarbeitung der aktuell aufgenommenen Videobilder.
In einer Variante ist die automatische Positionierung dadurch gekennzeichnet, dass der Volumendatensatz ältere 3D-Bilddaten des zu untersuchenden Patienten enthält. Diese älteren 3D- Bilddaten können aus den verschiedensten 3D Bildgebungsver- fahren wie CT-, MR-, Ultraschall- oder PET- Verfahren stammen. In einigen Fällen liegen diese Daten bereits aus Vorun- tersuchungen vor oder stammen aus früheren Untersuchungen des Patienten zu anderen Erkrankungen.
In alternativer Variante enthält der Volumendatensatz allgemeine Atlasbilddaten. Diese stehen, insbesondere für den menschlichen Körper in jedem Fall zur Verfügung. Solche anatomischen Atlanten vom Körper zeichnen sich durch eine hohe Güte der Bilddaten aus und eignen sich somit sehr gut zur Planung des Einsatzes der Endoskopie-Kapsel . Über die vorge¬ nannte Registrierungsprozedur des Volumendatensatzes auf den Patienten erfolgt eine erste und für den hier angesprochenen Zweck der Zielpositionierung der Endoskopie-Kapsel oft ausreichende Skalierung des Atlasbilddatensatzes.
Bei einer weiterführenden Variante sind die Atlasbilddaten durch wenigstens eine patientenspezifische Größe zusätzlich skaliert. Hierdurch werden Unterschiede zwischen dem Atlasda¬ tensatz und der realen Erscheinung des Patienten besonders berücksichtigt. Es erfolgt eine Anpassung der digitalen At¬ lasdaten an den Patienten, indem aus den allgemeinen Atlasda- ten unter Zuhilfenahme von patientenspezifischen Größen ein patientenspezifischer Atlasdatensatz erstellt wird. Es hat sich gezeigt, dass für solche patientenspezifischen Skaliergrößen vorteilhaft der Body-Maß-Index (BMI) des Patienten, seine Größe und/oder seine Gewicht und/oder sein Umfang genutzt werden können, weil über solche allgemeinen Werte eine Anpassung des allgemeinen Atlasdatensatzes auch innerer Körperbereiche hinreichend genau möglich ist. Dabei können sol- che Skalierwerte sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination in die Bearbeitung der Atlasdaten einfließen. Solche Skalierverfahren sind allgemein bekannt und werden an anderer Stelle in der Medizintechnik eingesetzt. Ein anderer Skalierfaktor, welcher ebenfalls allein oder in Kombination mit an- deren in das vorgenannte Skalierverfahren einfließen kann, ergibt sich aus der Oberflächenkontur des Patienten. Diese Kontur kann mittels lasergestützten Abtastverfahren vom Patienten aufgenommen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Registrierung des Volumendatensatzes an den Patienten durch wenigstens drei anatomische Marken und deren Zuordnung als Registrierpunkte im Volumendatensatz. In dieser Variante werden diese typischen anatomischen Marken des Patienten beispielsweise bestimmte Knochenstrukturen auch im Volumendatensatz gekennzeichnet. Die Marken werden gleichfalls mit Hilfe eines Zei¬ geinstrumentes eines Positionserfassungssystems angefahren bzw. lokalisiert. Auf diese Weise kann ein Bilddatenrechner die verschiedenen Markerpunkte zuordnen und die Koordinaten- Systeme in Deckung bringen.
In einer besonders vorteilhaften Variante sind die anatomischen Marken zusätzlich durch künstliche Marken gekennzeichnet, wobei die künstlichen Marken mittels eines im Magnetspu- lensystem für die Positionserfassung der Endoskopie-Kapsel eingesetzten Positionserfassungssystems erfasst werden. Diese Ausführungsform nutzt vorteilhaft die Tatsache, dass für die Positionserfassung der Endoskopie-Kapsel im Körper des Patienten ein Positionserfassungssystem vorhanden ist, welches vorzugsweise in das Magnetspulensystem integriert ist. Die hier vorgeschlagenen künstlichen Marken sind so ausgestaltet, dass sie von eben diesem Positionserfassungssystem erfasst bzw. gelesen werden können. Hier ist es lediglich erforder- lieh, dass die Erfassung der künstlichen Marken auf dem gleichen physikalischen Prinzip wie die Positionserfassung der Kapsel selbst beruht. Im eingangs zitierten Stand der Technik werden Positionserfassungssysteme beschrieben, die auf dem elektromagnetischen Prinzip beruhen, bei denen die im Magnetfeld induzierten Spannungen und Ströme ein Maß für die Positionskoordinaten der Endoskopie-Kapsel sind. Auf diese Weise kann auf spezielle Zeigeinstrumente verzichtet werden. Die durch das Positionserfassungssystem erfassten Marken und die im Volumendatensatz gekennzeichneten Marken können dann sehr leicht und aufwandsarm zugeordnet werden und der Bilddatenrechner ist in der Lage die Koordinatensysteme in Deckung zu bringen .
In einer weiteren Variante erfolgt die automatische Positio¬ nierung der Endoskopie-Kapsel durch Kombination der auf die Kapsel einwirkenden Magnetfelder des Magnetspulensystems und einer automatischen Bewegung des Patiententisches. Hierdurch kann die Kapsel innerhalb des so genannten Arbeitsvolumens des Magnetfeldes gehalten werden, welches sich im Zentrum des Magnetspulensystems befindet. Hier ist die Einwirkung der verschiedenen Magnetfelder optimal und damit die Bewegungs¬ möglichkeit der Kapsel wegen der optimalen Kraftübertragung am besten. Eine optimale Einwirkung der Magnetfelder bedeutet auch einen optimalen Wirkungsgrad des Systems und damit auch eine optimale Energiebilanz. Dabei soll sich der Patiententisch nicht nur in Einführungsrichtung des Patienten in das Magnetspulensystem und also in Längsrichtung bewegen, sondern er soll auch in beliebiger Richtung dreh- oder kippbar sein. Auf diese Weise lassen sich die Magnetfeldkräfte zusätzlich in gewissem Masse durch Schwerkraftkomponenten unterstützen. Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispie¬ len näher erläutert werden. Darin zeigen:
FIG 1 eine schematische Darstellung einer Endoskopiean- läge zur nicht invasiven Befundung bzw. Behandlung eines Patienten
FIG 2 eine schematische Darstellung des Verfahrensschrit¬ tes a)
FIG 3 eine schematische Darstellung des Verfahrensschrit- tes b)
FIG 4 Ablaufdiagramm der wesentlichen Verfahrensschritte
Fig 1 zeigt eine Endoskopieanlage 10 zur nicht invasiven Be¬ fundung bzw. Behandlung eines Patienten 5. Die Endoskopiean- läge 10 umfasst ein Magnetspulensystem 1 mit einer daran angeschlossenen Energieversorgung 6 sowie einer Steuerung 7 und eine Anzeigeeinheit 8. Das Magnetspulensystem besteht aus vierzehn hier nicht näher dargestellten Einzelspulen, die sich in sechs quaderförmig angeordnete, rechteckige HeIm- holtzspulen und acht gemeinsam einen Zylindermantel im Quader bildende Sattelspulen aufteilen. Der in jeder der vierzehn Einzelspulen fließende Spulenstrom wird von einem von vierzehn, je einer Einzelspule zugeordneten Leistungsverstärkern 9a - 9n erzeugt, wovon in Fig.l lediglich Leistungsverstärker 9a und 9n dargestellt sind. Die Summe der Leistungsverstärker 9a bis 9n bilden die Energieversorgung 6 des Magnetspulensys¬ tems 1. Sämtliche Leistungsverstärker 9a bis 9n werden von der Steuerung 7 über Steuerleitungen 11 angesteuert bzw. geregelt .
Der Patient 5, lagernd auf einem Patiententisch 4, ist ent¬ lang der Längsachse z des Patientenkoordinatensystems 12 in das Magnetspulensystem 1 eingefahren. Der Patiententisch 4 ist dabei in Richtung der z-Achse beliebig verfahrbar und da- mit relativ zum Magnetspulensystem 1 bewegbar. Zusätzlich soll der Patiententisch 4 ggf. auch beliebig neigungsverstellbar und schwenkbar sein, sich also um alle Achsen des Patientenkoordinatensystem 12 bewegen können. Über den Pati- ententisch 4 wird der Patient 5 so im Magnetspulensystem 1 platziert, dass sich die eingeführte Endoskopie-Kapsel 2 in etwa in der Mitte des Magnetspulensystems 1 befindet. Dort besitzt das Magnetspulensystem 1 sein so genanntes Arbeitsvo- lumen. Natürlich ist es auch generell denkbar den Patiententisch 4 starr zu belassen und das Magnetspulensystem 1 sich relativ zum Patienten 4 bewegen zu lassen, obwohl diese Variante auf aufgrund der Versorgungsleitungen (Energieversorgung, Kühlung) und der zu bewegenden Massen aufwändiger ist.
Dem Magnetspulensystem 1 ist ein Koordinatensystem 13 fest zugeordnet. Die Ortsposition sowie die Orientierung der Längsachse 14 der Endoskopie-Kapsel 2 im Koordinatensystem 13 werden über das Positionserfassungssystem 15 bestimmt. Dazu ist es erforderlich, dass das Positionserfassungssystem 15 eine Zuordnung zum Koordinatensystem 13 erfährt. Die erforderliche Kalibrierung des Positionserfassungssystems 15, d.h. das Feststellen seiner Relation zum Magnetspulensystem 1 und damit zum Koordinatensystem 13 erfolgt einmalig bei Installa- tion der Anlage. Dabei können beispielsweise hier nicht dar¬ gestellte Marken am Spulensystem angebracht sein. Die geomet¬ rische Ausrichtung der Marken zum Spulensystem ist somit bekannt und über das Lesen dieser Marken durch das Positionserfassungssystem 15 kann die Kalibrierung erfolgen, d.h. eine Transformationsmatrix zwischen den beiden Systemen bestimmt werden. Das Positionserfassungssystem 15 besteht dabei im Wesentlichen aus im Magnetspulensystem 1 integrierten und hier nicht näher bezeichneten Navigationsspulen und einer Positi- onserfassungseinheit 15a. Die Ortsposition sowie die Orien- tierung der Endoskopie-Kapsel werden drahtlos über die Posi- tionserfassungseinheit 15a erfasst. Die Positionserfassungs¬ einheit 15a übermittelt die Positionsdaten der Endoskopie- Kapsel wiederum über Steuerleitung 16 an die Steuerung 7. Für die Positionserkennung der Endoskopiekapsel 2 wird durch die Navigationsspulen ein zusätzliches Magnetfeld erzeugt, wel¬ ches auf Positionssensorspulen innerhalb der Endoskopie-Kap¬ sel 2 mit einer oder mehreren unterschiedlichen Frequenzen einwirkt und welches zur Induktion gleichfrequenter Spannun- gen und Strömen in den Positionssensorspulen der Endoskopie- Kapsel 2 führt. Diese Ströme und Spannungen werden dann als Positionssignal genutzt.
In Fig 2 wird die Übertragung und Kennzeichnung einer Befundposition 18 innerhalb eines zu untersuchenden Bereiches 3 des Patienten 5 in wenigstens einen die Befundposition 18 abdeckenden Volumendatensatz 17 dargestellt. Der Volumendatensatz 17 liegt in geeigneter elektronischer Form vor und ist auf einer Anzeigeeinheit 21 dargestellt, welche mit einer Rech¬ nereinheit 22 verbunden ist. Ferner ist ein Eingabeinstrument 23 mit der Rechnereinheit 22 verbunden. Der behandelnde Arzt oder Untersucher hat seinen Erkrankungsverdacht innerhalb des Bereiches 3 des Patienten 5 ausgemacht und möchte diesen Be- reich detaillierter befunden. In einem Volumendatensatz 17, der natürlich unter anderem den zu untersuchenden Bereich 3 abdeckt, wird die Befundposition 18 mit dem Eingabeinstrument 23 gekennzeichnet, wobei Kennzeichnung eine Verlinkung der Befundposition 18 mit oder auch Speicherung in dem Volumenda- tensatz 17 bedeutet. Der Volumendatensatz 17 kann aus mehreren älteren 3D Bildern des Patienten 5 - aufgenommen mit den verschiedensten bekannten Verfahren - bestehen. Alternativ kann der Volumendatensatz auch aus allgemeinen Atlasdaten bestehen. Diese sind für jeden Bereich des menschlichen Körpers als 3D Bilddaten in hohem Detaillierungsgrad verfügbar. Eine spätere Wichtung oder Skalierung der allgemeinen Atlasdaten mit spezifischen Patientendaten wie BMI, Größe, Gewicht, Oberflächenkontur ergeben eine zusätzliche und hinreichende Genauigkeit in der Positionsbestimmung des Zielortes.
Fig 3 zeigt die Registrierung des Volumendatensatzes 17 an den Patienten 5 zur virtuellen Kennzeichnung der Befundposition 18 am Patienten 5. Die Registrierung erfolgt im Ausführungsbeispiel mit markanten anatomischen Marken 19. Es sind mindestens drei verschiedene Marken 19 erforderlich, die je¬ doch nicht alle in einer Ebene liegen dürfen. Danach werden im Volumendatensatz 17 die anatomisch äquivalenten Registrierpunkte 20 bestimmt und somit der Volumendatensatz 17 quasi in Deckung mit dem Patienten 5 gebracht. Die geschieht i. d. R. durch das Eingabeinstrument 23 (Maus, Fadenkreuz) mit dem die äquivalenten anatomischen Marken 19 des Patienten 5 als Registrierpunkt 20 im Volumendatensatz 17 auf der An- zeigeeinheit 21 nacheinander angefahren und dort einzeln in der Rechnereinheit 22 markiert werden. Die Marken 19 werden ebenfalls durch ein Zeigeinstrument 25, welches mit einem Po- sitionserfassungs- oder Navigationssystem 24 verbunden sein muss angefahren, welches wiederum mit der Rechnereinheit 22 zusammenwirkt. Auf diese Weise kann die Rechnereinheit 22 die Koordinatensysteme von Volumendatensatz 17 und Patient 5 auf¬ einander kalibrieren. Durch diesen Vorgang wird nunmehr umgekehrt auch die im Volumendatensatz 17 gekennzeichnete Befund¬ position 18 auf den Patienten 5 abgebildet. In Varianten kön- nen auch künstliche Marken 19a verwendet werden. Diese werden dann derart angewandt, dass diese künstlichen Marken 19a die anatomischen Marken 19 am Patienten 5 zusätzlich kennzeichnen, die beispielsweise durch Abtastung des Patienten 5 durch den Untersuchenden lokalisiert worden sind. Diese künstlichen Marken 19a können dann durch Interaktion durch ein Positionserfassungssystem 24 erfasst werden und der Registrierung des Volumendatensatzes 17 an den Patienten 5 dienen. Hier wird vorteilhaft das Positionserfassungssystem 15 des Magnetspu¬ lensystems 1 verwendet, das dieses ohnehin für die Steuerung der Endoskopie-Kapsel 2 notwendig ist. Hier ist es lediglich erforderlich, dass die künstlichen Marken 19a durch dieses Positionserfassungssystem 15 erfasst (gelesen) werden können, d.h. auf dem gleichen physikalischen Prinzip wie die Positionserfassung der Kapsel 2 selbst beruhen. In einem solchen Fall kann auf ein Zeiginstrument 25 und auf die mit diesem verbundene Prozedur des Anfahrens dieser Marken verzichtet werden .
In Fig 4 sind die wesentlichen Verfahrensschritte zusammenge- fasst in einem Ablaufdiagramm dargestellt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Positionierung einer magnetisch navigierba- ren Endoskopie-Kapsel (2) durch ein Magnetspulensystem
(1) zur Untersuchung eines Bereiches (3) im Körper eines auf einem Patiententisch (4) gelagerten Patienten (5), wobei die Lage der Untersuchung, d.h. die Befundposition (18) bekannt ist, mit folgenden Schritten: a) Kennzeichnung der Befundposition (18) in wenigstens einen die Befundposition (18) abdeckenden Volumendatensatz (17) b) Registrierung des Volumendatensatzes (17) an den Pati¬ enten (5) c) Transformation des Volumendatensatzes (17) und der Be¬ fundposition (18) in das Koordinatensystem (13) des Magnetspulensystems (1) d) Positionierung der in den Patienten (5) eingeführten Endoskopie-Kapsel (2) zur Befundposition (18) durch auto- matische Steuerung des Magnetspulensystems (1)
2. Verfahren zur Positionierung einer Endoskopie-Kapsel (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Volu¬ mendatensatz (17) aus älteren Patientenbilddaten, insbe- sondere aus 3D Bildaufnahmeverfahren besteht.
3. Verfahren zur Positionierung einer Endoskopie-Kapsel (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Volu¬ mendatensatz (17) aus allgemeinen Atlasbilddaten besteht,
4. Verfahren zur Positionierung einer Endoskopie-Kapsel (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die allge¬ meinen Atlasbilddaten durch wenigstens eine patientenspe¬ zifische Größe skaliert werden.
5. Verfahren zur Positionierung einer Endoskopie-Kapsel (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die patientenspezifischen Skaliergrößen aus dem Body-Maß-Index (BMI), der Größe, dem Gewicht, dem Umfang oder der Oberflächenkontur des Patienten entnommen werden.
6. Verfahren zur Positionierung einer Endoskopie-Kapsel (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Registrierung des Volumendatensatzes (17) an den Patienten (5) durch wenigstens drei anatomische Marken (19) und deren Zuordnung als Registrierpunkte (20) im Volumendatensatz (17) erfolgt.
7. Verfahren zur Positionierung einer Endoskopie-Kapsel (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die anato¬ mischen Marken (19) zusätzlich durch künstliche Marken
(19a) gekennzeichnet sind, wobei die künstlichen Marken (19a) mittels eines im Magnetspulensystem (1) für die Positionserfassung der Endoskopie-Kapsel (2) eingesetzten Positionserfassungssystems (15) erfasst werden.
8. Verfahren zur Positionierung einer Endoskopie-Kapsel (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die automatische Positionierung der in den Patienten (5) eingeführten Endoskopie-Kapsel (2) durch Kombination der auf die Kapsel (2) einwirkenden Magnetfelder des Magnetspulensystems (1) und einer automati- sehen Bewegung des Patiententisches (4) erfolgt.
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