WO2008113697A1

WO2008113697A1 - Magnetisch führendes system, insbesondere medizinisches system, insbesondere kapselendoskopsystem mit vorhersage

Info

Publication number: WO2008113697A1
Application number: PCT/EP2008/052748
Authority: WO
Inventors: Johannes Reinschke
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2007-03-22
Filing date: 2008-03-07
Publication date: 2008-09-25
Also published as: DE102007013773A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein magnetisch führendes System, insbesondere ein medizinisches System, insbesondere ein Kapsel-Endoskopiesystem mit einer Einrichtung (3) zur Positionierung eines Objektträgers (5) und/oder einer Einrichtung (9) zur Ansteuerung von Spulen (11). Ein herkömmliches magnetisch führendes System, insbesondere ein Kapsel- Endoskopiesystem, soll insbesondere derart verbessert werden, dass der Objektträger nicht ruckartig bewegt wird, der Verbrauch an elektrischer Energie minimal ist und die erforderlichen magnetischen Kräfte und Drehmomente erzeugt werden können. Das vorgestellte magnetisch führende System verwendet ein Modell eines zu untersuchenden Objektbereichs zum vorausschauenden Berechnen eines optimalen Positionierungsverlaufs des Objektträgers (5) für die Einrichtung (13) zur Positionierung und/oder eines optimalen Zeitverlaufs der Spulenströme für die Einrichtung (9) zur Ansteuerung. Das Modell kann an jeweilige aktuelle Objektinformationen angepasst werden. Durch die Vorberechnungen kann die Ansteuerung mathematisch optimiert werden. Die Erfindung eignet sich beispielsweise für Kapselendoskopiesysteme (1).

Description

Beschreibung

Magnetisch führendes System, insbesondere medizinisches System, insbesondere Kapselendoskopsystem mit Vorhersage

Die vorliegende Erfindung betrifft ein magnetisch führendes System, insbesondere ein medizinisches System, insbesondere ein magnetisch geführtes Kapselendoskopsystem gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Bei der magnetischen Kapselendoskopie befindet sich ein Körper oder Patient auf einem Untersuchungstisch oder -stuhl in einem Magnetspulensystem. In den Körper wird oral oder rektal eine Kapsel eingeführt, die einen Permanentmagneten enthält, der bevorzugt parallel oder diametral beziehungsweise senkrecht zur Kapsellängsachse magnetisiert ist. Um alle theoretisch möglichen magnetischen Freiheitsgrade abdecken zu können, muss das Magnetspulensystem mindestens 8 Spulen aufweisen .

Die DE 103 40 925 B3 offenbart ein magnetisch führendes System, und zwar ein Magnetspulensystem zur berührungsfreien Bewegung einer magnetischen Einheit in einem Arbeitsraum, das 14 Spulen aufweist. Mit dem Magnetspulensystem aus 14 einzeln ansteuerbaren Einzelspulen ist eine magnetische Einheit berührungsfrei in einem Arbeitsraum zu bewegen. Hierzu sind mit dem Spulensystem drei Magnetfeldkomponenten sowie bis zu fünf linear unabhängige Magnetfeldgradienten zu erzeugen. Die Einzelspulen sind bevorzugt auf paarweise gegenüber liegenden stirnseitigen beziehungsweise seitlichen Flächen und auf einer rohrförmigen, den Arbeitsraum umschließenden Mantelfläche angeordnet. Das heißt, das beschriebene 14-Spulen-System ist, ähnlich wie bei einem Magnetresonanzmagneten, zylindrisch aufgebaut und weist einen lichten Innendurchmesser von ca. 600 mm auf. Die insgesamt 14 Spulen sind alle Luftspulen und setzen sich zusammen aus zwei mal vier viertelkreisförmigen Sattelspulen, von denen je vier einen Zylinder bilden. Beide Sattelspulenzylinder sind im gleichen Winkel um die Zylinder- achse, das heißt die Mittelachse des Spulensystems, unmittelbar hintereinander gesetzt. Um die beiden Sattelspulenzylinder herum befinden sich vier größere ebene Spulen beziehungsweise viertelkreisförmige Sattelspulen, die zusammen einen Quader beziehungsweise einen Zylinder bilden. Die beiden inneren Sattelspulenzylinder sind gegenüber den äußeren Sattelspulenzylindern um 45° gedreht. An den beiden Stirnseiten des Spulensystems befindet sich je eine ebene Spule mit einem quadratischen oder kreisförmigen Spulenauge. Das Spulensys- tem, insbesondere die Länge und der Leiterquerschnitt der einzelnen Spulen, wird so ausgelegt, dass an jedem Punkt in einem vorgegebenen Arbeitsvolumen hinreichend starke Magnetfelder und magnetische Gradientenfelder erzeugt werden können, um die für die Kapselnavigation benötigten magnetischen Drehmomente und Kräfte auf die Kapsel ausüben zu können. Das um den Mittelpunkt des Spulensystems zentrierte Arbeitvolumen wird kreiszylindrisch angenommen, wobei die Zylinderachse die Mittenachse des Spulensystems ist. Das kreiszylindrische Arbeitsvolumen weist einen Durchmesser von circa 30 cm und eine axiale Länge von beispielsweise 12 cm bis 20 cm auf. Typischerweise steigt der Strom- und Leistungsbedarf, je weiter sich die Kapsel zum Rand des Arbeitsvolumens hin und darüber hinaus bewegt. Dies bedeutet, dass in der Nähe, aber außerhalb des Arbeitsvolumens immer noch eine magnetische Kapsel- navigation möglich ist, aber eventuell nur mit verminderten Drehmomenten beziehungsweise Kräften oder nur für eine begrenzte Zeit. Es werden verminderte Drehmomente beziehungsweise Kräfte deshalb bereitgestellt, da die maximale Leistung der die Spulen treibenden Leistungsverstärker erreicht wird. Es ist lediglich eine begrenzte Zeit deshalb verfügbar, da die maximale Kühlung der Leistungsverstärker-Endstufen wie auch der Spulen die entstehende Verlustleistung nicht abführen kann, wodurch die Temperatur steigt, so dass bei Erreichen eines Temperatur-Schwellenwertes die Drosselung des Stroms durch geeignete Vorrichtungen erfolgen muss. Die US 2004/0181127 Al offenbart ein weiteres magnetisch führendes System, und zwar ein Kapselendoskopiesystem mit einem Kapselendoskop, dessen Bewegung durch ein von außen zugeführtes Magnetfeld gesteuert ist, mit zumindest einer Magnetfel- derzeugungseinheit zur Erzeugung eines auf einem Punkt zur

Steuerung der Bewegung des in einer Körperhöhle einer auf einem Objekttisch liegenden Person sich bewegenden Kapselendoskops fokussierten Magnetfelds, und mit einer Tischansteue- rungseinheit zur Bewegung des Objekttisches relativ zu der Magnetfelderzeugungseinheit.

Gemäß diesem Stand der Technik ist ein magnetisches Arbeitsvolumen auf nahezu einen Punkt reduziert. Eine translatorische Kapselbewegung im Patienten kann lediglich über die Be- wegung des Patiententisches und damit des Patienten erfolgen. Ein derart angesteuerter Objekttisch oder Patiententisch erzeugt während einer Prozedur nachteiliger Weise starke oder ruckartige Beschleunigungen.

Ein weiteres Dokument zum Stand der Technik ist die

US 5 681 260 Al. Diese Dokument offenbart eine Führungsvorrichtung zur Führung eines einführbaren Körpers in ein untersuchtes Objekt mit einem einführbaren Körper, der in ein zu untersuchendes Objekt eingeführt wird, mit einem in zumindest einem Teil des einführbaren Körpers bereitgestellten und magnetisch geführten Teil und mit einer außerhalb des untersuchten Objekts bereitgestellten Führungsvorrichtung zur magnetischen Führung des geführten Teils. Die Führungsvorrichtung schließt einen Führungsteil zur Führung des geführten Teils und eine Ansteuervorrichtung zur Bewegung des geführten Teils zumindest zweidimensional ein. Der geführte Teil und der führende Teil erzeugen eine magnetische Kraft, die zwischen diesen wirkt. Der führende Teil dient zur Führung des geführten Teils mit der magnetischen Kraft.

Es ist damit Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein herkömmliches magnetisch führendes System, insbesondere ein medizinisches magnetisch führendes System, insbesondere ein Kapsel- endoskopsystem zu verbessern. Dabei wird ein magnetisch führendes System insbesondere derart weitergebildet, dass bei einer gesamten Prozedur der Objektträger derart positioniert wird, dass hohe oder ruckartige Beschleunigungen des Objekt- trägers vermieden werden. Des Weiteren sollen der Verbrauch an elektrischer Energie im zeitlichen Mittel über eine gesamte Prozedur hinweg minimiert und/oder die erforderlichen magnetischen Kräfte und Drehmomente an der magnetisch geführten Einheit, insbesondere am Kapselendoskop, von einer Magnetfel- derzeugungseinrichtung tatsächlich erzeugt werden können.

Die Aufgabe wird durch ein System gemäß dem Hauptanspruch gelöst .

Durch das Erstellen eines generischen Modells können eine vorausschauende Berechnung und eine entsprechende Ansteuerung eines magnetisch führenden Systems erfolgen. Diese Ansteuerung betrifft die Positionierung des Objektträgers, der beispielsweise ein Objekttisch oder ein Objektstuhl ist, und/oder betrifft die Spulenströme beziehungsweise Spulenspannungen beziehungsweise Spulenleistungen in der Magnetfelderzeugungseinrichtung .

Ein magnetisch führendes System führt, steuert und/oder be- wegt eine magnetisch geführte Einheit oder eine magnetische Einheit mittels eines Objektträgers und einer Magnetfelderzeugungseinrichtung. Diese bewegen die magnetische Einheit in einem Arbeitsraum berührungslos. Ein magnetisch führendes System weist insbesondere eine Einrichtung zur Positionierung eines Objektträgers relativ zu einer Magnetfelderzeugungseinrichtung und eine Einrichtung zur Ansteuerung von Spulen der Magnetfelderzeugungseinrichtung auf. Die magnetisch geführte Einheit kann einen Permanentmagneten aufweisen und ist in einem Bereich innerhalb eines Objekts eingeführt. Ein magne- tisch führendes System ist beispielsweise ein Kapselendoskop- system mit einer magnetisch geführten Endoskopkapsel . Ein Objekt ist beispielsweise ein Körper, beispielsweise der Körper eines Menschen oder eines Tiers oder ein physikalischer oder technischer Körper. Ein Objektbereich ist bei einem magnetisch führenden System im Inneren des Objekts angeordnet, in das die magnetisch geführte Einheit beziehungsweise die magnetische Einheit eingeführt werden kann. Ein Objektbereich kann beispielsweise ein Magen-Darm-Trakt oder eine Speiseröhre sein.

Das generische Modell ist an die spezifischen Gegebenheiten der konkreten Situation in dem Objektbereich oder Körperbe- reich, beispielsweise eines menschlichen Körpers, anpassbar. Ändert sich das generische Modell, können dessen Ausprägungen leicht angepasst werden. Es müssen dazu lediglich die geänderten Elemente berücksichtigt werden.

Die Soll-Trajektorie charakterisiert, als Funktion der Zeit, den Weg, die Bahnkurve oder die Ortsraumkurve, entlang der sich der Schwerpunkt der magnetisch geführten Einheit bewegen soll. Es wird die Soll-Trajektorie als zum Modell gehörend definiert .

Durch die vorausschauende Berechnung, insbesondere mittels Stetigkeitsnebenbedingungen, kann beispielsweise sichergestellt werden, dass keine ruckartigen Bewegungen oder Beschleunigungen des Objektträgers ausgeführt werden. Durch die vorausschauende Berechnung, insbesondere mittels Integral- und Differenzialrechnungen, kann zudem beispielsweise sichergestellt werden, dass der Verbrauch an elektrischer Energie im zeitlichen Mittel beziehungsweise über die gesamte Prozedur hinweg minimal ist. Durch die vorausschauende Berechnung, insbesondere mittels Differenzialrechnungen, kann beispielsweise sichergestellt werden, dass die erforderlichen magnetischen Kräfte und Drehmomente an der magnetisch geführten Einheit von der Magnetfelderzeugungseinrichtung tatsächlich erzeugt werden können.

Die berechneten zugeordneten örtlichen und zeitlichen Verläufe werden von der Einrichtung zur vorausschauenden Berechnung, insbesondere für einen bestimmten Zeitraum, insbesonde- re bis zu einem Vorhersagehorizont oder einem Endzeitpunkt vorausschauend berechnet.

Mittels der vorausschauenden Berechnungen werden beliebig op- timierbare oder beliebig zugeordnete Positionierungszeitverläufe des Objektträgers für die Einrichtung zur Positionierung und/oder beliebig optimierbare oder beliebig zugeordnete Zeitverläufe der Spulenströme und/oder Spulenspannungen und/oder Spulenleistungen für die Einrichtung zur Ansteuerung bereitgestellt. Die Optimierung von berechneten Zeitverläufen erfolgt anhand der geforderten Kriterien, wie dies beispielsweise Rüttelfreiheit, Energieverbrauch und/oder erforderliche magnetische Kräfte oder Drehmomente sind.

Die Positionierung der im Objekt oder Körper befindlichen magnetisch geführten Einheit, beispielsweise eines Kapselendoskops, innerhalb des Spulensystems erfolgt über die Positionierung des Objektträgers, auf dem das Objekt, beispielsweise ein Mensch oder ein Tier, liegt. Es wird angenommen, dass ein Objekttisch während einer Prozedur automatisch mindestens in axialer Richtung verfahrbar ist. Zusätzlich kann dieser um eine Achse parallel zur Mittenachse des Spulensystems im Spulensystem schwenkbar sein, das heißt, mit dem Schwenken des Objektträgers wird der Körper zum Beispiel in Links- oder Rechts-Seitenlage gedreht. Darüber hinaus ist es möglich, dass der Objekttisch in geringem Maße um die horizontale Achse senkrecht zur Körperlängsachse beziehungsweise Spulensys- temlängsachse kippbar ist, um beispielsweise den Kopf eines Patienten gegenüber den Beinen etwas abzusenken. Eine stärke- re Kippung in dieser Richtung erfordert, dass ebenso das gesamte Magnetspulensystem mitgekippt wird. Grundsätzlich ist ein Objektträger in alle Richtungen verschiebbar und um alle Achsen drehbar.

Die Ansteuerung betrifft alternativ oder kumulativ die Spulenströme beziehungsweise Spulenspannungen beziehungsweise Spulenleistungen in der Magnetfelderzeugungseinrichtung. Gemäß dieser Ausgestaltung ermittelt die Einrichtung zur anhand des Modells erfolgenden Berechnung kumulativ oder alternativ vorausschauend einen zugeordneten Ansteuerungszeitver- lauf für eine Einrichtung zur Ansteuerung von Spulen der Mag- netfelderzeugungseinrichtung. Das heißt die Spulenleistungsversorgung beziehungsweise die Spulenströme und/oder Spulenspannungen werden hinsichtlich deren zeitlicher Verläufe im Voraus berechnet. Es können auf diese Weise beliebig optimierte oder beliebig zugeordnete Ansteuerungszeitverläufe be- reitgestellt werden.

Dass Strom- und Leistungsbedarf der Spulen mit dem Abstand zur Spulensystemmitte steigen, gilt nicht generell. Ist beispielsweise die Kapsel beziehungsweise das Kapselendoskop entlang der Mittenachse eines Spulensystems gemäß der

DE 103 40 925 B3 ausgerichtet, und soll die Kapsel um ihre Längsachse gedreht werden, so kann das dafür erforderliche rotierende Magnetfeld entweder vom äußeren Sattelspulenzylinder, das sind vier Spulen, oder von einem der beiden inneren Sattelspulenzylinder, das sind ebenfalls je vier Spulen, erzeugt werden. Da sich die inneren Sattelspulen näher an der Kapsel befinden, ist es bezüglich Strom- und Leistungsbedarf in diesem Fall günstiger, einen der beiden inneren Sattelspulenzylinder zu verwenden. Der bezüglich Strom- und Leistungs- bedarf optimale Kapselort liegt für die magnetische Kapselrotation immer im Zentrum der bestromten Spulen, also in diesem Fall außerhalb des Arbeitsvolumens. Dieses Beispiel verdeutlicht, dass für den bezüglich Strom- und Leistungsbedarf optimalen Kapselort nicht immer gilt, mit der Kapsel so nahe wie möglich im Zentrum des Arbeitsvolumens beziehungsweise Magnetspulensystems zu sein.

Die berechneten Zeitverläufe gemäß Haupt- und Nebenanspruch sind insbesondere dahingehend optimiert oder zugeordnet be- ziehungsweise angepasst, dass die erforderlichen magnetischen Kräfte und Drehmomente an jeder Position der magnetisch geführten Einheit und zu jedem Zeitpunkt während der gesamten Prozedur erreicht werden; die Spitzenleistung der Leistungs- Verstärker zu keinem Zeitpunkt der Prozedur überschritten wird; ein insbesondere nach Patientenkomfort einstellbarer Schwellwert der Patiententischbeschleunigung zu keinem Zeitpunkt der Prozedur überschritten wird; thermische Effekte, wie beispielsweise eine Aufheizung der Leistungsverstärker, sowie der Spulen, und zeitlich träge Effekte, derart berücksichtigt sind, dass es zu keiner Überhitzung kommen kann; die gesamte während der Prozedur verbrauchte elektrische Energie möglichst gering ist. Zugeordnet bedeutet, dass ein berechne- ter Zeitverlauf noch nicht optimal ist. Es kann eine Anpassung der berechneten Zeitverläufe erfolgen bis ein Optimum erreicht wurde.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Un- teransprüchen .

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist bei einem magnetisch führenden System die magnetisch geführte Einheit eine chirurgisch, therapeutisch und/oder diagnostisch wirkende Einheit. Das heißt, das magnetisch führende System steuert eine magnetisch geführte Einheit, die hinsichtlich deren Funktion vielfältig ist. Dabei kann die magnetisch geführte Einheit beispielsweise Parameter der Umgebung der Einheit erfassen und/oder beeinflussen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die magnetisch geführte Einheit ein Kapselendoskop, eine Katheterspitze, ein Skalpell und/oder thermisch derart wirkend, dass beispielsweise in der Medizin krankhaftes Gewebe beseitigt wird. Die Einheit kann beispielsweise mittels Induktion erwärmbar sein.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird eine erste Einrichtung zur Anpassung des erstellten Modells an in- dividuelle Objekt- oder Körperinformationen bereitgestellt, die mittels manueller und/oder automatischer Vermessung des Körpers, beispielsweise mittels eines Lasers, eines Computertomographen oder einer Magnetresonanzvorrichtung, ermittelt wurden. Das generische Modell wird vor Beginn der Prozedur auf den zu untersuchenden Körper oder Patienten angepasst, indem Körpermaße und Lage des Körpers auf dem Objektträger, beispielsweise die Schulterposition, die Beckenposition, die Hüftbreite, die Bauchhöhe von medizinischem Hilfspersonal händisch vermessen und eingegeben oder automatisch, beispielsweise mittels Lasers, vermessen und einem Steuerungsalgorithmus zur Verfügung gestellt werden. Ebenso kann auch ein Computertomograph- oder Magnetresonanz-Scan eines beispiels- weise kapselendoskopisch zu untersuchenden Körperabschnitts bekannt sein, der zur Anpassung des generischen Modells an den Körper genutzt werden kann. Durch das generische Modell liegt vor Beginn einer Prozedur, beispielsweise einer Untersuchungsprozedur, eine Soll-Trajektorie der magnetisch ge- führten Einheit vor. Die zu dem Modell gehörende Soll- Trajektorie ist an das Objekt, den Körper beziehungsweise den Patienten anpassbar.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird eine zweite Einrichtung zur Anpassung des erstellten Modells an weitere individuelle Körperinformationen bereitgestellt, die mittels einer Erfassungseinrichtung während einer zugeordneten Positionierung und/oder zugeordneten Ansteuerung erfasst wurden. Dies sind beispielsweise Positionen, Geschwindigkei- ten und/oder Orientierungen der magnetisch geführten Einheit, die beispielsweise eine Kapsel, beziehungsweise ein Kapselen- doskop ist. Alternativ oder kumulativ werden von Sensoren der magnetisch geführten Einheit erfasste Informationen zu Anpassung des erstellten Modells verwendet. Diese Informationen sind beispielsweise pH-Werte, Drücke, Temperatur, Feuchte oder Videoinformationen. Das heißt, zusätzlich enthält die magnetisch geführte Einheit Sensoren wir einen pH-Sensor, einen Drucksensor, einen Temperatursensor, einen Feuchtesensor oder eine Videoeinrichtung. Beispielsweise mittels einer Kapselsensorik kann alternativ beziehungsweise kumulativ zu der absoluten Kapselpositionsmessung eine Bestimmung der relativen Position der Kapsel im Objekt beziehungsweise Körper, insbesondere im Magen-Darm-Trakt, erfolgen. Hierzu wird ausdrücklich Bezug auf Anspruch 13 genommen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird eine dritte Einrichtung zur Anpassung der Soll-Trajektorie des erstellten Modells bei einer automatischen Erfassung eines Ereignisses bereitgestellt, beispielsweise einer Blutung.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Vorrichtung bereitgestellt, zur wiederholten Ansteuerung der Einrichtungen zur Anpassung, zur vorausschauenden Berechnung, zur zugeordneten Positionierung und/oder zur zugeordneten Ansteuerung der Spulen und zur Erfassung, über mehrere Zeiträume bis zum Endzeitpunkt der gesamten Prozedur. Über die Posi- tionsmessung der magnetisch geführten Einheit und die zusätzlichen Sensorsignale aus der magnetisch geführten Einheit erhält man im Verlauf der Kapselbewegung neue Informationen über den tatsächlichen Verlauf des Objekt- oder Köperbereichs, wobei diese neuen Informationen für die quasi- kontinuierliche Anpassung des Modells mit der Soll-Trajektorie der magnetisch geführten Einheit oder magnetischen Einheit verwendet werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung berechnet die vorausschauend berechnende Einrichtung über jeweils einen Vorhersagezeitraum, bis zu einem dazugehörigen Vorhersagehorizont, für vorgegebene diskrete Zeitschritte vorausschauend, und es werden jeweils die über den ersten diskreten Zeitschritt, vorausschauend berechneten zugeordneten Zeitverläufe von den Einrichtungen zur Positionierung und/oder Ansteuerung verwendet .

Die zugeordneten Verläufe sind vorteilhafte Zeitverläufe der Position des Objektträgers und vorteilhafte Zeitverläufe der Spulenströme beziehungsweise Spulenleistungen. Basierend auf dem angepassten Körperbereichs-Modell mit der angepassten Soll-Trajektorie werden über einen gewissen Zeitraum, das heißt bis zum so genannten Vorhersagehorizont, für vorgegebe- ne diskrete Zeitschritte die vorteilhaften Zeitverläufe der Objektträgerpositionen und die vorteilhaften Zeitverläufe hinsichtlich der Spulenströme und Spulenleistungen berechnet. Dies erfolgt derart, dass die geforderten Kriterien bis zum Vorhersagehorizont erfüllt sind. Der Vorhersagehorizont beziehungsweise der Vorhersagezeitraum ist aus Rechenzeitgründen typischerweise kürzer als die vorhergesagte Gesamtdauer der Prozedur, kann aber ebenso bis zum Endzeitpunkt der Prozedur reichen. Von den auf diese Weise berechneten, zeitdis- kreten Objektträgerpositionen und Spulenleistungen wird nur der erste Zeitschritt implementiert. Während dieses Zeitschritts bewegt sich die magnetisch geführte Einheit, und die Position und die Orientierung der Einheit werden während dieses Zeitschritts typischerweise mehrere Male gemessen. Für den nächsten Zeitschritt der Objektträger- und Spulenleistungssteuerung wiederholt sich nun das Verfahren des ersten Zeitschritts .

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Vor- richtung zur wiederholten Ansteuerung über weitere erste diskrete Zeitschritte von konstant gelassenen, jeweils um einen Zeitschritt in die Zukunft verschobenen Vorhersagezeiträumen bereitgestellt, und zwar bis zu einem letzten Vorhersagehorizont, der dem zuletzt prognostizierten Endzeitpunkt einer ge- samten Prozedur entspricht. Das heißt, falls der Vorhersagezeitraum im ersten Zeitschritt nicht die prognostizierte Gesamtdauer der Prozedur abdeckte, wird dieser konstant gelassen und lediglich um einen Zeitschritt in die Zukunft verschoben. Anderenfalls wird der Vorhersagehorizont so gewählt, dass er dem neuen prognostizierten Endzeitpunkt der Prozedur entspricht .

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Zeitschritte der vorausschauenden Berechnung der Objektträ- gerpositionen ganzzahlige Vielfache der Zeitschritte des vorausschauenden Berechnens der Spulenleistungen, Spulenströme oder Spulenspannungen. Das heißt, obwohl Objektträgerpositionen und die Spulenansteuerung gemeinsam optimiert und/oder zugeordnet werden können, ist es nicht notwendig, beide Größen auf derselben diskretisierten Zeitskala zu berechnen. Vorteilhaft können beispielsweise die Spulenströme mit einer feineren zeitlichen Diskretierung berechnet werden als die Objektträgerpositionen. Dabei sollten die Zeitschritte der

Objektträger-Positionsberechnung sinnvoller Weise ganzzahlige Vielfache der Zeitschritte der Spulenleistungsberechnung sein .

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der zu untersuchende Körperbereich ein Magen-Darm-Trakt, so dass das Modell eines entsprechenden Gastrointestinaltraktes oder eines Abschnittes eines Gastrointensinaltraktes verwendet wird. Das heißt, in einem Steuerungsalgorithmus ist ein generisches Modell eines typischen menschlichen Magen-Darm-Traktes oder zumindest eines Abschnittes, der beispielsweise in einer Untersuchungsprozedur untersucht werden soll, hinterlegt. Entsprechend ergeben sich folgende drei Beispiele für die Nutzung einer Kapselsensorik kumulativ zu der absoluten Kapsel- positionsmessung, zur Bestimmung der relativen Position der Kapsel im Magen-Darm-Trakt:

1. ) pH-Wert-Erfassung : Erfassung des Übergangs vom Magen zum Duodenum, dies betrifft die Pylorus-Position . 2. ) Druck-Erfassung: a) Mit einer Kapsel, in deren zylindrischen Außenwand ein

Drucksensor eingelassen ist, kann durch Drehen der Kapsel beziehungsweise des Kapselendoskops um ihre Längsachse festgestellt werden, ob die Darmwand die Kapsel vollständig umschließt. Falls ja, ist das Lumen des Darmabschnitts geringer als der Kapselquerschnitt. b) In einem mit Wasser gefüllten Magen kann der Drucksensor über die Höhe der über der Kapsel befindlichen Wassersäule AufSchluss geben. c) Im Dünndarm können aus dem Zeitverlauf des Druckmesswertes Rückschlüsse auf die Peristaltik-Bewegung und damit auf die Lage innerhalb des Dünndarms gezogen werden. 3.) Videoüberwachung: Die sichtbare Fältelung und Zottendichte gibt Aufschluss über die relative Lage im Dünndarm, da Fältelung und Zottendichte im Verlauf des Ileums abnehmen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Einrichtung zur Erstellung eines Modells, die erste, die zweite und die dritte Einrichtung zur jeweiligen Anpassung des Modells, die Einrichtung zur vorausschauenden Berechnung und die Vorrichtung zur wiederholten Ansteuerung in einer Ge- Samtsteuerungsvorrichtung zusammengefasst . Auf diese Weise sind die Einrichtungen einfach und funktional zusammenge- fasst .

Die vorliegende Erfindung wird anhand eines Ausführungsbei- spiels in Verbindung mit der Figur näher beschrieben. Es zeigen :

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines magnetisch führenden

Systems;

Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Signalflussplan der Vorrichtungen und Einrichtungen eines magnetisch führenden Systems.

Das magnetisch führende System gemäß Figur 1 weist eine Einrichtung 3 zur Positionierung eines Objektträgers 5 relativ zu einer Magnetfelderzeugungseinrichtung 7 auf. Ein Objektträger 5 kann beispielsweise ein Objekttisch oder ein Objektstuhl sein. Objekte sind Körper, beispielsweise menschliche, tierische, technische oder allgemein physikalische. Zudem weist das Kapselendoskopsystem 1 eine Einrichtung 9 zur Ansteuerung von Spulen 11 der Magnetfelderzeugungseinrichtung 7 auf. Dabei erfolgt die Ansteuerung der Spulen 11 in der Magnetfelderzeugungseinrichtung 7 mittels Leistungsverstärker 10 zur Spulenansteuerung. Das gemäß Figur 1 dargestellte Kapsel- Endoskopiesystem 1 ist lediglich ein Beispiel für ein allgemeines chirurgisch, therapeutisch und/oder diagnostisch wirkendes medizinisches System. Das hier dargestellte System kann ebenso ein beliebiges magnetisch führendes System sein, das eine beliebig funktionale magnetisch geführte Einheit oder magnetische Einheit in einem Körperinnenraum oder Körperbereich berührungslos bewegt. Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein magnetisch führende Systeme, die beispielsweise ebenso bei der Materialprüfung auf technischen Gebieten Verwendung finden können. Das gemäß Figur 1 dargestellte Kapselendoskopsystem 1 weist zudem eine Einrichtung 15 zur Erstellung eines Modells eines zu untersuchenden Kör- perbereichs oder Körperinnenraums auf, beispielsweise einer Körperkavität eines auf dem Objektträger 5 liegenden Objekts oder Körpers (dieser ist nicht dargestellt) zusammen mit einer zum Modell zugehörigen Soll-Trajektorie einer magnetisch geführten Einheit in dem Körperinnenraum. Die magnetisch ge- führte Einheit gemäß Figur 1 ist ein Kapselendoskop oder eine Endoskopiekapsel . Alternativ ist die magnetisch geführte Einheit ebenso eine Katheterspitze und/oder eine chirurgisch wirkende, schraubenförmige Vorrichtung, die beispielsweise induktiv zur Zerstörung von krankhaftem Gewebe in einem Kör- per erwärmbar ist. Die magnetisch geführte Einheit kann chirurgisch, therapeutisch und/oder diagnostisch wirkend sein. Eine Diagnose umfasst ebenso die Diagnose technischer Objekte oder Körper. Das Kapselendoskopiesystem 1 gemäß Figur 1 weist zudem eine Einrichtung 17 zu anhand des Modells erfolgenden, über einen Zeitraum, bis zu einem Endzeitpunkt einer Prozedur vorausschauenden Berechnung eines zugeordneten Positionierungszeitverlaufs des Objektträgers 5 für die Einrichtung 3 zur Positionierung und eines optimalen Zeitverlaufs der Spulenströme, der Spulenspannungen und/oder Spulenleistungen für die Einrichtung 9 zur Ansteuerung auf. Bei der Verwendung eines Kapselendoskopiesystems 1 gemäß Figur 1 ist die Prozedur eine Untersuchungsprozedur. Die vorliegende Erfindung schließt ebenso chirurgische und/oder diagnostische beziehungsweise beliebige Prozeduren ein. Weiterhin weist das Kap- sel-Endoskopiesystem 1 eine erste Einrichtung 19 zur Anpassung des erstellten Modells an individuelle Körperinformationen auf. Derartige individuelle Körperinformationen können mittels manueller und/oder automatischer Vermessung des Kör- pers ermittelt werden. Mittels manueller Vermessung kann beispielsweise eine Schulter- und Hüftposition mittels eines Lineals manuell erfasst werden. Eine automatische Vermessung kann beispielsweise mittels eines Lasers, eines Computerto- mographen und/oder einer Magnetresonanzvorrichtung durchgeführt werden. In der Regel erfolgt lediglich eine einmalige Anpassung des erstellten Modells an diese individuellen Körperinformationen durch diese erste Einrichtung 19 zur Anpassung. Die hierbei einmal ermittelten individuellen Körperin- formationen passen das erstellte Modell in der Regel einmal an, können aber bei einer Veränderung dieser Körperinformationen weitere Modellanpassungen erfordern. Weiterhin weist das Kapselendoskopiesystem 1 eine zweite Einrichtung 21 zur Anpassung des erstellten Modells an weitere individuelle Kör- perinformationen auf, die mittels einer Erfassungseinrichtung 23a und 23b während einer optimierten oder zugeordneten Positionierung und/oder einer optimierten oder zugeordneten Ansteuerung erfasst wurden. Diese weiteren individuellen Körperinformationen sind beispielsweise die Positionen 23a, Ge- schwindigkeiten und/oder Orientierungen der magnetisch geführten Einheit oder magnetische Einheit. Ebenso werden die weiteren individuellen Körperinformationen mittels Sensoren der magnetisch geführten Einheit erfasst. Die dabei ermittelten Informationen können beispielsweise pH-Werte, Drücke, Temperaturen, Feuchte, Gaswerte oder Videoinformationen 23b sein. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese weiteren individuellen Körperinformationen eingeschränkt. Es können beliebige individuelle Körperinformationen zur Anpassung des erstellten Modells mittels der zweiten Einrichtung 21 erfasst und verarbeitet werden. Figur 1 zeigt lediglich beispielhaft eine Positionserfassung 23a sowie eine Videoinformationserfassung 23b. Weitere individuelle Körperinformationen können ebenso erfasst und ausgewertet werden. Das Kapselendoskopiesystem 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel weist zudem eine Vor- richtung 25 zur wiederholten Ansteuerung der Einrichtungen zur Anpassung 19, 21, 27 zur vorausschauenden Berechnung 17, zur zugeordneten Positionierung 3, zur zugeordneten Ansteuerung 9 der Spulen 11 mittels der Leistungsverstärker 10 und zur Erfassung 23 über mehrere Zeiträume bis zu einem Endzeitpunkt der gesamten Prozedur auf. Damit werden die individuellen Körperinformationen, die insbesondere mittels der zweiten Einrichtung 21 zur Anpassung herangezogen werden, laufend ak- tualisiert und wiederholt zur Modellanpassung herangezogen. Das Kapselendoskopiesystem 1 gemäß Figur 1 weist zudem eine dritte Einrichtung 27 zur Anpassung der Soll-Trajektorie des erstellten Modells bei der automatischen Detektion eines Ereignisses auf. Ein derartiges Ereignis kann beispielsweise eine Blutung sein. Das heißt, die dritte Einrichtung 27 passt das Modell weiterhin an, wenn während der Prozedur ein unerwartetes Ereignis eintritt. Das Kapselendoskopiesystem 1 weist eine Gesamtsteuerungsvorrichtung 29 auf, die die Einrichtung 15 zur Erstellung des Modells, die erste, die zweite und die dritte Einrichtung 19, 21 und 27 zur jeweiligen Anpassung, die Einrichtung 17 zur vorausschauenden Berechnung, und die Vorrichtung 25 zur wiederholten Ansteuerung umfasst. Dabei können insbesondere die Einrichtung 15 zur Erstellung des Modells und die drei Einrichtungen 19, 21 und 27 zur je- weiligen Anpassung sinnvoll zusammengefasst sein. Ebenso können die Einrichtungen 17 zur vorausschauenden Berechnung sowie die Vorrichtung 25 zur wiederholten Ansteuerung zur Einheit in der Gesamtsteuerungsvorrichtung 29 integriert sein. Die Gesamtsteuerungsvorrichtung 29 kann mittels einer grafi- sehen Benutzeroberfläche 31 und/oder einer Eingabeeinheit 33 von einer Bedienperson bedient werden. Zudem kann beispielsweise das Modell in einem zentralen Datenspeicher 35 abgespeichert sein. In diesem zentralen Datenspeicher 35 können ebenso die Körperinformationen abgelegt sein. Andere Zusam- menstellungen eines magnetisch führenden Systems sind ebenso im Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung umfasst. Beispielsweise kann zudem eine Kühleinrichtung geschaffen sein.

Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Signalfluss- plan, der Vorrichtungen und Einrichtungen eines magnetisch führenden Systems, insbesondere eines magnetisch führenden medizinischen Systems, und zwar eines Kapsel-Endoskopie- systems 1. Figur 2 zeigt eine Einrichtung 15 zur Erstellung eines ersten groben Modells des Objektbereichs beziehungsweise des Körperbereichs, in den die magnetische Einheit eingeführt und in diesem bewegt wird. Dieses Modell wird mittels der ersten Einrichtung 19 meistens lediglich einmal, mittels der zweiten Einrichtung 21 und mittels der dritten Einrichtung 27 zur Anpassung des Modells dem tatsächlichen Objektbereich beziehungsweise dem realen Körperbereich und dessen Inneren angepasst. Weiterhin zeigt Figur 2 eine Einrichtung 17 zur vorausschauenden Berechnung. Diese Einrichtung 17 verwer- tet die aktuellen Informationen der drei anpassenden Einrichtungen 19, 21 und 27, um einen optimierten oder zugeordneten Objektträger-Positionierungszeitverlauf für die Einrichtung 3 zur Positionierung des Objektträgers 5 und/oder einen optimierten oder zugeordneten Spulenstromzeitverlauf für die Ein- richtung 9 zur Ansteuerung der Spulen 11 der Magnetfelderzeugungseinrichtung 7 vorausschauend zu berechnen. Weiterhin zeigt Figur 2 eine Erfassungseinrichtung 23, die beispielsweise eine Kapsel-Positionserfassung 23a oder eine Videoerfassung 23b mittels einer jeweiligen Einrichtung ausführt. Die dadurch erhaltenen weiteren Körperinformationen werden den drei Einrichtungen 19, 21, 27 zur Anpassung des Modells zurückgeführt. Entsprechend wird das Modell angepasst und ein erneuter Zyklus wird ausgeführt, und zwar über mehrere Zyklen bis zu einem Endzeitpunkt der gesamten Prozedur, die bei ei- nem Kapsel-Endoskopiesystem eine Untersuchungsprozedur ist. Figur 2 zeigt eine Vorrichtung 25 zur wiederholten Ansteuerung der Einrichtungen zur Anpassung 19, 21 und 27, zur vorausschauenden Berechnung 17, zur zugeordneten Positionierung 3, zur zugeordneten Ansteuerung 9 der Spulen 11, und zur Er- fassung 23, über mehrere Zeiträume bis zu einem Endzeitpunkt der gesamten Prozedur. Auf diese Weise zeigt Figur 2 die wesentlichen Elemente einer Gesamtsteuerungsvorrichtung 29. In dieser sind die Einrichtung 15 zur Erstellung eines Modells, die erste, die zweite und die dritte Einrichtung 19, 21, 27 zur jeweiligen Anpassung, die Einrichtung 17 zur vorausschauenden Berechnung und die Vorrichtung 25 zur wiederholten Ansteuerung zusammengefasst . Gemäß Figur 2 ist das Modell in der Einrichtung 15 zur Erstellung des Modells das Modell ei- nes Gastrointestinaltraktes (Magen-Darmtrakt) oder eines Abschnittes eines Gastrointestinaltraktes (Magen-Darmtrakt) .

Gemäß Figuren 1 und 2 berechnet die vorausschauend berechnen- de Einrichtung 17 über jeweils einen Vorhersagezeitraum, bis zu einem dazugehörigen Vorhersagehorizont, für vorgegebene diskrete Zeitschritte vorausschauend. Es werden jeweils die über den ersten diskreten Zeitschritt, vorausschauend berechneten zugeordneten beziehungsweise optimierten Verläufe von den Einrichtungen 3 und 9 zur Positionierung und Ansteuerung verwendet. Die Vorrichtung 25 ist zur wiederholten Ansteuerung über weitere erste diskrete Zeitschritte von konstant belassenen, jeweils um einen Zeitschritt in die Zukunft verschobenen Vorhersagezeiträumen geschaffen, bis zu einem letz- ten Vorhersagehorizont, der dem zuletzt prognostizierten Endzeitpunkt der gesamten Prozedur entspricht. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Zeitschritte der vorausschauenden Berechnung der Objektträgerpositionen ganzzahlige Vielfache der Zeitschritte des vorausschauenden Berechnens der Spu- lenströme sind.

Claims

Patentansprüche

1. Magnetisch führendes System, insbesondere medizinisches System, insbesondere Kapselendoskopsystem (1), mit - einer Einrichtung (3) zur Positionierung eines Objektträgers (5) relativ zu einer Magnetfelderzeugungseinrichtung (7); gekennzeichnet durch

- eine Einrichtung (15) zur Erstellung eines Modells eines Objektbereichs eines auf dem Objektträger (5) angeordneten Objekts zusammen mit einer zum Modell dazugehörigen SoIl-

Trajektorie einer magnetisch geführten Einheit innerhalb des Obj ektbereichs ;

- eine Einrichtung (17) zur anhand des Modells erfolgenden, vorausschauenden Berechnung eines optimierten und/oder zuge- ordneten Positionierungszeitverlaufs für die Einrichtung (3) zur Positionierung des Objektträgers (5).

2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Einrichtung (17) zur anhand des Modells erfolgenden kumulativen oder alternativen vorausschauenden Berechnung eines optimierten und/oder zugeordneten Ansteuerungszeitverlaufs für eine Einrichtung (9) zur Ansteuerung von Spulen (11) der Magnetfelderzeugungseinrichtung (7) .

3. System nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das Objekt ein Körper, insbesondere ein menschlicher oder tierischer oder ein technischer Körper ist.

4. System nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetisch geführte Einheit eine chirurgisch, therapeu- tisch und/oder diagnostisch wirkende Einheit ist.

5. System nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetisch geführte Einheit ein Kapselendoskop, eine Katheterspitze, ein Skalpell und/oder thermisch wirkend ist.

6. System nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung (19) zur Anpassung des erstellten Modells an individuelle Objektinformationen, die mittels manu- eller und/oder automatischer Vermessung des Objekts, beispielsweise mittels eines Lasers, eines Computertomographen oder einer Magnetresonanzvorrichtung, ermittelt wurden.

7. System nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprü- che 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine zweite Einrichtung (21) zur Anpassung des erstellten Modells an weitere individuelle Objektinformationen, die mittels einer Erfassungseinrichtung (23; 23a, 23b) während einer zugeordneten Positionierung und/oder zugeordneten Ansteuerung erfasst wurden, wie es beispielsweise Positionen (23a) , Geschwindigkeiten und/oder Orientierungen der magnetisch geführten Einheit und/oder von Sensoren der magnetisch geführten Einheit erfasste Informationen, beispielsweise pH-Wert, Druck oder Videoinformationen (23b) , sind.

8. System nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine dritte Einrichtung (27) zur Anpassung der SoIl-

Trajektorie des erstellten Modells bei der automatischen Erfassung eines Ereignisses, beispielsweise einer Blutung.

9. System nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (25) zur wiederholten Ansteuerung der Einrichtungen zur Anpassung (19, 21, 27), zur vorausschauenden Berechnung (17), zur zugeordneten Positionierung (3) und/oder zur zugeordneten Ansteuerung (9) der Spulen (11) und zur Erfassung (23), über mehrere Zeiträume bis zu einem Endzeitpunkt .

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die vorausschauend berechnende Einrichtung (17) über jeweils einen Vorhersagezeitraum, bis zu einem dazugehörigen Vorhersagehorizont, für vorgegebene diskrete Zeitschritte voraus- schauend berechnet, und jeweils die über den ersten diskreten Zeitschritt, vorausschauend berechneten zugeordneten Zeitverläufe von den Einrichtungen (3, 9) zur Positionierung und/oder Ansteuerung verwendet werden, wobei ein Zeitraum jeweils einem ersten diskreten Zeitschritt entspricht.

11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (25) zur wiederholten Ansteuerung über weitere erste diskrete Zeitschritte von konstant gelassenen, je- weils um einen Zeitschritt in die Zukunft verschobenen Vorhersagezeiträumen bereitgestellt ist.

12. System nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitschritte der vorausschauenden Berechnung der Objektträgerpositionen ganzzahlige Vielfache der Zeitschritte des vorausschauenden Berechnens hinsichtlich der Spulenansteue- rung sind.

13. System nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch das Modell eines Magen-Darm-Traktes oder eines Abschnittes eines Magen-Darm-Traktes.

14. System nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (15) zur Erstellung eines Modells, die erste, die zweite und die dritte Einrichtung (19, 21, 27) zur jeweiligen Anpassung, die Einrichtung (17) zur vorausschauenden Berechnung und die Vorrichtung (25) zur wiederholten Ansteuerung in einer Gesamtsteuerungsvorrichtung (29) zusammenge- fasst sind.