WO2010091926A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung eines von einer endoskopiekapsel in einem patienten zurückgelegten weges - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur bestimmung eines von einer endoskopiekapsel in einem patienten zurückgelegten weges Download PDF

Info

Publication number
WO2010091926A1
WO2010091926A1 PCT/EP2010/050704 EP2010050704W WO2010091926A1 WO 2010091926 A1 WO2010091926 A1 WO 2010091926A1 EP 2010050704 W EP2010050704 W EP 2010050704W WO 2010091926 A1 WO2010091926 A1 WO 2010091926A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
patient
light source
capsule
distance
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/050704
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Achim Degenhardt
Clemens Jungkunz
Rainer Kuth
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2010091926A1 publication Critical patent/WO2010091926A1/de

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/06—Devices, other than using radiation, for detecting or locating foreign bodies ; determining position of probes within or on the body of the patient
    • A61B5/061—Determining position of a probe within the body employing means separate from the probe, e.g. sensing internal probe position employing impedance electrodes on the surface of the body
    • A61B5/062—Determining position of a probe within the body employing means separate from the probe, e.g. sensing internal probe position employing impedance electrodes on the surface of the body using magnetic field
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • 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
    • A61B1/00147—Holding or positioning arrangements
    • A61B1/00158—Holding or positioning arrangements using magnetic field
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • 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
    • A61B1/041—Capsule endoscopes for imaging
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • 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
    • A61B1/06—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 with illuminating arrangements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • 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
    • A61B1/273—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 for the upper alimentary canal, e.g. oesophagoscopes, gastroscopes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2055—Optical tracking systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
    • A61B2090/061—Measuring instruments not otherwise provided for for measuring dimensions, e.g. length
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A61B90/37—Surgical systems with images on a monitor during operation
    • A61B2090/373—Surgical systems with images on a monitor during operation using light, e.g. by using optical scanners
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/06—Devices, other than using radiation, for detecting or locating foreign bodies ; determining position of probes within or on the body of the patient

Definitions

  • the invention relates to a method and apparatus for determining a path traveled by an endoscopy capsule in a patient.
  • An endoscopy capsule in question is e.g. from the DE
  • the present endoscopy capsule includes at least a light source and a light sensor. Such capsules may also include various inspection, diagnostic or therapeutic devices. This can e.g. a video camera, a biopsy forceps, a clip or a drug reservoir.
  • the capsule further contains a magnetizable or permanent magnetic element, by means of which the capsule in the patient is moved wirelessly. For this, the patient lies wholly or partly in an electrical coil system of several, e.g. 14 single coils. From the coil system suitable magnetic fields or gradient magnetic fields are generated which generate forces or torques on the capsule located in the patient or on the magnetic element. This allows the capsule to be moved in a targeted direction in the patient. Areas of application are above all
  • Hollow organs in particular e.g. the human gastrointestinal tract, which is passable with the capsule in a single pass in its entirety.
  • MGCE magnetically guided capsule endoscopy
  • the operator of the plant which controls the capsule manually, can not see it from the outside.
  • the operator of the plant which controls the capsule manually, can not see it from the outside.
  • such a capsule could easily be made visible in the patient with the aid of X-ray or fluoroscopy, but this is offset by the X-ray exposure of the patient and the costs for a corresponding system expansion. Rather, the user must orient himself purely on the basis of the images supplied by the capsule or an additional endoscope inserted into the patient in order to be able to control the capsule in a desired direction or to a desired location in the patient. An estimate of the path traveled by the capsule is possible only on the basis of the image material supplied by the on-board camera and thanks to the experience of a user of the system.
  • the object of the invention is therefore to specify an improved method and a device for determining a path traveled by an endoscopy capsule in a patient.
  • the object is achieved by a method according to claim 1.
  • the invention is based on the fundamental idea of realizing the distance measurement by measuring the distance traveled by the capsule as a relative change in distance to a fixed point selected in the patient.
  • the absolute distance does not have to be known here.
  • light of a known first quantity is emitted by the light source at a first time. This light is reflected from an inner surface of the patient. advantage. The portion of the emitted light backscattered from the inner surface is received by the light sensor as a second quantity of reflected light. From the first and second set of emitted and reflected light, a reflection factor of the area irradiated in the patient with light is determined. At one or any other second time points, the light source then emits light of a respectively known third quantity in the direction of the same inner surface. The light is reflected on the inner surface, the light sensor receives a fourth amount of reflected light.
  • the change in the distance of the endoscopy capsule or of the light source and the light sensor to the inner surface is determined.
  • the change in the distance corresponds to the distance of the endoscopy capsule between the first and the second time.
  • a quantity of light is to be understood as meaning the following:
  • the amount of light is measured integrally by solid angle and / or time, or the spatial and / or temporal density is determined. Any combinations of spatial and temporal behavior of the measurement are possible here.
  • the invention is based on the recognition that substantially the same point or inner surface of the patient are irradiated with light for the first and second times. It is believed that the reflection factor of the inner surface does not change and the orientation of the capsule and thus the orientation of the light source and the light sensor also do not change significantly between the first and second times. This can be achieved by selecting the time intervals between successive measurements, ie the first and second or between successive further second times, to be so small that the position and orientation can not change to such an extent that the inner surface migrates out of the light cone of the light source would.
  • the optical reflection properties in the patient are measured quantitatively and, with subsequent removal or approximation of the capsule to the inner surface, the reflected light quantity is again measured, evaluated and taken into account the optical properties of the capsule Objective converted into a distance change relative to the first time.
  • Nonlinear optical properties of the light source or light sensor, lens, glass dome, etc. are discussed in the above-mentioned. Calculations taken into account. For faster mathematical consideration of the nonlinearities, e.g. used a look-up table recorded in a reference measurement.
  • the absolute distance between the endoscopy capsule and the inner surface is known at the first time. From the known distance and inventively determined path change becomes the second
  • the absolute distance of the endoscopy capsule from the inner surface can be particularly easily determined in a preferred embodiment of the method such that the endoscopy capsule rests against the inner surface at the first time. The distance of the endoscopy capsule to the inner surface is then zero.
  • Light sensor and light source are housed in an endoscopy capsule usually under a glass dome, also called Dom. If the dome is in contact with the inner surface, then the distance from the light source or light sensor to the inner surface corresponds to the distance to the glass dome resting against the inner surface. At first, the reflection factor is directly related to the absolute known distance.
  • a camera is used as the light sensor. Such is usually included in an endoscopy capsule anyway. The camera is then usually a lighting device, such as an LED lens surrounding the camera lens. This is then used in a further embodiment as a light source. The inventive method can then be carried out with a conventional endoscopy capsule for video observation.
  • the first and third quantities of light emitted by the light source are changed by operating the light source in pulse width mode. This is possible, e.g. at the o.g. Variant on when an LED ring serves as a light source. Its brightness can then be dimmed by pulsed operation to a desired amount of light.
  • the light source and the light sensor remain aligned during a movement of the endoscopy capsule to the same location on the inner surface of the patient.
  • a distance measurement in the patient can also take place with movement of a capsule over long distances, as long as the capsule has a visual connection to the originally selected inner surface.
  • a device comprises an endoscopy capsule with light source and light sensor and a control and evaluation, which includes a program for carrying out the above method including its embodiments.
  • the light sensor is a camera and / or the light source is an LED ring of the camera.
  • the light source is associated with a pulse width modulator operating in pulse width mode.
  • FIG. 1 shows an endoscopy capsule in a patient working according to the method according to the invention
  • FIG. 2 shows an endoscopy capsule in an alternative mode of operation.
  • Fig. 1 shows an endoscopy capsule 2, which is located in a patient 4, of which only an inner surface 6 is shown in the form of its stomach wall.
  • the endoscopy capsule 2 carries a light source 8 in the form of a light emitting diode and a light sensor 10 in the form of a camera.
  • the endoscopy capsule 2 is associated with a control and evaluation unit 12, which includes a program 13, which performs the method described below.
  • FIG. 1 shows the endoscopy capsule 2 at a first point in time ti at which it is located at a distance di from the inner surface 6. This distance is not known.
  • the endoscopy capsule 2 or the light source 8 transmits a first known amount of light Mi to the inner wall 6. A part of the light is reflected on the inner wall 6 and reflected back in the direction of the light sensor 10 in the form of a quantity of light M 2 .
  • the endoscopy capsule 2 sends the numerical values of the quantities Mi and M2 to a control and evaluation unit 12 assigned to it. From the quantities Mi and M 2 , the reflection factor R of the inner wall 6 is determined.
  • FIG. 1 shows a situation in which the patient 4 is being examined with the aid of the endoscopy capsule 2. Therefore, will the endoscopy capsule 2 navigated by an operator, not shown in the patient 4, for example, to the inner wall 6 moves. At a time t 2 , the capsule has approximated the inner wall 6, so that they now have a distance d 2 from each other, which, however, is likewise unknown. At time t 2 , the light source 8 in turn emits a further known quantity M 3 of light towards the inner surface 6, which in turn partially reflects the light and scatters a quantity M 4 of light back to the light sensor 10.
  • the amounts M3 and M 4 are transferred again to the control and evaluation unit 12th This calculated using the M3 and M4 and the reflection factor is assumed to be constant for the inner surface 6 R the distance change of the endoscopic capsule 2 to the inner surface 6.
  • This difference of the distances Cl 2 -CIi corresponds to that of the endoscopic capsule 2 between the instants ti and t 2 traveled way w.
  • the method thus provides the information as to which path w the endoscopy capsule 2 traveled without knowing its distance to the inner surface 6.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of the method, in which the endoscopy capsule 2 is initially approached by hand at time ti until it touches the inner surface 6.
  • the distance di between light source 8 or light sensor 10 and inner surface 6 is thus known as the known distance between them and the front end of the glass dome 14.
  • FIG. 1 corresponds to the amount of emitted light Ml and M3 a constant amount, since the light source 8 is lit in continuous operation.
  • the light source 8 is assigned a pulse width modulator 16.
  • the light source 8 is assigned a pulse width modulator 16.
  • at times t and t 2 may have different Amounts of light Mi and M 3 are emitted, which depend on the duty cycle of the pulse width modulator 16.
  • a small amount of light Mi can be selected in FIG. 2 at time ti, which is used to determine the reflection factor R 1 in order not to overdrive the light sensor 10 in the vicinity of the inner surface 6.
  • FIG. 1 also shows a variant of the method in which a look-up table 18 is also used to calculate the path W.
  • a look-up table 18 is also used to calculate the path W.
  • the corresponding look-up table has been e.g. measured once under laboratory conditions at known distances of endoscopy capsule 2 and models of the inner surface 6 in a reference method.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Endoscopes (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

Bei einem Verfahren zur Bestimmung eines von einer Endoskopiekapsel (2) in einem Patienten (4) zurückgelegten Weges (w), wobei die Endoskopiekapsel (2) eine Lichtquelle (8) und einen Lichtsensor (10) enthält, - sendet zu einem ersten Zeitpunkt (t1) die Lichtquelle (8) Licht einer bekannten ersten Menge (M1) aus, welches von einer Innenfläche (6) des Patienten (4) reflektiert wird, und der Lichtsensor (10) empfängt eine zweite Menge (M2) reflektierten Lichtes und anhand erster (M1) und zweiter Mengen (M2) Lichts wird ein Reflexionsfaktor (R) der im Patienten (4) mit Licht bestrahlten Innenfläche (6) ermittelt, - zu einem zweiten Zeitpunkt (t2) sendet die Lichtquelle (8) erneut Licht einer dritten Menge (M3) in Richtung der Innenfläche (6) aus, und der Lichtsensor (10) empfängt eine vierte Menge (M4) reflektierten Lichtes und anhand der dritten (M3) und vierten Menge (M4) Lichts und des Reflexionsfaktors (R) wird der zwischen erstem (t1) und zweitem Zeitpunkt (t2) zurückgelegte Weg als Änderung des Abstandes (d2-d1) zur Innenfläche (6) ermittelt. Eine Vorrichtung zur Bestimmung eines von einer Endoskopiekapsel (2) in einem Patienten (4) zurückgelegten Weges (w) umfasst eine Endoskopiekapsel (2) mit Lichtquelle (8) und Lichtsensor (10), und eine Steuer- und Auswerteeinheit (12) mit einem in dieser implementierten Programm (13) zur Durchführung des o.g. Verfahrens.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines von einer En- doskopiekapsel in einem Patienten zurückgelegten Weges
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Weges, den eine Endoskopiekapsel in einem Patienten zurücklegt.
Eine in Rede stehende Endoskopiekapsel ist z.B. aus der DE
101 42 253 bekannt. Die vorliegende Endoskopiekapsel beinhaltet zumindest eine Lichtquelle und einen Lichtsensor. Derartige Kapseln können außerdem verschiedene Inspektions-, Diagnose- oder Therapieeinrichtungen. Dies können z.B. eine Vi- deokamera, eine Biopsiezange, ein Clip oder ein Medikamentenreservoir sein. Die Kapsel enthält weiterhin ein magnetisier- bares oder permanentmagnetisches Element, mit Hilfe dessen die Kapsel im Patienten drahtlos bewegt wird. Hierzu liegt der Patient ganz oder teilweise in einem elektrischen Spulen- System aus mehreren, z.B. 14 Einzelspulen. Vom Spulensystem werden geeignete Magnetfelder bzw. Gradientenmagnetfelder erzeugt, welche an der sich im Patienten befindlichen Kapsel bzw. am magnetischen Element Kräfte bzw. Drehmomente erzeugen. So kann die Kapsel im Patienten gezielt in eine beliebi- ge Richtung bewegt werden. Einsatzbereiche sind vor allem
Hohlorgane, insbesondere z.B. der menschliche Gastrointesti- naltrakt, der mit der Kapsel in einem einzigen Durchgang in seiner Gesamtheit durchfahrbar ist.
Das oben genannte Gesamtsystem bzw. Untersuchungsverfahren wird auch MGCE (magnetically guided capsule endoscopy) genannt. Bei einer ersten Generation dieser Geräte bzw. Kapseln ist der jeweilige räumliche Aufenthaltsort der Kapsel im bzw. relativ zum Spulensystem nicht bekannt, da das System nicht über ein teures und aufwändiges Ortungssystem verfügt.
Der Bediener der Anlage, welcher die Kapsel händisch steuert, kann diese von außen nicht sehen. Für bestimmte therapeuti- sehe oder diagnostische Zwecke, z.B. bei der Auswertung von Bildern, die die Kapsel liefert oder bei der Navigation der Kapsel zu einem gewünschten Ort ist es jedoch sehr nützlich bzw. wünschenswert, den von der Endoskopiekapsel im Patienten zurückgelegten Weg zu kennen.
Prinzipiell könnte eine derartige Kapsel im Patienten mit Hilfe von Röntgen bzw. Fluoroskopie leicht sichtbar gemacht werden, jedoch stehen dem die Röntgenbelastung des Patienten und die Kosten für eine dementsprechende Systemerweiterung entgegen. Vielmehr muss sich der Benutzer rein anhand der von der Kapsel bzw. einem zusätzlich in den Patienten eingeführten Endoskop gelieferten Bilder orientieren, um die Kapsel in eine gewünschte Richtung bzw. an einen gewünschten Ort im Pa- tienten steuern zu können. Eine Abschätzung des von der Kapsel zurückgelegten Weges gelingt nur anhand des von der Bordkamera gelieferten Bildmaterials und dank der Erfahrung eines Benutzers des Systems.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Bestimmung eines von einer Endoskopiekapsel in einem Patienten zurückgelegten Weges anzugeben .
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1.
Die Erfindung beruht auf der grundsätzlichen Idee, die Wegmessung dadurch zu realisieren, dass der zurückgelegte Weg der Kapsel als relative Abstandsänderung zu einem im Patienten gewählten Fixpunkt gemessen wird. Der absolute Abstand muss hierbei nicht bekannt sein. Hierzu werden Mittel, nämlich eine Lichtquelle und ein Lichtsensor, verwendet, die in üblichen Kapseln ohnehin vorhanden sind.
Erfindungsgemäß wird zu einem ersten Zeitpunkt Licht einer bekannten ersten Menge von der Lichtquelle ausgesendet. Dieses Licht wird von einer Innenfläche des Patienten reflek- tiert. Der von der Innenfläche rückgestreute Teil des ausgesendeten Lichtes wird vom Lichtsensor als eine zweite Menge reflektierten Lichtes empfangen. Aus der ersten und zweiten Menge von ausgesendetem und reflektiertem Licht wird ein Re- flexionsfaktor der im Patienten mit Licht bestrahlten Fläche ermittelt. Zu einem oder beliebigen mehreren zweiten Zeitpunkten sendet die Lichtquelle dann erneut Licht einer jeweils bekannten dritten Menge in Richtung der selben Innenfläche aus. Das Licht wird wieder an der Innenfläche reflek- tiert, der Lichtsensor empfängt eine vierte Menge reflektierten Lichtes. Anhand der dritten und vierten Menge und des vorher bestimmten Reflexionsfaktors wird nun die Abstandsänderung der Endoskopiekapsel bzw. von Lichtquelle und Lichtsensor zur Innenfläche ermittelt. Die Änderung des Abstandes entspricht zwischen erstem und zweitem Zeitpunkt zurückgelegten Weg der Endoskopiekapsel.
Unter einer Lichtmenge ist im vorliegenden Fall folgendes zu verstehen: Die Lichtmenge wird über Raumwinkel und/oder Zeit integrierend gemessen oder es wird die räumliche und/oder zeitliche Dichte ermittelt. Hierbei sind beliebige Kombinationen von räumlichem und zeitlichem Verhalten der Messung möglich.
Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, dass im wesentlichen die selbe Stelle bzw. Innenfläche des Patienten zum ersten und dem zweiten Zeitpunkten mit Licht bestrahlt werden. Es wird angenommen, dass sich der Reflexionsfaktor der Innenfläche nicht ändert und sich die Ausrichtung der Kapsel und damit die Ausrichtung von Lichtquelle und Lichtsensor ebenfalls zwischen erstem und dem zweiten Zeitpunkt nicht wesentlich ändern. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Zeitabstände zwischen aufeinanderfolgenden Messungen, also erstem und zweitem oder zwischen aufeinanderfolgen- den weiteren zweiten Zeitpunkten so klein gewählt werden, dass sich die Lage und Orientierung nicht soweit ändern kann, dass die Innenfläche aus dem Leuchtkegel der Lichtquelle wandern würde. Mit anderen Worten: Es werden also, ausgehend von einer Position der Kapsel zum ersten Zeitpunkt die optischen Reflexionseigenschaften im Patienten quantitativ gemessen und bei anschließendem Entfernen oder Annähern der Kapsel an die Innenfläche wird die reflektierte Lichtmenge wiederum gemessen, ausgewertet und unter Berücksichtigung der optischen Eigenschaften des Objektives in eine Entfernungsänderung relativ zum ersten Zeitpunkt umgerechnet.
Nichtlineare optische Eigenschaften von Lichtquelle oder Lichtsensor, Objektiv, Glaskuppel usw. werden bei dem o.g. Berechnungen berücksichtigt. Zur schnelleren mathematischen Berücksichtigung der Nichtlinearitäten wird z.B. eine in ei- ner Referenzmessung aufgenommene Look-Up-Tabelle verwendet.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist zum ersten Zeitpunkt der absolute Abstand der Endoskopiekapsel zur Innenfläche bekannt. Aus dem bekannten Abstand und der erfindungsgemäß ermittelten Wegänderung wird so zum zweiten
Zeitpunkt anhand des Weges der aktuelle Abstand zur Innenfläche bestimmt.
Der absolute Abstand der Endoskopiekapsel von der Innenfläche kann in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens besonders einfach derart bestimmt werden, dass die Endoskopiekapsel zum ersten Zeitpunkt an der Innenfläche anliegt. Der Abstand der Endoskopiekapsel zur Innenfläche ist dann Null.
Lichtsensor und Lichtquelle sind in einer Endoskopiekapsel in der Regel unter einer Glaskuppel, auch Dom genannt, untergebracht. Bei Anliegen des Doms an der Innenfläche entspricht dann der Abstand von Lichtquelle bzw. Lichtsensor zur Innenfläche dem Abstand zur an der Innenfläche anliegenden Glas- kuppel. Zum ersten Zeitpunkt steht damit der Reflexionsfaktor direkt in Relation zum absoluten bekannten Abstand. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird als Lichtsensor eine Kamera benutzt. Eine solche ist in der Regel in einer Endoskopiekapsel ohnehin enthalten. Der Kamera ist dann meist eine Beleuchtungseinrichtung, z.B. ein das Kamera- objektiv umgebender LED-Kranz vorhanden. Dieser wird dann in einer weiteren Ausführungsform als Lichtquelle benutzt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dann mit einer üblichen Endoskopiekapsel zur Videobeobachtung durchgeführt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird die erste und dritte Menge an Licht, welche von der Lichtquelle ausgesandt wird, dadurch verändert, dass die Lichtquelle im Pulsweitenbetrieb betrieben wird. Dies bietet sich z.B. bei der o.g. Variante an, wenn ein LED-Kranz als Lichtquelle dient. Dessen Helligkeit kann dann durch Pulsbetrieb auf eine gewünschte Lichtmenge gedimmt werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens bleiben Lichtquelle und Lichtsensor während einer Bewegung der Endo- skopiekapsel auf die selbe Stelle der Innenfläche des Patienten ausgerichtet. So kann eine Wegmessung im Patienten auch bei Bewegung einer Kapsel über weite Strecken erfolgen, solange die Kapsel eine Sichtverbindung zur ursprünglich gewählten Innenfläche besitzt.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 7. Diese umfasst eine Endoskopiekapsel mit Lichtquelle und Lichtsensor und eine Steuer- und Auswerteeinheit, die ein Programm zur Ausführung des oben genannten Verfahrens einschließlich dessen Ausgestaltungen umfasst.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist der Lichtsensor eine Kamera und/oder die Lichtquelle ein LED- Kranz der Kamera. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Lichtquelle ein diese im Pulsweitenbetrieb betreibender Pulsweitenmodulator zugeordnet.
Für eine weitere Beschreibung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnungen verwiesen. Es zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
Fig. 1 eine Endoskopiekapsel in einem Patienten, welche gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet, Fig. 2 eine Endoskopiekapsel in einer alternativen Betriebsweise .
Fig. 1 zeigt eine Endoskopiekapsel 2, welche sich in einem Patienten 4 befindet, von dem lediglich eine Innenfläche 6 in Form seiner Magenwand dargestellt ist. Die Endoskopiekapsel 2 trägt eine Lichtquelle 8 in Form einer Leuchtdiode und einen Lichtsensor 10 in Form einer Kamera.
Der Endoskopiekapsel 2 ist eine Steuer- und Auswerteeinheit 12 zugeordnet, die ein Programm 13 beinhaltet, das das im folgenden beschriebene Verfahren durchführt.
Fig. 1 zeigt die Endoskopiekapsel 2 zu einem ersten Zeitpunkt ti, zu dem sie sich in einem Abstand di zur Innenfläche 6 be- findet. Dieser Abstand ist jedoch nicht bekannt. Zum Zeitpunkt ti sendet die Endoskopiekapsel 2 bzw. die Lichtquelle 8 eine erste bekannte Menge Licht Mi zur Innenwand 6 hin aus. Ein Teil des Lichtes wird an der Innenwand 6 reflektiert und in Richtung zu Lichtsensor 10 in Form einer Lichtmenge M2 zu- rück reflektiert.
Die Endoskopiekapsel 2 sendet die Zahlenwerte der Mengen Mi und M2 an eine ihr zugeordneten Steuer- und Auswerteeinheit 12. Aus den Mengen Mi und M2 wird der Reflexionsfaktor R der Innenwand 6 bestimmt.
Fig. 1 zeigt eine Situation, in welcher der Patient 4 gerade mit Hilfe der Endoskopiekapsel 2 untersucht wird. Daher wird die Endoskopiekapsel 2 von einem nicht dargestellten Bediener im Patienten 4 navigiert, beispielsweise auf die Innenwand 6 zu bewegt. Zu einem Zeitpunkt t2 hat sich die Kapsel der Innenwand 6 angenähert, so dass diese nun einen Abstand d2 von- einander aufweisen, der jedoch ebenfalls unbekannt ist. Zum Zeitpunkt t2 sendet die Lichtquelle 8 wiederum eine weitere bekannte Menge M3 von Licht zur Innenfläche 6 hin aus, welche das Licht wiederum teilweise reflektiert und eine Menge M4 von Licht zum Lichtsensor 10 zurückstreut. Die Mengen M3 und M4 werden wieder an die Steuer- und Auswerteeinheit 12 übertragen. Diese berechnet anhand der Menge M3 und M4 und des als konstant für die Innenfläche 6 angenommenen Reflexionsfaktors R die Abstandsänderung der Endoskopiekapsel 2 zur Innenfläche 6. Diese Differenz der Abstände Cl2-CIi entspricht dem von der Endoskopiekapsel 2 zwischen den Zeitpunkten ti und t2 zurückgelegten Weg w. Das Verfahren liefert also die Information, welchen Weg w die Endoskopiekapsel 2 zurückgelegt hat, ohne deren Abstand zur Innenfläche 6 zu kennen.
Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform des Verfahrens, bei der zunächst die Endoskopiekapsel 2 händisch zum Zeitpunkt ti bis zur Berührung an die Innenfläche 6 angefahren wird. Der Abstand di zwischen Lichtquelle 8 bzw. Lichtsensor 10 und Innenfläche 6 ist damit bekannt als der bekannte Ab- stand zwischen diesen und dem vorderen Ende der Glaskuppel 14. Anschließend wird die Endoskopiekapsel 2 von der Innenfläche 6 wegbewegt und das Verfahren entsprechend Fig. 1 ausgeführt. Wie gemäß Fig. 1 wird zu Zeitpunkten t2 der zurückgelegte Weg w ermittelt. Da im Unterschied zu oben zum Zeit- punkt ti ist aber die absolute Entfernung di bekannt war, ergibt sich somit auch der absolute Abstand der Endoskopiekapsel 2 von der Innenfläche 6 zum Zeitpunkt t2 als d2=w+di .
In. Fig. 1 entspricht die Menge ausgesandten Lichtes Ml und M3 einer konstanten Menge, da die Lichtquelle 8 im Dauerbetrieb leuchtet. In einer Ausführungsform in Fig. 2 ist der Lichtquelle 8 ein Pulsweitenmodulator 16 zugeordnet. Somit können an den Zeitpunkten ti und t2 kann unterschiedliche Lichtmengen Mi und M3 ausgesendet werden, welche vom Taktverhältnis des Pulsweitenmodulators 16 abhängen. So kann beispielsweise in Fig. 2 zum Zeitpunkt ti eine geringe Lichtmenge Mi gewählt werden, welche zur Bestimmung des Reflexions- faktors R benutzt wird, um den Lichtsensor 10 in der Nähe der Innenfläche 6 nicht zu übersteuern.
In Fig. 1 ist noch eine Variante des Verfahrens gezeigt, bei welcher zur Berechnung des Weges W außerdem eine Look-Up- Tabelle 18 benutzt wird. Diese beinhaltet Informationen über die nichtlinearen Eigenschaften des gesamten optischen Systems, also z.B. von Lichtquelle 8, Glaskuppel 14, Lichtsensor 10 und den Reflexionseigenschaften der Innenfläche 6 bei unterschiedlich einstrahlenden Lichtmengen. Die entsprechende Look-Up-Tabelle wurde z.B. einmalig unter Laborbedingungen bei bekannten Abständen von Endoskopiekapsel 2 und Modellen der Innenfläche 6 in einem Referenzverfahren vermessen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung eines von einer Endoskopiekapsel (2) in einem Patienten (4) zurückgelegten Weges (w) , wobei die Endoskopiekapsel (2) eine Lichtquelle (8) und einen Lichtsensor (10) enthält, bei dem:
- zu einem ersten Zeitpunkt (tl) die Lichtquelle (8) Licht einer bekannten ersten Menge (Ml) aussendet, welches von einer Innenfläche (6) des Patienten (4) reflektiert wird, und der Lichtsensor (10) eine zweite Menge (M2) reflektierten Lichtes empfängt und anhand erster (Ml) und zweiter Mengen (M2) ein Reflexionsfaktor (R) der im Patienten (4) mit Licht bestrahlten Innenfläche (6) ermittelt wird,
- zu einem zweiten Zeitpunkt (t2) die Lichtquelle (8) erneut Licht einer dritten Menge (M3) in Richtung der Innenfläche
(6) aussendet, und der Lichtsensor (10) eine vierte Menge (M4) reflektierten Lichtes empfängt und anhand der dritten (M3) und vierten Menge (M4) und des Reflexionsfaktors (R) der zwischen erstem (tl) und zweitem Zeitpunkt (t2) zurückgelegte Weg als Änderung des Abstandes (d2-dl) zur Innenfläche (6) ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem
- zum ersten Zeitpunkt (tl) der Abstand (dl) der Endoskopie- kapsei (2) zur Innenfläche (6) bekannt ist und
- zum zweiten Zeitpunkt (t2) anhand des Weges (w) der aktuelle Abstand (d2) zur Innenfläche (6) bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem im ersten Zeitpunkt (tl) die Endoskopiekapsel (2) an der Innenfläche (6) angelegt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Lichtsensor (10) eine Kamera verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Menge (Ml, 3) ausgesandten Lichts durch Pulsweitenbetrieb der Lichtquelle (8) bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Lichtquelle (8) und Lichtsensor (10) während einer Bewegung der Endoskopiekapsel (6) auf die selbe Stelle der Innenfläche (6) ausgerichtet bleiben.
7. Vorrichtung zur Bestimmung eines von einer Endoskopiekapsel (2) in einem Patienten (4) zurückgelegten Weges (w) , mit einer Endoskopiekapsel (2) mit Lichtquelle (8) und Lichtsen- sor (10), und mit einer Steuer- und Auswerteeinheit (12) mit einem in dieser implementierten Programm (13) zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 6.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der der Lichtsensor (8) eine Kamera ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, mit einem die Lichtquelle (10) in einem Pulsweitenbetrieb betreibenden Pulswei- tenmodulator (16) .
PCT/EP2010/050704 2009-02-16 2010-01-22 Verfahren und vorrichtung zur bestimmung eines von einer endoskopiekapsel in einem patienten zurückgelegten weges WO2010091926A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009009165.3 2009-02-16
DE102009009165.3A DE102009009165B4 (de) 2009-02-16 2009-02-16 Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines von einer Endoskopiekapsel in einem Patienten zurückgelegten Weges

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010091926A1 true WO2010091926A1 (de) 2010-08-19

Family

ID=42184138

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2010/050704 WO2010091926A1 (de) 2009-02-16 2010-01-22 Verfahren und vorrichtung zur bestimmung eines von einer endoskopiekapsel in einem patienten zurückgelegten weges

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102009009165B4 (de)
WO (1) WO2010091926A1 (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10835152B2 (en) 2014-09-25 2020-11-17 Progenity, Inc. Electromechanical pill device with localization capabilities
US11007356B2 (en) 2018-11-19 2021-05-18 Progenity, Inc. Ingestible device for delivery of therapeutic agent to the gastrointestinal tract
US11363964B2 (en) 2017-03-31 2022-06-21 Progenity Inc. Localization systems and methods for an ingestible device
US11547301B2 (en) 2016-12-07 2023-01-10 Biora Therapeutics, Inc. Methods for collecting and testing bacteria containing samples from within the gastrointestinal tract
US11793420B2 (en) 2016-09-09 2023-10-24 Biora Therapeutics, Inc. Ingestible device for delivery of a dispensable substance

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1766853A1 (de) * 1967-07-29 1972-03-23 Olympus Optical Co Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Entfernung zwischen einem Endoskop und einem mit diesem zu beobachtenden Objekt
US4340811A (en) * 1979-06-12 1982-07-20 Olympus Optical Co., Ltd. Focusing method and apparatus for use in an optical system
US4389565A (en) * 1980-02-29 1983-06-21 Fuji Photo Optical Co., Ltd. Automatic focus controlling device
DE10142253C1 (de) 2001-08-29 2003-04-24 Siemens Ag Endoroboter
US20040127785A1 (en) * 2002-12-17 2004-07-01 Tal Davidson Method and apparatus for size analysis in an in vivo imaging system
WO2006070368A2 (en) * 2004-12-30 2006-07-06 Given Imaging Ltd. Method and system for treatment of an in vivo site
WO2006120690A2 (en) * 2005-05-13 2006-11-16 G.I. View Ltd. Endoscopic measurement techniques

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8206285B2 (en) * 2003-12-31 2012-06-26 Given Imaging Ltd. Apparatus, system and method to indicate in-vivo device location
US20080058629A1 (en) * 2006-08-21 2008-03-06 University Of Washington Optical fiber scope with both non-resonant illumination and resonant collection/imaging for multiple modes of operation
US7796870B2 (en) * 2007-01-16 2010-09-14 Capso Vision, Inc. Lighting control for in vivo capsule camera

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1766853A1 (de) * 1967-07-29 1972-03-23 Olympus Optical Co Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Entfernung zwischen einem Endoskop und einem mit diesem zu beobachtenden Objekt
US4340811A (en) * 1979-06-12 1982-07-20 Olympus Optical Co., Ltd. Focusing method and apparatus for use in an optical system
US4389565A (en) * 1980-02-29 1983-06-21 Fuji Photo Optical Co., Ltd. Automatic focus controlling device
DE10142253C1 (de) 2001-08-29 2003-04-24 Siemens Ag Endoroboter
US20040127785A1 (en) * 2002-12-17 2004-07-01 Tal Davidson Method and apparatus for size analysis in an in vivo imaging system
WO2006070368A2 (en) * 2004-12-30 2006-07-06 Given Imaging Ltd. Method and system for treatment of an in vivo site
WO2006120690A2 (en) * 2005-05-13 2006-11-16 G.I. View Ltd. Endoscopic measurement techniques

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10835152B2 (en) 2014-09-25 2020-11-17 Progenity, Inc. Electromechanical pill device with localization capabilities
US11793420B2 (en) 2016-09-09 2023-10-24 Biora Therapeutics, Inc. Ingestible device for delivery of a dispensable substance
US11547301B2 (en) 2016-12-07 2023-01-10 Biora Therapeutics, Inc. Methods for collecting and testing bacteria containing samples from within the gastrointestinal tract
US11363964B2 (en) 2017-03-31 2022-06-21 Progenity Inc. Localization systems and methods for an ingestible device
US11918342B2 (en) 2017-03-31 2024-03-05 Biora Therapeutics, Inc. Localization systems and methods for an ingestible device
US11007356B2 (en) 2018-11-19 2021-05-18 Progenity, Inc. Ingestible device for delivery of therapeutic agent to the gastrointestinal tract
US11439802B2 (en) 2018-11-19 2022-09-13 Biora Therapeutics, Inc. Ingestible device for delivery of therapeutic agent to the gastrointestinal tract

Also Published As

Publication number Publication date
DE102009009165A1 (de) 2010-09-23
DE102009009165B4 (de) 2018-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2599433B1 (de) Vorrichtung zur endoskopischen 3d-datenerfassung
DE102004008164B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Erstellen zumindest eines Ausschnitts eines virtuellen 3D-Modells eines Körperinnenraums
EP2632382B1 (de) Navigationsaufsatz für optische geräte in der medizin und verfahren
WO2012107041A1 (de) Endoskopisches bildverarbeitungssystem mit mitteln, welche im erfassungsbereich einer optischen digitalkamera eine geometrische vermessungsinformation erzeugen
EP2403392B1 (de) Vorrichtung zur navigation einer endoskopiekapsel
DE102011087357B4 (de) Aktualisierung von präoperativ aufgenommenen 3D-Bilddaten eines Körpers
EP1517647A1 (de) Verfahren und instrument zur chirurgischen navigation
WO2012059253A1 (de) Endoskop mit 3d-funktionalität
DE102008013615A1 (de) Verfahren und Markierungsvorrichtung zur Markierung einer Führungslinie eines Eindringungsinstruments, Steuerungseinrichtung und Aufnahmesystem
DE102009009165B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines von einer Endoskopiekapsel in einem Patienten zurückgelegten Weges
DE102011078405B4 (de) Verfahren zur Endoskopie mit magnetgeführter Endoskopkapsel sowie Einrichtung dazu
DE102014102425B4 (de) Mikroskopsystem und Mikroskopieverfahren unter Verwendung digitaler Marker
DE102011006537B4 (de) Verfahren zur Registrierung eines ersten Koordinatensystems einer ersten medizinischen Bildgebungseinrichtung mit einem zweiten Koordinatensystem einer zweiten medizinischen Bildgebungseinrichtung und/oder einem dritten Koordinatensystem eines medizinischen Instruments, welches durch Marker einer medizinischen Navigationseinrichtung definiert ist, und medizinisches Untersuchungs- und/oder Behandlungssystem
DE102006014883A1 (de) Verfahren zum Orten eines invasiven Instruments und invasives Instrument
EP3626176B1 (de) Verfahren zum unterstützen eines anwenders, computerprogrammprodukt, datenträger und bildgebendes system
DE102010009884A1 (de) Verfahren und Einrichtung zum Erfassen von Information über die dreidimensionale Struktur der Innenoberfläche eines Körperhohlraums
DE202006020719U1 (de) Positionsbestimmungssystem
DE102011114146A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Darstellen eins Objektes
EP0561228A2 (de) Verfahren und Anordnung zur Farbbildendoskopie mit Farbtransformation
DE102014216944A1 (de) Medizinische Untersuchungseinrichtung und Verfahren zur Registrierung von Bildgebungseinrichtungen
DE102011082444A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur bildunterstützten Navigation eines endoskopischen Instruments
DE102010039598B4 (de) Verfahren zur Bildüberwachung eines medizinischen Eingriffs mit einer Nadel und Röntgeneinrichtung
EP2138095A1 (de) Verfahren zur Ermittlung der Position eines medizinischen Instruments in einem Körper
DE102013210540B4 (de) Verfahren zur Darstellung der Lage eines medizinischen Instruments in einem Röntgenbild sowie ein medizinisches Instrument und ein medizinisches System zur Durchführung des Verfahrens
EP2445401B1 (de) Bildgebungsvorrichtung und bildgebungsverfahren zur auffindung von unregelmässigkeiten in hohlräumen von objekten

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10702641

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10702641

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1