WO2010105870A1 - Endoskopiekapsel - Google Patents

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WO2010105870A1
WO2010105870A1 PCT/EP2010/051088 EP2010051088W WO2010105870A1 WO 2010105870 A1 WO2010105870 A1 WO 2010105870A1 EP 2010051088 W EP2010051088 W EP 2010051088W WO 2010105870 A1 WO2010105870 A1 WO 2010105870A1
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WO
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endoscopy capsule
housing
surface treatment
capsule
nanotechnological
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PCT/EP2010/051088
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Graumann
Rainer Kuth
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • 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
    • 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
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    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/07—Endoradiosondes
    • A61B5/073—Intestinal transmitters
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0285—Nanoscale sensors

Definitions

  • the invention relates to an endoscopy capsule with a biocompatible housing in which at least one magnetic element for navigation by means of a magnetic field generated by an external magnetic system and at least one sensor device for detecting medically relevant data and / or at least one therapy device for administering a therapeutic agent are arranged.
  • Such an endoscopy capsule which is also referred to as a capsule endoscope, is known, for example, from DE 101 42 253 C1 and from the corresponding US 2003/0060702 A1, where it is referred to as "endo-robot” or "endo-robot”.
  • the endorobot known from DE 101 42 253 C1, can be navigated in a hollow organ (e.g., gastrointestinal tract) of a patient by means of a magnetic field generated by an external (i.e., out-of-patient) magnet system (coil system).
  • An integrated system for position control which includes a position measurement of the endo-robot and an automatic control of the magnetic field or the coil currents, can automatically detect and compensate for changes in the position of the endorobot in the hollow organ of the patient. Furthermore, the endorobot can be specifically navigated to desired regions of the hollow organ.
  • This type of capsule endoscopy is therefore also referred to as MGCE (Magnetically Guided Capsule Endoscopy - magnetically guided capsule endoscopy).
  • the endoscopy capsule In a gastroscopy (endoscopic examination of the human or animal stomach), the endoscopy capsule is administered to the patient orally and passes through the esophagus into the stomach.
  • gastroscopy liquid phase of the MGCE
  • measurements or samples are taken inside the stomach and provided to a physician or assistant for evaluation. examples For example, ingredients or concentrations of the stomach contents are measured, the chemical composition of the gastric juice is determined, or image data are collected from the gastric mucosa.
  • the endoscopy capsule For transmission of measurement data from the interior of the stomach, the endoscopy capsule is connected, for example via a radio link, to a transmission station set up in the vicinity of the patient.
  • the endoscopy capsule For targeted acquisition of measurement and / or image data from certain regions of the stomach, the endoscopy capsule is correspondingly magnetically navigable.
  • the capsule endoscopy does not dilate the stomach with a gas, but with the aid of a liquid supplied (drinking solution, for example water), which can optionally be filled with a nasogastric tube
  • Stomach of the patient is spent or administered to the patient for independent admission.
  • the endoscopy capsule has a higher specific gravity than the supplied liquid (drink solution), the endoscopy capsule does not sink due to the surface tension of the liquid, but floats in the liquid.
  • the endoscopy capsule does not sink due to the surface tension of the liquid, but floats in the liquid.
  • about 1.5 mN are needed.
  • only about 0.1 mN to 0.2 mN are needed to navigate the endoscopy capsule on the surface of the fluid or in the submerged state (endoscopy capsule is completely surrounded by the fluid).
  • the external magnet system which generates the magnetic field for the navigation of the endoscopy capsule, and the magnetic element, which is arranged within the housing of the endoscopy capsule, thus have to be designed for the comparatively large forces for the descent of the endoscopy capsule.
  • the size of the external magnet system and thus also the energy consumption as well as the costs are significantly determined.
  • the endoscopy capsule can be set into resonance oscillations or tilted by complicated control mechanisms, whereby the endoscopy capsule is wetted and then submerged.
  • the endoscopy capsule according to claim 1 comprises a biocompatible housing in which at least one magnetic element for navigating by means of a magnetic field generated by an external magnetic system and at least one sensor device for detecting medically relevant data and / or at least one therapy device for administering a therapeutic agent are arranged.
  • the housing has on its outer surface at least partially a nanotechnological surface treatment.
  • nanotechnological surface treatment is to be understood as a treatment of the outer surface (surface) of the housing of the endoscopy capsule with means or measures of nanotechnology.
  • the nanotechnological surface treatment according to the invention of the outer surface of the housing hydrophobizes the hydrophilic surface (complete wetting of the surface, contact angle with respect to water near 0 °) of the endoscopy capsule.
  • the provided with a nanotechnological surface treatment parts of the outer surface of the housing of the endoscopy capsule thus have only an extremely low wettability.
  • virtually no wetting therefore occurs in the regions of the outer surface of the housing provided with a nanotechnological surface treatment.
  • the influence of the surface tension of the liquid supplied to the stomach on the endoscopy capsule is significantly reduced on account of the superhydrophobic surface. This is also called lotus flower effect.
  • the lotus flower effect thus reduces the force required to form the endoscopy capsule of claim 1 to submerge in the liquid supplied to the stomach (drinking solution, eg water), ie to draw it "under water”.
  • the external magnet system which generates the magnetic field for the navigation of the endoscopy capsule, and the magnetic element which is disposed within the housing of the endoscopy capsule, thus no longer need in the inventive solution for the comparatively large forces for submerged Endoscopie capsule in a liquid be designed.
  • the magnets of the external magnetic field can be dimensioned correspondingly smaller and thus also require correspondingly less energy.
  • complex control mechanisms for the magnets of the external magnetic field are also eliminated to resonate the endoscopy capsule or to tilt the endoscopy capsule.
  • the at least partially nanotechnological surface treatment is carried out as a non-toxic nanoparticle coating, i. the housing of the endoscopy capsule has on its outer surface at least partially a non-toxic nanoparticle coating.
  • the at least partially nanotechnological surface treatment is carried out as nano-structuring.
  • the housing of the endoscopy capsule thus has at least partially a nano-structuring on its outer surface.
  • a combination of a non-toxic nanoparticle coating of the outer surface of the housing of the endoscopy capsule with a nano-structuring of the outer surface may also be advantageous in the context of the invention for certain applications.
  • the nano-structuring of the outer surface of the housing of the endoscopy capsule (hereinafter also referred to as capsule surface) is embossed during the production process of the housing. This can be done, for example, by sputtered oxide layers on preferably transparent glass or plastic substrates.
  • nanoparticles are applied to the surface of the housing.
  • the nanoparticles then serve as nanomasks for at least one subsequent etching process.
  • Corresponding nanostructures are transferred to the underlying outer surface of the housing, for example, by reactive ion etching.
  • the nanoparticles are removed from the surface of the housing. Since the nanoparticles merely serve as nanomask during the etching process, the nanoparticles need not necessarily be biocompatible. The actual etching process only changes the mechanical properties of the capsule surface, but not its biological properties. An originally biocompatible housing is thus biocompatible even after completion of the etching process.
  • the housing of the endoscopy capsule can be designed, for example, ellipsoidal in accordance with a preferred embodiment.
  • a likewise advantageous embodiment is characterized in that the housing is cylindrical and has a hemispherical cap in at least one of its two end regions.
  • the housing of the endoscopy capsule can have a complete nanotechnological surface treatment or a partial nanotechnological surface treatment in the context of the invention, it is possible in a simple manner to to create an optimized endoscopy capsule for each available magnet system.
  • the housing has an asymmetric na-nochnological surface treatment to its longitudinal axis.
  • the housing has a nanotechnological surface treatment on at least one of its two end regions.
  • the center of gravity of the endoscopy capsule lies in the geometric center of the endoscopy capsule.
  • the orientation of the endoscopy capsule in the gastric fluid is purely coincidental.
  • the sensor device of the endoscopy capsule has detected everything (e.g., optically).
  • the center of gravity of the endoscopic capsule lies outside the geometric center of the endoscopy capsule.
  • the endoscopy capsule in the fluid supplied to the stomach assumes a "vertical" position, ie an orientation determined by gravity.
  • torque is applied to the endoscopy capsule.
  • the endoscopy capsule is particularly easy to rotate in the liquid supplied to the stomach.
  • a nanotechnological surface treatment on one of the two end-side areas of the housing of the endoscopy capsule it is particularly easy to move in an upright direction through an external 3D gradient field lowered below the surface of the liquid supplied to the stomach.
  • the nanotechnological surface treatment is optically transparent. If the endoscopy capsule comprises an optical sensor device, then the nanoparticle coating must be optically transparent at least in the region of the optical sensor device.
  • FIG 3 and 4 show a second embodiment of an endoscopy capsule according to the invention.
  • An endoscopy capsule 1 shown in FIGS. 1 to 4 in each case comprises a biocompatible housing 2, in which a magnetic element 3 for navigation by means of a magnetic field is arranged.
  • the magnetic field is embodied, for example, as a 3D gradient field and is generated by an external magnet system (not shown in FIGS. 1 to 4).
  • At least one sensor device for acquiring medically relevant data and / or at least one therapy device for administering a therapeutic agent are arranged in the housing 2, which in each case has an ellipsoidal outer contour in the exemplary embodiments illustrated.
  • the sensor device and the therapy device are not shown for reasons of clarity in Figures 1 to 4.
  • a possible arrangement of sensor devices and therapy devices in the housing 2 of the endoscopy capsule 1 is described in DE 101 42 253 C1 and in the corresponding US 2003/0060702 Al.
  • the magnetic element 3 is formed in the illustrated embodiment of the endoscopy capsule 1 according to the invention as a rod-shaped permanent magnet and arranged with its magnetic axis 4 (magnetic axis between the two magnetic poles) perpendicular to the longitudinal axis 5 of the housing 2.
  • the center of gravity 6 and the geometric center 7 are both located in the longitudinal axis 5, they do not coincide. Rather, the center of gravity 6 of the endoscopy capsule 1 lies outside the geometric center 7 of the endoscopy capsule 1. This can be achieved, for example, by the heavy components of the endoscopy capsule 1, such as, for example, the permanent magnet 3 and an energy store (not shown in FIGS 1 to 4) are arranged in the housing 2 accordingly.
  • the endoscopy capsule 1 assumes a "vertical" position in a liquid 8 (drinking solution) supplied to the patient's stomach. an orientation determined by gravity (FIG. 1).
  • the housing 2 of the endoscopy capsule 1 has on its outer surface at least partially a nanotechnological surface treatment 9, for example a non-toxic nanoparticle coating and / or a nano-structuring.
  • an end-face region 10, namely the end region protruding from the liquid 8 has a nanoparticle coating 9.
  • the nanoparticle coating 9 is shown greatly enlarged for clarity. Due to the nanoparticle coating 9 of the frontal region 10 of the housing 2, the endoscopy capsule 1 according to FIG. 1 can be lowered particularly easily in the vertical direction to below the surface of the liquid 8 supplied to the stomach by means of an external 3D gradient field. The endoscopy capsule 1 according to FIG. 1 then assumes the position shown in FIG.
  • the housing 1 has, in its frontal area 10, an asymmetrical nanoparticle coating 9 with respect to its longitudinal axis 5.
  • the nanoparticle coating 9 is shown greatly enlarged for clarity.
  • the endoscopy capsule 1 is particularly easy in the stomach-supplied liquid 8 rotatable.
  • the endoscopy capsule 1 according to FIG. 3 then assumes the position shown in FIG.
  • Endoscopy capsule 1 significantly reduced (lotus flower effect).
  • the provided with the nanoparticle coating 9 parts of the outer surface of the housing 2 of the endoscopy capsule 1 thus have only an extremely low wettability.
  • the liquid slides down without any liquid residue on the nanoparticle-coated parts of the capsule surface, the liquid rolls off, so to speak.
  • the endoscopy capsule 1 according to the invention therefore, virtually no wetting occurs in the regions of the outer surface of the housing 2 provided with the nanoparticle coating 9.
  • a nano-structuring of the outer surface of the housing 2 of the endoscopy capsule 1 may also be provided. Both measures, namely nanoparticle coating and nano-structuring, can be realized within the scope of the invention.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Endoskopiekapsel (1) mit einem biokompatiblen Gehäuse (2), in dem ein Magnetelement (3) zur Navigation mittels eines von einem externen Magnetsystem erzeugbaren Magnetfeldes sowie wenigstens eine Sensoreinrichtung zur Erfassung medizinisch relevanter Daten und/oder wenigstens eine Therapievorrichtung zur Verabreichung eines Therapiemittels angeordnet sind, wobei das Gehäuse (2) an seiner Außenfläche zumindest teilweise eine nanotechnologische Oberflächenbehandlung (9) aufweist. Eine derartige Endoskopiekapsel (1) ermöglicht bei einer Gastroskopie ein Abtauchen mit einem geringeren Kraftaufwand. Vorzugsweise ist die zumindest teilweise nanotechnologische Oberflächenbehandlung (9) als nicht-toxische Nanopartikel-Beschichtung und/oder als Nano-Strukturierung ausgeführt.

Description

Beschreibung
Endoskopiekapsei
Die Erfindung betrifft eine Endoskopiekapsel mit einem biokompatiblen Gehäuse, in dem wenigstens ein Magnetelement zur Navigation mittels eines von einem externen Magnetsystem erzeugbaren Magnetfeldes sowie wenigstens eine Sensoreinrichtung zur Erfassung medizinisch relevanter Daten und/oder we- nigstens eine Therapievorrichtung zur Verabreichung eines Therapiemittels angeordnet sind.
Eine derartige Endoskopiekapsel, die auch als Kapselendoskop bezeichnet wird, ist beispielsweise aus der DE 101 42 253 Cl sowie aus der korrespondierenden US 2003/0060702 Al bekannt, und wird dort als "Endoroboter" bzw. "endo-robot" bezeichnet. Der aus der DE 101 42 253 Cl bekannte Endoroboter kann mittels eines Magnetfeldes, das von einem externen (d.h. außerhalb des Patienten angeordneten) Magnetsystem (Spulensystem) erzeugt wird, in einem Hohlorgan (z.B. Magen-Darm-Trakt) eines Patienten navigiert werden. Über ein integriertes System zur Lagekontrolle, das eine Positionsmessung des Endoroboters und eine automatische Regelung des Magnetfeldes bzw. der Spulenströme umfasst, können automatisch Änderungen der Lage des Endoroboters im Hohlorgan des Patienten erkannt und kompensiert werden. Weiterhin kann der Endoroboter gezielt in gewünschte Regionen des Hohlorgans navigiert werden. Diese Art der Kapselendoskopie wird deshalb auch als MGCE (Magnetically Guided Capsule Endoscopy - magnetisch geführte Kapselendosko- pie) bezeichnet.
Bei einer Gastroskopie (endoskopisch durchgeführte Untersuchung des menschlichen oder tierischen Magens) wird die Endoskopiekapsel dem Patienten oral verabreicht und gelangt über die Speiseröhre in den Magen. Während der Gastroskopie (flüssige Phase der MGCE) werden verschiedene Größen, Messwerte oder Proben im Inneren des Magens aufgenommen und einem Arzt oder Assistenten zur Auswertung zur Verfügung gestellt. Bei- spielsweise werden Inhaltsstoffe oder Konzentrationen des Mageninhalts gemessen, die chemische Zusammensetzung des Magensaftes bestimmt oder Bilddaten von der Magenschleimhaut gesammelt .
Zur Übertragung von Messdaten aus dem Inneren des Magens steht die Endoskopiekapsel beispielsweise über eine Funkverbindung mit einer in der Nähe des Patienten aufgestellten Ü- bertragungsstation in Verbindung. Zur gezielten Aufnahme von Mess- und/oder Bilddaten aus bestimmten Regionen des Magens ist die Endoskopiekapsel entsprechend magnetisch navigierbar. Im Gegensatz zur konventionellen Gastroskopie wird der Magen bei der Kapselendoskopie nicht mit einem Gas, sondern mit Hilfe einer zugeführten Flüssigkeit (Trinklösung, z.B. Was- ser) aufgeweitet, die wahlweise mit einer Magensonde in den
Magen des Patienten verbracht wird oder die dem Patienten zur selbstständigen Aufnahme verabreicht wird.
Obwohl die Endoskopiekapsel ein höheres spezifisches Gewicht als die zugeführte Flüssigkeit (Trinklösung) aufweist, sinkt die Endoskopiekapsel aufgrund der Oberflächenspannung der Flüssigkeit nicht, sondern schwimmt in der Flüssigkeit. Um die Endoskopiekapsel gegen die Oberflächenspannung der Flüssigkeit zum Absinken zu bringen, werden ca. 1,5 mN benötigt. Demgegenüber werden zum Navigieren der Endoskopiekapsel an der Oberfläche der Flüssigkeit oder im abgetauchten Zustand (Endoskopiekapsel ist vollständig von der Flüssigkeit umgeben) nur ca. 0,1 mN bis 0,2 mN benötigt. Das externe Magnetsystem, das das Magnetfeld für die Navigation der Endoskopie- kapsei erzeugt, und das Magnetelement, das innerhalb des Gehäuses der Endoskopiekapsel angeordnet ist, müssen somit für die vergleichsweise großen Kräfte für das Abtauchen der Endoskopiekapsel ausgelegt sein. Die Baugröße für das externe Magnetsystem und damit auch der Energieverbrauch sowie die Kosten werden hierdurch maßgeblich bestimmt.
Alternativ zu stärkeren Magneten, mit denen die benötigten stärkeren Magnetfelder und stärkeren Gradienten erzeugt wer- den können, ist es auch möglich, die Endoskopiekapsel durch das Ausführen komplizierter Bewegungen zum Abtauchen zu veranlassen. So kann die Endoskopiekapsel durch komplizierte Regelmechanismen in Resonanzschwingungen versetzt oder zum Kip- pen gebracht werden, wodurch die Endoskopiekapsel benetzt wird und anschließend abtaucht.
Unabhängig davon, auf welche Weise das Abtauchen der Endoskopiekapsel in der vom Patienten aufgenommenen Flüssigkeit rea- lisiert wird, ist eine manuelle Steuerung der Endoskopiekapsel durch einen Bediener schwierig, da eine geringe vertikale Kraft auf die Endoskopiekapsel nicht zum Abtauchen der Endoskopiekapsel führt. Ein Abtauchen kann erst erreicht werden, wenn eine vergleichsweise hohe Kraft auf die Endoskopiekapsel ausgeübt wird. Dabei wird die Kapsel sehr stark nach unten beschleunigt, was für eine Orientierung der Endoskopiekapsel ausgesprochen ungünstig ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Endo- skopiekapsel zu schaffen, die bei einer Gastroskopie ein Abtauchen mit einem geringeren Kraftaufwand ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Endoskopiekapsel gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der er- findungsgemäßen Endoskopiekapsel sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
Die Endoskopiekapsel nach Anspruch 1 umfasst ein biokompatibles Gehäuse, in dem wenigstens ein Magnetelement zur Naviga- tion mittels eines von einem externen Magnetsystem erzeugbaren Magnetfeldes sowie wenigstens eine Sensoreinrichtung zur Erfassung medizinisch relevanter Daten und/oder wenigstens eine Therapievorrichtung zur Verabreichung eines Therapiemittels angeordnet sind. Erfindungsgemäß weist das Gehäuse an seiner Außenfläche zumindest teilweise eine nanotechnologi- sche Oberflächenbehandlung auf. Unter dem Begriff "nanotechnologische Oberflächenbehandlung" ist eine Behandlung der Außenfläche (Oberfläche) des Gehäuses der Endoskopiekapsel mit Mitteln bzw. Maßnahmen der Nanotechnologie zu verstehen. Hierzu zählen beispielsweise die Be- Schichtung der Außenfläche des Gehäuses der Endoskopiekapsel mit Nanopartikeln und/oder das Aufbringen einer Nanostruktur auf bzw. das Einprägen einer Nanostruktur in die Außenfläche des Gehäuses der Endoskopiekapsel. Von der Erfindung sind auch weitere nanotechnologische Oberflächenbehandlungen um- fasst, die nicht explizit genannt sind, sich dem Fachmann jedoch ohne weiteres erschließen.
Durch die erfindungsgemäße nanotechnologische Oberflächenbehandlung der Außenfläche des Gehäuses wird die hydrophile O- berfläche (vollständige Benetzung der Oberfläche, Kontaktwinkel gegenüber Wasser nahe 0 ° ) der Endoskopiekapsel hydro- phobisiert. Bei einer entsprechend starken Hydrophobisierung der Oberfläche ziehen sich Flüssigkeitstropfen, welche die Oberfläche berühren zu fast kugelförmigen Tropfen zusammen und es treten Kontaktwinkel von über 160° (superhydrophobe Oberfläche) auf. Die mit einer nanotechnologischen Oberflächenbehandlung versehenen Teile der Außenfläche des Gehäuses der Endoskopiekapsel weisen somit nur eine extrem geringe Benetzbarkeit auf. Die Flüssigkeit gleitet ohne jegliche Flüs- sigkeitsrückstände an den mit einer nanotechnologischen Oberflächenbehandlung versehenen Teilen der Kapseloberfläche herunter, die Flüssigkeit perlt sozusagen ab. Bei der erfindungsgemäßen Endoskopiekapsel tritt bei den mit einer nanotechnologischen Oberflächenbehandlung versehenen Bereichen der Außenfläche des Gehäuses somit praktisch keine Benetzung auf .
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird aufgrund der superhydrophoben Oberfläche der Einfluss der Oberflächenspannung der dem Magen zugeführten Flüssigkeit auf die Endoskopiekapsel signifikant reduziert. Dies wird auch als Lotusblüteneffekt bezeichnet. Der Lotusblüteneffekt reduziert damit die Kraft, die erforderlich ist, um die Endoskopiekapsel nach Anspruch 1 zum Abtauchen in der dem Magen zugeführten Flüssigkeit (Trinklösung, z.B. Wasser) zu veranlassen, sie also "unter Wasser" zu ziehen.
Das externe Magnetsystem, das das Magnetfeld für die Navigation der Endoskopiekapsel erzeugt, und das Magnetelement, das innerhalb des Gehäuses der Endoskopiekapsel angeordnet ist, müssen bei der erfindungsgemäßen Lösung somit nicht mehr für die vergleichsweise großen Kräfte für das Abtauchen der Endo- skopiekapsel in einer Flüssigkeit ausgelegt sein. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Endoskopiekapsel müssen für das Abtauchen nur noch Kräfte von ca. 0,1 mN bis 0,2 mN aufgewandt werden. Damit können die Magnete des externen Magnetfeldes entsprechend kleiner dimensioniert sein und benötigen somit auch entsprechend weniger Energie. Darüber hinaus entfallen auch komplizierte Regelmechanismen für die Magnete des externen Magnetfeldes, um die Endoskopiekapsel in Resonanzschwingungen zu versetzen oder um die Endoskopiekapsel zum Kippen zu bringen.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Endoskopiekapsel ist die zumindest teilweise nanotechnologische Oberflächenbehandlung als nicht-toxische Nanopartikel-Beschich- tung ausgeführt, d.h. das Gehäuse der Endoskopiekapsel weist an seiner Außenfläche zumindest teilweise eine nicht-toxische Nanopartikel-Beschichtung auf.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Endoskopiekapsel ist die zumindest teilweise nanotechnologische Oberflächenbe- handlung als Nano-Strukturierung ausgeführt. Das Gehäuse der Endoskopiekapsel weist somit an seiner Außenfläche zumindest teilweise eine Nano-Strukturierung auf.
Auch eine Kombination einer nicht-toxischen Nanopartikel- Beschichtung der Außenfläche des Gehäuses der Endoskopiekapsel mit einer Nano-Strukturierung der Außenfläche kann im Rahmen der Erfindung für bestimmte Anwendungsfälle vorteilhaft sein. Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Endoskopie- kapsel wird die Nano-Strukturierung der Außenfläche des Gehäuses der Endoskopiekapsel (im Folgenden auch als Kapsel- Oberfläche bezeichnet) während des Herstellungsprozesses des Gehäuses eingeprägt. Dies kann z.B. durch gesputterte Oxidschichten auf vorzugsweise durchsichtigen Glas- oder KunststoffSubstraten erfolgen.
Ein weiteres bevorzugtes Verfahren zum Aufbringen einer Na- nostruktur ist das Aufbringen von Nanopartikeln auf die Oberfläche des Gehäuses. Die Nanopartikel dienen dann als Nano- maske für wenigstens einen nachfolgenden Ätzprozess. Entsprechende Nanostrukturen werden beispielsweise durch reaktives Ionenätzen auf die darunter liegende Außenfläche des Gehäuses übertragen. Nach der Übertragung des vorgegebenen Nanomusters auf die darunterliegende Außenfläche des Gehäuses (Nano- lithographie) werden die Nanopartikel wieder von der Oberfläche des Gehäuses entfernt. Da die Nanopartikel lediglich als Nanomaske während des Ätzprozesses dienen, müssen die Nanopartikel nicht notwendigerweise biokompatibel sein. Der eigentliche Ätzprozess verändert lediglich die mechanischen Eigenschaften der Kapseloberfläche, nicht jedoch ihre biologischen Eigenschaften. Ein ursprünglich biokompatibles Gehäuse ist also auch nach Abschluss des Ätzprozesses biokompatibel.
Das Gehäuse der Endoskopiekapsel kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beispielsweise ellipsoidförmig ausgebildet sein. Eine ebenfalls vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse zylinderförmig ausgebildet ist und in wenigstens einem seiner beiden stirnseitigen Bereiche eine halbsphärische Kappe aufweist.
Dadurch, dass das Gehäuse der Endoskopiekapsel im Rahmen der Erfindung eine vollständige nanotechnologische Oberflächenbehandlung oder eine teilweise nanotechnologische Oberflächenbehandlung aufweisen kann, ist es auf einfache Weise möglich, für das jeweils zur Verfügung stehende Magnetsystem eine optimierte Endoskopiekapsel zu schaffen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Endoskopiekapsel weist das Gehäuse eine zu seiner Längsachse asymmetrische na- notechnologische Oberflächenbehandlung auf. Alternativ oder zusätzlich weist das Gehäuse an wenigstens einem seiner beiden stirnseitigen Bereiche eine nanotechnologische Oberflächenbehandlung auf.
Bei der erfindungsgemäßen Endoskopiekapsel müssen ihr Schwerpunkt und ihr geometrischer Mittelpunkt nicht notwendigerweise zusammenfallen.
So liegt bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Endoskopiekapsel der Schwerpunkt der Endoskopiekapsel im geometrischen Mittelpunkt der Endoskopiekapsel. Ohne Beeinflussung durch das externe Magnetfeld ist die Orientierung der Endoskopiekapsel in der Magenflüssigkeit rein zu- fällig. Irgendwann hat die Sensoreinrichtung der Endoskopiekapsel alles erfasst (z.B. optisch) .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Endoskopiekapsel liegt der Schwerpunkt der Endo- skopiekapsel außerhalb des geometrischen Mittelpunktes der Endoskopiekapsel. In diesem Fall nimmt die Endoskopiekapsel in der dem Magen zugeführten Flüssigkeit eine "senkrechte" Lage ein, d.h. eine Ausrichtung, die durch die Schwerkraft bestimmt ist. Durch Anlegen eines homogenen Magnetfeldes wird auf die Endoskopiekapsel ein Drehmoment ausgeübt. In Verbindung mit einer zur Längsachse des Gehäuses asymmetrischen na- notechnologischen Oberflächenbehandlung ist die Endoskopiekapsel besonders leicht in der dem Magen zugeführten Flüssigkeit drehbar. Bei einer nanotechnologischen Oberflächenbe- handlung an einem der beiden stirnseitigen Bereiche des Gehäuses der Endoskopiekapsel ist diese durch ein externes 3D- Gradientenfeld besonders leicht in senkrechter Richtung bis unter die Oberfläche der dem Magen zugeführten Flüssigkeit absenkbar .
Bei einer ebenfalls vorteilhaften Ausführungsform der Endo- skopiekapsel ist die nanotechnologische Oberflächenbehandlung optisch transparent ausgeführt. Umfasst die Endoskopiekapsel eine optische Sensoreinrichtung, dann ist die Nanopartikel- Beschichtung zumindest im Bereich der optischen Sensoreinrichtung optisch transparent auszuführen.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden im Folgenden anhand von zwei schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch auf die erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt zu sein. Es zeigen:
FIG 1 und 2 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Endoskopiekapsel,
FIG 3 und 4 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Endoskopiekapsel.
Eine in den FIG 1 bis 4 dargestellte Endoskopiekapsel 1 umfasst jeweils ein biokompatibles Gehäuse 2, in dem ein Mag- netelement 3 zur Navigation mittels eines Magnetfeldes angeordnet ist. Das Magnetfeld ist beispielsweise als 3D- Gradientenfeld ausgebildet und wird von einem externen (in den FIG 1 bis 4 nicht gezeigten) Magnetsystem erzeugt. In dem Gehäuse 2, das in den dargestellten Ausführungsbeispielen je- weils eine elipsoid-förmige Außenkontur aufweist, sind weiterhin wenigstens eine Sensoreinrichtung zur Erfassung medizinisch relevanter Daten und/oder wenigstens eine Therapievorrichtung zur Verabreichung eines Therapiemittels angeordnet. Die Sensoreinrichtung sowie die Therapieeinrichtung sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in den FIG 1 bis 4 nicht dargestellt. Eine mögliche Anordnung von Sensoreinrichtungen und Therapieeinrichtungen im Gehäuse 2 der Endoskopiekapsel 1 ist in der DE 101 42 253 Cl sowie in der korrespondierenden US 2003/0060702 Al beschrieben.
Das Magnetelement 3 ist bei der gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Endoskopiekapsel 1 als stabförmiger Permanentmagnet ausgebildet und mit seiner Magnetachse 4 (magnetische Achse zwischen den beiden magnetischen Polen) senkrecht zur Längsachse 5 des Gehäuses 2 angeordnet.
Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Endoskopiekapsel 1 liegen der Schwerpunkt 6 und der geometrische Mittelpunkt 7 zwar beide in der Längsachse 5, fallen jedoch nicht zusammen. Vielmehr liegt der Schwerpunkt 6 der Endoskopiekapsel 1 außerhalb des geometrischen Mittelpunktes 7 der Endoskopiekapsel 1. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die schweren Bauteile der Endoskopiekapsel 1, wie z.B. der Permanentmagnet 3 und ein Energiespeicher (in den FIG 1 bis 4 nicht dargestellt) im Gehäuse 2 entsprechend angeordnet sind.
Dadurch, dass der Schwerpunkt 6 der Endoskopiekapsel 1 außerhalb des geometrischen Mittelpunktes 7 der Endoskopiekapsel 1 liegt, nimmt die Endoskopiekapsel 1 in einer dem Magen des Patienten zugeführten Flüssigkeit 8 (Trinklösung) eine "senk- rechte" Lage ein, d.h. eine Ausrichtung, die durch die Schwerkraft bestimmt ist (FIG 1) .
Erfindungsgemäß weist das Gehäuse 2 der Endoskopiekapsel 1 an seiner Außenfläche zumindest teilweise eine nanotechnologi- sehe Oberflächenbehandlung 9 auf, beispielsweise eine nichttoxische Nanopartikel-Beschichtung und/oder eine Nano- Strukturierung.
Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Lösung einer nanotech- nologischen Oberflächenbehandlung der Außenfläche des Gehäuses der Endoskopiekapsel am Beispiel einer zumindest teilweisen nicht-toxischen Nanopartikel-Beschichtung erläutert. Die Erläuterungen zur Nanopartikel-Beschichtung gelten gleicher- maßen auch für andere nanotechnologischen Oberflächenbehandlungen, wie z.B. für eine Nano-Strukturierung der Kapseloberfläche .
Bei der in den FIG 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der Endoskopiekapsel 1 weist ein stirnseitiger Bereich 10, und zwar der aus der Flüssigkeit 8 herausragende stirnseitige Bereich, eine Nanopartikel-Beschichtung 9 auf. Die Nanoparti- kel-Beschichtung 9 ist zur Verdeutlichung stark vergrößert dargestellt. Durch die Nanopartikel-Beschichtung 9 des stirnseitigen Bereichs 10 des Gehäuses 2 ist die Endoskopiekapsel 1 gemäß FIG 1 durch ein externes 3D-Gradientenfeld besonders leicht in senkrechter Richtung bis unter die Oberfläche der dem Magen zugeführten Flüssigkeit 8 absenkbar. Die Endosko- piekapsel 1 gemäß FIG 1 nimmt dann die in FIG 2 dargestellte Position ein.
Demgegenüber weist bei dem in den FIG 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der Endoskopiekapsel 1 das Gehäuse 1 in seinem stirnseitigen Bereich 10 eine zu seiner Längsachse 5 asymmetrische Nanopartikel-Beschichtung 9 auf. Wiederum ist die Nanopartikel-Beschichtung 9 zur Verdeutlichung stark vergrößert dargestellt. Durch Anlegen eines homogenen Magnetfeldes wird auf die Endoskopiekapsel 1 gemäß FIG 3 ein Drehmo- ment ausgeübt. In Verbindung mit einer zur Längsachse 5 des
Gehäuses 1 asymmetrischen Nanopartikel-Beschichtung 9 ist die Endoskopiekapsel 1 besonders leicht in der dem Magen zugeführten Flüssigkeit 8 drehbar. Die Endoskopiekapsel 1 gemäß FIG 3 nimmt dann die in FIG 4 dargestellte Position ein.
Bei den beiden Ausführungsformen der Endoskopiekapsel 1, die beide vorteilhafte Varianten der erfindungsgemäße Lösung benutzen, wird aufgrund der im Bereich der Nanopartikel- Beschichtung 9 superhydrophoben Oberfläche des Gehäuses 2 der Einfluss der Oberflächenspannung der Flüssigkeit 8 auf die
Endoskopiekapsel 1 signifikant reduziert (Lotusblüteneffekt) . Die mit der Nanopartikel-Beschichtung 9 versehenen Teile der Außenfläche des Gehäuses 2 der Endoskopiekapsel 1 weisen somit nur eine extrem geringe Benetzbarkeit auf. Die Flüssigkeit gleitet ohne jegliche Flüssigkeitsrückstände an den mit Nanopartikeln beschichteten Teilen der Kapseloberfläche herunter, die Flüssigkeit perlt sozusagen ab. Bei der erfindungsgemäßen Endoskopiekapsel 1 tritt bei den mit der Nanopartikel-Beschichtung 9 versehenen Bereichen der Außenfläche des Gehäuses 2 somit praktisch keine Benetzung auf.
Im Rahmen der Erfindung kann anstelle einer Nanopartikel- Beschichtung 9 der Außenfläche des Gehäuses 2 der Endoskopiekapsel 1 auch eine Nano-Strukturierung der Außenfläche des Gehäuses 2 der Endoskopiekapsel 1 vorgesehen sein. Auch beide Maßnahmen, nämlich Nanopartikel-Beschichtung und Nano- Strukturierung, sind im Rahmen der Erfindung realisierbar.

Claims

Patentansprüche
1. Endoskopiekapsel (1) mit einem biokompatiblen Gehäuse (2), in dem wenigstens ein Magnetelement (3) zur Navigation mit- tels eines von einem externen Magnetsystem erzeugbaren Magnetfeldes sowie wenigstens eine Sensoreinrichtung zur Erfassung medizinisch relevanter Daten und/oder wenigstens eine Therapievorrichtung zur Verabreichung eines Therapiemittels angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) an seiner Außenfläche zumindest teilweise eine nanotechnolo- gische Oberflächenbehandlung (9) aufweist.
2. Endoskopiekapsel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teilweise nanotechnologische Oberflä- chenbehandlung (9) als nicht-toxische Nanopartikel-Beschich- tung ausgeführt ist.
3. Endoskopiekapsel (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teilweise nanotechnologische Oberflächenbehandlung (9) als Nano-Strukturierung ausgeführt ist .
4. Endoskopiekapsel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) eine vollständige nanotechnologische Oberflächenbehandlung (9) aufweist
5. Endoskopiekapsel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) eine teilweise nanotechnologische Oberflächenbehandlung (9) aufweist.
6. Endoskopiekapsel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) eine zu seiner Längsachse (5) asymmetrische nanotechnologische Oberflächenbehandlung (9) aufweist.
7. Endoskopiekapsel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) wenigstens in ei- nem seiner beiden stirnseitigen Bereiche (10) eine nanotech- nologische Oberflächenbehandlung (9) aufweist.
8. Endoskopiekapsel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da- durch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) in beiden stirnseitigen Bereichen (10) eine nanotechnologische Oberflächenbehandlung (9) aufweist.
9. Endoskopiekapsel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- net, dass die nanotechnologische Oberflächenbehandlung (9) optisch transparent ausgeführt ist.
10. Endoskopiekapsel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung als optische Sensorein- richtung ausgebildet ist und die nanotechnologische Oberflächenbehandlung (9) zumindest im Bereich der optischen Sensoreinrichtung optisch transparent ausgeführt ist.
11. Endoskopiekapsel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Gehäuse (2) ellipsoidförmig ausgebildet ist .
12. Endoskopiekapsel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) zylinderförmig ausgebildet ist und in wenigstens einem seiner beiden stirnseitigen Bereiche (10) eine halbsphärische Kappe aufweist.
13. Endoskopiekapsel (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schwerpunkt (6) und einen geometrischen Mittel- punkt (7), wobei der Schwerpunkt (6) im geometrischen Mittelpunkt (7) liegt.
14. Endoskopiekapsel (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schwerpunkt (6) und einen geometrischen Mittel- punkt (7), wobei der Schwerpunkt (6) in einer Längsachse (5) des Gehäuses (2) und außerhalb des geometrischen Mittelpunktes (7) liegt.
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