Beschreibung

EndoskopieSystem

Die Erfindung betrifft ein Endoskopiesystem.

Bei der Durchführung von Verfahren in der konventionellen Endoskopie und in der Kapselendoskopie kann es sein, dass in einem Darmabschnitt aufgrund der Lage des Patienten Darm- schlingen derart liegen, dass Hindernisse entstehen, die vom Endoskop bzw. von der Endoskopiekapsel nicht oder nur sehr schwer überwindbar sind. Zu solchen Hindernissen zählen beispielsweise Knicke des Darms, sehr enge Kurven oder die Kom ^¬ pression von Darmanteilen durch darauf liegende Organe (z.B. andere Darmschlingen) .

Weiterhin kann sich bei einer Rückenlage des Patienten ein Darmabschnitt in vertikaler Richtung erstrecken. Diese Lage des Darmabschnittes stellt sowohl für ein konventionelles En- doskop als auch für eine Endoskopiekapsel eine „gravitations ^¬ bedingte Blockierung" dar, da neben dem Reibungswiderstand des Endoskops bzw. der Endoskopiekapsel im Darm auch noch die Gewichtskraft des Endoskops bzw. der Endoskopiekapsel über ^¬ wunden werden muss.

Die vorgenannten Probleme treten in besonderem Maße bei der Endoskopie mit magnetisch navigierbaren Endoskopiekapseln (Endoroboter) auf, bei denen nur geringe Kräfte über ein extern erzeugtes Magnetfeld auf die Endoskopiekapsel ausgeübt werden.

Aus der DE 4313843 Al ist eine Vorrichtung zur endoskopischen Begutachtung des Körpers bekannt, welche aus einer Spulenein ^¬ richtung zur Erzeugung zweier winklig aufeinander stehenden homogenen Magnetfeldern besteht und einer endoskopischen magnetischen Kapsel, auf die eine Kraft aufgrund der äußeren Magnetfelder ausgeübt wird. Um eine Fortbewegung der endoskopischen Sonde im Körper wegen der homogenen Magnetfelder zu

ermöglichen, bedarf es einer Relativbewegung von Körper und Sonde. Die Bewegung des Körpers wird über eine Patientenliege erreicht, die in der Höhe, in Längs- und Querrichtung ver ^¬ schiebbar sowie um ihrer Längsachse drehbar verstellbar ist. Zusätzlich kann das Magnetsystem selbst und also relativ zum Körper bewegt werden. Die hier beschriebenen Maßnahmen zielen darauf ab, um überhaupt einen Krafteintrag auf die endoskopi ^¬ sche Sonde zu erhalten und somit eine lineare Fortbewegungs ^¬ möglichkeit zu schaffen.

In der US 2004/0181127 Al ist ein Endoskopiesystem beschrieben, bei dem eine magnetische Endoskopiekapsel in einem Hohl ^¬ organ eines Patienten navigierbar ist. Hierzu wird von einem externen Magnetsystem nur an einem zum Magnetsystem festen Punkt ein Magnetfeld generiert. Die Bewegung des Endoroboters erfolgt ausschließlich durch Verschieben und Kippen der Patientenliege. Damit ist die Navigation des Endoroboters nicht immer mit der gewünschten bzw. benötigten Genauigkeit möglich.

Durch die DE 101 42 253 Cl ist ein Endoroboter (magnetisch navigierbare Endoskopiekapsel) bekannt, mit dem minimalinva- sive Diagnosen und Eingriffe im Körperinneren eines Patienten durchführbar sind. Der Endoroboter weist einen Trägerkopf auf, in dem Messinstrumente und/oder Probeentnahme- und/oder Behandlungsinstrumente integriert sind. Der Endoroboter weist weiterhin einen Linearmagneten auf, der kolinear zur Längsachse des Endoroboters angeordnet ist. Der Endoroboter ist über ein den Untersuchungsbereich des Patienten aufnehmendes Magnetsystem, welches ein 3D-Gradientenfeld erzeugt, fernge ^¬ steuert navigierbar.

In der DE 103 17 368 B4 ist ein drahtloses Endoskopiegerät in Form einer verschluckbaren Kapsel offenbart, die ebenfalls einen Permanentmagneten aufweist, der entlang einer festgelegten Längsachse installiert ist. Durch ein äußeres angeleg ^¬ tes Magnetfeld ist das Endoskopiegerät von außen ausrichtbar. Die Fortbewegung der Kapsel durch den Verdauungstrakt erfolgt

durch die peristaltischen Bewegungen der Magen-Darm-Muskulatur. Ein in einem Farbstoffbehälter aufbewahrter Farbstoff kann über eine mit dem Farbstoffbehälter verbundene Austrittsöffnung im Gewebe des Verdauungstraktes implementiert werden.

Aus der DE 100 03 726 Al ist eine Vorrichtung zur Untersu ^¬ chung eines Kontrastmittelverlaufs im Körper eines Patienten aufgrund der Gravitation bekannt. Die Vorrichtung umfasst ei- nen MR-Scanner mit einem Patientenlagerungssystem, das eine Schrägpositionierung des Patienten ermöglicht.

Insoweit geht der Stand der Technik davon aus, dass eine ggf. magnetfeldunterstützte Fortbewegung einer Endoskopkapsel im Körper ohne weiteres möglich ist. Problemstellungen der eingangs genannten Art, nämlich auf Hindernisse, Kurven, zufäl ^¬ lig Organlagen zu reagieren wird nicht aufgegriffen. Zu Fragen, wie diese Probleme ggf. automatisiert zu lösen wären, werden keine Anhaltspunkte geliefert.

Es ist demnach Aufgabe der vorliegenden Erfindung , ein Endo- skopiesystem zu schaffen, das eine verbesserte und ggf. auto ^¬ matisierte Fortbewegung einer Endoskopkapsel, insbesondere in problematischen Zonen ermöglichet und somit eine verbesserte Genauigkeit bei der Navigation des Endoroboters aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Endoskopiesystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.

Das Endoskopiesystem gemäß Anspruch 1 umfasst ein externes Magnetsystem und wenigstens einen Endoroboter sowie ein Patientenlagerungssystem, wobei wenigstens ein Endoroboter durch ein von dem externen Magnetsystem erzeugtes zeitlich variab- les und örtlich inhomogenes Magnetfeld in einem menschlichen oder tierischen Hohlorgan navigierbar ist und das Patientenlagerungssystem eine Patientenliege aufweist, die um ihre

Längsachse drehbar und/oder in ihrer Längsachse neigbar und/oder in wenigstens einer Raumrichtung verschiebbar ist.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter dem Begriff „Endoroboter" eine magnetische Endoskopiekapsel zu verstehen, die auch als magnetisches Kapselendoskop bezeichnet wird.

Dadurch, dass vom externen Magnetsystem nicht nur an einem zum Magnetsystem festen Punkt ein Magnetfeld generiert wird, sondern dass vom externen Magnetsystem in einem Arbeitsvolumen ein zeitlich variables und örtlich inhomogenes Magnetfeld erzeugt wird, so dass am Endoroboter eine gewünschte Kraft und/oder ein gewünschtes Drehmoment wirkt, ist ein Endorobo ^¬ ter in einem menschlichen oder tierischen Hohlorgan wesent- lieh genauer ferngesteuert navigierbar.

Das Arbeitsvolumen weist z.B. einen Durchmesser von 35 cm und eine Länge von 20 cm auf. Um den Endoroboter vom Magen bis zum Darmausgang navigieren zu können, muss die Patientenliege entlang ihrer Längsachse verschiebbar sein.

Ferner soll das Endoskopiesystem gemäß Anspruch 1 Mittel zur Erkennung von Hindernissen für die Bewegung des Endoroboters aufweisen, aus denen Steuergrößen für die Lageveränderung des Patientenlagerungssystems ableitbar sind, um beispielsweise die Gravitationskraft, die sowohl auf Organe oder Gewebeteile als auch auf die Endokapsel selbst wirkt so einzusetzen, dass diese zur Beseitigung von Behinderungen für die Endokapsel oder zur Unterstützung der Bewegung resp. der Bewegungsrich- tungsänderung der Endokapsel beiträgt. Durch die Drehung der Patientenliege in eine Seitenlage wird der Patient beispiels ^¬ weise von seiner Rückenlage in eine Seitenlage gebracht. Da ^¬ mit wird aus einer Vertikalbewegung des Endoroboters eine Ho ^¬ rizontalbewegung. Wenn die vertikale Bewegungsrichtung eine Bewegung der Endokapsel von unten nach oben beinhaltet, dann ist eine Horizontalbewegung nunmehr vergleichsweise besser möglich. Eine notwendige Horizontalbewegung kann durch Dre-

hung der Patientenliege in eine Vertikalbewegung von oben nach unten erleichtert werden.

Durch die Drehung oder Neigungsverstellung der Patientenliege können beispielsweise auch Einschnürungen/Verengungen im Hohlorgan aufgrund andere Gewebeteile oder Organe beseitigt werden oder zumindest minimiert werden. Auch können ggf. ungünstige Lagen des Hohlorgans selbst (z.B. Knicke) abgemil ^¬ dert werden. In allen vorbeschriebenen Fällen wird das externe Magnetsystem dadurch „entlastet". Die zu erzeugenden Magnetfelder können ggf. reduziert werden oder reichen in bestimmter Stärke nunmehr aus eine Bewegung der Endokapsel zu realisieren .

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Endoskopiesystems ist das Magnetsystem um seine Längsachse drehbar und/oder in seiner Längsachse neigbar und/oder in wenigstens einer Raumrichtung verschiebbar. Die Patientenliege des Patientenlagerungssystems und das externe Magnetsystem sind damit wahlweise entweder allein, d.h. relativ zum exter- nen Magnetsystem, oder gemeinsam mit diesem Magnetsystem verschiebbar. Im letzteren Fall ist auch ein Kippen von Patientenliege und Magnetsystem um eine Achse quer zu ihrer Längs ^¬ achse denkbar. Auf diese Weise können ebenfalls Positionen des Magnetsystem in Bezug auf die geplante Bewegungsrichtung und/oder der aktuellen Lage der Endokapsel (Lage des Magneten in der Kapsel) gefunden werden, die eine maximale Krafteinleitung auf die Endokapsel bei gleichzeitiger Minimierung des zu erzeugenden Magnetfeldes sicherstellen.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist der Endoroboter als Mittel zur Erkennung von Hindernissen eine Sensoreinrichtung auf, welche wenigstens eine Gegenkraft er- fasst, die im Hohlorgan auf ihn wirkt. Eine solche Sensorein ^¬ richtung könnte beispielsweise auf einen oder vorteilhaft mehreren, peripheren Drucksensoren basieren. Die von diesen Sensoren übermittelten Daten geben - ggf. durch weitere zwischengeschaltete softwaregestützte Auswertungen dem, die en ^¬ doskopische Untersuchung, durchführenden Arzt Hinweise bzw.

Vorgaben, wie eine manuelle Verstellung der Patientenliege und/oder des Magnetsystem vorteilhaft erfolgen sollte.

In weiterer bevorzugter Fortbildung der Erfindung sind als Mittel zur Erkennung von Hindernissen bildgebende Verfahren eingesetzt. über solche bildgebenden Verfahren können ebenso Rückschlüsse auf Hindernisse jedweder Art gezogen werden und dem Arzt quasi semiautomatisch Hinweise oder Vorgaben auf Verstellung von Patientenliege und/oder Magnetsystem gegeben werden.

In besonders bevorzugter Ausführungsform sind die Patientenliege und/oder das Magnetsystem durch die Steuergrößen automatisch derart bewegbar, dass eine optimale d.h. eine mög- liehst hindernisfreie Bewegung des Endoroboters durch den Lu ^¬ men erfolgt und somit die Leistungsaufnahme des Magnetspulen ^¬ systems minimiert wird und/oder einen vorgebbaren Maximalwert nicht überschreitet. Auf diese Weise kann sich der behan ^¬ delnde Arzt auf den Eingriff selbst konzentrieren, da automa- tisiert für eine optimale Unterstützung der Bewegung des Endoroboters gesorgt wird.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Endoskopiesystem eine Patientenliege auf, die zumindest teil- weise aus einem weitgehend nicht ferromagnetischen Material besteht. Damit ist sichergestellt, dass das vom externen Mag ^¬ netsystem erzeugte zeitlich variable und örtlich inhomogene Magnetfeld nicht verfälscht wird.

In vorteilhafter Weise besteht die Patientenliege zumindest teilweise aus einem Material mit einer geringen elektrischen Leitfähigkeit. Damit wird zuverlässig vermieden, dass insbe ^¬ sondere bei schnellen änderungen des Magnetfeldes Wirbel ^¬ ströme induziert werden.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden im Folgenden anhand eines schematisch dargestellten Aus-

führungsbeispiels in der Zeichnung näher erläutert. Es zei ^¬ gen :

Figur 1 ein externes Magnetsystem zur Erzeugung eines Magnetfeldes,

Figur 2 eine Seitenansicht einer Patientenliege einer Ausführungsform eines Endoskopiesystems,

Figur 3 einen Querschnitt durch eine Patientenliege einer Ausführungsform eines Endoskopiesystems.

In Figur 1 ist mit 1 ein bekanntes und deshalb nicht näher ausgeführtes Magnetspulensystem bezeichnet, das Bestandteil eines externen Magnetsystems ist.

Das Magnetspulensystem 1 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine in etwa würfelförmige Außenkontur auf. Die ent ^¬ sprechenden 6 Würfelflächen sind mit F2a, F2b, F3a, F3b, F4a und F4b bezeichnet. Per Definition ist dem Magnetspulensystem 1 ein rechtwinkliges, (x, y, z) -Koordinatensystem zugeordnet, dessen Ursprung im Mittelpunkt des Magnetsystems liegt. Die orthogonal zur z-Richtung liegenden Flächen F3a und F3b werden dabei als stirnseitige Flächen angesehen, wohingegen die zur x-Achse und zur y-Achse orthogonalen Flächenpaare F2a,

F2b bzw. F4a, F4b als seitliche Flächenpaare betrachtet wer ^¬ den. Die Flächenpaare umschließen einen dreidimensional aus ^¬ geprägten Innen- oder Arbeitsraum A. Der Arbeitsraum A ist von Einzelspulen des Magnetspulensystems 1 umgeben.

Im Arbeitsraum A liegt ein zu untersuchender Patient 2 auf einer Patientenliege eines Patientenlagerungssystems. Das Pa ^¬ tientenlagerungssystem mit der Patientenliege ist aus Gründen der übersichtlichkeit in Figur 1 nicht dargestellt. Im Hohl- organ des Patienten befindet sich ein kapseiförmiger Endoro- boter 3.

Innerhalb des Arbeitsraumes A befindet sich symmetrisch um den Mittelpunkt des Magnetspulensystems 1 das (rechteck- oder kreis-) zylindrische Arbeitsvolumen (nicht dargestellt), in ^¬ nerhalb dessen auf den Endoroboter 3 magnetische Kräfte und/oder Drehmomente ausgeübt werden können. Die Längsachse des zylindrischen Arbeitsvolumens koinzidiert mit der z- Achse .

Das Arbeitsvolumen weist z.B. einen Durchmesser von 35 cm und eine Länge von 20 cm auf. Um den Endoroboter vom Magen bis zum Darmausgang navigieren zu können, muss die Patientenliege entlang ihrer Längsachse verschiebbar sein.

Für eine Navigation des Endoroboters 3 umfasst das Magnetspu- lensystem 1 an sich bekannte Mittel zur Detektion der Ist-Position des Endoroboters 3 im Arbeitsraum A. Solche Mittel sind z.B. die drei Positionsmesser 4 _X , 4 _Y und 4 _Z , mit denen die Lage des Endoroboters 3 in der jeweiligen Koordinatenrichtung ermittelt wird. Die entsprechenden Messwerte werden einer in Figur 1 nicht dargestellten Regelungseinrichtung zugeführt .

In Figur 2 ist eine Ausführungsform einer Patientenliege 5 dargestellt, die in ihrer Längsachse neigbar ist. Die mögli- che Neigung, durch welche die relative Höhenlage von Kopf und Fuß des Patienten 2 gegenüber der gezeigten Horizontallage veränderbar ist, ist durch einen Doppelpfeil 6 gekennzeichnet .

Die Neigung ist bei dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel durch Abstützkeile 7 realisiert. Im Rahmen der Erfin ^¬ dung erschließen sich dem Durchschnittsfachmann jedoch auch andere Möglichkeiten, eine Neigung in der Längsachse der Patientenliege 5 zu erzielen.

Bei der in Figur 3 gezeigten Ausgestaltung umfasst eine Patientenliege eine erste Lagerschale 8, die über ein Luftpolster schwimmend in einer zweiten Lagerschale 9 gelagert ist. Die

Lagerschale 8, die die eigentliche Patientenliege bildet, ist damit um ihre Längsachse drehbar und somit entsprechend neig ^¬ bar .

Das Luftpolster zwischen der ersten Lagerschale 8 und der zweiten Lagerschale 9 wird im dargestellten Ausführungsbei ^¬ spiel dadurch erzeugt, dass Luft (Pfeil 10) über einen Luft ^¬ zuführstutzen 11 in eine Kammer 12 unterhalb der zweiten Lagerschale 9 eingebracht wird. Die Luft aus der Kammer 12 ge- langt über mehrere Luftdurchtrittsöffnungen 13 in der zweiten Lagerschale 9 zwischen die beiden Lagerschalen 8 und 9. Damit kann die dem Patienten 2 tragende Lagerschale 8 nahezu rei ^¬ bungsfrei um ihre Längsachse gedreht und damit verschwenkt werden .

Die bei der Patientenliege 5 und der Patientenliege 8 reali ^¬ sierten Maßnahmen können auch miteinander kombiniert werden.

Um eine Lageänderung des Patienten 2 zu vermeiden, ist we- nigstens eine Patientenhaltevorrichtung vorgesehen, die allerdings aus Gründen der übersichtlichkeit in den Figuren 2 und 3 nicht gezeigt ist.