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Vorrichtung zur Durchführung einer minimalinvasiven Diagnose oder Intervention im Körperinneren eines Patienten mit einem Kapselendoskop sowie Verfahren zur Ermittlung der Istposition eines Kapselendoskops im Körperinneren eines Patienten Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Durchführung einer minimalinvasiven Diagnose oder Intervention im Körperinneren eines Patienten mit einem Kapselendoskop sowie auf ein Verfahren zur Ermittlung der Istposition eines Kapselendoskops im Körperinneren eines Patienten.
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Eine derartige Vorrichtung mit einem Kapselendoskop ist aus der auf die hiesige Anmelderin zurückgehenden
DE 101 42 253 C1 bekannt. Das Kapselendoskop weist ein ellipsoidförmiges Gehäuse auf. Es ist in den Körper des Patienten einführbar. Das Kapselendoskop nimmt zumindest ein medizinisches Instrument auf.
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Dieses medizinische Instrument kann als Diagnoseinstrument zur Ermittlung von Messdaten ausgebildet sein. Das Diagnoseinstrument ist insbesondere als bildgebendes System ausgebildet. Dabei handelt es sich insbesondere um eine im Gehäuse des Kapselendoskops aufgenommene miniaturisierte Videokamera. Mit dieser Videokamera lassen sich Diagnosebilder von einer Körperregion im Körperinneren des Patienten aufnehmen.
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Das medizinische Instrument kann auch zur Durchführung einer medizinischen Intervention ausgebildet sein. Bei dieser Intervention handelt es sich beispielsweise um das Entnehmen einer Gewebeprobe aus einer Körperregion. Es kann sich aber auch um das Freisetzen einer Arznei im Körperinneren des Patienten oder dergleichen handeln. Eine derartige medizinische Intervention lässt sich ebenfalls mit einer nur geringen Belastung für den Organismus des Patienten durchführen.
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Das Kapselendoskop kann auch zur Aufnahme mehrerer derartiger medizinischer Instrumente ausgebildet sein.
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Für die Durchführung einer gezielten medizinischen Diagnose oder Intervention ist die Istposition des Kapselendoskops während der Diagnose oder Intervention von Bedeutung. Unter der Istposition ist hierbei immer die räumliche Lage des Kapselendoskops und seine Orientierung im Raum zu verstehen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Istposition des Kapselendoskops im Körperinneren während der Durchführung einer minimalinvasiven Diagnose oder Intervention mit hinreichender Genauigkeit zu ermitteln.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1.
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Hierzu ist außerhalb des Körpers zumindest eine Sendeantenne zum Aussenden einer elektromagnetischen Strahlung angeordnet. Für die Verstärkung der von der zumindest einen Sendeantenne ausgesandten elektromagnetischen Strahlung kann ein Leistungsverstärker, wie er beispielsweise aus der Audiotechnik bekannt ist, eingesetzt werden. Im oder am Kapselendoskop ist zumindest eine Empfangsantenne zum Empfang der elektromagnetischen Strahlung vorgesehen. Dazu ist die zumindest eine Empfangsantenne im Gehäuseinneren des Kapselendoskops aufgenommen oder aber am Gehäuse befestigt. Mittels einer Auswerteeinheit wird die Istposition des Kapselendoskops im Körperinneren über das durch die Wechselwirkung der Sendeantenne mit der Empfangsantenne induzierte Antennensignal oder die induzierten Antennensignale ermittelt. Zur Ermittlung werden insbesondere die in der Sendeantenne und/oder in der Empfangsantenne erzeugten Signalamplituden als Antennensignale ausgewertet. Ein Amplitudensignal ist dabei insbesondere proportional zur von der jeweiligen Antenne empfangenen elektrischen Feldstärke. Auf diese Weise kann die Istposition des Kapselendoskops während der medizinischen Untersuchung oder Intervention jederzeit bestimmt werden. Somit können Messdaten, insbesondere Diagnosebilder, der Istposition des Kapselendoskops während ihrer Erfassung zugeordnet werden. Bei einer medizinischen Intervention lässt sich sicherstellen, dass sie am gewünschten Ort stattfindet. Weiterhin lässt sich die Istposition des Kapselendoskops auf einem Anzeigeelement, insbesondere einem Computermonitor, während der Durchführung der minimalinvasiven Diagnose oder Intervention anzeigen. Somit ist für einen untersuchenden Arzt nach-vollziehbar, an welcher Position im Körperinneren sich das Kapselendoskop befindet.
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Das Kapselendoskop weist eine Kommunikationseinheit zur Kommunikation mit einer außerhalb des Körpers gelagerten Steuer- oder Regeleinheit auf. Mittels der Kommunikationseinheit lassen sich Messwerte, insbesondere Diagnosebilder, vom Kapselendoskop zur Steuereinheit übertragen. Die Diagnosebilder werden von der Steuereinheit aufbereitet. Sie können direkt an einem der Steuereinheit zugeordneten Anzeigeelement, insbesondere an einem Monitor, angezeigt werden. Sie können aber auch für eine spätere Befundung auf einem der Steuereinheit zugeordneten Datenspeicher gespeichert werden. Weiterhin können von der Steuereinheit ausgesandte Steuersignale von der Kommunikationseinheit empfangen werden. Mittels der Steuersignale ist so gleichsam eine Fernsteuerung des zumindest einen medizinischen Instruments möglich. So lassen sich gezielt Aktionen des medizinischen Instruments auslösen, wenn eine gewünschte Position des Kapselendoskops erreicht ist. Beispielsweise lassen sich bei einem als Videokamera ausgebildeten Diagnoseinstrument ferngesteuert Kameraeinstellungen ändern. Dabei handelt es sich beispielsweise um den Kamerafokus der Videokamera oder um die Beleuchtungsstärke einer der Videokamera zugeordneten Beleuchtungseinheit.
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Mit dem Kapselendoskop gemessene Messdaten werden von der Auswerteeinheit mit der jeweiligen Istposition des Kapselendoskops verknüpft. Somit können auch lange nach der eigentlichen Untersuchung bei der Untersuchung gemessene Messdaten, insbesondere Diagnosebilder, noch eindeutig ihrem Aufnahmeort im Körperinneren zugeordnet werden. Die Diagnosebilder lassen sich auch nach der Untersuchung nach Art einer Bildfolge oder eines Films immer wieder begutachten.
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Die Auswerteeinheit ist dem Kapselendoskop zugeordnet. Die in den Empfangsantennen erzeugten Antennensignale werden am Ort des Kapselendoskops ausgewertet. Weiterhin ist die Kommunikationseinheit eingerichtet, die von der Auswerteeinheit ermittelte Istposition zur Steuereinheit zu übermitteln.
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Werden vom Kapselendoskop Messdaten, insbesondere Diagnosebilder, gemessen, so lassen sich diese Messdaten bereits am Ort des Kapselendoskops mit seiner Istposition versehen. Somit ist eine weitere Aufbereitung der Daten in der Steuereinheit nicht mehr notwendig. Die Messdaten sind vielmehr unverwechselbar mit der Istposition des Kapselendoskops als Ortsstempel versehen.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung weist die elektromagnetische Strahlung eine Frequenz von etwa 30 kHz auf. Eine Strahlung in der Größenordnung von 30 kHz wird durch unterschiedliche Gewebearten in etwa gleich stark abgeschwächt und verzögert. Auf diese Weise kommt es abhängig von der Position des Kapselendoskops im Körperinneren bei den Antennensignalen am Ort der Sendeantenne oder der Empfangsantenne zu keinen oder nur zu geringfügigen gewebeabhängigen Laufzeitunterschieden. Die Istposition des Kapselendoskops kann so mit einem geringen Fehler ermittelt werden.
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Bei einem entsprechend ausgebildeten medizinischen Instrument lässt sich die Entnahme einer Gewebeprobe ferngesteuert durchführen. Ist das medizinische Instrument zum Freisetzen einer Arznei im Körperinneren ausgebildet, so lässt sich entsprechend diese Arznei ferngesteuert freisetzen.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist zur Kommunikation zwischen der Kommunikationseinheit und der Steuereinheit eine Trägerfrequenz von etwa 400 MHz vorgesehen. Mit einer derartigen Trägerfrequenz lassen sich hohe Bandbreiten bei einer kleinen Leistungsaufnahme übertragen. Somit können große Datenmengen, wie sie bei Diagnosebildern einer Videokamera anfallen, rasch übertragen werden. Die Übertragung kann dabei so rasch geschehen, dass ein bewegtes Echtzeitbild vom Ort des Kapselendoskops übermittelbar ist. Die unterschiedliche Abschwächung und Verzögerung der Trägerfrequenz in unterschiedlichen Gewebearten ist für die Übertragung von Daten nicht von Bedeutung. Die niedrige Leistungsaufnahme gewährleistet außerdem, dass sich das Kapselendoskop nicht überhitzt. Verbrennungen im Körperinneren des Patienten sind somit ausgeschlossen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die zumindest eine Sendeantenne eingerichtet, ein inhomogenes elektromagnetisches Feld zu erzeugen. Unter dem Begriff „inhomogen” ist hier sowohl eine räumliche, als auch eine zeitliche Veränderung des elektromagnetischen Feldes zu verstehen. Das elektromagnetische Feld entsteht aus der Gesamtheit der von der zumindest einen Sendeantenne ausgesandten elektromagnetischen Strahlung. Auf diese Weise werden abhängig vom Ort des Kapselendoskops in der zumindest einen Empfangsantenne Antennensignale erzeugt. Anhand dieses zumindest einen Antennensignals ist die Istposition des Kapselendoskops bestimmbar.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine Mehrzahl an Sendeantennen mit zueinander linear unabhängigen Orientierungsvektoren vorgesehen. Im einfachsten Fall sind dabei die Orientierungsvektoren zueinander orthogonal. Auf diese Weise lässt sich so das elektromagnetische Feld in einem weiten Rahmen vorgeben. So lässt sich auf einfache Weise ein inhomogenes elektromagnetisches Feld erzeugen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Sendeantennen eingerichtet, im Wechsel die elektromagnetische Strahlung auszusenden. Mit anderen Worten liegt ein Zeitmultiplex hinsichtlich des Betriebs der Sendeantennen vor. Durch diesen Wechselbetrieb ergibt sich selbst bei gleicher Entfernung sämtlicher Sendeantennen zum Kapselendoskop und gleicher Sendeleistung der elektromagnetischen Strahlung ein inhomogenes elektromagnetisches Feld. Im einfachsten Fall werden hierzu die einzelnen Stromversorgungen der Sendeantennen zeitlich derart getaktet betrieben, dass die einzelnen Sendeantennen jeweils eingeschaltet oder aber ausgeschaltet sind.
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Vorteilhaft ist die Taktung insbesondere so vorgegeben, dass jeweils eine Sendeantenne eingeschaltet und sämtliche weiteren Sendeantennen ausgeschaltet sind. Am Ort der zumindest einen Empfangsantenne werden somit zeitlich nacheinander Antennensignale erzeugt, die mit dem von einer bestimmten Sendeantenne generierten elektromagnetischen Feld korrelieren.
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Bei einem bekannten elektromagnetischen Feld der Sendeantennen lässt sich somit anhand der unterschiedlichen Antennensignale die Istposition des Kapselendoskops errechnen.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist im oder am Kapselendoskop eine Mehrzahl von Empfangsantennen mit zueinander linear unabhängigen Orientierungsvektoren angeordnet. Insbesondere bei Einsatz von drei Empfangsantennen lässt sich das gesamte inhomogene elektromagnetische Feld in allen drei Raumrichtungen von den Empfangsantennen erfassen.
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Vorteilhaft lässt sich insbesondere durch drei Sendeantennen mit linear unabhängigen Orientierungsvektoren ein dreidimensionales inhomogenes Magnetfeld erzeugen. Dieses inhomogene Magnetfeld wechselwirkt vorteilhaft in allen drei Raumrichtungen am Ort des Kapselendoskops mit drei Empfangsantennen mit linear unabhängigen Orientierungsvektoren.
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In einer vorteilhaften Variante ist die zumindest eine Empfangsantenne abwechselnd be- und entlastbar zur Erzeugung von variierenden Antennensignalen in der zumindest einen Sendeantenne. Die Auswerteeinheit ist der zumindest einen Sendeantenne zugeordnet und ermittelt aus den variierenden Antennensignalen der Sendeantenne die Istposition des Kapselendoskops.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung weist das Kapselendoskop einen Energiespeicher zur Speicherung der mit der elektromagnetischen Strahlung übermittelten elektrischen Energie auf. Die zur Ortung des Kapselendoskops ausgesandte elektromagnetische Strahlung versorgt somit zugleich das Kapselendoskop mit elektrischer Energie. Der Energiespeicher ist insbesondere als Akku oder als Kondensator ausgeführt. Das Aufladen des Energiespeichers vor Einsatz des Kapselendoskops kann somit unterbleiben. Der Wartungsaufwand für ein derartiges Kapselendoskop verringert sich entsprechend. Nach Gebrauch muss das Kapselendoskop lediglich gründlich gereinigt bzw. sterilisiert werden. Ein Öffnen zum Austauschen des Energiespeichers, beispielsweise einer Batterie, kann somit unterbleiben. Wird der Ladevorgang des Energiespeichers nicht gleichmäßig, sondern intermittierend durchgeführt, so wird die zumindest eine Empfangsantenne abwechselnd be- und entlastet.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist die zumindest eine Sendeantenne an einer Wand eines die Vorrichtung aufnehmenden Therapieraumes angeordnet. Hierzu ist die Sendeantenne beispielsweise mittels einer Halterung an der Wand befestigt. Insbesondere eine als Stabantenne ausgeführte Sendeantenne lässt sich so im Therapieraum Platz sparend unterbringen. Die ortsfeste Unterbringung an der Wand schließt ein versehentliches Anstoßen an einer der Sendeantennen, beispielsweise durch Bedienungspersonal, weitgehend aus. Auf diese Weise ist die von den Sendeantennen ausgesandte elektromagnetische Strahlung durch derartige Störungen nicht beeinträchtigt. Es wird somit bei der Auswertung der Antennensignale am Ort der Sendeantennen oder der Empfangsantennen eine hohe Genauigkeit erreicht. So lässt sich eine hohe Genauigkeit bei der Bestimmung der Istposition des Kapselendoskops erreichen. Insbesondere durch eine Wandmontage lässt sich die Sendeantenne mit einer Richtwirkung versehen. Diese Richtwirkung führt zu einer verstärkten Wechselwirkung mit der zumindest einen Empfangsantenne und somit zu höheren Antennensignalen für die Auswertung.
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Wird das Kapselendoskop über seine zumindest eine Empfangsantenne mit elektrischer Energie versorgt, so ist aufgrund der höheren Antennensignale auch die Versorgung des Kapselendoskops mit elektrischer Energie verbessert.
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Vorteilhaft ist die zumindest eine Sendeantenne als Wendelantenne ausgebildet. Auch die zumindest eine Empfangsantenne ist zweckmäßig als Wendelantenne ausgebildet. Im Vergleich zu einer Stabantenne lassen sich mit einer gleich langen Wendelantenne höhere Signalamplituden bei identischem elektromagnetischem Feld empfangen und eine höhere Sendeleistung erreichen. Eine Wendelantenne ist somit im Vergleich zu einer Stabantenne bei vergleichbarer Sende- bzw. Empfangsleistung bedeutend kompakter, d. h. mit kleineren Abmessungen, ausführbar.
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In besonders zweckmäßigen Varianten umfasst die Wendelantenne zwei oder vier schraubenförmig gewundene Leiter, die nach Art eines Dipols oder nach Art eines Kreuzdipols angeordnet und beschaltet sind. Auf diese Weise lässt sich eine besonders hohe Sende- bzw. Empfangsleistung erreichen.
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Die Sende- und Empfangsleistung einer als Wendelantenne ausgebildeten Antenne wird zweckmäßig durch Einschieben eines stabförmigen Eisenkerns verbessert. Die höheren Signalamplituden führen bei der Bestimmung der Istposition des Kapselendoskops durch die Auswerteeinheit zu einem geringeren Fehler. Auf diese Weise lässt sich insbesondere bei einer sehr kleinen Empfangsantenne, die im Wesentlichen den Abmessungen des Kapselendoskops selbst entspricht, eine hohe Messgenauigkeit erreichen.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist dem Kapselendoskop ein Permanentmagnet zugeordnet. Weiterhin ist ein magnetisches Navigationssystem zur Navigation des Kapselendoskops vorgesehen. Das magnetische Navigationssystem ist dabei insbesondere so ausgebildet, wie es in der
DE 101 42 253 C1 beschrieben ist. Dieses Navigationssystem umfasst ein Magnetsystem zur Erzeugung eines dreidimensionalen Gradientenfeldes. Durch eine Wechselwirkung des Permanentmagneten des Kapselendoskops mit dem Gradientenfeld wird das Kapselendoskop im Körperinneren bewegt. Die Vorgabe des Gradientenfeldes erfolgt mittels einer Eingabeeinrichtung, beispielsweise mit einer 6D-Maus. Auf diese Weise kann das Kapselendoskop intuitiv im Körperinneren navigiert werden. Dabei wird ständig die Istposition des Kapselendoskops erfasst. Somit ist es auch möglich, das Kapselendoskop gezielt zu einer bestimmten Position im Körperinneren zu navigieren. Dort können beispielsweise mittels eines bildgebenden Systems Diagnosebilder erstellt oder mittels eines entsprechenden medizinischen Instruments Gewebeproben entnommen werden.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist die Steuereinheit eingerichtet, eine vorgegebene Sollposition zu verarbeiten und das magnetische Navigationssystem derart anzusteuern, dass die Istposition des Kapselendoskops in die Sollposition übergeführt wird. Die Sollposition wird dabei insbesondere mit einer Eingabeeinheit, wie der 6D-Maus, einer Computertastatur oder dergleichen, vorgegeben. Bei der Bewegung des Kapselendoskops mittels des magnetischen Navigationssystems werden ständig die vorgegebene Sollposition und die Istposition des Kapselendoskops miteinander verglichen. Dieser ständige Vergleich endet, wenn die Istposition in die Sollposition übergeführt ist. Mit anderen Worten handelt es sich hier um einen geschlossenen Regelkreis, einen so genannten „Closed Loop”.
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Das Kapselendoskop ist in seinen Bewegungsmöglichkeiten aufgrund der anatomischen Gegebenheiten des Körpers eingeschränkt. So ist ein vom Darm eines Patienten aufgenommenes Kapselendoskop in seiner Bewegung durch die Wandungen des Darms eingeschränkt. Bei einer Bewegung des Kapselendoskops auf eine Wandung zu setzt die Wandung dem Kapselendoskop einen Widerstand entgegen. Die Steuereinheit ist nun bestrebt, die Magnetfeldstärke des Widerstands in Wandrichtung zu erhöhen. Um Verletzungen des Patienten zu vermeiden, ist es daher zweckmäßig, für die Magnetfeldstärke einen Schwellwert anzugeben, über den die Magnetfeldstärke nicht erhöhbar ist. Das Erreichen des Schwellwerts kann zusätzlich mittels eines Anzeigeelements angezeigt werden. So ist beispielsweise denkbar, jeder möglichen Bewegungsrichtung der 6D-Maus ein Anzeigeelement zuzuordnen. Ein Überschreiten der Magnetfeldstärke in dieser Bewegungsrichtung führt zu einer Anzeige am korrespondierenden Anzeigeelement. Der Benutzer kann nun die Bewegungsrichtung der 6D-Maus derart ändern, dass keine Überschreitung eines Schwellwertes mehr angezeigt wird. Auf diese Weise lässt sich der Benutzer bei der Navigation des Kapselendoskops durch den Körper des Patienten unterstützen.
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Die Überschreitung des Schwellwerts für die Magnetfeldstärke wird der Eingabeeinheit vorteilhaft als haptische Rückmeldung übermittelt. So ist beispielsweise eine Blockierung einer als 6D-Maus ausgebildeten Eingabeeinheit in Bewegungsrichtung denkbar. Als Verfeinerung dieses Konzepts kann vorgesehen sein, bei Annäherung an den Schwellwert die Betätigung der 6D-Maus in die entsprechende Bewegungsrichtung zunehmend schwergängiger zu gestalten, bis schließlich eine Bewegung der 6D-Maus bei Erreichen des Schwellwerts blockiert ist.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist der Permanentmagnet als Stabmagnet ausgebildet und in die als Wendelantenne ausgebildete Empfangsantenne eingeschoben. Auf diese Weise lässt sich der Permanentmagnet im Kapselendoskop Platz sparend unterbringen.
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Ermittlung der Istposition eines Kapselendoskops im Körperinneren eines Patienten. Auf das Verfahren sind hierbei die einzelnen Ausgestaltungen der Vorrichtung mit ihren Vorzügen sinngemäß zu übertragen.
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Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen die einzelnen Figuren:
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1 eine erste Vorrichtung zur Durchführung einer minimalinvasiven Diagnose oder Intervention,
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2 ein erstes Kapselendoskop,
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3 eine zweite Vorrichtung zur Durchführung einer minimalinvasiven Diagnose oder Intervention, sowie
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4 ein zweites Kapselendoskop.
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1 zeigt schematisch eine erste Vorrichtung zur Durchführung einer minimalinvasiven Diagnose oder Intervention 1. Die Vorrichtung 1 ist in einem Therapieraum 2 angeordnet. In der 1 ist der Therapieraum 2 mit der Vorrichtung 1 in einer Draufsicht von oben dargestellt. Zur Ansteuerung der Vorrichtung 1 ist eine Steuereinheit 3 vorgesehen. Mittels der Steuereinheit 3 wird ein magnetisches Navigationssystem 4 angesteuert. Das magnetische Navigationssystem 4 weist ein nicht dargestelltes Gradientenspulensystem auf, das in eine hohlzylindrische Gantry 5 integriert ist. Diese Gantry 5 ähnelt im Wesentlichen einer Gantry eines Magnetresonanztomographen. Die Gantry 5 umgibt eine Patientenliege 6, auf der ein Patient 7 zur Untersuchung gelagert ist. Mit der Patientenliege 6 ist der Patient 7 in Y-Richtung relativ zur Gantry 5 positionierbar.
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In den Körper des Patienten 7 ist ein Kapselendoskop 8 eingeführt. Für eine Untersuchung des Verdauungstraktes wird das Kapselendoskop 8 vom Patienten 7 geschluckt.
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Mittels der Steuereinheit 3 erfolgt eine Ansteuerung des magnetischen Navigationssystems 4 zur Navigation des Kapselendoskops 8 im Körperinneren des Patienten 7. Zur Vorgabe einer Sollposition SP des Kapselendoskops 8 ist eine Eingabeeinheit 9 in Form einer 6D-Maus vorgesehen. Außerdem ist der Steuereinheit 3 ein als Monitor ausgebildetes Anzeigeelement 10 zur Anzeige von Diagnosebildern B zugeordnet.
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Die Funktionsweise des magnetischen Navigationssystems
4 ist ausführlich der
DE 101 42 253 C1 beschrieben.
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An einer ersten Wand des Therapieraums 2 ist mittig in Z-Richtung eine in X-Richtung verlaufende Sendeantenne 11 befestigt. An der Decke des Therapieraums 2 ist mittig in Y-Richtung eine zweite in Y-Richtung verlaufende Sendeantenne 12 befestigt. An der Decke des Therapieraums 2 ist mittig in X-Richtung eine dritte in Y-Richtung verlaufende Sendeantenne 13 befestigt.
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Die drei Sendeantennen 11, 12, 13 sind als Wendelantennen mit jeweils zwei schraubenförmig gewundenen Leitern ausgebildet, die nach Art eines Dipols angeordnet sind. Mit anderen Worten sind beide Leiter in Längsrichtung hintereinander angeordnet und durch einen Zwischenraum voneinander getrennt. Die beiden Leiter einer jeden Wendelantenne werden symmetrisch von der Steuereinheit 3 gespeist. Die entsprechenden Verbindungskabel wurden der besseren Übersicht halber nicht dargestellt. Ebenfalls nicht dargestellt ist die Wendelung der Leiter.
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Die drei Sendeantennen 11, 12, 13 werden von der Steuereinheit 3 zum Aussenden einer elektromagnetischen Strahlung 14 angesteuert. Die Ansteuerung erfolgt dabei derart, dass sich im Therapieraum 2 ein dreidimensionales inhomogenes elektromagnetisches Feld ergibt. Die von den Sendeantennen 11, 12, 13 erzeugte elektromagnetische Strahlung 14 weist eine Frequenz von ca. 30 kHz auf. Durch die jeweils mittige Anordnung einer jeden Sendeantenne 11, 12, 13 an einer Seitenwand bzw. an der Decke ist von der jeweiligen Antennenlängsachse her gesehen eine gleichmäßige Abstrahlungscharakteristik der jeweiligen Sendeantenne 11, 12, 13 erreicht.
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2 zeigt das Kapselendoskop 8 schematisch in einer geschnittenen Seitenansicht. Das Kapselendoskop 8 weist ein ellipsoidförmiges Gehäuse 15 auf. In Y'-Richtung am oberen Ende weist das Gehäuse 15 eine durchsichtige Kunststoffscheibe 16 auf. Im Inneren des Gehäuses 15 hinter der Kunststoffscheibe 16 ist als medizinisches Instrument 17 eine Videokamera angeordnet. Von dieser Videokamera ist jedoch nur der CCD-Chip 17 dargestellt. Ebenfalls hinter der Kunststoffscheibe 16 ist eine Mehrzahl von Beleuchtungselementen 18 angeordnet. Die Beleuchtungselemente 18 sind als LEDs ausgebildet. Im Gehäuse 15 des Kapselendoskops 8 ist in X'-Richtung, in Y'-Richtung und in Z'-Richtung jeweils eine Empfangsantenne 19 angeordnet. Die Orientierungsvektoren der drei Empfangsantennen 19 in X'-, Y' und Z'-Richtung sind zueinander orthogonal. Jede der Empfangsantennen 19 ist als Wendelantenne mit zwei schraubenförmig gewundenen Leitern ausgebildet, die nach Art eines Dipols angeordnet sind. In der 2 ist nur der Zwischenraum der in Y'-Richtung verlaufenden Empfangsantenne 19 zu sehen. In die in X'- und Z'-Richtung verlaufenden Wendelantennen 19 ist jeweils ein stabförmiger Eisenkern 20 eingeschoben. In die in Y'-Richtung verlaufende Wendelantenne 19 ist ein Stabmagnet 20' eingeschoben.
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Weiterhin nimmt das Gehäuse 15 eine Anzahl von Platinen 21 auf. Auf den Platinen 21 sind verschiedene elektronische Bauteile des Kapselendoskops 8 angeordnet. Ein derartiges elektronisches Bauteil ist eine Steuereinheit 21' zur Abtastung der Leiter einer jeden Wendelantenne 19. Ein weiteres derartiges elektronisches Bauteil ist der CCD-Chip 17 der Videokamera. Ein anderes derartiges elektronisches Bauteil ist eine Kommunikationseinheit 22, die mit einer miniaturisierten Antenne 23 versehen ist. Bei einem weiteren elektronischen Bauteil handelt es sich um einen als Akku ausgebildeten Energiespeicher 24. Schließlich ist auf einer Platine 21 eine Auswerteeinheit 25 befestigt.
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Über die Kommunikationseinheit 22 bzw. deren Antenne 23 erfolgt eine bidirektionale Kommunikation mit der Steuereinheit 3. Hierzu ist die Steuereinheit 3 mit einer Antenne 26 versehen. Zur Kommunikation der Steuereinheit 3 mit der Kommunikationseinheit 22 wird eine Trägerfrequenz 27 von etwa 400 MHz eingesetzt.
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Mittels dieser Trägerfrequenz 27 lassen sich mit der Videokamera 17 gemessene Diagnosebilder B zur Steuereinheit 3 übertragen. Die Diagnosebilder B können am Anzeigeelement 10 befundet werden. Weiterhin lassen sich von der Steuereinheit 3 zum Kapselendoskop 8 Steuersignale S übertragen. Mit diesen Steuersignalen S lassen sich z. B. Einstellungen der Videokamera 17 ändern. Es können aber beispielsweise auch Beleuchtungselemente 18 ein- oder ausgeschalten oder aber in ihrer Helligkeit geregelt werden. Mit anderen Worten ist mittels der Steuersignale S eine Fernsteuerung der Videokamera 17 möglich. So lassen sich insbesondere die Auflösung, die Bildwiederholfrequenz, die Belichtungszeit und der Kamerafokus der Videokamera 17 anpassen.
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Die Empfangsantennen 19 empfangen die von den Sendeantennen 11, 12, 13 generierte elektromagnetische Strahlung 14. Die elektromagnetische Strahlung 14 induziert am Ort der Empfangsantennen 19 ein Antennensignal. Da das von der elektromagnetischen Strahlung 14 generierte elektromagnetische Feld inhomogen ist, ist die in den Empfangsantennen 19 induzierte Strahlungsamplitude ortsabhängig und winkelabhängig. Mittels der Auswerteeinheit 25 lässt sich die Istposition IP des Kapselendoskops 8 errechnen. Diese Istposition IP wird mittels der Trägerfrequenz 27 fortlaufend an die Steuereinheit 3 übertragen. Weiterhin wird diese Istposition IP ständig am Anzeigeelement 10 angezeigt. Somit ist eine eindeutige Zuordnung zwischen den einzelnen Diagnosebildern B und der Istposition IP des Kapselendoskops 8 möglich. So kann die Steuereinheit 3 eingerichtet sein, die Diagnosebilder B gemeinsam mit der zugehörigen Istposition IP des Kapselendoskops 8 abzuspeichern.
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Als Nebeneffekt wird der Energiespeicher 24 mit der von den Empfangsantennen aufgenommenen Feldenergie versorgt.
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Die Inhomogenität des elektromagnetischen Feldes lässt sich erhöhen, indem die Steuereinheit 3 die Sendeantennen 11, 12, 13 abwechselnd zur Generierung der elektromagnetischen Strahlung 14 ein- und ausschaltet. Mit anderen Worten liegt ein zeitlicher Multiplexbetrieb der Sendeantennen 11, 12, 13 vor. Mit diesem Ein- und Ausschalten werden nacheinander die mit dem sich ändernden elektromagnetischen Feld korrelierenden Antennensignale in den drei Empfangsantennen 19 erfasst und in ihrer Gesamtheit von der Auswerteeinheit 25 ausgewertet. So ist die Istposition IP des Kapselendoskops 8 mit einer hohen Genauigkeit bestimmbar.
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Eine Navigation des Kapselendoskops 8 erfolgt mittels einer Änderung des vom Gradientenspulensystem vorgegebenen Gradientenfeldes. Diese Änderung des Gradientenfeldes ändert die auf den Stabmagneten 20' wirkende elektromagnetische Kraft und bewegt so das Kapselendoskops 8 im Körperinneren.
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Für die Navigation wird mittels der Eingabeeinheit 9 eine Sollposition SP vorgegeben. Die Steuereinheit 3 vergleicht ständig die vorgegebene Sollposition SP mit der Istposition IP des Kapselendoskops 8. Sie steuert das Gradientenspulensystem derart an, bis schlussendlich die Istposition IP des Kapselendoskops 8 in die Sollposition S übergeführt ist. Somit wird die Sollposition SP auf der Basis eines geschlossenen Regelkreises eingestellt.
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3 zeigt eine zweite Vorrichtung zur Durchführung einer minimalinvasiven Diagnose oder Intervention 1. Diese zweite Vorrichtung 1 ähnelt der Vorrichtung der 1 stark. Daher wird nur auf die Unterschiede zu dieser Vorrichtung eingegangen.
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Die Vorrichtung 1 umfasst drei als Wendelantennen 11', 12', 13' ausgebildete Sendeantennen mit jeweils vier schraubenförmigen Leitern, die nach Art eines Kreuzdipols angeordnet sind. Mit anderen Worten bilden jeweils zwei hintereinander angeordnete und durch einen Zwischenraum voneinander getrennte Leiter einen Schenkel der Wendelantenne. Die erste Wendelantenne 11' ist an einer Seitenwand des Therapieraums 2 angeordnet, wobei ihr erster Schenkel in X-Richtung und ihr zweiter Schenkel in Z-Richtung verlaufen. Die zweite Wendelantenne 12' ist an einer zweiten Seitenwand des Therapieraums 2 angeordnet, wobei ihr erster Schenkel in Y-Richtung und ihr zweiter Schenkel in Z-Richtung verlaufen. Die dritte Wendelantenne 13' schließlich ist an der Decke des Therapieraums 2 befestigt, wobei ihr erster Schenkel in X-Richtung und ihr zweiter Schenkel in Y-Richtung verlaufen. Die vier Leiter einer jeden Wendelantenne werden von der Steuereinheit 3 gespeist. Die entsprechenden Verbindungskabel und die Wendelung der Leiter ist nicht dargestellt.
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Sämtliche Sendeantennen 11', 12', 13' sind mit der Steuereinheit 3 verbunden. Sie werden von der Steuereinheit 3 zur Aussendung einer elektromagnetischen Strahlung 14 angesteuert. Zudem ist der Steuereinheit 3 eine Auswerteeinheit 29 zugeordnet, mit der sich in den Sendeantennen 11', 12', 13' induzierte Antennensignale auswerten lassen.
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In den Patienten 7 ist ein zweites Kapselendoskop 8 eingeführt, das im Detail in der 4 dargestellt ist. Das Kapselendoskop 8 weist lediglich eine einzige, in Y'-Richtung verlaufende Empfangsantenne 19 auf. Diese Empfangsantenne 19 ist vergleichbar den drei Empfangsantennen des in der 2 dargestellten Kapselendoskops als Wendelantenne mit zwei schraubenförmig gewundenen Leitern ausgebildet, die nach Art eines Dipols angeordnet sind. In die Wendelantenne 19 ist ein Stabmagnet 20' eingeschoben. Das Kapselendoskop 8 weist keine Auswerteeinheit auf. Vielmehr ist der Steuereinheit 3 eine Auswerteeinheit 29 zugeordnet.
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Die Sendeantennen 11', 12', 13' erzeugen eine elektromagnetische Strahlung 14, die im Therapieraum 2 zu einem inhomogenen elektromagnetischen Feld führt.
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Dieses elektromagnetische Feld induziert ein Antennensignal in der Empfangsantenne 19. Die Sendeantennen 11', 12', 13' werden wie bei der in der 1 gezeigten Vorrichtung abwechselnd ein- und ausgeschaltet. Es liegt also wiederum eine Multiplexbetrieb vor. Die Empfangsantenne 19 wird nunmehr im Wechsel be- und entlastet. Dies wird erreicht, indem die Empfangsantenne 19 intermittierend den Energiespeicher 24 auflädt. Das Aufladen des Energiespeichers 24 ist dabei ein vorteilhafter Nebeneffekt. Das Be- und Entlasten der Empfangsantenne 19 wird durch variierende Antennensignale an den Sendeantennen 11', 12', 13' registriert. Diese Antennensignale werden von der der Steuereinheit 3 zugeordneten Auswerteeinheit 29 ausgewertet. Aufgrund des inhomogenen elektromagnetischen Felds kann die Istposition IP des Kapselendoskops 8 ermittelt werden. In der Steuereinheit 3 können nunmehr auch mit der Kommunikationseinheit 15 übertragene Diagnosebilder B mit der Istposition IP des Kapselendoskops 8 verknüpft werden.
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Die Navigation des Kapselendoskops 8 mittels des magnetischen Navigationssystems 4 erfolgt analog zu der für die Vorrichtung der 1 und 2 beschriebenen Weise.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Therapieraum
- 3
- Steuereinheit
- 4
- magnetisches Navigationssystem
- 5
- Gantry
- 6
- Patientenliege
- 7
- Patient
- 8
- Kapselendoskop
- 9
- Eingabeeinheit
- 10
- Anzeigeelement
- 11, 11'
- Sendeantenne
- 12, 12'
- Sendeantenne
- 13, 13'
- Sendeantenne
- 14
- elektromagnetische Strahlung
- 15
- ellipsoidförmiges Gehäuse
- 16
- Kunststoffscheibe
- 17
- medizinisches Instrument
- 18
- Beleuchtungselement
- 19
- Empfangsantenne
- 20
- Eisenkern
- 20'
- Stabmagnet
- 21
- Platine
- 21'
- Steuereinheit
- 22
- Kommunikationseinheit
- 23
- miniaturisierte Antenne
- 24
- Energiespeichereinheit
- 25
- Auswerteeinheit
- 26
- Antenne
- 27
- Trägerfrequenz
- 29
- Auswerteeinheit
