DE10349659A1

DE10349659A1 - System zur Lokalisierung von Läsionen in Hohlorganen

Info

Publication number: DE10349659A1
Application number: DE10349659A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dr. Fuchs; Rainer Kuth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-10-24
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2005-06-09
Also published as: US20050090711A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Lokalisierung von Läsionen (1) in Hohlorganen (5), aufweisend DOLLAR A - einen Endoroboter (2) mit einer integrierten Kamera (7) und einer integrierten Beleuchtungseinrichtung (10) sowie einer HF-Sende- und -Empfangseinheit (8) mit Antenne (9), DOLLAR A - eine Endoroboter-Visualisierungs-Einheit (12) mit HF-Empfangseinheit (13) und Antenne (14), DOLLAR A - ein Laparoskop (3) mit einer integrierten Kamera und einer integrierten Beleuchtungseinrichtung sowie mit einführbaren medizinischen Instrumenten und DOLLAR A - eine Laparoskop-Visualisierungs-Einheit (15).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die minimal invasive Laparoskopie. Dabei bezieht sich die vorliegende Erfindung insbesondere auf ein System und ein Verfahren zur verbesserten Positionsermittlung von Läsionen in Hohlorganen.

Hohlorgane, wie zum Beispiel der Gastrointestinaltrakt (Magen-Darm-Trakt), Lunge (Bronchien, Bronchialäste), Gehirn (Schädel) sind oft Schauplatz akuter und/oder chronischer Erkrankungen, beispielsweise in Form pathologisch veränderter Stellen der Organinnenseite (Tumore, Polypen etc.), im folgenden als Läsionen bezeichnet, die im Laufe der Zeit in hohem Masse maligne (bösartig) entarten. Epilepsiepatienten weisen Hirnareale auf, in welchen die für Epilepsieanfälle verantwortlichen Signalfluktuationen initialisiert werden. Bestimmte Krebsarten erzeugen im Gehirn Metastasen, die zu funktionellen Ausfällen führen.

Die konventionelle therapeutische Vorgehensweise ist eine rechtzeitige Entfernung, Verödung oder anderweitige Zerstörung der Läsionen, beispielsweise durch elektrische oder optische Koagulation, durch Seedimplantation oder Injektion von Therapeutika. Dabei wäre eine minimal invasive Vorgehensweise beispielsweise mittels Endoskop oder Laparoskop wünschenswert, da eine solche im Vergleich zu einer offenen Operation zu einer schnelleren Genesung des Patienten führt. Das Problem dabei ist jedoch, dass viele Erkrankungsorte und -arten im Inneren der genannten Hohlorgange nicht oder nur sehr schlecht mit einem Endoskop oder Laparoskop erreichbar sind.

So ist es zum Beispiel nicht möglich, die gesamte Länge des Darmes (bis zu 11 Meter) endoskopisch zu erfassen, wenngleich viele entzündliche oder neoplastische Prozesse im mittleren Darmbereich vorliegen. Auch eine laparoskopische Erkennung und Diagnose von Läsionen (also ein Zugang von außen) ist häufig nicht möglich, weil diese in der Organwand verborgen und damit von außen nicht sichtbar und/oder durch andere Organe oder Organteile verdeckt sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein System und ein Verfahren anzugeben, mit dem Erkrankungen bzw. Läsionen von Hohlorganen minimal invasiv, das heißt mit minimalem operativen Aufwand, lokalisiert, diagnostiziert und therapiert werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.

Erfindungsgemäß wird daher ein System beansprucht, zum Lokalisieren von Läsionen in Hohlorganen, aufweisend

– einen Endoroboter mit einer integrierten Kamera und einer integrierten Beleuchtungseinrichtung sowie einer HF-Sende- und Empfangseinheit mit Antenne,
– eine Endoroboter-Visualisierungseinheit mit HF-Empfangsseinheit und Antenne,
– ein Laparoskop mit einer integrierten Kamera und einer integrierten Beleuchtungseinrichtung sowie mit einführbaren medizinischen Instrumenten, und
– eine Laparoskop-Visualisierungseinheit.

Vorteilhaft weist das System ein Endoroboter-Steuergerät auf.

Ferner weist das System vorteilhaft ein Endoroboter-Navigationssystem auf.

Weiterhin weist das System vorteilhaft ein Laparoskop-Navigationssystem auf.

Erfindungsgemäß besteht die Beleuchtungseinrichtung des Endoroboters und/oder des Laparoskops aus einer lichtstarken gepulsten Lichtquelle.

Vorteilhafterweise kann das Licht der Beleuchtungseinrichtung des Endoroboters und/oder des Laparoskops spektral gewählt werden.

Vorteilhafterweise besteht das Laparoskop ausschließlich aus nicht ferromagnetischen Teilen.

Um einen anwenderfreundlichen Betrieb des Systems zu gewährleisten, weist das Endorobotersteuergerät erfindungsgemäß einen laparoskopischen Zugang auf.

Weiterhin vorteilhaft weist die Endoroboter-Visualisierungs-Einheit eine HF-Sendeeinheit zum Erteilen von Befehlen an den Endoroboter und/oder zum Aufladen eines Energiespeichers des Endoroboters auf.

Ferner wird erfindungsgemäß ein Verfahren beansprucht zur Lokalisierung und Diagnostizierung von Läsionen in Hohlorganen, aufweisend die folgenden Schritte:

– Einführen eines Endoroboters in das Organinnere eines zu untersuchenden Hohlorgans,
– Navigieren des Endoroboters im Inneren des Hohlorgans über ein Endorobotersteuergerät, bis eine Läsion gefunden ist,
– Heranführen eines Laparoskops an die Position der Läsion über die Außenseite des zu untersuchenden Hohlorgans über eine im Rahmen eines minimal invasiven operativen Eingriffs erzeugte Körperöffnung,
– Diagnostizieren der Läsion durch Kombination bzw. Zusammenwirken von Endoroboter und Laparoskop.

In einer möglichen vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die Position der Läsion über ein Endoroboter-Navigationssystem ermittelt.

In einer weiteren Ausführungsform wird die Position der Läsion mittels Detektion von Lichtsignalen des Endoroboters durch das Laparoskop ermittelt.

Eine weitere Ermittlung der Position der Läsion erfolgt über Röntgen-, Ultraschall- oder MRT-Messungen.

Erfindungsgemäß erfolgt das Diagnostizieren in Form von Durchleuchtung und/oder kontrastmittelgestützter Beleuchtung mittels Endoroboter und/oder Laparoskop.

Eine medizinische Therapie der Läsion erfolgt erfindungsgemäß vorteilhafter Weise mittels Laparoskop und/oder Endoroboter bzw. einer Kombination aus beiden durch elektrische oder optische Koagulation, Biopsie, Seedimplantation oder Injektion von Therapeutika.

Dabei ist darauf zu achten, dass erfindungsgemäß ein Laparoskop eingesetzt wird, welches nicht ferromagnetisch ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhaft am Gastrointestinaltrakt, an der Lunge, am Schädel und an der Fruchtblase durchgeführt.

Erfindungsgemäß werden mittels einer HF-Sendeeinheit der Endoroboter-Visualisierungseinheit Befehle an den Endoroboter erteilt und/oder ein Energiespeicher des Endoroboters aufgeladen.

Weiterhin wird eine medizinische Vorgehensweise beansprucht, die erfindungsgemäß darin besteht, dass der Arzt unter Sichtkontrolle eines Endoroboters minimal invasiv Instrumente in ein zu diagnostizierendes und therapierendes Hohlorgan ein führt und minimal invasiv eine differenzierte Diagnose und/oder Therapie durchführt.

Die medizinische Vorgehensweise ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die Einführung des minimal invasiven Instrumentes an einer Stelle des Hohlorgans erfolgt, die mittels der Sichtkontrolle durch den Endoroboter als geeignet erscheint.

Ferner wird erfindungsgemäß ein System beansprucht zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 10.

Weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden nun anhand von Ausführungsbeispielen bezugnehmend auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt schematisch das erfindungsgemäße System zur Lokalisierung von Läsionen in Hohlorganen am Beispiel eines Darmpolypen auf Basis der erfindungsgemäßen Kombination von Endoroboter und Laparoskop.
2 zeigt insbesondere die im Endoroboter integrierten optoelektronischen Komponenten sowie die Visualisierungseinrichtungen zur Visualisierung der Bilder des Endoroboters sowie der Bilder des Laparoskops.
1 zeigt schematisch und stark vereinfacht das erfindungsgemäße System, welches die Lokalisierung endoskopisch schwer zugänglicher Läsionen in Hohlorganen, schließlich aber auch deren anschließende Diagnostizierung und Therapie durch den Anwender erlaubt. Das System und seine Funktionsweise wird am Beispiel eines Polypen im Dünndarm veranschaulicht. Zu sehen ist ein Abschnitt des Dünndarms 5, der an einer schwer zugänglichen und von außen (laparoskopisch) nicht sichtbaren Stelle eine Läsion in Form eines Polypen 1 aufweist. Das erfindungsgemäße System ermöglicht es dem Anwender, den Polypen zu finden. Dazu wird ein Endoroboter in den Gastrointestinaltrakt eingebracht. Die optoelektronische Ausstattung des Endoroboters (Kamera, Lampe, Stabmagnet, HF-Sendeempfangseinheit, Antenne usw.) ist in 2 detailliert dargestellt und ermöglicht dem Anwender in Kombination mit einem Endorobotersteuergerät auf Basis von gesendeten Bilddaten den Endoroboter so lange durch den Darm zu navigieren, bis die Kamera 7 des Endoroboters den von der Lampe 10 angestrahlten Polypen optisch erfasst hat. Dazu werden kontinuierlich (mit einer Frequenz von 2 Hz) anatomische Bilder des Darmes von der Endoroboterkamera 7 über die Enderobotersende- und Empfangseinheit 8 sowie über die Endoroboterantenne 9 an die Antenne 14 und die HF-Empfangseinheit 13 der Endoroboter-Visualisierungseinheit 12 gesendet und auf dieser hoch aufgelöst und gegebenenfalls dargestellt. Gegebenenfalls weist die Endoroboter-Visualisierungseinheit 12 auch eine HF-Sendeeinheit auf über die dem Endoroboter 2 Befehle erteilt werden können oder ein Energiespeicher des Endoroboters aufgeladen werden kann.
Die Navigation erfolgt durch den Anwender mittels eines Krafteingabegerätes (zum Beispiel einer sogenannten 6D-Maus), durch welches die Magnetfelder B ⇀ von den den Patienten umgebenden Gradientenspulen entsprechend variiert werden und so auf den Stabmagneten im Inneren des Endoroboters ein Drehmoment und/oder eine translatorische Kraft ausgeübt wird. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in 1 nur zwei Gradientenspulen dargestellt.
Ein Endorobotersteuergerät zur Steuerung eines Endoroboters in Magnetfeldsteuerungssystemen ist in der Patentschrift DE 101 42 253 C1 ausführlich dargestellt. Ein Endoroboter, der die erwähnten integrierten Komponenten aufweist, ist in der Patentschrift US 6,240,312 B1 beschrieben.
Der Endoroboter hat nun mehrere Aufgaben. Zum einen entspricht nach optischer Erfassung des Polypens seine Position im wesentlichen der Position des Polypens und dient daher zum zielgerechten Einführen eines Laparoskops. Die tatsächliche Ermittlung der Endoroboterposition kann auf verschiedene Weise erfolgen. Falls das Endoroboter-Steuergerät bzw. die Sendeempfangseinheit mit einem Endoroboter-Navigationssystem verbunden ist, kann die Endoroboterposition auf einfache Weise (zum Beispiel auf der Visualisierungseinheit) dargestellt bzw. abgelesen werden. Falls kein Endoroboter-Navigationssystem vorhanden ist, kann eine Röntgen-, US-, CT- oder MRT-Messung Aufschluss über die Endoroboterposition geben. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Endoroboter zu veranlassen, optische Signale auszusenden (zum Beispiel Blitze durch Laserpulsbetrieb), die von einem optischen Sensor an der Laparoskopspitze erfasst werden können. Ist die Position des Endoroboters und damit die des Polypen ermittelt, so kann zielgerichtet die Spitze eines Laparoskops (beispielsweise mit Hilfe eines Navigationssystems des Laparoskops) an die erkrankte Stelle der Darmwand herangeführt und so ein laparoskopischer Zugang zu dem differenziert zu diagnostizierenden und zu therapierenden Polypen gelegt werden. Der laparoskopische Zugang ermöglicht zum einen das Einführen einer Vielzahl von laparoskopischen und für die Diagnose und Therapie erforderlichen Instrumente und zum anderen eine weitere Darstellung der Anatomie auf einer weiteren Visualisierungseinheit 15 des Laparoskops.
Für eine differenzierte Diagnose hat der Endoroboter die weitere Aufgabe, den Polypen sowie die Innenseite der Darmwand besonders hell bzw. spektral zu beleuchten, um mittels Laparoskop die Organwand im Durchlicht zu untersuchen oder aber umgekehrt eine besonders helle bzw. spektrale Beleuchtung des Gewebes durch das Laparoskop zu erfassen und auf der Endoroboter-Visualisierungseinheit darzustellen. Insbesondere eine spektrale Beleuchtung (zum Beispiel im roten oder UV-Bereich) in Kombination mit Kontrastmitteln, welche im entsprechenden Frequenzbereich fluoreszierende Eigenschaften besitzen, ermöglichen eine differenzierende Diagnose hinsichtlich der Malignität und Beschaffenheit des pathologischen Gewebes.
Eine besonders helle Beleuchtung sowohl des Endoroboters als auch des Laparoskops erfolgt vorteilhaft durch gepulste Lichtquellen beispielsweise mittels Xenon-Blitzlampen, LEDs im Pulsbetrieb oder gepulste Laser. Dabei ist darauf zu achten, dass durch Applizierung extrem hoher Lichtleistung eine Erhitzung und eine daraus folgende Verletzung des Gewebes vermieden wird.
Weiterhin hat der Endoroboter die diagnostische Aufgabe, den Anwender über die Vaskularität des Organs im erkrankten Bereich aufzuklären, um bei einem therapeutischen Eingriff starke Blutungen vermeiden zu helfen. Besonders Tumore haben die Eigenschaft über enzymatische Einwirkung auf das umliegende Gewebe verstärkt Blutgefäßbildungen zu bewirken, durch die letztlich sie selbst besser versorgt werden. Ferner kann über die Bilder des Endoroboters eine Bewertung der Darmwand erfolgen, um den laparoskopischen Zugang dort zu legen, wo eine möglichst geringe Verletzung erfolgt. Eine zusätzliche Schädigung ohnehin schon erkrankten Gewebes im Rahmen eines therapeutischen Eingriffs besitzt generell eine verlängerte Heildauer.
Der Endoroboter ist wegen seiner Kleinheit (bis ca. 1 cm) und der begrenzten Nutzlasten hinsichtlich seiner Interventionsmöglichkeiten begrenzt, weshalb die eigentliche Therapie im wesentlichen minimal invasiv über entsprechende Instrumente des Laparoskops erfolgt. Allerdings erfolgt ein therapeutisches Vorgehen erfindungsgemäß stets unter Sichtkontrolle durch den Endoroboter, weshalb der Endoroboter auch während der Operation navigiert werden muss.
Der Einsatz eines Laparoskops in Kombination mit einem Endoroboter-Steuergerät, welches den Patienten von allen Seiten mit Spulen umgibt, erfordert (nach oben) eine Öffnung, die die Benutzung eines Laparoskops zulässt. Ferner sei darauf hingewiesen, ein Laparoskop sowie laparoskopische Instrumente zu verwenden, welche aus nicht ferromagnetischen Werkstoffen hergestellt sind, um ein Verbiegen und Verdrehen im operativen Einsatz unter Anwesenheit von (sich ändernden) Magnetfeldern zu vermeiden.
Das in 1 dargestellte Beispiel kann auf andere Hohlorgane erweitert werden. Wie bereits in der Beschreibungseinleitung erwähnt, ist die erfindungsgemäße Kombination eines Endoroboters mit einem Laparoskop sinnvoll bei (tumorartigen) Erkrankungen im Gehirn, in den Bronchialästen der Lunge, aber auch in der Fruchtblase, überall dort also, wo durch den Einsatz eines Endoroboters der anschließend laparoskopische Eingriff erleichtert und optimiert wird. Insbesondere dreidimensionale Objekte, die mittels Endoroboter und/oder laparoskopischem Objektiv zweidimensional aufgenommen werden, können durch geeignete bildverarbeitende Verfahren dreidimensional dargestellt werden und so dem Anwender die Diagnose erleichtern.

Claims

System zur Lokalisierung von Läsionen (1) in Hohlorganen, aufweisend – einen Endoroboter (2) mit einer integrierten Kamera (8) und einer integrierten Beleuchtungseinrichtung (10) sowie einer HF-Sende- und Empfangseinheit (8) mit Antenne (9), – eine Endoroboter-Visualisierungs-Einheit (12) mit HF-Empfangseinheit (13) und Antenne (14), – ein Laparoskop (3) mit einer integrierten Kamera und einer integrierten Beleuchtungseinrichtung sowie mit einführbaren medizinischen Instrumenten, und – eine Laparoskop-Visualisierungs-Einheit (15).
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System ein Endoroboter-Steuergerät (4) aufweist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das System ein Endoroboter-Navigationssystem aufweist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System ein Laparoskop-Navigationssystem aufweist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (10) des Endoroboters (2) und/oder des Laparoskops (3) aus einer lichtstarken gepulsten Lichtquelle besteht.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht der Beleuchtungseinrichtung (10) des Endoroboters (2) und/oder des Laparoskops (3) spektral gewählt werden kann.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laparoskop (3) ausschließlich aus nichtferromagnetischen Teilen besteht.
System nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Endoroboter-Steuergerät einen laparoskopischen Zugang aufweist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endoroboter-Visualisierungs-Einheit (12) eine HF-Sendeeinheit zum Erteilen von Befehlen an den Endoroboter (2) und/oder zum Aufladen eines Energiespeichers des Endoroboters (2) aufweist.
Verfahren zur Lokalisierung und Diagnostizierung von Läsionen (1) in Hohlorganen, aufweisend die folgenden Schritte: – Einführen eines Endoroboters (2) in das Organinnere eines zu untersuchenden Hohlorgans (5), – Navigieren des Endoroboters (2) im Inneren des Hohlorgans (5) über ein Endorobotersteuergerät (4), bis eine Läsion (1) gefunden ist, – Heranführen eines Laparoskops (3) an die Position der Läsion (1) über die Außenseite des zu untersuchenden Hohlorgans (5) über eine im Rahmen eines minimal invasiven operativen Eingriffs erzeugte Körperöffnung, – Diagnostizieren der Läsion (1) durch Zusammenwirken von Endoroboter (2) und Laparoskop (3).
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Läsion (1) über ein Endoroboter-Navigationssystem ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Läsion (1) mittels Detektion von Lichtsignalen des Endoroboters (2) durch das Laparoskop (3) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Läsion (1) über Röntgen, Ultraschall oder MRT-Messungen ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Diagnostizieren in Form von Durchleuchtung und/oder kontrastmittelgestützter Beleuchtung mittels Endoroboter (2) und/oder Laparoskop (3) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Therapie der Läsion (1) mittels Laparoskop (3) und/oder Endoroboter (2) bzw. einer Kombination aus beiden durch elektrische oder optische Koagulation, Biopsie, Seedimplantation, Injektion von Therapeutika erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laparoskop (3) eingesetzt wird, welches nicht ferromagnetisch ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren am Gastronintestinaltrakt, an der Lunge, am Schädel und an der Fruchtblase durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer HF-Sendeeinheit der Endoroboter-Visualisierungseinheit (12) Befehle an den Endoroboter (2) erteilt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer HF-Sendeeinheit der Endoroboter-Visualisierungseinheit (12) ein Energiespeicher des Endoroboters (2) aufgeladen wird.
Medizinische Vorgehensweise, dadurch gekennzeichnet, dass der Arzt unter Sichtkontrolle eines Endoroboters (2) minimal invasive Instrumente (3) in ein zu diagnostizierendes und therapierendes Hohlorgan (5) einführt und minimal invasiv eine differenzierte Diagnose und/oder Therapie durchführt.
Medizinische Vorgehensweise nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Einführung des minimal invasiven Instrumentes (3) an einer Stelle des Hohlorganes (5) erfolgt, die mittels der Sichtkontrolle durch den Endoroboter (2) als geeignet erscheint.