專利名稱：內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)窺鏡系統(tǒng)。
技術背景進行傳統(tǒng)的內(nèi)窺鏡檢查和膠嚢內(nèi)鏡檢查時，患者的姿勢可能會使內(nèi)窺鏡 或膠嚢內(nèi)鏡在對其中一段腸道進行檢查時，因受到這段腸道中的腸袢狀態(tài)的 阻礙而無法或很難進行順利的檢查。舉例而言，這種障礙包括腸道的彎曲、 極其狹窄的轉(zhuǎn)彎處或腸道上面的器官(例如其他腸袢)對腸道的壓迫等等。此外，當患者釆取仰臥位時，其中一段腸道可能會沿垂直方向延伸。腸 道的這種狀態(tài)對于傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡和膠嚢內(nèi)鏡而言都會構成一種"重力性障礙"， 因為在此情況下，除在腸道中受到的摩擦阻力外，內(nèi)窺鏡或膠嚢內(nèi)鏡還需克 服其自身的重力。上述問題主要出現(xiàn)在利用磁導航膠嚢內(nèi)鏡(Endoroboter，內(nèi)窺鏡機器 人)進行的內(nèi)窺鏡檢查中，進行這種內(nèi)窺鏡檢查時，膠嚢內(nèi)鏡上只會受到體 外磁場所施加的很小的力。DE 431 3843 Al中公開了 一種用于對人體進行內(nèi)窺鏡檢查的設備，這種 設備由一個線圏裝置和一個磁性膠嚢內(nèi)鏡構成，線圈裝置用于產(chǎn)生兩個互成 角度的均勻磁場，膠嚢內(nèi)鏡上則會受到外部磁場所施加的力。為能通過均勻 磁場使內(nèi)窺鏡探針在體內(nèi)推進，需要人體與探針之間進行相對移動。人體的 移動通過一個可在垂直方向、縱向和橫向上進行移動以及可繞其縱軸轉(zhuǎn)動的患者檢查臺而實現(xiàn)。此外，磁系統(tǒng)自身也可進行相對于人體的移動。這些措 施的目的在于在內(nèi)窺鏡探針上施力，從而實現(xiàn)內(nèi)窺鏡探針的直線推進。US 2004/0181127 Al中公開了 一種可對位于患者的中空器官內(nèi)的石茲性膠 嚢內(nèi)鏡進行導航的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)。為此需要借助外部磁系統(tǒng)只在一個相對于磁 系統(tǒng)而言位置固定的點上產(chǎn)生一個磁場。內(nèi)窺鏡機器人的移動只是通過患者 檢查臺的移動和翻轉(zhuǎn)而實現(xiàn)。在此情況下，對內(nèi)窺鏡機器人的導航無法每次 都達到預期或必要的精度。DE 101 42 253 Cl中公開了一種內(nèi)窺鏡機器人U茲導航膠嚢內(nèi)鏡)，借 助這種內(nèi)窺鏡機器人可在患者的身體內(nèi)部進行微創(chuàng)診斷和手術。這種內(nèi)窺鏡 機器人具有一個里面整合有測量儀和/或樣品提取儀和/或治療儀的載物頭。 這種內(nèi)窺鏡機器人此外還具有一個與內(nèi)窺鏡機器人的縱軸共線布置的線性 磁體。通過一個磁系統(tǒng)可對這種內(nèi)窺鏡機器人進行遙控導航，其中，所述磁 系統(tǒng)對患者的檢查區(qū)域進行攝影，并產(chǎn)生 一個梯度場。DE 103 17 368 B4中公開了 一種吞服式膠嚢形式的無線內(nèi)窺鏡設備，這 種膠嚢同樣具有一個沿確定縱軸安裝的永磁體。通過外部磁場可從外部對內(nèi) 窺鏡設備進行定向。膠嚢在消化道內(nèi)的推進通過胃腸肌肉組織的蠕動而實 現(xiàn)。儲存在染料容器內(nèi)的染料可通過與染料容器相連的出口被置入消化道組 織中。DE 100 03 726 Al中公開了 一種用于檢測造影劑在重力作用下在患者體 內(nèi)的走向的裝置。這種裝置包括一個MR掃描儀，所述MR掃描儀具有一個可 對患者進行傾斜定位的患者定位系統(tǒng)。因此，現(xiàn)有技術的出發(fā)點是膠嚢內(nèi)鏡在人體內(nèi)的磁場支持性推進完全可 以實現(xiàn)?，F(xiàn)有技術并未提出開篇所述的問題，即如何應對推進時所遇到的障 礙，例如腸道轉(zhuǎn)彎處、未預計到的器官狀態(tài)等等?，F(xiàn)有技術也沒有提出如何 自動解決這些問題的提示性方案。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的是提供一種內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，這種內(nèi)窺鏡系統(tǒng)可以實現(xiàn) 膠嚢內(nèi)鏡特別在問題區(qū)域內(nèi)的較佳的自動推進，從而達到更高的內(nèi)窺鏡機器 人導航精度。根據(jù)本發(fā)明，這個目的通過一種根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)而達 成。其他權利要求涉及的是本發(fā)明的有利實施方案。根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，包括 一個外部磁系統(tǒng)、至少一個內(nèi)窺鏡機器人和一個患者承載系統(tǒng)，其中，所述外部磁系統(tǒng)所產(chǎn)生的時變非 均勻磁場可對人或動物中空器官內(nèi)部的至少 一個所述內(nèi)窺鏡機器人進行導 航，所述患者承載系統(tǒng)具有一個患者檢查臺，患者檢查臺可繞其縱軸轉(zhuǎn)動和 /或其縱軸可以發(fā)生傾斜和/或可在至少一個空間方向上進行移動。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，"內(nèi)窺鏡機器人"這一概念可以理解為磁性膠嚢式 內(nèi)窺鏡，磁性膠嚢式內(nèi)窺鏡也稱為"磁性膠囊內(nèi)鏡"。通過外部磁系統(tǒng)在一個工作體積內(nèi)產(chǎn)生時變非均勻磁場，而非只在一個 相對于磁系統(tǒng)而言位置固定的點上產(chǎn)生磁場，就可在內(nèi)窺鏡機器人上施加一 個預期的力和/或預期的轉(zhuǎn)矩，從而在對人或動物中空器官內(nèi)的內(nèi)窺鏡機器 人進行遙控導航，并達到明顯更高的精度。工作體積的直徑例如為35 cm,長度例如為20 cm。為能將內(nèi)窺鏡機器 人從胃部引導到腸道出口 ，患者檢查臺必須可沿其縱軸移動。此外，根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)還具有為移動內(nèi)窺鏡機器人而 設置的障礙識別構件，根據(jù)識別到的障礙，可推導出用于改變患者承載系統(tǒng) 的位置變化的控制參數(shù)，從而使既作用于器官組織、又作用于膠囊內(nèi)鏡的重 力可以起到為膠嚢內(nèi)鏡清除障礙作用，或起到支持膠嚢內(nèi)鏡的移動或改變移 動方向的作用。通過將患者檢查臺轉(zhuǎn)動到側(cè)臥位，可使患者從仰臥位轉(zhuǎn)換到 側(cè)臥位。借此可使內(nèi)窺鏡機器人從垂直移動轉(zhuǎn)換到水平移動。如果在上述垂直移動的方向上膠嚢內(nèi)鏡從下到上的移動，就可較好地實現(xiàn)水平移動。通過 轉(zhuǎn)動患者檢查臺，實現(xiàn)從上到下的垂直移動，內(nèi)窺鏡機器人就可以更容易地 實現(xiàn)必要的水平移動。
通過轉(zhuǎn)動患者檢查臺或?qū)ζ溥M行傾斜調(diào)節(jié)，還可消除中空器官因受其他 組織器官的影響而產(chǎn)生的收縮現(xiàn)象，或至少使收縮程度最小化。也可抑制中 空器官自身有可能出現(xiàn)的不利狀態(tài)(例如彎曲)。在上文所述的所有情況中， 通過這種措施均可為外部磁系統(tǒng)"減負荷"。這樣就可以在必要時減小所需
產(chǎn)生磁場的強度；或者，磁場只需達到一定強度，就已經(jīng)足以驅(qū)動膠囊內(nèi)鏡 的移動。
根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的一種有利實施方案，所述^t手、統(tǒng)可繞其縱軸 轉(zhuǎn)動和/或其縱軸可以發(fā)生傾斜和/或可在至少一個空間方向上進行移動。在 此情況下，患者承載系統(tǒng)的患者檢查臺和所述外部^f茲系統(tǒng)可以選擇性地進行 單獨運動(即患者檢查臺進行相對于外部磁系統(tǒng)移動)，或者也可以一起移 動。在第二種情況下，患者才企查臺和》茲系統(tǒng)也可圍繞一個垂直于其縱軸的軸 進行擺動。通過這種方式同樣可確定所述》茲系統(tǒng)的位置，該磁系統(tǒng)的位置與 膠嚢內(nèi)鏡的預定移動方向和/或當前位置(膠嚢內(nèi)的磁體的位置)相關。所 述磁系統(tǒng)在該位置上可向膠嚢內(nèi)鏡上傳遞最大的力，而同時所需產(chǎn)生的磁場 強度卻最小。
根據(jù)一種特別有利的實施方式，內(nèi)窺鏡機器人具有一個用作障礙識別構 件的傳感裝置，這個傳感裝置用于檢測至少一個反作用力，所述力在中空器 官內(nèi)部作用在所述內(nèi)窺鏡機器人上。這種傳感裝置可基于一個或復數(shù)個外圍 壓力傳感器。這些傳感器所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，借助其他連接在其間的軟件支持的 分析裝置，可為主持內(nèi)窺鏡檢查的醫(yī)生提供如何對患者檢查臺和/或磁系統(tǒng) 進行有利的手動調(diào)節(jié)的提示或指示。
本發(fā)明的一種優(yōu)選改進方案是將成像方法用于障礙識別構件。通過這些 成像方法同樣可得到有關各種障礙的結論，并以準半自動的方式為醫(yī)生提供如何調(diào)節(jié)患者檢查臺和/或磁系統(tǒng)的提示或指示。
一種特別優(yōu)選的實施方式是，通過控制參數(shù)使患者檢查臺和/或磁系統(tǒng) 進行自動移動，從而實現(xiàn)內(nèi)窺鏡機器人在內(nèi)腔中的最佳移動，即盡可能不受 阻礙的移動，并使電磁線圏系統(tǒng)的功率消耗最小化和/或不超過預定的最大 值。通過這種方式可使主治醫(yī)生專注于手術本身，因為在此情況下，對內(nèi)窺 鏡機器人移動的最佳支持是自動進行的。
根據(jù)另一有利實施方案，內(nèi)窺鏡系統(tǒng)具有一個患者檢查臺，這個患者檢 查臺至少部分地由 一種非鐵磁材料構成。借此可確保外部磁系統(tǒng)所產(chǎn)生的時 變非均勻磁場不會受到不利干擾。
上述患者檢查臺至少部分地由一種低電導率材料制成，是有利的。借此 可靠地避免磁場迅速變化時感應出渦流。


下面根據(jù)附圖所示的實施例對本發(fā)明及其有利建構方案進行詳細說明，
其中
圖1為一個用于產(chǎn)生》茲場的外部;茲系統(tǒng)；
圖2為內(nèi)窺鏡系統(tǒng)實施例中患者檢查臺的側(cè)視圖；以及
圖3為內(nèi)窺鏡系統(tǒng)實施例中患者檢查臺的截面圖。
具體實施例方式
圖l用參考符號l表示一個已知的、因而無需加以詳細說明的電磁線圈 系統(tǒng)，這個電磁線圏系統(tǒng)是一外部》茲系統(tǒng)的組成部分。
在所示實施例中，電;茲線圈系統(tǒng)1具有一個大致呈立方體的外輪廓。立 方體的六個面相應用F2a、 F2b、 F3a、 F3b、 F4a和F4b表示。根據(jù)定義，電 磁線圈系統(tǒng)1具有一個原點位于磁系統(tǒng)中心的直角(x， y, z)坐標系。其 中，將與z方向正交的面F3a和F3b碎見為端面，分別與x軸和y軸正交的面F2a、 F2b和F4a、 F4b^L為側(cè)面。#1這些成對出現(xiàn)的面所包圍的是一個三維 的內(nèi)部空間或工作空間A。工作空間A被電磁線圈系統(tǒng)1的單個線圈所圍繞。
躺在患者定位系統(tǒng)的患者檢查臺上的待檢患者2位于工作空間A中。為 清楚起見，圖1并未對帶有患者檢查臺的患者定位系統(tǒng)進行圖示?；颊叩闹?空器官內(nèi)存在一個膠囊狀的內(nèi)窺鏡機器人3。
圍繞電^f茲線圈系統(tǒng)1的中心對稱布置的(矩形截面或圓形截面)柱形工 作體積(未作圖示)位于工作空間A的內(nèi)部，在這個工作體積的內(nèi)部可在內(nèi) 窺鏡機器人3上施加磁力和/或轉(zhuǎn)矩。柱形工作體積的縱軸與z軸重合。
工作體積的直徑例如為35 cm，長度例如為20 cra。為能將內(nèi)窺鏡機器 人從胃部引導到腸道出口 ，患者檢查臺必須可沿其縱軸移動。
為能實現(xiàn)對內(nèi)窺鏡機器人3的導航，電磁線圈系統(tǒng)1包括用于對內(nèi)窺鏡 機器人3在工作空間A中的實際位置進行檢測的已知構件。這種構件例如是 三個位置測量儀4x、 4y和4z，用于對內(nèi)窺鏡機器人3在相應坐標方向上的位 置進行測定。相應的測量值被傳輸?shù)揭粋€圖1中未作圖示的調(diào)節(jié)裝置上。
圖2顯示的是患者檢查臺5的實施方式，患者檢查臺5的縱軸可以發(fā)生 傾斜。這種傾斜在圖2中用雙向箭頭6表示，通過這種傾斜可使患者2的頭 部和腳部相對于所示水平面的相對高度發(fā)生變化。
在圖2所示的實施例中，這種傾斜通過支承楔7而實現(xiàn)。但一般的專業(yè) 人士也可在本發(fā)明范圍內(nèi)通過其他方法來實現(xiàn)患者檢查臺5的縱軸的傾斜。
在圖3所示的實施方案中，患者檢查臺包括第一支承盤8，第一支承盤 8通過氣墊漂浮地安裝在第二支承盤9上。因此，構成真正意義上的患者沖企 查臺的支承盤8可繞其縱軸轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)相應的傾斜。
在所示實施例中，第一支承盤8和第二支承盤9之間的氣墊的產(chǎn)生方式 是通過充氣管11在第二支承盤9下方的腔室12內(nèi)充入空氣(箭頭10)。 這部分空氣通過第二支承盤9上的多個透氣孔13從腔室12到達兩個支承盤 8、 9之間。在此情況下，用于支承患者2的支承盤8就可近乎無摩擦地繞其縱軸轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)。
也可將用于實現(xiàn)患者檢查臺5和患者檢查臺8的措施彼此結合起來。 為避免患者2的姿勢發(fā)生變化，設置有至少一個患者固定裝置，但為簡
明起見，圖2和圖3均未對其進行圖示。
權利要求
1.內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，包括一個外部磁系統(tǒng)、至少一個內(nèi)窺鏡機器人(3)和一個患者承載系統(tǒng)(5，6，7，8，9)，其中，所述外部磁系統(tǒng)所產(chǎn)生的時變非均勻磁場可對人或動物的中空器官內(nèi)部的至少一個所述內(nèi)窺鏡機器人(3)進行導航，所述患者承載系統(tǒng)(5，6，7，8，9)具有一個患者檢查臺(5，8)，其特征在于，所述患者檢查臺可繞其縱軸轉(zhuǎn)動和/或其縱軸可以發(fā)生傾斜和/或可在至少一個空間方向上進行移動，所述內(nèi)窺鏡系統(tǒng)具有為移動所述內(nèi)窺鏡機器人而設置的障礙識別構件，根據(jù)識別到的障礙，為所述患者承載系統(tǒng)的位置改變推導出控制參數(shù)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其中，所述患者檢查臺(5, 8) 最好由步進電動機驅(qū)動進行自動移動和/或遙控移動。
3. 根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其中，所述磁系統(tǒng)可繞其縱軸 轉(zhuǎn)動和/或其縱軸可以發(fā)生傾斜和/或可在至少一個空間方向上進行移動。
4. 根據(jù)權利要求1至3所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)窺鏡機器人 (3)具有一個用作障礙識別構件的傳感裝置，所述傳感裝置用于檢測至少一 個反作用力，所述力在所述中空器官內(nèi)部作用在所述內(nèi)窺鏡機器人上。
5. 根據(jù)上述權利要求中任一項權利要求所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其中，所 述內(nèi)窺鏡系統(tǒng)具有一個用于障礙識別構件的成像方法。
6. 根據(jù)上述權利要求中任一項權利要求所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其中，借 助一個內(nèi)窺鏡機器人位置探測裝置可測定所述內(nèi)窺鏡機器人在克服重力作 用時的標定4九跡的方向。
7. 根據(jù)上述權利要求中任一項權利要求所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其中，通 過所述控制參數(shù)使所述患者檢查臺(5， 8)和/或所述磁系統(tǒng)進行自動移動， 從而使所述電磁線圏系統(tǒng)的功率消耗最小化和/或不超過預定的最大值。
8. 根據(jù)上述權利要求中任一項權利要求所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其中，所述患者檢查臺(5， 8)至少部分地由一種非鐵磁材料制成。
9. 根據(jù)上述權利要求中任一項權利要求所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其中，所 述患者檢查臺(5， 8)至少部分地由一種低電導率材料制成。
10. 根據(jù)上述權利要求中任一項權利要求所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其中，所 述患者檢查臺建構為支承盤(8)，所述支承盤(8)最好可繞其縱軸轉(zhuǎn)動。
11. 根據(jù)權利要求IO所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其中，所述支承盤(8)通過 一層氣墊漂浮地安裝在第二支承盤(9)上。
12. 根據(jù)上述權利要求中任一項權利要求所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其中，所 述患者檢查臺(5, 8)具有至少一個患者固定裝置。
13. 根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其中，所述外部磁系統(tǒng)建構為 i茲共振掃描儀。
14. 根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其中，所述外部磁系統(tǒng)建構為 開放式;茲共振掃描儀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，所述內(nèi)窺鏡系統(tǒng)具有一個外部磁系統(tǒng)、至少一個內(nèi)窺鏡機器人(3)和一個患者定位系統(tǒng)(5-9)，其中，通過所述外部磁系統(tǒng)所產(chǎn)生的磁場可對位于人或動物中空器官內(nèi)的所述至少一個內(nèi)窺鏡機器人(3)進行導航，所述患者定位系統(tǒng)(5-9)具有患者檢查臺(5，8)，所述內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的特征在于，所述患者檢查臺可繞其縱軸轉(zhuǎn)動和/或其縱軸可以發(fā)生傾斜和/或可在至少一個空間方向上進行移動，所述內(nèi)窺鏡系統(tǒng)具有可為所述內(nèi)窺鏡機器人的移動識別障礙的構件，從識別到的障礙中可推導出用于改變所述患者定位系統(tǒng)的位置的控制量。
文檔編號A61B5/07GK101217912SQ200680025360
公開日2008年7月9日 申請日期2006年7月10日 優(yōu)先權日2005年7月11日
發(fā)明者克勞斯·亞伯拉罕-富克斯, 塞巴斯蒂安·施密特, 約翰尼斯·賴因希克, 雷納·庫思, 雷納·格勞曼, 魯?shù)婪颉ち_凱萊因 申請人:西門子公司