專利名稱：從液體表面分離內(nèi)窺鏡膠囊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于從水表面分離以磁的方式引導的內(nèi)窺鏡膠囊 (Endoskopiekapsel)的方法和裝置，其目的是，在使用盡可能小的磁力的情況下將膠囊完全浸沒在水中并且在此與水表面分離。
背景技術：
內(nèi)窺鏡膠囊的使用在醫(yī)學中得到越來越廣的應用，用于診斷或者用于處理患者內(nèi)部。內(nèi)窺鏡膠囊此外還能夠包含例如用于活組織檢查或者用于將藥物引入體內(nèi)的醫(yī)療儀器和/或給出圖像的系統(tǒng)，例如攝像機。內(nèi)窺鏡膠囊具有與膠囊固定(fest)連接的、具有磁偶極矩的磁性元件，所述磁偶極矩例如能夠源自在膠囊中固定安裝的永磁體?；谠摯排紭O矩，能夠如例如在DE 10 2008 004 871中所述的那樣借助調(diào)動裝置 (Man5vriervorrichtung)以任意方式調(diào)動或者導航膠囊。DE 10 2008 004 871描述了由多個單線圈構(gòu)成的勵磁線圈系統(tǒng)用以導航內(nèi)窺鏡膠囊、視頻膠囊或者其他的探針。在下文中只是仍一般性地稱為“內(nèi)窺鏡膠囊”或者簡稱為“膠囊”，其中這個概念概括了內(nèi)窺鏡膠囊、視頻膠囊和其他的探針。在膠囊中固定地安裝磁性元件(例如永磁體或者鐵磁體)，使得能夠借助勵磁線圈系統(tǒng)以任意的方式調(diào)動所述膠囊。勵磁線圈系統(tǒng)產(chǎn)生沿笛卡爾坐標系的軸X，1，Z的磁場分量 3 B,, B..以及能夠?qū)崿F(xiàn)對內(nèi)窺鏡膠囊的無接觸引導的磁性梯度場。在此情況下充分利用，在不存在顯著的磁反力的情況下，磁性元件(即具有磁偶極矩5的主體)平行于由沿著笛卡爾坐標系的軸方向的磁場分量1知，B ,, B,組成的磁場G的方向取向。由于該磁性元件固定地與內(nèi)窺鏡膠囊連接，所以膠囊的定向可能會受到影響。附加地，以由磁梯度場等等觸發(fā)的方式，具有包含梯度場的梯度矩陣日的
力？ = · ^根據(jù)下式對磁偶極矩起作用梯度矩陣竊基于麥克斯韋方程ror 5. = C和dui = δ是對稱的且是無跡的， 也就是說，該梯度矩陣以 & / ry { . fB / rx , PBr / Γζ - {&, / Px ) , 1 /Γζ i: VBy / dy丨和三個對角線元素中的兩個(例々ΠΛ3;.. / fx禾ΠΛ3. / Py )包含五個獨立的梯度場。通過有針對性地驅(qū)動勵磁線圈布置的單線圈，能夠以任意方式調(diào)節(jié)磁場g和矩陣 S的一個或多個梯度場。因而，一方面可能的是，使磁性元件和/或(bzw.)膠囊旋轉(zhuǎn)并且因此以任意的方式在勵磁線圈系統(tǒng)內(nèi)的工作空間A中取向。另一方面可能的是，將力P施加在磁性元件上，以便除了旋轉(zhuǎn)之外還平移地移動所述磁性元件。
為了借助由勵磁線圈系統(tǒng)產(chǎn)生的各種場更詳細地闡述膠囊導航，尤其是參閱DE 10 2008 004 871。磁膠囊內(nèi)窺鏡(Kapselendoskopie)的特殊應用是所謂的胃篩查(Screening)，所述胃篩查包括例如在US 2007/0221233 Al中描述的對胃的檢查。在胃篩查時，用水部分地填充胃并且膠囊和/或集成在膠囊中的攝像機(其光軸通常沿著膠囊縱軸的方向定向并且其通常在膠囊端部之一處裝入該膠囊中)應該對胃粘膜進行遠距離拍攝以及近距離拍攝。 在遠距離拍攝時，膠囊通常在水表面處漂浮，其中兩個通常為半球狀的膠囊端部之一部分地凸出水表面。對于近距離拍攝，該膠囊典型地完全浸入水中。為了從遠距離拍攝轉(zhuǎn)變?yōu)榻嚯x拍攝，該膠囊必須因而與水表面分離，對此必須基于水的表面張力將大約2mN數(shù)量級的磁力應用在膠囊上。該分離力明顯大于磁力，其中需要所述磁力，以便將膠囊緩慢地(即在以0-5mm/sec的速度進行胃篩查的情況下)或者在水表面處以兩維運動或者以完全浸入水中的方式三維地運動。典型地，這里需要數(shù)量級大約為0. 2mN至0. 3mN的力，其中對于完全浸入水中的膠囊的垂直運動，這僅在膠囊的平均密度幾乎與水的密度相同時才適用。所施加的磁力與勵磁線圈系統(tǒng)的單線圈中的線圈電流成比例。為了對膠囊產(chǎn)生完全浸沒所需要的磁力，據(jù)此，勵磁線圈中需要明顯超出膠囊的正常導航所需的電流和/或 (bzw.)安匝數(shù)的線圈電流和/或安匝數(shù)。相應于此，需要能夠產(chǎn)生較高電流的昂貴功率放大器以及相應更有效的冷卻系統(tǒng)。減小表面張力的影響的可能性在于，這樣擺動在水表面處漂浮的膠囊，使得從水表面凸出的端部用水弄濕。在弄濕之后，膠囊的表現(xiàn)就像完全侵入的膠囊，該膠囊將近在水表面之下懸浮，即，不再需要特別的分離力來使膠囊下沉。然而，在擺動時，膠囊的視角和 /或由攝像機描繪的區(qū)域不可避免地被改變。因而，胃粘膜上的要更近地觀察的目標區(qū)域 (其例如借助遠距離拍攝來識別)在擺動時通常離開攝像機的視場。在能夠把更近的檢查繼續(xù)進行之前，該目標區(qū)域于是才必須再次被尋找，這在膠囊攝像機的圖像重復率比較小的情況下以及在胃中的光學條件下可能是相當耗費時間的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務是，說明用于使內(nèi)窺鏡膠囊完全浸沒在液體表面之下的方法和裝置。該任務通過在獨立權(quán)利要求中說明的發(fā)明來解決。有利的擴展方案在從屬權(quán)利要求中得出。在根據(jù)本發(fā)明的解決方案中，優(yōu)化由勵磁線圈系統(tǒng)在膠囊上和/或在其磁矩上產(chǎn)生的力的時間曲線。在此情況下，由勵磁線圈系統(tǒng)根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生具有在內(nèi)窺鏡膠囊上的至少一個力脈沖的短時間力曲線，其中，所產(chǎn)生的力的方向基本上垂直于液體的表面。在有利的擴展方案中，通過最大可能箱形、斜坡狀、三角形或者樣條狀的時間特性表征力脈沖，其中概念“箱形”、“斜坡狀”、“三角形”以及“樣條狀”涉及所產(chǎn)生的力的時間特性。輪廓的特定造型，尤其是箱形的力脈沖具有如下優(yōu)點，利用其僅僅必須應用比較小的磁力以便完全浸沒。在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個擴展方案中，在膠囊上產(chǎn)生奇數(shù)個力脈沖，其中每個奇數(shù)力脈沖的力的方向指向液體，使得引起內(nèi)窺鏡膠囊至少部分地侵入液體中，而每個偶數(shù)力脈沖的力的方向從液體中指出，使得引起內(nèi)窺鏡膠囊至少部分地從液體中露出。在一個替代擴展方案中，產(chǎn)生偶數(shù)個力脈沖，其中每個奇數(shù)力脈沖的力的方向從液體中指出，使得引起內(nèi)窺鏡膠囊至少部分地從液體中露出，而每個偶數(shù)力脈沖的力的方向指向液體，使得引起內(nèi)窺鏡膠囊至少部分地侵入液體中。不僅具有奇數(shù)個力脈沖的擴展方案而且具有偶數(shù)個力脈沖的替代方案都被證明是有利的，原因在于用于浸沒所需要的力脈沖的幅度數(shù)值相對于僅具有一個力脈沖的方法明顯更小。有利地，使力脈沖的幅度數(shù)值和力脈沖的時間特性與彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的振蕩諧振協(xié)調(diào)，其中彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的彈簧部分通過圍繞該膠囊的液體的表面張力來確定，并且質(zhì)量部分由內(nèi)窺鏡膠囊的質(zhì)量以及圍繞內(nèi)窺鏡膠囊的與內(nèi)窺鏡膠囊一起運動的液體部分的質(zhì)量組成。由此實現(xiàn)，能夠優(yōu)化該力脈沖，使得一方面確保完全浸沒，并且另一方面僅僅必須應用為了向勵磁線圈系統(tǒng)的線圈供電所需的最小電流，該系統(tǒng)的超尺寸因此是多余的。根據(jù)表征內(nèi)窺鏡膠囊的參數(shù)(尤其是幾何形狀，表面特性和膠囊縱軸相對于水表面的取向)以及根據(jù)表征液體的參數(shù)(尤其是溫度、化學成分、純度以及粘性)來預先計算該短時間力曲線，使得內(nèi)窺鏡膠囊在短時間力曲線的產(chǎn)生結(jié)束后完全浸沒并且將近 (knapp)在液體表面之下處于懸浮狀態(tài)。有利地，該短時間力曲線在通過操作員觸發(fā)之后自動產(chǎn)生。通過此來確保，尤其是正確地調(diào)節(jié)該力曲線的力的數(shù)值并且對膠囊起作用的力準時被切斷，使得膠囊在表面之下發(fā)生懸浮并且例如不撞擊相對的胃內(nèi)壁。此外，在一個特別的實施形式中，自動地(尤其通過膠囊運動模型)來測定，該內(nèi)窺鏡膠囊是否恰好位于液體的表面處或者該內(nèi)窺鏡膠囊是否完全浸沒。操作員也能夠手動地預先確定，該內(nèi)窺鏡膠囊是否恰好位于液體的表面處或者該內(nèi)窺鏡膠囊是否完全浸沒。當該內(nèi)窺鏡膠囊已經(jīng)完全浸沒時該短時間力曲線不能夠被產(chǎn)生。該實施形式提供了提高的安全性的優(yōu)點。此外，該短時間力曲線(其與在液體表面處的膠囊的機械諧振協(xié)調(diào) (abgestimmt))的應用恰恰僅在該膠囊位于液體表面處時才是有意義的。否則，該力曲線可能引起不受控制的直至無規(guī)律的膠囊運動。不能排除，該膠囊非故意地例如撞擊胃內(nèi)壁和/或不受控制地離開借助遠距離拍攝選出的膠囊位置。根據(jù)本發(fā)明的用于實施用于利用將內(nèi)窺鏡膠囊與液體的表面分離來使在液體表面處漂浮的內(nèi)窺鏡膠囊完全浸沒到液體中的方法的裝置包括用于產(chǎn)生磁場和/或磁梯度場用以以磁的方式引導內(nèi)窺鏡膠囊的勵磁線圈系統(tǒng)和驅(qū)動單元。該內(nèi)窺鏡膠囊具有固定地集成的、具有磁偶極矩的磁性元件。用于控制勵磁線圈系統(tǒng)的單線圈的電流供給的導航軟件在驅(qū)動單元中，和用于控制勵磁線圈系統(tǒng)的單線圈的電流供給的另外的軟件被實現(xiàn)，其中該另外的軟件實施根據(jù)本發(fā)明的方法。有利地，該另外的軟件包括膠囊運動模型，利用該膠囊運動模型從內(nèi)窺鏡膠囊的定義的初始狀態(tài)出發(fā)并且根據(jù)借助該勵磁線圈系統(tǒng)在內(nèi)窺鏡膠囊上產(chǎn)生的磁力能夠測定， 內(nèi)窺鏡膠囊是否恰好位于液體表面處或者內(nèi)窺鏡膠囊是否完全浸沒。替代地或者附加地，該驅(qū)動單元具有輸入裝置，利用該輸入裝置操作員可以手動地預先確定，內(nèi)窺鏡膠囊是否恰好位于液體表面處或者內(nèi)窺鏡膠囊是否完全浸沒。
完全浸沒的特征在于，該膠囊應該浸入其下的水表面在該膠囊之上封閉(Uber der Kapsel schliefit)。


根據(jù)在下文中描述的實施例以及借助附圖得到本發(fā)明的其他優(yōu)點、特征和細節(jié)。在此
圖IA示出放置在勵磁線圈布置中的患者的胃的未按正確比例的視圖的截面圖， 圖IB示出用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的合適的勵磁線圈布置的視圖， 圖2A示出對膠囊位置與短斜坡狀力脈沖形式的第一力曲線的依賴性的仿真的結(jié)果， 圖2B示出對膠囊位置與具有與第一力曲線相同的長度和形狀但具有稍微更加陡峭的斜坡的第二力曲線的依賴性的仿真的結(jié)果，
圖2C示出對膠囊位置與具有箱形力脈沖的第三力曲線的依賴性的仿真的結(jié)果， 圖2D示出對膠囊位置與具有三個箱形力脈沖的第四力曲線的依賴性的仿真的結(jié)果。
具體實施例方式圖IA以未按正確比例的示圖示出患者1的胃10。在胃10中為了執(zhí)行胃篩查而存在具有永磁體21的內(nèi)窺鏡膠囊20。胃10部分地用水30填充，并且內(nèi)窺鏡膠囊20在水表面31處漂浮。內(nèi)窺鏡膠囊20的縱軸在圖IA中沿y方向定向。內(nèi)窺鏡膠囊20的縱軸和y 方向不必一致，而是能夠彼此成直至大約70°的角度。y方向在下文中定義為如下方向，即該方向垂直于水表面31。在此正y方向從水30中向外定向。沿負y方向的運動因此意味著內(nèi)窺鏡膠囊20的浸入或浸沒，而膠囊20沿正y方向的運動等于露出。該患者1躺在患者病床50上以便檢查并且位于具有多個單線圈41的勵磁線圈系統(tǒng)40內(nèi)，為了清楚起見在圖IB中僅其中一個設有附圖標記。勵磁線圈系統(tǒng)40也包括未示出的功率放大器。能夠?qū)⑷缋缭贒E 10 2008 004 871或者在DE 103 40 925 B3中描述的線圈系統(tǒng)用作勵磁線圈系統(tǒng)40。在圖IB中示范性地示出具有十個單線圈41的勵磁線圈系統(tǒng)40的一個可能的實施形式，該實施方式尤其適合用于在患者1的胃10中導航內(nèi)窺鏡膠囊20。將勵磁線圈系統(tǒng)40用于通過產(chǎn)生磁場g的分量艮、3。、3,和/或梯度矩陣g的梯度場而在內(nèi)窺鏡膠囊20的磁性元件21上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩和/或力Ej:到。由于該磁性元件21固定地與膠囊20連接，因此得到，所產(chǎn)生的力也直接對內(nèi)窺鏡膠囊20起作用。對于在下文中用以及諸如此類表示的磁力因此是指在內(nèi)窺鏡膠囊20的磁性元件21與梯度矩陣S的通過勵磁線圈系統(tǒng)40產(chǎn)生的梯度場之間的相互作用中對內(nèi)窺鏡膠囊20起作用的力。如已經(jīng)提及的一樣，為了精確地闡述勵磁線圈系統(tǒng)40與永磁體21和/或其磁偶極矩之間的相互作用參閱DE 10 2008 004 871。為了控制勵磁線圈系統(tǒng)40，設置驅(qū)動單元42，在驅(qū)動單元42中借助相應的導航軟件控制單線圈41的電流供給以便產(chǎn)生磁場和梯度場。例如，勵磁線圈系統(tǒng)40的操作員能夠手動地借助操作單元43 (例如操縱桿)來影響磁場和梯度場的產(chǎn)生，使得根據(jù)操縱桿43 的偏轉(zhuǎn)方向來產(chǎn)生沿確定空間方向的場，其中所產(chǎn)生的場的數(shù)值能夠取決于操縱桿43的偏轉(zhuǎn)幅度。在內(nèi)窺鏡膠囊20中集成攝像機20，攝像機20的光軸沿膠囊20的縱軸方向定向。 利用攝像機20首先進行胃粘膜11的遠距離拍攝，其中發(fā)現(xiàn)異常12，例如潰瘍。為了能夠更精確地檢查異常12，必須進行近距離拍攝，為此，必須沿負y方向更靠近異常12地運動內(nèi)窺鏡膠囊并且最終完全浸沒內(nèi)窺鏡膠囊。原則上，為了完全浸沒以及為了與此相聯(lián)系地使內(nèi)窺鏡膠囊20與水表面31分離， 要注意的是，可以將分離過程考慮為動態(tài)進程。認為具有質(zhì)量M的膠囊20首先在水表面 31處漂浮并且現(xiàn)在利用勵磁線圈系統(tǒng)40沿負y方向?qū)δz囊20施加磁力？J.3),因此膠囊20 的運動強烈地取決于所施加力的時間曲線。如果-Jd太小，則膠囊20和圍繞膠囊20 的水表面31雖然部分地(in Stuck)向下下沉，但未發(fā)生膠囊20與表面31的分離以及完全浸沒。相反地，膠囊20與在膠囊20周圍的水表面31又向上蕩回。在力作用不充分的情況下，膠囊20與周圍的水一起運動，如阻尼振蕩器或者如具有彈簧常數(shù)k......syrf,阻尼
kjr:c f IfricWW及質(zhì)量M+m的阻尼彈簧質(zhì)量系統(tǒng)，其中 +口是膠囊的摩擦系數(shù)，和k. r Γ Hi是周圍的水的摩擦系數(shù)，其中M是膠囊的質(zhì)量，和m是一起運動的水的質(zhì)量。彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的彈簧部分通過圍繞膠囊20的液體的表面張力來確定，而質(zhì)量部分由內(nèi)窺鏡膠囊20的質(zhì)量M以及圍繞內(nèi)窺鏡膠囊20、與內(nèi)窺鏡膠囊一起運動的液體部分的質(zhì)量m 組成。只有當膠囊20和水表面向下的偏轉(zhuǎn)(Auslenkung)超出臨界值時，到水表面中的能量輸入才足夠大，使得在水邊緣與膠囊20分離之后，水表面能夠在膠囊之上封閉。在該分離過程之后，該膠囊20在水中象具有質(zhì)量M和液壓摩擦系數(shù)'-m的單一主體一樣運動。圖2A示出對沿y方向的膠囊位置 (ΛΛ與施加在膠囊上的力Fj 的依賴性的仿真的結(jié)果。力曲線t.^ ·:二和/或力的時間曲線P—mac,《L〉的特征在于該力的數(shù)值 I Fjmag () ！以斜坡方式逐漸地上升直至最大值1. 6mN并且隨后下降到零。力在此沿負y方向起作用。同樣根據(jù)時間t在圖2A中示出沿y方向的膠囊位置y (U。該仿真示出如下情況，其中該力Fjy不足以將膠囊20與水表面分離。膠囊20雖然浸入,但在力:JV切斷之后膠囊20進行沿y方向的振蕩運動，以便最終又在水表面31處達到靜止。圖2B示出了力的基本上與圖2A中相同的時間曲線。力數(shù)值的斜坡狀上升然而比在圖2A中的略微更陡峭，使得力 Jd的數(shù)值的最大值也比在圖2A的情況中略微更大， 即，大于1. 6mN。在這種情況下，出現(xiàn)膠囊20與水表面31的分離以及出現(xiàn)完全浸沒，即，水表面在膠囊之上封閉。該膠囊20因此浸沒并且由于摩擦而在確定的深度停止。在圖2C中示出另外的仿真的結(jié)果，其中所產(chǎn)生的磁力的時間曲線有所改變。 替代斜坡狀上升，此處產(chǎn)生具有箱形輪廓和/或箱形時間曲線的力脈沖P.IIIIII..⑴3d C L I ,該力脈沖P........出叫{ I ”沿負y方向起作用。在理想的箱形力脈沖中，所產(chǎn)生的力在第一時間點跳躍地從通常位于零水平的第一數(shù)值上升到第二數(shù)值(該第二數(shù)值然后保持一定的時間間隔)，以及在第二時間點該力又跳躍地回落到第一數(shù)值。該力的時間特性然而直接取決于流經(jīng)勵磁線圈系統(tǒng)40的單線圈的電流的時間特性。這些線圈電流的時間特性可能由于線圈的電感以及由于(未示出的)功率放大器的受技術條件限制的電壓(其為線圈供電)而是近似箱形的，因而所產(chǎn)生的力的時間特性也只能夠是近似箱形的。在此，“近似”箱形力脈沖的特征在于a)在盡可能短的時間內(nèi)實現(xiàn)該力從第一數(shù)值到第二數(shù)值的上升以及線圈電流的相應上升，以及
b)力平穩(wěn)狀態(tài)和/或者相應的電流平穩(wěn)狀態(tài)對于是上升時間的多倍的時間間隔被保持在第二數(shù)值的水平上。如果下文中提到箱形力或者電流脈沖，則分別指的是近似箱形脈沖。否則稱為理想的箱形脈沖。該近似箱形脈沖在技術上通常如此實現(xiàn)，使得在考慮給定技術前提條件的情況下實現(xiàn)從第一力數(shù)值到第二力數(shù)值的最小可能上升時間。該技術事實在此情況下包括功率放大器的功率參數(shù)以及勵磁線圈的特征，尤其是其電感。對于形成圖2C和2D的圖表的基礎的仿真，考慮理想的箱形力脈沖。圖2C示出，利用箱形力脈沖Fj^完全浸沒以及與水表面的分離已經(jīng)在I F mag! =1. 2mN的力數(shù)值時是可能的。在這種情況下膠囊20也完全浸沒并且由于摩擦而在確定的深度停止。所需的力幅度的進一步減小能夠通過如下方式來實現(xiàn)接連產(chǎn)生多個箱形力脈沖，其中尤其奇數(shù)個力脈沖是有利的。這些力脈沖在其時間曲線方面與已經(jīng)提到的由膠囊以及在膠囊與水表面分離之前周圍的水組成的阻尼彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的振蕩諧振相協(xié)調(diào)。尤其是，在此使力脈沖的幅度的數(shù)值和力脈沖的時間特性與該振蕩諧振相協(xié)調(diào)。在此，每個奇數(shù)力脈沖的力的方向(即，第一、第三、第五等等力脈沖的力的方向) 指向負y方向和/或者指向液體。因此，奇數(shù)力脈沖引起內(nèi)窺鏡膠囊浸入液體中。而每個偶數(shù)力脈沖的力的方向(即，第二、第四等等力脈沖的力的方向)從液體中指出。因而，偶數(shù)力脈沖引起內(nèi)窺鏡膠囊從液體中露出。就此而論，圖2D示出具有時間力曲線的仿真的結(jié)果，其中產(chǎn)生三個相繼的力脈沖
F iriagKF 禾口 F—m兩3:。奇數(shù)力脈沖F mag評口 F—ui<j3的方向指向液體，而偶數(shù)力脈沖F ci0g2沿相反的、正y方向的方向起作用。同樣示出沿y方向的膠囊位置的時間曲線y(t;>。該第一力脈沖F mag]引起內(nèi)窺鏡膠囊浸入液體中，但還未完全浸沒。該第二力脈沖F nnsg2沿相反的方向起作用并且引起膠囊從液體中露出，而第三力脈沖F—mag.3 最終實現(xiàn)內(nèi)窺鏡膠囊完全浸沒在液體的表面以下。由于在第三力脈沖FjT^g 3結(jié)束后不再有力施加在膠囊上，所以膠囊不是不受控制地進一步下沉，而是通過與液體的摩擦而被制動并且最終將近在表面之下停止。為了能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)窺鏡膠囊完全浸沒所需的力脈沖F mag〗至F—η網(wǎng)3和/或力數(shù)值丨丨至I F—I^g3的平穩(wěn)狀態(tài)(Plateau)這里僅處于0. 8mN。該仿真表明，斜坡狀的、相對緩慢的力增大(如其在圖2A和2B中示出的一樣)導致F......二叫(t啲最大值中丨F 30；> 1. 6mN的比較高的力需求。對于如圖2C中的單獨的箱形力
脈沖，當力脈沖的數(shù)值處于至少1.2mN時，在此外相同的條件下就已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)膠囊與水表面的分離以及完全浸沒。在三個相繼的力脈沖的序列中，分別僅為0. SmN的數(shù)值就已經(jīng)足夠。在該方法的現(xiàn)實應用中應注意雖然所產(chǎn)生的力F Jd恰好足夠用于將膠囊20與水表面31分離，但是應該避免膠囊20的除此之外進行的有可能不受控制的向下運動。在理想情況下，內(nèi)窺鏡膠囊20應該在分離之后立即在水表面31之下懸浮并且尤其是不沖擊例如位于膠囊20之下的胃粘膜11。這樣的預先規(guī)定在手動控制膠囊20的情況下(其中例如借助由手操作的操縱桿產(chǎn)生對于用于產(chǎn)生期望的磁場和梯度場的勵磁線圈系統(tǒng)40的單線圈的電流供給的預先規(guī)定)只能困難地實現(xiàn)，原因在于典型地必須以大約0. Isec的時間精度切斷用于分離膠囊20的磁力Fj i3,以便避免在水表面31之下不受控制的運動。此外， 所需的力曲線取決于在與液體表面分離之前以及期間膠囊縱軸與y方向成什么角度。有利地，由此，浸沒膠囊20的進程，即力曲線f+j+d或者力曲線F mag], r ma+g2、F .m叫3的計算和產(chǎn)生自動地執(zhí)行，而操作員不必操縱地干預。該自動進程在與勵磁線圈系統(tǒng)40相連接的控制單元中實現(xiàn)并且因此能夠產(chǎn)生所需的力曲線。在此尤其提供，使用勵磁線圈系統(tǒng) 40的已經(jīng)存在的驅(qū)動單元42作為控制單元并且在驅(qū)動單元42中實現(xiàn)該自動進程。有效地，將必要的操作員干預限制于其觸發(fā)浸沒的自動進程，例如，其方式是他操作驅(qū)動單元42 的相應的按鈕等等。在操作按鈕之后并且認為內(nèi)窺鏡膠囊20在該時間點位于水表面31處，通過驅(qū)動單元42產(chǎn)生短時間力曲線(t),其引起膠囊20完全浸沒在水表面31之下并且隨后接近在水表面31之下保持在懸浮狀態(tài)。相應于由操作員期望的額定力的力曲線與能夠包括在圖2B至2D中示出的力曲線之一的該短時間力曲線相關聯(lián)，其中該額定力由操作員借助如上所述的操作單元43預先給出的并且能夠?qū)崿F(xiàn)膠囊20在水下的期望的導航。例如，在根據(jù)圖IA檢查的情況下提供，將膠囊20進一步沿y方向運動，以便能夠產(chǎn)生異常12的近距離拍攝。相對于膠囊的正常導航，該短時間力曲線的特征此外在于，能夠產(chǎn)生較高的磁力， 其中最大為0. 2mN至0. 3mN的磁力典型地足夠了。由此避免在正常手動導航中用太強的力對膠囊加載以及膠囊運動太快。為了控制勵磁線圈系統(tǒng)40，已經(jīng)引入了驅(qū)動單元42。該驅(qū)動單元42能夠附加地用于測定該內(nèi)窺鏡膠囊20是否恰好位于水表面31處或者膠囊20是否完全浸沒。對此在驅(qū)動單元42中實現(xiàn)相應的軟件。在驅(qū)動單元42中的軟件中，例如存放有膠囊20的簡單運動模型，利用該簡單運動模型認為膠囊20的初始位置是已知的，膠囊位置能夠根據(jù)在膠囊20上施加的力來計算。借助膠囊20的定義的初始狀態(tài)(其包括膠囊20的初始位置和初始取向)，以及在使用例如由操縱桿43收到的控制指令，即操縱桿43的偏轉(zhuǎn)的方向和幅度的情況下，該運動模型測定該膠囊相對于初始位置的大概y位置并且尤其測定該膠囊20是否在水表面31處漂浮。在此自起始時間點起考慮在膠囊上起作用的磁力的整個時間曲線。典型地，在篩查流程開始時該膠囊將在水表面處或者以磁的方式向那里運動。對于這種運動模型的實現(xiàn)有利的是，對于在一定的時期內(nèi)操作員沒有通過操縱桿43或者通過其它的操作單元(例如鍵盤)進行輸入的情況，自動地轉(zhuǎn)換到驅(qū)動單元42的運行模式，其中將內(nèi)窺鏡膠囊20拉向水表面31。 于是能夠可靠地認為該膠囊20位于表面31處，使得達到定義的狀態(tài)“內(nèi)窺鏡膠囊在水表面處漂浮”。替代地或者附加地，通過圖形用戶界面(GUI)向操作員顯示，該膠囊20恰好處于何種狀態(tài)和/或初始狀態(tài)，也就是說，具體地，膠囊20是否在水表面31處漂浮或者它是否完全浸沒。該操作員能夠借助相應的輸入單元44例如利用按鍵或者腳踏開關在需要時手動地改變膠囊20的在軟件中接受的并且在⑶I處顯示的狀態(tài)。如果在⑶I處例如顯示，該膠囊20完全浸沒，但操作員肯定該膠囊20漂浮，則該操作員能夠借助操作輸入單元44來校正膠囊20的在軟件中接受的狀態(tài)并且因而確定該運動模型的適合的起始狀態(tài)。上述力脈沖具有斜坡狀或者箱形輪廓和/或時間特性。自然也可想到的是例如具有對稱或非對稱三角形輪廓或者正弦形或者余弦形輪廓的力脈沖。該力脈沖也能夠以樣條狀，即如線性樣條或者更高階樣條那樣形成。其它輪廓形狀同樣是可能的，然而箱形輪廓具有如下優(yōu)點，所需的最大力和/或所需的最大電流低于在非箱形輪廓情況下。為了計算具有如下意圖的各個力脈沖完全浸沒膠囊并且將近在表面之下停止， 該力曲線首先例如被定義為3個近似箱形力脈沖的序列，其中所有三個脈沖都具有相同的時間長度和幅度。據(jù)此，仍有兩個可自由選擇的參數(shù)要確定，即，單脈沖的長度和幅度。該確定最好根據(jù)實驗來進行，而且根據(jù)對在確定的檢查中實際應使用的那個膠囊特定的幾何形狀和表面材料。在確定參數(shù)時，必要時，與在水中和/或在水表面處膠囊取向的依賴關系也將起作用。只要不使用添加劑(例如發(fā)泡劑)，水的影響(例如與溫度和可能的污染有關)大概可能小。根據(jù)實驗確定的力曲線存放在驅(qū)動單元42的軟件中，例如，以“查找表 (Look-up-Table)”的形式，其包含明確地表征力曲線的參數(shù)。
權(quán)利要求
1.用于利用將內(nèi)窺鏡膠囊00)與液體(30)的表面(31)分離來使在所述液體(30)的所述表面(31)處漂浮的內(nèi)窺鏡膠囊00)完全浸沒到所述液體(30)中的方法，其中所述內(nèi)窺鏡膠囊00)具有帶有磁偶極矩 C ；—)的固定地集成的磁性元件01)，其中，用于產(chǎn)生用于以磁的方式引導所述內(nèi)窺鏡膠囊OO)的磁場和/或磁梯度場的勵磁線圈系統(tǒng)GO)在所述內(nèi)窺鏡膠囊OO)上產(chǎn)生具有至少一個力脈沖 ^Lniog ,F— g3i的短時間力曲線(F/+邦i L)),其中所述力脈沖F^ieg2, Fjwg3:_的方向基本上垂直于所述液體(30)的表面(31)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述力脈沖 F丨具有最大可能箱形、斜坡狀、三角形或者樣條狀的時間特性"?！薄?_naa(t) :_。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述短時間力曲線、ι))包括奇數(shù) N 個力脈沖〈=^niag # F^meσ2, F—nag_3 i,其中 N> 1,其中-每個奇數(shù)力脈沖《？的力的方向指向所述液體(30)，其中引起所述內(nèi)窺鏡膠囊OO)至少部分地浸入所述液體(30)，以及-每個偶數(shù)力脈沖^ 的力的方向從所述液體(30)中指出，其中引起所述內(nèi)窺鏡膠囊OO)至少部分地從所述液體(30)中露出。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述短時間力曲線<(ι;))包括偶數(shù)N個力脈沖〖......i F tna g 2 ),其中N >丄,其中-每個奇數(shù)力脈沖< Cagl)的力的方向從所述液體(30)中指出，其中引起所述內(nèi)窺鏡膠囊OO)至少部分地從所述液體(30)中露出，以及-每個偶數(shù)力脈沖的力的方向指向所述液體(30)，其中引起所述內(nèi)窺鏡膠囊 (20)至少部分地浸入所述液體(30)。
5.如權(quán)利要求3或者4所述的方法，其特征在于，使所述力脈沖的幅度的數(shù)值UF Iiiag I # I FjnagZ丨，F(xiàn)^mag3 丨以及力脈沖的時間特性 (？......mg: (U , F maq2 it) t r w.叫3 a) : 與彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的振蕩諧振相協(xié)調(diào)，其中所述彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的彈簧部分通過圍繞所述內(nèi)窺鏡膠囊OO)的液體(30)的表面張力來確定并且質(zhì)量部分由所述內(nèi)窺鏡膠囊(20)的質(zhì)量(M)與液體(30)的圍繞所述內(nèi)窺鏡膠囊 (20)、與所述內(nèi)窺鏡膠囊OO) —起運動的部分的質(zhì)量(m)組成。
6.如上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，根據(jù)表征所述內(nèi)窺鏡膠囊OO) 的參數(shù)、尤其是幾何形狀、表面性質(zhì)以及膠囊縱軸相對于水表面的取向，以及根據(jù)表征所述液體(30)的參數(shù)、尤其是溫度、化學成分、純度和粘性來預先計算所述短時間力曲線 (f皿+gUiH,使得所述內(nèi)窺鏡膠囊OO)在所述短時間力曲線(f ITiacj ()丨的產(chǎn)生結(jié)束之后-完全浸沒，以及-將近處于所述液體(30)的所述表面(31)之下。
7.如上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述短時間力曲線<F aiag {-H在通過操作員的觸發(fā)之后自動產(chǎn)生。
8.如上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，自動地、尤其是借助膠囊運動模型來測定所述內(nèi)窺鏡膠囊00)是否恰好位于所述液體(30)的表面(31)處或者所述內(nèi)窺鏡膠囊00)是否完全浸沒。
9.如上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，當所述內(nèi)窺鏡膠囊OO)已經(jīng)完全浸沒時，不能產(chǎn)生所述短時間力曲線(U )。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述操作員能夠手動地預先確定所述內(nèi)窺鏡膠囊OO)是否恰好位于所述液體(30)的表面(31)處或者所述內(nèi)窺鏡膠囊OO)是否完全浸沒。
11.用于利用將內(nèi)窺鏡膠囊OO)與液體(30)的表面(31)分離來使在所述液體(30) 的所述表面(31)處漂浮的內(nèi)窺鏡膠囊OO)完全浸沒到所述液體(30)中的裝置，其中所述內(nèi)窺鏡膠囊OO)具有帶有磁偶極矩< 3 >的固定地集成的磁性元件(21)，所述裝置具有-用于產(chǎn)生用于以磁的方式引導所述內(nèi)窺鏡膠囊OO)的磁場和/或磁梯度場的勵磁線圈系統(tǒng)(40)，-具有用于控制所述勵磁線圈系統(tǒng)GO)的單線圈Gl)的電流供給的硬件和軟件技術裝置的驅(qū)動單元G2)，其中-所述驅(qū)動單元G2)中的所述軟件技術裝置包含用于控制所述勵磁線圈系統(tǒng)GO)的單線圈Gl)的電流供給的軟件，所述軟件實施根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述軟件包含膠囊運動模型，利用該膠囊運動模型從所述內(nèi)窺鏡膠囊OO)的定義的初始狀態(tài)出發(fā)以及根據(jù)借助所述勵磁線圈系統(tǒng) (40)在所述內(nèi)窺鏡膠囊OO)上產(chǎn)生的磁力能夠測定，所述內(nèi)窺鏡膠囊OO)是否恰好位于所述液體(30)的表面(31)處或者所述內(nèi)窺鏡膠囊OO)是否完全浸沒。
13.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其特征在于，設置連接在所述驅(qū)動單元02)上的輸入單元(44)，利用所述輸入單元(44)，操作員能夠手動地預先確定所述內(nèi)窺鏡膠囊OO) 是否恰好位于所述液體(30)的表面(31)處或者所述內(nèi)窺鏡膠囊OO)是否完全浸沒。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于使以磁的方式引導的內(nèi)窺鏡膠囊(20)與水表面(31)分離的方法和裝置，其目的是，在使用盡可能小的磁力的情況下將膠囊完全浸沒在水(30)中并且在此與水表面分離。在此由勵磁線圈系統(tǒng)(40)自動在膠囊上產(chǎn)生短時間力曲線(F_mag(t))，該短時間力曲線包括一個或多個力脈沖。認為該膠囊在力曲線開始時在水表面處漂浮，則應用產(chǎn)生奇數(shù)個具有箱形輪廓的力脈沖的力曲線，其中每個奇數(shù)力脈沖引起內(nèi)窺鏡膠囊至少部分地浸入液體中并且每個偶數(shù)力脈沖引起內(nèi)窺鏡膠囊至少部分地從液體中露出。
文檔編號A61B19/00GK102307536SQ200980156172
公開日2012年1月4日 申請日期2009年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月5日
發(fā)明者賴因施克 J. 申請人:西門子公司