DE102004009237B3

DE102004009237B3 - Vorrichtung zum Einbringen eines Stents in ein Hohlorgan

Info

Publication number: DE102004009237B3
Application number: DE102004009237A
Authority: DE
Inventors: Klaus Abraham-Fuchs; Friedrich Dr. Fuchs; Rainer Kuth; Johannes Dr. Reinschke; Günter Dr. Ries; Rudolf Röckelein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Invandus De GmbH
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2024-02-27
Also published as: US7727269B2; US20050192660A1

Abstract

Vorrichtung zum Einbringen eines Stents in ein Hohlorgan, insbesondere in den Gastrointerinaltrakt des Körpers eines Patienten (Mensch oder Tier) mit einem den Behandlungsbereich des Patienten aufnehmenden Magnetsystem (18) zur Erzeugung eines 3-D-Gradientenfeldes zur ferngesteuerten Bewegung und Orientierung eines mit einem Linearmotor (4) versehenen frei im Hohlorgan beweglichen Endoroboters (1), an den von außen auskuppelbar der Stent (12) in einem eingefalteten Zustand befestigt ist, sodass er an den Einsatzort verbringbar und dort zur festen Anlage an der Wand (14) des Hohlorgans (15) aufspannbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einbringen eines Stents in ein Hohlorgan, insbesondere in den Gastrointerinaltrakt des Körpers eines Patienten (Mensch oder Tier).

Erkrankungen im Bereich des Gastrointestinaltrakts führen häufig zu einer Verengung (Stenose). Ursachen sind vor allem Entzündungen der Darmschleimhaut (Morbus Crohn) aber auch raumfordernde Tumoren, die gutartig oder bösartig sein können. Der Dünndarm ist beim Menschen bis zu 11 Meter lang, wodurch eine Diagnostik mittels konventioneller endoskopischer Technik nicht oder nur mit sehr vielen Beschränkungen möglich ist. Eine endoskopische Biopsie oder gar Therapie von Dünndarmläsionen ist daher nicht möglich. Ein großer Teil des Dünndarms, bis auf das obere Jejunum und das terminale Lleum ist somit von außen nicht für die Einbringung eines Stents erreichbar. Bei Platzierung eines Stents mit einem Endoskop besteht darüber hinaus die Gefahr einer Verletzung oder sogar Perforation der Darmwand. Darüber hinaus ist eine Endoskopie für den Patienten sehr unangenehm und in vielen Fällen nur unter Anästhesie möglich, was einen sehr hohen personellen und technologischen Aufwand und damit entsprechend hohe Kosten erfordert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Einbringen eines Stents in ein Hohlorgan des Körpers eines Patienten, insbesondere in den Gastrointerinaltrakt aber auch in andere mit Gas oder Flüssigkeit gefüllte Hohlräume des menschlichen oder tierischen Körpers, zu schaffen, der es unter Vermeidung der mit den bisherigen Techniken auftretenden Nachteile ermöglicht, einen Stent an jeder beliebigen Stelle des Hohltrakts, beispielsweise an jeder beliebigen Stelle des Dünndarms, zu platzieren.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung vorgesehen, die gekennzeichnet ist durch ein den Behandlungsbereich des Patienten aufnehmendes Magnetsystem zur Erzeugung eines 3D-Gradientenfeldes zur ferngesteuerten Bewegung und Orientierung eines mit einem Linearmagnet versehenen, frei im Hohlorgan beweglichen Endoroboters, an den von außen auskuppelbar der Stent vorzugsweise in einem eingefalteten Zustand befestigt ist, sodass er an den Einsatzort verbringbar und dort zur festen Anlage an der Wand des Hohlorgans aufspannbar ist, wobei der Stent federnd zusammenfaltbar ist und die Fixierverbindung von außen freigebbar ist.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich mit Hilfe eines Endoroboters, wie er beispielsweise in der DE 101 42 253 C1 beschrieben ist, ein Stent im zusammengefalteten oder sonstwie im Durchmesser verjüngten Zustand sehr leicht an den gewünschten Einsatzort in einem Hohlorgan, insbesondere im Dünndarm eines Patienten, verbringen, wobei der zusammengefaltete Stent einfach an den Endoroboter angehängt und von diesem zum Einsatzort mitgezogen wird. Am Einsatzort erfolgt dann das Auskuppeln einerseits und das Aufspannen andererseits, sodass sich der Stent unter Vergrößerung seines Durchmessers an die Innenwand des Hohlorgans anlegt.

Obgleich durch das sich Anlegen an die Innenwand und die daraus resultierende mehr oder weniger große Reibung sowieso bereits eine Halterung des aufgespannten und vom Endoroboter getrennten Stents gegeben ist, sodass das Magnetfeld zum weiteren Bewegen des Endoroboters (insbesondere zu seiner Rückführung) den Stent nicht verschieben kann, ist es in Weiterbildung der Erfindung zweckmäßig, wenn der Stent zumindest weitgehend unmagnetisch ist und somit vom Magnetfeld zum Bewegen des Endoroboters nicht beeinflussbar ist.

Der Stent kann aus einem Werkstoff bestehen oder mit einem solchen beschichtet sein, der besonders körperverträglich ist. Darüber hinaus kann er auch mit einem, vorzugsweise sich sehr langsam auflösenden (Depoteffekt) Medikament beschichtet sein, das eine lokalisierte medikamentöse Therapie ermöglicht, wie zum Beispiel das Abgeben von Kortison oder anderen entzündungshemmenden Wirkstoffen bei Morbus Crohn.

Eine derartige Feldgeneration zur Erzeugung eines 3D-Gradientenfeldes sind aus der MR-Technologie bekannt. Der Endoroboter enthält einen Stabmagneten oder eine ansteuerbare angenähert lineare Spule, sodass durch Wechselwirkung mit dem Gradientenfeld eine lineare Kraft und ein Drehmoment erzeugt werden kann, solange Stabmagnet und Gradientenfeld nicht kollinear sind. Die Steilheit des Gradienten bestimmt außer dem Drehmoment die Translationskraft in Magnet- oder Spulenachse.

Dabei hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, dass das Magnetsystem ein statisches Grundfeld zur Kompensation der Gravitationskraft auf den Endoroboter umfasst, vorzugsweise unter Verwendung eines supraleitenden, insbesondere eines aus einem Hochtemperatursupraleiter bestehenden, Grundfeldmagneten. Diese Kompensation der Gravitation auf den Endoroboter ermöglicht es, diesen frei schwebend im entsprechenden Körperkanal (Darm, Blutgefäß oder dergleichen) zu bewegen, so dass er sich weder verhaken kann, noch die etwaigen vorstehenden Instrumente oder Werkzeuge zu einer Beschädigung im Körper führen können.

Dabei hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, dass das statische Grundfeld zur Kompensation von Gewichtsveränderungen des Endoroboters beim Be- und Entladen steuerbar ist. Ein solches Be- und Entladen kann beispielsweise bei der Abgabe von Medikamenten erfolgen, wobei solche Medikamente mit Hilfe des erfindungsgemäßen Endoroboters gezielt an bestimmten Stellen, beispielsweise Tumoren, freigesetzt werden können.

Da das Homogenitätsvolumen des Magnetsystems meist sehr klein ist, kann zum Ausgleich vorgesehen sein, dass der Patient und das Magnetsystem relativ zueinander bewegbar sind, insbesondere der Patient auf einer im Magnetsystem verstellbaren Patientenliege angeordnet ist. Auf diese Art und Weise kann bei fortschreitender Bewegung des Endoroboters im Körper durch eine Verschiebung des Patienten dafür gesorgt werden, dass die jeweilige Position des Endoroboters möglichst in der Mitte des Homogenitätsvolumens liegt.

Vorteilhaft wird der Endoroboter navigiert mittels eines Krafteingabegerätes, z. B. einer sogenannten 6D Maus. Dabei kann die Gradientenrichtung, welche der Superposition der drei Einzelsysteme entspricht, durch Neigen nach vorne/hinten und rechts/links sowie durch Drücken oder Heben bestimmt werden und die Amplitude durch Drehen des Eingabehebels. Vorteilhaft ist, wenn die Kräfte auf das Eingabegerät der Kraft auf das Instrument entsprechen oder proportional sind.

In Ausgestaltung der Erfindung kann dabei weiter vorgesehen sein, dass der Endoroboter eine Beleuchtungsvorrichtung zur Umfeldausleuchtung aufweist, wobei diese Beleuchtungsvorrichtung bei Verwendung von Infrarot LEDs sehr hell sein kann, aber in diesem Fall nur einen schwarzweiß Empfang mit Hilfe einer, vorzugsweise ebenfalls im Endoroboter eingebauten, Videokamera ermöglicht. Um auch Farbbilder zu erhalten, können Hochleistungs LEDs in drei Farben oder auch Mikroleuchtstofflampen verwendet werden, wobei diese allerdings den Nachteil hoher Zündspannungen haben.

Die Bilder der bereits angesprochenen Videokamera sollen per Funk aus dem Körperinneren auf einen Monitor übertragen werden, wobei die Videokamera vorteilhafterweise mit einer Einrichtung ausgestattet ist, welche das Drehen des Bildes um die zentrale Achse ermöglicht.

Gemäß einem weiteren Vorteil der Erfindung kann der Endoroboter mit einer Lokalisierungseinrichtung versehen sein, die insbesondere über Transponder arbeiten, um eine Positionsdarstellung auf einem die anatomische Umgebung darstellenden Bildschirm zu ermöglichen. Die anatomische Umgebung kann dabei z. B. in Schnittbildern dargestellt sein, wie sie bei kommerziellen Navigationssystemen bekannt ist.

Vorteilhaft hat der Endoroboter einen Helicoptermode, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass das Gradientenfeld mittels Erfassung durch die Transponder so geregelt wird, dass der Endoroboter still steht, oder linear eine vorgegebene Strecke bewegt werden kann.

Vorteihafterweise kann ein eingebauter, über ein äußeres Wechselfeld nachladbarer Akku zur Stromversorgung des Endoroboters vorgesehen sein.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Steuerung des den Stent im Körper transportierenden Endoroboters,
2 eine schematische Wiedergabe des Aufbaus des Endoroboters mit angehängtem zusammengefaltetem Stent und
3 eine Teilansicht des Endoroboters nach 2 nach dem Auslösen der Kupplung zwischen Endoroboter und Stent und dem anschließenden Aufspannen des Stents, sodass er im Hohlorgan sich an der gewünschten Stelle verspannt.
Der in den 2 und 3 gezeigte Endoroboter 1 weist ein langgestrecktes, beispielsweise ellipsoidförmiges Gehäuse 2 auf, in dem kollinear zur Längsachse 3 ein Stabmagnet 4 angeordnet ist. Eine aus einer Linse 5 und einem CD-Sensor 6 bestehende Videokamera 16 nimmt Bilder auf, die mittels eines HF-Senders und -Empfängers 7 und der Antenne 8 nach außen übertragbar sind, wobei von außen über die Antenne auch Steuerbefehle an den Empfänger 7 gegeben werden können. Dadurch ist es möglich, von außen beispielsweise Steuerbefehle für einen Kupplungsmechanismus 9 zu geben. Dieser umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel nach den 2 und 3 einen Magneten 10, der mit einem Haken 11 zum Anhängen des kleinräumig zusammengefalteten Stents 12 versehen ist. Durch einen Spannungsimpuls auf den Piezostapel 13 wird die Verriegelung des kleinen Haltemagneten geöffnet, die Kupplung fährt nach außen und die Verbindung zum Stent wird gelöst. Dieser öffnet sich dann in axialer Richtung sowie radial nach außen, sodass sich der Stent, wie dies in 3 gezeigt ist, unter Vorspannung an die Wand 14 des Hohlorgans 15, beispielsweise des Dünndarms eines Patienten, anlegt.
Bezug nehmend auf 1 erkennt man die Art der Steuerung eines erfindungsgemäßen Endoroboters in einer Anlage. Dabei liegt der Patient 17 in einer Gradientenspule 18, die hier nur im Schnitt dargestellt ist und die von kommerziellen MR-Scannern bekannt ist. Der zu untersuchende Bereich des Kör pers, also der Bereich, in dem sich der Endoroboter gemäß 2 und 3 bewegen soll, befindet sich im Linearitätsvolumen der Gradientenspule 18. Antennen 19 nehmen Signale des/der Transpoders auf und leiten sie an die Ortsmesseinrichtung 20 weiter. Diese gibt den 3D-Ort zyklisch oder bei Änderung gegenüber vorherigen Werten an den zentralen Rechner 21 weiter, der auf dem Monitor 22 Schnittbilder eines 3D-datensatzes in jeweils axialer, koronarer und sagittaler Ebene darstellt.
Mittels einer weiteren Antenne 23 werden per Funk Bilder der Videokamera empfangen und ebenfalls auf dem Montior 22 dargestellt. Bei 24 erkennt man einen 3-kanaligen Gradientenverstärker zur Ansteuerung der Gradientenspulen über den zentralen Rechner 21 Nicht dargestellt ist die Art der, bevorzugt als 6D Maus ausgebildeten, Eingabevorrichtung, sowie der Grundfeldmagnet zur Kompensation der Gravitationswirkung auf den Endoroboter.
Der Endoroboter 1 ist bevorzugt so ausgebildet, dass er sterilisierfähig ist, wobei je nach Art des Aufbaus und der Möglichkeit der sicheren Abdichtung des Inneren des Endoroboters unterschiedliche Sterilisierverfahren zu Einsatz kommen können. Das optimale Autoklavieren bei 132 °C und einigen bar Druck geht bei Vorhandensein mehrerer innerer Hohlräume und insbesondere dann, wenn auch noch Dichtungen nach außen bestehen, meist nicht. Bei einem wasserdichten Gehäuse könnte ein druckloses Reinigen, aber auch ein Plasmasterilisieren oder Kaltgassterilisieren stattfinden.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Neben einer anderen Ausbildung des Endoroboters und des Systems zu einer Steuerung im Körper eines Patienten könnte selbstverständlich auch der Stent in anderer Weise zusammengefaltet und aufspannbar ausgebildet sein und auch eine andere Art der Ankopplung an den Endoroboter vorgesehen sein.

Claims

Vorrichtung zum Einbringen eines Stents in ein Hohlorgan, insbesondere in den Gastrointerinaltrakt des Körpers eines Patienten (Mensch oder Tier), gekennzeichnet durch ein den Behandlungsbereich des Patienten aufnehmendes Magnetsystem (18) zur Erzeugung eines 3D-Gradientenfeldes zur ferngesteuerten Bewegung und Orientierung eines mit einem Linearmagnet (4) versehenen, frei im Hohlorgan beweglichen Endoroboters (1), an den von außen auskuppelbar der Stent (12) in einem eingefalteten Zustand befestigt ist, sodass er an den Einsatzort verbringbar und dort zur festen Anlage an der Wand (14) des Hohlorgans (15) auf spannbar ist, wobei der Stent (12) federnd zusammenfaltbar ist und die Fixierverbindung von außen freigebbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Endoroboter (1) einen Stabmagneten (4) enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Endoroboter (1) eine ansteuerbare, zumindest angenähert lineare Spule enthält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetsystem (18) ein statisches Grundfeld zur Kompensation der Gravitationskraft auf den Endoroboter (1) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen supraleitenden, insbesondere aus einem Hochtemperatur-Supraleiter bestehenden, Grundfeldmagneten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da – durch gekennzeichnet, dass das sta tische Grundfeld zur Kompensation von Gewichtsänderungen des Endoroboters beim Be- und Entladen steuerbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Endoroboter (1) eine Beleuchtungsvorrichtung zur Umfeldausleuchtung aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Endoroboter (1) mit einer Videokamera ausgerüstet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Endoroboter (1) mit einer Lokalisierungseinrichtung, insbesondere einem Transponder, versehen ist, die eine Positionsdarstellung auf einem, die anatomische Umgebung darstellenden Bildschirm ermöglicht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen eingebauten, über ein äußeres Wechselfeld nachladbaren, Akku zur Stromversorgung des Endoroboters.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Endoroboter (1) einen Helikoptermodus aufweist, bei dem er durch Regelung des Gradientenfeldes mittels Erfassung durch Transponder still steht oder eine vorgegebene Strecke bewegt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingabegerät zur Steuerung des Endoroboters (1) so ausgebildet ist, dass die Kräfte auf das Eingabegerät den Kräften auf den Endoroboter entsprechen oder proportional sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Endoroboter über eine 6D-Maus steuerbar ist.