用于磁导航胶囊内镜检查的线圈系统

摘要

一种用于磁导航胶囊内镜检查的线圈系统(8)，具有下列布置在一患者检查台(2)下方的组件，所述患者检查台定义一平面(22)：一中央线圈(10)，其法线方向(y)垂直于所述平面(22)；四个相对于所述平面(22)呈交叉线(20)状围绕所述中央线圈(10)布置的线圈对(12)，所述线圈对各包括两个单个线圈(14a，14b)，所述单个线圈的法线方向(z，x)均平行于所述平面(22)，但彼此间成90°定向。

说明书

技术领域

本发明涉及一种线圈系统，借助该线圈系统可为患者进行磁导航胶囊内 镜检查。

背景技术

进行磁导航胶囊内镜检查(MGCE)时需要将一个可完成多项医疗任务 的胶囊内镜送入患者体内。胶囊中包含一个磁性元件，施加一外部磁场后， 该磁性元件可对胶囊施加作用力或转矩。通过有针对性地施加作用力，可以 使胶囊以非接触方式在患者体内前进并完成相应的医疗任务。

用于对胶囊施加作用力的外部磁场由设置在患者体外的导引磁体 (Guidance Magnet)产生。相应的线圈系统例如公开自DE 103 40 925 B3。

本发明涉及的是MGCE的一种特殊应用，即不仅需要用胶囊内镜检查 患者的食管和胃，视情况还需检查十二指肠的食管胃十二指肠镜(德语简称 英文简称EGD)。

进行这种检查时，需要使胃中灌满一半或一半以上的水。胶囊体 积约为2-3cm³。这种质量约为2-3g的胶囊内镜的密度相应接近水的密度， 优选略低于水的密度。在此情况下，胶囊内镜将悬浮在胃内的水中，再加上 浮力作用，其最终的有效质量例如为-0.1g。胶囊中的内装设备所采用的布置 方式使得胶囊重心位于胶囊纵轴上且与胶囊中心分开一段距离。因此，长条 形的胶囊不受外力作用地竖立在水中，安装在尖端的摄像机在静止状态下指 向下方。

借助一个相应的导引磁体可以克服胶囊在胃中的浮力将其从水面上往 下拉，使其水平移动，发生倾斜等等。MGCE的这种特殊应用需要施加在胶 囊上的作用力远小于胶囊穿过患者整个肠道所需施加的作用力。

因而与上文所述的常规线圈系统相比，本发明所涉及的应用只需 要使用一个所谓的导引磁体(英文为EGD Guidance Magnet)，这种导 引磁体的结构比DE 103 40 925 B3中所描述的线圈系统简单得多。DE 10 2008 004 871 A1揭示一种用于对一胶囊内镜进行非接触式导引的线圈装置。 与之对应的磁系统则还需要采用例如DE 10 2007 007 801 A1所揭示的线圈 冷却方案。

此外，WO 2006/014011A1揭示一种替代型EGD导引磁体：磁系统由 三个线圈构成，这三个线圈共同构成一个所谓的块状磁体。这个块状磁体布 置在患者检查台下方且可在患者检查台下方以机械方式进行二维移动。替代 方案是让患者检查台可进行相对于该块状磁体的二维移动。当患者躺在患者 检查台上时，该块状磁体不会限制对患者的可及性。

发明内容

本发明的目的是为磁导航胶囊内镜检查提供一种得到进一步改进的线 圈系统。

本发明用以达成上述目的的解决方案为一种如权利要求1所述的用于为 磁导航胶囊内镜检查产生磁场的线圈系统。该线圈系统具有下面所述组件， 其中，所有组件均位于一患者检查台下方，即布置在所述患者检查台的底面 上，所述患者检查台的顶面可安置一患者。所述患者检查台的台面在此定义 一平面，通常为水平平面，但该台面自身不一定为平面。所述平面例如可由 患者检查台的纵向外缘定义。

所述线圈系统包括一中央线圈，所述中央线圈的法线方向垂直于所述平 面。换言之，所述中央线圈与所述患者检查台平行且布置在所述患者检查台 的下方。所述线圈系统还具有四个同样布置在检查台下方的线圈对，这些线 圈对交叉地分布在所述中央线圈周围。每个线圈对均包括两个单个线圈，这 两个单个线圈的法线方向均平行于所述平面，但彼此间成90°定向。换言之， 所述线圈对由彼此交叉且各垂直于所述中央线圈的单个线圈构成。因此，所 述中央线圈与所述线圈对成对地相互垂直，从而覆盖全部的磁场空间方向。 患者检查台的上方及侧边不设线圈。

为了进一步说明需要假设一笛卡尔坐标系(x，y，z)：所述患者检查台 及其所定义的水平平面位于该坐标系的(x，z)平面内。y向构成垂直线， 即患者检查台上的表面法线。所述中央线圈也是朝y向定向，亦即，由该线 圈所定义的平面的表面法线指向y向。构成所述线圈对的单个线圈则相应地 各朝x向和z向定向。

也就是说，本发明包括了对线圈的几何结构和布置方式进行设计。由于 磁体，即整个线圈系统完全布置或“隐藏”在患者检查台下方，在检查或任 何一个需要对患者实施的处理过程中将达到最大的患者可及性。已知系统设 有10或12个线圈，而本发明的线圈系统仅包括九个线圈。与上述已知块状 磁体的设计方案不同，本发明的线圈系统采用刚性布置方式，亦即，导引磁 体中不包含任何机械可动部件。

但是与包围患者的系统相比，本发明需要为线圈使用最大电流强度和最 大功率相对更高(约350A和40kW，相比于90A和10kW)的放大器。

所述线圈对中的每个单个线圈均具有一距所述平面最近的区段，即该区 段最靠近所述平面布置。根据本发明的一种优选实施方式，这个区段平行于 所述平面。因此，所述单个线圈具有至少一个平面区段，该区段尽可能靠近 患者检查台布置，从而可以在患者所在区域内产生强度尽可能大的磁场。线 圈其余部分距所述平面或患者检查台较远，其磁场分量对患者检查台顶面的 作用不大。

根据另一优选实施方式，所述中央线圈和/或所述单个线圈呈矩形且具有 倒圆棱角。亦即，线圈的绕组沿一条接近于矩形的曲线分布，或者说被绕组 包围的区域大体呈矩形。在此情况下，各单个线圈上将有一条边，即一个区 段，这条边最靠近所述平面或患者检查台且平行于所述平面或患者检查台。 与该区段相连的就是矩形上与之相垂直的两条边，但是由于在矩形中与该区 段成90°定向，这两条边产生的是偏移90°的磁场分量。矩形的第四条边距所 述平面最远，在此情况下，所述第一区段所产生的磁场实际仅将受到轻微削 弱。

在将所述中央线圈实施为矩形或正方形的情况下，特定而言可以将所述 四个线圈对交叉地布置在该中央线圈的四个棱角上。在此情况下，各单个线 圈将平行于矩形中央线圈的各条边定向。

根据本发明的另一优选实施方式，所述线圈对中的一个单个线圈插在另 一个单个线圈中。这样能大幅简化线圈对的制造，因为不需要使绕组交叉。

根据本发明的另一有利实施方式，所有线圈对均为相同定向。以中央线 圈朝y向定向为例，按照上述命名法就是四个线圈对中的所有第一线圈均朝 x向定向，所述四个线圈对中的所有第二线圈均朝z向定向。这样能形成一 种特别对称的结构。

根据另一优选实施方式，所述中央线圈和/或所述单个线圈是跑道形线 圈。跑道形线圈是可以实施为例如铝带或铜带绕组的平面线圈。

因此根据优选方案，所述跑道形线圈具有一个带状绕组。

根据一种优选实施方式，在所述带状绕组的一个或两个侧面对所述带状 绕组进行冷却。如果是单侧冷却，就在带状绕组所在的那一侧进行冷却，这 样就可以在确保所述线圈装置尽可能靠近工作体积的同时使其尽可能地紧 凑。

附图说明

图1为包括本发明线圈系统的患者检查台的俯视图；以及

图2为图1所示线圈系统沿箭头II所指方向的示意图。

具体实施方式

下文将借助附图所示的实施例对本发明作进一步说明。

图1和图2分别为一患者检查台2沿箭头I和II所指方向的示意图，这 里是要在该患者检查台的顶面4上为图中未示出的患者进行磁导航胶囊内镜 检查(MGCE)。为了对图中未示出的胶囊施加作用力，患者检查台2的底 面6上位置固定地装有一个线圈系统8。所述患者检查台或其台面定义一平 面22。

线圈系统8包括一个中央线圈10和四个线圈对12，所述各线圈对均由 一个第一单个线圈14a和一个第二单个线圈14b构成。各单个线圈14b在此 均插在各个单个线圈14a中。以坐标系16的定向为参照，中央线圈10为一 个Hy线圈，即其法线方向指向y向。第一单个线圈14a为Hz线圈，第一 单个线圈14b为Hx线圈。

根据一种图中未示意的替代实施方式，各线圈14a插在各线圈14b中。 在本实施例中，所有单个线圈14a、14b以及中央线圈10均呈矩形，这从图 1中的中央线圈10以及图2中的两个单个线圈10b上可以看出。图2中用表 示矩形18的线条示意了单个线圈14b的矩形形状。

上述所有线圈采用所谓的跑道形线圈，即配有铝带或铜带绕组的平面线 圈。下文所给出的线圈尺寸涉及的是一种包括冷却在内的假定填充因子为 85％的铜绕组，但不一定必须是带状绕组。中央线圈10的x向和z向轮廓尺 寸均为60cm左右。绕包的y向宽度约为10cm，x向和z向宽度为7.5cm。

各个单个线圈14a、14b的绕组截面面积约为25cm乘9cm，各单个线 圈14a的y向轮廓尺寸约为80cm至100cm，x向轮廓尺寸约为80cm。各 单个线圈14b的y向轮廓尺寸约为60cm至80cm，z向轮廓尺寸约为80cm。

如图1所示，各线圈对12相对于平面22交叉地(见交叉线20)成组分 布在中央线圈10周围。交叉线20涉及的是中央线圈10的各个棱角。在患 者检查台2的区域内，各单个线圈14a、14b与患者检查台靠得最近的(即 最上方的)区段分别平行于中央线圈10的一条边。

从图1和图2中还可看出，不仅中央线圈10平行于平面22，各单个线 圈14a、14b距患者检查台最近的上部区段24也均平行于平面22。