DE102005024538A1 - Device used to diagnose gastric region comprises micropill remotely controllable and movable by microsystem technique, with live transmission of received pictures by ultrawide band technique - Google Patents

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Abstract

Device comprises a micropill remotely controllable and movable by a microsystem technique. The device allows live transmission of received pictures by the ultrawide band (UWB) technique and especially by display protocol through the UWB technique. The pill has bio-on-chip sensors to enable point-in-care analysis. The device also provides a method for determining the position of the micropill in the body. The device has a flexible system design and modular construction of the pill.

Description

Anwendungsgebietfield of use

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.

Die Firma Givenimaging hat 2001 die Mikropille M2A auf den Markt gebracht. Die M2A revolutionierte die Diagnostikmöglichkeiten der Gastroenterologen zur damaligen Zeit.The Company Givenimaging launched the 2001 Micropille M2A on the market. The M2A revolutionized the diagnostic capabilities of gastroenterologists at that time.

Der Patient schluckt die Pille zu einer bestimmten Zeit und trägt währenddessen einen Gürtel mit einem Rekorder, der die von der Pille gesendeten Signale aufnimmt und speichert. Die Pille durchwandert in 12 Stunden das Verdauungssystem des Menschen und wird danach auf natürlichem Wege ausgeschieden. Der behandelnde Arzt kann mit Hilfe einer Arbeitstation die sich auf dem Rekorder befindenden Darteien in Bilder umwandeln und verarbeiten.Of the Patient swallows the pill at a certain time and wears while a belt with a recorder that picks up the signals sent by the pill and saves. The pill travels through the digestive system in 12 hours of the human and is thereafter excreted naturally. The attending physician can help himself with the help of a work station Convert and process Darteien on the recorder into pictures.

Die Firma Olympus hat 2004 eine neue, ähnliche Pille entwickelt und vorgestellt. Man kann diese Pille über einen drahtlosen Energietransport von Aussen versorgen. Die Steuerung erfolgt über magnetische Effekte und die Bilder werden über Ultrasound-Technik in die Aussenwelt übertragen.The Company Olympus has developed a new, similar pill in 2004 and presented. You can take this pill over a wireless energy transport supply from outside. The control is via magnetic effects and the pictures are about Ultrasound technology transferred to the outside world.

Nachteile der TechnikDisadvantages of the technique

Dieses Verfahren (M2A-Pille) hat allerdings Nachteile

  • – Die Stromversorgung der Pille ist begrenzt und bereits vor ihrem Eintritt in den Dickdarm erschöpft. Daher kann mit dieser Technik nur der Dünndarm betrachtet werden. Darüber hinaus ermöglicht diese begrenzte Energieversorgung nur die Aufnahme von zwei Standbildern in der Sekunde. Die M2A ist demzufolge nicht in der Lage, Bewegungen aufzuzeichnen.
  • – Die Mikropille besitzt kein Steuerungsystem und kann daher nicht gezielt eingesetzt werden.
  • – Die Umwandlung der Signale in Bilder und die Berarbeitung des Films ist für den Arzt sehr zeit- und kostenaufwändig. Der Patient muss Pille und Gürtel über den langen Zeitraum von mindestens 12 Stunden tragen, bevor eine Diagnose erstellt werden kann. Somit ist dieses Verfahren für Arzt und Patient mit Unannehmlichkeiten und grossem Aufwand verbunden und führt nicht zu einer schnellen und direkten Analyse.
  • – Zudem ist es nicht möglich, Gewebeentnahmen durchzuführen oder durch Analysetechniken vor Ort zu einer endgültigen Diagnose zu gelangen.
  • – Der Aufenthaltsort der Pille bei ihrer Wanderung durch den Körper kann nicht explizit ermittelt werden.
  • – Das Verfahren von Olympus hat einige Verbesserungen mit sich gebracht, allerdings ist es noch in der Testphase und erfüllt die erwarteten medizinischen Anforderungen noch nicht zur Genüge:
  • – Die Steuerung erreicht nur begrenzte Beweglichkeit.
  • – Die Übertragung der Bilder über Ultrasound erreicht nur eine Rate von 2 Bildern pro Sekunde.
However, this method (M2A pill) has disadvantages
  • - The power supply of the pill is limited and exhausted before it enters the colon. Therefore, with this technique, only the small intestine can be considered. In addition, this limited power supply only allows the capture of two still images per second. As a result, the M2A is unable to record movements.
  • - The micropill has no control system and therefore can not be used selectively.
  • - The conversion of the signals into images and the processing of the film is very time-consuming and costly for the doctor. The patient must wear the pill and belt over the long period of at least 12 hours before a diagnosis can be made. Thus, this procedure for doctor and patient is associated with inconvenience and great effort and does not lead to a quick and direct analysis.
  • - In addition, it is not possible to perform tissue harvesting or to arrive at a final diagnosis by on-site analytical techniques.
  • - The location of the pill as it travels through the body can not be determined explicitly.
  • - The Olympus process has brought some improvements, but it is still in the test phase and does not quite meet the expected medical requirements:
  • - The control achieves only limited mobility.
  • - The transmission of images via ultrasound reaches only a rate of 2 frames per second.

Ein neues, effizienteres und schnelleres System ist von medizinischen Fachleuten dringend erwünscht und benötigt.One new, more efficient and faster system is medical Experts urgently desired and needed.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Das neue Systemdesign hat die Aufgabe, zeitliche Verzögerung und finanziellen Aufwand durch gezielte Steuerung der Mikropille, Übertragung von Livebilder und point in care-Analyse zu vermeiden und eine direkte Diagnostik zu ermöglichen. Durch verbesserte Energieversorgung kann die Pille grosse Strecken im menschlichen Körper zurücklegen.The new system design has the task of delaying and delaying financial effort through targeted control of the micro-pill, transmission of Live images and point in care analysis to avoid and allow a direct diagnosis. By improved Energy supply can make the pill big ranges in human body return.

Lösung der AufgabeSolution of the task

Diese Aufgabe wird durch die neu entwickelten Techniken (siehe Anspruch 1 und Abschnitt B) gelöst.These Task is through the newly developed techniques (see claim 1 and Section B) solved.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

  • – Übertragung von Livebildern- Transmission of live images
  • – Steuerung der Mikropille- Control the micropile
  • – Ersparnis von Geld und Zeit durch schnellere und direkte Diagnostik.- Savings of money and time through faster and direct diagnostics.
  • – Durch point in care-Analyse ist die Entnahme von Gewebe und ein weiterer Eingriff zur endgültigen Diagnose nicht mehr nötig.- By point in care analysis is the removal of tissue and another Intervention to the final Diagnosis no longer necessary.
  • – Die für die Analyse im Labor nötigen zeitlichen und finanziellen Aufwände können eingespart werden- The for the Necessary analysis in the laboratory time and financial expenses can be saved
  • – Der Aufenthaltsort der Mikropille kann zu jedem Zeitpunkt ermittelt werden.- Of the Location of the micropillus can be determined at any time become.
  • – Die Zeit, die die Pille ungefähr benötigt, um zu dem gewünschten Ort im Körper zu gelangen, kann bestimmt werden. Dies ermöglicht dem Arzt ein besseres Zeitmanagement, da er die erforderliche Zeit vorher berechenen kann und sich, während die Pille wandert, anderen Aufgaben widmen kann.- The Time the pill is about needed to the desired Place in the body can be determined. This allows the doctor a better one Time management, since he can calculate the required time beforehand and, while the pill wanders, can devote to other tasks.
  • – Der fertige Film kann verarbeitet werden.- Of the finished film can be processed.
  • – Die Pille verfügt über ein Energieversorgungssystem, das längeren Betrieb ermöglicht. Somit können über den Dünndarm hinaus weitere Organe erreicht und betrachtet werden.- The Pill has one Energy supply system, the longer Operation possible. Thus, over the small intestine In addition, other organs can be reached and viewed.
  • – Das Systemdesign ist variabel und flexibel.- The System design is variable and flexible.
  • – Die Mikropille kann modular zusammengesetzt werden.- The micropill can be modularly assembled become.
  • – Speicherung und Bearbeitung der aufgenommenen Bilder auf der Workstation/dem handheld device.- storage and editing the captured images on the workstation / handheld device.
  • – Playbackrecordingsystem (userinterface VCR); play; forward; backward, remove. Die Videodaten können entweder auf dem Memoryspace der Workstation oder der Memorykomponente (Flashcard) gespeichert werden und sind jeder Zeit aufrufbar.- Playback recording system (user interface VCR); play; forward; backward, remove. The video data can either on the memory space of the workstation or the memory component (flashcard) are stored and are available at any time.
  • – Dieses Verfahren (Bilderversendung; Steuerung der Pille; point in care) basiert auf system on chip design.- This Procedure (image delivery, pill control, point in care) based on system on chip design.

B Beschreibung der PatentanmeldungB description the patent application

Um bei Verdacht auf einen Tumor im Gastralbereich zu einer endgültigen Diagnose zu gelangen, kann der behandelnde Arzt den Patienten die Mikropille schlucken lassen. Die oral eingenommene Pille wandert dem Verdauungsweg folgend durch den Körper. Während dieser Zeit sitzt der Patient neben einem Monitor/Computerstation. Die von der Pille gesendeten Daten werden direkt auf dem Bildschirm dargestellt. Der Arzt kann die Pille über die Computerstation steuern und somit direkt an den Ort bringen, an dem er die Krankheit vermutet.Around if there is a suspected tumor in the gastric area, a definitive diagnosis To reach the doctor, the doctor can give the patient the micropill let it swallow. The orally taken pill migrates to the digestive system following through the body. While During this time, the patient sits next to a monitor / computer station. The data sent by the pill is displayed directly on the screen. The doctor may take the pill over control the computer station and bring it directly to the place, where he suspected the disease.

Die Pille soll als Komponente eines flexiblen Systemdesigns konzipiert werden und modular zusammengesetzt werden können. Sie kann je nach Bedarf und gewünschtem Systemdesign eine oder mehrere Sensorkameras enthalten, die in verschiedene Richtungen blicken können. Dabei wird es sich je nach der gewünschten Bildauflösung und Energieversorgung entweder um CMOS- oder CCD-Kameras handeln.The Pille is designed as a component of a flexible system design be and modular can be assembled. It can be as needed and desired System design one or more sensor cameras included in different Directions. It will vary depending on the desired image resolution and Power supply either to CMOS or CCD cameras act.

Abhängig von der gewählten Kameratechnik und der Art der Untersuchung kann das jeweils benötigte System konzipiert werden. Die Mikropille kann über ein duales Energiesystem versorgt werden: sowohl über die eigene Stromquelle als auch über den externen Radiofrequenzenergietransport.Depending on the chosen one Camera technology and the nature of the investigation can be the system needed be conceived. The micropillus can have a dual energy system be supplied: both over its own power source as well the external radio frequency energy transport.

Zudem befindet sich in der Mikropille ein (UWB) Wireless Sender der in den Chip integriert ist (system on chip). Hierbei handelt es sich um ein neues Übertragungs/Communicationsprotokoll Ultra Wideband, welches für die schnelle Datenübetragung über kurze Strecken besonders gut geeignet ist. Die aufgenommenen Bilder werden in Datenform durch die Wirelesscommunicationsprotokolle gesendet und von einem UWB Empfängermodul empfangen. Dann werden sie über eine serielle Schnittstelle auf die Computerstation übertragen. Das UWB Empfängermodul ist entweder über eine serielle Schnittstelle direkt an eine Arbeitsstation, die einen eigenen Monitor hat, angeschlossen, oder in einem neuen Handheld device integriert, das speziell für diesen Zweck entwickelt wird und mit einem Bildschirm ausgerüstet ist. Die aufgenommenen Daten werden in Form von Bildern auf dem Bildschirm dargestellt, gespeichert und mit Hilfe eines Playbackuserinterface (VCR) verarbeitet.moreover is located in the micropille a (UWB) wireless transmitter in the chip is integrated (system on chip). This is it to a new transmission / communications protocol Ultra Wideband, which for the fast data transmission over short Stretching is particularly well suited. The captured pictures will be sent in data form through the wireless communication protocols and from a UWB receiver module receive. Then they will over transmit a serial port to the computer station. The UWB receiver module is over either a serial port directly to a workstation that has a own monitor has, connected, or in a new handheld device integrated, especially for This purpose is developed and equipped with a screen. The Recorded data is displayed in the form of pictures on the screen represented, stored and with the help of a Playbackuserinterface (VCR) processed.

Die Steuerung erfolgt über eine Mikrosystemtechnik in Form eines miniaturisiertem Mikromotors, den die Mikropille enthält.The Control is via a microsystem technology in the form of a miniaturized micromotor, which contains the micropill.

Die Steuerung kann entweder über ein Userinterface oder über einen Joystick bedient werden. Die Pille soll sich mit Hilfe dieser Technik sowohl vor – als auch rückwärts bewegen und rotieren können.The Control can either over a user interface or over be operated by a joystick. The pill is supposed to be with the help of this Technology both before - as also move backwards and can rotate.

Die Point in care-Analyse wird anhand von neuer Chipsensorik, dem sogenannten « bio on chip », ermöglicht (auf Zellen und Gewebe basierende Sensorik). Dadurch können ph-, Textur- und andere Messwerte, die für die Diagnose notwendig sind und normalerweise erst im Labor ermittelt werden können, vor Ort bestimmt werden (Labor on chip).The Point in care analysis is based on new chip sensors, the so-called "bio on chip », allows (cell and tissue based sensors). This allows ph, Texture and other measurements necessary for diagnosis and usually can only be detected in the laboratory before Place to be determined (lab on chip).

In den soeben genannten UWB Protokollen ist precision time-difference-of-arrival (TDOA) timing im physical layer integriert. Dieses kann in Zusammenhang mit weiteren externen UWB Sensoren/Modulen benutzt werden, um einen neuen locations-Algorithmus zu entwerfen und somit die Position der Mikropille zu ermitteln.In The UWB protocols just mentioned are precision time-difference-of-arrival (TDOA) timing integrated in the physical layer. This can be related can be used with other external UWB sensors / modules to design new locations algorithm and thus the position to determine the micropille.

Das bis zu diesem Punkt beschriebene Verfahren enthält eine Kommunikationsebene, die auf normaler Videodatenübertragung über das sogenannte UWB Protokoll basiert.The up to this point contains a level of communication, the on normal video data transfer over that so-called UWB protocol based.

Die Erfindung kann auch auf einem anderen Verfahren/einer anderen Kommunikationsebene basieren. Im Folgenden werde ich dies erläutern:
Ein Bild definiert sich über die Darstellung einer bestimmten Anzahl von Pixel. Jeder Pixeldata hat die Form eines Rechtecks mit einer festgelegten x und y Position, dazu eine bestimmte Farbe und einen Text. Jedes Computerbetriebssystem hat eine filefunction (Routine), die für die Darstellung der Pixel auf dem Bildschirm verantwortlich ist. Eine Folge von einer bestimmten Pixeldataanzahl bildet einen frame Buffer. Eine Bildänderung ist die Folge eines Frame Buffer Updates. Die Entwicklung einer Frame Buffer Protokoll, kann diese Pixeldata verwalten und mit Hilfe einer Client/Server Technologie zwischen einem Empfänger und einem Sender verbinden. Der Server kann auf dem Sendermodul (Mikropillensystem on chip) und der Client auf dem Empfängermodul implementiert werden. Der frame Buffer protokoll Server führt alle Applikationen aus und generiert einen (Frame Buffer ). Der frame buffer Client zeichnet dar den frame und nimmt den Userinput auf. Es handelt sich um einen Mechanismus, der die Frame Buffer protokkoll Updates von Server zu Client und den Userinput von Client zu Server transferiert. Dieses nennt man (protocol for remote access to graphical user interfaces=display protokoll) und daher betriebsystem unabhaengig. Dies (display protokoll) braucht nur einen beliebegen reliable-Transport wie die TCP/IP um eine verbindung herzustellen. Hier können wir auch UWB protokoll nehmen Die von der Kamera gewonnenen Bilder werden normalerweise anhand des verantwortlichen routinefiles des Betriebssystem auf dem Bildschirm dargestellt. Mit Hilfe der neuen Technologie ist das Betriebssystem nicht mehr notwendig, da der Frame Buffer protokoll(Display protokoll) diese Arbeit übernimmt. Der entscheidende Punkt in dieser neuen Kommunikationsebene ist, dass wir nicht das übliche Videoframe transferieren sondern Frame Buffer frames (pixel frame). Darüber hinaus wird nicht das übliche Betriebssystem benutzt, um das Videoframe auf dem Bildschirm darzustellen, sondern Frame Buffer protokoll benutzt seine eigenen Eigenschaften um den Frame Buffer frame (pixel frame) darzustellen.The invention may also be based on a different method / level of communication. Below I will explain this:
An image is defined by the representation of a certain number of pixels. Each pixel data has the shape of a rectangle with a fixed x and y position, a specific color and a text. Each computer operating system has a filefunction (routine) that is responsible for rendering the pixels on the screen. A sequence of a given pixel data number forms a frame buffer. A picture change is the result of a frame buffer update. The development of a frame buffer protocol, can manage this pixel data and connect using a client / server technology between a receiver and a transmitter. The server can be implemented on the transmitter module (micropill system on chip) and the client on the receiver module. The frame buffer protocol server executes all applications and generates one (frame buffer). The frame buffer client draws the frame and records the user input. It is about a mechanism that transfers the frame buffer protocol updates from server to client and user input from client to server. This is called (protocol for remote access to graphical user interface = display protocol) and therefore operating system independent. This (display protocol) only needs a reliable transport as the TCP / IP to establish a connection. Here we can also log UWB The images obtained by the camera are usually displayed on the screen based on the responsible routine file of the operating system. With the help of the new technology, the operating system is no longer necessary because the frame buffer protocol (display protocol) does this work. The key point in this new level of communication is that we do not transfer the usual video frame but frame buffer frames (pixel frame). In addition, the usual operating system is not used to display the video frame on the screen, but Frame Buffer protocol uses its own properties to represent the frame buffer frame (pixel frame).

Die neue Kommunikationsebene ist gekennzeichnet durch Transfer von Frame Buffer frame (pixel frame) über die oben genannten Protokolle UWB. Dieses Prinzip soll auf der gleichen Chipkamera implementiert werden. Hier können wir uns des bereits existierenden (Frame Buffer protokoll (display protokoll) wie VNC (Virtual Network Computing protocol from AT&T Laboratories) bedienen und spezifisch für das Verfahren anpassen, oder ihm entsprechend neue Frame Buffer protokoll entwickeln.The new level of communication is characterized by transfer of frame Buffer frame (pixel frame) via the above protocols UWB. This principle should be on the same Chip camera can be implemented. Here we can look at the already existing one (Frame Buffer protocol (display protocol) like VNC (Virtual Network Computing protocol from AT & T Laboratories) and adapt specifically to the process, or develop a new frame buffer protocol accordingly.

Dadurch dass diese neue Erfindung, basierend auf dem Frame buffer = display protocol – Verfahren, gleichzeitig ferngesteuerte (remote control) Eigenschaften besitzt, verfügen die Pille und die darin enthaltenen Komponenten (Mikromotor, Kameras, Licht, Sensoren...) über hervorragende Steuerbarkeit.Thereby that this new invention based on the frame buffer = display protocol procedure, has remote control features at the same time, feature the pill and the components it contains (micromotor, cameras, light, Sensors ...) over excellent controllability.

Durch Integration eines Proxy zwischen dem Frame Buffer-Client und dem Frame Buffer-Server ist es möglich, den Frame Buffer piixel in einem Logfile auf der Workstation zu speichern und diesen in Form eines Films jederzeit aufzurufen.By Integration of a proxy between the frame buffer client and the Frame buffer server Is it possible, add the frame buffer piixel in a logfile on the workstation save and call it up in the form of a movie at any time.

Zur maximalen Vergrösserung der Bilder auf der Workstation dient ein auf Vervielfachung der Pixelanzahl basierendes Verfahren.to maximum magnification The images on the workstation serve to multiply the Pixel number based method.

Claims (9)

Vorrichtung zur Ermöglichung von Diagnose des menschlichen Gastralbereichs mit Hilfe einer miniaturisierten, mobilen und drahtlos mit Energie versorgten Technologie (« Mikropille »), dadurch gekennzeichnet, dass die Mikropille per Mikrosystemtechnik (Mikromotor) fernsteuerbar und beweglich ist. Fernerhin gekennzeichnet durch die Möglichkeit zur Live-Übertragung von aufgenommenen Bildern über UWB-Technik oder besonders über Displayprotocol über UWB-Technik (Pixelframe über UWB). Fernerhin gekennzeichnet durch die Ausrüstung der Pille mit Bio-on-chip-Sensoren, um eine Point-in-Care-Analyse zu ermöglichen (« Labor on Chip »). Fernerhin gekennzeichnet durch ein Verfahren zur Ermittlung der Position der Mikropille im Körper. Fernerhin gekennzeichnet durch flexibles Systemdesign und modularen Aufbau der Pille.Device for enabling the diagnosis of the human gastral area with the aid of a miniaturized, mobile and wirelessly powered technology ("micropille"), characterized in that the micropille is remotely controllable and movable by microsystem technology (micromotor). Furthermore characterized by the possibility for live transmission of recorded images via UWB technology or especially via Display Protocol via UWB technology (pixel frame via UWB). Further characterized by the equipment of the pill with bio-on-chip sensors to enable a point-in-care analysis ("lab on chip"). Further characterized by a method for determining the position of the micropille in the body. Further characterized by flexible system design and modular pill design. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pille über eine integrierte Energieversorgung verfügt, also ein Batteriebetrieb möglich ist.Device according to claim 1, characterized in that that pill over has an integrated power supply, so a battery operation is possible. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pille von Aussen per drahtloser Energieübertragung mit Strom versorgt wird.Device according to claim 1, characterized in that that the pill is externally powered by wireless energy transfer becomes. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine variable Stromversorgung nach Anspruch 2 und/oder 3 ermöglicht wird.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that a variable power supply according to claim 2 and / or 3 allows becomes. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die übertragenen Bilder durch ein « Handheld-Device » verarbeitet und dargestellt werden.Device according to claim 1, characterized in that that the transferred Images processed by a "handheld device" and be presented. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das UWB-Empfängermodul direkt über eine serielle Schnittstelle an einen Computer angeschlossen wird oder dieses Empfängermodul in ein Handheld-Device integriert ist.Device according to claim 1, characterized in that that the UWB receiver module directly above a serial port is connected to a computer or this receiver module in a handheld device is integrated. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Mikropille erfassten Daten per VCR-Interface verarbeitet werden (Stop/Play/Fast Forward/Backward/Replay/Save-Funktion) mit hilfe integration eines Proxy zwischen dem Frame Buffer-Client und dem Frame Buffer ServerDevice according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the data collected by the micropille per VCR interface are processed (Stop / Play / Fast Forward / Backward / Replay / Save function) with the help of integration of a proxy between the frame buffer client and the frame buffer server Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Position das TDOA (Time Difference of arrival)-Verfahren benutzt wird, bei dem weitere externe UWB Sensoren eingesetzt werden.Device according to claim 1, characterized in that that the TDOA (Time Difference of arrival) method is used in which further external UWB sensors used become. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Merkmale der Erfindung auch auf anderen medizinischen und nicht-medizinischen Gebieten anwendbar sind.Method according to claim 1, characterized in that that the features of the invention also apply to other medical and non-medical areas are applicable.
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