DE19618963C5

DE19618963C5 - Zusatzvorrichtung für ein Endoskop und Verfahren zur endoskopischen Erfassung von Fluoreszenzlicht unter Verwendung derselben

Info

Publication number: DE19618963C5
Application number: DE1996118963
Authority: DE
Inventors: Herbert Stepp; Reinhold Baumgartner; Kai Rick; Simon Wagner; Alfons Hofstetter
Original assignee: Baumgartner Reinhold Dr; Hofstetter Alfons Prof Drmed
Current assignee: Baumgartner Reinhold Dr; Hofstetter Alfons Prof Drmed
Priority date: 1996-05-10
Filing date: 1996-05-10
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2016-05-11
Also published as: DE19618963C2; DE19618963A1

Abstract

Zusatzvorrichtung (22) für ein Endoskop zur Erfassung von Fluoreszenzlicht und/oder remittiertem Licht von Oberflächen, die lösbar mit dem Endoskop (10) verbunden ist und einen Strahlteilerspiegel (24) zur Umlenkung von einem Teil des ermittelten Fluoreszenzlichtes und/oder remittierten Lichtes zu einem Spektrometer (32) aufweist und daß die Zusatzvorrichtung (22) eine Linse (28) zur Abbildung des umgeleiteten Fluoreszenzlichtes und/oder remittierten Lichtes auf eine erste Lichtleitfaser oder ein erstes Lichtleiterbündel (30) aufweist, wobei der Anschluß der ersten Lichtleitfaser (30) oder des ersten Lichtleiterbündels (30) an die Zusatzvorrichtung (22) über eine Kopplungsvorrichtung (36) erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zusatzvorrichtung für ein Endoskop zur Erfassung von Fluoreszenzlicht und/oder remittiertem Licht von Oberflächen.
Bekannte Endoskope weisen in einem distalen rohrförmigen Element eine sogenannte Optik und einen Arbeitskanal auf. Die Optik umfaßt dabei üblicherweise einen bildgebenden Kanal, der sich aus einem starren Linsensystem oder einem flexiblen bildübertragenden Glasfaserbündel jeweils mit Objektiv und Okular zusammensetzt und einen ausleuchtenden Kanal auf. Der Arbeitskanal, in der einfachsten Ausführung ein Hohlraum zwischen der Optik und dem inneren Umfang des rohrförmigen Elements, dient zur Aufnahme von Biopsiezangen, Lichtleiterfasern etc. oder auch für Spülungen. Diese Endoskope werden insbesondere bei der sogenannten Videoskopie verwendet.
Aus der EP 0 022 220 A2 ist eine Zusatzvorrichtung für ein Endoskop bekannt, die eine Benutzung bzw. Beobachtung durch mehrere Beobachter erlaubt. Zudem wird durch eine spezielle Linsenanordnung gewährleistet, daß Moire-Muster verhindert werden. Die GB 2 125 986 A beschreibt eine endoskopische Vorrichtung für die Behandlung von Krebs. Die Vorrichtung besteht dabei aus einer gepulsten Laserlichtquelle, Vorrichtungen zum Detektieren von Bildern und einem Endoskop. Das Endoskop leitet dabei einerseits den Laserstrahl an das zu behandelnde Objekt, andererseits wird Licht von dem Objekt an die Detektiervorrichtungen geführt.
Des weiteren muß bei bekannten Endoskopen, mit denen eine Spektraldetektion einer Oberfläche durchgeführt werden soll, die Lichtleitfaser zur Spektraldetektion vor oder während der Anwendung jeweils in einem separaten Arbeitsschritt in den Arbeitskanal des Endoskopes eingeführt werden. Dadurch ergibt sich in der praktischen Anwendung eine erhebliche Zeitverzögerung. Zudem wird der normale endoskopische Ablauf erheblich beeinträchtigt, da der Arbeitskanal belegt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Zusatzvorrichtung und ein Verfahren für die Spektraldetektion mit Hilfe eines Endoskopes bereitzustellen, welche eine einfache und rasche Handhabung ohne die Beeinträchtigung des normalen endoskopischen Ablaufs gewährleistet.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Zusatzvorrichtung für ein Endoskop ist lösbar mit dem Endoskop verbunden und weist einen Strahlteilerspiegel zur Umlenkung von zumindest einem Teil des emittierten Fluoreszenzlichtes und/oder remittierten Lichts einer beleuchteten Oberfläche auf. Das Fluoreszenzlicht und/oder remittierte Licht wird dabei zu einem Spektrometer weitertransportiert. Der Anschluß der ersten Lichtleitfaser oder des ersten Lichtleiterbündels an die Zusatzvorrichtung erfolgt über eine Kopplungsvorrichtung. Durch diese Anordnung kann auf eine zusätzliche, in einen Arbeitskanal des Endoskops einzuführende Detektionsfaser verzichtet werden. Als Übertragungskanal dient der bildgebende Kanal des Enoskopes. Zudem ist durch die lösbare Anordnung der Zusatzvorrichtung gewährleistet, daß der normale endoskopische Ablauf nicht beeinträchtigt wird. Die Zusatzvorrichtung wird vorteilhafterweise nur bei Bedarf an das dem distalen Ende des Endoskops gegenüberliegende Ende angekoppelt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die optische Zusatzvorrichtung neben dem Strahlteilerspiegel eine Linse zur Abbildung des umgeleiteten Fluoreszenz
lichtes und/oder remittierten Lichtes auf eine außerhalb des Endoskopes ausgebildete erste Lichtleitfaser bzw. ein erstes Lichtleiterbündel auf. Diese Lichtleitfaser bzw. dieses Lichtleiterbündel dient zur optischen Verbindung mit dem Spektrometer. Die Brennweite der Linse und/oder der Durchmesser der ersten Lichtleitfaser ist dabei variierbar. Dadurch kann vorteilhafterweise die Größe des zentralen Spektraldetektionsfeldes bestimmt und variiert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Spektrometer an einen Monitor zur Darstellung der ermittelten Spektren angeschlossen. Dadurch ist eine Überwachung und Kontrolle der spektralanalytischen Meßwerte der entsprechenden endoskopisch beleuchteten Bereiche der untersuchten Oberfläche möglich.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Zusatzvorrichtung für Endoskope ergibt sich ein ebenfalls neuartiges Verfahren zur endoskopischen Erfassung von Fluoreszenzlicht und/oder remittiertem Licht von Oberflächen. In einem ersten Verfahrensschritt wird dabei die zu untersuchende Oberfläche mit einem von einer Anregungslichtquelle erzeugten Lichtstrahl bestrahlt, wobei der Lichtstrahl über eine zweite Lichtleitfaser oder ein zweites Lichtleiterbündel und einen Beleuchtungskanal des Endoskops geführt wird. Der Beleuchtungskanal ist dabei innerhalb des rohrförmigen distalen Elementes des Endoskopes angeordnet. Die zweite Lichtleitfaser ist außerhalb des Endoskopkörpers angeordnet und dient zur Verbindung des Beleuchtungskanals mit der Anregungslichtquelle. In einem weiteren Verfahrensschritt wird das emittierte Fluoreszenzlicht und/oder remittierte Licht über einen bildgebenden Kanal zu einer optischen Zusatzvorrichtung des Endoskops rückgeführt. In einem dritten Verfahrensschritt wird zumindest ein Teil des Fluoreszenzlichtes und/oder remittierten Lichtes über einen in der Zusatzvorrichtung angeordneten Strahlteilerspiegel und eine außerhalb des Endoskopkörpers angeordnete erste Lichtleitfaser bzw. ein erstes Lichtleiterbündel zu einem Spektrometer umgelenkt. In einem abschließenden Verfahrensschritt erfolgt dann die spektralanalytische Auswertung des Spektrums und die Darstellung der ermittelten Werte auf einem Monitor.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im ersten Verfahrensschritt mindestens ein zusätzlicher schmalbandiger Lichtwellenlängenbereich eingekoppelt. Dadurch stehen zusätzliche Emissionspeaks, z. B. zur Eichung der Fluoreszenzstärke bereit.
Erfindungsgemäß wird das vorliegende Endoskop zur ftuoreszenzendoskopischen Spektralanalyse tumorselektiver Aminolävulinsäure (ALA)-induzierter Porphyrine in Säugetiergewebe verwendet.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels:
Die Figur zeigt eine schematisch dargestellte Zusatzvorrichtung 22 für ein Endoskop 10 zur Erfassung von Fluoreszenzlicht und/oder remittierten Licht auf Oberflächen 40, 42. Das Endoskop 10 weist dabei ein rohrförmiges distales Element 12 sowie ein Endoskopokular 20 auf. In dem rohrförmigen distalen Element 12 ist ein bildgebender Kanal 13, ein Beleuchtungskananl 15 sowie ein Arbeitskanal angeordnet. Das distale Element 12 weist zudem eine erste Kopplungsvorrichtung 18 auf, die zum Anschluß einer zweiten Lichtleitfaser bzw. eines zweiten Lichtleiterbündels 16 dient. Die zweite Lichtleitfaser 16 bildet die optische Verbindung zwischen einer Anregungslichtquelle 14 und dem Beleuchtungskanal 15. Die Anregungslichtquelle 14 kann dabei als Xe-Kurzbogenlampe mit einer Emission zwischen 375 und 440 nm ausgebildet sein. Zudem kann die Anregungslichtquelle 14 einen Reflexionskantenfilter aufweisen. Üblicherweise sind der Beleuchtungskanal 15 und der bildgebende Kanal 13 in einer gemeinsamen Umhüllung angeordnet.
Weiterhin erkennt man, daß an das Endoskop 10 die optische Zusatzvorrichtung 22 lösbar angekoppelt ist. Die Ankopplung kann dabei mittels eines Bajonettverschlußes 26 oder Schraubverschlußes erfolgen. Auch eine Steckverbindung ist denkbar. Die optische Zusatzvorrichtung 22 dient zur Umlenkung von zumindest einem Teil des ermittierten Fluoreszenzlichtes und/oder remittierten Lichts zu einem Spektrometer 32. Hierfür weist die Zusatzvorrichtung 22 einen Strahlteilerspiegel 24 sowie eine Linse 28 zur Abbildung des umgeleiteten Lichtes auf eine erste Lichtleitfaser bzw. ein erstes Lichtleiterbündel 30 auf. Die erste Lichtleitfaser 30 dient dabei zur optischen Verbindung der Zusatzvorrichtung 22 mit dem Spektrometer 32. Die Brennweite der Linse und/oder der Durchmesser der ersten Lichtleitfaser ist dabei variierbar. Dadurch kann die Größe des zentralen Spektraldetektionsfeldes bestimmt und variiert werden. Der Durchmesser des ersten Lichtleiterbündels bzw. der ersten Lichtleiterfaser liegt dabei zwischen 50 μm und 1 mm. Die maximale Detektionsfläche entspricht dabei der Größe des Gesichtsfeldes.
Der Anschluß der ersten Lichtleitfaser 30 einerseits an die Zusatzvorrichtung 22 und andererseits an das Spektrometer 32 erfolgt über eine zweite und dritte Kopplungsvorrichtung 36 und 38. Der Strahlteilerspiegel 24 kann dichroitisch ausgebildet sein.
An das Spektrometer 32 ist in dem Ausführungsbeispiel ein Monitor 34 zur Darstellung der ermittelten Spektren angeschlossen. Durch den zusätzlichen Anschluß einer bildverarbeitenden Vorrichtung an die Zusatzvorrichtung 22 ist die gleichzeitige Darstellung und Kontrolle von spektralanalytischen Meßwerten und zugehörigen realen Bild der untersuchten Oberfläche möglich. Dies erleichtert z. B, die Unterscheidung zwischen Tumorgewebe 42 und gesundem Gewebe 40.
Der Anschluß eines Computers zur Speicherung und Verarbeitung der ermittelten Daten ist jedoch ebenfalls denkbar.
Mit der dargestellten Anordnung ist es aber auch möglich, den vorbeschriebenen Lichtweg umzukehren und z. B. Licht über die erste Lichtleitfaser 30 einzukoppeln und die Detektionsfläche auf der untersuchten Oberfläche damit zu markieren. Hiermit ist eine In-Situ-Darstellung von bestimmten Bereichen der Oberfläche möglich.

Claims

Zusatzvorrichtung (22) für ein Endoskop zur Erfassung von Fluoreszenzlicht und/oder remittiertem Licht von Oberflächen, die lösbar mit dem Endoskop (10) verbunden ist und einen Strahlteilerspiegel (24) zur Umlenkung von einem Teil des ermittelten Fluoreszenzlichtes und/oder remittierten Lichtes zu einem Spektrometer (32) aufweist und daß die Zusatzvorrichtung (22) eine Linse (28) zur Abbildung des umgeleiteten Fluoreszenzlichtes und/oder remittierten Lichtes auf eine erste Lichtleitfaser oder ein erstes Lichtleiterbündel (30) aufweist, wobei der Anschluß der ersten Lichtleitfaser (30) oder des ersten Lichtleiterbündels (30) an die Zusatzvorrichtung (22) über eine Kopplungsvorrichtung (36) erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lichtleitfaser bzw. das erste Lichtleiterbündel (30) einen Durchmesser zwischen 50 μm und 1 mm aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweite der Linse (28) variierbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadürch gekennzeichnet, daß an das Spektrometer (32) ein Monitor (34) zur Darstellung der ermittelten Spektren angeschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteilerspiegel (28) dichroitisch ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzvorrichtung (22) einen Bajonettverschluß oder Schnappverschluß zur Ankopplung an das Endoskop (10) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß die Zusatzvorrichtung (22) einen Schraubverschluß zur Ankopplung an das Endoskop (10) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Endoskop (10) ein rohrförmiges distales Element (12) aufweist, wobei in dem distalen Element (12) ein bildgebender Kanal(13) und ein Beleuchtungskanal (15) angeordnet sind, wobei das distales Element (12) eine erste Kopplungsvorrichtung (18) für eine zweite Lichtleitfaser oder ein zweites Lichtleiterbündel (16) zur optischen Verbindung mit einer Anregungslichtquelle (14) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungslichtquelle (14) eine Xe-Kurzbogenlampe mit einer Emission zwischen 375 und 440 nm ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungslichtquelle (14) einen Reflexionskantenfilter aufweist.
Verfahren zur endoskopischen Erfassung von Fluoreszenzlicht und/oder remittierten Licht von Oberflächen unter Verwendung einer Zusatzvorrichtung für ein Endoskop gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Bestrahlung der Oberfläche mit einem von einer Anregungslichtquelle (12) erzeugten Lichtstrahl, wobei der Lichtstrahl über eine zweite Lichtleitfaser oder ein zweites Lichtleiterbündel (16) und einen Beleuchtungskanal (15) des Endoskops (10) geführt wird; b) Rückleitung des emittierten Fluoreszenzlichtes und/oder remittierten Lichts über einen bildgebenden Kanal. (13) zu einer optischen Zusatzvorrichtung (22) des Endoskops (10); c) Umlenkung von einem Teil des Fluoreszenzlichtes und/oder remittierten Lichts über einen in der Zusatzvorrichtung (22) angeordneten Strahlteilerspiegel (24) und eine erste Lichtleitfaser oder ein erstes Lichtleiterbündel (30) zu einem Spektrometer; d) spektralanalytische Auswertung des Fluoreszenzlichtes und/oder remittierten Lichtes und Darstellung der ermittelten Werte auf einem Monitor (34).
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Verfahrensschritt a) mindestens ein zusätzlicher schmalbandiger Lichtwellenlängenbereich eingekoppelt wird.
Verwendung einer Zusatzvorrichtung für ein Endoskop gemäß Anspruch 1 zur fluoreszenzendoskopischen Spektralanalyse tumorselektiver Aminolävulinsäure(ALA)-induzierter Porphyrine in Säugetierge webe.