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Vorrichtung
zum Sichtbarmachen einer krankhaften Veränderung eines mit einem Fluoreszenzfarbstoff
markierten Körperteils
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Sichtbarmachen einer krankhaften
Veränderung
eines mit einem Fluoreszenzfarbstoff markierten Körperteils
eines Patienten.
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Es
sind fluoreszierende metabolische Marker bekannt, die sich in bestimmten
krankhaft veränderten
Körperregionen
anreichern, beispielsweise bei Tumoren, Entzündungen oder anderen Krankheitsherden.
Daneben sind fluoreszierende metabolische Marker bekannt, die überall im
Körper
verteilt werden können,
aber lediglich in bestimmten Körperregionen
beispielsweise durch tumorspezifische Enzymaktivitäten aktiviert
werden. Dem Patienten wird dazu der metabolische Marker in Form
eines Fluoreszenzfarbstoffs verabreicht, beispielsweise wird dieser
Fluoreszenzfarbstoff in die Blutbahn gegeben.
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Fluoreszenzfarbstoffe
besitzen eine Anregungswellenlänge
und eine davon verschiedene Emissionswellenlänge. Wenn der Fluoreszenzfarbstoff
mit Licht mit der Anregungswellenlänge bestrahlt wird, erfolgt
die Emission mit der Emissionswellenlänge. Da dieser Vorgang mit
einem Energieverlust verbunden ist, erfolgt die Emission im Allgemeinen
bei einer höheren
Wellenlänge
als die Anregung.
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Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen,
mit der krankhafte Veränderungen
eines mit einem Fluoreszenzfarbstoff markierten Körperteils
einfach erkannt werden können.
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Zur
Lösung
dieses Problems ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art
mit den folgenden Merkmalen vorgesehen: eine erste schaltbare Lichtquelle,
die Licht im Bereich der Anregungswelle des Fluoreszenzfarbstoffs
emittiert, um die Emis sion von Licht im Bereich der Emissionswellenlänge des
Fluoreszenzfarbstoffs auszulösen,
eine zweite schaltbare Lichtquelle, die sichtbares Licht außerhalb
der Emissionswellenlänge
des Fluoreszenzfarbstoffs emittiert, und ein Mittel, um die erste
und die zweite Lichtquelle selektiv ein- oder auszuschalten.
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Durch
die Erfindung wird eine einfach aufgebaute Vorrichtung geschaffen,
die es ermöglicht,
fluoreszent markierte Körperteile
zu erkennen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
eignet sich insbesondere zum Einsatz bei Operationen, beispielsweise können Tumorgrenzen
bei der Resektion von fluoreszent markierten Tumoren durch den behandelnden Arzt
erkannt werden. Auf ähnliche
Weise kann fluoreszent markierter Hautkrebs sichtbar gemacht werden.
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Erfindungsgemäß umfasst
die Vorrichtung die erste schaltbare Lichtquelle, die Licht im Bereich der
Anregungswellenlänge
des Fluoreszenzfarbstoffs emittiert. Durch diese Lichtquelle wird
die Emission von Licht durch den Fluoreszenzfarbstoff im Bereich
des krankhaft veränderten
Körperteils
ausgelöst.
Da das Anregungslicht und das emittierte Licht unterschiedliche
Wellenlängen
aufweisen, können sie
leicht auseinander gehalten werden. Wenn die erste schaltbare Lichtquelle
eingeschaltet ist, wird das Fluoreszenzbild für den behandelnden Arzt sichtbar.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
umfasst ferner die zweite schaltbare Lichtquelle, die sichtbares
Licht außerhalb
der Emissionswellenlänge
des Fluoreszenzfarbstoffs emittiert. Durch die zweite Lichtquelle
wird das Untersuchungs- oder Operationsgebiet beleuchtet, sodass
der behandelnde Arzt die anatomischen Strukturen und gegebenenfalls
bei einer Operation verwendete Instrumente sieht. Das durch die
zweite Lichtquelle erzeugte Bild wird als Nativbild bezeichnet.
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Erfindungsgemäß umfasst
die Vorrichtung ein Mittel, um die erste und die zweite Lichtquelle
selektiv ein- oder auszuschalten, sodass entweder dass Fluoreszenzbild
oder das Nativbild erzeugt wird.
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Vorzugsweise
können
die Lichtquellen durch das Mittel derart geschaltet werden, dass
der Eindruck eines überlagerten
Bilds entsteht. Auf diese Weise werden die relevanten Bildinformationen
des Nativbilds und des Fluoreszenzbilds in vorteilhafter Weise zu
einem überlagerten
Bild kombiniert. Der Arzt kann einerseits eine krankhafte Veränderung
erkennen, da dieser Körperbereich
durch den Fluoreszenzfarbstoff optisch erkennbar ist, insbesondere kann
die räumliche
Ausdehnung des krankhaft veränderten
Bereichs erkannt werden. Daneben sind das Operationsgebiet sowie
gegebenenfalls verwendete Instrumente sichtbar. Da die krankhaft
veränderten
Körperbereiche
und ihre räumliche
Ausdehnung exakt erkennbar sind, kann deren Entfernung im Rahmen
einer Operation besonders präzise
vorgenommen werden.
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Eine
weitere Verbesserung der Vorrichtung kann durch einen Filter erzielt
werden, der gegebenenfalls vorhandene Anteile des Umgebungslichts oder
des Raumlichts im Bereich der Emissionswellenlänge herausfiltert. Dadurch
wird verhindert, dass Anteile des Umgebungslichts, die die Wellenlänge des
Emissionslichts besitzen, die Erkennung des krankhaft veränderten
Bereichs erschweren. Vorzugsweise kann der Filter ein- und ausschaltbar
sein, wodurch die Eigenschaften des Filters einstellbar und wählbar sind.
Der Einsatz des Filters ist besonders dann zweckmäßig, wenn
die zweite Lichtquelle eingeschaltet ist. Dementsprechend kann es
vorgesehen sein, dass der Filter synchron mit der zweiten Lichtquelle
ein- und ausgeschaltet werden kann. In diesem Fall können durch
den Filter bei eingeschalteter zweiter Lichtquelle Anteile des Umgebungslichts
in dem Bereich der Emissionswellenlänge herausgefiltert werden,
so dass sichergestellt ist, dass das sichtba re emittierte Licht
tatsächlich
durch die Emission des Fluoreszenzfarbstoffs ausgelöst wird.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass
die Ein- und Ausschaltfrequenz der Lichtquellen einstellbar ist.
Wenn die erste und die zweite Lichtquelle jeweils alternierend mit
hoher Frequenz ein- und ausgeschaltet werden, kann das menschliche
Auge die beiden unterschiedlichen erzeugten Bilder, nämlich das
Fluoreszenzbild und das Nativbild, nicht voneinander unterscheiden,
sodass der Eindruck eines überlagerten, fusionierten
Bilds entsteht.
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Um
die Benutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
auf eine einfache Art zu ermöglichen, kann
es vorgesehen sein, dass der Filter als lichtdurchlässiges Glas
ausgebildet ist, durch das der zu untersuchende Körperteil
betrachtet werden kann. Auf diese Weise werden gegebenenfalls vorhandene unerwünschte Bestandteile
des Umgebungslichts oder Raumlichts herausgefiltert, durch die ansonsten eine
Verfälschung
oder Beeinträchtigung
des Fluoreszenzbilds eintreten könnte.
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Um
die Benutzung der Vorrichtung weiter zu erleichtern, kann es vorgesehen
sein, dass sie als handgeführtes
Gerät ausgebildet
ist. Das Gerät
kann einen Handgriff aufweisen und vorzugsweise eine mit dem Handgriff
verbundene durchsichtige Filterfläche.
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Gemäß einer
alternativen Ausführung
der Erfindung kann die Vorrichtung auch am oder auf dem Kopf tragbar
sein, beispielsweise kann die Vorrichtung als Brille ausgebildet
sein, wobei ein oder beide Brillengläser als Filter ausgebildet
sind. Es ist auch möglich,
die Vorrichtung aufsetzbar zu gestalten, indem sie an einem Stirnband
befestigt wird.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann ferner einen Lichtschutz zum Abschirmen von Raumlicht oder
Umgebungslicht um fassen, damit keine unerwünschten Lichtanteile auf den
zu untersuchende Körperteil
fallen.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Die Figuren sind schematische
Darstellungen und zeigen:
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1 ein
Diagramm, in dem das Reflektionslicht, das Fluoreszenzlicht und
das Raumlicht über
der Wellenlänge
aufgetragen sind;
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2 ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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3 eine
Variante der in 2 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung
und
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4 ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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1 ist
eine schematische Darstellung der verschiedenen Lichtkomponenten,
die bei der Durchführung
der Erfindung eine Rolle spielen. Auf der waagerechten Achse ist
die Wellenlänge
in Nanometer aufgetragen. Unterhalb der Achse sind die Lichtkomponenten
als Balkenabschnitte aufgetragen.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird
von einem Fluoreszenzfarbstoff ausgegangen, dessen Anregungsfrequenz 1 etwa
350 nm beträgt. Der
nach unten gerichtete Pfeil 2 gibt an, dass das Licht mit
der Anregungsfrequenz 1 auf den zu untersuchenden Körperteil
auftrifft. Dieser Fluoreszenzfarbstoff besitzt eine Emissionswellenlänge 3,
die durch den aufwärts
gerichteten Pfeil 4 dargestellt wird. Das bedeutet, dass
bei einer Bestrahlung mit der Anregungswellenlänge 1 eine Emission
mit der Emissionswellenlänge 3 erfolgt.
Der Fluoreszenzfarbstoff ist ein metabolischer Marker, der die Eigenschaft hat,
sich in krankhaft veränderten
Körperteilen,
z.B. bei einem Tumor, einer Entzündung
oder dergleichen, anzureichen. Es ist auch möglich, dass der fluoreszierende
metabolische Marker überall
im Körper
verteilt ist, aber nur beispielsweise durch tumorspezifische Enzymaktivitäten in bestimmten
Körperteilen
aktiviert werden kann. Die Erkennung eines auf diese Weise fluoreszent
markierten Körperteils erfolgt
durch die Bestrahlung dieses Körperteils
mit Licht mit der speziellen Anregungswellenlänge des Fluoreszenzfarbstoffes
und Detektion des emittierten Lichts in der entsprechenden Emissionswellenlänge des
Fluoreszenzfarbstoffs. Untersuchungen haben ergeben, dass die Intensität der Fluoreszenz
mit der Aggressivität
des entsprechenden Tumors korreliert. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
können
in erster Linie Untersuchungen oberflächennaher Bereiche oder Untersuchungen
am geöffneten
Körper durchgeführt werden,
insbesondere intraoperative Anwendungen. Beispiele dafür sind die
Erkennung von fluoreszent markiertem Hautkrebs oder die Erkennung
von Tumorgrenzen bei der Resektion von fluoreszent markierten Tumoren.
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Wie
in 1 gezeigt ist, sieht der behandelnde Arzt das
Fluoreszenzbild, wenn der zu untersuchende Körperteil mit der Anregungswellenlänge 1 bestrahlt
wird und Licht mit der Emissionswellenlänge 3 abgibt. Im Rahmen
eines operativen Eingriffs ist es allerdings auch erforderlich,
dass der behandelnde Arzt den Umgebungsbereich und gegebenenfalls seine
Instrumente sehen kann. Aus diesem Grund kann die Vorrichtung umgeschaltet
werden, sodass das Nativbild, also das natürliche Bild, sichtbar wird. Dazu
wird die Lichtquelle, mit der der Fluoreszenzleuchtstoff angeregt
wird, ausgeschaltet, gleichzeitig wird die andere Lichtquelle eingeschaltet,
die sichtbares Licht emittiert, beispielsweise mit einer Wellenlänge von
600 nm, wie in 1 durch den nach unten zeigenden
Pfeil 5 dargestellt ist. Dementsprechend wird einfallendes
Licht mit derselben Wellenlänge
reflektiert, was durch den Pfeil 6 dargestellt ist, so
dass das Nativbild, das auch als Reflektionsbild bezeichnet wird,
sichtbar ist. Das Licht der zweiten Lichtquelle liegt innerhalb
des Raumlichtspektrums 8.
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Um
eine Trennung zwischen dem Fluoreszenzbild und dem Reflektionsbild
zu erzielen kann wahlweise ein in 1 schematisch
dargestellter Filter 7 eingesetzt werden. Dieser Filter
hat die Eigenschaft gegebenenfalls vorhandene Anteile des Raumlichtspektrums 8 im
Bereich der Emissionswellenlänge
herauszufiltern. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden durch
den Filter 7 Lichtbestandteile herausgefiltert, deren Wellenlänge kleiner als
450 nm ist. Alternativ könnte
auch ein Bandpassfilter verwendet werden, der lediglich einen bestimmten
Teilbereich des Spektrums herausfiltert.
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2 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel der
Erfindung. Die Vorrichtung 9 ist als handgeführtes Gerät ausgebildet
und besteht im Wesentlichen aus einem Ring 10, der als
Halterung für
den Filter 7 dient, sowie einem Handgriff 13.
Auf der Unterseite des Rings 10 sind Leuchtdioden 11, 12 als
erste und zweite Lichtquellen über
den Umfang verteilt angebracht. Die den äußeren Ring bildenden Leuchtdioden 11 emittieren
Licht mit der Anregungswellenlänge
des verwendeten Fluoreszenzfarbstoffs, in diesem Ausführungsbeispiel
beträgt
die Anregungswellenlänge
350 nm. Die den inneren bildenden Leuchtdioden 12 imitieren
Licht im sichtbaren Bereich, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
beträgt
die Wellenlänge
600 nm.
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Die
jeweils kreisförmig
angeordneten Leuchtdioden 11, 12 sind durch ein
Schaltmittel ein- und ausschaltbar. Dieses Schaltmittel kann entweder in
den Körper
des Rings 10 oder in den Handgriff 13 integriert
sein. Ferner ist dort eine Energiequelle untergebracht, beispielsweise
eine Batterie oder ein Akkumulator. Durch das Schaltmittel wird
mit einer hohen Frequenz zwischen den Leuchtdioden 11 und 12 hin-
und hergeschaltet. Wenn die Leuchtdioden 11 eingeschaltet
sind, wird der Fluoreszenzfarbstoff mit der Anregungswellenlänge bestrahlt.
Der Filter 7 ist analog zu den Leuchtdioden ein- und ausschaltbar. Nur
wenn der Filter 7 eingeschaltet ist, filtert er den Wellenlängenbereich,
der kleiner als 450 nm ist, aus dem Raumlicht heraus. Der Filter 7 wird
daher gemeinsam mit den Leuchtdioden 12 eingeschaltet,
die Licht mit einer Wellenlänge
von etwa 600 nm emittieren. Durch den Filter ist sichergestellt,
dass gegebenenfalls vorhandene Bestandteile des Raumlichts mit einer
Wellenlänge
von weniger als 450 nm herausgefiltert werden, diese Lichtbestandteile
können
daher nicht irrtümlich
mit dem von dem Fluoreszenzfarbstoff abgegebenen Emissionslicht
verwechselt werden. Auf diese Weise ist das Emissionslicht sichtbar, wenn
die Leuchtdioden 11 eingeschaltet sind. Wenn die Leuchtdioden 12 eingeschaltet
sind, ist das Nativbild im Raumlichtspektrum sichtbar. Wenn genügend schnell
zwischen diesen beiden Zuständen
umgeschaltet wird, kann das menschliche Auge diese Zustände nicht
mehr von einander trennen, sodass der Eindruck eines gemeinsamen,
fusionierten Bilds entsteht. Bei diesem überlagerten Bild ist eine gegebenenfalls
vorhandene krankhafte Veränderung
als heller leuchtender Fleck innerhalb des umliegenden Gewebes zu
erkennen. Der schaltbare Filter 7 kann auch als durchstimmbarer
Filter (Liquid Crystal Tunable Filter, LCTF) ausgebildet sein. Bei
derartigen Filtern kann das Filterverhalten durch elektrische Signale
verändert
werden. Im einfachsten Fall kann der LCTF zwischen zwei Zuständen hin-
und hergeschaltet werden, wobei er entweder Wellenlängen im
Bereich der Emissionswellenlänge
des Fluoreszenzfarbstoffs herausfiltert oder diese passieren lässt.
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3 zeigt
eine Variante der in 2 dargestellten Vorrichtung 9.
Die Vorrichtung 9 weist zusätzlich einen Lichtschutz 14 auf,
der konusförmig
ausgebildet und an der Außenseite
des Rings 10 befestigt ist. Der Lichtschutz 14 kann
optional verwendet werden und nachträglich an der Vorrichtung 9 angebracht
werden. Durch den Lichtschutz 14 kann unerwünschtes
Raumlicht abgeschirmt werden, das beispielsweise durch Fenster einfällt oder
durch eine künstliche
Beleuchtung verursacht wird.
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4 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung, das als Brille 15 ausgebildet ist. Der Rahmen 16 der
Brille 15 weist mehrere erste schaltbare Lichtquellen 17 sowie
mehrere schaltbare Lichtquellen 18 auf, die als Leuchtdioden
ausgebildet sind. Die waagerecht angeordneten Lichtquellen 17 geben
im eingeschalteten Zustand Licht mit der Anregungswellenlänge des
Fluoreszenzfarbstoffs ab. Die senkrecht angeordneten Leuchtdioden
der Lichtquelle 18 beleuchten den zu untersuchenden Körperteil
im eingeschalteten Zustand mit einer Wellenlänge von etwa 600 nm. Eines
oder vorzugsweise beide Brillengläser 19 ist beziehungsweise
sind als Filter ausgebildet, um unerwünschte Bestandteile des Raumlichts
herauszufiltern. Durch ein nicht dargestelltes Schaltmittel können die
Lichtquellen 17, 18 abwechselnd ein- und ausgeschaltet
werden, so dass sich für
den Benutzer wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel der Eindruck
eines fusionierten Bilds ergibt. Die Brille 15 weist den
Vorteil auf, dass der Benutzer beide Hände frei hat, um eine Untersuchung
oder Operation durchzuführen.
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Die
angegebenen Wellenlängen
des Fluoreszenzfarbstoffs sind nicht als Beschränkung zu verstehen. Es kommen
alle Fluoreszenzfarbstoffe in Frage, die außerhalb des Raumlichtspektrums
angeregt werden können
und deren Emission bei einer Wellenlänge erfolgt, die aus dem Raumlicht
ausgeblendet werden kann.
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Die
Vorrichtung ist einfach aufgebaut, kostengünstig herstellbar und kann
zu vielen oberflächennahen
Untersuchungen herangezogen werden. Durch das Gerät wird ein
optimaler und einfacher Untersuchungsablauf ermöglicht.