DE102005019143A1

DE102005019143A1 - Kombiniertes diagnose- und therapieunterstützendes System

Info

Publication number: DE102005019143A1
Application number: DE102005019143A
Authority: DE
Inventors: David Santa Barbara Chatenever; Klaus M. Dr.-Ing. Irion
Original assignee: Karl Storz SE and Co KG
Current assignee: Karl Storz SE and Co KG
Priority date: 2005-04-20
Filing date: 2005-04-20
Publication date: 2006-11-02
Also published as: DE202005021111U1

Abstract

Ein kombiniertes diagnose- und therapieunterstützendes System weist zumindest eine Lichtquelle (12), ein Bilderfassungssystem (16) zur Erfassung von Bildinformation und ein Bildverarbeitungssystem (26) zum Verarbeiten der durch das Bilderfassungssystem (16) aufgenommenen Bildinformation, um ein Signal zu erzeugen, auf. Das diagnose- und therapieunterstützende System zeichnet sich dadurch aus, dass es ferner ein Projektionssystem (20) aufweist, mit dem das durch das Bildverarbeitungssystem (26) erzeugte Signal zumindest zum Teil lagerichtig zu einem durch das Bildverarbeitungssystem erfassten Objekt in einen Operationsbereich (28) projizierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein kombiniertes diagnose- und therapieunterstützendes System, mit zumindest einer Lichtquelle, einem Bilderfassungssystem zur Erfassung von Bildinformation und einem Bildverarbeitungssystem zum Verarbeiten der durch das Bilderfassungssystem aufgenommenen Bildinformation, um ein Signal zu erzeugen.

Solche Systeme werden z.B. von der Anmelderin zum Einsatz bei der photodynamischen Diagnose von Tumoren vertrieben und sind in der Endo World URO Nr. 17/5-D, 2000, Seiten 1–12 beschrieben.

Bei der photodynamischen Diagnose wird einem Patienten ein geeigneter tumorspezifischer Marker, z.B. 5-Aminolävulinsäure (5-ALS) verabreicht. 5-ALS ist ein Prekursor in der Hämbiosynthese. 5-ALS sammelt sich in malignem Gewebe an und kann entweder direkt oder nach einer Metabolisierung durch Bestrahlung mit Licht von gewisser Wellenlänge zur Fluoreszenz angeregt werden. Bereiche, in denen sich 5-ALS angesammelt hat, also maligne Bereiche, fluoreszieren in roter Farbe. Da als Anregungslicht blaues Licht verwendet wird, kann dieses bei der Beobachtung herausgefiltert werden und die malignen Bereiche heben sich deutlich von umgebenem gesunden Gewebe ab. Die gewonnenen Bildinformationen werden dabei im Allgemeinen elektronisch aufbereitet und das dadurch erzeugte Signal auf einem Bildschirm dargestellt.

Eine weitere Diagnose von malignem und/oder auffälligem Gewebe erfolgt mittels der sogenannten Autofluoreszenz, wobei Gewebe durch Bestrahlen mit Licht einer gewissen Wellenlänge, aber ohne Zugabe eines speziellen Fluoreszenzmarkers zur Fluoreszenz angeregt wird. Das gesunde Gewebe fluoresziert dabei deutlich stärker als malignes Gewebe, wodurch sich Tumore als dunkles Gewebe gegenüber dem gesunden Gewebe abzeichnen.

Die Autofluoreszenz des Gewebes ist jedoch relativ schwach, so dass eine Unterscheidung zwischen gesundem und malignem Gewebe in situ für den Operateur häufig schwierig ist. Daher wird die gewonnene Bildinformation im Allgemeinen mit einem Kamerasystem aufgenommen und nach Weiterbearbeitung in einem Bildverarbeitungssystem auf einem Bildschirm wiedergegeben.

Bei der Verwendung von Fluoreszenzmarkern in der PDD oder für andere Zwecke werden zwischenzeitlich außerdem auch Fluoreszenzmarker verwendet, deren Fluoreszenz in einem Wellenlängenbereich auftritt, der außerhalb des für das menschliche Auge sichtbaren Bereichs liegt. Auch hier ist eine Aufarbeitung der durch das Bilderfassungssystem erfassten Bildinformation zur Erzeugung eines Signals und dessen Wiedergabe z.B. auf einem Bildschirm notwendig.

Eine solche Darstellung auf einem Bildschirm hat nun allerdings den Nachteil, dass dadurch der Operateur das zu untersuchende und gegebenenfalls zu therapierende Gewebe nur indirekt über den Bildschirm sieht. Wird das Gewebe direkt beobachtet, fehlen dem Operateur wiederum wichtige Informationen. Dies erschwert sowohl die Diagnose als auch die Therapie deutlich.

Es ist also Aufgabe der Erfindung, ein diagnose- und therapieunterstützendes System zu schaffen, mit dem die Menge der direkt im Operationsbereich zugänglichen Information für den Operateur deutlich erhöht und somit die Diagnose bzw. die Therapie z.B. von malignem Gewebe deutlich erleichtert wird.

Erfindungsgemäß wird das Problem dadurch gelöst, dass das diagnose- und therapieunterstützende System ein Projektionssystem aufweist, mit dem das durch das Bildverarbeitungssystem erzeugte Signal zumindest zum Teil lagerichtig zu einem von dem Bildverarbeitungssystem erfassten Objekt in einen Operationsbereich projizierbar ist.

Unter dem Begriff "Signal" wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, ist jeder Träger von Information zu verstehen, wobei die durch das Signal getragene Information durch das Projizieren für den Benutzer zugänglich wird. Ein Signal im Sinne der Anmeldung kann ein- oder mehrdimensional sein. Ein Beispiel für ein eindimensionales Signal wäre dabei ein wellenförmiges Signal und ein Beispiel für ein mehrdimensionales Signal wäre ein Bild.

Mit einem solchen System ist es nun also möglich, die durch das Bildverarbeitungssystem erhaltenen Information z.B. über die Ausdehnung von malignem Gewebe oder das Vorhandensein von Fluoreszenz in einem Wellenlängenbereich, der außerhalb des sichtbaren Wellenlängenbereichs liegt, direkt in den Operationsbereich hinein zu projizieren, wodurch sowohl der Operationsbereich als auch die weiteren Informationen direkt für den Operateur ersichtlich sind.

Somit stellt ein solches System einem Operateur zusätzliche Informationen bereit, ohne dass dieser vom Operationsfeld aufblicken muss, um sich einen Bildschirm anzusehen oder die Operation komplett über einen Bildschirm durchführen muss. Der Operateur kann somit eine Operation in ergonomisch vorteilhafter Weise durchführen, ohne auf zusätzliche Informationen verzichten zu müssen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Projektionssystem als LCD-Projektionssystem ausgebildet.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass dadurch vollständige, auch mehrfarbige Bilder auf einfache Weise in ein Operationsfeld projiziert werden können. Es können hierzu bekannte LCD-Projektionssysteme verwendet werden, die auch als Beamer bezeichnet werden und in der Computertechnologie breite Anwendung gefunden haben. Diese stehen als preiswerte "off the shelf" Komponenten zur Verfügung.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Projektionssystem zur Projektion eines punktförmigen Lichtsignals ausgestaltet.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass dadurch ein Lichtsignal auf einfache Weise in den Operationsbereich projizierbar ist, ohne dass Probleme z.B. mit der Fokussierung eines Projektionsbildes auftreten.

In einer Ausgestaltung der oben genannten Maßnahme weist das punktförmige Lichtsignal inkohärentes Licht auf.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass inkohärentes Licht auf einfache Weise, z.B. durch eine Xenon- oder Quecksilberdampflampe oder durch eine LED erzeugbar ist. Ferner kann mit einer inkohärenten Lichtquelle durch den Einsatz von Filtern auf einfache Weise Licht verschiedener Wellenlängen erzeugt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das punktförmige Lichtsignal kohärentes Licht auf.

Kohärentes Licht ist Laserlicht und hat den Vorteil, dass es auch über lange Distanzen ein punktförmiges Lichtsignal ergibt, ohne dass Fokussierungsmaßnahmen notwendig sind. Kohärentes Licht hat ferner den Vorteil, dass dadurch Licht mit einer hohen Leistung auf eine kleine Fläche fokussiert in den Operationsbereich einbringbar ist und somit z.B. auch zum Abtragen von malignem Gewebe verwendet werden kann.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Projektionssystem Steuerelemente auf, mit denen das punktförmige Lichtsignal über den Operationsbereich bewegbar ist, insbesondere mit einer solchen Geschwindigkeit, die Darstellung einer zweidimensionalen Struktur ermöglicht.

Durch die Bewegbarkeit des punktförmigen Lichtsignals, was auch als "Scanning" bezeichnet wird, kann mit einem Lichtsignal, das an sich nur eine kleine Fläche aufweist, auch ein größerer Operationsbereich markiert werden. Erfolgt dies mit einer gewissen Geschwindigkeit, kann das menschliche Auge diesem nicht mehr folgen und es entsteht beim Operateur der Eindruck der Darstellung einer zweidimensionalen Struktur. So kann z.B. der Randbereich eines Tumors eingekreist werden, um dem Operateur anzuzeigen, in welchem Umfang Gewebe zu entfernen ist.

Somit wird mit einem solchen System der Vorteil eines punktförmigen Lichtsignals mit der Möglichkeit kombiniert, auch komplexere Informationen in den Operationsbereich zu projizieren.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist mit dem Projektionssystem in einem ersten Betriebsmodus Licht eines ersten Wellenlängenbereichs und in einem zweiten Betriebsmodus Licht eines zweiten Wellenlängenbereichs abgebbar.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass dadurch auf einfache Weise einem Operateur z.B. der Unterschied zwischen gesundem und erkranktem Gewebe darstellbar ist. So kann z.B. ein Lichtpunkt über ein Gewebe bewegt werden, wobei, sofern er sich über gesundem Gewebe befindet, dieser als grünes Licht und wenn er sich über erkranktem Gewebe befindet, als rotes Licht erscheint.

In einer Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme ist in einem der Betriebsmodi mit dem Projektionssystem Licht eines Wellenlängenbereichs abgebbar, der im Anregungsbereich eines Photosensitizers liegt.

Diese Maßnahme ermöglicht es, nachdem einem Patienten ein Photosensitizer verabreicht wurde und wenn das Licht des Projektionssystems sich über erkranktem Gewebe befindet, in dem sich der Photosensitizer angesammelt hat, dass dieses auf einen Wellenlängenbereich umgestellt wird, indem der Photosensitizer anregbar ist. Somit kann das System neben dem Bereitstellen von Informationen auch zur photodynamischen Therapie verwendet werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist mit dem Projektionssystem in einem ersten Betriebsmodus Licht einer ersten Intensität und in einem zweiten Betriebsmodus Licht einer zweiten Intensität abgebbar.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass mittels der Intensität des Lichts dem Operateur Hinweise auf das Vorliegen von erkranktem Gewebe gegeben werden können.

In einer Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme ist in einem der Betriebsmodi mit dem Projektionssystem Licht einer Intensität abgebbar, die dazu geeignet ist, Gewebe abzutragen und/oder zu koagulieren.

Durch diese Maßnahme können mit dem System neben dem Bereitstellen von Informationen auch therapeutische Eingriffe durchgeführt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Projektionssystem automatisch von einem Betriebsmodus in einen anderen Betriebsmodus umschaltbar.

Durch diese Maßnahme kann ein Operateur z.B. festlegen, welche Bereiche mit einem Anregungslicht für einen Photosensitizer bestrahlt werden sollen. Das Umschalten von einem Diagnosemodus in einen Therapiemodus kann dann automatisch erfolgen. Dies entlastet den Operateur. Außerdem kann das Umschalten, da dieses automatisch erfolgt, mit einer größeren Genauigkeit erfolgen, als dieses bei einer Intervention durch einen Operateur möglich ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der oben genannten Maßnahme ist das Projektionssystem in Abhängigkeit der von dem Bilderfassungssystem erfassten Bildinformation automatisch umschaltbar.

Durch diese Maßnahme kann z.B. das Projektionssystem automatisch in einen Therapiemodus umgeschaltet werden, wenn durch das Bilderfassungssystem das Vorhandensein von erkranktem Gewebe erkannt wird. Das erkrankte Gewebe wird also sozusagen vollautomatisch therapiert, was die Präzision der Behandlung erhöht und den Operateur entlastet.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Bilderfassungssystem zur Erfassung von Bildinformationen im infraroten Bereich ausgelegt.

Durch diese Maßnahme kann das System auch im Zusammenhang mit Fluoreszenzmarkern verwendet werden, die im infraroten Bereich fluoreszieren. Ein Beispiel für einen solchen Fluoreszenzmarker ist IndoCyaninGrün, das zur Sichtbarmachung von Blutgefäßen verwendet wird.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Bilderfassungssystem eine elektronische Kamera auf.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass auf einfache Weise einem Bildverarbeitungssystem zugängliche Bildinformation erzeugt werden kann.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Bilderfassungssystem ein Mikroskop auf.

Mikroskope werden als Beobachtungssysteme häufig bei sehr kleinen Eingriffen, die jedoch als offene Eingriffe durchgeführt werden, verwendet. Durch diese Maßnahme wird einem Operateur ein vergrößerter Einblick in ein offenes Operationsfeld ermöglicht, wobei gleichzeitig direkt weitere Informationen für ihn zugänglich sind.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Bilderfassungssystem ein Endoskop auf und ist insbesondere als Videoendoskop ausgebildet.

Durch diese Maßnahme ist es möglich, minimal-invasive Diagnosen und Therapien durchzuführen, wobei einem Operateur deutlich mehr Information zur Verfügung stehen, als bei einem bekannten System, ohne dass eine indirekte Beobachtung über einen Bildschirm notwendig ist.

In einer weiteren Ausgestaltung dieser Maßnahme weist das Projektionssystem eine Projektionseinheit und einen Lichtleiter auf.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass das häufig relativ große und schwere Projektionssystem von einem Endoskop entfernt, z.B. zusammen mit dem Bildverarbeitungssystem angeordnet werden kann, wobei der Lichtleiter dazu dient, das projizierte "Signal" an den Operationsbereich hin zu leiten. Dadurch wird ein solches Endoskop nur geringfügig größer als ein bekanntes Videoendoskop.

In einer weiteren Ausgestaltung der oben genannten Maßnahme weist der Lichtleiter zumindest eine Lichtleitfaser auf.

Durch die Verwendung von Lichtleitfasern, z.B. anstelle eines starren Lichtleiters, kann ein solches System auch in flexiblen Endoskopen eingesetzt werden und kann dazu verwendet werden, auch schwer zugängliche Operationsbereiche zu erreichen.

In einer weiteren Ausgestaltung der oben genannten Maßnahme weist die zumindest eine Lichtleitfaser eine Scanning-Einheit auf, mit der die zumindest eine Lichtleitfaser in zumindest zwei Dimensionen bewegbar ist.

Durch diese Maßnahme ist es möglich, z.B. ein punktförmiges Lichtsignal in einen Operationsbereich einzuprojizieren und dieses dann in zwei Dimensionen zu bewegen, um somit einem Operateur den Eindruck einer zweidimensionalen Struktur zu vermitteln. Somit kann auch mit einer sehr dünnen Lichtleitfaser ein zweidimensionales Bild im Operationsbereich erzeugt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Projektionssystem lösbar mit dem Endoskop verbunden, wobei insbesondere der Lichtleiter in einen Kanal eines Schafts des Endoskops einführbar ist.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass dadurch bereits vorhandene Endoskope, die einen Kanal, z.B. zum Einführen eines Instruments, aufweisen, mit einem Projektionssystem nachgerüstet werden können.

Ferner müssen Endoskope nach ihrer Verwendung sterilisiert werden, um eine Krankheitsübertragung zwischen Patienten zu vermeiden. Das Projektionssystem weist jedoch häufig empfindliche Elektronikbauteile auf, die bei einem Sterilisiervorgang beschädigt werden können. Durch die oben genannte Maßnahme kann nun vor dem Sterilisieren das Projektionssystem von dem Endoskop getrennt werden, um gegebenenfalls getrennt und schonender sterilisiert zu werden.

Es ist ferner möglich, das Endoskop so auszubilden, dass das Projektionssystem sich während eines Diagnose- und/oder Therapievorgangs innerhalb des Endoskops befindet und daher überhaupt nicht sterilisiert werden muss.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Lichtquelle, das Bilderfassungssystem und das Projektionssystem in einer OP-Leuchte vereinigt.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass damit eine Einheit geschaffen wird, mit der auf einfache Weise während einer offenen Operation Informationen für den Operateur in den Operationsbereich projizierbar sind.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind ferner Referenzmarker vorhanden, die in das Operationsfeld einbringbar sind.

Mit Hilfe solcher Referenzmarker können das Bildverarbeitungssystem und das Projektionssystem auf einfache Weise kalibriert werden.

Während einer Operation kann es außerdem zu Relativbewegungen zwischen dem Bilderfassungssystem, dem Projektionssystem und dem Operationsbereich kommen. Durch das Einbringen von Referenzmarkern in den Operationsbereich können solche Relativbewegungen nun einfach festgestellt und gegebenenfalls automatisch korrigiert werden.

Es versteht sich, dass die zuvor genannten und die nachstehend noch zu nennenden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung anwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 stark schematisch ein kombiniertes diagnose- und therapieunterstützendes System,
2 schematisch ein kombiniertes diagnose- und therapieunterstützendes System für die offene Chirurgie,
3 schematisch ein kombiniertes diagnose- und therapieunterstützendes System, unter Verwendung eines Mikroskops,
4 schematisch ein endoskopisches, kombiniertes diagnose- und therapieunterstützendes System, und
5 schematisch ein weiteres endoskopisches, kombiniertes diagnose- und therapieunterstützendes System.
In 10 ist ein Diagnosesystem in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
Das Diagnosesystem 10 weist eine Lichtquelle 12, die hier als Xenonlampe 14 mit mehreren Filtern ausgebildet ist, ein Bilderfassungssystem 16, das hier als elektronische Kamera 18 ausgebildet ist und ein Projektionssystem 20 auf, das hier als Beamer 22 ausgebildet ist.
Die Lichtquelle 12, das Bilderfassungssystem 16 und das Projektionssystem 20 sind mit einer Kontrolleinheit 24 verbunden.
Diese Kontrolleinheit 24 beinhaltet ein Bildverarbeitungssystem 26.
Die Lichtquelle 12 strahlt ein Licht einer Wellenlänge in einen Operationsbereich 28, die dazu geeignet ist, die Fluoreszenz eines Tumormarkers anzuregen. Der Operationsbereich 28 wurde zuvor mit einem solchen Tumormarker behandelt und dieser hat sich in malignem Gewebe 30 angesammelt, welches unter dem von der Lichtquelle 12 abgegebenen Licht zu fluoreszieren beginnt.
Das Bilderfassungssystem 16 erfasst nun Bildinformationen in einem Sichtbereich 32 und leitet die erfassten Bildinformationen an das Bildverarbeitungssystem 26 weiter, das daraus ein Signal erzeugt.
Dieses Signal wird über die Kontrolleinheit 24 an das Projektionssystem 20 geleitet und lagerichtig in Form einer Markierung 34 um das maligne Gewebe 30 projiziert, um einem Operateur genaue Information über Lage und Ausmaß des malignen Gewebes 30 zu geben.
In dem Operationsbereich 28 sind ferner Referenzmarker 36 angeordnet. Diese Referenzmarker 36 werden im gleichen Wellenlängenbereich zur Fluoreszenz anregbar wie der Tumormarker. Die Wellenlänge des abgegebenen Fluoreszenzlichts unterscheidet sich allerdings von der des Tumormarkers, wodurch die Referenzmarker 36 einfach von dem malignen Gewebe zu unterscheiden sind.
Wird nun der Sichtbereich 32 der elektronischen Kamera 18 verschoben, kann dieses über die Referenzmarker 36 erfasst werden und die Kontrolleinheit 24 kann entweder die elektronische Kamera 18 oder den Videobeamer 22 ansteuern, um diese Abweichung auszugleichen.
In 2 ist ein diagnose- und therapieunterstützendes System für die offene Chirurgie in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 40 bezeichnet.
Dieses System 40 weist eine OP-Leuchte 42 auf. Integriert in diese OP-Leuchte 42 sind mehrere Lampen 44, 46, 48 und 50, die ringförmig um eine Öffnung 52 angeordnet sind. Bei den Lampen 44 und 50 handelt es sich um normale im OP-Saal verwendete Weißlichtlampen, die dazu dienen, das Operationsfeld für den Operateur zu beleuchten. Die Lampen 46 und 48 sind dazu ausgelegt, Licht einer Wellenlänge abzugeben, das die Gewebeautofluoreszenz anregt.
Innerhalb eines Gehäuses 54 der OP-Leuchte 42 ist ferner eine digitale Videokamera 58 so angeordnet, so dass sich das Sichtfeld der digitalen Videokamera 58 durch die Öffnung 52 in der Operationsleuchte 42 auf einen Patienten 60 erstreckt. Ferner ist in dem Gehäuse 54 ein Laser 62 sowie ein Spiegelsystem 64 angeordnet, die das Projektionssystem bilden. Das Spiegelsystem 64 ist dabei so angeordnet, dass damit ein durch den Laser 62 abgegebener Laserstrahl 65 auf den Patienten 60 projiziert werden kann.
Das Spiegelsystem 64 ist außerdem in der Lage, den Laserstrahl 65, mit einer hohen Geschwindigkeit über den Patienten 60 zu bewegen, so dass für einen Operateur der Eindruck eines zweidimensionalen Bildes erzeugt wird.
Die digitale Videokamera 58, der Laser 62 und das Spiegelsystem 64 sind mit einem Bildverarbeitungssystem 66 verbunden. Dieses Bildverarbeitungssystem 66 weist ferner einen Bildschirm 68 und eine Eingabeeinheit 70 auf, die hier als normale alphanumerische Tastatur ausgebildet ist.
Ein von der digitalen Videokamera 58 aufgenommenes Bild wird während einer Operation an das Bildverarbeitungssystem 66 geleitet und diese erzeugt daraus ein Signal. Dieses Signal kann z.B. auf dem Bildschirm 68 dargestellt werden, wobei hier ein Bereich von malignem Gewebe 72 und mittels eines Punktes 74 die Position des Laserstrahls 65 dargestellt sind.
Basierend auf diesem Signal steuert das Bildverarbeitungssystem 66 nun das Spiegelsystem 64 an, um den Laserstrahl 65 über den Patienten 60 zu bewegen. Der Laserstrahl 65"zeichnet" dabei sozusagen eine Markierung um das maligne Gewebe.
Das Bildverarbeitungssystem 66 ist ferner dazu ausgelegt, die Intensität des Laserstrahls 65 zu steuern. In einem ersten Betriebsmodus gibt der Laser 62 einen Laserstrahl 65 einer Intensität ab, die für Gewebe unschädlich ist. In einem weiteren Betriebsmodus gibt der Laser 62 einen Laserstrahl 65 einer Intensität ab, die dazu geeignet ist, Gewebe abzutragen.
Das System 40 ist nun in drei Modi betreibbar. In einem ersten Modus erfolgt das Umschalten zwischen der ersten für das Gewebe unschädlichen Intensität und der zweiten Intensität, die zum Abtragen von Gewebe geeignet ist, manuell, d.h. der Operateur schaltet an einer gewünschten Stelle den Laser von dem einen in den anderen Betriebsmodus.
In einem weiteren Modus erfolgt das Umschalten halbautomatisch. Hierzu kann der Operateur entweder über den Bildschirm 68, der hier als Touchscreen ausgebildet ist, oder über die Eingabeeinheit 70 die Bereiche auswählen, die abgetragen werden sollen. Diese werden dann von dem Laser automatisch abgetragen.
In einem dritten Betriebsmodus funktioniert das System vollautomatisch, das bedeutet, mittels der digitalen Videokamera 58 wird erfasst, in welchen Bereichen malignes Gewebe vorliegt und abhängig von dieser Information werden der Laser 62 und das Spiegelsystem 64 durch das Bildverarbeitungssystem 66 so gesteuert, dass die Bereiche von malignem Gewebe automatisch mit einer Intensität bestrahlt werden, die dazu geeignet ist, Gewebe abzutragen.
In 3 ist ein Mikroskop in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 80 bezeichnet.
Das Mikroskop 80 weist eine Lichtquelle 82 auf. Diese Lichtquelle 82 weist eine Xenon-Lampe 84 auf, die teilweise von einem Reflektor 86 umgeben ist, der von der Xenon-Lampe 84 abgegebenes Licht in einer vorgegebenen Richtung reflektiert. Das von der Xenon-Lampe 84 erzeugte und vom Reflektor 86 reflektierte Licht wird mittels einer Sammellinse 88 gebündelt und in einen Operationsbereich 90 abgestrahlt.
Das von der Lichtquelle 82 erzeugte Licht wird vom Operationsbereich 90 reflektiert und tritt durch das Objektiv 92 in das Mikroskop 80 ein.
Das Objektiv 92 kann ein oder mehrere optische Elemente enthalten, wobei hier exemplarisch die Linsen 94 und 96 dargestellt sind. Hinter dem Objektiv 92 ist ein drehbarer Spiegel 98 angeordnet, der zwischen zwei Positionen hin und her bewegbar ist. Die erste Position wird hierbei durch eine durchgezogene Linie dargestellt, die zweite Position wird durch eine gestrichelte Linie dargestellt.
In der ersten Position des drehbaren Spiegels 98 wird das vom Operationsbereich 90 reflektierte Licht auf einen festen Spiegel 100 reflektiert, der das reflektierte Licht in Richtung eines Bilderfassungssystems 102 weiterleitet.
Das Bilderfassungssystem 102 weist ein Objektiv 104 auf, das ein oder mehrere optische Elemente enthalten kann, wobei hier exemplarisch die Linsen 106, 108 dargestellt sind. Das Bildverarbeitungssystem weist ferner einen CCD-Chip 110 auf, der aus der durch das Objektiv 104 auf den CCD-Chip 110 geleiteten Bildinformation digitale Information erzeugt, die dann an ein hier nicht dargestelltes Bildverarbeitungssystem weitergeleitet wird. Das Bildverarbeitungssystem erzeugt aus dieser Information ein Signal.
Neben dem Bilderfassungssystem 102 ist an dem Mikroskop 80 ein Projektionssystem 112 angeordnet. Dieses Projektionssystem 112 weist ein Objektiv 114 auf, das ein oder mehrere optische Elemente enthalten kann, wobei hier exemplarisch die Linsen 116, 118 dargestellt sind.
Das Projektionssystem 112 weist ferner eine Xenon-Lampe 120 auf, die teilweise von einem Reflektor 122 umgeben ist. Der Reflektor 122 reflektiert Licht, das von der Xenon-Lampe 120 erzeugt ist, in Richtung eines LCD-Elements 124.
Das LCD-Element 124 ist ebenfalls mit dem hier nicht dargestellten Bildverarbeitungssystem verbunden. Das LCD-Element 124 dient dazu, das von dem Bildverarbeitungssystem erzeugte Signal darzustellen, wodurch dieses Signal mittels des von der Xenon-Lampe 120 erzeugten Lichts durch das Objektiv 114 in das Mikroskop 80 projiziert wird. Das so projizierte Signal wird mittels eines festen Spiegels 126 in Richtung des drehbaren Spiegels 98 abgelenkt. In seiner zweiten Stellung ist der drehbare Spiegel 98 so angeordnet, dass das vom Projektionssystem 112 erzeugte Signal durch das Objektiv 92 in den Operationsbereich 90 projiziert wird.
Der drehbare Spiegel 98 wechselt nun mit einer solchen Frequenz zwischen der ersten und der zweiten Position, das einem menschlichen Auge das vom Projektionssystem 112 projizierte Signal als feststehendes Bild erscheint, während gleichzeitig das Bilderfassungssystem 102 mit Bildinformation aus dem Operationsbereich versorgt wird. Dieses kann z.B. mit einer Frequenz von 60 Hz erfolgen.
Das Mikroskop 80 weist ferner ein zweites Objektiv 128 auf, das ein oder mehrere optische Elemente enthalten kann, wobei hier exemplarisch die Linsen 130 und 132 dargestellt sind. Durch dieses Objektiv 128 trifft sowohl vom Operationsbereich 90 reflektiertes Licht sowie Licht aus dem durch das Projektionssystem 112 projizierten Signal in das Mikroskop 80 ein.
Dieses einfallende Licht wird durch feste Spiegel 134, 136, 138, 140 und 142 in ein Okular 144 des Mikroskops 80 weitergeleitet.
Das Okular 144 kann ein oder mehrere optische Elemente aufweisen, wobei hier exemplarisch eine Linse 146 dargestellt ist. Durch das Okular 144 kann jetzt ein Operateur, der hier schematisch durch das Auge 148 dargestellt ist, den Operationsbereich 90 beobachten. Dabei sieht er sowohl den Operationsbereich 90 selbst als auch das durch das Projektionssystem 112 in den Operationsbereich 90 projizierte Signal, das durch ein Bildverarbeitungssystem auf Basis der durch das Bilderfassungssystem 102 erfassten Bildinformation erzeugt wurde.
Soll nun ein solches Mikroskop 80 z.B. zu mikrochirurgischen Eingriffen verwendet werden, bei denen die Gefahr besteht, dass Blutgefäße verletzt werden, kann einem Patienten vor der Operation ein Marker, wie z.B. IndoCyaninGrün verabreicht werden, der sich bevorzugt in Blutgefäßen ansammelt. Dieser Marker kann zur Fluoreszenz angeregt werden und fluoresziert im infraroten Bereich. Diese Fluoreszenz im infraroten Bereich ist für das menschliche Auge nicht sichtbar, kann aber vom CCD-Chip 110 detektiert werden. Die so gewonnene Bildinformation wird an ein Bildverarbeitungssystem weitergegeben und dann in Form z.B. von grünen Linien mittels des Projektionssystems 112 wieder in den Operationsbereich 90 einprojiziert und ist somit leicht für den Operateur erkennbar. Dies erleichtert es dem Operateur deutlich, Verletzungen von Blutgefäßen während eines mikrochirurgischen Eingriffs zu vermeiden.
In 4 ist ein Endoskop in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 150 bezeichnet.
Das Endoskop 150 weist einen Schaft 152 mit einem distalen Ende 154 und einem proximalen Ende 156 auf. Am proximalen Ende 156 ist ein Gehäuse 158 angeordnet, in das sich ein Außenrohr 160 des Schafts 152 hineinerstreckt. Innerhalb des Außenrohrs 160 ist ein Innenrohr 162 angeordnet, das drei parallele Bohrungen 164, 166 und 168 in Richtung seiner Längsachse aufweist. Diese Bohrungen 164, 166 und 168 sind an ihrem distalen Ende durch ein Fenster 170 abgedeckt.
In dem ringförmigen Hohlraum zwischen dem Außenrohr 160 und dem Innenrohr 162 ist ein Glasfaserbündel 172 angeordnet, das am proximalen Ende über einen Anschluss 174 am Gehäuse 158 des Endoskopes 150 mit einer Lichtquelle 176 verbunden ist. Diese Lichtquelle 176 umfasst eine inkohärente Lichtquelle mit verschiedenen Filtern, wodurch Licht verschiedener Wellenlänge erzeugt und zum distalen Ende 154 des Schafts 152 des Endoskops 150 geleitet werden kann.
In der Bohrung 164 ist am distalen Ende nahe des Fensters 170 ein CCD-Chip 178 angeordnet, mit dem Bildinformationen in digitale Information umgesetzt werden und über eine elektrische Leitung 180 zu einem weiteren Anschluss 182 am Gehäuse 158 des Endoskops 150 geleitet und von dort an ein Bildverarbeitungssystem 184 übertragen werden können.
In der Bohrung 166 ist ein Optikrohr 186 angeordnet, das mit einem Okular 188 am Gehäuse 158 des Endoskops 150 verbunden ist. Mittels dieses Okulars 188 kann ein Operateur einen zu untersuchenden Bereich direkt beobachten.
In der dritten Bohrung 168 ist ein weiteres Glasfaserbündel 190 angeordnet, das ebenfalls über den Anschluss 182 mit dem Bildverarbeitungssystem 184 verbunden ist. Das Bildverarbeitungssystem 184 ist ferner mit der Lichtquelle 176 verbunden. Durch diese Verbindung kann das Bildverarbeitungssystem 184, z.B. die Wellenlänge des durch die Lichtquelle 176 erzeugten Lichts steuern.
Während der Verwendung wird nun das Endoskop über einen Trokar an einen zu untersuchenden Bereich im Körper eines Patienten herangeführt. Die Lichtquelle 176 erzeugt dabei Licht eines ersten Wellenlängenbereichs, z.B. Weißlicht und ermöglicht dem Operateur somit eine Weißlichtbeobachtung des zu untersuchenden Bereichs.
In einem zweiten Betriebsmodus erzeugt die Lichtquelle 176 Licht in einem Wellenlängenbereich, der im Anregungsbereich eines Fluoreszenzmarkers, wie IndoCyaninGrün, erzeugt. IndoCyaninGrün fluoresziert im Nahinfrarotbereich, also in einem Wellenlängenbereich, der für das menschliche Auge nicht sichtbar ist. Die von dem Fluoreszenzmarker abgegebene Strahlung wird allerdings von dem CCD-Chip 178 erfasst und die so gewonnene Bildinformation an das Bildverarbeitungssystem geleitet. Das Bildverarbeitungssystem 184 erzeugt daraus ein Signal und projiziert dies für das menschliche Auge sichtbar über das Glasfaserbündel 190 in den zu untersuchenden Bereich. Der Wechsel zwischen Weißlicht und Fluoreszenzlicht erfolgt dabei so schnell, dass sich für den Operateur ein stabiles Weißlichtbild ergibt.
Während der gesamten Zeit wird das von dem Bildverarbeitungssystem 184 erzeugte Signal in den zu untersuchenden Bereich einprojiziert und steht somit über das Okular 188 dem Operateur direkt zur Verfügung.
Soll das Endoskop 150 nun sterilisiert werden, kann sowohl der CCD-Chip 178 nebst der zugehörigen elektrischen Leitung 180 als auch das Glasfaserbündel 190, aus dem Endoskop entnommen werden und das Endoskop 150 kann ohne diese empfindlichen Bauteile sterilisiert werden. Da die Bohrungen 162 und 168, die diese Bauteile aufnehmen, durch das Fenster 170 hermetisch verschlossen sind, besteht keine Notwendigkeit, die Bauteile selbst zu sterilisieren.
In 5 ist ein endoskopisches diagnose- und therapieunterstützendes System in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 200 bezeichnet. Dieses System 200 weist ein erstes Endoskop 202 auf, das über einen Trokar 204 in den Körper 206 eines Patienten eingeführt ist.
Bei diesem Endoskop 202 handelt es sich um ein Videoendoskop, das an seinem proximalen Ende eine Videokamera 208 aufweist. Das Endoskop 202 ist ferner mit einer Lichtquelle 210 verbunden, die für die nötige Beleuchtung während der endoskopischen Untersuchung sorgt. Das Endoskop 202 weist ferner eine Projektionssystem 212 auf, das aus einer Laserlichtquelle besteht, deren Laserlicht mittels von optischen Fasern zum distalen Ende des Endoskops 202 geleitet wird.
Das distale Ende der optischen Fasern ist dabei so ausgebildet, dass es zweidimensional beweglich ist und damit das Laserlicht, wenn gewünscht über einen größeren Bereich projizieren kann.
Die Videokamera 208 und das Projektionssystem 212 sind mit einem Bildverarbeitungssystem 214 verbunden, das einen Bildschirm 216 und Steuerelemente 218 aufweist.
Das von der Videokamera 208 aufgezeichnete Bild wird von dem Bildverarbeitungssystem 214 auf dem Bildschirm 216 dargestellt. Ein Operateur kann nun entweder über den als Touchscreen ausgebildeten Bildschirm 216 oder die Steuerelemente 218 Markierungen an dem Bild vornehmen. Aus diesen Markierungen und der von der Videokamera 208 aufgenommenen Bildinformation erzeugt das Bildverarbeitungssystem 214 ein Signal, das an das Projektionssystem 212 weitergeleitet und von diesem in den zu untersuchenden Bereich einprojiziert wird.
In dem hier dargestellten Fall erfolgt die Gewebsuntersuchung mittels von Gewebeautofluoreszenz. Die Lichtquelle 210 erzeugt ein Licht, das gesundes Gewebe zur Fluoreszenz anregt. Erkranktes Gewebe 220 fluoresziert deutlich weniger stark und erscheint daher als dunkler Bereich, was von der Videokamera erfasst und auf dem Bildschirm 216 wiedergegeben wird. Ein Operateur kann nun mittels des Bildverarbeitungssystems 214 von ihm gewünschte Bereiche, also in diesem Fall z.B. das erkrankte Gewebe 220 markieren. Diese Markierungen werden dann von dem Projektionssystem 212 direkt in den Operationsbereich einprojiziert.
Zur direkten Beobachtung des Operationsbereichs kann nun ein zweites Endoskop 224 über einen zweiten Trokar 226 in den Körper 206 eines Patienten eingeführt werden. Bei diesem zweiten Endoskop handelt es sich um ein rein optisches Endoskop, das zur direkten Beobachtung des Operationsbereichs dient. Über das zweite Endoskop 224 kann nun ein Operateur nicht nur den erkrankten Bereich 220 in Form einer weniger starken Fluoreszenz, sondern auch mittels der von dem Projektionssystem 212 erzeugte Markierung 222 das genaue Ausmaß des erkrankten Gewebes erkennen.
Über einen dritten Trokar 228 kann nun z.B. eine endoskopische Schere 230 in den Körper 206 des Patienten eingeführt werden. Mittels der Markierung 222 kann dann das erkrankte Gewebe 220 zielgenau erkannt und entfernt werden, ohne dass dabei übermäßige Mengen an gesundem Gewebe verletzt oder entfernt werden.

Claims

Kombiniertes diagnose- und therapieunterstützendes System mit zumindest einer Lichtquelle (12; 82; 176; 210), einem Bilderfassungssystem (16; 102) zur Erfassung von Bildinformation und einem Bildverarbeitungssystem (26; 66; 184; 214) zum Verarbeiten der durch das Bilderfassungssystem (16; 116) aufgenommenen Bildinformation, um ein Signal zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass das diagnose- und therapieunterstützende System ferner ein Projektionssystem (20; 122; 212) aufweist, mit dem das durch das Bildverarbeitungssystem (26; 66; 184; 214) erzeugte Signal zumindest zum Teil lagerichtig zu einem von dem Bildverarbeitungssystem erfassten Objekt in einen Operationsbereich (28; 90) projizierbar ist.
Diagnose- und therapieunterstützendes System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionssystem (20; 122; 212) als LCD-Projektionssystem ausgebildet ist.
Diagnose- und therapieunterstützendes System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionssystem (20; 122; 212) zur Projektion eines punktförmigen Lichtsignals ausgestaltet ist.
Diagnose- und therapieunterstützendes System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das punktförmige Lichtsignal inkohärentes Licht aufweist.
Diagnose- und therapieunterstützendes System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das punktförmige Lichtsignal kohärentes Licht aufweist.
Diagnose- und therapieunterstützendes System nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionssystem (20; 122; 212) Steuerelemente aufweist, mit denen das punktförmige Lichtsignal über den Operationsbereich (28; 90) bewegbar ist.
Diagnose- und therapieunterstützendes System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das punktförmige Lichtsignal mit einer solchen Geschwindigkeit bewegbar ist, die die Darstellung einer zweidimensionalen Struktur ermöglicht.
Diagnose- und therapieunterstützendes System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Projektionssystem (20; 122; 212) in einem ersten Betriebsmodus Licht eines ersten Wellenlängenbereichs und einem zweiten Betriebsmodus Licht eines zweiten Wellenlängenbereichs abgebbar ist.
Diagnose- und therapieunterstützendes System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Betriebsmodi mit dem Projektionssystem (20; 122; 212) Licht eines Wellenlängenbereichs abgebbar ist, der im Anregungsbereich eines Photosensitizers liegt.
Diagnose- und therapieunterstützendes System nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Projektionssystem (20; 122; 212) in einem ersten Betriebsmodus Licht einer ersten Intensität und einem zweiten Betriebsmodus Licht einer zweiten Intensität abgebbar ist.
Diagnose- und therapieunterstützendes System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Betriebsmodi mit dem Projektionssystem (20; 122; 212) Licht einer Intensität abgebbar ist, die dazu geeignet ist, Gewebe abzutragen und/oder zu koagulieren.
Diagnose- und therapieunterstützendes System nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionssystem (20; 122; 212) automatisch von einem Betriebsmodus in einen anderen Betriebsmodus umschaltbar ist.
Diagnose- und therapieunterstützendes System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionssystem (20; 122; 212) in Abhängigkeit der von dem Bilderfassungssystem (16; 102) erfassten Bildinformation automatisch umschaltbar ist.
Diagnose- und therapieunterstützendes System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Bilderfassungssystem (16; 102) zur Erfassung von Bildinformation im infraroten Bereich ausgelegt ist.
Diagnose- und therapieunterstützendes System nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bilderfassungssystem (16; 102) eine elektronische Kamera (18) aufweist.
Diagnose- und therapieunterstützendes System nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Bilderfassungssystem (16; 102) ein Mikroskop (80) aufweist.
Diagnose- und therapieunterstützendes System nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Bilderfassungssystem (16; 112) ein Endoskop (150; 202) aufweist.
Diagnose- und therapieunterstützendes System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Bilderfassungssystem (16; 112) als Videoendoskop ausgebildet ist.
Diagnose- und therapieunterstützendes System nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionssystem (20; 122; 212) eine Projektionseinheit und einen Lichtleiter (190) aufweist.
Diagnose- und therapieunterstützendes System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (190) zumindest eine Lichtleitfaser aufweist.
Diagnose- und therapieunterstützendes System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Lichtleitfaser eine Scanning-Einheit aufweist, mit der die zumindest eine Lichtleitfaser in zumindest zwei Dimensionen bewegbar ist.
Diagnose- und therapieunterstützendes System nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionssystem (20; 122; 212) lösbar mit dem Endoskop (150; 202) verbunden ist.
Diagnose- und therapieunterstützendes System nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (190) in einen Kanal eines Schafts (152) des Endoskops (150; 202) einführbar ist.
Diagnose- und therapieunterstützendes System nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (12; 82; 176; 210), das Bilderfassungssystem (16; 102) und das Projektionssystem (20; 122; 212) in einer OP-Leuchte (42) vereinigt sind.
Diagnose- und therapieunterstützendes System nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass ferner Referenzmarker (36) vorhanden sind, die in den Operationsbereich (28; 90) einbringbar sind.