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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur fotodynamischen Diagnose von biologischem Gewebe, das von einer Lichtquelle sowohl mit Weißlicht als auch mit Fluoreszenzanregungslicht in einem schmalbandigen Wellenlängenbereich, vorzugsweise mit Blaulicht, bestrahlt wird. Bei der Diagnose wird das bestrahlte Gewebe vorzugsweise mittels eines Endoskopes unter Zwischenschaltung eines Sperrfilters, welches das Fluoreszenzanregungslicht teilweise unterdrückt, betrachtet.
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Dieses Verfahren macht sich die Erscheinung zu Nutze, dass mit Fluoreszenzanregungslicht, vorzugsweise mit schmalbandigem Blaulicht, bestrahltes durchblutetes, biologisches Gewebe zu Fluoreszenz in einem anderen, in der Regel längeren Wellenlängenbereich, zur Fluoreszenz angeregt wird. Es ist bekannt, dass erkranktes, insbesondere tumoröses Gewebe eine geringere Fluoreszenzstrahlung, eine sogenannte Autofluoreszenz, erzeugt.
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Es ist jedoch auch möglich, erkranktes Gewebe zu einer stärkeren Fluoreszenzstrahlung anzuregen, wenn dem Patienten eine Markersubstanz, die aus körperfremden fluoreszierenden Mitteln besteht, verabreicht wird. Diese Markersubstanz beeinflusst den Stoffwechsel des erkrankten Gewebes anders als den Stoffwechsel des gesunden Gewebes, so dass sich die Markersubstanz oder durch diese Markersubstanz beeinflusste Stoffwechselprodukte mit erhöhter Konzentration im erkrankten Gewebe ansammeln. Bei Bestrahlung des Gewebes vorzugsweise mit schmalbandigem Blaulicht wird das erkrankte Gewebe durch die konzentriert angesammelte Substanz zur Fluoreszenz angeregt.
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Beide Effekte, also der Autofluoreszenzeffekt bzw. der durch körperfremde Mittel erzeugte Fluoreszenzeffekt, können zur diagnostischen visuellen Unterscheidung von gesundem und krankem Gewebe genutzt werden, so dass früher als bei einfacher visueller Betrachtung mit dem Auge oder mit einer Kamera Erkrankungen festgestellt werden können.
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Zur Anregung des Fluoreszenzlichtes eignen sich Blaulicht, insbesondere UV-Licht erzeugende Laser, welche als Lichtquelle mit dem Lichtleiter eines Beobachtungsendoskops zu verbinden sind. Eine derartige Vorrichtung ist jedoch vergleichsweise kostspielig, da zum einen die Laser teuer sind und zum anderen konventionelle Endoskope hierfür nicht geeignet sind. So wurden bislang derartige Vorrichtungen nur zu Forschungszwecken eingesetzt.
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In der Medizin zum Einsatz kommen dagegen aus
EP 0 861 044 B1 bekannte Geräte, bei welchen zur Erzeugung des Fluoreszenzanregungslichtes eine breitbandige Lichtquelle verwendet wird, die inkohärentes Licht im Wellenlängenbereich von 380 nm bis 660 nm abgibt, aus welchem das für die schmalbandige Anregung notwendige Licht ausgefiltert wird. Als Hochleistungslichtquelle dient hierbei eine Xenon-Entladungslampe mit einer Leistungsaufnahme von wenigstens 300 Watt. Dieses Gerät ist im Vergleich zu den mit Lasern arbeitenden Geräten preisgünstiger und einfacher zu bedienen. Da dieses Gerät jedoch eine besonders lichtempfindliche Kamera, Endoskope mit speziellen Optiken und in diese integrierten einschwenkbaren Filtern erforderlich macht, ist es für die Anwendung in der medizinischen Praxis noch zu kostspielig.
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Aus der
DE 101 53 900 A1 ist ein Verfahren zur fotodynamischen Diagnose von biologischem Gewebe bekannt, bei dem das Gewebe von einer Lichtquelle sowohl mit Weißlicht als auch mit Fluoreszenzanregungslicht in einem schmalbandigen Wellenlängenbereich derart bestrahlt wird, dass erkrankte Gewebebereiche Fluoreszenzlicht in einem anderen Wellenlängenbereich erzeugen, wobei das bestrahlte Gewebe unter Zwischenschaltung eines das Fluoreszenzanregungslicht teilweise unterdrückenden Sperrfilters betrachtet wird, wobei das Weißlicht durch Überlagerung von schmalbandigem Licht in den Grundfarben entsprechenden Wellenlängenbereichen mittels lichtimitierender Halbleiter, insbesondere Leuchtioden, erzeugt wird und einer der Halbleiter das Fluoreszenzanregungslicht erzeugt.
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Da das benötigte schmalbandige Fluoreszenzanregungslicht mit Filtern aus der Weißlichtquelle zur endoskopischen Betrachtung gewonnen wird, ist wegen Unterdrückung des restlichen Spektrums der Wirkungsgrad schlecht. Aus diesem Grunde müssen recht teure Lampen mit einer erheblichen Leistungsaufnahme verwendet werden, deren Abwärme mit Hilfe von Gebläsen oder Lüftern abgeführt werden muss. Hierdurch verteuert sich die Vorrichtung. Außerdem sind die Lüftergeräusche lästig. Wegen starker Erwärmung der Lampen haben diese nur eine begrenzte Lebensdauer.
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Ein weiterer wesentlicher Nachteil ist, dass mittels der mechanisch einschwenkbaren Filter ein schneller Wechsel vom Weißlichtmodus zum Fluoreszenzmodus nicht möglich ist, so dass der Untersucher die im Weißlichtmodus erzeugten Bilder mit den im Fluoreszenzmodus erzeugten Bildern nur in seiner Erinnerung oder mit Hilfe von Videoaufzeichnungen vergleichen kann, was zum einen zeitaufwändig ist und zum anderen zu Fehlern in der Diagnose führt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei welchem die Erkennbarkeit der erkrankten Gewebebereiche zur Vereinfachung der Diagnose verbessert ist. Hierbei soll ein schneller Wechsel zwischen den Betriebsmodi, also zwischen Weißlichtmodus und Fluoreszenzmodus, ermöglicht werden. Ferner sollen zur Durchführung des Verfahrens Vorrichtungen mit besser geeigneten Lichtquellen zur fotodynamischen Diagnose zur Verfügung gestellt werden, welche durch Verwendung herkömmlicher Endoskope preisgünstiger als bisher bekannte Vorrichtungen sind.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird das mit Patentanspruch 1 allgemein gekennzeichnete Verfahren vorgeschlagen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren geht von einem z. B. aus
EP 0 861 044 B1 grundsätzlich bekannten Verfahren aus, bei welchem Blaulicht als Fluoreszenzanregungslicht das zu untersuchende Gewebe zur Rotlichtfluoreszenz anregt. Das von dem Gewebe abgegebene Rotlicht kann hierbei im Gegensatz zum anregenden Blaulicht den Sperrfilter nicht passieren. Da die Intensität des Fluoreszenzlichtes von der Durchblutung bzw. dem Stoffwechsel des zu untersuchenden Gewebes abhängt und sich die Durchblutung bzw. der Stoffwechsel eines erkrankten Gewebebereiches von denjenigen eines gesunden Gewebebereiches unterscheiden, lässt sich auf diese Weise der erkrankte Gewebebereich darstellen.
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Bei dem mit der Erfindung vorgeschlagenen Verfahren wird das Weißlicht durch Überlagerung von schmalbandigem Licht in den Grundfarben entsprechenden Wellenlängenbereichen mittels lichtemittierender Halbleiter, vorzugsweise LED, erzeugt, wobei einer der Halbleiter das Fluoreszenzanregungslicht erzeugt.
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Erfindungsgemäß wird die Bestrahlungsstärke des Fluoreszenzanregungslichtes mit einer für das menschliche Auge wahrnehmbaren Frequenz moduliert, wobei die Balance der Grundfarben strahler- bzw. empfängerseitig mit der gleichen Frequenz derart gesteuert wird, dass der Bildeindruck des Gewebes bei nicht erkrankten Gewebebereichen unverändert und farbneutral, die erkrankten Gewebebereiche dagegen im Rhythmus der Modulationsfrequenz heller bzw. dunkler erscheinen.
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Bei dem Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem das Bild des Gewebes mittels einer Videokamera mit den Grundfarben zugeordneten Verstärkungskanälen dargestellt wird, wird der Verstärkungsfaktor des Verstärkungskanals für den Wellenlängenbereich des Fluoreszenzanregungslichtes mit der Modulationsfrequenz variiert, während der Halbleiter für die Erzeugung des Fluoreszenzanregungslichtes synchron, jedoch gegenphasig derart gesteuert wird, dass die Änderungen des Verstärkungsfaktors kompensiert werden.
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Diese Verfahrensweise hat zur Folge, dass der Bildeindruck für den Betrachter bzw. gegebenenfalls einen Rechner unverändert und farbneutral wie bei der konventionellen Weißlicht-Endoskopie bleibt, soweit keine fluoreszierende Gewebebereiche im Bildbereich gelegen sind. Befinden sich dagegen fluoreszierende Gewebebereiche im Bildbereich, so erzeugen diese im Rhythmus der Modulationsfrequenz des für den schmalbandigen Wellenlängenbereich vorgesehenen Kanals mehr oder weniger längerwelliges Fluoreszenzlicht, z. B. rotes Fluoreszenzlicht. Dieses Fluoreszenzlicht, das durch den Sperrfilter nicht unterdrückt wird, wird mittels der für die anderen Wellenlängenbereiche vorgesehenen Verstärkungskanäle der Videokamera, deren Verstärkungsgrad konstant ist, verstärkt. Das hat zur Folge, dass die Lichtstärkenvariation des Lichtes im schmalbandigen Wellenlängenbereich wegen des im anderen Wellenlängenbereichs erzeugten Fluoreszenzlichtes nicht vollständig kompensiert wird, so dass der fluoreszierende Gewebebereich im Bild im Rhythmus der Modulationsfrequenz blinkt.
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Der Betrachter kann in sehr einfacher Weise visuell zwischen mehr oder weniger fluoreszierenden Gewebebereichen unterscheiden und somit den erkrankten Bereich erkennen.
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Eine andere Variante des Verfahrens gemäß Anspruch 1 ist Gegenstand des Anspruchs 3. Nach diesem Verfahren, bei welchem gleichfalls das Bild des Gewebes mittels einer Videokamera dargestellt wird, wird der Halbleiter zur Erzeugung des Fluoreszenzanregungslichtes abwechselnd mit einem Halbleiter zur Erzeugung von Licht in einem anderen schmalbandigen Wellenbereich, vorzugsweise für Grünlicht, mit der Modulationsfrequenz aktiviert und deaktiviert, wobei die Videokamera ein Schwarzweiß-Bild erzeugt.
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Soweit fluoreszierende Gewebeabschnitte im Bildbereich vorhanden sind, senden diese im Rhythmus der Modulationsfrequenz mehr oder weniger längerwelliges Licht, z. B. rotes Licht, aus. Dieses Licht kann anders als das Licht des schmalbandigen Fluoreszenzanregungslichtes den Sperrfilter passieren, was ein Blinken des fluoreszierenden Gewebebereiches im Bild zur Folge hat.
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Auch durch diese sehr einfache Maßnahme kann zwischen mehr oder weniger fluoreszierenden Bereichen visuell unterschieden werden.
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Gemäß Anspruch 1 wird das Gewebe sowohl mit Fluoreszenzanregungslicht als auch mit Licht einer im gleichen Wellenlängenbereich liegenden benachbarten Wellenlänge bestrahlt, wobei die Lichtstärke dieses Lichtes gegenphasig zur Lichtstärke des Fluoreszenzanregungslichtes mit der Modulationsfrequenz derart moduliert wird, dass der Bildeindruck bei fehlenden fluoreszierenden Gewebebereichen unverändert bleibt. Bei diesem Verfahren wird durch gegenphasige Modulation erreicht, dass bei fehlendem Fluoreszenzlicht die Weißbalance erhalten, bei von erkrankten Gewebebereichen erzeugtem Fluoreszenzlicht dagegen gestört wird, so dass der erkrankte Gewebebereich im Bild blinkend in Erscheinung tritt.
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Beispielsweise kann bei diesem Verfahren abwechselnd mit einer ersten Leuchtdiode violettes Licht mit einer Wellenlänge von 405 nm und mit einer zweiten Leuchtdiode blaues Licht mit einer Wellenlänge von 450 nm wechselweise so erzeugt werden, dass bei Gewebe ohne Fluoreszenz ein Bild mit gleichbleibender Helligkeit erzeugt wird. Wird dagegen der erkrankte Gewebebereich durch das Fluoreszenzanregungslicht zur Fluoreszenz in einem anderen Wellenbereich, z. B. zur Rotfluoreszenz, angeregt, so heben sich die erkrankten Gewebebereiche wegen der Rotfluoreszenz im Rhythmus der Modulationsfrequenz von den benachbarten Gewebebereichen ab.
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Dieses Verfahren lässt sich sogar ohne Videokamera durchführen, wenn das Sperrfilter im Lichtweg zwischen Auge und Endoskop angeordnet ist.
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Nach den oben erläuterten Verfahren arbeitende Geräte sind in der Handhabung viel einfacher und sicherer, da der Betrachter nicht auf Grund seiner Erfahrung die Intensität des fluoreszierenden Gewebebereichs mit der Weißlichtaufnahme vergleichen muss.
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Der Aufbau einer Vorrichtung zur fotodynamischen Diagnose nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist nachstehend anhand der schematischen Darstellungen erläutert. In der Zeichnung zeigen
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1 Aufbau der Vorrichtung, teilweise perspektivisch und teilweise im Schnitt, und
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2 vergrößertes Detail aus 1.
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Das in 1 veranschaulichte Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient der Untersuchung des Rachenraumes eines Patienten P.
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Diese Vorrichtung besteht aus einem herkömmlichen Endoskop 4, in dessen Schaft in bekannter Weise die Beobachtungsoptik und ein der Lichtzuführung dienender Lichtleiter untergebracht sind.
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Proximalseitig ist mit der Beobachtungsoptik eine Videokamera 6 verbunden, welche das von der Endoskopoptik erzeugte Bild über eine Steuereinheit 7 dem Monitor 8 zur Wiedergabe zuführt.
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In das proximale Ende 3 des Lichtleiters wird Licht eingespeist, das von der Lichtquelle 1 erzeugt und mittels einer Optik 2 auf den Beleuchtungseingang fokussiert wird. Als Lichtquelle dienen im Wesentlichen die Grundfarben des Lichtes emittierende Leuchtdioden 1, welche in dem mit dem Lichtleitereingang 3 verbundenen Kopfteil 9 untergebracht und über eine Leitung 10 mit dem Steuerteil 7 elektrisch verbunden sind. Die Videokamera 6 ist ihrerseits über die Leitung 11 mit der Steuereinheit 7 elektrisch verbunden.
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Der Videokamera 6 zugeordnet bzw. in diese integriert ist der Blaulicht teilweise unterdrückende Sperrfilter 5. Mit dem von den Leuchtdioden 1 erzeugten Licht wird der zu untersuchende Gewebebereich des Patienten P beleuchtet. Das reflektierte Licht gelangt durch die Beobachtungsoptik des Endoskops 4 und durch den Sperrfilter 5 auf den Bildsensor der Videokamera 6 und erzeugt dort ein Bild, das entweder im Rechner der Steuereinheit 7 verarbeitet oder mit dem mit der Steuereinheit 7 über eine Leitung 12 verbundenen Monitor 8 betrachtet werden kann.
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Die Leuchtdioden der Lichtquelle 1 und die Verstärkungskanäle der Videokamera 6 bzw. die Auswerteschaltungen in dem Steuerteil 7 sind, wie in der Beschreibungseinleitung ausführlich erläutert, derart steuerbar, dass erkrankte Gewebebereiche aufgrund von Autofluoreszenz oder bei Einsatz körperfremder fluoreszierender Mittel im Rhythmus der Modulationsfrequenz auf dem Monitor 8 blinkend in Erscheinung treten.
