DE102018111958A1

DE102018111958A1 - Filtersatz, System und Verfahren zur Beobachtung von Protoporphyrin IX

Info

Publication number: DE102018111958A1
Application number: DE102018111958.5A
Authority: DE
Inventors: Marco Wilzbach; Christoph Nieten
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2018-05-17
Filing date: 2018-05-17
Publication date: 2019-11-21
Also published as: JP2019200208A; JP7112372B2; US20190353596A1; US11079330B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Filtersatz zur gleichzeitigen Beobachtung von fluoreszierenden und nicht-fluoreszierenden Objektbereichen, sowie ein Beobachtungssystem und ein Verfahren, in welchem der Filtersatz verwendet wird. Das Beleuchtungs- und Beobachtungslichtfilter des Filtersatzes weisen jeweils zwei getrennte Durchlassbereiche mit hoher Transmission auf, die spektral so definiert sind, dass Beleuchtungslicht außerhalb des Emissionsspektrums der Fluoreszenz das Beleuchtungs- und Beobachtungslichtfilter passieren kann und dass Fluoreszenzlicht nicht vom Beleuchtungslicht überstrahlt wird. Die Transmission der Durchlassbereiche ist so definiert, dass nicht-fluoreszierende Objektbereiche im Wesentlichen farbtreu beobachtet werden können.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fluoreszenzbeobachtungssystem, ein Verfahren zum Durchführen einer Fluoreszenzbeobachtung und einen hierzu verwendbaren Filtersatz.
Fluoreszenzbeobachtung wird in vielen Bereichen der Technik, der Biologie und der Medizin eingesetzt, um verschiedene Arten von Strukturen eines Objekts voneinander unterscheidbar sichtbar zu machen. Herkömmlicherweise wird in einem Strahlengang zwischen einer Beleuchtungslichtquelle und dem zu beobachtenden Objekt ein Beleuchtungslichtfilter angeordnet, welches im Wesentlichen nur Licht passieren lässt, das die Fluoreszenz eines Fluoreszenzfarbstoffes anregen kann. In einem Strahlengang einer Beobachtungsoptik ist dann ein Beobachtungslichtfilter angeordnet, welches Fluoreszenzlicht passieren lässt und Licht, welches das Beleuchtungslichtfilter passieren lässt, im Wesentlichen nicht passieren lässt. In einem Bild, welches durch Einblick in die Beobachtungsoptik mit dem Auge direkt wahrgenommen wird oder welches von einer Kamera über die Beobachtungsoptik aufgenommen wird, sind dann fluoreszierende Strukturen des Objekts als helle Bereiche wahrnehmbar, während nicht fluoreszierende Strukturen des Objekts dunkel sind, so dass darin enthaltene Strukturen nicht wahrnehmbar sind.
Hierbei ist es ferner wünschenswert, dass auch die nicht fluoreszierenden Bereiche des Objekts im Bild wahrnehmbar sind, um die räumliche Lage der fluoreszierenden Strukturen relativ zu den nicht fluoreszierenden Strukturen besser erfassen zu können. Im Hinblick auf diesen Wunsch schlägt die DE 195 48 913 A1 vor, Transmissionscharakteristiken des Beleuchtungslichtfilters und des Beobachtungslichtfilters derart aufeinander abzustimmen, dass diese in einem Wellenlängenbereich mit höchstens 50 nm Breite spektral überlappen, so dass das Beobachtungslichtfilter einen kleinen Teil des Lichts passieren lässt, welches auch das Beleuchtungslichtfilter passieren lässt. Hierdurch sind über das Beobachtungslichtfilter sowohl die fluoreszierenden Strukturen des Objekts, welches das Fluoreszenzlicht emittiert, sichtbar, als auch nicht fluoreszierende Strukturen, welche das Licht aus dem 50 nm breiten Wellenlängenbereich reflektieren.
Es hat sich gezeigt, dass auch bei einer derartigen Abstimmung des Beleuchtungslichtfilters auf das Beobachtungslichtfilter nicht fluoreszierende Bereiche eines Objekts ungenügend wahrnehmbar sind.
Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Filtersatz, ein Fluoreszenzbeobachtungssystem und ein Verfahren zur Durchführung einer Fluoreszenzbeobachtung vorzuschlagen, welche eine bessere Wahrnehmbarkeit von nicht fluoreszierenden Bereichen eines Objekts ermöglichen.
Erster Filtersatz
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung weist ein Beleuchtungslichtfilter eines ersten Filtersatzes eine Transmissionscharakteristik in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Lichts auf, welche eine Summe aus einer ersten Teilcharakteristik und einer zweiten Teilcharakteristik ist. Die Transmission der ersten Teilcharakteristik ist innerhalb eines ersten Wellenlängenbereichs, der unterhalb einer Grenzwellenlänge liegt, größer als ein erster Wert. Die Transmission der zweiten Teilcharakteristik ist innerhalb eines zweiten Wellenlängenbereichs, der oberhalb der Grenzwellenlänge liegt, kleiner als ein zweiter Wert und größer als ein dritter Wert.
Die Transmissionscharakteristik eines Beobachtungslichtfilters des ersten Filtersatzes ist eine Summe aus einer dritten Teilcharakteristik und einer vierten Teilcharakteristik. Die Transmission der dritten Teilcharakteristik ist innerhalb eines dritten Wellenlängenbereichs, der oberhalb der Grenzwellenlänge liegt, größer als der erste Wert. Die Transmission der vierten Teilcharakteristik ist innerhalb eines vierten Wellenlängenbereichs, welcher unterhalb der Grenzwellenlänge liegt, kleiner als der zweite Wert und größer als der dritte Wert.
Zudem ist die Transmission des Beleuchtungslichtfilters innerhalb eines fünften Wellenlängenbereichs, welcher zwischen dem ersten Wellenlängenbereich und dem zweiten Wellenlängenbereich liegt, kleiner als ein vierter Wert; und die Transmission des Beobachtungslichtfilters ist innerhalb eines sechsten Wellenlängenbereichs, welcher zwischen dem dritten Wellenlängenbereich und dem vierten Wellenlängenbereich liegt, kleiner als der vierte Wert.
Hierbei ist der vierte Wert kleiner als der dritte Wert, der dritte Wert ist kleiner als der zweite Wert und der zweite Wert ist kleiner als der erste Wert.
Die Grenzwellenlänge ist eine in Abhängigkeit des verwendeten Fluoreszenzfarbstoffs festgelegte Wellenlänge, welche die zur Anregung des Fluoreszenzfarbstoffs eingesetzten Wellenlängen von den zum Nachweis des Fluoreszenzfarbstoffs eingesetzten Wellenlängen trennt. Beispielsweise wird die Grenzwellenlänge derart gewählt, dass sie größer ist als ein Maximum des Anregungsspektrums des verwendeten Fluoreszenzfarbstoffs und kleiner als ein Maximum des Emissionsspektrums des verwendeten Fluoreszenzfarbstoffs. Hiervon kann allerdings auch abgewichen werden, und es kann die Grenzwellenlänge kleiner gewählt werden als das Maximum des Anregungsspektrums oder größer als das Maximum des Emissionsspektrums, da Anregungs- und Emissionsspektren in Fluoreszenzvorgängen häufig weit überlappen.
Das Anregungsspektrum von PPIX weist ein Maximum bei ca. 405 nm auf. Das Emissionsspektrum von PPIX weist ein Maximum bei ca. 635 nm und ein Nebenmaximum bei ca. 705 nm auf. Dementsprechend kann die Grenzwellenlänge beispielsweise zwischen 405 nm und 635 nm bzw. zwischen 405 nm und 705 nm gewählt werden.
Die erste Teilcharakteristik der Transmissionscharakteristik des Beleuchtungslichtfilters dient dazu, dem zu untersuchenden Objekt Fluoreszenzanregungslicht zuzuführen. Deshalb weist die erste Teilcharakteristik innerhalb des ersten Wellenlängenbereichs Werte der Transmission auf, die größer als der erste Wert sind. Dies bedeutet, dass die Transmission des Beleuchtungslichtfilters im gesamten ersten Wellenlängenbereich größer als der erste Wert ist. Dementsprechend repräsentiert der erste Wert einen Minimalwert für die Transmission innerhalb des ersten Wellenlängenbereichs. Der erste Wert sollte möglichst groß gewählt sein und beträgt beispielsweise 50%, 70% oder 90%. Ein Wert von 1,0 kann hier das Ziel einer Optimierung sein, jedoch kann dieser Wert in der Praxis nur näherungsweise erreicht werden.
Die zweite Teilcharakteristik der Transmissionscharakteristik des Beleuchtungslichtfilters dient dazu, dem Objekt eine gewisse Menge an Licht zuzuführen, welches nicht der Anregung der Fluoreszenz dient, sondern zur Sichtbarmachung von nicht fluoreszierenden Strukturen des Objekts. Da dieses Licht Wellenlängen oberhalb der Grenzwellenlänge aufweist, kann dieses, wenn es vom Objekt reflektiert wird, das Beobachtungslichtfilter passieren und wahrgenommen werden, so dass über dieses Licht nicht fluoreszierende Strukturen des Objekts wahrgenommen werden können.
Da von einem fluoreszierenden Objekt erzeugtes Fluoreszenzlicht meist eine geringe Intensität aufweist, ist es wünschenswert, dass eine Intensität, mit welcher nicht fluoreszierende Bereiche des Objekts in einem Fluoreszenzbild wahrgenommen werden können, nicht wesentlich größer ist, als die Intensität, mit der die fluoreszierenden Bereiche wahrgenommen werden. Aufgrund einer Überstrahlung durch die nicht fluoreszierenden Bereiche könnte die Fluoreszenz ansonsten nur schlecht wahrgenommen werden. Deshalb wird die Menge an Licht, die dem Objekt über die zweite Teilcharakteristik zugeführt wird, dadurch beschränkt, dass die Transmission des Beleuchtungslichtfilters in dem zweiten Wellenlängenbereich kleiner ist als der zweite Wert und größer als der dritte Wert. Dies bedeutet, dass die Transmission des Beleuchtungslichtfilters im gesamten zweiten Wellenlängenbereich kleiner als der zweite Wert und dabei jedoch größer als der dritte Wert ist. Dementsprechend repräsentiert der zweite Wert einen Maximalwert für die Transmission innerhalb des zweiten Wellenlängenbereichs; und der dritte Wert repräsentiert einen Minimalwert für die Transmission innerhalb des zweiten Wellenlängenbereichs.
Hierbei ist der zweite Wert kleiner als der erste Wert, so dass die maximale Transmission in dem zweiten Wellenlängenbereich (signifikant) kleiner als die minimale Transmission in dem ersten Wellenlängenbereich ist. Die minimale Transmission in dem zweiten Wellenlängenbereich ist allerdings größer als der dritte Wert, welcher eine signifikante Transmission repräsentiert und nicht eine Transmission repräsentiert, welche sehr gering ist und in Bereichen der Transmissionscharakteristik des Filters erreicht wird, in welchen möglichst kein Licht transmittiert werden soll. Solche Werte der Transmission werden beispielsweise zwischen dem ersten Wellenlängenbereich und dem zweiten Wellenlängenbereich erreicht, wo die Transmission kleiner als der vierte Wert ist, welcher eine Transmission des Filters derart repräsentiert, dass dort möglichst kein Licht das Filter passieren soll. Der zweite Wert beträgt beispielsweise 10%, 5% oder 1%. Der dritte Wert beträgt beispielsweise 0,01%, 0,05% oder 0,1%. Der vierte Wert beträgt beispielsweise 0,005% oder 0,001% oder 0,0001%.
Somit hat das Beleuchtungslichtfilter zusammengefasst wenigstens die folgenden Eigenschaften: Es wird von Licht aus mehreren voneinander getrennten Wellenlängenbereichen signifikant durchsetzt, wobei wenigstens einer dieser mehreren Wellenlängenbereiche unterhalb der Grenzwellenlänge angeordnet ist und eine große Lichtmenge passieren lässt, während wenigstens ein anderer der mehreren Wellenlängenbereiche oberhalb der Grenzwellenlänge angeordnet ist und Licht in einer vergleichsweise geringeren aber dennoch signifikanten Menge passieren lässt.
Die Transmissionscharakteristik des Beobachtungslichtfilters weist die dritte und vierte Teilcharakteristik auf. Die dritte Teilcharakteristik weist oberhalb der Grenzwellenlänge den dritten Wellenlängenbereich auf, innerhalb dessen die Transmission Werte aufweist, die größer als der erste Wert sind. Dies bedeutet, dass die Transmission des Beobachtungslichtfilters im gesamten dritten Wellenlängenbereich größer als der erste Wert ist. Dementsprechend repräsentiert der erste Wert einen Minimalwert für die Transmission innerhalb des dritten Wellenlängenbereichs. Die dritte Teilcharakteristik dient dazu, sowohl das Fluoreszenzlicht als auch Licht passieren zu lassen, welches zur Wahrnehmung von nicht fluoreszierenden Bereichen dient und aufgrund der zweiten Teilcharakteristik des Beleuchtungslichtfilters hin zu dem Objekt gelangen konnte. Aufgrund der üblicherweise geringen Intensitäten von Fluoreszenzlicht weist die Transmission in dem dritten Wellenlängenbereich möglichst große Werte auf, d. h. Werte, die größer sind als der vorangehend beschriebene erste Wert. Hierdurch wird erreicht, dass sowohl fluoreszierende Strukturen des Objekts als auch nicht fluoreszierende Strukturen des Objekts wahrnehmbar sind. Dies wird dadurch erreicht, dass eine signifikante Menge an Licht, das nicht unbedingt der Fluoreszenzanregung dient, dem Objekt zugeführt wird und zusammen mit dem Fluoreszenzlicht durch das Beobachtungslichtfilter geführt wird.
Die vierte Teilcharakteristik weist unterhalb der Grenzwellenlänge den vierten Wellenlängenbereich auf, innerhalb dessen die Transmission Werte aufweist, die kleiner sind als der zweite Wert und größer sind als der dritte Wert. Dies bedeutet, dass die Transmission des Beobachtungslichtfilters im gesamten vierten Wellenlängenbereich kleiner als der zweite Wert und größer als der dritte Wert ist. Dementsprechend repräsentiert der zweite Wert einen Maximalwert für die Transmission innerhalb des vierten Wellenlängenbereichs; und der dritte Wert repräsentiert einen Minimalwert für die Transmission innerhalb des vierten Wellenlängenbereichs. Die vierte Teilcharakteristik dient dazu, Licht, welches nicht Fluoreszenzlicht ist und damit zur Wahrnehmung von nicht fluoreszierenden Objekten dienen kann, durch das Beobachtungslichtfilter passieren zu lassen. Da dieses Licht die Fluoreszenzen nicht überstrahlen soll, ist die Lichtmenge, die aufgrund der vierten Teilcharakteristik das Beobachtungslichtfilter passieren kann, dadurch beschränkt, dass die maximale Transmission in dem vierten Wellenlängenbereich kleiner ist als der zweite Wert, welcher signifikant kleiner ist als der erste Wert, welcher im Hinblick auf eine maximale Transmission optimierte Transmissionen repräsentieren kann. Andererseits soll die unterhalb der Grenzwellenlänge von dem Beobachtungslichtfilter durchgelassene Menge signifikant sein, weshalb die Transmission in dem vierten Wellenlängenbereich größer als der dritte Wert ist, welcher signifikant größer ist als der vierte Wert, welcher Transmissionen beschreibt, die einen Durchtritt von Licht im Wesentlichen blockieren sollen.
Bei dieser Auslegung steht zur Beobachtung von nicht fluoreszierenden Bereichen des Objekts Licht aus wenigstens zwei verschiedenen Wellenlängenbereichen bereit, nämlich einmal das Licht, welches nicht Fluoreszenzlicht ist und dem Objekt aufgrund der zweiten Teilcharakteristik des Beleuchtungslichtfilters zugeführt und von dem Beobachtungslichtfilter aufgrund der dritten Teilcharakteristik hindurchgelassen wird, und ferner das Licht, welches dem Objekt aufgrund der ersten Teilcharakteristik des Beleuchtungslichtfilters zugeführt wird und von dem Beobachtungslichtfilter aufgrund der vierten Teilcharakteristik durchgelassen wird. Diese beiden Wellenlängenbereiche zur Beobachtung nicht fluoreszierender Bereiche des Objekts erzielen aufgrund ihres spektralen Abstands den Vorteil, dass die nicht fluoreszierenden Bereiche nicht lediglich einfarbig erscheinen. Es können nicht fluoreszierende Bereiche vielmehr in mehreren spektralen Bereichen wahrgenommen werden, was im Vergleich zu der einfarbigen Wahrnehmung zu einer verbesserten Erkennung von unterschiedlichen Strukturen in den nicht fluoreszierenden Bereichen des Objekts führt.
Hierbei ist es möglich, dass die zweite Teilcharakteristik des Beleuchtungslichtfilters und die vierte Teilcharakteristik des Beobachtungslichtfilters jeweils den Durchtritt von Licht in mehreren voneinander getrennten spektralen Bereichen erlauben. Diese spektralen Bereiche können so gewählt werden, dass das dann zur Beobachtung von nicht fluoreszierenden Bereichen zur Verfügung stehende Licht aus mehreren spektralen Bereichen stammt, die derart gewählt sein können, dass sich dieses Licht zu annähernd weißem Licht mischt. Dadurch kann eine nicht fluoreszierende weiße Fläche auch durch das System aus Beleuchtungslichtfilter und Beobachtungslichtfilter hindurch in etwa als weiße Fläche wahrgenommen werden.
Die Transmission des Beleuchtungslichtfilters ist innerhalb des fünften Wellenlängenbereichs, welcher zwischen dem ersten Wellenlängenbereich und dem zweiten Wellenlängenbereich liegt, kleiner als ein vierter Wert. Dies bedeutet, dass im gesamten fünften Wellenlängenbereich die Transmission des Beleuchtungslichtfilters kleiner als der vierte Wert ist. Der vierte Wert repräsentiert daher einen Maximalwert für die Transmission des Beleuchtungslichtfilters innerhalb des fünften Wellenlängenbereichs. Auch die Transmission des Beobachtungslichtfilters ist innerhalb eines sechsten Wellenlängenbereichs, welcher zwischen dem dritten Wellenlängenbereich und dem vierten Wellenlängenbereich liegt, kleiner als der vierte Wert. Dies bedeutet, dass im gesamten sechsten Wellenlängenbereich die Transmission des Beobachtungslichtfilters kleiner als der vierte Wert ist. Der vierte Wert repräsentiert daher einen Maximalwert für die Transmission des Beobachtungslichtfilters innerhalb des sechsten Wellenlängenbereichs. Dies verbessert den Weißlichteindruck, der durch die erste bis vierte Teilcharakteristik für nicht-fluoreszierende Objektbereiche erreicht wird.
Für den Fluoreszenzfarbstoff PPIX werden die oben erläuterten Transmissionscharakteristika wie folgt gewählt: Die Grenzwellenlänge liegt im Bereich von 450 nm bis 550 nm, der erste Wellenlängenbereich liegt im Bereich von 350 nm bis zur Grenzwellenlänge, der zweite Wellenlängenbereich liegt im Bereich von der Grenzwellenlänge bis 680 nm, der dritte Wellenlängenbereich liegt im Bereich von der Grenzwellenlänge bis 800 nm und der vierte Wellenlängenbereich liegt im Bereich von 410 nm bis zur Grenzwellenlänge.
Mit anderen Worten erstreckt sich der erste Wellenlängenbereich von einer ersten Wellenlänge zu einer zweiten Wellenlänge, die größer als die erste Wellenlänge ist, wobei die erste Wellenlänge größer oder gleich 350 nm ist und die zweite Wellenlänge kleiner als die oder gleich der Grenzwellenlänge ist.
Mit anderen Worten erstreckt sich der zweite Wellenlängenbereich von einer dritten Wellenlänge zu einer vierten Wellenlänge, die größer als die dritte Wellenlänge ist, wobei die dritte Wellenlänge größer als die oder gleich der Grenzwellenlänge ist und die vierte Wellenlänge kleiner oder gleich 680 nm ist.
Mit anderen Worten erstreckt sich der dritte Wellenlängenbereich von einer fünften Wellenlänge zu einer sechsten Wellenlänge, die größer als die fünfte Wellenlänge ist, wobei die fünfte Wellenlänge größer als die oder gleich der Grenzwellenlänge ist und die sechste Wellenlänge kleiner oder gleich 800 nm ist.
Mit anderen Worten erstreckt sich der vierte Wellenlängenbereich von einer siebten Wellenlänge zu einer achten Wellenlänge, die größer als die siebte Wellenlänge ist, wobei die siebte Wellenlänge größer oder gleich 410 nm ist und die achte Wellenlänge kleiner als die oder gleich der Grenzwellenlänge ist.
Mit anderen Worten erstreckt sich der fünfte Wellenlängenbereich von einer neunten Wellenlänge zu einer zehnten Wellenlänge, die größer als die neunte Wellenlänge ist, wobei die neunte Wellenlänge größer als die zweite Wellenlänge ist und die zehnte Wellenlänge kleiner als die dritte Wellenlänge ist.
Mit anderen Worten erstreckt sich der sechste Wellenlängenbereich von einer elften Wellenlänge zu einer zwölften Wellenlänge, die größer als die elfte Wellenlänge ist, wobei die elfte Wellenlänge größer als die achte Wellenlänge ist und die zwölfte Wellenlänge kleiner als die fünfte Wellenlänge ist.
Gemäß einer Ausführungsform betreffend den ersten Filtersatz ist die Transmission der zweiten Teilcharakteristik des Beleuchtungslichtfilters innerhalb eines achten Wellenlängenbereichs, der außerhalb des zweiten Wellenlängenbereichs, aber innerhalb des dritten Wellenlängenbereichs liegt, kleiner als der vierte Wert. Innerhalb des achten Wellenlängenbereichs ist die Transmission der dritten Teilcharakteristik des Beobachtungslichtfilters größer als der erste Wert. Die sehr geringe Transmission innerhalb des achten Wellenlängenbereichs der zweiten Teilcharakteristik blockt Licht, welches Fluoreszenzlicht von PPIX überstrahlen würde, wenn es auf das Objekt gerichtet und von diesem reflektiert würde. Die hohe Transmission im Beobachtungslichtfilter ermöglicht die Beobachtung des Fluoreszenzlichts von PPIX. Zudem ist die geringe Transmission im achten Wellenlängenbereich des Beleuchtungslichtfilters auch für das Erreichen einer farbtreuen Beobachtung von nicht-fluoreszierenden Objektbereichen relevant, da sie den zweiten Wellenlängenbereich und die damit verbundene signifikante Transmission des Beleuchtungslichtfilters im zweiten Wellenlängenbereich begrenzt.
Zweiter Filtersatz
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung weist ein zweiter Filtersatz, welcher die gleiche Wirkung wie der erste Filtersatz erzielt, ein Beleuchtungslichtfilter und ein Beobachtungslichtfilter auf. Die Transmissionscharakteristik des Beleuchtungslichtfilters ist eine Summe aus einer ersten Teilcharakteristik und einer zweiten Teilcharakteristik. Die erste Teilcharakteristik des Beleuchtungslichtfilters des zweiten Filtersatzes entspricht der ersten Teilcharakteristik des Beleuchtungslichtfilters des ersten Filtersatzes. Dementsprechend ist die Transmission der ersten Teilcharakteristik innerhalb eines ersten Wellenlängenbereichs, der unterhalb einer Grenzwellenlänge liegt, größer als ein erster Wert.
Die zweite Teilcharakteristik des Beleuchtungslichtfilters des zweiten Filtersatzes unterscheidet sich von der zweiten Teilcharakteristik des Beleuchtungslichtfilters des ersten Filtersatzes im Wesentlichen nur dadurch, dass die die Transmission der zweiten Teilcharakteristik innerhalb eines zweiten Wellenlängenbereichs, der oberhalb der Grenzwellenlänge liegt, größer als der erste Wert ist.
Die Transmissionscharakteristik des Beobachtungslichtfilters des zweiten Filtersatzes ist eine Summe aus einer dritten Teilcharakteristik und einer vierten Teilcharakteristik. Die dritte Teilcharakteristik des Beleuchtungslichtfilters des zweiten Filtersatzes unterscheidet sich wesentlich von der dritten Teilcharakteristik des Beleuchtungslichtfilters des ersten Filtersatzes. Die Transmission der dritten Teilcharakteristik des Beobachtungslichtfilters des zweiten Filtersatzes ist innerhalb eines dritten Wellenlängenbereichs, der oberhalb der Grenzwellenlänge liegt, kleiner als ein zweiter Wert und größer als ein dritter Wert. Zudem ist die Transmission der dritten Teilcharakteristik innerhalb eines neunten Wellenlängenbereichs, der oberhalb des dritten Wellenlängenbereichs liegt, größer als der erste Wert.
Die vierte Teilcharakteristik des Beleuchtungslichtfilters des zweiten Filtersatzes entspricht der vierten Teilcharakteristik des Beleuchtungslichtfilters des ersten Filtersatzes. Dementsprechend ist die Transmission der vierten Teilcharakteristik innerhalb eines vierten Wellenlängenbereichs, welcher unterhalb der Grenzwellenlänge liegt, kleiner als der zweite Wert und größer als der dritte Wert.
Wie beim ersten Filtersatz ist auch die Transmission des Beleuchtungslichtfilters des zweiten Filtersatzes innerhalb des fünften Wellenlängenbereichs, welcher zwischen dem ersten Wellenlängenbereich und dem zweiten Wellenlängenbereich liegt, kleiner als ein vierter Wert.
Wie beim ersten Filtersatz ist auch die Transmission des Beobachtungslichtfilters innerhalb des sechsten Wellenlängenbereichs, welcher zwischen dem dritten Wellenlängenbereich und dem vierten Wellenlängenbereich liegt, kleiner als der vierte Wert.
Wie beim ersten Filtersatz ist der vierte Wert kleiner als der dritte Wert, der dritte Wert ist kleiner als der zweite Wert und der zweite Wert ist kleiner als der erste Wert.
Der erste und der zweite Filtersatz unterscheiden sich daher insofern, als dass die Transmission des Beleuchtungslichtfilters des ersten Filtersatzes innerhalb des zweiten Wellenlängenbereichs kleiner als der zweite Wert, aber größer als der dritte Wert ist, während die Transmission des Beleuchtungslichtfilters des zweiten Filtersatzes innerhalb des zweiten Wellenlängenbereichs größer als der erste Wert ist.
Dieser Unterschied wird im Beobachtungslichtfilter ausgeglichen, indem die Transmission des Beobachtungslichtfilters des ersten Filtersatzes innerhalb des dritten Wellenlängenbereichs größer als der erste Wert ist, während die Transmission des Beobachtungslichtfilters des zweiten Filtersatzes innerhalb des dritten Wellenlängenbereichs einer als der zweite Wert, aber größer als der dritte Wert ist, wobei sich in beiden Fällen der zweite und dritte Wellenlängenbereich spektral überlappen. Für die Beobachtung von nicht-fluoreszierenden Objektbereichen ergibt sich somit im Wesentlichen derselbe Effekt mit beiden Filtersätzen.
Mit beiden Filtersätzen kann PPIX effizient angeregt und die daraus resultierende Fluoreszenz gut beobachtet werden, da die jeweiligen Beleuchtungslichtfilter im Emissionsbereich von PPIX eine geringe Transmission (kleiner als der vierte Wert) aufweisen und die jeweiligen Beobachtungslichtfilter im Emissionsbereich von PPIX eine hohe Transmission (größer als der erste Wert) aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform des zweiten Filtersatzes liegt die Grenzwellenlänge zwischen 450 nm und 550 nm. Zudem oder alternativ kann der erste Wellenlängenbereich zwischen 350 nm und der Grenzwellenlänge liegen. Zudem oder alternativ kann der zweite Wellenlängenbereich zwischen der Grenzwellenlänge und 680 nm liegen. Zudem oder alternativ kann der dritte Wellenlängenbereich zwischen der Grenzwellenlänge und 680 nm liegen. Zudem oder alternativ kann der neunte Wellenlängenbereich zwischen dem dritten Wellenlängenbereich und 800 nm liegen. Zudem oder alternativ kann der vierte Wellenlängenbereich zwischen 410 nm und der Grenzwellenlänge liegen.
Gemäß einer Ausführungsform des zweiten Filtersatzes ist die Transmission der zweiten Teilcharakteristik innerhalb eines achten Wellenlängenbereichs, der außerhalb des zweiten Wellenlängenbereichs, aber innerhalb des neunten Wellenlängenbereichs liegt, kleiner als der vierte Wert. Die sehr geringe Transmission innerhalb des achten Wellenlängenbereichs der zweiten Teilcharakteristik blockt Licht, welches Fluoreszenzlicht von PPIX überstrahlen würde, wenn es auf das Objekt gerichtet und von diesem reflektiert würde. Die hohe Transmission im Beobachtungslichtfilter im neunten Wellenlängenbereich, welcher den achten Wellenlängenbereich umfasst, ermöglicht die Beobachtung des Fluoreszenzlichts von PPIX. Zudem ist die geringe Transmission im achten Wellenlängenbereich des Beleuchtungslichtfilters auch für das Erreichen einer farbtreuen Beobachtung von nicht-fluoreszierenden Objektbereichen relevant, da sie den zweiten Wellenlängenbereich und die damit verbundene signifikante Transmission des Beleuchtungslichtfilters im zweiten Wellenlängenbereich begrenzt.
Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen betreffen sowohl den ersten Filtersatz als auch den zweiten Filtersatz und sind lediglich zur kompakten Offenbarung nicht einzeln erläutert.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Transmission der ersten Teilcharakteristik des Beleuchtungslichtfilters innerhalb eines siebten Wellenlängenbereichs, der innerhalb des ersten Wellenlängenbereichs, aber außerhalb des vierten Wellenlängenbereichs liegt, größer als der erste Wert. Innerhalb des siebten Wellenlängenbereichs ist die Transmission der vierten Teilcharakteristik des Beobachtungslichtfilters kleiner als der vierte Wert. Die hohe Transmission im Beleuchtungslichtfilter innerhalb des siebten Wellenlängenbereichs ermöglicht die Anregung der Fluoreszenz von PPIX mit Anregungslicht. Die sehr geringe Transmission im Beobachtungslichtfilter innerhalb des siebten Wellenlängenbereichs blockt dieses Anregungslicht im Wesentlichen, sodass das Licht, welches das Beobachtungslichtfilter im dritten und vierten Wellenlängenbereich durchläuft, nicht vom Anregungslicht überstrahlt wird. Zudem ist die geringe Transmission im siebten Wellenlängenbereich des Beobachtungslichtfilters auch für das Erreichen einer farbtreuen Beobachtung von nicht-fluoreszierenden Objektbereichen relevant, da sie den vierten Wellenlängenbereich und die damit verbundene signifikante Transmission des Beobachtungslichtfilters im vierten Wellenlängenbereich begrenzt.
Alternativ zu den oben genannten Zahlenwerten für die Transmissionscharakteristika für den Fluoreszenzfarbstoff PPIX können die folgenden Werte verwendet werden: Die Grenzwellenlänge liegt zwischen 480 nm und 520 nm. Der erste Wellenlängenbereich liegt zwischen 380 nm und 480 nm, insbesondere zwischen 390 nm und 450 nm. Der zweite Wellenlängenbereich liegt zwischen der Grenzwellenlänge und 620 nm, insbesondere zwischen 520 nm und 620 nm. Der dritte Wellenlängenbereich liegt zwischen 520 nm und 760 nm. Der vierte Wellenlängenbereich liegt zwischen 410 nm und 450 nm, insbesondere zwischen 410 nm und 435 nm. Mit anderen Worten kann die erste Wellenlänge größer oder gleich 380 nm bzw. 390 nm sein; die zweite Wellenlänge kann kleiner oder gleich 480 nm bzw. 450 nm sein; die dritte Wellenlänge kann größer als die oder gleich der Grenzwellenlänge sein bzw. kann die dritte Wellenlänge größer oder gleich 520 nm sein; die vierte Wellenlänge kann kleiner oder gleich 620 nm sein; die fünfte Wellenlänge kann größer oder gleich 520 nm sein; die sechste Wellenlänge kann kleiner oder gleich 760 nm sein; die siebte Wellenlänge kann größer oder gleich 410 nm sein; die achte Wellenlänge kann kleiner oder gleich 450 nm bzw. 435 nm sein. Der neunte Wellenlängenbereich liegt zwischen 610 nm und 750 nm, insbesondere zwischen 660 nm und 750 nm.
Gemäß beispielhafter Ausführungsformen ist der erste Wellenlängenbereich wenigstens 40 nm oder wenigstens 60 nm breit; und/oder der zweite Wellenlängenbereich ist wenigstens 50 nm oder wenigstens 70 nm oder wenigstens 90 nm breit; und/oder der dritte Wellenlängenbereich ist wenigstens 50 nm breit oder wenigstens 75 nm oder wenigstens 100 nm oder wenigstens 150 nm oder wenigstens 200 nm oder wenigstens 230 nm breit; und/oder der vierte Wellenlängenbereich ist wenigstens 10 nm oder wenigstens 20 nm oder wenigstens 40 nm breit. Die angegebene Breite bezeichnet die Differenz zwischen der zweiten und ersten Wellenlänge für den ersten Wellenlängenbereich, die Differenz zwischen der vierten und dritten Wellenlänge für den zweiten Wellenlängenbereich, die Differenz zwischen der sechsten und fünften Wellenlänge für den dritten Wellenlängenbereich, und die Differenz zwischen der achten und der siebten Wellenlänge für den vierten Wellenlängenbereich.
Der erste und vierte Wellenlängenbereich überlappen einander. Insbesondere kann der erste Wellenlängenbereich den vierten Wellenlängenbereich umfassen. Dementsprechend kann der vierte Wellenlängenbereich vollumfänglich innerhalb des ersten Wellenlängenbereichs liegen. Durch das Überlappen bzw. vollumfängliche Umfassen wird sichergestellt, dass ein Wellenlängenbereich, nämlich die Schnittmenge des ersten und vierten Wellenlängenbereichs, existiert, innerhalb dessen Licht signifikant durch das Beleuchtungslichtfilter und das Beobachtungslichtfilter transmittiert wird. Somit können nicht-fluoreszierende Objektbereich sichtbar gemacht werden.
Ferner überlappen der zweite Wellenlängenbereich und der dritte Wellenlängenbereich einander. Insbesondere kann der dritte Wellenlängenbereich den zweiten Wellenlängenbereich umfassen. Dementsprechend kann der zweite Wellenlängenbereich vollumfänglich innerhalb des dritten Wellenlängenbereichs liegen. Durch das Überlappen bzw. vollumfängliche Umfassen wird sichergestellt, dass ein Wellenlängenbereich, nämlich die Schnittmenge des zweiten und dritten Wellenlängenbereichs, existiert, innerhalb dessen Licht signifikant durch das Beleuchtungslichtfilter und das Beobachtungslichtfilter transmittiert wird. Somit können nicht-fluoreszierende Objektbereich sichtbar gemacht werden. Durch die wenigstens zwei spektral voneinander getrennten Schnittmengen wird erreicht, dass nicht-fluoreszierende Objektbereiche im Wesentlichen farbtreu, d. h. weißlichtähnlich, beobachtet werden können.
Gemäß beispielhafter Ausführungsformen beträgt der erste Wert 50%, 70% oder 90%; und/oder der zweite Wert beträgt 10%, 5% oder 1%; und/oder der dritte Wert beträgt 0,01%, 0,05% oder 0,1%; und/oder der vierte Wert beträgt 0,005% oder 0,001% oder 0,0001%.
Gemäß beispielhafter Ausführungsformen sind das Beleuchtungslichtfilter und das Beobachtungslichtfilter so konfiguriert, dass ein Verhältnis eines ersten Mittelwerts zu einem zweiten Mittelwert zwischen 0,5 und 1,5, insbesondere zwischen 0,8 und 1,2, liegt. Der erste Mittelwert ist definiert als das Produkt der Transmission des Beleuchtungslichtfilters mit der Transmission des Beobachtungslichtfilters und mit einem wellenlängenabhängigen Faktor G (λ), gemittelt über die Schnittmenge des ersten Wellenlängenbereichs mit dem vierten Wellenlängenbereich und normiert auf diese Schnittmenge. Der zweite Mittelwert ist definiert als das Produkt der Transmission des Beleuchtungslichtfilters mit der Transmission des Beobachtungslichtfilters und mit dem wellenlängenabhängigen Faktor G (λ), gemittelt über die Schnittmenge des zweiten Wellenlängenbereichs mit dem dritten Wellenlängenbereich und normiert auf diese Schnittmenge. Hierdurch wird bewirkt, dass Transmission innerhalb der Wellenlängenbereiche, die zur Sichtbarmachung nicht-fluoreszierender Objektbereich in dem Beleuchtungslichtfilter und dem Beobachtungslichtfilter vorgesehen sind, so gewählt sind, dass die nicht-fluoreszierenden Objektbereich im Wesentlichen farbtreu beobachtet werden können.
Der erste Mittelwert M1 ist beispielsweise definiert als: $M 1 = \frac{1}{| S 1 - S 2 |} \int_{S 1}^{S 2} T^{I} (λ) \cdot T^{O} (λ) \cdot G (λ) d λ,$
wobei S1 der kleinste Wert der Schnittmenge aus dem ersten und vierten Wellenlängenbereich ist,
wobei S2 der größte Wert der Schnittmenge aus dem ersten und vierten Wellenlängenbereich ist,
wobei T^I(λ) die wellenlängenabhängige Transmission des Beleuchtungslichtfilters ist, wobei T^O(λ) die wellenlängenabhängige Transmission des Beobachtungslichtfilters ist und wobei |·| den Absolutwert repräsentiert.
Der zweite Mittelwert M2 ist beispielsweise definiert als: $M 2 = \frac{1}{| S 3 - S 4 |} \int_{S 3}^{S 4} T^{I} (λ) \cdot T^{O} (λ) \cdot G (λ) d λ,$
wobei S3 der kleinste Wert der Schnittmenge aus dem zweiten und dritten Wellenlängenbereich ist,
wobei S4 der größte Wert der Schnittmenge aus dem zweiten und dritten Wellenlängenbereich ist,
wobei T^I(λ) die wellenlängenabhängige Transmission des Beleuchtungslichtfilters ist, wobei T^O(λ) die wellenlängenabhängige Transmission des Beobachtungslichtfilters ist und wobei |·| den Absolutwert repräsentiert.
Dementsprechend kann die obige Bedingung formuliert werden als: $0,5 \leq \frac{M 1}{M 2} \leq 1,5 bzw . 0,8 \leq \frac{M 1}{M 2} \leq 1,2$
Mit dem wellenlängenabhängigen Faktor G(X) können weitere relevante Faktoren berücksichtigt werden, wobei der Faktor im einfachsten Fall auch gleich 1 sein kann.
Der Faktor G(X) kann beispielsweise der relative spektrale Hellempfindlichkeitsgrad des Auges V(λ), definiert gemäß CIE (Commission Internationale de l'Eclairage) 018.2-1983, sein. Hierbei wird das Helligkeitsempfinden des menschlichen Auges bei der spektralen Konfiguration der zur Beobachtung von nicht-fluoreszierenden Objektbereichen berücksichtigt, was die Farbtreue bei der Beobachtung dieser Bereiche verbessert.
Der Faktor G(X) kann ferner oder alternativ das Leistungsspektrum einer zur Fluoreszenzbeobachtung eingesetzten Lichtquelle L(λ) als Faktor berücksichtigen. Dementsprechend kann gelten: G(λ) = V(λ) oder G(λ) = L(λ) · V(λ). Als Lichtquelle kann beispielsweise eine Xenon-Lampe oder andere breitbandige Lichtquelle verwendet werden.
Gemäß beispielhafter Ausführungsformen umfasst der fünfte Wellenlängenbereich, welcher zwischen dem ersten und zweiten Wellenlängenbereich liegt und in welchem die Transmission des Beleuchtungslichtfilters kleiner als der vierte Wert ist, die Grenzwellenlänge. Der fünfte Wellenlängenbereich kann wenigstens 20 nm, wenigstens 40 nm oder wenigstens 60 nm breit sein. Die angegebene Breite bezeichnet die Differenz zwischen der zehnten und neunten Wellenlänge.
Gemäß beispielhafter Ausführungsformen umfasst der sechste Wellenlängenbereich, welcher zwischen dem dritten und vierten Wellenlängenbereich liegt und in welchem die Transmission des Beobachtungslichtfilters kleiner als der vierte Wert ist, die Grenzwellenlänge. Der sechste Wellenlängenbereich kann wenigstens 20 nm, wenigstens 40 nm oder wenigstens 60 nm breit sein. Die angegebene Breite bezeichnet die Differenz zwischen der zwölften und elften Wellenlänge.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fluoreszenzbeobachtungssystem zur gleichzeitigen Beobachtung von Protoporphyrin IX und eines weißlichtähnlichen Bildes eines Objekts. Das Fluoreszenzbeobachtungssystem umfasst eine Lichtquelle zur Beleuchtung des Objekts, eine Beobachtungsoptik zur Abbildung des Objekts und einen wie hierin beschriebenen Filtersatz, wobei das Beleuchtungsfilter des Filtersatzes in einem Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Lichtquelle und dem Objekt anordenbar/angeordnet ist und das Beobachtungslichtfilter in einem Strahlengang der Beobachtungsoptik anordenbar/angeordnet ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur gleichzeitigen Beobachtung von Protoporphyrin IX und eines weißlichtähnlichen Bildes eines Objekts. In dem Verfahren wird ein wie hierin beschriebener Filtersatz verwendet. Das Verfahren umfasst: Filtern eines Beleuchtungslichtstrahls, welcher auf das mit Protoporphyrin IX angereicherte Objekt gerichtet wird, mit dem Beleuchtungsfilter des Filtersatzes, und Filtern des von dem Objekt ausgehenden Lichts mit dem Beobachtungsfilter des Filtersatzes.
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.

1 zeigt ein Fluoreszenzbeobachtungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2A bis 2D zeigen Graphen zur Erläuterung eines ersten Filtersatzes zur Fluoreszenzbeobachtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
3A bis 3D zeigen Graphen zur Erläuterung eines zweiten Filtersatzes zur Fluoreszenzbeobachtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Eine Ausführungsform eines Fluoreszenzbeobachtungssystems wird nachfolgend anhand eines Operationsmikroskops erläutert. Allerdings sind Ausführungsformen des Fluoreszenzbeobachtungssystems nicht auf solche Operationsmikroskope beschränkt, sondern umfassen vielmehr jegliche Fluoreszenzbeobachtungssysteme, bei welchen auf ein Objekt gerichtetes Beleuchtungslicht mit einem Beleuchtungslichtfilter gefiltert und von dem Objekt ausgehendes Licht mit einem Beobachtungslichtfilter gefiltert wird.
Unter Bezugnahme auf 1 umfasst das Fluoreszenzbeobachtungssystem bzw. Mikroskop 1 eine Mikroskopieoptik 3 mit einem Objektiv 5 mit einer optischen Achse 7. In einer Objektebene des Objektivs 5 ist ein zu untersuchendes Objekt 9 angeordnet. Von dem Objekt 9 ausgehendes Licht wird von dem Objektiv 5 in ein bildseitiges Strahlenbündel 11 überführt, in welchem zwei mit Abstand von der optischen Achse 7 angeordnete Zoomsysteme 12, 13 angeordnet sind und aus dem Strahlenbündel 11 jeweils ein Teilstrahlenbündel 14 bzw. 15 herausgreifen und über in 1 nicht dargestellten Umlenkprismen Okularen 16 und 17 zuführen, in welche ein Betrachter mit seinem linken Auge 18 bzw. seinem rechten Auge 19 Einblick nimmt, um eine vergrößerte Darstellung des Objekts 9 als Bild wahrzunehmen. Alternativ können statt der Kameras vorgesehen sein, die über Kameraoptiken Bilder der Teilstrahlenbündel 14, 15 erzeugen.
In dem Teilstrahlenbündel 15 kann ein teildurchlässiger Spiegel 21 angeordnet sein, um einen Teil des Lichts als Strahl 23 auszukoppeln, welcher einem Kamerasystem 24 zugeführt wird. Das Kamerasystem 24 kann eine Kamera oder mehrere Kameras umfassen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Kamerasystem 24 eine Kamera 32, welcher Licht des Strahls 23, welches einen teildurchlässigen Spiegel 25 durchsetzt, über eine Kameraadapteroptik 31 zugeführt wird, und eine Kamera 55, welcher Licht des Strahls 23, das an dem teildurchlässigen Spiegel 25 reflektiert wird, über einen Filter 57 und eine Kameraadapteroptik 53 zugeführt wird. Das Filter 57 kann ein Fluoreszenzlichtfilter sein, welches lediglich Fluoreszenzlicht eines in dem Objekt 9 enthaltenen Fluoreszenzfarbstoffs durchtreten lässt, sein. Somit kann die Kamera 32 ein Normallichtbild des Objekts 9 detektieren, während die Kamera 55 ein Fluoreszenzlichtbild des Objekts 9 detektieren kann. Bilder der Kameras 32 und 55 werden über Datenverbindungen 33 bzw. 65 an eine Steuerung 35 übertragen und können in dieser in einem Speicher 95 gespeichert werden.
Auf ähnliche Weise kann in dem anderen Teilstrahlenbündel 14 ein teildurchlässiger Spiegel 37 angeordnet sein, über welchen ein Teilstrahl 39 ausgekoppelt wird, der über eine Kameraadapteroptik 41 einer Kamera 43 zugeführt wird, welche ebenfalls ein Normallichtbild detektieren kann, wobei deren detektierte Bilder über ein Datenverbindung 45 an die Steuerung 35 übertragen werden.
An die Steuerung 35 ist über eine Datenverbindung 67 ein Display 69 angeschlossen, dessen dargestelltes Bild über eine Projektionsoptik 70 und einen in dem Teilstrahlenbündel 15 angeordneten weiteren teildurchlässigen Spiegel 68 in den Strahlengang zu dem Okular 17 eingekoppelt wird, so dass der Betrachter mit seinem Auge 19 sowohl das auf dem Display 69 dargestellte Bild als auch das Bild des Objekts direkt wahrnehmen kann. Somit können von der Steuerung 35 beispielsweise Daten in das Okular 17 eingeblendet werden oder Bilder des Objekts, welche durch die Kameras 32, 55 und 43 detektiert oder durch Analyse der detektierten Bilder generiert werden können.
Die durch die Kameras detektierten Bilder können von der Steuerung 35 auch an ein kopfgetragenen Betrachtungsgerät 49, welches auch als „head mounted display“ bezeichnet wird, ausgegeben werden, wozu das Gerät 49 zwei Displays 51, 52 für das rechte bzw. linke Auge des Betrachters umfasst.
Das Mikroskop 1 umfasst ferner ein Beleuchtungssystem 63 zum Erzeugen eines auf das Objekt 9 gerichteten Beleuchtungslichtstrahls 81. Hierzu umfasst das Beleuchtungssystem 63 eine breitbandige Lichtquelle, wie beispielsweise eine Halogenlampe oder eine Xenonlampe 71, einen Reflektor 72 und einen Kollimator 73, um einen kollimierten Lichtstrahl 74 zu erzeugen, welcher mittels einer oder mehrerer Linsen 75 auf ein Eintrittsende 76 eines Glasfaserbündels 77 gerichtet sein kann, um von der Lampe 71 emittiertes Licht in das Glasfaserbündel 77 einzukoppeln. Durch das Glasfaserbündel 77 wird das Licht in die Nähe des Objekts 9 transportiert, tritt dort an einem Austrittsende 78 des Glasfaserbündels 77 aus und wird dann durch eine Kollimationsoptik 79 zu dem auf das Objekt 9 gerichteten Beleuchtungslichtstrahl 81 kollimiert.
Das Beleuchtungssystem 63 umfasst ferner eine Filterplatte 83, welche ein Beleuchtungslichtfilter 84 zur Fluoreszenzbeobachtung und ein Beleuchtungslichtfilter 85 zur Normallichtbeobachtung aufweist. Ein von der Steuerung 35 kontrollierter Antrieb 87 ist vorgesehen, um wahlweise das Beleuchtungslichtfilter 84 zur Fluoreszenzlichtbeobachtung und das Beleuchtungslichtfilter 85 zur Normallichtbeobachtung in dem Strahl 74 anzuordnen, wie dies durch den Pfeil 88 angedeutet ist. Das Beleuchtungslichtfilter 84 zur Fluoreszenzbeobachtung wird dann in dem Strahl 74 angeordnet, wenn in dem Objekt 9 eine Fluoreszenz angeregt und beobachtet werden soll, während das Beleuchtungslichtfilter 85 zur Normallichtbeobachtung in dem Strahl 74 angeordnet wird, wenn das Objekt 9 unter Belichtung mit normalem Licht, wie beispielsweise Weißlicht, beobachtet werden soll. Das Beleuchtungslichtfilter 85 kann hierbei beispielsweise so ausgebildet sein, dass es von der Lampe 71 erzeugtes infrarotes Licht oder dem infraroten Licht nahes langwelliges Licht nicht passieren lässt, um eine unnötige Erwärmung des Objekts 9 zu vermeiden, und Licht kürzerer Wellenlängen passieren lässt.
Die wahlweise Anordnung der beiden Beleuchtungslichtfilter 84 und 85 in dem Strahl 74 kann von dem Betrachter über ein an die Steuerung 35 angeschlossenes Eingabegerät, wie beispielsweise einen Taster 97, gesteuert werden.
In dem Strahlengang des Teilstrahlenbündels 14 bzw. 15 ist jeweils ein Beobachtungslichtfilter 91 für Fluoreszenzbeobachtung angeordnet, wobei ein ebenfalls von der Steuerung 35 kontrollierter Antrieb 93 vorgesehen ist, um die Beobachtungslichtfilter 91 aus den Teilstrahlenbündeln 14 bzw. 15 zu entfernen, wie dies durch den Pfeil 94 angedeutet ist.
Die Beobachtungslichtfilter 91 werden dann in den Strahlengängen 14, 15 angeordnet, wenn das Beleuchtungslichtfilter 84 für Fluoreszenzbeobachtung in dem Strahl 74 angeordnet ist, und sie werden aus den Strahlengängen 14, 15 entfernt, wenn das Beobachtungslichtfilter 85 für Normallichtbeobachtung in dem Strahl 74 angeordnet ist. Hierzu kann der Antrieb 93 zusammen mit dem Antrieb 87 von der Steuerung 35 nach Betätigung des Eingabegeräts 97 durch den Betrachter angesteuert werden.
In dem dargestellten Beispiel werden das Beleuchtungslichtfilter 84 für Fluoreszenzbeobachtung und die Beobachtungslichtfilter 91 für Fluoreszenzbildbeobachtung durch Antriebe unter Kontrolle einer Steuerung in die Strahlgänge eingeführt und aus diesen entfernt. Es ist jedoch ebenfalls möglich, dass die Filter in Filterhaltern vorgesehen sind, welche vom Betrachter direkt mit der Hand betätigt werden, um diese in die Strahlengänge einzuführen bzw. sie aus diesen zu entfernen.
Das Beleuchtungslichtfilter und das Beobachtungslichtfilter für Fluoreszenzbeobachtung weisen jeweils Transmissionscharakteristiken auf, welche auf einen Fluoreszenzfarbstoff, dessen Fluoreszenz untersucht werden soll, abgestimmt sind. Eigenschaften eines ersten Filtersatzes für Protoporphyrin IX werden nachfolgend mit Bezug auf die 2A bis 2D beschrieben. Eigenschaften eines zweiten Filtersatzes für Protoporphyrin IX werden nachfolgend mit Bezug auf die 3A bis 3D beschrieben.
2A zeigt einen Graphen A, welcher das Anregungsspektrum von PPIX repräsentiert, und einen Graphen E, welcher das Emissionsspektrum von PPIX repräsentiert, jeweils in normierter Darstellung. Das Maximum des Anregungsspektrums A liegt bei etwa 405 nm und das Maximum des Emissionsspektrums E liegt bei etwa 635 nm. Das Emissionsspektrums E weist bei etwa 705 nm ein Nebenmaximum auf.
2B zeigt einen Graphen einer Transmissionscharakteristik 105 des Beleuchtungslichtfilters in logarithmischem Maßstab der Ordinate in einem Wellenlängenbereich von etwa 350 nm bis etwa 850 nm. Dies umfasst den sichtbaren Wellenlängenbereich, der für die Betrachtung der Eigenschaften des Filtersatzes relevant ist. In 2B ist eine Grenzwellenlänge 107 eingezeichnet, welche in dem dargestellten Beispiel so gewählt ist, dass sie zwischen dem Maximum des Anregungsspektrums A und dem Maximum des Emissionsspektrums E liegt. Im vorliegenden Beispiel liegt die Grenzwellenlänge bei etwa 480 nm.
Die Transmissionscharakteristik 105 des Beleuchtungslichtfilters ist die Summe aus zwei Teilcharakteristiken I und II, die in dem gesamten Bereich von 350 nm bis 850 nm definiert sind. Die Teilcharakteristik I weist bei Wellenlängen unterhalb der Grenzwellenlänge 107 einen ersten Wellenlängenbereich 109 auf, innerhalb dessen die Transmission größer als ein erster Wert L1 ist. Das bedeutet, dass die Transmission des Beleuchtungslichtfilters im gesamten ersten Wellenlängenbereich 109 größer als der erste Wert L1 ist. Der Wert L1 ist repräsentiert daher einen Minimalwert für die Transmission des Beleuchtungslichtfilters im ersten Wellenlängenbereich 109. Die Teilchencharakteristik I ist dazu vorgesehen, durch das Beleuchtungslichtfilter Fluoreszenzanregungslicht hindurchtreten zu lassen, um die Fluoreszenz von PPIX anzuregen. Daher ist der erste Wellenlängenbereich 109 so gewählt, dass das Anregungsspektrum A von PPIX innerhalb dieses Wellenlängenbereichs signifikante Werte aufweist. Die Anregung soll möglichst effektiv erfolgen, weshalb die Transmission des Filters in dem Wellenlängenbereich 109 möglichst groß gewählt ist. Der Wert L1 repräsentiert hierbei einen Transmissionswert, der beispielsweise dann erreicht wird, wenn das Filter in dem betreffenden Wellenlängenbereich im Hinblick auf eine möglichst hohe Transmission optimiert ist. Im vorliegenden Beispiel beträgt der erste Wert L1 etwa 50%.
Die Teilcharakteristik II weist bei Wellenlängen oberhalb der Grenzwellenlänge 107 einen zweiten Wellenlängenbereich 111 auf, innerhalb dessen die Transmission kleiner als ein zweiter Wert L2 und größer als ein dritter Wert L3 ist. Das bedeutet, dass die Transmission des Beleuchtungslichtfilters im gesamten zweiten Wellenlängenbereich 111 kleiner als der zweite Wert L2 und größer als der dritte Wert L3 ist. Dementsprechend ist der zweite Wert L2 ein Maximalwert für die Transmission des Beleuchtungslichtfilters im zweiten Wellenlängenbereich 111; und der dritte Wert L3 ist ein Minimalwert für die Transmission des Beleuchtungslichtfilters im zweiten Wellenlängenbereich 111. Die Teilcharakteristik II hat die Aufgabe, durch das Beleuchtungslichtfilter Licht hindurchtreten zu lassen, welches nicht der Anregung der Fluoreszenz, sondern der Beleuchtung des Objekts derart dient, dass dessen nicht fluoreszierende Bereiche wahrnehmbar werden. Der zweite Wellenlängenbereich 111 ist daher so gewählt, dass er außerhalb derjenigen Wellenlängenbereiche liegt, in denen das Emissionsspektrum E signifikante Werte aufweist. Da die nicht fluoreszierenden Bereiche die fluoreszierenden Bereiche in der Wahrnehmung nicht überstrahlen sollen und die Fluoreszenz gewöhnlich eine geringe Intensität aufweist, wird das Beleuchtungslicht aufgrund der Teilcharakteristik II mit vergleichsweise geringer Intensität von dem Beleuchtungslichtfilter hindurch gelassen. Deshalb ist der Wert L2 kleiner ist als der Wert L1. In dem dargestellten Beispiel beträgt der zweite Wert L2 etwa 5%. Die durch die Teilcharakteristik II bereitgestellte Transmission ist allerdings größer als der dritte Wert L3, welcher wiederum signifikant größer ist als ein vierter Wert L4. Im vorliegenden Beispiel beträgt der dritte Wert etwa 0,05% und der vierte Wert L4 beträgt etwa 0,005%.
Eine Transmissionscharakteristik 113 des Beobachtungslichtfilters ist in 2C dargestellt. Die Transmissionscharakteristik 113 ist wiederum die Summe aus zwei Teilcharakteristiken III und IV. Die Teilcharakteristik III weist bei Wellenlängen oberhalb der Grenzwellenlänge 107 einen dritten Wellenlängenbereich 115 auf, innerhalb dessen die Transmission größer als der erste Wert L1 ist. Der erste Wert L1 ist damit ein Minimalwert für die Transmission des Beobachtungslichtfilters innerhalb des dritten Wellenlängenbereichs 115. Die Teilcharakteristik III hat die Aufgabe, sowohl Fluoreszenzlicht (zwischen etwa 610 nm und 740 nm) als auch solches Beleuchtungslicht durch das Beobachtungslichtfilter hindurch treten zu lassen, welches aufgrund der Teilcharakteristik II des Beleuchtungslichtfilters zu dem Objekt hin gelangt (zweiter Wellenlängenbereich 111). Deshalb können zum einen fluoreszierende Bereiche wahrgenommen werden, da das Fluoreszenzlicht das Beobachtungslichtfilter aufgrund der Teilcharakteristik III durchsetzen kann, und es können auch nicht fluoreszierende Bereiche des Objekts wahrgenommen werden, da das aufgrund der Teilcharakteristik II zu dem Objekt gelangte Licht, welches kein Fluoreszenzanregungslicht ist, das Beobachtungslichtfilter durchsetzen kann.
Die Teilcharakteristik IV weist bei Wellenlängen unterhalb der Grenzwellenlänge 107 einen vierten Wellenlängenbereich 117 auf, innerhalb dessen die Transmission kleiner ist als der zweite Wert L2 und größer als der dritte Wert L3 ist. Der zweite Wert L2 ist daher ein Maximalwert für die Transmission des Beobachtungslichtfilters innerhalb des vierten Wellenlängenbereichs 117; und der dritte Wert L3 ist ein Minimalwert für die Transmission des Beobachtungslichtfilters innerhalb des vierten Wellenlängenbereichs 117. Die Teilcharakteristik IV hat die Aufgabe, wenigstens einen Teil des Lichts, welches aufgrund der Teilcharakteristik I des Beleuchtungslichtfilters zu dem Objekt gelangt und an diesem reflektiert oder von diesem gestreut wird, durch das Beobachtungslichtfilter hindurchtreten zu lassen, um nicht fluoreszierende Bereiche des Objekts sichtbar zu machen. Ähnlich wie die Teilcharakteristik II des Beleuchtungslichtfilters weist auch die Teilcharakteristik IV des Beobachtungslichtfilters zur Vermeidung einer Überstrahlung der fluoreszierenden Bereiche durch die nicht fluoreszierenden Bereiche eine beschränkte Transmission von höchstens dem zweiten Wert L2 auf. Damit eine ausreichende Lichtintensität das Beobachtungsfilter passieren kann beträgt die Transmission innerhalb des vierten Wellenlängenbereichs wenigstens den dritten Wert L3, welcher signifikant größer ist als der Wert L4, welcher in solchen Bereichen der Transmissionscharakteristik 113 vorliegt, in welchen der Durchtritt von Licht durch das Beobachtungslichtfilter blockiert werden soll.
Wie in 2B gezeigt, weist das Beleuchtungslichtfilter einen fünften Wellenlängenbereich 118 auf. Der fünfte Wellenlängenbereich 118 liegt zwischen dem ersten Wellenlängenbereich 109 und dem zweiten Wellenlängenbereich 111. Innerhalb des fünften Wellenlängenbereichs 118 ist die Transmission des Beleuchtungslichtfilters kleiner als der vierte Wert L4. Der fünfte Wellenlängenbereich dient der spektralen Trennung des ersten und zweiten Wellenlängenbereichs. Wie in 2B gezeigt, kann der fünfte Wellenlängenbereich die Grenzwellenlänge 107 umfassen.
Wie in 2C gezeigt, weist das Beobachtungslichtfilter einen sechsten Wellenlängenbereich 119 auf. Der sechste Wellenlängenbereich 119 liegt zwischen dem dritten Wellenlängenbereich 115 und dem vierten Wellenlängenbereich 117. Innerhalb des sechsten Wellenlängenbereichs 119 ist die Transmission des Beobachtungslichtfilters kleiner als der vierte Wert L4. Der sechste Wellenlängenbereich dient der spektralen Trennung des dritten und vierten Wellenlängenbereichs. Wie in 2C gezeigt, kann der sechste Wellenlängenbereich die Grenzwellenlänge 107 umfassen.
Wie in 2B und 2C gezeigt, weisen das Beleuchtungslichtfilter und das Beobachtungslichtfilter einen siebten Wellenlängenbereich 120 auf. Der siebte Wellenlängenbereich 120 liegt innerhalb des ersten Wellenlängenbereichs 109, aber außerhalb des vierten Wellenlängenbereichs 117. In der ersten Teilcharakteristik I des Beleuchtungslichtfilters beträgt die Transmission innerhalb des siebten Wellenlängenbereichs 120 wenigstens den ersten Wert L1. In der vierten Teilcharakteristik IV des Beobachtungslichtfilters beträgt die Transmission innerhalb des siebten Wellenlängenbereichs 120 höchstens den vierten Wert L4. Licht des siebten Wellenlängenbereichs, welches zur Anregung von PPIX geeignet ist, kann das Beleuchtungslichtfilter passieren, wird aber von dem Beobachtungslichtfilter geblockt, sodass dieses Anregungslicht das Licht des dritten Wellenlängenbereichs 115 und des vierten Wellenlängenbereichs 117 nicht überstrahlt.
Wie in 2B und 2C gezeigt, weisen das Beleuchtungslichtfilter und das Beobachtungslichtfilter einen achten Wellenlängenbereich 121 auf. Der achte Wellenlängenbereich 121 liegt innerhalb des dritten Wellenlängenbereichs 115, aber außerhalb des zweiten Wellenlängenbereichs 111. In der dritten Teilcharakteristik III des Beobachtungslichtfilters beträgt die Transmission innerhalb des achten Wellenlängenbereichs 121 wenigstens den ersten Wert L1. In der zweiten Teilcharakteristik II des Beleuchtungslichtfilters beträgt die Transmission innerhalb des achten Wellenlängenbereichs 121 höchstens den vierten Wert L4. Licht des achten Wellenlängenbereichs umfasst im Wesentlichen das Fluoreszenzlicht von PPIX. Damit dieses nicht vom Beleuchtungslicht überstrahlt wird, blockt das Beleuchtungslichtfilter Licht des achten Wellenlängenbereichs 121, während das Beobachtungslichtfilter Licht des achten Wellenlängenbereichs 121 transmittiert, um so das Fluoreszenzlicht beobachten zu können.
2D zeigt das Produkt aus der Transmissionscharakteristik 105 des Beleuchtungslichtfilters und der Transmissionscharakteristik 113 des Beobachtungslichtfilters. Dieses Produkt zeigt in zwei Bereichen signifikante Werte, nämlich in einer Schnittmenge 123 des ersten Wellenlängenbereichs 109 mit dem vierten Wellenlängenbereich 117 und in einer Schnittmenge 125 des dritten Wellenlängenbereichs 115 mit dem zweiten Wellenlängenbereich 111. Die beiden Schnittmengen 123, 125 sind Wellenlängenbereiche außerhalb der Fluoreszenz von PPIX. Die hohen Werte innerhalb der Schnittmengen 123, 125 tragen daher zur Sichtbarmachung nicht-fluoreszierender Objektbereiche bei. Auf diese Weise können zusätzlich zu fluoreszierenden Objektbereichen, die in der Farbe des Fluoreszenzfarbstoffs erscheinen, gleichzeitig auch nicht-fluoreszierende Objektbereiche im Wesentlichen farbtreu beobachtet werden.
Ein beispielhafter zweiter Filtersatz für Protoporphyrin IX wird nachfolgend mit Bezug auf die 3A bis 3D beschrieben.
3A entspricht 2A. Auf deren Beschreibung wird verwiesen.
3B zeigt einen Graphen einer Transmissionscharakteristik 205 des Beleuchtungslichtfilters in logarithmischem Maßstab der Ordinate in einem Wellenlängenbereich von etwa 350 nm bis etwa 850 nm. Dies umfasst den sichtbaren Wellenlängenbereich, der für die Betrachtung der Eigenschaften des Filtersatzes relevant ist. In 3B ist eine Grenzwellenlänge 207 eingezeichnet, welche im Wesentlichen der Grenzwellenlänge 107 entspricht, wie sie im Zusammenhang mit den 2B bis 2D beschrieben wurde.
Die Transmissionscharakteristik 205 des Beleuchtungslichtfilters ist die Summe aus zwei Teilcharakteristiken I und IIa, die in dem gesamten Bereich von 350 nm bis 850 nm definiert sind. Die Teilcharakteristik I des zweiten Filtersatzes entspricht im Wesentlichen der Teilcharakteristik I des ersten Filtersatzes, wie sie im Zusammenhang mit den 2B bis 2D beschrieben wurde. Dementsprechend weist sie bei Wellenlängen unterhalb der Grenzwellenlänge 207 einen ersten Wellenlängenbereich 209 auf, innerhalb dessen die Transmission größer als ein erster Wert L1 ist.
Die Teilcharakteristik IIa des zweiten Filtersatzes unterscheidet sich im Wesentlichen nur dadurch von der Teilcharakteristik II des ersten Filtersatzes, dass die Transmission innerhalb eines zweiten Wellenlängenbereichs 211, welcher oberhalb der Grenzwellenlänge 207 liegt, größer als der erste Wert L1 ist. Das bedeutet, dass die Transmission des Beleuchtungslichtfilters im gesamten zweiten Wellenlängenbereich 211 größer als der erste Wert L1 ist. Dementsprechend ist der erste Wert L1 ist ein Minimalwert für die Transmission des Beleuchtungslichtfilters im zweiten Wellenlängenbereich 211. Die Teilcharakteristik II hat die Aufgabe, durch das Beleuchtungslichtfilter Licht hindurchtreten zu lassen, welches nicht der Anregung der Fluoreszenz, sondern der Beleuchtung des Objekts derart dient, dass dessen nicht fluoreszierende Bereiche wahrnehmbar werden. Der zweite Wellenlängenbereich 211 ist daher so gewählt, dass er außerhalb derjenigen Wellenlängenbereiche liegt, in denen das Emissionsspektrum E signifikante Werte aufweist. Da die nicht fluoreszierenden Bereiche die fluoreszierenden Bereiche in der Wahrnehmung nicht überstrahlen sollen und die Fluoreszenz gewöhnlich eine geringe Intensität aufweist, weist das nachfolgend beschriebene Beobachtungslichtfilter im zweiten Wellenlängenbereich 211 eine gegenüber dem ersten Wert L1 signifikant geringere Transmission auf.
Eine Transmissionscharakteristik 213 des Beobachtungslichtfilters ist in 3C dargestellt. Die Transmissionscharakteristik 213 ist wiederum die Summe aus zwei Teilcharakteristiken IIIa und IV. Die dritte Teilcharakteristik IIIa des zweiten Filtersatzes unterscheidet sich wesentlich von der des ersten Filtersatzes.
Die Teilcharakteristik IIIa weist bei Wellenlängen oberhalb der Grenzwellenlänge 207 einen dritten Wellenlängenbereich 215 auf, innerhalb dessen die Transmission kleiner als der zweite Wert L2 und größer als der dritte Wert L3 ist. Der zweite Wert ist daher ein Maximalwert für die Transmission des Beobachtungslichtfilters innerhalb des dritten Wellenlängenbereichs 215; und der dritte Wert L3 ist ein Minimalwert für die Transmission des Beobachtungslichtfilters innerhalb des dritten Wellenlängenbereichs 215.
Ferner weist die Teilcharakteristik IIIa oberhalb des dritten Wellenlängenbereichs 215 einen neunten Wellenlängenbereich auf, welcher von etwa 610 nm bis 750 nm reicht. Innerhalb des neunten Wellenlängenbereichs ist die Transmission des Beobachtungslichtfilters größer als der erste Wert L1. Hierdurch kann das Fluoreszenzlicht von PPIX das Beobachtungsfilter passieren und beobachtet werden.
Die Teilcharakteristik III hat die Aufgabe, sowohl Fluoreszenzlicht (zwischen etwa 610 nm und 740 nm) als auch solches Beleuchtungslicht durch das Beobachtungslichtfilter hindurch treten zu lassen, welches aufgrund der Teilcharakteristik II des Beleuchtungslichtfilters zu dem Objekt hin gelangt (zweiter Wellenlängenbereich 211). Deshalb können zum einen fluoreszierende Bereiche wahrgenommen werden, da das Fluoreszenzlicht das Beobachtungslichtfilter aufgrund der Teilcharakteristik III durchsetzen kann, und es können auch nicht fluoreszierende Bereiche des Objekts wahrgenommen werden, da das aufgrund der Teilcharakteristik II zu dem Objekt gelangte Licht, welches kein Fluoreszenzanregungslicht ist, das Beobachtungslichtfilter im dritten Wellenlängenbereich 215 durchsetzen kann.
Die vierte Teilcharakteristik IV des zweiten Filtersatzes entspricht im Wesentlichen der vierten Teilcharakteristik IV des ersten Filtersatzes. Dementsprechend weist sie bei Wellenlängen unterhalb der Grenzwellenlänge 207 einen vierten Wellenlängenbereich 217 auf, innerhalb dessen die Transmission kleiner ist als der zweite Wert L2 und größer ist als der dritte Wert L3. Der zweite Wert L2 ist daher ein Maximalwert für die Transmission des Beobachtungslichtfilters innerhalb des vierten Wellenlängenbereichs 217; und der dritte Wert L3 ist ein Minimalwert für die Transmission des Beobachtungslichtfilters innerhalb des vierten Wellenlängenbereichs 217.
Wie in 3B gezeigt, weist das Beleuchtungslichtfilter einen fünften Wellenlängenbereich 218 auf. Der fünfte Wellenlängenbereich 218 liegt zwischen dem ersten Wellenlängenbereich 209 und dem zweiten Wellenlängenbereich 211. Innerhalb des fünften Wellenlängenbereichs 218 ist die Transmission des Beleuchtungslichtfilters kleiner als der vierte Wert L4. Der fünfte Wellenlängenbereich dient der spektralen Trennung des ersten und zweiten Wellenlängenbereichs. Wie in 3B gezeigt, kann der fünfte Wellenlängenbereich die Grenzwellenlänge 207 umfassen.
Wie in 3C gezeigt, weist das Beobachtungslichtfilter einen sechsten Wellenlängenbereich 219 auf. Der sechste Wellenlängenbereich 219 liegt zwischen dem dritten Wellenlängenbereich 215 und dem vierten Wellenlängenbereich 217. Innerhalb des sechsten Wellenlängenbereichs 219 ist die Transmission des Beobachtungslichtfilters kleiner als der vierte Wert L4. Der sechste Wellenlängenbereich dient der spektralen Trennung des dritten und vierten Wellenlängenbereichs. Wie in 3C gezeigt, kann der sechste Wellenlängenbereich die Grenzwellenlänge 207 umfassen.
Wie in 3B und 3C gezeigt, weisen das Beleuchtungslichtfilter und das Beobachtungslichtfilter einen siebten Wellenlängenbereich 220 auf. Der siebte Wellenlängenbereich 220 liegt innerhalb des ersten Wellenlängenbereichs 209, aber außerhalb des vierten Wellenlängenbereichs 217. In der ersten Teilcharakteristik I des Beleuchtungslichtfilters beträgt die Transmission innerhalb des siebten Wellenlängenbereichs 220 wenigstens den ersten Wert L1. In der vierten Teilcharakteristik IV des Beobachtungslichtfilters beträgt die Transmission innerhalb des siebten Wellenlängenbereichs 220 höchstens den vierten Wert L4. Licht des siebten Wellenlängenbereichs, welches zur Anregung von PPIX geeignet ist, kann das Beleuchtungslichtfilter passieren, wird aber von dem Beobachtungslichtfilter geblockt, sodass dieses Anregungslicht das Licht des dritten Wellenlängenbereichs 215 und des vierten Wellenlängenbereichs 217 nicht überstrahlt.
Wie in 3B und 3C gezeigt, weisen das Beleuchtungslichtfilter und das Beobachtungslichtfilter einen achten Wellenlängenbereich 221 auf. Der achte Wellenlängenbereich 221 liegt oberhalb des zweiten Wellenlängenbereichs 211 und kann von dem neunten Wellenlängenbereich 229 umfasst sein. In der zweiten Teilcharakteristik IIa des Beleuchtungslichtfilters beträgt die Transmission innerhalb des achten Wellenlängenbereichs 221 höchstens den vierten Wert L4. Licht des achten Wellenlängenbereichs umfasst im Wesentlichen das Fluoreszenzlicht von PPIX. Damit dieses nicht vom Beleuchtungslicht überstrahlt wird, blockt das Beleuchtungslichtfilter Licht des achten Wellenlängenbereichs 221, während das Beobachtungslichtfilter Licht des achten Wellenlängenbereichs 221 transmittiert, um so das Fluoreszenzlicht beobachten zu können.
3D zeigt das Produkt aus der Transmissionscharakteristik 205 des Beleuchtungslichtfilters und der Transmissionscharakteristik 213 des Beobachtungslichtfilters. Dieses Produkt zeigt in zwei Bereichen signifikante Werte, nämlich in einer Schnittmenge 223 des ersten Wellenlängenbereichs 209 mit dem vierten Wellenlängenbereich 217 und in einer Schnittmenge 225 des dritten Wellenlängenbereichs 215 mit dem zweiten Wellenlängenbereich 211. Die beiden Schnittmengen 223, 225 sind Wellenlängenbereiche außerhalb der Fluoreszenz von PPIX. Die hohen Werte innerhalb der Schnittmengen 223, 225 tragen daher zur Sichtbarmachung nicht-fluoreszierender Objektbereiche bei. Auf diese Weise können zusätzlich zu fluoreszierenden Objektbereichen, die in der Farbe des Fluoreszenzfarbstoffs erscheinen, gleichzeitig auch nicht-fluoreszierende Objektbereiche im Wesentlichen farbtreu beobachtet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19548913 A1 [0003]

Claims

Filtersatz, umfassend: ein Beleuchtungslichtfilter (84) und ein Beobachtungslichtfilter (91), wobei eine Transmissionscharakteristik (105) des Beleuchtungslichtfilters (84) eine Summe aus einer ersten Teilcharakteristik (I) und einer zweiten Teilcharakteristik (II) ist, wobei die Transmission der ersten Teilcharakteristik (I) innerhalb eines ersten Wellenlängenbereichs (109), der unterhalb einer Grenzwellenlänge (107) liegt, größer als ein erster Wert (L1) ist; wobei die Transmission der zweiten Teilcharakteristik (II) innerhalb eines zweiten Wellenlängenbereichs (111), der oberhalb der Grenzwellenlänge (107) liegt, kleiner als ein zweiter Wert (L2) und größer als ein dritter Wert (L3) ist, wobei eine Transmissionscharakteristik (113) des Beobachtungslichtfilters (91) eine Summe aus einer dritten Teilcharakteristik (III) und einer vierten Teilcharakteristik (IV) ist, wobei die Transmission der dritten Teilcharakteristik (III) innerhalb eines dritten Wellenlängenbereichs (115), der oberhalb der Grenzwellenlänge (107) liegt, größer als der erste Wert (L1) ist; wobei die Transmission der vierten Teilcharakteristik (IV) innerhalb eines vierten Wellenlängenbereichs (117), welcher unterhalb der Grenzwellenlänge (107) liegt, kleiner als der zweite Wert (L2) und größer als der dritte Wert (L3) ist, wobei die Transmission des Beleuchtungslichtfilters (84) innerhalb eines fünften Wellenlängenbereichs (118), welcher zwischen dem ersten Wellenlängenbereich (109) und dem zweiten Wellenlängenbereich (111) liegt, kleiner als ein vierter Wert (L4) ist; wobei die Transmission des Beobachtungslichtfilters (91) innerhalb eines sechsten Wellenlängenbereichs (119), welcher zwischen dem dritten Wellenlängenbereich (115) und dem vierten Wellenlängenbereich (117) liegt, kleiner als der vierte Wert (L4) ist; wobei der vierte Wert (L4) kleiner als der dritte Wert (L3) ist, der dritte Wert (L3) kleiner als der zweite Wert (L2) ist und der zweite Wert (L2) kleiner als der erste Wert (L1) ist, wobei die Grenzwellenlänge (107) zwischen 450 nm und 550 nm liegt, wobei der erste Wellenlängenbereich (109) zwischen 350 nm und der Grenzwellenlänge liegt, wobei der zweite Wellenlängenbereich (111) zwischen der Grenzwellenlänge und 680 nm liegt, wobei der dritte Wellenlängenbereich (115) zwischen der Grenzwellenlänge und 800 nm liegt, wobei der vierte Wellenlängenbereich (117) zwischen 410 nm und der Grenzwellenlänge liegt.
Filtersatz nach Anspruch 1, wobei die Transmission der zweiten Teilcharakteristik (II) innerhalb eines achten Wellenlängenbereichs (121), der außerhalb des zweiten Wellenlängenbereichs (111), aber innerhalb des dritten Wellenlängenbereichs (115) liegt, kleiner als der vierte Wert (L4) ist; und/oder wobei die Transmission der dritten Teilcharakteristik (III) innerhalb des achten Wellenlängenbereichs (121) größer als der erste Wert (L1) ist.
Filtersatz nach Anspruch 1 oder 2, wobei der dritte Wellenlängenbereich (115) wenigstens 150 nm breit ist, insbesondere wenigstens 200 nm breit ist, weiter insbesondere wenigstens 230 nm breit ist.
Filtersatz, umfassend: ein Beleuchtungslichtfilter (84) und ein Beobachtungslichtfilter (91), wobei eine Transmissionscharakteristik (205) des Beleuchtungslichtfilters (84) eine Summe aus einer ersten Teilcharakteristik (I) und einer zweiten Teilcharakteristik (IIa) ist, wobei die Transmission der ersten Teilcharakteristik (I) innerhalb eines ersten Wellenlängenbereichs (209), der unterhalb einer Grenzwellenlänge (207) liegt, größer als ein erster Wert (L1) ist; wobei die Transmission der zweiten Teilcharakteristik (II) innerhalb eines zweiten Wellenlängenbereichs (211), der oberhalb der Grenzwellenlänge (207) liegt, größer als der erste Wert (L1) ist; wobei eine Transmissionscharakteristik (213) des Beobachtungslichtfilters (91) eine Summe aus einer dritten Teilcharakteristik (IIIa) und einer vierten Teilcharakteristik (IV) ist, wobei die Transmission der dritten Teilcharakteristik (IIIa) innerhalb eines dritten Wellenlängenbereichs (215), der oberhalb der Grenzwellenlänge (207) liegt, kleiner als ein zweiter Wert (L2) und größer als ein dritter Wert (L3) ist; wobei die Transmission der dritten Teilcharakteristik (III) innerhalb eines neunten Wellenlängenbereichs (229), der oberhalb des dritten Wellenlängenbereichs (215) liegt, größer als der erste Wert (L1) ist; wobei die Transmission der vierten Teilcharakteristik (IV) innerhalb eines vierten Wellenlängenbereichs (217), welcher unterhalb der Grenzwellenlänge (207) liegt, kleiner als der zweite Wert (L2) und größer als der dritte Wert (L3) ist, wobei die Transmission des Beleuchtungslichtfilters (84) innerhalb eines fünften Wellenlängenbereichs (218), welcher zwischen dem ersten Wellenlängenbereich (209) und dem zweiten Wellenlängenbereich (211) liegt, kleiner als ein vierter Wert (L4) ist; wobei die Transmission des Beobachtungslichtfilters (91) innerhalb eines sechsten Wellenlängenbereichs (219), welcher zwischen dem dritten Wellenlängenbereich (115) und dem vierten Wellenlängenbereich (117) liegt, kleiner als der vierte Wert (L4) ist; wobei der vierte Wert (L4) kleiner als der dritte Wert (L3) ist, der dritte Wert (L3) kleiner als der zweite Wert (L2) ist und der zweite Wert (L2) kleiner als der erste Wert (L1) ist.
Filtersatz nach Anspruch 4, wobei die Grenzwellenlänge (207) zwischen 450 nm und 550 nm liegt, wobei der erste Wellenlängenbereich (209) zwischen 350 nm und der Grenzwellenlänge liegt, und/oder wobei der zweite Wellenlängenbereich (211) zwischen der Grenzwellenlänge und 680 nm liegt, und/oder wobei der dritte Wellenlängenbereich (215) zwischen der Grenzwellenlänge und 680 nm liegt, und/oder wobei der neunte Wellenlängenbereich (229) zwischen dem dritten Wellenlängenbereich (215) und 800 nm liegt, und/oder wobei der vierte Wellenlängenbereich (217) zwischen 410 nm und der Grenzwellenlänge liegt.
Filtersatz nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Transmission der zweiten Teilcharakteristik (IIa) innerhalb eines achten Wellenlängenbereichs (221), der außerhalb des zweiten Wellenlängenbereichs (211), aber innerhalb des neunten Wellenlängenbereichs (229) liegt, kleiner als der vierte Wert (L4) ist.
Filtersatz nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der dritte Wellenlängenbereich (215) wenigstens 50 nm breit ist, insbesondere wenigstens 75 nm breit ist, weiter insbesondere wenigstens 100 nm breit ist.
Filtersatz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Transmission der ersten Teilcharakteristik (I) innerhalb eines siebten Wellenlängenbereichs (120; 220), der innerhalb des ersten Wellenlängenbereichs (109; 209), aber außerhalb des vierten Wellenlängenbereichs (117; 217) liegt, größer als der erste Wert (L1) ist; und/oder wobei die Transmission der vierten Teilcharakteristik (IV) innerhalb des siebten Wellenlängenbereichs (120; 220) kleiner als der vierte Wert (L4) ist.
Filtersatz nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Grenzwellenlänge (107; 207) zwischen 480 nm und 520 nm liegt.
Filtersatz nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der erste Wellenlängenbereich (109; 209) zwischen 380 nm und 480 nm, insbesondere zwischen 390 nm und 450 nm, liegt; und/oder wobei der zweite Wellenlängenbereich (111; 211) zwischen der Grenzwellenlänge und 620 nm, insbesondere zwischen 520 nm und 620 nm, liegt; und/oder wobei der dritte Wellenlängenbereich (115; 215) zwischen 520 nm und 760 nm liegt; und/oder wobei der vierte Wellenlängenbereich (117; 217) zwischen 410 nm und 450 nm, insbesondere zwischen 410 nm und 435 nm, liegt.
Filtersatz nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der erste Wellenlängenbereich (109; 209) wenigstens 40 nm breit ist, insbesondere wenigstens 60 nm breit ist; und/oder wobei der zweite Wellenlängenbereich (111; 211) wenigstens 50 nm breit ist, insbesondere wenigstens 70 nm breit ist, weiter insbesondere wenigstens 90 nm breit ist; und/oder wobei der vierte Wellenlängenbereich (117; 217) wenigstens 10 nm breit ist, insbesondere wenigstens 20 nm breit ist, weiter insbesondere wenigstens 40 nm breit ist.
Filtersatz nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der erste Wellenlängenbereich (109; 209) und der vierte Wellenlängenbereich (117; 217) einander überlappen; und/oder wobei der zweite Wellenlängenbereich (111; 211) und der dritte Wellenlängenbereich (115; 215) einander überlappen.
Filtersatz nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der erste Wellenlängenbereich (109; 209) den vierten Wellenlängenbereich (117; 217) umfasst; und/oder wobei der dritte Wellenlängenbereich (115; 215) den zweiten Wellenlängenbereich (111; 211) umfasst.
Filtersatz nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der erste Wert (L1) 50%, 70% oder 90% beträgt; und/oder wobei der zweite Wert (L2) 10%, 5% oder 1% beträgt; und/oder wobei der dritte Wert (L3) 0,01%, 0,05% oder 0,1% beträgt; und/oder wobei der vierte Wert (L4) 0,005% oder 0,001% oder 0,0001% beträgt.
Filtersatz nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Beleuchtungslichtfilter (84) und der Beobachtungslichtfilter (91) so konfiguriert sind, dass ein Verhältnis eines ersten Mittelwerts zu einem zweiten Mittelwert zwischen 0,5 und 1,5, insbesondere zwischen 0,8 und 1,2, liegt, wobei der erste Mittelwert definiert ist als das Produkt der Transmission des Beleuchtungslichtfilters (84) mit der Transmission des Beobachtungslichtfilters (91) und mit einem wellenlängenabhängigen Faktor, gemittelt über die Schnittmenge des ersten Wellenlängenbereichs (109; 209) mit dem vierten Wellenlängenbereich (117; 217) und normiert auf diese Schnittmenge, und wobei der zweite Mittelwert definiert ist als das Produkt der Transmission des Beleuchtungslichtfilters (84) mit der Transmission des Beobachtungslichtfilters (91) und mit einem wellenlängenabhängigen Faktor, gemittelt über die Schnittmenge des zweiten Wellenlängenbereichs (111; 211) mit dem dritten Wellenlängenbereich (115; 215) und normiert auf diese Schnittmenge, wobei der wellenlängenabhängigen Faktor 1 ist oder der relative spektrale Hellempfindlichkeitsgrad des Auges V(λ), definiert gemäß CIE (Commission Internationale de l'Eclairage) 018.2-1983, ist.
Filtersatz nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der fünfte Wellenlängenbereich (118; 218) die Grenzwellenlänge (107; 207) umfasst; und/oder wobei der fünfte Wellenlängenbereich (118; 218) wenigstens 20 nm, wenigstens 40 nm oder wenigstens 60 nm breit ist; und/oder wobei der sechste Wellenlängenbereich (119; 219) die Grenzwellenlänge (107; 207) umfasst; und/oder wobei der sechste Wellenlängenbereich (119; 219) wenigstens 20 nm, wenigstens 40 nm oder wenigstens 60 nm breit ist.
Fluoreszenzbeobachtungssystem zur gleichzeitigen Beobachtung von Protoporphyrin IX und eines weißlichtähnlichen Bildes eines Objekts, umfassend: eine Lichtquelle (71) zur Beleuchtung des Objekts (9), eine Beobachtungsoptik (3) zur Abbildung des Objekts (9) und einen Filtersatz nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Beleuchtungsfilter (84) in einem Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Lichtquelle (72) und dem Objekt (9) angeordnet ist und das Beobachtungslichtfilter (91) in einem Strahlengang der Beobachtungsoptik (3) angeordnet ist.
Verfahren zur gleichzeitigen Beobachtung von Protoporphyrin IX und eines weißlichtähnlichen Bildes eines Objekts unter Verwendung des Filtersatzes nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Verfahren umfasst: Filtern eines Beleuchtungslichtstrahls (81), welcher auf das mit Protoporphyrin IX angereicherte Objekt (9) gerichtet wird, mit dem Beleuchtungsfilter (84) des Filtersatzes, und Filtern von von dem Objekt (9) ausgehendem Licht mit dem Beobachtungslichtfilter (91) des Filtersatzes.