Es ist Aufgabe der Erfindung, eine
Vorrichtung anzugeben, mit der es schnell und bei einer großen Zahl
von Substanzen möglich
wird, diese im Körper
nachzuweisen und zu lokalisieren.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung
der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem
in den Körper
einführbaren
Sondenkörper
mindestens ein Biochip angeordnet ist, der bei Kontakt mit der bestimmten
Substanz ein elektrisches Signal erzeugt, daß der Biochip mit einer das
elektrische Signal empfangenden Datenverarbeitungsanlage verbunden
ist, und daß eine Einrichtung
zur Bestimmung der Lage des Biochips relativ zu dem Körper vorgesehen
ist.
Die beschriebene Vorrichtung weist
also mindestens einen Biochip auf. Unter Biochip werden Bauteile
verstanden, die in der Lage sind, spezifisch auf eine ganz bestimmte
Körpersubstanz
zu reagieren und bei deren Anwesenheit ein elektrisches Signal zu
erzeugen. Vorzugsweise handelt es sich dabei um Bauteile, die Substanzen
mit einer ganz bestimmten DNA-Sequenz selektiv an sich binden und
ein elektrisches Signal zu erzeugen, wenn eine solche selektive
Bindung eingetreten ist.
Es sind Biochips bekannt, die beispielsweise DNA-Ketten
an sich binden, die über
eine Länge
von etwa 10 bis 20 DNA-Komponenten mit einer gesuchten Komponentenfolge übereinstimmen,
so daß eine extreme
Selektivität
möglich
ist. Es kann sich bei derartigen Biochips beispielsweise handeln
um Chips mit einen Siliziumsubstrat und darin integrierten elektrischen
Bauelementen, die mit einer Fängersubstanz
für die
bestimmte DNA-Sequenz so verbunden sind, daß beim Anlagern von DNA-Molekülen mit
der gesuchten Sequenz kleine Ströme
erzeugt werden, die von den elektrischen Bauelementen des Chips gemessen
und verstärkt
und dann über
Anschlüsse des
Chips weitergeleitet werden können.
Derartige Biochips werden beispielsweise beschrieben in ei nem Artikel
von Helmuth Lemme „Gen-Identifikation elektronisch" in der Zeitschrift
Elektronik 1/2002, Seiten 38 bis 45, WEKA Fachzeitschriftenverlag
GmbH, Poing, Deutschland.
Unter dem Sammelbegriff Biochips
sollen vorwiegend derartige Bauelemente verstanden werden, es fallen
aber unter diesen Begriff auch anders strukturierte Bauelemente,
denen allerdings gemeinsam ist, daß sie sehr klein sind und nach
Art eines elektrischen Chips aufgebaut sind, so daß beim Kontakt
mit einer bestimmten Substanz selektiv ein elektrisches Signal erzeugt
wird. Derartige Biochips können
Abmessungen in der Größenordnung
bis zu 10 mm aufweisen, vorzugsweise sind sie jedoch kleiner und
weisen maximale Erstrekkungen in der Größenordnung von 5 mm oder weniger
auf.
Die Einrichtung zur Bestimmung der
Lage des Biochips kann ein Navigationssystem mit einem Sondenkörper und
an diesem festgelegten Markierelementen umfassen. Dieses Navigationssystem
kann die Lage des Sondenkörpers
relativ zum untersuchten Körper
in an sich bekannter Weise bestimmen, und wenn die Lage des Biochips
im Sondenkörper unveränderlich
ist, kann man daraus auch die genaue Position des Biochips relativ
zum untersuchten Körper
feststellen.
Bei einem Sondenkörper, der verformbar ist, beispielsweise
verbiegbar, ist gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
vorgesehen, daß dieser
mindestens über
einen Teil seiner Länge
einen faseroptischen Positionsgeber trägt, dessen Form und dessen
Lage im Raum über
seine Länge
mittels der Datenverarbeitungsanlage erfaßbar ist.
Derartige faseroptische Positionsgeber
umfassen in der Regel ein Bündel
von nebeneinander angeordneten Glasfasern, deren Lichtleiteigenschaften
abhängig
sind von einer Biegung der Faser. Wenn die Faser stark gebogen wird,
wird der Austritt einer durch die Lichtleitfaser gesandten Strahlung
erhöht,
die Polarisation dieser Strahlung ändert sich abhängig von
der Richtung der Biegung. Eine Abstrahlung von Strahlung ist allerdings
nur in bestimmten Bereichen längs
der Faser möglich,
da diese Bereiche beispielsweise durch eine fehlende Umhüllung gegenüber der übrigen Menge
der Faser verändert sind.
Wenn diese Bereiche über
die Länge
des Faserbündels
so verteilt sind, daß jede
Faser an einer anderen Stelle einen derartigen Bereich aufweist, kann
man die Biegung des gesamten Faserbündels über seinen gesamten Längenbereich
bestimmen, und diese Biegung gibt dann Auskunft über die Verformung des Sondenkörpers. Kombiniert
man einen solchen Positionsgeber mit einem Markierelement am Sondenkörper, lassen
sich auf diese Weise nicht nur die Lage des Sondenkörpers relativ
zu dem untersuchten Körper
bestimmen, sondern auch der gesamte Verlauf und damit auch bei einem
verformbaren Sondenkörper
die jeweilige Lage des Biochips im untersuchten Körper.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn
der Sondenkörper
in bestimmten Relativabständen
zueinander mehrere Biochips trägt,
deren Position am Sondenkörper
in der Datenverarbeitungsanlage gespeichert ist. Auf diese Weise
kann der Sondenkörper
an unterschiedlichen Stellen des untersuchten Körpers gleichzeitig nach der
bestimmten Substanz suchen.
Insbesondere können die Biochips in einer Reihe
nebeneinander angeordnet sein, so daß man genau feststellen kann,
in welchen Bereichen längs dieser
Reihe die gesuchte Substanz vorhanden ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, daß der
Sondenkörper
einen Längskanal
aufweist und daß entlang
dieses Längskanals mehrere
Biochips in definiertem Abstand zueinander angeordnet sind. Dieser
Längskanal
kann als Katheter, als Hohlnadel oder dergleichen ausgebildet sein. Beim
Einführen
eines solchen Sondenkörpers
in den Körper
kann längs
des Kanales an den jeweiligen Orten der Biochips jeweils eine Bestimmung
der gesuchten Substanz erfolgen, so daß man auf diese Weise auch
einen Körperbereich
feststellen kann, in dem eine solche gesuchte Substanz aufzufinden
ist, beispielsweise eine entartete Krebszellenart. Das heißt man kann
auf diese Weise die Erstreckung eines Tumors feststellen.
Es ist vorteilhaft, wenn der Biochip
nebeneinander Meßstellen
für unterschiedliche
Substanzen aufweist. Während
also grundsätzlich
möglich
ist, Biochips zu verwenden, die nur auf eine ganz bestimmte Substanz
selektiv ansprechen, kann mit derartigen Biochips ein ganzes Spektrum
von unterschiedlichen Substanzen gleichzeitig detektiert werden,
so daß aufeinanderfolgende
Untersuchungen nicht mehr notwendig sind.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn
der Biochip eine elektrische Schaltung aufweist, die elektrische
Signale der verschiedenen Meßstellen
nacheinander über
eine längs
des Sondenkörpers
verlaufende Signalleitung sendet. Diese serielle Datenübertragung
reduziert die Zahl der Anschlüsse
des Biochips und ermög licht
einen einfacheren Aufbau des Biochips und der gesamten Biochipanordnung.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, daß der Datenverarbeitungsanlage
eine Anzeigeeinrichtung zugeordnet ist, auf der in der Datenverarbeitungsanlage
gespeicherte Strukturdaten des Körpers überlagert
mit Positionsdaten der Biochips im Körper darstellbar sind. Der
Operateur kann auf der Anzeigeeinrichtung damit die Lage der einzelnen
Biochips im Körper
unmittelbar beobachten. Zusätzlich
kann vorgesehen sein, daß die
Anzeigeeinrichtung die Biochips, die beim Kontakt mit der bestimmten
Substanz ein elektrisches Signal erzeugen, unterschiedlich darstellt
von den Biochips, die ohne einen solchen Kontakt mit der bestimmten
Substanz sind und daher kein solches elektrisches Signal erzeugen.
Bei der Darstellung wird also nicht nur die Lage aller Biochips im
Körper
deutlich, sondern man kann gleichzeitig ablesen, welche der Biochips
auf die gesuchte Substanz getroffen sind, so daß man auf diese Weise beispielsweise
die Ausdehnung eines Tumors unmittelbar im Vergleich zu den übrigen Körperstrukturdaten beobachten
kann.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung.
Es zeigen:
1:
eine schematische Darstellung eines mit einer Vielzahl von Biochips
versehenen katheterartigen Sondenkörpers mit einem Navigationssystem beim
Einführen
in den Arm eines Patienten;
2:
eine vergrößerte Längsschnittansicht des
Sondenkörpers
der 1 mit in einen schlauchförmigen Sondenkörper eingeschobenen
Biochips und
3:
eine Ansicht ähnlich 2 mit Biochips, die im Sondenkörper durch
eine Vergießmasse
festgelegt sind.
Die in den 1 und 2 dargestellte
Vorrichtung umfaßt
einen Sondenkörper 1 in
Form eines Hohlkatheters, eines Schlauches oder einer Hohlnadel
mit einer Außenwand 2 und
einem von dieser umgebenen Längskanal 3.
Der Sondenkörper
ist flexibel ausgestaltet und endet in einem starren Rohrstück 4.
Im Inneren des Längskanals 3 sind über dessen
Länge verteilt
in gegenseitigem Abstand voneinander eine Vielzahl von Biochips 5 angeordnet,
und zwar derart, daß diese
Biochips mit der Umgebung des Sondenkörpers 1 durch die
Außenwand 2 hindurch
in Verbindung stehen. Eine Steuerleitung 6 verbindet die
Biochips 5 mit einer Datenverarbeitungsanlage 7,
es kann sich dabei um eine Steuerleitung handeln, über die
von den Biochips 5 erzeugte elektrische Signale nacheinander
der Datenverarbeitungsanlage 7 zugeführt werden, es ist aber auch möglich, jeden
Biochip 5 mit einer eigenen Steuerleitung mit der Datenverarbeitungsanlage 7 zu
verbinden, der Ausdruck „Steuerleitung 6" steht dann
für das
Bündel
dieser Steuerleitungen.
Die Biochips 5 sind in an
sich bekannter Weise so ausgebildet, daß sie selektiv beim Kontakt
mit einer bestimmten Umgebungssubstanz ein elektrisches Sig nal erzeugen,
beispielsweise mit einem bestimmten Typ einer Krebszelle oder mit
einem bestimmten Protein. Dabei können die Biochips 5 auch so
aufgebaut sein, daß sie
mehrere derartige Meßstellen
aufweisen, die für
unterschiedliche Substanzen spezifisch sind.
An dem Rohrstück 4 des Sondenkörpers 1 ist ein
Markierelement 8 starr festgelegt, das beispielsweise drei
kugelförmige
Reflexionskörper
für Infrarotstrahlung
trägt und
dessen Position im Raum durch ein ortsfestes Navigationssystem 9 bestimmt
werden kann. Dieses Navigationssystem 9 kann beispielsweise
in bekannter Weise Infrarotsender und Infrarotkameras umfassen,
die von den Reflexionselementen des Markierelementes 8 reflektierte
Infrarotstrahlung empfangen und daraus die Position des Markierelementes 8 bestimmen.
Ein gleichartiges Markierelement 10 kann am
Körper
eines Patienten festgelegt werden, im dargestellten Ausführungsbeispiel
am Arm 11 eines Patienten, so daß auf diese Weise auch die
Lage des Armes 11 im Raum über das Navigationssystem 9 bestimmt
werden kann.
In die Außenwand 2 des Sondenkörpers 1 ist ein
Glasfaserbündel 12 eingebettet,
das sich über
die gesamte Länge
des Sondenkörpers 1 erstreckt.
Dieses Glasfaserbündel 12 steht über eine
in der Zeichnung nicht dargestellte weitere Steuerleitung mit der Datenverarbeitungsanlage 7 in
Verbindung, so daß diese
Datenverarbeitungsanlage mit Signalen versorgt wird, die ihr ermöglicht,
den gesamten Verlauf des Glasfaserbündels 12 und damit
des Sondenkörpers 1 über dessen
Länge zu
bestimmen.
Der Datenverarbeitungsanlage 7 ist
weiterhin ein Anzeigegerät 13 in
Form eines Monitors zugeordnet, auf diesem Anzeigegerät 13 können in
einem Speicher der Datenverarbeitungsanlage 7 abgelegte Strukturdaten
des untersuchten Körperteils,
also beispielsweise des Armes 11, angezeigt werden und diesen überlagert
ein Bild des Sondenkörpers 1 mit den
darin angeordneten Biochips 5. Bei dieser Überlagerung
der Darstellung werden die relativen räumlichen Zuordnungen des Armes 11 einerseits
und des Sondenkörpers 1 andererseits
durch das Navigationssystem 9 berücksichtigt, die Lage des Sondenkörpers 1 im
Bereich des Rohrstückes 4 kann über das
Markierelement 8 bestimmt werden, der gesamte Verlauf ausgehend
von dem Rohrstück 4 durch
die von dem Glasfaserbündel 12 erzeugten
Positionssignale.
Auf dem Anzeigegerät erhält man damit
eine Überlagerung
der beiden Bilder, so daß man
genau sehen kann, wie der Sondenkörper 1 relativ zu
dem Arm 11 positioniert ist.
Zur Untersuchung wird der Sondenkörper 1 in
den zu untersuchenden Körperbereich
eingeschoben, also beispielsweise in den Arm 11, dies ist
in der Darstellung der 1 nur
sehr schematisch dargestellt. Wenn innerhalb des Körpers einer
der Biochips 5 mit der gesuchten Substanz oder mit einer
der gesuchten Substanzen in Berührung
kommt, erzeugt der jeweilige Biochip 5 ein elektrisches
Signal, das ebenfalls der Datenverarbeitungsanlage 7 zugeführt wird.
In der Datenverarbeitungsanlage 7 ist aufgrund der beschriebenen
Positionsbestimmung die genaue Lage des jeweiligen Biochips 5 im
untersuchten Körperteil
bekannt, so daß dadurch
auch festgestellt werden kann, an welcher Stelle des untersuchten Körperteils
eine spezifische Substanz aufgefunden worden ist. Auf dem Anzeigegerät 13 kann
dies dadurch kenntlich gemacht werden, daß die Biochips 5, die
ein entsprechendes Signal nach Kontakt mit der gesuchten Substanz
erzeugen, markiert werden, beispielsweise durch eine andere Farbgebung.
Dadurch erkennt die behandelnde Person sofort, in welchem Bereich
des Körpers
gesuchte Substanzen aufgefunden worden sind und wie weit sich diese
im Körper erstrecken.
Der Sondenkörper 1 kann gegebenenfalls mehrfach
in den Körper
eingeschoben werden, um unterschiedliche Positionen einzunehmen,
so daß größere Bereiche
auf diese Weise abgetastet und untersucht werden können. Es
gelingt auf diese Weise zum Beispiel, die Erstreckung eines Tumors
festzustellen, da die im Tumor aufzufindenden Krebszellen bestimmte
veränderte
DNA-Sequenzen zeigen,
die selektiv festgestellt werden können.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Sondenkörpers 1 sind
die Biochips 5 in eine rohrähnliche Struktur eingeschoben
und werden zwischen den Außenwänden 2 gehalten.
Bei der Ausgestaltung der 3 ist eine etwas abgewandelte
Ausführung
gewählt,
einander entsprechende Teile tragen dieselben Bezugszeichen. Die
Biochips 5, die über
die Steuerleitung 6 miteinander verbunden sind, werden
hier durch eine Vergießmasse 14 in
den Zwischenräumen
zwischen den Biochips aneinandergekoppelt, diese Masse kann je nach
Wunsch starr oder elastisch sein, insbesondere bei einer elastischen
oder verformbaren Ausgestaltung ist es sinnvoll, zusätzlich auch
noch ein Glasfaserbündel 12 einzubetten.