DE10341285A1

DE10341285A1 - Operationsmikroskop mit Spektrometer

Info

Publication number: DE10341285A1
Application number: DE10341285A
Authority: DE
Inventors: Hans Adolf Von Derschau
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2003-09-04
Filing date: 2003-09-04
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2023-09-05
Also published as: DE10341285B4

Abstract

Bei einem Operationsmikroskop (1) mit einem Mikroskop-Hauptobjektiv (4) und mit einer Okulareinheit (6), welche für einen Beobachter die Untersuchung eines Operationsgebietes ermöglicht, ist eine Beleuchtungseinrichtung (7, 8, 10) vorgesehen, die Beleuchtungslicht (8) für das Operationsgebiet (3) bereitstellt. Erfindungsgemäß enthält das Operationsmikroskop (1) ein Spektrometersystem (13), dem gestreutes Beleuchtungslicht (12) aus dem Operationsgebiet (3) zugeführt wird, um dieses spektral auszuwerten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Operationsmikroskop mit einem Mikroskop-Hauptobjektiv, welches für einen Beobachter die Untersuchung eines Operationsgebietes ermöglicht und bei dem eine Beleuchtungseinrichtung vorgesehen ist, die Beleuchtungslicht in dem Operationsgebiet bereitstellt. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Betrieb eines Operationsmikroskops.

Ein Operationsmikroskop der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der DE 40 28 605 C2 bekannt. Dort ist ein Operationsmikroskop beschrieben, bei dem für einen Beobachter mit einem binokularen Beobachtungsstrahlengang die Untersuchung eines Objektbereiches durch ein Mikroskop-Hauptobjektiv möglich ist und bei dem sich für den Beobachter ein stereoskopischer Bildeindruck ergibt. Bei diesem Operationsmikroskop wird Beleuchtungslicht durch das Mikroskop-Hauptobjektiv hindurch bereitgestellt. Mittels verstellbarer Spiegelelemente wird ein Einfallswinkel für Beleuchtungslicht auf das Operationsgebiet einstellbar gehalten.

In der US 2002/0151774 A1 ist eine Vorrichtung zur Untersuchung des Augeninneren eines Patienten beschrieben. Dabei wird das Augeninnere mittels einer Lichtquelle durch die Netzhaut hindurch beleuchtet. Das aus dem Augeninneren zurückgestreute Licht wird mit einer Sammellinse aufgefangen und über Lichtleiter einem Spektrometer zugeführt. Durch spektrale Analyse des Lichts aus dem Augeninneren kann auf die Konzentration von Bestandteilen des Bluts, welches im Auge fließt, geschlossen werden. Indem der Blutbahn eines Patienten Farbstoffe zugeführt werden, ist es beispielsweise möglich, aus einer Zeitentwicklung des Spektrums von Blut im Auge auf die Funktionen der Nieren des Patienten zu schließen.

Die US 6,405,073 B1 offenbart ein Spektrometer mit Gehäuse, das in einem chirurgischen Instrument aufgenommen werden kann und dabei in das Körperinnere einführbar ist. Das Spektrometer hat eine Lichtquelle, mit der Körpergewebe zu Fluoreszenz angeregt werden kann. Weiter sind bei dem Spektrometer zwei PIN-Photodioden vorgesehen, denen dann das erzeugte Fluoreszenzlicht von Körpergewebe über zwei Bandpassfilter zugeführt wird.

Es ist bekannt, dass durch Auswertung von Fluoreszenzspektren gesundes von krebsbefallenem Körpergewebe unterschieden werden kann. Die unterschiedlichen Fluoreszenzspektren haben dabei ihre Ursache in der andersartigen chemischen Zusammensetzung des betreffenden Gewebes.

Insbesondere in der Neurochirurgie ist es von Interesse, tumorbefallenes Gebewebe zweifelsfrei von gesundem zu unterscheiden.

Hierzu ist es bekannt, einem menschlichen Körper Kontrastmittel zuzuführen. Dieses Kontrastmittel enthält Farbstoffe, die durch geeignete Beleuchtung zu Fluoreszenz angeregt werden können. Farbstoffe dieses Kontrastmittels lagern sich in gesundem und tumorbefallenem Gewebe mit unterschiedlicher Konzentration ab. Wird ein Körperteil mit gesundem und tumorbefallenem Gewebe geeignet beleuchtet, so kann durch Auswerten von Fluoreszenzlicht ein Krebstumor sichtbar gemacht werden.

In der US 4,877,960 ist ein Lichtmikroskop mit Fourrier-Transform-IR-Spektrometer beschrieben. Bei diesem Lichtmikroskop kann eine Probe wahlweise in einem Reflexions- oder Transmissionsmodus spektroskopisch untersucht oder klassisch mit dem Licht-Mikroskop betrachtet werden. Ein gleichzeitiger Betrieb von Lichtmikroskop und Spektrometer ist jedoch nicht möglich.

Die GB 2299402 offenbart ein Lichtmikroskop mit IR-Spektrometer, bei dem Infrarotstrahlung mit Beleuchtungslicht überlagert wird, dessen Wellenlänge im sichtbaren Spektralbereich liegt. Die Anordnung umfasst einen Strahlteiler, der durch die Probe transmittiertes sichtbares Licht auskoppelt, IR-Strahlung dagegen aber nicht ablenkt. Das sichtbare Licht wird einer Lichtmikroskopeinheit und die IR-Strahlung einem Detektor für IR-Strahlung zugeführt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Operationsmikroskop bereitzustellen und so zu betreiben, dass es einem Operateur ermöglicht wird, zweifelsfrei gesundes von krankem Gewebe zu unterscheiden.

Diese Aufgabe wird mit einem Operationsmikroskop der eingangs genannten Art gelöst, bei dem ein Spektrometersystem vorgesehen ist, dem in dem Operationsgebiet gestreutes Beleuchtungslicht zugeführt wird, um dieses gestreute Beleuchtungslicht spektral auszuwerten. Unter einem Spektrometersystem wird dabei eine Vorrichtung verstanden, die eine Zerlegung von Licht nach Wellenlängen z.B. mittels Dispersion ermöglicht, etwa Dispersion an einem Beugungsgitter oder Prisma. In jedem Fall ermöglicht das Spektrometersystem die Bestimmung der spektralen Intensität eines Spektrums an wenigstens 4 Stützstellen. Indem das Streulicht über einen weiten Spektralbereich hinweg spektral analysiert wird, ist eine genaue Gewebediagnose möglich.

In Weiterbildung der Erfindung wird das Beleuchtungslicht durch das Mikroskop-Hauptobjektiv hindurch auf das Operationsgebiet gerichtet. Auf diese Weise wird ein großer Freiraum für Bewegungen der Hände eines Operateurs unterhalb eines Operationsmikroskop-Hauptobjektivs erzielt.

In Weiterbildung der Erfindung sind Mittel zum Verstellen eines mit Beleuchtungslicht beleuchteten Bereiches auf dem Operationsgebiet vorgesehen. Auf diese Weise wird für einen Operateur ein bequemes Aussuchen für einen Bereich, der diagnostiziert werden soll, ermöglicht.

In Weiterbildung der Erfindung wird dem Spektrometersystem das in dem Operationsgebiet gestreute Beleuchtungslicht durch das Mikroskop-Hauptobjektiv hindurch zugeführt. Auf diese Weise wird ein großer freier Arbeitsraum auf der objektzugewandten Seite des Operationsmikroskops gewährleistet.

In Weiterbildung der Erfindung sind bei dem Opertionsmikroskop Mittel zum Auswählen eines Bereiches aus dem Operationsgebiet vorgesehen, aus welchem dem Spektrometersystem Streulicht zugeführt wird. Auf diese Weise wird eine präzise lokale Gewebediagnose ermöglicht.

Indem mit einem Operationsmikroskop ein Operationsgebiet beleuchtet und das vom Operationsgebiet gestreute Beleuchtungslicht spektral analysiert wird, kann aus der spektralen Zusammensetzung des gestreuten Beleuchtungslichts auf die Art des im Operationsgebiet vorhandenen Gewebes geschlossen werden und somit bei laufendem Operationsbetrieb gesundes von krankem Gewebe unterschieden werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind anhand der einzigen Figur erläutert und werden nachfolgend beschrieben:
Die einzige Figur zeigt ein Operationsmikroskop 1, welches mit einem Beobachtungsstrahlengang 2 die Beobachtung eines Operationsgebietes 3 ermöglicht. Das Operationsmikroskop 1 hat ein Mikroskop-Hauptobjektiv 4, dem ein Vergrößerungssystem 5 mit Okulareinheit 6 zugeordnet ist. Das Operationsmikroskop 1 umfasst weiter eine Lichtquelle 7. Diese Lichtquelle 7 stellt Beleuchtungslicht 8 für das Operationsgebiet 3 bereit. Der Lichtquelle 7 ist ein Linsenelement 9 zugeordnet, das einen Beleuchtungsstrahlengang bewirkt, der auf ein Spiegelelement 10 trifft. Dieses Spiegelelement 10 lenkt den Beleuchtungsstrahlengang durch eine Strahlteilereinheit 11 hindurch zu dem Mikroskop-Hauptobjektiv 4 und dem Operationsgebiet 3.
Das im Operationsgebiet 3 gestreute Beleuchtungslicht 8 wird als Streulicht 12 zumindest teilweise durch das Mikroskop-Hauptobjektiv 4 hindurch von der Strahlteilereinheit 11 aufgefangen und einem Spektrometersystem 13 zugeführt.
Das Linsenelement 9 für Beleuchtungslicht, das Spiegelelement 10 und das Strahlteilerelement 11 sind justierbar gehalten. Durch Verstellen von Spiegelelement 10 und gegebenenfalls auch von Linsenelement 9 kann die Position und entsprechend die Größe eines beleuchteten Bereiches 14 im Operationsgebiet 3 eingestellt werden. Indem die Position des Strahlteilerelements 11 an den beleuchteten Bereich 14 im Operationsgebiet 3 angepasst wird, ist es möglich, gezielt das Streulicht 12 aus einem wählbaren Bereich 14 des Operationsgebietes 3 zu erfassen und spektral auszuwerten. Bei dem gezeigten Operationsmikroskop 1 sind hierzu das Spiegelelement 10 und das Strahlteilerelement 11 kippbar gelagert. Sie können eine mit Pfeilen 15, 16, 17 und 18 angedeutete Bewegung ausführen. Das Strahlteilerelement 11 lenkt das aus dem beleuchteten Bereich 14 im Operationsgebiet 3 erfasste Streulicht 12 über ein Linsenelement 19 zu einer Detektoreinheit 20. Das Linsenelement 19 gewährleistet, dass bei unterschiedlichen Stellungen des Strahlteilerelements 11 stets Streulicht zu der Detektoreinheit 20 gelangt.
Der Detektoreinheit 20 im Spektrometersystem 13 ist eine nicht weiter dargestellte Wellenlängenselektiereinheit zugeordnet. Eine Auswertestufe 21 stellt ein spektrales Intensitätssignal für Streulicht in Abhängigkeit der Wellenlänge bereit. Das Spektrometersystem 13 kann insbesondere auch für Ramanspektroskopie ausgelegt sein.
Ein rauscharmes Signal des Spektrometersystems 13 wird ermöglicht, indem das Licht der Lichtquelle 7 moduliert und phasenempfindlich nachgewiesen wird. Anstatt Licht im sichtbaren Spektralbereich zu erzeugen, ist es auch möglich, eine Infrarotlichtquelle oder eine Lichtquelle für UV einzusetzen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform für das erfindungsgemäße Operationsmikroskop sind Lichtquellen für den sichtbaren, den infraroten und den UV-Bereich vorgesehen, zwischen denen hin- und hergeschaltet werden kann. Es sei bemerkt, dass als Lichtquelle auch ein Festkörperlaser eingesetzt werden kann.
Die spektrale Auswertung des im Operationsgebiet 3 gestreuten Lichts ermöglicht, eine lokale Gewebediagnose im Operationsgebiet vorzunehmen. Malignes, beispielsweise krebsbefallenes Gewebe unterscheidet sich von gesundem Gewebe in der Regel nämlich durch unterschiedliches Absorptions- und Reflexions- bzw. Streuverhalten im sichtbaren und unsichtbaren Spektralbereich.
Durch genaues Erfassen und Auswerten eines Spektrums von Streulicht in einem Bereich eines Operationsgebietes 3 lässt sich durch geeignete Wahl des Spektralbereichs und passende Differenzierungsmethoden ohne mechanische Probenentnahme Gewissheit darüber erzielen, ob Gewebe bösartig ist oder nicht. Insbesondere ist es durch entsprechende Einstellung des beleuchteten Bereichs 14 und des Bereichs, aus dem Streulicht 12 für spektrale Analyse aufgefangen wird, kleine und kleinste Verdachtszonen genau auszuwählen und ohne Eingriff zu untersuchen. Als Differenzierungsmethoden eignen sich insbesondere neben einfacher Auswertung des Streulichtspektrums auch Ramanspektroskopie und im Falle von Lumineszenzanregung das spektrale Ausblenden des Beleuchtungslichtanteils an dem erfassten Streulicht.
Bei dem in der Figur gezeigten Operationsmikroskop 1 wird nur ein vergrößerungsabhängiger kleiner Teil des mikroskopischen Gesichtsfeldes als Messfeld genutzt. Praktisch erscheint dies so wie eine „Spot"-Belichtungszone bei einer Photokamera, die durch einen kleinen Kreis im Bildzentrum zu erkennen ist. Dieser Kreis beschreibt dort eine von der gewählten Brennweite abhängige Messfläche im Objekt. Grundsätzlich wäre es natürlich auch möglich, sämtliches Streulicht aus dem Operationsgebiet 3 aufzufangen und einer spektralen Analyse zu unterziehen.
Anstatt dem Operationsgebiet 3 Beleuchtungslicht durch das Mikroskop-Haupobjektiv 4 hindurch zuzuführen, ist es auch möglich, dieses mit einem Beleuchtungsstrahlengang zu beleuchten, der am Mikroskop-Hauptobjektiv vorbeigeführt ist. In entsprechender Weise kann das Streulicht aus dem Operationsgebiet auch am Mikroskop-Hauptobjektiv 4 vorbei direkt einem Spektrometersystem zugeführt werden.

Claims

Operationsmikroskop (1) – mit einem Mikroskop-Hauptobjektiv (4), welches für einen Beobachter mit einem Beobachtungsstrahlengang (2) die Untersuchung eines Operationsgebietes (3) ermöglicht, und – mit einer Beleuchtungseinrichtung (7, 9, 10), die Beleuchtungslicht (8) für das Operationsgebiet (3) bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Spektrometersystem (13) vorgesehen ist, dem in dem Operationsgebiet (5) gestreutes Beleuchtungslicht (12) zugeführt wird, um das gestreute Beleuchtungslicht (12) spektral auszuwerten.
Operationsmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungslicht (8) durch das Mikroskop-Hauptobjektiv (4) hindurch auf das Operationsgebiet (3) trifft.
Operationsmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (9, 10) zum Verstellen eines mit Beleuchtungslicht (8) beleuchteten Bereiches (14) auf dem Operationsgebiet (3) vorgesehen sind.
Operationsmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Spektrometersystem (13) in dem Operationsgebiet (5) gestreutes Beleuchtungslicht (12) durch das Mikroskop-Hauptobjektiv (4) hindurch zugeführt wird.
Operationsmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Auswählen eines Bereichs (14) aus dem Operationsgebiet (3) vorgesehen sind, aus welchem dem Spektrometersystem (13) Streulicht (12) zugeführt wird.
Operationsmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Spektrometersystem (13) für den sichtbaren Spektralbereich und/oder den infraroten Spektralbereich und/oder den nahen infraroten Spektralbereich und/oder den ultravioletten Spektralbereich und/oder den nahen ultravioletten Spektralbereich und/oder für Ramanspektroskopie ausgelegt ist.
Verfahren zum Betrieb eines Operationsmikroskops, insbesondere eines gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildeten Operationsmikroskops, bei dem ein Operationsgebiet (5) beleuchtet wird und das im Operationsgebiet (5) gestreute Beleuchtungslicht (12) spektral analysiert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass aus der spektralen Zusammensetzung des gestreuten Beleuchtungslichts (12) auf die Art des im Operationsgebiet (5) vorhandenen Gewebes geschlossen wird.