DE19639653A1 - Diagnostic apparatus using fluorescence- or light induced- reaction in vivo - Google Patents
Diagnostic apparatus using fluorescence- or light induced- reaction in vivoInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur "in vivo-Diagnose" mittels einer durch einen körpereigenen oder körperfremden Photosensibilisator lichtinduzierten Reaktion in biologischem Gewebe.The invention relates to a device for "in Vivo Diagnosis "by means of a body's own or non-body photosensitizer light-induced Reaction in biological tissue.
Das mit einer derartigen Vorrichtung ausgeführte Diagnose-Verfahren wird in der medizinischen Fachsprache auch als photodynamische Diagnose (PDD) oder als Fluoreszenz-Diagnose bezeichnet. Ferner ist bekannt" Photosensibilisa toren zur photodynamischen Therapie (PDT) einzusetzen. Hierzu wird auf die WO 93/20810 verwiesen" auf die im üb rigen hinsichtlich der Erläuterung aller hier nicht näher beschriebenen Begriffe und Verfahrensschritte ausdrücklich Bezug genommen wird.The diagnostic method carried out with such a device is also used in medical terminology as photodynamic diagnosis (PDD) or as fluorescence diagnosis designated. Also known is "Photosensibilisa use gates for photodynamic therapy (PDT). For this purpose, reference is made to WO 93/20810 "to the above not with regard to the explanation of all here expressly described terms and process steps Reference is made.
Es ist ferner vorgeschlagen worden, eine endoskopische photodynamische Diagnose und Therapie mit einer Vorrich tung aus zuführen, bei der als Lichtquelle ein Kryptonio nenlaser mit einer Wellenlänge von ca. 410 nm und einer Leistung von mehr als 200 mWatt verwendet wird. Das Licht dieses Lasers wird über einen Quarzlichtleiter mit gerin ger numerischer Apertur durch ein Endoskop an die zu be strahlenden Stellen des menschlichen Körpers geleitet. It has also been suggested to be an endoscopic photodynamic diagnosis and therapy with a Vorrich device with a cryptonio as the light source laser with a wavelength of approx. 410 nm and a Power of more than 200 mWatt is used. The light this laser is clogged with a quartz light guide numerical aperture through an endoscope to the target radiating areas of the human body.
Um eine lichtinduzierte Reaktion in biologischen Systemen auszulösen, wird dem Patienten ein Photosensibilisator, der entweder ein Hämatoporphyrin-Grundgerüst wie die Sub stanzen Photofrin und Photosan-3 aufweist, oder Delta-Amino lävulinsäure (ALA), die seit kurzem in der Urologie und Dermatologie Verwendung findet, in einer Konzentration von wenigen mg/kg Körpergewicht verabreicht. Die Hämato porphyrin-Derivate werden intravenös verabreicht, Delta- Aminolävulinsäure kann hingegen lokal appliziert werden, d. h. sie wird als Lösung beispielsweise in die Harnblase injiziert. Diese Substanzen reichern sich nun in Tumorge weben in 2 bis 10-fach erhöhter Konzentration an. Diese selektive Anreicherung im Tumorgewebe stellt die entschei dende Grundlage für die photodynamische Diagnose und die photodynamische Therapie dar.A light-induced reaction in biological systems trigger, the patient becomes a photosensitizer, which is either a hematoporphyrin backbone like the sub punch Photofrin and Photosan-3, or Delta Amino levulinic acid (ALA), which has recently been used in urology and dermatology is used in a concentration of a few mg / kg body weight. The hematoma porphyrin derivatives are administered intravenously, delta Aminolevulinic acid, however, can be applied locally, d. H. it is used as a solution, for example, in the urinary bladder injected. These substances now accumulate in tumors weave in 2 to 10 times increased concentration. This selective enrichment in the tumor tissue is the decisive factor the basis for photodynamic diagnosis and represents photodynamic therapy.
Zur Diagnose wird das zu untersuchende Gewebe ca. 2-12 Stunden nach Verabreichung des Photosensibilisators (ALA) endoskopisch mit violettem Licht - bei bekannten Vorrich tungen nahezu ausschließlich Laserlicht - bestrahlt. Die Porphyrinderivate, die im Tumorgewebe in einer erhöhten Konzentration vorliegen, werden durch dieses Licht ange regt und weisen anschließend eine typische Rotfluoreszenz auf, durch die der Tumor lokalisiert werden kann.For diagnosis, the tissue to be examined is approximately 2-12 Hours after administration of photosensitizer (ALA) endoscopically with violet light - with known Vorrich almost exclusively laser light - irradiated. The Porphyrin derivatives that are present in an increased amount in the tumor tissue This light indicates concentration stimulates and then shows a typical red fluorescence through which the tumor can be located.
Neben der Fluoreszenz - bewirkt durch einen im Gewebe an gereicherten photosensibilisator- kann auch die sogenannte Autofluoreszenz des Gewebes ausgelöst werden, die durch sogenannte Fluorophoren, d. h. körpereigene Fluoreszenz stoffe zustande kommt.In addition to fluorescence - caused by one in the tissue Enriched photosensitizer can also be the so-called Auto fluorescence of the tissue is triggered by so-called fluorophores, d. H. endogenous fluorescence fabric comes about.
Bei der photodynamischen Therapie wird eine Bestrahlung mit rotem Laserlicht durchgeführt, da dieses Licht mit ei ner Wellenlänge von mehr als 630 nm eine Eindringtiefe in das Gewebe von ca. 5 mm erreicht, im Gegensatz zu Licht kürzerer Wellenlängen, das eine eklatant niedrigere Ein dringtiefe besitzt. Trotz Verwendung dieser optimalen Wel lenlänge ist die Indikation für die photodynamische Thera pie derzeit auf flache oberflächlich gelegene Karzinome beschränkt.Radiation is used in photodynamic therapy performed with red laser light, since this light with egg a wavelength of more than 630 nm the tissue reaches about 5 mm, in contrast to light shorter wavelengths, which is a blatantly lower one possesses depth of penetration. Despite using this optimal wel length is the indication for the photodynamic Thera currently on flat superficial carcinomas limited.
Der biophysikalische Ablauf der lichtinduzierten Reaktion
kann wie folgt angenommen werden:
Der im Gewebe eingelagerte Photosensibilisator wird durch
die Absorption eines Lichtquants mit definiertem Energie
gehalt, das von der jeweiligen Lichtquelle ausgesandt
wird, in einen angeregten Zustand überführt. Bei der Be
strahlung mit violettem Licht im Rahmen der photodynami
schen Diagnose wird nun beim Zurückfallen in den Grundzu
stand Fluoreszenzstrahlung emittiert.The biophysical course of the light-induced reaction can be assumed as follows:
The photosensitizer stored in the tissue is converted into an excited state by the absorption of a light quantum with defined energy, which is emitted by the respective light source. When irradiated with violet light as part of the photodynamic diagnosis, fluorescence radiation is now emitted when it falls back into the basic state.
Im Falle der photodynamischen Therapie in Verbindung mit der Bestrahlung mit rotem Laserlicht hoher Leistungsdichte findet der Übergang von der angeregten Form in einen meta stabilen Zwischenzustand statt, von dem aus die Energie, die durch Rückgang in den Grundzustand frei wird, auf mo lekularen Sauerstoff übertragen wird, der diese Energie unter Bildung von angeregtem Singulett-Sauerstoff auf nimmt. Dieser aggressive Singulett-Sauerstoff zerstört im betreffenden Gewebe durch Photooxidation Zellstrukturen. Diese zellulären Schäden führen zusammen mit einem gleich zeitig eintretenden Zusammenbruch des tumoralen Gefäßsy stems zu einer kompletten Tumorzerstörung (phototoxischer Effekt).In the case of photodynamic therapy in connection with irradiation with red laser light of high power density the transition from the excited form to a meta takes place stable intermediate state from which the energy, which is released by return to the basic state, on mo molecular oxygen is transmitted, which is this energy with formation of excited singlet oxygen takes. This aggressive singlet oxygen destroys in affected tissue by photooxidation cell structures. This cellular damage leads to an equal early collapse of the tumor vascular system complete tumor destruction (more phototoxic Effect).
Dieses Verfahren ist jedoch in Abhängigkeit von den ver wendeten Photosensibilisatoren mit gewissen Problemen be haftet. Bei dem Einsatz von Photofrin und Photosan-3 als Photosensibilisatoren bei der photodynamischen Diagnose müssen für den Fluoreszenznachweis sehr aufwendige techni sche Vorrichtungen verwendet werden, da durch störende Ei genfluoreszenzanteile nur mit Hilfe sehr aufwendiger com putergestützter Bildverarbeitungstechniken und hochemp findlichen Kameras mit Restlichtverstärker die Fluoreszenz des Tumorgewebes entsprechend nachgewiesen werden kann.However, this procedure is dependent on the ver used photosensitizers with certain problems is liable. When using Photofrin and Photosan-3 as Photosensitizers in photodynamic diagnosis need very complex techni for the fluorescence detection cal devices are used because of annoying egg gene fluorescence components only with the help of very complex com computer-aided image processing techniques and high temp sensitive cameras with low light intensifiers, the fluorescence of the tumor tissue can be detected accordingly.
Bei der Verwendung von Delta-Aminolävulinsäure ist die in duzierte Fluoreszenz stark genug, daß sie rein visuell er kannt werden kann. Aber auch die durch Delta-Aminolävulin säure erreichte Fluoreszenz führt nicht zu einer optimalen Qualität des endoskopischen Bildes, das im Rahmen der Dia gnose auf gezeichnet werden soll. Der Einsatz eines Quarz lichtleiters mit geringer numerischer Apertur, wie er für die Lichtübertragung eines Laserstrahls verwendet wird, ermöglicht nur eine sehr schlechte Ausleuchtung des Bil des.When using delta-aminolevulinic acid, the in induced fluorescence strong enough to be purely visual can be known. But also by delta aminolevulin acid fluorescence does not lead to an optimal one Quality of the endoscopic image, which is part of the slide to be drawn on. The use of a quartz light guide with a small numerical aperture, as for the light transmission of a laser beam is used, only allows a very poor illumination of the bil of.
Durch die Verwendung eines zusätzlichen Lichtleiters, der die Ausleuchtung verbessern könnte, wird das für weitere Kanäle im Endoskop zur Verfügung stehende Lumen derart re duziert, daß die Verwendung anderer endoskopischer Instru mente stark eingeschränkt wird.By using an additional light guide, the could improve the illumination, so will others Lumen available in the endoscope in such a way right induced that the use of other endoscopic instru ment is severely restricted.
Vor allem aber überstrahlt bei Verwendung bekannter Vor richtungen eventuell in das Endoskop eingeleitetes zusätz liches Beleuchtungslicht das auch bei Verwendung von Del ta-Aminolävulinsäure vergleichsweise schwache Fluoreszenz bild.Above all, however, outshines when using known front directions possibly additional introduced into the endoscope Illuminating light that also when using Del ta-aminolevulinic acid comparatively weak fluorescence image.
Darüberhinaus sind bei oben beschriebenen Verfahren für die Diagnose und Therapie unterschiedliche Licht bzw. La serquellen notwendig, was einerseits die Kosten ansteigen läßt, und andererseits die Handhabung des endoskopischen Systems erschwert.In addition, in the methods described above for the diagnosis and therapy different light or La sources necessary, which on the one hand increases costs leaves, and on the other hand the handling of the endoscopic Systems difficult.
Ähnliche Probleme treten auch bei der Durchführung der photodynamischen Diagnose mittels eines Mikroskops und insbesondere eines Operationsmikroskops auf.Similar problems also occur when implementing the photodynamic diagnosis using a microscope and especially an operating microscope.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Diagnose mittels einer durch einen körperfremden oder körpereigenen Photosensibilisator lichtinduzierten oder durch Eigenfluoreszenz hervorgerufenen Reaktion in biolo gischem Gewebe derart weiterzubilden, daß die induzierte Fluoreszenz bei gleichzeitiger für eine Beobachtung des Gewebebereichs ausreichender Ausleuchtung - bevorzugt ohne den Einsatz von Lasern - kontraststark erkannt werden kann.The invention has for its object a device for diagnosis by means of a foreign body or body's photosensitizer light-induced or reaction caused by autofluorescence in biolo to develop tissue in such a way that the induced Fluorescence while observing the Adequate illumination of the tissue area - preferably without the use of lasers - can be recognized with high contrast can.
Zwei bevorzugt alternativ einsetzbare erfindungsgemäße Lö sungen dieser Aufgabe sind in den Patentansprüchen 1 bzw. 2 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 3 folgende.Two preferably alternatively usable Lö according to the invention Solutions to this problem are in claims 1 and 2 specified. Developments of the invention are the subject of claims 3 following.
Den in den beiden Hauptansprüchen angegebenen Lösungen der
erfindungsgemäß gestellten Aufgabe liegt folgender ein
heitlicher Grundgedanke zugrunde:
Die Reintransmissionsgrade im lichtzuführenden und im bil
derzeugenden Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind
so gewählt, daß zum einen praktisch kein Licht mit einer
Wellenlänge λ aus dem zur Anregung benutzten Bereich, das
naturgemäß eine vergleichsweise hohe Intensität hat, durch
den bilderzeugenden Teil der Vorrichtung in die proximale
Bildebene "gelangt", während Licht mit einer Wellenlänge λ
aus dem Bereich, in dem Fluoreszenz auftritt, nur dann in
die proximale Bildebene gelangen kann, wenn es aus dem be
leuchteten Gewebebereich und nicht aus dem Beleuchtungs
system kommt. Zum anderen gewährleisten die Reintrans
missionsgrade des lichtzuführenden und des bilderzeugenden
Teils der Vorrichtung, daß der beleuchtete Gewebebereich
so stark mit Licht mit einer Wellenlänge beleuchtet wird,
die weder im Bereich des Anregungsspektrums noch im Be
reich des Fluoreszenzspektrums liegt, daß die Untersu
chungsperson aufgrund des in diesem Wellenlängenbereich
direkt reflektierten Lichts Einzelheiten des beleuchteten
Gewebebereichs unabhängig von der Fluoreszenzstrahlung
wahrnehmen kann.The solutions given in the two main claims of the object according to the invention are based on the following a basic idea:
The pure transmittance in the light-supplying and bil-generating part of the device according to the invention are selected so that, on the one hand, practically no light with a wavelength λ from the area used for excitation, which naturally has a comparatively high intensity, through the imaging part of the device into the proximal Image plane "arrives", while light with a wavelength λ from the area in which fluorescence occurs can only reach the proximal image plane if it comes from the illuminated tissue area and not from the illumination system. On the other hand, the degrees of re-transmission of the light-supplying and the image-forming part of the device ensure that the illuminated tissue area is so strongly illuminated with light with a wavelength that is neither in the range of the excitation spectrum nor in the range of the fluorescence spectrum that the investigator is due to the in this wavelength range of directly reflected light can perceive details of the illuminated tissue area independently of the fluorescent radiation.
Anders ausgedrückt, wird erfindungsgemäß das Bild des mit Anregungslicht beleuchteten Gewebebereichs gleichzeitig mittels Fluoreszenzlicht und reflektierten Beleuchtungs licht erzeugt, wobei die beiden zur Bilderzeugung beitra genden Anteile bezüglich ihrer Wellenlänge und bezüglich ihrer Intensität so beschaffen sind, daß sie sich nicht gegenseitig "stören".In other words, according to the invention, the image of the Excitation light of the illuminated tissue area simultaneously using fluorescent light and reflected lighting generates light, the two of them contributing to image generation proportions with respect to their wavelength and with respect their intensity is such that they are not "disturb" each other.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Diagnose mittels ei ner durch einen körperfremden oder körpereigenen Photosen sibilisator bzw. durch Eigenfluoreszenz lichtinduzierten Reaktion in biologischem Gewebe weist ein Beleuchtungssy stem mit mindestens einer Lichtquelle, eine lichtzuführen de Einheit, die das Licht des Beleuchtungssystems auf den zu diagnostizierenden Gewebebereich richtet, und eine bildgebende Einheit auf, die das von dem Gewebebereich kommende Licht in eine proximale Bildebene abbildet. Vor richtungen zur Diagnose von Körpergewebe mit den vorge nannten Merkmalen sind allgemein bekannt und werden bei spielsweise in der Endoskopie oder Mikroskopie eingesetzt.The device according to the invention for diagnosis by means of an egg ner by a foreign or body's own photosen sensitizer or light-induced by self-fluorescence A lighting system exhibits a reaction in biological tissue stem with at least one light source to guide a light de Unit that shines the light of the lighting system on the tissue area to be diagnosed, and a imaging unit that is from the tissue area maps incoming light into a proximal image plane. Before directions for the diagnosis of body tissue with the pre mentioned features are generally known and are in used for example in endoscopy or microscopy.
Erfindungsgemäß wird bei der im Anspruch 1 und bevorzugt auch bei der im Anspruch 2 angegebenen Lösung nun - in au ßerhalb der photodynamischen Diagnose an sich bekannter Weise - eine breitbandige Lichtquelle verwendet, die inko härentes Licht im Wellenlängenbereich von wenigstens 380 bis 660 nm - bevorzugt von 370 bis 780 nm - abgibt. Diese breitbandige Lichtquelle kann eine andere Spektralvertei lung wie herkömmliche, in der Endoskopie verwendete Licht quellen haben. Wenn die Lichtquelle aber auch zu einer herkömmlichen Untersuchung des - auch - mit photodynami scher Diagnose untersuchten Bereichs verwendet werden soll, ist es bevorzugt, wenn die Lichtquelle eine herkömm liche Hochleistungslichtquelle ist, wie sie in der medizi nischen Endoskopie verwendet wird. Die Leistungsaufnahme der Lichtquelle beträgt bevorzugt wenigstens 300 Watt.According to the invention is preferred in claim 1 and even in the solution specified in claim 2 - in au better known per se outside of photodynamic diagnosis Way - uses a broadband light source, the inco inherent light in the wavelength range of at least 380 to 660 nm - preferably from 370 to 780 nm. This broadband light source can be a different spectral distribution like conventional light used in endoscopy have sources. But if the light source also becomes one conventional investigation of - also - with photodynami the diagnosed area can be used , it is preferred if the light source is a conventional one high-performance light source is, as in medical African endoscopy is used. The power consumption the light source is preferably at least 300 watts.
Bei der Verwendung von "breitbandigen" Lichtquellen ist in der Vergangenheit das Problem aufgetreten, daß das an dem zu untersuchenden Gewebebereich reflektierte Licht der Lichtquelle das Fluoreszenzlicht überstrahlt. Deshalb ist erfindungsgemäß nicht nur der Reintransmissionsgrad Til(λ) der lichtzuführenden Einheit dem Fluoreszenzanregungsspek trum des Photosensibilisators und der Reintransmissions grad Tib(λ) der bildgebenden Einheit dem Fluoreszenzspek trum des Photosensibilisators angepaßt.When using "broadband" light sources, the problem has arisen in the past that the light from the light source reflected on the tissue region to be examined outshines the fluorescent light. Therefore, according to the invention, not only the pure transmittance Ti l (λ) of the light-supplying unit is adapted to the fluorescence excitation spectrum of the photosensitizer and the pure transmittance Ti b (λ) of the imaging unit is adapted to the fluorescence spectrum of the photosensitizer.
Erfindungsgemäß weist bei der im Anspruch 1 angegebenen Lösungsalternative der Reintransmissionsgrad des aus lichtzuführender Einheit und aus bildgebender Einheit be stehenden Gesamtsystems, der sich durch die Mulitiplikati on der Reintransmissionsgrade Til(λ) und Tib(λ) ergibt, nur in einem Bereich von maximal 50 nm einen spektralen Trans missionsgrad von mehr als 5% auf und ist ansonsten kleiner als 5%. In diesem Bereich von maximale 50 nm kann der Reintransmissionsgrad des Gesamtsystems Werte von 10% und mehr erreichen.According to the invention in the solution alternative specified in claim 1, the pure transmittance of the entire system consisting of light-supplying unit and imaging unit, which results from the multiplication of the pure transmittances Ti l (λ) and Ti b (λ), only in a range of maximum 50 nm has a spectral transmittance of more than 5% and is otherwise less than 5%. In this range of maximum 50 nm, the pure transmittance of the overall system can reach values of 10% and more.
Bei der im Anspruch 2 angegebenen Alternative weist der spektrale Reintransmissionsgrad Til(λ) der lichtzuführen den Einheit zusätzlich zu einem ersten Durchlaßbereich, der dem Fluoreszenzanregungsspektrum des Photosensibilisa tors bzw. des Gewebes angepaßt ist, einen zweiten Durch laßbereich auf, dessen Wellenlängen zwischen den Wellen längen des Fluoreszenzanregungsspektrums und den Wellen längen des Fluoreszenzspektrums liegt. Der spektrale Rein transmissionsgrad Tib(λ) der bildgebenden Einheit weist zu sätzlich zu einem ersten Durchlaßbereich, der dem Fluores zenzspektrum des Photosensibilisators bzw. des Gewebes an gepaßt ist, einen zweiten Durchlaßbereich auf, der im gleichen Wellenlängenbereich wie der zweite Durchlaßbe reich der lichtzuführenden Einheit liegt. Der Reintrans missionsgrad des aus lichtzuführender Einheit und aus bildgebender Einheit bestehenden Gesamtsystems weist dabei nur in dem zweiten Durchlaßbereich einen spektralen Trans missionsgrad von mehr als 5%, der bevorzugt 10% und mehr betragen kann, auf und ist ansonsten in dem obigen Wellen längenbereich kleiner als 5%.In the alternative specified in claim 2, the spectral pure transmittance Ti l (λ) of the light-guiding unit in addition to a first pass band, which is adapted to the fluorescence excitation spectrum of the photosensitizer or the tissue, has a second pass band, the wavelengths of which lie between the waves lengths of the fluorescence excitation spectrum and the wavelengths of the fluorescence spectrum. The spectral pure transmittance Ti b (λ) of the imaging unit has, in addition to a first pass band which is adapted to the fluorescence spectrum of the photosensitizer or the tissue, a second pass band which is in the same wavelength range as the second pass band of the light-supplying Unity lies. The degree of re-transmission of the overall system consisting of light-supplying unit and imaging unit only has a spectral degree of trans mission of more than 5%, which can preferably be 10% and more, only in the second pass band and is otherwise smaller than in the above wavelength range 5%.
Durch diese Ausbildung der spektralen Durchlässigkeiten der lichtzuführenden Einheit und der bildgebenden Einheit wird erreicht, daß das Fluoreszenzlicht auf dem durch das Beleuchtungslicht erzeugten Bild beispielsweise der Umge bung eines Tumors klar und kontrastreich wahrgenommen wer den kann. Through this formation of the spectral permeability the light supply unit and the imaging unit is achieved that the fluorescent light on the by the Illumination light generated image of the reverse, for example tumor is perceived clearly and with high contrast that can.
Dabei ist es bevorzugt, wenn der erste und der zweite Durchlaßbereich der bildgebenden Einheit in etwa komple mentär zueinander sind. Hierdurch erhält man einen starken Kontrast zwischen dem Fluoreszenzbild und dem beleuchteten Hintergrundbild, der weiter durch eine abwechselnde Dar stellung beider Bilder auf einem Monitor gesteigert werden kann.It is preferred if the first and the second Passband of the imaging unit is approximately complete are mental to each other. This gives you a strong one Contrast between the fluorescent image and the illuminated one Background image that continues through an alternating dar position of both images on a monitor can be increased can.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Intensität des Be leuchtungslichts und die Filter so gewählt werden, daß die auf der proximalen Bildebene ankommende Leistung des Lichts mit Wellenlängen aus dem zweiten Bereich 10% (und weniger) bis ca. 100% der kumulierten Lichtleistung im er sten Durchlaßbereich der bildgebenden Einheit ist.It is further preferred if the intensity of the loading illuminating light and the filters are chosen so that the power arriving at the proximal image plane Light with wavelengths from the second range 10% (and less) to about 100% of the cumulative light output in the er most passband of the imaging unit.
Zur Anpassung an die verschiedenen Photosensibilatoren und/oder unterschiedliche diagnostische Bedingungen oder zur Umstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf ein therapeutisches Verfahren ist es weiterhin bevorzugt, wenn die Transmissionseigenschaften der lichtübertragenden und der bildgebenden Einheit mittels eines oder mehrerer opti scher Elemente einstellbar sind.To adapt to the different photosensitizers and / or different diagnostic conditions or to convert the device according to the invention to a therapeutic method, it is further preferred if the transmission properties of the light transmitting and the imaging unit by means of one or more opti shear elements are adjustable.
Dabei ist es bevorzugt, wenn die Einstellung derart er folgt, daß die Intensität des induzierten Fluoreszenzlich tes in der gleichen Größenordnung wie die Gesamtintensität des reflektierenden Anteils des Lichtes des Beleuchtungs systems liegt. Besonders vorteilhafter Weise erfolgt die Einstellung derart, daß die beiden Intensitäten in etwa gleich sind.It is preferred if the setting is such follows that the intensity of the induced fluorescence tes in the same order of magnitude as the total intensity of the reflective part of the light of the lighting systems lies. This takes place in a particularly advantageous manner Adjustment such that the two intensities are approximately are the same.
In jedem Falle hat die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, daß es zur Durchführung der photodynamischen Dia gnose bei gleichzeitiger Beleuchtung des beobachteten Fel des sowie zur vorhergehenden und/oder anschließenden visu ellen Beobachtung des untersuchten Bereichs ausreicht, ei ne einzige Lichtquelle zu verwenden. Darüberhinaus kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch die photodyna mische Therapie ohne Änderung der Lichtquelle, d. h. mit einer einzigen Lichtquelle ausgeführt werden. In diesem Falle werden - wie bereits erwähnt - die Transmissionsei genschaften der lichtübertragenden Einheit dem Absorpti onsspektrum des Photosensibilisators angepaßt.In any case, the device according to the invention has the Advantage that it is necessary to carry out the photodynamic slide diagnosis while illuminating the observed field des and the previous and / or subsequent visu sufficient observation of the examined area is sufficient ne single light source to use. Furthermore, can with the device according to the invention also the photodyna mix therapy without changing the light source, d. H. With a single light source. In this Traps become - as already mentioned - the transmission egg properties of the light-transmitting unit to the absorpti adapted spectrum of the photosensitizer.
Die optischen Elemente, die zur Einstellung der Transmis sionseigenschaften der lichtübertragenden und der bildge benden Einheit verwendet werden, sind bevorzugt Filtersy steme, die in den Beleuchtungs- und den Beobachtungs-Strahlengang einbringbar sind. Dabei wird unter Beleuch tungsstrahlengang der Strahlengang von der Lampe der Lichtquelle zur lichtzuführenden Einheit, durch diese Ein heit, und von dieser Einheit zum diagnostizierenden Gewe bebereich verstanden. Die optischen Elemente und insbeson dere die Filtersysteme können prinzipiell an jeder Stelle dieses Strahlengangs angeordnet sein. Besonders bevorzugt ist jedoch die Anordnung zwischen Beleuchtungssystem und lichtzuführender Einheit, also beispielsweise einem Licht leiter-Faserbündel. (Ohne Filtersystem wird der Reintrans missionsgrad als 100% angenommen.)The optical elements used to adjust the transmis sion properties of light transmitting and imaging The unit used are preferably Filtersy steme in the lighting and observation beam path can be brought in. It is under lighting The beam path from the lamp of the Light source to the light supplying unit, through this one unit, and from this unit to the diagnosing tissue understood area. The optical elements and in particular the filter systems can in principle at any point this beam path can be arranged. Particularly preferred is the arrangement between the lighting system and light supply unit, for example a light fiber bundle. (Without a filter system, the Reintrans degree of mission assumed as 100%.)
Entsprechend wird unter Beobachtungs-Strahlengang der Strahlengang von dem beleuchteten Gewebebereich zur bild gebenden Einheit und von dieser zur proximalen Bildebene verstanden. (Ohne Filtersystem wird auch hier der Rein transmissionsgrad als 100% angenommen).Accordingly, the observation beam path is the Beam path from the illuminated tissue area to the image giving unit and from this to the proximal image plane Understood. (Without a filter system, the clean is also here transmittance assumed as 100%).
Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung in ein Endoskop in tegriert ist, kann sich die Bildebene sowohl in dem Endos kop im Bereich des distalen Endes - beispielsweise bei Verwendung eines distal angeordneten Videochips - als auch im Bereich des proximalen Endes befinden. Im letzteren Falle weist die bildgebende Einheit neben einem Objektiv als bildgebende Einheit beispielsweise ein Relaislinsensystem oder ein flexibles Faserbündel als bildübertragende Einheit auf. Bei Verwendung eines Relaislinsen-Systems oder eines Faserbündels als bildübertragende Einheit wer den die in dem Beobachtungsstrahlengang eingebrachten Fil tersysteme bevorzugt zwischen der "letzten Fläche" des Re laislinsen-Systems bzw. der Austrittsfläche des Faserbün dels und der proximalen Bildebene angeordnet.If the device according to the invention in an endoscope is tegrated, the image plane can both in the endos Kop in the area of the distal end - for example at Using a distal video chip - as well located in the area of the proximal end. In the latter Trap has the imaging unit next to a lens as an imaging unit, for example, a relay lens system or a flexible fiber bundle as an image transmitting Unity on. When using a relay lens system or a fiber bundle as an image-transmitting unit the fil introduced in the observation beam path ter systems preferred between the "last surface" of the Re lais lens system or the exit surface of the fiber bund dels and the proximal image plane.
Bei Integration der erfindungsgemäßen Vorrichtung in ein Operationsmikroskop ist Bestandteil der bildgebenden Ein heit das Mikroskop-Linsensystem, dem beispielsweise ein Videoaufnehmer als bilderfassende Einheit nachgeordnet sein kann.When integrating the device according to the invention in one Surgical microscope is part of the imaging one the microscope lens system, for example Subordinate video recorders as image capturing unit can be.
Wie bereits ausgeführt, wird erfindungsgemäß erreicht, daß das von dem zu diagnostizierenden Gewebebereich und dessen Umgebungsbereich zurück reflektierte Beleuchtungslicht das Fluoreszenzlicht nicht überstrahlt. Zur Realisierung die ses erfindungsgemäßen Grundgedankens ist es bevorzugt, wenn das in den Beleuchtungs-Strahlengang und das in den Beobachtungs-Strahlengang jeweils einbringbare Filtersy stem nahezu gegenläufige Filtercharakteristiken haben. Im Falle einer gemäß Anspruch 2 ausgebildeten Vorrichtung be zieht sich die gegenläufige Ausbildung der Filtercharakte ristik natürlich nur auf die den ersten Durchlaßbereich betreffende Charakteristik, nicht jedoch auf die den zwei ten Durchlaßbereich betreffende Charakteristik. As already stated, it is achieved according to the invention that that of the tissue area to be diagnosed and its Illuminated light reflected the surrounding area Fluorescent light does not outshine. To realize the ses the basic idea of the invention, it is preferred if that in the lighting beam path and that in the Observation beam path each filter system that can be inserted have almost opposite filter characteristics. in the In the case of a device designed according to claim 2 pulls the opposite development of the filter characters of course only on the first passband characteristic in question, but not to the two characteristic relating to th pass band.
Die Kurven, die die Transmission der beiden gegenläufigen Filter in Abhängigkeit von der Wellenlänge angeben, schneiden sich - bei der Ausgestaltung nach Anspruch 1 - bevorzugt bei einer Transmission der Einzelsysteme, die kleiner als 50% ist.The curves that show the transmission of the two opposite Specify filters depending on the wavelength, intersect - in the configuration according to claim 1 - preferably with a transmission of the individual systems is less than 50%.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das in den Beleuchtungs-Strahlengang einbringbare Filter min destens zwei getrennte Filter auf, von denen ein Filter ein thermostabiles Interferenzfilter und das andere Filter ein thermostabiles Wärmeschutzfilter (Neutralfilter) ist.In a further embodiment of the invention, this Filters that can be inserted into the lighting beam path min at least two separate filters, one of which is a filter one thermostable interference filter and the other filter is a thermostable heat protection filter (neutral filter).
Im folgenden sollen die Eigenschaften dieser beiden Filter
unter der Voraussetzung erläutert werden, daß als Photo
sensibilisator Delta-Aminolävulinsäure verwendet wird. Bei
Verwendung eines anderen Photosensibilisators sind die
Filtereigenschaften entsprechend anzupassen:
Bei Verwendung von Delta-Aminolävulinsäure (ALA) ist es
bevorzugt, wenn die Transmission des Beleuchtungs-Strah
lengangs durch ein Kurzpaß-Filter im Bereich zwischen 380
und 430 nm wenigstens 50% beträgt. Bei einer besonders
bevorzugten Ausführungsform beträgt die Transmission zwi
schen 370 und 440 nm wenigstens 70% und bevorzugt 95%.The properties of these two filters are to be explained below, provided that delta-aminolevulinic acid is used as the photosensitizer. If another photosensitizer is used, the filter properties must be adjusted accordingly:
When using delta-aminolevulinic acid (ALA) it is preferred if the transmission of the illumination beam path through a short-pass filter in the range between 380 and 430 nm is at least 50%. In a particularly preferred embodiment, the transmission between 370 and 440 nm is at least 70% and preferably 95%.
Bei einer Wellenlänge von 445 ± 4 nm bzw. 447 ± 2 nm er reicht die Transmission 50%. Bei größeren Wellenlängen ist die Transmission sehr viel kleiner und liegt typi scherweise unter 1%.At a wavelength of 445 ± 4 nm or 447 ± 2 nm the transmission is 50%. At longer wavelengths the transmission is much smaller and is typical usually less than 1%.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung liegt die Transmission sowohl im Wellenlängenbereich zwischen 460 und 600 nm als auch zwischen 720 - bevorzugt 660 nm - und 780 nm unter 1%. In dem Wellenlängenbereich, in dem hauptsächlich Fluoreszenzlicht angeregt wird, also bei Delta-Aminolävulinsäure in dem Wellenlängenbereich zwi schen 600 und 720, bevorzugt 660 nm, beträgt die Transmis sion weniger als 0,1%.In a preferred embodiment of the invention the transmission both in the wavelength range between 460 and 600 nm as well as between 720 - preferably 660 nm - and 780 nm below 1%. In the wavelength range in which mainly fluorescent light is excited, i.e. at Delta aminolevulinic acid in the wavelength range between between 600 and 720, preferably 660 nm, the transmission is sion less than 0.1%.
Durch diese Charakteristik des Filtersystems ergibt sich eine Lichtverteilung des Beleuchtungslichtes, die gewähr leistet, daß von dem zu untersuchenden Gewebebereich in dem Wellenlängenbereich, in dem hauptsächlich Fluoreszenz licht auftritt, praktisch kein "Nicht-Fluoreszenzlicht" zurückgestrahlt wird.This characteristic of the filter system results in a light distribution of the illuminating light, which guarantee achieves that of the tissue area to be examined in the wavelength range in which mainly fluorescence light occurs, practically no "non-fluorescent light" is reflected back.
Entsprechend hat das Filter im Beobachtungs-Strahlengang (Langpaßfilter) folgende Charakteristik:Accordingly, the filter has in the observation beam path (Long pass filter) following characteristics:
Tl(λ = 370-430 nm) < 0,1%
Tl(λ = 453 ± 2 nm) = 50%
Ti(λ = 500-1100 nm) = 95%, bevorzugt 98-99%.T l (λ = 370-430 nm) <0.1%
T l (λ = 453 ± 2 nm) = 50%
T i (λ = 500-1100 nm) = 95%, preferably 98-99%.
Die Toleranz für die Wellenlängen beider Filter, bei der die jeweilige Transmission 50% beträgt, ist bevorzugt ± 2 nm. Durch diese Ausbildung der Filter ist gewährleistet, daß die Reintransmission des Gesamtsystems lediglich im Bereich zwischen 430 und 460 nm größer als 5% ist. Der in diesem Bereich erreichte Maximalwert sollte bevorzugt nicht mehr als 15% betragen.The tolerance for the wavelengths of both filters at which the respective transmission is 50%, is preferably ± 2 nm. This design of the filter ensures that the pure transmission of the entire system only in Range between 430 and 460 nm is greater than 5%. The in this range should be preferred not exceed 15%.
Die Verwendung von optischen Elementen und insbesondere von Filtern zur Beeinflussung der Strahlengang-Trans missionscharakteristik hat den Vorteil, daß bei spielsweise durch Ausschwenken der Filter eine normale Weißlicht-Beleuchtung und -Beobachtung erfolgen kann, so daß die Untersuchungsperson, also beispielsweise ein Arzt den auch mit Fluoreszenzdiagnose untersuchten Gewebebe reich u. a. nach der Farbe beurteilen kann. Die Farbe ist beispielsweise im Bereich der Ophthalmologie ein wesentli ches Beurteilungskriterium.The use of optical elements and in particular of filters to influence the beam path trans mission characteristics has the advantage that at for example, by swiveling out the filter White light lighting and observation can be done so that the examiner, for example a doctor the tissue also examined with fluorescence diagnosis rich u. a. judge by color. The color is for example in the field of ophthalmology ches assessment criterion.
Der bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weiterhin verwendete thermostabile Wärmeschutzfilter (Neutralfilter) kann folgende Charakteristik aufweisen:The one in a preferred embodiment of the invention thermostable heat protection filter still used (Neutral filter) can have the following characteristics:
Tl(λ = 370-440 nm) < 95%
Tl(λ = 440-700 nm) ≈ 90%
Tl(λ = 700 nm) = 50%
Tl(λ = 720-1100 nm) < 1%.T l (λ = 370-440 nm) <95%
T l (λ = 440-700 nm) ≈ 90%
T l (λ = 700 nm) = 50%
T l (λ = 720-1100 nm) <1%.
Die Verwendung eines thermostabilen Wärmeschutzfilters hat den Vorteil, daß der Interferenzfilter während der Diagno se nicht durch Infrarotlicht aufgeheizt wird. Diese Auf heizung könnte gegebenenfalls die Filtercharakteristik verändern und die Empfindlichkeit eines Kameraaufnahmeele ments reduzieren sowie die lichtübertragende Einheit auf grund der hohen Intensität zerstören.Has the use of a thermostable heat protection filter the advantage that the interference filter during diagnosis is not heated by infrared light. This on heating could possibly be the filter characteristic change and the sensitivity of a camera reduce the light transmission unit destroy because of the high intensity.
In jedem Falle ist es bevorzugt, wenn die einzelnen Filter nur bei Bedarf in die jeweiligen Strahlengänge eingebracht werden, wobei ihr Entfernen aus dem Strahlengang gegebe nenfalls durch ein Überwachungssignal ermöglicht bzw. ver hindert wird.In any case, it is preferred if the individual filters only introduced into the respective beam paths if required be given their removal from the beam path not enabled or ver by a monitoring signal is prevented.
Als Filter können handelsübliche Filter mit der erfin dungsgemäß vorgesehenen "nahezu stufenförmigen" Charakte ristik verwendet werden, also beispielsweise bekannte In terferenzfilter, deren Trägermaterial Quarz ist.As a filter, commercially available filters with the invent according to the intended "almost step-shaped" characters ristik be used, for example known In interference filter, the carrier material of which is quartz.
Als Lichtquellen können ebenfalls bekannte Lichtquellen und insbesondere bereits aus der Endoskopie bekannte Lichtquellen verwendet werden, die breitbandig in dem ge nannten Wellenlängenbereich Licht emittieren. Eine derar tige Lichtquelle, die Licht in ausreichender Intensität emittiert, ist beispielsweise eine Gasentladungslampe und insbesondere eine Xenon-Gasentladungs-Hochdrucklampe. Sollte im Einzelfall die Lichtleistung der Lichtquelle nicht ausreichend sein, kann zusätzlich zu einer "kontinuierlich arbeitenden" Lichtquelle eine "gepulste" Lichtquelle, wie ein Blitzgerät oder auch ein Laser einge setzt werden. Insbesondere bei der im Anspruch 2 angegebe nen alternativen Lösung ist es möglich, das Licht mit ei ner Wellenlänge λ im ersten Durchlaßbereich mit einem La ser zu erzeugen, der ein gepulster Laser oder ein Dauer strichlaser sein kann. Das Licht mit Wellenlängen aus dem zweiten Durchlaßbereich kann dann von einer mehr oder we niger breitbandigen "Weißlichtquelle" stammen.Known light sources can also be used as light sources and in particular already known from endoscopy Light sources are used that are broadband in the ge named wavelength range emit light. A derar term light source, the light in sufficient intensity is emitted, for example, a gas discharge lamp and in particular a xenon gas discharge high pressure lamp. In individual cases, the light output of the light source may not be sufficient in addition to one "continuously working" light source a "pulsed" Light source, such as a flash or a laser turned on be set. In particular given in claim 2 NEN alternative solution, it is possible to use a light ner wavelength λ in the first pass band with a La to produce water that is a pulsed laser or a duration line laser can be. The light with wavelengths from the second passband can then be of more or we niger broadband "white light source" originate.
Als lichtzuführende Einheiten können - insbesondere bei endoskopischen Anwendungen - handelsübliche Lichtleiter mit wenigstens einer Faser eingesetzt, die vorteilhafter Weise eine numerische Apertur von mehr als 0,45 besitzen, da dann ein effizienter Lichttransport zu dem zu diagno stizierenden Bereich möglich wird.As light-supplying units can - in particular endoscopic applications - commercially available light guides used with at least one fiber, the more advantageous Have a numerical aperture greater than 0.45, because then an efficient light transport to the diagnosis stic area becomes possible.
Derartige Fasern weisen beispielsweise einen Kern aus Quarz und einen Mantel aus einem thermostabilen Material auf.Such fibers have a core, for example Quartz and a jacket made of a thermostable material on.
Im Falle der Verwendung einer Lichtleitfaser ist es bevor zugt, wenn die Lichtquelle, d. h. also beispielsweise die Gasentladungslampe, einen Brennfleck mit einem Durchmesser von weniger als 2 mm hat, der durch einen elliptischen Re flektor erzeugt wird, der eine numerische Apertur für den Lichtaustritt von mehr als 0,45 aufweist. In diesem Falle erhält man eine hocheffiziente Ankopplung zwischen Be leuchtungssystem und lichtzuführender Einheit, also dem Faser-Lichtleiter.In the case of using an optical fiber, it is before moves when the light source, d. H. for example the Gas discharge lamp, a focal spot with a diameter of less than 2 mm, which is characterized by an elliptical Re is generated which has a numerical aperture for the Has light emission of more than 0.45. In this case you get a highly efficient coupling between Be lighting system and light supply unit, i.e. the Fiber light guide.
Ferner kann auch eine Gasentladungslampe verwendet werden, deren Brennfleck auf einen Durchmesser von weniger als 2 mm mittels eines parabolischen Reflektors und einer Fokus siereinheit fokussiert wird. Die Fokussiereinheit ist in diesem Falle bevorzugt ein Linsensystem, das wenigstens ein Element mit einer asphärischen Fläche aufweist.Furthermore, a gas discharge lamp can also be used, whose focal spot has a diameter of less than 2 mm using a parabolic reflector and a focus unit is focused. The focusing unit is in In this case, a lens system that at least has an element with an aspherical surface.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Beleuchtungssystem, also die Lichtquelle und die der Lichtquelle vorgeschalteten optischen Elemente, wie Filter etc., so ausgebildet, daß die Anregungswellenlängen entsprechend dem jeweils eingesetzten Photosensibilisator und dem jeweils zu diagnostizierenden Gewebe durchstimmbar sind. Diese Durchstimmung kann entweder durch eine ent sprechende Beeinflussung der Lichtquelle oder mittels vor geschalteter Filter, wie z. B. Verlaufsfilter oder Prismen erfolgen.In a further preferred embodiment of the invention is the lighting system, i.e. the light source and the optical elements upstream of the light source, such as Filters etc., designed so that the excitation wavelengths according to the photosensitizer used in each case and tunable to the tissue to be diagnosed in each case are. This tuning can be done either by an ent speaking influence of the light source or by means of switched filter, e.g. B. graduated filters or prisms respectively.
Damit ist es u. a. möglich, gezielt unterschiedliche Gewe bebereiche zur Fluoreszenz anzuregen.So it is u. a. possible, different fabrics areas to stimulate fluorescence.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht sowohl eine visuelle Beobachtung der Fluoreszenz als auch die Aufnahme des Fluoreszenzbildes mit einem Bildaufnehmer, wie einer Videokamera oder dgl.The device according to the invention enables both visual observation of fluorescence as well as recording the fluorescence image with an image sensor, such as one Video camera or the like
Diese Videokamera bzw. -einheit wird in der Bildebene der bildgebenden Einheit angeordnet. Im Falle einer distalen Anordnung der Videoeinheit wird diese in der Bildebene des Objektivs des Endoskops angeordnet. Im Falle einer proxi malen Anordnung der Videoeinheit wird diese in der Bild ebene der Bildweiterleitereinheit, also des Relaislinsensystems oder des Faserbündels angeordnet. Alternativ kann die Videoeinheit so ausgebildet sein, daß sie das Okular bild aufnimmt. Bei Verwendung eines Mikroskops als bildge bende Einheit wird die Videoeinheit so angeordnet, daß sie das Okularbild des Operationsmikroskops aufnimmt.This video camera or unit is in the image plane of the imaging unit arranged. In the case of a distal Arrangement of the video unit is this in the image plane of the Lens of the endoscope arranged. In the case of a proxi paint arrangement of the video unit this is in the picture level of the image relay unit, i.e. the relay lens system or the fiber bundle arranged. Alternatively, you can the video unit be designed so that it the eyepiece takes picture. When using a microscope as an image unit, the video unit is arranged so that it takes the eyepiece image of the surgical microscope.
Die Videoeinheit kann insbesondere (wenigstens) einen CCD-Aufnehmer aufweisen. In diesem Falle ist es möglich, daß die Gasentladungslampe eine periodisch arbeitende Blit zentladungslampe ist, die von einer Steuer- und Auswerte einheit so angesteuert wird, daß die Blitzbelichtung aus schließlich in die Lichtintegrationsphase des oder der CCD-Aufnehmer fällt. Damit wird eine hocheffektive Be leuchtung des zu untersuchenden Bereichs erzielt, wobei die Beaufschlagung des Beleuchtungssystems und der Umge bung mit Lichtenergie verringert wird. Damit wird auch die Wärme- bzw. Temperaturbelastung der Bauteile verringert.The video unit can in particular (at least) one Have CCD recorders. In this case it is possible that the gas discharge lamp has a periodically operating blit Discharge lamp is based on a control and evaluation unit is controlled so that the flash exposure off finally in the light integration phase of the CCD sensor falls. This is a highly effective loading illumination of the area to be examined achieved, wherein the application of the lighting system and the vice exercise with light energy is reduced. With that the Reduced heat or temperature stress on the components.
Soll gleichzeitig eine visuelle Beobachtung des zu unter suchenden Bereichs erfolgen oder die Lichtleistung gestei gert werden, ist es von Vorteil, wenn zusätzlich eine kon tinuierlich arbeitende Lichtquelle vorgesehen ist.At the same time, a visual observation of the under searching area or increase the light output it is advantageous if an additional con continuously operating light source is provided.
Zur Steuerung des Videosignals ist es weiterhin bevorzugt, wenn die Videoeinheit eine variable Belichtungseinstellung aufweist; damit können Überstrahlungen im Videobild ver hindert werden und man erhält immer ein kontrastreiches Bild, das die Fluoreszenzstrahlung gut erkennen läßt.To control the video signal, it is further preferred if the video unit has a variable exposure setting having; this can ver overexposure in the video image be prevented and you always get a high contrast Image that shows the fluorescence radiation well.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die die vorstehend be
schriebenen Merkmale aufweist, ermöglicht die visuelle Be
obachtung des Fluoreszenzbildes mittels des bloßen Auges
oder einer Videoeinheit. Ein besonderer Vorteil der erfin
dungsgemäßen Vorrichtung ist jedoch, daß das von ihr er
zeugte Bild eine weitgehend automatisierte Auswertung er
laubt:
Hierzu ist das Ausgangssignal der Videoeinheit an ein
Bildverarbeitungssystem angelegt. Dieses Bildverarbei
tungssystem kann eine Reihe von Manipulationen in dem von
der Videoeinheit gelieferten Bild ausführen:
Die Farbbilder können beispielsweise über die
RGB-Eingangskanäle erfaßt und in den HSI-Farbraum transfor
miert werden:A device according to the invention, which has the features described above, enables visual observation of the fluorescence image by means of the naked eye or a video unit. A particular advantage of the device according to the invention, however, is that the image it generates allows a largely automated evaluation:
For this purpose, the output signal of the video unit is applied to an image processing system. This image processing system can perform a number of manipulations on the image provided by the video unit:
The color images can, for example, be captured via the RGB input channels and transformed into the HSI color space:
(H = Hue (Farbton)
(S = Saturation)
(I = Intensität).(H = Hue (hue)
(S = Saturation)
(I = intensity).
Im HSI-Raum wird die beispielsweise durch Tumore hervorge rufenen "Fluoreszenzstrahlung" durch die erfolgte HSI-Trennung hervorgehoben.In the HSI room, for example, this is caused by tumors called "fluorescence radiation" by the HSI separation highlighted.
Weiterhin ist es möglich, daß das Bildverarbeitungssystem elektronisch einen Farbtonbereich im dargestellten Farb bild ausblendet, um den Kontrast zwischen unterschiedli chen Bereichen anzuheben. Wenn das Bildverarbeitungssystem eine RGB-Erfassung ausführt, kann beispielsweise zudem der Blau- und/oder Grünkanal an- und abgeschaltet werden. Die se Vorgehensweise hat den Vorteil, daß bei Abschaltung des Blau-und/oder Grünkanals das Fluoreszenzbild besonders deutlich hervortritt.It is also possible that the image processing system electronically a color range in the color shown hides the image to adjust the contrast between different areas. If the machine vision system carries out an RGB acquisition, for example the The blue and / or green channel can be switched on and off. The This procedure has the advantage that when the Blue and / or green channel especially the fluorescence image stands out clearly.
Diese Hervorhebung wird dadurch verstärkt, daß das Bild verarbeitungssystem den ausgeblendeten Farbkanal shutter artig in das beispielsweise auf einem Monitor dargestellte Farbbild einblendet. Hierdurch ergibt sich für den Be trachter eine besonders "ins Auge stechende" Darstellung, die insbesondere die Erkennung von Tumoren vereinfacht.This emphasis is reinforced by the fact that the picture processing system the hidden color channel shutter like in the example shown on a monitor Fades in color image. This results in the Be trachten a particularly "eye-catching" representation, which in particular simplifies the detection of tumors.
Ein Untersuchungsvorgang kann dabei etwa wie folgt ablau
fen:
Zunächst wird der zu untersuchende Gewebebereich visuell
untersucht. Damit ist gemeint, daß ein Arzt den mit
"weißem" Licht beleuchteten Bereich mit dem Okular eines
Endoskops bzw. eines Mikroskops oder auf einem Monitor be
trachtet. Zur Umschaltung auf photodynamische Diagnose
wird beispielsweise mittels eines Fußschalters oder eines
Schalters an der Videokamera der Kurzpaßfilter und gegebe
nenfalls der thermostabile Wärmeschutzfilter in den Be
leuchtungsstrahlengang eingeschwenkt. Gleichzeitig wird
der Grünkanal und/oder der Blaukanal periodisch abgeschal
tet. Damit sieht der Arzt auf dem Monitor einmal nur das
Fluoreszenzbild (oder das "normale" Bild) und dann die
Überlagerung des Fluoreszenzbildes mit dem "normalen"
Bild, das durch Licht aus dem kleinen Bereich, in dem die
Transmission des Gesamtsystems ungleich 0 ist - also entwe
der dem Überlappungsbereich oder dem zweiten Durchlaßbe
reich -, erzeugt wird. Umgekehrt kann auch das Fluores
zenzbild periodisch dem Hintergrundbild (Blaukanal) über
lagert werden.An examination process can proceed as follows:
First, the tissue area to be examined is examined visually. This means that a doctor looks at the area illuminated with "white" light with the eyepiece of an endoscope or a microscope or on a monitor. To switch to photodynamic diagnosis, for example, by means of a foot switch or a switch on the video camera, the short-pass filter and, if appropriate, the thermostable heat protection filter are pivoted into the illumination beam path. At the same time, the green channel and / or the blue channel is switched off periodically. So the doctor sees on the monitor only the fluorescence image (or the "normal" image) and then the superimposition of the fluorescence image with the "normal" image, which is caused by light from the small area in which the transmission of the overall system is not equal to 0 - So either the area of overlap or the second Durchlaßbe rich - is generated. Conversely, the fluorescence image can also be periodically superimposed on the background image (blue channel).
Weiterhin kann das Bildverarbeitungssystem zur Bestimmung
eventueller Tumore den Fluoreszenz-Kontrastwert an den
einzelnen Stellen des Bildes für die maximale Fluoreszen
zwellenlänge berechnen. Im Falle der Verwendung von Delta-
Aminolävulinsäure (ALA) als Photosensibilisator kann das
Kontrastverhältnis für die Wellenlänge 630 nm zur Intensi
tät in dem Bereich von maximal 50 nm berechnet, in dem das
Gesamtsystem einen spektralen Transmissionsgrad von mehr
als 5% aufweist:
Durch einen Vergleich der mit und ohne Fluoreszenzanregung
aufgenommenen Bilder - im einfachsten Falle eine Subtrak
tion der Bilder - kann die Bildverarbeitungseinheit die
Intensität der Fluoreszenzstrahlung bestimmen und das Kon
trastverhältnis berechnen, so daß eine genaue Lokalisie
rung eventueller Tumore möglich ist.Furthermore, the image processing system can determine the fluorescence contrast value at the individual points of the image for the maximum fluorescence wavelength to determine any tumors. If delta-aminolevulinic acid (ALA) is used as the photosensitizer, the contrast ratio for the wavelength 630 nm to the intensity can be calculated in the range of at most 50 nm in which the overall system has a spectral transmittance of more than 5%:
By comparing the images taken with and without fluorescence excitation - in the simplest case a subtraction of the images - the image processing unit can determine the intensity of the fluorescence radiation and calculate the contrast ratio, so that an accurate localization of any tumors is possible.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann für die verschieden
sten medizinischen Untersuchungen eingesetzt werden:
Neben dem besonders bevorzugten Einsatz in endoskopischen
Anwendungen kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch in
Verbindung mit einem Operationsmikroskop beispielweise in
der Neurochirurigie, der Kolposkopie oder der Ophthalmolo
gie eingesetzt werden.The device according to the invention can be used for the most diverse medical examinations:
In addition to the particularly preferred use in endoscopic applications, the device according to the invention can also be used in conjunction with an operating microscope, for example in neurosurgery, colposcopy or ophthalmology.
In jedem Falle erhält man jedoch eine Vorrichtung, die insbesondere folgende Vorteile aufgrund der Mitbeobachtung von an dem Gewebe reflektierten Beleuchtungslicht zugleich oder alternierend mit dem Fluoreszenzlicht aufweist:In any case, however, a device is obtained that in particular the following advantages due to the observation of illuminating light reflected on the fabric at the same time or alternating with the fluorescent light:
- - Es ist eine Orientierung auch über fluoreszenznegativem Gewebe möglich.- It is an orientation also about fluorescence negative Tissue possible.
- - Die erfindungsgemäß realisierte Orientierung hat gegen über einer reinen Weißlicht-Beleuchtung insbesondere bei der Verwendung von ALA als Photosensibilisator den Vor teil, daß eine starke Betonung der Gefäßstrukturen er folgt und sich klare Sichtverhältnisse auch bei diffusen Einblutungen in die Spülflüssigkeit ergeben. - The orientation implemented according to the invention is against above pure white light lighting in particular the use of ALA as a photosensitizer partly that he has a strong emphasis on vascular structures follows and there is clear visibility even with diffuse Bleeding into the irrigation fluid.
- - Die Schwellwertfunktion des blauen Licht unterdrückt die unspezifische Rotfluoreszenz des Normalgewebes.- The threshold function of the blue light suppresses the unspecific red fluorescence of normal tissue.
- - Vor allem aber ist die Erkennung echt fluoreszenzpositi ver Areale durch Farbkontrast und nicht durch Intensi tätskontrast - wie dies bei einer vollständigen Blockung des Beleuchtungslichtes der Fall wäre - möglich. Dies vereinfacht insbesondere die Bildverarbeitung.- Above all, the detection is really fluorescence positive areas by color contrast and not by intensi contrast - like this with a complete block of the illuminating light would be the case. This especially simplifies image processing.
- - Der erfindungsgemäß erhaltene Farbkontrast ist - im Ge gensatz zum Intensitätskontrast - unabhängig vom Beob achtungsabstand und vom Beobachtungswinkel. Damit wird die Irrtumswahrscheinlichkeit wesentlich reduziert. Dar überhinaus erübrigen sich aufwendige Bildverarbeitungs verfahren, so daß im Falle einer automatisierten Erken nung einfache Bildverarbeitungsverfahren zur Anwendung kommen können.- The color contrast obtained according to the invention is - in Ge contrast to the intensity contrast - regardless of the obser distance of observation and from the observation angle. So that will the probability of error is significantly reduced. Dar moreover, there is no need for complex image processing proceed so that in the case of automated detection simple image processing methods for use can come.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be schrieben, in der zeigen:The invention is based on an embodiment example with reference to the drawing be wrote in the show:
Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung für endoskopische Anwendungen, Fig. 1 shows schematically an apparatus according to the invention for endoscopic applications,
Fig. 2a die Filtercharakteristik der in den einzelnen Strahlengängen eingesetzten Filter, Fig. 2a shows the filter characteristic of the filters used in the various beam paths,
Fig. 2b die "Gesamttransmission" eines ersten Ausfüh rungsbeispiels, und Fig. 2b, the "total transmission" of a first embodiment, and
Fig. 3a und b entsprechende Darstellungen für ein zweites Ausführungsbeispiel. FIGS. 3a and b are corresponding views for a second embodiment.
In Fig. 1 ist schematisch der Aufbau einer erfindungsgemä ßen Vorrichtung für endoskopische Anwendungen dargestellt. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet ein Endoskop, das in be kannter Weise einen Lichtleiteranschluß 2, einen stabför migen Teil 3, der in einen (nicht dargestellten) menschli chen Körper einführbar ist, und ein Okular 4 aufweist.In Fig. 1, the structure of an inventive device for endoscopic applications is shown schematically. The reference numeral 1 denotes an endoscope, in a known manner, a light guide connection 2 , a stab-shaped part 3 , which can be inserted into a (not shown) human body, and an eyepiece 4 .
Der Lichtleiteranschluß 2 ist über ein Lichtleitkabel 5 mit einer Lichtquelle 6 verbundenen, die beispielsweise eine Xenon-Entladungslampe aufweisen kann. Ein z. B. aus einem Faserbündel bestehender Lichtleiter 21 in dem Endo skop 1 leitet das in den Lichtleiteranschluß 2 eingekop pelte Licht der Lichtquelle 6 zum distalen Ende 11 des En doskops 1. Das aus dem distalen Ende 11 austretende Licht beleuchtet den zu untersuchenden Gewebebereich 7.The light guide connection 2 is connected via a light guide cable 5 to a light source 6 , which can have a xenon discharge lamp, for example. A z. B. from a fiber bundle of existing light guide 21 in the endoscope 1 directs the light in the light guide connection 2, the light source 6 coupled to the distal end 11 of the endoscope 1 . The light emerging from the distal end 11 illuminates the tissue region 7 to be examined.
Das von dem Gewebebereich 7 kommende Licht tritt in ein nur schematisch dargestelltes Objektiv 31 des Endoskops 1 ein. Das Bild des Objektivs 31 wird durch einen Bildwei terleiter 32 zum proximalen Ende 12 des Endoskops 1 gelei tet.The light coming from the tissue area 7 enters a lens 31 of the endoscope 1, which is only shown schematically. The image of the objective 31 is sent through a conductor 32 to the proximal end 12 of the endoscope 1 .
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Bildwei terleiter 32 eine Mehrzahl von Relaislinsensystem auf, von denen jedes eine 1 : 1-Abbildung ausführt und aus sog. Stablinsen-Systemen besteht. Alternativ kann der Bildwei terleiter 32 ein Faser-Abbildungssystem aufweisen. In the exemplary embodiment shown, the image guide 32 has a plurality of relay lens systems, each of which carries out a 1: 1 image and consists of so-called rod lens systems. Alternatively, the image guide 32 can have a fiber imaging system.
Das in der proximalen Bildebene 13 erzeugte Bild des Gewe bebereichs 7 kann durch das Okular 4 mit dem Auge betrach tet werden. Alternativ oder über einen Strahlteiler zu sätzlich zur Betrachtung mit dem Auge kann das Bild mit einer Videokamera 8 aufgenommen werden. In Fig. 1 ist die Alternative dargestellt, daß die Videokamera 8 direkt am Okular 4 angebracht ist.The image of the tissue region 7 generated in the proximal image plane 13 can be viewed through the eyepiece 4 with the eye. Alternatively or via a beam splitter in addition to viewing with the eye, the image can be recorded with a video camera 8 . In Fig. 1 the alternative is shown that the video camera 8 is attached directly to the eyepiece 4 .
Soweit wie vorstehend beschrieben ist der Aufbau bei spielsweise durch mit einer Videokamera versehene Endosko pe der Karl Storz GmbH & Co., Tuttlingen, Deutschland be kannt. Zum Detailaufbau wird deshalb auf die bekannten En doskope dieses Herstellers Bezug genommen.As far as described above, the structure is at for example by Endosko equipped with a video camera pe of Karl Storz GmbH & Co., Tuttlingen, Germany knows. For the detailed structure, therefore, the well-known En doskope from this manufacturer.
Zur Durchführung sogenannter photodynamischer Diagnosen ist die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung so weitergebildet, daß in den Beleuchtungsstrahlengang und in den Beobach tungsstrahlengang Filtersysteme eingebracht werden können.To carry out so-called photodynamic diagnoses, the device shown in FIG. 1 is further developed such that filter systems can be introduced into the illumination beam path and into the observation beam path.
Hierzu ist bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbei spiel an dem Licht-Ausgangsanschluß 61 der Lichtquelle 6 ein Filtersystem 9 angebracht, an dem wiederum das Licht leitkabel 5 angeflanscht ist. Das Filtersystem 9 weist ei nen thermostabilen Interferenzfilter 91 und einen thermo stabilen Wärmeschutzfilter 92 auf, der im wesentlichen die Wärmebeaufschlagung des Interferenzfilters 91 reduzieren soll. Auch vor der Videokamera 8 oder dem Auge, mit dem das Bild visuell ausgewertet wird, ist ein Filter 93 ange bracht.For this purpose, in the embodiment shown in FIG. 1, a filter system 9 is attached to the light output connection 61 of the light source 6 , to which the light guide cable 5 is in turn flanged. The filter system 9 has a thermostable interference filter 91 and a thermally stable heat protection filter 92 , which is intended to substantially reduce the heat applied to the interference filter 91 . A filter 93 is also placed in front of the video camera 8 or the eye with which the image is visually evaluated.
Die Belichtungseinstellung der Videokamera 8 und die Lichtabgabe der Lichtquelle 6 werden von einer Steuer- und Auswerteeinheit 10 gesteuert. Beispielsweise kann die Steuer- und Auswerteeinheit 10 eine Blitz-Lichtquelle mit der Lichtintegrationsphase eines CCD-Chips in der Videoka mera 8 synchronisieren. Ferner kann die Steuer- und Aus werteeinheit 10 die von der Lichtquelle 6 abgegebene Lichtleistung und/oder die Belichtungseinstellung der Vi deokamera regeln.The exposure setting of the video camera 8 and the light output from the light source 6 are controlled by a control and evaluation unit 10 . For example, the control and evaluation unit 10 can synchronize a flash light source with the light integration phase of a CCD chip in the video camera 8 . Furthermore, the control and evaluation unit 10 can regulate the light output from the light source 6 and / or the exposure setting of the video camera.
An der Steuer- und Auswerteeinheit 10 liegt ferner das Ausgangssignal der Videokamera 8 an. Die Auswerteeinheit kann insbesondere ein Bildverarbeitungssystem aufweisen, das das Ausgangssignal der Videokamera in der einleitend beschriebenen Weise weiterverarbeitet und das bildverar beitete Ausgangssignal auf einem Monitor darstellt. Selbstverständlich kann das unmittelbar von der Videokame ra abgegebene und/ oder das bildverarbeitete Ausgangs signal auch z. B. mittels eines Videorecorders gespeichert werden und/oder in einer Bilddatenbank abgelegt oder in sonstiger Weise mittels elektronischer Datenverarbeitung weiterverarbeitet werden.The output signal of the video camera 8 is also present at the control and evaluation unit 10 . The evaluation unit can in particular have an image processing system that processes the output signal of the video camera in the manner described in the introduction and displays the image processed output signal on a monitor. Of course, the directly from the video camera ra and / or the image processed output signal z. B. stored by means of a video recorder and / or stored in an image database or further processed in another way by means of electronic data processing.
Bei Verwendung eines Photosensibilisators geht von dem Ge webebereich 7 sowohl reflektiertes Beleuchtungslicht als auch Fluoreszenzlicht aus, das durch die von dem Photosen sibilisator lichtinduzierte Reaktion in biologischen Sy stemen hervorgerufen wird. Um den verglichen mit dem re flektierten Licht geringen Anteil an Fluoreszenzlicht nachweisen und insbesondere bei einer nach folgenden Bild verarbeitung sicher von dem "Nicht-Fluoreszenzlicht" tren nen zu können, ist eine geeignet gewählte Transmission scharakteristik des Beleuchtungs- und des Beobachtungs strahlengangs erforderlich. Zur Einstellung der Transmis sionscharakteristik während der photodynamischen Diagnose dienen die in den Strahlengang eingbringbaren Filter 91 und 93. Da die Filter beispielsweise durch Ausschwenken aus den Strahlengängen wieder entfernt werden können, ist auch eine normale Beobachtung des Gewebebereichs 7 mög lich, ohne daß es beispielsweise zu einer Farbverfälschung kommen würde.When using a photosensitizer, the tissue area 7 emits both reflected illuminating light and fluorescent light, which is caused by the light-induced reaction of the photosensitizer in biological systems. In order to be able to detect the small proportion of fluorescent light compared to the reflected light and to be able to safely separate from the "non-fluorescent light", especially in the case of a subsequent image processing, a suitably chosen transmission characteristic of the illumination and observation beam path is required. Filters 91 and 93 , which can be inserted into the beam path, serve to set the transmission characteristic during photodynamic diagnosis. Since the filters can be removed again, for example, by swiveling them out of the beam paths, normal observation of the tissue area 7 is also possible without, for example, color falsification.
Nachfolgend soll unter Bezugnahme auf Fig. 2 die Charakte ristik der Filter 91 und 93 für die erste Ausführungsform der Erfindung sowie für den Fall erläutert werden, daß Delta-Aminolävulinsäure als Photosensibilisator verwendet wird. Bei Verwendung anderer Photosensibilisatoren ist die Filtercharakteristik entsprechend anzupassen.The characteristics of the filters 91 and 93 for the first embodiment of the invention and for the case in which delta-aminolevulinic acid is used as the photosensitizer will be explained below with reference to FIG. 2. If other photosensitizers are used, the filter characteristics must be adjusted accordingly.
In Fig. 2a stellt die dick ausgezogene Kurve die Transmis sion (in Prozent) des Filters 91 als Funktion der Wellen länge (in nm), also den sog. Reintransmissionsgrad Ti(λ) dar, während die dünn ausgezogenen Kurve den Reintransmis sionsgrad Ti(λ) für das Filter 93 wiedergibt. Ferner ist in Fig. 2a das Fluoreszenzspektrum eingetragen.In Fig. 2a the thick curve shows the transmission (in percent) of the filter 91 as a function of the wavelength (in nm), i.e. the so-called pure transmittance Ti (λ), while the thin curve shows the pure transmission Ti ( λ) for the filter 93 . The fluorescence spectrum is also entered in FIG. 2a.
Fig. 2a ist zu entnehmen, daß die Reintransmission des Filters 91 bei Wellenlängen, die kleiner als etwa 440 nm sind, größer als 90% ist. Bei Wellenlängen, die größer als etwa 460 nm sind, ist die Transmission kleiner als 1%. Et wa bei 455 nm ist die Transmission 50%. Ferner ist bei dem Ausführungsbeispiel für ein Interferenzfilter 91, das in Fig. 2a dargestellt ist, die Transmission im Bereich zwischen 600 und 660 nm - bevorzugt jedoch 720 bis 780 nm -, in dem Fluoreszenzlicht verstärkt auftritt, besonders niedrig und ist insbesondere kleiner als 0,1%, bevorzugt 0,01%. Das Filter 91 ist also ein Kurzpaßfilter. FIG. 2a shows that the pure transmission of the filter 91 is greater than 90% at wavelengths that are less than about 440 nm. At wavelengths that are greater than about 460 nm, the transmission is less than 1%. At about 455 nm, the transmission is 50%. Furthermore, in the exemplary embodiment for an interference filter 91 , which is shown in FIG. 2a, the transmission in the range between 600 and 660 nm - but preferably 720 to 780 nm - in which fluorescence light occurs in an increased manner is particularly low and is in particular less than 0 , 1%, preferably 0.01%. The filter 91 is therefore a short pass filter.
Das Filter 93 hat eine nahezu gegenläufige Charakteristik:
Die Transmission Tl ist bei Wellenlängen zwischen 370 und
430 nm kleiner als 0,1%, bevorzugt sogar um wenigstens
eine Größenordnung kleiner als 0,1%. Bei einer Wellenlänge
von 445 nm ist die Transmission 50%. Bei Wellenlängen
zwischen 500 und 1100 nm erreicht die Transmission nahezu
99% oder mehr.The filter 93 has an almost opposite characteristic:
At wavelengths between 370 and 430 nm, the transmission T l is less than 0.1%, preferably even by at least an order of magnitude less than 0.1%. At a wavelength of 445 nm, the transmission is 50%. At wavelengths between 500 and 1100 nm, the transmission reaches almost 99% or more.
Die Transmissionskurven der Filter 91 und 93 schneiden sich bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ca. bei Durch laßwerten von mehr als 60%. Es ist jedoch auch möglich - und insbesondere bei schwacher Fluoreszenz bevorzugt, daß sich die Kurven bei Durchlaßwerten von 25 bis 30% schnei den.The transmission curves of the filters 91 and 93 intersect in the exemplary embodiment shown at pass values of more than 60%. However, it is also possible - and especially in the case of weak fluorescence - that the curves intersect at transmission values of 25 to 30%.
Fig. 2b zeigt die Transmissionscharakteristik des Gesamt systems, die man durch Multiplikation der Kurven der ein zelnen Filter 91 und 93 erhält. Wie man sieht, liegt die Transmission nur im Bereich zwischen 440 und 460 nm über 1% und erreicht einen Maximalwert von etwa 50%. Fig. 2b shows the transmission characteristic of the overall system, which is obtained by multiplying the curves of an individual filter 91 and 93 . As you can see, the transmission is only in the range between 440 and 460 nm over 1% and reaches a maximum value of about 50%.
Bei der vorstehend genannten Alternative, bei der sich die Kurven bei Durchlaßwerten von 25 bis 30% schneiden, be trägt der Maximalwert ca. 12,5%. Dies bedeutet, daß nur ein kleiner Teil des Beleuchtungslichtes, das an dem Gewe bebereich 7 reflektiert wird, die proximale Bildebene 13 "erreicht". Das Fluoreszenzlicht, das typischerweise bei Wellenlängen λ zwischen 500 und 780 nm, meist zwischen 600 und 660 nm emittiert wird, erreicht die Bildebene 13 unge hindert, da es nur das Langpaßfilter 93, nicht jedoch das Kurzpaßfilter 91 passieren muß.In the above-mentioned alternative, in which the curves intersect at transmission values of 25 to 30%, the maximum value is approximately 12.5%. This means that only a small part of the illuminating light, which is reflected on the tissue area 7 , "reaches" the proximal image plane 13 . The fluorescent light, which is typically emitted at wavelengths λ between 500 and 780 nm, mostly between 600 and 660 nm, reaches the image plane 13 unhindered, since it only has to pass through the long-pass filter 93 , but not through the short-pass filter 91 .
Damit ist zwar noch eine visuelle Beobachtung des Gewebe bereichs 7 möglich, der Fluoreszenzanteil des nachgewiese nen Lichtes kann aber sicher von dem reflektierten, kürzerwelligen Licht getrennt werden. This still allows a visual observation of the tissue area 7 , but the fluorescence component of the detected light can be safely separated from the reflected, shorter-wave light.
Die Fig. 3a und 3b zeigen die entsprechenden Kurven für die zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der sowohl das im Beleuchtungsstrahlengang eingebrachte Filter 91 als auch das im Beobachtungsstrahlengang vorgesehene Filter 93 einen zweiten Durchlaßbereich bei ca. 490 nm ± 10 nm auf weisen. FIGS. 3a and 3b show the corresponding curves for the second embodiment of the invention, in which both the water introduced in the illumination beam path filter 91 and the provided in the observation beam path filter 93 nm a second pass band around 490 ± 10 nm to have.
Die vorstehenden Wellenlängenangaben beziehen sich auf die Verwendung von Delta-Aminolävulinsäure als Photosensibili sator. Bei der Verwendung von anderer Photosensibilisato ren oder bei Ausnutzung der Eigenfluoreszenz sind die Wel lenlängen, bei denen die einzelnen Filter ihre Paß charakteristik ändern, entsprechend anzupassen. Unverän dert bleibt jedoch im wesentlichen die Eigenschaft, daß sich die beiden komplementären Filterkurven bei einem Reintransmissionsgrad von ca. 50% oder weniger als 50% schneiden, oder daß ein zweiter Durchlaßbereich vorhanden ist. Ebenfalls unverändert bleibt, daß das Gesamtsystem nur in einem schmalen Bereich, der typischerweise 50 nm, gegebenenfalls aber mehr oder weniger, beträgt, deutlich von Null verschieden und insbesondere größer als 1% ist.The above wavelength specifications refer to the Use of delta-aminolevulinic acid as photosensitizer sator. When using other photosensitizers Ren or when using the own fluorescence are the wel Lengths at which the individual filters fit change characteristics, adapt accordingly. Unchanged However, the essential property remains that the two complementary filter curves for one Pure transmittance of approx. 50% or less than 50% cut, or that there is a second pass band is. The overall system also remains unchanged only in a narrow range, typically 50 nm, but possibly more or less, is clear is different from zero and in particular is greater than 1%.
Soll die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für die Thera pie verwendet werden, so muß das Filtersystem 9 ein weite res Filter aufweisen, das keine Kurzpaß-Charakteristik, sondern eine Mittelpaß- bis Langpaßcharakteristik auf weist.If the device according to the invention are also to be used for Thera pie, the filter system 9 must have a wide res filter which does not have a short-pass characteristic, but a medium-pass to long-pass characteristic.
Die vorstehende Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die sich auf die Verwendung von Verwendung von Delta- Aminolävulinsäure als Photosensibilisator bezieht, be schränkt den den Ansprüchen und der Beschreibung entnehm baren allgemeinen Erfindungsgedanken nicht.The above description of exemplary embodiments, which relate to the use of using delta Related Aminolevulinic acid as a photosensitizer, be limits the claims and the description baren general inventive idea.
Claims (47)
- - einem Beleuchtungssystem, das mindestens eine Lichtquel le mit einem Lampensystem (6) aufweist, das inkohärentes Licht im Wellenlängenbereich von wenigstens 380 bis 680 nm erzeugt,
- - einer lichtzuführenden Einheit (2, 5, 21), die das Licht des Beleuchtungssystems auf den zu diagnostizierenden und/oder zu therapierenden Gewebebereich (7) richtet, und
- - einer bildgebenden, bilderfassenden sowie bildübertra genden Einheit (31, 32, 4, 8), die das von dem Gewebebe reich (7) kommende Licht in eine proximale Bildebene (13) abbildet,
- an illumination system which has at least one light source with a lamp system ( 6 ) which generates incoherent light in the wavelength range from at least 380 to 680 nm,
- - A light supply unit ( 2 , 5 , 21 ), which directs the light of the lighting system to the tissue area ( 7 ) to be diagnosed and / or treated, and
- an imaging, image-capturing and image-transmitting unit ( 31 , 32 , 4 , 8 ) which images the light coming from the tissue tissue ( 7 ) into a proximal image plane ( 13 ),
wobei der Reintransmissionsgrad des aus lichtzuführender Einheit und aus bildgebender Einheit bestehenden Gesamtsy stems nur in einem Wellenlängenbereich von maximal 50 nm einen spektralen Transmissionsgrad von mehr als 5% auf weist und ansonsten in dem oben genannten Wellenlängenbe reich kleiner als 5% ist. wherein the spectral pure transmittance Tl (λ) of the light supplying unit is adapted to the fluorescence excitation spectrum of the photosensitizer or tissue and the spectral pure transmittance Tb (λ) of the imaging unit is adapted to the fluorescence spectrum of the photosensitizer or tissue, and
wherein the pure transmittance of the overall system consisting of light-supplying unit and imaging unit only has a spectral transmittance of more than 5% in a wavelength range of at most 50 nm and is otherwise less than 5% in the above-mentioned wavelength range.
- - einem Beleuchtungssystem, das mindestens eine Lichtquel le aufweist,
- - einer lichtzuführenden Einheit (2, 5, 21), die das Licht des Beleuchtungssystems auf den zu diagnostizierenden und/oder zu therapierenden Gewebebereich (7) richtet, und
- - einer bildgebenden, bilderfassenden sowie bildübertra genden Einheit (31, 32, 4, 8), die das von dem Gewebebe reich (7) kommende Licht in eine proximale Bildebene (13) abbildet,
- a lighting system which has at least one light source,
- - A light supply unit ( 2 , 5 , 21 ), which directs the light of the lighting system to the tissue area ( 7 ) to be diagnosed and / or treated, and
- an imaging, image-capturing and image-transmitting unit ( 31 , 32 , 4 , 8 ) which images the light coming from the tissue tissue ( 7 ) into a proximal image plane ( 13 ),
wobei der Reintransmissionsgrad des aus lichtzuführender Einheit und aus bildgebender Einheit bestehenden Gesamtsys tems nur in dem zweiten Durchlaßbereich einen spektralen Transmissionsgrad von mehr als 5% aufweist und ansonsten in dem obigen Wellenlängenbereich kleiner als 5% ist. wherein the spectral pure transmittance Ti l (λ) of the light-supplying unit has a first pass band which is adapted to the fluorescence excitation spectrum of the photosensitizer or of the tissue, and a second pass band whose wavelengths lie between the wavelengths of the fluorescence excitation spectrum and the wavelengths of the fluorescence spectrum lies, and the spectral pure transmittance Tb (λ) of the imaging unit has a first pass band, which is adapted to the fluorescence spectrum of the photosensitizer or the tissue, and a second pass band, which is in the same wavelength range as the second pass band of the light-supplying unit, and
wherein the pure transmittance of the total system consisting of light-supplying unit and imaging unit only has a spectral transmittance of more than 5% in the second pass band and is otherwise less than 5% in the above wavelength range.
Tl(λ = 610-650 nm) < 1%, bevorzugt < 0,01%.12. The apparatus according to claim 11, characterized in that when using delta aminoavulinic acid as the photosensitizer, the thermostable interference filter ( 91 ) has the following transmission properties in the visible range: Tl (λ = 380-430 nm) <50%
Tl (λ = 610-650 nm) <1%, preferably <0.01%.
Tl(λ = 447 nm) = 50%
Tl(λ = 460-600 nm) < 1%
Tl(λ = 600-660 nm) < 0,1%
Tl(λ = 660-680 nm) < 1%.14. The apparatus of claim 12 or 13 in connection with claim 1, characterized in that the thermostable interference filter (short pass filter 91) has the following characteristics: Tl (λ = 370-440 nm) <95%
Tl (λ = 447 nm) = 50%
Tl (λ = 460-600 nm) <1%
Tl (λ = 600-660 nm) <0.1%
Tl (λ = 660-680 nm) <1%.
Tl(λ = 447 nm) = 50%
Tl(λ = 460-480 nm) < 1%
Tl(λ = 490 nm) < 10% und insbesondere < 30%
Tl(λ = 500-600 nm) < 1%
Tl(λ = 600-660 nm) < 0,1%
Tl(λ = 660-680 nm) < 1%.15. The apparatus of claim 12 or 13 in conjunction with claim 2, characterized in that the thermostable interference filter (short pass filter 91) has the following characteristics: Tl (λ = 370-440 nm) <95%
Tl (λ = 447 nm) = 50%
Tl (λ = 460-480 nm) <1%
Tl (λ = 490 nm) <10% and in particular <30%
Tl (λ = 500-600 nm) <1%
Tl (λ = 600-660 nm) <0.1%
Tl (λ = 660-680 nm) <1%.
Tl(λ = 440-700 nm) < 90%
Tl(λ = 700 nm) = 50%
Tl(λ = 720-1100 nm) < 1%.17. Device according to one of claims 12 to 16, characterized in that the thermostable heat protection filter ( 92 ) has the following characteristic: Tl (λ = 380-440 nm) <95%
Tl (λ = 440-700 nm) <90%
Tl (λ = 700 nm) = 50%
Tl (λ = 720-1100 nm) <1%.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |