DE19646176A1

DE19646176A1 - Fluoreszenzendoskop

Info

Publication number: DE19646176A1
Application number: DE19646176A
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Utsui; Rensuke Adachi; Hirohisa Ueda; Hiroshi Sano
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1995-11-09
Filing date: 1996-11-08
Publication date: 1997-05-15
Also published as: US5891016A; JP3435268B2; JPH09131305A

Description

Die Erfindung betrifft ein Fluoreszenzendoskop zum direkten visuellen Betrachten lebenden Gewebes unter Anwendung der Fluoreszenz, die von dem lebenden Gewebe bei Auftreffen visu ellen Lichtes abgegeben wird.

Allgemein ist in einem Fluoreszenzendoskop ein Anregungs lichtfilter im Beleuchtungsstrahlengang zwischen einer Licht quelle (Lampe) und einem zu prüfenden Objekt angeordnet. An regungslicht, durch das die Fluoreszenz des lebenden Gewebes angeregt wird, kann über das Endoskop übertragen werden. Ein Fluoreszenz-Beobachtungsfilter (Fluoreszenzfilter) ist in dem Beleuchtungsstrahlengang angeordnet. Es ermöglicht den Durch gang der von dem lebenden Gewebe durch Anregungslicht abgege benen Fluoreszenzstrahlung, deren Wellenlänge größer als die des Anregungslichtes ist, und sperrt das Anregungslicht. Das Wellenlängenband des Anregungslichtes, das die Fluoreszenz hervorruft, liegt bei etwa 420 bis 480 nm, und die Breite des optimalen Bandes zum Anregen der Fluoreszenz ist etwa 450 bis 475 nm. Andererseits ist die Wellenlänge der von dem leben den Gewebe abgegebenen Fluoreszenz etwa 480 bis 600 nm, und der Spitzenwert der Intensität ergibt sich bei 480 bis 520 nm nahe bei dem Wellenlängenband des Anregungslichtes.

Da die Intensität der durch das Anregungslicht hervorgerufe nen Fluoreszenz verglichen mit dem Anregungslicht selbst ex trem klein ist, kann auch eine geringe Menge des Anregungs lichtes beim Erreichen des zu betrachtenden Bereichs die Be trachtung der Fluoreszenz erschweren. Daher müssen das Anre gungslichtfilter und das Fluoreszenzfilter so hergestellt sein, daß das durch das Anregungslichtfilter hindurchtretende Wellenlängenband und das durch das Fluoreszenzfilter hin durchtretende Wellenlängenband einander nicht überlappen.

Da aber die Wellenlängenbänder des Anregungslichtes und der Fluoreszenz in beschriebener Weise eng benachbart sind und ihre intensitätsspitzenwerte innerhalb begrenzter Bereiche liegen, wird die durchgelassene Lichtmenge reduziert, wenn der Durchlaßbereich für Anregungslicht bei dem Anregungs lichtfilter von dem Durchlaßbereich für Fluoreszenz bei dem Fluoreszenzfilter entfernt ist. Dadurch wird die Intensität der Fluoreszenz geschwächt, und es können Diagnosefehler her vorgerufen werden.

Theoretisch werden das Anregungslichtfilter und das Fluores zenzfilter idealerweise so hergestellt, daß die längste von dem Anregungslichtfilter durchgelassene Wellenlänge mit der kürzesten von dem Fluoreszenzfilter durchgelassenen Wellen länge übereinstimmt oder ihr nahezu gleich ist.

Die längste Wellenlänge oder die kürzeste Wellenlänge, die von einem Filter durchgelassen wird, ist diejenige Wellen länge, bei der der Durchlaßgrad des Filters 0 ist, so daß es extrem schwierig ist, die längste oder die kürzeste Wellen länge optisch zu messen. Dies ist der Grund, warum die Her stellung eines Filters sehr schwierig ist, wenn die längste von dem Anregungslichtfilter oder die kürzeste von dem Fluo reszenzfilter durchgelassene Wellenlänge vorgegeben wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Fluoreszenzendoskop anzuge ben, bei dem unter Verwendung eines Anregungslichtfilters und eines Fluoreszenzfilters eine gute visuelle Prüfung leicht erzielt werden kann.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Pa tentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Da bei der Erfindung das Anregungslichtfilter und das Fluo reszenzfilter so ausgebildet sind, daß ein vorbestimmter Un terschied der längsten Wellenlänge, bei der der Durchlaßgrad des Anregungslichtfilters größer als 10% ist, und der kürze sten Wellenlänge, bei der der Durchlaßgrad des Fluoreszenz filters größer als 10% ist, vorliegt, können die Durchlaßbe reiche einander nicht überlappen. Außerdem können das Anre gungslichtfilter und das Fluoreszenzfilter, deren Durchlaßbe reiche einander sehr nahe liegen, durch präzises Messen der Wellenlänge leicht hergestellt werden.

Der vorbestimmte Unterschied der vorstehend genannten Wellen längen ist gemäß der Erfindung 20 nm bis 40 nm.

Vorzugsweise beträgt die längste Wellenlänge, bei der der Durchlaßgrad des Anregungslichtfilters größer als 10% ist, 455 nm bis 460 nm. Die kürzeste Wellenlänge, bei der der Durchlaßgrad des Fluoreszenzfilters größer als 10% ist, be trägt 480 nm bis 495 nm.

Vorzugsweise ist der Wellenlängenbereich des Anregungslicht filters auf der Seite langer Wellenlängen bei einem von 90% bis 10% veränderlichen Durchlaßgrad 12 nm bis 20 nm. Ent sprechend ist der Wellenlängenbereich des Fluoreszenzfilters auf der Seite kurzer Wellenlängen bei einem von 10% bis 90% veränderlichen Durchlaßgrad 13 nm bis 30 nm.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine grafische Darstellung der spektralen Übertra gungseigenschaften eines Fluoreszenzendoskops nach der Erfindung, und

Fig. 2 den Aufbau eines Fluoreszenzendoskops nach der Er findung.

Fig. 2 zeigt den Gesamtaufbau eines Fluoreszenzendoskops, bei dem ein Einführteil 1 und ein Bedienteil 2 vorgesehen sind, die miteinander an dem Basisende des Einführteils 1 verbunden sind. Der Einführteil 1 hat ein (optisches) Objektivsystem 4 in seinem vorderen Ende, mit dem ein Objektbild an der Ein trittsfläche eines Lichtleitfaserbündels 5 erzeugt wird. Die ses erstreckt sich von dem Einführteil 1 durch den Bedienteil 2 und erreicht mit seinem Austrittsende einen Okularteil 3. Dieser enthält ein Okularsystem 6, mit dem eine vergrößerte Darstellung des Austrittsendes des Lichtleitfaserbündels 5 erzeugt wird.

Ein Bild eines vor dem Einführteil 1 befindlichen Objekts wird an der Eintrittsfläche des Lichtleitfaserbündels 5 mit dem Objektsystem 4 erzeugt. Dieses Bild wird auf den Okular teil 3 über das Lichtleitfaserbündel 5 übertragen. Somit kann das Objektbild direkt und visuell über das Okularsystem 6 be trachtet werden, wenn der Okularteil 3 nicht mit einer Fern sehkameraeinheit 20 verbunden ist, wie sie allgemein für nor males Licht und Fluoreszenz verwendet wird.

Ein Lichtleitfaserbündel 7, über das das Objekt mit Beleuch tungslicht bestrahlt wird, erstreckt sich durch das Objektiv system 7 und den Einführteil 1 und erreicht über einen ver bindenden Lichtleiter 8 mit seinem Eintrittsende einen Verb inder 9, der lösbar an einer Beleuchtungseinrichtung 10 be festigt ist.

Eine Xenon-Lampe 11 ist in der Beleuchtungseinrichtung 10 an geordnet, und das von ihr abgegebene Licht wird auf das Lichtleitfaserbündel 7 am Eintrittsende konvergiert und am Austrittsende auf das Objekt zu dessen Beleuchtung abgegeben.

Ein Anregungslichtfilter 12, das im Bereich von beispielswei se 380 nm bis 460 nm einen Durchlaßgrad von mehr als 10% hat, ist in dem Lichtweg zwischen der Eintrittsfläche des Lichtleitfaserbündels 7 und der Lampe 11 angeordnet und kann mit einem Elektromagneten 13 entfernt werden.

Das Anregungslichtfilter 12 wird bei normaler Betrachtung aus dem Lichtweg herausgenommen, wie in Fig. 2 gezeigt, und bei Betrachtung mit Fluoreszenz in den Lichtweg eingeschaltet. Diese Stellung des Anregungslichtfilters 12 ist nicht ge zeigt.

Der Okularteil 3 kann lösbar mit der Normal/Fluoreszenz-Fern sehkameraeinheit 20 verbunden werden. Diese Einheit 20 hat eine Normalbild-Aufnahmekamera 30, die das normale, durch das Okularsystem 6 fallende Objektbild aufnimmt, und eine Fluo reszenzbild-Aufnahmekamera 40, die das von dem Okularsystem 6 durchgelassene Fluoreszenzbild aufnimmt. Die Fernsehkameras 30 und 40 sind als eine Einheit aufgebaut.

Die Normalbild-Aufnahmekamera 30 hat eine Festkörper-Bildauf nahmevorrichtung 31 und eine Abbildungsoptik 32. Die Fluores zenzbild-Aufnahmekamera 40 hat eine Festkörper-Bildaufnahme vorrichtung 41 und eine Abbildungsoptik 42. Wird der Okular teil 3 des Endoskops an der Kameraeinheit 20 befestigt oder von ihr gelöst, so wird es gemeinsam mit der Normalbild-Auf nahmekamera 30 bzw. der Fluoreszenzbild-Aufnahmekamera 40 verbunden oder von diesen gelöst.

Die Fluoreszenz-Aufnahmekamera 40 hat einen Bildverstärker 43, der die Intensität des durch das Okularsystem 6 tretenden Lichtes merklich verstärkt. Mit der Abbildungsoptik 44 wird das vom Okularsystem 6 durchgelassene und auf die Aufnahme fläche des Bildverstärkers 43 fallende Objektbild erzeugt.

Ein Fluoreszenzfilter 45, das im Bereich von beispielsweise 480 bis 580 nm einen Durchlaßgrad von mehr als 10% hat, ist der Abbildungsoptik 44 vorgeordnet, so daß nur Licht mit ei ner von dem Fluoreszenzfilter 45 durchgelassenen Wellenlänge auf den Bildverstärker 43 gelangt. Licht mit einer von dem Anregungslichtfilter 12 durchgelassenen Wellenlänge kann durch das Fluoreszenzfilter 45 nicht hindurchtreten.

Wenn das von dem Anregungslichtfilter durchgelassene Licht auf das lebende Gewebe trifft, so gibt normales Gewebe Fluo reszenz mit einer Wellenlänge ab, die von dem Fluoreszenzfil ter 45 durchgelassen wird, während z. B. Krebsgewebe o.a. keine Fluoreszenz abgibt. Wenn das Anregungslichtfilter 12 in den Beleuchtungsstrahlengang eingesetzt wird, so kann die von dem normalen Gewebe nur des Objekts (lebendes Gewebe) abgege bene Fluoreszenz mit dem Bildverstärker 43 verstärkt werden.

Ein den Lichtweg umschaltendes optisches System 50 ist vor der Normal/Fluoreszenz-Fernsehkamera-Einheit 20 angeordnet und schaltet den Lichtweg des durch das Okularsystem 6 tre tenden Lichtes zwischen der Fernsehkamera 30 und der Fernseh kamera 40 um.

Das den Lichtweg umschaltende optische System 50 besteht aus einem Dachkantprisma 55 mit einer mit 45° gegenüber der opti schen Achse des Okularsystems 6 geneigten reflektierenden Fläche und ist in Richtung senkrecht zur optischen Achse des Okularsystems 6 bewegbar. Die Bewegung des Dachkantprismas 55 erfolgt mit einem Betätigungsstab 56.

Ist das Dachkantprisma 55 auf der optischen Achse des Okular systems 6 angeordnet, wie Fig. 2 zeigt, so wird das durch das Okularsystem 6 tretende Licht seitlich an dem Dachkantprisma 55 reflektiert und fällt auf die Festkörper-Bildaufnahmevor richtung 31 der Normalbild-Aufnahmekamera 30.

Wird das Dachkantprisma 55 seitlich bewegt und aus dem Strah lengang des Okularsystems 6 entfernt, so gelangt das durch das Okularsystem 6 tretende Licht auf das Fluoreszenzfilter 45 und auf die Lichtaufnahmefläche des Bildverstärkers 43, wie es in Fig. 2 gestrichelt gezeigt ist. Die Intensität des Bildes wird mit dem Bildverstärker 43 erhöht. Daher wird das Bild auf der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 41 der Fluo reszenz-Bildaufnahmekamera erzeugt.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das von der Normalbild-Aufnahmekamera 30 oder der Fluoreszenz-Bildaufnah mekamera 40 abgegebene Bildsignal einem Fernsehmonitor 60 zu geführt. Die Wahl der Bildsignale zwischen den Fernsehkameras 30 und 40 erfolgt mit einem Leitungswähler 61. Es sind Steue rungen 62 und 63 für die Fernsehkameras 30 und 40 vorgesehen.

Eine Steuerung 70 mit einem Mikroprozessor liefert Steuersi gnale für den Bildverstärker 43, den Leitungswähler 61 und das Anregungslichtfilter 12 usw. in Zuordnung zur Schaltope ration des optischen Systems 50. Ein Detektor 71 erfaßt den schaltzustand des optischen Systems 50 und gibt ein entspre chendes Signal an die Steuerung 70.

Bei Normalbetrachtung ist das Anregungslichtfilter 12 aus dem Strahlengang in der Beleuchtungseinrichtung 10 entfernt, wie Fig. 2 zeigt, so daß das Objekt normal beleuchtet wird. Somit wird das betrachtete Objektbild mit der Normalbild-Aufnahme kamera 30 aufgenommen.

An der Normal/Fluoreszenz-Fernsehkamera-Einheit 20 wird die Stromversorgung für den Bildverstärker 43 abgeschaltet, und der Leitungswähler 61 wird auf die Normalbild-Aufnahmekamera 30 geschaltet. Daher wird das betrachtete Normalbild mit der gesamten Wellenlänge des sichtbaren Lichts auf dem Fernsehmo nitor 60 entsprechend dem Ausgangssignal der Festkörper-Bild aufnahmevorrichtung 31 der Normalbild-Aufnahmekamera 30 be trachtet.

Wird das optische System 50 umgeschaltet, ohne das Dachkant prisma 55 seitlich aus dem Strahlengang zu entfernen, während der Okularteil 3 mit der Normal/Fluoreszenz-Fernsehkamera- Einheit 20 verbunden bleibt, so wird das Anregungslichtfilter 12 in den Strahlengang eingesetzt und die Stromversorgung für den Bildverstärker 43 eingeschaltet. Daher wird der Leitungs wähler 61 auf die Fluoreszenzbild-Aufnahmekamera 40 geschal tet.

Dadurch wird das Objekt mit dem Beleuchtungslicht (Anregungs licht) beleuchtet, das durch das Anregungslichtfilter 12 fällt. Das betrachtete Bild wird über das Fluoreszenzfilter 45 übertragen und fällt auf den Bildverstärker 43.

Somit kann nur von dem Fluoreszenzfilter 45 durchgelassenes Licht auf den Bildverstärker 43 fallen. Die von dem Objekt abgegebene Fluoreszenz wird also allein von dem Bildverstär ker 43 verstärkt, so daß das verstärkte Fluoreszenzbild mit der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 41 der Fluoreszenz bild-Aufnahmekamera 40 aufgenommen und auf dem Fernsehmonitor 60 dargestellt wird.

Beispiel 1

Fig. 1 zeigt die Spektralcharakteristik des Anregungslicht filters 12 und des Fluoreszenzfilters 45. In dem abfallenden Teil der Durchlaßkennlinie des Anregungslichtfilters 12 auf der Seite langer Wellenlängen in Fig. 1 ist bei der Wellen länge λ1 der Durchlaßgrad 90% und bei der Wellenlänge λ2 der Durchlaßgrad 10%. In dem ansteigenden Teil der Durchlaßkenn linie des Fluoreszenzfilters 45 auf der Seite kurzer Wellen längen in Fig. 1 ist bei der Wellenlänge λ3 der Durchlaßgrad 10% und bei der Wellenlänge λ4 der Durchlaßgrad 90%. Bei einem Filter ist es praktisch extrem schwierig, die Wellen länge bei einem Durchlaßgrad von 0% oder 100% zu messen, jedoch kann die Wellenlänge bei einem Durchlaßgrad von 10% oder 90% leicht optisch gemessen werden.

In Beispiel 1, bei dem ein Anregungslichtfilter 12 und ein Fluoreszenzfilter 45 mit den folgenden optischen Eigenschaf ten verwendet wurden, war eine helle und klare Fluoreszenzbe trachtung möglich.
λ1 : 435 nm
λ2 : 455 nm
λ3 : 495 nm
λ4 : 525 nm

Beispiel 2

In Beispiel 2 wurden ein Anregungslichtfilter 12 und ein Fluoreszenzfilter 45 mit den folgenden optischen Eigenschaf ten verwendet. Ähnlich wie in Beispiel 1 war eine helle und klare Fluoreszenzbetrachtung möglich.
λ1 : 440 nm
λ2 : 458 nm
λ3 : 488 nm
λ4 : 513 nm

Beispiel 3

In Beispiel 3 wurden ein Anregungslichtfilter 12 und ein Fluoreszenzfilter 45 mit den folgenden optischen Eigenschaf ten verwendet. Ähnlich wie in Beispiel 1 ergab sich eine helle und klare Fluoreszenzbetrachtung.
λ1 : 448 nm
λ2 : 460 nm
λ3 : 480 nm
λ4 : 493 nm

Claims

1. Fluoreszenzendoskop, bei dem lebendes Gewebe durch Anre gungslicht beleuchtet und von ihm abgegebene Fluoreszenz aufgenommen wird, deren Wellenlänge länger als diejenige des Anregungslichtes ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anregungslichtfilter (12), welches das Anregungslicht durchläßt, im Beleuchtungslichtweg zwischen einer Licht quelle (11) und einem zu betrachtendem Objekt angeordnet ist, und daß ein Fluoreszenzfilter (45), welches von dem lebenden Gewebe abgegebende Fluoreszenz durchläßt, jedoch das Anregungslicht sperrt, im Betrachtungslichtweg zwi schen dem Objekt und einem Betrachtungsteil (40) angeord net ist, mit dem ein Objektbild betrachtet wird, wobei eine Differenz von 20 nm bis 40 nm der längsten Wellen länge, bei der der Durchlaßgrad des Anregungslichtfilters (12) größer als 10% ist, und der kürzesten Wellenlänge, bei der der Durchlaßgrad des Fluoreszenzfilters (45) grö ßer als 10% ist, vorliegt.

2. Fluoreszenzendoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die längste Wellenlänge, bei der der Durchlaß grad des Anregungslichtfilters (12) größer als 10% ist, 455 nm bis 460 nm beträgt.

3. Fluoreszenzendoskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die kürzeste Wellenlänge, bei der der Durchlaß grad des Fluoreszenzfilters (45) größer als 10% ist, 480 nm bis 495 nm beträgt.

4. Fluoreszenzendoskop nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenlängenbereich des Anregungslichtfilters (12) auf der Seite langer Wel lenlängen bei einem von 90% bis 10% veränderlichen Durchlaßgrad 12 nm bis 20 nm beträgt.

5. Fluoreszenzendoskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß der Wellenlängenbereich des Fluoreszenzfilters (45) auf der Seite kurzer Wellenlängen bei einem von 10% bis 90% veränderlichen Durchlaßgrad 13 nm bis 30 nm be trägt.

6. Fluoreszenzendoskop nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Seite langer Wellenlängen des Anregungslichtfilters (12) bei einem Durchlaßgrad von 90% die Übertragungswellenlänge (λ1) 435 nm und bei einem Durchlaßgrad von 10% die Übertra gungswellenlänge (λ2) 455 nm ist.

7. Fluoreszenzendoskop nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß auf der Seite kurzer Wellenlängen des Fluores zenzfilters (45) bei einem Durchlaßgrad von 10% die Übertragungswellenlänge (λ3) 495 nm und bei einem Durch laßgrad von 90% die Übertragungswellenlänge (λ4) 525 nm ist.

8. Fluoreszenzendoskop nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Seite langer Wellenlängen des Anregungslichtfilters (12) bei einem Durchlaßgrad von 90% die Übertragungswellenlänge (λ1) 440 nm und einem Durchlaßgrad von 10% die Übertragungs wellenlänge (λ) 458 nm ist.

9. Fluoreszenzendoskop nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß auf der Seite kurzer Wellenlängen des Fluores zenzfilters (45) bei einem Übertragungsgrad von 10% die Übertragungswellenlänge (λ3) 488 nm und bei einem Über tragungsgrad von 90% die Übertragungswellenlänge (λ4) 513 nm ist.

10. Fluoreszenzendoskop nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Seite langer Wellenlängen des Anregungslichtfilters (12) bei einem Durchlaßgrad von 90% die Übertragungswellenlänge (λ1) 448 nm und bei einem Durchlaßgrad von 10% die Übertra gungswellenlänge (λ2) 460 nm ist.

11. Fluoreszenzendoskop nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß auf der Seite kurzer Wellenlängen des Fluo reszenzfilters (45) bei einem Durchlaßgrad von 10% die Übertragungswellenlänge (λ3) 480 nm und bei einem Durch laßgrad von 90% die Übertragungswellenlänge (λ4) 493 nm ist.