DE19721454A1

DE19721454A1 - Endoskopische bzw. mikroskopische Vorrichtung zur photodynamischen Diagnose

Info

Publication number: DE19721454A1
Application number: DE19721454A
Authority: DE
Original assignee: Karl Storz SE and Co KG
Current assignee: Karl Storz SE and Co KG
Priority date: 1997-04-02
Filing date: 1997-05-22
Publication date: 1998-10-15
Also published as: DE59810839D1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur "in vivo-Diagnose" mittels einer durch einen körpereigenen oder körperfremden Photosensibilisator lichtinduzierten Reaktion in biologischem Gewebe.

Um eine lichtinduzierte Reaktion in biologischen Systemen auszulösen, wird dem Patienten ein Photosensibilisator in einer Konzentration von wenigen mg/kg Körpergewicht verab reicht.

Stand der Technik

Typische Photosensibilisatoren sind Photofrin oder Photo san, die ein Hämatoporphyrin-Grundgerüst aufweisen, Delta- Aminolävulinsäure (ALA), die seit kurzem in der Urologie und Dermatologie Verwendung findet, 9-OAc-Tetrameth oxyethylporphicen, Benzoporphyrin-Derivate, Monoaspartyl- Chlorin E₆, m-Tetrahydroxyphenyl-Chlorin, Sn(IV)-Etio purpurin oder Zn(II)-Phtalocyanin.

Diese Substanzen reichern sich in Tumorgeweben in ca. 2 bis 15-fach erhöhter Konzentration an. Diese selektive An reicherung im Tumorgewebe stellt die entscheidende Grund lage für die photodynamische Diagnose (PDD) und die photo dynamische Therapie PDT) dar.

Zur Diagnose wird das zu untersuchende Gewebe ca. 2-12 Stunden nach Verabreichung des Photosensibilisators mit blauem bzw. violettem Licht - bei bekannten Vorrichtungen nahezu ausschließlich Laserlicht - bestrahlt. Der Photo sensibilisator, der im Tumorgewebe in einer erhöhten Kon zentration vorliegt, wird durch dieses Licht angeregt und weist anschließend eine typische Rotfluoreszenz auf, durch die der Tumor lokalisiert werden kann.

Neben der Fluoreszenz - bewirkt durch einen im Gewebe an gereicherten Photosensibilisator- kann auch die sogenannte Autofluoreszenz des Gewebes ausgelöst werden, die durch sogenannte Fluorophorene, d. h. körpereigene Fluoreszenz stoffe zustande kommt. Auch hier erfolgt die Anregung zu meist mit blauem bzw. UV-Licht.

Die photodynamische Diagnose (PDD) ist jedoch in Abhängig keit von den verwendeten Photosensibilisatoren mit gewis sen Problemen behaftet. Bei dem Einsatz von Photofrin und Photosan-3 als Photosensibilisatoren bei der photodynami schen Diagnose müssen für den Fluoreszenznachweis sehr aufwendige technische Vorrichtungen verwendet werden, da durch störende Eigenfluoreszenzanteile nur mit Hilfe sehr aufwendiger computergestützter Bildverarbeitungstechniken und hochempfindlichen Kameras mit Restlichtverstärker die Fluoreszenz des Tumorgewebes entsprechend nachgewiesen werden kann.

Bei der Verwendung von Delta-Aminolävulinsäure (ALA) ist die induzierte Fluoreszenz stark genug, daß sie rein visu ell erkannt werden kann.

Aber auch die durch Delta-Aminolävulinsäure erreichte Fluoreszenz führt nicht zu einer optimalen Qualität des Bildes, das im Rahmen der Diagnose aufgezeichnet werden soll.

Ferner ist es bekannt, Photosensibilisatoren zur photody namischen Therapie (PDT) einzusetzen. Hierzu wird auf die WO 93/20810 verwiesen, auf die im übrigen hinsichtlich der Erläuterung aller hier nicht näher beschriebenen Begriffe und Verfahrensschritte ausdrücklich Bezug genommen wird.

Die für die photodynamische Diagnose - in der medizini schen Fachsprache auch als Fluoreszenz-Diagnose bezeichnet - bzw. für die photodynamische Therapie verwendeten Vor richtungen, die auch als PDD- bzw. PDT-Vorrichtungen be zeichnet werden, weisen ein Beleuchtungssystem, eine lichtzuführende Einheit, die das Licht des Beleuchtungssy stems auf den zu diagnostizierenden und/oder zu therapie renden Gewebebereich richtet, und eine bildgebende, eine bilderfassende sowie gegebenenfalls eine bildübertragende Einheit auf, die das von dem Gewebebereich kommende Licht in eine proximale Bildebene abbildet.

Beleuchtungssystem und lichtzuführende Einheit definieren den Beleuchtungsstrahlengang, während die bildgebende, die bilderfassende sowie gegebenenfalls die bildübertragende Einheit den Beobachtungsstrahlengang definieren.

Bei einer endoskopischen PDD-Vorrichtung besteht die lichtzuführende Einheit aus dem Lichtleiter, der das Be leuchtungssystem z. B. mit dem Lichtleiteranschluß des En doskops verbindet, und dem Beleuchtungslichtleiter des En doskops. Der Lichtleiter kann z. B. ein Quarzlichtleiter oder ein Fluidlichtleiter sein. Fluid- bzw. Quarzlichtlei ter haben eine bessere Transmission im blauen bzw. violet ten Bereich als Standard-Glaslichtleiter. Das distal ange ordnete Objektiv des Endoskops, das den von dem aus dem Beleuchtungslichtleiter austretenden Licht beleuchteten Gewebebereich erfaßt, stellt die bilderfassende optische Einheit dar; das Bild des Objektivs wird beispielsweise mittels eines oder mehrerer CCD-Aufnehmer erfaßt, die als optoelektronische Bildwandlungs-Einheit dienen. Bei einer proximalen Anordnung der CCD-Aufnehmer wird das Bild des Objektivs zu den CCD-Aufnehmern von einem Relaislinsensy stem oder einem Abbildungs-Faserbündel übertragen, die da mit als bildübertragende Einheit dienen.

In der nicht vorveröffentlichten PCT-Anmeldung PCT/DE96/01831 ist vorgeschlagen worden, eine endoskopi sche photodynamische Diagnose und Therapie mit einer Vor richtung auszuführen, bei der als Lichtquelle nicht ein Laser, sondern eine "Weißlichtquelle" verwendet wird, also eine Lichtquelle, die inkohärentes Licht im Wellenlängen bereich wenigstens von 390 bis 650 nm erzeugt. Das Licht der Lichtquelle wird über eine fokussierende Einheit in das Lichtleitkabel eingekoppelt.

In dieser Anmeldung ist weiter vorgeschlagen worden, den spektralen Reintransmissionsgrad bzw. die (spektrale) Übertragungsfunktion der lichtzuführenden Einheit und den spektralen Reintransmissionsgrad bzw. die (spektrale) Übertragungsfunktion der bildgebenden bzw. bilderfassenden Einheit so aufeinander abzustimmen, daß nur ein derart be messener Bruchteil des an dem bestrahlten Gewebe reflek tierten Lichts zur Bilderzeugung beiträgt, daß das Fluo reszenzbild von diesem "Hintergrundbild" nicht überstrahlt wird.

Zur Einstellung der Übertragungsfunktion werden in der Re gel Filtersysteme verwendet. Die bislang vorgeschlagenen Filtersysteme haben jedoch den Nachteil, daß bereits klei ne toleranzbedingte Fehler insbesondere bei der Kantenlage und der Kantensteilheit zu großen Änderungen der zur Bild erzeugung beitragenden reflektierten Lichtmenge führen. Dies hat wiederum eine größere Änderung des Verhältnisses Fluoreszenzlicht zu Hintergrundlicht zur Folge.

Wird beispielsweise durch einen Fertigungs- oder Einbau fehler - Verkippung des Filters etc. - die Filterkurve des in den Beleuchtungsstrahlengang eingebrachten Filtersy stems zu kürzeren Wellenlängen hin verschoben, verringert sich bereits bei kleinen Verschiebungen die Überlappung der Durchlaßbereiche der in den Beleuchtungsstrahlengang und in den Beobachtungsstrahlengang eingebrachten Filter systeme praktisch auf "Null", so daß man kein Hintergrund bild aufgrund des direkt reflektierten Lichts und nur noch ein Fluoreszenzbild erhält.

Umgekehrt erhält man bereits bei einer kleine Verschiebung zu längeren Wellenlängen hin eine zu große Überlappung, so daß das Fluoreszenzbild durch das sichtbare ("Nicht"- Fluoreszenz)-Hintergrundbild überstrahlt wird.

Ähnliche Probleme treten auch bei Vorrichtungen auf, bei denen eine photodynamische Diagnose mittels eines Mikro skops und insbesondere eines Operationsmikroskops ausge führt wird. Entsprechende Vorrichtungen sind in der EP 0 241 268 A1 oder der US-PS 5,371,624 beschrieben.

Die Probleme, die bei der Filterauswahl auftreten können, sind auch in der US-PS 4,056,724 - vgl. insbesondere Fig. 14 - beschrieben.

Auf diese Druckschriften wird im übrigen zur Erläuterung aller hier nicht im einzelnen beschriebenen Begriffe aus drücklich verwiesen.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine spektrale Reintransmissionscharakteristik bzw. eine Übertragungs funktion für den Beleuchtungsstrahlengang und/oder den Be obachtungsstrahlengang anzugeben, bei der sich toleranzbe dingte Fehler insbesondere bei der Kantenlage und der Kan tensteilheit deutlich geringer als bei anderen Systemen auf das Verhältnis der Lichtmengen des Fluoreszenzlichtes und des direkt reflektierten und zur. Bilderzeugung beitra genden Lichts auswirken.

Eine erfindungsgemäße Lösungen dieser Aufgabe sind im Pa tentanspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 9. In den Ansprüchen 10 und 11 sind Filter zum Einsatz in einer PDD-Vorrichtung beansprucht.

Erfindungsgemäß sind der spektrale Reintransmissionsgrad bzw. die spektrale Übertragungsfunktion T_l(λ) der licht zuführenden Einheit bzw. des Beleuchtungsstrahlengangs dem Fluoreszenzanregungsspektrum des Photosensibilisators bzw. des Gewebes und der spektrale Reintransmissionsgrad bzw. die spektrale Übertragungsfunktion T_b(λ) der bildgebenden Einheit bzw. des Beobachtungsstrahlengangs dem Fluores zenzspektrum des Photosensibilisators bzw. des Gewebes an gepaßt. Weiterhin schneiden sich die Übertragungsfunktion T_l(λ) des Beleuchtungsstrahlengangs und die Übertragungs funktion T_b(λ) des Beobachtungsstrahlengangs bei einem Transmissionswert von nicht mehr als 30%.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, daß sich die Transmissionsgrade bzw. die spektralen Übertragungsfunk tionen des Beleuchtungsstrahlenganges und des Beobach tungsstrahlenganges in einem Bereich schneiden, in dem we nigstens ein Transmissionsgrad eine - zumindest bei einer Mittelung bzw. einer Ersetzung der tatsächlichen Kurve durch eine Gerade über einen Wellenlängenbereich von 10-30 nm - flache Steigung hat, so daß durch eine Verschiebung einer oder beider Kurven sich der von den beiden Kurven eingeschlossene Bereich nur vergleichsweise wenig ändert.

Hierfür ist es entscheidend, daß es wenigstens eine Refe renzwellenlänge λ_r gibt, die höchstens 2Δλ größer oder kleiner als die Schnittpunktswellenlänge λ_s ist, für die also gilt:

λ_s-2Δλ ≦ λ_r ≦ λ_s+2Δλ

und von der ausgehend

- die spektrale Übertragungsfunktion T_l(λ) des Beleuch tungsstrahlengangs für wenigstens fünf Wellenlängen λ_r, λ_r+Δλ, λ_r+3Δλ, λ_r-Δλ und λ_r-2Δλ folgende Bedingungen er füllt:
|T_l(λ_r-Δλ) - T_l(λ_r-2Δλ)| < 10%
|T_l(λ_r+Δλ) - T_l(λ_r+3Δλ)| < 5%, bevorzugt <3%
T_l(λ_r) < 0,5%
T_l(λ_r-Δλ) < 0,5%
T_l (λ_r-2Δλ) < 0,5%
T_l(λ_r+Δλ) < 0,3%
T_l(λ_r+3Δλ) < 0,3%
mit
4 nm < Δλ < 6 nm,
- und/oder die spektrale Übertragungsfunktion T_b(λ) des Beobachtungsstrahlengangs für wenigstens fünf Wellen längen λ_r, λ_r-Δλ, λ_r-3Δλ, λ_r+Δλ und λ_r+2Δλ folgende Be dingungen erfüllt:
|T_b(λ_r+Δλ) - T_b(λ_r+2Δλ)| < 10%
|T_b(λ_r-Δλ) - T_b(λ_r-3Δλ)| < 5%, bevorzugt < 3%
T_b(λ_r) < 0,5%
T_b(λ_r+Δλ) < 0,5%
T_b(λ_r+²Δλ) < 0,5%
T_b(λ_r-Δλ) < 0,3%
T_b(λ_r-3Δλ) < 0,3%
mit
4 nm < Δλ < 6 nm.

Die Übertragungsfunktionen im lichtzuführenden und im bil derzeugenden Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind so gewählt, daß nur eine genau eingestellte Lichtmenge des direkt an dem Gewebe reflektierten Beleuchtungslichts, 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 Beleuchtungssystem kommt.

Dabei gewährleisten die erfindungsgemäß gewählten Übertra gungsfunktionen des Beleuchtungsstrahlengangs und des Be obachtungsstrahlengangs der Vorrichtung, daß der beleuch tete Gewebebereich so stark mit Licht mit einer Wellenlän ge beleuchtet wird, die nicht im Bereich im Bereich des Fluoreszenzspektrums liegt, daß die Untersuchungsperson aufgrund des in diesem Wellenlängenbereich direkt reflek tierten Lichts, das ein Hintergrundbild liefert, Einzel heiten des beleuchteten Gewebebereichs unabhängig von der Fluoreszenzstrahlung wahrnehmen kann.

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 eingestellt sind, daß sie sich nicht gegenseitig "stören".

Dabei ist es bevorzugt, wenn die Einstellung derart er folgt, daß die Intensität des emittierten Fluoreszenzlich tes in der gleichen Größenordnung wie die Gesamtintensität des reflektierenden Anteils des Anregungslichtes des Be leuchtungssystems - gewichtet durch die Filtercharakteri stik des Beobachtungssystems - liegt. Besonders vorteil hafter Weise erfolgt die Einstellung derart, daß die bei den Intensitäten in etwa gleich sind.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn sich die beiden spek tralen Transmissionsgrade bei einem Wert von weniger als 10%, bevorzugt bei einem Wert von weniger als 5% schneiden (Anspruch 2).

Bei einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Übertra gungsfunktion des Beleuchtungsstrahlengangs im Bereich λ_r. . .λ_r+3Δλ und/oder die Übertragungsfunktion des Beobach tungsstrahlengangs im Bereich λ_r. . . λ_r-3Δλ ein nahezu hori zontales Plateau oder ein lokales Maximum auf.

Wenn ALA als Photosensibilisator gewählt wird, ist es be vorzugt, wenn der spektrale Transmissionsgrad des Beleuch tungsstrahlengangs die folgende Beziehung erfüllt
100% < T_l(λ=400. . .420) ≧ 80%
15% < T_l(λ=440. . .455) ≧ 0,5%.

Durch diese Ausbildung der spektralen Übertragungsfunktio nen der lichtzuführenden Einheit und der bildgebenden Ein heit wird erreicht, daß das Fluoreszenzlicht auf dem durch das Beleuchtungslicht erzeugten Bild beispielsweise in der Umgebung eines Tumors klar und kontrastreich wahrgenommen werden kann.

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.

Die optischen Elemente, die zur Einstellung der Übertra gungsfunktionen der lichtübertragenden und der bildgeben den Einheit verwendet werden, sind bevorzugt Filtersyste me, wie z. B. Absorptionsfilter, Interferenzfilter oder auch Prismen sowie elektrisch ansteuerbare LC-Filter (li quid crystal filter), die in den Beleuchtungs- und den Be obachtungs-Strahlengang einbringbar sind. Dabei wird unter Beleuchtungsstrahlengang der Strahlengang von der Lampe der Lichtquelle zur lichtzuführenden Einheit, durch diese Einheit, und von dieser Einheit zum diagnostizierenden Ge webebereich verstanden. Die optischen Elemente und insbe sondere die Filtersysteme können prinzipiell an jeder Stelle dieses Strahlengangs, bevorzugt an Stellen mit pa rallelem Strahlengang angeordnet sein. Besonders bevorzugt ist jedoch die Anordnung zwischen Beleuchtungssystem und lichtzuführender Einheit, also beispielsweise vor einem Lichtleiter-Faserbündel. Bei der Beschreibung des bzw. der Filtersysteme wird der Reintransmissionsgrad des jeweili gen Strahlengangs ohne Filtersystem als 100% angenommen.

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.) Eine Feinabstim mung der Transmissionsverläufe des Beleuchtungs- bzw. Be obachtungsstrahlengangs kann durch eine zusätzliche Ver kippung der Filterelemente erfolgen.

Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung in ein Endoskop in tegriert ist, kann sich die Bildebene sowohl in dem Endo skop im Bereich des distalen Endes - beispielsweise bei Verwendung eines distal angeordneten Videochips - als auch im Bereich des proximalen Endes befinden. Im letzteren Falle weist der Beobachtungsstrahlengang neben einem Ob jektiv als bilderfassende optische Einheit beispielsweise ein Relaislinsensystem oder ein flexibles Faserbündel als bildübertragende Einheit auf. Bei Verwendung eines Relais linsen-Systems oder eines Faserbündels als bildübertragen de Einheit werden die in dem Beobachtungsstrahlengang ein gebrachten Filtersysteme bevorzugt zwischen der "letzten Fläche" des Relaislinsen-Systems bzw. der Austrittsfläche des Faserbündels und der proximalen Bildebene angeordnet.

Bei Integration der erfindungsgemäßen Vorrichtung in ein Operationsmikroskop ist Bestandteil der bildgebenden Ein heit das Mikroskop-Linsensystem, dem beispielsweise ein Videoaufnehmer als elektronisch bilderfassende Einheit nachgeordnet sein kann.

Die Farbfilter des Videochips gehen in die Filtercharakte ristik nicht mit ein. Weitere eventuell im Strahlengang vorgesehene Filter sind jedoch bei der Bestimmung des Reintransmissionsgrades zu berücksichtigen.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das in den Beleuchtungs-Strahlengang einbringbare Filter min destens zwei getrennte Filter auf, von denen ein Filter eine thermostabile Interferenzfiltereinheit und das andere Filter ein thermostabiles Wärmeschutzfilter (Neutralfil ter) ist. Die thermostabile Interferenzfiltereinheit wie derum besteht bevorzugt aus einem Kurzpaß und einem Blockingfilter, die auf getrennten Substraten angeordnet sind. Hierdurch ergeben sich deutlich verbesserte Transmissions eigenschaften.

Im Anspruch 10 ist ein derartiges Filter zur Verwendung im Beleuchtungsstrahlengang einer PDD-Vorrichtung insbesonde re bei Verwendung von ALA als Photosensibilisator angege ben, dessen spektraler Transmissionsgrad T_l(λ) für wenig stens fünf Wellenlängen λ_r, λ_r+Δλ, λ_r+3Δλ, λ_r-Δλ und λ_r-2Δλ folgende Bedingungen erfüllt:
|T_l(λ_r-Δλ) - T_l(λ_r-2Δλ)| < 10%
|T_l(λ_r+Δλ) - T_l(λ_r+3Δλ)| < 5%, bevorzugt <3%
T_l(λ_r) < 0,5%
T_l(λ_r-Δλ) < 0,5%
T_l (λ_r-2Δλ) < 0,5%
T_l (λ_r+Δλ) < 0,3%
T_l(λ_r+3Δλ) < 0,3%
mit
4 nm < Δλ < 6 nm,
wobei λ_r eine Referenzwellenlänge ist, die in Abhängigkeit von dem jeweils verwendeten Photosensibilisator bzw. der jeweiligen Eigenfluoreszenz gewählt ist, und für die bei spielsweise bei Verwendung von ALA als Photosensibilisator gilt:

438 nm - 2Δλ ≦ λ_r ≦ 438 nm + 2Δλ

Im Anspruch 11 ist ein derartiges Filter zur Verwendung im Beobachtungsstrahlengang einer PDD-Vorrichtung insbesonde re bei Verwendung von ALA als Photosensibilisator angege ben, dessen spektraler Transmissionsgrad T_b(λ) für wenig stens fünf Wellenlängen λ_r, λ_r-Δλ, λ_r-3Δλ, λ_r+Δλ und λ_r+2Δλ folgende Bedingungen erfüllt:
|T_b(λ_r+Δλ) - T_b(λ_r+2Δλ)| < 10%
|T_b(λ_r-Δλ) - T_b(λ_r-3Δλ)| < 5%, bevorzugt <3%
T_b(λ_r) < 0,5%
T_b(λ_r+Δλ) < 0,5%
T_b(λ_r+2Δλ) < 0,5%
T_b(λ_r-Δλ) < 0,3%
T_b(λ_r-3Δλ) < 0,3%
mit
4 nm < Δλ < 6 nm,
wobei λ_r eine Referenzwellenlänge ist, die in Abhängigkeit von dem jeweils verwendeten Photosensibilisator bzw. der jeweiligen Eigenfluoreszenz gewählt ist, und für die bei spielsweise bei Verwendung von ALA als Photosensibilisator gilt:

438 nm - 2Δλ ≦ λ_r ≦ 438 nm + 2Δλ

Das Filter kann insbesondere ein Interferenzfilter sein, dessen Trägermaterial Quarz oder ein hitzebeständiges Glas, wie "Schott Borofloat" ist.

Bei Verwendung eines anderen Photosensibilisators sind die Filtereigenschaften entsprechend anzupassen:

Die Verwendung von optischen Elementen und insbesondere von Filtern zur Beeinflussung der Strahlengang-Trans missionscharakteristik bzw. der Übertragungsfunktion hat den Vorteil, daß beispielsweise durch Ausschwenken der Filter eine normale Weißlicht-Beleuchtung und -Beobachtung erfolgen kann, so daß die Untersuchungsperson, also bei spielsweise ein Arzt den auch mit Fluoreszenzdiagnose un tersuchten Gewebebereich u. a. nach der Farbe beurteilen kann. Die Farbe ist beispielsweise im Bereich der Ophthal mologie ein wesentliches Beurteilungskriterium.

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 "kontinu ierlich arbeitenden" Lichtquelle eine "gepulste" Licht quelle, wie ein Blitzgerät mit Blitzlampe oder auch ein Laser eingesetzt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrie ben, in der zeigen:

Fig. 1 schematisch die Filtercharakteristik eines Aus führungsbeispiels,

Fig. 2 vergrößert den Bereich, in dem sich die beiden Filterkurven schneiden, und

Fig. 3a eine Darstellung zur Erläuterung der Nachteile des Standes der Technik, und

Fig. 3b eine Darstellung zur Erläuterung der Vorteile
der Erfindung.

Darstellung eines Ausführungsbeispiels

In den Figuren sind die Charakteristiken der Filter im Be leuchtungsstrahlengang (Anregungsfilter) und im Beobach tungsstrahlengang (Beobachtungsfilter) für ein Ausfüh rungsbeispiel für den Fall angegeben, daß Delta-Amino lävulinsäure als Photosensibilisator verwendet wird. Bei Verwendung anderer Photosensibilisatoren ist die Fil tercharakteristik entsprechend anzupassen.

Bezüglich der numerischen Werte der Durchlaßwerte bzw. des spektralen Transmissionsgrades T(λ) (in %) als Funktion der Wellenlänge λ wird ausdrücklich auf die Fig. 1 und 2 verwiesen.

Fig. 1 ist zu entnehmen, daß die Transmission des Anre gungsfilters ab etwa 425 nm einen steilen Abfall hin zu längeren Wellenlängen hat. Im Gegensatz zu der in der PCT-Anmeldung PCT/DE96/01831 beschriebenen Filtercharakte ristik ist die Transmission bei Wellenlängen, die größer als ca. 450 nm sind, jedoch nicht praktisch Null, sondern über einen Bereich von wenigstens 10 nm größer als 0,5%, jedoch kleiner als 5%. (vgl. Fig. 2)
Dieser flache Auslauf über einen größeren Wellenlängenbe reich der Transmissionskurve des Anregungsfilters bestimmt wesentlich die von den beiden Transmissionskurven einge schlossene Fläche, also die Menge des durchgelassenen Lichts, das vom Beobachter neben dem induzierten Fluores zenzlicht als "Hintergrundbild" wahrgenommen wird.

Eine Verschiebung einer der beiden Kurven aufgrund von Fertigungsfehlern etc. hat damit einen wesentlich geringe ren Einfluß auf die durchgelassene Lichtmenge als dies beim Stand der Technik der Fall ist.

Dies zeigt Fig. 3b, in der zusätzlich zur Soll-Charak teristik des Beobachtungsfilters eine durch Fertigungsfeh ler hervorgerufene "Ist-Charakteristik" gestrichelt ange geben ist, bei der die Filterkurve um einen bestimmte Wel lenlänge Λ verschoben ist. Wie man aus Fig. 3b entnimmt, wirkt sich der Fehler in der Charakteristik nur geringfü gig auf die durchgelassene Lichtmenge aus.

Fig. 3a zeigt zum Vergleich die Änderung beim Stand der Technik, bei dem die Transmission des Anregungsfilters kein erfindungsgemäßes Plateau aufweist, sondern direkt auf Null abfällt: Durch die Verschiebung des Transmission um den Wert Λ wird die Menge des Lichts, das zum Hinter grundbild beiträgt, wesentlich mehr als bei der Erfindung verringert.

Claims

1. Endoskopische oder mikroskopische Vorrichtung zur Dia gnose mittels einer durch einen Photosensibilisator licht induzierten oder durch Eigenfluoreszenz hervorgerufenen Reaktion in biologischem Gewebe "in vivo", mit

- einem Beleuchtungsstrahlengang, gebildet von
einem Beleuchtungssystem, das mindestens eine Lichtquelle mit einem Lampensystem aufweist, das inkohärentes Licht in einem Wellenlängenbereich wenigstens von 400 bis 635 nm erzeugt, und
einer lichtzuführenden Einheit, die das Licht des Beleuchtungssystems auf den zu diagnostizierenden und/oder zu therapierenden Gewebebereich richtet,
der eine spektrale Übertragungsfunktion T_l(λ) aufweist, die dem Fluoreszenzanregungsspektrum des Photosensibi lisators bzw. des Gewebes angepaßt ist, und
- einem Beobachtungsstrahlengang, gebildet von
einer bildgebenden, einer bilderfassenden sowie gegebenenfalls einer bildübertragenden Einheit, die das von dem Gewebebereich kommende Licht in eine Bildebene abbildet,
der eine spektrale Übertragungsfunktion T_b(λ) aufweist, die dem Fluoreszenzspektrum des Photosensibilisators bzw. des Gewebes angepaßt ist,
wobei die spektrale Übertragungsfunktion T_l(λ) des Be leuchtungsstrahlengangs und die spektrale Übertragungs funktion T_b(λ) des Beobachtungsstrahlengangs sich bei ei ner Wellenlänge λ_s schneiden, bei der der Transmissionswert jedes Strahlengangs nicht mehr als 30% beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß es wenigstens eine Referenz wellenlänge λ_r gibt, die höchstens 2Δλ größer oder kleiner als die Schnittpunktswellenlänge λ_s ist, für die also gilt:
λ_s-2Δλ ≦ λ_r ≦ λ_s+2Δλ
und von der ausgehend
- die spektrale Übertragungsfunktion T_l(λ) des Beleuch tungsstrahlengangs für wenigstens fünf Wellenlängen λ_r, λ_r+Δλ, λ_r+3Δλ, λ_r-Δλ und λ_r-2Δλ folgende Bedingungen er füllt:
|T_l(λ_r-Δλ) - T_l(λ_r-2Δλ)| < 10%
|T_l(λ_r+Δλ) - T_l(λ_r+3Δλ)| < 5%, bevorzugt <3%
T_l (λ_r) < 0,5%
T_l(λ_r-Δλ) < 0,5%
T_l (λ_r-2Δλ) < 0,5%
T_l (λ_r+Δλ) < 0,3%
T_l (λ_r+3Δλ) < 0,3%
mit
4 nm < Δλ < 6 nm,
- und/oder die spektrale Übertragungsfunktion T_b(λ) des Beobachtungsstrahlengangs für wenigstens fünf Wellen längen λ_r, λ_r-Δλ, λ_r-3Δλ, λ_r+Δλ und λ_r+2Δλ folgende Bedin gungen erfüllt:
|T_b(λ_r+Δλ) - T_b(λ_r+2Δλ)| < 10%
|T_b(λ_r-Δλ) - T_b(λ_r-3Δλ)| < 5%, bevorzugt <3%
T_b(λ_r) < 0,5%
T_b(λ_r+Δλ) < 0,5%
T_b(λ_r+2Δλ) < 0,5%
T_b(λ_r-Δλ) < 0,3%
T_b (λ_r-3Δλ) < 0,3%
mit
4 nm < Δλ < 6 nm.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzwellenlänge λ_r gleich der Schnittpunktswellenlänge λ_s ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die beiden Übertragungs funktionen T_l(λ) und T_b(λ) bei einem Transmissionswert von weniger als 10%, bevorzugt bei einem Wert von weniger als 5% schneiden.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die spektrale Übertragungs funktion T_l(λ) des Beleuchtungsstrahlengangs im Bereich λ_r. . .λ_r+3Δλ und/oder die spektrale Übertragungsfunktion des Beobachtungsstrahlengangs T_b(λ) im Bereich λ_r. . .λ_r-3Δλ ein nahezu horizontales Plateau aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die spektrale Übertragungs funktion T_l(λ) des Beleuchtungsstrahlengangs im Bereich λ_r. . .λ_r+3Δλ und/oder die spektrale Übertragungsfunktion Tb(λ) des Beobachtungsstrahlengangs im Bereich λ_r. . .λ_r-3Δλ ein lokales Maximum aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der spektrale Übertragungs funktion T_l(λ) des Beleuchtungsstrahlengangs für ALA als Photosensibilisator folgende Beziehung erfüllt
100% < T_l(λ=400. . .420) ≧ 80%
15% < T_l(λ=440. . .455) ≧ 0,5%.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die spektrale Übertragungs funktion der lichtübertragenden und der bildgebenden Ein heit mittels eines oder mehrerer optischer Elemente ein stellbar sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Elemente Inter ferenzfilter sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die spektralen Übertragungs funktionen derart eingestellt sind, daß die Gesamtintensi tät des induzierten Fluoreszenzlichtes in der gleichen Größenordnung wie die Gesamtintensität des direkt an dem Gewebebereich reflektierten Anteils des Lichts des Be leuchtungssystems liegt.

10. Filter zur Verwendung im Beleuchtungsstrahlengang ei ner Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dessen spektraler Transmissionsgrad T_l(λ) für wenigstens fünf Wellenlängen λ_r, λ_r+Δλ, λ_r+3Δλ, λ_r-Δλ und λ_r-2Δλ folgende Bedingungen erfüllt:
|T_l(λ_r-Δλ) - T_l(λ_r-2Δλ)| < 10%
|T_l(λ_r+Δλ) - T_l(λ_r+3Δλ)| < 5%, bevorzugt <3%
T_l(λ_r) < 0,5%
T_l(λ_r-Δλ) < 0,5%
T_l(λ_r-2Δλ) < 0,5%
T_l(λ_r+Δλ) < 0,3%
T_l(λ_r+3Δλ) < 0,3%
mit
4 nm < Δλ < 6 nm,
wobei λ_r eine Referenzwellenlänge ist, die in Abhängigkeit von dem jeweils verwendeten Photosensibilisator bzw. der jeweiligen Eigenfluoreszenz gewählt ist, und für die bei spielsweise bei Verwendung von ALA als Photosensibilisator gilt:
438 nm - 2Δλ ≦ λ_r ≦ 438 nm + 2Δλ

11. Filter zur Verwendung im Beobachtungsstrahlengang ei ner Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dessen spektraler Transmissionsgrad T_b(λ) für wenigstens fünf Wellenlängen λ_r, λ_r-Δλ, λ_r-3Δλ, λ_r+Δλ und λ_r+2Δλ folgende Bedingungen erfüllt:
|T_b(λ_r+Δλ) - T_b(λ_r+2Δλ)| < 10%
|T_b(λ_r-Δλ) - T_b(λ_r-3Δλ)| < 5%, bevorzugt 3%
T_b(λ_r) < 0,5%
T_b (λ_r+Δλ) < 0,5%
T_b(λ_r+2Δλ) < 0,5%
T_b(λ_r-Δλ) < 0,3%
T_b(λ_r-3Δλ) < 0,3%
mit
4 nm < Δλ < 6 nm,
wobei λ_r eine Referenzwellenlänge ist, die in Abhängigkeit von dem jeweils verwendeten Photosensibilisator bzw. der jeweiligen Eigenfluoreszenz gewählt ist, und für die bei spielsweise bei Verwendung von ALA als Photosensibilisator gilt:
438 nm - 2Δλ ≦ λ_r ≦ 438 nm + 2Δλ.