DE19849777A1 - Endoskopische Fluoreszenzbeobachtungseinrichtung sowie Anregungslichtfilter und Fluoreszenzlichtfilter hierfür - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Filter für Anregungslicht und ein Filter für Fluoreszenz­ licht, die jeweils Licht eines jeweilig vorgegebenen Wellenlängenbereiches durchlassen, und eine endoskopische Fluoreszenzbeobachtungseinrichtung, in der das Filter für Anregungslicht und/oder das Filter für Fluoreszenzlicht ver­ wendet werden.

Bekanntlich enthält ein Organismus mehrere Arten organismuseigener, endoge­ ner Substanzen, die bei Bestrahlung mit Anregungslicht Fluoreszenzlicht in einem speziellen Wellenlängenbereich aussenden. Intensitäten und Wellenlängen des von den endogenen Substanzen ausgesendeten Fluoreszenzlichtes unter­ scheiden sich je nachdem, ob das Fluoreszenzlicht aus einem normalen Orga­ nismus oder einem abnormalen Organismus stammt. Unter Ausnutzung dieses Sachverhalts kann man nun versuchen, ein Fluoreszenzbild zu erhalten, das die Intensitätsverteilung des von dem Organismus ausgesendeten Fluoreszenzlich­ tes, d. h. des Autofluoreszenzlichtes zeigt, um auf Grundlage dieses Fluores­ zenzbildes abzuschätzen, ob in einem lebenden Körper ein abnormaler, d. h. krankhafter Teil vorhanden ist oder nicht. Um ein solches Fluoreszenzbild zu erhalten, wird eine endoskopische Fluoreszenzbeobachtungseinrichtung verwendet.

Im allgemeinen hat eine solche endoskopische Fluoreszenzbeobachtungseinrich­ tung ein optisches Beleuchtungssystem zum Beleuchten des das Objekt bil­ denden Organismus mit Anregungslicht eines vorgegebenen Wellenlängenbe­ reichs und ein optisches Beobachtungssystem zum Beobachten des durch das Anregungslicht von dem Organismus ausgesendeten Autofluoreszenzlichtes. Das Beleuchtungssystem enthält eine Lichtquellenlampe und ein Filter, das von dem von der Lichtquellenlampe ausgesendeten Beleuchtungslicht lediglich das Anregungslicht durchläßt. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist ein herkömmliches Filter für Anregungslicht so ausgebildet, daß ein durchlässiges Wellenlängenband auf ei­ nen Bereich von etwa 380 nm bis etwa 490 nm eingestellt ist. Aus dem von der Lichtquellenlampe ausgesendeten Beleuchtungslicht wird so durch die Transmis­ sion durch das Filter Anregungslicht eines Wellenlängenbandes von etwa 380 nm bis etwa 490 nm erzeugt. Wird der Organismus mit diesem Anregungslicht bestrahlt, so wird das Autofluoreszenzlicht in einem speziellen Wellenlängenband von dem Organismus ausgesendet. Das von dem mit dem Anregungslicht bestrahlten Organismus ausgesendete Licht gelangt in das Beobachtungssystem. In diesem Beobachtungssystem ist ein Filter für Fluoreszenzlicht angeordnet, um eine an dem Organismus reflektierte Lichtkomponente des Anregungslichtes aus dem eintretenden Licht zu entfernen und lediglich das Autofluoreszenzlicht zum Beobachtungsbereich durchzulassen. Wie in Fig. 5 gezeigt, ist ein herkömmliches Filter für Fluoreszenzlicht so ausgebildet, daß das durch lässige Wellenlängen­ band auf einen Bereich von etwa 480 nm bis etwa 600 nm eingestellt ist, da das von einem normalen Teil des Körpers und das von einem abnormalen Teil des Körpers ausgesendete Autofluoreszenzlicht jeweils aus den in Fig. 6 gezeigten Lichtwellenlängen und Intensitäten zusammengesetzt sind, wobei die Intensität des von dem Körper ausgesendeten Autofluoreszenzlichtes erkennbar in einem Wellenlängenband von etwa 480 nm bis etwa 600 nm auftritt. Der unter anderem eine Bildaufnahmevorrichtung enthaltende Beobachtungsbereich zeigt deshalb beispielsweise auf einem Monitor ein Fluoreszenzbild des Organismus an, das von dem Autofluoreszenzlicht des Wellenlängenbandes von etwa 480 nm bis etwa 600 nm gebildet wird.

Kürzlich wurde Riboflavin als eine der organismuseigenen, endogenen Substan­ zen erkannt, so daß der Versuch unternommen wurde, die Normalität eines Or­ ganismus von seiner Abnormalität dadurch zu unterscheiden, daß die von Ri­ boflavin verursachte Intensitätsverteilung des Fluoreszenzlichtes beobachtet wurde.

Bei der Beobachtung der durch Riboflavin verursachten Intensitätsverteilung des Fluoreszenzlichtes unter Einsatz der bekannten endoskopischen Fluoreszenzbe­ obachtungseinrichtung treten folgende Probleme auf. Bei einer Bestrahlung mit Anregungslicht von etwa 440 nm wird das von Riboflavin verursachte Fluores­ zenzlicht am stärksten ausgesendet, wobei dieses jedoch verglichen mit dem An­ regungslicht im Grunde schwaches Licht ist. Trotz dieses Sachverhalts reicht das durchlässige Wellenlängenband des in der herkömmlichen Fluoreszenzbeob­ achtungseinrichtung verwendeten Filters für das Anregungslicht von etwa 380 nm bis etwa 490 nm. So wird bei der bekannten Einrichtung auch Licht eines Wellenlängenbereiches auf den Körper gestrahlt, das nur schwer Fluoreszenz­ licht aus Riboflavin anregen kann, so daß auch durch dieses Licht auch von an­ deren organischen endogenen Substanzen als Riboflavin Fluoreszenzlicht ange­ regt wird. Deshalb gelangt zusammen mit dem durch Riboflavin verursachten Fluoreszenzlicht auch aus anderen endogenen Substanzen als Riboflavin Fluor­ eszenzlicht in das Beobachtungssystem der Einrichtung. Aufgrund dieses von an­ deren organischen endogenen Substanzen als Riboflavin verursachten Fluores­ zenzlichtes wird das mit der herkömmlichen Einrichtung erhaltene Fluoreszenz­ bild insgesamt hell, so daß der Kontrast zwischen normalen und abnormalen Teilen des Körpers verringert ist. Auf Grundlage eines solchen Fluoreszenzbildes ist es für den Beobachter schwer, zwischen Normalität und Abnormalität des Or­ ganismus zu unterscheiden.

Darüber hinaus werden weiterhin folgende Probleme verursacht, wenn die In­ tensitätsverteilung des Fluoreszenzlichtes mit der herkömmlichen Einrichtung ermittelt wird. Wie in Fig. 6 gezeigt, ist der Unterschied in der Fluoreszenzin­ tensität, d. h. der Kontrast, zwischen normalen und abnormalen Teilen in einem Wellenlängenband von etwa 550 nm bis etwa 600 nm innerhalb des von etwa 480 nm bis etwa 600 nm reichenden Wellenlängenbandes des das Fluoreszenzbild bei der herkömmlichen Einrichtung bildenden Fluoreszenzlichtes klein im Vergleich mit dem Kontrast in einem Wellenlängenband von etwa 480 nm bis et­ wa 550 nm.

Wegen der Autofluoreszenzlichtkomponente in dem Wellenlängenband von etwa 550 nm bis etwa 600 nm ist deshalb der Kontrast zwischen den normalen und den abnormalen Teilen des Körpers in dem durch die bekannte Einrichtung erzeugten Bild insgesamt verringert. Die Unterscheidung zwischen Normalität und Abnor­ malität des Organismus mittels des Fluoreszenzbildes gestaltet sich deshalb für den Benutzer schwierig.

Angesichts der oben erläuterten Probleme ist es Aufgabe der Erfindung, ein Filter für Anregungslicht, ein Filter für Fluoreszenzlicht und eine endoskopische Fluor­ eszenzbeobachtungseinrichtung anzugeben, die das Filter für Anregungslicht und/oder das Filter für Fluoreszenzlicht verwendet, wobei ein Fluoreszenzbild mit verbessertem Kontrast zwischen den normalen und den abnormalen Teilen des Körpers erhalten und so zuverlässiger als bisher zwischen Normalität und Abnor­ malität des Körpers unterschieden werden kann.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Anregungslichtfilter in einem Beleuchtungsstrahlengang zwischen einem Objekt und einer Lichtquellenlampe zum Erzeugen des Beleuchtungslichtes angeordnet. Das Filter läßt von dem Be­ leuchtungslicht nur Anregungslicht einer Wellenlänge durch, die geeignet ist, Autofluoreszenzlicht aus dem als Objekt dienenden Organismus anzuregen. Konkret ist das Anregungslichtfilter so aufgebaut, daß die Transmissivität für Licht in einem Wellenlängenband von 425 nm bis 455 nm gleich oder größer 50% ist. Die Transmissivität für Licht mit einer Wellenlänge kleiner oder gleich 415 nm und Licht einer Wellenlänge größer oder gleich 465 nm ist kleiner oder gleich 0,1%. Die Halbwertsbreite der Transmissivität beträgt 30 nm.

Das vorstehend erläuterte Filter für das Anregungslicht läßt Licht in einem Wel­ lenlängenband von 425 nm bis 455 nm verglichen mit Licht in anderen Wellen­ längenbändern in hohem Maße durch. Außerhalb dieses Wellenlängenbandes läßt es kaum Licht durch. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Filters für das Anregungslicht kann so ein geeignetes Fluoreszenzbild erhalten werden, das von einer das stärkste Fluoreszenzlicht aussendenden organismuseigenen, endogenen Substanz verursacht wird, wenn diese Substanz mit Anregungslicht von etwa 440 nm bestrahlt wird.

Eine endoskopische Fluoreszenzbeobachtungseinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung enthält ein optisches Beleuchtungssystem zum Bestrahlen eines Objektes mit Anregungslicht und ein optisches Beobachtungssystem zum Erzeugen eines Bildes des Objektes auf Grundlage des Fluoreszenzlichtes, das der als Objekt dienende Organismus erzeugt. Das Beleuchtungssystem enthält eine Lichtquellenlampe zum Erzeugen des Beleuchtungslichtes und ein Filter für das Anregungslicht, das in dem Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Licht­ quellenlampe und dem Objekt angeordnet ist. Für den Lichtanteil des von der Lichtquellenlampe erzeugten Lichtes, der in ein Wellenlängenband von 425 nm bis 455 nm fällt, hat das Filter eine Transmissivität, die größer oder gleich 50% ist. Die Transmissivität des Filters beträgt für Licht einer Wellenlänge kleiner oder gleich 415 nm und Licht einer Wellenlänge größer oder gleich 465 nm 0,1% oder weniger. Die Halbwertsbreite der Transmissivität des Filters beträgt 30 nm.

Ein Filter für Fluoreszenzlicht gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist zwi­ schen einem Objekt und einer Bildebene angeordnet, in der ein optisches Abbil­ dungssystem ein Bild des Objektes erzeugt. Das Filter läßt Fluoreszenzlicht, das von einem als Objekt dienenden Organismus erzeugt wird, durch, wenn der Or­ ganismus mit Anregungslicht bestrahlt wird, und sperrt das Anregungslicht. Das Filter für das Fluoreszenzlicht ist so ausgebildet, daß seine Transmissivität für Licht eines Wellenlängenbandes von 490 nm bis 560 nm gleich oder größer 50% ist. Für Licht einer Wellenlänge kleiner oder gleich 480 nm und Licht einer Wel­ lenlänge größer oder gleich 570 nm ist die Transmissivität kleiner oder gleich 0,1%. Die Halbwertsbreite der Transmissivität beträgt 70 nm.

Das Filter für das Fluoreszenzlicht gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung läßt Licht in einem Wellenlängenband von 460 nm bis 560 nm in hohem Maße durch, Licht einer Wellenlänge kleiner oder gleich 480 nm und Licht einer Wellenlänge größer oder gleich 570 nm dagegen kaum. So kann Licht einer Wellenlänge größer oder gleich 570 nm und Licht einer Wellenlänge kleiner oder gleich 480 nm entfernt werden und so für eine vergleichsweise geringe Intensitätsdifferenz zwischen einem normalen Teil und einem abnormalen Teil des Organismus ge­ sorgt werden. Bei Verwendung dieses Filters kann man so ein Fluoreszenzbild erhalten, das von Licht eines Wellenlängenbandes gebildet wird, in welchem die Intensitätsdifferenz zwischen normalen und abnormalen Teilen groß ist. Im Ver­ gleich zum Stand der Technik kann so der Kontrast zwischen normalen und ab­ normalen Teilen in dem Fluoreszenzbild verbessert werden.

Wird nun die Halbwertsbreite der Transmissivität des Lichtes, welches durch das Filter für das Fluoreszenzlicht tritt, in hohem Maße eingeengt, so wird die Licht­ menge des gesamten Fluoreszenzbildes verringert. Wird andererseits die Halb­ wertsbreite über die Maßen vergrößert, so wird das Fluoreszenzbild insgesamt so hell, daß der Kontrast zwischen den normalen und den abnormalen Teilen verringert ist. Aus diesem Grunde ist die Halbwertsbreite der Transmissivität mit 70 nm bemessen.

Eine endoskopische Fluoreszenzbeobachtungseinrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung enthält ein optisches Beleuchtungssystem zum Bestrahlen eines Objektes mit Anregungslicht und ein optisches Beobachtungssystem zum Erzeugen eines Bildes des Objektes auf Grundlage des Fluoreszenzlichtes, das von einem das Objekt bildenden Organismus erzeugt wird. Das Beobachtungssy­ stem enthält ein optisches Abbildungssystem zum Erzeugen eines Bildes des Objektes, eine Bildebene, in der das Abbildungssystem das Bild des Objektes er­ zeugt, und ein Filter für das Anregungslicht, das zwischen dem Objekt und der Bildebene angeordnet ist. Die Transmissivität des Filters beträgt für den Lichtan­ teil des von dem Objekt stammenden Lichtes, der in einem Wellenlängenband von 490 nm bis 560 nm liegt, 50% oder mehr. Für Licht einer Wellenlänge kleiner oder gleich 480 nm und Licht einer Wellenlänge größer oder gleich 570 nm ist die Transmissivität des Filters kleiner oder gleich 0,1%. Die Halbwertsbreite der Transmissivität des Filters beträgt 70 nm.

Eine endoskopische Fluoreszenzbeobachtungseinrichtung gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung hat ein optisches Beleuchtungssystem zum Bestrahlen ei­ nes Objektes mit Anregungslicht und ein optisches Beobachtungssystem zum Er­ zeugen eines Bildes des Objektes auf Grundlage des Fluoreszenzlichtes, das von dem das Objekt bildenden Organismus erzeugt wird. Das Beleuchtungssystem enthält eine Lichtquelle zum Erzeugen des Beleuchtungslichtes und ein Filter für das Anregungslicht, das in dem Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Lichtquellenlampe und dem Objekt angeordnet ist. Die Transmissivität des Filters beträgt für den Lichtanteil des von der Lichtquellenlampe erzeugten Lichtes, der in einem Wellenlängenband von 425 nm bis 455 nm liegt, 50% oder mehr. Für Licht einer Wellenlänge kleiner oder gleich 415 nm und Licht einer Wellenlänge größer oder gleich 465 nm beträgt die Transmissivität des Filters kleiner oder gleich 0,1%. Die Halbwertsbreite der Transmissivität des Filters beträgt 30 nm. Das Beobachtungssystem enthält ein optisches Abbildungssystem zum Erzeugen des Objektbildes, eine Bildebene, in der das Abbildungssystem das Objektbild erzeugt, und ein Filter für das Fluoreszenzlicht, das zwischen dem Objekt und der Bildebene angeordnet ist. Die Transmissivität des Filters beträgt für den Lichtanteil des von dem Objekt stammenden Lichtes, der in einem Wellen­ längenband von 490 nm bis 560 nm liegt, 50% oder mehr. Für Licht einer Wellen­ länge kleiner oder gleich 480 nm und Licht einer Wellenlänge größer oder gleich 570 nm beträgt die Transmissivität kleiner oder gleich 0,1%. Die Halbwertsbreite der Transmissivität des Filters beträgt 70 nm.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin zei­ gen:

Fig. 1 den Gesamtaufbau einer endoskopischen Fluoreszenzbeobach­ tungseinrichtung in einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 einen Graphen der spektroskopischen Transmissionscharakteristik eines in Fig. 1 gezeigten Filters für das Anregungslicht,

Fig. 3 einen Graphen der spektroskopischen Transmissionscharakteristik eines in Fig. 1 gezeigten Filters für das Fluoreszenzlicht,

Fig. 4 einen Graphen der spektroskopischen Transmissionscharakteristik eines herkömmlichen Filters für das Anregungslicht,

Fig. 5 einen Graphen der spektroskopischen Transmissionscharakteristik eines herkömmlichen Filters für das Fluoreszenzlicht und

Fig. 6 einen Graphen zur Darstellung der Beziehung zwischen Intensität und Wellenlänge des von einem lebenden Körper ausgesendeten Fluoreszenzlichtes.

Im folgenden wird eine endoskopische Fluoreszenzbeobachtungseinrichtung in einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.

Aufbau der endoskopischen Fluoreszenzbeobachtungseinrichtung

Fig. 1 ist die schematische Darstellung des Gesamtaufbaus einer endoskopischen Fluoreszenzbeobachtungseinrichtung, die im folgenden auch kurz als Einrichtung bezeichnet wird. Wie in Fig. 1 gezeigt, enthält diese Einrichtung im allgemeinen ein optisches Endoskop 10, eine Lichtquelleneinheit 20 und eine Bild­ aufnahmeeinheit 30. Ein Monitor 50 ist über eine Videoumschaltvorrichtung 40 mit der Bildaufnahmeeinheit 30 verbunden.

Das Endoskop 10 enthält einen Einführabschnitt 11, dessen distales Ende in eine Körperhöhle eingeführt wird, einen Betätigungsabschnitt 12, dessen eines Ende mit dem proximalen Ende des Einführabschnittes 11 verbunden ist, und ein Lichtleiterrohr 13, das sich von der äußeren Umfangsfläche des Betätigungsab­ schnittes 12 aus erstreckt. An dem anderen Ende des Betätigungsabschnittes 12 befindet sich ein Okularabschnitt 12a, mit dem die Bildaufnahmeeinheit 30 lösbar verbunden ist. Ein lösbar an die Lichtquelleneinheit 20 angeschlossenes Verbin­ dungselement 13a ist an dem Anschlußende des Lichtleiterrohrs 13 angeordnet.

Ein Lichtleiter 14 (Lichtfaserbündel) erstreckt sich in dem Endoskop 10 von dem distalen Ende des Einführabschnittes 1 zu dem Okularabschnitt 12a. Ein Beob­ achtungsfenster 18 und ein Objektivsystem 15 sind an dem distalen Ende des Einführabschnittes 11 so angeordnet, daß die optische Achse des Objektivsy­ stems 15 parallel zur Achse des Einführabschnittes 11 verläuft. Das Objektivsy­ stem 15 bündelt das von dem Beobachtungsfenster 18 durchgelassene Licht als Objektbild auf eine Eintrittsendfläche des Lichtleiters 14. Ein Okular 16 befindet sich in dem Okularabschnitt 12a und vergrößert zum Zwecke der Beobachtung das von einer Austrittsendfläche des Lichtleiters 14 emittierte Bild. Ist jedoch die Bildaufnahmeeinheit 30 mit dem Okularabschnitt 12a verbunden, so wird das Okular 16 relativ zur Austrittsendfläche des Lichtleiters 14 in eine Position be­ wegt, die Null Dioptrie entspricht. Das durch das Beobachtungsfenster 18 hin­ durchtretende Licht wird so von dem Objektivsystem 15 als Objektbild fokussiert und gebündelt und über den Lichtleiter 14 an den Okularabschnitt 12a übertragen sowie über das Okular 16 zu der Bildaufnahmeeinheit 30 geleitet.

Ein Lichtleiter (Lichtfaserbündel) 17 erstreckt sich innerhalb des Endoskops 10 von einem Anschlußende des Verbindungselementes 13a zum distalen Ende des Einführabschnittes 11. Eine Eintrittsendefläche des Lichtleiters 17 ist in die Lichtquelleneinheit 20 hinein gerichtet, wenn das Verbindungselement 13a mit der Lichtquelleneinheit 20 verbunden ist. Andererseits ist eine Austrittsendfläche des Lichtleiters 17 so angeordnet, daß sie etwa senkrecht zur optischen Achse des vorstehend erläuterten Objektivsystems 15 steht. Vor der Austrittsendfläche des Lichtleiters 17 befindet sich eine Zerstreuungslinse 19. Die Zerstreuungslinse 19 vergrößert den Divergenzwinkel des von der Austrittsendfläche des Lichtleiters 17 ausgesendeten Beleuchtungslichtes und beleuchtet so den Bildaufnahmebereich der Objekte, von denen durch das Objektivsystem 15 auf der Eintrittsendfläche des Lichtleiters 14 ein Bild erzeugt wird.

Eine als Xenon-Lampe ausgebildete Lichtquellenlampe 21 befindet sich in der Lichtquelleneinheit 20 gegenüberliegend der Eintrittsendfläche des Lichtleiters 17. Die Lichtquellenlampe 21 sendet weißes Licht als Beleuchtungslicht aus. Das von der Lichtquellenlampe 21 ausgesendete Beleuchtungslicht wird von einem hinter ihr angeordneten Reflexionsspiegel auf die Eintrittsendfläche des Lichtlei­ ters 17 gebündelt und tritt in den Lichtleiter 17 ein.

Ein Filter 22 für Anregungslicht ist so in einem Beleuchtungsstrahlengang zwi­ schen der Lichtquellenlampe 21 und der Eintrittsendfläche des Lichtleiters 17 an­ geordnet, daß es durch ein nicht dargestelltes Solenoid in den Beleuchtungs­ strahlengang eingebracht und aus diesem entfernt werden kann. Das Filter 22 läßt von dem von der Lichtquellenlampe 21 ausgesendeten Beleuchtungslicht nur eine Anregungslichtkomponente durch, welche Riboflavin zum Erzeugen von Autofluoreszenzlicht anregen kann. Das für das Anregungslicht bestimmte Filter 22 wird bei einer Farbbildbeobachtung von dem nicht gezeigten Solenoid aus dem Beleuchtungsstrahlengang zurückgezogen und bei einer Fluoreszenz­ beobachtung in diesen eingeführt. So trifft nur das Anregungslicht im Rahmen der Fluoreszenzbeobachtung als Beleuchtungslicht auf die Eintrittsendfläche des Lichtleiters 17. Das Autofluoreszenzlicht wird von einem Organismus als Objekt ausgesendet, indem dieser mit dem Anregungslicht bestrahlt wird.

In der Bildaufnahmeeinheit 30 befinden sich ein optisches Abbildungssystem 30a und eine CCD-Kamera 31 zur Farbbildbetrachtung. Das Abbildungssystem 30a dient zusammen mit dem vorstehend erläuterten Okular 16 als Zwischenabbil­ dungssystem (Umkehrsystem). Die CCD-Kamera 31 nimmt das von dem durch das Okular 16 und das Abbildungssystem 30a abgebildete Farbbild des Objektes auf. Eine CCD-Kamera 41 zur Fluoreszenzbeobachtung ist parallel zu der für die Farbbeobachtung bestimmte CCD-Kamera 31 angeordnet. Die Ausgangsleitun­ gen der zur Farbbeobachtung bestimmten CCD-Kamera 31 und der zur Fluores­ zenzbeobachtung bestimmten CCD-Kamera 41 sind jeweils mit der Videoum­ schaltvorrichtung 40 verbunden.

In einem Strahlengang zwischen dem Abbildungssystem 30a und dem Okular 16 ist ein Reflexionsspiegel 32 derart angeordnet, daß er in den Strahlengang ein­ führbar und aus diesem entfernbar ist. Bei einer Farbbildbeobachtung wird der Reflexionsspiegel 32 aus dem Strahlengang zurückgezogen. Der Reflexions­ spiegel 32 wird bei einer Fluoreszenzbeobachtung um einen vorgegebenen Win­ kel um eine Rotationsachse O, die an dessen dem Okular 16 zugewandten Sei­ tenfläche angeordnet ist, gedreht, so daß er gegenüber der optischen Achse des Okulars 16 in einem Winkel von 45° angeordnet ist und die optische Achse des Okulars 16 um einen Winkel von 90° abknickt und das von dem Okular 16 ausge­ sendete Licht reflektiert wird.

Ein Filter 35 für Fluoreszenzlicht ist so angeordnet, daß es den durch Reflexion an dem Reflexionsspiegel 32 erzeugten Strahlengang in senkrechter Richtung schneidet. Das Filter 35 entfernt eine Anregungslichtkomponente aus dem von dem Reflexionsspiegel 32 reflektierten Licht.

Ein Reflexionsspiegel 33 ist in dem durch das Filter 35 tretenden Strahlengang angeordnet. Der Reflexionsspiegel 33 ist gegenüber der durch den Reflexions­ spiegel 32 angeknickten optischen Achse um einen Winkel von 45° geneigt. Ein optisches Abbildungssystem 33a und ein Bildverstärker 34 sind in dem Strahlen­ gang angeordnet, der durch die Reflexion des Lichtes an dem Reflexionsspiegel 33 erzeugt wird. Das Abbildungssystem 33a überträgt zusammen mit dem Okular 16 das an der Austrittsendfläche des Lichtleiters 14 erscheinende Bild. Der Bild­ verstärker 34 verstärkt die Helligkeit des von dem Okular 16 und dem Abbil­ dungssystem 33a zwischenabgebildeten (umgekehrten) Bildes in einem hohen Maße. Das in seiner Helligkeit durch den Bildverstärker 34 verstärkte Bild, d. h. das von dem Objekt durch das Autofluoreszenzlicht erzeugte Fluoreszenzbild, wird zur Fluoreszenzbeobachtung durch ein nicht dargestelltes Abbildungssystem zwischen dem Bildverstärker 34 und der CCD-Kamera 41 an die austrittsseitig des Bildverstärkers 34 angeordnete CCD-Kamera 41 übertragen.

Die für die Farbbildbeobachtung bestimmte CCD-Kamera 31 nimmt ein von dem optischen Abbildungssystem 30a zwischenabgebildetes (umgekehrtes) Farbbild auf und erzeugt ein Videosignal, das der Videoumschaltvorrichtung 40 zugeführt wird. Die zur Fluoreszenzbeobachtung bestimmte CCD-Kamera 41 nimmt ein von dem Bildverstärker 34 übertragenes Fluoreszenzbild auf und erzeugt ein Videosi­ gnal, das an die Videoumschaltvorrichtung 40 ausgegeben wird.

Die Videoumschaltvorrichtung 40 wählt eines der beiden Videosignale aus, die ihr von der zur Farbbildbeobachtung bestimmten CCD-Kamera 31 und der zur Fluoreszenzbeobachtung bestimmten CCD-Kamera 41 zugeführt worden sind. Die Videoumschaltvorrichtung 40 überträgt dann das ausgewählte Videosignal an den Monitor 50. Dieser zeigt auf Grundlage des ihm von der Videoumschalt­ vorrichtung 40 zugeführten Videosignals ein Objektbild (ein Farbbild oder ein Fluoreszenzbild des Organismus) auf seinem Schirm an.

Aufbau des Filters für das Anregungslicht

Im folgenden wird der konkrete Aufbau des Filters 22 für das Anregungslicht er­ läutert. Der Filter 22 für das Anregungslicht ist ausgebildet, das durch Riboflavin verursachte Fluoreszenzlicht durchzulassen. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist das Filter 22 für das Anregungslicht so ausgebildet, daß das Licht in einem Wellenlängen­ bereich von 425 nm bis 455 nm mit einer Transmissivität von 50% oder mehr als Anregungslicht für die Autofluoreszenz übertragen wird, wobei als Mitte des Wellenlängenbandes eine Wellenlänge von 440 nm angesetzt ist, bei der die stärkste Fluoreszenz des Riboflavins auftritt (Peak-Wellenlänge). Das Filter 22 für das Anregungslicht ist also so aufgebaut, daß die Transmissivitäten gegenüber Licht mit einer Wellenlänge kleiner oder gleich 415 nm und Licht mit einer Wellenlänge größer oder gleich 465 nm kleiner oder gleich 0,1% betragen. Wei­ terhin ist das Filter 22 für das Anregungslicht so aufgebaut, daß die Halbwerts­ breite der Transmissivität, welche die Bandbreite der Wellenlängen angibt, bei der die Transmissivität des Filters 22 größer oder gleich 50% ist, 30 nm beträgt. Weiterhin ist das Filter 22 so ausgebildet, daß das Wellenlängenband des Lichtes innerhalb der Halbwertsbreite etwa gleich einem Wellenlängenband des Anre­ gungslichtes ist, da die Menge des von dem Organismus ausgesendeten Au­ tofluoreszenzlichtes verringert und das auf dem Monitor 50 angezeigte Fluores­ zenzbild insgesamt verdunkelt ist, wenn das Anregungslicht in einem übermäßig engen Wellenlängenband vorliegt. Wird das Anregungslicht in einem Wellenlän­ genband von 425 nm bis 455 nm von dem Filter 22 durchgelassen und auf den Organismus gestrahlt, so wird Autofluoreszenzlicht in einem Wellenlängenband von 460 nm bis 600 nm von dem Organismus durch das in diesem enthaltene Ri­ boflavin emittiert.

Das Filter 22 für das Anregungslicht wird von einer transparenten Glasplatte als Substrat gebildet, auf dessen beide Flächen Filmschichten aufgedampft sind. Wie detailliert in Tabelle 1 dargestellt, sind auf eine der beiden Flächen der transpa­ renten Platten 44 Filmschichten aufgebracht, indem in alternierender Folge Sub­ stanzen mit einem Brechungsindex von 2,249 bzw. 1,489 aufgedampft worden sind. Analog ist in Tabelle 2 dargestellt, daß auf die andere Fläche der transpa­ renten Glasplatte 63 Filmschichten aufgebracht sind, indem in alternierender Folge Substanzen mit einem Brechungsindex von 2,249 bzw. 1,489 aufgedampft worden sind.

Tabelle 1

Tabelle 2

Aufbau des Filters für das Fluoreszenzlicht

Im folgenden wird der konkrete Aufbau des Filters 34 für das Fluoreszenzlicht an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Das Filter 35 für das Fluoreszenzlicht ist so ausgebildet, daß es hauptsächlich Licht in einem Wellenlängenband von 480 nm bis 560 nm als Autofluoreszenzlicht durchläßt (insbesondere Licht in ei­ nem Wellenlängenband von 490 nm bis etwa 560 nm mit einer Transmissivität von 50% oder mehr), so daß nur Licht in einem Wellenlängenband extrahiert wird, in dem eine vergleichsweise große Intensitätsdifferenz zwischen dem Au­ tofluoreszenzlicht, das von einem normalen Teil des Organismus, und dem Au­ tofluoreszenzlicht, das von einem abnormalen Teil ausgesendet wird, gegeben ist. Der Filter 35 für das Fluoreszenzlicht ist so ausgebildet, daß seine Transmis­ sivitäten gegenüber Licht mit einer Wellenlänge kleiner oder gleich 480 nm und gegenüber Licht mit einer Wellenlänge größer oder gleich 570 nm jeweils einen Wert annehmen, der kleiner oder gleich 0,1% ist.

Das Filter 35 für das Fluoreszenzlicht besteht aus einer transparenten Platte (mit einem Brechungsindex von 1,474) als Substrat und aus Filmschichten, die auf beide Seiten der transparenten Glasplatte aufgedampft sind. Wie detailliert in Ta­ belle 3 angeführt, sind auf eine der beiden Flächen der transparenten Glasplatte 24 Filmschichten aufgebracht, indem in alternierender Folge Substanzen mit ei­ nem Brechungsindex von 2,249 bzw. 1,489 aufgedampft worden sind. Analog ist in Tabelle 4 dargestellt, daß auf die andere Fläche der transparenten Glasplatte 28 Filmschichten aufgebracht sind, indem in alternierender Folge Substanzen mit einem Brechungsindex von 2,249 bzw. 1,489 aufgedampft worden sind.

Tabelle 3

Tabelle 4

Betrieb der endoskopischen Fluoreszenzbeobachtungseinrichtung

Im folgenden wird der Betrieb der Einrichtung erläutert. Das distale Ende des Einführabschnittes 11 des Endoskops 10 wird in den lebenden Körper eingeführt und in die Nähe eines Organismus gebracht, der in einer Vorstufe der Operation zu beobachten ist. Dann werden die Lichtquelleneinheit 20, die Bildaufnahme­ einheit 30, die Videoumschaltvorrichtung 40 und der Monitor 50 in der Einrichtung eingeschaltet.

Zunächst wird der Betrieb der Einrichtung zur Farbbildbeobachtung erläutert. Zur Farbbildbeobachtung wird das Filter 22 für das Anregungslicht aus dem Be­ leuchtungsstrahlengang zurückgezogen, der von dem von der Lichtquellenlampe 21 in der Lichtquelleneinheit 20 ausgesendeten Licht gebildet wird. Der Reflexi­ onsspiegel 32 wird ebenso aus dem Strahlengang zurückgezogen, der von dem von dem Okular 16 innerhalb der Bildaufnahmeeinheit 30 ausgesendeten Licht gebildet wird.

Nach Einschalten der Lichtquelleneinheit 20 sendet die Lichtquellenlampe 21 das Beleuchtungslicht (weißes Licht) aus. Über den Lichtleiter 17 und die Zer­ streuungslinse 19 wird der Organismus mit dem Beleuchtungslicht bestrahlt. Das von dem Organismus reflektierte Licht tritt dann durch das Beobachtungsfenster 18 hindurch und wird zur Erzeugung eines Farbbildes des Organismus von dem Objektivsystem 15 gebündelt und über den Lichtleiter 14 und das Okular 16 der Bildaufnahmeeinheit 30 zugeführt.

In der Bildaufnahmeeinheit 30 wird das durch das optische System 30a zwi­ schenabgebildete (umgekehrte) Farbbild von der zur Farbbildbeobachtung be­ stimmten CCD-Kamera 31 aufgenommen und in ein Videosignal umgesetzt. Das Videosignal wird an die Videoumschaltvorrichtung 40 ausgegeben. Diese über­ trägt das Videosignal an den Monitor 50. An dessen Bildschirm wird dann das Farbbild des lebenden Körpers angezeigt.

Im weiteren wird der Betrieb der Einrichtung zur Fluoreszenzbeobachtung erläu­ tert. Zur Fluoreszenzbeobachtung wird das Filter 22 für das Anregungslicht in den Beleuchtungsstrahlengang des Lichtes eingeführt, das von der Lichtquellenlampe innerhalb der Lichtquelleneinheit 20 ausgesendet wird. Der Reflexionsspiegel 32 in der Bildaufnahmeeinheit 30 wird in eine Stellung gebracht, in der er die opti­ sche Achse des Okulars 16 in einem Winkel von 45° schneidet.

Nach Einschalten der Lichtquelleneinheit 20 sendet die Lichtquellenlampe 21 das Beleuchtungslicht (weißes Licht) aus. Dieses Beleuchtungslicht trifft auf den Filter 22 für das Anregungslicht. Von dem weißen Licht wird hauptsächlich Licht in einem Wellenlängenband von 425 nm bis 455 nm als Anregungslicht von dem Filter 22 durchgelassen. Das Anregungslicht trifft auf die Eintrittsendfläche des Lichtleiters 17 und wird dann durch dessen Inneres übertragen, so daß der Or­ ganismus durch die Zerstreuungslinse 19 mit dem Anregungslicht bestrahlt wird. In der Folge sendet das Riboflavin in dem Organismus Autofluoreszenzlicht in ei­ nem Wellenlängenband von etwa 460 bis etwa 600 nm aus.

Zu diesem Zeitpunkt treffen das von dem Organismus ausgesendete Autofluor­ eszenzlicht und das auf den Organismus gestrahlte und an diesem reflektierte Anregungslicht auf das Beobachtungsfenster 18. Das Bild des Organismus wird so von dem Objektivsystem 15 aus dem Anregungslicht und dem Autofluores­ zenzlicht erzeugt und über den Lichtleiter 14 an den Okularabschnitt 12a übertra­ gen. Das von der Austrittsendfläche des Lichtleiters 14 ausgesendete Licht wird dann der Bildaufnahmeeinheit 30 über das Okular 16 zugeführt.

Das von dem Okular 16 ausgesendete Licht wird an dem Reflexionsspiegel 32 in der Aufnahmeeinheit 30 reflektiert und trifft auf den Filter 35 für das Fluoreszenz­ licht. Das Filter 35 überträgt von dem auftreffenden Licht solches, das in einem Wellenlängenband von etwa 490 bis etwa 560 nm liegt. Das Filter 35 entfernt also eine Anregungslichtkomponente aus dem auftreffenden Licht. Es entfernt weiter­ hin aus dem auftreffenden Licht eine Fluoreszenzlichtkomponente innerhalb eines Wellenlängenbandes, in dem nur ein geringer Kontrast zwischen normalen und abnormalen Teilen gegeben ist. Nachfolgend wird das durch den Filter 35 hindurchgelassene Licht, d. h. eine Autofluoreszenzlichtkomponente, an dem Re­ flexionsspiegel 33 reflektiert und durch das Abbildungssystem 33 zur Erzeugung eines Fluoreszenzbildes refokussiert. Das Fluoreszenzbild wird in dem Bildver­ stärker 34 verstärkt und über ein nicht dargestelltes Abbildungssystem an die für die Fluoreszenzbeobachtung bestimmte CCD-Kamera 41 übertragen.

Das an die CCD-Kamera 41 übertragene Fluoreszenzbild wird von dieser aufge­ nommen und in ein Videosignal umgewandelt, welches an die Videoumschalt­ vorrichtung 40 ausgegeben wird. Die Videoumschaltvorrichtung überträgt das Vi­ deosignal an den Monitor 50. Dieser zeigt auf Grundlage des ihm zugeführten Vi­ deosignals das Fluoreszenzbild des menschlichen Körpers auf seinem Schirm an.

Das an dem Schirm des Monitors 50 dargestellte Fluoreszenzbild wird zu diesem Zeitpunkt hauptsächlich von der Autofluoreszenzlichtkomponente in dem Wel­ lenlängenband von etwa 490 nm bis 560 nm gebildet, welche durch das Filter 35 hindurchgelassen und von dem Riboflavin verursacht worden ist. Der Anteil des Autofluoreszenzlichtes, der verglichen mit dem Anteil des Wellenlängenbandes von 490 nm bis 560 nm einen kleinen Intensitätsunterschied zwischen normalen und abnormalen Teilen des Organismus zeigt, ist deshalb im Vergleich zum Stand der Technik verringert. Der Kontrast in dem Fluoreszenzbild zwischen den normalen und den abnormalen Teilen des Organismus ist verglichen mit dem Stand der Technik also erhöht. Ein Betrachter des Monitors 50 kann so die Exi­ stenz oder das Fehlen abnormaler Teile innerhalb des Organismus zuverlässig abschätzen. So kann er eine Diagnose darüber erstellen, ob der Organismus von einer Krankheit befallen ist oder nicht.

Technische Wirkungen

Das Filter 22 für das Anregungslicht läßt bei dem vorgestellten Ausführungsbei­ spiel hauptsächlich Licht in einem Wellenlängenband von 425 bis 455 nm durch und ist so zur Erzeugung von Fluoreszenzlicht aus Riboflavin geeignet. Im Ge­ gensatz zu dem herkömmlichen Filter für das Anregungslicht (vgl. Fig. 4) wird deshalb der Organismus nicht mit Licht bestrahlt, das in einem Wellenlängenband liegt, welches außer Riboflavin andere organismuseigene, endogene Substanzen anregt. Das auf dem Schirm des Monitors 50 angezeigte Fluoreszenzbild zeigt so in etwa die Intensitätsverteilung, die durch Riboflavin verursacht wird. Das Fluoreszenzbild zeigt die Intensitäten des Fluoreszenzlichtes, das aus dem in dem normalen und dem in dem abnormalen Teil enthaltenen Riboflavin stammt. Verglichen mit dem Stand der Technik hat so das mit der erfindungsgemäßen Einrichtung erhaltene Fluoreszenzbild einen hohen Kontrast zwischen den normalen und den abnormalen Teilen des Organismus.

Das für das Fluoreszenzlicht bestimmte Filter 35 läßt in dem erläuterten Ausfüh­ rungsbeispiel hauptsächlich Licht in einem Wellenlängenband von 490 bis 560 nm durch. Weiterhin beträgt die Transmissivität des Filters 35 für Licht der Wel­ lenlänge 570 nm oder mehr 0,1% oder weniger. Licht mit einer Wellenlänge von mehr als 570 nm, das von dem herkömmlichen Filter für das Fluoreszenzlicht nach Fig. 5 durchgelassen wird, wird so näherungsweise gesperrt. Das Fluores­ zenzbild wird deshalb hauptsächlich von einer Autofluoreszenzlichtkomponente eines Wellenlängenbandes erzeugt, bei dem ein vergleichsweise großer Intensi­ tätsunterschied zwischen dem normalen Teil und dem abnormalen Teil des Or­ ganismus gegeben ist. Das Fluoreszenzbild, das die Einrichtung gemäß dem vorgestellten Ausführungsbeispiel liefert, zeigt also verglichen mit dem Stand der Technik einen hohen Kontrast zwischen dem normalen und dem abnormalen Teil des Organismus.

Bei Verwendung des erläuterten Ausführungsbeispiels der Erfindung kann der Beobachter des Fluoreszenzbildes im Vergleich mit der bekannten Einrichtung leicht das Vorhandensein oder das Fehlen eines abnormalen Teils des Körpers einschätzen und so eine Krankheit diagnostizieren oder ausschließen. Bei­ spielsweise kann der Beobachter leicht Krebs (einschließlich fortgeschrittenen Krebses) im Frühstadium erkennen und den von dem Krebs befallenen Teil leicht spezifizieren.

Bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel ist das Filter 22 für das Anregungslicht durch das Aufdampfen von Filmen auf die transparente Glasplatte als Substrat entsprechend der in Fig. 2 gezeigten spektroskopischen Transmissionscharakte­ ristik hergestellt. Material und Art des Substrates und der aufgedampften Filme, Anzahl der Filmschichten etc. können jedoch geeignet ausgewählt werden, so lange die vorstehend erläuterte spektroskopische Transmissionscharakteristik in dem Filter 22 eingestellt werden kann. Weiterhin können die aufgedampften Filme bei dem Filter 22 für das Anregungslicht nur auf einer Fläche des Substrates ausgebildet sein.

Bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel ist das Filter 35 für das Fluoreszenzlicht durch Aufdampfen von Filmen auf die transparente Platte als Substrat entspre­ chend der in Fig. 3 gezeigten spektroskopischen Transmissionscharakteristik her­ gestellt. Material und Art des Substrates und der aufgedampften Filme, Anzahl der Filmschichten etc. können jedoch geeignet gewählt werden, so lange die vorstehend erläuterte spektroskopische Transmissionscharakteristik in dem Filter 35 eingestellt werden kann. Bei dem Filter 35 können die aufgedampften Filme auch nur an einer Fläche des Substrates ausgebildet sein.

Claims (7)

1. Anregungslichtfilter (22), das in einem Beleuchtungsstrahlengang zwischen einem Objekt und einer Beleuchtungslichtquelle (21) angeordnet ist und von dem Beleuchtungslicht nur einen Anregungslichtanteil durchläßt, dessen Wellenlänge geeignet ist, einen als Objekt dienenden Organismus zum Aussenden von Autofluoreszenzstrahlung anzuregen, wobei
die Transmissivität des Anregungslichtfilters (22) für Licht eines Wellenlän­ genbandes von 425 nm bis 455 nm mindestens 50% beträgt,
die Transmissivität des Anregungslichtfilters (22) für Licht einer Wellenlänge kleiner oder gleich 415 nm und für Licht einer Wellenlänge größer oder gleich 465 nm 0,1% nicht übersteigt,
und die Halbwertsbreite der Transmissivität des Anregungslichtfilters (22) 30 nm beträgt.

2. Endoskopische Fluoreszenzbeobachtungseinrichtung mit einem Beleuch­ tungssystem (20, 21, 17, 19) zum Bestrahlen eines Objektes mit Anregungs­ licht und einem Beobachtungssystem (14 bis 18) zum Erzeugen eines Ob­ jektbildes auf Grundlage des von einem als Objekt dienenden Organismus erzeugten Fluoreszenzlichtes, wobei das Beleuchtungssystem (20, 21, 17, 19) versehen ist mit einer Beleuchtungslichtquelle (21) und einem Anre­ gungsfilter (22) nach Anspruch 1.

3. Fluoreszenzlichtfilter (35), das zwischen einem Objekt und einer Bildebene, in der ein Abbildungssystem (33a) ein Objektbild erzeugt, angeordnet und ausgebildet ist, das bei Bestrahlung des als Objekt dienenden Organismus mit Anregungslicht von dem Organismus erzeugte Fluoreszenzlicht durch­ zulassen und das Anregungslicht zu sperren, wobei
die Transmissivität des Fluoreszenzlichtfilters (35) für Licht eines Wellen­ längenbandes von 490 nm bis 560 nm mindestens 50% beträgt,
die Transmissivität des Fluoreszenzlichtfilters (35) für Licht einer Wellen­ länge kleiner oder gleich 480 nm und für Licht einer Wellenlänge größer oder gleich 570 nm 0,1% nicht übersteigt
und die Halbwertsbreite der Transmissivität des Fluoreszenzlichtfilters (35) 70 nm beträgt.

4. Endoskopische Fluoreszenzbeobachtungseinrichtung mit einem Beleuch­ tungssystem (20, 21, 17, 19) zum Bestrahlen eines Objektes mit Anregungs­ licht und einem Beobachtungssystem (14 bis 18) zum Erzeugen eines Ob­ jektbildes auf Grundlage des von einem als Objekt dienenden Organismus erzeugten Fluoreszenzlichtes, wobei das Beobachtungssystem (14 bis 18) versehen ist mit einem Abbildungssystem (33a) zum Erzeugen eines Ob­ jektbildes in einer Bildebene und einem Fluoreszenzlichtfilter (35) nach An­ spruch 3.

5. Endoskopische Fluoreszenzbeobachtungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildebene eine Bildaufnahmeebene einer Bildaufnahmevorrichtung (41) ist.

6. Endoskopische Fluoreszenzbeobachtungseinrichtung mit einem Beleuch­ tungssystem (20, 21, 17, 19) zum Bestrahlen eines Objektes mit Anregungs­ licht und einem Beobachtungssystem (14 bis 18) zum Erzeugen eines Ob­ jektbildes auf Grundlage des von einem als Objekt dienenden Organismus erzeugten Fluoreszenzlichtes, wobei das Beleuchtungssystem versehen ist mit einer Beleuchtungslichtquelle (21) und einem Anregungslichtfilter (22) nach Anspruch 1 und wobei das Beobachtungssystem versehen ist mit ei­ nem Abbildungssystem (33a) zum Erzeugen des Objektbildes in einer Bild­ ebene und einem Fluoreszenzfilter (35) nach Anspruch 3.

7. Endoskopische Fluoreszenzbeobachtungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildebene eine Bildaufnahmeebene einer Bildaufnahmevorrichtung (41) ist.