DE19854292A1 - Verfahren und Anordnung zur multiparametrischen Diagnostik von biologischem Gewebe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur multiparametrischen Diagnostik von biologischem Gewebe. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird ein Meßkopf 2, der in einem Gehäuse mehrere je nach Funktion unterschiedlich gestaltete Lichtleitfasersonden und eine dielektrische Sonde enthält, mit dem zu untersuchenden Gewebe 1 in Kontakt gebracht. Während einer kurzen Meßdauer werden in bestimmter zeitlicher Zuordnung nacheinander oder parallel, die von einer zentralen Steuereinheit 125 vorgegeben wird, optische bzw. hochfrequente Signale ins Gewebe abgegeben. Dabei werden die optischen Signale über Lichtleitfasern aus zugeordneten Lichtquellen 6 und die Hochfrequenzsignale über ein Koaxialkabel zugeführt. Die zugeordneten Antwortsignale aus dem Gewebe werden jeweils über entsprechende Leitungen, die als Lichtleitfasern bzw. Koaxialkabel ausgebildet sind, zu Auswertebaugruppen 7 bis 11 übertragen, deren digitale Ausgangssignale wiederum an eine mehrkanalige digitale Verarbeitungseinheit 12 weitergeleitet werden, wo die Daten nach Vorverarbeitung und Analyse einem diagnostischen Klassifikator 123 zugeführt werden, dessen Diagnoseergebnis über ein Visualisierungssystem 1241 dargestellt werden.

Description

Die Erfindung ist für die Untersuchung von biologischem Gewebe, insbesondere zur Erken­ nung pathologisch veränderter Strukturen anwendbar. Ein typisches Einsatzgebiet ist die Diagnostik von Tumoren, um mit hoher Selektivität und Spezifität krankes von gesundem Gewebe zu unterscheiden.

Es sind eine Anzahl von unterschiedlichen Meßanordnungen bekannt, bei denen elektro­ magnetische Wellen im optischen oder Hochfrequenzbereich verwendet werden, um den Zustand von biologischem Gewebe zu untersuchen.

Bereits in DD 227044 und DD 221556 wurden Anordnungen vorgeschlagen, die es ermög­ lichen, durch Nutzung der Fluoreszenzspektroskopie am Coenzym NADH in der Atmungs­ kette der Zellen Angaben über den Energiestoffwechsel des Gewebes zu erhalten.

In DE 196 08 027 wird ein die Gewebe-Fluoreszenz auswertendes endoskopisches Diagnose­ gerät beschrieben, bei dem eine Fernsehkamera-Einheit mit dem Okular eines Endoskopes verbunden ist, die neben einer Normalkamera eine Fluoreszenzkamera mit Bildverstärker enthält.

In US 5318024 wird eine Laserendoskopanordnung unter Verwendung von Lichtleitfasern zur spektroskopischen Bilddarstellung von Gewebe beschrieben, die sowohl für die Diagnostik als auch für die Therapie angewandt werden kann. Dabei werden durch Absorptions-, Raman- und Fluoreszenzspektroskopie die spektralen Eigenschaften des Gewebes bezüglich Reflexion, elastischer und unelastischer Streuung des anregenden Laserlichtes ausgenützt. Auf diese Weise gelingt es, ein spektral aufgelöstes Bild des untersuchten Gewebes zu erhalten, das für die Diagnostik und Therapie genutzt werden kann.

In US 5321501 wird ein Verfahren und eine Anordnung zur optischen Kohärenztomografie (OCT) angegeben, wodurch ein Imaging der Gewebestrukturen in einer Tiefe bis zu ca. 1 mm vor der Meßsonde erreicht wird. Dabei ist in einem interferometrischen Meßaufbau nach Art eines Michelson-Interferometers der Meßzweig ebenso wie der Referenzzweig als Lichtleitfaser ausgebildet, wobei ersterer auf das Gewebe aufgesetzt wird. Die verwendete Lichtquelle besitzt eine kurze Kohärenzlänge, um eine hohe Ortsauflösung zu erreichen.

Es ist auch bekannt, über eine Lichtleitfaser photoakustische Informationen aus dem Gewebe zu gewinnen, die über dessen mechanische Eigenschaften Auskunft geben. (Beard, P. C. u. a. "Optical fiber photoacustic-photothermal probe", Optics Letters, 23 (1998) 1235). Hierbei wird der Impuls eines frequenzver doppelten gütegeschalteten Nd : YAG-Lasers zur Erzeugung einer thermischen Stoßwelle im zu untersuchenden Material verwendet, während das Auslesen der so erzeugten Welle mit einem kontinuierlichen He-Ne-Läser erfolgt, der Dickenänderungen in einem aus Kunststoff (PEP) bestehenden Febry-Perot-Interferometer registriert.

Ferner ist bekannt, mit einer Koaxialsonde dielektrische Daten von lebendem Gewebe zu gewinnen, die Hinweise für diagnostische Zwecke liefern können (Kohlsmann, S. u. a. "Application of a miniaturised probe for the acquisition of dielectric data in living systems", Z. Naturforschung 49a (1994) 1165-1170). Dabei wird die Koaxialsonde auf das Gewebe aufgesetzt und mit Hilfe einer Reflexionsmethode in einem bestimmten durchstimmbaren Frequenzbereich die komplexe Dielektrizitätskonstante gemessen, deren Frequenzverlauf Hinweise auf den Zustand des Gewebes gibt.

Wegen der Komplexität der aus biologischem Gewebe gewonnenen Signalmuster und des dadurch begrenzten Aussagewertes von Einzelparametern gibt es Bestrebungen, wie oben in US 5318024 angedeutet, mehrere Meßmethoden in einer Meßanordnung zu kombinieren.

So wird in DE 195 13 643 z. B. ein Verfahren zur gleichzeitigen Untersuchung biochemischer und elektrophysiologischer Parameter am gleichen Ort mittels optischer und elektrischer Signale beschrieben, bei dem durch Punktion mit einer Sonde in den Körper eingedrungen wird. Als Sonde ist dabei ein an der Spitze angeschrägter Hohlzylinder mit einem Durchmesser von 500 µm angegeben, der einen elektrischen und einen glasfaseroptischen Leiter sowie einen Kanal zur Applikation von Testsubstanzen enthält: Von der zu untersuchenden Stelle werden Fluoreszenzsignale und elektrische Signale aufgezeichnet.

Für eine Diagnostik mit hoher Selektivität und Spezifität ist es jedoch unumgänglich, möglichst viele unterschiedliche Meßmethoden in einer Meßanordnung zu kombinieren, um aus der Kombination einer Vielzahl von Daten verläßliche diagnostische Aussagen abzuleiten.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Anordnung zur Verfügung zu haben, bei der durch Kombination mehrerer, sich in ihrer Aussage ergänzender Meßverfahren in einer Meßanordnung, durch rechentechnische Vorverarbeitung und multiparametrische Verknüpfung der verschiedenen Meßergebnisse mittels schneller Digitaler Signalprozessoren (DSP) und Klassifikatoren (z. B. Neuronaler Netze) Informationen über den Gewebezustand mit hoher Sensitivität und hoher Spezifität erhalten werden.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.

Dabei zeigt

Fig. 1 Schematische Darstellung einer Anordnung zur Multiparameter-Diagnostik,

Fig. 2 Blockdarstellung einer Anordnung zur Multiparameter-Diagnostik,

Fig. 3 Meßkopf zum Aufsetzen auf das Gewebe,

Fig. 4 Endoskopvariante des Meßkopfes,

Fig. 5 Skizze zur Kopplung der Lichtquellen mit Einzellichtleitfasern für die optische Spektroskopie.

Für die Durchführung einer Multiparameter-Diagnostik wird eine Anordnung eingesetzt, wie sie in Fig. 1 skizziert ist. Den Kern bildet eine Diagnostik-Apparatur 5, die über ein Verbindungskabel 3 und eine lösbare Trennstelle 4 mit einem Meßkopf 2 verbunden ist. Dieser wird auf den Gewebeabschnitt 1 des Patienten aufgesetzt. Der Meßablauf wird durch den diagnostizierenden Arzt mittels einer Bedieneinheit 124 gesteuert.

Die Gesamtmessung besteht aus mehreren parallel oder nacheinander auszuführenden Einzelmessungen unterschiedlicher Parameter. Bei der Messung der optischen Parameter ist die Parallelisierbarkeit eingeschränkt, soweit sich einzelne Verfahren hinsichtlich ihrer Meßbedingungen gegenseitig beeinflussen. Erfindungsgemäß kann die Gesamtmessung sowohl in Einzelschritten unter interaktiver Steuerung durch den Arzt als auch in einem zusammenhängenden automatischen Ablauf erfolgen.

Bei der Durchführung einer multiparametrischen Diagnose kann erfindungsgemäß wie folgt verfahren werden, wobei für die Beschreibung das Vorgehen bei der interaktiv gesteuerten Messung zugrunde gelegt wird:

Zunächst wird durch Einschalten der Weißlichtquelle 61 (siehe Fig. 2) und bei direkter Kopplung des optischen Lichtweges 611 mit der Einkoppellinse 2411 in die Lichtleitfasern 241 (siehe Fig. 5) das Gewebe 1 beleuchtet. Die aus dem Gewebe 1 von der Faserbildleitersonde 23 (siehe Fig. 3) aufgenommene Information wird über die Faserbildleitung 231 zur Baugruppe 7 für die Bilderfassung übertragen. Die gewonnenen Bilddaten werden über den Datenbus 76 an die digitale Verarbeitungseinheit 12 weitergegeben, so daß auf der Visualisierungseinheit 1241 der Bedieneinheit 124 ein stationäres Schwarz/Weiß-Bild des untersuchten Gewebebereiches dargestellt wird.

Anschließend wird eine breitbandige Fluoreszenzlichtquelle 62 (z. B. eine Xenonlampe) eingeschaltet, nachdem das Licht des Lichtweges 621 über die Spiegel 6211 und 6212, die in einem Verteilerkopf kippbar angeordnet sein können, auf die Einkopplungslinse 2411 der Einzellichtleitfasern 241 umgeleitet wurde. Durch schaltbare Filter 13 im Anregungs- und im Emissionszweig werden auf dem gleichen Wege wie zuvor multispektrale Fluoreszenzbilder des Gewebes bei verschiedenen Anregungs- und Emissionswellenlängen aufgenommen und auf der Visualisierungseinheit 1241 dargestellt. Alternativ können die Lichtquelle 62 und die schaltbaren Filter im Anregungszweig 131 durch Diodenlaser verschiedener Wellenlänge ersetzt werden.

Um die Gewebestruktur in 1 bis 2 mm Tiefe unterhalb des Meßkopfes zu analysieren, wird nach der Fluoreszenzbilderzeugung eine optische Kohärenztomographie angeschlossen. Hierzu wird die Lichtquelle 64 angeschaltet, die ihr Licht über die Lichtleitfaser 641 zur OCT- Baugruppe 9 schickt, wo es in Referenzstrahl und Meßstrahl verzweigt wird, wobei letzterer über die Monomodefaser 91 zur Sonde 26 im Meßkopf 2 gelangt. Die Bilddaten aus der OCT- Baugruppe 9 gelangen über den Datenbus 96 zur digitalen Verarbeitungseinheit 12.

Hieran kann sich die Gewinnung von photoakustischen Daten anschließen, indem die Impulslichtquelle 65 und die Ausleselichtquelle 66 angeschaltet werden, wobei erstere einen Lichtimpuls und letztere das Ausleselicht über die Lichtleitfaser 651 und den Sensor 27 zum Gewebe schickt. Über die Auslesefaser 101 wird die Meßinformation vom Meßkopf 2 zur Photoakustik-Baugruppe 10 übertragen und mit dem Licht verglichen, das über die Lichtleitfaser 661 zur Baugruppe 10 gelangt. Die in der Photoakustik-Baugruppe 10 erzeugten Daten werden über den Datenbus 106 der digitalen Verarbeitungseinheit 12 zugeleitet.

Nachfolgend kann die Baugruppe für dielektrische Spektroskopie 11 eingesetzt werden, die über die Koaxialleitung 281 und die Sonde 28 die dielektrischen Eigenschaften des Gewebes erfaßt, indem Hochfrequenzsignale im Bereich von 0,1 bis 1000 MHz angelegt und der komplexe Widerstand des Gewebes gemessen wird. Die so erhobenen Daten werden von der Baugruppe 11 über den Datenbus 116 an die digitale Verarbeitungseinheit 12 weitergeleitet.

In Erweiterung der beschriebenen Meßmöglichkeiten können auch die einzelnen Lichtleitfaser­ sonden 251, 252 und 253 für die Fluoreszenz-, Raman- und Infrarot-Spektroskopie eingesetzt werden, indem einerseits Licht der spektroskopischen Lichtquelle 62 vom Lichtweg 621 direkt über die Koppellinse 2421 in die Lichtleitfasern 242 eingekoppelt und andererseits das Infra­ rotLicht der Quelle 63 vom Lichtweg 631 über Umlenkspiegel 6311, 6312 und die Linse 2421 in die Lichtleitfasern 242 eingekoppelt wird. Die Fluoreszenz-, Raman- oder Infrarot-Signale aus dem Gewebe werden über die entsprechenden Sonden 251, 252 und 253 und die zugeord­ neten Lichtleiterverbindungen 2511, 2521 und 2531 zu den jeweiligen Baugruppen 81, 82 und 83 geführt. Die in der Baugruppe 8 gewonnenen Daten werden über den Datenbus 86 von der Baugruppe 8 zur digitalen Verarbeitungseinheit 12 übermittelt.

Die über die Datenbusse 76 bis 116 bereitgestellten spektroskopischen und Bilddaten werden zuerst in einer Vorverarbeitungseinheit 121 aufbereitet und in einer Analysatoreinheit 122 unter Gewinnung der diagnostischen Parameter weiter verdichtet. Die Vorverarbeitungsein­ heit 121 und die Analysatoreinheit 122 sind zusammen als mehrkanaliger DSP ausgelegt. Die von der Analysatoreinheit 122 bereitgestellten Parameter werden dann einem vorzugsweise als neuronales Netz ausgelegten Klassifikator 123 zugeführt. Das neuronale Netz wurde zuvor durch Datensätze aus einer repräsentativen Patienten-Stichprobe angelernt. Im Klassifikator 123 erfolgt die Diagnosestellung, deren Ergebnisse durch die Visualisierungseinheit 1241 der Bedieneinheit 124 dargestellt werden. Im interaktiven Einzelschritt-Betrieb erfolgt die Klassi­ fikation inkrementell in Form einer schrittweisen Verfeinerung der Diagnose, wodurch der Arzt die Möglichkeit besitzt, bei hinreichender Aussagesicherheit den Fortgang abzubrechen. Die Visualisierung ihrerseits erfolgt derart, daß dem Arzt neben der globalen Diagnose selektiv zusätzliche Informationen bereitgestellt werden, anhand derer er gegebenenfalls das Ergebnis überprüfen, korrigieren bzw. verfeinern kann.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung ist mit 1 das zu untersuchende Gewebe bezeichnet, mit dem der Meßkopf 2 an seiner Stirnseite 21 in Kontakt ist. Innerhalb des Mantels 22 sind, wie weiter unten zu Fig. 3 näher ausgeführt wird, eine Anzahl Meßsonden 23 bis 28 ange­ ordnet, die bündig mit der Stirnseite 21 abschließen. Der sterilisierbare Meßkopf 2 ist über ein Verbindungskabel 3 und eine lösbare Trennstelle 4 mit der Diagnostik-Apparatur 5 verbunden. Diese enthält neben der Baugruppe 6, in der die verschiedenen Lichtquellen zusammengefaßt sind, die Baugruppen 7 bis 11, die jeweils eine bestimmte Meßanordnung umfassen, und in Baugruppe 12 eine digitale Verarbeitungseinheit, die mit irrer Steuereinheit 125 den Ablauf der gesamten Meßwertgewinnung und Datenauswertung steuert.

Die Lichtquellen-Baugruppe 6 enthält die erforderlichen Lichtquellen. Dies sind eine Weißlichtquelle 61, eine gepulste spektroskopische Lichtquelle 62 mit hohem UV-Anteil für die Fluoreszenzanregung, ausgeführt als Xenonlampe mit schaltbarer Filterbank 131, als Kombination von gepulsten LEDs verschiedener Wellenlänge oder als Mehrwellenlängen- Diodenlaser-Baugruppe, und ein Infrarot-Diodenlaser für die Infrarot- und Ramananregung 63, eine Superlumineszenzdiode (SLD) 64 im Infrarot-Bereich für die OCT, ein Impulslaser 65 für die Anregung von photoakustischen Wellen, wie z. B. ein Q-switched Nd : YAG-Laser, sowie ein Ausleselaser 66 für die photoakustisch bedingten Brechzahländerungen im Gewebe, wie z. B. ein He-Ne-Laser.

Diese Lichtquellen in Baugruppe 6 sind jeweils über die den Lichtquellen 61 bis 66 zugeordneten Lichtleitfasern 611 bis 661 mit den entsprechenden Sonden 24 bis 25 in folgender Weise verbunden:

Die Fasersonden 241 für die Beleuchtung des Gewebes im Bereich des Faserbildleiters 23 sind über die Lichtwege 611 bzw. 621 umschaltbar entweder mit der Weißlichtquelle 61 oder der Lichtquelle 62 für die Fluoreszenzanregung verbunden, während die Fasersonden 242 im Arbeitsbereich der Meßsonden 25 für die optische Spektroskopie über den Lichtweg 621 an die Impulslichtquelle 62 zur Anregung von Fluoreszenzsignalen oder über den Lichtweg 631 die Infrarot-Lichtquelle 63 zur Anregung von Infrarot- und Ramansignalen umschaltbar angeschlossen sind (Fig. 3 und 5).

Die Faserbildleitersonde 23 ist über den Faserbildleiter 231 mit der Baugruppe 7 für die Bilderfassung, die Fluoreszenzmeßsonde 251 über die Lichtleiterverbindung 2511 mit der Fluoreszenzmeßanordnung 81, die Ramansonde 252 über die Lichtleiterverbindung 2521 mit der Ramanmeßanordnung 82 und die Infrarot-Sonde 253 über die Lichtleiterverbindung 2531 mit der Infrarot-Meßanordnung 83 verbunden.

Der photoakustische Lichtleitfasersensor 27 ist über eine verzweigte Multimodefaser 651 mit dem Impulslaseraufbau 65, dem He-Ne-Laser 66 und der Photoakustik-Baugruppe 10 verbunden.

Die Sonde 26 bildet das Ende einer Monomodefaser 91, die die Verbindung zwischen der OCT-Baugruppe 9 und dem Meßkopf 2 herstellt. Das Licht der Superlumineszenzdiode 64 wird über eine Lichtleitfaser 641 zur Baugruppe 9 geführt.

Die Koaxialleitungssonde 28 ist über eine Koaxialleitung 281 mit der Baugruppe für dielektrische Spektroskopie 11 verbunden.

Die Meßanordnungen 7 bis 11 haben jeweils digitale Ausgangsschnittstellen, die über entspre­ chende Busanordnungen 76 bis 116 mit der Vorverarbeitungseinheit 121 der digitalen Ver­ arbeitungseinheit 12 gekoppelt sind. An die Vorverarbeitungseinheit 121 schließt sich eine Analysatoreinheit 122 an. Vorverarbeitungseinheit 121 und Analysatoreinheit 122 sind zusammen als mehrkanaliger DSP ausgelegt und in diesem speichergekoppelt. Der Analysator­ einheit 122 ist ein digitalen Klassifikator 123 für die Diagnosefindung nachgeschaltet. Die Ergebnisse werden durch die Visualisierungseinheit 1241 der Bedieneinheit 124 dargestellt.

Die digitale Verarbeitungseinheit 12 verfügt weiterhin über eine Steuereinheit 125, die über Steuerbusse 12567 bis 125611 jeweils mit den Baugruppen 6 bis 11 verbunden ist. Diese Steuereinheit 125 kontrolliert den Meßablauf entweder automatisch oder im interaktiven Betrieb durch Eingaben der zur Bedieneinheit 124 gehörenden Eingabeeinheit 1242.

In Fig. 3 ist der Meßkopf 2 zum Aufsetzen auf das Gewebe im Schnitt und in Draufsicht auf die Stirnseite 21 dargestellt.

Das Schnittbild zeigt, daß der Innenraum der Meßsonde 2, der von einem vorzugsweise metal- lischen Mantel 22 eingeschlossen wird, durch die mit 23 bis 28 bezeichneten Sonden ausgefüllt ist, für die jeweils auch die zugehörigen Verbindungsleitungen eingetragen wurden: Mit 23 ist eine Faserbildleitersonde bezeichnet, die über die Faserbildleitung 231 angeschlossen ist. Die Faserbildleitersonde 23 ist, wie die Sicht auf die Stirnseite zeigt, z. B. mit 6 Einzellichtfaser­ sonden 241 umgeben, die über 6 gleichbenannte Verbindungsfasern 241 angeschlossen sind. Die Meßsonden 25 für die optische Spektroskopie können, wie dargestellt, gemeinsam von z. B. 9 Anregungslichtleitfasern 242 umgeben sein. Es ist auch denkbar, daß die Meßsonde 251 für die Fluoreszenzspektroskopie, die Meßsonde 252 für die Ramanspektroskopie und die Meßsonde 253 für die Infrarotspektroskopie jeweils einzeln mit einer Anzahl Anregungsfasern 242 umgeben ist. Ferner sind 3 einzelne Singlemodefasern 26 für OCT dargestellt, die an unterschiedlichen Punkten des Querschitts angeordnet und über Verbindungsfasern 91 ange­ schlossen sind. Mit 27 ist ein photoakustischer Lichtleitfasersensor bezeichnet, der über die Lichtleitfaser 271 mit der Photoakustik-Baugruppe 10 in Verbindung steht. Die Koaxiallei­ tungssonde 28 ist über die Koaxialleitung 281 angeschlossen.

In Fig. 4 ist eine Endoskopvariante des Meßkopfes im Querschnitt dargestellt. Die Darstellung zeigt, daß innerhalb des Metallmantels 22 zentrisch die Faserbildleitersonde 23 angeordnet ist. Um diese herum liegen Einzelfasern 241 für die Beleuchtung bzw. Anregung, Einzelfasern 242 für die spektroskopische Fluoreszenz-, Infrarot- und Raman-Anregung, Sensorfasern für das Fluoreszenzsignal 251, das Infrarotsignal 252 und das Ramansignal 253, Anregungs- und Auslesefasern 651 und 101 für die photoakustische Spektroskopie und eine Koaxialsonde 28 für die dielektrische Spektroskopie.

Anhand von Fig. 5 wird die Einkopplung des Lichtes der Lichtquellen 61, 62 und 63 der Bau­ gruppe 6 in die Beleuchtungs- bzw. Anregungslichtleitfasern 241 und 242 erläutert. Der Licht­ weg 611 der Weißlichtquelle 61 stimmt mit der optischen Achse der Linse 2411 überein, in deren Brennpunkt das Licht in die Lichtleitfasern 241 eingekoppelt wird. Zur Erzeugung von Fluoreszenzbildern wird das Licht der Fluoreszenzlichtquelle 62 über zwei kippbare Spiegel 6211 und 6212 vom Lichtweg 621 in die optische Achse der Linse 2411 umgelenkt und gelangt somit ebenfalls in die Lichtleitfasern 241. Wenn eine breitbandige Lichtquelle, wie z. B. eine Xenonlampe verwendet wird, ist es zweckmäßig, einen schaltbaren Filter 131 in den Lichtweg 621 und einen zweiten schaltbaren Filter 132 in der Bilderfassungsbaugruppe 7 am Ausgang des Faserbildleiters 231 einzufügen. Zur Einkopplung in die Einzellichtleitfasern 242 für die optische Spektroskopie über die Linse 2421 liegt der Lichtweg 621 der Fluoreszenz­ lichtquelle 62 in der optischen Achse dieser Linse 2421, während der Lichtweg 631 der Licht­ quelle 63 über die kippbaren Spiegel 6311 und 6312 umgelenkt wird.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1

Gewebe

2

Meßkopf

21

Stirnseite des Meßkopfes

22

Mantel des Meßkopfes

23

Faserbildleitersonde

231

Faserbildleitung

24

Einzellichtleitfasersonden zur Beleuchtung bzw. Anregung

241

Einzellichtleitfasersonden, um den Faserbildleiter angeordnet

2411

Einkoppellinsen

242

Einzellichtleitfasersonden für spektroskopische Anregung

2421

Einkoppellinsen

25

Meßsonden für die optische Spektroskopie

251

Fluoreszenzmeßsonde

2511

Lichtleiter von der Fluoreszenzmeßsonde zur Fluoreszenzmeßanordnung (

81

)

252

Ramanmeßsonde

2521

Lichtleiter von der Ramanmeßsonde zur Raman- Meßanordnung (

82

)

253

Infrarotmeßsonde

2531

Lichtleiter von der Infrarotmeßsonde zur Infrarot- Meßanordnung (

83

)

26

Singlemodefasersonde für OCT

27

photoakustischer Lichtleitfasersensor

271

Lichtleitfaser zur Baugruppe

10

28

Koaxialleitungssonde

281

Koaxialleitung

3

Meßkabel

4

lösbare Trennstelle

5

Diagnostikgerät

6

Baugruppe der Lichtquellen

61

Weißlichtquelle

611

Lichtweg von der Weißlichtquelle

62

spektroskopische Lichtquelle für die Fluoreszenz­ anregung

621

Lichtweg von der Fluoreszenzlichtquelle

6211

,

6212

Umlenkspiegel für Fluoreszenzanregung

63

Infrarot-Lichtquelle für Infrarot- und Ramananregung

631

Lichtweg von der Infrarotlichtquelle

6311

,

6312

Umlenkspiegel für Infrarot-Licht

64

Lichtquelle für OCT

641

Lichtleitfaser für Verbindung zur OCT-Baugruppe (

9

)

65

Impulslaser für photoakustische Anregung

651

Lichtleitfaseranschluß

66

Ausleselichtquelle für Photoakustik

661

Lichtleitfaserverbindung zur Photoakustik- Baugruppe (

10

)

7

Baugruppe für Bilderfassung

76

Datenbus zur digitalen Verarbeitungseinheit

12

8

Baugruppe für spektroskopische Messungen

81

Fluoreszenzmeßanordnung

82

Ramanmeßanordnung

83

Infrarotmeßanordnung

86

Datenbus zur digitalen Verarbeitungseinheit

12

9

Baugruppe für optische Kohärenztomographie (OCT-Baugruppe)

91

Monomodeverbindungsfaser zum Meßkopf (

2

)

96

Datenbus zur digitalen Verarbeitungseinheit

12

10

Photoakustik-Baugruppe

101

Ausleselichtleitfaser

106

Datenbus zur digitalen Verarbeitungseinheit

12

11

Baugruppe für dielektrische Spektroskopie

116

Datenbus zur digitalen Verarbeitungseinheit

12

12

Digitale Verarbeitungseinheit

121

Vorverarbeitungseinheit

122

Analysatoreinheit

123

Klassifikator

124

Bedieneinheit

1241

Visualisierungseinheit

1242

Eingabeeinheit

125

Steuereinheit

1256

Steuerbus

12566

Steuerbus zur Baugruppe

6

12567

Steuerbus zur Baugruppe

7

12568

Steuerbus zur Baugruppe

8

12569

Steuerbus zur Baugruppe

9

125610

Steuerbus zur Baugruppe

10

125

611

Steuerbus zur Baugruppe

11

13

Schaltbare Filter

131

Anregungsfilter

132

Emissionsfilter

Claims (4)

1. Verfahren zur Diagnostik von biologischem Gewebe, wobei das zu untersuchende Gewebe mit elektromagnetischen Wellen bestrahlt und die Antwort des Gewebes meßtechnisch erfaßt und ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe mittels Fluoreszenzspektroskopie und/oder Ramanspektroskopie und/oder Infrarotspektroskopie und/oder Weißlichtimaging und/oder Fluoreszenzimaging und/oder optischer Kohärenztomographie und/oder Photoakustik und/oder dielektrischer Spektroskopie untersucht wird, wobei ein Meßkopf, der in einem Gehäuse mehrere je nach Funktion unterschiedlich gestaltete Lichtleitfasersonden und eine dielektrische Sonde enthält, mit dem zu untersuchenden Gewebe in Kontakt gebracht wird und während einer kurzen Meßdauer in bestimmter zeitlicher Zuordnung nacheinander oder parallel, die von der Steuereinheit einer digitalen Verarbeitungseinheit vorgegeben wird, optische bzw. hochfrequente Signale ins Gewebe abgibt, wobei die optischen Signale über Lichtleitfasern aus zugeordneten Lichtquellen und die Hochfrequenzsignale über ein Koaxialkabel zugeführt werden, und deren Antwort aus dem Gewebe aufnimmt, wobei die aufgenommenen Signale jeweils über entsprechende Leitungen, die als Lichtleitfasern bzw. Koaxialkabel ausgebildet sind, zu verfahrensspezifischen Detektorbaugruppen übertragen werden, deren digitale Ausgangssignale an eine mehrkanalige Vorverarbeitungs- und Analysatoreinheit weitergeleitet werden, von wo aus die Daten nach Vorverarbeitung und Parametergewinnung einem diagnostischen Klassifikator zugeführt werden, dessen Ausgabewerte über eine Visualisierungseinheit dargestellt werden.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (2) mindestens eine Faserbildleitersonde (23) für die bildhafte Darstellung des Gewebes und/oder mehrere ggf in Ausführung und Querschnitt unterschiedliche Einzellichtleitfasersonden (24), zu denen die Sonden (241) für die Beleuchtung des Gewebes für die Bildgebung und/oder die Sonden (242) für die spektroskopische Anregung zählen, und/oder die für die spektroskopischen Signale vorgesehenen Meßsonden (25), bei welchen eine Fluoreszenzmeßsonde (251) und/oder eine Ramanmeßsonde (252) und/oder eine Infrarotmeßsonde (253)vorhanden ist, und/oder die für die optische Kohärenztomografie vorgesehene Sonde (26) und/oder die für photoakustische Daten vorgesehene Sonde (27) gehören, und/oder eine elektrische Koaxialleitungssonde (28) aufweist, die über eine zugeordnete Lichtleitfaserleitung (231, 241, 242, 2511, 2521, 2531) oder Koaxialleitung (281), welche in einem flexiblen Meßkabel (3) zusammengefaßt sind, mit zugeordneten Signalquellen (6) bzw. den in den Baugruppen (7 bis 11) untergebrachten Meßanordnungen in einem Diagnostikgehäuse (5) über eine lösbare Trennstelle (4) derart verbunden sind, daß die Sonde (23) über eine Faserbildleitung (231) mit der Baugruppe (7) für die Bildverarbeitung, die Einzelsonden (241) und (242) jeweils direkt oder durch Umschalten der optischen Lichtwege (611, 621 bzw. 631) mit entsprechenden Lichtquellen für Weißlicht (61), für Fluoreszenzanregung (62), und Infrarotlicht. (63) für Infrarot- und Ramananregung in der Baugruppe (6), die Einzelsonden (251, 252 und 253) jeweils über Lichtleitfasern (2511, 2521 und 2531) mit der Baugruppe (8) für spektroskopische Messungen, die Fasersonden (26) über die Verbindungsfaser 91 umschaltbar mit der Baugruppe (9) für die optische Kohärenztomographie, die Einzelsonde (27) über die Lichtleitfaser 271 mit der Photoakustik- Baugruppe (10) und die Koaxialleitungssonde (28) über die Koaxialleitung 281 mit der Baugruppe (11) für dielektrische Spektroskopie verbunden sind, wobei als weitere Baugruppe (12) eine digitale Signalverarbeitungseinheit vorhanden ist, die neben einer Bedieneinheit (124), bestehend aus einer Visualisierungseinheit (1241) und einer Eingabeeinheit (1242), eine Datenvorverarbeitungs- (121), eine Analysator- (122), eine Klassifikator- (123) und eine Steuereinheit (125) enthält, die jeweils über einen Datenbus bzw. Steuerbus (1256) mit den Baugruppen (6 bis 11) in Verbindung stehen.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (2) vorzugs­ weise zylindrisch mit einer ebener Stirnseite (21)zum Aufsetzen auf das Gewebe ausgebildet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf als Endoskop­ nadel ausgebildet ist, wobei die Stirnseite spitz, stumpf oder vorgewölbt sein kann.