DE19943701A1

DE19943701A1 - Endoskopische Meßsonde für die Erfassung von optischen und dielektrischen Materialeigenschaften

Info

Publication number: DE19943701A1
Application number: DE1999143701
Authority: DE
Inventors: Werner Schramm
Original assignee: VIVOSCOPIC GmbH
Current assignee: VIVOSCOPIC GmbH
Priority date: 1999-09-07
Filing date: 1999-09-07
Publication date: 2001-05-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine endoskopische Meßsonde für die Erfassung von optischen und dielektrischen Materialeigenschaften, insbesondere bei biologischem Material. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zu schaffen, bei der zwei Meßverfahren in einer Sonde so kombiniert werden, daß mit einer Messung an der gleichen Stelle sowohl optische als auch dielektrische Parameter erfaßt werden können. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird die endoskopische Meßsonde als Wellenleiter aus einem außenliegenden dünnen Metallzylinder (2) gebildet, der ein Dielektrikum (4), vorwiegend aus Lichtleitfasern (5) bestehend, und einen koaxial angeordneten metallischen Innenleiter (6) umschließt.

Description

Die Erfindung betrifft eine endoskopische Meßsonde für die Erfassung von optischen und dielektrischen Materialeigenschaften, insbesondere bei biologischem Material.

Ein Anwendungsgebiet ist die medizinische Diagnostik, wo sie eingesetzt werden kann, um gesundes von krankem Gewebe zu unterscheiden.

Es sind einerseits Meßanordnungen für die Erfassung des Energiestoffwechselzustandes von Gewebe vorgeschlagen worden (DD 227 044; DD 283 218), bei denen Lichtleitfasermeßsonden verwendet werden. Diese bestehen aus Lichtleitfasern, die das Anregungslicht zum Gewebe bzw. das aus dem Gewebe rückgestreute Licht zur Auswerteeinheit bringen.

Andererseits ist aus der Hochfrequenztechnik bekannt, daß der Einfluß einer am Ende einer Koaxialleitung angeordneten Impedanz durch Messung des komplexen Reflexionsfaktors erfaßt werden kann [Klages, G. Einführung in die Mikrowellenphysik, Dr. Dietrich Steinkopff Verlag, Darmstadt, 1967]. Hierzu wird an den Eingang des Koaxialkabels eine hochfrequente Signalspanung bestimmter Amplitude und Phase angelegt und mit der vom Ende des Koaxialkabels reflektierten Spannungswelle bezüglich Amplitude und Phase verglichen. Der komplexe Reflexionsfaktor R ergibt sich als Quotient der reflektierten zur einfallenden Spannungsamplitude und kann dargestellt werden als

R = (Z' - Z)/(Z' + Z)

wobei Z = Wellenwiderstand des Koaxialkabels
Z' = an Koaxialkabel angeschlossene Impedanz, d. h. Impedanz des Gewebes ist.

In Abhängigkeit von der Wellenlänge zeigt die Impedanz von gesundem und krankem Gewebe einen unterschiedlichen Verlauf, der für diagnostische Zwecke genutzt werden kann.

Diese genannten optischen bzw. hochfequenztechnischen Meßanordnungen liefern jeweils für sich Aussagen über die entsprechenden Eigenschaften des untersuchten Gewebes, die sich in ihrer Aussagekraft ergänzen. Nachteilig ist jedoch bisher, daß bei Messung an einem bestimmten Gewebeareal beide Meßmethoden aus Platzgründen nacheinander zur Anwendung kommen müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anordnung zu schaffen, bei der beide Meßverfahren in einer Sonde so kombiniert werden, daß mit einer Messung an der gleichen Stelle der Probe sowohl optische als auch dielektrische Parameter erfaßt werden können.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im gekennzeichneten Teil des Anspruchs 1 herausgestellen Merkmale gelöst. Zweckmäßige Augestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand von Fig. 1 erläutert. Mögliche Variationen sind in Fig. 2 bis Fig. 5 angegeben.

Es zeigen

Fig. 1: Meßsonde in Seitenansicht, teilweise im Schnitt.

Fig. 2: Stirnfläche der Meßsonde mit Koaxialmantel und -innenleiter sowie gemischter Verteilung der hin- und rückleitenden Lichtleitfasern.

Fig. 3: Stirnfläche der Koaxialmeßsonde mit zwei Lichtleitfasern.

Fig. 4: Stirnfläche der Meßsonde mit einer hinleitenden Lichtleitfaser und mehreren rückleitenden Fasern.

Fig. 5: Meßsondenkopf in Seitenansicht mit schräger Stirnfläche.

Die in Fig. 1 dargestellte Meßsonde wird als Wellenleiter aus einem außenliegenden dünnen Metallzylinder (2) gebildet, der ein Dielektrikum (4), vorwiegend aus Lichtleitfasern (5) bestehend, und einen koaxial angeordneten metallischen Innenleiter (6) umschließt.

Für die Berechnung des Durchmessers d des metallischen Innenleiters (6) wird für einen vorgegebenen Wellenwiderstand Z (z. B. Z = 50 Ohm) folgende Formel [Meinke, Grundlach, Handbuch der Hochfrequenztechnik, Springer 1967, S. 246] zugrundegelegt:

Z = 60/Σr ln D/d,

wobei
Σr - die relative Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums (4) unter Einschluß der Lichtleitfasern (5),
D - der Innendurchmesser des Metallzylinders (2) ist.

Die Stirnfläche (2) der Meßsonde ist eben und verläuft in Fig. 1 rechtwinklig zur Meßsondenachse (7). Erfindungsgemäß ist es auch möglich, daß die Stirnfläche (2), wie in Fig. 5 dargestellt, schräg zur Achse (7) angeordnet ist.

In Fig. 2 wird der Fall einer gemischten Verteilung von Lichtleitfasern gezeigt, die entweder der Lichtführung zur Meßoberfläche oder von dieser weg zur Auswerteeinheit dienen.

In Fig. 3 ist dargestellt, daß neben dem koaxialen Innenleiter (6) nur zwei Lichtleitfasern (5) in das Dielektrikum (4) eingebettet sind, wobei eine für die Hinleitung und eine für die Rückleitung des Lichtes verwendet werden kann.

Fig. 4 zeigt die Variante, daß eine dickere Lichtleitfaser (5a) von z. B. 200 µm im zentralen Bereich des Querschnittes liegt und dünne Lichtleitfasern (5b) von z. B. 50 µm über den restlichen Querschnitt verteilt angeordnet sind.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1

Metallzylinder

2

Stirnfläche

3

Schaft

3

a Schaftabzweig für Lichtleitfasern

3

b Schaftansatz für Koaxialkabel

4

Dielektrikum

5

Lichtleitermaterial

5

a dicke Lichtleitfaser

5

b dünne Lichtleitfaser

6

Innenleiter

7

Achse der Meßsonde

Claims

1. Meßsonde für die Erfassung von optischen und dielektrischen Materialeigenschaften, insbesondere von biologischem Material, dadurch gekennzeichnet, daß ein dünner Metallzylinder (1), der an seinem einen Ende die für die Erfassung der Materialeigenschaften ausgebildete Stirnfläche (2) der Meßsonde umschließt während sein anderes Ende in den Schaft (3) der Meßsonde übergeht, zusammen mit einem eingelagerten Dielektrikum (4) und einem koaxial angeordneten metallischen Innenleiter (6) einen Wellenleiter bildet und dabei das Dielektrikum (4) zu einem großen Anteil aus Lichtleitfasermaterial (5) besteht und der Durchmesser des Innenleiters (6) in bekannter Weise so bemessen ist, daß der Wellenleiter bezüglich seines Wellenwiderstandes an das am Schaft (3b) angekoppelte Koaxialkabel angepaßt ist, wobei das Lichtleitfasermaterial (5), das zur Hinleitung von Licht zur Stirnfläche (2) und zur Rückleitung des Lichtes von der Stirnfläche (2) dient, an dieser bündig mit dem Metallzylinder (1) abschließt und über den Schaftabzweig (3b) herausgeführt ist.

2. Meßsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Hinleitung und Rückleitung des Lichtes verwendeten dünnen Lichtleitfasern in gemischter Verteilung über den Querschnitt angeordnet sind.

3. Meßsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Hinleitung und Rückleitung des Lichtes jeweils mindestens eine Lichtleitfaser verwendet wird.

4. Meßsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinleitung des Lichtes durch eine Lichtleitfaser im zentralen Bereich des Querschnittes und die Rückleitung durch zahlreiche über den Querschnitt verteilte Einzelfasern erfolgt.

5. Meßsonde nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Stirnfläche (2) schräg zur Sondenachse angeordnet ist.