DE202004005279U1

DE202004005279U1 - Vorrichtung mit Lichtleiterbündeleinheit zur Ortsmarkierung, Remissions- und Fluoreszenzmessung

Info

Publication number: DE202004005279U1
Application number: DE200420005279
Authority: DE
Original assignee: Pongratz Thomas Dipl-Ing (fh)
Current assignee: Pongratz Thomas Dipl-Ing (fh)
Priority date: 2004-04-02
Filing date: 2004-04-02
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2014-04-03

Abstract

Vorrichtung mit mindestens einer Lichtleiterbündeleinheit (3) zur Ortsmarkierung, Remissions- und Fluoreszenzmessung eines Teilbereichs einer Oberfläche (1), wobei die Lichtleiterbündeleinheit (3) ein proximales und ein distales Ende (4, 5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiterbündeleinheit (3) derart angeordnet ist, dass Licht einer Beleuchtungsvorrichtung (8) in das proximate Ende (4) der Lichtleiterbündeleinheit (3) einkoppelbar ist und an das distale Ende (5) der Lichtleiterbündeleinheit (3) geleitet wird, wobei das distale Ende (5) in einer Anordnung endet, welche das distale Ende (5) der Lichtleiterbündeleinheit (3) über eine abbildende Optik (2) auf die Oberfläche (1) abbildet und die Lichtleiterbündeleinheit (3) aus mindestens einem Beleuchtungslichtleiter oder einem Beleuchtungslichtleiterbündel (3a) für den Transport des Lichts von der Beleuchtungsvorrichtung (8) zum distalen Ende (5) und mindestens einem Detektionslichtleiter oder einem Detektionslichtleiterbündel (3b) besteht, wobei der Detektionslichtleiter oder das Detektionslichtleiterbündel (3b) geeignet ist, Licht, welches am distalen Ende (5) der Lichtleiterbündeleinheit (3) eintritt, zu einer Detektionsvorrichtung (9) zu...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit mindestens einer Lichtleiterbündeleinheit zur Ortsmarkierung, Remissions- und Fluoreszenzmessung eines Teilbereichs einer Oberfläche, wobei die Lichtleiterbündeleinheit ein proximales und ein distales Ende aufweist.
Derartige Vorrichtungen sind bekannt. Die messtechnische Erfassung von Fluoreszenzlicht und Remissionslicht kommt dabei im Rahmen der klinischen Fluoreszenzdiagnostik fast ausschließlich in Studien zum Einsatz, um entweder einen visuellen Eindruck zu bestätigen oder um spektrale Unterschiede zwischen Tumorgewebe und nicht malignem Normalgewebe zu suchen.
Die Unterscheidung von Tumor- zu Normalgewebe während einer Operation basiert dabei auf den unterschiedlichen optischen Eigenschaften der beiden Gewebearten. Bei Beleuchtung des Operationsfeldes mit weißem Licht erzeugen die beiden Gewebearten meist einen unterschiedlichen optischen Eindruck, welcher von einem erfahrenen Chirurgen dem entsprechenden Gewebe zugeordnet werden kann. Der optische Unterschied resultiert aus der Tatsache, dass jede Gewebeart eine charakteristische Unterstruktur aufweist, welche das eingestrahlte Licht unterschiedlich in Richtung Betrachter zurückstreut. Bei machen Tumorarten ist die Abgrenzung gegenüber Normalgewebe auf diese Art und Weise allerdings unzureichend. Daher kommt in verschiedenen klinischen Fachbereichen in zunehmendem Maße die sogenannte Fluoreszenzdiagnostik zum Einsatz. Hierbei werden gewebeeigene oder exogen zugeführte Farbstoffe (Fluorophore) mit Licht einer geeigneten Wellenlänge angeregt und deren emittiertes Fluoreszenzlicht betrachtet. Aufgrund einer selektiven Anreicherung der exogenen Fluorophore in Tumorzellen bzw. eines in Vergleich zu Normalgewebe unterschiedlichen Anteils endogener Fluorophore in Tumorgewebe kommt es so zu einem unterschiedlichen Fluoreszenzverhalten der Gewebearten. Dieser Unterschied kann zum einen visuell durch einen unterschiedlichen Farbeindruck wahrgenommen werden. Zum anderen kann das Fluoreszenzlicht messtechnisch erfasst und einer spektralen Analyse unterzogen werden.
In der Regel findet die Spektralerfassung jedoch klinisch noch keine Verwendung. Dies liegt zum großen Teil an praktischen Unzulänglichkeiten, die das Verfahren kompliziert und fehlerträchtig machen. So erfolgt z. B. die Datenerfassung über ein Lichtleiterbündel, welches auf das zu untersuchende Gewebe aufgesetzt wird. Das Lichtleiterbündel besteht aus einem oder mehreren Lichtleitern, welche das zu untersuchende Areal beleuchten und aus einem oder mehreren Lichtleitern, welche das Fluoreszenzlicht detektieren und in die Messanordnung leiten. Beim Aufsetzen dieses Lichtleiterbündels auf Gewebe kommt es dabei zu Verschmutzungen der Lichtleiter mit Blut, welche die Messungen verfälschen. Zusätzlich ist es schwierig, das untersuchte Areal nach der Messung wieder zu lokalisieren um entsprechend punktgenaue Gewebeproben entnehmen zu können, da keinerlei Markierung stattfindet.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beleuchtungsvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die eine spektrale Untersuchung und Markierung von Gewebe während einer Operation erlaubt, ohne dass sie in das Operationsfeld eingeführt und auf das zu untersuchende Areal aufgesetzt werden muss.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des unabhängigen Anspruchs.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit mindestens einer Lichtleiterbündeleinheit zur Ortsmarkierung, Remissions- und Fluoreszenzmessung eines Teilbereichs einer Oberfläche weist eine Lichtleiterbündeleinheit auf, die derart angeordnet ist, dass das Licht einer Beleuchtungsvorrichtung in ein proximales Ende der Lichtleiterbündeleinheit einkoppelbar ist und an ein distales Ende der Lichtleiterbündeleinheit geleitet wird, wobei das distale Ende in einer Anordnung endet, welche das distale Ende der Lichtleiterbündeleinheit über eine abbildende Optik auf die Oberfläche abbildet. Dabei besteht die Lichtleiterbündeleinheit aus mindestens einem Beleuchtungslichtleiter oder einem Beleuchtungslichtleiterbündel für den Transport des Lichts von der Beleuchtungsvorrichtung zum distalen Ende und mindestens einem Detektionslichtleiter oder einem Detektionslichtleiterbündel, wobei der Detektionslichtleiter oder das Detektionslichtleiterbündel geeignet ist, Licht, welches am distalen Ende der Lichtleiterbündeleinheit eintritt, zu einer Detektionsvorrichtung zu leiten. Damit ist es möglich, eine spektrale Untersuchung sowie die Markierung von Gewebe während einer Operation durchzuführen, ohne dass die Vorrichtung in das Operationsfeld eingeführt und/oder auf das zu untersuchende Areal aufgesetzt werden muss.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das distale Ende der Lichtleiterbündeleinheit über mindestens einen zwischen dem distalen Ende und der Optik angeordneten beweglichen Spiegel auf die Oberfläche abgebildet. Eine derartige Anordnung ermöglicht es, das distale Ende der Lichtleiterbündeleinheit über die abbildende Optik über die Oberfläche zu bewegen und entsprechend abzubilden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem proximalen Ende der Lichtleiterbündeleinheit und der Beleuchtungsvorrichtung und/oder der Detektionsvorrichtung mindestens ein beweglicher Spiegel zur Übertragung von Licht von der Beleuchtungsvorrichtung in die Lichtleiterbündeleinheit und/oder zur Übertragung von von der Oberfläche kommenden Lichts in die Detektionsvorrichtung ausgebildet. Eine derartige Anordnung ermöglicht es, dass einerseits Licht zur Beleuchtung oder Markierung der Oberfläche exakt in der Lichtleiterbündeleinheit positioniert werden kann. Des Weiteren ist es möglich, exakte Bereiche der über den Detektionslichtleiter oder das Detektionslichtleiterbündel übertragenen Informationen auf die Detektionsvorrichtung zu übertragen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das distale Ende der Lichtleiterbündeleinheit in einer lateralen fixierten Position in einer Bildebene der abbildenden Optik angeordnet. Es ist aber auch möglich, dass das distale Ende der Lichtleiterbündeleinheit in der Bildebene der abbildenden Optik bewegbar angeordnet ist. Diese Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen erlauben die exakte Positionierung des auf die Oberfläche abgebildeten distalen Endes der Lichtleiterbündeleinheit.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht die Lichtleiterbündeleinheit aus mindestens zwei Beleuchtungslichtleitern, wobei ein Beleuchtungslichtleiter zum Beleuchten und/oder Anregen der zu untersuchenden Oberfläche ausgebildet ist und der andere Beleuchtungslichtleiter zur Markierung des zu untersuchenden Teilbereichs der Oberfläche dient. Dadurch ist gewährleistet, dass eine Markierung der zu untersuchenden Bereiche der Oberfläche unter gleichzeitiger Beleuchtung dieser erfolgen kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Beleuchtung der Oberfläche zur Anregung einer Fluoreszenz zumindest teilweise mittels einer zweiten Beleuchtungseinheit, wobei das Licht der zweiten Beleuchtungseinheit nicht über die Lichtleiterbündeleinheit geleitet wird. Es ist aber auch möglich, dass das Licht zur Beleuchtung der Oberfläche aus unterschiedlichen Lichtquellen in jeweils mindestens einem Beleuchtungslichtleiter an das distale Ende der Lichtleiterbündeleinheit geführt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist diese derart ausgebildet, dass sie an ein konventionelles Operationsmikroskop anbringbar ist. Die Ausbildung als Zusatzmodul ermöglicht die nachträgliche Ausrüstung konventioneller Operationsmikroskope mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Es ist aber auch möglich, dass die Optik Bestandteil eines Operationsmikroskops ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Beleuchtung der Oberfläche und das Erfassen von von der Oberfläche ankommenden Lichts über die Lichtleiterbündeleinheit simultan oder sequentiell.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 12 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Vorrichtung 12 dient dabei zur Ortsmarkierung, Remissions- und Fluoreszenzmessung eines Teilbereichs einer Oberfläche 1. Man erkennt, dass die Vorrichtung 12 eine Lichtleiterbündeleinheit 3 mit einem proximalen und einem distalen Ende 4, 5 aufweist. Des Weiteren erkennt man, dass die Lichtleiterbündeleinheit 3 derart angeordnet ist, dass Licht einer Beleuchtungsvorrichtung 8 in das proximate Ende 4 der Lichtleiterbündeleinheit 3 einkoppelbar ist und an das distale Ende 5 der Lichtleiterbündeleinheit 3 geleitet wird.
Das distale Ende 5 endet dabei in einer Anordnung (nicht dargestellt), welche das distale Ende 5 der Lichtleiterbündeleinheit 3 über eine abbildende Optik 2 auf die Oberfläche 1 abbildet. Die Lichtleiterbündeleinheit 3 besteht dabei aus mehreren Beleuchtungslichtleitern bzw. einem Beleuchtungslichtleiterbündel 3a für den Transport des Lichts von der Beleuchtungsvorrichtung 8 zum distalen Ende 5. Des Weiteren weist die Lichtleiterbündeleinheit 3 einen Detektionslichtleiter bzw. ein Detektionslichtleiterbündel 3b auf, wobei der Detektionslichtleiter oder das Detektionslichtleiterbündel 3b geeignet ist, Licht, welches am distalen Ende 5 der Lichtleiterbündeleinheit 3 eintritt, zu einer Detektionsvorrichtung 9 zu leiten. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das distale Ende 5 der Lichtleiterbündeleinheit 3 in einer Bildebene der abbildenden Optik 2 bewegbar angeordnet. Es ist aber auch möglich, das distale Ende 5 in einer lateral fixierten Position in der Bildebene der abbildenden Optik 2 anzuordnen.
Die Beleuchtungslichtleiter 3a dienen in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einerseits zum Beleuchten und/oder Anregen der zu untersuchenden Oberfläche und zur Markierung des zu untersuchenden Teilbereichs der Oberfläche. Dabei üben unterschiedliche Beleuchtungslichtleiter 3a unterschiedliche Funktionen aus. Es ist auch möglich, dass die Beleuchtung der Oberfläche 1 zur Anregung einer Fluoreszenz zumindest teilweise mittels einer zweiten Beleuchtungseinheit (nicht dargestellt) erfolgt. Es ist aber auch möglich, dass das Licht zur Beleuchtung der Oberfläche aus mehreren unterschiedlichen Lichtquellen (nicht dargestellt) in jeweils mindestens einem Beleuchtungslichtleiter 3a an das distale Ende 5 der Lichtleiterbündeleinheit geführt wird. Die Beleuchtung der Oberfläche 1 und das Erfassen von von der Oberfläche 1 ankommenden Lichts über die Lichtleiterbündeleinheit 3 kann dabei simultan oder sequentiell erfolgen.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 12 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Der grundsätzliche Aufbau und die Funktion dieses zweiten Ausführungsbeispiels entspricht dem in 1 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Allerdings ist bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel zwischen dem distalen Ende 5 und der Optik 2 ein beweglicher Spiegel 6, 7 angeordnet. Dabei wird das distale Ende 5 der Lichtleiterbündeleinheit 3 über den Spiegel 6, 7 auf die Oberfläche 1 abgebildet. Das distale Ende 5 der Lichtleiterbündeleinheit 3 kann dabei wiederum in einer lateral fixierten Position in einer Bildebene der abbildenden Optik 2 oder darin bewegbar angeordnet sein.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 12 gemäß einer dritten Ausführungsform. Der grundsätzliche Aufbau und die Funktionsweise dieser dritten Ausführungsform entspricht denen der ersten und zweiten Ausführungsform. Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen weist die Vorrichtung 12 zwischen dem proximalen Ende 4 der Lichtleiterbündeleinheit 3 und der Beleuchtungsvorrichtung 8 und der Detektionsvorrichtung 9 einen beweglichen Spiegel 10, 11 zur Übertragung von Licht von der Beleuchtungsvorrichtung 8 in die Lichtleiterbündeleinheit und zur Übertragung von von der Oberfläche 1 kommenden Lichts in die Detektionsvorrichtung 9 auf.
Die Vorrichtung 12 kann einerseits derart ausgebildet sein, dass sie an ein konventionelles Operationsmikroskop als Zusatzvorrichtung anbringbar ist. Es ist aber auch möglich, dass die Optik 2 Bestandteil des Operationsmikroskops ist. Dabei kann die Vorrichtung bzw. die Lichtleiterbündeleinheit fest oder beweglich als Zusatzmodul an einem Operationsmikroskop angebracht sein. Über einige der Lichtleiter des Lichtleiterbündels 3 kann dann zum Beispiel ein Pilotstrahl eingekoppelt werden, der auf das Operationsfeld abgebildet wird und der das zu untersuchende Areal umgrenzt. Dem Bediener wird somit angezeigt, an welcher Stelle die Messung stattfinden wird. Nach genauer Positionierung kann dann zum Beispiel über die in dem Operationsmikroskop vorhandene Zoom-Funktion das Abbildungsverhältnis und damit die Größe des Detektionsareals verändert werden. Des Weiteren ist denkbar, dass die Beleuchtung des Teilbereichs der zu untersuchenden Oberfläche 1 entweder über das Operationsmikroskoplicht oder über mehrere Lichtleiter 3a der Lichtleiterbündeleinheit 3 erfolgt. Mittels der Detektionslichtleiter oder des Detektionslichtleiterbündels 3b kann dann zum Beispiel ein angeregtes Fluoreszenzlicht detektiert werden.
Eine Vielzahl von Verwendungsmöglichkeiten sind für die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung denkbar. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung in der Fluoreszenzendoskopie, zur Durchführung endoskopischer Eingriffe und Untersuchungen in der Medizin und zur Durchführung endoskopischer Eingriffe und Untersuchungen im Baubereich verwendet werden.

Claims

Vorrichtung mit mindestens einer Lichtleiterbündeleinheit (3) zur Ortsmarkierung, Remissions- und Fluoreszenzmessung eines Teilbereichs einer Oberfläche (1), wobei die Lichtleiterbündeleinheit (3) ein proximales und ein distales Ende (4, 5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiterbündeleinheit (3) derart angeordnet ist, dass Licht einer Beleuchtungsvorrichtung (8) in das proximate Ende (4) der Lichtleiterbündeleinheit (3) einkoppelbar ist und an das distale Ende (5) der Lichtleiterbündeleinheit (3) geleitet wird, wobei das distale Ende (5) in einer Anordnung endet, welche das distale Ende (5) der Lichtleiterbündeleinheit (3) über eine abbildende Optik (2) auf die Oberfläche (1) abbildet und die Lichtleiterbündeleinheit (3) aus mindestens einem Beleuchtungslichtleiter oder einem Beleuchtungslichtleiterbündel (3a) für den Transport des Lichts von der Beleuchtungsvorrichtung (8) zum distalen Ende (5) und mindestens einem Detektionslichtleiter oder einem Detektionslichtleiterbündel (3b) besteht, wobei der Detektionslichtleiter oder das Detektionslichtleiterbündel (3b) geeignet ist, Licht, welches am distalen Ende (5) der Lichtleiterbündeleinheit (3) eintritt, zu einer Detektionsvorrichtung (9) zu leiten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das distale Ende (5) der Lichtleiterbündeleinheit (3) über mindestens einen zwischen dem distalen Ende (5) und der Optik (2) angeordneten beweglichen Spiegel (6, 7) auf die Oberfläche (1) abgebildet wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem proximalen Ende (4) der Lichtleiterbündeleinheit (3) und der Beleuchtungsvorrichtung (8) und/oder der Detektionsvorrichtung (9) mindestens ein beweglicher Spiegel (10, 11) zur Übertragung von Licht von der Beleuchtungsvorrichtung (8) in die Lichtleiterbündeleinheit (3) und/oder zur Übertragung von von der Oberfläche (1) kommenden Lichts in die Detektionsvorrichtung (9) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das distale Ende (5) der Lichtleiterbündeleinheit (3) in einer lateral fixierten Position in einer Bildebene der abbildenden Optik (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das distale Ende (5) der Lichtleiterbündeleinheit (3) in einer Bildebene der abbildenden Optik (2) bewegbar angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiterbündeleinheit (3) aus mindestens zwei Beleuchtungslichtleitern (3a) besteht, wobei ein Beleuchtungslichtleiter zum Beleuchten und/oder Anregen der zu untersuchenden Oberfläche (1) ausgebildet ist und der andere Beleuchtungslichtleiter zur Markierung des zu untersuchenden Teilbereichs der Oberfläche (1) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtung der Oberfläche (1) zur Anregung einer Fluoreszenz zumindest teilweise mittels einer zweiten Beleuchtungseinheit erfolgt, wobei das Licht der zweiten Beleuchtungseinheit nicht über die Lichtleiterbündeleinheit (3) geleitet wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht zur Beleuchtung der Oberfläche (1) aus unterschiedlichen Lichtquellen in jeweils mindestens einen Beleuchtungslichtleiter (3a) an das distale Ende (5) der Lichtleiterbündeleinheit (3) geführt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (12) derart ausgebildet ist, dass sie an ein konventionelles Operationsmikroskop anbringbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik (2) Bestandteil des Operationsmikroskops ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtung der Oberfläche (1) und das Erfassen von von der Oberfläche (1) ankommenden Lichts über die Lichtleiterbündeleinheit (3) simultan oder sequentiell erfolgt.