DE202005011442U1 - Vorrichtung zur Bestimmung von Gewebe des menschlichen oder tierischen Körpers - Google Patents

Vorrichtung zur Bestimmung von Gewebe des menschlichen oder tierischen Körpers Download PDF

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Abstract

Vorrichtung (1) zur Bestimmung von Gewebe (2) des menschlichen oder tierischen Körpers und/oder des Zustands des Gewebes (2),
mit einer Erfassungseinrichtung (3) zur Erfassung sowohl der Größe und/oder Anzahl von Adern als auch der Geschwindigkeiten der Blutströmung in den Adern, insbesondere der Größenverteilung von Adern und/oder der Geschwindigkeitsverteilung der Blutströmung in den Adern, in einem Gewebebereich (5) mit mehreren Adern als Gewebedaten,
mit einer Auswerteeinrichtung (6) zum Vergleich der Gewebedaten mit Vergleichsdaten bekannter Gewebe (2) und/oder Zustände, wobei in Abhängigkeit von der Übereinstimmung der Gewebedaten mit den Vergleichsdaten das Ergebnis, nämlich das Gewebe (2) und/oder dessen Zustand oder die in Frage kommenden Gewebe (2) und/oder Zustände, bestimmbar ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung von Gewebe des menschlichen oder tierischen Körpers und/oder eines Zustands des Gewebes.
  • Die Bestimmung eines Gewebes (also Identifikation eines Gewebes) bzw. die Bestimmung eines Zustands eines Gewebes (also beispielsweise bösartig, gutartig, unterversorgt oder dgl.) erfolgt bisher üblicherweise durch eine Biopsie und eine anschließende Laboruntersuchung. Während einer Operation wird hierzu ein sogenannter Schnellschnitt durchgeführt, wobei dann das Operationsteam oftmals warten muß, bis das Ergebnis vorliegt.
  • Aus der WO 97/15229 A1 ist es bereits bekannt, bei einem Gewebe die Hämoglobinkonzentration im Blut, die Anzahl der weißen Blutzellen, ein mittleres Zellvolumen, die Anzahl der roten Blutzellen, den Hämatocrit-Wert oder dgl. optisch zu bestimmen. Weiter kann auf diese Weise der Perfusionszustand oder die Mikrozirkulation in einem Gewebebereich bestimmt werden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bestimmung von Gewebe des menschlichen oder tierischen Körpers und/oder des Zustands des Gewebes anzugeben, wobei die Bestimmung bzw. Erkennung insbesondere nicht invassiv, einfach und schnell, insbesondere ohne Laboruntersuchungen, erfolgen kann.
  • Die obige Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß Gewebedaten eines Gewebebereichs optisch erfaßt und mit Vergleichsdaten bekannter Gewebe bzw. Zustände verglichen werden. In Abhängigkeit von der Übereinstimmung der Gewebedaten mit den Vergleichsdaten wird das Ergebnis, nämlich das Gewebe bzw. die Gewebeart und/oder dessen Zustand oder die in Frage kommenden Gewebe und/oder Zustände, bestimmt. So ist es auf sehr einfa che, kostengünstige und schnelle Weise möglich, ein Gewebe zu identifizieren oder zumindest die primär in Betracht kommenden Gewebe anzugeben. Alternativ oder zusätzlich ist es dadurch möglich, den jeweiligen Zustand des untersuchten Gewebes bzw. die in Frage kommende Zustände, also beispielsweise ob das Gewebe gut oder schlecht durchblutet ist, gut- oder bösartig ist oder dgl., mit minimalen Aufwand und vor allen Dingen sehr schnell festzustellen.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung darin, daß sowohl die Größen und/oder Anzahl der Adern als auch die Geschwindigkeit der Blutströmung in den Adern als Gewebedaten erfaßt werden. Insbesondere durch die Korrelation der Größe bzw. Anzahl und der Strömungsgeschwindigkeiten ist eine sehr gute, weitgehend eindeutige Charakterisierung und damit Identifizierung eines Gewebes und/oder Zustands möglich.
  • Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß vorzugsweise die Größenverteilung von Adern und/oder die Geschwindigkeitsverteilung der Blutströmung in den Adern, insbesondere jeweils in Abhängigkeit vom Durchmesser der Adern, in einen Gewebebereich mit mehreren Adern als Gewebedaten erfaßt werden. Dies ermöglicht eine besonders gute Charakterisierung und damit auch Identifizierung von Gewebe.
  • Die vorschlagsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise direkt während einer Operation eingesetzt werden. Die Gewebedaten eines Gewebebereichs mit mehreren Adern eines zu untersuchenden Gewebes werden optisch erfaßt und vorzugsweise unmittelbar mit gespeicherten Vergleichsdaten verglichen, so daß das Ergebnis bestimmt und dem Operateur bzw. Operationsteam – quasi verzögerungsfrei – angezeigt werden kann. Als Ergebnis wird dann insbesondere angezeigt, um welches Gewebe es sich handelt oder welche Gewebe in Frage kommen. Alternativ oder zusätzlich wird angezeigt, in welchem Zustand sich das untersuchte Gewebe befindet oder welche Zustände in Frage kommen.
  • Besonders bevorzugt wird bei der Bestimmung oder Anzeige von in Frage kommenden Geweben und/oder Zuständen auch die jeweilige Wahrschein lichkeit bzw. Korrelation mit Vergleichsdaten angegeben. Dies gestattet eine sehr gute Einschätzung, insbesondere der Verläßlichkeit, des Ergebnisses.
  • Ein weiterer Vorteil der vorschlagsgemäßen Vorrichtung liegt neben der schnellen Verfügbarkeit des Ergebnisses darin, daß der Aufwand gegenüber der bisher üblichen Bestimmung von Gewebe im Labor, insbesondere durch Anfertigung von Schnitten, Anfärben und Beurteilung im Mikroskop, entfällt. Dementsprechend kann auch bei nicht dringenden Angelegenheiten mit der vorschlagsgemäßen Vorrichtung und dem vorschlagsgemäßen Verfahren der Laboraufwand wesentlich verringert werden.
  • Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß mit der vorschlagsgemäßen Vorrichtung keine Biopsie, also keine Gewebeentnahme mehr erforderlich ist. So können eventuelle Gefährdungen durch Gewebeentnahmen vermieden werden. Darüber hinaus ist es beispielsweise möglich, die vorschlagsgemäße Vorrichtung bei Katheder-Untersuchungen einzusetzen, bei denen eine Biopsie schwieriger oder mit größere Gefahren verbunden ist.
  • Neben den genannten Anwendungen sind die vorschlagsgemäße Vorrichtung aber auch beispielsweise verwendbar, um die Wirkung eines Wirkstoffs bzw. Medikaments zu erkennen oder ggf. Gewebe fortlaufend zu überwachen. Durch die schnellere Erkennung oder eine sogar fortlaufende Überwachung kann eine wesentlich größere Sicherheit erreicht und/oder eine genauere Dosierung ermöglicht werden.
  • Weitere Aspekte, Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt:
  • 1 eine schematische Darstellung einer vorschlagsgemäßen Vorrichtung;
  • 2 eine Größenverteilung von Lungengewebe;
  • 3 eine Geschwindigkeitsverteilung von Lungengewebe;
  • 4 eine Größenverteilung von Zungengewebe; und
  • 5 eine Geschwindigkeitsverteilung von Zungengewebe.
  • 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine vorschlagsgemäße Vorrichtung 1 zur Bestimmung von Gewebe 2 des menschlichen oder tierischen Körpers und/oder des Zustands des Gewebes 2. Der Begriff "Bestimmung von Gewebe" ist bei der vorliegenden Erfindung dahingehend zu verstehen, daß das Gewebe also die jeweilige Gewebeart identifiziert wird.
  • Die Vorrichtung 1 weist eine Erfassungseinrichtung 3 zur Erfassung von Gewebedaten des zu untersuchenden Gewebes 2 auf. Die Erfassung erfolgt insbesondere optisch. Entsprechend umfaßt die Erfassungseinrichtung 3 vorzugsweise eine geeignete Optikeinrichtung 4, wie in 1 schematisch dargestellt, oder dgl. Hinsichtlich der optischen Erfassung und der Auswertung der optischen Daten wird beispielhaft auf die WO 97/15229 A1 verwiesen, die diesbezüglich als ergänzende Offenbarung eingeführt wird und Möglichkeiten der vorrichtungsmäßigen Realisierung offenbart.
  • Mittels der Erfassungseinrichtung 3 bzw. deren Optikeinrichtung 4 wird ein Gewebebereich 5 mit Adern, insbesondere Kapillaren K, des Gewebes 2 optisch untersucht. Aus den optischen Signalen werden dann die Gewebedaten ermittelt bzw. erfaßt.
  • Als Gewebedaten werden insbesondere die Größen und/oder Anzahl der Adern und die Geschwindigkeiten der Blutströmung in den Adern erfaßt.
  • Bei der Größe wird insbesondere der Durchmesser der Adern oder ein damit zusammenhängender Wert, wie die Querschnittsfläche oder dgl., erfaßt, ganz besonders bevorzugt der mittlere Durchmesser.
  • Die Anzahl der Adern stellt ein Maß dafür dar, wie viele Adern in einem bestimmten Volumenbereich oder im gesamten optisch erfaßten bzw. ausgewerteten Gewebebereich 5 vorhanden sind. Vorzugsweise erfolgt eine zusätzliche Auswertung hinsichtlich der Größe, insbesondere hinsichtlich des Durchmessers. So ergibt sich eine Größenverteilung, wie beispielhaft in 2 dargestellt.
  • Bei dem Diagram in 2 gibt ebenso wie in den weiteren Diagrammen gemäß 3 bis 5 die x-Achse den vorzugsweise mittleren Durchmesser der erfaßten Adern in μm an. In 2 gibt die y-Achse die Anzahl der jeweiligen Adern mit einem entsprechenden Durchmesser an, bei der vorliegenden Darstellung nicht in absoluten Werten, sondern in %. Es handelt sich hierbei um eine normierte Größenverteilung.
  • In 2 zeigen die schwarze Balken und die durchgezogene Linie beispielhaft die Größenverteilung von gesundem Lungengewebe mit normal geöffneten Alveolarkapillaren. Die weißen Balken und die zugeordnete, gestrichelte Linie zeigen demgegenüber die Größenverteilung, wenn die Kapillaren mehr geschlossen sind. Dies kann beispielsweise bei Rauchern oder nach Anwendung eines Medikaments, das Kapillaren verschließt, der Fall sein. Derartig verschlossenen Kapillaren können aber auch krankhaftes Lungengewebe charakterisieren.
  • Mittels der Erfassungseinrichtung 3 bzw. Optikeinheit 4 erfolgt vorzugsweise zusätzlich oder alternativ zur Erfassung der Größenverteilung auch eine Erfassung der Geschwindigkeitsverteilung. 3 zeigt beispielhaft die Geschwindigkeitsverteilung bei dem Lungengewebe, dessen Größenverteilung in 2 dargestellt ist. Die y-Achse gibt in 3 die Geschwindigkeit, insbesondere die mittlere Strömungsgeschwindigkeit in den einzelnen Adern in μm/s in Abhängigkeit vom bereits genannten Durchmesser der Adern (aufgetragen auf der x-Achse) an.
  • In 3 zeigen die schwarzen Balken und die durchgehende Linie wiederum die sich beispielhaft ergebende Verteilung bei gesundem Lungengewebe. Die weißen Balken und die gestrichelte Linie geben hingegen die Verteilung an, die sich für das Lungengewebe mit weniger offenen Alveolarkapillaren ergibt.
  • 4 und 5 zeigen zu den 2 und 3 vergleichbare Verteilungen, die bei Zungengewebe erfaßt wurden. 4 stellt eine entsprechende Größenverteilung der Adern im untersuchten Gewebebereich 5 dar, 5 die entsprechende Geschwindigkeitsverteilung der Blutströmung in den Adern. Die schwarzen Balken und durchgezogenen Linien zeigen die Werte von behandeltem Zungengewebe. Die weißen Balken und gestrichelten Linien zeigen die Werte von gesundem Zungengewebe.
  • Aus den 2 bis 5 ist ersichtlich, daß sich die genannten Verteilungen sowohl in Abhängigkeit von der jeweiligen Gewebeart als auch vom jeweiligen Zustand des Gewebes 2 unterscheiden. Dementsprechend ist die Bestimmung des untersuchten Gewebes 2 bzw. dessen Zustand bei Vorhandensein entsprechender Vergleichsdaten möglich. Hierauf wird später noch näher eingegangen.
  • Die durchgezogenen und gestrichelten Linien in den 2 bis 5 zeigen die sich jeweils ergebenden Kurven bei einer Näherung der ermittelten Werte durch Polynome. Die sich ergebenden Kurven zeigen eine gewisse Tendenz der jeweiligen Veränderungen. Versuche haben jedoch ergeben, daß eine Näherung durch Polynome und deren Vergleich, also ein Vergleich der Koeffizienten der Polynome, oftmals nicht ausreichend ist.
  • Vorzugsweise werden sowohl die Größenverteilung als auch die Geschwindigkeitsverteilung – oder dazu korrespondierende Verteilungen oder Werte – bezüglich des zu untersuchenden Gewebes 2 bzw. dessen Gewebebereich 5 von der Erfassungseinrichtung 3 ermittelt und als Gewebedaten bereitgestellt.
  • Die Vorrichtung 1 weist ferne eine Auswerteeinrichtung 6 zum Vergleich der Gewebedaten mit Vergleichsdaten bekannter Gewebe 2 und/oder bekannter Zustände auf. Die Vergleichsdaten sind beispielsweise in einem zugeordneten Speicher 7 gespeichert oder auf sonstige Weise zugänglich. Beispielsweise kann auch über eine Datenverbindung oder das Internet auf die Vergleichsdaten – zumindest auf relevante Vergleichsdaten – zugegriffen werden. Beispielsweise ist auch möglich, daß die erforderlichen Vergleichsdaten über die Datenverbindung bzw. das Internet angefordert, dann an die Auswerteeinrichtung 6 übertragen und dort mit den Gewebedaten verglichen werden.
  • In Abhängigkeit von der Übereinstimmung der Gewebedaten mit den Vergleichsdaten wird das Ergebnis bestimmt und vorzugsweise mittels einer zugeordneten Anzeigeeinrichtung 8 angezeigt. Zusätzlich oder alternativ kann das Ergebnis jedoch auch gespeichert, ausgedruckt, über eine Schnittstelle ausgegeben und/oder in sonstiger Weise weiterverarbeitet werden.
  • Die Vorrichtung 1 bzw. deren Komponenten können in einem Gerät integriert und/oder mittels eines Computers bzw. Software realisiert werden.
  • Zum Vergleich der Gewebedaten und der Vergleichsdaten, also insbesondere der Größenverteilungen und der Geschwindigkeitsverteilungen, können vorzugsweise digitale Filter, Korrelationsfunktion, Fouriertransformationen und dgl. eingesetzt werden. Besonders bevorzugt werden Kreuzkorrelationen zwischen den jeweiligen Größenverteilungen der Gewebedaten und der Vergleichsdaten einerseits und den Geschwindigkeitsverteilungen der Gewebedaten und der Vergleichsdaten andererseits bestimmt. Bedarfsweise können diese Kreuzkorrelationen auch oder ausschließlich nur auf die Produkte, insbesondere Kreuzprodukte, aus der jeweiligen Größen- und Geschwindigkeitsverteilung bestimmt werden.
  • Jedoch können ergänzend oder alternativ auch sonstige Auswertealgorithmen, die insbesondere bei der Erfassung und Auswertung von Spektren oder Verteilungen verwendet werden, eingesetzt werden.
  • Vorzugsweise wird bei der Erfassung und/oder Auswertung eine Beschränkung hinsichtlich der berücksichtigten Adern vorgenommen. Insbesondere werden nur Adern bis zu einer vorgegebenen maximalen Größe, beispielsweise einem maximalen Durchmesser bis 20 oder 30 μm, berücksichtigt. Alternativ oder zusätzlich können entsprechende oder vergleichbare Grenzwerte auch hinsichtlich der Strömungsgeschwindigkeiten in den Adern eingesetzt werden. Beispielsweise können nur Adern berücksichtigt werden, bei denen die Geschwindigkeit einen gewissen Mindestwert übersteigt und/oder einen vorbestimmten Maximalwert nicht überschreitet. Auf diese Weise können die ermittelten Daten, also sowohl die Gewebedaten als auch die Vergleichsdaten, besser vergleichbar gemacht und/oder unerwünschte Varianten der Daten verringert werden.
  • Die Vergleichsdaten werden vorzugsweise mit einer entsprechenden Vorrichtung 1 bzw. einer entsprechenden Erfassungseinrichtung 3 mit entspre chender Optikeinrichtung 4 oder dgl. bei bekannten Geweben mit bekannten Zuständen erfaßt und in geeigneter Weise, insbesondere in einer Datenbank, gespeichert oder verfügbar gemacht, beispielsweise über einen über das Internet zugänglichen Datenbankserver oder dgl., wie bereits oben erläutert.
  • Als Ergebnis wird vorzugsweise das zu untersuchende Gewebe 2 bestimmt, also dessen Gewebeart identifiziert, und/oder der Zustand des Gewebes 2 bestimmt. Vorzugsweise kann dabei jeweils mit angegeben werden, mit welcher Wahrscheinlichkeit die erfolgte Bestimmung erfolgt ist.
  • Alternativ oder zusätzlich können im Ergebnis auch die in Frage kommenden Gewebe 2 und/oder Zustände bestimmt und insbesondere angezeigt werden, wobei dabei die jeweiligen Wahrscheinlichkeiten vorzugsweise angegeben werden.
  • Die vorschlagsgemäße Vorrichtung 1 ermöglicht eine sehr schnelle, einfache und damit kostengünstige Bestimmung von Gewebe des menschlichen oder tierischen Körpers und/oder des Zustands des Gewebes, insbesondere der Bestimmung eines Ergebnisses im oben genannten Sinne. Dies kann sehr vorteilhaft bei Operationen eingesetzt werden, indem beispielsweise mittels der Optikeinrichtung 4 unmittelbar am offenen Patienten und/oder mittels eines Katheders die Gewebedaten von dem zu untersuchenden Gewebe 2 optisch erfaßt und dann entsprechend ausgewertet werden.
  • Jedoch sind auch sonstige verschiedene Anwendungen möglich. Beispielsweise kann die vorschlagsgemäße Vorrichtung 1 zur Erkennung oder Überwachung der Wirkung eines Wirkstoffs bzw. Arzneimittels eingesetzt werden. Darüber hinaus ist auch eine fortlaufende Überwachung – beispielsweise zur rechtzeitigen Feststellung eventuell auftretender, kritischer Zustände oder dgl. - möglich.
  • Die vorschlagsgemäße Vorrichtung kann nicht nur bei Operationen, sondern auch unabhängig davon zur Bestimmung eines Gewebes bzw. eines Zustands eines Gewebes eingesetzt werden. Insbesondere können der Gewebezustand und darüber sonstige die Blutzirkulation, das Blut oder andere Körperwerte betreffende Zustände bzw. Einflüsse erfaßt und/oder überwacht werden. Diese Erfassung bzw. Überwachung erfolgt besonders bevorzugt bei Zungengewebe, also beispielsweise unter der Zunge, und/oder in der Nase eines Patienten.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Variante kann die vorschlagsgemäße Vorrichtung 1 zur Überwachung der Wirkung eines Medikaments bzw. Arzneimittels eingesetzt werden. Insbesondere kann so erstmals eine zeitlich fortlaufende, kontinuierliche Überwachung der Wirkung des Medikaments bzw. Arzneimittels erfolgen. Insbesondere ist eine nicht invasive, fortlaufende Überwachung oder – falls gewünscht – eine Überwachung zu bestimmten Zeitpunkten mit äußerst geringem Aufwand möglich. Bedarfsweise kann die Vorrichtung 1 mobil ausgebildet und derart am Patienten angebracht werden, daß der Patient mit der Vorrichtung 1 quasi ungestört sonstigen Tätigkeiten nachgehen kann. Die Vorrichtung 1 speichert dann vorzugsweise fortlaufend die gewünschten Daten bzw. Ergebnisse.

Claims (9)

  1. Vorrichtung (1) zur Bestimmung von Gewebe (2) des menschlichen oder tierischen Körpers und/oder des Zustands des Gewebes (2), mit einer Erfassungseinrichtung (3) zur Erfassung sowohl der Größe und/oder Anzahl von Adern als auch der Geschwindigkeiten der Blutströmung in den Adern, insbesondere der Größenverteilung von Adern und/oder der Geschwindigkeitsverteilung der Blutströmung in den Adern, in einem Gewebebereich (5) mit mehreren Adern als Gewebedaten, mit einer Auswerteeinrichtung (6) zum Vergleich der Gewebedaten mit Vergleichsdaten bekannter Gewebe (2) und/oder Zustände, wobei in Abhängigkeit von der Übereinstimmung der Gewebedaten mit den Vergleichsdaten das Ergebnis, nämlich das Gewebe (2) und/oder dessen Zustand oder die in Frage kommenden Gewebe (2) und/oder Zustände, bestimmbar ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) derart ausgebildet ist, daß die Korrelation, insbesondere Kreuzkorrelation, zwischen den Gewebedaten und den Vergleichsdaten als Maß für die Übereinstimmung berechnet wird.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) eine Anzeigeeinrichtung (8) zur Anzeige des Ergebnisses aufweist.
  4. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) derart ausgebildet ist, daß die Gewebedaten vorzugsweise ausschließlich optisch gemessen werden.
  5. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) derart ausgebildet ist, daß bei der Erfassung der Gewebedaten und/oder beim Vergleich der Gewebedaten mit den Vergleichsdaten nur Adern bis zu einer maximalen Größe und/oder mit einer minimalen oder maximalen Strömungsgeschwindigkeit berücksichtigt werden.
  6. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) einen Speicher (7) zur Speicherung bzw. Bereitstellung der Vergleichsdaten aufweist.
  7. Vorrichtung nah einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) derart ausgebildet ist, daß die Verteilung jeweils in Abhängigkeit vom Durchmesser der Adern als Gewebedaten und/oder Vergleichsdaten erfaßbar ist.
  8. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) derart ausgebildet ist, daß bei der Erfassung und/oder Auswertung lediglich Adern berücksichtigt werden, deren Größe unterhalb einer vorbestimmten oder vorgebbaren Maximalgröße und/oder deren Strömungsgeschwindigkeit unterhalb eines vorbestimmten oder vorgebbaren Maximalwerts liegt.
  9. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) derart ausgebildet ist, daß die Wirkung eines Wirkstoffs bzw. Medikaments erfaßbar ist, wobei die Gewebedaten wiederholt erfaßbar und als Vergleichsdaten speicherbar sind, wobei Veränderungen des Zustands des Gewebes (2) feststellbar und insbesondere anzeigbar sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102007019333A1 (de) 2007-04-24 2008-11-06 Siemens Ag Medizinisches Instrument zur Durchführung eines medizinischen Eingriffs

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