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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung von
Gewebe des menschlichen oder tierischen Körpers und/oder eines Zustands
des Gewebes.
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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.
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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.
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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.
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Die
obige Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Weitere
Aspekte, Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
anhand der Zeichnung. Es zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung einer vorschlagsgemäßen Vorrichtung;
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2 eine
Größenverteilung
von Lungengewebe;
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3 eine
Geschwindigkeitsverteilung von Lungengewebe;
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4 eine
Größenverteilung
von Zungengewebe; und
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5 eine
Geschwindigkeitsverteilung von Zungengewebe.
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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.
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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.
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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.
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Als
Gewebedaten werden insbesondere die Größen und/oder Anzahl der Adern
und die Geschwindigkeiten der Blutströmung in den Adern erfaßt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Vorrichtung 1 bzw. deren Komponenten können in einem Gerät integriert
und/oder mittels eines Computers bzw. Software realisiert werden.
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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.
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Jedoch
können
ergänzend
oder alternativ auch sonstige Auswertealgorithmen, die insbesondere
bei der Erfassung und Auswertung von Spektren oder Verteilungen
verwendet werden, eingesetzt werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.