DE202016103544U1

DE202016103544U1 - Device for detecting blood vessels by means of reflectance spectrometry

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Publication number: DE202016103544U1
Application number: DE202016103544.9U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-07-04
Filing date: 2016-07-04
Publication date: 2017-07-06
Anticipated expiration: 2026-07-05

Abstract

Vorrichtung zur Erkennung von Blutgefäßen während eines chirurgischen Eingriffs, umfassend mindestens eine Lichtquelle (1), mindestens zwei in eine Kanüle (2) integrierte Lichtleitersonden (3, 11) sowie mindestens einen Lichtdetektor (4) mit mindestens einer angeschlossenen Datenverarbeitungseinheit (5), dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lichtleitersonde (3) derart angeordnet ist, dass aus der Lichtquelle (1) stammendes Licht, das mindestens zwei unterschiedliche Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche umfasst, welche gleichzeitig oder nacheinander emittiert werden, über die erste Lichtleitersonde (3) zu einem zu untersuchenden Gewebe (6) geleitet wird, und die zweite Lichtleitersonde (11) derart angeordnet ist, dass vom Gewebe (6) zurückgestreutes Licht über die zweite Lichtleitersonde (11) zum Lichtdetektor (4) geleitet wird, wobei der Lichtdetektor (4) dazu ausgebildet ist, die mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche zu detektieren, und wobei die Datenverarbeitungseinheit (5) die bei den verschiedenen Wellenlängen oder Wellenlängenbereichen gemessenen Intensitäten miteinander ins Verhältnis setzt und das ermittelte Verhältnis bzw. die ermittelten Verhältnisse als Messsignal(e) zur Erkennung von Blutgefäßen (7) ausgegeben werden.Device for detecting blood vessels during a surgical procedure, comprising at least one light source (1), at least two light guide probes (3, 11) integrated in a cannula (2) and at least one light detector (4) with at least one connected data processing unit (5) in that the first optical fiber probe (3) is arranged in such a way that light originating from the light source (1) and comprising at least two different wavelengths or wavelength ranges which are emitted simultaneously or successively, via the first optical fiber probe (3) to be examined Tissue (6) is passed, and the second optical fiber probe (11) is arranged such that backscattered light from the tissue (6) via the second optical fiber probe (11) to the light detector (4) is passed, wherein the light detector (4) is formed to detect the at least two different wavelengths or wavelength ranges, and where in the data processing unit (5), the intensities measured at the different wavelengths or wavelength ranges are related to one another and the determined ratio or the determined ratios are output as a measurement signal (e) for detecting blood vessels (7).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erkennung von Blutgefäßen während eines chirurgischen Eingriffs, insbesondere während einer stereotaktischen Hirnbiopsie, gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1. The invention relates to a device for detecting blood vessels during a surgical procedure, in particular during a stereotactic brain biopsy, according to the preamble of patent claim 1.

Die häufigste und gefährlichste Komplikation bei der stereotaktischen Biopsie von Hirntumoren sind Hirnblutungen, die nicht zu vernachlässigende Mortalitäts- und Morbiditätsraten zur Folge haben. Bislang werden die Biopsien in der Regel ohne Gefäßerkennungssystem durchgeführt, sodass nur eine Zerstörung der größten Gefäße (ab ca. 1–2 mm Durchmesser), die über die übliche Bildgebung (MRT, CT) sichtbar sind, ausgeschlossen werden kann. Es gibt bereits mehrere Ansätze zur Blutgefäßerkennung während der stereotaktischen Biopsie, z.B. die Nutzung von ICG-Fluoreszenz ( DE 10 2013 104 959 A1 ), optischer Kohärenztomographie, Raman-Spektroskopie oder Laser-Doppler-Verfahren, allerdings sind diese Ansätze aus verschiedenen Gründen bislang noch nicht in größerem Maßstab klinisch umgesetzt worden. The most common and dangerous complication of stereotactic biopsy of brain tumors is cerebral hemorrhage, which results in non-negligible mortality and morbidity rates. So far, biopsies are usually performed without a vascular detection system, so that only destruction of the largest vessels (from about 1-2 mm in diameter), which are visible via the usual imaging (MRI, CT) can be excluded. There are already several approaches to blood vessel identification during stereotactic biopsy, eg the use of ICG fluorescence ( DE 10 2013 104 959 A1 ), optical coherence tomography, Raman spectroscopy, or laser Doppler methods, however, for various reasons, these approaches have not yet been clinically translated on a larger scale.

Insbesondere zeigen bekannte Vorrichtungen zur Blutgefäßerkennung einen hohen apparativen Aufwand und sind dementsprechend teuer. In particular, known devices for detecting blood vessels require a high outlay on equipment and are accordingly expensive.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Erkennung von Blutgefäßen bereitzustellen, welche kostengünstig herstellbar ist und sich durch einen relativ niedrigen apparativen Aufwand auszeichnet. It is therefore an object of the present invention to provide a generic device for detecting blood vessels, which is inexpensive to produce and is characterized by a relatively low expenditure on equipment.

Zur Lösung dieser Aufgaben dient eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen beschrieben. To solve these objects is a device having the features of the protection claim 1. Advantageous embodiments of the device according to the invention are described in the subclaims.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erkennung von Blutgefäßen während eines chirurgischen Eingriffs umfasst mindestens eine Lichtquelle, mindestens zwei in eine Kanüle integrierte Lichtleitersonden sowie mindestens einen Lichtdetektor mit mindestens einer angeschlossenen Datenverarbeitungseinheit. Dabei ist die erste Lichtleitersonde derart angeordnet, dass aus der Lichtquelle stammendes Licht, welches mindestens zwei unterschiedliche Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche umfasst, die gleichzeitig oder nacheinander emittiert werden, über die erste Lichtleitersonde zu einem zu untersuchenden Gewebe geleitet wird; die zweite Lichtleitersonde ist derart angeordnet, dass vom Gewebe zurückgestreutes Licht über die zweite Lichtleitersonde zum Lichtdetektor geleitet wird, wobei der Lichtdetektor dazu ausgebildet ist, die mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche zu detektieren, und die Datenverarbeitungseinheit die bei den verschiedenen Wellenlängen oder Wellenlängenbereichen gemessenen Intensitäten miteinander ins Verhältnis setzt, wobei das ermittelte Verhältnis bzw. die ermittelten Verhältnisse als Messsignal(e) zur Erkennung von Blutgefäßen ausgegeben werden. Die Messsignale ergeben eindeutige Kenngrößen für das Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein von Blutgefäßen im untersuchten Gewebebereich. A device according to the invention for detecting blood vessels during a surgical procedure comprises at least one light source, at least two light guide probes integrated in a cannula and at least one light detector with at least one connected data processing unit. In this case, the first optical fiber probe is arranged such that light originating from the light source, which comprises at least two different wavelengths or wavelength ranges which are emitted simultaneously or one after the other, is conducted via the first optical fiber probe to a tissue to be examined; the second fiber optic probe is arranged such that light scattered back from the tissue is directed to the light detector via the second fiber optic probe, the light detector being adapted to detect the at least two different wavelengths or wavelength ranges, and the data processing unit the intensities measured at the different wavelengths or wavelength ranges in relation to each other, wherein the determined ratio or the determined ratios are output as a measurement signal (s) for the detection of blood vessels. The measurement signals provide clear parameters for the presence or absence of blood vessels in the examined tissue area.

Von den in der Beschreibungseinleitung genannten, zum Stand der Technik zählenden Verfahren zur Blutgefäßerkennung grenzt sich die vorliegende Erfindung folgendermaßen ab: Im Gegensatz zur optischen Kohärenztomographie, zur Raman-Spektroskopie und zum Laser-Doppler-Verfahren werden keine für die jeweilige Technik spezifischen, kostenintensiven Lichtquellen, Lichtleiter und Lichtdetektoren benötigt, es genügen einfache Weißlicht-LEDs oder Laserdioden, Glasfasern und Spektrometer oder Photodioden. Im Gegensatz zur ICG-Fluoreszenz ist keine Fluoreszenzmarkierung, also keine Verabreichung eines Medikaments oder Kontrastmittels, nötig. Die Besonderheit dieser Erfindung besteht demnach darin, dass sie einerseits leicht zu realisieren ist, andererseits jedoch eine ausreichende Sensitivität bietet und an die spezifischen klinischen Anforderungen angepasst ist: Blutgefäße, die dem unmittelbaren Risiko einer Zerstörung ausgesetzt sind, werden erkannt, während ungefährdete (weiter entfernte) Blutgefäße den Ablauf der Biopsie nicht stören. Außerdem können die geometrischen Abmessungen der Lichtleitersonden klein genug gewählt werden, sodass im Gegensatz zu den meisten alternativen Methoden eine dauerhafte Integration in die mechanische Biopsienadel möglich ist, ohne die Gewebeentnahme zu stören. Dadurch wird gewährleistet, dass das optisch untersuchte Gewebevolumen tatsächlich mit dem mechanisch entnommenen übereinstimmt. Of the mentioned in the introduction, prior art methods for detecting blood vessels, the present invention is as follows: In contrast to optical coherence tomography, Raman spectroscopy and the laser Doppler method are not specific for each technique, cost-intensive light sources , Light guides and light detectors are needed, it suffice simple white light LEDs or laser diodes, glass fibers and spectrometers or photodiodes. In contrast to ICG fluorescence, no fluorescent label, ie no administration of a drug or contrast agent, is necessary. The peculiarity of this invention, therefore, is that it is easy to implement on the one hand but offers sufficient sensitivity on the other hand and is adapted to the specific clinical requirements: blood vessels which are at immediate risk of destruction are recognized while safe (more distant) blood vessels ) Blood vessels do not interfere with the biopsy process. In addition, the geometrical dimensions of the fiber optic probes can be made small enough that, unlike most alternative methods, permanent integration into the mechanical biopsy needle is possible without disrupting tissue harvesting. This ensures that the optically examined tissue volume actually coincides with the mechanically removed.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das zugehörige optische Messverfahren dienen dem Zweck, größere Blutgefäße ab etwa 100 µm Durchmesser während des Biopsieeingriffs zu erkennen, um so eine Zerstörung der Blutgefäße und eine dadurch ausgelöste Hirnblutung vermeiden zu können. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist diese für seitlich schneidende Biopsienadeln spezifiziert, wie sie in der klinischen Praxis überwiegend zum Einsatz kommen. Dabei weist die Kanüle am distalen Ende eine Öffnung, nämlich ein sogenanntes Gewebefenster auf, in welches Gewebe eingesaugt werden kann. Dieses Gewebe wird dann mithilfe einer weiteren äußeren Kanüle abgetrennt, die relativ zur innenliegenden, die Lichtsonden aufweisenden Kanüle gedreht werden kann. Da bei diesem Schritt die Gefahr einer Blutgefäßverletzung am größten ist (im Vergleich etwa zum Vorschub der Nadel), sollen in erster Linie Blutgefäße erkannt werden, die sich innerhalb des Gewebefensters befinden; die Biopsie kann dann gegebenenfalls an einer anderen Stelle genommen werden. Blutgefäße, die sich deutlich außerhalb des Gewebefensters befinden, sollen das Messsignal hingegen möglichst nicht beeinflussen. The device according to the invention and the associated optical measuring method serve the purpose of detecting larger blood vessels from about 100 microns in diameter during the biopsy procedure, so as to be able to avoid destruction of the blood vessels and a brain hemorrhage triggered thereby. In an advantageous embodiment of the present invention, this is specified for laterally cutting biopsy needles, as they are mainly used in clinical practice. In this case, the cannula at the distal end of an opening, namely a so-called tissue window, in which tissue can be sucked. This tissue is then severed by means of another outer cannula which can be rotated relative to the inner cannula having the light probes. Because at this step the risk of a blood vessel injury is greatest (in comparison to the advancement of the Needle), primarily blood vessels are to be detected, which are located within the tissue window; The biopsy may then be taken elsewhere if necessary. However, blood vessels that are clearly outside the tissue window should not influence the measurement signal as much as possible.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Lichtleitersonden mithilfe eines biokompatiblen Klebers in die (Biopsie-)Kanüle eingeklebt. Dadurch wird eine dauerhafte Integration der Lichtleitersonden in die (Biopsie-)Kanüle ermöglicht sowie eine wesentliche Voraussetzung für die Zulassung der Vorrichtung als Medizinprodukt erfüllt. In a further advantageous embodiment of the invention, the light guide probes are glued using a biocompatible adhesive in the (biopsy) cannula. As a result, a permanent integration of the light guide probes in the (biopsy) cannula is made possible and fulfilled an essential prerequisite for the approval of the device as a medical device.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung genau zwei Lichtleitersonden auf. In besonders vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist der Abstand dieser beiden Lichtleitersonden zur Regulierung der Tiefenempfindlichkeit der Vorrichtung veränderbar und/oder weist einen Wert zwischen 1 mm und 3 mm, vorzugsweise 2 mm, auf und/oder ist – im Fall einer bereits erwähnten seitlich schneidenden Biopsienadel – an die Länge der seitlichen Öffnung angepasst, wobei der Begriff „Abstand“ hier den Abstand zwischen den beiden distalen Enden der Lichtleitersonden bezeichnet. Eine Regulierung der Tiefenempfindlichkeit könnte für eine Abschätzung der Entfernung des eventuell vorhandenen Blutgefäßes nützlich sein. Ein Abstand zwischen 1 mm und 3 mm, vorzugsweise 2 mm, hat sich als zweckmäßig für ein bestimmtes, in der klinischen Routine häufig verwendetes Biopsienadel-Modell erwiesen. Eine Anpassung des Abstands der distalen Enden der Lichtleitersonden an die Länge der Öffnung in seitlich schneidenden Biopsienadeln kann von Vorteil sein, da die Empfindlichkeit gegenüber Blutgefäßen im Bereich außerhalb der distalen Enden deutlich stärker abnimmt als im Bereich zwischen den distalen Enden. In a further advantageous embodiment of the invention, the device has exactly two light guide probes. In particularly advantageous embodiments of the invention, the distance between these two light guide probes for regulating the depth sensitivity of the device is variable and / or has a value between 1 mm and 3 mm, preferably 2 mm, and / or - in the case of an already mentioned laterally cutting biopsy needle - adapted to the length of the lateral opening, wherein the term "distance" here denotes the distance between the two distal ends of the light guide probes. Depth-of-depth regulation may be useful in estimating the removal of the potential blood vessel. A distance of between 1mm and 3mm, preferably 2mm, has proven useful for a particular biopsy needle model commonly used in clinical routine. An adaptation of the distance of the distal ends of the light guide probes to the length of the opening in laterally cutting biopsy needles may be advantageous since the sensitivity to blood vessels in the area outside the distal ends decreases significantly more than in the area between the distal ends.

In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist die Lichtquelle entweder eine breitbandige Weißlicht-LED bzw. eine Kombination aus mehreren breitbandigen Weißlicht-LEDs oder eine Kombination aus mindestens zwei verschiedenen Laserdioden und/oder LEDs. Im ersten Fall ist die Emission der mindestens zwei nötigen Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche automatisch gegeben, wobei eine gewisse Flexibilität in Bezug auf die letztlich zur Auswertung herangezogenen Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche aufrechterhalten wird. Im zweiten Fall besteht der Vorteil darin, dass in der Regel höhere Intensitäten bei den mindestens zwei erforderlichen Wellenlängen zur Verfügung stehen und die Lichtexposition des bestrahlten Gewebes minimiert werden kann, da die Emission von Licht nicht benötigter Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche reduziert wird. In further advantageous embodiments of the invention, the light source is either a broadband white light LED or a combination of a plurality of broadband white light LEDs or a combination of at least two different laser diodes and / or LEDs. In the first case, the emission of the at least two required wavelengths or wavelength ranges is automatically given, with a certain flexibility being maintained with respect to the wavelengths or wavelength ranges ultimately used for the evaluation. In the second case, the advantage is that generally higher intensities are available at the at least two required wavelengths and the light exposure of the irradiated tissue can be minimized, as the emission of light of unnecessary wavelengths or wavelength ranges is reduced.

In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist der Lichtdetektor entweder ein Spektrometer oder umfasst eine geeignete Kombination aus Filtern und Photodioden. Im ersten Fall wird lediglich ein einziges optisches Bauteil benötigt bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Flexibilität in Bezug auf die letztlich zur Auswertung herangezogenen Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche (bei Verwendung einer oder mehrerer breitbandiger Weißlicht-LEDs). Im zweiten Fall können die Kosten der Vorrichtung deutlich reduziert werden. In further advantageous embodiments of the invention, the light detector is either a spectrometer or comprises a suitable combination of filters and photodiodes. In the first case, only a single optical component is required while maintaining the flexibility with respect to the wavelengths or wavelength ranges ultimately used for the evaluation (when using one or more broadband white-light LEDs). In the second case, the cost of the device can be significantly reduced.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen ergeben sich aus den in den Unteransprüchen angegebenen Merkmalen und Merkmalskombinationen. Diese Ausgestaltungen lösen ebenfalls die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben. Further advantageous embodiments of the devices according to the invention will become apparent from the features specified in the dependent claims and feature combinations. These embodiments also solve the problems underlying the invention.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, dem Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in den Ausführungsbeispielen genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es zeigen Further features of the invention will become apparent from the claims, the embodiment and the drawings. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the exemplary embodiments can be used not only in the particular combination specified, but also in other combinations, without departing from the scope of the invention. Show it

1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung; 1 a schematic representation of the device according to the invention;

2 eine schematisch dargestellte Detaildarstellung eines distalen Endes der erfindungsgemäßen Vorrichtung; 2 a schematically illustrated detail of a distal end of the device according to the invention;

3 eine weitere, schematisch dargestellte Detaildarstellung eines distalen Endes der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und 3 a further, schematically illustrated detail of a distal end of the device according to the invention; and

4 eine schematische Darstellung eines gemessenen Remissionsverhältnisses in Abhängigkeit einer Position des distalen Endes der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 4 a schematic representation of a measured remission ratio as a function of a position of the distal end of the device according to the invention.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erkennung von Blutgefäßen während eines chirurgischen Eingriffs. Die Vorrichtung umfasst dabei eine Lichtquelle 1, zwei in eine Kanüle 2 integrierte Lichtleitersonden 3, 11 sowie einen Lichtdetektor 4 mit einer angeschlossenen Datenverarbeitungseinheit 5. Man erkennt, dass die erste Lichtleitersonde 3 derart angeordnet ist, dass aus der Lichtquelle 1 stammendes Licht, welches mindestens zwei unterschiedliche Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche umfasst, die gleichzeitig oder nacheinander emittiert werden, über die erste Lichtleitersonde 3 zu einem zu untersuchenden Gewebe 6 geleitet wird, und die zweite Lichtleitersonde 11 derart angeordnet ist, dass vom Gewebe 6 zurückgestreutes Licht über die zweite Lichtleitersonde 11 zum Lichtdetektor 4 geleitet wird. Dabei ist der Lichtdetektor 4 dazu ausgebildet, die mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche zu detektieren. Die Datenverarbeitungseinheit 5 setzt anschließend die bei den verschiedenen Wellenlängen oder Wellenlängenbereichen gemessenen Intensitäten miteinander ins Verhältnis, wobei das ermittelte Verhältnis bzw. die ermittelten Verhältnisse als Messsignal(e) zur Erkennung von Blutgefäßen 7 ausgegeben werden. 1 shows a schematic representation of a device for detecting blood vessels during a surgical procedure. The device comprises a light source 1 , two in a cannula 2 integrated fiber optic probes 3 . 11 and a light detector 4 with a connected data processing unit 5 , It can be seen that the first fiber optic probe 3 is arranged such that from the light source 1 originating light, which comprises at least two different wavelengths or wavelength ranges, which are emitted simultaneously or successively, via the first optical fiber probe 3 to a tissue to be examined 6 is passed, and the second optical fiber probe 11 so is arranged that from the fabric 6 backscattered light via the second optical fiber probe 11 to the light detector 4 is directed. Here is the light detector 4 configured to detect the at least two different wavelengths or wavelength ranges. The data processing unit 5 then sets the intensities measured at the different wavelengths or wavelength ranges into relationship with each other, wherein the determined ratio or the determined ratios as a measurement signal (e) for detecting blood vessels 7 be issued.

2 zeigt eine schematisch dargestellte Detaildarstellung eines distalen Endes der Vorrichtung gemäß 1. Dabei ist in dieser Detailansicht ein spezielles Ausführungsbeispiel der Vorrichtung dargestellt. Die Vorrichtung umfasst dabei eine Biopsiekanüle 2 mit eingeklebten Lichtleitersonden 3, 11. Die Lichtleitersonden 3, 11 sind als Glasfasern ausgebildet. In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung weisen die Glasfasern einen Außendurchmesser zwischen 100 µm und 300 µm, vorzugsweise 240 µm, auf. Dadurch bleibt ein ausreichend großes Volumen innerhalb der Kanüle für die Gewebeaufnahme übrig. Die distalen Enden der Glasfasern sind unter 45° angeschliffen (= Seitblicksonden) und mit einer spiegelnden Beschichtung 9, vorzugsweise aus Aluminium, versehen. Die Vorschubrichtung der Biopsiekanüle 2 ist durch einen Pfeil 10 gekennzeichnet. Man erkennt, dass am distalen Ende der Kanüle 2 eine Öffnung in Richtung des Gewebes 6 ausgebildet ist. Diese Öffnung bildet ein Gewebefenster 8 aus. 2 shows a schematically illustrated detail of a distal end of the device according to 1 , In this case, a specific embodiment of the device is shown in this detail view. The device comprises a biopsy cannula 2 with glued fiber optic probes 3 . 11 , The fiber optic probes 3 . 11 are formed as glass fibers. In an advantageous embodiment of the invention, the glass fibers have an outer diameter between 100 .mu.m and 300 .mu.m, preferably 240 .mu.m. This leaves a sufficiently large volume within the cannula for tissue uptake. The distal ends of the glass fibers are ground at 45 ° (= side-view probes) and with a reflective coating 9 , preferably made of aluminum. The feed direction of the biopsy cannula 2 is by an arrow 10 characterized. It can be seen that at the distal end of the cannula 2 an opening in the direction of the tissue 6 is trained. This opening forms a fabric window 8th out.

Mithilfe der dargestellten Vorrichtung erfolgt die Blutgefäßerkennung über eine optische Messung. Über die an die Lichtquelle 1 angeschlossene Lichtleitersonde 3 wird das im Gewebefenster 8 befindliche Gewebe 6, z.B. mit breitbandigem Weißlicht, beleuchtet, die andere Lichtleitersonde 11 leitet vom Gewebe 6 zurückgestreutes („remittiertes“) Licht zu dem Lichtdetektor 4, z.B. einem Spektrometer. Zur Blutgefäßerkennung wird die charakteristische Absorption des im Blut befindlichen Hämoglobins ausgenutzt. Dazu wird die Intensität des remittierten Lichts spektral untersucht. In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird das Verhältnis der Remissionsintensitäten bei zwei Wellenlängen mit stark unterschiedlicher Hämoglobin-Absorption gebildet. In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist die erste Wellenlänge einen Wert zwischen 400 nm und 580 nm, vorzugsweise 578 nm, und die zweite Wellenlänge einen Wert zwischen 620 nm und 1000 nm, vorzugsweise 650 nm, auf. With the aid of the illustrated device, the blood vessel recognition takes place via an optical measurement. About to the light source 1 connected fiber optic probe 3 that will be in the fabric window 8th located tissues 6 , for example, with broadband white light, illuminated, the other light guide probe 11 derives from the tissue 6 backscattered ("remitted") light to the light detector 4 , eg a spectrometer. For blood vessel recognition, the characteristic absorption of hemoglobin in the blood is utilized. For this purpose, the intensity of the remitted light is spectrally examined. In an advantageous embodiment of the invention, the ratio of the reflectance intensities is formed at two wavelengths with greatly different hemoglobin absorption. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the first wavelength has a value between 400 nm and 580 nm, preferably 578 nm, and the second wavelength has a value between 620 nm and 1000 nm, preferably 650 nm.

3 zeigt eine weitere, schematisch dargestellte Detaildarstellung des distalen Endes der Vorrichtung, insbesondere der Kanüle/Biopsiekanüle 2. Dargestellt ist zudem die Skizze eines Versuchs, der mit dem in 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel der Vorrichtung durchgeführt wurde: Die Biopsiekanüle 2 wurde in z-Richtung senkrecht an einer mit Blut gefüllten Glaskapillare (innerer Durchmesser: 700 µm) vorbeigefahren. Die verschiedenen Kreise kennzeichnen drei verschiedene Einzelmessungen bei verschiedenen Abständen der Kapillare von der Zweifasersonde. Der Versuch wurde in einem Flüssigphantom durchgeführt, das die optischen Eigenschaften von Hirntumorgewebe simulierte. In 4 sind die hierbei gemessenen Remissionsverhältnisse in Abhängigkeit einer Position des distalen Endes der Vorrichtung graphisch dargestellt. Gezeigt ist der Quotient aus der Remissionsintensität bei der Wellenlänge 578 nm zur Remissionsintensität bei der Wellenlänge 650 nm. 3 shows a further, schematically illustrated detail of the distal end of the device, in particular the cannula / biopsy cannula 2 , Also shown is the sketch of an experiment with the in 2 described embodiment of the device was performed: The biopsy cannula 2 was passed in the z-direction perpendicular to a glass capillary filled with blood (inner diameter: 700 microns). The different circles indicate three different individual measurements at different distances of the capillary from the two-fiber probe. The experiment was performed in a liquid phantom simulating the optical properties of brain tumor tissue. In 4 the remission ratios measured in this case are shown graphically as a function of a position of the distal end of the device. Shown is the quotient of the reflectance intensity at the wavelength 578 nm to the reflectance intensity at the wavelength 650 nm.

Dabei ist dem in 4 gezeigten Ergebnis eines Phantomversuches zu entnehmen, dass das Vorhandensein eines Blutgefäßes in der Nähe der Seitblicksonden (durchgehend gezeichnete Kurve mit Quadraten) dieses Remissionsverhältnis deutlich gegenüber dem Niveau in Gewebe ohne größere Blutgefäße reduziert. Ein Blutgefäß am Rand des Gewebefensters (gestrichelte Kurve mit Dreiecken) kann gerade noch erkannt werden, während ein Blutgefäß außerhalb der Erreichbarkeit der Biopsienadel (gepunktete Kurve mit Rauten) keine Signaländerung mehr hervorruft. Auf Basis der durchgeführten Simulationen und Experimente sind mithilfe dieser Methode Blutgefäße innerhalb des Gewebefensters mindestens ab einem Durchmesser von wenigen 100 µm detektierbar. Das gemessene Remissionsverhältnis für ein Vorhandensein eines Blutgefäßes 7 in Hirntumorgewebe weist bei einem Abstand der Lichtleitersonden zueinander von ca. 2 mm und bei den genannten Wellenlängen einen nicht-negativen Wert unter 0,4 auf. Für abweichende Gewebetypen und/oder Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche und/oder Abstände zwischen den Lichtleitersonden können analoge Grenzwerte angegeben werden, unterhalb bzw. oberhalb derer ein gemessenes Remissionsverhältnis bzw. anderweitig bestimmtes Messsignal das Vorhandensein bzw. Nicht-Vorhandensein eines Blutgefäßes anzeigt. It is the in 4 It can be seen from the result of a phantom experiment that the presence of a blood vessel in the vicinity of the side-view probes (continuous curve with squares) significantly reduces this remission ratio compared to the level in tissue without larger blood vessels. A blood vessel at the edge of the tissue window (dashed curve with triangles) can barely be detected, while a blood vessel outside the accessibility of the biopsy needle (dotted curve with diamonds) no longer causes any signal change. On the basis of the simulations and experiments carried out, blood vessels within the tissue window can be detected with this method, at least starting from a diameter of a few 100 μm. The measured remission ratio for a presence of a blood vessel 7 in brain tumor tissue has at a distance of the optical fiber probes to each other by about 2 mm and at said wavelengths a non-negative value below 0.4. For deviating tissue types and / or wavelengths or wavelength ranges and / or distances between the light guide probes, analogous limit values can be specified below or above which a measured remission ratio or otherwise determined measurement signal indicates the presence or absence of a blood vessel.

Das mittels der beschriebenen Vorrichtung durchführbare Messverfahren kann wie folgt beschrieben werden:

– Bereitstellung einer Lichtquelle;
– Beleuchten eines Gewebeabschnitts mit aus der Lichtquelle stammendem Licht, welches mindestens zwei unterschiedliche Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche umfasst, die gleichzeitig oder nacheinander emittiert werden;
– Detektieren des vom Gewebe remittierten Lichts bei mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen oder Wellenlängenbereichen;
– Ermitteln eines Verhältnisses zwischen den Intensitäten der detektierten Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche und
– Darstellung eines Messsignals und/oder der Relation dieses Messsignals zu einem Grenzwert, welche für das Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein eines Blutgefäßes charakteristisch ist.

The measuring method which can be carried out by means of the described device can be described as follows:

- providing a light source;
Illuminating a tissue section with light originating from the light source, which comprises at least two different wavelengths or wavelength ranges which are emitted simultaneously or successively;
Detecting the light remitted by the tissue at at least two different wavelengths or wavelength ranges;
Determining a ratio between the intensities of the detected wavelengths or wavelength ranges and
- Representation of a measurement signal and / or the relation of this measurement signal to a threshold, which is characteristic of the presence or absence of a blood vessel.

Bei dem beschriebenen Verfahren kann es sich um einen zweiten Erfindungsaspekt handeln, der eine erfinderische Eigenständigkeit aufweist. Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die im Vorhergehenden beschriebene Vorrichtung dazu ausgebildet ist, das genannte Verfahren durchzuführen. Die sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vorteile gehen aus der Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung hervor, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Erfindungsaspekts und umgekehrt anzusehen sind. The described method may be a second aspect of the invention which has an inventive independence. Particular advantages arise when the device described above is designed to perform the said method. The resulting features and their advantages will become apparent from the description of the device according to the invention, wherein advantageous embodiments of the device are to be regarded as advantageous embodiments of the second aspect of the invention and vice versa.

Die beschriebene Erfindung (Vorrichtung und Verfahren) könnte auch während des Vorschubs der Biopsienadel die Annäherung an ein Blutgefäß anzeigen. Hier kämen typischerweise zwei plangeschliffene Fasern anstelle der Seitblicksonden zum Einsatz. The described invention (device and method) could also indicate the approach to a blood vessel during the advancement of the biopsy needle. Typically, two flat ground fibers would be used instead of the side view probes.

Abgesehen von der stereotaktischen Biopsie von Hirntumoren könnte die beschriebene Erfindung auch sinnvoll bei laparoskopischen Eingriffen verwendet werden. Hier könnten Blutgefäße, die zu groß für eine Verödung durch Laserkoagulation sind, vor ihrer Zerstörung erkannt werden, um so eine zu starke Blutung im Bauchraum zu vermeiden, die aufgrund der Minimalinvasivität des Verfahrens nicht leicht zu stoppen wäre. Zur Beleuchtung und zur Detektion remittierten Lichts wäre hierbei eine geeignete Optik vorzusehen, die z.B. die beiden Faserenden von Beleuchtungs- und Detektionsfaser auf die Gewebeoberfläche abbildet. Apart from the stereotactic biopsy of brain tumors, the described invention could also be usefully used in laparoscopic procedures. Here, blood vessels that are too large for sclerotherapy by laser photocoagulation could be detected prior to their destruction, so as to avoid too much abdominal bleeding, which would not be easy to stop due to the minimal invasiveness of the procedure. For illumination and detection of remitted light, it would be desirable to provide suitable optics, e.g. depicts the two fiber ends of the illumination and detection fibers on the tissue surface.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Lichtquelle light source
2 2: Kanüle/Biopsiekanüle Cannula / biopsy needle
3 3: Erste Lichtleitersonde First fiber optic probe
4 4: Lichtdetektor light detector
5 5: Datenverarbeitungseinheit Data processing unit
6 6: Gewebe tissue
7 7: Blutgefäße blood vessels
8 8th: seitliche Öffnung zur Gewebeaspiration lateral opening for tissue aspiration
9 9: spiegelnde Beschichtungen reflective coatings
1010: Vorschubrichtung der Kanüle/Biopsiekanüle Feed direction of the cannula / biopsy cannula
11 11: Zweite Lichtleitersonde Second optical fiber probe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102013104959 A1 [0002]

Claims

Device for detecting blood vessels during a surgical procedure, comprising at least one light source ( 1 ), at least two into one cannula ( 2 ) integrated light guide probes ( 3 . 11 ) and at least one light detector ( 4 ) with at least one connected data processing unit ( 5 ), characterized in that the first optical fiber probe ( 3 ) is arranged such that from the light source ( 1 ) light comprising at least two different wavelengths or wavelength ranges which are emitted simultaneously or successively, via the first optical fiber probe ( 3 ) to a tissue to be examined ( 6 ), and the second optical fiber probe ( 11 ) is arranged such that the tissue ( 6 ) backscattered light via the second optical fiber probe ( 11 ) to the light detector ( 4 ), wherein the light detector ( 4 ) is adapted to detect the at least two different wavelengths or wavelength ranges, and wherein the data processing unit ( 5 ) sets the intensities measured at the different wavelengths or wavelength ranges in relation to each other and the determined ratio or the determined ratios as a measurement signal (s) for detecting blood vessels ( 7 ).

Device according to claim 1, characterized in that the light guide probes ( 3 . 11 ) using a biocompatible glue into the cannula ( 2 ) are glued.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that these two light guide probes ( 3 . 11 ) having.

Apparatus according to claim 3, characterized in that the distance between the two light guide probes ( 3 . 11 ) is variable to regulate the depth sensitivity of the device.

Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the distance between the two light guide probes ( 3 ) has a value between 1 mm and 3 mm, preferably 2 mm.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cannula ( 2 ) at its distal end a lateral opening ( 8th ) for tissue aspiration and the light guide probes ( 3 . 11 ) are configured and oriented in such a way that they emit light in the direction of this opening ( 8th ) and light coming from the direction of this opening ( 8th ) comes, can detect.

Device according to claim 6, characterized in that the distance between the distal ends of the light guide probes ( 3 . 11 ) to the length of the lateral opening ( 8th ) of the cannula ( 2 ) is adjusted.

Device according to claim 6 or 7, characterized in that the distance between the distal ends of the light guide probes ( 3 . 11 ) to regulate the depth sensitivity of the device can be changed.

Device according to one of claims 6 to 8, characterized in that the distance between the distal ends of the optical fiber probes has a value between 1 mm and 3 mm, preferably 2 mm.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the light guide probes ( 3 . 11 ) consists of at least one glass fiber which has at least one of the following characteristics: - distal end ground at 45 °; - The distal end with a reflective material, especially aluminum, coated; - Outer diameter between 100 microns and 300 microns, preferably 240 microns.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the light detector ( 4 ) detected light intensities at two wavelengths or wavelength ranges are evaluated and set in relation to each other, in which the degree of light absorption caused by hemoglobin differs greatly.

Apparatus according to claim 11, characterized in that the first wavelength is less than 580 nm and the second wavelength greater than 620 nm is.

Apparatus according to claim 11, characterized in that the first wavelength in the range 400 nm-580 nm, preferably at 578 nm, and the second wavelength in the range 620 nm-1000 nm, preferably at 650 nm.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the light source ( 1 ) is a broadband white light LED or a combination of several broadband white light LEDs.

Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the light source ( 1 ) is a combination of at least two different laser diodes and / or LEDs.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the light detector ( 4 ) is a spectrometer.

Device according to one of claims 1 to 15, characterized in that the light detector ( 4 ) comprises a suitable combination of filters and photodiodes.