DE3807292A1

DE3807292A1 - Verfahren und anordnung zur selektiven darstellung eines tumors in lebendem gewebe

Info

Publication number: DE3807292A1
Application number: DE19883807292
Authority: DE
Inventors: Alwin E Dr Med Goetz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-03-05
Filing date: 1988-03-05
Publication date: 1989-09-14

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selektiven Dar stellung eines Tumors in lebendem Gewebe.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Anordnung zur selek tiven Darstellung eines Tumors in lebendem Gewebe.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht in einer verbesserten Darstellung von Tumoren. Eine weitere Aufgabe besteht darin, den Transport einer Substanz zu einem Tumor, die Verweildauer oder Speicherung in dem Tumor und den Transport aus dem Tumor darzustellen.

Die Lösung gemäß der Erfindung besteht darin, daß emit tierte Strahlung, die von im Tumor und im umliegenden tumorfreien Gewebe unterschiedlich anreichernden Substan zen unterschiedlich beeinflußt wird, bildgebend selektiv erfaßt wird und daß mindestens zwei Strahlungsbilder voneinander subtrahiert werden derart, daß der Tumor in einem Subtraktionsbild hervortritt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Strahlung in unterschiedlichen Emissionsspektren emittiert, vorzugsweise von fluoreszierenden Substanzen, z. B. von Hämatoporphyrin-Derivat, das sich überwiegend im Tumor anreichert, im Rotfluoreszenzbereich, und von Na⁺-Fluorescein, das sich überwiegend im umliegenden Gewebe anreichert, im Grünfluoreszenzbereich. Dabei kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die emittierte Strahlung zu einem Zeitpunkt erfaßt werden, bei dem die vorzugsweise fluoreszierenden Substanzen (Fluorochrome) maximal entgegengesetzte Anreicherungsverhalten zeigen.

Zur besonders kontrastreichen Darstellung des Tumors können die durch die beiden Substanzen beeinflußten Strahlungsbilder des tumorumliegenden Gewebes vor der Subtraktion bezüglich ihrer Intensitäten in einem Bild verarbeitungssystem einander angeglichen werden. Dies läßt sich in einfacher Weise dadurch erreichen, daß die z. B. auf einem Monitor erscheinenden Grauwerte der Strahlungsbilder aneinander angeglichen werden.

Die Subtraktion der Strahlungsbilder kann in besonders vorteilhafter Weise gemäß der Erfindung dadurch erfolgen, daß die Strahlungsbilder zunächst digitalisiert und ge speichert werden, wonach die digitalen Signale entspre chender Bildelemente voneinander subtrahiert werden; die Differenzsignale entsprechender Bildelemente werden dann auf einem Monitor sichtbar gemacht.

Die Erfindung kann außer zur Darstellung des Tumors an sich auch dazu genutzt werden, den Transport einer fluo reszierenden Substanz, an der z. B. ein Chemotherapeuti kum gebunden ist, zu und aus dem Tumor, sowie die Ver weilzeit durch Erzeugen von Fluoreszenzbildern zu ver schiedenen Zeiten zu erfassen.

Die eingangs genannte Anordnung ist gekennzeichnet durch eine Videokamera zur Aufnahme von Bildern des Tumorbe reiches und des umliegenden tumorfreien Gewebebereiches, wobei die Bilder durch Strahlung erzeugt werden, die von im Tumor und dem umliegenden tumorfreien Gewebe unter schiedlich anreichernden Substanzen beeinflußt sind, durch Bildspeicher für die Helligkeitssignale von minde stens zwei von der Strahlung erzeugten Bildern, durch eine Subtraktionsanordnung für die einzelnen Bildelemen ten zugeordneten Helligkeitssignale und durch eine Anzei gevorrichtung für die Differenzsignale. In Weiterbildung der Erfindung kann zwischen Videokamera und Bildspeicher ein Analog-Digital-Wandler zum Digitalisieren der Helligkeitssignale an den einzelnen Bildelementen ge schaltet sein.

Der mit der Erfindung verbundene Vorteil besteht darin, daß eine sehr kontrastreiche selektive Darstellung eines Tumors ermöglicht wird, wobei außerdem die Aufnahme, Verweildauer und Abgabe von Substanzen, an denen Chemo therapeutiker gebunden sein können, darstellbar ist.

Die Erfindung wird in der Zeichnung anhand eines Ausfüh rungsbeispiels näher erläutert.

Eine Anregungslichtquelle in Form einer Quecksilberdampf lampe 1 vom Typ HBO-50 W der Firma Leitz GmbH, Wetzlar, DE, beleuchtet über ein Fluoreszenzmikroskop 2 das zu untersuchende Gewebe 3, das einen Tumor enthält. Dem Gewebe wird zunächst das rotfluoreszierende Hämatoporphy rin-Derivat (Photofrin II der Firma Photomedica Inc., New York, USA) in einer Dosierung von ca. 5 mg/KG Körperge wicht zugeführt. Die Anreicherung des fluoreszierenden Hämatoporphyrin-Derivats und damit die Fluoreszenzanrei cherung im Tumor wird anhand der emittierten Strahlung von einer Videokamera 4 vom Typ C 100 der Firma Hamamatsu Photonics, Herrsching, DE, über einen nicht dargestellten Filter (sogenannter D-Filterblock der Fa. Leitz GmbH, Wetzlar, DE) aufgenommen. Das entsprechende Strahlungs bild wird in einem nachgeschalteten Analog-Digital-Wand ler 6 digitalisiert, in dem die Helligkeiten der einzel nen Bildelemente in elektrische Signale umgesetzt werden. Diese Signale werden einem nachgeschalteten Bildspeicher 7 zugeführt. Nach dem Abspeichern der digitalen Signale, die den Bildelementen entsprechen, wird dem Gewebe ein prozentige Na⁺-Fluoresceinlösung zugeführt, die grün fluoresziert und die sich bevorzugt im tumorumliegenden Gewebe anreichert. Die emittierte Fluoreszenzstrahlung wird über einen nicht dargestellten Filter (sogenannter I₂-Filterblock der Firma Leitz GmbH, Wetzlar, DE) von der Videokamera 4 aufgenommen. Das entsprechende Strahlungs bild wird ebenfalls in dem nachgeschalteten Analog-Digi tal-Wandler 6 digitalisiert und die Signale einem nachge schalteten Bildspeicher 8 zugeführt.

Die Pfeile 11 und 12 symbolisieren die Möglichkeit einer Angleichung der Fluoreszenzintensitäten im tumorumliegen den Bereich in den Bildspeichern 7 und 8.

Den Bildspeichern ist eine Subtraktionsanordnung 13 nach geschaltet, in der die den einzelnen Bildelementen ent sprechenden digitalen Signale voneinander subtrahiert werden. Zur Anzeige der Differenzsignale dient eine An zeigevorrichtung in Form eines Monitors 14. Die Diffe renzsignale können außerdem einem Videorecorder 16 zuge führt werden.

In dem Subtraktionsbild auf dem Monitor 14 tritt der Tumor deutlich hervor. Er kann mittels Chemotherapeutika bekämpft werden, deren Transport in den Tumor, wenn sie an eine in einem Tumor anreichernde fluoreszierende Sub stanz gebunden werden, mit der Anordnung gemäß der Erfin dung dargestellt werden kann.

Die Bildspeicher 7 und 8 bestehen bevorzugt aus mehreren Bildspeichereinheiten a, b und c mit z. B. jeweils 512× 16 Bits. Mit Hilfe dieser Einheiten können die digitali sierten Bilder, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten nach Zufuhr der beiden Fluorochrome aufgenommen werden, von einander subtrahiert werden. Damit kann die Zunahme, die Verweildauer oder Abnahme der fluoreszierenden Substanz dargestellt und quantifiziert werden.

Claims

1. Verfahren zur selektiven Darstellung eines Tumors in lebendem Gewebe, dadurch gekennzeichnet, daß emittierte Strahlung, die von im Tumor und im umliegenden tumor freien Gewebe unterschiedlich anreichernden Substanzen unterschiedlich beeinflußt wird, bildgebend selektiv erfaßt wird, und daß mindestens zwei Strahlungsbilder voneinander subtrahiert werden derart, daß der Tumor in einem Subtraktionsbild hervortritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die emittierte Strahlung von den vorzugsweise fluo reszierenden Substanzen in unterschiedlichen Emissions spektren abgegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die emittierte Strahlung zu einem Zeitpunkt erfaßt wird, bei dem die vorzugsweise fluoreszierenden Substanzen (Fluorochrome) maximal entgegengesetzte Anrei cherungsverhalten zeigen.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die emittierte Strahlung von sich im Tumor anreicherndem Hämatoporphy rin-Derivat und von sich im umliegenden tumorfreien Gewe be anreicherndem Na⁺-Fluorescein abgegeben wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die beiden Substanzen beeinflußten Strahlenbilder des tumor umliegenden Gewebes vor der Subtraktion bezüglich ihrer Intensitäten in einem Bildverarbeitungssystem einander angeglichen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Grauwerte der Strahlungsbilder auf einem Monitor angeglichen werden.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsbil der vor der Subtraktion digitalisiert und gespeichert werden, daß die digitalen Signale entsprechender Bildele mente voneinander subtrahiert werden und daß die Diffe renzsignale entsprechender Bildelemente auf einem Monitor dargestellt werden.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Transport einer fluoreszierenden Substanz zu und aus dem Tumor, sowie die Verweilzeit durch Erzeugen von Fluoreszenzbil dern zu verschiedenen Zeiten erfaßt wird.

9. Anordnung zur selektiven Darstellung eines Tumors in lebendem Gewebe, insbesondere zum Durchführen des Verfah rens gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü che, gekennzeichnet durch eine Videokamera (4) zur Aufnahme von Bildern des Tumorbereiches und des umliegenden tumorfreien Gewebebe reichs, wobei die Bilder durch Strahlung erzeugt werden, die von im Tumor und dem umliegenden tumorfreien Gewebe unterschiedlich anreichernden Substanzen beeinflußt sind, durch Bildspeicher (7, 8) für die Helligkeitssignale von mindestens zwei von der Strahlung erzeugten Bildern, durch eine Subtraktionsanordnung (13) für die einzelnen Bildelementen zugeordneten Helligkeitssignale und durch eine Anzeigevorrichtung (14) für die Differenzsi gnale.

10. Anordnung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen zwischen Videokamera (4) und Bildspeicher (7, 8) geschalteten Analog-Digital-Wandler (6) zum Digitalisie ren der Helligkeitssignale an einzelnen Bildelementen.