DE69830564T2 - Darstellung von krankhaft verändertem gewebe mittels autofluoreszenz - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • A. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abbilden von Körpergewebe mittels Autofluoreszenz. Im einzelnen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine endoskopische Vorrichtung zum Abbilden und zum Probenehmen von Körpergewebe mittels Autofluoreszenz-Techniken.
  • B. Beschreibung des Standes der Technik
  • Der Gebärmutterhalskrebs beginnt oft als präkanzeröse Läsion des Gebärmutterhalses (d.h. des äußeren Endes der Gebärmutter) und wird als zervikale intraepitheläre Neoplasie (CIN = Cervical Intraepithelial Neoplasia) bezeichnet. Die Läsion kann sich im Lauf der Jahre vertiefen, und wenn sie unbehandelt bleibt, kann sie zu einem invasiven Krebs werden. Ein PAP-Schmiertest ist ein derzeit übliches Verfahren zum Bereitstellen einer Art Rasterung des Gebärmutterhalskrebses. Der Test umfasst eine Probenahme von Zellen des Gebärmutterhalses und das Senden der Probe an ein Labor zur Analyse. Testergebnisse benötigen bis zum Abschluss für gewöhnlich zwei bis drei Wochen.
  • Falls die Laboranalyse ermittelt, dass bei einem PAP-Test anormale Zellen detektiert wurden, wird typischerweise ein Nachfolgetest durchgeführt. Ein zweiter anormaler PAP-Schmiertest führt oft zu einer kolposkopischen Untersuchung, bei der die Zervix für gewöhnlich mit einem Stereo-Mikroskop niedriger Energie untersucht wird. Bei der Kolposkopie wird oft verdächtiges anormales Gewebe biopsiert und wieder an ein Labor zur Analyse geschickt. Da Patientinnen oft weitere zwei bis drei Wochen auf diese Ergebnisse warten müssen, ergibt sich ein Zeitraum gesteigerter Besorgnis und Angst für die Frauen und ihre Familien. Oft resultiert der erste und zweite anormale PAP-Schmiertest in falschen positiven Testergebnissen. Daher wurde bei der Biopsie einer Gewebeprobe das Probegewebe oft inkorrekt als kanzerös bestimmt, musste aber nicht entfernt werden. Spektroskopische Autofluoreszenz, eine minimal-invasive Prozedur zur Analyse der zervikalen Zytologie, ist eingesetzt worden, um einige der normalerweise mit PAP-Schmiertests verbundenen Probleme zu mindern.
  • Spektroskopische Verfahren zur Unterscheidung einer zervikalen Neoplasie von einem normalen Gebärmutterhalsgewebe in-vivo können angewandt werden, um anormale Zellen außerhalb des Gebärmutterhalses zu erfassen. Typischerweise hat ein Fluoreszenz-Spektroskop Optikfasern am Ende einer kleinen Sonde, welche Bereiche des Gebärmutterhalses beleuchten. Verdächtiges Gewebe wird ultraviolettem Licht und sichtbarem Laser- oder Lampenlicht ausgesetzt und bewirkt ein Fluoreszieren von im Gewebe natürlich vorkommenden Substanzen. Die spezifische Wellenlänge oder die Signatur des von dem zervikalen Gewebe absorbierten und emittierten Lichts wird analysiert. Die Fluoreszenzspektren werden dann gemessen und anschließend bei verschiedenen Intensitäten und Wellenlängen verglichen, da anormales oder kanzeröses Gewebe durchgehend unterschiedliche Ergebnisse zu normalem oder nicht-kanzerösem Gewebe anzeigt. Typischerweise analysiert ein Computeralgorithmus das Fluoreszenzspektrum und beurteilt den Grad der Zellanormalität.
  • Im allgemeinen gibt es zwei Typen von Fluoreszenz-Messtechniken: die erste ist eine Emissions-Spektroskopie und die zweite eine Anregungs-Spektroskopie. Bei der Emissions-Spektroskopie wird das anregende Licht auf einer festen Wellenlänge gehalten und die Intensität der emittierten Fluoreszenz wird als Funktion der emittierten Wellenlänge gemessen. Bei der Anregungs-Spektroskopie wird die Emissionswellenlänge auf einem festen Wert gehalten, und die Intensität der Fluoreszenz wird als Funktion der Anregungswellenlänge gemessen.
  • Sowohl Emissions- als auch Anregungs-Spektrumsmessungen haben ihre Grenzen. Beispielsweise analysieren beide Arten von Spektralmessungen nur einen einzigen Parameter, um eine Zellenanormalität zu bestimmen. Die Natur des menschlichen Gewebes ist jedoch so, dass die Anwendung einer einzigen Methode eine große Datenmenge erzeugt, von der der Großteil für die gewünschte Messung irrelevant ist. Ein Hauptgrund für diese Situation besteht darin, dass Gewebe eine extensive und breitgestreute Auswahl an fluoreszenten Spezies enthält. Viele der Spezies sind in hohen Konzentrationen vorhanden und haben Erregungsbänder, die über den gesamten ultravioletten und den sichtbaren Spektralbereich verteilt sind.
  • Eine weitere Einschränkung besteht darin, dass das Emissionsband eines Fluorophors das Erregungsband eines anderen Fluorophors überlappen kann, was konsequenterweise zu einer Energieübertragung zwischen dem Emissions- und dem Erregungsband führt. Infolgedessen könnten Emissionen von einem Fluorphor möglicherweise ein anderes Fluorophor anregen. Die Nettowirkung ist, dass ein optisches Anregen einer Gewebeprobe bei fast jeder Wellenlänge im ultravioletten oder sichtbaren Wellenlängenbereich eine Gewebe-Autofluoreszenz über einen breiten Spektralbereich bewirkt. Da diese Emissionen typischerweise aus Beiträgen aus einer Vielzahl von Fluorophoren zusammengesetzt sind, macht die Verwendung eines einzelnen bzw. einzigen analytischen Parameters das Autofluoreszenzspektrum komplex und in der Auflösung problematisch. Infolgedessen ist eine klare Unterscheidung zwischen Gewebezuständen oft schwer zu erreichen.
  • Eine weitere Einschränkung typischer Fluoreszenz-Messtechniken besteht darin, dass sie nicht einfach mit einer Vorrichtung oder einem Verfahren zum Vornehmen einer Biopsie kombiniert werden können. Mit anderen Worten können, sobald ein anormaler Gewebebereich erfasst worden ist, Proben von diesem besonders suspekten Bereich nicht einfach, rasch und genau entnommen werden. Bei aktuellen, Fluoreszenzmesstechniken einsetzenden Vorrichtungen bzw. Geräten muss nach dem Lokalisieren des anormalen Bereichs das Endoskop aus der Patientin zurückgezogen werden. Sobald das Endoskop zurückgezogen ist, kann dann die PAP-Schmierprobe als Blindprobe genommen werden. Typischerweise besteht keine Korrelation zwischen dem Ort am Gebärmutterhals, an dem die Probe entnommen wird, und dem Ort, wo das suspekte Gewebe identifiziert wurde. Das Entnehmen einer Blindprobe ergibt daher oft Probenahmen aus normalen Bereichen oder vielleicht sogar aus Bereichen, die vorher nicht untersucht worden sind. Für gewöhnlich wird die Probe auch durch relativ unpräzise Probegeräte, wie z.B. Bürsten, Abschabvorrichtungen oder dergleichen vorgenommen.
  • Wenn die Probe entnommen und aus dem Körper entfernt wurde, wird die Probe typischerweise auf ein Mikroskop-Plättchen geschmiert. Dies wird oft von dem den Test durchführenden Arzt getan. Das Plättchen wird dann einem entfernten Labor zur zytopathologischen mikroskopischen Untersuchung übermittelt. Die zugehörigen Patientinnendaten, wie z.B. die medizinische Vorgeschichte, der Tag im Menstruationszyklus, die Familiengeschichte und andere bekannte Risikofaktoren, müssen dann zusammen mit dem Plättchen verschickt werden. Das Sammeln und Zuordnen dieser Patientinnendaten, die für die richtige Auswertung einer Probe entscheidend sind, ist ein zeitraubender, teurer, unwirksamer und arbeitsintensiver Prozess. Das Labor-Verwaltungspersonal, welches solche Daten sammelt, ist auch für die manuelle Aufzeichnung der Ergebnisse der PAP-Schmiertests verantwortlich, sowie dafür, dass sichergestellt wird, dass sowohl das dem Zytotechnologen gelieferte Plättchen als auch die Unterlagen sich auf die gleiche Patientin beziehen. Mit zunehmender Komplexität des Testens, Analysierens, Handhabens und Transportierens der PAP-Schmiertestproben nimmt die Wahrscheinlichkeit einer falschen positiven Probe, einer falschen negativen Probe oder einer Verunreinigung der Probe zu.
  • Der typische PAP-Schmiertest hat eine Anzahl weiterer Nachteile. Beispielsweise wird in fast jedem Fall, bei dem eine Plättchenprobe hergestellt wird, das Plättchen an ein Labor gesandt. Keine vorherige Analyse zum Eliminieren möglicher unnötiger Labortests wird durchgeführt. Dies erhöht die Kosten der Durchführung eines PAP-Schmiertests, da keine vorherige Ermittlung über die Möglichkeit eines normalen Zustands oder des Nicht-Vorhandenseins einer Anormalität stattfindet. Da außerdem die Probenahme "blind" vorgenommen wird, besteht typischerweise keine Sicherheit, ob die verdächtigen anormalen Zellen in der Tat einer Probe unterzogen worden sind. Oft wird schließlich erst nach dem Senden der Probe an die Testeinrichtung und nach einer Wartezeit von zwei bis drei Wochen entschieden, dass eine weitere Probe genommen werden muss. Fälle einer unzulänglichen Probe- oder Plättchenvorbereitung sind ebenfalls wegen der zahlreichen menschlichen Kontakte mit jedem Probeplättchen üblich. Da darüberhinaus Probeplättchen oft an eine entfernte Stelle gesandt werden, besteht ein erhöhtes Risiko, dass die Probe verlorengeht, zerbricht oder verunreinigt wird. Die Komplexität der Bewahrung eines sicheren und sterilen Transportmittels erhöht die Kosten des Probentransports noch mehr. Außerdem besteht ein psychologischer Nachteil darin, bis zu zwei Wochen oder länger auf die Testergebnisse warten zu müssen, um eine erste Ablesung einer Anormalität entweder zu bestätigen oder zu entkräften.
  • Ein Beispiel einer Vorrichtung, die Fluoroskopie anwendet, ist in den Dokumenten US 4 718 417 und US 4 905 670 offenbart.
  • Abriss der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Abbilden von Gewebe mittels Autofluoreszenz bereitgestellt mit einem Endoskop mit einen distalen und einem proximalen Ende, einer Lichtquelle, einer Lichtbehandlungseinheit, die sich am proximalen Ende des Endoskops befindet, wobei die Lichtbehandlungseinheit Licht in einem Spektralbereich von der Lichtquelle aufnimmt und das Licht durch das Endoskop auf das am distalen Ende des Endoskops befindliche Gewebe richtet, wobei das Licht in dem Gewebe Autofluoreszenz anregt, einer am distalen Ende des Endoskops befindlichen optischen Einrichtung, welche die angeregte Autofluoreszenz in einer räumlich aufgelösten Weise sammelt und sie der Lichtbehandlungseinheit zuleitet, welche das emittierte Licht von dem reflektierten Licht trennt, und einem Bilddetektor, der das von der Lichtbehandlungseinheit zugeleitete emittierte Licht empfängt, wobei ein Bild entsprechend einer Vielzahl unabhängiger Messungen erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet dass das Endoskop eine Spitze aufweist, die Spitze eine Position festlegt, die Spitze einen Lichtauslass für von der Lichtquelle geliefertes Licht sowie einen Positionslokalisierer zum Liefern von Positionssignalen hinsichtlich der Position der Spitze aufweist, wobei die optische Einrichtung Fluoreszenzsignale hinsichtlich der Fluoreszenz des Gewebes nahe der Spitze liefert, und die Vorrichtung ferner eine Datensammelvorrichtung zum Empfangen der Positionssignale und Fluoreszenzsignale und zum Liefern von Information hinsichtlich der Position der Spitze und der Fluoreszenz des Gewebes umfasst.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Ansicht eines endoskopischen Video-Abbildungssystems, das eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verkörpert,
  • 2 eine schematische Ansicht des in 1 gezeigten Endoskops,
  • 3 ein Ablaufdiagramm eines Dateneingabeblocks zum Erzeugen eines vorbehandelten Bildes,
  • 4 ein Ablaufdiagramm eines Verhältnisblocks zum Erzeugen eines Verbundverhältnis-Bildes aus den von dem in 3 gezeigten Ablaufdiagramm erzeugten Dateneingabeblöcken,
  • 5 eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform des in 1 gezeigten Endoskops, und
  • 6 eine schematische Ansicht eines endoskopischen Video-Abbildungssystems, das eine weitere bevorzugte Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung verkörpert.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • 1 stellt ein endoskopisches Videosystem 10 dar, das eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verkörpert. Das System 10 wird als diagnostisches Werkzeug zum Abbilden von Gewebe 5 eingesetzt. Vorzugsweise ist das von dem endoskopischen System 10 untersuchte Gewebe 5 das Gewebe eines Gebärmutterhalses. Alternativ ist das endoskopische System 10 ein diagnostisches Werkzeug, das zum Erzeugen eines Bildes irgendeines Gewebes in vivo angewandt wird, bei dem der Einsatz minimal-invasiver Prozeduren von Vorteil ist. Das endoskopische System 10 verwendet die Autofluoreszenz- und Reflektanz-Eigenschaften von Geweben, um zwischen normalen und anormalen Geweben zu unterscheiden.
  • Das System 10 umfasst ein Endoskop 30, einen Videomonitor 20, eine Datensammelvorrichtung oder Berechnungsvorrichtung 110 sowie eine Lichtquelle 40. Alternativ ist eine zweite Lichtquelle 50 vorgesehen, die vorzugsweise eine Weißlichtquelle ist. Das endoskopische Abbildungssystem 10 ist für eine Inspektion des Gebärmutterhalses angemessen dimensioniert und geformt. Das Endoskop 30 mit einem distalen Ende 32 und einem proximalen Ende 31 umfasst eine Lichtbehandlungseinheit 33, distale optische Einrichtungen 35 und Bilddetektoren 45. Vorzugsweise ist die Lichtbehandlungseinheit 33 entweder ein Wellenlängenteilungs-Multiplexer oder ein Strahlteiler. Wie mit Bezug auf 2 weiter erläutert wird, verfügt das Endoskop 30 auch über eine Probenahmevorrichtung 220.
  • Das Endoskop 30 funktioniert als Abbildungs-Reflektanz-Fluorometer oder Reflektanz-Spektrometer, je nachdem, ob die Lichtbehandlungseinheit 33 ein Wellenlängenteilungs-Multiplexer oder aber ein Lichtbehandlungseinheits-Strahlteiler ist. Die Lichtbehandlungseinheit 33 nimmt Licht aus einem Spektralbereich auf, der durch die Lichtquelle 40 erzeugt wird. Das von der Lichtquelle 40 erzeugte Licht wird an die Lichtbehandlungseinheit über ein Optikfaserkabel 55 übertragen. Alternativ umfasst das Endoskop sowohl einen Wellenlängenteilungs-Multiplexer als auch einen Strahlteiler, die miteinander verknüpft sein können, um beide Funktionsmoden gleichzeitig bereitzustellen.
  • Das von der Lichtquelle 40 oder 50 erzeugte Licht wird an die Lichtbehandlungseinheit 33 über das Optikfaserkabel 55 übertragen. Das von der Lichtquelle 40, 50 emittierte Licht kann ein Kontinuum von Wellenlängen innerhalb der ultravioletten, sichtbaren und infrarot-nahen Spektralbereiche umfassen, oder eine oder mehrere Wellenlängen oder Gruppen von Wellenlängen innerhalb eines oder mehrerer dieser Bereiche. Die Lichtbehandlungseinheit 33, die für Fluoreszenz- oder Reflektanzmessungen verwendet wird, akzeptiert Licht mit der geeigneten Spektralverteilung entweder von der ersten Lichtquelle 40 oder von der zweiten Lichtquelle 50 über das Optikfaserkabel 55. Das Licht wird von der Lichtbehandlungseinheit 33 durch das Endoskop 30 zu dem distalen Ende 32 gerichtet, an dem das Licht das Gewebe 5 beleuchtet. Das Endoskop 30 umfasst Optikfasern, welche Licht in beiden Richtungen zwischen dem distalen Ende 32 und dem proximalen Ende 31 übertragen können. Das aus dem distalen Ende 32 des Endoskops 30 austretende Licht wird durch das Gewebe 5 reflektiert und erregt Autofluoreszenz in diesem. Das von dem Gewebe 5 reflektierte Licht und dessen Autofluoreszenz-Emissionen werden von der distalen optischen Einrichtung 35 gesammelt, die im distalen Ende 32 des Endoskops 30 enthalten ist. Vorzugsweise wird dieses Licht von der distalischen optischen Einrichtung 35 gesammelt zum proximalen Ende 31 des Endoskops in einer räumlich aufgelösten Weise übertragen, von wo aus es an die Lichtbehandlungseinheit 33 weitergeleitet wird. Die Lichtbehandlungseinheit 33 trennt das vom Gewebe reflektierte oder von diesem emittierte Licht von dem entweder von der Lichtquelle 40 oder 50 dem proximalen Ende 31 des Endoskops zugeführten Licht 41. Die Lichtbehandlungseinheit trennt ferner von dem Gewebe 5 emittiertes Licht von durch das Gewebe 5 reflektiertem Licht. Das aus der Lichtbehandlungseinheit 33 austretende Licht wird an einen oder mehrere Bilddetektoren 45 weitergeleitet. Jeder der Bilddetektoren 45 oder Fluoreszenz-Detektoren 45 spricht auf Licht aus einem unterschiedlichen Spektralband an. Jeder Detektor 45 erzeugt ein separates Bild, das repräsentativ für das diesem Detektor 45 zugeordnete spezifische Spektralband ist.
  • Jedes erzeugte Bild wird einer Berechungsvorrichtung 110 zum Behandeln und Speichern der Bilder übermittelt. Vorzugsweise steht die Berechnungsvorrichtung 110 in Verbindung mit einem Videomonitor 20, an dem die Bilder entweder individuell oder als Zusammensetzung mehrerer Bilder nach den Behandlungen auf mögliche Gewebeanormalitäten untersucht werden können.
  • In einem kombinierten Bild sind infolge des Unterschieds in den Wellenlängen der Autofluoreszenz zwischen normalen und anormalen Geweben verschiedene Bereiche des Gewebes 5 mit Anormalitäten sichtbar. In der bevorzugten Ausführungsform, bei der ein Gebärmutterhals untersucht wird, ermöglicht das zusammengesetzte Bild eine Lokalisierung etwaiger Anormalitäten auf der Oberfläche des Gebärmutterhalses. Die Berechnungsvorrichtung 110 kann alternativ eine Bildverarbeitung bzw. Bildbehandlung und Bildanalysetechniken durchführen, wie z.B. eine Randverbreiterung und Segmentierung, die auf diese Bilder entweder einzeln oder in Kombination angewandt werden können, wodurch die Erfassung einer Anormalität und der Interpretierung erleichtert werden. Eine Merkmalserkennung ermöglicht ein elektronisches Erstellen visueller Bezugspunkte an dem untersuchten Gewebe und bezieht sich auf die Lokalisierung von bei diesen Bezugspunkten interessierenden Merkmalen. Ferner ermöglicht diese Kapazität eine Zusammenfügung mehrerer aneinandergrenzender Gesichtsfelder, um eine Panoramaanzeige zu erzeugen. Sobald ein Bereich einer Anormalität in dem Gewebe 5 erfasst wird, kann dann das Endoskop 30 eine Probe dieses Bereichs entnehmen.
  • Auf den Zustand des Gewebes 5 bezügliche Information kann durch verschiedene Verfahren erhalten werden. Beispielsweise werden bei einem Verfahren zur Differenzierung zwischen normalen und anormalen Geweben die Intensitäten flavinoider Autofluoreszenz mit mehreren ausgewählten Wellenlängen gemessen. Die Verhältnisse zwischen diesen Emissionsintensitäten für normale und anormale Gewebe variieren in einer charakteristischen Weise. Durch Variieren des von der Lichtbehandlungsvorrichtung 33 übertragenen Lichts und daher der Anregungs-Wellenlängen können verschiedene andere Zellbestandteile, wie z.B. Porphyrine, in einer diagnostisch verwertbaren Weise zur Autofluoreszenz gebracht werden, und ähnlich charakteristische Verhältnisse können berechnet werden. Das Berechnen eines solchen Verhältnisses auf einer Pixel-um-Pixel-Basis aus einem in geeigneter Weise gewählten Bilderpaar kann ein abgeleitetes ratiometrisches Bild erzeugen, bei dem die Unterschiede zwischen normalem und anormalem Gewebe akzentuiert sind. Diese abgeleiteten Bilder können ferner durch Verfahren wie Randverbreiterung und Segmentierung behandelt werden, um eine etwaige Differenzierung noch besser hervorzuheben.
  • Es ist allgemein bekannt, dass man zwischen normalen und anormalen Geweben durch Anregen von Autofluoreszenz mittels Bestrahlen des Gewebes mit Licht in einem Wellenlängenband, durch Messen der Intensität des gemessenen Lichts in einem oder mehreren Wellenlängenbändern, durch Berechnen von Verhältnissen zwischen emittierten Intensitäten und durch Unterscheidung zwischen Normalität und Anormalität auf der Basis dieser Verhältnisse differenzieren kann. Da eine Gewebe-Autofluoreszenz aus Emissionsbeiträgen einer Vielzahl von Fluorophoren besteht und auch unter idealen Bedingungen die Emissionen von einem einzigen Fluorophor spektral breit zu sein tendieren, tendiert das Autofluoreszenzspektrum von Gewebe dazu, relativ undifferenziert mit wenigen hervorragenden Merkmalen zu sein. Ferner stehen die Fluoreszenz-Emissionsintensitäten bei mehreren Wellenlängen unter einer einzigen Anregungsbedingung in starker Korrelation. Daher stellt die von der Berechnung von Intensitätsverhältnissen zwischen mehreren Paaren von Emissionswellenlängen gewonnene Information nur eine schrittweise Verbesserung gegenüber derjenigen dar, die aus der Berechnung des Verhältnisses zwischen einem einzelnen Paar von Emissionswellenlängen erhalten wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform verwendet das System 10 aus einer Vielzahl von Emissionswellenlängen erhaltene Information, die mit einer Vielzahl von Anregungs-Wellenlängen erzeugt wird, wobei jede Wellenlängenkombination für, in und aus sich ausgewählt ist, um ein Unterscheidungsvermögen zwischen normalen und anormalen Geweben zu maximieren. Daher verwendet das System 10, statt sich auf eine einzelne Messung zum Erhalt der gewünschten Differenzierung zu verlassen, eine Vielzahl unabhängiger Messungen, die kombiniert werden, um eine wesentlich verbesserte Unterscheidung zu erzielen. Ferner ermöglicht das System 10, wie weiter unten beschrieben wird, dass die durch die Verwendung einer Vielzahl unabhängiger Messtechniken erhaltenen Ergebnisse kombiniert werden, um die Robustheit bzw. Unverfänglichkeit der Diskriminierung zwischen normalen und anormalen Geweben weiter zu verbessern. Die Anwendung von auf Statistiken basierenden Klassifizierungsfunktionen und von multidimensionalen Strukturvergleichstechniken zur Ausführung dieser Zusammenmischung und Interpretierung anhand der Vielzahl unabhängiger Datensätze fördert diese Zielsetzung.
  • Vorzugsweise wird zusätzliche Information durch Erfassen der Autofluoreszenzsignale in einer zeitlich aufgelösten Weise abgeleitet und interpretiert. Die Relaxationszeiten bzw. Abklingzeiten und Fluoreszenz-Lebensdauern verschiedener Fluorophore, die aus den zeitlich aufgelösten Messungen bestimmt werden, unterscheiden sich zwischen Fluorophoren wesentlich. Die verschiedenen Relaxationszeiten können daher eine Angabe der Identität eine Fluorophors liefern. Diese Parameter werden häufig durch die das Fluorophor umgebende Umwelt so beeinflusst, dass sie ihrerseits die Normalität oder Anormalität des umgebenden Gewebes reflektieren. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liefert die Reflektanz-Spektrometrie ein weiteres Mittel der Sondierung eines Gewebezustands, da Änderungen in dem Gewebezustand oft durch die Änderungen in den gefärbten Bestandteilen des Gewebes sichtbar gemacht werden. Obwohl sie normalerweise in dem sichtbaren Spektralbereich praktiziert wird, kann die Reflektanz-Spektrometrie auch in den infrarot-nahen Bereich ebenso wie in den ultravioletten Bereich erweitert werden. Die Reflektanz-Spektrometrie wird auf eine Tiefe erweitert, bei der das auftreffende Licht das Gewebe 5 ausreichend durchdringt, so dass eine zusätzliche Gewebeinformation erhalten werden kann. Diese Information könnte Eigenschaften wie z.B. die Konzentrationen bestimmter Metaboliten und den Grad der Sauerstoffversorgung des Bluts umfassen. Ein Raman-Streuung könnte wegen der erhöhten Lichtdurchdringung auftreffenden Lichts und der Tatsache, dass Fluorophore mit Anregungsbändern in dem infrarot-nahen Bereich relativ rar sind, ebenfalls eingesetzt werden.
  • Die vorstehend erläuterten Verfahren können individuell als Mittel zur Erfassung und in einigen Fällen zur Interpretation von Unterschieden im Gewebezustand eingesetzt werden. Unglücklicherweise ist die Natur menschlichen Gewebes so, dass die Anwendung eines dieser Verfahren eine Redundanz von Daten erzeugt, von denen die meisten für die beabsichtige Messung irrelevant sind. Was zu dieser Situation hauptsächlich beiträgt ist, dass Gewebe eine extensive und vielfältige Auswahl an fluoreszenten Spezies enthalten. Viele der fluoreszenten Spezies sind in hohen Konzentrationen vorhanden und haben Erregungsbänder, die über den gesamten ultravioletten und den Großteil des sichtbaren Spektralbereichs verteilt sind.
  • Wie vorstehend erläutert wurde, kann das Emissionsband eines Fluorophors das Erregungsband eines anderen Fluorophors überlappen und dadurch zu einer Energieübertragung zwischen den beiden führen. Infolgedessen besteht eine andere Möglichkeit, nämlich dass Emissionen von einem Fluorophor ein anderes anregen können. Diese Nettowirkung besteht darin, dass das optische Anregen einer Gewebeprobe mit einer Wellenlänge in dem ultravioletten oder sichtbaren Wellenlängenbereich eine Autofluoreszenz des Gewebes über einem breiten Spektralbereich bewirkt. Da diese Emissionen typischerweise aus Beiträgen einer Vielzahl von Fluorophoren zusammengesetzt sind, ist das Autofluoreszenzspektrum komplex und schwer aufzulösen. Dies wiederum erschwert es, eine robuste Diskriminierung zwischen Gewebezuständen mittels eines einzigen Verfahrens zu erhalten.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung löst die Probleme durch Anwenden von Verfahren, die für Anwendungsgebiete wie das Abbilden natürlicher Ressourcen und für die militärische Aufklärung bzw. Erkundung entwickelt worden sind. Diese "multispektralen" Verfahren "verschmelzen" oder kombinieren in der Tat die Ausgaben einer Vielzahl von Abtastmodalitäten, um ein Ergebnis zu erhalten, das wesentlich robuster bzw. unverfälschter ist als die mittels irgendeiner Modalität für sich allein erhaltenen Ergebnisse.
  • Beispielsweise besteht der klassische Lösungsweg zur Bestimmung einer Gewebe-Autofluoreszenz darin, das Gewebe als eine einzige homogene Einheit zu behandeln, dieses mit einer Wellenlänge anzuregen und die Emissionen mit einer anderen Wellenlänge zu messen. Diese Art von Messung hängt entscheidend von der Verwendung eines stabilen, gut geeichten Instruments ab, und davon, dass man über eine vernachlässigbare oder zumindest relativ niedrige irrelevante Hintergrundfluoreszenz bei der emittierten Wellenlänge verfügt. Im Gegensatz zur klassischen Lösung werden robuste Bestimmungen vorzugsweise durch Messen der Fluoreszenz mit zwei oder mehr Emissionswellenlängen vorgenommen. Die Verwendung von mehreren Emissionswellenlängen führt interne Konsistenz-Checks durch. Die Berechnungsverhältnisse zwischen den Emissionsintensitäten liefert ein weiteres Mittel zur Diskriminierung zwischen relevanten Änderungen von Hintergrundrauschen.
  • Da beim klassischen Lösungsweg das Gewebe 5 als einzelne homogene Einheit behandelt wird, liefert die klassische Lösung keine räumliche Auflösung, die zu der Bestimmung erforderlich ist, ob eine Anormalität lokal vorhanden oder ob eine Anormalität weit verbreitet ist. Das Erstellen der oben beschriebenen Fluoreszenzmessungen an einer Vielzahl diskreter Punkte auf einem Bild liefert die räumliche Information, die zur Bestimmung der Position etwaiger Anormalitäten benötigt wird.
  • In einer alternativen Ausführungsform werden mehrere Anregungs-Wellenlängen eingesetzt und weitere Techniken angewandt, wie z.B. eine zeitlich aufgelöste Spektrometrie. Jeder zusätzlich angewandte Parameter liefert eindeutige Information, die zur Diskriminierung zwischen Gewebezuständen verwendet werden kann. Die Vielzahl von Parametern liefert jedoch redundante oder irrelevante Information. Das Hinzufügen abgeleiteter Parameter, wie z.B. von Intensitätsverhältnissen, zu dem Datensatz kann signifikante Gewebeeigenschaften definieren oder reflektieren, die ihrerseits eine Interpretation erleichtern können.
  • Die bevorzugte Lösung zur Interpretation dieser voluminösen Datenmasse ist eine "vorwiegende Evidenz", bei der jeder Datensatz durch die Berechnungsvorrichtung 110 unabhängig von irgendeinem anderen Datensatz interpretiert wird. Ein Mehrheitsvotums-Verfahren wird auf die Sammlung von Schlussfolgerungen, die aus den Datensätzen abgeleitet werden, angewandt. Ein alternativer, ausgeklügelterer Lösungsweg wendet einen vielseitigen Klassifizierer oder eine Diskriminierungsfunktion an, der/die Information aus den verschiedenen Datensätzen in einer vorgeschriebenen und statistischen Weise kombiniert. Ein einziges Verbundergebnis wird dann erhalten. Solche Verfahren werden für gewöhnlich an jedem Punkt oder Pixel eines Bildes in einem räumlich aufgelösten Bild angewandt. Die Einbeziehung mehrfacher Evidenzlinien in eine einzige Bestimmung dient dazu, irrelevante und redundante Information herauszufiltern, während die Robustheit der endgültigen Bestimmung verbessert wird.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden fortgeschrittenere Techniken, wie z.B. eine Konturnachführung verwendet. Wenn beispielsweise die Datensätze als eine Schichtung von Bildebenen betrachtet werden, die jeweils unter unterschiedlich definierten Bedingungen gesammelt werden, beschreibt eine Kontur durch den Stapel bzw. die Schichtung die Änderungen oder die Evolution des Signalpegels bei jedem Pixel als Funktion der Messparameter. Die Form oder Formen der Konturen bieten eine zusätzliche Diskriminierung zwischen verschiedenen möglichen Interpretationen.
  • Das endoskopische System 10 der 1 erfasst Daten unter einer Vielfalt von Bedingungen, wie vorher beschrieben wurde. Die Berechnungsvorrichtung 110 wertet die unter diesen Bedingungen erfassten Bilddaten aus. Die erzeugten Daten werden interpretiert, und zwar nicht isoliert von jedem einzelnen erzeugten Parameter, sondern in ihrer Gesamtheit als verbundenes bzw. zusammengesetztes Ganzes. Diese bevorzugte Verbundanalyse verbessert die Genauigkeit und Robustheit der endgültigen Bestimmung hinsichtlich der Normalität oder Anormalität des Gewebes 5. Infolge der großen Datenmengen, die bei dieser bevorzugten Lösung vom Verbundtyp beteiligt sind, kann es erwünscht sein, eine sogenannte Fuzzy-Logik anzuwenden. Alternativ kann ein neurales Netzwerk oder ein "Selbstlernverfahren" für die Interpretation entweder des gesamten Datensatzes oder von Untersätzen hiervon eingesetzt werden.
  • Zusätzlich zu den einzelnen, unter mehreren Bedingungen aufgenommenen Bildern wird die zweite Lichtquelle 50 dazu verwendet, ein "Weißlicht"-Bild durch direkte Verwendung einer Breitbandbeleuchtung zu erzeugen. Alternativ wird das Weißlicht-Bild aus mehreren Schmalbandbildern synthetisiert.
  • Zusätzlich zu dieser möglichen Bezugnahme auf seine diagnostische Nützlichkeit ermöglicht das Weißlicht-Bild eine visuelle Identifizierung von Positionsbezugsmerkmalen innerhalb des Sichtfeldes des Endoskops. In einer bevorzugten Ausführungsform werden auf das Weißlicht-Bild Markierungen gelegt. Die Markierungen bezeichnen bestimmte Bezugsmerkmale, Stellen oder Bereiche des Gewebes, das analytische Methoden, wie z.B. die oben beschriebenen als anormal oder suspekt identifiziert haben. Solche Bezugsmerkmale erleichtern die Fähigkeit bzw. Möglichkeit eines untersuchenden Arztes, zu einem späteren Zeitpunkt zu einer vorher untersuchten Stelle des Gebärmutterhalses zurückzukehren. Wenn der Arzt beispielsweise einen Vorabtest durchführt, um eine vor kurzem vorgenommene Probe auszuwerten und anschließend entscheidet, dass aus dem einen oder dem anderen Grund eine Folgeprobe erforderlich ist, kann die Stelle, aus der die ursprüngliche Probe entnommen wurde, rasch und genau identifiziert werden.
  • Vorzugsweise werden zwei Arten von Interpretationsschemata angewandt, um die Vielzahl von durch das System 10 erzeugten Datensätzen zu interpretieren. Bevor diese Interpretationsschemata beschrieben werden, wird jedoch die Behandlung bzw. Verarbeitung der erzeugten Datensätze erläutert.
  • 3 stellt ein Ablaufdiagramm 300 eines Dateneingabeblocks dar, das zeigt, wie eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein vorbehandeltes Bild 310 erzeugt. Zunächst werden Bilddaten 305 beim Bilderfassungsschritt 305 erfasst. Die Bilddaten beziehen sich auf eine bestimmte Anregungs-Wellenlänge N und eine bestimmte Emissions-Wellenlänge M, die zusammen ein ursprüngliches Bild NM definieren. Sobald die Bilddaten und daher das ursprüngliche Bild NM erfasst worden sind, wird eine Schattierungskorrektur während eines Schattierungskorrekturschritts 307 angewandt. Nachdem das Bild hinsichtlich der Schattierung korrigiert worden ist, wird eine Krümmungskorrektur bei einem Krümmungskorrekturschritt 309 angewandt. Das vorbehandelte Bild NM wird dann als Bildblock NM definiert. Verschiedene Bildblöcke können auf ähnliche Weise für jedes Paar einer Anregungs-Wellenlänge N und einer Emissions-Wellenlänge M erzeugt werden. Vorzugsweise werden mehrere Bildblöcke NM erzeugt und als Dateneingabeblöcke konfiguriert, die ihrerseits zur Herstellung eines zusammengesetzten Bildes verwendet werden. Ein resultierendes vorbehandeltes Bild NM 310 wird dann dazu verwendet, mehrere Verhältnisblöcke gemäß 4 zu erzeugen.
  • 4 stellt ein Verhältnisblock-Ablaufdiagramm 400 zum Erzeugen eines Zusammensetzungs-Verhältnisbildes aus den in 3 erzeugten Dateneingabeblöcken 320 dar. Zunächst werden im Verhältnisblock-Ablaufdiagramm 400 mehrere Intensitäts-Verhältnisse 410 während des Intensitäts-Verhältnisschritts erzeugt. Ein Intensitäts-Verhältnis 415 wird aus variierenden Dateneingabeblöcken 320 berechnet. Beispielsweise wird ein erstes Intensitäts-Verhältnis RATIO NM12 415 für die Dateneingabeblöcke NM1 und NM2 berechnet. Ein zweites Intensitätsverhältnis RATIO NM23 417 wird aus den Dateneingabeblöcken NM2 und NM3 berechnet. Dieser Vorgang wiederholt sich für jede andere Emissions-Wellenlänge M. Vorzugsweise wird ein Intensitätsverhältnis für jedes Pixel des resultierenden Bildes berechnet. Die Erzeugung von Intensitätsverhältnissen wird für jedes Paar von Anregungs-Wellenlängen N und Emissions-Wellenlängen M wiederholt. Vorzugsweise werden mindestens zwei Emissions-Wellenlängen M für jede Anregungs-Wellenlänge erzeugt. Die sich ergebende Matrix erzeugter Intensitätsverhältnisse wird dann angewandt, um ein Verhältnisbild zu erzeugen, das anschließend interpretiert wird, um den Zustand des Gewebes zu analysieren.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wendet ein erster Lösungsweg zum Interpretieren des Verhältnisbildes einen ersten und zweiten Schwellenwert auf jedes Pixel in dem Verhältnisbild an. Das Verhältnisbild wird dann in verschiedene Bereiche segmentiert, kategorisiert oder definiert. Vorzugsweise werden die Pixel des Verhältnisbildes in normale, suspekte oder anormale Bereiche segmentiert. Vorzugsweise werden die ersten und zweiten Schwellenwerte empirisch basierend auf der statistischen Verteilung von Verhältniswerten in einer großen Zahl von Bezugsbildern abgeleitet. Beispielsweise wird eine obere Schwelle Tu und eine untere Schwelle Tb definiert und für die Bildinterpretation verwendet.
  • Wenn z.B. ein Verhältniswert bei einer gegebenen Pixelposition als R definiert wird, sind drei Szenarien möglich. Erstens wird, falls der Verhältniswert R größer ist als der obere Schwellenwert Tu, das Pixel als anormal klassifiziert. Falls der Verhältniswert R größer ist als der untere Schwellenwert Tb, aber kleiner als der obere Schwellenwert Tu, wird zweitens das Pixel dann als suspekt klassifiziert. Drittens wird das Pixel, falls der Verhältniswert R kleiner ist als der untere Schwellenwert Tb, als normal klassifiziert. Ein resultierendes Bild kann dann erzeugt und gemäß der Pixelklassifizierung analysiert werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Segmentierungsalgorithmus angewandt, um das Verhältnisbild zu interpretieren. Zunächst wird das gesamte Verhältnisbild nach lokalen Minima abgesucht. Alternativ wird eine Suche an dem gesamten Verhältnisbild nach lokalen Maxima vorgenommen. In dem Fall, in dem eine Suche nach lokalen Minima gemacht wird, wird bei jedem gefundenen lokalen Minimum ein temporärer Schwellenwert definiert und mit dem Verhältniswert auf dem Minimum plus eins gleichgesetzt. Die Verhältniswerte an allen benachbarten Pixelstellen werden dann untersucht. Falls der Wert an dem untersuchten, benachbarten Pixel kleiner oder gleich dem temporären Schwellenwert ist, wird das benachbarte Pixel mit dem Identifizierer für das Minimum gekennzeichnet, dem es nun zugeordnet ist. Falls das Pixel bereits vorher gekennzeichnet wurde, wird die Kennzeichnung nicht geändert. Dieser Zyklus wiederholt sich, bis alle das Verhältnisbild zusammensetzenden Pixel "gekennzeichnet" sind. Alle Pixel mit dem gleichen Kennzeichnungswert werden als zum gleichen Bereich gehörig betrachtet, unabhängig davon, ob dieser Bereich als normal, anormal oder suspekt definiert ist.
  • Vorzugsweise wird ein herkömmliches Übereinstimmungsfilter angewandt, um spezielle Merkmale oder Merkmalsformen innerhalb des ursprünglich vorbehandelten Bildes oder des Verhältnisbildes oder alternativ in den Schwellenwertergebnissen dieser Bilder zu erfassen. Ein Filtervorgang, für gewöhnlich in Kombination mit einer Dilatation und einer Erosion, glättet die Grenzen zwischen Bereichen und entfernt ein Rauschen aus den resultierenden Bildern.
  • Die vorbehandelten Bilder, die gemäß 3 erzeugt wurden, oder das Verhältnisbild, das gemäß 4 erzeugt wurde, können auch mittels linearer oder statistischer Klassifizierer interpretiert werden. Bevorzugt sind die Klassifizierer von der Form: Figure of Merit = F(I1, I2, I3, ..., In), wobei I Pixelwerte in dem vorbehandelten Bild oder dem Verhältnisbild darstellt. Vorzugsweise wird die Funktion "F" durch die vielseitige statistische Analyse einer großen Population von Bezugsbildern bestimmt. Statistische Standard-Signifikanztests bestimmen, welche Bilder oder Pixel bei der Interpretation von auf einem bestimmten Typ von Gewebebild vorgenommenen Messungen angewandt wird. Die vielseitige statistische Analyse bestimmt wirksam, wieviel Gewicht jedem der restlichen Parameter zu geben ist.
  • 2 veranschaulicht die Details des in 1 gezeigten Endoskops 30. Das Endoskop 30 kann starr oder flexibel sein. Das Endoskop 30 umfasst ein Umhüllungselement 205, ein distales Ende oder eine Endoskopspitze 32 sowie eine Probenahmevorrichtung 220, die sich am distalen Ende oder der Spitze 32 befindet. Die Probenahmevorrichtung 220 wird dazu verwendet, Proben aus dem zu untersuchenden Gewebe 5 zu entnehmen. Vorzugsweise wird die Probenahmevorrichtung 220 durch einen Arzt gehandhabt, während er eine Autofluoreszenz-Abbildung nach obiger Beschreibung durchführt. Die Probenahmevorrichtung 220 ist ebenfalls steuerbar. Unter "steuerbar" versteht man, dass die Probenahmevorrichtung 220 innerhalb der Endoskopumhüllung 205 drehbar, schwenkbar und zurückziehbar ist, und zwar so, dass die Umhüllung 205 nicht manipuliert oder gesteuert werden muss.
  • Vorzugsweise ist die Probenahmevorrichtung 220 als Bürste 225 mit mehreren Probenahmeelementen 226 konfiguriert. Um eine Probe des Gewebes 5 zu entnehmen, wird die Probenahmevorrichtung 220 zu einer Stelle nahe dem verdächtigen Gewebe 5 gelenkt. Die Bürste 225 dreht sich vor zugsweise im Gegenuhrzeigersinn. Die Probenahmevorrichtung 220 oder besser gesagt die Bürste 225 erstrecken sich zu dem Gewebe 5 hin so, dass die Probenahmeelemente 226 in Kontakt mit dem Gewebe 5 kommen. Die sich drehenden Probenahmeelemente 225 entfernen sicher eine äußere Zellschicht des zu untersuchenden Gewebes 5.
  • Alternativ umfasst die Probenahmevorrichtung 220 ein Probenahmeband, eine Abwickelspule und eine Aufwickelspule. Bevor irgendwelche Proben entnommen worden sind, befindet sich das gesamte Probenahmeband auf der Abwickelspule. Wenn Proben entnommen werden, wird eine vorbestimmte Länge des Probenahmebandes von der Abwickelspule auf eine Aufwickelspule gewickelt. Während der Probenahme kommt ein Teil des Bandes in Kontakt mit dem Gewebe 5, wodurch eine Gewebeprobe gesichert wird. Wenn anschließende Proben entnommen werden, nimmt die Aufwickelspule das die Gewebeprobe enthaltende Probenahmen-Bandsegment auf. Anschließend kann eine weitere Probe entnommen werden. Wenn das gesamte Probenahmenband vollständig von der Abwickel- zur Aufwickelspule übertragen worden ist, kann die auf dem Band der Aufwickelspule gelagerte Gewebeprobe aus dem Endoskop 30 entnommen und getestet werden. Das Probeband kann dann in der Arztpraxis getestet und einem Labor für weitere Untersuchungen zugesandt werden.
  • Während der vorher mit Bezug auf 1 beschriebenen Abbildungsprozedur bleibt die Probenahmevorrichtung 220 in einem zurückgezogenen Zustand. In diesem zurückgezogenen Zustand bleibt die Probenahmevorrichtung 220 innerhalb der Umhüllung 205 des Endoskops 200 und verringert jegliche Interferenz, welche die Probenahmevorrichtung 220 während des Abbildungsvorgangs verursachen kann. Wenn der das Oszilloskop 30 bedienende Arzt entscheidet, dass eine Probe des untersuchten Gewebes 5 entnommen werden soll, wird die Probenahmevorrichtung 220 über das distale Ende des Oszilloskops 30 hinaus zu dem Gewebe 5 hin ausgefahren. Nachdem eine Probe entnommen worden ist, kann die Probenahmevorrichtung 220 dann in das distale Ende 206 des Endoskops 200 zurückgezogenen werden. Eine weitere Abbildung oder Probenahme kann dann stattfinden.
  • Vorzugsweise entfernt die Probenahmevorrichtung 220 mehrere Gewebeproben aus dem Gewebe 5 in einer bestimmten Reihenfolge. Dies ermöglicht der Bedienungsperson der Vorrichtung, einen Satz von Proben entweder aus der gleichen verdächtigen Stelle oder alternativ aus mehreren unterschiedlichen Bereichen zu entnehmen. Die Möglichkeit, mehrere Gewebeproben während einer minimal-invasiven Prozedur zu entnehmen, bringt eine Reihe von Vorteilen mit sich. Wenn mehrere Proben von der gleichen Stelle oder von verschiedenen Stellen entnommen werden, besteht bei Einzelproben allgemein eine erhöhte Wahrscheinlichkeit, dass sie anormale Zellen enthalten. Außerdem erhöht die Tatsache, dass man über eine Sammlung von Proben verfügt, die aus einem anormalen Gewebebereich entnommen wurden, die Wahrscheinlichkeit, dass die Proben einen Teil des suspekten Gewebes enthalten, welches ursprünglich zu der Entscheidung führte, dass eine Probenahme vorgenommen werden sollte. Indem der Arzt über einen Satz Proben verfügt, die nicht blind entnommen wurden, ist es ihm möglich, nochmals einzugreifen und weitere Untersuchungen verschiedener vorher untersuchter suspekter Bereiche vorzunehmen.
  • Vorzugsweise wird die Probe, sobald die Probenahmevorrichtung 220 diese entnommen hat, in eine Verschlusseinheit 260 eingebracht. Vorzugsweise ist die Verschlusseinheit 260 ein steriler Behälter, wie z.B. eine Hülle, eine Kapsel oder eine ähnliche Vorrichtung. Noch bevorzugter enthält das Endoskop 30 mehrere Verschlusseinheiten 260, so dass jedes Mal, wenn eine Gewebeprobe entnommen wird, die Probe in ihre eigene, separate sterile Verschlusseinheit 260 eingebracht wird. Die Verschlusseinheit 260 kann mit einem Identifizierungsmittel, wie z.B. einem Etikett, einem Ausdruck, einem Log bzw. Merkzeichen oder einer ähnlichen Art von Identifizierer versehen sein bzw. werden. Die Verschlusseinheit 260 ist vorzugsweise von der Probenahmevorrichtung 220 abnehmbar und daher auch vom Endoskop 30 abnehmbar. Daher können die Verschlusseinheiten 260 als Lager- oder Versandbehälter verwendet werden. Der Lagerbehälter vereinfacht den Transport, die Markierung und die Identifizierung verschiedener Aspekte der Probe.
  • Vorzugsweise sind die Verschlusseinheiten 260 entsorgbar. Nach einem abschließenden Test einer Probe kann daher eine Verschlusseinheit 260, welche ursprünglich die Probe enthielt, entsorgt werden. Alternativ ist die Verschlusseinheit 260 wiederverwendbar, so dass sie zu wiederholten Malen sterilisiert und wieder eingesetzt werden kann.
  • Die entnommenen Proben, die in den Verschlusseinheiten 260 enthalten sind, können zunächst in der Arztpraxis untersucht werden und dann im Anschluss an ein Labor zur weiteren Untersuchung geschickt werden. Vorzugsweise führt der Arzt einen Eingangstest an der Probe durch. Der Eingangstest kann dazu verwendet werden, zu bestimmen, ob die Proben wirklich Proben aus dem untersuchten verdächtigen Gewebe sind. Der Eingangstest ermöglicht es dem Arzt auch, eine relativ schnelle Entscheidung zu treffen, ob etwaige zusätzliche Proben des Patienten erforderlich sind. Ein Testen an Ort und Stelle ermöglicht es dem Arzt auch, relativ rasch zu bestimmen, ob die Probe tatsächlich anormal ist. Dies ist eine wichtige Überlegung, da dokumentiert worden ist, dass über 90% von PAP-Schmiertests, die Labors zum Testen zugesandt werden, ein negatives Resultat ergeben. Indem dem Arzt ein vorläufiger Rastertest bereitgestellt wird, um zu bestimmen, ob die Probe Anormalitäten enthält, ergeben sich daraus eine Anzahl von Vorteilen.
  • Beispielsweise ist es nicht erforderlich, dass die Patientin zusätzlich zwei oder drei Wochen von Besorgnis durchsteht, während er auf die Testergebnisse wartet. Die mittels der vorher erläuterten Methode entfernten Proben können auch durch irgendein Standardverfahren untersucht werden. Der Eingangstest wird durch den Arzt vorgenommen, indem er einen Teil des Probegewebes entnimmt und es auf ein Mikroskop-Plättchen streicht. Dieses Plättchen kann dann an der gleichen Stelle, an der die Probe entnommen wurde, analysiert werden. Falls dieser vom Arzt durchgeführte Vorabtest oder Rastertest eine anormale Ablesung ergibt, kann die gesamte Verschlusseinheit dann zu einem Labor transportiert werden, indem die Standardanalyse durchgeführt werden kann.
  • Indem es möglich ist, mehrere Proben vorzunehmen, wird eine "Karte" von Gebärmutterhals-Probenahmestellen geschaffen. Durch ein Abbilden bzw. Mapping früherer Probestellen und durch Verwendung der vorher erläuterten visuellen Bezugspunkte können eben diese Probenahmestellen bei anschließenden Folgeuntersuchungen nochmals untersucht werden. Außerdem bietet das vorgeschlagene System, in dem mehrere Gewebeproben entnommen werden und dadurch die Wahrscheinlichkeit der Erfassung anormaler Zellen und deren Sammlung verbessert wird, auch ein kostengünstiges und wirksames Mittel für Folgetests, die auf einem anormalen PAP-Schmiertest basieren.
  • Ein bevorzugtes Mittel zum Durchführen einer unmittelbaren Untersuchung einer Probe besteht darin, die Probe fluorimetrischen Messungen zu unterziehen, die ähnlich den oben beschriebenen sind. Bei dieser bevorzugten Methode kann ein sogenanntes Aliquot der von der Probenahmevorrichtung entnommenen Probe in seinem aktuellen Zustand (das heißt "so wie es ist"), getestet werden. Alternativ wird die Probe in einer Verschlusseinheit in einem geeigneten Fluidmedium in Suspension gehalten. Bei dieser alternativen Ausführungsform bringt die Probenahmevorrichtung jede Probe in eine Verschlusseinheit ein. Die Einheit enthält sowohl die extrahierte Probe als auch ein Fluidmedium. Dieses Verfahren eliminiert mehrere problematische Bereiche, die normalerweise mit der Zubereitung, dem Transport und dem Test von PAP-Testproben zusammenhängen. Außerdem reduziert dieses Verfahren die Anzahl von Proben, die zu einer kostspieligen Analyse an einen anderen Untersuchungsort gesandt werden. Da die Anzahl von falschen positiven Testergebnissen des PAP-Schmiertests abnimmt, kann die Besorgnis von Frauen, die auf Folgetestergebnisse warten, gemindert werden.
  • Da die Bedingungen im Umfeld der vorgeschlagenen Verfahren eines neuerlichen Testens von PAP-Schmiertests besser definiert und kontrolliert sind als die für die in-situ-Identifizierung von Probenahmebereichen eingesetzten, liefert ein positiver zweiter Test mit hoher Wahrscheinlichkeit die Bestätigung, dass das Probegewebe anormal war. Diese Information kann dann als Mittel zur Überprüfung verwendet werden, ob die beabsichtigte Probe wirklich entnommen wurde und könnte für eine Entscheidung genutzt werden, welche Proben einer eingehenderen Analyse unterzogen werden sollen.
  • Gemäß 1 kann das vorliegende System 10 sowohl intrinsische als auch extrinsische Testverfahren verwenden. Daher setzt eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, obzwar dies für den Einsatz des Systems 10 nicht entscheidend ist, eine photodynamische Therapie 3 ein. Bei einem solchen extrinsischen Testverfahren wird ein photodynamischer Wirkstoff oder eine photodynamische Arznei an dem zu untersuchenden Gewebe angewendet. Das Medikament wird dann im allgemeinen in atypische oder kanzeröse Zelle eingegliedert.
  • In einigen Fällen verwendet das System 10 ein Medikament, um atypische oder kanzeröse Zellen zu kennzeichnen. Das System 10 kann aber auch andere geeignete Sonden verwenden, die bei der Identifizierung von atypischen oder kanzerösen Zellen mithelfen. Die Anmelder stellen jedoch fest, dass die Verwendung von Sonden oft Vorteile bietet.
  • Bei der photodynamischen Therapie ("PDT") ist ein PDT-Medikament eine Sonde, welche anormales Gewebe in dem untersuchten Bereich kennzeichnen kann. Diese Kennzeichnung erfolgt, wenn das photodynamische Medikament metabolisch in eine atypische oder kanzeröse Zelle in wesentlich höherer (oder einfach in unterschiedlicher) Konzentration als typische Zellen oder nicht-kanzeröse Zellen aufgenommen wird.
  • Tests, die auf der metabolischen Eingliederung eines Medikaments in eine Zelle beruhen, bieten eine Anzahl von Vorteilen gegenüber Gewebeanalysen nur mit Autofluoreszenz. Beispielsweise können durch metabolische Aufnahme eines Medikaments in eine Zelle oder einen Gewebebereich atypische Zellen oder atypische Gewebebereiche zum Fluoreszieren gebracht werden. Eine induzierte Fluoreszenz, die durch Erregung mit einer Beleuchtung oder Lichtquelle bewirkt wird, ergibt eine erhöhte Sensibilität und eine erhöhte Spezifizität im Vergleich zu einer visuellen Untersuchung des Gewebes.
  • Das photodynamische Therapiemedikament oder der therapeutische Wirkstoff ("Wirkstoff") kann in einer Anzahl unterschiedlicher Verfahren verabreicht werden. Typischerweise ist es erforderlich, dass der Wirkstoff eine vorbestimmte Zeitspanne vorher angewandt wird, bevor der betroffene Bereich untersucht werden kann. Beispielsweise kann es nach der Anwendung eines Wirkstoffs 60 Minuten oder länger dauern, bis der Wirkstoff metabolisch in in-vivo-Gewebe aufgenommen ist. Diese etwas lange Aufnahmezeit führt beispielsweise dazu, dass eine Patientin eine Stunde oder länger warten muss, bevor eine in-vivo-Untersuchung beginnen kann.
  • Um die Notwendigkeit einer solchen Wartezeit in der Arztpraxis (z.B. einer Gynäkologenpraxis) zu reduzieren oder zu eliminieren, kann der Wirkstoff verabreicht werden, bevor die Patientin zur Untersuchung kommt. Beispielsweise kann das Medikament von der Patientin selbst verabreicht werden. Eine Selbstverabreichung kann anhand mehrerer unterschiedlicher Methoden erfolgen. Beispielsweise kann ein Tampon oder ein Zervikalschwamm verwendet werden. Vor dem Untersuchungstag und der Untersuchungszeit kann der Patientin ein Tampon oder Zervikalschwamm, der den Wirkstoff enthält, zugesandt werden. Die Patientin kann dann den Tampon oder Schwamm eine vorbestimmte Zeitspanne vor einer Untersuchung in ihren gynäkologischen Trakt einführen. Alternativ kann der versorgende Arzt, wenn hohe Wirkstoffkonzentrationen notwendig sind, verlangen oder vorschlagen, dass der Wirkstoff vom Arzt oder irgendeiner anderen erfahrenen Be handlungsperson vor der Untersuchung verabreicht wird.
  • Dementsprechend kann der Wirkstoff eine ausreichende Zeitspanne vor der Gebärmutterhalsuntersuchung angewandt werden. Auf diese Weise erreicht der Wirkstoff allmählich ein angemessenes Niveau an metabolischer Aufnahme. Sobald ein adäquates metabolisches Niveau erreicht ist, kann der Wirkstoff dadurch genügend Sensibilität zur Unterscheidung zwischen normalen und anormalen Gewebe bieten. Eine solche Prozedur der Anwendung des Testwirkstoffs kann auch den Zeitaufwand reduzieren, den eine Frau im Untersuchungszimmer oder im Wartezimmer verbringt. Zusätzlich hat dieses Anwendungsverfahren psychologische Vorteile. Die Frau kann beispielsweise den Wirkstoff privat und bequem bei sich zu Hause anwenden. Ferner können die Konzentrationspegel des Wirkstoffs sowie die Anwendungsstellen des Wirkstoffs am Gewebe überwacht werden und die Sicherheit und die Wirksamkeit des Test aufrechterhalten werden.
  • Sobald der Wirkstoff eingebracht wurde und ihm genügend Zeit gegeben wurde, um Fluoreszenz zu initiieren, wobei die Zeit allgemein mit dem Grad eines atypischen Verhaltens des Gewebes korreliert, können vorzugsweise die fluoreszierenden Bereiche durch Einführen eines Endoskops 30 in den Genitaltrakt untersucht werden. Das Endoskop 30 kann entweder flexibel oder starr sein. In beiden Fällen ermöglicht es das Endoskop 30 einem Arzt oder einer Bedienungsperson (1) das Gewebe abzubilden, (2) Fluoreszenz zu induzieren, (3) Bilddaten einem Analysegeräte, wie z.B. einem Computersystem bereitzustellen, und (4) ortsspezifische Gewebeproben zu sammeln.
  • Das Computersystem kann die Berechnungsvorrichtung 110 und einen Videomonitor 20 umfassen, wie bei dem in 1 dargestellten diagnostischen Werkzeug gezeigt ist. Alternativ kann das Computersystem das in 6 gezeigte System umfassen. Das Computersystem 204 der 6 weist ein Endoskop 214, ein Optikfaserkabel 224, eine Verhältnis(berechnungs)einheit 234, Verstärker 234 und eine Computereinheit 244 auf. Die Verhältnis(berechnungs)einheit 234 führt die Wellenlängenanalyse nach vorstehender Beschreibung durch. Die Computereinheit 244 umfasst einen Monitor 245. Das in 6 gezeigte Endoskop 214 kann das in 1 oder in 5 gezeigte Endoskop 30 sein.
  • Die photodynamische Therapie (PDT) bietet eine Anzahl von Vorteilen gegenüber anderen Verfahren. Medikamente können gegenüber atypischen Zellen oder kanzerösen Zellen sensibler und spezifischer sein. So kann beispielsweise die Verwendung von PDT-Medikamenten eine frühere Erfassung von Läsionen in dem Gewebe ermöglichen. Dies ergibt sich aus einer zunehmenden Sensibilität gegenüber atypischen Zellen. Eine frühere Erfassung und folglich eine frühere Behandlung kanzerösen Gewebes ist möglich.
  • Durch Erhöhen der Sensibilität gegenüber atypischen Zellen, und wenn der Test einen hohen Grad an Spezifizität ergibt, können außerdem unnötige PAP-Tests vermieden werden. Daher können die Kosten und die mit PAP-Tests zusammenhängenden Unannehmlichkeiten in einem klar negativen Fall ebenfalls vermieden werden. Die Anwendung von PDT-Wirkstoffen bietet auch psychologische Vorteile bei Patientinnen, die sich einem PAP-Schmiertest unterziehen. Beispielsweise braucht ein PAP-Testergebnis typischerweise zwei Wochen zur Bearbeitung an einem entfernten, psychopathologischen klinischen Diagnoselabor. Durch Vermeiden der Notwendigkeit eines PAP-Tests wird die Patientin beispielsweise nicht mit der unangenehmen Aussicht belastet, zwei Wochen warten zu müssen, nachdem eine anfängliche Gewebeuntersuchung vorgenommen wurde, um zu erfahren, ob die Diagnose bei ihr auf Krebs lautet oder nicht. Viele Patientinnen würden lieber nicht wochenlang warten, um die Ergebnisse ihrer PAP-Tests zu erfahren. Ein weiterer Vorteil von PDT-Wirkstoffen besteht darin, dass die PDT-Medikamente im allgemeinen nicht vom menschlichen Körper angesammelt werden, da die Medikamente allgemein entweder metabolisch zersetzt oder über die natürlichen menschlichen Körperfunktionen ausgeschieden werden.
  • Wie im folgenden erläutert wird, kann das System 10 eine größere Sensibilität und Spezifizität durch Erfassen von (im wesentlichen) punktförmigen oder regionalen Messungen des untersuchten Gewebes erreichen. Der untersuchende Arzt kann daher präzise Daten zu atypischen oder kanzerösen Zellen sowie die Position des untersuchten Gewebes erhalten.
  • Ferner verwendet das System 10 oder 204 eine einzige Licht-Wellenlänge zum Überwachen von Fluoreszenz, wobei nach einer starken (oder geringen) Reflexion einer bestimmten Wellenlänge gesucht wird. Eine solche Reflexion ist mit einem atypischen oder kanzerösen Gewebe korreliert. Alternativ analysiert das System zwei oder mehr Wellenlängen reflektierten Lichts, um ein Verhältnis der unterschiedlichen Wellenlängen-Reflexionen zu bestimmen. Die im System 204 dargestellte Verhältniseinheit 234 kann eine solche Funktion ausüben. Durch Analysieren von zwei oder mehr Wellenlängen bestimmt die vorliegende Erfindung, ob ein bestimmtes Gewebe atypisch oder kanzerös ist.
  • In der in 6 gezeigten exemplarischen Ausführungsform empfängt die Berechnungsvorrichtung 244 die Fluoreszenzsignale, welche reflektiertes Licht aus dem gynäkologischen Trakt darstellen. Der Computer berechnet das Verhältnis zweier unterschiedlicher Wellenlängen, die von dem mit dem Endoskop 214 untersuchten, beleuchteten Gewebe zurückgestrahlt werden. Das Verhältnis wird berechnet, um zu bestimmen, ob ein bestimmter in Frage kommender Gewebebereich in dem gynäkologischen Trakt atypisch oder kanzerös ist. In einer bevorzugten Ausführungsform berechnet der Computer das Verhältnis der zwei unterschiedlichen Wellenlängen und analysiert sie, wobei die verglichenen Wellenlängen (a) 400–500 μm und (b) 300–400 μm betragen. Eine solche Analyse vergleicht das Niveau von (a) Flavinoiden bis (b) Collagen in dem untersuchten Gewebe.
  • In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung führt das System eine komplexere Analyse der Reflexionen mehrerer Wellenlängen durch. Beispielsweise könnte eine Funktion, die durch die Stärke der Reflexion einer oder mehrerer Wellenlängen zusammen mit einer oder mehreren unterschiedlichen Verhältnissen der Reflexionsniveaus unterschiedlicher Wellenlängen gewichtet wird, dazu verwendet werden, ein Ergebnis zu einer noch stärkeren Korrelation zu atypischem Gewebe in dem gynäkologischen Trakt zu erhalten.
  • Die vorliegende Erfindung kann bei einer breiten Vielfalt photodynamischer Medikamente angewandt werden. Ein solches Medikament ist Levulan. Dieses photodynamische Medikament wird unter dem Warenzeichen Levulan (5-Amino-Levulinsäure) vertrieben und wird von DUSA Pharmaceuticals, Inc., ("DUSA"), Toronto, Ontario hergestellt. Das Medikament wird derzeit hinsichtlich der Anwendung bei der Erfassung von Blasenkrebs untersucht.
  • DUSA hat angekündigt, dass es bei der U.S. Food and Drug Administration eine "Investigational New Drug-Anmeldung" eingereicht hat, um einen klinischen Phase-I/II-Multicenter-Test zu beginnen. Die Anwendung des Medikaments ist allgemein beispielsweise in J. C. Kennedy et al. "Photodynamic Therapy (PDT) and Photodiagnosis (PD) Using an Endogenous Photosensitization Induced by 5-Aminolevulinic Acid (ALA): Mechanisms and Clinical Results", Journal of Clinical Laser Medicine & Surgery, Volumen 14, Nr. 5, 1996, Seiten 289–304, und E. W. Jeffes "Photodynamic Therapy of Actinic Ceratosis with Topical 5-Aminolevulinic Acid", Arch Dermatol, Volumen 133, Juli 1997, Seiten 727–732, beschrieben, wobei diese beiden Referenzen in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingegliedert sind.
  • Wenn es auf Gewebe in niedrigen Konzentrationen angewandt wird, fluoreszieren mit einem PDT-Medikament behandelte Zellen. Dies ermöglicht die Erfassung (Photodiagnose) von atypischen oder kanzerösen Zellen. Wenn es in hohen Konzentrationen angewandt wird, kann das Medikament atypische Zellen abtöten. Die oben aufgelisteten Artikel von Kennedy et al. schlagen vor, dass eine topische Lösung mit einer 20%igen Konzentration von Levulan, angewandt auf nicht von Melanomen befallene Haut- und Kopf- und Halskrebse, zur Photodiagnose verwendet werden kann.
  • Jeffes et al. schlagen vor, dass topisch basierende Lösungen mit PDT-Konzentrationen von 10–30% verwendet werden können, um Gesichts- und Kopfhaut-Läsionen zu behandeln.
  • Die Anmelder stellen fest, dass ein PDT, wie z.B. Levulan, auch erfolgreich bei dem in 1 gezeigten vorliegenden System 10 oder dem in 6 gezeigten System 204 eingesetzt werden können. Im einzelnen kann Levulan zur Erfassung und Behandlung atypischer oder kanzeröser Zellen im gynäkologischen Trakt eingesetzt werden. Bei niedrigen Konzentrationen kann das Medikament für Anwendungen wie für die Erfassung, Sichtbarmachung, Lokalisierung, Abtastung und Diagnose atypischer und kanzeröser Zellen verwendet werden. Abgesehen von solchen diagnostischen Anwendungen glauben die Anmelder, dass PDT-Medikamente auch für therapeutische Anwendungen im gynäkologischen Trakt eingesetzt werden können. Beispielsweise kann durch Anwenden des Medikaments in allgemein hohen Konzentrationen das Medikament Läsionen im gynäkologischen Trakt behandeln. Daher wird bei einer Ausführungsform das PDT-Medikament sowohl dazu verwendet, bei der Diagnose atypischen oder kanzerösen Gewebes im gynäkologischen Trakt zu helfen sowie dieses Gewebe zu behandeln.
  • Wie vorstehend erläutert wurde, können die photodynamischen therapeutischen Wirkstoffe über eine Anzahl unterschiedlicher Verfahren angewandt werden. 5 stellt eine alternative Ausführungsform zur Anwendung einer photodynamischen Sonde dar und zeigt ein ein Gewebe 5 untersuchendes Endoskop. Das in 5 gezeigte Endoskop 505 kann zur Anwendung photodynamischer Wirkstoffe ebenso verwendet werden wie als Hilfsmittel bei der Untersuchung einer Gewebefluoreszenz. Wie in 5 gezeigt ist, umfasst das Endoskop ein Umhüllungselement 505, einen Anwendungsmechanismus 525 und einen Katheter 530. Typischerweise wird der photodynamische Wirkstoff über das Endoskop 505 mit einem Anwendungs- bzw. Einbringungsmechanismus 525 angewandt. Der Anwendungsmechanismus kann beispielsweise eine Bürste, ein Schwamm oder eine ähnliche Anwendungsvorrichtung sein.
  • Bürsten sind für solche Zwecke ("Zyto-Bürsten") von verschiedenen Händlern verfügbar, wie z.B. Andwin Scientific aus Canoga Park, California; Globe Scientific von Paramus, New Jersey; IMEB Inc. aus San Marcos, California; Medical Packaging Corp. aus Camarillo, California; Medscand (USA) Inc. aus Hollywood, Florida; Shandon Lipshaw aus Pittsburgh, Pennsylvania und Surgipath Medical Industries aus Richmond, Illinois. Das Endoskop 305 kann eingesetzt werden, um bei der Lokalisierung eines suspekten Gewebebereichs 5 zu helfen, und dann bei der Anwendung eines Wirkstoffs, sobald das suspekte Gewebe lokalisiert oder identifiziert worden ist.
  • Unabhängig von den zur Diagnose und Behandlung atypischen oder kanzerösen Gewebes eingesetzten Mechanismus können die spezifischen Bereiche des Vaginalkanals, die abgetastet und behandelt werden, von einer Datensammelvorrichtung überwacht und aufgezeichnet werden. Demgemäß kann die Bedienungsperson beispielsweise über Dokumentation verfügen, dass der gesamte relevante Bereich vorher untersucht worden ist, zusammen mit einer Aufzeichnung einer etwaigen Fluoreszenz-Erfassung. Eine Aufzeichnung bzw. ein Bericht, wie solche Gewebebereiche behandelt werden, kann ebenfalls abgespeichert werden.
  • Durch Überwachen und Aufzeichnen des Bereichs, in dem eine Fluoreszenz während einer vorhergehenden Untersuchung bemerkt wurde, kann ein Arzt später leichter erkennen, wo eine zusätzliche Behandlung stattfinden soll. Eine solche zusätzliche Behandlung könnte die Anwendung einer hochkonzentrierten Lösung eines PDT-Medikaments umfassen. Auf ähnliche Weise kann ein Arzt durch Überwachen und Aufzeichnen der Stelle einer Wirkstoffanwendung, beispielsweise die Behandlung des Bereichs dokumentieren. Ein Arzt kann daher bei einer zusätzlichen Untersuchung eine Untersuchungsvorrichtung, wie z.B. die in 1 oder in 5 gezeigten Endoskope, zu dem gleichen verdächtigen Gewebebereich für eine Folgebehandlung zurückführen.
  • In einer alternativen Ausführungsform ist das Endoskop 535 mit einer einzelnen Diagnose- und Therapievorrichtung versehen. Bei dieser Ausführungsform wird das bei dem vorliegenden System 10 verwendete Medikament über die Einzelvorrichtung angewandt. Die Einzelvorrichtung wird sowohl zum Sammeln von Gewebeproben als auch zum Anwenden des Wirkstoffs verwendet. Das Endoskop 535 kann entweder flexibel oder starr sein. Unabhängig davon, ob es flexibel oder starr ist, setzt eine bevorzugte Ausführungsform ein steuerbares Endoskop ein. Die Vorrichtung wird von einem Ende des Endoskops (oder des Katheters 530) aus nach Einführen des anderen Endes in den Endozervikalkanal ferngesteuert.
  • Der Anwendungsmechanismus 525 kann eine Bürste enthalten, die zum Sammeln verdächtigen Gewebes verwendet werden kann, ebenso wie beispielsweise eine Bürste oder einen Schwamm, um den Wirkstoff topisch anzuwenden. Auch hier kann der Wirkstoff in variierenden Konzentrationen angewandt werden. Bei niedrigen Konzentrationen stimuliert der Wirkstoff eine Fluoreszenz von atypischen oder kanzerösen Zellen. In hoher Konzentration tötet der Wirkstoff atypische oder kanzeröse Zellen ab. Das Endoskop kann eine Anzahl unterschiedlicher Arten von Spitzen umfassen, um mehrere unterschiedliche Anwendungen für das gleiche Endoskop zu ermöglichen.
  • In einer noch anderen alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Endoskop mehrere Endoskopröhren. Eine der Röhren kann die mit einer Lichtquelle gekoppelten Optikfasern enthalten. Andere Röhren könnten einen Katheter enthalten. Die Gewebeprobe könnte dann mittels einer der endoskopischen Röhren aus dem Patienten entfernt werden. Auf diese Weise könnte die Probe oder mehrere Gewebeproben von ein- und derselben Patientin entnommen werden.
  • Bei dem in 1 gezeigten System ist das Endoskop 10 vorzugsweise mit der Berechnungsvorrichtung 110 gekoppelt. Die Berechnungsvorrichtung überwacht und zeichnet auf:
    (1) die von einem Arzt vorgenommenen diagnostischen Prozeduren bei der Untersuchung des gynäkologischen Trakts nach lumineszentem Gewebe, und (2) therapeutische Prozeduren, die von einem Arzt durch Anwendung einer höheren Konzentration des Wirkstoffs auf für atypisch oder kanzerös gehaltenes Gewebe vorgenommen werden. Das Endoskop liefert an die Vorrichtung 110 Daten zur Aufzeichnung dieser vom Arzt vorgenommenen Prozeduren. Auf diese Weise wird ein Archiv hinsichtlich der Gewebebereiche erstellt, die der Arzt hinsichtlich Luminanzen analysiert, und welche Bereiche als atypisch oder kanzerös erfasst wurden. Solche Daten können dann während zusätzlicher Untersuchungen wieder abgerufen werden, wodurch der Arzt zu den gleichen Bereichen geleitet wird, so dass ein Behandlungsmedikament auf das richtige Gewebe angewandt werden kann. Das in 6 gezeigte System arbeitet auf ähnliche Weise.
  • In einer alternativen Ausführungsform umfasst das System 10 einen Richtungszeiger. Beispielsweise umfasst die in 1 gezeigte Berechnungsvorrichtung 110 einen Richtungszeiger 212. Der Richtungszeiger leitet die den Endoskop bedienende Person dazu an, wie sie das steuerbare Endoskop 30 handhaben muss, um das distale Ende oder die Spitze 32 des Endoskops 30 zu einem bestimmten Gewebebereich hinzuführen. Dieser Bereich kann ein Bereich sein, der vorher von dem Arzt als lumineszierend bemerkt wurde, wodurch atypische oder kanzeröse Zellen identifiziert werden. Das in 6 gezeigte System kann auf ähnliche Weise arbeiten.
  • Alternativ kann der Gewebebereich vorher als Bereich, der schon behandelt worden war, bemerkt worden sein (beispielsweise bei einer hochkonzentrierten Lösung der PDT-Arznei), und der Richtungsanzeiger 212 unterstützt den Arzt bei der Rückkehr zu demselben Bereich für eine weitere Behandlung, um zu bestätigen bzw. festzustellen, dass die Behandlung erfolgreich war.
  • Daher zeichnet eine Datensammelvorrichtung, wie z.B. die Berechnungsvorrichtung die Stelle des Gewebes auf, die während einer anfänglichen Untersuchung fluoreszierte. Ferner liefert eine Aufzeichnung dem untersuchenden Arzt eine Dokumentation hinsichtlich der Position im Trakt. Eine Aufzeichnung überprüft auch, dass der Arzt alle über den Wirkstoff identifizierten, suspekten Bereiche untersucht.
  • In einer alternativen Ausführungsform enthält das Endoskop 30 einen Positions-Lokalisierer oder einen Positionsmechanismus 34 (1). Der Positionsmechanismus sorgt für eine Bestimmung der absoluten und/oder relativen XYZ-Positionskoordinaten des Endoskops 30. Diese Information kann dann von der Datensammelvorrichtung für eine medizinische Aufzeichnungsdokumentation, für eine Lokalisierung während des Abtastvorgangs und der Diagnostik und für eine Neu-Positionierung des Endoskops 30 sowie des Medikamenten-Fördersystems zur Patiententherapie verwendet werden.
  • Der Positionsmechanismus 34 kann beispielsweise ein Positionsermittler mit einem Radiofrequenzsender sein. Der Sender kann sich am distalen Ende 32 des Endoskops befinden. Das distale Ende oder die Endoskopspitze 32 kann austauschbar sein.
  • Die elektrische Energie für das System kann über die Optikfasern des Endoskops gebündelt werden. Vorzugsweise ist der Positionsmechanismus ein räumlicher XYZ-Koordinaten-Sensor. Der Positionsmechanismus ermöglicht es dem Endoskop 30 und dem zugehörigen Sensor, die absolute und/relative Position des distalen Endes des Endoskops innerhalb des Kanals zu bestimmen. Durch Aufzeichnen der Position der Endoskopspitze, während die Spitze sich in Nähe bestimmter Bereiche innerhalb des Kanals befindet (wie z.B. Bereiche, die Lumineszenz aufweisen oder Bereiche, die einer Behandlung unterzogen werden), können die Koordinaten vom Arzt später wieder abgerufen werden. Dies ermöglicht es dem Arzt, die Endoskopspitze bei einer späteren, weitergehenden Analyse und Behandlung zurückzuführen.
  • Der Positionsmechanismus 34 bietet eine Anzahl von Vorteilen. Beispielsweise liefert er einen Referenzpunkt zum Zurückkehren innerhalb des gynäkologischen Trakts für einer Erweiterung der Suche und eine nochmalige Anwendung eines Medikaments. Dies gestattet es dem untersuchenden Arzt, zu einem Anwendungsbereich zurückzukehren, um zu bestimmen, ob die suspekten Zellen immer noch atypisch sind.
  • Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform enthält das Endoskop eine Probenahmevorrichtung. Wie vorher mit Bezug auf 2 erläutert wurde, kann die Probenahmevorrichtung mehrere Gewebeproben enthalten, die aus suspekten oder nicht-suspekten Bereichen entnommen wurden. Diese Proben können beispielsweise über einen Katheter eines Endoskops, wie z.B. den in 5 gezeigten Katheter 530, extrahiert werden.
  • Vorzugsweise bringt die Probenahmevorrichtung das Gewebe in einen Probebehälter mit mehreren Fächern, Abteilungen, Sektionen oder dergleichen ein. Die Fächer erleichtern die Isolierung verschiedener Gewebeproben. Daher können eine Anzahl unterschiedlicher Proben aus derselben oder aus unterschiedlichen Patientinnen entnommen werden, ohne die Proben zu verwechseln.
  • Der Behälter weist auch ein Protokoll zur Identifizierung, von wem die Probe entnommen wurde, auf. Das Protokoll könnte auch die exakte Stelle identifizieren, von der aus die Probe in der Patientin entnommen wurde. Diese verschiedenen Proben können dann individuell analysiert werden.
  • Somit ermöglicht das vorliegende System einem Arzt:
    • (1) das Gewebe abzubilden,
    • (2) Fluoreszenz zu induzieren,
    • (3) Bilddaten an ein analytisches Instrument zu liefern, wie z.B. ein Computersystem, und
    • (4) ortsspezifische Gewebeproben auf genaue, wiederholbare und wirksame Weise zu sammeln.
  • Das System zur Diagnose und Behandlung erhöht den Umfang eines invasiven Eingriffs nicht erheblich. Außerdem reduziert das System die Zeit für die Untersuchung und die Entnahme von Gewebeproben im Vergleich zu herkömmlichen PAP-Tests.
  • Da die Spitze 32 des Endoskops sterilisiert oder ersetzt werden kann, kann die Spitze 32 auch zum Einsatz in einer Arztpraxis angepasst werden. Das System unterstützt die Untersuchung der gesamten Zervix und Vagina und ist für die überwiegende Mehrheit von Patientinnen einsetzbar, die sich PAP-Tests unterziehen. Das System ist relativ kostengünstig und einfach von einer einzelnen Bedienungsperson anzuwenden. Die Bedienungsperson kann visuell feststellen, dass alle atypischen oder kanzerösen Bereiche registriert oder abgetastet wurden. Die verwendete Vorrichtung kann in Massenproduktion hergestellt werden und ist mit den meisten der relevanten Wirkstoffe kompatibel.
  • Ferner ermöglicht die Überwachungs- und Aufzeichnungsvorrichtung den Anwendern atypische oder kanzeröse Gewebe aus dem menschlichen gynäkologischen Trakt abzubilden, zu erfassen, zu lokalisieren, quantitativ zu kennzeichnen und zu visualisieren. Ferner liefert das System eine Dokumentation und Aufzeichnung der von dem Anwender untersuchten Bereiche, wenn er eine Diagnose der Patientin abgibt. Das System liefert auch Aufzeichnungen und Dokumentationen zu dem bei der Behandlung der Patientin, beispielsweise mit einem PDT-Medikament, durchgeführten Aktionen.
  • Die Erfindung ist zwar im Zusammenhang mit den derzeit bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden, Fachleuten ist es jedoch ersichtlich, dass Variationen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Dieser wahre Schutzumfang wird in einer Interpretation hinsichtlich der vorstehenden Ausführungen durch die beigefügten Ansprüchen definiert.

Claims (13)

  1. Vorrichtung zum Abbilden von Gewebe mittels Autofluoreszenz, mit: einem Endoskop (30) mit einem distalen (32) und einem proximalen (31) Ende, einer Lichtquelle (40; 50), einer Lichtbehandlungseinheit (33), die sich am proximalen Ende des Endoskops befindet, wobei die Lichtbehandlungseinheit Licht in einem Spektralbereich von der Lichtquelle (40; 50) aufnimmt und das Licht durch das Endoskop (30) auf das am distalen Ende des Endoskops befindliche Gewebe richtet, wobei das Licht in dem Gewebe Autofluoreszenz anregt, einer am distalen Ende des Endoskops befindlichen optischen Einrichtung (35), welche die angeregte Autofluoreszenz in einer räumlich aufgelösten Weise sammelt und sie der Lichtbehandlungseinheit (33) weiterleitet, welche das emittierte Licht von dem reflektierten Licht trennt, und einem Bilddetektor (45), der das von der Lichtbehandlungseinheit weitergeleitete emittierte Licht empfängt, wobei ein Bild entsprechend mehreren unabhängigen Messungen erzeugt wird, wobei das Endoskop (30) eine Spitze aufweist, die Spitze eine Position festlegt, die Spitze einen Lichtauslass für von der Lichtquelle (40; 50) geliefertes Licht sowie eine Positionslokalisiereinrichtung (34) zum Liefern von Positionssignalen hinsichtlich der Position der Spitze aufweist, wobei die optische Einrichtung (35) Fluoreszenzsignale bezüglich der Fluoreszenz des Gewebes nahe der Spitze liefert, und die Vorrichtung ferner eine Datensammelvorrichtung (110) zum Empfangen der Positionssignale und Fluoreszenzsignale und zum Liefern von Information hinsichtlich der Position der Spitze und der Fluoreszenz des Gewebes umfasst.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit mehreren Bilddetektoren, die jeweils das emittierte, von der Lichtbehandlungseinheit (33) weitergeleitete Licht empfangen, wobei jeder Bilddetektor auf Licht in einem unterschiedlichen Spektralband anspricht.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Endoskop (30) eine Abtastvorrichtung (220) aufweist, die Abtastvorrichtung mehrere Gewebeproben nehmen kann und die Vorrichtung ferner mehrere Fangeinheiten (260) in Verbindung mit der Abtastvorrichtung umfasst, so dass jede Gewebeprobe in einer separaten Fangeinheit gelagert wird.
  4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei im Einsatz die Vorrichtung Gewebe abbildet, auf das ein photodynamischer Wirkstoff appliziert wurde, und der photodynamische Wirkstoff von dem Gewebe absorbiert wurde, bevor die angeregte Autofluoreszenz gesammelt wird.
  5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Endoskop (30) steuerbar ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Datensammelvorrichtung (110) ferner Information hinsichtlich der Position der Spitze in Bezug auf eine aufgezeichnete Position liefert, wobei die Spitze zu der Aufzeichnungsposition zurückgeführt werden kann.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Endoskop (30) ferner einen Anlegemechanismus zum Anlegen einer Sonde an bzw. auf das Gewebe umfasst.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Abtastvorrichtung (220) ferner so angeordnet ist, dass sie eine hohe Konzentration eines photodynamischen Medikaments auf das Gewebe aufbringt.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Gewebe menschliches Gewebe des gynäkologischen Trakts ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der photodynamische Wirkstoff ein fluoreszenter oder fluorogener exogener Wirkstoff ist, der aus einem photodynamischen Therapiewirkstoff oder einem fluoreszenten immunochemischen Wirkstoff ausgewählt ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der photodynamische Wirkstoff topisch auf das Gewebe appliziert wird bzw. einwirkt.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der photodynamische Wirkstoff systemisch appliziert wird bzw. einwirkt.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der photodynamische Wirkstoff Fluoreszenz und Autofluoreszenz emittiert, wenn er durch das Licht angeregt wird.
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