DE69830799T2

DE69830799T2 - Endofluorezenz abbildungsmodul für ein endoskop

Info

Publication number: DE69830799T2
Application number: DE69830799T
Authority: DE
Inventors: J. Robert CROWLEY
Original assignee: Boston Scientific Ltd Barbados
Current assignee: Boston Scientific Ltd Barbados
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1998-09-25
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2018-09-26
Also published as: WO1999016344A1; US6364831B1; EP1018931B1; JP4781528B2; AU9507098A; EP1018931A1; JP2001517518A; US5984861A; AU746214B2; DE69830799D1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein einen Apparat und ein Verfahren zur Durchführung von diagnostischen Verfahren in einem Körper. Im Besonderen betrifft die Erfindung ein diagnostisches Modul, das an das distale Ende einer Eingriffsvorrichtung anfügbar ist, um Endofluoreszenz-Imaging von Gewebe in einem Körper durchzuführen.
Hintergrund der Erfindung
Die Fluoreszenz-verstärkte endoskopische Untersuchung von Gewebe umfasst typischerweise ein Endoskop, das eine Lichtquelle (z. B. einen Laser) und Bildsensoren aufweist, die Filter enthalten, die spezifische Wellenlängen, die mit Displasie oder Krebsgewebe in Zusammenhang stehen, passieren lassen. Zunächst erhält der Bediener ein Weißlichtbild, um einen allgemeinen zu untersuchenden Gewebebereich lokalisieren zu können. Als Nächstes betätigt der Bediener eine zweite Lichtquelle, um das Gewebe mit Licht geeigneter Wellenlänge(n) anzustrahlen, so dass eine gewünschte Fluoreszenz-Emission des Gewebes ausgelöst wird. Diese Endoskope sind notwendigerweise aufwändiger und kostspieliger als herkömmliche Endoskope, da sie zusätzliche Lichtquellen, externe Steuerungselektronik und Anzeigegeräte, und Lichtleitungen erfordern, die Wellenlängen im Ultraviolett-(UV-)Bereich, die oft wichtig für Zwecke der Fluoreszenz-Spektroskopie von Gewebe sind, übertragen. Ferner sind diese Endoskope von Natur aus kostspielig und müssen nach jedem Gebrauch vorsichtig wiederaufbereitet und gereinigt werden. Die Wiederaufbereitung stellt eine Belastung für Krankenhäuser dar, mehrere Endoskope zu unterhalten, so dass zu einer gegebenen Zeit wenigstens eines der Endoskope der verschiedenen Bauarten, Längen und Typen zur Verfügung stehen kann.
Die WO-A-9822805, die ein Dokument ist, das nur nach Art. 54(3) EPÜ gültig ist, offenbart:
Ein miniaturisiertes Spektrometer wird zur Platzierung in einem Körper nahe des zu charakterisierenden Gewebes hergerichtet. Das Spektrometer umfasst eine Lichtquelle (3) und eine Vielzahl an Lichtdetektoren (61). Die Lichtquelle generiert Licht, um das Gewebe anzustrahlen. Die Detektoren detektieren optische Signale von dem angestrahlten Gewebe und wandeln diese optischen Signale in elektrische Signale um. Das miniaturisierte Spektrometer kann am distalen Ende einer Eingriffsvorrichtung (4) angeordnet sein. Optische Leitungen, wie Lichtleitfaserkabeln oder Stränge, die die Länge der Eingriffsvorrichtung erweitern, werden nicht benötigt, wenn das miniaturisierte Spektrometer eingesetzt wird.
Ein weiteres Spektrophotometer ist in EP-A-0777119 gezeigt, allerdings lässt sich dieses nicht in einen Körper einführen und zeigt auch keinen Lichtmodulator.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist daher ein grundlegendes Ziel der Erfindung, ein Mittel zur Abwandlung eines herkömmlichen Endoskops vorzusehen, so dass es zur Durchführung von Gewebe-Spektroskopie eingesetzt werden kann. Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung ein reversibles Mittel zur Abwandlung des Endoskops vorzusehen, so dass dessen normaler Aufbau auf einfache Weise wiederhergestellt werden kann, ohne dass es dabei zu Beschädigungen kommt oder Justierungen notwendig sind. Es ist noch ein weiteres Ziel dieser Erfindung, einen Aufsatz vorzusehen, der unmittelbar vor der Benutzung eines solchen Endoskops angebracht werden kann, so dass der Benutzer die endoskopische Ausrüstung nicht unnötigerweise vorbereiten, aufbrauchen oder kontaminieren muss. Es ist noch ein weiteres Ziel dieser Erfindung, einen preiswerten Aufsatz vorzusehen, der für eine große Auswahl an Endoskopen verwendet werden kann, und der Input und Output von Licht von/zu dem Endoskop umwandeln kann, so dass Fluoreszenz-Bilder einfach, schnell und kostengünstig hergestellt werden können.
Ein Endofluoreszenz-Abbildungsmodul wurde entwickelt, das mit einer Vielzahl an Eingriffsvorrichtungen verwendet werden kann, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Endoskope und Zytoskope. Das Modul umfasst ein Gehäuse, das an das distale Ende der Eingriffsvorrichtung angebracht werden kann. Eine oder mehrere Lichtquellen sind in dem Gehäuse angebracht, um das Gewebe in dem Körper anstrahlen zu können.
Eine Steuerungseinheit ist am proximalen Ende der Eingriffsvorrichtung befestigt. Ein Lichtmodulator ist in dem Gehäuse untergebracht, um das Licht, das von wenigstens einer der Lichtquellen emittiert wird, umzuwandeln.
In einer Ausführungsform umfasst das Gehäuse einen optisch durchsichtigen Bereich, um das Licht, das von der Lichtquelle abstammt und vom Gewebe empfangen wird, durchzulassen. Lichtquellen können lichtemittierende Dioden, Laser, gepulste Lichtquellen, Quellen ultravioletter Energie oder ein Blitzlicht umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt.
Der Lichtmodulator kann einen Filter umfassen, der dem optischen Kanal der Eingriffsvorrichtung eine Bandbreite an Wellenlängen zur Verfügung stellt. Der Filter kann ein akusto-optisch steuerbarer Filter, ein Interferenzfilter, ein Gitter, ein Prisma, ein holographischer Filter oder eine andere Komponente sein, die einen spektralen Durchlassbereich bereitstellt. Der Lichtmodulator umfasst außerdem einen Verschluss, der eine Flüssigkristallvorrichtung sein kann. In einer weiteren Ausführungsform kann das Lichtsignal durch ein Signal, das mit dem Betrieb des Blitzlichtes korrespondiert, geregelt werden. In einer weiteren Ausführungsform sieht die Steuerungseinheit elektrische Energie und Steuerungssignale zum Betreiben der Lichtquelle und des Detektors in dem Modul vor.
Der Apparat der Erfindung kann in einem Verfahren zur Durchführung von Endofluoreszenz-Imaging von Gewebe in einem Körper eingesetzt werden. Das Verfahren umfasst das Befestigen eines Gehäuses, das wenigstens eine Lichtquelle und einen Lichtmodulator aufweist, am distalen Ende eines Endoskops. Das Verfahren umfasst weiterhin das Beleuchten des Gewebes mit wenigstens einer der Lichtquellen. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Übertragung von Impulsen optischer Energie. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren die Steuerung der Exposition des optischen Kanals des Endoskops. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren die spektrale Filterung der optischen Energie von dem Gewebe. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner die folgenden Schritte: Bereitstellung einer Steuerungseinheit, die eine Stromversorgungseinheit und Steuerungselektronik aufweist; Anbringen der Steuerungseinheit an das proximale Ende eines Endoskops; und Bereitstellung von elektrischer Energie und Steuerungssignalen für die Lichtquelle und den Detektor.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Seitenansicht eines Endofluoreszenz-Abbildungsmoduls, das an der distalen Spitze eines Endoskops angebracht ist.
2 zeigt eine Rückansicht eines Endofluoreszenz-Abbildungsmoduls.
3 zeigt eine Seitenansicht einer Steuerungseinheit für ein typisches Endofluoreszenz-Abbildungsmodul, das am proximalen Griffstück eines Endoskops angebracht werden kann.
4 zeigt eine detaillierte Schnittansicht eines Endofluoreszenz-Abbildungsmoduls, die eine Lichtquelle, eine Filteranordnung, einen Lichtmodulator und eine Steuerleitung darstellt, die in einem flexibel anpassungsfähigen Gehäuse angebracht sind.
5 zeigt eine detaillierte Ansicht einer Lichtmodulator-Anordnung und einer Filteranordnung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 zeigt eine Seitenansicht eines Endofluoreszenz-Abbildungsmoduls 3, das durch Gleitpassung an der distalen Spitze eines Endoskops 5 angebracht ist. Die Steuerleitungen 7, die elektrische Energie und Steuersignale führen, erstrecken sich vom Endofluoreszenz-Abbildungsmodul 3 zurück durch den Arbeitskanal 6 des Endoskops 5. Die Steuerungslinien 7 erstrecken sich über den Auslass des Arbeitskanals 9 hinaus.
2 zeigt eine Rückansicht des Abbildungsmoduls 3, das an dem Endoskop 5 angebracht ist. Eine Instrumentenhalterung 11 ragt in das Zentrum des Moduls 3 hinein. Die Halterung 11 ist so positioniert, dass sie nicht störend auf den optischen Kanal 13 oder den Arbeitskanal 6 des Endoskops 5 einwirkt. Das Abbildungsmodul 3 umfasst auch eine Lichtmodulator-Anordnung 17, die über dem optischen Kanal 13 angeordnet ist. Der optische Kanal 13 kann ein Bündel aus optischen Fasern, ein Fernseh-Abtastelement (z. B. eine CCD-Anordnung), oder ein anderes Abbildungssystem sein. Solche Systeme können auch diejenigen umfassen, die Bildinformationen auf optischem Weg transportieren oder die auf elektrischen oder optischen Abtastsystemen basieren. Das detektierte Bild wird am proximalen Ende des Endoskops 5 oder an einer entfernten Stelle betrachtet.
3 zeigt eine Seitenansicht einer Steuerungseinheit 41 für ein Endofluoreszenz-Abbildungsmodul, das am proximalen Griffstück 20 des Endoskops 5 anbringbar ist. Ein Okular 25 ermöglicht die unmittelbare optische Betrachtung des Bildes oder wird als Aufsatz für eine Fernseh- oder Filmkamera verwendet. Ein Arbeitskanal-Auslass 9 bietet einen geeigneten Zugang zum Arbeitskanal 6, der sich bis zum distalen Ende des Endoskops 5 erstreckt. Die Steuerungslinien 7 gehen über den Arbeitskanal-Auslass 9 hinaus und enden in einer Buchse mit mehreren Anschlüssen 33. Die Buchse mit mehreren Anschlüssen 33 ist klein genug, um sich durch den Arbeitskanal 6 hindurch ohne Beeinträchtigung zu erstrecken, wodurch die elektrische Verbindung der Steuerungseinheit 41 mit dem distal angebrachten Endofluoreszenz-Abbildungsmodul 3 ermöglicht wird. Ein Kabel 44, das einen Stecker 43 aufweist, ragt aus der Steuerungseinheit 41 heraus und lässt sich mit der Buchse 33 am proximalen Ende der Steuerungsleitungen 7 verbinden. Ein Flansch 45 lässt sich mit einer Bajonettfassung 31 zum sicheren Anbringen der Steuerungseinheit 41 auf praktische Weise verbinden. Die Elektronik 49 der Steuerungseinheit, die elektische Energie und Signale reguliert, wird von einer Batterie 47 betrieben. Ein Schalter 51 an der Steuerungseinheit 41 setzt die Steuerungselektronik 49 in Betrieb.
Bezugnehmend auf 4 ist die detaillierte Schnittzeichnung eines Endofluoreszenz-Abbildungsmoduls 3 gezeigt. Die Steuerungsleitungen 7 enden in der Instrumentenhalterung 11, die das Transformator-Gehäuse 61 trägt. Zwei Leitungspaare 63a und 63b gehen von dem Transformator-Gehäuse 61 aus. Das erste Leitungspaar 63a ist in einer Nut 70 untergebracht und endet in einer zirkulären Xenon-Blitzröhre 65, die durch einen Aufnahmeflansch 67 in Position gehalten wird. Der Transformator (nicht gezeigt) im Transformatorgehäuse 61 stellt eine Funktion zur Hochregelung der Spannung zum Betreiben der Blitzröhre 65 bereit. Das zweite Leitungspaar 63b ist in einer zweiten Nut 71 untergebracht und endet an der Lichtmodulator-Anordnung 17. Die Lichtmodulator-Anordnung 17 umfasst einen Verschluss 68 und eine Filteranordnung 69.
Das Endofluoreszenz-Abbildungsmodul 3 weist einen steifen Abschnitt 73 am distalen Ende auf, das aus relativ steifem Material, wie Polystyrol, Polycarbonat oder Polysulfon hergestellt worden ist, und bunt oder durchsichtig ist. Ein Urethan-Klebstoff 75 befestigt den sich am distalen Ende befindlichen Abschnitt 73 an einem flexiblen Ring 77. Der flexible Ring 77 rutscht über das Ende des Endoskops 5 und sorgt für sichere Befestigung. Materialien für diesen Ring umfassen elastomere Materialien wie Silicon, Gummi, Latex oder Polyurethan. Andere Plastikarten oder Stoffe können verwendet werden, solange das Abbildungsmodul während des gesamten Endoskopie-Vorgangs sicher am Endoskop 5 angebracht ist.
5 zeigt eine detaillierte Lichtmodulator-Anordnung 17. Ein Flüssigkristall-Verschluss 81 und ein benachbarter akusto-optisch einstellbarer Filter (AOTF) 83 sind mit einem Klebstoff an einer Oberfläche des Endofluoreszenz-Abbildungsmoduls 3 befestigt. Ein Halterungsblock 99 aus Metall stellt eine Befestigungsoberfläche für die einzelnen Bestandteile des Verschlusses 81 und des AOTF 83 bereit. Die AOTF-Steuerungsleitungen 101 und Verschluss-Steuerungsleitungen 103 führen durch die Nut 71 (gezeigt in 3). Der Flüssigkristall-Verschluss 81 umfasst einen Flüssigkristall 85, der zwischen zwei Elektroden 87 angebracht ist. Die Elektroden können metallisierte Schichten auf Glas-Deckgläsern 89 sein. Bei Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen den Elektroden 87 wird Licht, das durch den Flüssigkristall 85 tritt, polarisiert. Ein Polarisationsfilter 91 ist auf Kreuzpolarisation mit dem Flüssigkristall 85 in dessen aktivem Zustand abgestimmt. Dadurch wird verhindert, dass optische Energie zum optischen Kanal 13 des Endoskops 5 durchtritt, wenn ein elektrisches Signal an die Elektroden 87 angelegt wird. Ein elektrisches Signal kann für die Dauer des von der Blitzröhre 65 ausgehenden optischen Pulses angelegt werden, um vorübergehend den optischen Kanal 13 zu schließen.
Ein elektrisches Signal, das an beide Seitenelektroden 93 des AOTF 83 angelegt wird, ändert den Brechungsindex des AOTF-Kristalls 95 und polarisiert die übertragene optische Energie. Schwächung oder Auswahl bestimmter Wellenlängen wird erreicht, wenn der AOTF-Kristall 95 in Verbindung mit Polarisationsfiltern 97 verwendet wird. Das Anlegen von Spannung an die Elektroden 93 steuert die ausgewählte Wellenlänge an, wodurch die Transmission spezifischer Farben ermöglicht wird, während andere Farben reflektiert werden.
Die Inbetriebnahme des Endofluoreszenz-Abbildungsmoduls 3 erfolgt nach dem Anbringen an die Eingriffsvorrichtung. Die Blitzröhre 65 wird in Verbindung mit der Betätigung des Verschlusses 81 gezündet, und wird außerdem mit dem Filter 83 abgestimmt, um für einen temporären oder repetitiven Fluoreszenz-Algorithmus zu sorgen. Der Verschluss 81 wird verwendet, um zeitweilig das Eindringen jeglichen Weiß- oder Farblichtes in den optischen Kanal 13 während des Zündens der Blitzröhre 65 zu verhindern.
Die Blitzröhre 65 kann einen eingebauten UV-Filter aufweisen, um jegliches Licht mit Wellenlängen außerhalb des UV-Bereichs abzuschwächen. Ein typischer UV-Wellenlängen-Bereich von Interesse kann den Bereich von 290 Nanometern bis 370 Nanometern umfassen. Rote Fluoreszenz, die auftreten kann, kann wirksam mit dem Endoskop 5 detektiert werden, indem der AOTF 83 auf eine mittlere Wellenlänge von etwa 600 Nanometern eingestellt wird, wodurch alle Signale bis auf das Fluoreszenz-Signal ausgeblendet werden. Blaue Fluoreszenz oder UV-Fluoreszenz, die auftreten können, können ebenfalls detektiert werden, wenn der AOTF 83 in Sequenz mit dem Beginn und der Dauer der von der Blitzröhre 65 emittierten optischen Energie eingestellt und abgestimmt wird.
Äquivalente
Während die Erfindung insbesondere mit Bezug auf spezifische bevorzugte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, sollte sie vom Fachmann so verstanden werden, dass verschiedene Änderungen in der Ausgestaltung und in Einzelheiten erfolgen können.

Claims

Ein diagnostischer Apparat zur Verwendung mit einer Eingriffsvorrichtung (5), welche in einen Körper einführbar ist, umfassend: eine an das proximale Ende der Eingriffsvorrichtung anfügbare Steuerungseinheit (41); ein an das distale Ende der Eingriffsvorrichtung (5) entfernbar anfügbares Gehäuse; mindestens eine in dem Gehäuse angeordnete Lichtquelle für die Beleuchtung von Gewebe innerhalb des Körpers; ein in dem Gehäuse angebrachter Lichtmodulator (17) für die Anpassung des von der Lichtquelle ausgesandten Lichts nach Sendens eines Steuerungssignals an den Lichtmodulator (17) durch die Steuerungseinheit (41).
Der diagnostische Apparat (3) nach Anspruch 1, worin das Gehäuse einen flexiblen Ring (77) zur Absicherung am distalen Ende der Eingriffsvorrichtung durch Aufpressen umfasst.
Der diagnostische Apparat (3) nach Anspruch 1, worin mindestens ein Teil des Gehäuses (73) ein optisch durchscheinendes Material oder ein farbiges Material umfasst.
Der diagnostische Apparat (3) nach Anspruch 1, worin mindestens eine der Lichtquellen eine lichtemittierende Diode, einen Laser, ein Blitzlicht, eine pulsierende Lichtquelle oder eine Quelle, die ultraviolette Energie emittiert, umfasst.
Der diagnostische Apparat (3) nach Anspruch 1, worin der Lichtmodulator (17) die optische Energie, welche von dem Gewebe emittiert wird, anpasst.
Der diagnostische Apparat (3) nach Anspruch 1, worin der Lichtmodulator (17) einen Filter (69) umfasst.
Der diagnostische Apparat (3) nach Anspruch 6, worin der Filter ein akusto-optisch steuerbarer Filter (83), ein Interferenzfilter, ein Gitter, ein Prisma, ein holographischer Filter oder ein doppelbrechender Filter ist.
Der diagnostische Apparat (3) nach Anspruch 6, weiterhin umfassend eine an das proximale Ende der Eingriffsvorrichtung (5) anfügbare Steuerungseinheit (41), wobei die Steuerungseinheit (41) elektrische Energie und Steuerungssignale für mindestens eine der Lichtquellen und den Filter (69) bereitstellt.
Der diagnostische Apparat (3) nach Anspruch 1, worin der Lichtmodulator (17) einen Verschluss (68) umfasst, und wobei der Verschluss (68) gegebenenfalls eine Flüssigkristallvorrichtung (81) ist.
Der diagnostische Apparat (3) nach Anspruch 1, worin die Steuerungseinheit (41) elektrische Energie und Steuerungssignale für mindestens eine der Lichtquellen bereitstellt.
Ein diagnostischer Apparat nach Anspruch 1, worin das (die) Eingriffsvorrichtungen) ein Endoskop (5) ist und der Lichtmodulator (17) einen Verschluss (68) zur Steuerung der Belichtung eines optischen Kanals (13) des Endoskops (5) durch optische Energie, welche durch mindestens eine Lichtquelle emittiert wird, umfasst, und wobei der Lichtmodulator (17) ebenso einen Filter (69) zur Begrenzung des Wellenlängenbereichs einer durch das Endoskop detektierten optischen Energie (5) umfasst, und ggf.: (a) mindestens eine der Lichtquellen ein Blitzlicht ist; (b) der Verschluss eine Flüssigkristallvorrichtung (81) ist; (c) der Filter (69) ein akusto-optisch einstellbarer Filter (83) ist; oder (d) der Lichtmodulator (17) auf ein Signal reagiert, welches durch die Anwendung mindestens einer der Lichtquellen ausgelöst wird, welche ein Blitzlicht ist.
Der diagnostische Apparat (3) nach Anspruch 1, worin der Lichtmodulator (17) weiterhin einen Transformator umfasst.
Der diagnostische Apparat (3) nach Anspruch 12, worin der Lichtmodulator (17) weiterhin umfasst: (a) Steuerleitungen (7), umfassend ein erstes Ende und ein zweites Ende, wobei das erste Ende in elektrischer Verbindung mit dem Transformator steht und das zweite Ende in elektrischer Verbindung mit der Steuerungseinheit (41) steht; (b) ein erstes Paar an Drähten (63a) umfassend ein erstes Ende und ein zweites Ende, worin das erste Ende in elektrischer Verbindung mit dem Transformator steht und das zweite Ende in elektrischer Verbindung mit der Lichtquelle um (65) steht; oder (c) ein zweites Paar an Drähten (63b) umfassend ein erstes Ende und ein zweites Ende, worin das erste Ende in elektrischer Verbindung mit dem Transformator und das zweite Ende in elektrischer Verbindung mit dem Lichtmodulator (17) steht.