WO2013107483A1 - Medizinisches fluoreszenz-untersuchungssystem - Google Patents

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WO2013107483A1
WO2013107483A1 PCT/EP2012/005107 EP2012005107W WO2013107483A1 WO 2013107483 A1 WO2013107483 A1 WO 2013107483A1 EP 2012005107 W EP2012005107 W EP 2012005107W WO 2013107483 A1 WO2013107483 A1 WO 2013107483A1
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WO
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radiation
fluorescence
camera
light
auxiliary
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PCT/EP2012/005107
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Inventor
Axel Hagen
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Bundesrepublik Deutschland, vertreten durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, d.vertr.d. Präsidenten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0071—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by measuring fluorescence emission
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2560/00—Constructional details of operational features of apparatus; Accessories for medical measuring apparatus
    • A61B2560/04—Constructional details of apparatus
    • A61B2560/0406—Constructional details of apparatus specially shaped apparatus housings
    • A61B2560/0418—Pen-shaped housings

Definitions

  • the invention relates to a medical fluorescence examination system according to the preamble of claim 1.
  • Such fluorescence inspection systems are used, for example, in medicine and serve to detect tumor tissue enriched with fluorescent dye. Since such tissue is usually not present on the skin surface, there is a scattering of light on healthy tissue. This reduces the contrast as well as the spatial resolution and lowers the validity of the examination.
  • measuring heads are known, which are placed on the tissue to be examined in order to irradiate light into the tissue.
  • the invention has for its object to increase the validity of a study on fluorescence dye enriched objects.
  • CONFIRMATION COPY The invention solves the problem by a generic medical Flu ⁇ oreszenz examination system whose light source has an illumination handpiece with a displacer, in which the light exit is arranged, so that displaceable by means of the displacer tissue in an environment of the enriched with fluorescent dye object and thereby a distance from the object to the light exit can be reduced.
  • An advantage of the fluorescence examination system is that the light emission can be brought closer to the object labeled with the fluorescent dye. This results in less scattering effects until the light reaches the fluorescent dye enriched object. Likewise, the emitted fluorescent light is also subject to fewer scattering events. As a result, the illuminance in the object increases and a higher contrast and a better resolution are achieved.
  • the lighting handpiece which could also be referred to as a light pen, is designed as a handpiece, so that it is freely movable by an examining person.
  • the examiner can orient the illumination handpiece so that the fluorescent dye-enriched object is optimally illuminated. This also leads to a higher light density in the object and to more accurate examination results.
  • the light source is understood in particular to mean any device by means of which light can be emitted to the outside, in particular into human tissue.
  • the light source is configured to emit light suitable for exciting an indocyanine green-enriched object for fluorescence.
  • the light source is designed to emit light of a wavelength between 730 and 780 nanometers.
  • the region of the light source is from which the light from the light source passes into the environment or into tissue.
  • the lighting handpiece is understood in particular to mean an object that can be held with one hand like a pencil.
  • a diameter of the lighting handpiece is a maximum of 5 cm.
  • the displacer head has at least one convex and / or flat region, wherein the light exit is formed in the convex and / or flat region.
  • tissue can be displaced particularly effectively.
  • the displacer head could also be referred to as a contact pressure head or contact pressure piece.
  • the convex portion extends over a solid angle of at least 2 ⁇ .
  • the displacer head is pearl-shaped and has, for example, the shape of an ellipsoid, in particular a sphere. This makes it possible to emit the light of the light source in a wide angular range in tissue. It is particularly favorable when the light source is designed to emit a light beam having an opening angle of at most 45 °, the opening angle being that of the cone outside of which the radiation intensity has dropped to less than one tenth of the maximum radiation intensity.
  • the camera is formed in a camera handpiece. It is particularly advantageous if the camera handpiece is different from the lighting handpiece. It is advantageous if the camera handpiece has a convex head, in which a window is formed, can be incident through the light and reach the camera.
  • the displacer head has a diameter between 1 and 5 cm, in particular of 3 cm. This diameter is preferably the radius of a compensating ball, the displacer in Reference to the sum of the deviation squares optimally approximated.
  • a fluorescence examination system is preferred in which (i) the light source is an excitation radiation source for irradiating excitation radiation of an excitation wavelength onto the object to be measured and an auxiliary radiation source for irradiating an auxiliary radiation having an auxiliary radiation wavelength onto the object to be measured, wherein the auxiliary radiation wavelength is greater (ii) the camera is designed to spatially resolve a fluorescence radiation intensity of fluorescence radiation originating from the object from which excitation radiation was caused and having a fluorescence wavelength, (iii) the fluorescence distribution measurement device comprising a filter for suppressing scattered excitation radiation and for allowing fluorescence radiation and auxiliary radiation to pass, (iv) the camera is designed for spatially resolved measurement of an auxiliary radiation intensity of auxiliary radiation that is present in the object became true.
  • the light source is an excitation radiation source for irradiating excitation radiation of an excitation wavelength onto the object to be measured and an auxiliary radiation source for irradiating an auxiliary radiation having an auxiliary radiation wavelength onto the object to be
  • the fluorescence measuring device preferably comprises an evaluation unit which is set up for calculating a spatially resolved parameter, which is a measure of the concentration of fluorescent material, from the fluorescence intensity and the auxiliary radiation intensity.
  • This spatially resolved parameter is preferably displayed on a graphic display device and allows a conclusion as to whether tumorous tissue is present.
  • the excitation radiation source and the auxiliary radiation source are preferably designed for the periodically alternating irradiation of excitation radiation and auxiliary radiation onto the object to be measured, wherein the fluorescence examination system has a synchronizing device for synchronizing the camera on the one hand and the excitation radiation source and the auxiliary radiation source on the other hand, and wherein the Camera is set up for periodically alternating measuring the fluorescence radiation intensity and the Auxiliary radiation intensity synchronous to the radiation of excitation radiation and auxiliary radiation.
  • wavelengths are always understood to mean vacuum wavelengths.
  • the wavelength of radiation depends on the refractive index, so that the wavelength in the object is usually smaller, but for the sake of simplicity the vacuum wavelength is decisive.
  • the parameter which is a measure of the concentration of fluorescent material, is understood to mean any number or size that correlates so strongly with the concentration of fluorescent material or a location derivative that a reliable indication of the concentration is possible.
  • this spatially resolved parameter is the quotient of fluorescence radiation intensity and auxiliary radiation intensity or a variable or number derived therefrom.
  • the auxiliary radiation wavelength preferably corresponds to the fluorescence wavelength. This is understood in particular to mean that the auxiliary radiation wavelength lies within an interval of ⁇ 25 nanometers around the global maximum of the intensity of the fluorescence radiation.
  • the fluorescence radiation usually has a wavelength spectrum with a maximum and is not described on a single wavelength. It is thus possible, but not necessary, for the auxiliary radiation to have only one wavelength. It is also conceivable that the auxiliary radiation has a plurality of wavelengths or has wavelengths from a wavelength interval. In this case, the statement refers to the intensity weighted average.
  • auxiliary radiation corresponds to the fluorescent radiation, the more accurately the evaluation succeeds, since the scattering and absorption properties of the object with respect to the fluorescence radiation are then particularly similar to the scattering and absorption properties with respect to the auxiliary radiation. Is optimal therefore, when the spectrum of the auxiliary radiation corresponds to the spectrum of the fluorescence radiation. Since such auxiliary radiation is usually expensive to produce, it has proven to be advantageous to use such auxiliary radiation, which has only one wavelength, this wavelength should be close to the maximum of the spectrum of fluorescence radiation.
  • the irradiation of the excitation radiation and the irradiation of the auxiliary radiation take place alternately.
  • the spatially resolved measurement of the auxiliary radiation intensity and the spatially resolved measurement of the fluorescence intensity are carried out with one and the same detector, the measuring device being synchronized with a radiation source emitting the excitation radiation and the auxiliary radiation.
  • the auxiliary radiation intensity and the fluorescence radiation intensity are performed in the same measuring device, it is understood, in particular, that the conversion of the optical signal in the form of the intensities into an electrical signal is carried out with the same sensor element. This allows a simple measurement setup and saves an otherwise necessary alignment of sensor elements for the different intensities relative to each other.
  • the measuring device comprises a long-pass filter, which is selected so that the excitation radiation is filtered out.
  • the radiation is first filtered in such a way that the excitation radiation is suppressed, then the fluorescence radiation intensity and the auxiliary radiation intensity are measured displaced in a spatially resolved, time-displaced manner, synchronously with the change between excitation radiation and auxiliary radiation.
  • the object to be measured is part of a human or animal body to which a fluorescent dye has been added.
  • a fluorescent dye indocyanine green has been found.
  • a fluorescence examination system comprises an evaluation unit which is set up for calculating a spatially resolved parameter from the fluorescence radiation intensity and the auxiliary radiation intensity, this parameter being a measure of the concentration of fluorescent material in the object.
  • the parameter is the ratio of fluorescence radiation intensity and auxiliary radiation intensity.
  • the fluorescence examination system is designed as a handheld device and the measuring device for measuring the fluorescence radiation intensity and the auxiliary radiation intensity is arranged with respect to the auxiliary radiation source and the excitation radiation source in the reflected beam position.
  • FIG. 1 A schematic drawing of a fluorescence examination system according to the invention, an illumination handpiece according to a preferred embodiment of a fluorescence examination system according to the invention, a lighting handpiece in a sectional view, a camera of a fluorescence examination system in a glass body view.
  • FIG. 1 shows a fluorescence examination system 10 according to the invention with a light source 16 which is designed to irradiate the object 14 enriched with fluorescent dye 12 with a light cone 18. In a region 19, a concentration of fluorescent dye 12 is increased, for example if a tumor occurs in area 19 is present.
  • the light source 16 also has a light exit 20, in the present case in the form of a window.
  • the fluorescence examination system 10 has a camera 22, by means of which fluorescent light 24 coming from the object 14 can be recorded.
  • the light source 16 has an illumination handpiece 26 with a displacer head 28.
  • the displacer head 28 has a convex and / or flat region 30 in which the light exit 20 is arranged.
  • the light source 16 comprises an alternator 32 and an optical fiber 34 and is designed to irradiate excitation radiation 36 with a
  • the light source 16 also includes a second light-emitting element 40, which shares the alternating device 32 and the optical fiber 34 with the first light-emitting element 38.
  • the second luminous element 40 is arranged to output auxiliary radiation 41 at a wavelength.
  • the camera 22 is a CCD camera arranged so that the object
  • the camera 22 is designed as a camera handpiece, that is, it can be held with one hand.
  • the camera 22 comprises a detector, in the present case in the form of a CCD chip 66, a lens system 42 and a long-pass filter 44.
  • the long-pass filter 44 has an absorption edge between the excitation wavelength 4 and the fluorescence wavelength ⁇ .
  • the camera 22 is connected to an evaluation unit 46, which calculates from the measurement data of the camera 22 a concentration parameter P which indicates the concentration of fluorescent dye 12 in the object 14.
  • the camera 22 is designed for the spatially resolved measurement of a fluorescence intensity I 2 of the fluorescent light 24, which can also be referred to as fluorescence radiation, and of an auxiliary radiation intensity I 41 of the auxiliary radiation 41.
  • a fluorescence intensity I 2 of the fluorescent light 24 which can also be referred to as fluorescence radiation
  • an auxiliary radiation intensity I 41 of the auxiliary radiation 41 of the auxiliary radiation 41.
  • the camera 22 is connected via a connection 48, in the present case by means of an electric cable 70, to the alternator 32, which may also be referred to as a chopper.
  • the light source 16 alternately emits light with the wavelengths ⁇ and ⁇ .
  • the object 14 is thus irradiated alternately with excitation radiation 36 and auxiliary radiation 41.
  • connection 48 Via the connection 48, a synchronization signal is sent to the camera 22, so that the intensity can be clearly identified as fluorescence radiation intensity I 2 or as auxiliary radiation intensity Ui.
  • the connection 48 and a control device, not shown in FIG. 1, of the alternating device 32, which generates the trigger signal, are part of a synchronizing device.
  • Figure 1 shows that the lighting handpiece 26 can be grasped by hand and moved in space.
  • the potentially heavy radiation sources 38 and 40 may remain stationary and be connected to the handpiece 26 via the optical fiber 34 and the connection 48. It is then easy to direct the handpiece 26, for example, to parts of the human body and displace tissue 54 by applying pressure. Thus, a distance d between the light exit 20 and the area 19 decreases.
  • FIG. 2 shows the illumination handpiece 26 in a preferred embodiment of a fluorescence examination system 10 according to the invention. It can be seen that the convex and / or flat region 30 comprises a flat section 50 and a curved section 52.
  • the displacer head 28 is designed such that tissue 54, in particular human or animal tissue 54, can be displaced with it.
  • FIG. 2 additionally shows an imaginary compensation ball 56 through the displacer Kopf 28 to recognize that the convex portion 30 extends over a solid angle ⁇ of about 2 ⁇ .
  • FIG. 3 shows the illumination handpiece 26 according to FIG. 2 in a cross section. It can be seen that the light source 16 is formed by a light-emitting diode. The light source 16 may also include an optional filter 58. The LED is connected via a power cable 60 to a power supply. A handle 62 can also be seen.
  • FIG. 4 shows a camera 22 according to a preferred embodiment of a fluorescence examination system 10 designed as a camera handpiece. Evident is an optical system 64, which images the fluorescent light 24 and scattered excitation and auxiliary radiation light onto a CCD chip 66. The CCD chip 66 is read out by an evaluation unit 68 and the image data is transmitted by means of a cable 70.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein medizinisches Fluoreszenz-Untersuchungssystem (10) mit einer Lichtquelle (16), die ausgebildet ist zum Bestrahlen eines mit Fluoreszenzfarbstoff (12) angereicherten Objekts (14) und die einen Lichtaustritt (20) aufweist, und einer Kamera (22) zum Aufnehmen von Fluoreszenzlicht (24) von dem Objekt (14). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Lichtquelle (16) ein Beleuchtungs-Handstück (26) mit einem Verdrängerkopf (28) aufweist und der Lichtaustritt (20) in dem Verdrängerkopf (28) so ausgebildet ist, dass mittels des Verdrängerkopfs (28) Gewebe (54) in einer Umgebung des mit Fluoreszenzfarbstoff (12) angereicherten Objekts (14) verdrängbar und dadurch ein Abstand (d) zwischen Lichtaustritt (20) und einem Bereich (19) erhöhter Konzentration an Fluoreszenzfarbstoff (12) verringerbar ist.

Description

Medizinisches Fluoreszenz-Untersuchungssystem
Die Erfindung betrifft ein medizinisches Fluoreszenz-Untersuchungssystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus der DE 10 2008 62 650 A1 ist ein medizinisches Fluoreszenz- Untersuchungssystem bekannt, das mit einer Lichtquelle arbeitet, um das mit Fluoreszenzfarbstoff angereicherte Gewebe zu bestrahlen. Im Dokument ist auch beschrieben, dass eine oder mehrere Kameras eingesetzt werden, um das Fluo- reszenzlicht aufzunehmen.
Derartige Fluoreszenz-Untersuchungssysteme werden beispielsweise in der Medizin eingesetzt und dienen dazu, mit Fluoreszenzfarbstoff angereichertes Tumorgewebe zu detektieren. Da derartiges Gewebe in aller Regel nicht an der Hautoberfläche vorliegt, kommt es zu Streuung des Lichts an gesundem Gewebe. Das vermindert den Kontrast sowie die räumliche Auflösung und senkt die Aussagekraft der Untersuchung.
Aus den Dokumenten in DE-10 2005 036 147 B4 und DE 299 24 810 U1 sind Messköpfe bekannt, die auf das zu untersuchende Gewebe aufgesetzt werden, um Licht in das Gewebe einzustrahlen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Aussagekraft einer Untersuchung auf mit Fluoreszenzfarbstoff angereicherte Objekte zu erhöhen.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Die Erfindung löst das Problem durch ein gattungsgemäßes medizinisches Flu¬ oreszenz-Untersuchungssystem, dessen Lichtquelle ein Beleuchtungs-Handstück mit einem Verdrängerkopf aufweist, in dem der Lichtaustritt angeordnet ist, so dass mittels des Verdrängerkopfs Gewebe in einer Umgebung des mit Fluoreszenzfarbstoff angereicherten Objekts verdrängbar und dadurch ein Ab¬ stand des Objekts zu dem Lichtaustritt verringerbar ist.
Vorteilhaft an dem Fluoreszenz-Untersuchungssystem ist, dass der Lichtaustritt dichter an das mit Fluoreszenzfarbstoff markierte Objekt heran bringbar ist. Dadurch kommt es zu weniger Streueffekten, bis das Licht das mit Fluoreszenzfarbstoff angereicherte Objekt erreicht hat. Gleichsam unterliegt das abgegebene Fluoreszenzlicht ebenfalls weniger Streuereignissen. Dadurch steigt die Beleuchtungsstärke im Objekt und es wird ein höherer Kontrast und eine bes- sere Auflösung erreicht.
Vorteilhaft ist zudem, dass das Beleuchtungs-Handstück, das auch als Lichtstift bezeichnet werden könnte, als Handstück ausgebildet ist, so dass es von einer untersuchenden Person frei bewegbar ist. Die untersuchende Person kann das Beleuchtungs-Handstück so ausrichten, dass das mit Fluoreszenzfarbstoff angereicherte Objekt optimal beleuchtet wird. Auch das führt zu einer höheren Lichtdichte im Objekt und zu genaueren Untersuchungsergebnissen.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter der Lichtquelle insbe- sondere jede Vorrichtung verstanden, mittels der Licht nach Außen abgebbar ist, insbesondere in menschliches Gewebe. Vorzugsweise ist die Lichtquelle ausgebildet zum Abgeben von Licht, das zum Anregen eines mit Indocyanin- grün angereicherten Objekts zur Fluoreszenz geeignet ist. Insbesondere ist die Lichtquelle ausgebildet zum Abgeben von Licht einer Wellenlänge zwischen 730 und 780 Nanometern.
Unter dem Lichtaustritt wird insbesondere diejenige Region der Lichtquelle ver- standen, aus der das Licht aus der Lichtquelle in die Umgebung oder in Gewebe übertritt.
Unter dem Beleuchtungs-Handstück wird insbesondere ein Objekt verstanden, das mit einer Hand wie ein Stift gehalten werden kann. Vorzugsweise beträgt ein Durchmesser des Beleuchtungs-Handstücks maximal 5 cm.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Verdrängerkopf zumindest einen konvexen und/oder flachen Bereich auf, wobei der Lichtaustritt in dem konvexen und/oder flachen Bereich ausgebildet ist. Dadurch kann Gewebe besonders effektiv verdrängt werden. Der Verdrängerkopf könnte auch als Anpresskopf oder Anpressstück bezeichnet werden.
Vorzugsweise erstreckt sich der konvexe Bereich über einen Raumwinkel von zumindest 2π. Günstig ist es, wenn der Verdrängerkopf perlenförmig ist und beispielsweise die Form eines Ellipsoiden, insbesondere einer Kugel, hat. Das ermöglicht es, das Licht der Lichtquelle in einem weiten Winkelbereich in Gewebe abzugeben. Besonders günstig ist es, wenn die Lichtquelle ausgebildet ist zum Abgeben eines Lichtstrahls, der einen Öffnungswinkel von höchstens 45° hat, wobei der Öffnungswinkel der desjenigen Kegels ist, außerhalb dessen die Strahlungsintensität auf weniger als ein Zehntel der Maximal-Strahlungsintensi- tät abgefallen ist.
Vorzugsweise ist die Kamera in einem Kamera-Handstück ausgebildet. Beson- ders günstig ist es, wenn das Kamera-Handstück von dem Beleuchtungs-Handstück verschieden ist. Günstig ist es, wenn das Kamera-Handstück einen konvexen Kopf besitzt, in dem ein Fenster ausgebildet ist, durch das Licht einfallen und zur Kamera gelangen kann. Vorzugsweise hat der Verdrängerkopf einen Durchmesser zwischen 1 und 5 cm, insbesondere von 3 cm. Bei diesem Durchmesser handelt es sich vorzugsweise um den Radius einer Ausgleichskugel, die den Verdrängerkopf in Bezug auf die Summe der Abweichungsquadrate optimal approximiert.
Bevorzugt ist ein Fluoreszenz-Untersuchungssystem, bei dem (i) die Lichtquelle eine Anregungsstrahlungsquelle zum Einstrahlen von Anregungsstrahlung einer Anregungswellenlänge auf das zu vermessende Objekt und eine Hilfsstrah- lungsquelle zum Einstrahlen einer Hilfsstrahlung mit einer Hilfsstrahlungswel- lenlänge auf das zu vermessende Objekt wobei die Hilfsstrahlungswellenlänge größer ist als die Anregungswellenlänge aufweist, (ii) die Kamera ausgebildet ist zum ortsaufgelösten Messen einer Fluoreszenzstrahlungs-Intensität von Fluoreszenzstrahlung die aus dem Objekt stammt, von der Anregungsstrahlung hervorgerufen wurde und eine Fluoreszenzwellenlänge hat, (iii) wobei das Fluo- reszenzverteilungs-Messgerät einen Filter zum Unterdrücken von gestreuter Anregungsstrahlung und zum Passierenlassen von Fluoreszenzstrahlung und Hilfsstrahlung aufweist, (iv) die Kamera ausgebildet ist zum ortsaufgelösten Messen einer Hilfsstrahlungs-Intensität von Hilfsstrahlung die im Objekt gestreut wurde. Ein derartiges Untersuchungssystem ist besonders einfach aufgebaut.
Vorzugsweise umfasst das Fluoreszenz-Messgerät eine Auswerteeinheit, die eingerichtet ist zum Berechnen eines ortsaufgelösten Parameters, der ein Maß für die Konzentration an fluoreszierendem Material ist, aus der Fluoreszenz- Intensität und der Hilfsstrahlungs-Intensität. Dieser ortsaufgelöste Parameter wird vorzugsweise auf einem grafischen Anzeigegerät dargestellt und erlaubt einen Rückschluss darauf, ob tumoröses Gewebe vorliegt.
Vorzugsweise sind die Anregungsstrahlungsquelle und die Hilfsstrahlungsquel- le ausgebildet zum periodisch alternierenden Einstrahlen von Anregungsstrahlung und Hilfsstrahlung auf das zu vermessende Objekt, wobei das Fluoreszenz-Untersuchungssystem eine Synchronisiervorrichtung zum Synchronisieren der Kamera einerseits und der Anregungsstrahlungsquelle und der Hilfsstrah- lungsquelle andererseits aufweist, und wobei die Kamera eingerichtet ist zum periodisch alternierenden Messen der Fluoreszenzstrahlungs-Intensität und der Hilfsstrahlungs-Intensität synchron zum Einstrahlen von Anregungsstrahlungen und Hilfsstrahlungen.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung werden unter den genannten Wel- lenlängen immer Vakuumwellenlängen verstanden. Selbstverständlich hängt die Wellenlänge von Strahlung vom Brechungsindex ab, so dass die Wellenlänge im Objekt in der Regel kleiner ist, maßgeblich ist aber der Einfachheit halber die Vakuumwellenlänge. Unter dem Parameter, der ein Maß für die Konzentration an fluoreszierendem Material ist, wird jede Zahl oder Größe verstanden, die mit der Konzentration an fluoreszierendem Material oder einer Ableitung nach dem Ort so stark korreliert, dass eine verlässliche Aussage über die Konzentration möglich ist. Beispielsweise handelt es sich bei diesem ortsaufgelösten Parameter um den Quotien- ten aus Fluoreszenzstrahlungs-Intensität und Hilfsstrahlungs-Intensität oder eine daraus abgeleitete Größe oder Zahl.
Vorzugsweise entspricht die Hilfsstrahlungswellenlänge der Fluoreszenzwellenlänge. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass die Hilfsstrahlungswellen- länge innerhalb eines Intervalls von ±25 Nanometern um das globale Maximum der Intensität der Fluoreszenzstrahlung liegt. Die Fluoreszenzstrahlung hat in der Regel ein Wellenlängenspektrum mit einem Maximum und ist nicht auf eine einzelne Wellenlänge beschrieben. Es ist also möglich, nicht aber notwendig, dass die Hilfsstrahlung lediglich eine Wellenlänge besitzt. Denkbar ist auch, dass die Hilfsstrahlung mehrere Wellenlängen aufweist oder Wellenlängen aus einem Wellenlängen-Intervall besitzt. In diesem Fall bezieht sich die Aussage auf den auf Intensitätsanteile gewichteten Mittelwert.
Je mehr die Hilfsstrahlung der Fluoreszenzstrahlung entspricht, desto genauer gelingt die Auswertung, da die Streu- und Absorptionseigenschaften des Objekts bezüglich der Fluoreszenzstrahlung dann besonders ähnlich sind zu den Streu- und Absorptionseigenschaften bezüglich der Hilfsstrahlung. Optimal ist es daher, wenn das Spektrum der Hilfsstrahlung dem Spektrum der Fluoreszenzstrahlung entspricht. Da eine derartige Hilfsstrahlung meist aufwändig herzustellen ist, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine solche Hilfsstrahlung zu verwenden, die lediglich eine Wellenlänge hat, wobei diese Wellenlänge dicht beim Maximum des Spektrums der Fluoreszenzstrahlung liegen sollte.
Vorzugsweise erfolgen das Einstrahlen der Anregungsstrahlung und das Einstrahlen der Hilfsstrahlung alternierend. Das hat den Vorteil, dass die Fluores- zenzstrahlungs-lntensität und die Hilfsstrahlungs-Intensität mit ein und demsel- ben Detektor gemessen werden können, der dazu lediglich mit dem Wechsel der Anregungsstrahlung zur Hilfsstrahlung synchronisiert werden muss. Es handelt sich dabei quasi um ein Zeitmultiplexen der beiden Strahlungen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden das ortsaufgelöste Messen der Hilfsstrahlungs-Intensität und das ortsaufgelöste Messen der Fluores- zenzstrahlungs-lntensität mit ein und demselben Detektor durchgeführt, wobei das Messgerät mit einer Strahlungsquelle, die die Anregungsstrahlung und die Hilfsstrahlung abgibt, synchronisiert wird. Unter dem Merkmal, dass die Hilfsstrahlungs-Intensität und die Fluoreszenzstrahlungs-Intensität in demselben Messgerät durchgeführt werden, wird insbesondere verstanden, dass die Umsetzung des optischen Signals in Form der Intensitäten in ein elektrisches Signal mit dem gleichen Sensorelement durchgeführt wird. Das ermöglicht einen einfachen Messaufbau und erspart ein ansonsten notwendiges Ausrichten von Sensorelementen für die unterschiedlichen Intensitäten relativ zueinander. In aller Regel umfasst das Messgerät einen Langpassfilter, der so gewählt ist, dass die Anregungsstrahlung herausgefiltert wird. In anderen Worten wird die Strahlung zunächst so gefiltert, dass die Anregungsstrahlung unterdrückt wird, danach werden die Fluoreszenzstrahlungs-Intensität und die Hilfsstrahlungs- Intensität zeitversetzt ortsaufgelöst gemessen, und zwar synchron zum Wech- sei beim Einstrahlen zwischen Anregungsstrahlung und Hilfsstrahlung.
Vorzugsweise ist das zu vermessende Objekt ein Teil eines menschlichen oder tierischen Körpers, dem ein Fluoreszenzfarbstoff zugeführt wurde. Als geeigneter Fluoreszenzfarbstoff hat sich Indocyaningrün herausgestellt.
Ein erfindungsgemäßes Fluoreszenz-Untersuchungssystem umfasst eine Aus- Werteeinheit, die eingerichtet ist zum Berechnen eines ortsaufgelösten Parameters aus der Fluoreszenzstrahlungs-Intensität und der Hilfsstrahlungs-Intensität, wobei dieser Parameter ein Maß für die Konzentration an fluoreszierendem Material im Objekt ist. Insbesondere handelt es sich bei dem Parameter um das Verhältnis aus Fluoreszenzstrahlungs-Intensität und Hilfsstrahlungs-Intensität. Vorzugsweise ist das Fluoreszenz-Untersuchungssystem als Handgerät ausgebildet und die Messvorrichtung zum Messen der Fluoreszenzstrahlungsintensität und der Hilfsstrahlungs-Intensität ist bezüglich der Hilfsstrahlungs- quelle und der Anregungsstrahlungsquelle in Rückstrahllage angeordnet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt eine Schemazeichnung eines erfindungsgemäßen Fluoreszenz- Untersuchungssystems, ein Beleuchtungs-Handstück gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fluoreszenz- Untersuchungssystems ein Beleuchtungs-Handstück in einer Schnittansicht, eine Kamera eines Fluoreszenz-Untersuchungssystems in einer Glaskörperansicht.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Fluoreszenz-Untersuchungssystem 10 mit einer Lichtquelle 16, die ausgebildet ist zum Bestrahlen des mit Fluoreszenzfarbstoff 12 angereichten Objekts 14 mit einem Lichtkegel 18. In einem Bereich 19 ist eine Konzentration an Fluoreszenzfarbstoff 12 erhöht, beispielweise wenn im Bereich 19 ein Tumor vorliegt. Die Lichtquelle 16 besitzt zudem einen Lichtaustritt 20, im vorliegenden Fall in Form eines Fensters. Das Fluoreszenz- Untersuchungssystem 10 besitzt eine Kamera 22, mittels der Fluoreszenzlicht 24, das vom Objekt 14 kommt, aufgezeichnet werden kann. Die Lichtquelle 16 besitzt ein Beleuchtungs-Handstück 26 mit einem Verdrängerkopf 28. Der Verdrängerkopf 28 weist einen konvexen und/oder flachen Bereich 30 auf, in dem der Lichtaustritt 20 angeordnet ist.
Die Lichtquelle 16 umfasst eine Alterniervorrichtung 32 und eine Lichtleitfaser 34 und ist ausgebildet zum Einstrahlen von Anregungsstrahlung 36 mit einer
Anregungswellenlänge 4 auf das zu vermessende Objekt 14. Die Alterniervor- richtung 32 wird von einem Leuchtelement 38 der Lichtquelle 16, beispielsweise einer LED, mit Anregungsstrahlung 36 der Anregungswellenlänge von beispielsweise ^ = 760 Nanometer versorgt. Die Lichtquelle 16 umfasst zudem ein zweites Leuchtelement 40, das mit dem ersten Leuchtelement 38 die Alterniervorrichtung 32 und die Lichtleitfaser 34 teilt. Das zweite Leuchtelement 40 ist eingerichtet zum Abgeben von Hilfsstrahlung 41 mit einer Wellenlänge ^ . Beispielsweise beträgt die Wellenlänge der Hilfsstrahlung ^ = 820 Nanometer.
Die Kamera 22 ist eine CCD-Kamera, die so angeordnet ist, dass vom Objekt
14 abgegebenes Fluoreszenzlicht 24 mit einer Fluoreszenzwellenlänge ^ und zurück gestreute Hilfsstrahlung 41 mit der Wellenlänge ^ ortsaufgelöst messbar sind. Die Kamera 22 ist als Kamera-Handstück ausgebildet, das heißt, dass sie mit einer Hand gehalten werden kann.
Die Kamera 22 umfasst einen Detektor, im vorliegenden Fall in Form eines CCD-Chips 66, ein Linsensystem 42 sowie einen Langpassfilter 44. Der Lang- passfilter 44 besitzt eine Absorptionskante zwischen der Anregungswellen- länge 4 und der Fluoreszenzwellenlänge ^ . Im vorliegenden Fall liegt die Absorptionskante ^ des Langpassfilters 44 beispielsweise bei λ = 800 Nanometer. Die Kamera 22 ist mit einer Auswerteeinheit 46 verbunden, die aus den Messdaten der Kamera 22 einen Konzentrations-Parameter P berechnet, der die Konzentration an Fluoreszenzfarbstoff 12 im Objekt 14 angibt.
Die Kamera 22 ist ausgebildet zum ortsaufgelösten Messen einer Fluores- zenzstrahlungs-lntensität I2 des Fluoreszenzlichts 24, das auch als Fluoreszenzstrahlung bezeichnet werden kann, sowie einer Hilfsstrahlungs-Intensität I41 der Hilfsstrahlung 41. Damit beide Intensitäten, I24, Ui> mit der gleichen Ka- mera 22 gemessen werden können, ist die Kamera 22 über eine Verbindung 48, im vorliegenden Fall mittels eines elektrischen Kabels 70, mit der Alterniervorrichtung 32 verbunden, die auch als Chopper bezeichnet werden kann. Im Betrieb gibt die Lichtquelle 16 alternierend Licht mit den Wellenlängen ^ und ^ ab. Das Objekt 14 wird so abwechselnd mit Anregungsstrahlung 36 und Hilfsstrahlung 41 bestrahlt.
Über die Verbindung 48 wird ein Synchronisierungssignal an die Kamera 22 gesendet, so dass die Intensität eindeutig als Fluoreszenzstrahlungs-Intensität I2 oder als Hilfsstrahlungs-Intensität Ui identifiziert werden kann. Die Verbindung 48 und eine in Figur 1 nicht eingezeichnete Steuervorrichtung der Alterniervorrichtung 32, die das Triggersignal generiert, sind Teil einer Synchronisiervorrichtung.
Figur 1 zeigt, dass das Beleuchtungs-Handstück 26 per Hand ergriffen und im Raum bewegt werden kann. Die möglicherweise schweren Strahlungsquellen 38 und 40 können ortsfest bleiben und über die Lichtleitfaser 34 und die Verbindung 48 mit dem Handstück 26 verbunden sein. Es ist dann einfach, das Handstück 26 beispielsweise auf Teile des menschlichen Körpers zu richten und Gewebe 54 durch Aufbringen von Druck zu verdrängen. So sinkt ein Abstand d zwischen dem Lichtaustritt 20 und dem Bereich 19.
Figur 2 zeigt das Beleuchtungs-Handstück 26 in einer bevorzugten Ausfüh- rungsform eines erfindungsgemäßen Fluoreszenz-Untersuchungssystems 10. Es zu erkennen, dass der konvexe und/oder flache Bereich 30 einen flachen Abschnitt 50 und einen gekrümmten Abschnitt 52 umfasst. Der Verdrängerkopf 28 ist so ausgebildet, dass mit ihm Gewebe 54, insbesondere menschliches oder tierisches Gewebe 54, verdrängbar ist.
Figur 2 zeigt zudem eine gedachte Ausgleichskugel 56 durch den Verdränger- köpf 28 um das zu erkennen, dass sich der konvexe Bereich 30 über einen Raumwinkel Ω von über 2π erstreckt.
Figur 3 zeigt das Beleuchtungs-Handstück 26 gemäß Figur 2 in einem Quer- schnitt. Es ist zu erkennen, dass die Lichtquelle 16 durch eine Leuchtdiode gebildet ist. Die Lichtquelle 16 kann zudem einen optionalen Filter 58 aufweisen. Die Leuchtdiode ist über ein Stromkabel 60 mit einer Stromversorgung verbunden. Zu erkennen ist zudem ein Griff 62. Figur 4 zeigt eine Kamera 22 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines Fluoreszenz-Untersuchungssystems 10 als Kamera-Handstück ausgebildet ist. Zu erkennen ist eine Optik 64, die das Fluoreszenzlicht 24 und gestreutes An- regungs- und Hilfsstrahlungslicht auf einen CCD-Chip 66 abbildet. Der CCD- Chip 66 wird von einer Auswerteeinheit 68 ausgelesen und die Bilddaten mittels eines Kabels 70 übermittelt.
Bezugszeichen
10 Fluoreszenz-Untersuchungssystem 50 flacher Abschnitt
12 Fluoreszenzfarbstoff 52 gekrümmter Abschnitt 14 Objekt 54 Gewebe
16 Lichtquelle 56 Ausgleichskugel
18 Lichtkegel 58 Filter
19 Bereich erhöhter Konzentration an Fluoreszenzfarbstoff 60 Stromkabel
62 Griff
20 Lichtaustritt 64 Optik
22 Kamera 66 CCD-Chip
24 Fluoreszenzlicht 68 Auswerteeinheit
26 Beleuchtungs-Handstück
28 Verdrängerkopf 70 Kabel
30 konvexer Bereich P Konzentrations-Parameter
32 Alterniervorrichtung l24 Fluoreszenzstrahlungs¬
34 Lichtleitfaser intensität
36 Anregungsstrahlung l4 Hilfsstrahlungs-Intensität
38 Leuchtelement
Anregungswellenlänge
Hilfsstrahlungswellenlänge 0 zweites Leuchtelement
1 Hilfsstrahlung Fluoreszenzwellenlänge 2 Linsensystem λκ Absorptionskante
4 Langpassfilter Q Raumwinkel
6 Auswerteeinheit
8 Verbindung

Claims

Patentansprüche:
1. Medizinisches Fluoreszenz-Untersuchungssystem (10) mit
(a) einer Lichtquelle (16), die
ausgebildet ist zum Bestrahlen eines mit Fluoreszenzfarbstoff (12) angereicherten Objekts (14) und die
einen Lichtaustritt (20) aufweist, und
(b) einer Kamera (22) zum Aufnehmen von Fluoreszenzlicht (24) von dem Objekt (14),
dadurch gekennzeichnet, dass
(c) die Lichtquelle (16) ein Beleuchtungs-Handstück (26) mit einem
Verdrängerkopf (28) aufweist und
(d) der Lichtaustritt (20) in dem Verdrängerkopf (28) so ausgebildet ist, dass mittels des Verdrängerkopfs (28) Gewebe (54) in einer Umgebung des mit Fluoreszenzfarbstoff ( 2) angereicherten Objekts (14) verdrängbar und dadurch ein Abstand (d) zwischen Lichtaustritt (20) und einem Bereich (19) erhöhter Konzentration an Fluoreszenzfarbstoff (12) verringerbar ist.
2. Medizinisches Fluoreszenz-Untersuchungssystem (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerkopf (28) einen konvexen und/oder flachen Bereich (30) aufweist, in dem der Lichtaustritt (20) ausgebildet ist.
3. Medizinisches Fluoreszenz-Untersuchungssystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der konvexe und/oder flache Bereich (30) über einen Raumwinkel (Ω) von zumindest 2π erstreckt.
4. Medizinisches Fluoreszenz-Untersuchungssystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (22) in einem Kamera-Handstück ausgebildet ist.
5. Medizinisches Fluoreszenz-Untersuchungssystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das
(i) die Lichtquelle (16)
eine Anregungsstrahlungsquelle zum Einstrahlen von Anregungsstrahlung (36) einer Anregungswellenlänge ( ^ ) auf das zu vermessende Objekt (14) und
eine Hilfsstrahlungsquelle zum Einstrahlen einer Hilfsstrahlung
(41 ) mit einer Hilfsstrahlungswellenlänge (^ ) auf das zu vermessende Objekt (14) aufweist, wobei die Hilfsstrahlungswellenlänge ( ^ ) größer ist als die Anregungswellenlänge (^ ),
(ii) die Kamera (22) ausgebildet ist zum ortsaufgelösten Messen einer Fluoreszenzstrahlungs-Intensität (l24) von Fluoreszenzstrahlung, die aus dem Objekt (14) stammt,
von der Anregungsstrahlung (36) hervorgerufen wurde und eine FluoreszenzweJJenJänge ( ^ ) hat,
(iii) wobei das Fluoreszenzverteilungs-Messgerät einen Filter (58) zum Unterdrücken von gestreuter Anregungsstrahlung (36) und zum Passierenlassen von Fluoreszenzstrahlung und Hilfsstrahlung (41 ) aufweist,
(iv) die Kamera (22) ausgebildet ist zum ortsaufgelösten Messen einer Hilfsstrahlungs-Intensität (l4 ) von Hilfsstrahlung (41), die im Objekt (14) gestreut wurde.
6. Fluoreszenz-Untersuchungssystem (10) nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinheit (46), die eingerichtet ist zum Berechnen eines ortsaufgelösten Parameters (P), der ein Maß für die Konzentration (c) an fluoreszierendem Material ist aus der Fluoreszenzstrahlungsintensität ( 4) und der Hilfsstrahlungs-Intensität (l4i).
7. Fluoreszenz-Untersuchungssystem (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass
die Anregungsstrahlungsquelle und die Hilfsstrahlungsquelle ausgebildet sind zum periodisch alternierenden Einstrahlen von Anregungsstrahlung (36) und Hilfsstrahlung (41) auf das zu vermessende Objekt (14),
das Fluoreszenz-Untersuchungssystem (10) eine Synchronisiervorrichtung zum Synchronisieren der Kamera (22) einerseits mit der Anregungsstrahlungsquelle und der Hilfsstrahlungsquelle andererseits aufweist, und dass
die Kamera (22) eingerichtet ist zum periodisch alternierenden Messen der Fluoreszenzstrahlungs-Intensität (I24) und der Hilfsstrah- lungs-lntensität (l41) synchron zum Einstrahlen von Anregungsstrahlung (36) und Hilfsstrahlung (41).
8. Verfahren zum Erfassen eines mit Fluoreszenzfarbstoff (12) angereicherten Objekts (14), mit den Schritten:
(i) Aufsetzen eines Verdrängerkopfs (28) eines medizinisches Fluoreszenz-Untersuchungssystems (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche auf einen Körper, der das mit Fluoreszenzfarbstoff (12) angereicherte Objekt (14) umfasst,
(ii) Verdrängen von Gewebe (54) in einer Umgebung des mit Fluoreszenzfarbstoff (12) angereicherten Objekts (14) mittels des Verdrängerkopfs (28), so dass ein Abstand des Objekts (14) zu dem Lichtaustritt (20) verringert wird, und
(iii) Aufnehmen eines Bilds von Fluoreszenzlicht (24), das von dem Objekt (14) abgegeben wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnehmen des Bilds von Fluoreszenzlicht (24), das von dem Objekt (14) abgegeben wird, mittels einer handgeführten Kamera erfolgt.
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