DE19548913A1 - Diagnostic device for photosensitised reaction in living tissue - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur in vivo-Diagnose mittels einer durch einen Photosensibili sator lichtinduzierten Reaktion in biologischem Gewebe.The invention relates to a device for in Vivo diagnosis using a photosensitizer sator light-induced reaction in biological tissue.
Das mit einer derartigen Vorrichtung ausgeführte Diag nose-Verfahren wird in der medizinischen Fachsprache auch als photodynamische Diagnose (PDD) bezeichnet. Ferner ist auch bekannt, Photosensibilisatoren zur photodynamischen Therapie (PDT) einzusetzen. Hierzu wird auf die WO 93/20810 verwiesen, auf die im übrigen hinsichtlich der Erläuterung aller hier nicht näher beschriebenen Begriffe und Verfahrensschritte aus drücklich Bezug genommen wird.The Diag executed with such a device Nose procedure is in medical jargon also called photodynamic diagnosis (PDD). It is also known to use photosensitizers use photodynamic therapy (PDT). For this reference is made to WO 93/20810, to the rest with regard to the explanation of all here terms and process steps described is expressly referred to.
Es ist vorgeschlagen worden, ob es möglich ist, eine endoskopische photodynamische Diagnose und Therapie mit einer Vorrichtung aus zuführen, bei der als Lichtquelle ein Kryptonlaser mit einer Wellenlänge von ca. 410 nm und einer Leistung von mehr als 200 mWatt verwendet wird. Das Licht dieses Lasers wird über einen Quarz lichtleiter mit geringer numerischer Apertur durch ein Endoskop an die zu bestrahlenden Stellen des mensch lichen Körpers geleitet. It has been suggested whether it is possible to have one endoscopic photodynamic diagnosis and therapy with perform a device in which as a light source a krypton laser with a wavelength of approx. 410 nm and a power of more than 200 mWatt is used becomes. The light from this laser is over a quartz light guide with a small numerical aperture through a Endoscope to the areas to be irradiated body.
Um eine lichtinduzierte Reaktion in biologischen Syste men auszulösen, wird dem Patienten ein Photosensibili sator, der entweder ein Hämatoporphyrin-Grundgerüst wie die Substanzen Photofrin und Photosan-3 aufweist, oder Delta-Aminolävulinsäure (ALA), die seit kurzem in der Urologie und Dermatologie Verwendung findet, in einer Konzentration von wenigen mg/kg Körpergewicht verabre icht. Die Hämatoporphyrin-Derivate werden intravenös verabreicht, Delta-Aminolävulinsäure kann hingegen lokal appliziert werden, d. h. sie wird als Lösung bei spielsweise in die Blase instilliert. Diese Substanzen reichern sich nun in Tumorgeweben in über 10-fach er höhter Konzentration an. Diese bevorzugte Anreicherung im Tumorgewebe stellt die entscheidende Grundlage für die photodynamische Diagnose und die photodynamische Therapie dar.To a light-induced reaction in biological systems triggers a patient's photosensitivity sator that like either a hematoporphyrin backbone has the substances Photofrin and Photosan-3, or Delta aminolevulinic acid (ALA), which has recently been used in the Urology and dermatology are used in one Administer concentration of a few mg / kg body weight not. The hematoporphyrin derivatives become intravenous administered, delta-aminolevulinic acid, however, can applied locally, d. H. it is used as a solution to instilled in the bladder for example. These substances now accumulate in tumor tissues in over 10-fold increased concentration. This preferred enrichment in the tumor tissue provides the crucial basis for the photodynamic diagnosis and the photodynamic Therapy.
Zur Diagnose wird das zu untersuchende Gewebe ca. 2-12 Stunden nach Verabreichung des Photosensibilisators (ALA) endoskopisch mit violettem Laserlicht bestrahlt. Die Porphyrinderivate, die im Tumorgewebe in einer erhöhten Konzentration vorliegen, werden durch dieses Licht angeregt und weisen anschließend eine typische Rotfluoreszenz auf, durch die der Tumor lokalisiert werden kann.For diagnosis, the tissue to be examined is approximately 2-12 Hours after administration of the photosensitizer (ALA) endoscopically irradiated with violet laser light. The porphyrin derivatives found in the tumor tissue in a increased concentration are present through this Light stimulated and then exhibit a typical Red fluorescence through which the tumor is localized can be.
Bei der photodynamischen Therapie wird eine Bestrahlung
mit rotem Laserlicht durchgeführt, da dieses Licht mit
einer Wellenlänge von mehr als 630 nm eine Eindring
tiefe in das Gewebe von ca. 5 mm erreicht, im Gegensatz
zu Licht kürzerer Wellenlängen, das eine eklatant nied
rigere Eindringtiefe besitzt. Trotz Verwendung dieser
optimalen Wellenlänge ist die Indikation für die photo
dynamische Therapie derzeit auf flache oberflächlich
gelegene Karzinome beschränkt. Der biophysikalische
Ablauf der lichtinduzierten Reaktion kann wie folgt
angenommen werden:
Der im Gewebe eingelagerte Photosensibilisator wird
durch die Absorption eines Lichtquants mit definiertem
Energiegehalt, das von der jeweiligen Lichtquelle aus
gesandt wird, in einen angeregten Zustand überführt.
Bei der Bestrahlung mit violettem Laserlicht im Rahmen
der photodynamischen Diagnose wird nun beim Zurück
fallen in den Grundzustand Fluoreszenzstrahlung emit
tiert.In photodynamic therapy, irradiation with red laser light is carried out, since this light with a wavelength of more than 630 nm reaches a depth of penetration into the tissue of approx. 5 mm, in contrast to light of shorter wavelengths, which has a blatantly lower penetration depth . Despite using this optimal wavelength, the indication for photo dynamic therapy is currently limited to flat superficial carcinomas. The biophysical course of the light-induced reaction can be assumed as follows:
The photosensitizer embedded in the tissue is converted into an excited state by the absorption of a light quantum with a defined energy content, which is sent from the respective light source. When irradiated with violet laser light as part of the photodynamic diagnosis, fluorescence radiation is now emitted when falling back to the basic state.
Im Falle der photodynamischen Therapie in Verbindung mit der Bestrahlung mit rotem Laserlicht hoher Lei stungsdichte findet der Übergang von der angeregten Form in einen metastabilen Zwischenzustand statt, von dem aus die Energie, die durch Rückgang in den Grund zustand frei wird, auf molekularen Sauerstoff über tragen wird, der diese Energie unter Bildung von ange regtem Singulett-Sauerstoff aufnimmt. Dieser aggressive Singulett-Sauerstoff zerstört im betreffenden Gewebe durch Photooxidation lebenswichtige Zellstrukturen. Diese zellulären Schäden führen zusammen mit einem gleichzeitig eintretenden Zusammenbruch des tumoralen Gefäßsystems zu einer kompletten Tumorzerstörung (pho totoxischer Effekt).In the case of photodynamic therapy in connection with the irradiation with red laser light high lei the transition from the excited Form into a metastable intermediate state instead of from which the energy caused by decline in the bottom state becomes free, based on molecular oxygen who will carry this energy with the formation of ange lively singlet oxygen. This aggressive Singlet oxygen is destroyed in the tissue in question vital cell structures through photooxidation. This cellular damage along with one simultaneous collapse of the tumor Vascular system to complete tumor destruction (pho totoxic effect).
Dieses Verfahren ist jedoch in Abhängigkeit von den verwendeten Photosensibilisatoren mit gewissen Pro blemen behaftet. Bei dem Einsatz von Photofrin und Photosan-3 als Photosensibilisatoren bei der photodyna mischen Diagnose müssen für den Fluoreszenznachweis sehr aufwendige technische Vorrichtungen verwendet werden, da durch störende Eigenfluoreszenzanteile nur mit Hilfe sehr aufwendiger computergestützter Bildver arbeitungstechniken und hochempfindlichen Kameras mit Restlichtverstärker die Fluoreszenz des Tumorgewebes entsprechend nachgewiesen werden kann. Bei der Ver wendung von Delta-Aminolävulinsäure ist die induzierte Fluoreszenz stark genug, daß sie rein visuell erkannt werden kann.However, this procedure depends on the used photosensitizers with certain pro afflicted with flowers. When using Photofrin and Photosan-3 as photosensitizers at photodyna mix diagnosis need for fluorescence detection very complex technical devices used be because of disturbing intrinsic fluorescence only with the help of very complex computer-assisted image ver working techniques and highly sensitive cameras Low light intensifier the fluorescence of the tumor tissue can be demonstrated accordingly. When ver Use of delta aminolevulinic acid is the most induced Fluorescence strong enough that it can be recognized purely visually can be.
Aber auch die durch Delta-Aminolävulinsäure erreichte Fluoreszenz führt nicht zu einer optimalen Qualität des endoskopischen Bildes, das im Rahmen der Diagnose auf gezeichnet werden soll. Der Einsatz eines Quarzlicht leiters mit geringer numerischer Apertur für die Licht übertragung des Laserstrahls hat eine sehr schlechte Ausleuchtung des produzierten Bildes zur Folge.But also that achieved by delta-aminolevulinic acid Fluorescence does not lead to an optimal quality of the endoscopic image taken as part of the diagnosis to be drawn. The use of a quartz light conductor with a small numerical aperture for the light Transmission of the laser beam has a very bad one Illumination of the produced image.
Durch die Verwendung eines zusätzlichen Lichtleiters, der die Ausleuchtung verbessern könnte, wird das für weitere Kanäle im Endoskop zur Verfügung stehende Lumen derart reduziert, daß die Verwendung anderer endoskopi scher Instrumente stark eingeschränkt wird.By using an additional light guide, that could improve the illumination will be for additional channels lumens available in the endoscope so reduced that the use of other endoscopic instruments is severely restricted.
Darüberhinaus sind bei oben beschriebenen Verfahren für Diagnose und Therapie unterschiedliche Laser bzw. La serquellen notwendig, was einerseits die Kosten anstei gen läßt, und andererseits die Handhabung des endosko pischen Systems erschwert.In addition, in the methods described above for Diagnosis and therapy different lasers or La sources necessary, which on the one hand increases costs gen leaves, and on the other hand, the handling of the endosko system.
Ähnliche Probleme treten auch bei der Durchführung der photodynamischen Diagnose mittels eines Mikroskops und insbesondere eines Operationsmikroskops auf.Similar problems also occur when implementing the photodynamic diagnosis using a microscope and especially an operating microscope.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor richtung zur Diagnose mittels einer durch einen Photo sensibilisator lichtinduzierten Reaktion in biologi schem Gewebe derart weiterzubilden, daß die induzierte Fluoreszenz bei gleichzeitiger für eine Beobachtung des Gewebebereichs ausreichender Ausleuchtung - ohne den Einsatz von Lasern - kontraststark erkannt werden kann.The invention has for its object a Direction for diagnosis by means of a photo sensitizer light-induced reaction in biological schem tissue in such a way that the induced Fluorescence while observing the Tissue area of sufficient illumination - without the Use of lasers - can be recognized with high contrast.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Er findung sind Gegenstand der Ansprüche 2 folgende.An inventive solution to this problem is in Claim 1 specified. Further training of the Er invention are the subject of claims 2 following.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Diagnose mittels einer durch einen Photosensibilisator lichtinduzierten Reaktion in biologischem Gewebe weist ein Beleuchtungs system mit mindestens einer Lichtquelle, eine lichtzu führende Einheit, die das Licht des Beleuchtungssystems auf den zu diagnostizierenden Gewebebereich richtet, und eine bildgebende Einheit auf, die das von dem Ge webebereich kommende Licht in eine proximale Bildebene abbildet. Vorrichtungen zur Diagnose mit den vorge nannten Merkmalen sind allgemein bekannt und werden beispielsweise in der Endoskopie oder Mikroskopie ein gesetzt.The device for diagnosis according to the invention one light-induced by a photosensitizer Response in biological tissue exhibits an illumination system with at least one light source, one light leading unit that the light of the lighting system aimed at the tissue area to be diagnosed, and an imaging unit that uses the Ge weaving light coming into a proximal image plane depicts. Diagnostic devices with the pre mentioned features are generally known and are for example in endoscopy or microscopy set.
Erfindungsgemäß wird nun - in an sich bekannter Weise - eine breitbandige Lichtquelle verwendet, die inkohären tes Licht im Wellenlängenbereich von wenigstens 380 bis 660 nm erzeugt. Diese breitbandige Lichtquelle kann eine andere Spektralverteilung wie herkömmliche, in der Endoskopie verwendete Lichtquellen haben. Wenn die Lichtquelle aber auch zu einer herkömmlichen Unter suchung des - auch - mit photodynamischer Diagnose untersuchten Bereichs verwendet werden soll, ist es bevorzugt, wenn die Lichtquelle eine herkömmliche Hochleistungslichtquelle ist, wie sie in der medizini schen Endoskopie verwendet wird. Die Leistungsaufnahme der Lichtquelle beträgt bevorzugt wenigstens 300 Watt.According to the invention - in a manner known per se - uses a broadband light source that is incoherent tes light in the wavelength range from at least 380 to 660 nm generated. This broadband light source can a different spectral distribution than conventional ones in which Have light sources used in endoscopy. If the Light source but also to a conventional sub search of the - also - with photodynamic diagnosis examined area is to be used preferred if the light source is a conventional one High power light source is like the one used in medicine endoscopy is used. The power consumption the light source is preferably at least 300 watts.
Bei der Verwendung von "breitbandigen" Lichtquellen ist in der Vergangenheit das Problem aufgetreten, daß das an dem zu untersuchenden Gewebebereich reflektierte Licht der Lichtquelle das Fluoreszenzlicht überstrahlt.When using "broadband" light sources in the past the problem occurred that the reflected on the tissue area to be examined Light from the light source outshines the fluorescent light.
Deshalb ist erfindungsgemäß nicht nur der Reintrans missionsgrad Ti₁(λ) der lichtzuführenden Einheit dem Fluoreszenzanregungsspektrum des Photosensibilisators und der Reintransmissionsgrad Tib(λ) der bildgebenden Einheit dem Fluoreszenzspektrum des Photosensibilisa tors angepaßt. Vor allem aber weist der Reintrans missionsgrad des aus lichtzuführender Einheit und aus bildgebender Einheit bestehenden Gesamtsystems, der sich durch die Mulitiplikation der Reintransmissions grade Ti₁(λ) und Tib(λ) ergibt, nur in einem Bereich von maximal 50 nm einen spektralen Transmissionsgrad von mehr als 5% auf und ist ansonsten kleiner als 5%.Therefore, according to the invention, not only the pure transmission degree Ti 1 (λ) of the light-supplying unit is adapted to the fluorescence excitation spectrum of the photosensitizer and the pure transmission degree Ti b (λ) of the imaging unit is adapted to the fluorescence spectrum of the photosensitizer. Above all, however, the degree of re-transmission of the overall system consisting of the light-supplying unit and the imaging unit, which results from the multiplication of the pure transmittance grades Ti 1 (λ) and Ti b (λ), has a spectral transmittance of only in a range of at most 50 nm more than 5% and is otherwise less than 5%.
Durch diese Ausbildung der spektralen Durchlässigkeiten der lichtzuführenden Einheit und der bildgebenden Ein heit wird erreicht, daß das Fluoreszenzlicht auf dem durch das Beleuchtungslicht erzeugten Bild beispiels weise der Umgebung eines Tumors klar und kontrastreich wahrgenommen werden kann.Through this formation of the spectral permeability the light supply unit and the imaging unit unit is achieved that the fluorescent light on the generated by the illuminating light, for example the area around a tumor clearly and with high contrast can be perceived.
Zur Anpassung an die verschiedenen Photosensibilatoren und/oder unterschiedliche diagnostische Bedingungen oder zur Umstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf ein therapeutisches Verfahren ist es weiterhin bevorzugt, wenn die Transmissionseigenschaften der lichtübertragenden und der bildgebenden Einheit mittels eines oder mehrerer optischer Elemente einstellbar sind.To adapt to the different photosensitizers and / or different diagnostic conditions or to convert the device according to the invention it continues to be a therapeutic procedure preferred if the transmission properties of the light transmitting and the imaging unit by means of one or more optical elements adjustable are.
Dabei ist es bevorzugt, wenn die Einstellung derart erfolgt, daß die Intensität des induzierten Fluores zenzlichtes in der gleichen Größenordnung wie die Ge samtintensität des reflektierenden Anteils des Lichtes des Beleuchtungssystems liegt. Besonders vorteilhafter Weise erfolgt die Einstellung derart, daß die beiden Intensitäten in etwa gleich sind.It is preferred if the setting is such that the intensity of the induced fluorescence zenzlichtes in the same order of magnitude as the Ge velvet intensity of the reflecting part of the light of the lighting system. Particularly advantageous The setting is made in such a way that the two Intensities are roughly the same.
In jedem Falle hat die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, daß es zur Durchführung der photodynamischen Diagnose bei gleichzeitiger Beleuchtung des beobachte ten Feldes sowie zur vorgehenden und/oder anschließen den visuellen Beobachtung des untersuchten Bereichs ausreicht, eine einzige Lichtquelle zu verwenden. Dar überhinaus kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch die photodynamische Therapie ohne Änderung der Lichtquelle ausgeführt werden, wobei in diesem Falle - wie bereits erwähnt - die Transmissionseigenschaften der lichtübertragenden Einheit dem Fluoreszenzspektrum des Photosensibilisators angepaßt sind.In any case, the device according to the invention has the Advantage that it is to carry out the photodynamic Diagnosis while illuminating the observ ten field as well as for preceding and / or connecting the visual observation of the examined area sufficient to use a single light source. Dar moreover can with the device according to the invention also the photodynamic therapy without changing the Light source, in which case - as already mentioned - the transmission properties the light-transmitting unit the fluorescence spectrum of the photosensitizer are adapted.
Die optischen Elemente, die zur Einstellung der Trans missionseigenschaften der lichtübertragenden und der bildgebenden Einheit verwendet werden, sind bevorzugt Filtersysteme, die in den Beleuchtungs- und den Beo bachtungs-Strahlengang einbringbar sind. Dabei wird unter Beleuchtungsstrahlengang der Strahlengang von der Lampe der Lichtquelle zur lichtzuführenden Einheit, durch diese Einheit, und von dieser Einheit zum diagno stizierenden Gewebebereich verstanden. Die optischen Elemente und insbesondere die Filtersysteme könne prin zipiell an jeder Stelle dieses Strahlengangs angeordnet sein. Besonders bevorzugt ist jedoch die Anordnung zwischen Beleuchtungssystem und lichtzuführender Ein heit, also beispielsweise einem Lichtleiter-Faserbün del. (Ohne Filtersystem wird der Reintransmissionsgrad als 100% angenommen.)The optical elements used to adjust the trans mission characteristics of the light transmitting and the imaging unit used are preferred Filter systems used in lighting and Beo observation beam path can be introduced. Doing so under illumination beam path the beam path from the Lamp of the light source to the light supply unit, through this unit, and from this unit to the diagno understandable tissue area. The optical Elements and especially the filter systems can print arranged at every point in this beam path be. However, the arrangement is particularly preferred between lighting system and light supplying on unit, for example an optical fiber bundle del. (Without filter system, the pure transmittance accepted as 100%.)
Entsprechend wird unter Beobachtungs-Strahlengang der Strahlengang von dem beleuchteten Gewebebereich zur bildgebenden Einheit und von dieser zur proximalen Bildebene verstanden. (Ohne Filtersystem wird auch hier der Reintransmissionsgrad als 100% angenommen.)Accordingly, the observation beam path is the Beam path from the illuminated tissue area to the imaging unit and from this to the proximal Understand the image plane. (Without a filter system, too the transmittance is assumed to be 100%.)
Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung in ein Endoskop integriert ist, kann sich die proximale Bildebene so wohl in dem Endoskop - beispielsweise bei Verwendung eines distal angeordneten Videochips - als auch außer halb des menschlichen Körpers befinden. Im letzteren Falle weist die bildgebende Einheit neben einem Objek tiv beispielsweise ein Relaislinsensystem oder ein Faserbündel auf. Bei Verwendung eines Relaislinsen- Systems oder eines Faserbündels als bildgebende Einheit werden die in dem Beobachtungsstrahlengang eingebrach ten Filtersysteme bevorzugt zwischen der "letzten Flä che" des Relais-linsensystems bzw. der Austrittsfläche des Faserbündels und der proximalen Bildebene ange ordnet. Bei Integration der erfindungsgemäßen Vor richtung in ein Operationsmikroskop ist Bestandteil der bildgebenden Einheit das Mikroskop-Linsensystem, dem beispielsweise ein Videoaufnehmer nachgeordnet sein kann. If the device according to the invention in an endoscope is integrated, the proximal image plane can be so probably in the endoscope - for example when using it a distal video chip - as well as outside half of the human body. In the latter Trap shows the imaging unit next to an object tiv for example a relay lens system or a Bundle of fibers. When using a relay lens System or a fiber bundle as an imaging unit are broken into the observation beam path filter systems preferred between the "last area che "of the relay lens system or the exit surface of the fiber bundle and the proximal image plane arranges. When integrating the invention Direction into an operating microscope is part of the imaging unit the microscope lens system, the for example, a video recorder can.
Wie bereits ausgeführt, wird erfindungsgemäß erreicht, daß das an dem zu diagnostizierenden Gewebebereich und des sen Umgebungsbereich zurückreflektierte Beleuch tungslicht das Fluoreszenzlicht nicht überstrahlt. Zur Realisierung dieses erfindungsgemäßen Grundgedankens ist es bevorzugt, wenn das in den Beleuchtungs-Strah lengang und das in den Beobachtungs-Strahlengang je weils einbringbare Filtersystem nahezu komplementäre Filtercharakteristiken haben. Die Kurven, die die Transmission der beiden komplementären Filter in Ab hängigkeit von der Wellenlänge angeben, schneiden sich dabei bevorzugt bei einer Transmission der Einzel systeme, die kleiner als 50% ist.As already stated, the invention achieves that this is due to the tissue area to be diagnosed and of the surrounding area reflected back lighting the fluorescent light does not outshine. For Realization of this basic idea according to the invention it is preferred if that is in the lighting beam lengang and that in the observation beam path each because insertable filter system almost complementary Have filter characteristics. The curves that the Transmission of the two complementary filters in Ab indicate dependence on the wavelength, intersect preferably with a transmission of the individual systems that is less than 50%.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das in den Beleuchtungs-Strahlengang einbringbare Fil ter mindestens zwei getrennte Filter auf, von denen ein Filter ein thermostabiles Interferenzfilter und das andere Filter ein thermostabiles Wärmeschutzfilter ist. Im folgenden sollen die Eigenschaften dieser beiden Filter unter der Voraussetzung erläutert werden, daß als Photosensibilisator Delta-Aminolävulinsäure ver wendet wird. Bei Verwendung eines anderen Photosensibi lisators sind die Filtereigenschaften entsprechend anzupassen:In a further embodiment of the invention the fil that can be inserted into the illumination beam path ter at least two separate filters, one of which Filter a thermostable interference filter and that other filter is a thermostable thermal protection filter. The following are the properties of these two Filters are explained on the condition that as photosensitizer delta-aminolevulinic acid ver is applied. When using a different photosensitive lisators match the filter properties to adapt:
Bei Verwendung von Delta-Aminolävulinsäure (ALA) ist es bevorzugt, wenn die Transmission des Beleuchtungs- Strahlengangs durch ein Kurzpaß-Filter im Bereich zwi schen 380 und 430 nm wenigstens 50% beträgt. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt die Transmission zwischen 370 und 440 nm wenigstens 95%. When using delta aminolevulinic acid (ALA) it is preferred if the transmission of the lighting Beam path through a short pass filter in the area between between 380 and 430 nm is at least 50%. At a particularly preferred embodiment is Transmission between 370 and 440 nm at least 95%.
Bei einer Wellenlänge von 447 ± 2 nm erreicht die Transmission 50%. Bei größeren Wellenlängen ist die Transmission sehr viel kleiner und liegt typischerweise unter 1%.At a wavelength of 447 ± 2 nm the Transmission 50%. At longer wavelengths it is Transmission is much smaller and is typically less than 1%.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung liegt die Transmission sowohl im Wellenlängenbereich zwischen 460 und 600 nm als auch zwischen 660 und 780 nm unter 1 %. In dem Wellenlängenbereich, in dem hauptsächlich Fluoreszenzlicht angeregt wird, also bei Delta-Aminolä vulinsäure in dem Wellenlängenbereich zwischen 600 und 660 nm, beträgt die Transmission weniger als 0,1%.In a preferred embodiment of the invention the transmission both in the wavelength range between 460 and 600 nm as well as between 660 and 780 nm under 1 %. In the wavelength range where mainly Fluorescence light is excited, that is, with Delta-Aminolä vulcanic acid in the wavelength range between 600 and 660 nm, the transmission is less than 0.1%.
Durch diese Charakteristik des Filtersystems ergibt sich eine Lichtverteilung des Beleuchtungslichtes, die gewährleistet, daß von dem zu untersuchenden Gewebebe reich in dem Wellenlängenbereich, in dem hauptsächlich Fluoreszenzlicht auftritt, praktisch kein "Nicht-Fluo reszenzlicht" zurückgestrahlt wird.This characteristic of the filter system results a light distribution of the illuminating light, the ensures that of the tissue to be examined rich in the wavelength range where mainly Fluorescent light occurs, practically no "non-fluo is reflected back.
Entsprechend hat das Filter im Beobachtungs-Strahlen
gang (Langpaßfilter) folgende Charakteristik:
T₁ (λ = 370-430 nm) < 0,1%
T₁ (λ = 453 ± 2 nm) = 50%
T₁ (λ = 500-1100 nm) 95, bevorzugt 98%Accordingly, the filter in the observation beam path (long-pass filter) has the following characteristics:
T₁ (λ = 370-430 nm) <0.1%
T₁ (λ = 453 ± 2 nm) = 50%
T₁ (λ = 500-1100 nm) 95, preferably 98%
Die Toleranz für die Wellenlängen beider Filter, bei der die jeweilige Transmission 50% beträgt, ist bevor zugt ± 2 nm. Durch diese Ausbildung der Filter ist ge währleistet, daß die Reintransmission des Gesamtsystems lediglich im Bereich zwischen 430 und 460 nm größer als 5% ist. Der in diesem Bereich erreichte Maximalwert sollte nicht mehr als 15% betragen. The tolerance for the wavelengths of both filters, at the respective transmission is 50% is before pulls ± 2 nm. This design of the filter is ge ensures that the pure transmission of the entire system only in the range between 430 and 460 nm larger than Is 5%. The maximum value reached in this area should not be more than 15%.
Die Verwendung von optischen Elementen und insbesondere Filtern zur Beeinflussung der Strahlengang-Transmis sionscharakteristik hat den Vorteil, daß beispielsweise durch Ausschwenken der Filter eine normale Weißlicht- Beleuchtung und -Beobachtung erfolgen kann, so daß die Untersuchungsperson, also beispielsweise ein Arzt den auch mit Fluoreszenzdiagnose untersuchten Gewebebereich u. a. nach der Farbe beurteilen kann.The use of optical elements and in particular Filters to influence the beam path transmis sioncharacteristics has the advantage that, for example by swiveling out the filter a normal white light Lighting and observation can be done so that the Examiner, for example a doctor tissue area also examined with fluorescence diagnosis u. a. judge by color.
Der bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
weiterhin verwendete thermostabile Wärmeschutzfilter kann
folgende Charakteristik aufweisen:
T₁ (λ = 370-440 nm) < 95%
T₁ (λ = 440-700 nm) ≈ 90%
T₁ (λ = 700 nm) = 50%
T₁ (λ = 720-1100 nm) < 1%The thermostable heat protection filter used in a preferred embodiment of the invention can have the following characteristics:
T₁ (λ = 370-440 nm) <95%
T₁ (λ = 440-700 nm) ≈ 90%
T₁ (λ = 700 nm) = 50%
T₁ (λ = 720-1100 nm) <1%
Die Verwendung eines thermostabilen Wärmeschutzfilters hat den Vorteil, daß der Interferenzfilter während der Diagnose nicht durch Infrarotlicht aufgeheizt wird. Diese Aufheizung könnte gegebenenfalls die Filtercha rakteristik verändern, die Empfindlichkeit eines Kameraaufnahmeelements reduzieren und die lichtüber tragende Einheit aufgrund der hohen Intensität zer stören.The use of a thermostable heat protection filter has the advantage that the interference filter during the Diagnosis is not heated by infrared light. This heating could possibly be the filtercha change the characteristic, the sensitivity of a Reduce camera recording element and light over supporting unit due to the high intensity to disturb.
In jedem Falle ist es bevorzugt, wenn die einzelnen Filter nur bei Bedarf in die jeweiligen Strahlengänge eingebracht werden, wobei ihr Entfernen aus dem Strah lengang gegebenenfalls durch ein Überwachungssignal ermöglicht bzw. verhindert wird.In any case, it is preferred if the individual Filters only in the respective beam paths if necessary be introduced, their removal from the beam lengang if necessary by a monitoring signal is enabled or prevented.
Als Filter können handelsübliche Filter mit der er findungsgemäß vorgesehenen "nahezu stufenförmigen" Charakteristik verwendet werden, also beispielsweise Interferenzfilter, deren Trägermaterial Quarz ist.As a filter, commercially available filters with which he "almost step-shaped" provided according to the invention Characteristic are used, for example Interference filter, the carrier material of which is quartz.
Als Lichtquellen können ebenfalls bekannte Lichtquellen und insbesondere aus der Endoskopie bekannte Lichtquel len verwendet werden, die breitbandig in dem genannten Wellenlängenbereichlicht emittieren. Eine derartige Lichtquelle, die Licht in ausreichender Intensität emittiert, ist beispielsweise eine Gasentladungslampe und insbesondere eine Xenon-Gasentladungs-Hochdruck lampe. Sollte im Einzelfall die Lichtleistung der Lichtquelle nicht ausreichend sein, kann zusätzlich zu einer "kontinuierlich arbeitenden" Lichtquelle eine "gepulste" Lichtquelle, wie ein Blitzgerät eingesetzt werden.Known light sources can also be used as light sources and in particular light sources known from endoscopy len are used, the broadband in the above Emit wavelength range light. Such Light source, the light in sufficient intensity is emitted, for example, a gas discharge lamp and in particular a high pressure xenon gas discharge lamp. Should the light output of the Light source may be insufficient, in addition to a "continuously working" light source "pulsed" light source, used as a flash will.
Als lichtzuführende Einheiten können - insbesondere bei endoskopischen Anwendungen - handelsübliche Lichtleiter mit wenigstens einer Faser eingesetzt, die vorteilhaf ter Weise eine numerische Apertur von mehr als 0,45 besitzen, da dann ein effizienter Lichttransport zu dem zu diagnostizierenden Bereich möglich wird.As light-supplying units can - in particular endoscopic applications - commercially available light guides used with at least one fiber, the advantageous ter a numerical aperture of more than 0.45 own, because then an efficient light transport to the area to be diagnosed becomes possible.
Derartige Fasern weisen beispielsweise einen Kern aus Quarz und einen Mantel aus einem thermostabilen Mate rial auf.Such fibers have a core, for example Quartz and a jacket made of a thermostable mate rial on.
Im Falle der Verwendung einer Lichtleitfaser ist es bevorzugt, wenn die Lichtquelle, d. h. also beispiels weise die Gasentladungslampe, einen Brennfleck mit einem Durchmesser von weniger als 2 mm hat, der durch einen elliptischen Reflektor erzeugt wird, der eine numerische Apertur für den Lichtaustritt von mehr als 0,45 aufweist. In diesem Falle erhält man eine hoch effiziente Ankopplung zwischen Beleuchtungssystem und lichtzuführender Einheit, also dem Faser-Lichtleiter.In the case of using an optical fiber, it is preferred if the light source, i. H. so for example assign the gas discharge lamp, a focal spot has a diameter of less than 2 mm through an elliptical reflector is generated, the one numerical aperture for the light emission of more than 0.45. In this case you get a high efficient coupling between lighting system and light-feeding unit, i.e. the fiber light guide.
Ferner kann auch eine Gasentladungslampe verwendet werden, deren Brennfleck auf einen Durchmesser von weniger als 2 mm mittels eines parabolischen Reflektors und einer Fokussiereinheit fokussiert wird. Die Fokus siereinheit ist in diesem Falle bevorzugt ein Linsen system, das wenigstens ein Element mit einer asphäri schen Fläche aufweist.A gas discharge lamp can also be used whose focal spot has a diameter of less than 2 mm by means of a parabolic reflector and a focusing unit is focused. The focus Siereinheit is preferably a lens in this case system that has at least one element with an aspheric surface.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Er findung ist das Beleuchtungssystem, also die Licht quelle und die der Lichtquelle vorgeschalteten opti schen Elemente, wie Filter etc., so ausgebildet, daß die Anregungswellenlängen entsprechend dem jeweils eingesetzten Photosensibilisator und dem jeweils zu diagnostizierenden Gewebe durchstimmbar sind. Diese Durchstimmung kann entweder durch eine entsprechende Beeinflussung der Lichtquelle oder mittels vorgeschal teter Filter, wie z. B. Verlaufsfilter oder Prismen erfolgen.In a further preferred embodiment of the Er invention is the lighting system, i.e. the light source and the opti upstream of the light source rule elements, such as filters, etc., designed so that the excitation wavelengths corresponding to each used photosensitizer and each diagnostic tissues are tunable. This Tuning can be done either by appropriate Influencing the light source or by means of pre-form teter filter, such as. B. graduated filters or prisms respectively.
Damit ist es möglich, gezielt unterschiedliche Gewebe bereiche zur Fluoreszenz anzuregen.This makes it possible to target different tissues areas to stimulate fluorescence.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht sowohl eine visuelle Beobachtung der Fluoreszenz als auch die Auf nahme des Fluoreszenzbildes mit einer Videokamera oder dgl.The device according to the invention enables both visual observation of the fluorescence as well as the on taking the fluorescence image with a video camera or the like
Diese Videokamera bzw. -einheit wird in der Bildebene der bildgebenden Einheit angeordnet. Im Falle einer distalen Anordnung der Videoeinheit wird diese in der Bildebene des Objektivs des Endoskops angeordnet. Im Falle einer proximalen Anordnung der Videoeinheit wird diese in der Bildebene der Bildweiterleitereinheit, also des Relaislinsen-systems oder des Faserbündels angeordnet. Alternativ kann die Videoeinheit so ausge bildet sein, daß sie das Okularbild aufnimmt. Bei Ver wendung eines Mikroskops als bildgebende Einheit wird die Videoeinheit so angeordnet, daß sie das Okularbild aufnimmt.This video camera or unit is in the image plane the imaging unit arranged. In case of a distal arrangement of the video unit this is in the Image plane of the lens of the endoscope arranged. in the In case of a proximal arrangement of the video unit this in the image plane of the image relay unit, so the relay lens system or the fiber bundle arranged. Alternatively, the video unit can be so forms that it takes the eyepiece image. With Ver using a microscope as an imaging unit the video unit arranged so that it the ocular image records.
Die Videoeinheit kann insbesondere (wenigstens) einen CCD-Aufnehmer aufweisen. In diesem Falle ist es bevor zugt, wenn die Gasentladungslampe eine periodisch ar beitende Blitzentladungslampe ist, die von einer Steu er- und Auswerteeinheit so angesteuert wird, daß die Blitzbelichtung ausschließlich in die Lichtintegra tionsphase des oder der CCD-Aufnehmer fällt. Damit wird eine hocheffektive Beleuchtung des zu untersuchenden Bereichs erreicht, ohne daß das Beleuchtungssystem und die Umgebung mit einer zu hohen Lichtenergie beauf schlagt würden.The video unit can in particular (at least) one Have CCD recorders. In this case, it is before moves when the gas discharge lamp ar periodically ar working flash discharge lamp, which is controlled by a tax and evaluation unit is controlled so that the Flash exposure only in the light integra phase of the CCD transducer falls. So that will a highly effective lighting of the examined Range reached without the lighting system and apply too much light energy to the surroundings would hit.
Soll gleichzeitig eine visuelle Beobachtung des zu untersuchenden Bereichs erfolgen oder die Lichtleistung gesteigert werden, ist es von Vorteil, wenn zusätzlich eine kontinuierlich arbeitende Lichtquelle vorgesehen ist.At the same time, a visual observation of the examining area or the light output be increased, it is beneficial if additional a continuously operating light source is provided is.
Zur Steuerung des Videosignals ist es weiterhin bevor zugt, wenn die Videoeinheit eine variable Belichtungs einstellung aufweist; damit können Überstrahlungen im Videobild verhindert werden und man erhält immer ein kontrastreiches Bild, das die Fluoreszenzstrahlungsgut erkennen läßt. Darüberhinaus ist es bevorzugt, wenn die Videoeinheit einen Integrationsmodus enthält, mit dem mehrere Videobilder integriert werden können.It is still ahead to control the video signal if the video unit has a variable exposure has setting; so that glare in the Video image can be prevented and you always get one high contrast image showing the fluorescent radiation good reveals. In addition, it is preferred if the Video unit contains an integration mode with which multiple video images can be integrated.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die die vorstehend
beschriebenen Merkmale aufweist, ermöglicht die visuel
le Beobachtung des Fluoreszenzbildes mittels des bloßen
Auges oder einer Videoeinheit. Ein besonderer Vorteil
der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist jedoch, daß das
von ihr erzeugte Bild eine weitgehend automatisierte
Auswertung erlaubt:
Hierzu ist das Ausgangssignal der Videoeinheit an ein
Bildverarbeitungssystem angelegt. Dieses Bildverarbei
tungssystem kann eine Reihe von Manipulationen in dem
von der Videoeinheit gelieferten Bild ausführen:
Die Farbbilder werden über die RGB-Eingangskanäle
erfaßt und in den HSI-Farbraum transformiert
(H = Hue (Farbton)
(S = Saturation)
(I = Intensität).A device according to the invention which has the features described above enables the fluorescent image to be observed visually by means of the naked eye or a video unit. A particular advantage of the device according to the invention is, however, that the image generated by it allows a largely automated evaluation:
For this purpose, the output signal of the video unit is applied to an image processing system. This image processing system can perform a number of manipulations on the image provided by the video unit:
The color images are captured via the RGB input channels and transformed into the HSI color space
(H = Hue (hue)
(S = Saturation)
(I = intensity).
So ist es möglich, daß das Bildverarbeitungssystem elektronisch einen Farbtonbereich im dargestellten Farbbild ausblendet, um den Kontrast zwischen unter schiedlichen Bereichen anzuheben. Wenn das Bildverar beitungssystem eine RGB-Erfassung ausführt, so kann beispielsweise zudem der Blau- und/oder Grünkanal an- und abgeschaltet werden. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, daß bei Abschaltung des Blau-und/oder Grün kanals das Fluoreszenzbild besonders deutlich hervor tritt. So it is possible that the image processing system electronically a range of hues in the illustrated Color image fades out to the contrast between below different areas. If the image processing processing system performs an RGB acquisition, so for example, the blue and / or green channel can be switched on and off. This procedure has the Advantage that when switching off the blue and / or green the fluorescence image is particularly clear occurs.
Diese Hervorhebung wird dadurch verstärkt, daß das Bildverarbeitungssystem den ausgeblendeten Farbkanal shutterartig in das beispielsweise auf einem Monitor dargestellte Farbbild einblendet. Hierdurch ergibt sich für den Betrachter eine besonders "ins Auge stechende" Darstellung, die insbesondere die Erkennung von Tumoren vereinfacht.This emphasis is reinforced by the fact that Image processing system the hidden color channel like a shutter in a monitor shown color image. This results in a particularly "eye-catching" for the viewer Representation, in particular the detection of tumors simplified.
Ein Untersuchungsvorgang kann dabei etwa wie folgt
ablaufen:
Zunächst wird der zu untersuchende Gewebebereich vi
suell untersucht. Damit ist gemeint, daß ein Arzt den
mit "weitem" Licht beleuchteten Bereich mit dem Okular
oder auf einem Monitor betrachtet. Zur Umschaltung auf
photodynamische Diagnose wird beispielsweise mittels
eines Fußschalters oder eines Schalters an der Video
kamera der Kurzpaßfilter und gegebenenfalls der thermo
stabile Wärmeschutzfilter in den Beleuchtungsstrahlengang
eingeschwenkt. Gleichzeitig wird der Grünkanal und/oder
der Blaukanal periodisch abgeschaltet. Damit sieht der
Arzt auf dem Monitor einmal nur das Fluoreszenzbild und
dann die Überlagerung des Fluoreszenzbildes mit dem
"normalen" Bild, das durch Licht aus dem kleinen
Bereich, in dem die Transmission des Gesamtsystems
ungleich 0 ist, erzeugt wird.An examination process can proceed as follows:
First, the tissue area to be examined is vi suell examined. This means that a doctor looks at the area illuminated with "wide" light with the eyepiece or on a monitor. To switch to photodynamic diagnosis, the short-pass filter and possibly the thermally stable heat protection filter is pivoted into the illumination beam path, for example by means of a foot switch or a switch on the video camera. At the same time, the green channel and / or the blue channel is switched off periodically. Thus, the doctor sees only the fluorescence image on the monitor and then the superimposition of the fluorescence image with the "normal" image, which is generated by light from the small area in which the transmission of the overall system is not equal to 0.
Weiterhin kann das Bildverarbeitungssystem zur Bestim mung eventueller Tumore den Kontrastwert an den ein zelnen Stellen des Bildes für die maximale Fluoreszenz wellenlänge berechnen. Im Falle der Verwendung von Delta-Aminolävulinsäure (ALA) als Photosensibilisator kann das Kontrastverhältnis für die Wellenlänge 630 nm zur Intensität in dem Bereich von maximal 50 nm berech net, in dem das Gesamtsystem einen spektralen Trans missionsgrad von mehr als 5% aufweist.Furthermore, the image processing system can be used for determining possible tumors, the contrast value to the one individual areas of the image for maximum fluorescence Calculate wavelength. In the case of using Delta aminolevulinic acid (ALA) as a photosensitizer the contrast ratio for the wavelength can be 630 nm calculated for the intensity in the range of maximum 50 nm net, in which the overall system uses a spectral trans degree of mission of more than 5%.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann für die verschie densten medizinischen Untersuchungen eingesetzt werden.The device according to the invention can for the various medical examinations.
Neben dem besonders bevorzugten Einsatz in endoskopi schen Anwendungen kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch in Verbindung mit einem Operationsmikroskop bei spielweise in der Neurochirurigie, der Kolposkopie oder der Ophthalmologie eingesetzt werden.In addition to the particularly preferred use in endoskopi The device according to the invention can use applications also in connection with a surgical microscope for example in neurosurgery, colposcopy or ophthalmology.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausfüh rungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, in der zeigen:The invention is described below with reference to an embodiment approximately example with reference to the drawing described in the show:
Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung für endoskopische Anwendungen, Fig. 1 shows schematically an apparatus according to the invention for endoscopic applications,
Fig. 2a die Filtercharakteristik der in den einzelnen Strahlengängen eingesetzten Filter, und Fig. 2a shows the filter characteristic of the filters used in the various beam paths, and
Fig. 2b die "Gesamttransmission". Fig. 2b, the "total transmission".
In Fig. 1 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für endoskopische Anwen dungen dargestellt. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet ein Endoskop, das in bekannter Weise einen Lichtleiteran schlag 2, einen stabförmigen Teil 3, der in einen (nicht dargestellten) menschlichen Körper einsetzbar ist, und ein Okular 4 aufweist. In Fig. 1, an embodiment of a device according to the invention for endoscopic applications is shown schematically. The reference numeral 1 designates an endoscope which in a known manner strikes a light guide 2 , a rod-shaped part 3 which can be inserted into a (not shown) human body, and has an eyepiece 4 .
Der Lichtleiteranschluß 2 ist über ein Lichtleitkabel 5 mit einer Lichtquelle 6 verbundenen, die beispielsweise eine Xenon-Entladungslampe aufweisen kann. Ein z. B. aus einem Faserbündel bestehender Lichtleiter 21 in dem Endoskop 1 leitet das in den Lichtleiteranschluß 2 ein gekoppelte Licht der Lichtquelle 6 zum distalen Ende 11 des Endoskops 1. Das aus dem distalen Ende 11 austre tende Licht beleuchtet den zu untersuchenden Gewebebe reich 7.The light guide connection 2 is connected via a light guide cable 5 to a light source 6 , which can have a xenon discharge lamp, for example. A z. B. consists of a fiber bundle existing light guide 21 in the endoscope 1 that in the light guide 2 a coupled light from the light source 6 to the distal end 11 of the endoscope 1st The light emerging from the distal end 11 illuminates the tissue tissue 7 to be examined.
Das von dem Gewebebereich 7 kommende Licht tritt in ein nur schematisch dargestelltes Objektiv 31 des Endoskops 1 ein. Das Bild des Objektivs 31 wird durch einen Bild weiterleiter 32, der Stablinsen aufweisende Relaislin sen-Systeme oder ein Faser-Abbildungssystem aufweisen kann, zum proximalen Ende 12 des Endoskops 1 geleitet. Das in der proximalen Bildebene 13 erzeugte Bild des Gewebebereichs 7 kann durch das Okular 4 mit dem Auge betrachtet werden. Alternativ oder über einen Strahl teiler zusätzlich zur Betrachtung mit dem Auge kann das Bild mit einer Videokamera 8 aufgenommen werden. In Fig. 1 ist die Alternative dargestellt, daß die Video kamera 8 direkt am Okular 4 angebracht ist.The light coming from the tissue area 7 enters a lens 31 of the endoscope 1, which is only shown schematically. The image of the objective 31 is passed to the proximal end 12 of the endoscope 1 by an image relay 32 , which may have relay lens systems having rod lenses or a fiber imaging system. The image of the tissue region 7 generated in the proximal image plane 13 can be viewed with the eye through the eyepiece 4 . Alternatively or via a beam splitter in addition to viewing with the eye, the image can be recorded with a video camera 8 . In Fig. 1 the alternative is shown that the video camera 8 is attached directly to the eyepiece 4 .
Soweit wie vorstehend beschrieben ist der Aufbau bei spielsweise durch mit einer Videokamera versehene Endo skope der Karl Storz GmbH & Co., Tuttlingen, Deutsch land bekannt. Zum Detailaufbau wird deshalb auf die be kannten Endoskope dieses Herstellers Bezug genommen.As far as described above, the structure is at for example by Endo provided with a video camera scope of Karl Storz GmbH & Co., Tuttlingen, German known country. For the detailed structure is therefore on the be known endoscopes from this manufacturer.
Zur Durchführung sogenannter photoynamischer Diagnosen können in den Beleuchtungsstrahlengang und in den Beob achtungsstrahlengang Filtersysteme eingebracht werden. To carry out so-called photographic diagnoses can in the illumination beam path and in the observ Attention beam path filter systems are introduced.
Hierzu ist bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungs beispiel an dem Licht-Ausgangsanschluß 61 der Licht quelle 6 ein Filtersystem 9 angebracht, an dem wiederum das Lichtleitkabel 5 angeflanscht ist. Das Filtersystem 9 weist einen thermostabilen Interferenzfilter 91 und einen thermostabilen Wärmeschutzfilter 92 auf, der im we sentlichen die Wärmebeaufschlagung des Interferenzfil ters 91 reduzieren soll. Auch vor der Videokamera 8 ist ein Filter 93 angebracht.For this purpose, in the embodiment shown in FIG. 1, a filter system 9 is attached to the light output connection 61 of the light source 6 , to which the light guide cable 5 is in turn flanged. The filter system 9 has a thermostable interference filter 91 and a thermostable heat protection filter 92 which is intended to substantially reduce the heat applied to the interference filter 91 . A filter 93 is also attached in front of the video camera 8 .
Die Belichtungseinstellung der Videokamera 8 und die Lichtabgabe der Lichtquelle 6 werden von einer Steuer- und Auswerteeinheit 10 gesteuert. Beispielsweise kann die Steuer- und Auswerteeinheit 10 eine Blitz-Licht quelle mit der Lichtintegrationsphase eines CCD-Chips in der Videokamera 8 synchronisieren. Ferner kann die Steuer- und Auswerteeinheit 10 die von der Lichtquelle 6 abgegebene Lichtleistung und/oder die Belichtungs einstellung der Videokamera regeln.The exposure setting of the video camera 8 and the light output from the light source 6 are controlled by a control and evaluation unit 10 . For example, the control and evaluation unit 10 can synchronize a flash light source with the light integration phase of a CCD chip in the video camera 8 . Furthermore, the control and evaluation unit 10 can regulate the light output emitted by the light source 6 and / or the exposure setting of the video camera.
An der Steuer- und Auswerteeinheit 10 liegt ferner das Ausgangssignal der Videokamera 8 an. Die Auswerteein heit kann insbesondere ein Bildverarbeitungssystem aufweisen, das das Ausgangssignal der Videokamera in der einleitend beschriebenen Weise weiterverarbeitet und das bildverarbeitete Ausgangssignal auf einem Moni tor darstellt. Selbstverständlich kann das unmittelbar von der Videokamera abgegebene und/oder das bildverar beitete Ausgangssignal auch z. B. mittels eines Recor ders gespeichert werden und/oder in einer Bilddatenbank abgelegt oder in sonstiger Weise mittels elektronischer Datenverarbeitung weiterverarbeitet werden. The output signal of the video camera 8 is also present at the control and evaluation unit 10 . The evaluation unit can in particular have an image processing system which processes the output signal of the video camera in the manner described in the introduction and represents the image processed output signal on a monitor. Of course, the output directly from the video camera and / or the processed image output signal z. B. stored by means of a recorder and / or stored in an image database or further processed in any other way by means of electronic data processing.
Bei Verwendung eines Photosensibilisators geht von dem Gewebebereich 7 sowohl reflektiertes Beleuchtungslicht als auch Fluoreszenzlicht aus, das durch die von dem Photosensibilisator lichtinduzierte Reaktion in biolo gischen Systemen hervorgerufen wird. Um den verglichen mit dem reflektierten Licht geringen Anteil an Fluores zenzlicht nachweisen und insbesondere bei einer nach folgenden Bildverarbeitung sicher von dem "Nicht- Fluoreszenzlicht" trennen zu können, ist eine geeignet gewählte Transmissionscharakteristik des Beleuchtungs- und des Beobachtungsstrahlengangs erforderlich. Zur Einstellung der Transmissionscharakteristik während photodynamischen Diagnose dienen die in den Strahlen gang eingbringbaren Filter 91 und 93. Da die Filter beispielsweise durch Ausschwenken aus den Strahlengän gen wieder entfernt werden können, ist auch eine nor male Beobachtung des Gewebebereichs 7 möglich, ohne daß es beispielsweise zu einer Farbverfälschung kommen würde.When using a photosensitizer, the tissue area 7 emits both reflected illuminating light and fluorescent light, which is caused by the light-induced reaction by the photosensitizer in biological systems. In order to be able to detect the low proportion of fluorescent light compared to the reflected light and to be able to reliably separate it from the “non-fluorescent light” in particular in the case of subsequent image processing, a suitably chosen transmission characteristic of the illumination and observation beam path is required. Filters 91 and 93 , which can be inserted into the beam path, serve to set the transmission characteristic during photodynamic diagnosis. Since the filters can be removed again, for example, by pivoting them out of the rays, normal observation of the tissue region 7 is also possible without, for example, color falsification.
Nachfolgend soll unter Bezugnahme auf Fig. 2 die Cha rakteristik der Filter 91 und 93 für den Fall erläutert werden, daß Delta-Aminolävulinsäure als Photosensibili sator verwendet wird. Bei Verwendung anderer Photosen sibilisatoren ist die Filtercharakteristik entsprechend anzupassen.In the following, the characteristics of the filters 91 and 93 will be explained with reference to FIG. 2 in the case that delta-aminolevulinic acid is used as the photosensitizer. If other photosensitizers are used, the filter characteristics must be adjusted accordingly.
In Fig. 2a stellt die dick ausgezogene Kurve die Trans mission (in Prozent) des Filters 91 als Funktion der Wellenlänge (in nm), also den sog. Reintransmissions grad Ti(λ) dar, während die dünn ausgezogenen Kurve den Reintransmissionsgrad Ti(λ) für das Filter 93 wieder gibt. In Fig. 2a, the bold curve shows the transmission (in percent) of the filter 91 as a function of the wavelength (in nm), i.e. the so-called pure transmittance Ti (λ), while the thin curve shows the pure transmittance Ti (λ ) for the filter 93 again.
Fig. 2a ist zu entnehmen, daß die Reintransmission des Filters 91 bei Wellenlängen, die kleiner als etwa 440 nm sind, größer als 90% ist. Bei Wellenlängen, die größer als etwa 460 nm sind, ist die Transmission klei ner als 1%. Etwa bei 445 nm ist die Transmission 50%. Ferner ist bei dem Ausführungsbeispiel für einen Inter ferenzfilter 91, das in Fig. 2a dargestellt ist, die Transmission im Bereich zwischen 600 und 660 nm, in dem Fluoreszenzlicht verstärkt auftritt, besonders niedrig und ist insbesondere kleiner als 0,1%. Das Filter 91 ist also ein Kurzpaßfilter. FIG. 2a shows that the pure transmission of the filter 91 is greater than 90% at wavelengths that are less than about 440 nm. At wavelengths greater than about 460 nm, the transmission is less than 1%. At about 445 nm, the transmission is 50%. Furthermore, in the exemplary embodiment for an interference filter 91 , which is shown in FIG. 2a, the transmission in the range between 600 and 660 nm, in which fluorescent light occurs increasingly, is particularly low and is in particular less than 0.1%. The filter 91 is therefore a short pass filter.
Das Filter 93 hat eine nahezu komplementäre Charakte
ristik:
Die Transmission T₁ ist bei Wellenlängen zwischen 370
und 430 nm kleiner als 0,1%. Bei einer Wellenlänge
von 455 nm ist die Transmission 50%. Bei Wellenlängen
zwischen 500 und 1100 nm erreicht die Transmission 99%
oder mehr.The filter 93 has an almost complementary characteristic:
The transmission T₁ is less than 0.1% at wavelengths between 370 and 430 nm. At a wavelength of 455 nm, the transmission is 50%. At wavelengths between 500 and 1100 nm, the transmission reaches 99% or more.
Die Transmissionskurven der Filter 91 und 93 schneiden sich ca. zwischen 25 und 30%.The transmission curves of filters 91 and 93 intersect approximately between 25 and 30%.
Fig. 2b zeigt die Transmissionscharakteristik des Ge samtsystems, die man durch Multiplikation der Kurven der einzelnen Filter 91 und 93 erhält. Wie man sieht, liegt die Transmission nur im Bereich zwischen 440 und 460 nm über 1% und erreicht einen Maximalwert von etwa 12,5%. Dies bedeutet, daß nur ein kleiner Teil des Beleuchtungslichtes, das an dem Gewebebereich 7 re flektiert wird, die proximale Bildebene 13 "erreicht". Das Fluoreszenzlicht, das typischerweise bei Wellen längen zwischen 500 und 780 nm, meist zwischen 600 und 660 nm emittiert wird, erreicht die Bildebene 13 unge hindert, da es nur das Langpaßfilter 93, nicht jedoch das Kurzpaßfilter 91 passieren muß. Damit ist zwar noch eine visuelle Beobachtung des Gewebebereichs 7 möglich, der Fluoreszenzanteil des nachgewiesenen Lichtes kann aber sicher von dem reflektierten, kürzerwelligen Licht getrennt werden. FIG. 2b shows the entire system transmission characteristic of the Ge, which is obtained by multiplication of the curves of the individual filters 91 and 93. As you can see, the transmission is only in the range between 440 and 460 nm over 1% and reaches a maximum value of about 12.5%. This means that only a small part of the illuminating light that is reflected at the tissue area 7 re “reaches” the proximal image plane 13 . The fluorescent light, which is typically emitted at wavelengths between 500 and 780 nm, mostly between 600 and 660 nm, reaches the image plane 13 unhindered, since it only has to pass the long-pass filter 93 , but not the short-pass filter 91 . Although a visual observation of the tissue area 7 is still possible, the fluorescence component of the detected light can be safely separated from the reflected, shorter-wave light.
Die vorstehenden Wellenlängenangaben beziehen sich auf die Verwendung von Delta-Aminolävulinsäure als Photo sensibilisator. Bei der Verwendung von anderer Photo sensibilisatoren sind die Wellenlängen, bei denen die einzelnen Filter ihre Paß-Charakteristik ändern, ent sprechend anzupassen. Unverändert bleibt jedoch im wesentlichen die Eigenschaft, daß sich die beiden kom plementären Filterkurven bei einem Reintransmissions grad von weniger als 50% schneiden. Ebenfalls unver ändert bleibt, daß das Gesamtsystem nur in einem schma len Bereich, der typischerweise 50 nm, gegebenenfalls aber mehr oder weniger, beträgt, deutlich von Null verschieden und insbesondere größer als 1% ist.The above wavelength specifications refer to the use of delta-aminolevulinic acid as a photo sensitizer. When using other photo Sensitizers are the wavelengths at which the individual filters change their pass characteristics, ent adapting accordingly. However, unchanged in essential the property that the two com complementary filter curves for a pure transmission cut less than 50%. Also not The only thing that changes is that the overall system is only in one schma len range, typically 50 nm, if necessary but more or less, is clearly zero is different and in particular is greater than 1%.
Soll die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für die Therapie verwendet werden, so muß das Filtersystem 9 ein weiteres Filter aufweisen, das keine Kurzpaß- Charakteristik, sondern eine Mittelpaß- bis Langpaß charakteristik aufweist.If the device according to the invention is also to be used for therapy, the filter system 9 must have a further filter which does not have a short-pass characteristic but a medium-pass to long-pass characteristic.
Die vorstehende Beschreibung eines Ausführungsbei spiels, das sich auf die Verwendung von Verwendung von Delta-Aminolävulinsäure als Photosensibilisator be zieht, beschränkt den den Ansprüchen und der Beschrei bung entnehmbaren allgemeinen Erfindungsgedanken nicht.The above description of an embodiment game that focuses on the use of using Delta aminolevulinic acid as a photosensitizer draws, limits the claims and the description exercise not apparent general inventive idea.
Claims (42)
- - einem Beleuchtungssystem, das mindestens eine Licht quelle mit Lampensystem (6) aufweist, das inkohärentes Licht im Wellenlängenbereich von wenigstens 380 bis 680 nm erzeugt,
- - einer lichtzuführenden Einheit (2, 5, 21), die das Licht des Beleuchtungssystems auf den zu diagnosti zierenden und/oder zu therapierenden Gewebebereich (7) richtet, und
- - einer bildgebenden, bilderfassenden und bildüber tragenden Einheit (31, 32, 4, 8), die das von dem Gewebebereich (7) kommende Licht in eine proximale Bildebene (13) abbildet,
- an illumination system which has at least one light source with a lamp system ( 6 ) which generates incoherent light in the wavelength range from at least 380 to 680 nm,
- - A light supplying unit ( 2 , 5 , 21 ), which directs the light of the lighting system onto the tissue area ( 7 ) to be diagnosed and / or treated, and
- an imaging, image-capturing and image-transmitting unit ( 31 , 32 , 4 , 8 ) which images the light coming from the tissue area ( 7 ) into a proximal image plane ( 13 ),
T₁ (λ = 380-430 nm) < 50%
T₁ (λ = 610-650 nm) < 1%.8. The device according to claim 7, characterized in that when using delta-aminolevulinic acid as the photosensitizer, the thermally stable interference filter ( 91 ) has the following transmission properties in the visible range:
T₁ (λ = 380-430 nm) <50%
T₁ (λ = 610-650 nm) <1%.
T₁ (λ = 370 - 440 nm) < 95%
T₁ (λ = 447 nm) = 50%
T₁ (λ = 460-600 nm) < 1%
T₁ (λ = 600-660 nm) < 0,1%
T₁ (λ = 660-680 nm) < 1%.10. Apparatus according to claim 8 or 9, characterized in that the thermostable interference filter (short pass filter 91) has the following characteristics:
T₁ (λ = 370 - 440 nm) <95%
T₁ (λ = 447 nm) = 50%
T₁ (λ = 460-600 nm) <1%
T₁ (λ = 600-660 nm) <0.1%
T₁ (λ = 660-680 nm) <1%.
T₁ (λ = 380-440 nm) < 95%
T₁ (λ = 440-700 nm) ≈ 90%
T₁ (λ = 700) = 50%
T₁ (λ = 720-1100 nm) < 1%.12. Device according to one of claims 8 to 11, characterized in that the thermostable heat protection filter ( 92 ) has the following characteristics:
T₁ (λ = 380-440 nm) <95%
T₁ (λ = 440-700 nm) ≈ 90%
T₁ (λ = 700) = 50%
T₁ (λ = 720-1100 nm) <1%.
T₁ (λ = 370-430 nm) < 0,1%
T₁ (λ = 453 nm) ± 2 nm = 50%
T₁ (λ = 500-1100 nm) < 90%.14. Device according to one of claims 8 to 13, characterized in that the filter in the observation beam path (long-pass filter 93 ) has the following characteristics:
T₁ (λ = 370-430 nm) <0.1%
T₁ (λ = 453 nm) ± 2 nm = 50%
T₁ (λ = 500-1100 nm) <90%.
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