DE19943397C2 - Verfahren zur Darstellung spektroskopisch ermittelter Daten und Verwendung dieses Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Darstellung spektroskopisch ermittelter Daten und Verwendung dieses VerfahrensInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Darstellung spektroskopisch ermittelter
Daten und eine Verwendung dieses Verfahrens in der Fluoreszenzspektroskopie, zur
Durchführung endoskopischer Eingriffe und Untersuchungen in der Medizin und für
Untersuchungen im Bereich der Materialforschung.
Derartige Verfahren sind bekannt und werden insbesondere in der Materialforschung, dem
Baubereich oder auch bei chirurgischen Eingriffen verwendet. Das letztere Anwendungsgebiet
umfaßt insbesondere die Neurochirurgie, bei der in kleinsten Bereichen Eingriffe durchgeführt
werden. Dies betrifft insbesondere die Entfernung von tumorösem Gewebe.
Verschiedene Verfahren zur Auffindung von tumorösem Gewebe sind bekannt. So beschreibt
das U.S.-Patent 5,042,494 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Auffindung von Tumor
gewebe durch Messung angeregter Autofluoreszenz der entsprechenden Gewebeabschnitte.
Mittels eines umfangreichen apparativen Aufbaus ist es möglich, derartige Gewebeabschnitte zu
analysieren und gegebenenfalls, zum Beispiel mittels eines Lasers, abzutragen. Auch das U.S.-
Patent 4,981.138 offenbart eine derartige Analysevorrichtung, mit der gleichzeitig entsprechen
des krankes Gewebe zerstört werden kann.
In der Offenlegungsschrift DE 198 00 312 wird ein Diagnosegerät zur bildgebenden
Aufnahme fluoreszierenden biologischen Gewebes durch ein Endoskop beschrieben. Über
eine lichtleitende Fasersonde kann ein Bereich eines zu untersuchenden Objekts
fluoreszenzspektroskopisch erfaßt werden, und die ermittelten spektroskopischen Daten
können auf einem RGB-Farbmonitor als Falschfarbenbild dargestellt werden. Der Bereich
des zu untersuchenden Objekts kann bei entsprechender Bestrahlung mit Weißlicht auch mit
einer endoskopischen Farbkamera als Farbbild aufgenommen werden.
In der US 4,821,117 wird ein endoskopisches System beschrieben, durch das ein Objekt
fluoreszenzspektroskopisch sowie als sichtbares Strahlungsbild erfaßbar ist. Die
Bestrahlung des Objekts erfolgt mit Hilfe einer lichtleitenden Faser, durch die abwechselnd
Weißlicht und Licht zur Fluoreszenzanregung geleitet wird. Eine optische Faser wird dazu
verwendet, abwechselnd die emittierte Fluoreszenz des Objektes sowie das sichtbare
Strahlungsbild zu erfassen.
Nachteilig an diesen bekannten Verfahren ist jedoch, daß die spektral gewonnenen
Informationen nur punktuell abgegriffen werden können. Dies schränkt die Anwendungs
bereiche derartiger Verfahren stark ein, da eine ausreichende und vergleichende bildgebende
Darstellung und Auswertung dieser Informationen nicht oder nur begrenzt möglich ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art
bereitzustellen, das eine bildgebende Darstellung und Auswertung von spektroskopisch
ermittelten Daten erlaubt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Hauptanspruches 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Darstellung spektroskopisch ermittelter Daten umfaßt
dabei folgende Schritte:
- a) Aufnahme von Spektren von punktförmig ausgebildeten Teilbereichen innerhalb eines Gesamtbereichs eines zu untersuchenden Objekts über mindestens eine lichtleitende Fasersonde mit einem Fasersondenende, wobei die mindestens eine Fasersonde mit mindestens einem Spektrometer verbunden ist,
- b) Aufnahme eines Schwarz-weiß- oder Farbbildes des Gesamtbereichs des zu untersuchenden Objekts mittels einer Kamera und/oder einer Videokamera und/oder eines Computertomographen und/oder eines Magnetresonanztomographen, wobei die jeweilige Position des mindestens einen Fasersondenendes erfaßt wird, und
- c) Darstellung der ermittelten spektroskopischen Daten/Information der einzelnen Teilbereiche in Form von Falschfarben in dem gemäß Verfahrensschritt b) aufgenommenen Schwarz-weiß- oder Farbbild des Gesamtbereichs des zu unter suchenden Objekts.
Dadurch ist gewährleistet, daß spektroskopisch ermittelte Daten zum einen in situ ermittelt
werden können und bildgebend darstellbar sind. Dadurch ist es möglich, Untersuchungen im
Mikrobereich durchzuführen, die sowohl die Ermittlung, wie auch die Auswertung und Dar
stellung der Ergebnisse in situ erlaubt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden parallel zu der
Aufnahme der Spektren der einzelnen punktförmigen Teilbereiche gemäß Verfahrensschritt a)
Schwarz-weiß- oder Farbbilder dieser Teilbereiche mittels einer Kamera und/oder Videokamera
aufgenommen. Dadurch ist es möglich, jeden einzelnen Analyseschritt zu dokumentieren
und/oder den Analyseverlauf zu speichern, um auch aus den kombinierten Daten Rückschlüsse
auf die Beschaffenheit des untersuchten Objekts ziehen zu können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden alle
ermittelten Daten und Informationen auf einem internen Display eines Mikroskops dargestellt.
Damit ist eine exakte Erfassung der zu untersuchenden Materialbereiche und Materialober
flächen gewährleistet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die
Spektren über ein Endoskop abgegriffen. Dies ermöglicht auch Untersuchungen in Hohlräumen.
Zudem ist es möglich, daß die Spektren bei stereotaktischen Verfahren aufgenommen werden,
wobei die Fasersonde in die Trepanationsöffnung eingeführt wird. Die Verwendung einer
lichtleitenden Fasersonde erlaubt es, daß die zu untersuchenden Bereiche Punkt für Punkt
abgetastet, analysiert und ausgewertet werden können. Die Fasersonde kann dabei als
Anregungs- und Detektionsfaser ausgebildet sein. Diese Mehrfachfunktion der Fasersonde er
laubt es, die mögliche Vorrichtung, wie z. B. das genannte Endoskop, zur Ermittlung von
spektroskopischen Daten klein dimensioniert zu halten.
Das Verfahren zur Ermittlung von spektralanalytischen Daten kann dabei erfindungsgemäß zur
Anregung und Erfassung einer Autofluoreszenz von Materialien und Materialoberflächen
und/oder zur Anregung und Erfassung einer exogen angeregten Fluoreszenz von Materialien
und Materialoberflächen ausgebildet sein. Die Fasersonde kann zusätzlich mit einer
fluoreszenzdiagnostischen und/oder stereotaktischen Auswerteeinheit gekoppelt sein.
Neue Verwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich in der
Fluoreszenzendoskopie, bei der Durchführung endoskopischer Eingriffe und Untersuchungen in
der Medizin sowie bei Untersuchungen im Bereich der Materialforschung.
Im folgenden wird anhand eines Ausführungsbeispiels das erfindungsgemäße Verfahren näher
beschrieben. In dem Ausführungsbeispiel wird das Verfahren unter Verwendung eines
Mikroskops bei der Durchführung endoskopischer Eingriffe und Untersuchungen in der
Medizin, insbesondere bei der Verwendung als Operationsmikroskop in der Neurochirurgie
beschrieben.
Während einer Operation wird ein tumoröser Bereich im Gehirn gemäß Verfahrensschritt a)
aufgenommen und anschließend abgetastet. Die Operation wird zusätzlich über eine Kamera,
die in das Mikroskop integriert sein kann, aufgenommen. Zusätzlich wird die Position des
Fasersondenendes farblich markiert oder anders gekennzeichnet, so daß diese über
bildverarbeitende Maßnahmen nachträglich erfaßt werden kann und über Falschfarben im
internen Display des Mikroskops dargestellt werden kann. Jeder Punkt des Faserendes im
Sichtfeld des Mikroskops ist damit einem spezifischen Signal zugeordnet, welches über den
Zustand des Gewebes Auskunft gibt, da dieses unterschiedliche Fluoreszenzverhalten zeigt.
Die unterschiedlichen Teilbereiche können nunmehr im Display des Mikroskops als
Falschfarben dargestellt und mit dem Bild des Gesamtbereichs überlagert werden. Zusätzlich
ist es möglich, jede Einzelinformation in dem internen Display zu markieren. Wird nunmehr
die Fasersonde an einer weiteren Stelle des zu untersuchenden Bereiches angesetzt, so ist es
möglich, die dazugehörige Information mit der ersten Information beziehungsweise dem
ersten Bild auf dem internen Display zu überlagern. Somit wird der zu untersuchende Bereich
Schritt für Schritt erfaßt, analysiert und im internen Display dargestellt. Somit ist es dem
Operateur möglich, exakt zu entscheiden, welche Bereiche des Gewebes zu entfernen sind
oder nicht.
Claims (11)
1. Verfahren zur Darstellung spektroskopisch ermittelter Daten, wobei das Verfahren
folgende Schritte umfaßt:
- a) Aufnahme von Spektren von punktförmig ausgebildeten Teilbereichen innerhalb eines Gesamtbereichs eines zu untersuchenden Objekts über mindestens eine lichtleitende Fasersonde mit einem Fasersondenende, wobei die mindestens eine Fasersonde mit mindestens einem Spektrometer verbunden ist,
- b) Aufnahme eines Schwarz-weiß- oder Farbbildes des Gesamtbereichs des zu untersuchenden Objekts mittels einer Kamera und/oder einer Videokamera und/oder eines Computertomographen und/oder eines Magnetresonanztomographen, wobei die jeweilige Position des mindestens einen Fasersondenendes erfaßt wird,
- c) Darstellung der ermittelten spektroskopischen Daten/Information der einzelnen Teilbereiche in Form von Falschfarben in dem gemäß Verfahrensschritt b) aufgenommenen Schwarz-weiß- oder Farbbild des Gesamtbereichs des zu unter suchenden Objekts.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß parallel zu der Aufnahme der Spektren der einzelnen Teilbereiche gemäß
Verfahrensschritt a) Schwarz-weiß- oder Farbbilder dieser Teilbereiche mittels einer
Kamera und/oder Videokamera aufgenommen werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß alle ermittelten Daten und Informationen in einem internen Display eines Mikroskops
dargestellt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Spektren über ein Endoskop abgegriffen werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Spektren bei stereotaktischen Verfahren aufgenommen werden, wobei die
Fasersonde in die Trepanationsöffnung eingeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
die Fasersonde als Anregungs- und Detektionsfaser ausgebildet ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verfahren zur Ermittlung von spektralanalytischen Daten und zur Anregung und
Erfassung einer Autofluoreszenz von Materialen und Materialoberflächen ausgebildet
ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verfahren zur Ermittlung von spektralanalytischen Daten und zur Anregung und
Erfassung einer exogen angeregten Fluoreszenz von Materialen und Materialoberflächen
ausgebildet ist.
9. Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche in der
Fluoreszenzendoskopie.
10. Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur
Durchführung endoskopischer Eingriffe und Untersuchungen in der Medizin.
11. Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche für
Untersuchungen im Bereich der Materialforschung.
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