DE20122751U1

DE20122751U1 - Fluorescence diagnosis system has optical detector formed by at least one camera system for generating normal and fluorescent images of observed area, pulsed stimulation light source(s)

Info

Publication number: DE20122751U1
Application number: DE20122751U
Authority: DE
Original assignee: BIOCAM GmbH
Current assignee: BIOCAM GmbH
Priority date: 2001-08-09
Filing date: 2001-11-23
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2011-11-24

Abstract

The system has at least one light source (7) for subjecting an observed area (2) to stimulation light and an optical detector for fluorescence generated by fluorescent material in the tissue as a result of the stimulation light. The optical detector is formed by at least one camera system (3) for generating a normal image and a fluorescent image of the observed area and the light source(s) is a pulsed light source.

Description

Die Neuerung bezieht sich auf ein System für die Fluoreszenzdiagnostik gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The Innovation refers to a system for fluorescence diagnostics according to the preamble of Claim 1.

Die Fluoreszenzdiagnostik ist als ein noch experimentelles, klinisch nicht zugelassenes Verfahren grundsätzlich bekannt, welches u.a. auch für die quantitative Früherkennung einer Vielzahl von präkanzerosen/dysplastischen Veränderungen an Geweben sehr viel versprechend ist. Die Fluoreszenzdiagnostik macht sich die Stoffwechselunterschiede beispielsweise im Porphyrinstoffwechsel zwischen Zellen in dysplastischem/tumorösem Gewebe und Zellen im normalen Gewebe zunutze.The Fluorescence diagnosis is still experimental, clinical Unauthorized method basically known, which u.a. also for the quantitative early detection a variety of precancerous / dysplastic changes in tissues is very promising. Fluorescence diagnostics makes the metabolic differences, for example, in porphyrin metabolism between cells in dysplastic / tumorous tissue and cells in normal Utilize tissue.

Aufgabe der Neuerung ist es, ein System aufzuzeigen, mit dem eine verbesserte und eindeutigere Fluoreszenzdiagnostik möglich ist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein System entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.task The innovation is to show a system with which an improved and clearer fluorescence diagnostics is possible. To solve this Task is a system according to claim 1 formed.

Das Neuerungsgemäße System dient zur Visualisierung von Fluoreszenzfarbstoffen zur Fluoreszenzdiagnostik u.a. von humanen Tumoren, ist speziell auch für eine hochsensitive, quantitative Früherkennung einer Vielzahl von präkanzerosen/dysplastischen Veränderungen geeignet und nutzt dabei beispielsweise den Unterschied im Porphyrinstoffwechsel bei Zellen in dysplastischem/tumorösem Gewebe im Vergleich zu Zellen im normalen Gewebe. Das neuerungsgemäße System gestattet weiterhin ein sehr vereinfachtes Arbeiten bei hoher Sensitivität und eindeutigen Ergebnissen.The New system serves for the visualization of fluorescent dyes for fluorescence diagnostics et al of human tumors, is also specific to a highly sensitive, quantitative early detection a variety of precancerous / dysplastic changes suitable and uses, for example, the difference in porphyrin metabolism in cells in dysplastic / tumorous tissue compared to Cells in normal tissue. The renewal system continues to allow a very simplified working with high sensitivity and clear Results.

Als Fluoreszenzfarbstoffe eignen sich u.a. Fluorophore, die Licht im sichtbaren Spektralbereich oder nahen Infrarotbereich absorbieren und Licht im nahen Infrarotbereich emittieren. Zu diesen Fluorophoren zählen insbesondere auch exogene Farbstoffe, d. h. von außen in das Gewebe eingebrachte Farbstoffe, wie z. B. Indocyaningrün und verschiedene Porphycene, aber auch endogene Farbstoffe, d.h. im Gewebe erzeugte Farbstoffe, wie z. B. 5-Aminolävulinsäure induzierte Porphyrine (insbesondere Protoporphyrin IX) usw.When Fluorescent dyes are suitable i.a. Fluorophores, the light in the absorb visible spectral range or near infrared range and emit light in the near infrared range. To these fluorophores counting especially exogenous dyes, d. H. from the outside into the Tissue introduced dyes such. B. indocyanine green and various Porphycenes, but also endogenous dyes, i. generated in the tissue Dyes, such as. B. induced 5-aminolevulinic acid Porphyrins (especially protoporphyrin IX) etc.

Die Neuerung wird im Folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:The Innovation will be described below with reference to the figures of an embodiment explained in more detail. It demonstrate:

1 eine schematische Darstellung eines Systems für die Fluoreszenzdiagnostik von humanen Tumoren gemäß der Neuerung; 1 a schematic representation of a system for the fluorescence diagnosis of human tumors according to the innovation;

2 der spektrale Bereich der Absorption bzw. der Emission bei Verwendung von Protoporphyrin IX. 2 the spectral range of absorption or emission when using protoporphyrin IX.

Das System 1 umfaßt u.a. ein digitales Kamerasystem 3 mit einem 3-CCD-Chip 4 (auch RGB-Chip) als optoelektrischen Bildwandler, eine erste Steuerelektronik 5 für das Kamerasystem 3 bzw. den 3-CCD-Chip 4, eine zweite Steuerelektronik 6 für eine gepulste Lichtquelle 7, die das Anregungslicht liefert und beispielsweise von wenigstens einer LED oder von einer Blitzlampe, z. B. Xenon-Hochdrucklampe, oder von einer Laserdiode oder Laserdiodenanordnung gebildet ist.The system 1 includes, inter alia, a digital camera system 3 with a 3-CCD chip 4 (also RGB chip) as an optoelectric image converter, a first control electronics 5 for the camera system 3 or the 3-CCD chip 4 , a second control electronics 6 for a pulsed light source 7 , which supplies the excitation light and, for example, by at least one LED or by a flash lamp, for. B. xenon high-pressure lamp, or is formed by a laser diode or laser diode array.

Wie die 2 zeigt, liegt bei Verwendung von Porphyrinen als Fluoreszenzfarbstoff die maximale Absorption für die Anregung im blauen Spektralbereich (ca. 400 nm – Bereich A) und die maximale Fluoreszenzemission im roten Spektralbereich (ca. 630 nm – Bereich B).As the 2 shows, when using porphyrins as the fluorescent dye, the maximum absorption for the excitation in the blue spectral range (about 400 nm - range A) and the maximum fluorescence emission in the red spectral range (about 630 nm - range B).

Im Strahlengang bzw. in der optischen Achse des Kamerasystems 3 befindet sich ein Strahlteiler, der bei der dargestellten Ausführungsform von einem Teilerspiegel 8 gebildet ist und über den das von der Lichtquelle 7 gelieferte gepulste Anregungslicht in der optischen Achse des Kamerasystems 3 und durch die von einer Linse dargestellte Optik 9 dieses Systems auf das zu untersuchende Objekt oder Gewebeareal 2 aufgebracht wird. Der Strahlteiler 8 ist so ausgebildet und angeordnet, daß das Fluoreszenzbild von zu untersuchendem Gewebeareal 2 durch die Optik 9 und den Strahlteiler 8 hindurch auf den CCD-Chip auftrifft bzw. in der dortigen Bildebene abgebildet wird. Durch den Strahlteiler 8 wird auf diese Weise das Anregungslicht und das Fluoreszenzlicht getrennt.In the beam path or in the optical axis of the camera system 3 There is a beam splitter, which in the illustrated embodiment of a splitter mirror 8th is formed and over that of the light source 7 supplied pulsed excitation light in the optical axis of the camera system 3 and by the optics represented by a lens 9 this system to the object or tissue area to be examined 2 is applied. The beam splitter 8th is designed and arranged so that the fluorescence image of tissue area to be examined 2 through the optics 9 and the beam splitter 8th impinges on the CCD chip or is imaged in the local image plane. Through the beam splitter 8th In this way, the excitation light and the fluorescent light are separated.

Der Videoausgang der Steuerelektronik ist mit einem Rechner 10 verbunden, dem ein Monitor 11 zur Visualisierung der vom Kamerasystem 3 gelieferten Bilder, nämlich des normalen Farbbildes (auch RGB-Bild) sowie des Fluoreszenzbildes des zu untersuchenden Objektes 2 zugeordnet ist und der u.a. auch die für die Bilddarstellung auf den Monitor 11 notwendigen Komponenten, insbesondere auch Bildspeicher enthält. Dem Rechner 10, der beispielsweise von einem PC gebildet ist, sind noch weitere, nicht dargestellte Komponenten zugeordnet, nämlich die übliche Tastatur sowie Laufwerke für Speichermedien, wie Disketten, Bänder, Daten-CDs usw. Weiterhin sind dem Rechner 10 beispielsweise auch Mittel zugeordnet, über die eine Verbindung zu Datennetzwerken bzw. ein Datenaustausch über solche Netzwerke möglich ist.The video output of the control electronics is with a computer 10 connected to that a monitor 11 for visualization of the camera system 3 supplied images, namely the normal color image (also RGB image) and the fluorescence image of the object to be examined 2 is assigned and among other things also for the image representation on the monitor 11 necessary components, in particular image memory contains. The calculator 10 , which is formed for example by a PC, are associated with other components, not shown, namely the usual keyboard and drives for storage media, such as floppy disks, tapes, data CDs, etc. Furthermore, the computer 10 For example, also assigned means via which a connection to data networks or a data exchange over such networks is possible.

Die Steuerelektronik 5 weist u.a. auch einen Trigger-Ausgang auf, mit dem die Steuerelektronik 6 zur synchronen Ansteuerung der Lichtquelle 7 getriggert wird. Mit dem beschriebenen System 1 ist es somit möglich, über das Kamerasystem 3 bei Umgebungsbeleuchtung, beispielsweise durch Tageslicht oder nicht dargestellte Lampen ein Normalbild von dem zu untersuchenden Gewebeareal 2 zu erhalten sowie durch von der Steuerelektronik 5 gesteuerte Triggerung der Steuerelektronik 6 und damit der Lichtquelle 7 für das Anregungslicht auch ein kurzzeitiges Fluoreszenzlichtbild. Zur Erzeugung des Fluoreszenzlichtbildes werden von der Steuerelektronik 5 zum Zeitpunkt der Aktivierung der Lichtquelle 7 und damit der Fluoreszenz (Aktivierungs- und Fluoreszenz-Phase) nur diejenigen Bildsignale des Kamerasystems 3 ausgewertet, die in dem dem Spektralbereich der Fluoreszenz entsprechenden Kanal des CCD-Chip anstehen, d.h. beispielsweise bei Verwendung von Protoporphyrin als Fluoreszenzfarbstoff das Signal des R-Kanals (Kanal für das rote Farbsignal).The control electronics 5 also has a trigger output, with which the control electronics 6 for synchronous control of the light source 7 is triggered. With the described system 1 It is thus possible via the camera system 3 in ambient lighting, for example by daylight or lamps, not shown, a normal image of the tissue area to be examined 2 as well as by the control electronics 5 controlled triggering of the control electronics 6 and thus the light source 7 for the excitation light also a short-term fluorescent light image. To generate the fluorescent light image are from the control electronics 5 at the time of activation of the light source 7 and thus the fluorescence (activation and fluorescence phase) only those image signals of the camera system 3 evaluated, which are pending in the spectral region of the fluorescence corresponding channel of the CCD chip, ie, for example, when using protoporphyrin as a fluorescent dye, the signal of the R channel (channel for the red color signal).

Durch eine entsprechend kurze Aufnahmezeit für die Fluoreszenzbilder kann das Umgebungslicht aus diesen Bildern soweit diskriminiert werden, daß das System bei ständigem Umgebungslicht, d. h. auch bei während der Anregungs- und Fluoreszenzphase vorhandenem Umgebungslicht eindeutig arbeitet.By a correspondingly short recording time for the fluorescence images can the ambient light from these images are discriminated so far that the system at constant Ambient light, d. H. also during during the excitation and fluorescence phase existing ambient light clearly is working.

Weitere entscheidende Vorteile des Systems bestehen darin, daß das Fluoreszenzbild und das normale RGB-Bild des gesamten Beobachtungsareals 2 unmittelbar nacheinander detektiert, digitalisiert und in dem Rechner 10 verarbeitet werden, so daß die Möglichkeit besteht, beide Bilder unmittelbar nebeneinander oder aber auch übereinander am Monitor 11 darzustellen, so daß erkrankte Gewebeareale sich ohne Verlust an Information und Orientierung im RGB-Bild darstellen lassen.Other key advantages of the system are that the fluorescence image and the normal RGB image of the entire observation area 2 detected, digitized and in the computer immediately after each other 10 be processed, so that the possibility exists, both images directly next to each other or on top of each other on the monitor 11 so that diseased tissue areas can be displayed without loss of information and orientation in the RGB image.

Mittels einer im Rechner 10 durchgeführten Schwellwertberechnung lassen sich zusätzlich auch Grenzen zwischen gesundem und erkranktem Gewebe deutlich hervorheben. Wichtige Bilder können im Rechner 10 oder in Speichermedien abgespeichert und mit Daten des jeweiligen Patienten aktiviert werden, beispielsweise für eine Kontrolle therapeutischer Maßnahmen und/oder des Krankheitsverlaufs.By means of a computer 10 In addition, thresholds between healthy and diseased tissue can be clearly emphasized. Important pictures can be in the calculator 10 or stored in storage media and activated with data of the respective patient, for example, for a control of therapeutic measures and / or the course of the disease.

Die Neuerung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, daß zahlreiche Änderungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Neuerung zugrundeliegende Neuerungsgedanke verlassen wird. So ist es beispielsweise auch möglich, die Lichtquelle 7 für das Anregungslicht so anzuordnen, daß dieses Licht nicht in den Strahlengang des Kamerasystems 3 eingeblendet wird, sondern außerhalb dieses Strahlungsganges auf das zu untersuchende Objekt 2 auftrifft. In diesem Fall ist dann im Strahlengang des Kamerasystems 3 anstelle des Strahlteilers 8 vorzugsweise ein Langpaßfilter (λ > 460 nm) vorgesehen, um das Fluoreszenzlicht vom Anregungslicht der Lichtquelle 7 zu trennen.The innovation has been described above in one embodiment. It is understood that numerous changes are possible without thereby leaving the innovation underlying the innovation. For example, it is also possible to use the light source 7 arrange for the excitation light so that this light is not in the beam path of the camera system 3 is displayed, but outside of this radiation path to the object to be examined 2 incident. In this case, then in the beam path of the camera system 3 instead of the beam splitter 8th Preferably, a long-pass filter (λ> 460 nm) provided to the fluorescent light from the excitation light of the light source 7 to separate.

Vorstehend wurde weiterhin davon ausgegangen, daß mit einem einzigen Kamerasystem 3 bzw. mit einem einzigen CCD-Chip (RGB-Chip) sowohl das normale RGB-Bild, als auch das Fluoreszenzbild generiert werden. Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, zwei Kamerasysteme oder aber ein Kamerasystem mit zwei CCD-Chips vorzusehen, von denen der eine Chip dann als 3-CCD-Chip für die Generierung des normalen RGB-Bildes bzw. der entsprechenden Bildsignale und der andere Chip als s/w-CCD-Chip zur Generierung des Fluoreszenz-Bildes bzw. des entsprechenden Signals ausgebildet sind. Die Steuerelektronik 5 weist in diesem Fall zwei Eingänge auf. Die Signale der beiden CCD-Chips werden dann jeweils nacheinander von der Steuerelektronik 5 erfasst und hieraus die an den Rechner 10 weitergeleiteten Videobilder generiert.The above was further assumed that with a single camera system 3 or with a single CCD chip (RGB chip) both the normal RGB image, and the fluorescence image are generated. Of course, it is possible to provide two camera systems or a camera system with two CCD chips, of which one chip then as a 3-CCD chip for generating the normal RGB image or the corresponding image signals and the other chip as s / w-CCD chip for generating the fluorescence image or the corresponding signal are formed. The control electronics 5 has two inputs in this case. The signals of the two CCD chips are then successively from the control electronics 5 recorded and from there to the computer 10 generated video images generated.

11: System für die Fluoreszenzdiagnostiksystem for the fluorescence diagnosis
22: Objekt bzw. Gewebeobject or tissue
33: Kamerasystemcamera system
44: 3-CCD-Chip3-chip CCD-
5, 65, 6: Steuerelektronikcontrol electronics
77: Lichtquelle für Anregungslichtlight source for excitation light
88th: Strahlteilerbeamsplitter
99: Kameraoptikcamera optics
1010: Rechnercomputer
1111: Monitormonitor

Claims

System for fluorescence diagnosis of organs or tissues, comprising at least one light source ( 7 ) for the operation of an observation area ( 2 ) with an excitation light and with an optical detector for a fluorescence, which is generated due to the excitation light by a fluorescent dye present in the tissue, characterized in that the optical detector of at least one camera system ( 3 ) for generating a normal image and a fluorescence image of the observation area ( 2 ) is formed, and that the at least one light source ( 7 ) is a pulsed light source.

System according to claim 1, characterized in that with the at least one camera system ( 3 ) or with at least one optoelectric image converter ( 4 ) of the camera system ( 3 ) the normal image and the fluorescence image of the observation area ( 2 ) are generated one after the other, during an excitation and fluorescence phase in which the at least one light source ( 7 ) is activated to emit the excitation light, the fluorescence image and outside the excitation and fluorescence phase the normal image.

System according to Claim 1 or 2, characterized in that at least two camera systems and / or at least two optoelectric image converters ( 4 ), namely a camera system or an opto-electrical image converter ( 4 ) for generating the normal image of the tissue area and a camera system or an optoelectrical image converter ( 4 ) for the fluorescence image.

System according to one of the preceding claims, characterized by a first control electronics ( 5 ) for the at least one camera system ( 3 ) or the at least one optoelectric image converter ( 4 ).

A system according to claim 4, characterized in that the control electronics comprise those of the at least one camera system ( 3 ) or the at least one optoelectric image converter ( 4 ) supplied as image signals of the normal image or as image signals of the fluorescence image synchronously with the activation of the at least one light source ( 7 ) and from this generates images for further image processing and / or processing.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one camera system ( 3 ) an optoelectric image converter ( 4 ) with an RGB output, and that the first control electronics ( 5 ) evaluates only image signals for generating the fluorescence image which correspond to the output of the optoelectrical image converter corresponding to the spectral range of the fluorescence image ( 4 ) issue.

System according to one of the preceding claims, characterized by a second control electronics ( 6 ) for the at least one light source ( 7 ).

System according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one light source ( 7 ) for the excitation light and / or the second control electronics ( 6 ) from the first control electronics ( 5 ) are triggered.

System according to one of the preceding claims, characterized by means ( 8th ) for coupling the excitation light of the at least one pulsed light source ( 7 ) in the beam path or in the optical axis of the at least one camera system ( 3 ).

System according to claim 9, characterized in that the means of at least one divider mirror ( 8th ) are formed.

System according to one of the preceding claims by at least one filter in the beam path of the at least one Camera system for filtering the excitation light.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one optoelectrical image converter ( 4 ) is a CCD chip.

System according to one of the preceding claims, characterized characterized in that Generation of the fluorescence image the control electronics the signal of the R channel of the evaluates opto-electric image converter.

System according to one of the preceding claims, characterized characterized in that Spectrum of the light of the pulsed light source in the visible spectral range and / or in the infrared range and / or in the UV range.