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WO2018072807A1 - Vorrichtung und verfahren zur feststellung pathologischer implikationen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur feststellung pathologischer implikationen Download PDF

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WO2018072807A1
WO2018072807A1 PCT/EP2016/072949 EP2016072949W WO2018072807A1 WO 2018072807 A1 WO2018072807 A1 WO 2018072807A1 EP 2016072949 W EP2016072949 W EP 2016072949W WO 2018072807 A1 WO2018072807 A1 WO 2018072807A1
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WO
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light
endoscope
infrared
segment
reflected
Prior art date
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Ceased
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PCT/EP2016/072949
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Engel
Maximilian Fleischer
Alexander Michael Gigler
Remigiusz Pastusiak
Tobias Paust
Elfriede Simon
Evamaria STÜTZ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to PCT/EP2016/072949 priority Critical patent/WO2018072807A1/de
Publication of WO2018072807A1 publication Critical patent/WO2018072807A1/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G02B5/208—Filters for use with infrared or ultraviolet radiation, e.g. for separating visible light from infrared and/or ultraviolet radiation

Definitions

  • This invention relates to an apparatus for detecting pathological implications according to the preamble of claim 1 and a method for detecting pathological implications according to the preamble of claim 25.
  • the object underlying the invention is as ⁇ rin to provide a comparison with the prior art improved solution.
  • This object is achieved by the device according to the preamble ⁇ concept of claim 1 by its features, and solved by the method according to the preamble of claim 25 by the features.
  • the inventive apparatus for detecting pathological implications ⁇ shear has a three-dimensional
  • the device is such as knowgebil ⁇ det, preferably that the endoscope for two- and / or three-dimensional imaging is designed.
  • the device of the invention is further developed such that for the endoscope and the spectrometer ei ⁇ ne is arranged at least a first common light source for emitting light to a surface to be examined and operatively connected with them. This can be done
  • the device according to the invention is further developed in such a way that the functional compound is such out ⁇ staltet that a first light channel guides the light of the public ⁇ seed light source from the proximal end of the endoscope to dis ⁇ talen end of the endoscope.
  • the first common light source is designed such that it emits light in the wavelength range of visible and infrared light.
  • the first common light source is designed such that it emits light in the wavelength range of visible light
  • the second common light source is designed such that it emits light in the wavelength range inf ⁇ rarotem light
  • the first and second light source are arranged spatially separated from each other and a semi-transparent and / or wavelength-selective mirror is arranged such that the infrared light passes through the mirror and the visible light from the mirror into the beam path of the infrared light is directed or arranged so that visible light passes through the mirror and the infrared light is directed by the mirror in the beam path of the infrared light.
  • freedom ⁇ degrees are achieved in the arrangement of the light sources, since their output light through the mirror by selecting the dimension and / or spectral distribution of the reflectivity and / or the appropriate angle can be combined properly.
  • the device according to the invention is further developed in such a way that the light channel is designed to guide infrared light components and visible light components. This helps to reduce the size of the endoscope and thus improve its capabilities and handling.
  • the endoscope and the spectrometer are configured and radio ⁇ tional connected, that a second light channel reflected directs portions of the light of the common light source from the distal end of the endoscope to the proximal end of the endoscope.
  • the inventive device can in such a further developed who, ⁇ that endoscope and the spectrometer are configured and operably connected that reflected light components at the proximal end of the endoscope are fed through a filter the spectroscope, wherein the Filter is designed such that it allows infrared light to pass.
  • the device according to the invention is further developed such that the first and / or second light channel is designed such that it is formed of at least one glass fiber reinforced ⁇ ser.
  • the endoscope and the spectrometer are functionally connected to a manipulation device which is designed such that infrared components, in particular near-infrared components, of a light incident on the surface, thus being reflected by a surface to be examined, also protects against adulteration portion of the spectrum of the reflected light is ma ⁇ nipuliert remaining, in particular visible, that the reflected infrared components and the reflected visible portions spaced apart to- be returned so that they, in particular at the output of the
  • the second light channel configured and functionally connected to Endo ⁇ skop and spectrometer that it leads the infrared portion of the spectrum of the reflected light, it is ensured that the evaluation by the spectrometer by distortions by the visible light provides less accurate results.
  • a further advantageous development of the device according to the invention is given when the lens is segmented such that the manipulation device is designed as at least one lens arranged at the distal end of the endoscope, since the properties of a lens can be brought about by suitable grinding in an advantageous manner for the invention , This applies even more to the development of the device according to the invention in such a way that the lens is segmented.
  • advantageous ⁇ exemplary clearly distinct regions with or through the lens gege ⁇ ben.
  • a further advantageous development of the device according to the invention is given when the lens is such segmented, that an at least first lens segment focuses the reflektier ⁇ th proportion of the infrared light beams and a second lens segment focuses the invisible portion of the reflektier ⁇ th light, said segments configured are that preferably a diffuse portion of the reflection of the infrared component is attributed.
  • said segments configured are that preferably a diffuse portion of the reflection of the infrared component is attributed.
  • the lens is segmented such that a first segment and a second segment are arranged such that the first segment is bounded by a kon ⁇ centric with respect to the center of the lens extending first circle and the second segment is defined by a concentric with the center of the lens extending second circle and the first circle, wherein the radius of the second circle is larger than the radius of the f ⁇ th circle, and wherein the first segment configured and operably connected to the endoscope in that it is used to manipulate the visible portions of the reflected light, and the second segment is configured and operatively connected to the endoscope so as to be used to manipulate the infrared portions of the light.
  • a significantly simpler and more cost-effective with respect to the production alternative development is when the device according to the invention is developed such that a first segment and a second segment are arranged such that the first is bounded by a first circle and the second segment of a second circle is limited, wherein the first circle and the second circle are arranged to each other disjunctively and wherein the first segment of such ⁇ designed and functionally connected to the endoscope that it is used to manipulate the visible portions of the reflected light, and the second segment is such out ⁇ staltet and operatively connected to the endoscope, that it verwen- for manipulating the infrared portions of the light it becomes.
  • This development is also characterized by the fact that the proportion of the captured diffusely reflected portion of infrared light is greatest, and thus the IR
  • Spectrometry is the most comprehensive basis for determining the finding available.
  • the erfindungsge ⁇ Permitted device is further formed such that the OBJEK ⁇ tivlinse is segmented such that the first segment is delimited by a concentrically with respect to extending the center of the lens first circle and the second segments concentric with by second are the center point of the f ⁇ th circle and disjoint to the first circle, in particular uniformly distributed, placed, wherein the radius of the second circle is smaller than the radius of the first circle and where ⁇ configured and operably connected with the first segment with the endoscope is that it is used to manipulate the visible portions of the reflected light, and the second segments are configured and operatively connected to the endoscope so as to be used to manipulate the infrared portions of the light.
  • a balanced solution is given such that a mittle ⁇ res measure is captured of diffuse reflected infrared light, which also tet an average degree of signal intensity bending.
  • a second semitransparent mirror is positioned downstream of the endoscope in the emission direction of the light of the first and / or second light source, which is designed and arranged such that emitted light is reflected in the direction of the distal end and reflected light can happen to image the visible area.
  • This can effectively and easily Arte a waste ⁇ the branching of a portion of the reflected light realized.
  • the proximal end of a third semi-transparent and / or spectrally selective mirror in the beam path of the returned reflected oriented light is arranged, which is arranged functionally so connected to the endoscope and the spectrometer, and is that it reflects the reflected portion of the infrared light rays to the infrared spectrometer and lets the visible portion of the reflected light pass through to an imaging device.
  • the device according to the invention advantageously in front of the infrared spectrometer arranged and configured such that the visible portion of the re ⁇ inflected light is removed and arranged in front of the imaging device, a filter and is designed so that the infrared portion of the light is removed.
  • the light source is formed by a Hallogenate short arc lamp, in particular HBO, XBO, in particular fluorescence-converted and / or widened laser light source and / or at least one LED.
  • a wavelength range which is suitable for the invention can be covered completely, in particular flexibly, ver ⁇ likes the development of the device according to the invention in which the LED or an array of LEDs for emitting light of different, in particular adjustable, wavelength is configured.
  • the invention is intended to encompass all forms of segmental limitation that can be considered the effect explained or an effect equivalent to the effects explained and, for example, as imaging channels.
  • Such equivalent and also included further developments would be, for example, the use of different, in particular especially antireflex, coatings.
  • the inventive method for determination of pathological implications is characterized in that an infrared spectrometer is operated in a powered for three-dimensional imaging endoscope, wherein preferably for this purpose the method is further developed such that the En ⁇ doskop to the di- and / or Three-dimensional imaging is operated.
  • FIG. 1 is a prior art in a simplified representation of an endoscope and a schematic representation of the operation of an IR spectrometer
  • FIG. 2 is a representation of the basic structure of two embodiments of the integration according to the invention
  • FIGURE 3 is a simplified representation of detected Antei ⁇ len the remission after irradiation of a surface
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of an embodiment according to the invention of the supply of the infrared light to the IR spectrometer
  • FIGURE 5 is a schematic representation of a SEN invention shown embodiment of the parallel implemented illumination of the surgical situs and the mapping of the reflected signals
  • Figure 6 is an illustration of the basic construction of another embodiment of the invention Integra ⁇ tion based on on-chip approach Tip
  • FIGURE 7 is a greatly simplified illustration of a ⁇ exporting approximately example of a segmented lens according to the invention
  • FIG. 8 shows an illustration of the basic construction of a second exemplary embodiment of the device according to the invention
  • FIGURE 1 the prior art is shown and ⁇ hand will be explained in which the object underlying the invention starting situation.
  • FIG. 1 shows an endoscope E, which likewise has its own second illumination (not shown).
  • Sce- rio shown according to the spectrometer (spectroscope) IRS is the light reflected by a light emitted from the first illumination infrared light from a sample SAMPLE Spekt ⁇ rum by the spectrometer IRS measured.
  • the wavelength-dependent attenuation of the light is observed and the data vector obtained for Schmé ⁇ chung (frequency) then usually classified by a statistical ⁇ 's method.
  • PLS partial least squares
  • Deep ANN for example Deep ANN.
  • Previous endoscopes using an illumination channel to white light for imaging to erzeu ⁇ gen, an illumination channel to generate the illumination pattern for 3D imaging via triangulation and a third channel to the optical image, either directly or to pick up medium chip-on tip technology.
  • the classic configuration for IR spectroscopy requires a light delivery of the light in the near (NIR) or mid (MIR) range, and a separate record of the Wegge ⁇ incident light spectrum.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a erfindungsge- Gurss coupled endoscope, wherein the channel is now used in addition to the white light illumination ⁇ to apply the IR light. It uses a common fiber
  • GF_NIR_VIS which is permeable to both types of light.
  • a lamp can be used which includes both types of light as shown in the upper part or next to a first light source BL_VIS for visible light via a semitransparent or spectrally selective mirror, a second light source BL_NIR, as in the lower part of the figure represented are coupled into the given through the glass fiber illumination channel BK.
  • the possible reflection angles and effects are outlined in a greatly simplified manner.
  • the imaging lens focuses on an entire image section (large viewing angle / large field of view), the IR radiation is focused on a measuring point (small angle of view / small field of view or measuring field). This is ideally positioned in the co-te of the optical image and may be optionally ⁇ indicated to the user by an optical marking ge.
  • FIGURE 4 is a schematic representation of an embodiment of the inventive he ⁇ supply the infrared light to the IR spectrometer is shown.
  • a filter F_IR may be introduced in the beam path, which leaves only the IR light required field happen.
  • a meaningful structure can be found in FIG. 5.
  • a high-resolution fiber bundle GF is used.
  • the coupling of the mixed light from the light source is preferably effected by BLG In ⁇ terferenzfilter and interference levels, for example, via a semi-transparent and / or che for individual spectral ranges transparent mirror SP.
  • the lens according to the invention is more the aperture stop and no field stop.
  • the fiber could also serve as the entrance aperture of the IRS spectrometer. If one then follows the path here of wanting to have several measuring spots which measure in parallel, then several fiber ends could be arranged instead of the entrance slit on the spectrometer.
  • the same maximum optical aperture as an aperture is selected for the analysis of the infrared, in particular near infrared, portion by means of a field stop from the spectrometer ⁇ and IRS may then be fed.
  • the field stop is designed to be displaceable, in order to enable a scanning of the measuring field of the endoscope for the visible spectral range and also for the infrared portion of the radiation for the spectrally resolved measurement. It is particularly preferable when the shutter is au ⁇ tomatinstrument controlled for scanning is.
  • electromechanical actuating elements or else in the transmission electrically controllable filter elements can be used, as are common in display technology.
  • FIG. 7 shows a greatly simplified representation of an embodiment of an inventive segmented Lin ⁇ se SL.
  • an outer segmentation IR which is preferably to recirculate the diffusely reflected components of the infrared light (IR), as well as an inner segment VIS, wel ⁇ Ches can be applied for the return of the visible components (VIS).
  • the inner VIS segment produces large image angle, the optical image (opt. Abbil ⁇ formation), the outer small image angle the IR image in the spectrometer IRS. Both are then transported again via a fiber bundle GF, with a beam splitter SP. separated and the two sub-beams given if appropriate with appropriate filters F_VIS ... F_IR limited to the respective wavelength range.
  • the invention allows for the fact that in minimally invasive surgical procedures, which are carried out with the help of a medical endoscope, the malinvasiven noninvasive identifi ⁇ cation and differentiation of different tissues, which was otherwise very limited even in three-dimensional optical resolution possible, especially because in mini ⁇ surgery, the field of vision is limited and haptic methods for tissue differentiation are excluded.
  • the invention thus takes into account the fact that the non-invasive determination of healthy and diseased tissues, especially in tumors, therefore of very great importance. With this invention, this is described by the integration of an automated tissue recognition based on IR spectroscopy (which also works for typical glossy reflective surfaces) into an endoscope with 2D or 3D imaging.
  • the invention enriches the state of the art, in which there is no integration of the IR spectroscopy with an endoscope in the claimed form. It adds to the state of the art, on the one hand, advantages of the medical endoscopes currently used in minimally invasive surgery, such as classic stereo endoscopes, stereo polarization endoscopes and above all advantages of three-dimensional endoscopes with depth profile measurements based on triangulation methods with single-channel or stereoscopic endoscopes They are designed with pattern projectors, eg as random DOT or color coded triangulation, which allow a 3D depth measurement via the projected patterns, even on optically rather unstructured smooth surfaces and therefore rather uncooperative for triangulation.
  • pattern projectors eg as random DOT or color coded triangulation
  • Triangulation may occur between the images shown in training channels with different directions as well as between the projector and at least one imaging channel he ⁇ follow.
  • the invention enriches the state of the art by the advantages of IR spectroscopy, which has been investigated (in vivo) only in animal experiments with respect to tumor tissue and non-tumor tissue differentiation, but thanks to the integration according to the invention and the associated advantages such as dimensional reduction or accurate results helps to reduce trauma in tissue differentiation and thus contributes to the acceptance of the technology.
  • the spectrometer integrated according to the invention can provide the functions known from the prior art as well, for example, that the reflected IR spectrum is measured by means of a spectrometer from a sample, for example human tissue, and the wavelength-dependent weakening of the light is taken into account ,
  • the obtained data vector Schcie ⁇ chung (frequency) is classified then usually by means of a sta ⁇ tistical method (often used PLS, PLSDA, Support Vector Machine, ANN, Deep ANN).
  • Embodiments of the invention also consider that one needs a reference for the attenuation - a reference spectrum.
  • the invention is developed particularly suitable, if the manipulation unit also made a setting ⁇ light, in which the spectrometer directly and without the
  • Beam path over the sample can measure the spectrum emitted by the light source or sources and so a spectral reference can be determined.
  • the measured sample spectrum can be related to the reference spectrum, for example by normalization, and thus the relative attenuation can be determined, which can be used as a chemical In ⁇ formation of the sample.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zur Feststellung pathologischer Implikationen bei dem, durchin einem zur dreidimensionalen Bildgebung betriebenen Endoskop ein Infrarot-Spektrometer betrieben wird.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zur Feststellung pathologischer Implikationen
Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feststellung pathologischer Implikationen gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Feststellung pathologischer Implikationen gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 25.
Es ist eine bekannte Motivation für einen Patienten den chirurgischen Eingriff so gering belastend wie möglich zu gestalten. Aus dieser Motivation heraus hat sich die so genann- te Minimal-invasive Chirurgie entwickelt, die sich durch ein kleinstmögliches Trauma beim operativen Eingriff auszeichnet.
Bei der Minimal-invasiven Chirurgie, die beispielsweise mit Laparoskopen durchgeführt wird, hat der Arzt in der Regel keinen unmittelbaren Einblick in den Situs der OP. Um dennoch eine bestmögliche räumliche Orientierung zu bekommen, können 3D Technologien eingesetzt werden. Dies kann helfen unbeabsichtigte Verletzungen durch Bewegung der, insbesondere chirurgischen, Instrumente zu reduzieren.
Problematisch ist allerdings, dass trotz der genannten Maßnahmen Verletzungen und damit Traumata auch dadurch entstehen können, dass durch Fehleinurteile gesundes Gewebe reseziert wird .
Für einen Arzt besteht somit das technische Problem, sich im Körper des Patienten über den gewährleisteten Einblick so zu orientieren, dass die räumlichen Gegebenheiten sicher erfasst und unbeabsichtigte und unnötige Verletzungen von gesunden Organen und Gefäßen z.B. mit den scharfen Skalpellklingen möglichst ausgeschlossen werden können. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher da¬ rin, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Lösung anzugeben . Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß dem Gattungs¬ begriff des Anspruchs 1 durch dessen Merkmale gelöst, sowie durch das Verfahren gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 25 durch dessen Merkmale gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Feststellung pathologi¬ scher Implikationen weist ein zur dreidimensionalen
Bildgebung und zur Integration einer Infrarot-Spektrometrie ausgestaltetes Endoskop auf. Hierdurch wird es möglich Trau¬ mata bei der Operation zu reduzieren, da eine sehr akkurate Gewebedifferenzierung möglich wird und die Dauer eines Eingriffs nicht nur dadurch verringert wird, weil statt sequen¬ tieller Anwendung von Endoskop und IR-Spektroskopie eine pa¬ rallele eingesetzt wird, sondern auch dadurch, dass einem Operateur zwei Quellen zur Verfügung stehen, die es ihm ermöglichen adäquate Entscheidungen bei der Instrumentenführung bzw. Operation auf fundierte Basis zu stellen. Beispielswei¬ se, weil eine seitens Spektrometer dargebrachte Darstellung des OP Situs sich zur Verifizierung des seitens Operations¬ mikroskops dargebrachten Darstellung des OP-Situs heranziehen lässt und umgekehrt.
Vorzugsweise ist hierzu die Vorrichtung derart weitergebil¬ det, dass das Endoskop zur zwei- und/oder dreidimensionalen Bildgebung ausgestaltet ist.
Vorteilhafter Weise wird die erfindungsgemäße Vorrichtung derart weitergebildet, dass für Endoskop und Spektrometer ei¬ ne mindestens eine erste gemeinsame Lichtquelle zur Abgabe von Licht auf eine zu untersuchende Oberfläche angeordnet und funktional mit ihnen verbunden ist. Hierdurch lassen sich
Ressourcen einsparen. Zudem wird der Platzbedarf reduziert. Außerdem kann dies für die Feststellung der pathologischen Implikation vorteilhaft sein, da eine den beiden Darstellun- gen gemeinsame Basis zugrundegelegt ist. Dies könnte bei¬ spielsweise im Zusammenhang mit maschinellem Lernen günstig sein . Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Vorrichtung derart weitergebildet, dass die funktionale Verbindung derart ausge¬ staltet ist, dass ein erster Lichtkanal das Licht der gemein¬ samen Lichtquelle vom proximalen Ende des Endoskops zum dis¬ talen Ende des Endoskops leitet.
Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die erste gemeinsame Lichtquelle derart ausgestaltet, dass sie Licht im Wellenlängenbereich von sichtbarem und infrarotem Licht abgibt.
Gemäß der Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wonach die erste gemeinsame Lichtquelle derart ausgestaltet ist, dass sie Licht im Wellenlängenbereich von sichtbarem Licht abgibt und die zweite gemeinsame Lichtquelle derart ausgestaltet ist, dass sie Licht im Wellenlängenbereich inf¬ rarotem Licht abgibt, kann beispielsweise sichergestellt wer¬ den, dass die Intensität der Signale sowohl für die dreidi¬ mensionale Bildgegung seitens Endoskop als auch für die IR Spektrometrie in erforderlichem Maße garantiert werden kann.
Bei einer weiteren Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch sind die erste und zweite Lichtquelle räumlich getrennt zueinander angeordnet und ein halbdurchlässiger und/oder wellenlängenselektiver Spiegel ist derart angeordnet, dass das infrarote Licht den Spiegel passiert und das sichtbare Licht vom Spiegel in den Strahlengang des infraroten Lichts gelenkt wird oder derart angeordnet ist, dass sichtbares Licht den Spiegel passiert und das infrarote Licht vom Spiegel in den Strahlengang des infraroten Lichts gelenkt wird. Hierdurch werden Freiheits¬ grade bei der Anordnung der Lichtquellen erreicht, da ihr abgegebenes Licht durch den Spiegel durch Wahl der Dimension und/oder spektralen Verteilung der Reflektivität und/oder des passenden Winkels geeignet zusammengeführt werden kann.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung derart wei- tergebildet, dass der Lichtkanal zur Führung von infraroten Lichtanteilen und sichtbaren Lichtanteilen ausgestaltet ist. Dies hilft, die Dimension des Endoskops zu verkleinern und damit seine Einsatzmöglichkeiten und Handhabung zu verbessern .
Endoskop und Spektrometer sind derart ausgestaltet und funk¬ tional verbunden, dass ein zweiter Lichtkanal reflektierte Anteile des Lichts der gemeinsamen Lichtquelle vom distalen Ende des Endoskops zum proximalen Ende des Endoskops leitet.
Um jedoch die IR Signale vor Verfälschung zu schützen, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung derart weitergebildete wer¬ den, dass Endoskop und das Spektrometer derart ausgestaltet und funktional verbunden sind, dass reflektierte Lichtanteile am proximalen Ende des Endoskops über ein Filter dem Spektroskop zugeführt werden, wobei der Filter derart ausgestaltet ist, dass er infrarotes Licht passieren lässt.
Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Vorrichtung derart weitergebildet, dass der erste und/oder zweite Lichtkanal derart ausgestaltet ist, dass er aus zumindest einer Glasfa¬ ser gebildet wird.
Ebenfalls vor Verfälschungen schützt die Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der das Endoskop und das Spektrometer mit einer Manipulationseinrichtung funktional verbunden sind, die derart ausgestaltet ist, dass von einer zu untersuchenden Oberfläche reflektierte Infrarotanteile, insbesondere Nahinfrarotanteile, eines auf die Oberfläche auftreffenden Lichts, derart mit dem restlichen, insbesondere sichtbaren, Anteil des Spektrums des reflektierten Lichts ma¬ nipuliert wird, dass die reflektierten Infrarotanteile und die reflektierten sichtbaren Anteile räumlich getrennt zu- rückgeführt werden, so dass sie, insbesondere am. Ausgang des
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Bei der Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der der zweite Lichtkanal derart ausgestaltet und mit Endo¬ skop und Spektrometer funktional verbunden ist, dass es den infraroten Anteil des Spektrums des reflektierten Lichts führt, wird sichergestellt, dass die Auswertung durch das Spektrometer nicht durch Verfälschungen durch das sichtbare Licht ungenauere Ergebnisse liefert.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist gegeben, wenn die Linse derart segmentiert ist, dass die Manipulationseinrichtung als zumindest eine am distalen Ende des Endoskops angeordnete Linse ausgestaltet ist, da sich die Eigenschaften einer Linse durch geeigneten Schliff in für die Erfindung vorteilhafter Weise herbeiführen lassen. Dies gilt umso mehr für die Weiterbildung der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung derart, dass die Linse segmentiert ist. Hierdurch sind, insbesondere für die Auswertung vorteil¬ hafte, klar getrennte Bereiche mit bzw. durch die Linse gege¬ ben .
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist gegeben, wenn die Linse derart segmentiert ist, dass ein mindestens erstes Linsensegment den reflektier¬ ten Anteil der infraroten Lichtstrahlen fokussiert und ein zweites Linsensegment die sichtbaren Anteile des reflektier¬ ten Lichts fokussiert, wobei die Segmente derart ausgestaltet sind, dass bevorzugt ein diffuser Anteil der Reflexion des infraroten Anteils zurückgeführt wird. Hierdurch ist zum ei¬ nen eine klare Trennung zwischen Infrarotanteilen und Antei- len sichtbaren Lichts möglich. Ferner werden hierdurch nur diejenigen reflektierten Anteile des infraroten Lichts zur Auswertung verwandt, die nicht aus direkter Reflexion stammen. Hiermit werden vor Allem auch durch das IR Spektrometer dann wesentlich zuverlässigere Aussagen über die Eigenschaf¬ ten des Bereiches der Oberfläche, der die infraroten Anteile reflektiert, getroffen, da die diffus reflektierten Anteile des Lichts ein hohes Maß an chemischer Information beinhal- ten, denn hier erfolgt eine intensivere Wechselwirkung von Licht und Molekülen des erfassten Bereichs.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist gegeben, wenn bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Linse derart segmentiert ist, dass ein erstes Segment und ein zweites Segment derart angeordnet sind, dass das erste Segment von einem kon¬ zentrisch bezüglich dem Mittelpunkt der Linse verlaufenden ersten Kreis begrenzt ist und das zweite Segment von einem konzentrisch bezüglich dem Mittelpunkt der Linse verlaufenden zweiten Kreis und dem ersten Kreis begrenzt ist, wobei der Radius des zweiten Kreises größer ist als der Radius des ers¬ ten Kreises und wobei das erste Segment derart ausgestaltet und funktional mit dem Endoskop verbunden ist, dass es zur Manipulation der sichtbaren Anteile des reflektierten Lichts verwendet wird, und das zweite Segment derart ausgestaltet und funktional mit dem Endoskop verbunden ist, dass es zur Manipulation der infraroten Anteile des Lichts verwendet wird .
Eine bezüglich der Herstellung deutlich einfachere und kostengünstigere alternative Weiterbildung liegt vor, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung derart weitergebildet wird, dass ein erstes Segment und ein zweites Segment derart angeordnet sind, dass das erste durch einen ersten Kreis begrenzt ist und das zweite Segment von einem zweiten Kreis begrenzt ist, wobei der erste Kreis und der zweite Kreis zueinander dis- junkt angeordnet sind und wobei das erste Segment derart aus¬ gestaltet und funktional mit dem Endoskop verbunden ist, dass es zur Manipulation der sichtbaren Anteile des reflektierten Lichts verwendet wird, und das zweite Segment derart ausge¬ staltet und funktional mit dem Endoskop verbunden ist, dass es zur Manipulation der infraroten Anteile des Lichts verwen- det wird. Diese Weiterbildung zeichnet sich auch dadurch aus, dass der Anteil des eingefangenen diffus reflektierten Anteils infraroten Lichts am größten ist und somit der IR
Spektrometrie die umfangreichste Basis zur Ermittlung der Feststellung zur Verfügung steht.
Eine weitere Alternative ist gegeben, wenn die erfindungsge¬ mäße Vorrichtung derart weitergebildet wird, dass die Objek¬ tivlinse derart segmentiert ist, dass das erste Segment von einem konzentrisch bezüglich dem Mittelpunkt der Linse verlaufenden ersten Kreis begrenzt ist und die zweiten Segmente durch zweite konzentrisch bezüglich des Mittelpunkts des ers¬ ten Kreises und disjunkt um den ersten Kreis, insbesondere gleichverteilt, platziert sind, wobei der Radius der zweiten Kreise kleiner ist, als der Radius des ersten Kreises und wo¬ bei das erste Segment derart ausgestaltet und funktional mit dem Endoskop verbunden ist, dass es zur Manipulation der sichtbaren Anteile des reflektierten Lichts verwendet wird, und die zweiten Segmente derart ausgestaltet und funktional mit dem Endoskop verbunden sind, dass sie zur Manipulation der infraroten Anteile des Lichts verwendet werden. Hierdurch ist eine ausgewogene Lösung derart gegeben, dass ein mittle¬ res Maß an diffus reflektiertem infraroten Licht eingefangen wird, welches auch ein mittleres Maß an Signalintensität bie- tet.
Gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist am proximalen Ende des Endoskops ein zweiter halbdurchlässiger Spiegel derart in Abstrahlrichtung des Lichts der ersten und/oder zweiten Lichtquelle nachgelagert, der derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass abgestrahltes Licht in Richtung des distalen Endes reflektiert wird und reflektiertes Licht zur Abbildung des sichtbaren Bereichs passieren kann. Hiermit kann auf effektive und einfache Arte eine Ab- zweigung eines Teils des reflektierten Lichts realisiert wer¬ den . Vorzugsweise erfolgt dabei diese Trennung durch die Weiter¬ bildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der am proximalen Ende ein dritter halbdurchlässiger und/oder spektral selektiver Spiegel im Strahlgang des zurückgeführten reflek- tierten Lichts angeordnet ist, der derart mit dem Endoskop und dem Spektrometer funktional verbunden und angeordnet ist, dass er den reflektierten Anteil der infraroten Lichtstrahlen dem Infrarot-Spektrometer spiegelt und den sichtbaren Anteil des reflektierten Lichts an eine Abbildungseinrichtung pas- sieren lässt.
Um Verfälschungen des infraroten Anteils zu vermeiden, ist dabei zur Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung von Vorteil vor dem Infrarot-Spektrometer ein Filter derart ange- ordnet und ausgestaltet, dass der sichtbare Anteil des re¬ flektierten Lichts entfernt wird und vor der Abbildungseinrichtung ein Filter angeordnet und ausgestaltet ist, dass der infrarote Anteil des Lichts entfernt wird. Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Lichtquelle durch eine Hallogenleuchte Kurzbogenlampe, insbesondere HBO, XBO, insbesondere fluoreszenz-konvertierte und/oder verbreiterte Laserlichtquelle und/oder mindestens einer LED gebildet.
Einen für die Erfindung geeigneten Wellenlängenbereich vollständig, insbesondere flexibel einstellbar, abzudecken, ver¬ mag die Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der die LED bzw. eine Anordnung von LEDs zur Abstrahlung von Licht unterschiedlicher, insbesondere einstellbarer, Wellenlänge ausgestaltet ist.
Grundsätzlich soll die Erfindung alle Formen der Segmentbegrenzung umfassen, die die erläuterte Wirkung bzw. eine zur den erläuterten Wirkungen äquivalente Wirkung und beispielsweise als Abbildungskanäle betrachtet werden können. Solche äquivalent wirkende und ebenfalls umfasste Weiterbildungen wäre beispielsweise der Einsatz von unterschiedlichen, insbe- sondere antireflex, Beschichtungen . Diese müssen nicht zwangsläufig kreisförmig ausgebildet sein, können sich aber von der Anordnung her an die für die Kreissegmente beschrie¬ bene Anordnung orientieren, wobei beispielsweise der für den Kreismittelpunkt, Position und Verteilung wirkungsgleiche analoge Parameter, etwa geometrischer Mittelpunkt oder Ähnliches, verwendet werden würden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Feststellung pathologi- scher Implikationen, zeichnet sich dadurch aus, dass in einem zur dreidimensionalen Bildgebung betriebenen Endoskop ein Infrarot-Spektrometer betrieben wird, wobei vorzugsweise hierzu das Verfahren derart weitergebildet ist, dass das En¬ doskop zur zwei- und/oder dreidimensionalen Bildgebung be- trieben wird.
Hierdurch wird der der Erfindung zugrundeliegende Geist in die erfindungsgemäße Anordnung gebracht und damit geholfen dessen Vorteile zu verwirklichen.
Das Gleiche gilt für die anderen Weiterbildungen des Verfahrens, welche durch Schritte zum Betreiben der Vorrichtungs¬ merkmale gekennzeichnet sind. Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nun ausgehend von dem in der Figur 1 dargestellten Stand der Technik und den in den Figuren 2 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt die
FIGUR 1 als Stand der Technik in einer vereinfachten Darstellung eines Endoskops sowie eine schematische Darstellung der Funktionsweise eines IR Spektrometers FIGUR 2 eine Darstellung des prinzipiellen Aufbaus zweier Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Integration FIGUR 3 eine vereinfachte Darstellung von erfassten Antei¬ len der Remission nach Bestrahlen einer Oberfläche
FIGUR 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemä- ßen Ausführungsform der Zuführung des infraroten Lichts an das IR Spektrometer
FIGUR 5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemä¬ ßen Ausführungsbeispiels der parallel realisierten Ausleuch- tung des OP Situs und der Abbildung der reflektierten Signale
Figur 6 eine Darstellung des prinzipiellen Aufbaus eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Integra¬ tion basierend auf einem Chip on Tip Ansatz
FIGUR 7 eine stark vereinfachte Darstellung eines Ausfüh¬ rungsbeispiels einer erfindungsgemäß segmentierten Linse
FIGUR 8 eine Darstellung des prinzipiellen Aufbaus eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
In der FIGUR 1 ist der Stand der Technik dargestellt und an¬ hand dessen die der Erfindung zugrundeliegende Ausgangssitua- tion erläutert werden soll.
Zu erkennen sind - in vereinfachter Darstellung skizziert - zwei separate Messaufbauten. Auf der linken Seite ist eine Anordnung zur Spektroskopie IRS skizziert, die eine eigene erste Beleuchtung BL1 aufweist. Auf der rechten Seite der
FIGUR 1 ist ein Endoskop E dargestellt, welche ebenfalls eine eigene zweite nicht dargestellte Beleuchtung aufweist.
Gemäß dem zum Spektrometer (Spektroskop) IRS gezeigten Szena- rio wird das durch ein von der ersten Beleuchtung abgestrahlten Infrarotlicht von einer Probe SAMPLE reflektiertes Spekt¬ rum mittels des Spektrometers IRS gemessen. Dabei wird die wellenlängenabhängige Schwächung des Lichtes beachtet und der erhaltene Datenvektor zur Schwä¬ chung (Frequenz) dann üblicherweise mittels eines statisti¬ schen Verfahrens klassifiziert.
Statistische Verfahren, die gemäß Erfindung für die in den weiteren Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele auf vorteilhafte Weise eingesetzt werden können, sind beispielsweise das so genannte „Partial Least Squares" (PLS) Verfahren, wie beispielsweise der so genannte „Partial Least-Squares
Discriminant Analysis" (PLSDA) oder „Partial Least Squares Regression" (PLSR) Ansatz, das so genannte „Support Vector Machine" (SVM) Verfahren, künstliche Intelligenzen wie das so genannte „Artificial Neural Nnetwork" (ANN) ,
beispielsweiseDeep ANN.
Bei dem Szenario, welches zum Endoskop auf der rechten Seite der FIGUR 1 gehört, handelt es sich um ein 3D Endoskop basie¬ rend auf einer meteorologischen 3D Oberflächenmessung mittels aktiver Triangulation.
Bisherige Endoskope, wie das dargestellte, verwenden einen Beleuchtungs-Kanal um Weißlicht für die Bildgebung zu erzeu¬ gen, einen Beleuchtungs-Kanal, um das Beleuchtungsmuster für die 3D Bildgebung via Triangulation zu erzeugen sowie einen dritten Kanal, um das optische Bild entweder direkt oder mittel Chip-on Tip Technologie zu holen.
Der klassische Aufbau zur IR Spektroskopie benötigt eine LichtZuführung des Lichtes im nahen (NIR) oder mittleren (MIR) Bereich, sowie eine separate Aufnahmen des rückge¬ strahlten Lichtspektrums.
Die FIGUR 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsge- mäß gekoppelten Endoskops, bei dem nun der Kanal zur Wei߬ lichtbeleuchtung zusätzlich genutzt wird, um das IR Licht aufzubringen. Verwendet wird dazu eine gemeinsame Faser
GF_NIR_VIS, die für beide Lichtsorten durchlässig ist. Als Lichtquelle BLG kann eine Lampe verwendet werden, die beide Lichtsorten beinhaltet wie im oberen Teil dargestellt oder es muss neben einer ersten Lichtquelle BL_VIS für sicht- bares Licht über einen halbdurchlässigen bzw. spektral selektiven Spiegel eine zweite Lichtquelle BL_NIR, wie im unteren Teil der Figur dargestellt, in den durch die Glasfaser gegebenen Beleuchtungskanal BK eingekoppelt werden. In FIGUR 3 sind die möglichen Reflexionswinkel und Wirkungen stark vereinfacht skizziert.
Zu erkennen ist
Eine Spiegelnde Streuung an der Oberfläche
Mehrfachstreuung im Gewebe, die hohe chemische Information aufprägt
Mischform
Zur Gestaltung des Endoskop-Kopfes : Wenn IR Spektroskopie verwendet wird, ist es notwendig, sowie möglich die direkte
Rückreflexion zu vermeiden und möglichst viel diffus gestreu¬ tes Licht einzusammeln, da dies die meiste chemische Informa¬ tion enthält. Wichtig zur Gestaltung der Optik: Die bildgebende Linse stellt einen ganzen Bildabschnitt scharf dar (großer Sichtwinkel/großes Sichtfeld), die Aufnahme der IR Strahlung fo- kussiert auf einen Messpunkt (kleiner Bildwinkel/kleines Sichtfeld oder Messfeld) . Dieser ist idealerweise in der Mit- te des optischen Bildes positioniert und kann dem Nutzer ge¬ gebenenfalls durch eine optische Markierung kenntlich gemacht werden .
Dazu ist die Verwendung eines möglichst großen Abstandes (Winkels) zwischen IR-Beleuchtungs- und IR Aufnahmeeinheit nötig, die im Rahmen der konstruktiven Möglichkeiten an der Endoskopspitze (gegenüberliegende Beleuchtung/Lichtaufnahme) realisiert werden muss. Dazu ist in FIGUR 4 eine schematische Darstellung einer er¬ findungsgemäßen Ausführungsform der Zuführung des infraroten Lichts an das IR Spektrometer dargestellt.
Das Abführen des Lichtes erfolgt dann über eine optische Fa¬ ser GF_NIR, um eine Überlastung des sehr lichtempfindlichen IR Spektrometers IRS zu vermeiden, kann ein Filter F_IR im Strahlengang eingebracht sein, der nur den benötigten IR Lichtbereich passieren lässt.
Dies stellt die erste Stufe der Integration dar. In der nächsten Stufe wird ein weiterer Kanal integriert, dies ist dann eine Integration von der doppelten Beleuchtung (VIS + IR) mit der optischen Bildgebung. Die Aufnahme es IR Lichtes erfolgt noch getrennt, damit oben beschriebener Reflexionsef¬ fekt minimiert wird.
Ein sinnvoller Aufbau hierzu findet sich in der FIGUR 5. Um ein optisches Bild zu transportieren wird ein hochaufgelöstes Faserbündel GF verwendet. Die Einkopplung des gemischten Lichtes von der Lichtquelle BLG erfolgt vorzugsweise über In¬ terferenzfilter bzw. Interferenzspiegel, beispielsweise via einem halbdurchlässigen und/oder für einzelne Spektralberei- che durchlässigen Spiegel SP.
Wenn eine Integrationsstufe gewählt wird, bei der die opti¬ sche Abbildung und IR Spektroskopie integriert werden soll, kann gemäß Erfindung sogar eine gemeinsame Linse SL verwendet werden, obwohl zur ersteren eine große zur zweiten ein kleiner Bildwinkel benötigt wird.
Dies ist möglich, da die erfindungsgemäße Linse eher die Aperturblende ist und keine Feldblende.
Bei einem Endoskop E mit einer oder mehreren Zwischenabbil¬ dungen vom distalen zum proximalen Ende könnte man dabei hier die Optik so wählen, dass genau über die gestuften Abbildun- gen ABBILDUNG eine Trennung von VIS und IR erfolgt, wenn zwi¬ schen den Bereichen eine gewisse Lücke ist, wo man nicht mes¬ sen will . Ein Unterschied zu vorher beschriebenen Ausführungsvarianten wäre, dass im VIS ein Bereich abgebildet werden soll bwz . muss, für das IR das gestreute Licht - möglichst ohne
spekularen Reflex effizient gesammelt und dann nicht abbil¬ dend in das Spektrometer IRS eingebracht wird.
Wenn da eine Faser verwendet wird, könnte die Faser auch als Eintrittsapertur des Spektrometers IRS dienen. Verfolgt man dann hier den Weg, mehrere Messflecken haben zu wollen, die parallel messen, so könnten dann mehrere Faserenden anstelle des Eintrittspaltes am Spektrometer angeordnet werden.
Wenn also diese Integrationsstufe erfindungsgemäß berücksich¬ tigt wird, ist die Weiterbildung von Vorteil, bei der die op¬ tische Abbildung und IR Spektroskopie integriert werden soll, wobei eine gemeinsame Front- bzw. Objektivlinse verwendet wird. Die Aufspaltung von sichtbarem und infraroten, insbesondere Nahinfraroten, Anteilen des aufgefangenen Lichtes erfolgt dabei in dem bezeichneten Manipulator. Zum effizienten Sammeln möglichst großer Anteile des rückgestreuten und re- flektierten Lichtes nutzen so beide spektralen Anteile des
Lichts im sichtbaren und infraroten Spektralbereich die selbe maximale optische Öffnung als Apertur. Nach der Trennung der sichtbaren und infraroten Lichtanteile im Manipulator kann dann die Selektion des für die Analyse des infraroten, insbe- sondere Nahinfraroten, Anteils mittels einer Feldblende aus¬ gewählt und dem Spektrometer IRS zugeführt werden.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Feldblende verschiebbar ausgeführt ist, um ein Abrastern des Messfeldes des Endoskops für den sichtbaren Spektralbereich auch für den infraroten Anteil der Strahlung für die spektral aufgelöste Messung zu ermöglichen . Besonders bevorzugt ist es, wenn die Blende zum Abrastern au¬ tomatisiert ansteuerbar ist. Dazu können elektromechanische Stellelemente oder auch in der Transmission elektrisch ansteuerbare Filterelemente verwendet werden, wie sie in der Displaytechnik gebräuchlich sind. Alternativ zur Blende kann auch eine Faser bzw. eine Anordnung von Fasern GF verwendet werden, in die das Licht in der Feldebene eingekoppelt wird und wo die Faser (n) das Licht dann in einen oder mehrere Eingangskanäle des Spektrometers IRS leiten.
In Figur 6 ist eine weitere Ausführungsvariante der erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Zu erkennen ist der prinzipiell gleiche Aufbau des Endoskops E wie bisher, nur mit dem wesentlichen Unterschied, dass eine optische Abbildung über eine am distalen Ende nach Art des „Chip on Tip" angebrachte Kamera K erfolgt, die die empfangenen Signale über KABEL an eine Vorrichtung für eine Darstellung zum proximalen Ende geführt wird. Somit werden lediglich - bevorzug diffus - re¬ flektierte infrarote Anteile zurückgeführt, wobei hierfür ei- ne Glasfaser GF_NIR vorgesehen ist. Letztendlich münden die IR Anteile dann wie vorher auch im Spektrometer IRS. Ferner verbleibt wie bei den vorhergehenden Beispielen der für die Beleuchtung mit Licht beider Anteile benötigte Beleuchtungs¬ kanal BK.
Die FIGUR 7 zeigt eine stark vereinfachte Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäß segmentierten Lin¬ se SL. Zu erkennen ist eine äußere Segmentierung IR, welche bevorzugt die diffus reflektierten Anteile des Infrarotlichts (IR) zurückführen soll, sowie ein inneres Segment VIS, wel¬ ches für die Rückführung der sichtbaren Anteile (VIS) angelegt sein kann.
In der FIGUR 8 ist zu erkennen, dass das innere Segment VIS mit großem Abbildungswinkel das optische Bild (opt. Abbil¬ dung) erzeugt, das äußere mit kleinen Abbildungswinkel das IR Bild im Spektrometer IRS. Beides wird dann wieder über ein Faserbündel GF transportiert, mit einem Strahlteiler SP auf- getrennt und die beiden Teilstrahlen gegebenen falls mit entsprechenden Filtern F_VIS...F_IR auf den jeweiligen Wellenlängenbereich begrenzt. Die Erfindung ermöglicht damit, dass bei minimalinvasiven chirurgischen Eingriffen, die mit Hilfe eines medizinischen Endoskops durchgeführt werden, die nicht invasive Identifi¬ zierung und Differenzierung unterschiedlicher Gewebe, die sonst selbst bei dreidimensionaler optischer Auflösung nur sehr eingeschränkt möglich war, insbesondere weil bei mini¬ malinvasiven chirurgischen Eingriffen das Sichtfeld eingeschränkt ist und haptische Methoden zur Gewebeunterscheidung ausgeschlossen sind. Die Erfindung trägt damit dem Umstand Rechnung, dass die nicht invasive Bestimmung von gesunden und kranken Geweben, insbesondere bei Tumoren, deshalb von sehr großer Bedeutung ist. Mit dieser Erfindung wird dies durch die Integration einer auf IR Spektroskopie basierender automatisierten Gewebe- erkennung (die auch bei typischen glänzend reflektierenden Oberflächen funktioniert) in ein Endoskop mit 2D oder 3D Bilddarstellung beschrieben.
Damit bereichert die Erfindung den Stand der Technik, bei dem es die Integration der IR Spektroskopie mit einem Endoskop in der beanspruchten Form nicht gibt. Sie fügt dem Stand der Technik zum einen Vorteile, die auch von den derzeit bei minimal invasiver Chirurgie verwendeten medizinischen Endoskopen, wie beispielsweise klassische Stereoendoskope, Stereo Polarisations-Endoskope aber vor allem auch Vorteile der dreidimensionalen Endoskope mit Tiefenprofilmessungen basierend auf Triangulationsverfahren mit Einkanaligen oder stereoskopischen Endoskopen gekppelt mit Musterprojektoren, z.B. ausgeführt als random DOT oder Color Coded Triangulation, die über die projizierten Muster auch auf optisch eher unstrukturierten glatten und damit für die Triangulation eher unkooperativen Oberflächen eine 3D Tiefenmessung erlauben. Dabei kann die Triangulation sowohl zwischen den Bildern aus Abbil- dungskanälen mit unterschiedlichen Blickrichtungen als auch zwischen Projektor und mindestens einem Abbildungskanal er¬ folgen. Ferner bereichert die Erfindung den Stand der Technik durch die Vorteile der IR Spektroskopie, die bisher (in vivo) nur im Tierversuch hinsichtlich Tumorgewebe und nicht Tumor Gewebe Differenzierung untersucht worden ist, aber dank der erfindungsgemäßen Integration und der damit verbundenen Vorteile wie Dimensionsreduktion oder akkurate Ergebnisse bei der Gewebedifferenzierung Traumata reduzieren hilft und somit zur Akzeptanz der Technologie beiträgt. Das erfindungsgemäß integrierte Spektrometer kann dabei die Funktionen wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind ebenso bereitstellen wie beispielsweise, dass das reflektierte IR Spektrum mittels eines Spektrometers von einer Probe, z.B. menschliches Gewe- be, gemessen wird und die wellenlängenabhängige Schwächung des Lichtes beachtet wird. Der erhaltene Datenvektor Schwä¬ chung (Frequenz) wird dann üblicherweise mit Hilfe eines sta¬ tistischen Verfahrens (oft verwendet PLS, PLSDA, Support Vector Machine, ANN, Deep ANN) klassifiziert.
Ausführungsformen der Erfindung berücksichtigen auch, dass man für die Schwächung auch eine Referenz benötigt - ein Bezugsspektrum. Hierzu ist die Erfindung besonders geeignet weitergebildet, wenn die Manipulationseinheit auch ein Einstellung ermög¬ licht, in der das Spektrometer unmittelbar und ohne den
Strahlweg über die Probe das von der bzw. den Lichtquellen emittierte Spektrum vermessen kann und so eine spektrale Re- ferenz bestimmt werden kann. So kann bei der späteren Messung einer Probe das gemessene Probenspektrum auf das Referenzspektrum bezogen werden, z.B. durch Normierung, und so die relative Abschwächung bestimmt werden, die als chemische In¬ formation der Probe verwendet werden kann.
Ferner wird basierend auf der chemischen Information des Gewebes eine Differenzierung zwischen Tumorgewebe und gesundem Gewebe, markerfrei und berührungslos, durchgeführt. Die Er- findung hebt sich jedoch von in vivo Methoden ab, die auf der Nutzung von spezifischen Farbstoffmarkern beruhen (z.B. Fluoreszenzfarbstoff 5 ALA) , die mit bestimmten Geweben in Wechselwirkung treten und somit eine Differenzierung ermöglichen. Diese invasiven Methoden brauchen spezifische Marker die auf das Gewebe aufgebracht oder durch StoffWechselvorgänge zu den entsprechenden Geweben transportiert werden und brauchen z.T. den direkten Gewebekontakt. Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel des Verfahrens, oder die beschriebenen (Anordnungs- ) Varianten eingeschränkt. Vielmehr umfasst sie alle Kombinationen und Ausgestaltungsvarianten, die durch die Ansprüche gegeben sind .

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Feststellung pathologischer Implikationen, gekennzeichnet durch ein zur Integration einer Infrarot- Spektrometrie ausgestaltetes Endoskop.
2. Vorrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Endoskop zur zwei- und/oder dreidimensionalen
Bildgebung ausgestaltet ist.
3. Vorrichtung nach dem Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung derart ausgestaltet ist, dass für Endoskop und Spektrometer eine mindestens eine erste ge¬ meinsame Lichtquelle zur Abgabe von Licht auf eine zu unter- suchende Oberfläche angeordnet und funktional mit ihnen ver¬ bunden ist.
4. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionale Verbindung derart ausge staltet ist, dass ein erster Lichtkanal das Licht der gemein samen Lichtquelle vom proximalen Ende des Endoskops zum dis¬ talen Ende des Endoskops leitet.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung derart ausgestaltet ist dass für Endoskop und Spektrometer eine zweite gemeinsame Lichtquelle zur Abgabe von Licht auf eine zu untersuchende Oberfläche angeordnet und funktional mit ihnen verbunden ist
6. Vorrichtung nach dem Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste gemeinsame Lichtquelle derart ausgestaltet ist, dass sie Licht im Wellenlängenbereich von sichtbarem und infrarotem Licht abgibt.
7. Vorrichtung nach dem Anspruch 5, dadurch gekennzeichn dass die erste gemeinsame Lichtquelle derart ausgestaltet ist, dass sie Licht im Wellenlängenbereich von sichtbarem Licht abgibt und die zweite gemeinsame Lichtquelle derart ausgestaltet ist, dass sie Licht im Wellenlängenbereich von infrarotem Licht abgibt.
8. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Lichtquelle räum¬ lich getrennt zueinander angeordnet sind und ein halbdurchlässiger und/oder spekral selektiver Spiegel derart angeord¬ net ist, dass das infrarote Licht den Spiegel passiert und das sichtbare Licht vom Spiegel in den Strahlengang des inf- raroten Lichts gelenkt wird oder derart angeordnet ist, dass sichtbare Licht den Spiegel passiert und das infrarote Licht vom Spiegel in den Strahlengang des infraroten Lichts gelenkt wird .
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtkanal zur Führung von infraroten Lichtanteilen und sichtbaren Lichtanteilen ausgestaltet ist.
10. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Endoskop und Spektrometer derart ausge¬ staltet und funktional verbunden sind, dass ein zweiter
Lichtkanal reflektierte Anteile des Lichts der gemeinsamen Lichtquelle vom distalen Ende des Endoskops zum proximalen Ende des Endoskops leitet.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Endoskop und das Spektrometer der¬ art ausgestaltet und funktional verbunden sind, dass reflek- tierte Lichtanteile am proximalen Ende des Endoskops über ei¬ nen Filter dem Spektroskop zugeführt werden, wobei der Filter derart ausgestaltet ist, dass er infrarotes Licht passieren lässt .
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder zweite Lichtkanal derart ausgestaltet ist, dass er aus zumindest einer Glasfa¬ ser gebildet wird.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Endoskop und das Spektrometer mit einer Manipulationseinrichtung funktional verbunden sind, die derart ausgestaltet ist, dass von einer zu untersuchenden Oberfläche reflektierte Infrarotanteile, insbesondere Nahinf¬ rarotanteile, eines auf die Oberfläche auftreffenden Lichts, derart vom restlichen, insbesondere sichtbaren, Anteil des Spektrums des reflektierten Lichts manipuliert wird, dass die reflektierten Infrarotanteile und die reflektierten sichtba¬ ren Anteile, insbesondere am Ausgang des Manipulators, räum¬ lich getrennt vorliegen.
14. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Lichtkanal derart ausgestal¬ tet und mit Endoskop und Spektrometer funktional verbunden ist, dass es den infraroten Anteil des Spektrums des reflek¬ tierten Lichts führt.
15. Vorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Manipulationseinrichtung als zumindest eine am distalen Ende des Endoskops ange¬ ordnete Linse ausgestaltet ist.
16. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse segmentiert ist.
17. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse derart segmentiert ist, dass ein mindestens erstes Linsensegment den reflektierten Anteil der infraroten Lichtstrahlen fokussiert und ein zweites Linsensegment die sichtbaren Anteile des reflektierten Lichts fokussiert, wobei die Segmente derart ausgestaltet sind, dass bevorzugt der diffuse Anteil der Reflexion der infraroten Strahlen zurückgeführt wird.
18. Vorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse derart segmen- tiert ist, dass ein erstes Segment und ein zweites Segment derart angeordnet sind, dass das erste Segment von einem kon¬ zentrisch bezüglich dem Mittelpunkt der Linse verlaufenden ersten Kreis begrenzt ist und das zweite Segment von einem konzentrisch bezüglich dem Mittelpunkt der Linse verlaufenden zweiten Kreis und dem ersten Kreis begrenzt ist, wobei der Radius des zweiten Kreises größer ist als der Radius des ers¬ ten Kreises und wobei das erste Segment derart ausgestaltet und funktional mit dem Endoskop verbunden ist, dass es zur Manipulation der sichtbaren Anteile des reflektierten Lichts verwendet wird, und das zweite Segment derart ausgestaltet und funktional mit dem Endoskop verbunden ist, dass es zur Manipulation der infraroten Anteile des Lichts verwendet wird .
19. Vorrichtung nach dem Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse derart segmentiert ist, dass ein erstes Segment und ein zweites Segment derart angeordnet sind, dass das erste durch einen ersten Kreis begrenzt ist und das zwei- te Segment von einem zweiten Kreis begrenzt ist, wobei der erste Kreis und der zweite Kreis zueinander disjunkt angeord¬ net sind und wobei das erste Segment derart ausgestaltet und funktional mit dem Endoskop verbunden ist, dass es zur Mani¬ pulation der sichtbaren Anteile des reflektierten Lichts ver- wendet wird, und das zweite Segment derart ausgestaltet und funktional mit dem Endoskop verbunden ist, dass es zur Mani¬ pulation der infraroten Anteile des Lichts verwendet wird.
20. Vorrichtung nach dem Anspruch 17, dadurch gekennzeich- net, dass die Linse derart segmentiert ist, dass ein erstes
Segment und mindestens zwei ein zweites Segment derart ange¬ ordnet sind, dass das erste Segment von einem konzentrisch bezüglich dem Mittelpunkt der Linse verlaufenden ersten Kreis begrenzt ist und die zweiten Segmente durch zweite konzent- risch bezüglich des Mittelpunkts des ersten Kreise und dis¬ junkt um den ersten Kreis, insbesondere gleichverteilt, plat¬ ziert sind, wobei der Radius der zweiten Kreise kleiner ist, als der Radius des ersten Kreises und wobei das erste Segment derart ausgestaltet und funktional mit dem Endoskop verbunden ist, dass es zur Manipulation der sichtbaren Anteile des reflektierten Lichts verwendet wird, und die zweiten Segmente derart ausgestaltet und funktional mit dem Endoskop verbunden sind, dass sie zur Manipulation der infraroten Anteile des Lichts verwendet werden.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass am proximalen Ende des Endoskops ein zweiter halbdurchlässiger und/oder spektralselektiver Spiegel derart in Abstrahlrichtung des Lichts der ersten und/oder zweiten Lichtquelle nachgelagert ist, der derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass abgestrahltes Licht in Richtung des distalen Endes reflektiert wird und reflektiertes Licht zur Abbildung des sichtbaren Bereichs passieren kann.
22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am proximalen Ende ein dritter halbdurchlässiger und/oder spektralselektiver Spiegel im Strahlgang des zurückgeführten reflektierten Lichts ist, der derart mit dem Endoskop und dem Spektrometer funktional ver¬ bunden und angeordnet ist, dass er den reflektierten Anteil der infraroten Lichtstrahlen dem Infrarot-Spektrometer spiegelt und den sichtbaren Anteil des sichtbaren Lichts an eine Abbildungseinrichtung passieren lässt.
23. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Infrarot-Spektrometer ein Filter derart angeordnet und ausgestaltet ist, dass der sichtbare Anteil des reflektierten Lichts entfernt wird und für der Ab¬ bildungseinrichtung ein Filter angeordnet und ausgestaltet ist, dass der infrarote Anteil des Lichts entfernt wird.
24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle durch eine
Hallogenleuchte Kurzbogenlampe, insbesondere HBO, XBO, insbe¬ sondere fluoreszenz-konvertierte und/oder verbreiterte und/oder durchstimmbare Laserlichtquelle und/oder mindestens einer LED gebildet ist.
25. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die LED zur Abstrahlung von Licht unter¬ schiedlicher, insbesondere einstellbarer, Wellenlänge ausge¬ staltet ist.
26. Verfahren zur Feststellung pathologischer Implikationen, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Endoskop ein Infrarot¬ spektrometer betrieben wird.
27. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass des Endoskop zur zwei- und/oder dreidimen- sionalen Bildgebung betriebenen wird.
28. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritte zum Betreiben der Vor¬ richtungsmerkmale nach einem der Ansprüche 2 bis 25 durchge- führt werden.
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