DD266024A1

DD266024A1 - Verfahren und anordnung zur darstellung der gefaessstruktur und zur messung der durchblutung von lebenden gewebeabschnitten

Info

Publication number: DD266024A1
Application number: DD30682687A
Authority: DD
Inventors: Walthard Vilser; Ulrich Zwiener; Reinhard Bauer; Knoth; Frank Rudolph
Original assignee: Univ Jena
Priority date: 1987-08-31
Filing date: 1987-08-31
Publication date: 1989-03-22

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Anordnung beschrieben, die unter Verwendung eines Operationsmikroskopes die Gefaessstruktur des Gewebes in einem Operationsgebiet kontrastreich darstellen. Ebenfalls erfolgt eine Messung der Durchblutung und des Stoffwechselzustandes. Die reflektierte Strahlung im Verlauf der Passage eines injezierten Farbstoffes durch das Operationsgebiet oder die Eigenfluoreszenz werden waehrend der Operation aufgezeichnet und Bilder ausgewertet. Die Erfindung findet bei Experimenten und Operationen Anwendung, deren Ergebnis wesentlich von der Beurteilung der Durchblutungsverhaeltnisse abhaengig ist. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeich, ung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Anwendungsgebiet der Erfindung betrifft die Darstellung des Olutgef äßsystems, vor allem der Bereiche der MikroZirkulation, sowie die Messung von Größen der Durchblutung, wie Kreislaufzeiten, Blutgeschwindigkeit und Gefeßdurchmesser, und des Stoffwechtelzustandes an optisch zugöngigan, isolierten oder ope'ativ freigelegten Gewebeabschnitten an Mensch und Tier. Die Erfindung findet bei Experimenten und Operationen Anwendung, deren Ergebnis wesentlich von der Beurteilung der Durchblutungsverhaltnisse und des Stoffwechselzustandes abhängig ist, wie zum Beispiel an der freigelegten unversehrten Herz- und Hirnoberflache.

Charakteristik dm bekannten Standet der Technik

Es sind Operationsmikroskope mit Strahlengängen zur Beleuchtung, Beobachtung und Aufzeichnung von Gewebeabschnitten im Operationsgebiet bekannt. Mit diesen Geräten lassen sich große Gefäße gewöhnlich nur mit geringem Kontrast erkennen, während die Bereiche der Mikrozirkulation (klein? Gefäße) kaum noch oder gar nicht erkennbar sind. Quantitative Aussagen zur Durchblutunp und zum Stoffwechselzustand sind nicht möglich.

In der Patentschrift DC 221556A1 wird eine Erfindung zur bildhaften Erfassung des Stoffwechselzustandes auf einem Abschnitt der Oberfläche eines Organes vorgestellt, mit ο er Durchblutungsstörungen ermittelt werden sollen. Mit dieser Lösung können indirekte Aussagen zur Durchblutung gewonnen werden, die voraussetzen, daß zum Beispiel Stoffaustauschvorgänge, Gefäßpermeabilität, Stoffkonzentrationen im Blut und andere wesentliche Einflußgrößen auf die Stoffwechselvorgänge nicht gestört sind. Von diesen Voraussetzungen darf aber gerade unter pathologischen Bedingungen nicht ausgegangen werden. Weiterhin kann diese Methode nur den Ort einer möglichen Durchblutungsstörung darstellen und nur unspezifisch eine Durchblutungsstörung chaiakterisieren und nicht differenzieren, ob es sich um Gefäßverengungen oder Gefäßverschlüsse, reduzierten Blutfluß, veränderte Kreislaufzeiton, Gefäßweitstellungen oder Gefäßengstellungen handelt. Auch wird mit dieser Methode die Gefäßstruktur, die Erkennung kleinste' zusammenhängender Kreislaufgebiete und ihrer zu- und abfließenden Hauptgefäßc' und die damit verbundene Lokalisation von Störungen im Gefäßmuster nicht hervorgehoben. Insbesondere bei der gefäßrekonstruierenden Operation ist eine differenziertere Beurteilung der Durchblutung im Bereich der Mikrozwlrulation gefordert.

Eir weitet or Nachteil der angeführten Erfindung ist die geringe Fluoreszenzintensität ium Nachweis des die Stoffwechselstörung urid indirekt eine mögliche Durchblutungsstörung kennzeichnenden fluoreszierenden Koenzyms NADH im oberflächennahen Gewebe des Organs. Störungen in unter der Oberfläche liegenden Gewebeabschnitten sind ebenfalls nicht darstellbar.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Verbesserung des Operationserfo ges durch Darstellung der Gefäßbereiche und die quantitative Erfassung von Durchblutungsgrößen der Mikrozirkulation in Operationsgebie während operativer Eingriffe. Weiterhin soll bei Experimenten die Mikrozirkulation topographisch und quantiutiv erfaßt werdr.n.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung nir Darstellung der Gefäßstruktur zu schaffen, die auch kleinste Gefäße mit hohem Kontrast während einer Operation erkennbar machen. Dabei sollen Meßergebnisse zur Durchblutung und zum Stoffwechselzustand gewonnen werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß während einer Operation ein im Operationsgebiet befindliches Objekt (12) mindestens einmal vor und/oder während und/oder nach einer Passage eines intravenös oder intraarteriell injizierten Farbstoffes als Bild aufgezeichnet wird und Bilder dargestellt werden oder mit einer oder mehreren fotoelektrischen Meßflächen aufgezeichnet und verarbeitet werden.

Eine kontinuierliche und/oder diskontinuierliche Beleuchtung (1) und ein Element zur Strahlbeeinflussung (11) werden mit Mitteln zur Aufzeichnung (13,14) mit Hilfe einer Steuer- und Verarbeitungseinheit (29) synchron so geschalten, daß das Objekt (12) von der Beleuchtung (1) bestrahlt wird, von dem Objekt (12) ausgehendes Licht durch das Mittel zur Strahlbeeinflussung (11) in einen Beobachtungsstrahlengang (7) und/oder in einen Aufzeichnungsstrahlengang (8) zu den Mitteln zur Aufzeichnung (13,14) gelangt und Bilder in einer programmierten Folge aufgezeichnet werden.

Gleichzeitig werden ein Bild im Licht ei^er Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereiches und ein Bild im Licht einer anderen Wollenlänge oder einem anderen Wellenlängenbereich aufgezeichnet. Eines dieser Bilder wird zur Normierung verwendet.

Helligkeitswerte einander zugeordneter Bildpunkte der in verschiedenen Spektren aufgezeichneten Bilder werden vorzugsweise als Quotienten berechnet und ein normiertes Bild wird dargestellt.

Kontinuierlich oder diskontinuierlich werden mehrere Bilder aufgezeichnet und dargestellt.

Vorzugsweise ein gwviinsch tee elektronisch bearbeitetes oder nicht bearbeitetes Bild der Farbstoffpassage wird als stehendes Bild dargestellt.

Ein Vergleich mehrerer Bilder, die vor und/oder während und/oder nach einer Passage des Farbstoffes oder während verschiedener Passagen des Farbstoffes aufgezeichnet werden, erfolgt vorzugsweise mit Mitteln dar Bildverarbeitung.

Durch Mittel der Bildverarbeitung wird die mittlere Indikatorlaufzeit zwischen mindestens zwei wählbaren Meßstellen im Bildfeld eines der Bilder bestimmt und dargestellt.

Die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist so aufgebaut, daß unter Verwendung eines Operationsmikroskopes mit Mitteln zur Beleuchtung eines Objektes, einem Beleuchtungsstrahlengang, einem Abbildungsstrahlengang, der sich in einen Beobachtungsstrahlengang und einem Aufzeichnungsstrahlengang zur Aufzeichnung von Bildern aufteilt, erfindungsgemäß in Aufzeichnungsstrahlengängen (8) mindestens zwei Mittel zur Aufzeichnung (13, M), davor in Richtung eines Objektes (12) mindestens ein Filter (16,17) und ein Strahlteiler (23) angeordnet sind und dann das Mittel zur Strahlbeeinflussung (11) angeordnet ist, wobei die Beleuchtung (1), das Mittel zur Strahlbeeinflussung (11), din M<^f*c! zur Aufzeichnung (13,14) und Mittel zur Darstellung (26) mit oiner Steuer- und Verarbeitungseinheit (29) gokoppelt sind.

Die Filter (16,17) sind wechselbar angeordnet, wobei eine Einrichtung zum Filterwechsel (15) mit den Filtern (16,17) und mit der Steuer- und Verarbeitungseinheit (29) gekoppelt ist.

Das im Operationsgebiet befindliche Objekt (12) wird zur Beobachtung mit einer kontinuierlich strahlenden Objektbeleuchtung (22) als Beleuchtung (1) bestrahlt.

Zur Darstellung der Gefäßstruktur wird das Objekt (12) kurzzeitig mit einer Blitzlichtquelle (10) als Beleuchtung (1) bestrahlt.

Gleichzeitig mit der Blitzlichtquelle (10) werden das Mittel zur Strahlbeeinflussung (11) und die Mittel zur Aufzeichnung (13,14) durch die Steuer- und Verarbeitungseinheit (29) gesteuert. Das Mittel zur Strahlbeeinflussung (11) hält das vom Objekt (12)

ausgehende Licht, während des Betriebes der sehr intensiven Blitzlichtquelle (10), von dem Beobachtungsstrahlengang (V) fernund lenkt das von dem Objekt (12) ausgehende Licht in den Aufzeichnungsstrahlengang (8).

Mit dem Verfahren und der Anordnung können Bilder, die vor und/oder während und/oder nach einer Operation sowohl die Fluoreszenz eines In die Blutbahn injizierten Farbstoffe, als auch die Eigenfluoreszenz des Gewebes aufzeichnen, zur Darstelluno

der Gewebestruktur gewonnen und Meßergebnisse der Durchblutung und des Stoffwechsels abgeleitet werden.

Die Informationen stehen während der Operation dem Operateur zur Vorfügung. Da si» wesentliche Faktoren der Physiologie

des Gewebes darstellen, erhöht sich die Qualität der Operationen wesentlich.

Ausfuhrungsb«ltpl«l Die Erfindung wird an einem Ausführungebeispiel näher erläutert.

Die Figur zeigt schematisch eine erfindungsgem&ße Anordnung zur Darstellung der Gefäßstruktur und zur Messunq der Duroliblutung von lebenden Gewebeabschnitten.

In der Figur isi schematised dor Aufbau eines Operationsmikroskopes dargestellt, das unter anderem aus einer Einheit zur Beleuchtung 1, e'nem Frontobjektiv 2, einem Beleuchtungsstrahtengang 3, einem Abbildungsstrahlengang 4, einem optischen System zur Vergrttßungsänderung 6, einer Öffnungsblende 6, einem Beobachtungsstrahlengang 7 und mindestens einem Aufzeißhnungsstrahlengang 8 besteht. Von einem Steuerr achner 9 wird die synchrone Auslösung einer Blitzlichtquelle 10 mit Mitteln zur Strahlbeeinflussung 11 sowie

die Aufnahme ein« β Objektes 12 mit Mitteln zur Aufzeichnung 13,14 gesteuert.

Das Mittel zur Strahlbeeinflussung 11 ist zweckmäßigerweise ein Klappspiegel. Die Mittel zur Aufzeichnung sind

bildaufnehmende Bauelemente, wie Vidicons, CCD-Matrizen, ader fotoelektrische Meßflächen, wie Fotodioden, SEV.

Eine' Einrichtung zum Filterwechsel 1B ist mit dem Steuerrechner 9 und mit Filtern 16,17 gekoppelt. Die Filter 16,17 werden für die jeweilige Darstellung oder Messung des Objektes 12 ausgewählt. Das Licht der Blitzlichtquelle 10 wird über Mittel zur Strahlbeeinflussung 18, im Beispiel ein Klappspiegel, der mit dem Steuerrechner gekoppelt ist, in den Beleuchtungsstrahlengang 3 durch das Frontobjektiv 2 auf da? Objekt 12 abgebildet. In der Beleuchtung 1 sind Mittel zur Strahlumlenkung 19 (Spiegel) sowie eine mit dem Steuerrechner 9 gekoppelte Einrichtung zum Filterwechsel 15 eines Filters 21 vorgesehen und eine kontinuierliche Objektbeleuchtung 22 ist vorhanden. Das Im Operetionsgebiet befindliche Objekt 12 wird zur Beobachtung mit der kontinuierlich strahlenden Objektbeleuchtung

als Beleuchtung 1 bestrahlt.

Zur Darstellung der Gefäßstruktur wird das Objekt 12 kurzzeitig mit der Blitzlichtquelle 10al»> Releuchti :g 1 bestrahlt. Gleichzeitig mit der Blitzllrhtquelle 10 werden das Mittel zur Strahlbeeinflussung 11 und die Minui <_u. Aufzeichnung 13,14 durch

der Steuerrechner 9 gesteuert. Das Mittel zur Strahlbeeinflussung 11 hält das vom Objekt 12 ausgehende Licht, während des

Betriebes der sehr intensiven Blitzlichtquelle 10, von dem Beobachtungsstrahlengang 7 fern und lenkt das von dem Objekt 12

ausgehende Licht in den Aufzeichm:ngsstrahlengang 8.

Zur Darstellung der Gefäßstruktui und Messung der Durchblutung wird der im Objekt 12 durch ein Gefäßsystem strömende Farbstoff durch die Blitzlichtquelle 10 zur Fluoreszenz angeregt. Fluoreszenz- und Erregerstrahlung werden durch den Abbildungsstrahlengang 4 des Operationsmikroskopes über das synchronisierte Mittel zur Strahlbeeinflussung 11 auf einen Strahlteller 23 gelenkt. Durch den Strahlteiler 23 wird dio vom Objekt 12 kommende Strahlung jeweils über einen Filter 16,17

durch je ein Objektiv 24,25 iuf die Mittel zur Aufzeichnung 13,14 abgebildet.

Die Einrichtung zum filterwechsel 15 wird dabei von dem Steuerrechner 9 gesteuert und ordnet die Filter 16,17 im Aufzeichnungsstrahlengang 8 an, welche nur die vom Objekt 12 kommende Fluoreszenzstrahlung auf das Mittel zui Aufzeichnung 13 und nur die vom Objekt 12 kommende Erregerstrahlung auf das Mittel zur Aufzeichnung 14 gelangen lassen. Durch das Mittel zur Aufzeichnung 13 wird das Bild des Objektes 12 im Spektrum der Fluoreszenzstrahlung und durch das Mittel

zur Aufzeichnung 14 wird das Bild im Spektrum der Erregerstrahlung registriert.

Über den Steuerrechner 9 werden die synchronen Bilder verarbeitet und auf dem Grafikmonitor 26 dem Operateur dargeboten. Mittels einer Konsole 27 und eines Dialogmonitors 28 erfolgt die Programmierung und Steuerung der Beleuchtung 1, der Mittel

zur Strahlbeeinflussung 11,18, der Einrichtung zum Filterwechsel 15, der Mittel zur Aufzeichnung 13,14 und der Verarbeitungder Bilder mit dem Steuerrechner 9.

Zu einer Steuer- und Verarbeitungseinheit 29 gehört ein externer Speicher 30, auf dem Daten und Ergebnisse aus- und

zwlschengelagen werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung wird durch Wechsel der Filter 16,17,21 und/oder durch Austausch

der Blitzlichtquelle 10 auf vielfältige Weise die vom Objekt 12 kommende Strahlung analysiert.

Es werden Bildfolgen aufgezeichnet und Bilder dargestellt, verschiedene Farbstoffe werden eingesetzt. Zur Messung des Stoffwechselzustandes wird die Eigenfluoreszenz des untersuchten Gewebes an der Oberfläche {Koenzym Nlcotinamid-Adoniii-Dinuc'flotid NADH) untersucht. Dazu werden von der Einrichtung zum Filterwechsel opezielle Filter 16,17 in den Aufzeichnungsstrahlengang 9 eingesetzt. Besonders vorteilhaft ist, daß die Anordnung in dem Operationsmikroskop integriert ist. Die Arbeit des Operateurs am Operationeobjekt wird durch die Durchführung des Verfahrens zur Darstellung und Meosung nicht behindert. Das Verfahren und die Anordnung stellen oine neue Qualität dar, da die topographische MikroStruktur der Durchblutung und des Stoffwechsels in einem UiId verknüpft vor und/oder während und/oder nach einer Operation oder eines Experimented

dargestellt werden.

Der Effekt dar Operation kann unmittelbar durch den Operateur beobacht6i werden. Mit Hilfe der Methoden der Bildverarbeitung

werden detalliert aufbereitete Informationen gegeben.

Die Qualität des Oparationsergebnisses wird wesentlich erhöht. Gegenüber bekannten Methoden zur Messung des Stoffwechsels in Gewebeabschnit en ist durch die Möglichkeit der Normierung eine wosentlich genauere Messung möglich. Et wird ein topographisch verläßliches Bild der MikroZirkulation und der Durchblutungsgrößon erhalten.

Claims

-1- 26G024 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Darstellung der Gefäßstruktur und zur Messung der Durchblutung von lebenden Gewebeabschnitten während einer Operation, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Operationsgebiet befindliches Objekt (12) mindestens einmal vor und/oder während und/oder nach einer Passage eines intravenös oder intraarteriell injizierten Farbstoffes als Bild aufgezeichnet wird und Bilder dargestellt werden oder mit einer oder mehreren fotoelektrischen Meßflächen abgetastet wird und Meßwerte aufgezeichnet worden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine kontinuierliche und/oder diskontinuierliche Beleuchtung (1) und ein Mittel zur Strahlbeeinfluss jng (11) mit Mitteln zur Aufzeichnung (13,14) mit Hilfe einer Steuer- und Verarbeitungseinheit (29) synchron so gesteuert ^verden, daß das Objekt (12) von der Beleuchtung (1) bestrahlt wird, von dem Objekt (12) ausgehendes Licht durch das Mittel zur Strahlbeeinflussung (11) in einen Beobachtungsstrahlengang (7) und/oder in einen Aufzeichnungsstrahlengang (8) zu don Mitteln zur Aufzeichnung (13,14) gelangt und Bilder in einer programmierten Folge aufgezeichnet werden.
3. Verfahrer, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig ein Bild im Licht einer Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereiches und ein Bild im Licht einer anderen Wellenlänge oder einem anderen Wellenlängenbereich aufgezeichnet werden und eines dieser Bilder zur Normierung verwendet wird.
4.. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Helligkeitswerte einander zugeordneter Bildpunkte der in verschiedenen Spektren aufgezeichneten Bilder vorzugsweise als Quotienten berechnet werden und ein normiertes Bild dargestellt wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß kontinuierlich oder diskontinuierlich mehrere Bilder aufgezeichnet und dargestellt werden.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise ein gewünschtes elektronisch bearbeitetes oder nicht bearbeitetes Bild der Farbstoffpassage als stehendes Bild dargestellt wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, düiS ein Vergleich mehrerer Bilder, die vor und/oder während und/oder nach einer Passage des Farbstoffes oder während verschiedener Passagen des Farbstoffe» aufgezeichnet werden, vorzugsweise mit Mitteln der 'bildverarbeitung erfolgt.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch Mittel der Bildverarbeitung die mittlere Indikatorlaufzeit zwischen mindestens zwei wählbaren Meßstellen im Bildfeld eines der Bilder bestimmt und dargestellt wird.
9. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem Operationsmikroskop mit Mitteln zur Beleuchtung eines Objektes, einem Beleuchtungsstrahlengang, einem Abbildungsstrahlengang, der sich in einen Beobachtungsstrahlengang und einem Aufzeichnungs strahlengang zui Aufzeichnung von Bildern aufteilt, dadurch gekennzeichnet, daß in Aufzeichnungsstrahlengängen (8) mindestens zwei Mittel zur Aufzeichnung (13,14), davor in Richtung eines Objektes (12) mindestens ein Filter (16, 17) und ein Strahlieiler (23) angeordnet sind und danach das Mittel zur Strahlbeeinflussung (11) angeordnet ist, wobei die Beleuchtung (1), das Mittel zur Strahlbeoinflussung (11), die Mittel zur Aufzeichnung (13,14) und Mittel zur Darstellung (26) mit einer Steuer- und Verarbeitungseinheit (29) gekoppelt sind.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter (16,17) wechselbar angeordnet sind, wobei eine Einrichtung zum Filterwechsel (15) mit den Filtern (16,17) und mit der Steuor- und Verarbeitungseinheit (29) gekoppelt ist.