DE60122894T2

DE60122894T2 - Kompaktes fluorezenz endoskopisches video system

Info

Publication number: DE60122894T2
Application number: DE60122894T
Authority: DE
Inventors: W. Richard Vancouver CLINE; J. John North Vancouver FENGLER; W. Joachim North Vancouver BOEHM
Original assignee: Xillix Technologies Corp
Current assignee: Novadaq Technologies ULC
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2001-07-13
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2021-07-14
Also published as: US7722534B2; WO2002007587A2; US9968244B2; JP5451956B2; EP1301118B1; US6821245B2; US20150230698A1; US20190082963A1; JP4133319B2; US20100198010A1; US7341557B2; EP1731087A3; US20080228037A1; JP2005046634A; EP1731087A2; JP2013150830A; JP2004504090A; WO2002007587A3; US20100210904A1; JP5735031B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen medizinische Bildgebungssysteme und insbesondere Fluoreszenzendoskopie-Videosysteme.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Fluoreszenzendoskopie nutzt Unterschiede bei der Fluoreszenzreaktion zwischen normalem Gewebe und Gewebe, bei dem der Verdacht von Krebs im Frühstadium besteht, als Werkzeug für die Detektion und Lokalisierung von derartigem Krebs. Die fluoreszierenden Verbindungen oder Fluorophore, die bei der Fluoreszenzendoskopie angeregt werden, können exogen angewandte photoaktive Arzneimittel sein, die sich bevorzugt in verdächtigen Geweben ansammeln, oder es kann sich um die endogenen Fluorophore handeln, die in jedem Gewebe vorhanden sind. Im letzteren Fall wird die Fluoreszenz des Gewebes typischerweise als Autofluoreszenz oder native Fluoreszenz bezeichnet. Gewebe-Autofluoreszenz ist typischerweise auf Fluorophore mit Absorptionsbanden in den UV- und Blau-Bereichen des sichtbaren Spektrums und Emissionsbanden in den Grün- bis Rot-Bereichen des sichtbaren Spektrums zurückzuführen. Bei Gewebe, bei dem der Verdacht auf Krebs im Frühstadium besteht, ist der Grün-Bereich des Autofluoreszenzspektrums deutlich unterdrückt. Bei Fluoreszenzendoskopie, die auf Gewebe-Autofluoreszenz beruht, wird dieser Spektral-Unterschied eingesetzt, um normales von verdächtigem Gewebe zu unterscheiden.
Da die Konzentration und/oder Quantenausbeute der endogenen Fluorophore in Gewebe relativ niedrig ist, ist die von diesen Fluorophoren ausgesandte Fluoreszenz mit freiem Auge typischerweise nicht sichtbar. Fluoreszenzendoskopie wird folglich durchgeführt, indem Schwachlicht-Bildsensoren eingesetzt werden, um Bilder des fluoreszierenden Gewebes durch das Endoskop zu erhalten. Die mit diesen Sensoren erhaltenen Bilder werden meist als Videosignale kodiert und auf einem Farbvideomonitor angezeigt. Repräsentative Beispiele für Fluoreszenzendoskopie-Videosysteme, die Gewebe-Autofluoreszenz abbilden, werden in der WO 99/01749, dem an Palcic et al. ausgegebenen US-Patent Nr. 5.507.287; dem an MacAulay et al. ausgegebenen US-Patent Nr. 5.590.660; dem an Palcic et al. ausgegebenen US-Patent Nr. 5.827.190 und dem an Zeng et al. ausgegebenen US-Patent Nr. 5.647.368 offenbart. Alle diese Patente wurden auf die Xillix Technologies Corp., Richmond, British Columbia, Kanada, den Zessionar der vorliegenden Anmeldung, übertragen. Die in den oben angeführten Patenten offenbarten Systeme stellen zwar wesentliche Fortschritte auf dem Gebiet der Krebs-Früherkennung dar, es sind jedoch noch Verbesserungen möglich.
Diese oben genannten Systeme werden typischerweise in Verbindung mit einem Endoskop eingesetzt, an dem eine Schwachlichtsensoren enthaltende Kamera befestigt ist, oder es kommt ein Videoendoskop zum Einsatz, wobei sich die Kamera am Einführungsende des Endoskops befindet. Es ist insbesondere wünschenswert, die Größe, den Preis und das Gewicht der für diese Systeme beschriebenen Kamera zu verringern. Da Fluoreszenzendoskopie üblicherweise zusätzlich zu herkömmlicher Weißlicht-Endoskopie eingesetzt wird, ist es auch wünschenswert, dass das System in der Lage ist, mit ein und derselben Kamera und Lichtquelle sowohl Farb- als auch Fluoreszenzbilder zu erhalten. Es ist auch wünschenswert, ein solches Fluoreszenzendoskopie-Videosystem dahingehend zu optimieren, dass unterschiedliche Krebsarten in verschiedenen Organen detektiert werden, und so auszustatten, dass es sich leicht auf den Einsatz bei verschiedenen Arten von Endoskopen einstellen lässt. Ein solches System ist wünschenswert auch kompatibel mit der Verwendung mit exogen angewandten photoaktiven Arzneimitteln. Schließlich besteht Bedarf an einem System, bei dem der Kontrast zwischen normalem und verdächtigem Gewebe in den dargestellten Fluoreszenzbildern verstärkt werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Fluoreszenzendoskopie-Videosystem gemäß vorliegender Erfindung ist in Anspruch 1 dargelegt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen Aspekte und viele der damit verbundenen Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher werden, wenn diese durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verstanden wird, in denen:
die 1A–1B Blockdiagramme von Fluoreszenzendoskopie-Videosystemen gemäß der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind;
2 ein Blockdiagramm einer Multimodenlichtquelle gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist;
die 3A–3C eine bevorzugte Ausführungsform der Kamera darstellen, mit der Farb-, Fluoreszenz/Reflexions- und/oder Fluoreszenz/Fluoreszenz-Bilder gemäß vorliegender Erfindung erhalten werden können, wobei fakultativ Kollimations- und Bildgebungsoptik angebracht werden kann;
die 4A–4E eine Anzahl von Kamera-Strahlteiler-Konfigurationen veranschaulichen;
5 eine zweite Ausführungsform der Kamera gemäß vorliegender Erfindung veranschaulicht;
6 eine dritte Ausführungsform der Kamera gemäß vorliegender Erfindung veranschaulicht;
Die 7A–7D eine Anzahl von Spektralteiler- und Filteranordnungskonfigurationen veranschaulichen;
8 eine vierte Ausführungsform der Kamera gemäß vorliegender Erfindung veranschaulicht;
9 Beispiele für Spektralteiler- und Filteranordnungen veranschaulicht, die Bilder auf dieselbe Bildebene übertragen können;
10 eine fünfte Ausführungsform einer Kamera gemäß vorliegender Erfindung veranschaulicht;
die 11A–11D Graphen sind, die zurzeit bevorzugte Durchlasseigenschaften von Filtern und dichroitischen Teilern für Fluoreszenz/Reflexions-Bildgebung unter Einsatz von Grün-Fluoreszenzlicht und Rot-Reflexionslicht veranschaulichen;
die 12A–12D Graphen sind, die zurzeit bevorzugte Durchlasseigenschaften von Filtern und dichroitischen Teilern für Fluoreszenz/Reflexions-Bildgebung unter Einsatz von Grün-Fluoreszenzlicht und Blau-Reflexionslicht veranschaulichen;
die 13A–13D Graphen sind, die zurzeit bevorzugte Durchlasseigenschaften von Filtern und dichroitischen Teilern für Fluoreszenz/Reflexions-Bildgebung unter Einsatz von Rot-Fluoreszenzlicht und Blau-Reflexionslicht veranschaulichen;
die 14A–14D Graphen sind, die zurzeit bevorzugte Durchlasseigenschaften von Filtern und dichroitischen Teilern für Fluoreszenz/Reflexions-Bildgebung unter Einsatz von Rot-Fluoreszenzlicht und Blau-Reflexionslicht veranschaulichen;
die 15A–15D Graphen sind, die zurzeit bevorzugte Durchlasseigenschaften von Filtern und dichroitischen Teilern für Fluoreszenz/Reflexions-Bildgebung unter Einsatz von Rot-Fluoreszenzlicht und Reflexionslicht im Nah-Infrarotbereich veranschaulichen;
die 16A–16D Graphen sind, die zurzeit bevorzugte Durchlasseigenschaften von Filtern und dichroitischen Teilern für Fluoreszenz/Reflexions-Bildgebung unter Einsatz von Grün-Fluoreszenzlicht und Reflexionslicht im Nah-Infrarotbereich veranschaulichen;
die 17A–17D Graphen sind, die zurzeit bevorzugte Durchlasseigenschaften von Filtern und dichroitischen Teilern zur Verwendung bei der Fluoreszenz/Reflexions-Bildgebung veranschaulichen;
18 ein Graph ist, der zurzeit bevorzugte Durchlasseigenschaften eines Blau-Sperrfilters für Fluoreszenz/Reflexions- oder Fluoreszenz/Fluoreszenz-Bildgebung unter Einsatz eines Farbbildsensors mit integrierten selektiven Filtern veranschaulicht.
19 ist ein Blockdiagramm eines Systems zur Durchführung von Farbkalibrierung des Fluoreszenzendoskopie-Videosystems gemäß einem weiterem Aspekt der vorliegenden Erfindung; und
die 20–22 sind Graphen, die Kontrastverstärkungstests und Funktionen zeigen, die gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, um potentiell krebsartiges Gewebe hervorzuheben.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
1A ist ein Blockdiagramm eines Fluoreszenzendoskopie-Videosystems 50 gemäß einer zurzeit bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das System umfasst eine Multimodenlichtquelle 52, die ein Weißlicht erzeugt, um Farbbilder zu erhalten. Gemäß einem zweiten Betriebsmodus erzeugt die Lichtquelle 52 ein Anregungslicht, um Gewebe-Autofluoreszenz hervorzurufen. Gemäß einem dritten Betriebsmodus erzeugt die Lichtquelle 52 ein Anregungslicht, um Gewebeautofluoreszenz und ein Referenzreflexionslicht hervorzurufen. Die Verwendung von Anregungslicht und Anregung plus Reflexionslicht für Fluoreszenz/Fluoreszenz- und Fluoreszenz/Reflexions-Bildgebungsmodi wird nachstehend detaillierter beschrieben. Licht von der Lichtquelle 52 wird einem Lichtwellenleiter 54 eines Endoskops 60 zugeführt, das dann eine abzubildende Gewebeprobe 58 beleuchtet.
2 ist eine detaillierte Darstellung der Komponenten der Lichtquelle 52. Die Lichtquelle 52 umfasst eine Bogenlampe 70, die von einem Reflektor 72 umgeben ist. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Bogenlampe 70 eine Quecksilber-Hochdruckbogenlampe (wie die Osram VIP R 120P24). Alternativ dazu können andere Bodenlampen oder Breitband-Lichtquellen verwendet werden, aber aufgrund ihrer Kombination aus hohem Blaulicht-Output, angemessen flachem Weißlichtspektrum und geringer Bogengröße wird zurzeit eine Quecksilber-Hochdrucklampe bevorzugt.
Das Licht von der Bogenlampe 70 ist durch entsprechende Optikeinrichtungen 74, 76 und 78 für die Lichtsammlung, Spektralfiltration bzw. Fokussierung an einen Lichtwellenleiter 54 gekoppelt. Das Licht von der Bogenlampe wird durch eines aus einer Anzahl optischer Filter 76A, 76B, 76C ..., die bewirken, dass Licht mit einer gewünschten Wellenlänge gemäß dem Betriebsmodus des Systems durchgelassen oder gesperrt wird, Spektralfiltration unterzogen. Für die Farb-Bildgebung eliminiert das optische Filter 76A jegliche Spektralpeaks und modifiziert die Farbtemperatur des von der Bogenlampe 70 erzeugten Lichts. Die Durchlasseigenschaften der Lichtquellenfilter 76B, 76C.. für Fluoreszenz/Reflexions- bzw. Fluoreszenz/Fluoreszenz-Bildgebungsmodi werden nachstehend in Verbindung mit den Eigenschaften der Kamerafilter 118, 119A, 119B, ... erörtert.
Ein Intensitätsregler 80, der die Lichtmenge einstellt, die den Lichtweg entlang durchgelassen wird, ist an einer geeigneten Position zwischen der Bogenlampe 70 und dem Endoskop-Lichtwellenleiter 54 angeordnet und reguliert die Lichtmenge, die mit dem Lichtwellenleiter 54 gekoppelt wird. Außerdem kann im selben optischen Weg ein Verschlussmechanismus 82 angeordnet sein, um zu verhindern, dass etwas vom Licht von der Lampe den Lichtwellenleiter erreicht. Eine Steuereinrichtung 86 betätigt einen Aktuator, der die Filter 76A, 76B oder 76C in den Lichtweg und aus ihm heraus bewegt. Die Steuereinrichtung 86 steuert auch die Position des Intensitätsreglers 80 und die Betätigung des Verschlussmechanismus 82.
Wie in 1A gezeigt, umfasst das System auch eine Multimodenkamera 100. Das Licht, das mit dem Endoskop 60 vom Gewebe aufgefangen wird, wird durch einen Bildleiter 56 übertragen und wird in die Multimodenkamera 100 projiziert. Da Fluoreszenzendoskopie im Allgemeinen zusätzlich zu Weißlicht-Endoskopie eingesetzt wird, kann jede der nachstehend beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen der Kamera sowohl für Farb- als auch Fluoreszenz/Reflexions- und/oder Fluoreszenz/Fluoreszenz-Bildgebung verwendet werden.
1B ist ein Blockdiagramm eines alternativen Fluoreszenzendoskopie-Videosystems 50, das sich von dem in 1A gezeigten dadurch unterscheidet, dass die Multimodenkamera 100 am Einführungsende des Endoskops angeordnet ist und dass das Endoskop keinen Bildleiter 56 enthält. In Anbetracht dieser Unterschiede kann das resultierende Endoskop 60 als Fluoreszenzvideoendoskop charakterisiert werden, das in Bezug auf die Einsatzmöglichkeiten den zurzeit auf dem Markt befindlichen Videoendoskopen (wie dem Olympus CF-240L) ähnlich ist, aber zusätzlich sowohl zur Farb- als auch zur Fluoreszenz/Reflexions- und/oder Fluoreszenz/Fluoreszenz-Bildgebung eingesetzt werden kann.
Abgesehen von der Anordnung der Multimodenkamera 100 am Einführungsende des Endoskops und vom Fehlen eines Endoskop-Bildleiters 56 ist das System von 1B mit dem in 1A gezeigten identisch. Die verschiedenen nachstehend beschriebenen Ausführungsformen der Kamera eignen sich aufgrund ihrer Kompaktheit für den Einsatz in einem Fluoreszenzvideoendoskop.
Bei diesem alternativen System fängt die Multimodenkamera 100 das vom Gewebe abgegebene Licht direkt auf. Durch Anordnung der Kamera am Einführungsende des Endoskops können die einem Videoendoskop eigenen Vorteile erzielt werden: diese bestehen darin, dass das zur Bildung eines Bildes verfügbare Licht und die Bildauflösung im Vergleich zu jenem Fall, wo das Bild außerhalb des Körpers durch einen Endoskopbildgebungsleiter übertragen wird, verbessert sind.
Gemäß der ersten Ausführungsform, wie in 3A gezeigt, empfängt eine Kamera 100A Licht vom Bildleiter 56 eines Endoskops 60 und leitet das Licht zu einem Farbbildsensor 102 und einem Schwachlicht-Bildsensor 104. Bei Kamerakonstruktionen nach dem Stand der Technik wird Licht typischerweise mit einem beweglichen Spiegel, der selektiv in den optischen Weg eingebracht wird, zu einem der beiden Bildsensoren 102 oder 104 gelenkt. Ein solcher Spiegel muss sorgfältig konstruiert werden, damit er sich in geringen Toleranzen bewegt. Das erhöht die Komplexität und die Kosten der Kamera beträchtlich. Die Notwendigkeit, diese geringen Toleranzen über die gesamte Lebensdauer des Systems beizubehalten beeinträchtigt auch die Zuverlässigkeit der Kamera.
Die Kamera 100A gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ersetzt den beweglichen Spiegel durch einen fixierten optischen Strahlteiler 106, der das hereinkommende Licht in zwei Strahlen teilt. Der Lichtstrahl wird so geteilt, dass ein kleinerer Teil des vom Endoskop 60 empfangenen Lichts zum Farbbildsensor 102 gelenkt wird und ein größerer Teil des hereinkommenden Lichts zum Schwachlicht-Bildsensor 104 gelenkt wird. Bei dieser Ausführungsform kann der Strahlteiler eine herkömmliche im Handel erhältliche Konfiguration einer einzelnen Platte 88, eines einzelnen Würfels 89 oder eines einzelnen Films 90 aufweisen, wie in den 4A–4C gezeigt. Es ist festzuhalten, dass, wenn der optische Weg zwischen dem Endoskop 60 und Bildsensoren eine ungerade Anzahl an Reflexionen (wie beispielsweise von einem Einkomponenten-Strahlteiler) enthält, das auf den Sensor projizierte Bild spiegelverkehrt ist. Die Ausrichtung derartiger Bilder muss durch Bildbearbeitung korrigiert werden.
In manchen Fällen ist es wünschenswert, dass das vom Teiler 106 geteilte Licht in derselben Bildebene projiziert wird. Daher kann der optische Strahlteiler 106 eine Kombination aus einfachen Komponenten oder eine maßgeschneiderte Prismenkonstruktion sein, wie in den 4D–4E gezeigt. Die in 4D gezeigte Anordnung ist ein Beispiel für herkömmliche, im Handel erhältliche Glaskomponenten (Strahlteilerwürfel 89, rechtwinkliges Prisma 91 und einfacher Glasblock 92), die zu einer Anordnung kombiniert worden sind. Da der Weg des Lichts, der durch das rechtwinklige Prisma 91 hindurchgeht, länger als jener ist, der durch den Strahlteilerwürfel 89 hindurchgeht, wird in Fällen, in denen vom Teiler 106 nicht parallel gerichtetes Licht geteilt wird, der Glasblock 92 hinter dem rechtwinkligen Prisma 91 angeordnet, um die unterschiedlichen Weglängen auszugleichen, so dass beide Strahlen in derselben Bildebene fokussiert werden.
Das in 4E gezeigte Einzelfertigungs-Prisma besteht aus drei Prismen. Eine erste teilverspiegelte Oberfläche 95 auf einem ersten Prisma lenkt einen Teil des hereinkommenden Lichts zu einer vollständig reflektierenden Oberfläche 96 auf dem ersten Prisma. Von der Oberfläche 96 reflektiertes Licht geht durch ein zweites Prisma 99 hindurch. Durch die teilverspiegelte Oberfläche 95 hindurchgehendes Licht wird von den voll reflektierenden Oberflächen 97 und 98 eines dritten Prismas reflektiert. Die Länge des optischen Wegs des Strahls, der von der teilverspiegelten Oberfläche 95 reflektiert wird, ist die gleich groß wie der optische Weg des Lichts, das durch die teilverspiegelte Oberfläche 95 hindurchgeht.
Das in 4E gezeigte Einzelfertigungs-Prisma hat den Vorteil, dass es kompakter ist als die Würfelanordnung und dass es eine kontinuierliche Oberfläche bereitstellt, von der aus der oder die Bildsensoren) angeordnet werden können. Bei beiden diesen Varianten des Strahlteilers enthalten die beiden Wege für das geteilte Bild eine gerade Anzahl an Reflexionen und haben eine äquivalente optische Länge. Im Fall einer optischen Bildgebungskonfiguration, wie nachstehend in 3C beschrieben, ermöglicht dies, dass beide Bilder in dieselbe Bildebene projiziert werden können (wie es beispielsweise erforderlich wäre, wenn beide Bilder mit einem einzigen Bildsensor abgebildet werden).
In 3A sind Licht-Kollimationsoptikeinrichtungen 110 zwischen dem Endoskop 60 und dem Strahlteiler 106 angeordnet, und Bildgebungs-Optikeinrichtungen 112 und 114 sind unmittelbar vor dem Farbbildsensor 102 bzw. dem Schwachlichtbildsensor 104 angeordnet. Bei einer in 3B gezeigten alternativen optischen Konfiguration sind die Kollimationsoptikeinrichtungen 110 weggelassen worden. Eine derartige Konfiguration ist gegenüber der in 3A vorzuziehen, wenn der Lichtstrahl vom Endoskop 60 bereits parallel gerichtet ist.
Die zurzeit bevorzugte Konfiguration der Kamera 100A wird in 3C gezeigt. Bei dieser Ausführungsform sind die Kollimationsoptikeinrichtungen 110 weggelassen und durch einen einzigen Satz von Bildgebungsoptikeinrichtungen 113 ersetzt worden, die zwischen dem Endoskop 60 und dem Strahlteiler 106 angeordnet sind. Der Vorteil dieser Konfiguration besteht darin, dass die gesamte Bildgebung durch dieselben Bildgebungsoptikeinrichtungen 113 vorgenommen und gesteuert wird. Eine solche Konfiguration macht es jedoch notwendig, dass alle Strahlwege dieselbe optische Weglänge aufweisen, und diese Einschränkung muss bei der Konstruktion des Strahlteilers 106 und eines Paares Spektralfilter 118 und 119, die im Weg zu den Bildsensoren 102 und 104 angeordnet sind, berücksichtigt werden. Glasblock 121 wird in den optischen Weg eingebracht, wenn das Spektralfilter 119 entfernt wird. Außerdem muss die Tatsache, dass diese optischen Elemente in einem konvergierenden Strahlweg angeordnet sind, bei der Spezifizierung dieser Elemente und bei der Konstruktion der Bildgebungsoptikeinrichtungen 113 berücksichtigt werden. Alle Optionen für die oben beschriebenen Kollimations- und Bildgebungsoptikeinrichtungen und die damit verbundenen Vor- und Nachteile gelten auch für die nachfolgenden Beschreibungen von Kamera-Ausführungsformen, wie in den 5, 6, 8 und 10 dargestellt.
Wie in den 3A–3C gezeigt, ist ein Spektralfilter 118 im optischen Weg zwischen dem Strahlteiler 106 und dem Schwachlicht-Bildsensor 104 angeordnet. Alternativ dazu kann das Spektralfilter 118 als Element des Strahlteilers 106 enthalten sein.
Ein zweites Spektralfilter 119 ist so angeordnet, dass es zwischen dem Strahlteiler 106 und dem Farbbildsensor 102 in den optischen Weg hinein und aus ihm heraus bewegt werden kann. In dem Fall, in dem die Strahlteilung in einem nicht parallelgerichteten Strahlweg auftritt wird, wenn Filter 119 aus seiner Position bewegt wird, wird ein Glasblock 121 mit der gleichen optischen Weglänge wie Filter 119 zwischen dem Strahlteiler 106 und dem Farbbildsensor 102 in Position gebracht, um eine konstante optische Weglänge beizubehalten. Alternativ dazu können dieses einfügbare Spektralfilter 119 und Glasblock 121 (falls erforderlich) anderswo im optischen Weg zwischen dem Endoskop 60 und dem Farbbildsensor 102 enthalten sein. Das Hinein- und Herausbewegen eines Filters in den bzw. aus dem optischen Weg kann durch einen einfachen Mechanismus erfolgen, da es keine strengen mechanischen und optischen Anforderungen wie jene für das Bewegen eines Spiegels gibt.
Der Schwachlicht-Bildsensor 104 umfasst vorzugsweise einen Sensor vom Typ einer monochromen ladungsgekoppelten Vorrichtung (CCD), einer monochromen ladungsgekoppelten Vorrichtung mit Ladungsträger-Vervielfachung (wie der Texas Instruments TC253 oder der Marconi Technologies CCD65), einer intensivierten ladungsgekoppelten Vorrichtung (ICCD), eines Ladungsinjektions-Elements (CID), eines Ladungsmodulations-Elements (CMD), eines Komplementär-Metalloxid-Halbleiter-Bildsensors (CMOS) oder einer ladungsgekoppelten Elektronenstrahl-Schaltung (EBCCD). Der Farbbildsensor 102 ist vorzugsweise eine Farb-CCD, eine Farb-CCD mit Ladungsträger-Vervielfachung, eine Drei-CCD-Farbbildsensoranordnung mit Ladungsträger-Vervielfachung, eine Drei-CCD-Farbbildsensoranordnung, ein Farb-CMOS-Bildsensor oder eine Drei-CMOS-Farbbildsensoranordnung.
Wie in 1A gezeigt, umfasst das System auch eine Prozessor-/Steuervorrichtung 64 und einen Videomonitor 66. Die Prozessor-/Steuervorrichtung 64 empfängt die gewandelten Bildsignale von der Kamera 100 und digitalisiert und verarbeitet diese Signale. Die Verarbeitung dieser Signale kann die Anwendung bestimmter Kontrastverstärkungsalgorithmen umfassen, wie nachstehend beschrieben. Die verarbeiteten Signale werden dann in einem Videoformat kodiert und auf einem Farbvideomonitor 66 angezeigt.
Auf Basis der Eingabe durch eine Bedienungsperson erfüllt die Prozessor-Steuervorrichtung 64 auch Steuerfunktionen für das Fluoreszenzendoskopie-Videosystem. Diese Steuerfunktionen umfassen das Bereitstellen von Steuersignalen, die

– die Kameraverstärkung in allen Bildgebungsmodi steuern;
– die Bildgebungsmodi der Kamera und der Lichtquelle koordinieren;
– ein Lichtmenge-Steuersignal für die Lichtquelle bereitstellen, und
– Steuersignale für etwaige Bilddaten-Verwaltungssysteme bereitstellen, die

Nun wird der Grund dafür erklärt, weshalb in den Fluoreszenz/Reflexions- und Fluoreszenz/Fluoreszenz-Modi der hierin beschriebenen Fluoreszenzendoskopie-Videosysteme zwei getrennte Bilder in unterschiedlichen Wellenbanden erhalten werden. Es ist bekannt, dass sich die Intensität der Autofluoreszenz in bestimmten Wellenbanden verändert, wenn Gewebe zunehmend anormal werden (d.h. wenn sie sich zu eindeutigem Krebs entwickeln). Wenn Bilder innerhalb eines solchen Autofluoreszenz-Wellenbandes erhalten werden, ist es jedoch nicht leicht, zwischen jenen Veränderungen in der Signalstärke, die auf Krankheit zurückzuführen sind, und jenen zu unterscheiden, die auf Bildgebungsgeometrie und Schatten zurückzuführen sind. Ein zweites Fluoreszenzbild oder ein Reflexionslichtbild, das in einem Wellenband erhalten wird, in dem das Bildsignal nicht wesentlich von krankem Gewebe beeinflusst wird, kann als Referenzsignal verwendet werden, mit dem die Signalstärke des ersten Fluoreszenzbildes „normiert" werden kann.
Diese Normierung kann durchgeführt werden, indem jedem der zwei Bildsignale eine unterschiedliche Anzeigefarbe zugeordnet wird, beispielsweise indem die Bildsignale unterschiedlichen Farbeingängen eines Farbvideomonitors zugeführt werden. Wenn sie auf einem Farbvideomonitor angezeigt werden, werden die beiden Bilder wirksam kombiniert, so dass ein einziges Bild entsteht, dessen kombinierte Farbe die relativen Stärken der Signale aus den beiden Bildern darstellt. Da die Farbe des kombinierten Bildes unabhängig von der absoluten Stärke der separaten Bildsignale ist, verändert sich die Farbe als Ergebnis von Veränderungen des Abstands oder Winkels des Endoskops 60 zur Gewebeprobe 58 oder anderen Bildgebungsgeometriefaktoren nicht. Wenn es jedoch eine Veränderung der Form des Autofluoreszenzspektrums des beobachteten Gewebes gibt, die eine Veränderung der relativen Stärke der beiden Bildsignale verursacht, wird eine solche Veränderung als Veränderung der Farbe des dargestellten Bildes dargestellt.
Die Vielfalt an Farben, mit dem normales Gewebe und Gewebe, bei dem der Verdacht auf Krebs im Frühstadium besteht, dargestellt werden, hängt von der Verstärkung ab, die auf jedes der beiden getrennten Bildsignale ausgeübt wird. Es gibt ein optimales Verstärkungsverhältnis, bei dem Gewebe, bei dem der Verdacht von Krebs im Frühstadium besteht, in einem Fluoreszenzbild in einer deutlich anderen Farbe erscheint als normales Gewebe. Dieses Verstärkungsverhältnis soll der Bedienungsperson die beste Kombination aus Sensitivität (Fähigkeit zum Detektieren von verdächtigem Gewebe) und Spezifität (Fähigkeit zur korrekten Unterscheidung) zur Verfügung stellen. Wenn die auf das Referenzbildsignal ausgeübte Verstärkung im Vergleich zur auf das Fluoreszenzbildsignal ausgeübten Verstärkung zu hoch ist, nimmt die Anzahl an Gewebebereichen zu, die verdächtig erscheinen, deren Pathologie sich jedoch als normal erweist. Wenn umgekehrt die auf das Referenzbildsignal ausgeübte relative Stärkung zu gering ist, nimmt die Sensitivität ab, und verdächtiges Gewebe erscheint wie normales Gewebe. Damit das System optimale Leistung erbringt, muss daher das Verhältnis der auf die Bildsignale ausgeübten Verstärkungen kontinuierlich beibehalten werden.
In vivo-Spektroskopie ist eingesetzt worden, um zu bestimmen, welche Unterschiede in der Gewebe-Autofluoreszenz und den Reflexionsspektren eine pathologische Grundlage haben. Die Eigenschaften dieser Spektren bestimmen die speziellen Wellenbanden von Autofluoreszenz- und reflektiertem Licht, die für den Fluoreszenz/Reflexions-Bildgebungsmodus erforderlich sind, oder die speziellen beiden Autofluoreszenz-Wellenbanden, die für den Fluoreszenz/Fluoreszenz-Bildgebungsmodus erforderlich sind. Da die Eigenschaften der Spektren vom Gewebetyp abhängen, können die Wellenlängen des oder der wichtigen Autofluoreszenzbandes bzw. -banden vom abgebildeten Gewebe und der Position innerhalb dieser Gewebe abhängen. Die Spezifikationen der nachstehend beschriebenen optischen Filter sind eine Folge dieser Spektraleigenschaften und sind so gewählt, dass sie für die abzubildenden Gewebe optimal sind.
Nun wird der Betrieb der bevorzugten Ausführungsform des Fluoreszenzendoskopie-Videosystems beschrieben. Die in 1 gezeigte Kamera 100 ist für Farb-, Fluoreszenz/Reflexions- und Fluoreszenz/Fluoreszenz-Bildgebungsmodi ausgelegt. Im Farb-Bildgebungsmodus schickt die Prozessor-/Steuervorrichtung 64 der Multimoden-Lichtquelle 52 ein Steuersignal, um sie in den Weißlichtmodus zu bringen. Die Lichtquelle 52 wählt das entsprechende optische Filter 76A aus und positioniert es im optischen Weg zwischen der Bogenlampe 70 und dem Endoskop-Lichtwellenleiter 54. Dieses Filter 76A beseitigt alle Spektralpeaks und stellt die Farbtemperatur des von der Bogenlampe 70 erzeugten Lichts ein. Das gefilterte Licht von der Lichtquelle 52 wird in den Endoskop-Lichtwellenleiter 54 projiziert und wird zur Spitze des Endoskops 60 übertragen, um das Gewebe 58 zu beleuchten.
Die Prozessor-/Steuervorrichtung 64 gewährleistet auch, dass die sich die Kamera im korrekten Bildgebungsmodus befindet, um eine Schädigung des empfindlichen Schwachlicht-Bildsensors 104 zu verhindern. In dem Fall, dass der Schwachlicht-Bildsensor 104 eine ICCD ist, wird die Spannung über die Photokathode beispielsweise auf null eingestellt. Das vom Gewebe 58 reflektierte Licht wird vom Endoskop-Bildleiter 56 aufgefangen und wird durch den Kamerastrahlteiler 106 auf den Farbbildsensor 102 projiziert. Spektralfilter 119 wird während dieses Bildgebungsmodus aus dem optischen Weg entfernt und (falls erforderlich) durch Glasblock 121 ersetzt. Das Farbbild wird vom Farbbildsensor 102 gewandelt, und das resultierende Bildsignal wird zur Prozessor-/Steuervorrichtung 64 gesendet.
Auf Basis der Helligkeit des Farbbildes liefert die Prozessor-/Steuervorrichtung 64 der Multimoden-Lichtquelle 52 ein Steuersignal, um die Intensitätssteuerung 80 einzustellen und dadurch die Lichtausgangsmenge des Endoskops 60 einzustellen.
Die Prozessor-/Steuervorrichtung 64 kann auch ein Steuersignal an die Kamera 100 senden, um die Verstärkung des Farbbildsensors 102 einzustellen. Nach der Verarbeitung wird das Farbbild auf dem Videomonitor 66 angezeigt. Alle Bildgebungsoperationen finden in Realzeit statt, das heißt sie finden mit analogen Videoanzeigeraten (30 fps beim NTSC-Format und 25 fps beim PAL-Format) statt.
Wenn auf den Fluoreszenz/Reflexions-Bildgebungsmodus umgeschaltet wird, schickt die Prozessor-/Steuervorrichtung 64 der Multimoden-Lichtquelle 52 ein Steuersignal, um anzuzeigen, dass sie im Fluoreszenz/Reflexionsmodus sein sollte. Die Lichtquelle 52 wählt das entsprechende optische Filter 76B aus und positioniert es im optischen Weg zwischen der Bogenlampe 70 und dem Endoskop-Lichtwellenleiter 54. Dieses Filter 76B lässt jene Licht-Wellenlängen durch, die das untersuchte Gewebe 58 zum Fluoreszieren bringen. Es lässt auch Referenzreflexionslicht entweder im Grün- oder im Rotbereich des sichtbaren Spektrums durch, oder alternativ dazu kann das blaue Anregungslicht als Referenz eingesetzt werden. Alle anderen Licht-Wellenlängen werden gesperrt. Das gefilterte Licht wird dann in den Endoskop-Lichtwellenleiter 54 projiziert und wird zur Spitze des Endoskops 60 geleitet, um das Gewebe 58 zu beleuchten.
Die Prozessor-/Steuervorrichtung 64 gewährleistet auch, dass sich die Kamera 100 im korrekten Bildgebungsmodus befindet, indem der Schwachlicht-Bildsensor 104 mit Energie versorgt wird. Die vom Gewebe 58 abgegebene Fluoreszenz und das von ihm reflektierte Referenzlicht werden gemeinsam mit dem reflektierten Anregungssignal vom Endoskop-Bildleiter 56 aufgefangen und werden durch den Kamerastrahlteiler 106 auf den Schwachlicht-Bildsensor 104 und den Farbbildsensor 102 projiziert. Spektralfilter 118 schränkt das auf den Schwachlicht-Bildsensor 104 übertragene Licht entweder nur auf Grün- oder Rot-Autofluoreszenzlicht ein und sperrt das Licht in den Anregungs- und Referenzwellenbanden, die vom Lichtquellenfilter 76B durchgelassen werden. Spektralfilter 119 ist während dieses Bildgebungsmodus in den optischen Weg des Farbbildsensors 102 eingeschoben und lässt nur Licht im reflektierten Referenzwellenband durch. Die Reflexionslicht-Durchlassspezifikationen von Filter 119 und Lichtquellenfilter 76B sind so gewählt, dass die Intensität des reflektierten Lichts am Farbbildsensor 102 ein gewandeltes Bildsignal mit guter Signal-Rausch-Charakteristik und ohne signifikante Sättigung ergibt, während gleichzeitig die Anregung ausreichender Autofluoreszenz für die Bildgebung zugelassen wird. (Es ist anzumerken dass, wenn sich Spektralfilter 119 zwischen dem Strahlteiler 106 und dem Endoskop 60 befände, es auch das vom Schwachlicht-Bildsensor 104 detektierte Autofluoreszenzlicht durchlassen müsste.) Das Autofluoreszenzbild wird dann vom Schwachlicht-Bildsensor 104 gewandelt, das Referenzbild wird vom Farbbildsensor 102 gewandelt, und die resultierenden Bildsignale werden zur Prozessor-/Steuervorrichtung 64 geschickt.
Auf Basis der Helligkeit der gewandelten Bilder kann die Prozessor-/Steuervorrichtung 64 der Multimoden-Lichtquelle 52 ein Steuersignal liefern, um die Intensitätssteuerung 80 einzustellen und dadurch die dem Endoskop 60 geliefert Lichtmenge einzustellen. Die Prozessor-/Steuervorrichtung 64 kann auch Steuersignale an die Kamera 100 schicken, um die Verstärkungen des Schwachlicht-Bildsensors 104 und des Farbbildsensors 102 einzustellen, um konstante Bildhelligkeit beizubehalten, während eine konstante relative Verstärkung aufrecht erhalten wird, wie nachstehend detaillierter beschrieben. Nach der Verarbeitung werden die Bilder von den beiden Sensoren zu einem einzigen Bild kombiniert, das auf dem Videomonitor 66 angezeigt wird. Wieder finden alle Bildgebungsvorgänge in Realzeit statt.
Damit das kombinierte Bild für ein bestimmtes Verhältnis zwischen Fluoreszenz- und Referenzlichtsignalen, die vom Gewebe ausgesandt und vom System empfangen werden, optimale klinische Bedeutung hat, ist es notwendig, dass auch ein gleichbleibendes Verhältnis zwischen den verarbeiteten Bildsignalen besteht, die auf dem Videomonitor angezeigt werden. Das impliziert, dass die (Licht-)Signalreaktion des Fluoreszenzendoskopie-Videosystems kalibriert ist.
Die Kalibrierung der Signalreaktion kann in der Prozessor-/Steuervorrichtung 64 umgesetzt sein. Um das System zu kalibrieren, werden die Verstärkungsreaktion des Fluoreszenzbildsensors und des Referenzbildsensors charakterisiert, und diese Reaktionseigenschaften werden eingesetzt, um ein konstantes Verstärkungsverhältnis zwischen dem Fluoreszenz- und dem Referenzbildsignalweg zu ermitteln. Selbstverständlich muss bei der Kalibrierung der Lichtreaktion eines Fluoreszenzendoskopie-Videosystems der gesamte Signalweg in Betracht gezogen werden. Aus Gründen der Einfachheit sind bei dieser Ausführungsform die Verstärkungen, die auf die Bildsignale gegenüber dem übrigen Bildsignalweg (d.h. unter Ausschluss der Bildsensoren) ausgeübt werden, so eingestellt und fixiert, dass sie nicht zum Verhältnis der Gesamt-Bildsignalverstärkungen beitragen. Als Ergebnis wird das Aufrechterhalten eines konstanten System-Bildsignalverstärkungsverhältnisses auf das Herstellen eines konstanten Verstärkungsverhältnisses zwischen den beiden Bildsensoren reduziert.
Nun wird ein Verfahren zum Kalibrieren der Verstärkungsreaktion des Fluoreszenz- und des Referenzbildsensors beschrieben. Die Einzelheiten des Kalibrierungsverfahrens hängen von den verwendeten Sensortypen ab. Das hierin beschriebene Kalibrierungsverfahren dient für die bevorzugten Sensortypen: eine ICCD für den Schwachlicht-Bildsensor 104, und eine Farb-CCD für den Farbbildsensor 102.
Die Verstärkung eines ICCD-Sensors (K_ICCD) wird typischerweise durch das Variieren eines analogen Verstärkungssteuersignals (G) gesteuert. (Ein derartiges Verstärkungssteuersignal wirkt üblicherweise auf die Beschleunigungsspannung, die die Lichtsignalverstärkung in der Mehrkanalplatte steuert.) Bei derartigen Sensoren kann die Verstärkung über etwa vier Lichtintensitäts-Größenordnungen variiert werden. Das Verhältnis zwischen Verstärkung und Steuerspannung ist in etwa exponentiell und kann durch K_ICCD = K₀·e^fICCD(G) charakterisiert werden, worin K₀ die Gesamtverstärkung der ICCD mit einer Verstärkungssteuereinstellung von null ist und f_ICCD(G) = a₁·G + a₂·G² + a₃·G³ eine quasilineare Funktion ist, der sich ein Polynom annähert, dessen Koeffizienten a_i durch empirische Messungen der Reaktion der ICCD bei variierender Verstärkung bestimmt werden.
Die Verstärkung einer Farb-CCD kann auf zwei Arten gesteuert werden: 1) durch Änderung der elektronischen Verschlusszeit (typischerweise in diskreten Schritten), was eine Variierung der Sensitivität um etwa drei Größenordnungen an Lichtintensität ermöglicht, und 2) durch Änderung einer analogen elektronischen Verstärkungssteuerung, was eine Variierung der Sensitivität um etwa eine Größenordnung an Lichtintensität ermöglicht. Bei einer CCD variiert die analoge elektronische Verstärkung typischerweise exponentiell mit einer Steuerspannung (R). Die Verstärkungsreaktion einer CCD ist daher K_CCD = K₆₀·A_Verschluss·e^fCCD(R), worin K₆₀ die gesamte CCD-Verstärkung ist, wobei der elektronische Verschluss die Standard-Videofeldrate (z.B. 1160 Sekunde für NTSC-Video) hat und die Steuerspannung auf null eingestellt ist, A_Verschluss die Dämpfung ist, für die der elektronische Verschluss sorgt, und f_CCD(R) = b_r1·R + b_r2·R² + b_r3·R³ eine quasilineare Funktion ist, der sich ein Polynom annähert, dessen Koeffizienten b; durch empirische Messungen der CCD-Reaktion bei variierender Verstärkung bestimmt werden. Die Verstärkung der CCD kann so eingestellt werden, dass ein großer Lichtintensitätsbereich untergebracht wird, indem A_Verschluss variiert wird, was für eine stufenweise Variierung über einen großen Bereich sorgt, in Kombination mit R, was kontinuierliche Variierung über einen kleinen Bereich ermöglicht.
Um eine konstante relative Lichtsignalreaktion von den Bildsensoren beizubehalten, wird das folgende Verstärkungsverhältnis konstant gehalten:
Dieses konstante Verstärkungsverhältnis kann implementiert werden, indem ein Bildsensor als „Master" bestimmt wird. Für eine bestimmte Verstärkungseinstellung des „Master"-Bildsensors wird die Verstärkungseinstellung des anderen Bildsensors (des „Slave") bestimmt, indem Gleichung 1 gelöst wird, um den richtigen Wert für R, A_Verschluss (oder G) zu finden. Jeder Bildsensor kann als Master verwendet werden.
Die Wahl, welcher Bildsensor als Master eingesetzt wird und welcher als Slave, hängt von Faktoren ab wie der Frage, welches Bildsignal im digitalen Bereich des Bildprozessors dominiert, der Technik zur Lösung der Gleichung sowie der Zeit, die notwendig ist, damit jeder Bildsensor auf eine Verstärkungsänderung reagieren kann.
Das Verstärkungskalibrierungsverfahren, das für andere Typen von Bildsensoren erforderlich ist, nutzt die gleichen Prinzipien, einschließlich des Beginnens mit einer Gleichung, die die Verstärkung eines jeden Sensors durch steuerbare Parameter beschreibt, des Berechnens des Verhältnisses der Verstärkungsgleichungen, der Annahme eines konstanten Verstärkungsverhältnisses und der Lösung der Verstärkungsverhältnisgleichung für die Parameter eines Sensors durch die Parameter des anderen Sensors und die Konstante, und kann auf ähnliche Weise abgeleitet werden.
Im Fluoreszenz/Fluoreszenz-Modus ist der Betrieb des Systems ähnlich wie im Fluoreszenz/Reflexions-Modus, daher werden nur die Punkte beschrieben, in denen es Unterschiede gibt. Zunächst wählt die Lichtquelle 52 das entsprechende optische Filter 76C und ordnet es im optischen Weg zwischen der Bogenlampe 70 und dem Endoskop-Lichtwellenleiter 54 an. Dieses Filter 76C lässt im Wesentlichen jene Lichtwellenlängen durch, die das untersuchte Gewebe 58 zum Fluoreszieren bringen.
Die vom Gewebe 58 ausgesandte Autofluoreszenz wird vom Endoskop-Bildleiter 56 aufgefangen und durch den Kamerastrahlteiler 106 auf den Schwachlicht-Bildsensor 104 und den Farbbildsensor 102 projiziert. Spektralfilter 118 begrenzt das zum Schwachlicht-Bildsensor 104 durchgelassene Licht auf entweder nur Grün- oder nur Rot-Autofluoreszenzlicht und schließt Licht im Anregungswellenband aus. Spektralfilter 119 ist während dieses Bildgebungsmodus in den optischen Weg zum Farbbildsensor 102 eingefügt und lässt nur das Autofluoreszenzlicht in dem Wellenband durch, das nicht zum Schwachlicht-Bildsensor 104 durchgelassen wird. (Es ist anzumerken, dass Spektralfilter 119 und, falls erforderlich, Glasblock 121, bei diesem Betriebsmodus nicht zwischen dem Strahlteiler 106 und dem Endoskop 60 angeordnet sein können.) Die Autofluoreszenzbilder werden dann vom Schwachlicht-Bildsensor 104 und dem Farbbildsensor 102 gewandelt und werden zur Prozessor-/Steuervorrichtung 64 übertragen. Nachdem sie verarbeitet worden sind, werden die Bilder von den beiden Sensoren zu einem einzigen Fluoreszenz/Fluoreszenz-Bild kombiniert, das auf dem Videomonitor 66 angezeigt wird. Die Bildsensorverstärkungen werden auf die gleiche kalibrierte Art gesteuert wie bei der Fluoreszenz/Reflexions-Bildgebung.
Da das mit dem Farbbildsensor 102 detektierte Autofluoreszenzbild sehr undeutlich ist, werden die mit diesem Sensortyp erhaltenen Bilder wahrscheinlich nicht in Realzeit erfasst, verarbeitet und angezeigt, ohne dass für irgendeine Art von Signalverstärkung (z.B. Pixel-Binning, CCD mit Ladungsträger-Vervielfachung usw.) gesorgt wird. Heute ist es auch möglich, ein das Zeitmittel darstellende Bild vom Farbbildsensor 102 mit einem Realzeit-Bild vom Schwachlicht-Bildsensor 104 zu kombinieren und das resultierende kombinierte Bild dann anzuzeigen. Alternativ dazu können aus Bildern von beiden Sensoren die Zeitmittel gebildet und kombiniert werden, bevor sie angezeigt werden.
Nun wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Alle Punkte, die jenen der ersten Ausführungsform gleichen, werden als vorausgesetzt angenommen, und nur Punkte, die sich unterscheiden, werden beschrieben.
Bei dieser zweiten Ausführungsform sind alle Aspekte des Systems mit Ausnahme der Kamera 100A jenen der ersten Ausführungsform ähnlich. Die Kamera 100B ist bei dieser Ausführungsform eines Fluoreszenzendoskopie-Videosystems wie in 5 gezeigt. Sie unterscheidet sich von der Kamera in der ersten Ausführungsform dadurch, dass bei allen Bildgebungsmodi ein einziger hochempfindlicher Farbbildsensor 102A eingesetzt wird, vorzugsweise eine CCD mit Ladungsträger-Vervielfachung, eine Drei-CCD-Bildsensoranordnung mit Ladungsträger-Vervielfachung, eine Farb-CCD, eine Drei-CCD-Farbbildsensoranordnung, ein Farb-CMOS-Bildsensor oder eine Drei-CMOS-Farbbildsensoranordnung.
Bei dieser Ausführungsform werden gleichzeitig zwei Bilder auf den Sensor 102A projiziert. Die Bilder werden vom Bildprozessor 64 getrennt und verarbeitet und gemäß dem Bildgebungsmodus des Systems angezeigt. Im Farb-Bildgebungsmodus wird das Farbbild von den anderen Bildern getrennt, verarbeitet und auf dem Videomonitor 66 angezeigt. Für den Farb-Bildgebungsmodus wird Filter 119 aus dem Lichtweg heraus bewegt, und Glasblock 121 wird, falls erforderlich, in Position bewegt. Für den Fluoreszenz/Reflexions- und den Fluoreszenz/Fluoreszenz-Bildgebungsmodus werden die Fluoreszenz- und Referenzbilder zunächst durch den Bildprozessor 64 getrennt, verarbeitet und dann wieder auf dem Videomonitor 66 übereinander gelegt, indem jedes Bild an einen anderen Monitorfarbeingang angelegt wird.
Eine direkte Folge der Verwendung eines einzigen hochempfindlichen Farbbildsensors, wie bei dieser Ausführungsform beschrieben, besteht darin, dass die Verstärkung der Fluoreszenz- und Referenzbilder einander automatisch folgen, wenn die Verstärkung des Sensors verändert wird. Das Verstärkungsverhältnis der beiden Bildsignale wird von den Durchlasseigenschaften der Filter 118 und 119 in der Kamera und 76B oder 76BC in der Lichtquelle bestimmt und aufrecht erhalten.
Wie bereits erwähnt, sind die mit dem Farbbildsensor 102A detektierten Autofluoreszenzbilder sehr undeutlich, so dass die mit diesem Sensortyp erhaltenen Bilder wahrscheinlich nicht in Realzeit erfasst, verarbeitet und angezeigt werden, ohne dass für irgendeine Art von Signalverstärkung (z.B. Pixel-Binning, CCD mit Ladungsträger-Vervielfachung usw.) gesorgt wird. Alternativ dazu kann die Kamera verwendet werden, um Autofluoreszenz in einem Nicht-Realzeit-Modus abzubilden.
Diese Konfiguration der Kamera unterwirft die Konstruktion des optischen Subsystems noch einer weiteren Einschränkung. Die Auswirkung dieser Einschränkung macht es notwendig, dass sich entweder die optische Bildgebungskomponente 112 auf solche Weise von der optischen Bildgebungskomponente 114 unterscheidet, dass beide Bilder auf dieselbe Bildebene projiziert werden, oder dass der Strahlteiler 106 nach dem Teilen des Lichts vom Endoskop 60 im Wesentlichen gleiche optische Weglängen für beide Strahlen verwendet und in Verbindung mit ähnlichen optischen Bildgebungskomponenten 112 und 114 beide Bilder auf die selbe Bildebene projiziert. Ein derartiger Strahlteiler 106 erfordert einen Mehrkomponenten- oder individuell konstruierten Strahlteiler 106 des in den 4D–E gezeigten Typs. Die in diesen Zeichnungen gezeigten Strahlteiler nehmen auch die Notwendigkeit für eine gleiche optische Weglänge vorweg, wie für die Bildgebungsoptikkonfiguration in 3C beschrieben.
Nun wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Alle Punkte, die jenen der ersten Ausführungsform gleichen, werden als vorausgesetzt angenommen, und nur Punkte, die sich unterscheiden, werden beschrieben.
Bei dieser dritten Ausführungsform sind alle Aspekte des Systems mit Ausnahme der Kamera 100A jenen der ersten Ausführungsform ähnlich. Die Kamera 1000 für diese Ausführungsform des Fluoreszenzendoskopie-Videosystems ist wie in 6 beschrieben. Sie unterscheidet sich von Kamera 100A in der ersten Ausführungsform dadurch, dass der Farbbildsensor 102 nur für den Farbbildgebungsmodus verwendet wird. Als Folge ist Filter 119 aus dem optischen Farbbildsensorweg entfernt worden, wodurch auch die Notwendigkeit für einen Filterbewegungsmechanismus wegfällt. Stattdessen wird das Licht, das nicht zum Farbbildsensor 102 hin projiziert wird, nachdem es vom Strahlteiler 106 geteilt worden ist, zu einer dichroitischen Teiler- und Filteranordnung 120 projiziert. Diese Anordnung 120 teilt und filtriert das Licht vom Strahlteiler 106 weiter in zwei Spektralkomponenten.
Anstatt das einfallende Licht in zwei Strahlen mit dem gleichen Spektrum aber einem Bruchteil der Intensität des einfallenden Lichts zu teilen, teilt ein dichroitischer Teiler 120 das einfallende Licht spektral, so dass bestimmte Wellenlängen reflektiert werden, während andere durchgelassen werden. Dann kann auf diesen spektral geteilten Lichtstrahl weitere Filtration angewandt werden.
Mehrere mögliche Konfigurationen für eine solche dichroitische Teiler- und Filteranordnung 120 werden in 7 gezeigt. Wie in der Figur gezeigt, kann die dichroitische Teiler- und Filteranordnung 120 einen dichroitischen Würfel 130 oder eine dichroitische Platte 123 umfassen. Spektralfilter 118, 119 können von den dichroitischen Spiegeln weg angeordnet sein oder können im Fall des Würfels als Beschichtung auf dem Würfel ausgebildet sein. Außerdem kann bei jeder Ausführungsform ein reflektierender Spiegel 140 verwendet werden, um das vom dichroitischen Spiegel reflektierte Bild zu invertieren. Außerdem kann der dichroitische Teiler die Konfiguration einer Einzelfertigungs-Prismenanordnung haben, wie in 9 gezeigt.
Es ist wieder anzumerken, dass, wenn der optische Weg zwischen dem Endoskop 60 und den Bildsensoren eine ungerade Anzahl an Reflexionen enthält (z.B. wie bei einem Einkomponenten-Strahlteiler oder Dichroit), das auf den Sensor projizierte Bild links-rechts-spiegelverkehrt ist. Die Ausrichtung derartiger Bilder muss durch Bildbearbeitung korrigiert werden.
Nach dem Verlassen der Anordnung 120 wird eine der Spektralkomponenten auf den Schwachlicht-Bildsensor 104 projiziert, und die zweite Komponente wird auf einen eigenen Referenzsensor 105 projiziert. Der Referenzsensor 105 umfasst vorzugsweise eine monochrome CCD, eine monochrome CCD mit Ladungsträger-Vervielfachung, einen Sensor vom ICCD-, CID-, CMD-, CMOS- oder EBCCD-Typ, es kann sich aber auch um eine Farb-CCD, eine Drei-CCD-Farbbildsensoranordnung, eine Farb-CCD mit Ladungsträger-Vervielfachung, eine Drei-Farben-CCD-Bildsensoranordnung mit Ladungsträger-Vervielfachung, einen Farb-CMOS-Bildsensor oder eine Drei-CMOS-Farbbildsensoranordnung handeln. Für den Fall eines Farbbildsensors werden abhängig von der Sensitivität des Sensors die erhaltenen Autofluoreszenzbilder wahrscheinlich nicht in Realzeit erfasst, verarbeitet und angezeigt, ohne dass für irgendeine Art von Signalverstärkung (z.B. Pixel-Binning, CCD mit Ladungsträger-Vervielfachung usw.) gesorgt wird. Alternativ dazu kann die Kamera für den Betrieb im Fluoreszenz/Fluoreszenz-Modus ein Realzeit- Autofluoreszenzbild (vom Schwachlicht-Bildsensor 104) mit einem das Zeitmittel darstellenden Bild vom Referenzsensor 105 kombinieren oder kann alle Autofluoreszenzbilder im Nicht-Realzeitmodus bereitstellen.
Die Kalibrierung des Lichtsignalwegs ist, was die bevorzugte Wahl an Bildsensoren betrifft, für diese Ausführungsform ähnlich wie jene der ersten Ausführungsform, worin eine ICCD der Schwachlichtsensor 104 ist und eine CCD der Referenzbildsensor 105 ist. Für den Fall, dass der Referenzbildsensor ebenfalls ein intensivierter Sensor wie eine ICCD oder eine EBCCD ist, ist die das Verstärkungsverhältnis für die beiden Sensoren beschreibende Gleichung eine etwas andere.
Wie oben erwähnt, ist die Verstärkung/Steuerspannungscharakteristik eines ICCD-(oder EBCCD-) Bildsensors in etwa exponentiell und kann durch K_ICCD = K₀·e^fICCD(G) charakterisiert werden, worin K₀ die Gesamtverstärkung der ICCD mit einer Verstärkungssteuereinstellung von null ist und f_ICCD(G) = a₁·G + a₂·G² + a₃·G³ eine quasilineare Funktion ist, der sich ein Polynom annähert, dessen Koeffizienten a_j durch empirische Messungen der Reaktion der ICCD bei variierender Verstärkung bestimmt werden.
Bei zwei ICCDs ist das konstant zu haltende Verstärkungsverhältnis:
Wie bei vorherigen Ausführungsformen beschrieben wird die Verstärkungseinstellung G_fluor (oder G_ref) eines Bildsensors (des „Masters") durch eine automatische Verstärkungssteuerung bestimmt. Die Verstärkungseinstellung des anderen Bildsensors (des „Slaves") wird bestimmt, indem Gleichung 2 gelöst wird, um den richtigen Wert von G_ref (oder G_flor) zu finden. Wie bereits erörtert, kann jeder Bildsensor als Master verwendet werden.
Nun wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Alle Punkte, die jenen der dritten Ausführungsform gleichen, werden als vorausgesetzt angenommen, und nur Punkte, die sich unterscheiden, werden beschrieben.
Bei dieser vierten Ausführungsform sind alle Aspekte des Systems mit Ausnahme der Kamera 100C jenen der dritten Ausführungsform ähnlich. Die Kamera 100D für diese Ausführungsform eines Fluoreszenzendoskopie-Videosystems ist wie in 8 beschrieben. Sie unterscheidet sich von Kamera 100C in der dritten Ausführungsform dadurch, dass der Schwachlicht-Bildsensor 104 eingesetzt wird, um sowohl das erste Fluoreszenzbild als auch das Referenz-Fluoreszenz- oder – Reflexionslicht abzubilden.
Wie bei der Konfiguration des Strahlteilers 106 in der zweiten Ausführungsform projizieren die Konfigurationen des dichroitischen Teilers und der Filteranordnung 120 und, falls notwendig, in Kombination mit den optischen Bildgebungskomponenten 114A und 114B das Primär-Fluoreszenz- und das Referenzbild in die gleiche Bildebene.
Um das Licht, das durch den dichroitischen Spiegel hindurchgeht, und das Licht, das vom dichroitischen Spiegel reflektiert wird, in derselben Ebene zu projizieren, kann die dichroitische Anordnung 120 ein rechtwinkeliges Prisma 131 und einen Glasblock 132 umfassen, die die unterschiedlichen optischen Weglängen ausgleichen, wie in 9A gezeigt. Alternativ dazu kann die dichroitische Anordnung 120, wie in 9B gezeigt, eine Anzahl von Prismen mit teilweise und vollständig reflektierenden Oberflächen in der gleich konfigurierten Weise wie der in 4E gezeigte Strahlteiler aufweisen, mit der Ausnahme, dass die teilweise reflektierende Oberfläche 95 durch eine dichroitische Spiegelfläche ersetzt ist. Bei einer weiteren Ausführungsform unterscheidet sich die optische Bildgebungskomponente 114A von der optischen Bildgebungskomponente 114A auf solche Weise, dass beide Bilder auf die selbe Bildebene projiziert werden.
Wenn für die Fluoreszenz/Reflexions-Bildgebung die in 8 gezeigte Kamera verwendet wird, werden die Durchlässigkeit des für das Referenzreflexionsbildes verwendeten Filters (z.B. 114B) und des Lichtquellenfilters 76B in 2 so gewählt, dass die Intensität des reflektierten Referenzbildes an Sensor 104 für alle möglichen Anregungslichtintensitäten ähnlich jener des Fluoreszenzbildes ist. Ebenfalls auf ähnliche Weise wie für die zweite Ausführungsform beschrieben werden die vom Schwachlicht-Bildsensor 104 gewandelten Bilder vom Bildprozessor 64 getrennt, werden verarbeitet, und werden dann wieder auf dem Videomonitor 66 aufeinander gelegt, indem jedes Bild an einen anderen Monitorfarbeingang angelegt wird. Ein Fluoreszenzendoskopie-Videosystem, bei dem diese Ausführungsform zum Einsatz kommt, wird auf ähnliche Weise wie für die zweite Ausführungsform beschrieben kalibriert, um ein konstantes Verstärkungsverhältnis beizubehalten.
Nun wird eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Alle Punkte, die jenen der ersten Ausführungsform gleichen, werden als vorausgesetzt angenommen, und nur Punkte, die sich unterscheiden, werden beschrieben.
Bei dieser fünften Ausführungsform sind alle Aspekte des Systems mit Ausnahme der Kamera 100A jenen der ersten Ausführungsform ähnlich. Die Kamera 100E für diese Ausführungsform eines Fluoreszenzendoskopie-Videosystems ist wie in 10 gezeigt. Sie unterscheidet sich von Kamera 100A in der ersten Ausführungsform dadurch, dass bei allen Bildgebungsmodi ein einziger, hochempfindlicher Farbbildsensor 102A eingesetzt wird. Sie unterscheidet sich von der Kamera in der zweiten Ausführungsform dadurch, dass der Strahlteiler entfernt ist und keine Spektralfilter 118 und 119 notwendig sind. Jedes der Pixelelemente auf dem hochempfindlichen Farbsensor 102A ist mit einem integrierten Filter, typischerweise rot, grün oder blau, bedeckt. Diese Filter sperren das reflektierte Anregungslicht und ermöglichen es, dass das Fluoreszenz- und Reflexionslicht die Pixelelemente erreicht. Alternativ dazu kann, wenn es nicht möglich ist, durch Filter auf dem Farbbildsensor ausreichendes Sperren des Anregungslichts zu erreichen, ein eigenes Blau-Sperrfilter 118' vorgesehen sein. Das Blau-Sperrfilter 118' ist ein Langpassfilter, das Licht in blauen und kürzeren Wellenlängen sperrt und Licht in grünen und längeren Wellenlängen hindurchlässt. Wenn ein solches Blau-Sperrfilter 118' eingesetzt wird, wird die Intensität des reflektierten Anregungslichts so weit verringert, dass die integrierten Filter auf den Pixelelementen für ausreichende weitere Filtration sorgen, um die Wellenlängen von Fluoreszenz- und Reflexionslicht zu definieren, die den hochempfindlichen Farbsensor 102A erreichen.
Bei dieser Ausführungsform werden die Primär-Fluoreszenz- und Referenzbilder über den selben Bereich des Bildsensors 102A gelegt, aber aufgrund der individuellen Filter, die über jedem Pixel liegen, werden diese Bilder von unterschiedlichen Sensorpixel detektiert. Aus dem einzigen CCD-Bildsignal können dann vom Bildprozessor 64 getrennte Primär-Fluoreszenz- und Referenzbildsignale erzeugt werden.
Im Farbbildgebungsmodus wird, wenn er für die Fluoreszenz-Bildgebung eingesetzt wird, das Blau-Sperrfilter 118' aus dem Lichtweg entfernt, und, falls erforderlich, wird Glasblock 121 in Position gebracht. Das Farbbild wird vom Bildprozessor 64 verarbeitet und auf dem Videomonitor 66 angezeigt. Für Fluoreszenz/Reflexions- und Fluoreszenz/Fluoreszenz-Bildgebungsmodi werden die Fluoreszenz- und Referenzbilder mit Bildprozessor 64 bearbeitet und auf dem Videomonitor 66 übereinander gelegt, indem jedes Bild an einen anderen Farbeingang des Monitors angelegt wird. Die Art, wie diese Ausführungsform kalibriert wird, um konstante relative Verstärkung beizubehalten, ist der für die zweite Ausführungsform beschriebenen ähnlich.
Die Referenzlicht-Durchlässigkeitsspezifikationen sowohl des Lichtquellenfilters 76B oder 76C als auch der selektiven Farbfilter, die in den Bildsensor 102A integriert sind, sind so gewählt, dass die Intensität des reflektierten Lichts an den aktiven Elementen des Farbbildsensors zu einem gewandelten Bildsignal mit guter Signal-Rausch-Charakteristik und ohne signifikante Sättigung führt. Gleichzeitig müssen diese Filter geeignete Lichtdurchlässigkeitsspezifikationen für die Anregung und Abbildung der Primär-Fluoreszenz aufweisen. Die Filterdurchlässigkeitseigenschaften müssen des Weiteren so gewählt werden, dass das gewünschte Verhältnis zwischen relativer Primär-Fluoreszenz und Referenz-Lichtintensität am Bildsensor bereitgestellt wird.
Wie bereits erwähnt, sind die mit dem Farbbildsensor detektierten Autofluoreszenzbilder sehr undeutlich, und daher werden die mit diesem Sensortyp erhaltenen Bilder wahrscheinlich nicht in Realzeit erfasst, verarbeitet und angezeigt, ohne dass für irgendeine Art von Signalverstärkung (z.B. Pixel-Binning, CCD mit Ladungsträger-Vervielfachung usw.) gesorgt wird. Alternativ dazu kann die Kamera verwendet werden, um Autofluoreszenz im Nicht-Realzeitmodus abzubilden.
Wie klar sein wird, hat jede der Ausführungsformen der oben beschriebenen Kamera ein geringeres Gewicht als jene nach dem Stand der Technik, da nicht mehr als ein Schwachlicht-Bildsensor 104 erforderlich ist. Da derartige Sensoren häufig schwer, sperrig und teuer sind, verringern sich die Größe und die Kosten der Kamera beträchtlich. Des Weiteren sind, da anstelle des beweglichen Spiegels ein fixer Strahlteiler 106 verwendet wird, die Kameras robuster und können kostengünstiger hergestellt werden.
Wie oben angeführt, sollten die Filter in der Lichtquelle und Kamera in Bezug auf den Bildgebungsmodus der Kamera, den zu untersuchenden Gewebetyp und/oder den zu detektierenden Typ von präkanzerösem Gewebe optimiert werden. Obwohl alle oben beschriebenen Filter unter Einsatz herkömmlicher im Handel erhältlicher Komponenten maßgeschneidert erhalten werden können, sind für den einwandfreien Betrieb des Systems der richtige Durchlässigkeitswellenlängenbereich und Sperrgrad außerhalb des gewünschten Durchlässigkeitsbereichs für die beschriebenen Fluoreszenzendoskopie-Bildmodi wichtig. Die Wichtigkeit anderer Faktoren bei der Spezifizierung derartiger Filter, wie der Fluoreszenzeigenschaften der Filtermaterialien und des richtigen Einsatzes von Antireflexionsbeschichtungen, werden als gegeben vorausgesetzt.
Die 11–14 veranschaulichen die bevorzugten Filtereigenschaften für den Einsatz bei einem Fluoreszenzendoskopie-Videosystem, das im Fluoreszenz/Reflexions-Bildgebungsmodus arbeitet, worin sowohl Gewebeautofluoreszenz angeregt und abgebildet wird als auch ein Referenz-Reflexionslicht reflektiert und abgebildet wird. Es gibt mehrere mögliche Konfigurationen von Fluoreszenzendoskopie-Videosystemen, die im Fluoreszenz/Reflexions-Bildgebungsmodus arbeiten, einschließlich Grün-Fluoreszenz mit entweder Rot- oder Blau-Reflexion und Rot-Fluoreszenz mit entweder Grün-, Blau- oder Nah-Infrarot-Reflexion.
Die speziell eingesetzte Konfiguration hängt vom klinischen Zielorgan und der Zielanwendung ab. Nun werden die Filtereigenschaften für jede dieser vier Konfigurationen beschrieben.
Die 11A–11D veranschaulichen die bevorzugte Zusammensetzung des von Filtern für einen Grün-Fluoreszenz- und Rot-Reflexions-Bildgebungsmodus durchgelassenen Lichts. 11A veranschaulicht die Zusammensetzung des Lichts, das vom Lichtquellenfilter, wie Filter 76B, durchgelassen wird, das verwendet wird, um Blau-Anregungslicht und Rot-Referenzlicht zu erzeugen. Dieses Filter lässt Licht im blauen Wellenlängenbereich von 370–460 nm oder jedem Teilbereich an Wellenlängen in diesem Bereich durch. Es lässt auch Licht im roten Wellenlängenbereich von 590–750 nm oder jedem Teilbereich an Wellenlängen in diesem Bereich durch. Das Licht, das im roten Wellenlängenbereich (oder einem Teilbereich dieses Bereichs) durchgelassen wird, ist als Teil der Systemanordnung so eingestellt, dass es einen entsprechenden Bruchteil des im blauen Wellenlängenbereich durchgelassenen Lichts ausmacht. Dieser Bruchteil ist so gewählt, dass die Anforderung erfüllt wird, dass die Intensität des auf den Farbbildsensor projizierten reflektierten Referenzlichtes auf die Anforderungen des Sensors abgestimmt ist, während gleichzeitig ausreichend Fluoreszenzanregung beibehalten wird. Von dem von diesem Filter durchgelassenen Licht liegen weniger als 0,001% im grünen Wellenlängenbereich von 480–570 nm (oder jedem erwünschten Teilbereich dieses Bereichs, der als Durchlässigkeitsbereich des nachstehend beschriebenen Grün-Fluoreszenzfilters angegeben ist).
11B zeigt die Zusammensetzung des Lichts, das von einem Kamerafilter, wie Spektralfilter 118, durchgelassen wird, um das Grün-Fluoreszenzlicht abzubilden. Bei dieser Konfiguration sperrt das Filter das Blau-Anregungslicht und Rot-Reflexionslicht, während es Grün-Fluoreszenzlicht im Wellenlängenbereich von 480–570 nm oder jedem Teilbereich an Wellenlängen in diesem Bereich durchlässt. Bei Verwendung bei einem Fluoreszenzendoskopie-Videosystem mit dem oben beschriebenen Lichtquellenfilter 76B und dem nachstehend beschriebenen dichroitischen Spiegel sind die Filtereigenschaften so, dass jegliches Licht außerhalb des Wellenlängenbereichs von 480–570 nm (oder jedem gewünschten Teilbereich an Wellenlängen in diesem Bereich) nicht mehr als einen Anteil von 0,1% des vom Filter durchgelassenen Lichts ausmacht.
11C zeigt die Zusammensetzung des Lichts, das von einem Kamerafilter, wie Spektralfilter 119, zur Abbildung des Rot-Reflexionsbildes durchgelassen wird. Bei dieser Konfiguration sperrt das Filter das Blau-Anregungslicht und das Grün-Fluoreszenzlicht, während es Rot-Reflexionslicht im Wellenlängebereich von 590–750 nm oder jedem gewünschten Teilbereich an Wellenlängen in diesem Bereich durchlässt. Bei Verwendung bei einem Fluoreszenzendoskopie-Videosystem mit dem oben beschriebenen Lichtquellenfilter 76B und dem nachstehend beschriebenen dichroitischen Spiegel sind die Filtereigenschaften derart, dass jegliches Licht außerhalb des Wellenlängenbereichs von 590–750 nm (oder jedem gewünschten Teilbereich an Wellenlängen in diesem Bereich) nicht mehr als einen Anteil von 0,1% des vom Filter durchgelassenen Lichts ausmacht. Wenn der Referenzbildsensor ein Farbbildsensor ist, wie eine Farb-CCD, kann weitere Filtration durch die im Sensor integrierten Farbfilter erzielt werden. Die Durchlässigkeitseigenschaften innerhalb des Bandes (im Wellenlängenbereich von 590–750 nm oder jedem gewünschten Teilbereich an Wellenlängen in diesem Bereich) sind durch die Notwendigkeit, die Intensität des auf den Farbbildsensor projizierten reflektierten Referenzlichtes auf die Anforderungen des Sensors abzustimmen, in Kombination mit den Eigenschaften des oben beschriebenen Lichtquellenfilters, bestimmt.
11D zeigt die Zusammensetzung des Lichts, das von einem dichroitischen Spiegel der Art durchgelassen wird, die bei der dichroitischen Teiler- und Filteranordnung 120 eingesetzt werden kann. Der dichroitische Spiegel weist vorzugsweise im Bereich von 570–590 nm die Hälfte seiner maximalen Durchlässigkeit auf. Er kann die kürzeren Wellenlängen reflektieren und die längeren Wellenlängen durchlassen (Langpass), oder kürzere Wellenlängen durchlassen und längere Wellenlängen reflektieren (Kurzpass). Wie oben beschrieben, kann die dichroitische Teiler- und Filteranordnung die in den 11B und 11C gezeigten Filter enthalten.
Die 12A–12D veranschaulichen die bevorzugte Zusammensetzung des Lichts, das von Filtern für einen Grün-Fluoreszenz- und einen Blau-Reflexions-Bildgebungsmodus durchgelassen wird. 12A veranschaulicht die Zusammensetzung des Lichts, das von einem Lichtquellenfilter durchgelassen wird, das eingesetzt wird, um Anregungslicht zu erzeugen, wie das oben beschriebene Filter 76B. Im Fall eines Fluoreszenz/Reflexions-Bildgebungsmodus, bei dem Blau-Reflexion eingesetzt wird, liegen die Wellenlängen des abgebildeten Reflexionslichts im Bereich von Blau-Anregungswellenlängen. Das Filter lässt Licht im Wellenlängenbereich von 370–460 nm oder jedem Teilbereich an Wellenlängen in diesem Bereich durch, es ist aber nicht erforderlich, dass es Licht im Rot-Wellenlängenbereich durchlässt. Von dem von diesem Filter durchgelassenen Licht liegen weniger als 0,001% im grünen Wellenlängenbereich von 480–570 nm (oder jedem gewünschten Teilbereich dieses Bereichs, der als Durchlässigkeitsbereich des nachstehend beschriebenen Grün-Fluoreszenzfilters angegeben sein mag).
12B zeigt die Zusammensetzung des Lichts, das von einem Kamerafilter zur Abbildung des Grün-Fluoreszenzbildes, wie Spektralfilter 118, durchgelassen wird. Die Zusammensetzung des von diesem Filter durchgelassenen Lichts hat die gleiche Charakteristik wie das in 11B beschriebene Licht.
12C zeigt die Zusammensetzung des Lichts, das von einem Kamerafilter, wie Filter 119, zur Abbildung des Blau-Reflexionsbildes durchgelassen wird. Bei dieser Konfiguration sperrt das Filter das Grün-Fluoreszenzlicht, während es Blau-Reflexionslicht im Wellenlängenbereich von 370–460 nm oder jedem gewünschten Teilbereich an Wellenlängen in diesem Bereich durchlässt. Je nach Empfindlichkeit des Bildsensors, der zum Wandeln des Blau-Reflexionsbildes verwendet wird, kann es notwendig sein, die Durchlässigkeit dieses Filters einzuschränken, um zu verhindern, dass die große Menge an reflektiertem Blaulicht den Sensor überfordert. Bei Verwendung bei einem Fluoreszenzendoskopie-Videosystem mit dem oben beschriebenen Lichtquellenfilter 76B und dem nachstehend beschriebenen dichroitischen Spiegel sind die Filtereigenschaften derart, dass jegliches Licht außerhalb des Wellenlängenbereichs von 370–460 nm oder jedes gewünschten Teilbereichs an Wellenlängen in diesem Bereich nicht mehr als einen Anteil von 0,1% des vom Filter durchgelassenen Lichts ausmacht. Wenn der Referenzbildsensor ein Farbbildsensor, wie eine Farb-CCD, ist, kann weitere Filtration des reflektierten Blaulichts durch die im Sensor integrierten Farbfilter erzielt werden.
12D zeigt die Zusammensetzung eines Lichts, das von einem dichroitischen Spiegel der Art durchgelassen wird, die bei der dichroitischen Teiler- und Filteranordnung 120 eingesetzt werden kann. Der dichroitische Spiegel weist vorzugsweise im Bereich von 460–480 nm die Hälfte seiner maximalen Durchlässigkeit auf. Er kann die kürzeren Wellenlängen reflektieren und die längeren Wellenlängen durchlassen (Langpass), oder kürzere Wellenlängen durchlassen und längere Wellenlängen reflektieren (Kurzpass). Wie oben beschrieben, kann die dichroitische Teiler- und Filteranordnung die in den 12B und 12C gezeigten Filter enthalten.
Die 13A–13D veranschaulichen die bevorzugte Zusammensetzung des Lichts, das von Filtern für einen Rot-Fluoreszenz- und Blau-Reflexions-Bildgebungsmodus durchgelassen wird. 13A veranschaulicht die Zusammensetzung des Lichts, das von einem Lichtquellenfilter, wie Filter 76B, durchgelassen wird, das zur Erzeugung von Blau-Anregungslicht verwendet wird. Dieses Filter lässt Licht im Wellenlängenbereich von 370–460 nm oder jedem Teilbereich von Wellenlängen in diesem Bereich durch. Von dem von diesem Filter durchgelassenen Licht liegen weniger als 0,001% im Rot-Fluoreszenz-Bildgebungswellenlängenbereich von 590–750 nm (oder jedem erwünschten Teilbereich dieses Bereichs, der als Durchlässigkeitsbereich des nachstehend beschriebenen Rot-Fluoreszenzfilters angegeben ist).
13B zeigt die Zusammensetzung des Lichts, das von einem Kamerafilter, wie Spektralfilter 118, zur Bildgebung des Rot-Fluoreszenzbildes durchgelassen wird. Bei dieser Konfiguration blockiert das Filter das Blau-Anregungslicht, während es Rot-Fluoreszenzlicht im Wellenlängenbereich von 590–750 nm oder jedem Teilbereich an Wellenlängen in diesem Bereich durchlässt. Bei Verwendung bei einem Fluoreszenzendoskopie-Videosystem mit dem oben beschriebenen Lichtquellenfilter 76B und dem nachstehend beschriebenen dichroitischen Spiegel sind die Filtereigenschaften derart, dass jedes Licht außerhalb des Wellenlängenbereichs von 590–750 nm oder jedes gewünschten Teilbereichs an Wellenlängen in diesem Bereich einen Anteil von nicht mehr als 0,1% des vom Filter durchgelassenen Lichts ausmacht.
13C zeigt die Zusammensetzung des Lichts, das von einem Kamerafilter, wie Filter 119, zur Bildgebung des Blau-Reflexionsbildes durchgelassen wird. Die Zusammensetzung des von diesem Filter durchgelassenen Lichts hat die gleichen Eigenschaften wie das in 12C beschriebene Licht.
13D zeigt die Zusammensetzung des Lichts, das von einem dichroitischen Spiegel der Art durchgelassen wird, die bei der dichroitischen Teiler- und Filteranordnung 120 eingesetzt werden kann, um die Rot-Fluoreszenz und die Blau-Reflexion zu teilen. Der dichroitische Spiegel weist vorzugsweise im Bereich von 460–590 nm die Hälfte seiner maximalen Durchlässigkeit auf. Er kann die kürzeren Wellenlängen reflektieren und die längeren Wellenlängen durchlassen (Langpass), oder kürzere Wellenlängen durchlassen und längere Wellenlängen reflektieren (Kurzpass). Wie oben beschrieben, kann die dichroitische Teiler- und Filteranordnung die in den 13B und 13C beschriebenen Filter enthalten.
Die 14A–14D veranschaulichen die bevorzugte Zusammensetzung des Lichts, das von Filtern für einen Rot-Fluoreszenz- und Grün-Reflexions-Bildgebungsmodus durchgelassen wird. 14A veranschaulicht die Zusammensetzung des Lichts, das von einem Lichtquellenfilter durchgelassen wird, das verwendet wird, um Anregungslicht zu erzeugen, wie das oben beschriebene Filter 76B. Dieses Filter lässt Licht im Blau-Wellenlängenbereich von 370–460 nm oder jedem Teilbereich an Wellenlängen in diesem Bereich durch. Es lässt auch Licht im Grün-Wellenlängenbereich von 480–570 nm oder jedem Teilbereich an Wellenlängen in diesem Bereich durch. Das im Grün-Wellenlängenbereich (oder Teilbereich dieses Bereichs) durchgelassene Licht ist als Teil der Systemanordnung so eingestellt, dass es ein angemessener Bruchteil des im Blau-Wellenlängenbereich durchgelassenen Lichts ist. Dieser Bruchteil ist so gewählt, dass die Anforderung erfüllt wird, die Intensität des auf den Farbbildsensor projizierten reflektierten Referenzlichts auf die Anforderungen des Sensors abzustimmen, während gleichzeitig ausreichende Fluoreszenzanregung beibehalten wird. Weniger als 0,001% des von diesem Filter durchgelassenen Lichts liegen im Rot-Fluoreszenz-Bildgebungswellenlängenbereich von 590–750 nm (oder dem gewünschten Teilbereich dieses Bereichs, der als Durchlässigkeitsbereich des nachstehend beschriebenen Rot-Fluoreszenzfilters angegeben ist).
14B zeigt die Zusammensetzung des Lichts, das von einem Kamerafilter, wie Spektralfilter 118, zur Abbildung des Rot-Fluoreszenzbildes durchgelassen wird. Bei dieser Konfiguration sperrt das Filter das Blau-Anregungslicht und das Grün-Reflexionslicht, während es Rot-Fluoreszenzlicht im Wellenlängenbereich von 590–750 nm oder jedem Teilbereich an Wellenlängen in diesem Bereich durchlässt. Bei Verwendung bei einem Fluoreszenzendoskopie-Videosystem mit dem oben beschriebenen Lichtquellenfilter 76B und dem nachstehend beschriebenen dichroitischen Spiegel sind die Filtereigenschaften derart, dass jegliches Licht außerhalb des Wellenlängenbereichs von 590–750 nm oder jedes gewünschten Teilbereichs an Wellenlängen in diesem Bereich einen Anteil von nicht mehr als 0,1% des vom Filter durchgelassenen Lichts ausmacht.
14C zeigt die Zusammensetzung des Lichts, das von einem Kamerafilter, wie Filter 119, zur Abbildung des Grün-Reflexionsbildes durchgelassen wird. Bei dieser Konfiguration sperrt das Filter Blau-Anregungslicht und Rot-Fluoreszenzlicht, während es Grün-Reflexionslicht im Wellenlängenbereich von 480–570 nm oder jedem gewünschten Teilbereich an Wellenlängen in diesem Bereich durchlässt. Die Durchlässigkeitseigenschaften innerhalb des Bandes (im Wellenlängenbereich von 480–570 nm oder jedem gewünschten Teilbereich an Wellenlängen in diesem Bereich) sind durch die Notwendigkeit bestimmt, die Intensität des auf den Farbbildsensor projizierten reflektierten Referenzlichts auf die Anforderungen des Sensors abzustimmen, in Kombination mit den Eigenschaften des oben beschriebenen Lichtquellenfilters. Bei Verwendung bei einem Fluoreszenzendoskopie-Videosystem mit dem oben beschriebenen Lichtquellenfilter 76B und dem nachstehend beschriebenen dichroitischen Spiegel sind die Filtereigenschaften derart, dass jegliches Licht außerhalb des Wellenlängenbereichs von 480–570 nm oder jedes gewünschten Teilbereichs an Wellenlängen in diesem Bereich einen Anteil von nicht mehr als 0,1% des vom Filter durchgelassenen Lichts ausmacht.
14D zeigt die Zusammensetzung des Lichts, das von einem dichroitischen Spiegel der Art durchgelassen wird, die bei einer dichroitischen Teiler- und Filteranordnung 120 eingesetzt werden kann, um die Rot-Fluoreszenz und Grün-Reflexion zu teilen. Die Zusammensetzung des von diesem Filter durchgelassenen Lichts hat die gleichen Eigenschaften wie das in 11D beschriebene Licht.
Die 15A–15D veranschaulichen die bevorzugte Zusammensetzung des Lichts, das von Filtern für einen Rot-Fluoreszenz- und Nah-Infrarot-Reflexions-Bildgebungsmodus durchgelassen wird. 15A veranschaulicht die Zusammensetzung des Lichts, das von einem Lichtquellenfilter durchgelassen wird, das verwendet wird, um Anregungslicht zu erzeugen, wie dem oben beschriebenen Filter 76B. Dieses Filter lässt Licht im Blau-Wellenlängenbereich von 370–460 nm oder jedem Teilbereich an Wellenlängen in diesem Bereich durch. Es lässt auch Licht im Nah-Infrarot-Wellenlängenbereich von 700–850 nm oder jedem Teilbereich an Wellenlängen in diesem Bereich durch. Das im Nah-Infrarot-Wellenlängenbereich (oder Teilbereich dieses Bereichs) durchgelassene Licht ist als Teil der Systemanordnung so eingestellt, dass es einen angemessenen Bruchteil des im Blau-Wellenlängenbereich durchgelassenen Lichts ausmacht, um die Anforderung zu erfüllen, die Intensität des auf den Farbbildsensor projizierten reflektierten Referenzlichts auf die Anforderungen des Sensors abzustimmen, während gleichzeitig ausreichende Fluoreszenzanregung beibehalten wird. Von dem von diesem Filter durchgelassenen Licht liegt ein Anteil von weniger als 0,001% im Rot-Fluoreszenz-Bildgebungswellenlängenbereich von 590–700 nm (oder dem jeweiligen gewünschten Teilbereich dieses Bereichs, der als Durchlässigkeitsbereich des nachstehend beschriebenen Rot-Fluoreszenzfilters angegeben ist).
15B zeigt die Zusammensetzung des Lichts, das von einem Kamerafilter, wie Spektralfilter 118, durchgelassen wird, um das Rot-Fluoreszenzbild zu ergeben. Bei dieser Konfiguration sperrt das Filter das Blau-Anregungslicht und das Reflexionslicht im Nah-Infrarotbereich, während Rot-Fluoreszenzlicht im Wellenlängenbereich von 590–700 nm oder jedem Teilbereich an Wellenlängen in diesem Bereich durchgelassen wird. Bei Verwendung bei einem Fluoreszenzendoskopie-Videosystem mit dem oben beschriebenen Lichtquellenfilter 76B und dem nachstehend beschriebenen dichroitischen Spiegel sind die Filtereigenschaften derart, dass jegliches Licht außerhalb des Wellenlängenbereichs von 590–700 nm oder jedes gewünschten Teilbereichs an Wellenlängen in diesem Bereich einen Anteil von nicht mehr als 0,1% des vom Filter durchgelassenen Lichts ausmacht.
15C zeigt die Zusammensetzung des Lichts, das von einem Kamerafilter, wie Filter 119, durchgelassen wird, um das Reflexionsbild im Nah-Infrarotbereich zu ergeben. Bei dieser Konfiguration sperrt das Filter das Blau-Anregungslicht und Rot-Fluoreszenzlicht, während es Nah-Infrarot-Reflexionslicht im Wellenlängenbereich von 700–850 nm oder jedem gewünschten Teilbereich an Wellenlängen in diesem Bereich durchlässt. Die Durchlässigkeitseigenschaften innerhalb des Bandes (im Wellenlängenbereich von 700–850 nm oder jedem gewünschten Teilbereich an Wellenlängen in diesem Bereich) sind durch die Notwendigkeit, die Intensität des auf den Farbbildsensor projizierten reflektierten Referenzlichtes auf die Anforderungen des Sensors abzustimmen, in Kombination mit den Eigenschaften des oben beschriebenen Lichtquellenfilters, bestimmt. Bei Verwendung bei einem Fluoreszenzendoskopie-Videosystem mit dem oben beschriebenen Lichtquellenfilter 76B und dem nachstehend beschriebenen dichroitischen Spiegel sind die Filtereigenschaften derart, dass jegliches Licht außerhalb des Wellenlängenbereichs von 700–850 nm oder jedes gewünschten Teilbereichs an Wellenlängen in diesem Bereich einen Anteil von nicht mehr als 0,1% des vom Filter durchgelassenen Lichts ausmacht.
15D zeigt die Zusammensetzung des Lichts, das von einem dichroitischen Spiegel der Art durchgelassen wird, die bei der dichroitischen Teiler- und Filteranordnung 120 eingesetzt werden kann, um die Rot-Fluoreszenz und die Reflexion im Nah-Infrarotbereich zu teilen. Der dichroitische Spiegel weist vorzugsweise im Bereich von 690–710 nm die Hälfte seiner maximalen Durchlässigkeit auf. Er kann die kürzeren Wellenlängen reflektieren und die längeren Wellenlängen durchlassen (Langpass), oder kürzere Wellenlängen durchlassen und längere Wellenlängen reflektieren (Kurzpass). Wie oben beschriebenen, kann die dichroitische Teiler- und Filteranordnung die in den 15B und 15C gezeigten Filter enthalten.
Die 16A–16D veranschaulichen die bevorzugte Zusammensetzung des Lichts, das von Filtern für einen Grün-Fluoreszenz- und Nah-Infrarot-Reflexions-Bildgebungsmodus durchgelassen wird. 16A veranschaulicht die Zusammensetzung des Lichts, das von einem Lichtquellenfilter durchgelassen wird, das zur Erzeugung von Anregungslicht verwendet wird, wie dem oben beschriebenen Filter 76B. Dieses Filter lässt Licht im blauen Wellenlängenbereich von 370–460 nm der jedem Teilbereich an Wellenlängen in diesem Bereich durch. Es lässt auch Licht im Nah-Infrarot-Wellenlängebereich von 700–850 nm oder jedem Teilbereich an Wellenlängen in diesem Bereich durch. Das im Nah-Infrarot-Wellenlängenbereich (oder Teilbereich dieses Bereichs) durchgelassene Licht ist als Teil der Systemanordnung so eingestellt, dass es einen entsprechenden Bruchteil des im blauen Wellenlängenbereich durchgelassenen Lichts ausmacht, um die Anforderung zu erfüllen, dass die Intensität des auf den Farbbildsensor projizierten reflektierten Referenzlichtes auf die Anforderungen des Sensors abgestimmt wird, während gleichzeitig ausreichend Fluoreszenzanregung beibehalten wird. Von dem von diesem Filter durchgelassenen Licht liegen weniger als 0,001% im Grün-Wellenlängenbereich von 480–570 nm (oder jedem erwünschten Teilbereich dieses Bereichs, der als Durchlässigkeitsbereich des nachstehend beschriebenen Rot-Fluoreszenzfilters angegeben ist).
16B zeigt die Zusammensetzung des Lichts, das von einem Kamerafilter, wie Spektralfilter 118, durchgelassen wird, um das Grün-Fluoreszenzbild zu ergeben. Bei diese Konfiguration sperrt das Filter das Blau-Anregungslicht und das Reflexionslicht im Nah-Infrarotbereich, während Grün-Fluoreszenzlicht im Wellenlängenbereich von 480–570 nm oder jedem Teilbereich an Wellenlängen in diesem Bereich durchgelassen wird. Bei Verwendung bei einem Fluoreszenzendoskopie-Videosystem mit dem oben beschriebenen Lichtquellenfilter 76B und dem nachstehend beschriebenen dichroitischen Spiegel sind die Filtereigenschaften derart, dass jegliches Licht außerhalb des Wellenlängenbereichs von 480–570 nm oder jedes gewünschten Teilbereichs an Wellenlängen in diesem Bereich einen Anteil von nicht mehr als 0,1% des vom Filter durchgelassenen Lichts ausmacht.
16C zeigt die Zusammensetzung des Lichts, das von einem Kamerafilter, wie Filter 119, durchgelassen wird, um das Reflexionsbild im Nah-Infrarotbereich zu ergeben. Bei dieser Konfiguration sperrt das Filter das Blau-Anregungslicht und das Grün-Fluoreszenzlicht, während Nah-Infrarot-Reflexionslicht im Wellenlängenbereich von 700–850 nm oder jedem gewünschten Teilbereich an Wellenlängen in diesem Bereich durchgelassen wird. Die Durchlässigkeitseigenschaften innerhalb des Bandes (im Wellenlängenbereich von 700–850 nm oder jedem gewünschten Teilbereich an Wellenlängen in diesem Bereich) sind durch die Notwendigkeit, die Intensität des auf den Farbbildsensor projizierten reflektierten Referenzlichtes auf die Anforderungen des Sensors abzustimmen, in Kombination mit den Eigenschaften des oben beschriebenen Lichtquellenfilters, bestimmt. Bei Verwendung bei einem Fluoreszenzendoskopie-Videosystem mit dem oben beschriebenen Lichtquellenfilter 76B und dem nachstehend beschriebenen dichroitischen Spiegel sind die Filtereigenschaften derart, dass jegliches Licht außerhalb des Wellenlängenbereichs von 700–850 nm oder jedes gewünschten Teilbereichs an Wellenlängen in diesem Bereich einen Anteil von nicht mehr als 0,1% des vom Filter durchgelassenen Lichts ausmacht.
16D zeigt die Zusammensetzung des Lichts, das von einem dichroitischen Spiegel der Art durchgelassen wird, die bei der dichroitischen Teiler- und Filteranordnung 120 eingesetzt werden kann, um die Grün-Fluoreszenz und die Reflexion im Nah-Infrarotbereich zu teilen. Der dichroitische Spiegel weist vorzugsweise im Bereich von 590–660 nm die Hälfte seiner maximalen Durchlässigkeit auf. Er kann die kürzeren Wellenlängen reflektieren und die längeren Wellenlängen durchlassen (Langpass), oder kürzere Wellenlängen durchlassen und längere Wellenlängen reflektieren (Kurzpass). Wie oben beschriebenen, kann die dichroitische Teiler- und Filteranordnung die in den 16B und 16C gezeigten Filter enthalten.
Die 17A–17D veranschaulichen die bevorzugte Zusammensetzung des Lichts, das von Filtern zur Verwendung bei einem Fluoreszenzendoskopie-Videosystem durchgelassen wird, das im Fluoreszenz/Fluoreszenz-Bildgebungsmodus arbeitet, worin die angeregte und abgebildete Gewebe-Autofluoreszenz in zwei Spektralbanden geteilt wird.
17A veranschaulicht die Zusammensetzung des Lichts, das von einem Filter, wie Filter 76C, durchgelassen wird, das verwendet wird, um Anregungslicht in der System-Lichtquelle zu erzeugen. Dieses Filter lässt Licht im Wellenlängenbereich von 370–460 nm oder jedem Teilbereich an Wellenlängen in diesem Bereich durch. Von dem von diesem Filter durchgelassenen Licht liegen weniger als 0,001% im Fluoreszenz-Bildgebungsband von 480–750 nm (oder jeweiligen gewünschten Teilbereichen dieses Bereichs, die im angegebenen Durchlässigkeitsbereich der nachstehend beschriebenen Primär- und Referenz-Fluoreszenzbildfilter liegen).
17B zeigt die Zusammensetzung des Lichts, das von einem Kamerafilter, wie Filter 118, durchgelassen wird, um das Primär-Fluoreszenzbild zu ergeben. Bei dieser Konfiguration sperrt das Filter Anregungslicht und Rot-Fluoreszenzlicht, während es Grün-Fluoreszenzlicht im Wellenlängenbereich von 480–570 nm oder jedem Teilbereich an Wellenlängen in diesem Bereich durchlässt. Bei Verwendung bei einem Fluoreszenzendoskopie-Videosystem mit dem oben beschriebenen Lichtquellenfilter 76C und dem nachstehend beschriebenen dichroitischen Spiegel sind die Filtereigenschaften derart, dass jegliches Licht außerhalb des Wellenlängenbereich von 480–570 nm oder jedes gewünschten Teilbereichs an Wellenlängen in diesem Bereich einen Anteil von nicht mehr als 0,1% des vom Filter durchgelassenen Lichts ausmacht.
17C zeigt die Zusammensetzung des Lichts, das von einem Kamerafilter zur Bildgebung des Referenz-Fluoreszenzbildes durchgelassen wird, wie Filter 119. Bei dieser Konfiguration sperrt das Filter Anregungslicht und Grün-Fluoreszenzlicht, während es Rot-Fluoreszenzlicht im Wellenlängenbereich von 590–750 nm oder jedem Teilbereich an Wellenlängen in diesem Bereich durchlässt. Bei Verwendung bei einem Fluoreszenzendoskopie-Videosystem mit dem oben beschriebenen Lichtquellenfilter 76C und dem nachstehend beschriebenen dichroitischen Spiegel sind die Filtereigenschaften derart, dass jegliches Licht außerhalb des Wellenlängenbereichs von 590–750 nm oder jedes gewünschten Teilbereichs an Wellenlängen in diesem Bereich einen Anteil von nicht mehr als 0,1% des vom Filter durchgelassenen Lichts ausmacht.
17D zeigt die Zusammensetzung des Lichts, das von einem dichroitischen Spiegel der Art durchgelassen wird, die bei der dichroitischen Teiler- und Filteranordnung 120 eingesetzt werden kann. Das dichroitische Filter weist vorzugsweise im Bereich von 570–590 nm die Hälfte seiner maximalen Durchlässigkeit auf. Er kann die kürzeren Wellenlängen reflektieren und die längeren Wellenlängen durchlassen (Langpass), oder kürzere Wellenlängen durchlassen und längere Wellenlängen reflektieren (Kurzpass).
18 zeigt die Zusammensetzung von Licht, das von einem Filter 118' durchgelassen wird, das eingesetzt wird, um Blaulicht in einer Kamera zu sperren, wie in der fünften Ausführungsform beschrieben und in 10 gezeigt. Das Filter lässt Licht im Bereich von 480–750 nm oder jedem Teilbereich an Licht-Wellenlängen in diesem Bereich durch. Von dem vom diesem Filter durchgelassenen Licht liegen weniger als 0,001% im Fluoreszenzanregungsband von 370–460 nm (oder dem jeweiligen gewünschten Teilbereich dieses Bereichs, der im angegebenen Durchlässigkeitsbereich der oben beschriebenen Lichtquellenfilter liegt).
Die in den obigen Ausführungsformen beschriebenen Fluoreszenzendoskopie-Videosysteme sind für die Abbildung endogener Gewebe-Fluoreszenz optimiert worden. Sie sind jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt und können auch für photodynamische Diagnose-(PDD-) Anwendungen eingesetzt werden. Wie oben erwähnt, werden bei PDD-Anwendungen photoaktive Arzneimittel eingesetzt, die sich bevorzugt in Gewebe anhäufen, bei dem der Verdacht von Krebs in Frühstadium besteht. Da sich wirksame Versionen derartiger Arzneimittel zurzeit im Entwicklungsstadium befinden, macht die vorliegende Erfindung keine genauen Angaben über die Filtereigenschaften, die für derartige Arzneimittel optimiert sind. Mit den entsprechenden Lichtquellen- und Kamerafilter-Kombinationen kann ein Fluoreszenzendoskopie-Videosystem, das entweder im Fluoreszenz/Fluoreszenz- oder im Fluoreszenz/Reflexions-Bildgebungsmodus arbeitet, wie hierin beschrieben, eingesetzt werden, um die Fluoreszenz von derartigen Arzneimitteln abzubilden.
Als nächstes wird ein Aspekt eines Fluoreszenzendoskopie-Videosystems beschrieben, das Funktionskomponenten enthält, um eine beständige Bildgebungsleistung aufrecht zu erhalten. Wie bereits erwähnt, erfordert die Lichtsignalreaktion eines Fluoreszenzendoskopie-Videosystems Kalibrierung. Eine Funktionskomponente zur Bestätigung und Beibehaltung dieser Kalibrierung ist für eine klinisch wirksame Leistung unabdingbar.
19 zeigt ein Blockdiagramm der relevanten Systemkomponenten, die am Prozess der Selbstkalibrierung beteiligt sind. Licht von der Lichtquelle 52 wird einem Lichtwellenleiter 54 eines Endoskops 60 zugeführt und wird zu einem Fluoreszenz/Reflexionsziel 59 mit bekannten Fluoreszenz- und Reflexionseigenschaften gelenkt. In Abhängigkeit vom Bildgebungsmodus wird Fluoreszenz- und Reflexionslicht vom Ziel 59 gesammelt und durch einen Bildleiter 56 des Endoskops zur Kamera 100 durchgelassen. Die Kamera 100, die im Fluoreszenz/Reflexions- oder im Fluoreszenz/Fluoreszenz-Modus arbeitet, nimmt Spektralteilung und Wandlung der Bilder in getrennte elektrische Signale vor, die dann in der Bildprozessor-/Steuervorrichtung 64 digitalisiert werden. Die Bildprozessor-/Steuervorrichtung 64 quantifiziert die Größe dieser digitalisierten Bildsignale in Bild-Graustufen. Unter Einsatz von räumlicher und zeitlicher Mittelwertbildung kann der Fehler im quantifizierten Wert der Signalreaktion auf weniger als 1% reduziert werden. Die Bildprozessor-/Steuervorrichtung 64 vergleicht dann die bekannten Eigenschaften des Ziels (Target) mit der quantifizierten Signalreaktion und stellt das zuvor beschriebene Verstärkungsverhältnis auf den gewünschten konstanten Wert ein. Diese Einstellung gleicht Schwankungen im Signalweg zwischen dem Ziel 59 und der Bildprozessor-/Steuervorrichtung 64 aus, die auf Faktoren wie Schwankungen der Durchlässigkeitseigenschaften verschiedener Endoskope, die im System verwendet werden, und Veränderungen der Signalreaktion des Systems durch Alterung zurückzuführen sind. Derartige Selbstkalibrierung gewährleistet, dass das Verstärkungsverhältnis auf einen solchen Wert eingestellt wird, dass Gewebe, bei dem der Verdacht von Krebs im Frühstadium besteht, in einem Fluoreszenzbild in einer deutlich anderen Farbe erscheint als normales Gewebe. Diese Selbstkalibrierung könnte vor jeder Endoskopie durchgeführt werden.
Obwohl dieses Verfahren bestehenden Verfahren ähnlich ist, die zur Einstellung der Farbreaktion herkömmlicher Kamerasysteme eingesetzt werden, ist eine solche Technik zuvor noch nie auf Multispektralfluoreszenz- oder Fluoreszenz/Reflexions-Endoskopie angewandt worden. Bei dem Verfahren wird ein Referenzziel 59 eingesetzt, das geeignete bekannte Fluoreszenz- und Reflexionsreaktion auf das Licht von der Lichtquelle liefert.
Als Referenzziel kann jedes geeignete Objekt mit entsprechenden Fluoreszenz- und Reflexionseigenschaften eingesetzt werden. Beispielsweise kann ein derartiges Referenzziel 59 gebildet werden, indem ein oder mehrere fluoreszierende Farbstoffe und Lichtstreuungsmaterialien in eine Flüssigkeit gemischt werden. Die verwendete Flüssigkeit kann ein Lösungsprodukt (wie Methanol) sein, das in einem Behälter mit einem optischen Fenster eingeschlossen ist, oder alternativ dazu eine Flüssigkeit, die zu einem Feststoff härtet (wie ein Epoxidharz). Der oder die verwendeten Farbstoffe müssen in der verwendeten Flüssigkeit entsprechend löslich sein. Das Fluoreszenzspektrum und die Helligkeit des Ziels 59 werden durch die Wahl und Konzentration des oder der im Ziel enthaltenen Fluoreszenzfarbstoffs (bzw. -farbstoffe) gesteuert. Der oder die fluoreszierende(n) Farbstoff(e) muss bzw. müssen so gewählt sein, dass das von der Lichtquelle 52 ausgesandte Licht Fluoreszenzlicht in den von den oben beschriebenen Kamerafiltern definierten Grün- und/oder Rot-Wellenbanden anregt, die einem bestimmten Bildgebungsmodus entsprechen. Der oder die fluoreszierende(n) Farbstoff(e) muss bzw. müssen auch im Zeitverlauf stabil sein und dürfen keine signifikante Photobleichung erfahren. Ein derartiger fluoreszierender Farbstoff ist Cumarin Nr. 540A. Die Konzentration des Fluoreszenzfarbstoffs im Ziel ist so gewählt, dass das ausgesandte Fluoreszenzlicht Mittelbereich-Signalamplituden bei oder nahe einer bestimmten klinisch verwendeten Verstärkungseinstellung erzeugt.
Die Reflexionseigenschaft des Ziels ist durch die Art und Konzentration von Streuungsmaterial gesteuert, das dem Ziel zugegeben wird. Die Art des Streuungsmaterials wird in Hinblick auf gutes Reflexionsvermögen des Referenzlichts in den von den oben beschriebenen Kamerafiltern definierten Wellenbanden gewählt, die einem bestimmten Fluoreszenz/Reflexions-Bildgebungsmodus entsprechen. Die Konzentration des Streuungsmaterials im Ziel ist so gewählt, dass das reflektierte Referenzlicht Mittelbereich-Signalamplituden bei oder nahe einer bestimmten klinisch verwendeten Verstärkungseinstellung erzeugt.
Sobald ein Referenzziel mit den entsprechenden Fluoreszenz- und Reflexionseigenschaften hergestellt worden ist, werden diese Eigenschaften unter Einsatz von Fluoreszenzspektroskopie und Reflexionsspektroskopie verifiziert und auf ihre Gültigkeit überprüft.
Als nächstes wird ein weiterer Aspekt eines Fluoreszenzendoskopie-Videosystems beschrieben, bei dem der wahrgenommene Farbkontrast zwischen normalem Gewebe und solchem, bei dem der Verdacht auf Krebs im Frühstadium besteht, durch einen Kontrastverstärkungsalgorithmus verstärkt wird, der auf die digitalisierten Bildsignale in der Bildprozessor-/Steuervorrichtung 64 angewandt wird.
Bei Fluoreszenzendoskopie-Videobildern ist der Kontrast zwischen normalem Gewebe und Gewebe, bei dem der Verdacht auf Krebs im Frühstadium besteht, typischerweise das Ergebnis einer Reduktion des Fluoreszenzsignals, die mit der Krankheit einhergeht und der nicht durch eine entsprechende Reduktion im Referenzsignal entsprochen wird. Derartige Bildbereiche sind daher durch eine Kombination aus reduzierter Bildhelligkeit und veränderter Farbe gekennzeichnet. Bei derartigen relativ dunklen Bildbereichen kann die Farbdifferenz zwischen mutmaßlichen Läsionen und dem umgebenden normalen Gewebe schwer zu erkennen sein. Um Ärzten bei der Erkennung dieser geringfügigen Farbveränderungen zu helfen, umfasst die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Verstärkung des Kontrasts zwischen normalem Gewebe und solchem, bei dem der Verdacht auf Krebs im Frühstadium besteht. Dieses Verfahren besteht in einem Software-Algorithmus, der von der Bildprozessor-/Steuervorrichtung 64 auf die digitalisierten Fluoreszenz/Reflexions- (oder Fluoreszenz/Fluoreszenz-) Bildsignale angewandt wird, und es kann bei allen zuvor beschriebenen Ausführungsformen eines Fluoreszenzendoskopie-Videosystems eingesetzt werden.
Das Kontrastverstärkungsverfahren verändert die Farbe und Intensität eines Pixels im angezeigten Fluoreszenzvideobild in Abhängigkeit von den Pixeleigenschaften und möglicherweise in Abhängigkeit von den Eigenschaften benachbarter Pixel. Der Algorithmus besteht aus einer Anzahl von Elementen. Zunächst charakterisiert er das Bild Pixel für Pixel, indem Eigenschaften wie das Verhältnis zwischen der Intensität des Referenzbildes und der Intensität des Fluoreszenzbildes bestimmt werden. Der Algorithmus kann das Bild auch durch andere Eigenschaften charakterisieren, wie die räumliche Textur, die mit der Farbe in einem Bereich verbunden ist, der das Pixel von Interesse enthält. In einem zweiten Schritt unterzieht der Algorithmus die Pixel-Eigenschaftswerte einem Test. Dieser Test bestimmt, ob die Pixel-Eigenschaftswerte in einen bestimmten festgelegten Bereich fallen. Schließlich wird eine Funktion, deren Wert von den Ergebnissen des Tests abhängt, angewandt, um die Pixel-Anzeigeeigenschaften zu ändern. Die Funktion ändert die Eigenschaften jener Pixel, deren charakterisierte Eigenschaftswerte in einen bestimmten Bereich fallen. Die Eigenschaften dieser Pixel werden so verändert, dass sie im angezeigten Videobild leichter von jenen Pixel zu unterscheiden sind, die keine charakterisierten Eigenschaftswerte aufweisen, die in den angegebenen Bereich fallen. Durch Wählen eines Tests, der Pixel-Eigenschaftswerte auswählt, die Krebs im Frühstadium entsprechen, kann der Kontrast zwischen normalem Gewebe und solchem, das auf Krebs im Frühstadium schließen lässt, erhöht werden.
Nun wird der allgemeine Algorithmus detaillierter beschrieben. Der erste Schritt besteht darin, Pixel-Eigenschaften zu quantifizieren. In Anbetracht dessen, dass die Fluoreszenz von Gewebebereichen mit Krebs im Frühstadium typischerweise sowohl verringerte Helligkeit als auch veränderte Farbe aufweist, stellen Intensität und Farbe die Pixel-Eigenschaften dar, die zur Identifizierung eines derartigen Bereichs eingesetzt werden können. Bei einem dualen Bildmesssystem, wie den in den oben genannten Ausführungsformen beschriebenen, kann der Algorithmus die Intensität des Fluoreszenzbildes, die Intensität des Referenzbildes (Reflexion oder Fluoreszenz) oder eine Kombination daraus messen. Da die Referenz- und Fluoreszenzbilder in unterschiedlichen Teilen (Wellenbanden) des Fluoreszenzspektrums erhalten werden, kann die Farbe eines Pixels durch das Verhältnis zwischen der Intensität des Referenzbildes und der Intensität des Fluoreszenzbildes charakterisiert werden.
Auch andere Pixel-Eigenschaften können für die Charakterisierung von Geweben, bei denen der Verdacht auf Krebs im Frühstadium besteht, nützlich sein. Die räumliche Textur der Farbe kann eine solche Eigenschaft sein. Ein Mittel zur Charakterisierung der Farbtextur besteht darin, die mittlere und Standard-Abweichung des Verhältnisses zwischen der Intensität des Referenzbildes und der Intensität des Fluoreszenzbildes für Pixel in einem Bereich mit definierter Größe zu berechnen, der das Pixel von Interesse enthält. Die Standardabweichung dieses Verhältnisses liefert ein Maß für die Farbtextur, das mit dem Pixel von Interesse in Verbindung gebracht werden kann. Eine weitere Möglichkeit, die Farbtextur zu charakterisieren, besteht darin, die zweidimensionale Fourier-Transformierte des Farbverhältnisses in einem Bereich mit definierter Größe zu berechnen, der das Pixel von Interesse enthält. Andere Pixel- oder Pixelnachbarschaftseigenschaften, die Gewebe, bei dem der Verdacht auf Krebs im Frühstadium stehen, auf einzigartige Weise charakterisieren, können unter Einsatz ähnlicher Techniken quantifiziert werden.
Der nächste Schritt im Algorithmus besteht darin, die Werte der Pixel-Eigenschaften einem Test zu unterziehen. Ein derartiger Test kann eindimensional oder mehrdimensional sein. Beispielsweise kann ein derartiger Test ausschließlich auf dem Wert einer Pixel-Eigenschaft basieren (beispielsweise ob das Verhältnis zwischen Referenzbild-Intensität und Fluoreszenzbild-Intensität in einen bestimmten Bereich fällt oder nicht), oder er kann auf einer Kombination aus den Werten mehrerer Pixeleigenschaften basieren (beispielsweise ob oder ob nicht das Verhältnis in einem bestimmten Bereich fällt und die Referenzintensität in einen bestimmten Bereich fällt und die Farbtextur in einen bestimmten Bereich fällt).
Nach dem Test wird auf die Eigenschaften des Pixels eine Funktion angewandt, die vom Ergebnis des Tests abhängt. Eine derartige Funktion ändert eine oder mehrere Pixel-Eigenschaften auf Basis des Ergebnisses des Tests. Die Funktion kann sowohl die Fluoreszenz- als auch die Referenzbildkomponenten des angezeigten Videobildes oder nur auf eine davon betreffen. Die Funktion kann linear oder nichtlinear sein.
Nun werden drei Ausführungsformen von Kontrastverstärkungsalgorithmen für ein Fluoreszenzendoskopiesystem des oben beschriebenen Typs veranschaulicht.
Die erste Ausführungsform eines Kontrastverstärkungsalgorithmus für ein Fluoreszenzendoskopiesystem lässt sich am besten durch 20 beschreiben. Diese Figur veranschaulicht den Test und die entsprechende Funktion, die auf die Eigenschaften eines jeden Pixels angewandt werden. Die vertikale Achse in der Figur stellt die Funktion 302, eine relative Verstärkung, dar, die auf die digitalisierten Bildsignale auszuüben ist. Ein eigener Verstärkungsfaktor wird auf das primäre Fluoreszenzbildsignal und das Referenz- (Reflexions- oder Fluoreszenz-) Signal angewandt. Die horizontale Achse stellt den Wert einer Pixeleigenschaft 304 dar. Bei dieser Ausführungsform ist die Pixeleigenschaft 304 das Verhältnis zwischen dem Referenz- (Reflexions- oder Fluoreszenz-) Bildsignal (Intensität) und dem Primär-Fluoreszenzbildsignal.
Bei dem in 20 gezeigten Beispiel hat die auf das Primär-Fluoreszenzbildsignal ausgeübte Verstärkung den Verstärkungsfaktor eins. Die auf das Referenz-(Reflexions- oder Fluoreszenz-) Bildsignal ausgeübte Verstärkung wird erhöht, wenn das Verhältnis in den durch die Knickpunkte 306 und 308 definierten Bereich fällt. Wie in der Figur gezeigt, hat die auf das Referenz-(Reflexions- oder Fluoreszenz-) Bildsignal angewandte Verstärkungsfunktion bis zu einem Knickpunkt 302 einen konstanten Wert. Diese Verstärkung nimmt dann linear bis zu einem Knickpunkt 310 zu, setzt sich linear zu einem weiteren Knickpunkt 312 fort und nimmt linear bis zu einem Knickpunkt 308 ab, über den hinaus sie konstant bleibt. Die Position der Knickpunkte auf der horizontalen Achse und der Verstärkungsfunktionswert an allen Knickpunkten können von der das Fluoreszenzendoskopie-Videosystem bedienenden Person eingestellt werden.
Es ist festgestellt worden, dass, wenn ein Fluoreszenzendoskopie-Videosystem entsprechend kalibriert ist, wie oben beschrieben, die Fluoreszenz- und Reflexionsbildsignale von Geweben, bei denen der Verdacht auf Krebs im Frühstadium besteht, beständig und ausschließlich Verhältniswerte innerhalb eines bestimmten Bereichs ergeben. Die das System bedienende Person kann Verstärkungsknickpunkte 306 und 308 so wählen, dass sie sich an den Endpunkten dieses Bereichs befinden und dadurch eine Verstärkung auf das Referenz-Reflexions-(oder Fluoreszenz-) Signal über den gesamten Bereich an Verhältniswerten ausüben, die dem Gewebe entsprechen, bei dem der Verdacht auf Krebs im Frühstadium besteht.
Wie oben beschrieben, werden das bearbeitete Primär-Fluoreszenzbildsignal und das bearbeitete Referenz- (Reflexions- oder Fluoreszenz-) Signal dem Farbvideomonitor 66 als unterschiedliche Farbkomponenten eines einzigen übereinander gelegten Bildes zugeführt. Durch selektive Anwendung der Verstärkungsfunktion auf das Referenz- (Reflexions- oder Fluoreszenz-) Signal wie beschrieben wird sein Beitrag zur Farbe des übereinander gelegten Bildes erhöht, und der Farbkontrast zwischen Bildpixel von normalem Gewebe und Bildpixel von Gewebe, bei dem der Verdacht von Krebs im Frühstadium besteht, wird erhöht.
Es ist festzuhalten, dass, wenn die in 20 dargestellte stückweise lineare Funktion durch eine ähnliche, nicht notwendigerweise lineare Funktion ersetzt wird, eine vergleichbare Kontrastverstärkung erzielt werden kann.
Nun wird eine zweite Ausführungsform des Kontrastverstärkungsalgorithmus beschrieben. Alle Punkte, die jenen der ersten Ausführungsform gleichen, werden als vorausgesetzt angenommen, und nur Punkte, die sich unterscheiden, werden beschrieben.
Bei der zweiten Ausführungsform eines Kontrastverstärkungsalgorithmus für ein Fluoreszenzendoskopiesystem wird zusätzlich zum Test und der Funktion, die Pixel-Eigenschaften betrifft, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, ein zweiter zusätzlicher Test und eine zweite zusätzliche Funktion angewandt. Diese(s) zusätzliche Testelement und Funktion wird durch 21 veranschaulicht. Die vertikale Achse in der Figur stellt die Funktion, eine relative Verstärkung 322, dar, die auf die digitalisierten Bildsignale auszuüben ist. Eine eigene Verstärkungsfunktion wird auf das Primär-Fluoreszenzbildsignal und das Referenz- (Reflexions- oder Fluoreszenz-) Signal angewandt. Die horizontale Achse stellt den Wert einer Pixeleigenschaft 324 dar, die entweder die Intensität des Primär-Fluoreszenzbildsignals oder die Intensität des Referenz- (Reflexions- oder Fluoreszenz-) Signals oder eine zweidimensionale Kombination daraus ist.
Die auf das Fluoreszenzbildsignal ausgeübte Verstärkungsfunktion hat den Verstärkungsfaktor eins. Die auf das Referenzbildsignal ausgeübte Verstärkung nimmt ab Knickpunkt 326 bis zu Knickpunkt 330 linear ab. Dann nimmt sie jenseits von Knickpunkt 330 bis zu Knickpunkt 328 linear ab. Jenseits von Knickpunkt 328 ist die Verstärkungsfunktion konstant. Bei dieser Ausführungsform werden die Tests und Funktionen, wie von den 20 und 21 dargestellt, der Reihe nach angewandt, mit dem Ergebnis, dass zwei oder mehr Sätze von Verstärkungsfaktoren angewandt werden. Das Nettoergebnis ist eine Modifikation des Intensitätswerts des Pixels von Interesse durch zwei oder mehr Multiplikationsfaktoren, angewandt nach zwei oder mehr getrennten Tests. Diese Ausführungsform ist ein Beispiel für einen zuvor erörterten Mehrparametertest. Wie bei der ersten Ausführungsform kann die Bedienperson die in 20 gezeigten Verstärkungsfaktor-Knickpunkte wählen. Die Bedienperson kann auch die Verstärkungsfaktor-Knickpunkte 326, 328 und 330 gemeinsam mit den ihnen zugeordneten Verstärkungswerten wählen. Wie auch in der ersten Ausführungsform beschrieben, kann, wenn die in den 20 und 21 dargestellten stückweise linearen Funktionen durch ähnliche, nicht notwendigerweise lineare Funktionen ersetzt werden, vergleichbare Kontrastverstärkung erzielt werden.
Nun wird eine dritte Ausführungsform des Kontrastverstärkungsalgorithmus beschrieben. Alle Punkte, die jenen der ersten Ausführungsform gleichen, werden als vorausgesetzt angenommen, und nur Punkte, die sich unterscheiden, werden beschrieben.
Die dritte Ausführungsform eines Kontrastverstärkungsalgorithmus für ein Fluoreszenzendoskopiesystem ist der ersten Ausführungsform ähnlich, wobei jedoch die in der ersten Ausführungsform eingesetzte lineare Verstärkungsfunktion durch eine nichtlineare Funktion ersetzt ist. 22 veranschaulicht den Test, der auf die Eigenschaften eines jeden Pixels angewandt wird. Diese Figur ist 20 ähnlich, wobei die vertikale Achse jedoch nicht die Verstärkung darstellt, sondern einen Zwischenparameter, Q 340. Die horizontale Achse stellt den Wert einer Pixeleigenschaft 304 dar. Bei dieser Ausführungsform ist die Pixeleigenschaft 304 das Verhältnis zwischen dem Referenz- (Reflexions- oder Fluoreszenz-) Bildsignalwert und dem Primär-Fluoreszenzbildsignalwert für ein bestimmtes Bildpixel. Der Parameter Q wird berechnet, um über Gleichung 3 die Verstärkung zu berechnen, die auf jedes Pixel auszuüben ist
worin F(r_in) die Verstärkung ist, r_in der Bildsignalwert ist und r_max der maximal mögliche Bildsignalwert ist.
Bei dieser Ausführungsform ist der Wert von Q für das Primär-Fluoreszenzbildsignal für alle (Referenzbildsignalwert-zu-Fluoreszenzbildsignal-) Verhältniswerte gleich eins. Als Ergebnis hat die Verstärkung, die aus der obigen Gleichung berechnet und auf das Primär-Fluoreszenzbildsignal ausgeübt wird, ebenfalls den Verstärkungsfaktor eins.
Der Wert von Q für das Referenzbildsignal nimmt zu, wenn das Referenzbildsignalwert-zu-Fluoreszenzbildsignal-) Verhältnis in den Bereich fällt, der durch die Knickpunkte 306 und 308 definiert ist. Wie in der Figur gezeigt, ist der Wert von Q bis zu einem Knickpunkt 302 konstant, bevor er bis zu einem Knickpunkt 310 linear zunimmt, bis zu einem weiteren Knickpunkt 312 linear weitergeht und bis zu Knickpunkt 308 linear abnimmt, über den hinaus er konstant bleibt. Die Position der Knickpunkte auf der horizontalen Achse und die Verstärkungsfaktoren an allen Knickpunkten können von der Person, die das Fluoreszenzendoskopie-Videosystem bedient, eingestellt werden.
Unter Verwendung des Werts von Q wird die Verstärkungsfunktion für jedes Pixel des Referenzbildsignals berechnet. Wenn der Wert von Q größer als eins ist, nimmt der Wert des Referenzbildsignals, auf das die Verstärkung ausgeübt wird, mit steigenden Werten für Q nichtlinear zu. Die auf das Referenzbildsignal ausgeübte Verstärkung ist für geringere Referenzbildsignalwerte größer. Das Nettoergebnis dieses Tests und dieser Funktion besteht darin, dass die resultierende Kontrastverstärkung sowohl vom Verhältnis zwischen dem Referenzbildsignalwert und dem Primär-Fluoreszenzbildsignalwert als auch dem Referenzbildsignalwert abhängt.
Wenn die in 22 dargestellte stückweise lineare Funktion durch eine ähnliche, nicht notwendigerweise lineare Funktion ersetzt wird, kann vergleichbare Kontrastverstärkung erzielt werden.

Claims

Fluoreszenzendoskopie-Videosystem (50), umfassend: eine Multimodenlichtquelle (152) zur Erzeugung von Weißlicht für die Verwendung in einem Weißlicht-Bildgebungsmodus und von Fluoreszenzanregungslicht mit einem Referenzreflexionslicht zur Verwendung in einem Fluoreszenz-Bildgebungsmodus; worin die Lichtquelle ausgebildet ist, um an einem Endoskop (60) zum Aussenden von Licht von der Lichtquelle (52) in einen Patienten hinein, um eine Gewebeprobe zu beleuchten, und zum Sammeln des reflektierten Lichts oder des vom Gewebe erzeugten Fluoreszenzlichts angebracht zu werden; eine Kamera (100), die angeordnet ist, um das vom Endoskop gesammelte Licht zu empfangen, wobei die Kamera Folgendes umfasst: einen Farbbildsensor (102) zur Erfassung von Vollfarbbildern im Weißlicht-Bildgebungsmodus und zur Erfassung eines Referenzreflexionsbilds im Fluoreszenz-Bildgebungsmodus; einen Schwachlicht-Bildsensor (104) zur Erfassung eines Fluoreszenzbilds im Fluoreszenz-Bildgebungsmodus; einen Strahlteiler (106) zum Teilen des vom Endoskop empfangenen Lichts in zumindest zwei Strahlen mit demselben Spektrum und zum Leiten dieser Strahlen auf den Schwachlicht- und Farbbildsensor; ein oder mehrere Filter (118), die vor dem Schwachlicht-Bildsensor (104) positioniert sind, um Licht in einem Autofluoreszenz-Spektralband durchzulassen; ein oder mehrere Filter (119), die vor dem Farbbildsensor (102) positionierbar sind und Licht mit einem gewünschten Referenzreflexionswellenlängenband durchlassen, wenn die Kamera (100) im Fluoreszenz-Bildgebungsmodus arbeitet, und die von der Position vor dem Farbbildsensor (102) entfernbar sind, wenn die Kamera (100) im Weißlicht-Bildgebungsmodus arbeitet; eine oder mehrere optische Komponenten (110), die Bilder auf den Schwachlicht- und Farbbildsensor projizieren; und eine Bildprozessor-/Steuervorrichtung (64) zum Steuern des Kameramodus und zum Digitalisieren, Verarbeiten und Kodieren der von dem/den Sensoren) empfangenen Bildsignalen als Videosignal, worin beim Betrieb der Kamera im Fluoreszenz-Bildgebungsmodus die Bildverarbeitungs-/Steuervorrichtung (64) die Fluoreszenzbildsignale aus dem Schwachlicht-Bildsensor und das gleichzeitig erfasste Referenzreflexionsbildsignal aus dem Farbbildsensor für die Anzeige an einem Videomonitor (66) kombiniert.
Fluoreszenzendoskopie-Videosystem nach Anspruch 1, worin die Kamera (100) an dem Abschnitt des Endoskops (60) anbringbar ist, der außerhalb des Körpers bleibt.
Fluoreszenzendoskopie-Videosystem nach Anspruch 1, worin die Kamera (100) am Einführungsabschnitt des Endoskops (60) anbringbar ist.
Fluoreszenzendoskopie-Videosystem nach Anspruch 2 oder 3, worin der Strahlteiler (106) einen größeren Prozentsatz des vom Endoskop gesammelten Licht zum Schwachlichtsensor (104) und einen kleineren Prozentsatz an den Farbbildsensor (102) leitet.
Fluoreszenzendoskopie-Videosystem nach Anspruch 2 oder 3, weiters umfassend ein im Lichtweg der Lichtquelle positioniertes Filter (76), das gleichzeitig das Fluoreszenzanregungslicht und einen Menge an Referenzreflexionslicht, das nicht im Fluoreszenzdetektionswellenlängenband liegt, durchlässt, worin die Menge an durchgelassenem Referenzreflexionslicht ein Bruchteil des Fluoreszenzanregungslichts ist, sodass die Intensität des reflektierten Referenzlichts, das auf den Farbbildsensor (102) projiziert wird, zu einem gewandelten Bildsignal des Farbbildsensors führt, das eine gute Signal-Rausch-Charakteristik und keine signifikante Sättigung aufweist, wobei gleichzeitig eine ausreichende Fluoreszenzanregung beibehalten wird, sodass die Intensität der Fluoreszenz, die auf den Schwachlicht-Bildsensor (104) projiziert wird, zu einem gewandelten Bildsignal des Schwachlicht-Bildsensors führt, das eine gute Signal-Rausch-Charakteristik und keine signifikante Sättigung aufweist, und worin das Lichtquellenfilter Licht aus der Lichtquelle mit Wellenlängen im Fluoreszenzdetektionswellenlängenband sperrt, wobei die Filtereigenschaften solcherart sind, dass weniger als 0,001% des vom Filter durchgelassenen Lichts im Fluoreszenzdetektionswellenlängenband liegt.
Fluoreszenzendoskopie-Videosystem nach Anspruch 5, worin das eine oder die mehreren Filter (119) vor dem Farbbildsensor (102) reflektiertes Anregungslicht sperren und Referenzreflexionslicht durchlassen, wobei die Filtereigenschaften solcherart sind, dass das durchgelassene Licht, das außerhalb des Referenzreflexionswellenlängenbands liegt, nicht mehr als 0,1% des vom Filter durchgelassenen Lichts ausmacht, und die Menge an Referenzreflexionslicht, die vom Filter durchgelassen wird, solcherart ist, dass die Intensität des Referenzlichts, das auf den Farbbildsensor projiziert wird, zu einem gewandelten Bildsignal des Farbbildsensors (102) führt, das eine gute Signal-Rausch-Charakteristik und keine signifikante Sättigung aufweist, und worin das eine oder die mehreren Filter (118) vor dem Schwachlicht-Bildsensor (104) reflektiertes Anregungslicht und Referenzlicht sperren und Fluoreszenzlicht durchlassen, wobei die Filtereigenschaften solcherart sind, dass das vom Filter durchgelassene Licht, das nicht im Fluoreszenzdetektionswellenlängenband liegt, nicht mehr als einen Anteil von 0,1% des vom Filter durchgelassenen Lichts ausmacht.
Fluoreszenzendoskopie-Videosystem nach Anspruch 6, worin die von dem einen oder den mehreren Filtern (118) vor dem Schwachlicht-Bildsensor (104) durchgelassene Fluoreszenz Grünlicht ist.
Fluoreszenzendoskopie-Videosystem nach Anspruch 7, worin das vom Lichtquellenfilter (76) durchgelassene Referenzreflexionslicht Rotlicht ist.
Fluoreszenzendoskopie-Videosystem nach Anspruch 7, worin das vom Lichtquellenfilter (76) durchgelassene Referenzreflexionslicht Licht im Nah-Infrarotbereich ist.
Fluoreszenzendoskopie-Videosystem nach Anspruch 7, worin das vom Lichtquellenfilter (76) durchgelassene Referenzreflexionslicht Blaulicht ist.
Fluoreszenzendoskopie-Videosystem nach Anspruch 6, worin die von dem einen oder den mehreren Filtern (118) vor dem Schwachlicht-Bildsensor (104) durchgelassene Fluoreszenz Rotlicht ist.
Fluoreszenzendoskopie-Videosystem nach Anspruch 11, worin das vom Lichtquellenfilter (76) durchgelassene Referenzreflexionslicht Grünlicht ist.
Fluoreszenzendoskopie-Videosystem nach Anspruch 11, worin das vom Lichtquellenfilter (76) durchgelassene Referenzreflexionslicht Licht im Nah-Infrarotbereich ist.
Fluoreszenzendoskopie-Videosystem nach Anspruch 11, worin das vom Lichtquellenfilter (76) durchgelassene Referenzreflexionslicht Blaulicht ist.
Fluoreszenzendoskopie-Videosystem nach Anspruch 2 oder 3, weiters umfassend ein im Lichtweg der Lichtquelle positioniertes Filter (76), das das Fluoreszenzanregungslicht durchlässt und Licht mit Wellenlängen in den detektierten Fluoreszenzbändern sperrt und daran hindert, den Schwachlicht-Bildsensor und den Farb bildsensor zu erreichen, wobei die Filtereigenschaften solcherart sind, dass weniger als 0,001% des vom Filter durchgelassenen Lichts in den detektierten Fluoreszenzbändern liegt.
Fluoreszenzendoskopie-Videosystem nach Anspruch 15, worin das eine oder die mehreren Filter (118) vor dem Schwachlicht-Bildsensor (104) reflektiertes Anregungslicht sperren und Fluoreszenzlicht im grünen Wellenlängenband in einem solchen Ausmaß durchlassen, dass das vom Schwachlicht-Bildsensor empfangene Licht im Wesentlichen aus Licht besteht, das sich aus der Gewebefluoreszenz ergibt, und minimal aus aus der Lichtquelle stammendem Licht besteht, und worin das eine oder die mehreren Filter (119), die vor dem Farbbildsensor (102) positionierbar sind, reflektiertes Anregungslicht sperren und Fluoreszenzlicht im roten Wellenlängenband in einem solchen Ausmaß durchlassen, dass das vom Farbbildsensor (102) empfangene Licht im Wesentlichen aus Licht besteht, das sich aus der Gewebefluoreszenz ergibt, und minimal aus aus der Lichtquelle stammendem Licht besteht.
Fluoreszenzendoskopie-Videosystem nach Anspruch 1, weiters umfassend eine Prozessor-/Steuervorrichtung (64) zum Digitalisieren von Fluoreszenz- und Referenzbildsignalen, die vom Schwachlicht-Bildsensor (104) und vom Farbbildsensor (102) empfangen wurden, wobei die Prozessor-/Steuervorrichtung (64) eine Speichervorrichtung umfasst, die eine Abfolge an Befehlen speichert, die die Prozessor-/Steuervorrichtung (64) zur Einstellung der Intensität des Fluoreszenz- oder Referenzbildsignals, Pixel für Pixel, als Funktion einer Analyse der vom Schwachlicht-Bildsensor (104) und vom Farbbildsensor (102) empfangenen Signale und danach zur Kodierung der von den Sensoren empfangenen, eingestellten Bildsignale als Videosignal veranlasst.
Fluoreszenzendoskopie-Videosystem nach Anspruch 17, worin die Kamera (100) an dem Abschnitt des Endoskops (60) anbringbar ist, der außerhalb des Körpers bleibt.
Fluoreszenzendoskopie-Videosystem nach Anspruch 17, worin die Kamera (100) am Einführungsabschnitt des Endoskops (60) anbringbar ist.
Fluoreszenzendoskopie-Videosystem nach Anspruch 18 oder 19, worin die Analyse der digitalisierten Bildsignale, die die Prozessor-/Steuervorrichtung (64) durchführt, das Verhältnis der Intensität des Referenzreflexionslichts und des vom Gewebe erhaltenen Fluoreszenzlichts verwendet.
Fluoreszenzendoskopie-Videosystem nach Anspruch 18 oder 19, worin die Analyse der digitalisierten Bildsignale, die die Prozessor-/Steuervorrichtung (64) durchführt, die Intensität von Pixel, die zu dem einen oder mehreren Pixel benachbart sind, verwendet und die verarbeiteten Bildsignale auf der Grundlage der Intensität der benachbarten Pixel einstellt.
Fluoreszenzendoskopie-Videosystem nach Anspruch 1 oder 17, weiters umfassend eine Fluoreszenz-/Reflexionsreferenz, die bekannte Niveaus an Fluoreszenz- und Reflexionslicht bei der Beleuchtung mit Licht aus der Mehrmodenlichtquelle (52) erzeugt, worin der Bildprozessor programmiert ist, um den Verstärkungsfaktor des einen oder der mehreren Bildsensoren als Reaktion auf die Niveaus des erzeugten Fluoreszenz- und Reflexionslicht einzustellen.
Fluoreszenzendoskopie-Videosystem nach Anspruch 22, worin die Fluoreszenz-/Reflexionsreferenz einen Farbstoff und eine gewisse Menge an Streukörpern in einem Festkörper umfasst.
Fluoreszenzendoskopie-Videosystem nach Anspruch 23, worin der eine oder mehrere Farbstoffe und das Lichtstreuungsmaterial in einer Flüssigkeit gelöst sind, die nach der Aktivierung zu einem Festkörper aushärtet.
Fluoreszenzendoskopie-Videosystem nach Anspruch 24, worin er eine oder mehrere Farbstoffe und das Lichtstreuungsmaterial in einem Epoxidharz gelöst sind.