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WO2018059669A1 - Method for operating a spectroscope, and spectroscope - Google Patents

Method for operating a spectroscope, and spectroscope Download PDF

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Publication number
WO2018059669A1
WO2018059669A1 PCT/EP2016/072984 EP2016072984W WO2018059669A1 WO 2018059669 A1 WO2018059669 A1 WO 2018059669A1 EP 2016072984 W EP2016072984 W EP 2016072984W WO 2018059669 A1 WO2018059669 A1 WO 2018059669A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
infrared
visible
manipulated
source
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/072984
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Engel
Maximilian Fleischer
Alexander Michael Gigler
Remigiusz Pastusiak
Tobias Paust
Elfriede Simon
Evamaria STÜTZ
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to PCT/EP2016/072984 priority Critical patent/WO2018059669A1/en
Publication of WO2018059669A1 publication Critical patent/WO2018059669A1/en

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/10—Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry
    • G01J3/108—Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry for measurement in the infrared range

Definitions

  • This invention relates to a method for operating a spectroscope according to the preamble of claim 1 and to a spectroscope according to the preamble of claim 8.
  • 3D endoscopes can be used. These endoscopes allow the situs to be at least partially detected in 3D, e.g. also for documentation purposes.
  • Orifice Transluminal Endoscopic Surgery which can be seen as equal ⁇ synonymous with minimally invasive surgery without scars constitutes a development of laparoscopic minimally invasive surgery.
  • natural orifices are used to avoid visible scars after surgery
  • a challenge that is here is that healthy and not healthy tissue areas not significantly differ in the tissue ⁇ beform and -färbe.
  • spectrometers it is also known to use spectrometers to determine properties of an object under investigation. For example, with a spectrometer in the medical See area by examining tissue parts to make a decision as to whether a tissue sample contains cancerous tissue.
  • optical spectroscopy can be used for this, in which the tissue sample is irradiated with light, in particular in near infrared spectroscopy (NIRS) with short-wave infrared light, and the intensity of the reflected light is then measured as a function of the wavelength of the light.
  • NIRS near infrared spectroscopy
  • All ⁇ recently has not to be the wavelength range from infrared light to visible disadvantage.
  • 3D endoscopy as well as IR spectroscopy are very new technologies for minimally invasive surgery, which are just beginning to be introduced.
  • IR spectroscopy is very new technologies for minimally invasive surgery, which are just beginning to be introduced.
  • the object underlying the invention is to provide a solution which improves the known from the prior art solutions, in particular in which it ensures a further Traumare reduction. This object is achieved by the method of operating a
  • Spectroscope according to the preamble of claim 1 solved by its features and solved by the spectroscope according to the preamble of claim 8 by its features.
  • a releasing at least partly in the visible wavelength range of light light source as a first source for the infrared light used which by the discharged first source of visible light through a first manipulation device manipulated such that the first output of the Mani ⁇ pulations adopted a molded into a beam a fixed infrared wavelength range exhibiting light is emitted, and visible light in the beam path manipulated such that upon impingement of the infrared light on a surface also impacting at least parts of the manipulated light onto the surface to form on the surface a visible first shape which is always in a fixed relationship to one formed by the infrared light on the surface invisible second form stands.
  • the invention has the advantage that infrared radiation is invisible to humans, but bears the decisive material information.
  • imaging the first shape in the specified ratio to the second shape allows the positioning of the IR spot.
  • To support an additional location information both contribute to tissue ⁇ differentiation as well as in support of an operator in the management of the spectroscope, so that a more secure guidance and thus unwanted collisions can be avoided.
  • the first form is generated by a functionally connected to the first Ma ⁇ nipulations owned and operated filter.
  • the process according to the invention is preferably developed in such a way that the filter is visible as light
  • Light spectrum in particular light from the red and / or green spectral range, passing bandpass configured cold light filter is operatively connected to the manipulation device and operated. This is the rule existing cold light filters used and there are still much smaller changes necessary.
  • the method according to the invention is further developed in such a way that the optics operated in the manipulation device are matched to the filter in such a way that a chromatic correction of the dimmed light takes place, a lateral or axial offset which may be created by the manipulation may be minimized.
  • the inventive method also may be further embodied such that the visible light is manipulated such that it is exposed to an intentional chromatic tables aberration such that sharply focused to run through ⁇ a in the beam path is arranged as the last lens, the first mold is finally formabil ⁇ det on the surface.
  • the manipulation without additional Fil ⁇ ter exploited alone by exploiting the already visible visible light components in the beam path of the infrared light and their chromatic aberration and it only needs the existing optics are adjusted accordingly, so that only a small effort is given here.
  • the inventive method is such wei ⁇ ned, and that the manipulation is performed such that the first shape is a circle and / or reflects intersecting lines on the surface.
  • a first source is designed such that for the infrared light, at least partially in the visible wavelength range light emitting light source is used, and so designed such that the visible light emitted by the first source is manipulated by a first manipulation device such that a light shaped to a beam having a predetermined infrared wavelength range is emitted as the first output signal of the manipulation device, and with means such that visible light in the beam ⁇ beam path is manipulated such that meet at such impingement of the inf ⁇ raroten light on a surface and at least parts of the manipulated light on the surface such that they form a visible first form on the surface, which always in a m fixed reference to a formed by the infrared light on the surface pronouncevisba ⁇ Ren second form.
  • the spectroscope according to the invention made possible by the in ⁇ mentation of the realization of the said method for advantages. The same applies to the development of the spectroscope according to the invention, which has means for carrying out the method and one of its further developments.
  • FIG. 1 the sequence of an embodiment of the method according to the invention is shown greatly simplified, On the basis of which also features of the spectroscope and possible embodiments / alternative or supplementary developments of both will be explained in more detail.
  • a transmission of a visible light by a source for example, Ha ⁇ lied light.
  • This step S2 is followed by the generation of the necessary for the IR spectroscopy of infrared light, consistent .
  • filter According to the invention will now be the remaining visible light or - not shown - used an additionally introduced visible light as a marker for the resulting on an object IR spot or is left in a third step S3, the visible light from an intentionally ⁇ erration.
  • This aberration is then compensated according to the invention in a fourth step S4 in such a way that the marker according to the invention produced by the aberration is focused and De ⁇ congruent measuring spot lands on the surface of the object with the IR.
  • both embodiments the typical Si ⁇ situation that underlies halogen sources for IR illumination on are set and is exploited according to the invention that the part of the lamp ⁇ the spectrum can be used in the visible region of the radiation oretisch to move the IR measurement spot.
  • the invention now not working against the occurring in this case, chromatic aberration which prevents that the IR measurement spot and otherwise distorting portions of visible light of the measurement spot by the fact UNNE ⁇ ge visible light in its focus (diameter radially and Po ⁇ sition axial) do not match but even makes use of this or even deliberately provokes it.
  • an additional marker beam optionally implemented as a circle or intersecting lines can be introduced, which gives a Hilfsmarkie ⁇ tion for the surgeon.
  • the filter can, for example, a bandpass filter in the visible spectrum, example ⁇ , in green or red region, and use it for the structure of the pattern to be projected. Furthermore, if the optics for this wavelength are suitably chromatically corrected for the marking, then a lateral or axial offset can be minimized or avoided.
  • the effect is exploited that visible light and IR radiation from different imaging elements are broken differently, that is, there is chromatic aberration.
  • This aberration forces the light spot or, in reverse logic, to set the IR beam appropriately so that the IR spot is sharp again and can deliver an optimal signal.
  • a suitable optic is introduced into the beam path, then the light spot in the visible in front of the last lens of the optic can consciously become one Distortion can be left, so that the chromatic aberration of the last element again results in a perfect superposition of IR radiation and visible portion.
  • the IR spot is then sharply focused, although this is also true for the visible focus.

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Abstract

The invention relates to a method for operating an infrared spectroscope, in particular a near-infrared spectroscope, for medical use, in particular for minimally invasive surgery, and to a corresponding spectroscope in which a light source that at least partly emits light in the visible wavelength range is used as a first source for the infrared light. The visible light emitted by the first source is manipulated by a first manipulation device such that a light which is formed into a beam and which has a fixed infrared wavelength range is emitted as a first output signal of the manipulation device, and visible light is manipulated in the beam path such that when the infrared light is incident on a surface, at least components of the manipulated light are also incident on the surface such that the components form a first visible shape on the surface, said shape constantly being in a fixed relationship with a second non-visible shape formed on the surface by the infrared light.

Description

Beschreibung description
Verfahren zum Betreiben eines Spektroskops und Spektroskop Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Spektroskops gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Spektroskop gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 8. Method for operating a spectroscope and spectroscope This invention relates to a method for operating a spectroscope according to the preamble of claim 1 and to a spectroscope according to the preamble of claim 8.
Es ist eine bekannte Motivation für einen Patienten den chi- rurgischen Eingriff so gering belastend wie möglich zu gestalten. Aus dieser Motivation heraus hat sich die so genannte Minimal-invasive Chirurgie entwickelt, die sich durch ein kleinstmögliches Trauma beim operativen Eingriff auszeichnet. Bei der Minimal-invasiven Chirurgie, die beispielsweise mit Laparoskopen durchgeführt wird, hat der Arzt in der Regel keinen unmittelbaren Einblick in den Situs der OP. It is a known motivation for a patient to make the surgical intervention as light as possible. Out of this motivation, the so-called minimally invasive surgery has developed, which is characterized by the smallest possible trauma during surgery. In minimally invasive surgery, such as with laparoscopes, the doctor usually has no immediate insight into the site of the surgery.
Um dennoch eine bestmögliche räumliche Orientierung zu bekom- men, können 3D Endoskope eingesetzt werden. Diese Endoskope erlauben es, den Situs in 3D zumindest teilweise zu erfassen und z.B. auch für Dokumentationszwecke aufzunehmen. Nevertheless, to achieve the best possible spatial orientation, 3D endoscopes can be used. These endoscopes allow the situs to be at least partially detected in 3D, e.g. also for documentation purposes.
Ein bekannter Ansatz ist das so genannte NOTES (Natural A well-known approach is the so-called NOTES (Natural
Orifice Transluminal Endoscopic Surgery) , welches als gleich¬ bedeutend mit der minimal invasiven Chirurgie ohne Narben zu sehen ist, stellt eine Weiterentwicklung der laparoskopischen Minimal-invasiven Chirurgie dar. Hierbei werden natürliche Körperöffnungen genutzt, um sichtbare Narben nach der OP zu vermeiden Orifice Transluminal Endoscopic Surgery), which can be seen as equal ¬ synonymous with minimally invasive surgery without scars constitutes a development of laparoscopic minimally invasive surgery. Here natural orifices are used to avoid visible scars after surgery
Eine Herausforderung die hier besteht ist, dass sich gesunde und nicht gesunde Gewebebereiche nicht deutlich in der Gewe¬ beform und -färbe unterscheiden. A challenge that is here is that healthy and not healthy tissue areas not significantly differ in the tissue ¬ beform and -färbe.
Es ist ferner bekannt Spektrometer zur Ermittlung von Eigenschaften eines mit diesem untersuchten Objekts einzusetzen. Beispielsweise kann man mit einem Spektrometer im medizini- sehen Bereich durch Untersuchung von Gewebeteilen eine Entscheidung treffen, ob eine Gewebeprobe Krebsgewebe enthält. Beispielsweise kann hierzu die optische Spektroskopie zum Einsatz kommen, bei der die Gewebeprobe mit Licht, insbeson- dere bei der Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) mit kurzwelligem infrarotem Licht, bestrahlt wird und daraufhin die Intensität des reflektierten Lichts als Funktion der Wellenlänge des Lichts gemessen wird. Als Ergebnis der Messungen mittels Spektroskopie liegt ein Spektrum vor, welches durch einen aus Realzahlen gebildeten Vektor (xl,..., xL) von für L Wellenlängen bzw. Frequenzen gemessenen Intensitätswerten beschrieben werden kann. Auf It is also known to use spectrometers to determine properties of an object under investigation. For example, with a spectrometer in the medical See area by examining tissue parts to make a decision as to whether a tissue sample contains cancerous tissue. For example, optical spectroscopy can be used for this, in which the tissue sample is irradiated with light, in particular in near infrared spectroscopy (NIRS) with short-wave infrared light, and the intensity of the reflected light is then measured as a function of the wavelength of the light. As a result of the measurements by means of spectroscopy, there is a spectrum which can be described by a vector (x1,..., XL) formed of real numbers of intensity values measured for L wavelengths or frequencies. On
Grundlage dieser Vektoren kann dann eine Indikation auf die Eigenschaft des erfassten Objekts ermittelt werden. Aller¬ dings hat Wellenlängenbereich von infrarotem Licht den Nachteil nicht sichtbar zu sein. Based on these vectors can then be determined an indication of the property of the detected object. All ¬ recently has not to be the wavelength range from infrared light to visible disadvantage.
Für eine Gewebedifferenzierung von gesundem und nicht gesun- dem Gewebe ist jedoch eine gute Sichtbarkeit des zu untersu¬ chenden Bereichs erforderlich. For tissue differentiation of healthy and not healthy tissue, however, a good visibility to investi ¬ sponding area is required.
Für einen Arzt besteht somit das technische Problem, sich im Körper des Patienten nur über den laparoskopischen Einblick zu orientieren, die räumlichen Gegebenheiten sicher zu erfassen und unbeabsichtigte Verletzungen von Organen und Gefäßen z.B. mit den scharfen Skalpellklingen möglichst auszuschließen. Bei NOTES wird diese Fragestellung noch verschärft, da dort der Zugang von Stellen gewählt wird, wo man später keine Narben sieht und man somit nicht unbedingt einen kurzen und geradlinigen Zugangsweg zum Situs hat. For a physician, therefore, there is the technical problem of orienting himself in the body of the patient only via the laparoscopic view, to reliably detect the spatial conditions and to detect unintended injuries to organs and vessels, e.g. exclude as possible with the sharp scalpel blades. With NOTES, this question is exacerbated because there the access of places is chosen, where one sees no scars later and one does not necessarily have a short and straightforward access route to the site.
Die 3D-Endoskopie genauso wie die IR Spektroskopie sind sehr neue Technologien für die Minimal-invasive Chirurgie, die ge- rade erst vor der Einführung stehen. Somit gibt es aktuell keine Lösung, die außerhalb von Versuchslaboren im alltäglichen medizinischen Einsatz ist. Für die Einführung und Akzeptanz der, insbesondere Nahinfra¬ rot-, Spektroskopie, d.h. möglichst breiten Ansatz im medizi¬ nischen Bereich aber auch insbesondere für einen Erweiterung des Anwendungsspektrums der Minimal-invasiven Chirurgie auf weitere Krankheitsbilder mit z.B. erschwerter Zugänglichkeit zum Situs oder bei erhöhtem Risikopotential für ungewollte Verletzung Organen, Gefäßen oder Nervenbahnen, gilt es die resultierenden technischen Herausforderungen zu bewältigen. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es eine Lösung anzugeben, die die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen verbessert, insbesondere in dem sie eine weitergehende Traumareduzierung gewährleistet. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zum Betreiben eines3D endoscopy as well as IR spectroscopy are very new technologies for minimally invasive surgery, which are just beginning to be introduced. Thus, there is currently no solution that is outside of experimental laboratories in everyday medical use. For the introduction and acceptance of, in particular Nahinfra ¬ red, spectroscopy, that the broadest possible approach Medizi ¬ American area but also in particular for an extension of the application spectrum of minimal invasive surgery to more medical conditions eg with difficult access to the situs or an elevated risk potential For unwanted injury organs, vessels or nerve tracts, it is necessary to overcome the resulting technical challenges. The object underlying the invention is to provide a solution which improves the known from the prior art solutions, in particular in which it ensures a further Traumare reduction. This object is achieved by the method of operating a
Spektroskops gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1 durch dessen Merkmale gelöst sowie durch das Spektroskop gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 8 durch dessen Merkmale gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines, insbesondere Nah-, Infrarot-Spektroskops zur medizinischen An¬ wendung, insbesondere in der minimalinvasiven Chirurgie, wird als eine erste Quelle für das infrarote Licht, eine zumindest teilweise im sichtbaren Wellenlängenbereich Licht abgebende Lichtquelle genutzt, das von der ersten Quelle abgegebene sichtbare Licht durch eine erste Manipulationseinrichtung derart manipuliert, dass als erstes Ausgangssignal der Mani¬ pulationseinrichtung ein zu einem Strahl geformtes einen festgelegten infraroten Wellenlängenbereich aufweisendes Licht abgegeben wird, und sichtbares Licht im Strahlengang derart manipuliert, dass bei Auftreffen des infraroten Lichts auf eine Oberfläche auch zumindest Teile des manipulierten Lichts derart auf die Oberfläche treffen, dass sie auf der Oberfläche eine sichtbare erste Form ausbilden, die stets in einem festgelegten Bezug zu einer durch das infrarote Licht auf der Oberfläche ausgebildeten nicht sichtbaren zweiten Form steht. Mit der Erfindung wird es möglich eine hohe Genauigkeit bei der Unterscheidung von gesundem und ungesundem Gewebe zu ermöglichen und damit die Wahrscheinlichkeit der Entfernung ge¬ sunden Gewebes stark zu reduzieren, denn in bereits erfolgten Versuchen konnte beispielsweise die Unterscheidbarkeit zwi¬ schen Tumorgewebe und Normalgewebe auf Basis von spektrosko¬ pischen Messungen im nahen Infrarot mit an Sicherheit Spectroscope according to the preamble of claim 1 solved by its features and solved by the spectroscope according to the preamble of claim 8 by its features. In the inventive method for operating a, in particular near-infrared spectroscope for the medical An ¬ application, particularly in minimally invasive surgery, a releasing at least partly in the visible wavelength range of light light source as a first source for the infrared light used, which by the discharged first source of visible light through a first manipulation device manipulated such that the first output of the Mani ¬ pulationseinrichtung a molded into a beam a fixed infrared wavelength range exhibiting light is emitted, and visible light in the beam path manipulated such that upon impingement of the infrared light on a surface also impacting at least parts of the manipulated light onto the surface to form on the surface a visible first shape which is always in a fixed relationship to one formed by the infrared light on the surface invisible second form stands. With the invention it is possible a high accuracy to allow in distinguishing between healthy and unhealthy tissue, thereby reducing the likelihood of removal ge ¬ sins tissue strong, because in already made attempts distinctness could, for example, Zvi ¬ rule tumor tissue and normal tissue based of spektrosko ¬ european measurements in the near infrared with security
grenzender Wahrscheinlichkeit (>97% korrekt) nachgewiesen werden. Traumata werden so reduziert. Ferner hat die Erfin- dung den Vorteil, dass Infrarotstrahlung für den Menschen unsichtbar ist, aber die entscheidende Materialinformation trägt . bordering probability (> 97% correct). Traumas are reduced. Furthermore, the invention has the advantage that infrared radiation is invisible to humans, but bears the decisive material information.
Mit der Abbildung der ersten Form im festgelegten Verhältnis zur zweiten Form wird jedoch die Positionierung des IR Messflecks ermöglicht. Damit wird sowohl ein Beitrag zur Gewebe¬ differenzierung als auch zur Unterstützung eines Operateurs bei der Führung des Spektroskops mit einer zusätzlichen Lageinformation unterstützt, so dass eine sicherere Führung und damit ungewollte Kollisionen vermieden werden können. However, imaging the first shape in the specified ratio to the second shape allows the positioning of the IR spot. To support an additional location information both contribute to tissue ¬ differentiation as well as in support of an operator in the management of the spectroscope, so that a more secure guidance and thus unwanted collisions can be avoided.
Weitere Vorteile sind durch die in den Unteransprüchen ange¬ gebenen Weiterbildungen gegeben. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßenFurther advantages are given by the ange¬ given in the dependent claims ¬ developments. In an advantageous embodiment of the invention
Verfahrens wird die erste Form durch einen mit der ersten Ma¬ nipulationseinrichtung funktional verbundenen und betriebenen Filter erzeugt. Hierdurch wird ohne größere Veränderungen an gängigen Geräten die gewünschte erfindungsgemäße Manipulation möglich. Method, the first form is generated by a functionally connected to the first Ma ¬ nipulationseinrichtung and operated filter. As a result, the desired manipulation according to the invention is possible without major changes to common devices.
Bevorzugt wird dabei das erfindungsgemäße Verfahren derart weitergebildet, dass der Filter als Licht im sichtbaren The process according to the invention is preferably developed in such a way that the filter is visible as light
Lichtspektrum, insbesondere Licht aus dem roten und/oder grü- nen Spektralbereich, durchlassenden Bandpass ausgestalteten Kaltlichtfilter mit der Manipulationseinrichtung funktional verbunden und betrieben wird. Hiermit wird der in der Regel vorhandene Kaltlichtfilter genutzt und es sind noch weitaus geringere Veränderungen notwendig. Light spectrum, in particular light from the red and / or green spectral range, passing bandpass configured cold light filter is operatively connected to the manipulation device and operated. This is the rule existing cold light filters used and there are still much smaller changes necessary.
Wird das erfindungsgemäße Verfahren derart weitergebildet, dass die in der Manipulationseinrichtung betriebene Optik derart auf den Filter abgestimmt ist, dass eine chromatische Korrektur des durgelassenen Lichts erfolgt, kann ein sich unter Umständen durch die Manipulation einstellender lateraler bzw. axialer Offset minimiert werden. If the method according to the invention is further developed in such a way that the optics operated in the manipulation device are matched to the filter in such a way that a chromatic correction of the dimmed light takes place, a lateral or axial offset which may be created by the manipulation may be minimized.
Eine die bisher erläuterten Wirkungen verstärkende oder alternative Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gegeben, wenn durch eine zweite Quelle als Manipulation des sichtbaren Lichts in den Strahlengang, insbesondere koaxial, ein zusätzlicher Lichtstrahl eingespeist wird. One of the previously explained effects reinforcing or alternative development of the method according to the invention is given if an additional light beam is fed by a second source as manipulation of the visible light in the beam path, in particular coaxially.
Alternativ oder ergänzend kann das erfindungsgemäße Verfahren zudem dadurch weitergebildet sein, dass das sichtbare Licht derart manipuliert wird, dass es einer vorsätzlichen chroma- tischen Aberration derart ausgesetzt wird, dass nach Durch¬ laufen einer im Strahlengang als letztes angeordneten Linse, die erste Form scharf fokussiert auf der Oberfläche abgebil¬ det wird. Hiermit kann die Manipulation ohne zusätzliche Fil¬ ter, allein unter Ausnutzung der ohnehin gegebenen sichtbaren Lichtanteile im Strahlgang des infraroten Lichts und deren chromatischer Aberration ausgenutzt und es muss lediglich die vorhandene Optik entsprechend angepasst werden, so dass auch hier lediglich ein geringer Aufwand gegeben ist. Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren derart wei¬ tergebildet, dass die Manipulation derart erfolgt, dass die erste Form sich als Kreis und/oder sich kreuzende Linien auf der Oberfläche abbildet. Hierbei handelt es sich zum Einen um auffallende Formen, die zudem geeignet sind als Signale für ein Zielen seitens eines Operateurs intuitiv aufgefasst zu werden . Beim erfindungsgemäßen Spektroskop, insbesondere Nah-, Infra¬ rot-Spektroskop zur medizinischen Anwendung, insbesondere in der minimalinvasiven Chirurgie, ist eine erste Quelle derart ausgestaltet, dass für das infrarote Licht, eine zumindest teilweise im sichtbaren Wellenlängenbereich Licht abgebende Lichtquelle genutzt wird, und derart ausgestaltet, dass das von der ersten Quelle abgegebene sichtbares Licht durch eine erste Manipulationseinrichtung derart manipuliert wird, dass als erstes Ausgangssignal der Manipulationseinrichtung ein zu einem Strahl geformtes einen festgelegten infraroten Wellenlängenbereich aufweisendes Licht abgegeben wird, sowie mit Mitteln derart ausgestaltet, dass sichtbares Licht im Strah¬ lengang derart manipuliert wird, dass bei Auftreffen des inf¬ raroten Lichts auf eine Oberfläche auch zumindest Teile des manipulierten Lichts derart auf die Oberfläche treffen, dass sie auf der Oberfläche eine sichtbare erste Form ausbilden, die stets in einem festgelegten Bezug zu einer durch das infrarote Licht auf der Oberfläche ausgebildeten nicht sichtba¬ ren zweiten Form steht. Alternatively or additionally, the inventive method also may be further embodied such that the visible light is manipulated such that it is exposed to an intentional chromatic tables aberration such that sharply focused to run through ¬ a in the beam path is arranged as the last lens, the first mold is abgebil ¬ det on the surface. Hereby, the manipulation without additional Fil ¬ ter, exploited alone by exploiting the already visible visible light components in the beam path of the infrared light and their chromatic aberration and it only needs the existing optics are adjusted accordingly, so that only a small effort is given here. Preferably, the inventive method is such wei ¬ ned, and that the manipulation is performed such that the first shape is a circle and / or reflects intersecting lines on the surface. On the one hand, these are striking forms that are also suitable as intuitive signals for the goals of an operator. In the spectroscope according to the invention, in particular Nah-, Infra ¬ red spectroscope for medical application, especially in minimally invasive surgery, a first source is designed such that for the infrared light, at least partially in the visible wavelength range light emitting light source is used, and so designed such that the visible light emitted by the first source is manipulated by a first manipulation device such that a light shaped to a beam having a predetermined infrared wavelength range is emitted as the first output signal of the manipulation device, and with means such that visible light in the beam ¬ beam path is manipulated such that meet at such impingement of the inf ¬ raroten light on a surface and at least parts of the manipulated light on the surface such that they form a visible first form on the surface, which always in a m fixed reference to a formed by the infrared light on the surface nichtvisba ¬ Ren second form.
Das erfindungsgemäße Spektroskop ermöglicht durch dessen Im¬ plementierung die Verwirklichung der zum Verfahren genannten Vorteile . Das Gleiche gilt für die Weiterbildung des erfindungsgemäßen Spektroskops, welches Mittel zur Durchführung des Verfahrens sowie einer seiner Weiterbildungen aufweist. The spectroscope according to the invention made possible by the in ¬ mentation of the realization of the said method for advantages. The same applies to the development of the spectroscope according to the invention, which has means for carrying out the method and one of its further developments.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nun ausgehend von dem in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt die Further advantages and details of the invention will now be explained starting from the embodiment of the invention shown in the single figure. It shows the
FIGUR ein Ablaufdiagram mit vereinfachter Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Ver- fahrens FIGURE A flowchart with a simplified representation of an embodiment of the method according to the invention
In der FIGUR ist der Ablauf eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens stark vereinfacht dargestellt, anhand dessen auch Merkmale des Spektroskops und möglicher Ausgestaltungsformen/alternativer oder ergänzender Weiterbildungen von beiden näher erläutert werden. Ausgehend von einem Zustand „Spektroskopie" in einem ersten Schritt Sl erfolgt in einem zweiten Schritt S2 ein Aussenden eines sichtbaren Lichts durch eine Quelle, beispielsweise Ha¬ logenleuchte . Diesem Schritt S2 folgt anschließend die Erzeugung des für die IR Spektroskopie notwendigen infraroten Lichts, durch gängige Filter. Erfindungsgemäß wird nun das verbleibende sichtbare Licht oder - nicht dargestellt - ein zusätzlich eingeführtes sichtbares Licht als Marker für den sich auf ei- nem Objekt ergebenden IR Messfleck genutzt bzw. in einem dritten Schritt S3 das sichtbare Licht absichtlich einer Ab¬ erration überlassen. In the FIGURE, the sequence of an embodiment of the method according to the invention is shown greatly simplified, On the basis of which also features of the spectroscope and possible embodiments / alternative or supplementary developments of both will be explained in more detail. Starting from a state "spectroscopy" in a first step Sl is performed in a second step S2, a transmission of a visible light by a source, for example, Ha ¬ lied light. This step S2 is followed by the generation of the necessary for the IR spectroscopy of infrared light, consistent . filter According to the invention will now be the remaining visible light or - not shown - used an additionally introduced visible light as a marker for the resulting on an object IR spot or is left in a third step S3, the visible light from an intentionally ¬ erration.
Diese Aberration wird dann erfindungsgemäß in einem vierten Schritt S4 derart ausgeglichen, dass der erfindungsgemäß durch die Aberration erzeugte Marker fokussiert wird und De¬ ckungsgleich mit dem IR Messfleck auf der Oberfläche des Objekts landet. Etwas detaillierter erläutert als dargestellt heißt das, dass gemäß der Erfindung ein Spot und/oder Fadenkreuz im sichtbaren Bereich eingeblendet wird, um die Positionierung der Spektroskopie-Messsonde zu erleichtern und das dieser Marker nun gemäß Erfindung entweder durch eine Einkopplung in den Strahlengang herbeigeführt wird oder über die absichtlicheThis aberration is then compensated according to the invention in a fourth step S4 in such a way that the marker according to the invention produced by the aberration is focused and De ¬ congruent measuring spot lands on the surface of the object with the IR. Explained in more detail than shown, this means that according to the invention, a spot and / or crosshairs in the visible area is displayed to facilitate the positioning of the spectroscopy probe and this marker is now brought about according to the invention either by a coupling in the beam path or about the intentional
Ausnutzung der chromatischen Aberration. Denkbar ist auch eine Kombination aus beiden Alternativen einzusetzen die noch einmal in einer eher strukturelle Aspekte der Ausführungsva¬ rianten beleuchtenden Zusammenfassung im Folgenden beschrie- ben werden. Exploitation of chromatic aberration. It is also conceivable to use a combination of both alternatives described again in a more structural aspects of Ausführungsva ¬ variants illuminating summary below ben be.
Zunächst liegt beiden Ausführungsbeispielen die typische Si¬ tuation zugrunde, dass Halogenquellen zur IR Beleuchtung ein- gesetzt werden und erfindungsgemäß ausgenutzt wird, dass the¬ oretisch der Teil des Lampenspektrums im sichtbaren Bereich der Abstrahlung verwendet werden kann, um den IR Messfleck zu positionieren. Die Erfindung arbeitet nun nicht gegen die hierbei auftretende chromatische Aberration, die verhindert, dass der IR Messfleck und die ansonsten verzerrenden Anteile sichtbaren Lichts des Messflecks durch das eigentlich unnöti¬ ge sichtbare Licht in ihrem Fokus (Durchmesser radial und Po¬ sition axial) nicht übereinstimmen, sondern macht sich dies sogar zunutze bzw. provoziert dies sogar bewusst. First, both embodiments, the typical Si ¬ situation that underlies halogen sources for IR illumination on are set and is exploited according to the invention that the part of the lamp ¬ the spectrum can be used in the visible region of the radiation oretisch to move the IR measurement spot. The invention now not working against the occurring in this case, chromatic aberration which prevents that the IR measurement spot and otherwise distorting portions of visible light of the measurement spot by the fact UNNE ¬ ge visible light in its focus (diameter radially and Po ¬ sition axial) do not match but even makes use of this or even deliberately provokes it.
Bei der ersten Variante, die beispielsweise ein Fadenkreuz oder Kreis auf der Oberfläche erzeugen, wird in den Strahlengang der Spektroskopiebeleuchtung koaxial ein zusätzlicher Markierungsstrahl, wahlweise ausgeführt als Kreis oder sich schneidende Linien, eingeführt werden, der eine Hilfsmarkie¬ rung für den Operateur ergibt. In the first variant, which produce, for example, a reticle or circle on the surface, into the beam path of the spectroscopy lighting coaxially, an additional marker beam, optionally implemented as a circle or intersecting lines can be introduced, which gives a Hilfsmarkie ¬ tion for the surgeon.
Wenn man einen Kaltlichtfilter entsprechend ausführt, kann diese Markierung sogar ohne weiteres Bauteil und ohne zusätz¬ lichen Strahl ausgeführt werden. Dazu kann der Filter beispielsweise einen Bandpass im sichtbaren Spektrum, beispiels¬ weise im grünen oder roten Bereich, erhalten und für die Struktur des zu projizierenden Musters nutzen. Wenn man fer- ner die Optik für diese Wellenlänge zur Markierung passend chromatisch korrigiert, dann kann ein laterales bzw. axialer Offset minimiert bzw. vermieden werden. When executing a dichroic filter in accordance with this marking can be carried out without a further component, and without additional ¬ union beam. For this, the filter can, for example, a bandpass filter in the visible spectrum, example ¬, in green or red region, and use it for the structure of the pattern to be projected. Furthermore, if the optics for this wavelength are suitably chromatically corrected for the marking, then a lateral or axial offset can be minimized or avoided.
Bei der zweiten Variante wird der Effekt ausgenutzt, dass sichtbares Licht und IR Strahlung von unterschiedlichen Abbildungselementen unterschiedlich gebrochen werden, d.h. es geschieht chromatische Aberration. Diese Aberration zwingt dazu, den Lichtspot bzw. in der umgekehrten Logik den IR Strahl geeignet unscharf zu stellen damit dann wiederum der IR Spot scharf ist und ein optimales Signal liefern kann. Bringt man gemäß Ausgestaltung eine geeignete Optik in den Strahlengang ein, so kann der Lichtfleck im Sichtbaren vor der letzten Linse der Optik erfindungsgemäß bewusst einer Verzerrung überlassen werden, so dass sich durch die chromatische Aberration des letzten Elements wiederum eine perfekte Überlagerung von IR Strahlung und sichtbarem Anteil ergibt. Somit ist dann der IR Messfleck scharf fokussiert, wenn dies auch für den sichtbaren Fokus zutrifft. In the second variant, the effect is exploited that visible light and IR radiation from different imaging elements are broken differently, that is, there is chromatic aberration. This aberration forces the light spot or, in reverse logic, to set the IR beam appropriately so that the IR spot is sharp again and can deliver an optimal signal. If, according to the embodiment, a suitable optic is introduced into the beam path, then the light spot in the visible in front of the last lens of the optic can consciously become one Distortion can be left, so that the chromatic aberration of the last element again results in a perfect superposition of IR radiation and visible portion. Thus, the IR spot is then sharply focused, although this is also true for the visible focus.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel des Verfahrens, oder beschriebenen (Anordnungs- ) Varianten eingeschränkt. Vielmehr umfasst sie alle Kombinationen und Ausge- staltungsvarianten, die durch die Ansprüche gegeben sind und dabei eines oder mehrere der folgenden Merkmale/Vorteile auf¬ weisen : The invention is not limited to the illustrated example of the method, or described (arrangement) variants. Rather, it includes all combinations and excluded staltungsvarianten which are given by the claims and thereby have one or more of the following features / advantages ¬:
Optische Anordnung zur Überlagerung der Lichtstrahlen Optical arrangement for superimposing the light beams
Vermeintliche Defokussierung des Lichtflecks damit der IR-Spot optimiert wird Alleged defocusing of the light spot so that the IR spot is optimized
Optimierung anhand der Signalstärke des IR-Nutzsignals Optimization based on the signal strength of the IR useful signal
Vorhalten der Position des IR Messflecks mit Hilfe einerHold the position of the IR spot with the help of a
Markierung aus sichtbarem Licht, wobei dies seine Vorteile noch weiter entfalten kann, wenn die optischen Eigenschaften der zu untersuchenden Probenoberfläche möglichst genau bekannt sind This can be further developed if the optical properties of the sample surface to be examined are known as accurately as possible

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Betreiben eines, insbesondere Nah-, Infrarot-Spektroskops zur medizinischen Anwendung, insbesondere in der minimalinvasiven Chirurgie, bei der a) als eine erste Quelle für das infrarote Licht, eine zumin¬ dest teilweise im sichtbaren Wellenlängenbereich Licht abgebende Lichtquelle genutzt wird, b) das von der ersten Quelle abgegebenes sichtbares Licht durch eine erste Manipulationseinrichtung derart manipuliert wird, dass als erstes Ausgangssignal der Manipulationsein¬ richtung ein zu einem Strahl geformtes einen festgelegten infraroten Wellenlängenbereich aufweisendes Licht abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass c) sichtbares Licht im Strahlengang derart manipuliert wird, dass bei Auftreffen des infraroten Lichts auf eine Oberfläche auch zumindest Teile des manipulierten Lichts derart auf die Oberfläche treffen, dass sie auf der Oberfläche eine sichtba¬ re erste Form ausbilden, die stets in einem festgelegten Be- zug zu einer durch das infrarote Licht auf der Oberfläche ausgebildeten nicht sichtbaren zweiten Form steht. 1. A method for operating a, in particular near-infrared spectroscope for medical use, particularly in minimally invasive surgery, in which a) as a first source for the infrared light, an at ¬ least donating partly in the visible wavelength range of light light source is used , b) the visible light emitted by the first source is manipulated by a first manipulation device in such a way that a light having a defined infrared wavelength range is emitted as the first output signal of the manipulation device , characterized in that c) visible light in the Optical path is manipulated such that upon impact of the infrared light on a surface and at least parts of the manipulated light hit the surface in such a way that they form a sichtba ¬ re first form on the surface, always in a fixed reference to a through the infrared light t is formed on the surface formed invisible second form.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Form durch einen mit der ersten Manipulationseinrichtung funktional verbundenen und betriebenen Filter erzeugt wird. 2. Method according to the preceding method, characterized in that the first shape is generated by a functionally connected to the first manipulation device and operated filter.
3. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter als Licht im sichtbaren Licht- spektrum, insbesondere Licht aus dem roten und/oder grünen3. Method according to the preceding claim, characterized in that the filter as light in the visible light spectrum, in particular light from the red and / or green
Spektralbereich, durchlassenden Bandpass ausgestalteten Kaltlichtfilter mit der Manipulationseinrichtung funktional verbunden und betrieben wird. Spectral range, passing bandpass configured cold light filter is operatively connected to the manipulation device and operated.
4. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Manipulationseinrichtung betriebene Optik derart auf den Filter abgestimmt ist, dass ei- ne chromatische Korrektur des durgelassenen Lichts erfolgt. 4. Method according to the preceding claim, characterized in that the optics operated in the manipulation device are tuned to the filter in such a way that a chromatic correction of the dimmed light takes place.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine zweite Quelle als Manipulati¬ on des sichtbaren Lichts in den Strahlengang, insbesondere koaxial, ein zusätzlicher Lichtstrahl eingespeist wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an additional light beam is fed by a second source as Manipulati ¬ on the visible light in the beam path, in particular coaxially.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, derart ausgestaltet, dass das sichtbare Licht derart manipuliert wird, dass es einer vorsätzlichen chromatischen Aberration derart ausgesetzt wird, dass nach Durchlaufen einer im Strahlengang als letztes angeordneten Linse, die erste Form scharf fokussiert auf der Oberfläche abgebildet wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, configured such that the visible light is manipulated such that it is exposed to a deliberate chromatic aberration such that after passing through a last arranged in the beam path lens, the first form sharply focused on the surface imaged becomes.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Manipulation derart erfolgt, dass die erste Form sich als Kreis und/oder sich kreuzende Linien auf der Oberfläche abbildet. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the manipulation takes place such that the first shape is formed as a circle and / or intersecting lines on the surface.
8. Spektroskop, insbesondere Nah-, Infrarot-Spektroskop zur medizinischen Anwendung, insbesondere in der minimalinvasiven8. spectroscope, in particular near-infrared, infrared spectroscope for medical use, especially in the minimally invasive
Chirurgie, bei der a) als eine erste Quelle derart ausgestaltet ist, dass für das infrarote Licht, eine zumindest teilweise im sichtbaren Wellenlängenbereich Licht abgebende Lichtquelle genutzt wird, und derart ausgestaltet ist, dass b) das von der ersten Quelle abgegebene sichtbares Licht durch eine erste Manipulationseinrichtung derart manipuliert wird, dass als erstes Ausgangssignal der Manipulationsein¬ richtung ein zu einem Strahl geformtes einen festgelegten infraroten Wellenlängenbereich aufweisendes Licht abgegeben wird, gekennzeichnet, durch c) dass es mit Mitteln derart ausgestaltet ist, dass sichtba¬ res Licht im Strahlengang derart manipuliert wird, dass bei Auftreffen des infraroten Lichts auf eine Oberfläche auch zu¬ mindest Teile des manipulierten Lichts derart auf die Ober¬ fläche treffen, dass sie auf der Oberfläche eine sichtbare erste Form ausbilden, die stets in einem festgelegten Bezug zu einer durch das infrarote Licht auf der Oberfläche ausge- bildeten nicht sichtbaren zweiten Form steht. Surgery in which a) is designed as a first source such that for the infrared light, a light source emitting light at least partially in the visible wavelength range is used, and configured such that b) the visible light emitted by the first source through a first manipulation device is manipulated in such a way that a light having a predetermined infrared wavelength range is emitted as the first output signal of the manipulation device , characterized by c) that it is designed with means such that sichtba ¬ res light in the beam path is manipulated such that upon impingement of the infrared light in such a way impinge on a surface even at ¬ least parts of the manipulated light onto the upper ¬ area that they form on the surface a visible first form which always stands in a fixed relation to a non-visible second form formed by the infrared light on the surface.
9. Spektroskop nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 8. 9. Spectroscope according to the preceding claim, characterized by means for carrying out the method according to one of claims 2 to 8.
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WO2013165399A2 (en) * 2012-05-01 2013-11-07 Empire Technology Development Llc Infrared scanner and projector to indicate cancerous cells
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