Elektrooptische Sonde

Die Erfindung betrifft eine elektrooptische Sonde, die insbe ^¬ sondere bei einer endoskopischen Untersuchung verwendet werden kann.

Bei endoskopischen Untersuchungen eines Patienten ist es erforderlich, das Gewebe makroskopisch wie mikroskopisch zu untersuchen, um krankheitsspezifische Gewebeveränderungen feststellen zu können. Eine zuverlässige Gewebeklassifizierung ist dabei wichtig für eine richtige und rechtzeitige Behand ^¬ lung einer bestehenden oder sich entwickelnden Krankheit.

Endoskopische Gewebeuntersuchungen werden hauptsächlich unter Zuhilfenahme von bildgebenden Systemen durchgeführt. Hierbei wird eine optische oder faseroptische Bildübertragung von der Endoskopspitze zu einer Kamera genutzt, um die lokale Umge ^¬ bung der Endoskopspitze auf einem Monitor darzustellen. In einigen Systemen können zur Beleuchtung Lichtquellen mit unterschiedlichen optischen Filtern eingesetzt werden, um die Reflektions- und Streueigenschaften des Gewebes in unterschiedlichen spektralen Bändern darzustellen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sonde anzugeben, bei der die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit von Messergebnissen erhöht ist.

Diese Aufgabe wird durch einen Sensor mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der erfindungsgemäße Sensor ist zur Verwendung in einer Vorrichtung zur Durchführung minimalinvasiver Maßnahmen im Inneren des Körpers eines Patienten ausgestaltet. Er weist we ^¬ nigstens einen ersten Lichtwellenleiter auf. Der erste Licht- Wellenleiter wiederum weist wenigstens eine erste elektrisch leitfähige Beschichtung auf.

Der erfindungsgemäße Sensor ermöglicht es, eine Kombination mehrerer unterschiedlicher Messmethoden zu verwenden. Die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit von Gewebeuntersuchungen kann mittels dieser unterschiedlichen Messmethoden erhöht werden. Mit dem erfindungsgemäßen Sensor können dabei elektrische und optische Messmethoden kombiniert werden, um z.B. kontaktkraftabhängige Beeinflussungen der elektrischen Impedanzmesswerte zu kompensieren oder/und die Unterscheidung zwischen verschiedenen malignen Gewebestadien zu verbessern.

Als Lichtwellenleiter kommt bevorzugt eine flexible optische Faser zum Einsatz. Diese wird insbesondere zur Beleuchtung und gleichzeitigen optischen Detektion benutzt. Hierfür wird über eine geeignete Koppeleinheit, beispielsweise einem die ^¬ lektrischen Strahlteiler, Strahlteilerwürfel, Polarisator, Schmelzkoppler oder Schliffkoppler, Licht in den Lichtwellen- leiter eingekoppelt und zur Sensorspitze geführt. Vom Gewebe reflektiertes, gestreutes, durch nichtlineare Prozesse er ^¬ zeugtes oder Fluoreszenzanregung emittiertes Licht wird von der Fasersonde erfasst. An der Koppeleinheit erfolgt eine räumliche oder polarisationsoptische Aufteilung des einge- strahlten und des zurückgestrahlten Lichtes. Dann wird in einer geeigneten Erfassungseinheit das zurückgestrahlte Licht über seine Intensität, spektrale Eigenschaften, Polarisation oder dem zeitlichen Verlauf unter Berücksichtigung bekannter Faktoren wie die Fluoreszenzantwort oder spektrale Charakte- ristik der Lichtquelle ausgewertet.

Die ebenfalls vorhandene elektrisch leitfähige Beschichtung, die beispielsweise aus Gold bestehen kann, dient als Zufüh ^¬ rung von elektrischen Signalen. Hiermit kann beispielsweise der spezifische Widerstand von Gewebe oder dessen Frequenzab ^¬ hängigkeit ermittelt werden. Diese wiederum können als zu ^¬ sätzliches Messsignal bei der Auswertung der optischen Mess ^¬ signale berücksichtigt werden. Dazu ist zweckmäßig die elek- trisch leitfähige Beschichtung elektrisch mit einer Auswerte- und Steuereinheit zu koppeln, welche die elektrischen Signale in die Beschichtung ein- und auskoppeln kann. In einer vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung weist die Sensorspitze eine Elektrodenspitze auf. Diese dient dazu, geringfügig in zu untersuchendes Gewebe einzudringen. Die Elektrodenspitze ist dabei in einer bevor ^¬ zugten Ausführung an das zu untersuchende Gewebe in ihrer Art, Größe, Eindringtiefe oder anderen Eigenschaften ange- passt. So kann die Elektrodenspitze beispielsweise als Nadel, stumpfe Nadel, gefaster Zylinder oder Halbkugel ausgestaltet sein . Die Elektrodenspitze ist zweckmäßig mit der ersten elektrisch leitfähigen Beschichtung elektrisch gekoppelt. Diese Kopplung kann beispielsweise durch leitfähige Halbschalen erfolgen, an deren einem Ende die Elektrodenspitze und an deren anderem Ende Schalen zur Aufnahme des Lichtwellenleiters angebracht sind. Dieses Vorgehen bietet den Vorteil, die leitfähige Fa ^¬ serbeschichtung und die Elektrodenspitze aus unterschiedli ^¬ chem Material anfertigen zu können. So kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung die Elektrodenspitze beispielsweise aus Platin gefertigt sein. Hiermit kann die Elektrodenspitze an die elektrochemischen Eigenschaften des Gewebes angepasst werden. Die elektrische Kontaktierung selbst kann dabei durch Fügen, Crimpen, Löten oder auf andere Weise hergestellt werden . In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Elektrodenspitzen federnd gelagert. Hierdurch wird vorteilhaft ein zu tiefes Eindringen in das Gewebe verhindert und die Elektrode mit einer reproduzierbaren Kontaktkraft in Kontakt mit dem zu untersuchenden Gewebebereich gebracht.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Sensor Mittel auf ^¬ weist, um eine Elektrolytlösung auf eine zu untersuchende Ge ^¬ webestelle aufzubringen. Diese Elektrolytlösung stellt einen definierten Übergangswiderstand zwischen dem Gewebe und den Elektrodenspitzen her.

Als Gegenelektrode kann beispielsweise ein Endoskop, in dem der Sensor verwendet wird, oder eine weitere Elektrode die ^¬ nen, die in ein solches Endoskop eingeführt wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Lichtwellenleiter mehrere, durch Isolationsschich- ten elektrisch getrennte, leitfähige Schichten auf. Diese um ^¬ geben einander bevorzugt schalenförmig. Sie dienen wiederum zur Signalzuführung und zur Detektion der elektrischen Antwort. Vorteilhaft kann hierbei durch eine zusätzliche Struk ^¬ turierung der Beschichtungen sogar Einfluss auf die kapaziti- ven und induktiven Eigenschaften der Faserbeschichtung genommen werden. Damit kann der Einfluss der Zuleitung auf das Messergebnis optimiert werden. Es ist zweckmäßig, wenn in diesem Fall mehrere Elektrodenspitzen vorgesehen sind, die jeweils mit einer der leitfähigen Schichten elektrisch gekop- pelt sind. Hierdurch werden Messungen mit mehreren Elektroden ermöglicht, wodurch sich störende Zuleitungseffekte unterdrü ^¬ cken lassen.

Der Sensor kann in einer weiteren Ausgestaltung auch mehrere Lichtwellenleiter umfassen. Dabei sind bevorzugt wenigstens zwei der Lichtwellenleiter mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen. Dabei ist es wiederum zweckmäßig, wenn jeder der Lichtwellenleiter elektrisch von den anderen Lichtwellenleitern isoliert ist.

Es ist vorteilhaft, wenn an der faseroptischen Sondenspitze optische Elemente zur Strahlformung eingesetzt werden. Durch beispielsweise Gradientindexlinsen (GRIN-Linsen) , Mikrolinsen oder geeignet geformte Faserspitzen kann eine Fokussierung der eingekoppelten Strahlung erreicht werden, um lokal die eingestrahlte Intensität zu erhöhen. Das kann wiederum bei intensitätsabhängigen Methoden wie Fluoreszenzanregung oder Second Harmonie Generation von Vorteil sein. Der Faserkern- durchmesser kann wiederum ebenfalls den speziellen Erfordernissen angepasst werden. Bei der Zuführung von Laserstrahlung beispielsweise kann zur Zuführung eine verlustarme Monomode- faser, auch polarisationserhaltend, eingesetzt werden, wobei zur Detektion eine oder mehrere Fasern mit größerem Kerndurchmesser (Multimodefasern) , eingesetzt werden können. In einer vorteilhaften Ausführung können durch die Multimodefa- ser sowohl Fluoreszenzlichtanteile oder Second-Harmonic- Strahlung detektiert werden als auch Reflexionsmessungen mit ultravioletter oder sichtbarer Strahlung durchgeführt werden. Bevorzugt ist jede der elektrisch leitfähigen Beschichtungen mit je einer Elektrodenspitze ausgestattet.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird durch eine geeignete Führung der Fasern, beispielsweise ein Verdrillen von jeweils zwei Fasern (twisted pair) , der Störeinfluss der elek ^¬ trischen Zuleitungen verringert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Sensor mit einem oder mehreren Permanentmagneten ausgestaltet werden. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass der Sensorkopf über externe magnetische Felder steuerbar ist.

Der Sensor ist auch als Implantat verwendbar. Dafür wird er mit einer Batterie hoher Kapazität oder einem Akkumulator sowie einer induktiven Lademöglichkeit ausgestattet. Weiterhin wird zweckmäßig eine drahtlose Sende- und Empfangseinheit eingebaut sein. Ein solches Implantat kann beispielsweise Stoffwechselvorgänge kontinuierlich überwachen.

Bevorzugte, jedoch keinesfalls einschränkende Ausführungsbei ^¬ spiele für die Erfindung werden nunmehr anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Dabei sind die Merkmale sche ^¬ matisiert dargestellt. Es zeigen

Figur 1 ein erstes Endoskop mit einer optischen Faser mit

elektrisch leitfähiger Beschichtung, Figur 2 ein zweites Endoskop mit einer optischen Faser mit zwei elektrisch leitfähigen Beschichtungen,

Figur 3 ein drittes Endoskop mit zwei optischen Fasern mit jeweiliger elektrisch leitfähiger Beschichtung, Figur 4 einen Systemaufbau für ein Endoskop mit zwei opti ^¬ schen Fasern.

Figur 1 zeigt stark schematisiert Schnitte durch einen Endo- skopaufbau eines ersten Endoskops 10. Das erste Endoskop 10 weist einen Endoskopmantel 1 auf, der eine Gegenelektrode um- fasst. Der Endoskopmantel 1 des ersten Endoskops 10 umhüllt einen Arbeitskanal 2. Der Arbeitskanal 2 ist so gestaltet, dass ein Sensor einführbar ist.

Der Sensor umfasst dabei eine optische Faser 5, in diesem Fall mit einem Kerndurchmesser von 4 μπι bis 600 μπι. Weiterhin umfasst der Sensor eine elektrisch leitfähige Faserbeschichtung 6 aus Gold. Die Faserbeschichtung 6 umgibt die optische Faser 5. Im Bereich eines Endes der optischen Faser 5 ist eine Elektrodenspitze 4 vorgesehen. Die Elektrodenspitze befin ^¬ det sich in elektrischem Kontakt mit der Faserbeschichtung 6. Zweckmäßig ragt die Elektrodenspitze 4 etwas über das Ende der optischen Faser 5 hinaus, damit ein geringfügiges Ein ^¬ dringen in zu vermessendes Gewebe möglich ist.

Die optische Faser 5, die Faserbeschichtung 6 sowie Teile der Elektrodenspitze 4 sind von einer Isolation 3 umgeben. Die Isolationsschicht 3 wiederum ist von einem Sondenmantel 7 um ^¬ geben, der speziell zur Einführung in den Arbeitskanal des ersten Endoskops 10 ausgestaltet ist. Die ganze Sonde misst dabei beispielsweise 2 bis 2,5 mm im Durchmesser.

Figur 2 zeigt ein zweites Endoskop 20 ebenfalls in zwei

Schnittdarstellungen. Das zweite Endoskop 20 weist einen kom- plexeren Aufbau des Sensors auf. Wie beim ersten Endoskop 10 weist hier der Sensor die Elemente des Sondenmantels 7, der elektrisch leitfähigen Faserbeschichtung 6, einer optischen Faser 5, einer Elektrodenspitze 4 und einer Isolation 3 auf. Im Gegensatz zum Sensor des ersten Endoskops 10 ist hier jedoch die elektrisch leitfähige Faserbeschichtung 6 von einer Isolierschicht 21 umgeben. Diese Isolierschicht 21 wiederum ist von einer zweiten leitfähigen Faserbeschichtung 22 umge- ben. Die zweite leitfähige Faserbeschichtung 22 ist elektrisch mit einer zweiten Elektrodenspitze 23 gekoppelt. Das zweite Endoskop 20 weist also einen Sensor mit zwei elek ^¬ trisch voneinander isolierten Elektroden auf. Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel in Form eines dritten Endoskops 30. Dieses ist in Teilen analog zu den ers ^¬ ten beiden Endoskopen 10, 20 aufgebaut. Der Sensor umfasst wieder eine Isolation 3, eine optische Faser 5, eine elektrisch leitfähige Faserbeschichtung 6 auf der optischen Faser 5, eine elektrodenspitze 4 und den Sondenmantel 7 auf.

Zusätzlich zur optischen Faser 5 ist im dritten Ausführungsbeispiel innerhalb der Isolation 3 eine zweite optische Faser 31 vorgesehen. Die zweite optische Faser 31 ist analog zur optischen Faser 5 aufgebaut. Sie umfasst eine zweite elekt ^¬ risch leitfähige Faserbeschichtung 33 und eine damit verbundene zweite Elektrodenspitze 32. Wie in Figur 3 ersichtlich, sind dabei die optischen Fasern 5, 31 mit ihren jeweiligen Elektrodenspitzen 4, 32 so punktsymmetrisch innerhalb der Isolation 3 angeordnet, dass eine möglichst optimale Platz ^¬ ausnutzung bei geringem Durchmesser des Sondenmantels 7 erreicht wird. Die Isolation 3 isoliert jeweils die leitfähigen Faserbeschichtungen 6 und 33 gegeneinander. Figur 4 zeigt ein Gesamtsystem für das dritte Endoskop 30.

Die zwei optischen Fasern 5, 31 sind dabei aus dem Arbeitska ^¬ nal 2 des Endoskops herausgeführt und mit weiteren Elementen verbunden. Dabei ist die optische Faser 5 über eine optische Komponente 44 zur Strahlformung und Spektralfilterung oder einem Filterrad mit einer ersten Lichtquelle 43 verbunden.

Die zweite optische Faser 31 ist außerhalb des dritten Endo ^¬ skops 30 mit einem optischen Koppler 48 verbunden. Dieser teilt den Lichtweg auf und führt über zwei weitere optische Komponenten 44 einerseits zu einer zweiten Lichtquelle 42 und andererseits zu einem Detektor 45. Die elektrisch leitfähigen Faserbeschichtungen 6, 33 sind ihrerseits verbunden mit einer Einrichtung zur Signalerzeugung und Detektion für eine Impe- danzmessung 41.

Die Lichtquellen 42, 43, der Detektor 45 und die Einrichtung 41 sind mit einer Steuer- und Auswerteeinheit 46 verbunden, die ihrerseits Messwerte und eine Ergebnisdarstellung 47 aus- gibt.