Fluoreszenz-Endoskopie - KARL STORZ Endoskope · Das dahinterstehende Prinzip ist einfach: Die...
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Fluoreszenz-Endoskopie für die Veterinärmedizin
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Fluoreszenzbildgebung
Mit dem erfolgreichen Einsatz der Fluoreszenzbildgebung in klinischen Studien weisen die vielversprechenden Behandlungsergebnisse der Fluoreszenzbildgebung bei Tieren bereits bis in die Chirurgie der Humanmedizin. KARL STORZ bietet deshalb die OPAL1® Technologien sowohl für die Nahinfrarot (NIR/ICG)- und Autofluoreszenz (AF)-Darstellung als auch für die photodynamische Diagnostik (PDD) an. Jede dieser Technologien birgt auch ein großes Potenzial für eine verbesserte Diagnose und Therapie in der Veterinärmedizin.
OPAL1® Technologie NIR/ICGNahinfrarot (NIR)-Fluoreszenz-Cholangiographie mit Indocyaningrün (ICG)
Im Jahr 1852 beschreibt George Gabriel Stokes das Mineral „Fluorit“, das nach Bestrahlung blaues Licht emittiert. Er benannte das Phänomen „Fluoreszenz“ und die mit dieser Fähigkeit ausgestatteten Substanzen „Fluorophore“.
Die Fähigkeit zu fluoreszieren kommt in der Natur häufig vor. Hierfür verantwortlich ist die Energieaufnahmefähigkeit delokalisierter Elektronen in aromatischen Ringstrukturen. Die Lichtenergie versetzt die delokalisierten Elektronen in einen höheren Energiezustand. Beim Zurückfallen der Elektronen in den Grundzustand geben sie die aufgenommene Lichtenergie als Fluoreszenz ab. Dabei ist das abgegebene Fluoreszenzlicht energieschwächer als die aufgenommene „anregende“ Licht-Energie, da ein Teil als Wärme verloren geht.
Abb. 1: Prinzip der Fluoreszenz/Schematisch vereinfachte Darstellung des Prinzips der Fluoreszenz
Anregung Emission
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NE
RG
IE +
Energieverlust / Nichtstrahlender Übergangsprozess
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Aromatische Ringstrukturen sind Hauptbestandteile vieler biologischer Substanzen wie z. B. DNA, Proteine und Zucker. Seit den 1960er Jahren wird ihre Fähigkeit zur Fluoreszenz in der Biowissenschaft und Medizin für die Fluoreszenzbildgebung eingesetzt.
Der älteste bekannte Nahinfrarot (NIR)-Fluoreszenz-Farbstoff in der Medizin, ICG, wurde sowohl als Hilfsmittel zur Darstellung der Anatomie des Lymphsystems als auch zur Tumorerkennung und zur Beurteilung der Durchblutung entdeckt. Daraus ergibt sich das breite Spektrum der Anwendungsmöglichkeiten.
ICG ist ein Arzneimittel, das von der FDA seit 1959 für Herz- und Leberfunktionsprüfungen zugelassen ist. Der Tricarbon-Farbstoff verfügt über ein Anregungsmaximum von λEm = 805 nm und ein Emissionsmaximum von λEx = 835 nm. Hieraus resultiert eine Gewebedetektionstiefe für NIR-Fluoreszenz von bis zu 1 cm.
ICG wird normalerweise intravenös verabreicht. Dort bindet es an Plasmaproteine (Albumin) und verbleibt aufgrund des Größenausschlusses im Blutstrom. Vom Blutstrom wird das ICG zur Leber transportiert, wo es über die Galle in den Zwölffingerdarm ausgeschieden wird. Diese ausschließliche Ausscheidung über die Galle macht es zum idealen Werkzeug für die Identifikation der Gallengänge.
1 Intravenöse Gabe von ICG
2 ICG bindet an Plasmaproteine
3 Visualisierung von ICG in der Blutbahn mit dem KARL STORZ NIR-System
4 NIR-Lampe
Abb. 2: Prinzip des ICG
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Die OPAL1® Technologie NIR/ICG, basierend auf der IMAGE1 S™ Plattform, wird bereits für verschiedenste Anwendungsbereiche in der Veterinärmedizin eingesetzt. Die vier Haupteinsatzgebiete sind:
• Blutperfusionskontrolle
• Lymphatisches Mapping
• Visualisierung anatomischer Strukturen (z. B. Gallengangsdarstellung)
• Tumoridentifikation
Anwendungsbereiche in der Veterinärmedizin
Die folgende Liste ist eine Zusammenfassung der derzeit bekannten NIR/ICG-Anwendungs-gebiete in der Veterinärmedizin:
• Bewertung der Gefäßstruktur
• Lymphatisches Mapping in der Onkologie
• Bewertung lymphatischer Erkrankungen (Chylothorax, Lymphangiektasien, Beurteilung von Lymphödema)
• Gallengangsanatomie und –funktionalität (Risse, Leckagen)
• Tumorrandbestimmung
• Erkennung von Metastasen (vorrangig Leber)
• Lungensegmentdarstellung
• Ureteridentifizierung
• Hautlappen/Transplantat-Viabilitätsüberprüfung
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Die folgenden Beispiele zeigen die vielseitige Verwendung der OPAL1® Technologie für NIR/ICG:
Perfusionsbeurteilung
Abb. 3: Perfusionsprüfung eines thorakoskopischen Brustlymphgangverschlusses mit Hilfe von NIR/ICG
1 Freundlicherweise zur Verfügung gestellt von Michele A. Steffey, DVM, DACVS, University of California at Davis, School of Veterinary Medicine, USA
2 Freundlicherweise zur Verfügung gestellt von Jeffrey J. Runge, DVM, DACVS, University of Pennsylvania, School of Veterinary Medicine, USA
A) Weißlicht B) Perfusionsprüfung mit ICG 1
Erfassung hypervaskularisierter Tumore
Abb. 4: Perfusionsprüfung einer hepatischen Masse im Hund mittels NIR/ICG
A) Weißlicht B) Die hypervaskularisierte Masse hebt sich durch Ihre ICG-Fluoreszenz hervor 2
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2 Freundlicherweise zur Verfügung gestellt von Jeffrey J. Runge, DVM, DACVS, University of Pennsylvania, School of Veterinary Medicine, USA
Erkennung von Metastasen mit OPAL1® Technologie für NIR/ICG
Abb. 5: Erkennung von Metastasen im kranialen Lungenlappen eines Hundes
A) Weißlicht B) Ansammlung von ICG in den Metastasen 2
Visualisierung des Lymphatischen Systems
Abb. 6: Visualisierung des lymphatischen Systems angegliedert an die Cisterna im Bereich der abdominalen Aorta eines Hundes
A) Weißlicht B) Lymphatische Gefäße, dargestellt durch ICG-Fluoreszenz2
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OPAL1® Technologie für NIR/ICG
1 IMAGE1 S™ Kamerasystem brillante FULL-HD-Bildqualität NIR/ICG-Modus + SPECTRA A bieten eine optimale Hintergrundausleuchtung und
Kontrastanhebung bei cyanblauer Fluoreszenzdarstellung
2 NIR/ ICG-Optik Optik zur optimalen Fluoreszenz anregung- und detektion; einsetzbar für Weißlicht-
und NIR/ICG-Applikationen Endoskope in verschiedenen Größen und Abmessungen
3 Kamerakopf 3-Chip-FULL-HD-Kamerakopf mit hoher Auflösung und optimaler
NIR-Lichtempfindlichkeit
4 D-LIGHT P Lichtquelle (Xenon-Lichtquelle) optimales Tageslichtspektrum NIR-Fluoreszenz mit Hintergrundsausleuchtung keine zusätzlichen Sicherheitsvorkehrungen (im Vergleich zum Laser)
5 Autoklavierbares Fiberglas-Lichtkabel
optimale Lichtübertragung im Weißlicht- und NIR-Spektralbereich
Fußschalter schneller Wechsel zwischen Weißlicht- und Fluoreszenzmodus
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Die Lebenserwartung eines Krebspatienten hängt maßgeblich von der Identifikation und vollständigen Entfernung des malignen Gewebes ab. Viele Wissenschaftler versuchen dieses Problem mit spezifischen Tumormarkern anzugehen. Einige der vielversprechendsten Substanzen sind Protoporphyrin-IX-produzierende (PPIX) Substanzen. 5-Aminolävulinsäure (5-ALA) und seine Derivate Hexvix® von Photocure (Cysview® in USA) und Gliolan® von Medac sind Ausgangsstoffe von PPIX in der Häm-Biosynthese. Die Substanzen werden von allen Zellen im Körper aufgenommen und verstoffwechselt. Tumorzellen haben einen Stoffwechseldefekt, der zu einer Anreicherung von PPIX in den Tumorzellen führt. Da PPIX fluoreszierende Eigenschaften besitzt (PPIX-Absorptionsmaximum λEm = 420 nm, Emissionsmaximum λEx = 630 nm), kann bösartiges Gewebe mit Hilfe der PPIX-Fluoreszenz visualisiert werden.
OPAL1® Technologie für Photodynamische Diagnostik (PDD)
Fluoreszenzbildgebung mit 5-Aminolävulinsäure (5-ALA)
Abb. 7: 5-ALA, Hexvix® oder Gliolan® werden in der Häm-Biosynthese zu PPIX umgewandelt
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Zwei Hauptindikationen für die photodynamische Diagnose (PDD) mit Protoporphyrinen sind bekannt: 5-ALA oder Gliolan® wird zur Glioma-Identifikation in der Neurochirurgie genutzt. Hexvix® (Cysview® in USA) wird zur Blasenkrebsfeststellung in die Blase eingeleitet. (Abb. 8).
Indikationen beim Menschen
3 Freundlicherweise zur Verfügung gestellt von Priv.-Doz. Dr. med. Carsten Kempkensteffen, Charité, Universitätsmedizin Berlin
Abgrenzung von Blasentumoren mit Hilfe der Photodynamischen Diagnostik
Abb. 8: Fluoreszenz-Diagnose eines Blasentumors mit Hexvix®
A) Weißlicht B) PDD-Modus mit der OPAL1® Technologie basierend auf der IMAGE1 STM 3
Abb. 9: Fluoreszenz-Diagnostik eines Glioblastoms mit Gliolan®
A) Weißlicht B) PPIX angereichertes Glioblastom, Glioblastom (Rot) 4
4 Freundlicherweise zur Verfügung gestellt von Prof. Potapov, Burdenkow Neurosurgical Institute Moscow, Russland
Gioblastom-Darstellung mittels Fluoreszenz
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OPAL1® Technologie für PDD
1 TRICAM® SL II Kamerasystem brillante Bildqualität
2 PDD-Optik Optik für optimale Anregung und Erkennung der Fluoreszenz,
sowohl für Weißlicht- als auch PDD-Anwendungen geeignet
3 TRICAM® PDD 3-Chip-Kamerakopf zur photodynamischen Frühdiagnostik PDD in Kombination
mit Lichtquelle D-LIGHT C
4 D-LIGHT C Lichtquelle (Xenon-Lichtquelle) Bestes Tageslichtspektrum Filter variabel einstellbar Keine zusätzlichen Sicherheits messungen (im Vergleich zum Laser)
5 Fluid-Lichtkabel Optimale Weiterleitung des Weißlichts und der Fluoreszenz
Fußschalter Schnelles Umschalten zwischen Weißlicht- und Fluoreszenzmodus
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Eine andere Verwendung von Fluoreszenz in der Diagnostik ist die intrinsische Autofluoreszenz (AF) von Gewebekomponenten. Die OPAL1® Technologie AF ist spezialisiert auf die Unterscheidung von benignem und malignem Gewebe bei der Bronchoskopie und der Laryngoskopie. Das dahinterstehende Prinzip ist einfach: Die OPAL1® Technologie AF detektiert die grüne Fluoreszenz von Flavinen in der benignen Mukosa. Malignes Gewebe wie Bronchial- oder Laryngealkarzinome werden durch einen Mangel an Fluoreszenz identifiziert, da ihre kompakte Struktur die Autofluoreszenz der darunterliegenden gesunden Mukosa abschirmt.
OPAL1® Technologie AF
Zur Differenzierung zwischen benignem und malignem Gewebe
Abb. 10: Prinzip der Autofluoreszenz
Mukosa
Submukosa
Licht
CIS
Autofluoreszenz
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Das Autofluoreszenz-Verfahren (AF) macht schon frühe maligne Veränderungen gegenüber benignem Gewebe sichtbar. Das Autofluoreszenz-Verfahren gründet auf der Tatsache, dass sich in der Submukosa Substanzen befinden, die durch Licht einer bestimmten Wellenlänge zur Fluoreszenz angeregt werden. Pathologische Befunde stellen sich als dunkle Stellen vor einem apfelgrünen Hintergrund (Normalgewebe) dar.
Mit Blaulicht und speziell abgestimmtem Equipment lässt sich bei der Untersuchung visualisieren, was unter herkömmlichem Weißlicht nicht sichtbar ist. Dazu wird Licht eines speziellen Spektralbereiches über ein nahezu verlustfreies Lichtleitersystem in den Körper geleitet. Der große Vorteil dieser Technologie besteht darin, dass keine Markersubstanzen erforderlich sind.
OPAL1® Technologie AF in der Veterinärmedizin
Abb. 11: Anwendungsbeispiele AF-Bronchoskopie 5
A) Weißlicht B) AF-Modus
A) Weißlicht B) AF-Modus
5 Freundlicherweise zur Verfügung gestellt von Dr. Stanzel, Lungenklinik Hemer, Deutschland
Fluoreszenzdarstellung mittels verschiedener Endoskope
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OPAL1® Technologie AF
1 TELECAM SL II FI Kamerasystem brillante Bildqualität
2 AF-Videobronchoskop Optik für optimale Anregung und Erkennung der Fluoreszenz,
sowohl für Weißlicht- als auch AF-Anwendungen geeignet
3 D-LIGHT C/AF Bestes Tageslichtspektrum Filter variabel einstellbar Keine zusätzlichen Sicherheits messungen (im Vergleich zum Laser)
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PDD
D-LIGHT C / AF 20 1336 01-1/ 20 1336 01-133
D-LIGHT P 20 1337 01-1
IMAGE1 S™ H3-Z FI TH 102
IMAGE1 S™
System
IMAGE1 S CONNECT™ TC 200
IMAGE1 S™ H3-LINK TC 300
VITOM® II PDD 20 9160 25 AIA
28272 UGN / CN28272 HC
28172 HR / HM
VITOM® II ICG 20 9160 25 AGA28272 UGN / CN
28272 HC28172 HR / HM
Folgt in Kürze: IMAGE1 S™ HX FI / HX-P FI
TH 112 / TH 113
AF
D-LIGHT C / AF 20 1336 01-133
IMAGE1 S™ HX FI / HX-P FI TH 112 / TH 113
NIR / ICG*
HOPKINS® Optik 27005 AIA / FIA / BIA / CIA
8710 AP, 8711 AP, 8712 AP / BP / CP 7230 AP / BP / FP
HOPKINS® Optik 8710 AP / 8711 AP / 8712 AP /BP / CP
7230 AP / BP / FP10320 AP / BP / DP
26003 AIA / BIA26003 AGA / BGA
8710 AGA / 8711 AGA
Fluid-Lichtkabel 495 FS / FO / FP / FR
Fluid-Lichtkabel 495 FS / FO /FP /FR
Fiberglas-Lichtkabel 495 NAC /NCSC /TIP /NCS / VIT
HOPKINS® Optik 26003 ACA / BCA / AGA / BGA8710 AGA / 26046 ACA / BCA
8711 AGA
OPAL1® Technologien
Cysto-Urethro-Fiberskop 11272 CI1 / CIU1
IMAGE1 S™ X-LINK TC 301
IMAGE1 S™ X-LINK TC 301
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CU
Folgt in Kürze: Video-Cysto-Urethroskop
11272 VPI / VNI oder 11272 VPIU / VNIU Adapter TC 001
* Demonstrationskarte NIR / ICG 96240726
Folgt in Kürze: Video-Bronchoskop
11900 AP / AB Adapter TC 001
AF-Broncho-Fiberskop 11001 / 11004 / 11009 BI1
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TRICAM® System
PDD ICG
D-LIGHT C/ 20 1336 01-1 D-LIGHT P/ 20 1337 01-1
TELECAM System für PDD- & AF-Videoendoskope
TELECAM SL II FI CCU 20 2130 11-1
Vide
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Fibe
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Video-Cysto-Urethroskop 11272 VPI/VNI
Video-Bronchoskop 11900 AP/AN
AF-/PDD-Broncho-Fiberskop 11001/11004/11009 BI1
VITOM® II PDD 20 9160 25 AIA28272 UGN/CN
28272 HC28172 HR/HM
VITOM® II ICG 20 9160 25 AGA28272 UGN/CN
28272 HC28172 HR/HM
AF
D-LIGHT C/AF /20 1336 01-133
TRICAM® SL II CCU 20 2230 11-1
TRICAM® PDDDrei-Chip-Pendel-Kamerakopf/
Drei-Chip-Kamerakopf20 2210 39/20 221037
TRICAM® PDDDrei-Chip-Kamerakopf
20 2210 37
TRICAM® PDDDrei-Chip-Kamerakopf
20 2210 37
Fluid-Lichtkabel 495 FS/FO/FP/FR
HOPKINS® Optik 27005 AIA/FIA/BIA/CIA
8710 AP, 8711AP, 8712 AP/BP/CP 7230 AP/BP/FP, 26003 AIA/BIA
HOPKINS® Optik 8710 AP/8711 AP/ 8712 AP/BP/CP
7230 AP/BP/FP 10320 AP/BP/DP
26003 AIA/BIA26003 AGA/BGA
8710 AGA/8711 AGA
Fluid-Lichtkabel 495 FS/FO/FP/FR
Fiberglas-Lichtkabel 495 NAC/NCSC/TIP
HOPKINS® Optik 26003 ACA/BCA/AGA/BGA
8710 AGA/8711 AGA
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D-LIGHT P
modifizierbar für verschiedenen Fluorophore
Filter für folgende Fluorophore sind verfügbar:
GFP, tdTomato / DsRed, CY5, Methylene blue, 5-ALA / PDD, ICG / NIR, AF, RFP / mCherry, CY7, Fluorescein blue
66100 M1 Modifizierte D-LIGHT P VET M1, mit eingebautem Spezialfilter, Hochleistungs-lichteinheit zur Perfusionskontrolle, Autofluoreszenz und zur endoskopischen Standarddiagnostik, mit einer 300-Watt-Xenonbirne und einem KARL STORZ Lichtkabelanschluss, Betriebsspannung 100 – 125/220 – 240 VAC, 50/60 Hz, zur Verwendung mit Aufsteckfiltern und Spezialendoskopen für die Autofluoreszenz im Veterinärbereich einschließlich: Kaltlicht-Fontäne D-LIGHT P Netzkabel Einpedal-Fußschalter, digital, einstufig Demokarte Fluorescence Imaging
66100 M2 Desgleichen, mit zwei eingebauten Spezialfiltern
66100 M3 Desgleichen, mit drei eingebauten Spezialfiltern
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60 1000 36 Aufsteckfilter für RFP/mCherry
60 1000 38 Aufsteckfilter für tdTomato
60 1000 37 Aufsteckfilter für GFP
60 1000 39 Aufsteckfilter für CY7
60 1000 41 Aufsteckfilter für CY5/methylene blue
60 1000 40 Aufsteckfilter für ICG
20 1000 33 Fluoreszein-Sperrfilter
20 1000 34 Aufsteckfilter für 5-ALA/PDD
20 1000 35 Aufsteckfilter für AF
Aufsteckfilterzur Verwendung mit Standard-Okular und Lichtquelle D-LIGHT P
Bitte beachten:
Fluoreszenz mit den oben genannten Stoffen ist möglicherweise nicht kompatibel mit der IMAGE1 S™ Plattform. Bitte kontaktieren Sie KARL STORZ für weitere Informationen.
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Termine für geplante Workshops finden Sie unter: http://go.karlstorz.com/eventsVET
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Literatur – NIR/ICG
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Literatur – PDD
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