DE10034251C1

DE10034251C1 - Confocal imaging system for diagnostic imaging of skin has oscillating retroreflector inserted in light path for vertical movement of focal point across skin surface

Info

Publication number: DE10034251C1
Application number: DE2000134251
Authority: DE
Inventors: Guenter Doemens; Anton Schick
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2001-09-06
Anticipated expiration: 2020-07-15

Abstract

The confocal imaging system has a laser for illuminating the skin via a confocal imaging lens and an optoelectronic detector providing a signal representing the light reflected from the skin. An oscillating retroreflector, e.g. a right-angle prism (11), is inserted in the light path for vertical movement of the focal point relative to the skin surface.

Description

Die Erfindung betrifft ein konfokales Abbildungssystem zur Erzeugung von dreidimensionalen Daten von Hautbereichen in verschiedener Tiefe.The invention relates to a confocal imaging system for Generation of three-dimensional data from skin areas in of different depths.

Die Haut wird in ihrer Funktion als stützende Hülle des menschlichen Körpers durch sich ändernde Umweltfaktoren in zunehmenden Maße beansprucht. Ein wesentlicher Stressfaktor ist die Belastung durch UV-Strahlung sowie die Konfrontation mit allergieauslösenden Stoffen. Die Folge ist die Zunahme von Allergie- und Ekzemerkrankungen sowie Krebserkrankungen der Haut. Durch eine frühzeitige Diagnostik und ein damit rechtzeitiges therapeutisches Eingreifen können schwerwiegen de Folgen für den Patienten verhindert werden. Dies trifft vor allem auf Melanome zu, eine der bösartigsten Formen von Hautkrebs, da diese in einem sehr frühen Stadium bereits Me tastasen bilden, Wichtigste Präventionsmaßnahmen sind des halb:
The skin is increasingly being used as a supporting shell for the human body due to changing environmental factors. A major stress factor is exposure to UV radiation and exposure to allergy-causing substances. The result is an increase in allergy and eczema and cancer of the skin. Serious consequences for the patient can be prevented by early diagnosis and thus timely therapeutic intervention. This is particularly true of melanoma, one of the most malignant forms of skin cancer, since it forms metastases at a very early stage. The most important preventive measures are therefore:

- Fast, non-invasive diagnosis on site,
- Non-contact imaging (fluoroscopy) of the skin layer ten,
- Clear diagnostic criteria such as B. recognizing morphological skin changes,
- skin screening,
- Avoid unnecessary skin removal as with the classic biopsy,
- Follow-up for the initiated therapeutic ver drive.

Unabdingbare Voraussetzung ist hierbei die schnelle Bildauf nahme in "Echtzeit". Zum Scannen großer Hautflächen sind we der für den Arzt noch für den Patienten zeitraubende Bildauf nahmezeiten zumutbar. Darüber hinaus können Bewegungen des Patienten und Vorgänge im Inneren der Haut, wie beispielsweise das Pulsieren von Blutgefäßen, die Bildschärfe verringern. Ein Diagnosesystem, welches tolerierbare Zeitaufnahmezeiten aufweist, ist gegenwärtig noch nicht verfügbar.An essential prerequisite for this is the quick image take in "real time". For scanning large areas of skin we are the time-consuming picture for the doctor and for the patient Acceptance times reasonable. In addition, movements of the Patients and processes inside the skin, such as the pulsation of blood vessels that reduce sharpness. A diagnostic system that has tolerable time recording times is not yet available.

Der Beginn von pathologischen Veränderungen der Haut erfolgt häufig in den obersten Hautschichten (Epidermis oder oberer Bereich der Dermis). Ein Einblick in die verschiedenen Schichten der Haut wird von konventionellen Diagnosesystemen jedoch nur bedingt gewährt. Dies betrifft die derzeit gängi gen Diagnosemethoden wie die der Dermatoskopie sowie die Ult raschallverfahren. Da die menschliche Haut erst im nahen Inf rarotbereich des Lichtes transparent wird, ist dem menschli chen Auge ohne optische Hilfsmittel der Blick unter die o berste Hautschicht, die Hornhaut, verwehrt. Bei Ultraschall verfahren liegt das Auflösungsvermögen bei typischerweise 50 µm und ist für eine Frühdiagnostik bei entsprechend kleinen morphologischen sowie zellulären Hautveränderungen deutlich zu gering.The onset of pathological changes to the skin occurs often in the uppermost skin layers (epidermis or upper Area of the dermis). An insight into the different Layers of the skin is used by conventional diagnostic systems however granted only to a limited extent. This affects the currently common diagnostic methods such as dermatoscopy and Ult rapid procedure. Since the human skin only in the near inf The infrared area of the light becomes transparent to human beings chen eye without optical aids the look under the o burst layer of skin, the cornea, denied. With ultrasound method, the resolution is typically 50 µm and is for early diagnosis with appropriately small morphological as well as cellular skin changes clearly too low.

Als Standardverfahren wird zur Diagnose immer noch die klas sische Biopsie eingesetzt. Hierbei wird mit Hilfe einer Stan ze eine Gewebeprobe entnommen und unter großem Zeitaufwand histologisch untersucht. Allerdings bedeutet die Entnahme von Gewebe einen zerstörenden Eingriff, also eine Verletzung der Haut, der zwar örtlich begrenzt ist, aber nicht beliebig oft wiederholbar durchgeführt werden kann.The standard procedure for diagnosis is still class sical biopsy used. Here, with the help of a Stan ze took a tissue sample and took a lot of time histologically examined. However, the removal of Tissue a destructive intervention, i.e. an injury to the Skin that is local, but not as often as you like can be repeated.

Um den Aufbau der Haut visualisieren zu können, d. h. das Streuvermögen von Hautbereichen in verschiedenen Hauttiefen selektiv messen und darstellen zu können, müssen Verfahren angewandt werden, die eine klare Selektion der "Bilder aus verschiedenen Tiefen (der Haut)" ermöglichen. Das wichtigste Verfahren, welches insbesondere im Bereich der Augendiagnos tik bereits angewandt wird, baut auf dem konfokalen Prinzip auf, das in Fig. 2 dargestellt ist. In order to be able to visualize the structure of the skin, ie to be able to selectively measure and display the scattering ability of skin areas at different skin depths, methods must be used which enable a clear selection of the "images from different depths (of the skin)". The most important method, which is already used in particular in the field of eye diagnosis, is based on the confocal principle which is shown in FIG. 2.

Durch die Fokussierung eines Messstrahles wird in einem sehr kleinen punktförmigen Volumenbereich Licht gebündelt. Der Fo kuspunkt kann auf der Hautoberfläche oder in verschiedenen Tiefen der Haut liegen. Das innerhalb dieses Volumenbereiches gestreute Licht wird wiederum auf eine punktförmige Blende abgebildet. Dadurch wird erreicht, dass Streuanteile aus hö her oder tiefer liegenden Bereichen sowie aus angrenzenden Bereichen extrem stark gedämpft werden. Durch sukzessives Ab tasten (Scannen) eines Hautbereiches in allen drei Raumrich tungen kann dadurch die gestreute Lichtintensität punktuell innerhalb eines Hautvolumens gemessen werden und mittels ge eigneter Bildverarbeitung dargestellt werden. In Fig. 2 ist der Intensitätsverlauf des zurückgestreuten Lichtes für eine Relativbewegung zwischen Sensor und der Haut grob skizziert. In dem Höhen-Intensitäts-Diagramm sind verschiedene Maxima eingetragen, die zu verschiedenen benachbart angeordneten Fo kuspunkten mit jeweils verschiedenen Höhenwerten korrespon dieren. Der Intensitätsverlauf beim vertikalen Scannen ist in z-Richtung (Höhe z) durch eine Abfolge von relativen Maxima gekennzeichnet, die durch Streuung an Grenzübergängen von Me dien mit unterschiedlichen Brechungsindices entstehen. Es kann eine Änderung der Dichte der Streuzentren oder deren Größenänderung signifikante Verlaufsänderungen in der Inten sität hervorrufen, die entsprechend auswertbar sind. In Fig. 2 wird für einen z-Wert eine Systemeinstellung wiedergegeben, in der der oberste Intensitätswert im Höhen-Intensitäts- Diagramm mit dem aktuellen Fokuspunkt korrespondiert. In Fig. 2 wird das konfokale Prinzip dargestellt, bei dem konfo kale Blenden eingesetzt werden. Dies gilt sowohl für die Lichtquelle als auch für den Detektor auf der Abbildungssei te. Die von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen werden durch einen Teilerspiegel über ein Objektiv auf ein Objekt geleitet. Das zurückgestreute Licht geht über Objektiv und Teilerspiegel zum Detektor mit konfokaler Blende.By focusing a measuring beam, light is concentrated in a very small point-like volume area. The focal point can be on the surface of the skin or at different depths of the skin. The light scattered within this volume range is in turn imaged on a point-like diaphragm. This ensures that stray portions from higher or lower areas and from adjacent areas are extremely strongly damped. By successively scanning (scanning) a skin area in all three spatial directions, the scattered light intensity can be measured selectively within a skin volume and displayed using suitable image processing. In Fig. 2 the intensity distribution is a rough sketch of the backscattered light for a relative movement between the sensor and the skin. Various maxima are entered in the height-intensity diagram, which correspond to different adjacent focus points, each with different height values. The intensity curve during vertical scanning is characterized in the z direction (height z) by a sequence of relative maxima, which arise from scattering at border crossings of media with different refractive indices. A change in the density of the scattering centers or their size change can cause significant changes in the course of the intensity, which can be evaluated accordingly. In FIG. 2, a system setting is reproduced for a z-value, in the uppermost intensity value in the height of intensity graph with the current focus point corresponds. In Fig. 2, the confocal principle is shown in which confocal diaphragms are used. This applies to both the light source and the detector on the imaging side. The light rays emanating from the light source are directed to an object through a divider mirror via a lens. The backscattered light goes via the lens and divider mirror to the detector with a confocal aperture.

Die Merkmale der konfokalen Technik sind folgende:
The features of the confocal technique are as follows:

- Possible depth discrimination through point detection goal,
- image generation by point-by-point scanning (scanning),
- only areas in focus are shown bright; Stray light from neighboring regions is suppressed.

Die meisten bekannten konfokalen Verfahrensentwicklungen so wie handelsübliche Produkte beruhen auf der lateralen Scan- Technik, d. h. es werden scheibchenweise horizontale Schnitt bilder in verschiedenen Tiefen aufgenommen, gespeichert und die dreidimensionalen Informationen gegebenenfalls mittels Softwarealgorithmen rekonstruiert. Sowohl die Bildaufnahme zeit von typischerweise 50 ms pro "Slice" (pro horizontalem Schnittbild) als auch die rechenintensive Auswertung lassen die Darstellung eines vertikalen Schnittbildes in Echtzeit nicht annähernd zu. In vivo-Anwendungen sind folglich bei diesen konfokalen Scannern schwierig durchzuführen, da Bewe gungen des Patienten und Vorgänge im Inneren der Haut, wie beispielsweise das Pulsieren von Blutgefäßen, die Bildschärfe verringern.Most known confocal process developments like this like commercial products are based on the lateral scan Technology, d. H. there are horizontal slices in slices pictures taken at different depths, saved and if necessary, the three-dimensional information Reconstructed software algorithms. Both the image acquisition time of typically 50 ms per "slice" (per horizontal Sectional view) as well as the computationally intensive evaluation the display of a vertical sectional image in real time not nearly to. In vivo applications are consequently difficult to perform with these confocal scanners because Bewe conditions of the patient and processes inside the skin, such as for example the pulsation of blood vessels, the sharpness of the image reduce.

Die am häufigsten angewandte Scan-Technik basiert auf der Ro tation einer Nipkowscheibe. Auf dieser Scheibe befinden sich spiralförmig angeordnete punktförmige Blenden (pinholes), die den konfokalen Effekt bewirken. Der Flächenanteil der Blenden zur Gesamtfläche beträgt ca. 1/100. Durch die Rotation der Scheibe wird ein Objekt vollständig gescannt. Die Lichtaus beute ist bei diesen Systemen sehr gering, da nur konventio nelle Beleuchtungstechnik, wie beispielsweise Quecksilber- oder Xenon-Hochdrucklampen, angewandt werden kann und nur Licht zum Signal beiträgt, welches durch die Blenden hin durchtritt. Darüber hinaus wird das nutzbare Licht stark ver ringert, da nur der infrarote Anteil des Bogenlampenspektrums in die Haut eindringt. The most commonly used scanning technique is based on the Ro tion of a Nipkow disc. Are on this disc spirally arranged pinholes, the cause the confocal effect. The area share of the panels to the total area is approx. 1/100. By rotating the An object is scanned completely. The lights Loot is very low in these systems, since only conventional lighting technology, such as mercury or high pressure xenon lamps, can be used and only Light contributes to the signal that goes through the bezels passes. In addition, the usable light is greatly reduced wrestles because only the infrared portion of the arc lamp spectrum penetrates the skin.

Ein von der Firma Lucid entwickeltes konfokales Verfahren scannt die Hautoberfläche lateral und vertikal durch Bewegen des Objektives: US 5,788,639. Prinzipiell ist es hierdurch möglich, vertikale Schnittbilder der Haut in Analogie zu Ult raschallbildern aufzunehmen, d. h. die nachträgliche Rekon struktion aus einem dreidimensionalen Datensatz kann entfal len. Nachteilig ist jedoch, dass die große Masse des Objekti ves zum Scannen bewegt werden muss und folglich die erreich bare Datenrate gering ist; beispielsweise beträgt eine Bild aufbauzeit mehr als 10 Sekunden.A confocal procedure developed by Lucid scans the skin surface laterally and vertically by moving of the lens: US 5,788,639. In principle it is because of this possible, vertical sectional images of the skin in analogy to Ult take quick pictures, d. H. the subsequent recon structure from a three-dimensional data set can be omitted len. The disadvantage, however, is that the large mass of the object ves must be moved to scan and consequently the reach bare data rate is low; for example, is an image setup time more than 10 seconds.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abbildungssys tem zur Verfügung zu stellen, mittels dem eine schnelle drei dimensionale Bildaufnahme in Hautbereichen verschiedener Tie fen erzielbar ist.The object of the invention is an imaging system to provide a means by which a quick three dimensional image acquisition in skin areas of different ties fen is achievable.

Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch die Merkmalskombi nation des Anspruches 1.This task is solved by the combination of features nation of claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen können den Unteransprüchen ent nommen werden.Advantageous refinements can be found in the subclaims be taken.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass auf der Grundlage eines konfokalen Abbildungssystems dreidimensionale Daten mit ausreichend schneller Bildaufnahme in verschiedenen Tiefen der Haut erzeugbar sind, so dass eine "in vivo"- Darstellung der Hautbereiche möglich ist. Der Aufbau des kon fokalen Abbildungssystems orientiert sich dabei an der Not wendigkeit zur schnellen Bildaufnahme vertikal zur Hautober fläche. Der während eines vertikalen Abtastvorganges senk recht zur Hautoberfläche in der Haut gemessene Verlauf der zurückgestreuten Lichtintensität wird aufgezeichnet und auf der vertikalen Achse eines Monitors visualisiert. Ein hinrei chend schneller Bildaufbau lässt sich erreichen, indem die Masse von bewegten optischen Bauteilen sehr gering ist, bei spielsweise im Bereich von 10 mg. Als bewegtes optisches Bau teil wird ein Retroreflektor eingesetzt. Durch dessen Bewegung wird der Fokuspunkt vertikal zur Hautoberfläche bzw. vertikal im Hautinneren bewegt. Mit dem bis hierhin Beschrie benen lässt sich an einem Ort der Hautoberfläche eine senk recht nach innen gerichtete Linie punktweise abtasten. Wird nun gleichzeitig der Messstrahl lateral gescannt, wobei die laterale Position auf der horizontalen Achse eines Monitors dargestellt wird, so ist ein vertikales Schnittbild erzeug bar. Der laterale Scanvorgang ist dabei entsprechend langsa mer als der vertikale Scanvorgang. Umgekehrt ist es möglich, den lateralen Scanvorgang schneller als die axiale (vertika le) Bewegung auszuführen.The invention is based on the knowledge that on the Foundation of a confocal three-dimensional imaging system Data with sufficiently fast image acquisition in different Depths of the skin can be generated, so that an "in vivo" Representation of the skin areas is possible. The structure of the con focal imaging system is based on need Maneuverability for fast image acquisition vertically to the upper skin area. The lower during a vertical scan the course of the measured right to the skin surface in the skin backscattered light intensity is recorded and on the vertical axis of a monitor visualized. One there Adequately faster image construction can be achieved by using the Mass of moving optical components is very low for example in the range of 10 mg. As a moving optical construction a retroreflector is used. By moving it the focus point becomes vertical to the skin surface or moved vertically inside the skin. With the description so far can be lowered in one place on the surface of the skin Scan the line pointing inwards on the right. Becomes now simultaneously the measuring beam is scanned laterally, the lateral position on the horizontal axis of a monitor is shown, a vertical sectional view is generated bar. The lateral scanning process is accordingly slow mer than the vertical scanning process. Conversely, it is possible the lateral scanning process faster than the axial (vertical le) perform movement.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht ein rück seitenverspiegeltes Prisma vor, das als Retroreflektor einge setzt wird. Dieses Prisma kann beispielsweise auf einer Stimmgabel montiert sein, um elektromagnetisch in Schwingung versetzt zu werden. In einer anderen Ausgestaltung kann der Retroreflektor auch aus einzelnen synchron schwingenden Spie geln bestehen, die 90° gegeneinander versetzt sind. Eine be vorzugte Frequenz der Schwingung des Retroreflektors liegt bei 2,5 kHz.An advantageous embodiment of the invention sees a rear side mirrored prism in front, turned on as a retroreflector is set. This prism can, for example, on a Tuning fork to be mounted to vibrate electromagnetically to be transferred. In another embodiment, the Retroreflector also from individual synchronously oscillating games gels exist that are offset by 90 °. A be preferred frequency of the vibration of the retroreflector at 2.5 kHz.

Der Einsatz von mikromechanisch hergestellten Spiegeln bietet den Vorteil eines sehr massearmen Bauteiles, so dass hohe Schwingungsfrequenzen realisierbar sind. Die Spiegel schwin gen synchron und sind um 90° gegeneinander angestellt. Der Antrieb erfolgt elektrostatisch.The use of micromechanically manufactured mirrors offers the advantage of a very low-mass component, so that high Vibration frequencies are realizable. The mirrors swing synchronously and are positioned at 90 ° to each other. The Drive is electrostatic.

Zur insgesamt besseren Lichtausbeute ist es zweckmäßig, einen Laser einzusetzen, dessen Licht im nahen Infrarotbereich liegt. Dies begründet sich darauf, dass die Haut für diesen Lichtbereich wesentlich transparenter ist als für Licht in einem anderen Wellenlängenbereich. Somit wird ausgeschlossen, dass die bei einer herkömmlichen Beleuchtung vorhandenen Lichtanteile, die nicht im nahen Infrarotbereich liegen, zu sätzliche Energiebelastung der Haut darstellen, da sie nicht zur Auswertung herangezogen werden können.For overall better light output, it is advisable to use one Use lasers whose light is in the near infrared range lies. This is because the skin is for this Light area is much more transparent than for light in a different wavelength range. It is therefore excluded that existing with conventional lighting Light components that are not in the near infrared range represent additional energy burden on the skin as it does not can be used for evaluation.

Im folgenden werden anhand von schematischen, die Erfindung nicht einschränkenden Figuren Ausführungsbeispiele beschrie ben.The following are schematic, the invention Non-limiting figures described exemplary embodiments ben.

Fig. 1 zeigt den optischen Strahlengang bei einem Prisma, das als Retroreflektor eingesetzt wird, Fig. 1 shows the optical path in a prism that is used as a retroreflector,

Fig. 2 zeigt die Darstellung des der Erfindung zugrunde lie genden konfokalen Prinzips, angewandt auf biologische Gewebestrukturen bzw. teiltransparente Gewebestruktu ren bzw. Hautschichten, Fig. 2 shows the diagram of the inventive constricting lie confocal principle, applied to biological tissue structures or partially transparent Gewebestruktu ren or skin layers

Fig. 3 zeigt eine schematische Anordnung des Prismas im kon fokalen Strahlengang, Fig. 3 shows a schematic arrangement of the prism in the kon focal beam path,

Fig. 4 zeigt ein Konzept für konfokale Optik zur Aufnahme von Vertikalschnitten. Fig. 4 shows a concept for confocal optics for recording vertical sections.

Fig. 2 zeigt, wie erwähnt, das allgemeine konfokale Mess prinzip. Dieses Messprinzip wird auch in der Patentschrift US 5,788,639 beschrieben. Wesentlich dabei ist die Hin- und Her bewegungsrichtung des Objektives 6 in Strahlrichtung. Schnel le Fokusänderungen sind somit an eine schnelle Bewegung des Objektives bzw. hochfrequente Schwingungen gebunden. Eine derartige Schwingung mit dem Objektiv 6 zu verbinden, ist nicht realisierbar. Fig. 2 shows, as mentioned, the general confocal measuring principle. This measuring principle is also described in US Pat. No. 5,788,639. The direction of movement of the objective 6 in the beam direction is essential. Rapid changes in focus are thus linked to rapid movement of the lens or high-frequency vibrations. It is not possible to connect such a vibration to the objective 6 .

Fig. 1 zeigt den Strahlengang in einem Prisma entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung. Diese optische Anordnung, die ein schnelles Bewegen des Fokus vertikal zur Hautoberflä che ermöglicht, ist an einer geeigneten Stelle im Strahlen gang untergebracht. Mit einer fokussierenden Optik, die in Fig. 1 nicht dargestellt ist, wird in einer konfokalen An ordnung von optischen Elementen ein Zwischenbild (Fokus) des Beleuchtungs- und des Detektionsstrahls innerhalb eines rück seitig verspiegelten Prismas erzeugt. Der einfallende Strahl ist stark konvergent, der ausgehende ist divergent. Durch Be wegen des Prismas 11 in Bewegungsrichtung 10 verändert sich die Position des Zwischenbildes 17 innerhalb des Prismas 11 senkrecht zur Bewegungsrichtung 10 des Prismas 11. Diese Zwi schenbildverschiebung wird wiederum in den Objektbereich ab gebildet und folglich wird eine Bewegung des Fokus im Objekt bereich axial zur optischen Achse erzeugt, was in Fig. 3 dargestellt ist. Das am Objekt gestreute Licht durchläuft den Strahlengang in umgekehrter Richtung relativ zum Beleuch tungsstrahl und wird durch einen Teilerspiegel 5 ausgekoppelt und auf einen punktförmigen Detektor 1 fokussiert. Die Dar stellung eines punktförmigen Detektors wird unter Zuhilfenah me einer Blende erzielt. In Fig. 1 sind weiterhin die Rück seitenspiegel 16 des Prismas 11 sowie Hauptstrahlen 13 und Randstrahlen 14, 15 bezeichnet. Fig. 1 shows the beam path in a prism according to an embodiment of the invention. This optical arrangement, which enables a quick movement of the focus vertically to the skin surface, is located at a suitable point in the beam path. With a focusing optics, which is not shown in Fig. 1, an intermediate image (focus) of the illumination and the detection beam is generated within a rear mirrored prism in a confocal arrangement of optical elements. The incident beam is very convergent, the outgoing is divergent. Because of the prism 11 in the direction of movement 10 , the position of the intermediate image 17 within the prism 11 changes perpendicular to the direction of movement 10 of the prism 11 . This inter mediate image shift is in turn formed in the object area and consequently a movement of the focus in the object area is generated axially to the optical axis, which is shown in FIG. 3. The light scattered on the object passes through the beam path in the opposite direction relative to the lighting beam and is coupled out by a divider mirror 5 and focused on a point detector 1 . The representation of a point detector is achieved with the aid of an aperture. In Fig. 1, the rear side mirror 16 of the prism 11 and main rays 13 and edge rays 14 , 15 are also designated.

Das Prisma 11 kann mit entsprechend kurzbrennweitigen Objek tiven sehr klein und leicht ausgebildet werden, beispielswei se 10 mg. Dadurch kann es mit hoher Geschwindigkeit bewegt werden. Indem das Prisma 11 beispielsweise auf eine elektro magnetisch angeregte Stimmgabel montiert wird, können Schwin gungsfrequenzen bis ca. 2,5 kHz erreicht werden. Während ei ner halben Periode der Schwingung wird der vertikale Bildbe reich einmal vollständig gescannt. Die Zeilen bzw. Spalten frequenz kann folglich bis zu 5 kHz betragen und führt bei 500 Zeilen oder Spalten zu einer Bildaufbauzeit von 100 ms. Damit wird der Stand der Technik um 2 Größenordnungen über troffen.The prism 11 can be made very small and light with correspondingly short focal length lenses, for example 10 mg. This allows it to be moved at high speed. By mounting the prism 11 on, for example, an electro-magnetically excited tuning fork, vibration frequencies up to approx. 2.5 kHz can be achieved. The vertical image area is scanned completely once during a half period of the oscillation. The line or column frequency can therefore be up to 5 kHz and leads to an image build-up time of 100 ms with 500 lines or columns. This exceeds the state of the art by 2 orders of magnitude.

Diese Technologie birgt ein hohes Anwendungspotential für die optische Biopsie im dermatologischen Bereich. Vertikale Schnittbilder in das Hautinnere entsprechen der Darstellung der klassischen Biopsie und können in Echtzeit auf einem Mo nitor visualisiert werden. Unter dem Begriff Echtzeit ist in diesem Fall wie üblich zu verstehen, dass eine aktuelle Zu standsanzeige, beispielsweise auf einem Monitor, erzielbar ist, ohne dass Irritationen durch beispielsweise den Pulsschlag des Patienten auftreten. Da die optische Biopsie nicht invasiv ist und folglich keine Wunden- und Narbenbildung durch eine Stanze hervorruft, können große Hautbereiche ges cannt werden.This technology holds a high application potential for the optical biopsy in the dermatological field. vertical Cross-sectional images in the interior of the skin correspond to the illustration classic biopsy and can be viewed in real time on a mon can be visualized. The term real time is in this case as usual to understand that a current To status display, for example on a monitor, achievable without irritation from, for example, the pulse of the patient. Because the optical biopsy is not is invasive and consequently no wound and scar formation caused by a punch, large areas of skin can be canned.

In Fig. 4 wird eine schematische Anordnung für die Anwendung im Bereich der Dermatologie dargestellt. Mit dieser Anordnung ist eine schnelle konfokale vertikale Bilderzeugung möglich. Fig. 3 skizziert einen Strahlengang, der sowohl lateral als auch vertikal eine schnelle Bewegung des Messstrahles ermög licht. Als Lichtquelle dient ein Halbleiterlaser 8 mit einer Lichtquellenlänge im nahen Infrarotbereich, d. h. im Bereich von 700 bis 1500 nm. Bei dieser Wellenlänge ist das Licht in der Lage, besonders tief in die Haut einzudringen.In FIG. 4 is a schematic arrangement is shown for the application in the field of dermatology. With this arrangement, fast confocal vertical imaging is possible. Fig. 3 outlines a beam path that enables rapid movement of the measuring beam both laterally and vertically. A semiconductor laser 8 with a light source length in the near infrared range, ie in the range from 700 to 1500 nm, serves as the light source. At this wavelength, the light is able to penetrate particularly deeply into the skin.

Der in Fig. 4 eingezeichnete Scanspiegel, der sich entspre chend der Pfeilrichtung hin- und herbewegt, ermöglicht die laterale Strahlablenkung des Fokus entlang einer Linie 19 (Linienscan). Gleichzeitig wird durch eine schnelle Bewegung von in Fig. 4 eingezeichneten 90°-Spiegel, die beispielswei se mit 2,5 kHz periodisch bewegt werden, extrem schnell fo kussiert. Das am Objekt gestreute Licht durchläuft den Strah lengang in umgekehrter Richtung relativ zum Beleuchtungs strahl und wird schließlich auf einen punktförmigen Detektor 1 fokussiert. Das Intensitätssignal wird für jede Fokusposi tion gemessen und als Grauwert bzw. Farbe kodiert und auf ei nem Monitor dargestellt.The scan mirror shown in FIG. 4, which moves back and forth in accordance with the direction of the arrow, enables the lateral beam deflection of the focus along a line 19 (line scan). At the same time, a rapid movement of 90 ° mirrors shown in FIG. 4, which are periodically moved, for example, at 2.5 kHz, focuses extremely quickly. The light scattered on the object passes through the beam path in the opposite direction relative to the illumination beam and is finally focused on a point detector 1 . The intensity signal is measured for each focus position and coded as a gray value or color and displayed on a monitor.

Claims

1. Confocal imaging system for recording skin areas at different depths, consisting of:

- a confocal imaging optics for imaging a focal point on or within the skin at predeterminable depths,
a laser ( 8 ) for illuminating the skin via the confocal imaging optics,
- A detector ( 1 ) for detecting the light scattered back from the skin and its optoelectric conversion, and
- A located in the optical beam path and in Rich direction of the optical axis vibrating retroreflector ( 9 ), wherein a movement of the focal point vertically to the skin surface can be generated by an intermediate image in the retroreflector ( 9 ) represents the illumination and the detection beam ons at Vibration of the retroreflector ( 9 ) experiences a shift that can be mapped in the object area.

2. Confocal imaging system according to claim 1, wherein the retroreflector ( 9 ) is a rear mirrored prism.

3. Confocal imaging system according to claim 1, wherein the retroreflector ( 9 ) consists of a unit of 90 ° against each other mirrors.

4. Confocal imaging system according to claim 2 or 3, wherein the prism or the retroreflector each on an e electro-mechanically excited tuning fork are mounted.

5. Confocal imaging system according to claim 1, wherein the retroreflector ( 9 ) consists of 90 ° against each other separate mirrors that vibrate synchronously perpendicular to the respective mirror surfaces.

6. Confocal imaging system according to one of the preceding Claims, wherein the vibration has a frequency of 2.5 kHz having.

7. Confocal imaging system according to one of the preceding claims, wherein the light generated by the laser ( 8 ) is in the near infrared range.

8. Confocal imaging system according to one of the preceding Claims, wherein the backscattered light intensities can be displayed on the monitor from the vertical axis.

9. Confocal imaging system according to one of the preceding Claims, at the same time to vertically spatially resolved Representation for generating a vertical sectional image a lateral scan takes place.