CN101799139B - 手术灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种手术灯，其包括至少一个设置在灯体内的光源，和光学部件，所述光学部件设计成将所述光源的可见发光导向到手术区域上。根据本发明，所述灯包括作为光源的若干发光二极管。

Description

手术灯

本申请是申请日为2006年7月11日、发明名称为“手术灯”、申请号为200680028602.1(PCT/EP2006/006774)的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种手术灯，其包括至少一个布置在灯体中的光源和将光源的可见光导向到手术区域的光学装置。

背景技术

公知这类手术灯，其采用卤素灯或放电管作为所述光源并采用反射器作为所述光学装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种手术灯，其在使用中具有多功能性，并且具有有利于在手术室中使用的结构形状。

该目的由权利要求1的特征实现。

根据本发明，手术灯的光源具有多个发光二极管，由此产生手术区域照明的全新解决方法。由于将发光二极管用作光源，使得可将手术灯构成为较浅的结构形状，这在美观方面和工艺流程(technical flow)方面都是有利的，因为在该这种情况下位于手术区域上方的供气顶板(supplyair ceiling)的气流不受阻碍。同时，由于发光二级管良好的可调光性(dimmability)，并且由于其光学性能，从而产生多种可结合到手术灯内的其他应用选择。

本发明的有利实施方式在说明书、附图和从属权利要求中加以描述。

因此，有利的是，将发光二级管以环形、特别是以圆环形布置在灯体中。这一方面使得有可能在所述环的中心处设置附件或附加光源。另一方面，灯体可这样设计，即，空气可在灯体内部、即在所述环的内部流通通过其形成的外壳环。从而手术灯在工艺流程方面带来较小的障碍，并且当使用供气顶板以使微粒和细菌以最优方式远离手术区域时，层流的流动路径受阻较小。

在这样的情况下，还有利的是将灯体或外壳圈制成为相对较浅，由此形成整体式、但其内部敞开的盘形灯体。

根据又一个有利的实施方式，灯体具有用于附件、特别是用于附加灯源的中心安装座。例如，专用的聚光灯、冷光源或照相机可布置在该中心安装座中，或者可在其中设置用于外科手术团队的其他工具。中心处的附加光源可用于深度照明和用于直接目标照明。关于这点，有利的是将可单独开关即独立于发光二极管开关的气体放电灯或卤素灯设置在灯体中心处。这样当外科医师需要时可例如直接切入深度照明。

根据又一个有利实施例，设置多个光学模块，其每一个包括至少一个发光二极管和作为光学装置的相关反射器和/或准直仪。这样的光学模块可制成为非常小的单元，例如制成为成本效益高的注射成型部件。准直仪产生基本平行的光线，量级为4°的照射角是可能的。因为发光二极管发射的光已经在光源处被准直，这能够使发射光高效耦合到射线路径内。另外，可设置例如由高折射塑料制成的塑料准直仪，其实现光束的进一步成束，并因而以全反射的方式实现期望的小照射角。

特别有利的是，光学模块布置成是可移动的、例如是可枢转的，因为在这种情况下，可通过枢转光学模块来改变光场的尺寸。也可通过相对于固定到外壳上的反射器或准直仪移动所述光学模块来实现调焦。从而每个发光二极管可具有相关的调焦光学系统，其中可例如通过调节发光二极管和调焦光学系统之间的相对间距来实现调焦。特别有利的是，通过调节部件可一起调节、例如可一起枢转手术灯的所有调焦光学系统。同样，通过这样的调节部件(例如调节环)可一起调节、特别地一起枢转手术灯的光学模块。

根据又一有利实施例，设置有环形反射器，其例如布置在灯体下部处或在灯体下部处结合到灯体中。通过这样的环形反射器充分利用了灯外壳的直径，并且获得入射的最大发散角，从而产生理想的清晰阴影。另一方面，当然也可使发光二极管以直接会聚和发散方式入射到手术区域中。

根据本发明又一个有利实施方式，所述光学装置可实现发出会聚光线和发出发散光线。例如，可设置两个反射器，其中一个实现发出会聚光线，另一个实现发出发散光线。可选的是，也可将不同的会聚和发散反射器部分设置在反射器中。也可将会聚和发散光学模块设置在手术灯内，从而既产生会聚光线又产生发散光学，这对于手术区无影照明是有利的。

根据本发明又一个有利实施方式，光学模块这样制成：每一个光学模块完全照亮预定光场直径内的光场。换句话说，预定光场直径内的光场并不由不同部分中的不同光学模块照亮，而是每一个光学模块在预定光场直径内提供完全且均匀的光场照明，以确保尽可能大的无阴影区。

根据又一个有利实施方式，可提供风扇来冷却光源位于其中的封闭外壳内的光源，从而在封闭外壳内产生强制流动，该强制流动使热离开所述光源。这样，一方面使得热离开光源(例如设置有散热片的发光二极管)。但是同时，通过封闭外壳确保了不会不利地破坏手术区上方的流动。

根据本发明又一个有利实施方式，可提供液体冷却来冷却光源。这样，能以有效的方式带走光源产生的热(对于发光二极管的无问题工作而言，必须将其带走)。在这种情况下，光源的冷却优选使用冷却水进行。

根据本发明又一个方面，所述手术灯具有至少一个照明体，例如带控制装置的一个或多个已经提到的发光二极管，其强度最大值在约450nm的范围内，通过该控制装置，可以独立于光源(例如独立于其他的发光二极管)控制该附加照明体。在该实施例中，利用了光对观察者还产生生理作用的效应。通过在蓝色光谱内的特定波长的光触发视束的第二部分，该特定波长的光作为能量部分触发新陈代谢和内分泌腺协调活动。公知的是，日光会抑制荷尔蒙(褪黑激素)的释放，这起到了促进循环的效果，这是因为褪黑激素调节着白天/黑夜节奏(生理节奏)。夜晚褪黑激素的分泌通过人眼中的均匀分布在视网膜上且不能分辨图像图案的感光体而受到蓝光的影响。因为手术团队经常要在非常高强度的压力下、而且也经常是在夜晚工作多个小时，从而能通过适当地选择光谱来支持外科医生的工作，以使得他也能在夜间难度较大的急诊手术中以注意力最集中的效能工作。通过最大强度在约450nm范围内的附加照明体能促进对褪黑激素分泌的抑制，这样，即使手术团队要在晚间或白天内进行若干小时的手术也能提高其效能。

特别有利的是，附加照明体能够通过控制装置根据特定参数自动切入。这样的参数例如可以是当前时间(一天中的时间)或光源的当前运行持续时间，通过该当前运行持续时间可得知已经过去的运行时间。例如，在当前时间推进时，即，在即将进入晚间时可增加所述照明体的照射。在所述光源一直保持打开时，即，例如在已经运行若干小时时，也可进行增强。从而一方面能防止疲劳，另一方面甚至能实现效能的提高。

如上面已经提到的，用于抑制退黑激素的照明体也可以作为附加照明体。但是，也可控制手术灯的颜色光谱，从而以增加的强度或不断增加的强度在大约450nm的理想波长范围内进行照射。而且，用于抑制退黑激素的照明体不必沿着外科手术区域的方向照射。相反，该照射还可以向着侧面或向着顶部，即，间接地进行发射。而且，照明体也可布置在单独的灯体中。

根据本发明又一方面，手术灯具有控制装置，其设置有输入装置，通过所述输入装置可选择基准波长或基准波长范围，因此，可通过该控制装置来控制手术灯的发光二极管(并且可选地还有其他的发光二极管)，以使从所述手术灯导向到所述手术区的照射主要以或仅以所述基准波长或在所述基准波长范围中发射。在该实施例中，除了可能照亮所述手术区之外，根据本发明的手术灯还另外具有诊断光(基准光)，用于例如简单且可靠地定位肿瘤和不同的组织。关于这点必须提到的是，所述基准光或所述诊断光不一定必须在可见光谱中。

由于光在人类组织中穿入不同的深度，可通过窄带光直接照射，并且可选地，通过提高对比度的措施来进行不同组织之间的简单区分。这样一种可能的诊断是荧光诊断，其基于特定染色剂在肿瘤细胞中的选择性积聚，其在经过特定波长的光激发后变得可见。

在荧光诊断中，身体组织由更低强度的蓝光(基准光)直接照亮，例如，其扩散后散射部分与产生的荧光一起被检测。因此，蓝光的强度设置成使正常的组织看上去呈蓝色。但是，先前使用的活性剂(例如5-氨基乙酰丙酸)的增强红色荧光使得颜色朝向红色偏移。通过使用对蓝光照射进行过滤的光学过滤器观察手术区(例如借助于眼罩或电子地影响过滤的电子照相机)，可识别恶性或病理性细胞，因为活性剂在这些细胞中比在健康细胞中积聚得更多。

有炎症的组织由于吸收和反射行为发生变化从而产生比周围的健康组织要暗得多的结构，因此通过使用基准波长的照射可能进行其他的诊断。可使用光谱上的窄带光形成明确诊断，在传统光源下只有借助于较强的过滤才能实现这一点。由于有色发光二极管产生带宽为+/-20nm的准单色光和几乎为100％的纯色，因此发光二极管特别适用于诊断光。关于这点，特别有利的是，前面所述控制装置具有在使用基准照射的工作模式和使用类日光照射的工作模式之间进行转换的转换装置，因为以这种方式可在传统手术操作和诊断操作之间进行特别快的转换。

根据又一个有利实施例，控制装置具有转换装置，使用该转换装置可在红外光谱中的基准照射和紫外光谱中的基准照射之间进行转换。这样的手术灯可用于不同的诊断应用，这是因为其能以简单的方式在红外光谱和紫外光谱的不同应用之间快速可靠地转换。

为了使荧光光谱可见，有利的是将电子照相机内置在手术灯内，其评估电子装置(evaluation electronics)实现期望的过滤。

附图说明

下面将参照有利实施方式和附图对本发明进行描述。附图中：

图1是工作光的局部剖视侧视图；

图2是手术灯又一个实施方式的局部剖视侧视图；和

图3是控制装置的平面视图。

具体实施方式

图1中所示的手术灯具有灯体10，其形成为环形并且在其外周由围栏12围绕，围栏12通过支撑部件14固定到灯体10的外侧。由此，灯体10制成为外壳圈，其在所示实施方式中制成为圆环形，并且空气能流通通过其环形内部，这由图1中的垂直箭头所示。由于外壳圈高度较低，从而灯体10整体上形成为盘形结构。

光源以多个发光二极管16的形式布置在灯体10的内部，所述多个发光二极管16通过准直仪18和环形反射器20照亮手术区域22。发光二极管16以环形或以圆环形相应布置在灯体10中。

中心安装座24设置在外壳圈11的内部，其以大口杯的形式形成，并且在其内部具有呈放电灯形式的附加光源26。放电灯26的发光通过在中心安装座24内部中的抛物面反射器28垂直向下导向，以实现手术区域的深度照明。

透明端板30设置在中心安装座24的下侧，并且手柄32布置在透明端板的中心，并且在该手柄32中集成有CCD照相机34。中心安装座24的上侧设置有可拆卸外座盖25。手术灯自身通过未显示的接合臂固定到支撑台。外壳圈11通过三个径向延伸的支撑体23连接到中心安装座24，所述中心座24则连接到未显示的接合臂。

如从图1可看出，在该实施方式中，发光二极管16和相关联的准直仪18结合到光学模块19内，光学模块19以虚线显示，并且其可在所示双箭头的方向上枢转。所有的光学模块19通过在外壳圈11内部沿外周方向延伸的并且设有斜齿装置来相应枢转具有对应齿装置的光学模块的调节环21可一起枢转。设有用于驱动调节环21的可电驱动伺服电机。

如图1所示，反射器20形成为环形，并且固定到外壳圈11的下侧，以使其密封地截止外壳圈的内部。反射器20由高折射塑料制成，并且在其外套表面处以全反射对入射光线进行反射。通过驱动调节环21可使光学模块19枢转，由此改变在手术区域22上形成的光斑的直径。

图2显示了手术灯的另一实施方式，其中用相同的附图标记表示相同的部件。

在图2中所示的手术灯内，灯体具有第一外壳圈11，其以与图1实施方式中相同的方式制成。另外，设置了第二外壳圈11’，其直径小于第一外壳圈11的直径，两个外壳圈都彼此同中心布置，并且固定到支撑体23。发光二极管16和16’则布置在所述两个外壳圈11的内部，且相应的准直仪18、18’布置在它们中每一个的后方。所述两个外壳圈11和11’的下侧分别由高折射塑料的环形反射器20、20’闭合。

但是所述两个反射器20和20’的对入射光线进行全反射的外周表面的设计(曲率)不同。这样，外部环形反射器20发出会聚光线，而内部环形反射器20’实现发出发散光线。

相应的准直仪18和18’则可通过调节环21、21’进行调节，但是在本实施方式中，不发生枢转运动，而是调节了发光二极管和准直仪沿光轴、即沿所示双箭头方向之间的间距。因而在本实施方式中，发光二极管16、16’没有连接到准直仪18、18’来形成一单元。相反，准直仪18、18’为结构上分离的光学模块，它们可独立于发光二极管16移动。

发光二极管特别有利，其中由芯片发出的光已经在光源处被准直，因为由此可形成发射光到光路的高效耦合。另外，可随后连接塑料准直仪，其实现光线的进一步成束，并且因而形成在借助于全发射的情况下尽可能小的量级为4°的照射角。透镜部件或反射器部件也可结合在芯片中或光学模块内。而且，具有集成散热片的高性能发光二极管尤其适合。

为了获得尽可能可变化的颜色混合，可使用例如红、黄和蓝色发光二极管，所形成的颜色可直接通过颜色传感器加以调节。

图3中所示的控制器40包括电源(24V)和用于连接控制单元的USB/DMX接口。不同的LED组经由颜色控制接口通过可变的操作电压控制，以获得期望的颜色混合。另外，使用白色的发光二极管也是可行的。

使用上面描述的变色系统可产生具有不同色温的可见光谱所有颜色和白色手术室光。优选使用琥珀色和白色发光二极管来控制例如3000到6000K的不同色温。

图3中所示的控制器40具有分成三部分的输入区，左手部分设置成用于控制通常的手术室光。由于调节环21、21’由未显示的伺服电机驱动，从而可在调节器41的辅助下改变光场直径。可借助于调节器42而改变亮度。

图3中部的控制器40的操作面板部分用于切入波长范围约450nm的具有增加强度的光线，这可通过直接控制发光二极管16、16’或附加发光二极管进行。关于这点，控制器构成为即使在用来进行450nm的照射所需的发光二极管以增强的强度照射时，传统手术室灯也会保持不变。可以通过按钮43永久切换成在450nm范围内照射发光(以下称为受激发光)。或者，能借助于按钮44启动一自动操作，在该自动操作中，在预设程序的帮助下独立于当前时间和手术灯的当前运行持续时间自动切入受激发光。这样，受激发光就会随着手术过程中手术灯运行时间的增加以及一天内时间的进一步推进而持续增强。为此目的，所述控制器40具有内置的时钟以及时间测量单元，在手术灯打开时，该时间测量单元被启动，从而可确定手术的持续时间。

在图3中右部处的控制器40的操作面板区具有显示器45和多种输入装置46，通过所述输入装置可选择基准波长或基准波长范围。在图3的图示中，选择480nm的基准波长，其具有这样的结果：在通过按钮47的致动将基准光的释放出之后，气体放电灯26关闭，所有的发光二极管16、16’控制成使得从手术灯导向到手术区域22的发光主要或全部在所选基准波长或在所选基准波长范围输出。这样可通过简单的方式设置理想的诊断光。通过按钮47的多重驱动可在使用诊断光的操作和使用传统手术室光操作之间进行转换。可通过另一按钮48单独开闭气体放电灯26。

内置在手术灯手柄32中的照相机34连接到控制器40，在所述控制器内设置有过滤系统，其过滤所产生的基准照射，从而仅有所产生的荧光光谱再现在监视器(未显示)上。

Claims (2)

1.一种手术灯，该手术灯具有：布置在灯体（10）中的至少一个光源（16），所述光源具有多个发光二极管（16，16’），其中所述发光二极管（16，16’）在所述灯体的外周处以圆环形布置在所述灯体（10）中；并且设置有单个环形反射器（20，20’），该单个环形反射器在所述灯体的下部处结合到所述灯体并且以全反射对所有发光二极管（16，16’）的入射光线进行反射以将所述多个发光二极管（16，16’）的可见发光导向到手术区域（22），并且其中

设置有多个光学模块（18，18’，19），所述多个光学模块包括反射器和/或准直仪（18，18’），并且发光二极管（16）结合到每一光学模块（19）中，其中每一个光学模块在预定光场直径内完全照亮所述光场。

2.根据权利要求1所述的手术灯，其特征在于，所述灯体（10）制成为盘形。

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