CN107924050A - 眼科显微镜的照明和观察系统、包括这种系统的眼科显微镜以及显微镜检查方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种照明和观察系统(1)，特别是用于眼科显微镜。该系统包括用于观察者(诸如助理)的眼睛的第一观察光瞳(4)和第二观察光瞳(5)。此外，该系统包括在第一观察光瞳(4)中的同轴照明(6)以及主照明(7)，同轴照明(6)适于在操作时中在被观察的眼睛中产生红光反射(13)，并且主照明具有比同轴照明(6、10、11)大的照明场。为了便于使用系统(1)和/或显微镜(2)且为了利用红光反射(13)产生优越的立体视图，提供了控制子系统(21、27)，其适于根据同轴照明(6)的强度的变化来自动调整主照明(7)的强度。

Description

眼科显微镜的照明和观察系统、包括这种系统的眼科显微镜 以及显微镜检查方法

技术领域

本发明涉及一种用于显微镜的照明和观察系统，特别是用于执行眼科手术的显微镜，其中该系统包括用于观察者(例如助手)的眼睛的第一观察光瞳和第二观察光瞳，以及在第一观察光瞳中的同轴照明，该同轴照明适于在操作时在所观察的眼睛中产生红光反射。

本发明还涉及一种显微镜，特别是包括这种系统的用于眼科手术的显微镜。最后，本发明涉及一种显微镜检查方法，该方法通过使用同轴照明以穿过第一观察光瞳同轴地照亮物体并且通过使用主照明以在物平面中比同轴照明大的照明场来照亮物体。

背景技术

眼科显微镜，即用于眼科手术的显微镜，通常包括两种不同类型的照明。第一种照明用于照亮在被观察物体(即待操作的眼睛)，特别是在物平面中的相当大的照明场。这种照明照亮了实际观察发生的区域的周围环境。在物平面中，这种类型的照明的照明场通常具有介于60mm和80mm之间的直径。以下将这种照明称为主照明。在眼科手术中，主照明主要用于使角膜等外眼结构可视化。

第二种类型的照明利用眼睛视网膜的特征来提供被称为红光反射的光的红橙色反射。红光反射提供比主照明高得多的对比度，并且主要用于白内障手术。红光反射由与观察者的光瞳的轴线同轴或至少接近同轴(例如在+/-5°的范围内)的照明产生，其中观察者的光瞳通过照明和观察系统望向被观察的眼睛上。例如，在EP 0 661 020 B1中描述了用于产生红光反射的已知系统。同轴照明的照明场通常远小于主照明的直径，例如小2到5倍。

操作照明和观察系统以及包括这种系统的显微镜通常是困难的，并且其制造昂贵。此外，已知的照明和观察系统的图像质量虽然在过去取得了很大进步，但仍有待改进。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种照明观察系统，其操作简单、设计便宜，同时还提供优越的观察性能。

根据本发明，对于最初提及的照明和观察系统，这个目的是通过在第二观察光瞳中的主照明和控制子系统来实现的，主照明在物平面中具有比同轴照明大的照明场，并且控制子系统适于根据同轴照明的强度的变化来自动调整主照明的强度。关于用于照亮被观察对象的显微镜检查方法，这个目的是通过控制主照明的强度以自动跟随同轴照明的强度而实现的。

通过在第二观察光瞳中具有主照明，即引导主照明使得它被引导通过第二观察光瞳并由此与第二观察光瞳重叠，可以在第二观察光瞳中产生红光反射。

而且，通过将主照明耦合到同轴照明，可以实现几个优点。首先，便于照明和观察系统或显微镜的操作，因为主照明自动适应同轴照明的任何变化。如果同轴照明适于产生更强烈的红光反射，则主照明也变得更强，并且保持对比度。其次，通过将主照明的强度与同轴照明的强度耦合，第二观察光瞳中的红光反射的强度(在大多数情况下也总是由主照明产生)可以跟随由同轴照明产生的红光反射的强度。因此，可以使用一个观察光瞳中的主照明和另一个观察光瞳中的同轴照明产生改进的立体红光反射。最后，本发明的方案具有这样的优点，即可以保持立体红光反射，而不需要包括另外的昂贵的同轴照明。

可以在被观察的眼睛的观察平面处容易地测量强度，例如，以国际单位制(SI)勒克斯(Lux)来测量，作为从被观察物体反射的强度或者作为入射到被观察的眼睛上的强度。对于本发明的目的，即使对强度没有客观测量而只是典型观察的主观感觉也是足够的。

根据本发明的方案可以通过以下特征被进一步改进，这些特征可以彼此独立地组合。

在一个实施例中，受控子系统可以适于将主照明的强度与同轴照明的强度的比例设定为独立于同轴照明的强度变化的目标比例。

以勒克斯来测量，优选的目标比例在0.2至5的范围内，特别优选在0.5至2的范围内，甚至更优选在0.5至1.5的范围内。优选地，目标比例被选择使得第一观察光瞳中的红光反射的强度被感知为与第二观察光瞳中的红光反射的强度相同或几乎相同。

目标比例可以独立于主照明和/或同轴照明的强度，例如是出厂预设定的。根据另一个实施例的目标比例也可以根据主照明和/或同轴照明的强度线性地或非线性地变化。

根据另一个实施例，照明和观察系统可以被配置为提供用户可调整的目标比例。为了调整目标比例，可以提供操纵器子系统，该操纵器子系统包括例如机械操纵器(诸如旋钮和滑块)和/或软件实现的操纵器(诸如计算机屏幕上的虚拟旋钮或滑块)。

根据另一个实施例，可以提供存储器子系统，其适于存储目标比例。在存储器子系统中，目标比例可以被存储为可调整的。存储器子系统可以包括机械零件，例如机械操纵器，其位置设定和存储目标比例。存储器子系统还可以包括电子存储器，例如数字存储器，用于以数字和/或模拟形式存储目标比例。

操纵器子系统可以进一步适于例如通过使用上述操纵器之一来改变主照明和同轴照明中的至少一个的强度。

根据另一个实施例的操纵器子系统可以适于与控制子系统和存储器子系统中的至少一个交互，以根据观察者的手动输入改变目标比例。

为了实现红光反射的优越质量，期望的是主照明与第二观察光瞳重叠至少50％。

如果主照明与第二观察光瞳的光轴重叠，则可以改善红光反射的强度。

红光反射的改善也可能是由在+/-5°的范围内与第二观察光瞳的光轴同轴的主照明引起的。

根据另一个有利的实施例，照明和观察系统可以进一步包括第三观察光瞳和第四观察光瞳，第三观察光瞳和第四观察光瞳中的每一个都设有同轴照明。特别地，第三和第四观察光瞳可以适合于由第二观察者，特别是外科医生使用，而第一和第二观察光瞳可以特别地专用于在操作期间辅助外科医生的助手或学生。

在第三和第四观察光瞳中的同轴照明的强度优选彼此耦合。然而，为了调整的目的，照明和观察系统可以适于允许第三和第四观察光瞳的同轴照明的强度解耦。在解耦状态下，第三观察光瞳中的同轴照明的强度和第四观察光瞳中的同轴照明的强度中的至少一个可以相互独立地改变。第三和第四观察光瞳的同轴照明的强度的随后的耦合可以保持第三和第四观察光瞳的同轴照明的强度在解耦期间已经被调整的比例。所述调整可以通过操纵器子系统和通过设置适于存储第三和第四观察光瞳中的同轴照明的强度的比例的存储子系统，以及通过用以在操作期间控制第三和第四观察系统中的同轴照明来保持这个比例的控制子系统来实现。

操纵器子系统可以适于将照明和观察系统从耦合状态切换至解耦状态，在耦合状态下，主照明的强度与第一、第三和第四观察光瞳中的至少一个的同轴照明的强度耦合，在解耦状态下，第一、第三和第四观察光瞳中的至少一个的同轴照明的强度与主照明的强度解耦。可以根据手动输入执行从耦合状态到解耦状态的切换以及从解耦状态切换回耦合状态。在解耦状态下，操纵器子系统可以适于彼此独立地调整在第二观察光瞳中的主照明和至少一个其他观察光瞳中的同轴照明的相对强度。

为了一方面允许主照明的单独调整，另一方面允许第一、第三和第四观察光瞳中的至少一个的同轴照明的单独调整，优选的是主照明与第一、第三或第四观察光瞳中的至少一个的同轴照明具有单独的光源。控制子系统可以适于至少在解耦状态下分别控制输入到单独光源的能量。在耦合状态下，主照明的光源可以可操作地耦合至用于同轴照明的至少一个光源。

为了在所有观察光瞳中提供均匀的红光反射，优选的是，同轴照明与第一、第三和第四观察光瞳中的至少一个重叠至少50％和/或覆盖相应的观察光瞳的光轴。根据特别优选的实施例，同轴照明和主照明中的每一个与第一、第二、第三和第四观察光瞳重叠至少50％。

附图说明

以下，参照附图示例性地阐述本发明。在附图中，相同的附图标记用于彼此对应的元件。如上所述，附图中的各种特征可以彼此独立地组合。

在附图中：

图1示出了根据本发明的照明和观察系统的示意图；

图2示出了具有附加部件的根据图1的照明和观察系统的示意图；

图3A示出了由如图3B所示的照明和观察系统产生的红光反射的示意图；

图3B示出了产生图3A的红光反射的照明的示意图；

图4A示出了由如图4B所示的照明和观察系统产生的红光反射的示意图；

图4B示出了产生图4A的红光反射的照明的示意图；

图5A示出了由如图5B所示的照明产生的红光反射的示意图；

图5B示出了产生图5A的红光反射的照明的示意图；

图6示出了在显微镜中使用的根据本发明的照明和观察系统的示意性侧视图；和

图7示出了具有附加元件的图6所示实施例的示意性立体图。

具体实施方式

首先，参照图1阐述显微镜2中的照明和观察系统1的设计和功能。图1示出了具有第一观察光瞳4和第二观察光瞳5的主物镜3的示意性平面图。第一观察光瞳4和第二观察光瞳5优选地用于辅助例如眼科手术的助手或学生。

同轴照明6被引导通过第一观察光瞳4，而主照明7被引导通过第二观察光瞳5。优选地，主照明与第一观察光瞳4没有重叠，和/或在第二观察光瞳5中没有同轴照明。

图1所示的设置对使用在眼科手术中的显微镜2(即所谓的眼科显微镜)特别有用。在被观察物体处，即在物平面中，在眼睛待操作的情况下，主照明7产生在观察平面中具有比同轴照明6大的直径的照明场。照明场可以在60毫米和80毫米之间。同轴照明6的轴线仅略微地偏离第一观察光瞳4的光轴，例如，偏离了不到+/-5°。

从图1中可以看出，主照明7也布置成至少在+/-5％的范围内与第二观察光瞳5的光轴同轴。因此，主照明7和同轴照明6都能够在眼科手术中产生红光反射。

为了提供均匀的红光反射，优选的是，主照明7和同轴照明6与各自的观察光瞳5、6就光瞳面积而言重叠至少50％。

为了在红光反射中提供良好的立体效果，主照明的强度应该与同轴照明的强度保持一定的目标比例。以勒克斯测量，优选的强度目标比例在0.2至5的范围内，特别优选在0.5至2的范围内，甚至更优选在0.5至1.5的范围内。由此，第一观察光瞳中红光反射的强度被认为与第二观察光瞳中红光反射的强度相同或者几乎相同。

主照明与同轴照明的强度的目标比例由照明和观察系统1保持，而独立于同轴照明6的强度。特别地，主照明7的强度可以与同轴照明6的强度耦合：如果同轴照明6的强度改变，例如通过用户的手动操作，则主照明7的强度随之改变以在两个观察光瞳4、5中保持红光反射的相同强度比。

图1所示的观察照明系统可以被扩展为包括第三观察光瞳8和第四观察光瞳9，第三观察光瞳8和第四观察光瞳9均设有各自的同轴照明10、11，所述同轴照明10、11基本上可以对应于第一观察光瞳4的同轴照明。

第三观察光瞳8和第四观察光瞳9可以专门由外科医生使用。同轴照明10、11优选是相同的，包括相同的和/或相同排列的光学元件，以针对观察光瞳8、9两者在被观察的眼睛中产生相同的红光反射。优选地，在第三观察光瞳8和/或第四观察光瞳9中不存在主照明重叠。

用于第一观察光瞳4的同轴照明6的强度可以与第三观察光瞳8中的同轴照明10和第四观察光瞳9中的同轴照明11中的至少一个的强度相耦合。如果外科医生调整同轴照明10、11的强度，则第一观察光瞳4中的同轴照明6的强度将自动随之调整。由于第二观察光瞳5中的主照明7与第一观察光瞳4中的同轴照明6的强度的耦合，主照明7的强度将自动跟随第三观察光瞳8和第四个观察光瞳9中的同轴照明10、11的任何调整。

同轴照明10与第三观察光瞳8重叠超过50％，同轴照明11与第四观察光瞳9重叠超过50％。此外，在四个观察光瞳4、5、8、9都中产生红光反射。根据本发明，由于主照明的同轴对准，可以在第二观察光瞳5中产生强烈的红光反射，而不需要安装昂贵的同轴照明。更确切地说，主照明7与第二观察光瞳5的光轴12对准，并且其强度保持为与第一观察光瞳4中的同轴照明的强度成目标比例。

利用超过50％的重叠会增加红光反射的均匀性。这在图3A、3B、4A、4B和5A、5B中示意性地示出。在这些图中，同轴照明6、10、11被示为与观察光瞳4、8、9中的一个重叠。该重叠引起红光反射，红光反射在各个观察光瞳4、8、9中具有可觉察到的不均匀的强度分布，正如各个观察者所看到的。增大重叠减少了图3A、4A和5A中所示的不均匀性。

图6示出了如在显微镜2中使用的照明和观察系统1的部分的示意性侧视图。照明6、7、10、11与各自的观察光瞳4、5、8、9对准，并且通过使用分束器14、15被引导穿过各自的观察光瞳4、5、8、9。利用较大的分束器14使得用于第二观察光瞳5的主照明7偏转以及分别用于第三观察光瞳8和第四观察光瞳9的同轴照明10、11偏转。利用较小的第二分束器15使得用于第一观察光瞳4的同轴照明6偏转。

每个照明6、7、10、11优选地设有单独的光源16，该光源16尤其可以是发光二极管(LED)17。如在图6中，第三观察光瞳8和第四观察光瞳9与各自的的同轴照明10、11正好位于彼此后面，对于这两个同轴照明10、11仅示出了一个光源16。

使用分束器14、15获得很好的对准：不仅同轴照明6、10、11与第一、第三和第四观察光瞳4、8、9的光轴12很好地对准，而且主照明7与第二观察光瞳5的光轴12很好地对准。

在光源16和分束器14、15之间可以布置光学元件，诸如用于同轴照明6、10、11的透镜18和用于主照明7的透镜19。光学元件18、19也可以包括孔，所述孔可以是可调整的。

在图7中，以示意性立体图示出了图6的实施例。由此可以看出，存在单个光学元件18，例如与用于同轴照明6、10、11的三个单独光源17相关联的透镜。照明和观察系统1可以沿着同轴照明6、10、11的照明路径20具有相同的设计，使得第一、第三和第四观察光瞳4、8、9中的同轴照明6、10、11具有相同或者至少几乎相同的特性。

光源16能够以与配备有同轴照明6、10、11的观察光瞳4、8、9的图案对应的图案几何地布置。

用于产生同轴照明7、10、11的光源16可以适于彼此独立地控制，或者它们可以彼此耦合。控制子系统21适于控制用于同轴照明6、10、11的光源16的强度。控制子系统21可以适于将第三和第四观察光瞳8、9的同轴照明耦合至第一观察光瞳4的同轴照明6和第二观察光瞳5的主照明7。耦合可以在控制子系统21中使用非线性或线性的耦合特性22来实现。特性22可以进一步通过使用目标比例形式的简单常数来实现。

可以利用线性或非线性的耦合特性来使强度变化更好地适应观察者眼睛感知的任何与强度有关的特性。所述耦合可以机械地实现，例如，通过齿轮机械地将运动从一个操纵器传递到另一个操纵器。所述耦合也可以通过使用诸如放大器、电阻网络和电容的模拟电气元件电性地地实现，以获得主照明7对同轴照明6、10、11中的至少一个的期望的依附性。如果数字化地实现耦合，则可以使用数字控制，其中耦合特性22可以例如被存储为查找表。

耦合特性22可以存储在存储器子系统23中，存储器子系统23可以包括机械组件、电组件、模拟和/或数字组件。作为其最简单的形式，耦合特性22只是主照明7与同轴照明6、10和/或11中的至少一个的目标比例，如果同轴照明6、10、11中的一个的强度变化，则所述目标比例由控制子系统21保持。

强度的改变可以通过操纵器子系统24的操作来实现。同样，操纵器子系统24可以包括可手动操作的操纵器(例如调整旋钮或滑块)和/或电元件(诸如可调电阻器、门或逻辑电路)，以便改变光源16中的至少一个，优选每个光源16的强度。操纵器子系统24还可以包括软件实现的操纵器，诸如显示在计算机屏幕上用于与用户交互的虚拟滑块或调整旋钮。

在图7中，仅仅通过示例示出了两个操纵器元件25。其中一个操纵器元件25可以被启动以控制主照明7的光源16的强度。另一个操纵器元件25用来共同地调整用于同轴照明6、10、11的所有三个光源16的强度。

可以设置开关26作为操纵器子系统24的一部分，以启动操纵器元件25的子设备和/或将照明和观察系统1从耦合状态切换到解耦状态，在耦合状态下，主照明7与同轴照明6、10和11中的至少一个耦合，在解耦状态下，该耦合被释放并且这些照明的强度可以被独立地调整。优选的是，在从解耦状态切换到耦合状态时，将新获得的同轴照明6、10、11之一的照明强度之间的比例存储在存储器子系统23中作为新的目标比例。

这例如允许外科医生将主照明7相对于同轴照明10、11的相对强度调整至一定比例，这为他单独产生了最好的立体图像。为了进行这种调整，切换子系统26被启动并且假定解耦状态。一旦外科医生已经使同轴照明10、11和主照明7的相对强度适应了他的需要，他就再次启动切换子系统26，以便将新的目标比例提交给存储器子系统23并切换到耦合状态。从现在开始，同轴照明6、10、11的强度的任何改变会自动触发主照明7的强度的相应改变，以保持目标比例。这种耦合和强度变化由控制子系统21控制。

特别是为了维护的目的，可取的是照明和观察子系统1可以切换到解耦状态，其中所有光源16的强度可以彼此独立地调整。一旦这种调整完成并且解耦被关闭以进入耦合状态，则所有光源16的相对强度可以被提交给存储子系统。

尽管存储子系统23和切换子系统26以及操纵器子系统24被示出为与控制子系统21分离，但是所有这些子系统可以被集成到单个控制单元27，例如计算机或专用集成电路(ASIC)中。

附图标记

1 照明和观察系统

2 显微镜

3 主物镜

4 第一观察光瞳

5 第二观察光瞳

6 同轴照明

7 主照明

8 第三观察光瞳

9 第四观察光瞳

10 第三观察光瞳中的同轴照明

11 第四观察光瞳中的同轴照明

12 光轴

13 红光反射

14 分束器或偏转光学元件

15 分束器或其他偏转光学元件

16 光源

17 LED

18 用于同轴照明的光学元件

19 用于主照明的光学元件

20 照明路径

21 控制子系统

22 耦合特性

23 存储器子系统

24 操纵器子系统

25 操纵器元件

26 开关

27 控制单元

Claims (15)

1.一种用于显微镜(2)的照明和观察系统(1)，显微镜特别是用于对被观察的眼睛进行眼科手术的显微镜，所述系统(1)包括：

第一观察光瞳(4)和第二观察光瞳(5)，用于观察者的眼睛，观察者诸如助理；

在所述第一观察光瞳(4)中的同轴照明(6)，所述同轴照明(6)适于在操作时在所述被观察的眼睛中产生红光反射(13)；

其特征在于，在所述第二观察光瞳(5)中提供主照明(7)，所述主照明(7)在物平面中具有比所述同轴照明(6)大的照明场，并且提供控制子系统(21、27)，所述控制子系统适于根据所述同轴照明(6)的强度的变化来自动调整所述主照明(7)的强度。

2.根据权利要求1所述的照明和观察系统(1)，其特征在于，所述控制子系统(21、27)适于将所述主照明(7)的强度与所述同轴照明(6)的强度的比例设定为独立于所述同轴照明(6)的强度变化的目标比例。

3.根据权利要求2所述的照明和观察系统(1)，其特征在于，提供存储器子系统(23、27)，其适于存储所述目标比例。

4.根据权利要求2或3所述的照明和观察系统(1)，其特征在于，提供操纵器子系统(24、27)，其适于与所述存储器子系统(23、27)和/或所述控制子系统(21、27)中的至少一个交互，所述操纵器子系统(24、27)还适于根据观察者的手动输入来改变所述目标比例。

5.根据权利要求4所述的照明和观察系统(1)，其特征在于，所述操纵器子系统(24、27)适于在操作时改变所述同轴照明(6)和所述主照明(7)中的至少一个的强度。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的照明和观察系统(1)，其特征在于，所述主照明(7)与所述第二观察光瞳(5)的光轴重叠。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的照明和观察系统(1)，其特征在于，所述主照明(7)与所述第二观察光瞳(5)的所述光轴(12)在+/-5°的范围内同轴。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的照明和观察系统(1)，其特征在于，所述照明和观察系统(1)还包括第三观察光瞳(8)和第四观察光瞳(9)，所述第三观察光瞳和第四观察光瞳中的每一个都设有同轴照明(10、11)。

9.根据权利要求8所述的照明和观察系统(1)，其特征在于，所述第一观察光瞳(4)的所述同轴照明(6)的强度与所述第三和第四观察光瞳(8、9)中的至少一个的所述同轴照明(10、11)的强度耦合。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的照明和观察系统(1)，其特征在于，提供操纵器子系统(24、27)，其适于将所述照明和观察系统(1)从耦合状态切换至解耦状态，在所述耦合状态下，所述主照明(7)的强度与所述第一、第三和第四观察光瞳(4、8、9)中的至少一个的所述同轴照明(6、10、11)的强度耦合，在所述解耦状态下，所述第一、第三和第四观察光瞳(4、8、9)中的至少一个的所述同轴照明(6、10、11)的强度与所述主照明(7)的强度解耦。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的照明和观察系统(1)，其特征在于，由所述主照明(7)产生的照明场比由所述同轴照明(6、10、11)中任何一个产生的照明场大2至5倍。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的照明和观察系统(1)，其特征在于，所述第一、第三和第四观察光瞳(4、8、9)中的至少一个的所述同轴照明(6、10、11)与所述主照明(7)具有单独的光源(17)。

13.根据权利要求12所述的照明和观察系统(1)，其特征在于，所述主照明(7)和所述同轴照明(6、10、11)中的每一个与所述第一、第二、第三和第四观察光瞳重叠至少50％。

14.一种特别是用于眼科手术的显微镜(2)，其特征在于根据权利要求1至13中任一项所述的照明和观察系统(1)。

15.一种用于照亮被观察物体的显微镜检查方法，所述方法包括：

使用同轴照明(6、10、11)以通过第一观察光瞳(4、8、9)同轴地照亮所述被观察的物体；

使用主照明(7)以利用在物平面中比所述同轴照明大的照明场来照亮所述被观察的物体，

其特征在于，控制所述主照明(7)的强度以自动跟随所述同轴照明的强度。