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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Stereomikroskop, vorzugsweise ein
Operationsmikroskop mit einer Beleuchtungsquelle, deren Licht vorbestimmten
spektralen Umfangs mittels einer Optikeinrichtung gegen ein zu betrachtendes
Objekt richtbar ist. Wahlweise ist das Licht mindestens einer weiteren Beleuchtung
in einem anderen Spektralbereich zuschaltbar.
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Die
Fluoreszenz ist eine hinreichend bekannte Methode, die mit Hilfe
abgestimmter Filter ein definiertes Anregungsspektrum einem Objekt
zuführt und
die vom Objekt abgestrahlte Signalantwort spektral vom Anregungslicht
trennt und der Beobachtung und Analyse zuführt. So sind etwa im klinischen
Bereich viele Applikationen bekannt, die chirurgische Eingriffe
unterstützen
und über
die ausgesendete Fluoreszenz das zu resizierende Gewebe markieren. Ein
besonderes Beispiel für
die Anwendung einer solchen Methode mit in ein Mikroskop integrierten
Fluoreszenzeinrichtrungen sind Operationsmikroskope für die Neurochirurgie,
die unter Verwendung photodynamischer Medikamente, welche z.B. unter
den Namen ALA (Amino Levulinic Acid = Amino-Lävulinsäure) oder mTHPC (meso-Tetra-Hydroxy-Phenyl-Chlorin) bekannt
sind, eine totalere Operation bestimmter Tumore zulassen.
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Eine
andere Anwendung betrifft etwa die Infrarot-Angiographie, bei der
mit Licht aus dem NIR-(nahen Infrarot-)Bereich zur Anregung verwendet
wird, um dann das Objekt im langwelligeren Spektralbereich zu beobachten.
Andere Anwendungen machen von (nicht sichtbarem) Ultraviolett Gebrauch.
Andere Spektralbereiche zwischen Ultraviolett zu Blaulicht und von
dort zu Rot- und bis zum fernen Infrarot sind ebenfalls möglich.
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Dort,
wo ein Gewebe bzw. ein Objekt, angeregt werden soll, ist die genügende Intensität des Anregungsspektrums
von wesentlicher Bedeutung.
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Wenn
etwa mit blauem Anregungslicht im Bereich von 380–420 nm
gearbeitet wird, wird man je nach verwendetem Fluoreszenz-Wirkstoff
ein bestimmtes Fluoreszenzsignal (z.B. bei ALA 635 nm) erhalten.
Dazu werden im Allgemeinen Xenon-Lichtquellen von 300 W eingesetzt,
die sowohl das normale mikroskopische Weißlicht, als auch das für die Fluoreszenz
notwendige Blaulicht bereitstellen, nämlich Letzteres durch Filterung
sowie Optimierung des Spektralbereichs von 380–420 nm durch gezielte Auswahl
des Xenon-Brenners. Analoges gilt natürlich für andere Spektralbereiche.
Beispiele für
solche bekannten Mikroskope bzw. Operationsmikroskope finden sich
etwa in der US-A-6,510,338 oder der DE-A-195 48 913. Dort wird das
Licht der Beleuchtungseinrichtung über Lichtwellenleiter und andere optische
Einrichtungen dem zu beobachtenden Objekt zugeführt.
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Problematisch
an diesen bekannten Mikroskopen ist, dass hier bei der Auswahl der
Beleuchtungsquelle ein Kompromiss geschlossen werden muss, der letzten
Endes dazu führt,
dass die Weißlichtqualität für die Beobachtung
nicht optimiert sein kann, anderseits gerade bei erhöhtem und
optimierten Blaulichtanteil andere Spektralbereiche unterproportional
vertreten sind und dann zu Farbstichen in der Standard-Weißlichtsituation
führen.
Zwar ist eine Korrektur des Farbstichs durch Filter theoretisch möglich, führt aber
dann auch zur Reduktion der Intensität. Anderseits ist eine farblich
richtige Beobachtung eines Operationsbereiches schon aus diagnostischen
Gründen
wichtig. Eine Steigerung der Intensität ist aber aufgrund der begrenzten
Apertur der mikroskopischen Beleuchtungsoptik und anderer Effekte über eine
Erhöhung
der Lampenleitung nicht möglich.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Mikroskop
der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass – trotz
der gegebenen Einschränkung
durch die Apertur der Beleuchtungsoptik – eine Intensitätserhöhung der
Beleuchtung möglich
ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, die Weißlichtqualität zu verbessern.
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Zur
Lösung
dieser Aufgaben wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Optikeinrichtung
mit mindestens einem Anschluss für
eine weitere Beleuchtungsquelle versehen ist. Erfindungsgemäß soll also
mindestens ein Anschluss für
eine weitere Beleuchtungsquelle vorgesehen sein, wobei es dann ohne
Weiteres möglich
ist, die eine Beleuchtungsquelle mit dem vorbestimmten Spektralbereich als
Weißlichtquelle
zu optimieren, die andere hingegen mit demjenigen Spektralbereich
optimiert einzusetzen, welcher für
eine bestimmte Anwendung gerade erforderlich und zweckmäßig ist.
Denkbar wäre sogar
die Anordnung mehrerer Anschlüsse
für mehr als
zwei Beleuchtungsquellen, die dann durch entsprechende optische
und/oder elektrische Schalteinrichtungen zur Wirkung gebracht werden
können.
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Es
ist im Rahmen der Erfindung aber auch möglich, die jeweilige weitere
Beleuchtungsquelle in das Mikroskop zu integrieren, wobei die Ausbildung so
getroffen werden kann, dass das Mikroskop dann die mindestens eine
weitere Beleuchtungseinrichtung enthält, und dass diese weitere
Beleuchtungseinrichtung einen vom vorbestimmten spektralen Umfang
abweichenden spektralen Umfang besitzt.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
symbolischen und beispielhaften Beschreibung an Hand der Figuren sowie
aus den abhängigen
Ansprüchen,
wobei die Bezugszeichenliste Bestandteil der Offenbarung ist. In
der Beschreibung werden die Figuren zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleiche
Bezugszeichen bedeuten gleiche Bauteile, Bezugszeichen einer unterschiedlichen
Dekade (10, 20, 30, etc.) geben funktionsgleiche
oder ähnliche
Bauteile an. Es zeigen dabei die
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1–4 je
eine Ausführungsvariante der
Erfindung in Form einer schematischen Darstellung.
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Gemäß 1 soll
ein Objekt 1 mittels eines Mikroskops betrachtet werden,
das einen schematisch angedeuteten Mikroskopkörper 10 in an sich
bekannter Bauweise besitzt. An diesem Mikroskopkörper 10 ist eine Optik
zur Erzeugung eines Beobachtungsstrahlengangs 11 entlang
einer optischen Achse 12 in an sich bekannter Weise montiert,
die ein, lediglich als Linse angedeutetes Hauptobjektiv 13,
gegebenenfalls zwei Linsen oder – gruppen 14, 15 einer Zoomoptik,
ein mittels einer elektromechanischen Bewegungseinrichtung 17,
wie eines Elektromagneten, eines Läufermotors oder einem ähnlichen
Motor (in weitestem Sinn), im Bedarfsfall in den Beobachtungsstrahlengang 11 einschwenk-
oder einschiebbaren Filter 18 und gegebenenfalls ein an
der Oberseite des Beobachtungsstrahlengangs 11 ein (nicht dargestelltes)
Okular trägt.
Es versteht sich, dass im Falle eines Stereomikroskops, zwei solcher
Beobachtungsstrahlengänge
vorgesehen sind.
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Um
das Objekt 1 auch entsprechend zu beleuchten, sind erfindungsgemäß (mindestens)
zwei Licht- bzw. Beleuchtungsquellen 20, 30 vorgesehen, die über je einen
Beleuchtungsstrahlengang 41 bzw. 51 und eine Umlenkspiegelfläche, vorzugsweise
in Form einer Spiegelfläche
an einem Beleuchtungsprisma 46 bzw. 56 je einen
Beleuchtungsstrahlengang 45 bzw. 55 entlang einer
zugehörigen
optischen Achse 44 bzw. 54 auf das zu beobachtende
Objekt 1 werfen. Durch die Erfindung ist es möglich, die
Beleuchtungsquellen optimal den Erfordernissen anzupassen. Beispielsweise
kann für
Weißlicht
(also für die
Lichtquelle 20) besonders eine Xenonlampe eingesetzt werden.
Für Lichtwellenlängen im
Bereiche um 400 nm (Blaulicht) wird sich eine Quecksilberdampflampe
empfehlen, und für
Infrarot kommen die verschiedensten Lichtquellen in Frage, insbesondere auch
IR-Diodenlaser.
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Jeder
dieser Beleuchtungsstrahlengänge von
der Lichtquelle 20 bzw. 30 zum Objekt 1 umfasst jeweils
einen Beleuchtungskörper 21 bzw. 31,
der Licht (hier sei unter „Licht" sichtbares und unsichtbares
Licht, also allgemein elektromagnetische Strahlung verstanden) entlang
einer optischen Achse 22 bzw. 32 über eine
Beleuchtungsoptik 23 bzw. 33 zum Eintritt 24 bzw. 34 eines
Lichtwellenleiters 25 bzw. 35 sendet, der das
Licht zu einem Lichtaustritt 26 bzw. 36 leitet.
In der Zeichnung ist der Lichtwellenleiter 25 bzw. 35 gekrümmt, d.h.
als Lichtleitfaserbündel
dargestellt, doch ist die Erfindung keineswegs darauf beschränkt, vielmehr
könnte
die jeweilige Beleuchtungsquelle 20 bzw. 30 durchaus
auch so angebracht sein, dass ihre optische Achse 22 bzw. 32 mit
einer am Mikroskopkörper 10 weiterführenden
optischen Achse 42 bzw. 52 je eines Beleuchtungsstrahlengangs 41 bzw. 51 zusammenfällt. Auch
andere Arten von Lichtwellenleitern sind im Rahmen der Erfindung durchaus
denkbar und möglich,
wenngleich die dargestellte Ausführung
mit Lichtwellenleitern 25 bzw. 35, oder wenigstens
einem davon, bevorzugt ist. Für gewöhnlich ist
etwa eine Standard-Beleuchtungsquelle 20 bereits in das
Stativ eines Operationsmikroskops eingebaut. Für die erfindungsgemäß vorgesehene
zweite Lichtquelle 30, die allenfalls als externes Gerät vorliegen
kann, braucht an sich der Lichtleiteraustritt 36 nur als
Anschluss für
einen nachträglich anzukuppelnden
Lichtwellenleiter 35 ausgebildet sein. Anschlüsse für Lichtwellenleiter
sind an sich bekannt, weshalb hier auf eine detaillierte Erörterung verzichtet
wird. Zweckmäßig ist
dieser Anschluss 34 dann an einem eigenen, allenfalls an
ein bestehendes Mikroskop anbaubaren Beleuchtungsmodul 40 mit
den entsprechenden Optikteilen 43 und 46 angebracht.
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Wie
bereits angedeutet, führt
die Austrittsseite 26 bzw. 36 des jeweiligen Lichtwellenleiters 25 bzw. 35 direkt
zu einem optischen System entlang der optischen Achsen 42 und 52 von
Beleuchtungsstrahlengängen 41 bzw. 51,
an welchen Achsen je eine Beleuchtungssammellinse 43 bzw. 53 angeordnet
ist. Natürlich
kann diese Sammellinse 43 bzw. 53 aus mehreren
Einzellinsen zusammengesetzt sein.
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Schließlich treffen
die beiden optischen Achsen 42, 52 auf die Spiegelprismen 46 und 56,
um in den schon erwähnten
Beleuchtungsstrahlengang 45 bzw. 55 mit den optischen
Achsen 44 und 54 umgelenkt zu werden. Diese Beleuchtungsstrahlengänge 45, 55 befinden
sich nun nahe des Beobachtungsstrahlengangs 11, weshalb
vorteilhaft dazwischen eine abdeckende Lichtblende 16 vorgesehen
ist.
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Im
Betrieb wird nun, z.B. über
einen mit einem Steuer- oder Kontrollgerät 60 verbundenen Schalter 62 (Hand-
oder Fußschalter,
Tastenfeld oder Sprachkontrolle, etc.) und über Leitungen 63 bzw. 64 jeweils
eine der Beleuchtungsquellen 20 bzw. 30 eingeschaltet,
um das Objekt 1 beispielsweise mit Weißlicht oder mit Blaulicht anzustrahlen.
Soll auf eine Anregungswellenlänge
bzw. -spektrum umgeschaltet werden, dann werden Filter 38 bzw. 58 für die Anregung
bzw. 18 für
die Beobachtung in den jeweiligen Strahlengang 11, 41 bzw. 51 gebracht.
Dazu sind im Wesentlichen ähnliche
elektromechanische Bewegungseinrichtungen 37 bzw. 57 vorgesehen
wie oben anhand der Einrichtung 17 bereits beschrieben
wurde. Alle diese Einrichtungen 17, 37 und 57 werden von
der Kontrolleinrichtung 60 bzw. dem Schalter 62 über die
Signalverbindung 61, 61' gesteuert, und zwar zweckmäßig so,
dass die Bewegung der Anregungsfilter 38, 58,
vorteilhaft aber auch des Beobachtungsfilters 18, synchron
erfolgt. Das bedeutet, dass diese Filter im Anregungsmodus gemeinsam
in den jeweiligen Strahlengang bewegt und im Weißlichtmodus auch synchron aus
dem Strahlengang bewegt werden. Dabei kann das Steuergerät als Hardware oder
Software einen Endschalter mit Rückmeldung beinhalten,
der verhindert, dass das Objekt ungewollt gleichzeitig mit Weißlicht und
Anregungslicht beleuchtet wird.
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Was
in 1 als ein einziges Filter 38 dargestellt
ist, kann (und dies betrifft auch die anderen Filter 18 und 58)
mehrere, hintereinander angeordnete und wahlweise einschiebbare
Filter umfassen. Ist die Lichtquelle 31 eine Blaulichtquelle,
so kann beispielsweise ein erstes Filter so ausgebildet sein, dass
es bei Beobachtung des Objekts 1 im Weißlicht den Strahlengang entlang
der optischen Achse 32 schließt, d.h. es wirkt als Verschluss.
Alternativ (oder zusätzlich
für den
wahlweisen Einsatz) ist ein Filter für den Weißlichtmodus vorgesehen, durch
welches das Spektrum der Lichtquelle 31 korrigiert wird. Schließlich mag
auch noch ein Anregungsfilter vorgesehen sein, das nur dann einschwenkt,
um ausschließlich
die Anregungswellenlänge
passieren zu lassen. Im Objektfeld kann dann die Beleuchtungsenergie
beider Lichtquellen 21 bzw. 31 mit der gewünschten
Anregungswellenlänge
(bei eingeschwenktem Filter 58) zur Verfügung stehen,
so dass die Intensität
insgesamt erhöht
wird. Allerdings kann der Schalter 62 auch dafür verwendet
werden, eine der Lichtquellen 20 oder 30 abzuschalten,
wenn für eine
Anwendung zusätzliches
Licht unerwünscht
ist. Insbesondere für
mehrere verschiedene – aber
auch identische, synchrone – Anregungs-
und/oder Beobachtungswellenlängen
können
auch Filterwechsler mit mehreren Filtersätzen vorgesehen werden, obwohl
es die vorliegende Erfindung auch gestattet, mehrere Anschlüsse (vgl.
den Anschluss 36) für mehrere
Lichtquellen unterschiedlichen Anregungs-Spektralbereichs vorzusehen.
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Das
Ausführungsbeispiel
der 2, in dem die Leitungen 61', 63 und 64 nicht
dargestellt sind, unterscheidet sich von dem der 1 im
Wesentlichen dadurch, dass das einzuschwenkende Anregungsfilter 58 (1)
im Mikroskopkörper 10 weggelassen
und stattdessen ein Anregungsfilter 28 in die Lichtquelle 20 eingebaut
ist, so dass der elektromechanische Aufwand im Mikroskopkörper 10 vermieden
bzw. verringert ist. Dies ist also aus baulichen Gründen bevorzugt,
zumal diese Ausführungsform auf
die Funktion keine irgendwie nachteilige Auswirkung hat.
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Auch
die Ausführungsform
nach 3 unterscheidet sich von den vorigen Ausführungsbeispielen
durch die Unterbringung der Filter. Hier ist die Ausgangsleitung 61 des
Steuergeräts 60 mit
einer elektromechanischen Bewegungseinrichtung bzw. einem zentralen
Motor 67 im Mikroskopkörper 10 verbunden,
der einen Filtersatz 68 sowohl im Beobachtungsstrahlengang 11 als
auch im Beleuchtungsstrahlengang 45 bzw. 55 derart
verstellt, dass gleichzeitig das Anregungsfilter 68a für die erste
und zweite Lichtquelle 20 bzw. 30 in den Beleuchtungsstrahlengängen 45 und 55 und
das Beobachtungsfilter 68b im Beobachtungsstrahlengang 11 wirksam
werden (oder aus diesen Strahlengängen entfernt werden). Der
Aufwand an elektromechanischen Bewegungseinrichtungen ist bei dieser
Ausführung
deutlich gesenkt, wenngleich in Kauf zu nehmen ist, dass die Einrichtung
im Mikroskopkörper 10 untergebracht werden
muss. Welche der Ausführungen
daher bevorzugt ist, insbesondere welche von denjenigen der 2 oder 3,
wird von den jeweiligen Anwendungen und den baulichen Gegebenheiten
abhängen.
Es sei jedoch erwähnt,
dass eine solche Ausführungsform
es mit sich bringt, dass der Filtersatz 68 (und damit auch
die elektromechanische Bewegungseinrichtung 67) relativ
nahe an den Prismen 46 und 56 anzubringen sein
werden, weil dort die Beleuchtungsstrahlaufweitung noch relativ
gering ist. Anderseits ist in diesem Bereich die Aufweitung des Beobachtungsstrahlengangs 11 relativ
groß,
so dass man hier einen Kompromiss eingehen muss.
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Die
Ausführungsform
nach 4 zeigt eine Kombination der Ausführungen
nach 3 mit derjenigen der 1. Sie erlaubt
es also, gegebenenfalls unterschiedliche Beleuchtungs- bzw. Anregungsfilter 68, 58 und/oder 38 zur
Wirkung zu bringen, wofür
das Steuergerät 60 mit
entsprechenden Steuerleitungen bzw. Signalbussen 61, 61' ausgerüstet ist.
Damit lässt
sich diese Ausführungsform
natürlich
für die
unterschiedlichsten Anwendungen einsetzen.
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Im
Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Varianten möglich. Beispielsweise ist es
natürlich komfortabel,
wenn für
jedes der jeweils vorhandenen Filter 18, 28, 38, 58, 68 eine
eigene elektromechanische Bewegungseinrichtung (also im weitesten
Sinne ein „Motor" in seiner Bedeutung
als „Bewegen") vorgesehen ist,
doch lägen
natürlich
vereinfachte Ausführungen,
bei denen die Filter oder eines davon von Hand in den jeweiligen
Strahlengang eingebracht werden, durchaus auch im Rahmen der Erfindung.
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Entscheidend
sind erfindungsgemäß die Variationsmöglichkeiten,
die sich aus der Kombination zweier regulierbaren Beleuchtungseinrichtungen
ergeben. Demzufolge liegt auch eine Ausgestaltungsvariante eines
Stereomikroskops im Rahmen der Erfindung, die eine herkömmliche
Mikroskopbeleuchtung plus dem regulierbaren Paar der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtungen
umfasst.
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- 1
- Objekt
- 10
- Mikroskopkörper
- 11
- Beobachtungsstrahlengang
- 12
- Optische
Achse von 11
- 13
- Hauptobjektiv
- 14
- Linse
oder Linsengruppe
- 15
- Linse
oder Linsengruppe
- 16
- Lichtblende
- 17
- Elektromechanische
Bewegungseinrichtung
- 18
- Filter
- 20
- Lichtquelle 1,
Beleuchtungseinrichtung
- 21
- Beleuchtungskörper
- 22
- Optische
Achse der Lichtquelle
- 23
- Beleuchtungsoptik
- 24
- Lichtwellenleiter-Eintritt
- 25
- Lichtwellenleiter
- 26
- Lichtwellenleiter-Austritt
- 27
- Elektromechanische
Bewegungseinrichtung
- 28
- Beleuchtung-/Anregungsfilter
- 30
- Lichtquelle 2
- 31
- Beleuchtungskörper
- 32
- Optische
Achse der Lichtquelle
- 33
- Beleuchtungsoptik
- 34
- Lichtwellenleiter
Eintritt
- 35
- Lichtwellenleiter
- 36
- Lichtwellenleiter
Austritt, Anschluss
- 37
- Elektromechanische
Bewegungseinrichtung
- 38
- Beleuchtung-/Anregungsfilter
- 40
- Beleuchtungsmodul
- 41
- Beleuchtungsstrahlenbündel
- 42
- Optische
Achse des Beleuchtungsstrahlengangs
- 43
- Beleuchtungssammellinse
- 44
- Optische
Achse des Beleuchtungsfeldbündels
- 45
- Beleuchtungsstrahlengang
- 46
- Beleuchtungsprisma
- 51
- Beleuchtungsstrahlengang
- 52
- Optische
Achse des Beleuchtungsstrahlengangs
- 53
- Beleuchtungssammellinse
- 54
- Optische
Achse des Beleuchtungsstrahlengangs 55
- 55
- Beleuchtungsstrahlengang
- 56
- Beleuchtungsprisma
- 57
- Elektromechanische
Bewegungseinrichtung
- 58
- Beleuchtungs-/Anregungsfilter
- 60
- Steuergerät/Kontrolleinrichtung
- 61
- Steuersignal/Signalbus
- 62
- Schalter
- 63
- Steuersignal/Signalbus
- 64
- Steuersignal/Signalbus
- 67
- Elektromechanische
Bewegungseinrichtung
- 68,
a, b
- Beleuchtungs-
und Beobachtungsfilter