DE102005018432A1

DE102005018432A1 - Optisches System mit Display

Info

Publication number: DE102005018432A1
Application number: DE102005018432A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr. Sander
Original assignee: Leica Microsystems Schweiz AG
Current assignee: Leica Instruments Singapore Pte Ltd
Priority date: 2005-04-21
Filing date: 2005-04-21
Publication date: 2006-10-26
Also published as: US7480093B2; JP5341303B2; JP2006297098A; US20060250684A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches System (1, 2, 3, 4, 5, 6) mit einem Display (7a-7e). Die Anzeige operationswesentlicher Daten, wie z. B. Videobilder, erfolgt dabei im unmittelbaren Blickfeld des Betrachters, sodass ein Abwenden des Kopfes vom Operationssichtfeld unnötig wird. Das Display (7a-7e) kann infolge seiner optischen Eigenschaften auch zum Beispiel an der gewölbten Außenseite des Mikroskopkörpers (2) oder auch an einer eventuell vorhandenen X-Y-Kupplung (6) angebracht sein. Bevorzugt wird ein OLED-Display oder eine OLED-Folie verwendet.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches System mit einem oder mehreren Displays, insbesondere ein Operationsmikroskop.

Bisher wurden technische Daten, wie z.B. die Vergrößerung des Mikroskops, mechanisch oder elektrisch am Mikroskopgehäuse oder auf einem Display, insbesondere auf einem Monitor angezeigt. Video-Bilder wurden über einen Monitor, der am Stativ montiert wurde, dargestellt. (Siehe 1, Stand der Technik.) Solche Monitore sind bekannt und meistens werden heute sogenannte Flachbildschirme (z.B. TFT-Displays) verwendet.

In der modernen Chirurgie sind Operationsmikroskope unverzichtbar. Je nach Bedarf wird eine drei- bis vierzigfache Vergrößerung gewählt. Damit können die Chirurgen auch an Strukturen operieren, die mit bloßem Auge kaum noch zu sehen sind – etwa Kapillargefäße oder Nerven.

Außerdem leuchten OP-Mikroskope in exzellenter Weise das Operationsfeld aus.

Operationsmikroskope werden vor allem in der Neurochirurgie eingesetzt, aber auch in anderen chirurgischen Fachbereichen, wie der Hals-Nasen-Ohren-Chirurgie, der Augenheilkunde und der plastisch-rekonstruktiven Chirurgie. Ihre Lichtquelle ist direkt in dem Operationsmikroskop eingebaut. Durch die Verwendung von Operationsmikroskopen können etwa bei mikrochirurgischen Eingriffen am Gehirn oder an der Wirbelsäule Schnittöffnungen sehr klein gehalten werden.

Insbesondere bei mikrochirurgischen Eingriffen gibt es jedoch einige Besonderheiten im Vergleich zu Operationen ohne Verwendung eines Operationsmikroskops. Der Chirurg und das Operationsmikroskop müssen so z.B. besonders nah an das Operationsfeld heran. Somit verstellt der Mikroskopkörper einer OP-Schwester die Sicht. Sie kann dann den Verlauf der Operation nur mehr auf Monitoren im OP-Saal betrachten. Dazu dienen Übertragungseinrichtungen am Operationsmikroskop. Auch ein Narkosearzt kann derart den Ablauf der Operation über Monitore mitverfolgen.

Gemäß heutigem Stand der Technik muss jedoch auch ein Chirurg beim Arbeiten in der Regel auf externe Monitore blicken, um zusätzliche Informationen über den Patienten oder über seine Geräte (z.B. Phakoemulsifikator, Elektrokauter u.a.) zu erhalten. Das hierfür erforderliche Abwenden des Kopfes vom Mikroskop und Hinwenden zum Monitor ist unpraktisch und nachteilig für den Operationsverlauf.

Technische Daten des Operationsmikroskops und Videobilder, externe oder interne Daten, sollen daher möglichst nahe am Operationsmikroskop dem Chirurgen gezeigt werden, damit er den Blick nicht zu sehr vom Operationsfeld abwenden muss. Deshalb wurden Dateneinspiegelungen entwickelt, die ihre Information direkt in dem Mikroskopbild darstellen. Dieses wird bisher mittels eines komplexen optischen Moduls im Inneren des Mikroskops realisiert.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein optisches System, insbesondere ein Operationsmikroskop, den Anwendern zur Verfügung zu stellen, dass ohne kostspielige und aufwändige optische Module und in Verbindung mit einer möglichst geringen Unterbrechung bzw. Behinderung des Operationsablaufs dem Operateur Daten anzeigt.

Eine erfindungsgemäße Verbesserung dieser Situation kann in einem ersten erfindungsgemäßen Schritt dadurch erreicht werden, dass eine Verlagerung des Displays von seinem bisherigen Anbringungsort am Stativ oder auf einem Gestell im Raum unmittelbar auf das Mikroskopgehäuse oder zumindest in die unmittelbare Nähe des Operateurs erfolgt.

In einem zweiten erfindungsgemäßen Schritt wurde ausgesucht, welche heute bekannten Displays bzw. Anzeigemöglichkeiten dem gewünschten Anbringungsort am besten entsprechen können. Idealerweise nämlich sollte das Display relativ klein sein, um am Mikroskopkörper oder an der X-Y-Kupplung Platz zu finden. Eine X-Y-Kupplung ist ein Verschiebeschlitten für die in der Horizontalen liegenden Achsen X und Y, der den gesamten Mikroskopkörper bewegt und mit dem moderne Operationsmikroskop-Stative üblicherweise ausgestattet sind. Das Display sollte idealerweise auch an der gewölbten Oberfläche des Mikroskopgehäuses selbst angebracht werden können. Des Weiteren ist es erforderlich, dass das Display eine starke Leuchtkraft aufweist, um eine unangenehme Adaption des Auges des Operateurs vom hellen Operationslicht auf ein schwach leuchtendes Display zu vermeiden.

Der Erfinder erkannte, dass sogenannte OLEDs hierfür am besten geeignet sind. OLEDs sind organische, Licht emittierende Dioden, die aus selbstleuchtenden, weniger als ein Tausendstel Millimeter dünnen Kunststoffschichten bestehen. Organisch deshalb, weil die polymeren, langkettigen Kohlenwasserstoffverbindungen, die die Basis der verwendeten Kunststoffe bilden, organisch sind. Displays, die aus solchen Kunststoffen hergestellt sind, brauchen keine Hintergrundbeleuchtung, sind sehr flach und haben weitaus höhere Leuchtkraft und größere Betrachtungswinkel als herkömmliche TFT-Displays oder teure Flüssigkristallanzeigen (LCDs). Damit die Polymere auf wirklich lange Zeit ihre Leuchtkraft behalten, dürfen sie nicht mit dem Sauerstoff aus Luft oder Wasser in Kontakt kommen. Hierfür werden sie mit einem dünnen Glas versiegelt, was die Displays aber wieder starr macht. Neuere Forschungen jedoch verwenden eine biegsame PET-Folie für die Versiegelung gegen Sauerstoff und somit wurden biegsame OLED-Folien geschaffen, die auch in unterschiedlichen Formaten hergestellt werden können. Dadurch ist es möglich, verschieden geformte Trägerflächen, auch gewölbte, mit solchen Displays zu bestücken.

Diese Eigenschaften ermöglichen es erfindungsgemäß, entsprechende OLEDs bzw. OLED-Folien unmittelbar am Mikroskopgehäuse oder an direkt benachbarten Mikroskopkomponenten anzubringen. Demzufolge können jetzt im unmittelbaren Blickfeld des Operateurs z.B. Video-Bilder, technische Daten, wie z.B. Vergrößerungskoeffizient, Menüs der Elektronikeinheit, Betriebsbereitschaft, Beleuchtungsstatus und anderes mehr angezeigt werden.

Zur Steuerung der OLEDs bzw. Auswahl der angezeigten Daten soll es weiterhin im Rahmen dieser Erfindung liegen, die verwendeten OLEDs mit antimikrobiellen Touchpads auszustatten. Es wird diesbezüglich auf die am gleichen Tag eingereichte Anmeldung der Anmelderin (internes Aktenzeichen L197/P 2563) verwiesen, deren Lehren mit dieser Anmeldung kombinierbar sind und umgekehrt.

Folgender Stand der Technik betrifft OLED-Folien und deren Anwendungen:
Die Pressemitteilung des BMBF Deutschland (Bundesministerium für Bildung und Forschung), mit dem Titel „Der Bildschirm auf Folie rückt näher" vom 31.08.2003, [Aktuell 154/03], berichtet über eine Forschergruppe am Institut für Angewandte Photophysik der Technischen Universität Dresden. Diese Forschergruppe hat niedermolekulare organische Leuchtdioden, sogenannte OLEDs entwickelt, die schon bei einer Spannung von 2,5 Volt die nötige Helligkeit für Bildschirmanwendungen liefern. Da die organischen Schichten sehr dünn sind, eignen sich diese neuen OLEDs für den Aufbau von Bildschirmen auch auf flexiblen Materialien, wie beispielsweise auf Folien. Selbstleuchtende Bildschirme auf OLED-Basis haben im Vergleich zu etablierten Flüssigkristall-Bildschirmen (LCD) mehrere Vorteile: Sie besitzen einen großen Blickwinkelbereich, stellen exzellent Bewegtbilder dar und haben einen geringen Energieverbrauch. Weitere Details sind auf der Web-Seite httpalwww.bmbf.de/press/924.php zu finden.

In den VDI (Verein Deutscher Ingenieure)-Nachrichten Aachen/Chemnitz vom 04.04.2003, berichtet der Autor Manfred Schulze unter dem Titel „Leuchtende Folien sollen bald LCDs verdrängen" über die Forschungstätigkeiten auf dem Gebiet der OLEDs und nennt als wichtigste Vorzüge die deutlich höhere Leuchtkraft, einen großen Betrachtungswinkel, niedriges Gewicht und flexible Anzeigenflächen.

In den VDI-Nachrichten Düsseldorf/Nizza Nr. 14 vom 04.04.2003, berichtet der Autor Werner Schulz unter dem Titel „ Spannende Innovationsdynamik wie aus dem Lehrbuch" über verschiedene OLED-Typen mit einer tabellarischen Gegenüberstellung der Herstellerfirmen und der derzeit maximalen Lebensdauer. Erläutert werden in diesem Artikel auch die strukturellen Unterschiede zwischen LCDs und OLED-Displays und es werden einige Anwendungsbeispiele, wie z.B. Hightech-Rasierer oder Digitalkameras angegeben.

In denselben VDI-Nachrichten vom 04.04.2003 berichtet Werner Schulz in einem weiteren Artikel „ OLEDs – Besser klein als gar nicht" über OLEDs der Universal Display Corporation (UDC) in Ewing, New Jersey, wo vollfarbige Displays entwickelt werden.

Ein weiterer Artikel ist in Pro-physik am 19.05.2003 unter dem Titel „Leuchtendes Plastik – Stoff für Fernseher und Displays von morgen" erschienen. Die Autoren Benjamin Hanke und Till Mundzeck berichten darin über weitere Anwendungsmöglichkeiten von OLEDs.

In „Wissenschaft aktuell (optics)" vom 10.03.2004 sind unter dem Titel „Doppelseitiger LCD-Bildschirm: Bilder auf beiden Seiten" doppelseitige LCDs vorgestellt worden, die sich transparenter Lichtleiterplatten bedienen. Es liegt auf der Hand, dass mit den beidseitig transparenten langkettigen Polymeren der OLEDs gleichermaßen beidseitig abstrahlende OLED-Displays hergestellt werden können. Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungsvariante sieht somit vor, dass ein doppelseitiges Display, insbesondere ein OLED-Display, so am Mikroskopgehäuse angeordnet ist, dass das Licht der nach innen gerichteten Anzeigefläche mittels eines optischen Abbildungssystems in einen oder beide Mikroskop-Strahlengänge eingespiegelt wird. Die andere, nach außen leuchtende Anzeige dient der zusätzlichen Information für den Operateur oder sein Hilfspersonal.

Ausbildungen und Details der Erfindung sind in den 2 und 3 und in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die Patentansprüche, Figuren sowie die Bezugszeichenliste sind Bestandteil der Offenbarung.
Anhand der 2 und 3 wird die Erfindung symbolisch und beispielhaft näher erläutert. Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bedeuten gleiche Bauteile, Bezugszeichen mit unterschiedlichen Indices geben funktionsgleiche oder ähnliche Bauteile an.
Es zeigen hierbei
1: den Stand der Technik in Form eines herkömmlichen Operationsmikroskops mit einem Stativ und einem extern angeordneten Monitor;
2: die erfindungsgemäße Anordnung eines OLED-Displays im unmittelbaren Blickfeld des Operateurs an vier verschiedenen möglichen Anbringungsorten und
3: eine Anordnung eines Operationsmikroskops mit einem OLED-Display, dessen Bild in wenigstens einen Strahlengang eingespiegelt wird.
In 1 ist ein Operationsmikroskop gemäß Stand der Technik dargestellt. An einem Stativ 1 sind zwei Tragarme 3 und 4 montiert. Der eine Tragarm 3 trägt einen Mikroskopkörper 2 und der andere Tragarm 4 trägt einen Monitor 5.
2 zeigt nur noch den mikroskopseitigen Teil eines herkömmlichen Operationsmikroskop-Aufbaus, nämlich eine X-Y-Kupplung 6 und den Mikroskopkörper 2, die an dem Tragarm 3 schwenkbar befestigt sind. Der Mikroskopkörper 2 selbst wird von einem Mikroskop-Tragarm 9 getragen. Das Mikroskop weist ein Hauptobjektiv 13, einen Okulartubus 10 mit Okularen 11 (nur eines sichtbar, weil die beiden stereoskopischen Kanäle in dieser Seitenansicht hintereinander liegen) auf, in das symbolisch ein Betrachterauge 12 blickt. Erfindungsgemäß kann ein OLED-Display 7a bzw. 7b direkt am Mikroskopkörper 2 oder an der X-Y-Kupplung 6 angeordnet sein. Vorteilhaft für die Anordnung am Mikroskopkörper 2 ist insbesondere eine OLED-Folie, die sich dem üblicherweise runden Querschnitt des Mikroskopgehäuses anpasst.
Darüber hinaus kann ein erfindungsgemäßes Operationsmikroskop beispielsweise sowohl am Mikroskopkörper 2, als auch an der X-Y-Kupplung 6 mit je einem OLED-Display 7a bzw. 7b ausgestattet sein. Für diesen Fall ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die beiden OLED-Displays 7a und 7b beide das Gleiche anzeigen, es ist jedoch auch realisierbar, dass auf dem Mikroskop-Display 7a nur mikroskopspezifische, eher dem Operateur dienliche Daten angezeigt werden, während auf dem X-Y-Kupplungs-Display 7b Daten angezeigt werden, die eher nur für das OP-Personal von Relevanz sind oder Daten, die der Operateur nur in bestimmten Situationen benötigt. Zu letzteren Daten gehört insbesondere die Information, an welcher Stelle das Mikroskop gerade positioniert ist. Hierfür wird erfindungsgemäß mittels eines Positionssymbols 8 die momentane Position des Mikroskops innerhalb des gesamten möglichen Bewegungsfeldes des Mikroskops angezeigt. Der Operateur erhält somit unter Umständen wertvolle Informationen, ob er eine erwünschte Position des Mikroskops noch mit dem kleineren, aber viel feineren Verschiebe-Modus via X-Y-Kupplung 6 erreichen kann oder ob er auf die wesentlich gröbere Verschwenkung des gesamten Tragarmes 3 zurückgreifen muss.
Des Weiteren ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein OLED-Display 7c – sei es ein starres oder ein flexibles – an dem Mikroskop-Tragarm 9 oder ein weiteres OLED-Display 7d sogar auf dem Okulartubus 10 angeordnet sein kann. Auch liegt es im Rahmen der Erfindung, ein Operationsmikroskop-Stativ mit OLED-Displays an allen vier geoffenbarten Anbringungsorten auszustatten und die vier verschiedenen OLED-Displays alle mit den gleichen oder mit verschiedenen Daten zu speisen.
In 3 ist schematisch der Aufbau eines erfindungsgemäßen Operationsmikroskops gezeigt, bei dem ein OLED-Display 7e zur Einspiegelung in einen oder beide Strahlengänge 15 vorgesehen ist. Hierfür kann ein verschiebbares Teilerprisma 14 vorgesehen sein, dass optional auf Wunsch des Operateurs das Bild des OLEDs 7e über einen Einspiegelungs-Strahlengang, der mit seiner Achse 16 dargestellt ist, in den Mikroskop-Strahlengang 15 einkoppelt. Auf Darstellung abbildender Optiken wurde verzichtet. Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltungsvariante kann das OLED 7e doppelseitig ausgestaltet sein. D.h., dass ein OLED zur Anwendung gelangt, das eine Anzeigefläche zur Innenseite des Mikroskops hin aufweist. Das Bild dieser Anzeigefläche wird für die Einspiegelung in einen oder beide Strahlengänge des Mikroskops verwendet. Zusätzlich dazu weist dasselbe OLED auch noch eine zweite Anzeigefläche auf, die nach außen zeigt. Die Anzeigeflächen können dieselben oder unterschiedliche Informationen darstellen.

1: Stativ
2: Mikroskopkörper
3: Tragarm für einen Mikroskopkörper 2
4: Tragarm für einen Monitor 5
5: Monitor
6: X-Y-Kupplung
7a-7e: OLED-(Display)
8: Positionssymbol
9: Mikroskop-Tragarm
10: Okulartubus
11: Okular
12: Betrachterauge
13: Hauptobjektiv
14: Teilerprisma
15: Mikroskop-Strahlengang
16: Einspiegelungs-Strahlengang
17a-17d: Anbringungsorte im unmittelbaren Blickfeld des Operateurs
18: Steuerung

Claims

Optisches System, insbesondere Operationsmikroskop, mit einem Stativ (1) mit Tragarmen (3, 4), einem Mikroskopkörper (2) und einem Display (5) dadurch gekennzeichnet, dass das Display (7a-7d) im unmittelbaren Blickfeld eines Betrachters (12) an einem Anbringungsort (17a) an der Außenseite des Mikroskopkörpers (2) und/oder an einem Anbringungsort (17b) an einer X-Y-Kupplung (6) und/oder an einem Anbringungsort (17c) an einem Mikroskop-Tragarm (9) und/oder an einem Anbringungsort (17d) an einem Okulartubus (10) angeordnet ist.
Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Displays (7) jeweils an einem der Anbringungsorte (17a-17d) angeordnet sind und dass für die Displays (7) über eine Steuerung (18) identische oder verschiedene Daten auswählbar sind.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Display (5, 7a-7e) ein starres OLED-Display ist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Display (5, 7a-7e) eine flexible OLED-Folie ist.
Optisches System nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Display beziehungsweise die OLED-Folie (7) so ausgebildet beziehungsweise angebracht ist, dass OP wesentliche Daten wie z.B. Video-Bilder, sowie technische Daten wie z.B. Betriebsbereitschaft oder dergleichen anzeigbar sind.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem der Displays (7a-7e) ein Positionssymbol (8) entsprechend der jeweils aktuellen X-Y-Position des Mikroskopkörpers (2) anzeigbar ist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein OLED-Display (7e) bzw. eine OLED-Folie (7e) am Mikroskopkörper (2) angeordnet ist und dass ein Einspiegelungs-Strahlengang (16) mittels einem verschiebbar angeordneten Teilerprisma (14) optional in einen Mikroskop-Strahlengang (15) einkoppelbar ist.
Optisches System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das OLED-Display (7e) als zweiseitig abstrahlendes Display ausgebildet ist, wobei eine Seite über den Einspiegelungs-Strahlengang (16) und das Teilerprisma (14) in wenigstens einen Mikroskop-Strahlengang (15) einspiegelbar ist.
Verwendung eines OLED-Displays oder einer OLED-Folie (7a-7e) an einem Gehäuse (2) eines optischen Systems (1, 2, 3, 4, 5, 6) zur Darstellung von Informationen über das optische System oder über einen Patienten.