DE102017124786B4 - Illumination device with beam shaper for transcutaneous fluorometry - Google Patents

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Abstract

Beleuchtungsvorrichtung (1) zur Beleuchtung eines Untersuchungsfelds (U) einer transkutanen Fluorometrieuntersuchung umfassend eine Lichtquelle (2) sowie eine austrittsseitig angeordnete Feldblende (6), wobei die Lichtquelle (2) Licht im Anregungswellenlängenbereich von Indocyaningrün (ICG) emittiert, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lichtquelle (2) und der Feldblende (6) ein optischer Homogenisator (5) angeordnet ist, welcher so eingerichtet ist, dass innerhalb der Öffnung der Feldblende (6) kollimierte Strahlen (S) mit homogener Strahldichteverteilung austreten.Illumination device (1) for illuminating an examination field (U) of a transcutaneous fluorometric examination comprising a light source (2) and a field diaphragm (6) arranged on the exit side, the light source (2) emitting light in the excitation wavelength range of indocyanine green (ICG), characterized in that between the light source (2) and the field stop (6) an optical homogenizer (5) is arranged, which is set up so that within the opening of the field stop (6) collimated beams (S) exit with a homogeneous radiance distribution.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung zur Beleuchtung eines Untersuchungsfelds bei einer transkutanen Fluorometrie.The invention relates to an illumination device for illuminating an examination field during transcutaneous fluorometry.

Aus dem Stand der Technik sind Verfahren der transkutanen fluoroskopischen Biopsie zum Nachweis metastatischer Infiltrate im Sentinel-Lymphknoten bekannt, bei welchen der Farbstoff Indocyaningrün (ICG) subkutan injiziert und mittels einer Beleuchtungsvorrichtung transkutan angeregt wird. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine breitbandig emittierende Lichtquelle, die mindestens im Anregungswellenlängenbereich von ICG zwischen 600 Nanometer und 900 Nanometer Licht emittiert. Die Fluoreszenzantwort des injizierten ICG Farbstoffs im Fluoreszenzwellenlängenbereich von etwa 750 Nanometer bis etwa 950 Nanometer mit einem Fluoreszenzmaximum bei einer Wellenlänge von 830 Nanometer wird transkutan mittels einer im nahen Infrarot (NIR) empfindlichen Kamera aufgenommen oder gemessen. Die Kamera kann mit einem Kamerafilter versehen sein, der Licht außerhalb des Fluoreszenzwellenlängenbereiches weitgehend sperrt.The prior art discloses methods of transcutaneous fluoroscopic biopsy for the detection of metastatic infiltrates in the sentinel lymph nodes, in which the dye indocyanine green (ICG) is injected subcutaneously and stimulated transcutaneously by means of a lighting device. The lighting device comprises a broadband emitting light source which emits light at least in the excitation wavelength range of ICG between 600 nanometers and 900 nanometers. The fluorescence response of the injected ICG dye in the fluorescence wavelength range from about 750 nanometers to about 950 nanometers with a fluorescence maximum at a wavelength of 830 nanometers is recorded or measured transcutaneously using a near infrared (NIR) camera. The camera can be provided with a camera filter which largely blocks light outside the fluorescence wavelength range.

Aus der im NIR aufgenommenen Fluoreszenzantwort kann auf die Verteilung von Blut und/oder Gewebeflüssigkeiten, beispielsweise Lymphe, in tieferen Hautschichten geschlossen werden. Ein derartiges, aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren ist damit geeignet, mit einem erhöhten Metabolismus einhergehende pathologische Veränderungen, beispielsweise Metastasen, zu diagnostizieren.From the fluorescence response recorded in the NIR, conclusions can be drawn about the distribution of blood and / or tissue fluids, for example lymph, in deeper skin layers. Such a method known from the prior art is therefore suitable for diagnosing pathological changes associated with an increased metabolism, for example metastases.

Aus dem Stand der Technik sind auch Vorrichtungen zur Fluoreszenzdetektion mittels Endoskopie bekannt. Das Dokument DE 10 2011 122 602 A9 beschreibt eine Vorrichtung zur endoskopischen Fluoreszenzdetektion. Die Vorrichtung umfasst eine Lichterzeugungseinrichtung zur Erzeugung einer Fluoreszenzanregungsstrahlung, einen endoskopisch einsetzbaren Lichtleiter zur Weiterleitung der Fluoreszenzanregungsstrahlung von einem proximalen Ende des Lichtleiters zu einem zu untersuchenden menschlichen oder tierischen Gewebe und zur Aufnahme und Weiterleitung einer von dem Gewebe emittierten Fluoreszenzstrahlung zum proximalen Ende des Lichtleiters, eine Detektoreinrichtung zur Detektion der Fluoreszenzstrahlung und eine am proximalen Ende des Lichtleiters angeordnete Strahlteileroptik zur Einkopplung der Fluoreszenzanregungsstrahlung in den Lichtleiter und zur Weiterleitung der Fluoreszenzstrahlung vom proximalen Ende des Lichtleiters zur Detektoreinrichtung, wobei die Lichterzeugungseinrichtung zur Erzeugung einer solchen Fluoreszenzanregungsstrahlung ausgebildet ist, die zur Anregung der Emission von Fluoreszenzstrahlung des Gewebes in mindestens drei unterschiedlichen Fluoreszenzwellenlängenbereichen geeignet ist, und wobei die Detektoreinrichtung zur Unterscheidung der mindestens drei unterschiedlichen Wellenlängenbereiche der Fluoreszenzstrahlung ausgebildet ist.Devices for fluorescence detection by means of endoscopy are also known from the prior art. The document DE 10 2011 122 602 A9 describes a device for endoscopic fluorescence detection. The device comprises a light generating device for generating fluorescence excitation radiation, an endoscopically usable light guide for forwarding the fluorescence excitation radiation from a proximal end of the light guide to a human or animal tissue to be examined and for receiving and forwarding fluorescence radiation emitted by the tissue to the proximal end of the light guide, a Detector device for detecting the fluorescence radiation and a beam splitter optics arranged at the proximal end of the light guide for coupling the fluorescence excitation radiation into the light guide and for forwarding the fluorescence radiation from the proximal end of the light guide to the detector device, the light generation device being designed to generate such fluorescence excitation radiation that is used to excite the emission of fluorescence radiation of the tissue in at least three different fluorescence wavelength ranges n is suitable, and wherein the detector device is designed to differentiate between the at least three different wavelength ranges of the fluorescent radiation.

Das Dokument DE 10 2006 023 945 A1 beschreibt ein Verfahren und ein optisches Modul zum Auslesen von Biochips. Das optische Modul besteht aus einem optischen Beleuchtungskanal mit einer Lichtquelle, vorzugsweise einer LED mit geeigneter LED-Optik, vorzugsweise einer Hochleistungs-LED, die als Lichtquelle zur homogenen Ausleuchtung verwendet wird, die den Biochip ausleuchtet, einem optischen Auslesekanal in dem das Fluoreszenzlicht der Spots vom Biochip auf eine Kamera abgebildet wird, einem dichroitischen Spiegel zur Separierung des optischen Beleuchtungskanals vom optischen Auslesekanal, geeigneten Filtern, die das Licht der Lichtquelle im optischen Beleuchtungskanal spektral selektieren und das zu detektierende Fluoreszenzlicht im Auslesekanal vom Anregungslicht spektral trennen, mindestens einer Blende zur Minimierung der optischen Abbildungsfehler bei der Abbildung der Spots sowie geeigneter optischer Abbildungselemente.The document DE 10 2006 023 945 A1 describes a method and an optical module for reading biochips. The optical module consists of an optical lighting channel with a light source, preferably an LED with suitable LED optics, preferably a high-performance LED, which is used as a light source for homogeneous illumination that illuminates the biochip, an optical read-out channel in which the fluorescent light of the spots is mapped by the biochip onto a camera, a dichroic mirror to separate the optical lighting channel from the optical readout channel, suitable filters that spectrally select the light from the light source in the optical illumination channel and spectrally separate the fluorescent light to be detected from the excitation light in the readout channel, at least one aperture to minimize it the optical imaging errors in the imaging of the spots as well as suitable optical imaging elements.

Das Dokument DE 10 2015 201 647 B4 beschreibt ein optisches Element zur Fokussierung kollimierter Strahlen um eine optische Achse, welches eintrittsseitig durch einen zur optischen Achse zentrierten Kegelstumpf mit zum Lichteintritt weisender Deckfläche begrenzt ist und austrittsseitig durch einen Kegel mit zum Lichtaustritt weisender Kegelspitze auf der optischen Achse und eine um den Kegel angeordnete rotationssymmetrische asphärische Grenzfläche begrenzt ist. Der Kegel ist als Ergänzungskegel zum Kegelstumpf ausgebildet. Die asphärische Grenzfläche ist als Teilfläche der konvexen Fläche einer plankonvexen asphärischen Sammellinse mit einem hinter dem Lichtaustritt des optischen Elements angeordneten Brennpunkt auf der optischen Achse ausgebildet. Die Mantelflächen des Kegelstumpfs und des Kegels sind nach innen reflektierend ausgebildet und entlang der optischen Achse so beabstandet, dass das kollimierte Eintrittsbündel von der Innenseite der Mantelfläche des Kegels auf die Innenseite der Mantelfläche des Kegelstumpfes gelenkt wird.The document DE 10 2015 201 647 B4 describes an optical element for focusing collimated beams around an optical axis, which is delimited on the entry side by a truncated cone centered on the optical axis with a top surface facing the light entry and on the exit side by a cone with a cone tip facing the light exit on the optical axis and a rotationally symmetrical one around the cone aspherical interface is limited. The cone is designed as a supplementary cone to the truncated cone. The aspherical boundary surface is designed as a partial surface of the convex surface of a plano-convex aspherical converging lens with a focal point on the optical axis arranged behind the light exit of the optical element. The lateral surfaces of the truncated cone and the cone are designed to reflect inwardly and are spaced along the optical axis so that the collimated entry bundle is directed from the inside of the lateral surface of the cone to the inside of the lateral surface of the truncated cone.

Das Dokument US 2016 / 0 085 078 A1 beschreibt ein System zur Fluoreszenzbildgebung mit einer Lichtquelle, einem optischen System, einer Kamera und einem Anregungssperrfilter. Das optische System erzeugt eine ungleichförmige Fluoreszenzanregungsbeleuchtung zur Beleuchtung eines Objekts und zur Anregung einer Fluoreszenz. Das optische System ist zwischen der Lichtquelle und dem Objekt angeordnet und verändert die ungleichförmige Fluoreszenzanregungsbeleuchtung in eine gleichförmige Fluoreszenzanregungsbeleuchtung unter Veränderung der Divergenz der gleichförmigen Fluoreszenzanregungsbeleuchtung. Die Kamera umfasst ein Pixelarray, detektiert Fluoreszenzemissionen und misst die Intensität eines jeden Pixels. Der Anregungssperrfilter ist zwischen dem Objekt und der Kamera angeordnet und sperrt die Anregungsbeleuchtung, so dass die Anregungsbeleuchtung nicht auf die Kamera trifft.The document US 2016/0 085 078 A1 describes a system for fluorescence imaging with a light source, an optical system, a camera and an excitation blocking filter. The optical system generates non-uniform fluorescence excitation lighting for illuminating an object and for exciting fluorescence. The optical system is arranged between the light source and the object and changes the non-uniform fluorescence excitation illumination into one uniform fluorescence excitation illumination while changing the divergence of the uniform fluorescence excitation illumination. The camera comprises an array of pixels, detects fluorescence emissions and measures the intensity of each pixel. The excitation blocking filter is arranged between the object and the camera and blocks the excitation lighting so that the excitation lighting does not strike the camera.

Das Dokument US 2016 / 0 364 858 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Abbildung eines Untersuchungsobjekts. Die Vorrichtung umfasst einen Bildsensor, einen Laser zur Emission von Anregungslicht für ein im Infrarotbereich oder im nahen Infrarotbereich anregbares Fluorophor, eine Lichtquelle, die sichtbares Licht emittiert, einen Strahlteiler, einen Kerbfilter, ein Synchronisationsmodul, eine Bildverarbeitungseinheit, eine Bilddarstellungseinheit und lichtleitende Kanäle. In weiteren Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung einen Bildsensor, einen Laser zur Emission von Anregungslicht für ein im Infrarotbereich oder im nahen Infrarotbereich anregbares Fluorophor, einen Lasersäuberungsfilter, einen Kerbfilter, eine Weißlichtquelle, eine Bildverarbeitungseinheit, eine Bilddarstellungseinheit und lichtleitende Kanäle. Der Bildsensor ist zur Detektion sowohl von sichtbarem Licht als auch von infrarotem Licht eingerichtet.The document US 2016/0 364 858 A1 describes a device and a method for imaging an examination subject. The device comprises an image sensor, a laser for emitting excitation light for a fluorophore that can be excited in the infrared range or in the near infrared range, a light source that emits visible light, a beam splitter, a notch filter, a synchronization module, an image processing unit, an image display unit and light-conducting channels. In further embodiments, the device comprises an image sensor, a laser for emitting excitation light for a fluorophore that can be excited in the infrared range or in the near infrared range, a laser cleaning filter, a notch filter, a white light source, an image processing unit, an image display unit and light-conducting channels. The image sensor is set up to detect both visible light and infrared light.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Beleuchtungsvorrichtung für die transkutane fluoroskopische Biopsie anzugeben. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Beleuchtungsvorrichtung anzugeben, mit der besser reproduzierbare und besser vergleichbare, insbesondere unabhängig vom Abstand eines Untersuchungsobjekts reproduzierbare und vergleichbare Fluoreszenzmessungen durchführbar sind, bei denen in oder unter einem Untersuchungsfeld befindliches ICG unabhängig von der Position innerhalb des Untersuchungsfelds stets gleich stark angeregt wird.The invention is based on the object of specifying an improved lighting device for transcutaneous fluoroscopic biopsy. In particular, the invention is based on the object of specifying a lighting device with which more reproducible and more comparable, in particular reproducible and comparable fluorescence measurements can be carried out independently of the distance to an examination object, in which ICGs located in or under an examination field are independent of the position within the examination field is always stimulated to the same extent.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Beleuchtungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The object is achieved according to the invention by a lighting device having the features of claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous refinements of the invention are the subject matter of the subclaims.

Eine Beleuchtungsvorrichtung zur Beleuchtung eines Untersuchungsfelds einer transkutanen Fluorometrieuntersuchung umfasst eine Lichtquelle sowie eine austrittsseitig angeordneten Feldblende. Die Lichtquelle emittiert Licht im Anregungswellenlängenbereich von Indocyaningrün (ICG).An illumination device for illuminating an examination field of a transcutaneous fluorometric examination comprises a light source and a field diaphragm arranged on the exit side. The light source emits light in the excitation wavelength range of indocyanine green (ICG).

Zwischen der Lichtquelle und der Feldblende ist ein optischer Homogenisator angeordnet, welcher so eingerichtet ist, dass innerhalb der Öffnung der Feldblende Strahlen mit einer homogenen Strahldichteverteilung austreten.An optical homogenizer is arranged between the light source and the field stop, which is set up in such a way that rays with a homogeneous beam density distribution emerge within the opening of the field stop.

Somit trifft auch auf das Untersuchungsfeld Licht mit näherungsweise homogener Strahlintensität. Ein Vorteil einer solchen Beleuchtungsvorrichtung besteht darin, dass im oder unter dem Untersuchungsfeld befindliches ICG unabhängig von der Position innerhalb des Untersuchungsfelds stets gleich stark angeregt wird. Somit ist sichergestellt, dass Unterschiede in der Fluoreszenzantwort nicht auf Unterschiede in der anregenden Beleuchtungsstärke, sondern ausschließlich auf Unterschiede in der lokalen Konzentration des ICG zurückzuführen sind.Thus, light with an approximately homogeneous beam intensity also hits the examination field. One advantage of such a lighting device is that ICG located in or below the examination field is always excited to the same extent regardless of the position within the examination field. This ensures that differences in the fluorescence response are not due to differences in the stimulating illuminance, but exclusively to differences in the local concentration of the ICG.

Gegenüber Beleuchtungsvorrichtungen nach dem Stand der Technik ist somit eine verbesserte Genauigkeit und Reproduzierbarkeit einer transkutanen Fluorometrie möglich.Compared to lighting devices according to the prior art, improved accuracy and reproducibility of a transcutaneous fluorometry are possible.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Homogenisator ein eintrittsseitig angeordnetes Kollimatorobjektiv und einen austrittsseitig angeordneten Strahlformer, die so angeordnet und eingerichtet sind, dass innerhalb der Öffnung der Feldblende kollimierte Strahlen mit homogener Strahldichteverteilung austreten.In one embodiment of the invention, the homogenizer comprises a collimator lens arranged on the inlet side and a beam shaper arranged on the outlet side, which are arranged and set up in such a way that collimated beams with a homogeneous beam density distribution emerge within the opening of the field diaphragm.

Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass aufgrund der Kollimierung des aus der Beleuchtungsvorrichtung austretenden Lichts die anregende Beleuchtungsstärke unabhängig von der Entfernung der Beleuchtungsvorrichtung vom Untersuchungsfeld ist.One advantage of this embodiment is that, due to the collimation of the light emerging from the lighting device, the stimulating illuminance is independent of the distance of the lighting device from the examination field.

Bei einer Ausführungsform ist die Lichtquelle als Laser ausgebildet, der kollimiertes Licht mit einer gaußförmigen Strahldichteverteilung emittiert. Bei dieser Ausführungsform ist der Homogenisator als Strahlformer ausgebildet. Der Strahlformer ist so eingerichtet, dass innerhalb der Öffnung der Feldblende kollimierte Strahlen mit homogener Strahldichteverteilung austreten. Strahlformer zur Transformation einer gaußförmigen Strahldichteverteilung in eine homogene Strahldichteverteilung oder Top-Hat-Strahldichteverteilung sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung kann ein Kollimator eingespart und somit die Konstruktion und Montage vereinfacht werden.In one embodiment, the light source is designed as a laser which emits collimated light with a Gaussian beam density distribution. In this embodiment, the homogenizer is designed as a jet shaper. The beam shaper is set up in such a way that collimated beams with a homogeneous beam density distribution emerge within the opening of the field diaphragm. Beam formers for transforming a Gaussian radiance distribution into a homogeneous radiance distribution or top-hat radiance distribution are known from the prior art. In this embodiment of the invention, a collimator can be saved and the construction and assembly can thus be simplified.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist der optische Homogenisator mindestens eine optisch wirksame Fläche auf, die asphärisch geformt ist. Durch Verringerung sphärischer Aberrationen ist bei dieser Ausführungsform eine verbesserte Homogenität der Strahldichte und/oder ein vergrößertes Untersuchungsfeld und/oder eine verkürzte Baulänge der Beleuchtungsvorrichtung möglich.In one embodiment of the invention, the optical homogenizer has at least one optically effective surface which is aspherically shaped. By reducing spherical aberrations, in this embodiment an improved homogeneity of the radiation density and / or an enlarged examination field and / or a shortened overall length of the lighting device is possible.

Bei einer Ausführungsform ist der optische Homogenisator als optischer Diffusor ausgebildet. Ein optischer Diffusor ist aus dem Stand der Technik als Bauelement bekannt, mit dem durch diffuse Reflexion und Brechung Licht gestreut wird. Ein Diffusor kann beispielsweise als Streuscheibe aus Quarzglas hergestellt sein, in das als Streuzentren wirkende Lufteinschlüsse eingearbeitet sind. Derartige Streuscheiben sind kostengünstig verfügbar, mit geringem Justageaufwand montierbar und eignen sich für die Streuung über einem großen Wellenlängenbereich.In one embodiment, the optical homogenizer is designed as an optical diffuser. An optical diffuser is known from the prior art as a component with which light is scattered by diffuse reflection and refraction. A diffuser can be made, for example, as a diffuser made of quartz glass, into which air inclusions that act as diffusion centers are incorporated. Such diffusion disks are available inexpensively, can be installed with little adjustment effort and are suitable for diffusion over a large wavelength range.

Bei einer Ausführungsform ist der optische Homogenisator als Linsenarray umfassend mehrere, in einer Fläche angeordnete Linsen ausgebildet. Aus dem Stand der Technik sind Linsenarrays, insbesondere Mikrolinsenarrays, bekannt, bei denen die optischen Achsen von mehreren Linsen jeweils paarweise gekreuzt sind und/oder bei denen die Linsen gitterartig oder zeilenförmig versetzt angeordnet sind, um eine große Homogenität der austretenden Strahldichteverteilung zu erzielen. Mit dieser Ausführungsform ist ein besonders hoher optischer Durchsatz und eine besonders gute Homogenität der Strahldichteverteilung erzielbar. Dadurch sind Beleuchtungsvorrichtungen mit Lichtquellen mit geringerer Lichtleistung möglich. Zudem wird dadurch die Erwärmung der Beleuchtungsvorrichtung verringert.In one embodiment, the optical homogenizer is designed as a lens array comprising a plurality of lenses arranged in a surface. Lens arrays, in particular microlens arrays, are known from the prior art, in which the optical axes of several lenses are crossed in pairs and / or in which the lenses are arranged in a grid-like or line-like offset in order to achieve great homogeneity of the exiting radiation density distribution. With this embodiment, a particularly high optical throughput and a particularly good homogeneity of the radiation density distribution can be achieved. As a result, lighting devices with light sources with a lower light output are possible. In addition, the heating of the lighting device is reduced as a result.

Bei einer Ausführungsform ist der optische Homogenisator diffraktiv ausgeführt. In vorteilhafter Weise kann dadurch eine verbesserte Homogenität bei einer geringeren Bauform erreicht werden.In one embodiment, the optical homogenizer is designed to be diffractive. In this way, improved homogeneity can advantageously be achieved with a smaller design.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Beleuchtungsvorrichtung zusätzlich einen nach der Lichtquelle angeordneten ICG - Sperrfilter, der Strahlung wellenlängenabhängig in einem Sperrband sperrt und in einem Durchlassband durchlässt. Das Sperrband reicht mindestens von 800 Nanometer bis 950 Nanometer. Das Durchlassband reicht mindestens von 600 Nanometer bis 700 Nanometer. Bevorzugt sind das Durchlassband und das Sperrband in einem Abstand von höchstens 50 Nanometer angeordnet.In one embodiment of the invention, the lighting device additionally comprises an ICG blocking filter which is arranged after the light source and which blocks radiation in a blocking band as a function of the wavelength and lets it through in a pass band. The barrier band ranges from at least 800 nanometers to 950 nanometers. The pass band ranges from at least 600 nanometers to 700 nanometers. The pass band and the blocking band are preferably arranged at a distance of at most 50 nanometers.

Mit dem ICG - Sperrfilter wird verhindert, dass von der Lichtquelle emittierte Lichtstrahlung im Fluoreszenzwellenlängenbereich von ICG die Fluoreszenzantwort von injiziertem ICG überdeckt beziehungsweise überstrahlt. Somit werden verfälschte Messungen bei der Fluorometrie vermieden.The ICG blocking filter prevents light radiation emitted by the light source in the fluorescence wavelength range of ICG from covering up or outshining the fluorescence response of the injected ICG. This avoids falsified measurements in fluorometry.

Bei einer Ausführungsform ist der ICG - Sperrfilter außerhalb eines die Lichtquelle umgebenden Gehäuses angeordnet, um eine verbesserte Entwärmung zu gewährleisten. Diese Ausführungsform ist insbesondere für Beleuchtungsvorrichtungen vorteilhaft, die für die Emission größerer Anregungsintensitäten vorgesehen sind. Die Entwärmung kann zusätzlich mit Hilfe Kühlvorrichtungen weiter verbessert werden. Derartige Kühlvorrichtungen können mindestens teilweise passiv, beispielsweise als Kühlrippen, und/oder mindestens teilweise aktiv, beispielsweise mit gepumpter Kühlflüssigkeit, ausgeführt sein.In one embodiment, the ICG blocking filter is arranged outside of a housing surrounding the light source in order to ensure improved cooling. This embodiment is particularly advantageous for lighting devices which are provided for the emission of greater excitation intensities. The cooling can also be further improved with the aid of cooling devices. Such cooling devices can be at least partially passive, for example as cooling fins, and / or at least partially active, for example with pumped cooling liquid.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Darin zeigen:

  • 1 schematisch eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Untersuchungsfeld sowie
  • 2 schematisch die Transmissionskurve für einen ICG - Sperrfilter.
Show in it:
  • 1 schematically an illumination device for an examination field as well
  • 2 schematically the transmission curve for an ICG blocking filter.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.

1 zeigt schematisch eine Beleuchtungsvorrichtung 1 mit einem Gehäuse 1.1, das einen Austritt A zum Austritt von Strahlen S aufweist. Die Strahlen S werden auf ein Untersuchungsfeld U projiziert und regen dort subkutan injiziertes ICG zur Fluoreszenz an. Die Fluoreszenzantwort des ICG wird transkutan mittels einer nicht näher dargestellten, im nahen Infrarot (NIR) empfindlichen Aufnahmevorrichtung erfasst. 1 shows schematically a lighting device 1 with a housing 1.1 that a Brexit A. to the exit of rays S. having. The Rays S. be on an examination field U projected and there stimulate subcutaneously injected ICG to fluorescence. The fluorescence response of the ICG is recorded transcutaneously by means of a near infrared (NIR) sensitive recording device, not shown in detail.

Im Gehäuse 1.1 ist eine Lichtquelle 2 konzentrisch zu einer optischen Achse X angeordnet. Die Lichtquelle 2 kann ein einziges Leuchtmittel, beispielsweise eine Halogenlampe umfassen. Es ist aber auch möglich, dass die Lichtquelle 2 eine Mehrzahl räumlich verteilter Leuchtmittel, beispielsweise eine Mehrzahl von Leuchtdioden, umfasst.In the case 1.1 is a light source 2 concentric to an optical axis X arranged. The light source 2 can comprise a single illuminant, for example a halogen lamp. But it is also possible that the light source 2 comprises a plurality of spatially distributed lighting means, for example a plurality of light-emitting diodes.

Die Lichtquelle 2 emittiert mit einer im Wesentlichen rotationssymmetrischen, darüber hinaus aber beliebigen Strahldichteverteilung Licht, das den Absorptions- oder Anregungswellenlängenbereich von in Blut gelöstem ICG mindestens teilweise überdeckt.The light source 2 emits light with an essentially rotationally symmetrical, but also arbitrary radiation density distribution, which at least partially covers the absorption or excitation wavelength range of ICG dissolved in blood.

Zwischen der Lichtquelle 2 und dem Austritt A ist ein Homogenisator 5 angeordnet, der ein Kollimatorobjektiv 5.1 und einen Strahlformer 5.2 umfasst. Das Kollimatorobjektiv 5.1 ist eintrittsseitig, also der Lichtquelle 2 zugewandt angeordnet. Der Strahlformer 5.2 ist austrittsseitig angeordnet.Between the light source 2 and the exit A. is a homogenizer 5 arranged, of a collimator lens 5.1 and a beamformer 5.2 includes. The collimator lens 5.1 is on the entry side, i.e. the light source 2 arranged facing. The beamformer 5.2 is arranged on the outlet side.

Die Lichtquelle 2 kann auch als Laser ausgebildet sein, der kollimiertes Licht mit einer gaußförmigen Strahldichteverteilung emittiert. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung kann das Kollimatorobjektiv 5.1 durch einen Strahlaufweiter ersetzt werden, mit welchem der Durchmesser des Laserstrahls an die Eintrittspupille des Strahlformers 5.2 angepasst wird.The light source 2 can also be designed as a laser that emits collimated light with a Gaussian beam density distribution. In this embodiment of the invention, the collimator lens 5.1 be replaced by a beam expander, with which the diameter of the laser beam the entrance pupil of the beamformer 5.2 is adjusted.

Von der Lichtquelle 2 emittiertes Licht wird durch das Kollimatorobjektiv 5.1 zur optischen Achse X kollimiert. Mittels des Strahlformers 5.2 wird das Strahldichteprofil der austretenden Strahlen S angepasst. Austrittsseitig vom Strahlformer 5.2 ist eine Feldblende 6 angeordnet. Der Strahlformer 5.2 ist so eingerichtet, dass die Strahldichte der die Feldblende 6 durchtretenden, kollimierten Strahlen S homogen ist.From the light source 2 emitted light is through the collimator lens 5.1 to the optical axis X collimated. By means of the beam shaper 5.2 becomes the radiance profile of the exiting rays S. customized. On the exit side of the beamformer 5.2 is a field stop 6th arranged. The beamformer 5.2 is set up so that the radiance of the field stop 6th collimated rays passing through S. is homogeneous.

Der Strahlformer kann nicht näher dargestellte optische Elemente umfassen, die mindestens eine asphärisch geformte optisch wirksame Fläche aufweisen.The beam shaper can comprise optical elements (not shown in more detail) which have at least one aspherically shaped, optically effective surface.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der Lichtquelle 2 und dem Untersuchungsfeld U ein ICG - Sperrfilter 3 angeordnet, dessen optische Wirkung im Folgenden anhand von 2 näher erläutert wird.In one embodiment of the invention there is between the light source 2 and the examination field U an ICG blocking filter 3 arranged, the optical effect of which is based on the following 2 is explained in more detail.

2 zeigt schematisch den Verlauf der Transmissivität T eines ICG - Sperrfilters 3 in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ des transmittierten Lichts. 2 zeigt zudem überlagert schematisch den auf das Fluoreszenzmaximum normierten Verlauf des Fluoreszenzspektrums EICG von angeregtem Indocyaningrün (ICG) sowie schematisch den auf die maximale Emissionsstrahlung normierten Verlauf des Leuchtmittelemissionsspektrums EA , welches von einer breitbandig emittierenden Lichtquelle 2, beispielsweise einer Halogenlampe, abgegeben wird. Die Lichtquelle 2 muss so gewählt sein, dass deren Leuchtmittelemissionsspektrum EA den Anregungswellenlängenbereich ΛABS mindestens teilweise überdeckt. 2 shows schematically the course of the transmissivity T an ICG blocking filter 3 as a function of the wavelength λ of the transmitted light. 2 also shows, superimposed, schematically, the course of the fluorescence spectrum normalized to the fluorescence maximum E ICG of excited indocyanine green (ICG) and, schematically, the course of the lamp emission spectrum standardized to the maximum emission radiation E A , which is from a broadband emitting light source 2 , for example a halogen lamp. The light source 2 must be selected so that their lamp emission spectrum E A the excitation wavelength range Λ ABS at least partially covered.

ICG wird in einem Anregungswellenlängenbereich ΛABS zwischen 600 Nanometer und 900 Nanometer zur Fluoreszenz angeregt. Das vom angeregten ICG emittierte, mittels einer im nahen Infrarot empfindlichen Aufnahmevorrichtung erfassbare Fluoreszenzspektrum EICG liegt in einem Bereich zwischen einer unteren Fluoreszenzwellenlänge λu und einer oberen Fluoreszenzwellenlänge λo . Für in Blut gelöstes ICG beträgt die untere Fluoreszenzwellenlänge λu etwa 750 Nanometer und die obere Fluoreszenzwellenlänge λo etwa 950 Nanometer, wobei das Maximum des Fluoreszenzspektrums EICG bei etwa 830 Nanometer liegt.ICG is in an excitation wavelength range Λ ABS excited to fluorescence between 600 nanometers and 900 nanometers. The fluorescence spectrum emitted by the excited ICG, which can be recorded by means of a recording device that is sensitive in the near infrared E ICG lies in a range between a lower fluorescence wavelength λ u and an upper fluorescence wavelength λ o . For ICG dissolved in blood, the lower fluorescence wavelength is λ u about 750 nanometers and the upper fluorescence wavelength λ o about 950 nanometers, being the maximum of the fluorescence spectrum E ICG is around 830 nanometers.

Aus dem Stand der Technik bekannte Lichtquellen 2 können beispielsweise als Halogenlampen ausgebildet sein und ein breitbandiges Leuchtmittelemissionsspektrum EA emittieren, das in den Bereich des messbaren rums EICG hineinreicht.Light sources known from the prior art 2 can for example be designed as halogen lamps and have a broadband light source emission spectrum E A emit that in the realm of measurable rum E ICG reaches in.

Die von einer solchen breitbandig emittierenden Lichtquelle 2 emittierte Gesamtstrahlungsleistung übersteigt die Gesamtstrahlungsleistung des fluoreszierenden ICG üblicherweise um mehrere Größenordnungen. Somit überstrahlt beziehungsweise überdeckt eine solche Lichtquelle 2 daher die Fluoreszenz des injizierten ICG derart, dass krankheitsbedingte Unterschiede in der Intensität und in der örtlichen Verteilung der Fluoreszenz bei eingeschalteter Operationsleuchte nicht messbar sind.That of such a broadband emitting light source 2 The total radiant power emitted usually exceeds the total radiant power of the fluorescent ICG by several orders of magnitude. Thus, such a light source outshines or covers 2 hence the fluorescence of the injected ICG in such a way that illness-related differences in the intensity and in the local distribution of the fluorescence cannot be measured when the operating light is switched on.

Zur Vermeidung einer solchen Überstrahlung kann ein ICG - Sperrfilter 3 vorgesehen werden, dessen Transmissivität T in einem Durchlassband ΛDnahe Eins oder 100 Prozent ist und in einem Sperrband ΛS nahe Null ist, wobei das Durchlassband ΛD unterhalb des Sperrbands ΛS angeordnet und so breit gewählt ist, dass eine ausreichende Anregung des ICG im oder unter dem Untersuchungsfeld U ermöglicht ist. Das Sperrband ΛS überdeckt mindestens den Fluoreszenzbereich zwischen der unteren und der oberen Fluoreszenzwellenlänge λu , λo .An ICG blocking filter can be used to avoid such overexposure 3 be provided, its transmissivity T in a pass band Λ D is close to one or 100 percent and in a stop band Λ p is close to zero, the pass band Λ D below the locking band Λ p arranged and chosen so wide that sufficient excitation of the ICG in or below the examination field U is made possible. The locking tape Λ p covers at least the fluorescence range between the lower and the upper fluorescence wavelength λ u , λ o .

Der ICG - Sperrfilter 3 kann beispielsweise als Interferenzfilter ausgebildet sein und im Durchlassband ΛD eine Transmissivität T von über 0,95 oder 95 Prozent aufweisen und im Sperrband ΛS eine Transmissivität von höchstens 10-4 oder 0,01 Prozent, entsprechend einer optischen Dichte von 4, aufweisen. Bevorzugt weist der ICG - Sperrfilter 3 im Sperrband ΛS eine Transmissivität von höchstens 10-5 oder 0,001 Prozent, entsprechend einer optischen Dichte von 5, auf. Die Konstruktion von Interferenzfiltern mit einer derartigen Transmissivität T umfassend mehrere, in Lichtausbreitung nacheinander angeordnete optische Beschichtungen ist aus dem Stand der Technik bekannt.The ICG blocking filter 3 can for example be designed as an interference filter and in the passband Λ D a transmissivity T of over 0.95 or 95 percent and in the stop band Λ p have a transmissivity of at most 10 -4 or 0.01 percent, corresponding to an optical density of 4. The ICG blocking filter preferably has 3 in the locking tape Λ p a transmissivity of at most 10 -5 or 0.001 percent, corresponding to an optical density of 5. The construction of interference filters with such a transmissivity T comprising several optical coatings arranged one after the other in the propagation of light is known from the prior art.

Der ICG - Sperrfilter 3 ist außerhalb des Gehäuses 1.1 angeordnet. Dadurch kann der vom ICG - Sperrfilter 3 absorbierte und in Wärme umgewandelte Strahlungsleistungsanteil leichter abgeführt werden.The ICG blocking filter 3 is outside the case 1.1 arranged. This allows the ICG blocking filter 3 absorbed and converted into heat radiation power can be dissipated more easily.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
BeleuchtungsvorrichtungLighting device
1.11.1
Gehäusecasing
22
LichtquelleLight source
33
ICG - SperrfilterICG blocking filter
55
HomogenisatorHomogenizer
5.15.1
KollimatorobjektivCollimator lens
5.25.2
StrahlformerBeam shaper
66th
Feldblende Field stop
AA.
Austrittexit
EICGEICG
FluoreszenzspektrumFluorescence spectrum
EAEA
LeuchtmittelemissionsspektrumLamp emission spectrum
AA.
Wellenlängewavelength
λuλu
untere Fluoreszenzwellenlängelower fluorescence wavelength
λoλo
obere Fluoreszenzwellenlängeupper fluorescence wavelength
ΛSΛS
SperrbandLocking tape
ΛDΛD
DurchlassbandPass band
ΛABSΛABS
AnregungswellenlängenbereichExcitation wavelength range
SS.
Strahl, StrahlungRay, radiation
TT
TransmissivitätTransmissivity
UU
UntersuchungsfeldInvestigation field
XX
optische Achseoptical axis

Claims (7)

Beleuchtungsvorrichtung (1) zur Beleuchtung eines Untersuchungsfelds (U) einer transkutanen Fluorometrieuntersuchung umfassend eine Lichtquelle (2) sowie eine austrittsseitig angeordnete Feldblende (6), wobei die Lichtquelle (2) Licht im Anregungswellenlängenbereich von Indocyaningrün (ICG) emittiert, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lichtquelle (2) und der Feldblende (6) ein optischer Homogenisator (5) angeordnet ist, welcher so eingerichtet ist, dass innerhalb der Öffnung der Feldblende (6) kollimierte Strahlen (S) mit homogener Strahldichteverteilung austreten.Illumination device (1) for illuminating an examination field (U) of a transcutaneous fluorometric examination comprising a light source (2) and a field diaphragm (6) arranged on the exit side, the light source (2) emitting light in the excitation wavelength range of indocyanine green (ICG), characterized in that between the light source (2) and the field stop (6) an optical homogenizer (5) is arranged, which is set up so that within the opening of the field stop (6) collimated beams (S) exit with a homogeneous radiance distribution. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Homogenisator (5) ein eintrittsseitig angeordnetes Kollimatorobjektiv (5.1) und einen austrittsseitig angeordneten Strahlformer (5.2) umfasst.Lighting device (1) according to Claim 1 , characterized in that the homogenizer (5) comprises a collimator lens (5.1) arranged on the inlet side and a beam shaper (5.2) arranged on the outlet side. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (2) als Laser ausgebildet ist und der Homogenisator (5) einen Strahlformer (5.2) umfasst.Lighting device (1) according to Claim 1 , characterized in that the light source (2) is designed as a laser and the homogenizer (5) comprises a beam shaper (5.2). Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Homogenisator (5) mindestens eine asphärische optisch wirksame Fläche aufweist.Lighting device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the homogenizer (5) has at least one aspherical, optically effective surface. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Homogenisator (5) als Linsenarray ausgebildet ist.Lighting device (1) according to Claim 1 , characterized in that the homogenizer (5) is designed as a lens array. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Homogenisator (5) diffraktiv ausgeführt ist.Lighting device (1) according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the homogenizer (5) is diffractive. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zusätzlich umfassend einen nach der Lichtquelle (2) angeordneten ICG - Sperrfilter (3), der Strahlung (5) in einem Sperrband (ΛS) mindestens von 800 Nanometer bis 950 Nanometer sperrt und in einem Durchlassband (ΛD) mindestens von 600 Nanometer bis 700 Nanometer durchlässt.Lighting device (1) according to one of the preceding claims, additionally comprising an ICG blocking filter (3) arranged after the light source (2), which blocks radiation (5) in a blocking band (Λ S ) at least from 800 nanometers to 950 nanometers and in one Pass band (Λ D ) allows at least 600 nanometers to 700 nanometers to pass through.
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