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Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System für die Augenchirurgie mit zumindest einem Operationsmikroskop, einer Beleuchtungseinheit zur Beleuchtung des Auges und einer Steuereinheit sowie ein Verfahren zum Reduzieren der Lichtintensität an einem digitalen Bildsensor eines Operationsmikroskops in einem solchen System.
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Bei der Hinterabschnittschirurgie am Auge erfolgt die Beleuchtung üblicherweise mittels eines Endoilluminators, der einen in das Auge eingeführten Lichtleiter umfasst, da eine Beleuchtung von außen durch die Pupille das Bild durch zu viele störende Reflexe für den Chirurgen unbrauchbar machen würde. Eine Beleuchtung mittels eines Endoilluminators kommt beispielsweise bei der Entfernung des Glaskörpers des Auges (Vitrektomie) zum Einsatz. Die Helligkeit der mittels des Endoilluminators zugeführten Beleuchtung muss dabei einerseits so hell sein, dass ein für den Chirurg ausreichend helles Bild entsteht, und darf andererseits jedoch nicht so hell sein, dass die Retina des Auges geschädigt wird.
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Bei einer Betrachtung des Auges durch die Okulare eines Operationsmikroskops wird die notwendige Mindesthelligkeit der Beleuchtung vor allem durch die Empfindlichkeit der Augen des Chirurgen bestimmt. Bei zu geringer Helligkeit kann der Chirurg schlicht nicht mehr genug erkennen. Neuere Generationen von Operationsmikroskopen lassen jedoch neben der rein visuellen Beobachtung durch die Okulare auch eine elektronisch vermittelte Beobachtung zu. Neuartige Operationsmikroskope umfassen hierzu Bildsensoren, die ein 3D-Bild aufnehmen und ein Display oder mehrere Displays, auf dem bzw. auf denen das aufgenommene 3D-Bild dargestellt werden kann. Der Chirurg kann dann auswählen, ob er das Auge rein visuell durch den Tubus und die Okulare betrachten will, oder ob er mittels einer 3D-Brille das 3D-Bild auf dem Monitor betrachten will. Bei der letztgenannten Option ist die Empfindlichkeit der verwendeten Bildsensoren allerdings so hoch, dass bereits bei sehr viel geringerer Beleuchtungsintensität mit dem Endoilluminator das Monitorbild eine für den Chirurgen ausreichende Helligkeit aufweist. Die Beleuchtungsintensität kann dabei von ca. 80 Prozent der Maximalintensität bei rein visueller Beobachtung auf ca. 10 Prozent der Maximalintensität reduziert werden, was die Retina des zu behandelnden Auges schont.
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Die Beleuchtungsintensität eines Endoilluminators kann in der Regel in Schritten von 5 Prozent verstellt werden, so dass zwischen der Maximalintensität und der Minimalintensität 20 Beleuchtungsstufen vorliegen. Wenn nun die Beleuchtungsintensität etwa auf einen Wert aus einem Intensitätsbereich von 5 Prozent bis 15 Prozent der Maximalintensität eingestellt wird, verbleiben für diesen Intensitätsbereich von diesen zwanzig Beleuchtungsstufen jedoch nur sehr wenige Beleuchtungsstufen, bspw. 5 Prozent, 10 Prozent und 15 Prozent, so dass die Beleuchtungsintensität bei einem auf dem Monitor dargestellten 3D-Bild quasi nicht bzw. nur extrem grob eingestellt werden kann. Zudem kann bei Verwendung besonders empfindlicher Bildsensoren bereits die am Endoilluminator einzustellende Minimalintensität zu hoch sein, was zur Folge hat, dass das auf dem Monitor dargestellte 3D-Bild zu hell ist.
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Der Einsatz weniger intensiver Lichtquellen kommt nicht in Frage, da das Operationsmikroskop auch weiterhin die Möglichkeit einer rein visuellen Beobachtung durch den Tubus und die Okulare ermöglichen soll. Die Praxis zeigt, dass sowohl während einer Operation als auch zwischen aufeinanderfolgenden Operationen oder beim Wechsel zu einem anderen Chirurgen zwischen der visuellen Betrachtung und der digital unterstützten Betrachtung hin- und hergeschaltet wird. Zudem kommen die Operationsmikroskope typischerweise nicht nur für die Hinterabschnittschirurgie am Auge zum Einsatz, sondern auch für andere Behandlungszwecke, bei denen eine höhere Beleuchtungsintensität notwendig ist.
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Aus
US 10,292,783 B2 ,
WO 2009/002574 A2 und
WO 2009/009165 A2 sind Endoilluminatoren bekannt, bei denen mittels Abschwächern eine für die jeweilige Behandlung geeignete Beleuchtungsintensität eingestellt werden kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches System für die Augenchirurgie und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit denen bei digitaler Bildaufnahme und Betrachtung des Bildes auf einem Display oder mehreren Displays eine zu hohe Bildhelligkeit am Display bzw. an den Displays vermieden werden kann.
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Die genannte Aufgabe wird durch ein optisches System für die Augenchirurgie nach Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Reduzieren der von einem digitalen Bildsensor aufgenommenen Lichtmenge nach Anspruch 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung wird ein optisches System für die Augenchirurgie mit zumindest einem Operationsmikroskop, einer Beleuchtungseinheit zur Abgabe von Beleuchtungslicht und einer Steuereinheit zur Verfügung gestellt. Dabei weist das Operationsmikroskop auf:
- - wenigstens einen digitalen Bildsensor
- - wenigstens ein Okular,
- - einen digitalen Beobachtungsmodus, in dem unter Verwendung des wenigstens einen digitalen Bildsensors ein digitales Bild des Beobachtungsbereiches erstellt wird, das über wenigstens ein Display betrachtet wird,
- - einen nicht digitalen Beobachtungsmodus, in dem der Beobachtungsbereich durch das wenigstens eine Okular ohne Zwischenschaltung digitaler Mittel betrachtet wird, und
- - wenigstens zwei Betriebsmodi.
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Das Operationsmikroskop ist dazu eingerichtet, ein den Beobachtungsmodus anzeigendes Beobachtungsmodussignal, sowie ein den Betriebsmodus anzeigendes Betriebsmodussignal auszugeben.
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Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, vom Operationsmikroskop das den Beobachtungsmodus anzeigende Beobachtungsmodussignal sowie das den Betriebsmodus anzeigende Betriebsmodussignal zu empfangen. Außerdem ist sie dazu eingerichtet, ein Änderungssignal auszugeben, das die Änderung der von dem wenigstens einen digitalen Bildsensor aufgenommenen Lichtmenge an Beleuchtungslicht veranlasst. Dabei ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, das Änderungssignal nur dann auszugeben, wenn das empfangene Beobachtungsmodussignal und das empfangene Betriebsmodussignal eine vorbestimmte Kombination aus Beobachtungsmodus und Betriebsmodus anzeigen.
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Das aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannte Einstellen der Beleuchtungsintensität eines Endoilluminators auf eine für die jeweilige Behandlung geeignete Beleuchtungsintensität führt nicht in allen Fällen zu einem befriedigenden Ergebnis. Insbesondere wenn die Beobachtung des Beobachtungsobjekts wahlweise rein visuell oder unter Verwendung digitaler Bildsensoren erfolgen kann, reicht ein Einstellen der Beleuchtungsintensität eines Endoilluminators auf eine für die jeweilige Behandlung geeignete Beleuchtungsintensität nicht aus. Je nach Beobachtungsmodus (rein visuell oder digital) sind nämlich für dieselbe Behandlung ganz andere Beleuchtungsintensitäten nötig, wie dies eingangs dargelegt wurde. Das erfindungsgemäße optische System stellt daher ein Mittel zur Verfügung, mit dem die Einstellmöglichkeiten verbessert werden können. Dadurch, dass die Einstellung der Beleuchtungsintensität nicht nur auf der Basis des eingestellten, eine bestimmte Behandlung signalisierenden Betriebsmodus erfolgt, sondern auf der Basis einer oder mehrerer festgelegter Kombinationen aus Betriebsmodus und Beobachtungsmodus kann bspw. eine zielgenaue Einstellung der Beleuchtungsintensität erfolgen. Das Änderungssignal braucht dabei zudem auch nicht notwendigerweise auf die Beleuchtungsintensität einzuwirken, sondern kann auch auf die Belichtungsdauer des wenigstens einen digitalen Bildsensors einwirken, um eine passende Bildhelligkeit an dem verwendeten Display zu erzeugen.
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In einer speziellen Ausführungsvariante der Erfindung ist einer der Betriebsmodi ein Betriebsmodus für die Hinterabschnittschirurgie. In dieser Ausführungsvariante ist das Änderungssignal dazu geeignet, eine Reduktion der von dem wenigstens einen digitalen Bildsensor aufgenommenen Lichtmenge zu veranlassen, wobei die Ausgabe des Änderungssignals voraussetzt, dass das Betriebsmodussignal den Betriebsmodus für die Hinterabschnittschirurgie anzeigt und das Beobachtungsmodussignal den digitalen Beobachtungsmodus anzeigt. Diese Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen optischen Systems ermöglicht im Falle der Hinterabschnittschirurgie unter Verwendung digitaler Bildsensoren und eines oder mehrerer Displays für den Chirurgen das Einstellen einer geeigneten, von einem digitalen Bildsensor aufgenommenen Lichtmenge. Ein zu helles Bild auf dem wenigstens einen Display kann dadurch zuverlässig vermieden werden. Das automatisierte Erkennen der Kombination der Hinterabschnittschirurgie mit einer digitalen Beobachtung des Beobachtungsbereiches ermöglicht dabei ein rasches und unkompliziertes Einstellen der geeigneten vom Bildsensor aufgenommenen Lichtmenge und hilft zudem, Fehleinstellungen zu vermeiden. Die Anzeige des Betriebsmodus' für die Hinterabschnittschirurgie durch das Betriebsmodussignal kann in dieser Ausführungsvariante beispielsweise durch das Einschwenken einer Ophthalmoskopierlupe in den Beobachtungsstrahlengang ausgelöst werden. Um dies zu ermöglichen, kann das Operationsmikroskop dazu eingerichtet sein, zu erkennen, ob eine Ophthalmoskopierlupe in den Beobachtungsstrahlengang eingeschwenkt ist, und das den Betriebsmodus für die Hinterabschnittschirurgie anzeigende Betriebsmodussignal bei Erkennen einer in den Beobachtungsstrahlengang eingeschwenkten Ophthalmoskopierlupe auszugeben Da ein solches Einschwenken einer Ophthalmoskopierlupe bei der Hinterabschnittschirurgie in der Regel sowieso erfolgt, bietet es sich an, dieses Einschwenken als Auslöser für die Ausgabe eines die Hinterabschnittschirurgie anzeigenden Betriebsmodussignals heranzuziehen. Das Einschwenken der Ophthalmoskopierlupe ist dabei ein zuverlässiger Indikator dafür, dass eine Hinterabschnittschirurgie erfolgt.
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Die Beleuchtungseinheit des optischen Systems kann insbesondere ein Endoilluminator mit einem zur Beleuchtung des Hinterabschnitts des Auges in das Auge einführbaren Lichtleiter sein. Ein solcher Endoilluminator ermöglicht die gezielte Beleuchtung des Hinterabschnitts ohne störende Reflexe und mit der minimal nötigen Beleuchtungsintensität. Als Lichtleiter kann dabei eine Lichtleitfaser oder ein Lichtleitstab Verwendung finden.
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Um auf das Änderungssignal hin die Änderung der vom digitalen Bildsensor aufgenommenen Lichtmenge an Beleuchtungslicht zu realisieren, kann dem wenigstens einen digitalen Bildsensor eine Bildsensorsteuerung zugeordnet sein, mit der die Steuereinheit zur Ausgabe des Änderungssignals verbunden ist. Das Änderungssignal wird von der Steuereinheit an die Bildsensorsteuerung ausgegeben. Die Bildsensorsteuerung ist dazu eingerichtet, auf den Empfang des Änderungssignals hin beispielsweise die Belichtungsdauer des wenigstens einen digitalen Bildsensors zu ändern. Im Falle des Betriebsmodus „Hinterabschnittschirurgie“ besteht diese Änderung zum Beispiel in einer Reduktion der Belichtungsdauer, wenn das Betriebsmodussignal den Betriebsmodus für die Hinterabschnittschirurgie anzeigt und das Beobachtungsmodussignal den digitalen Beobachtungsmodus anzeigt. In dieser Ausgestaltung des optischen Systems kann die Erfindung realisiert werden, ohne dass Änderungen an der Beleuchtungseinheit vorgenommen werden müssen. Bildsensorsteuerungen sind in der Regel sowieso vorhanden, so dass vorhandene optische Systeme gegebenenfalls softwaretechnisch in erfindungsgemäße optische Systeme umgerüstet werden können.
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In einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Systems weist die Beleuchtungseinheit eine Vorrichtung zur steuerbaren Änderung der Beleuchtungsintensität auf. In diesem Fall ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, das Änderungssignal beispielsweise an die Vorrichtung zur steuerbaren Änderung der Beleuchtungsintensität auszugeben, wobei die Vorrichtung zur steuerbaren Änderung der Beleuchtungsintensität dazu eingerichtet ist, auf den Empfang des Änderungssignals hin die Beleuchtungsintensität zu ändern. Hierzu kann die Vorrichtung zur steuerbaren Änderung der Beleuchtungsintensität in einer ersten Alternative wenigstens einen steuerbar in den Beleuchtungsstrahlengang der Beleuchtungseinheit einbringbaren und aus diesem entfernbaren Abschwächer aufweisen, wobei die Vorrichtung zur steuerbaren Änderung der Beleuchtungsintensität dazu eingerichtet ist, den Abschwächer bei Empfang des Änderungssignals in den Beleuchtungsstrahlengang einzubringen oder aus diesem zu entfernen. Der Abschwächer kann beispielsweise ein Neutraldichtefilter oder eine Siebblende sein. Zum Einbringen des Abschwächers in den Beleuchtungsstrahlengang kann beispielsweise ein Filterrad mit einer den Abschwächer aufweisenden Filterradöffnung und einer freien Filterradöffnung vorhanden sein. Weiter besteht die Möglichkeit, den Abschwächer an einer Schwenkvorrichtung anzuordnen, die es ermöglicht, den Abschwächer steuerbar in den Beleuchtungsstrahlengang einzuschenken oder ihn aus dem Beleuchtungsstrahlengang auszuschwenken. Im Falle eines in den Beleuchtungsstrahlengang einbringbaren Abschwächers ist es zudem vorteilhaft, wenn die Vorrichtung zur steuerbaren Reduktion der Beleuchtungsintensität einen Austausch des Abschwächers ermöglicht, um die Vorrichtung beispielsweise durch einen stärkeren Abschwächer an noch empfindlichere digitale Bildsensoren anpassen zu können. Statt eines in den Beleuchtungsstrahlengang der Beleuchtungseinheit einbringbaren Abschwächers oder zusätzlich hierzu kann die Vorrichtung zur steuerbaren Änderung der Beleuchtungseinheit aber auch eine im Beleuchtungsstrahlengang der Beleuchtungseinheit angeordnete Blende mit steuerbarer variabler Blendenöffnung aufweisen, wobei die Blende dazu eingerichtet ist, auf Empfang des Änderungssignals hin die Blendenöffnung zu verändern. Als Blende mit variabler Blendenöffnung kann beispielsweise eine Irisblende Verwendung finden.
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Die Änderung der Beleuchtungsintensität weist gegenüber einer Änderung der Belichtungsdauer des digitalen Bildsensors den Vorteil auf, dass bei einer Reduktion der Beleuchtungsintensität nicht nur ein zu helles Bild auf dem Display bzw. den Displays vermieden werden kann, sondern dass gleichzeitig die Retina des Auges durch die verminderte Beleuchtungsintensität geschont wird. Im Vergleich zur Änderung der vom digitalen Bildsensor aufgenommenen Lichtmenge durch Ändern der Belichtungsdauer erfordert die Änderung der Beleuchtungsintensität jedoch eine konstruktive Anpassung der Beleuchtungseinheit.
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Gemäß eines zweiten Aspekts der Erfindung wird ein Verfahren zum Ändern der von einem digitalen Bildsensor in einem zumindest ein Operationsmikroskop mit wenigstens einem digitalen Bildsensor, eine Beleuchtungseinheit und eine Steuereinheit umfassenden optischen System für die Augenchirurgie aufgenommenen Lichtmenge zur Verfügung gestellt. In dem Verfahren wird in einem digitalen Beobachtungsmodus des Operationsmikroskops unter Verwendung des wenigstens einen digitalen Bildsensors ein digitales Bild des Beobachtungsbereiches erstellt, das über wenigstens ein Display betrachtet wird. In einem nicht digitalen Beobachtungsmodus des Operationsmikroskops wird der Beobachtungsbereich dagegen durch wenigstens ein Okular ohne Zwischenschaltung digitaler Mittel betrachtet. Außerdem sind wenigstens zwei Betriebsmodi vorhanden. In dem erfindungsgemäßen Verfahren gibt das Operationsmikroskop ein den Beobachtungsmodus anzeigendes Beobachtungssignal sowie ein den Betriebsmodus anzeigendes Betriebsmodussignal aus. Die Steuereinheit empfängt vom Operationsmikroskop das Beobachtungsmodussignal und das Betriebsmodussignal und gibt ein Änderungssignal aus, das die Änderung der von dem wenigstens einen digitalen Bildsensor aufgenommenen Lichtmenge veranlasst, wobei die Steuereinheit das Änderungssignal nur ausgibt, wenn das empfangene Beobachtungsmodussignal und das empfangene Betriebsmodussignal eine vorbestimmte Kombination aus Beobachtungsmodus und Betriebsmodus anzeigen.
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Das beanspruchte Verfahren stellt die verfahrensmäßigen Mittel zur Verfügung, mit denen bei dem erfindungsgemäßen optischen System die Einstellmöglichkeiten verbessert werden können. Dadurch, dass die Einstellung der Beleuchtungsintensität nicht nur auf der Basis des eingestellten, eine bestimmte Behandlung signalisierenden Betriebsmodus vorgenommen wird, sondern auf der Basis einer oder mehrerer festgelegter Kombinationen aus Betriebsmodus und Beobachtungsmodus, ermöglicht das Verfahren bspw. eine zielgenaue Einstellung der Beleuchtungsintensität. Das Änderungssignal braucht dabei zudem auch nicht notwendigerweise zu einer Änderung der Beleuchtungsintensität zu führen, sondern kann auch zu einer Änderung der Belichtungsdauer des wenigstens einen digitalen Bildsensors führen, um eine passende Bildhelligkeit an dem wenigstens einen Display zu erzeugen.
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In einer speziellen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist einer der Betriebsmodi ein Betriebsmodus für die Hinterabschnittschirurgie. In dieser Ausführungsvariante veranlasst das Änderungssignal eine Reduktion der von dem wenigstens einen digitalen Bildsensor aufgenommenen Lichtmenge, und die Steuereinheit gibt das Änderungssignal nur unter der Voraussetzung aus, dass das Betriebsmodussignal den Betriebsmodus für die Hinterabschnittschirurgie anzeigt und das Beobachtungsmodussignal den digitalen Beobachtungsmodus anzeigt. Wie das erfindungsgemäße optische System ermöglicht auch das erfindungsgemäße Verfahren ein automatisiertes Reduzieren der vom digitalen Bildsensor aufgenommenen Lichtintensität im Falle einer Hinterabschnittschirurgie im digitalen Betriebsmodus. Eine Fehleinstellung kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zuverlässig vermieden werden.
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Das Änderungssignal kann von der Steuereinheit an eine dem wenigstens einen digitalen Bildsensor zugeordnete Bildsensorsteuerung ausgegeben werden. Auf den Empfang des Änderungssignals hin ändert die Bildsensorsteuerung beispielsweise die Belichtungsdauer des wenigstens einen Bildsensors. Im Falle des Betriebsmodus' „Hinterabschnittschirurgie“ besteht diese Änderung zum Beispiel in einer Reduktion der Belichtungsdauer, wenn das Betriebsmodussignal den Betriebsmodus für die Hinterabschnittschirurgie anzeigt und das Beobachtungsmodussignal den digitalen Beobachtungsmodus anzeigt. Da Bildsensorsteuerungen in der Regel sowieso vorhanden sind, ermöglicht diese Ausgestaltung die softwaretechnische Aufrüstung vorhandener optischer Systeme zur Augenchirurgie, so dass diese das erfindungsgemäße Verfahren ausführen können.
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In einer alternativen Ausgestaltung wird das Änderungssignal an eine Vorrichtung der Beleuchtungseinheit zur steuerbaren Änderung der Beleuchtungsintensität ausgeben. Die Vorrichtung zur steuerbaren Änderung der Beleuchtungsintensität ändert auf Empfang des Reduktionssignals hin beispielsweise die Beleuchtungsintensität im Beleuchtungsstrahlengang. Diese Ausgestaltung bietet gegenüber der Änderung der Belichtungsdauer des wenigstens einen digitalen Bildsensors den Vorteil, dass bei einer Änderung in Form einer Reduktion der Beleuchtungsintensität nicht nur ein zu helles Bild auf dem Monitor vermieden werden kann, sondern auch eine Schonung der Retina aufgrund der reduzierten Beleuchtungsintensität erfolgt. Die Änderung der Beleuchtungsintensität kann mit Hilfe des im Rahmen des erfindungsgemäßen optischen Systems beschriebenen Abschwächers oder mit Hilfe der im Rahmen des erfindungsgemäßen optischen Systems beschriebenen Blende mit steuerbarer Blendenöffnung erfolgen.
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft, wenn die Änderung der Beleuchtungsintensität eine Reduktion um einen Wert ist, der im Bereich zwischen 50% und 90% liegt. Da die Abstrahlung der Beleuchtungslichtquelle im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht verändert wird, kann diese noch immer zwischen einem minimalen Wert und einem maximalen Wert beispielsweise in 5%-Stufen variiert werden, so dass im Falle der Hinterabschnittschirugie unter Zuhilfenahme wenigstens eines digitalen Bildsensors selbst bei einer Reduktion der Beleuchtungsintensität um 90% weiterhin eine feinstufige Regelung der am Monitor gezeigten Helligkeit über die Steuerung der Abstrahlung der Beleuchtungslichtquelle möglich ist.
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Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.
- 1 zeigt ein Beispiel für die Hardwarekomponenten eines Operationsmikroskops in einer schematischen Darstellung.
- 2 zeigt ein optisches System für die Augenchirurgie in einer schematischen Darstellung.
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Bevor die Erfindung anhand der 2 näher erläutert wird, wird mit Bezug auf 1 der typische Aufbau eines Operationsmikroskops beschrieben.
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Das in 1 gezeigte Operationsmikroskop 2 umfasst als wesentliche Bestandteile ein einem Objektfeld 3 zuzuwendendes Objektiv 5, das insbesondere als achromatisches oder apochromatisches Objektiv ausgebildet sein kann. Im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel besteht das Objektiv 5 aus zwei miteinander verkitteten Teillinsen, die ein achromatisches Objektiv bilden. Das Objektfeld 3 wird in der Brennebene des Objektivs 5 angeordnet, so dass es vom Objektiv 5 nach Unendlich abgebildet wird. Mit anderen Worten, ein vom Objektfeld 3 ausgehendes divergentes Strahlenbündel 7 wird bei seinem Durchgang durch das Objektiv 5 in ein paralleles Strahlenbündel 9 umgewandelt.
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Beobachterseitig des Objektivs 5 ist ein Vergrößerungswechsler 11 angeordnet, der entweder wie im dargestellten Ausführungsbeispiel als Zoom-System zur stufenlosen Änderung des Vergrößerungsfaktors oder als so genannter Galilei-Wechsler zur stufenweisen Änderung des Vergrößerungsfaktors ausgebildet sein kann. In einem Zoom-System, das bspw. aus einer Linsenkombination mit drei Linsen aufgebaut ist, können die beiden objektseitigen Linsen verschoben werden, um den Vergrößerungsfaktor zu variieren. Tatsächlich kann das Zoom-System aber auch mehr als drei Linsen, bspw. vier oder mehr Linsen aufweisen, wobei die äußeren Linsen dann auch fest angeordnet sein können. In einem Galilei-Wechsler existieren dagegen mehrere feste Linsenkombinationen, die unterschiedliche Vergrößerungsfaktoren repräsentieren und im Wechsel in den Strahlengang eingebracht werden können. Sowohl ein Zoom-System, als auch ein Galilei-Wechsler wandeln ein objektseitiges paralleles Strahlenbündel in ein beobachterseitiges paralleles Strahlenbündel mit einem anderen Bündeldurchmesser um. Der Vergrößerungswechsler 11 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel bereits Teil des binokularen Strahlengangs des Operationsmikroskops 1, d.h. er weist eine eigene Linsenkombination für jeden stereoskopischen Teilstrahlengang 9A, 9B des Operationsmikroskops 1 auf. Das Einstellen eines Vergößerungsfaktors mittels des Vergrößerungswechslers 11 erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel über ein motorisch angetriebenes Stellglied, das zusammen mit dem Vergrößerungswechsler 11 Teil einer Vergrößerungswechseleinheit zum Einstellen des Vergrößerungsfaktors ist.
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An den Vergrößerungswechsler 11 schließt sich beobachterseitig eine Schnittstellenanordnung 13A, 13B an, über die externe Geräte an das Operationsmikroskop 1 angeschlossen werden können und die im vorliegenden Ausführungsbeispiel Strahlteilerprismen 15A, 15B umfasst. Grundsätzlich können aber auch andere Arten von Strahlteilern Verwendung finden, bspw. teildurchlässige Spiegel. Die Schnittstellen 13A, 13B dienen im vorliegenden Ausführungsbeispiel zum Auskoppeln eines Strahlenbündels aus dem Strahlengang des Operationsmikroskops 2.
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Die Strahlteilerprismen 15A, 15B dienen im vorliegenden Ausführungsbeispiel dazu, jeweils ein Strahlenbündel aus den Teilstrahlangängen 9A, 9B auszukoppeln. An den Schnittstellen 13A, 13B der Schnittstellenanordnung sind jeweils Kameraadapter 19A, 19B mit einer daran befestigten Kamera 21A, 21B angeordnet, die mit einem elektronischen Bildsensor 23A, 23B, bspw. mit einem CCD-Sensor oder einem CMOS-Sensor, ausgestattet ist. Mittels der Kameras 21A, 21B kann ein elektronisches und insbesondere ein digitales Bild des Gewebebereichs 3 aufgenommen werden. Anstelle der Kameraadapter 19A, 19B und der daran befestigten Kameras 21A, 21B kann das Operationsmikroskop 2 des vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel fest integrierte digitale Bildsensoren aufweisen, denen jeweils ein optisches System zum Fokussieren des ausgekoppelten Strahlenbündels auf den Bildsensor vorgeschaltet ist.
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An die Schnittstellenanordnung 13A, 13B schließt sich beobachterseitig ein Binokulartubus 27 an. Dieser weist zwei Tubusobjektive 29A, 29B auf, welche das jeweilige parallele Strahlenbündel 9A, 9B auf eine Zwischenbildebene 31 fokussieren, also das Beobachtungsobjekt 3 auf die jeweilige Zwischenbildebene 31A, 31B abbilden. Die in den Zwischenbildebenen 31A, 31B befindlichen Zwischenbilder werden schließlich von Okularen 35A, 35B wiederum nach Unendlich abgebildet, so dass ein Betrachter das Zwischenbild mit entspanntem Auge betrachten kann. Außerdem erfolgt im Binokulartubus mittels eines Spiegelsystems oder mittels Prismen 33A, 33B eine Vergrößerung des Abstandes zwischen den beiden Teilstrahlenbündeln 9A, 9B, um diesen an den Augenabstand des Betrachters anzupassen. Mit dem Spiegelsystem oder den Prismen 33A, 33B erfolgt zudem eine Bildaufrichtung.
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Das Operationsmikroskop 2 ist außerdem mit einer Beleuchtungsvorrichtung ausgestattet, mit der das Objektfeld 3 mit breitbandigem Beleuchtungslicht beleuchtet werden kann. Hierzu weist die Beleuchtungsvorrichtung im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Weißlichtquelle 41, etwa eine Halogenglühlampe oder eine Gasentladungs-lampe, auf. Das von der Weißlichtquelle 41 ausgehende Licht wird über einen Umlenkspiegel 43 oder ein Umlenkprisma in Richtung auf das Objektfeld 3 gelenkt, um dieses auszuleuchten. In der Beleuchtungs-vorrichtung ist weiterhin eine Beleuchtungsoptik 45 vorhanden, die für eine gleichmäßige Ausleuchtung des gesamten beobachteten Objektfeldes 3 sorgt. Bei der Hinterabschnittschirurgie dient diese Beleuchtungsvorrichtung jedoch nicht zur Beleuchtung des Operationsfeldes, sondern - sofern sie überhaupt zum Einsatz kommt - zur Beleuchtung des Operationsumfeldes.
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Es sei darauf hingewiesen, dass der in 1 dargestellte Beleuchtungsstrahlengang stark schematisiert ist und nicht notwendigerweise den tatsächlichen Verlauf des Beleuchtungsstrahlengangs wiedergibt. Grundsätzlich kann der Beleuchtungsstrahlengang als sogenannte Schrägbeleuchtung ausgeführt sein, die der schematischen Darstellung in 1 am nächsten kommt. In einer solchen Schrägbeleuchtung verläuft der Strahlengang in einem relativ großen Winkel (6° oder mehr) zur optischen Achse des Objektivs 5 und kann, wie in 1 dargestellt, vollständig außerhalb des Objektivs verlaufen. Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Beleuchtungsstrahlengang der Schrägbeleuchtung durch einen Randbereich des Objektivs 5 hindurch verlaufen zu lassen. Eine weitere Möglichkeit zur Anordnung des Beleuchtungsstrahlengangs ist die sogenannte 0°-Beleuchtung, bei der der Beleuchtungsstrahlengang durch das Objektiv 5 hindurch verläuft und zwischen den beiden Teilstrahlengängen 9A, 9B, entlang der optischen Achse des Objektivs 5 in Richtung auf das Objektfeld 3 in das Objektiv eingekoppelt wird. Schließlich besteht auch die Möglichkeit, den Beleuchtungsstrahlengang als sogenannte koaxiale Beleuchtung auszuführen, in der ein erster und ein zweiter Beleuchtungsteilstrahlengang vorhanden sind. Die Teilstrahlengänge werden über einen oder mehrere Strahlteiler parallel zu den optischen Achsen der Beobachtungsteilstrahlengänge 9A, 9B in das Operationsmikroskop 2 eingekoppelt, so dass die Beleuchtung koaxial zu den beiden Beobachtungsteilstrahlengängen verläuft. Die 0°-Beleuchtung und die koaxiale Beleuchtung finden bei der Hinterabschnittschirurgie in der Regel keine Verwendung.
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In der in 1 gezeigten Ausführungsvariante des Operationsmikroskops 2 besteht das Objektiv 5 lediglich aus einer Achromatlinse. Es kann jedoch auch ein Objektivlinsensystem aus mehreren Linsen Verwendung finden, insbesondere ein so genanntes Vario-Objektiv, mit dem sich der Arbeitsabstand des Operationsmikroskops 2, d.h. der Abstand der objektseitigen Brennebene vom Scheitel der ersten objektseitigen Linsenfläche des Objektivs 5, auch Objektschnittweite genannt, durch Verschieben der Objektivlinsen gegeneinander variieren lässt. Auch von einem Vario-Objektiv wird das in der Brennebene angeordnete Objektfeld 3 nach Unendlich abgebildet, so dass beobachterseitig ein paralleles Strahlenbündel vorliegt.
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Ein Operationsmikroskop, wie das beschriebene findet in dem in 2 gezeigten exemplarischen Ausführungsbeispiel für ein optisches System für die Augenchirurgie Verwendung. Neben dem Operationsmikroskop 2 umfasst das optische System des exemplarischen Ausführungsbeispiels einen Monitor 47, auf dem die mit dem Bildsensoren 23A, 23B aufgenommenen Bilder dargestellt und mittels einer 3D-Brille dreidimensional betrachtet werden können, eine sogenannte Phakomaschine, die einen Endoilluminator 49 als Beleuchtungseinheit umfasst, durch den sie in 2 repräsentiert ist. Darüber hinaus umfasst das optische System eine Steuereinheit 51, die mit dem Operationsmikroskop 2 und der Phakomaschine, im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel dem Endoilluminator 49 der Phakomaschine, verbunden ist. Neben dem Endoilluminator 49 umfasst die Phakomaschine auch in 2 nicht dargestellte chirurgische Werkzeuge zur Behandlung im Operationsfeld 3, das im exemplarischen Ausführungsbeispiel ein Auge ist. Die chirurgischen Werkzeuge können insbesondere Werkzeuge zum Zerkleinern des Glaskörpers oder der Linse 55 und zum Absaugen der Glaskörperbruchstücke bzw. Linsenbruchstücke umfassen. Von Bedeutung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch in erster Linie der Endoilluminator 49 der Phakomaschine, mit dem das Auge 3 während der chirurgischen Prozedur von innen beleuchtet wird.
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Der Endoilluminator 49 umfasst eine Lichtquelle 57, die im exemplarischen Ausführungsbeispiel als LED ausgebildet ist, sowie optische Komponenten 65, 67 mit deren Hilfe das von der LED 57 ausgehende Beleuchtungslicht in das proximale Ende 59 einer Lichtleitfaser 61 eingekoppelt wird. Im Rahmen der Hinterabschnittschirurgie wird das distale Ende 63 der Lichtleitfaser 61 in das Innere des Augapfels eingeführt um von dort für eine Beleuchtung des Hinterabschnitts des Auges sorgen. Das Einführen der Lichtleitfaser in das Innere des Augapfels 4 erfolgt üblicherweise unter zu Hilfenahme eines Trokars, mit dem der Augapfel punktiert wird und der ein Lumen aufweist, durch das die Lichtleitfaser in das Innere des Auges hindurchgeführt wird. Der Übersichtlichkeit halber ist der Trokar in 2 jedoch nicht dargestellt.
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Als optische Komponenten 65, 67 zum Einkoppeln des von der LED 57 ausgehenden Lichtes in das proximale Ende 59 der Lichtleitfaser 61 weist der Endoilluminator 49 einen Kollektor 65, der dazu dient das von der LED 57 ausgehende divergente Strahlenbündel zu einem parallelen Strahlenbündel zu kollimieren, und einen Kondensors 67, der das kollimierte Strahlenbündel auf das distale Ende 59 der Lichtleitfaser 61 fokussiert. Obwohl sowohl der Kollektor 65 als auch der Kondensor 67 in 2 als Einzellinsen dargestellt sind, können der Kollektor 65 und/oder der Kondensor 67 jeweils aus einer Kombination mehrerer Linsen bestehen.
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Zwischen dem Kollektor 65 und dem Kondensor 67 ist ein Abschwächer 69 vorhanden, der in den kollimierten Strahlengang eingebracht und aus diesem wieder entfernt werden kann. Wenn der Abschwächer 69 in den Beleuchtungsstrahlengag eingebracht ist, reduziert er die Beleuchtungsintensität des von der LED 57 ausgehenden Beleuchtungslichtes. Im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel ist der Abschwächer 69 ein Neutraldichtefilter, der die Intensität des Beleuchtungslichtes um einen Wert im Bereich zwischen 50 Prozent und 90 Prozent reduziert, typischerweise um einen Wert im Bereich zwischen 70 und 90 Prozent und insbesondere um einen Wert im Bereich zwischen 80 und 90 Prozent. Wie in 2 dargestellt ist, kann der Abschwächer 69 von einer Position, in der er sich nicht im Beleuchtungsstrahlangang befindet (Position A in 2), in eine Position geschwenkt werden, in der er sich im kollimierten Strahlengang befindet (Position B). Das Einschwenken des Abschwächers 69 in die Position B, also in den kollimierten Strahlengang des Endoilluminators 49, ist in der Regel nötig, wenn das in 2 dargestellte optische System in der Hinterabschnittschirurgie zur Anwendung kommt und gleichzeitig die Beobachtung statt über die Okulare 35A, 35B des Operationsmikroskops 2 über den Monitor 47 erfolgt. In diesem Fall wäre die Intensität des unabgeschwächten Beleuchtungslichtes so hoch, dass die Bildsensoren ein zu helles Bild liefern. Durch das Einschwenken des Abschwächer 69 in die Position B erfolgt eine Abschwächung des vom Endoilluminator 49 in das Innere des Auges 3 abgegebene Beleuchtungslichtes auf einen Wert, der an den Bildsensoren 23 zu einem angemessenen Wert der von ihnen aufgenommenen Lichtmenge führt, so dass die Dauer der Belichtung an den Bildsensoren nicht verändert werden muss. Gleichzeitig führt die Reduktion der Beleuchtungsintensität zu einer Schonung der Retina 71 des behandelten Auges 3.
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Obwohl im exemplarischen Ausführungsbeispiel als Abschwächer ein Neutraldichtefilter in den kollimierten Strahlengang eingeschwenkt wird, können statt des Neutraldichtefilters auch andere Abschwächer in den kollimierten Strahlengang eingeschwenkt werden, etwa eine Siebblende. Zudem ist es auch nicht nötig, den Abschwächer einschwenkbar auszugestalten. In einer alternativen Ausgestaltung kann als Abschwächer eine Blende mit variabler Blendenöffnung Verwendung finden, bei dem die Blendenöffnung zum Ändern der Beleuchtungsintensität verändert werden kann. Als Blende mit variabler Blendenöffnung kann beispielsweise eine Irisblende Verwendung finden.
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Das Operationsmikroskop 2 weist im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel wenigstens zwei Betriebsmodi auf, von denen einer ein Betriebsmodus für die Hinterabschnittschirurgie ist. Außerdem weist das Operationsmikroskop 2 einen visuellen Beobachtungsmodus, in dem der behandelnde Chirurg das Auge 3 rein visuell durch die Okulare 35A, 35B und das optische System des Operationsmikroskops 2 betrachtet, und einen digitalen Beobachtungsmodus, in dem der behandelnde Chirurg das Auge 3 auf dem Monitor 47 betrachtet, auf. Elektronische Komponenten 73, 77 des Operationsmikroskops 2 erfassen den am Operationsmikroskop 2 eingestellten Beobachtungsmodus sowie den Betriebsmodus des Operationsmikroskops 2. Das Erfassen des Beobachtungsmodus kann auf der Basis der an der Bedienkonsole des Operationsmikroskops 2 vorgenommenen Einstellung erfolgen. Das Erfassen des Betriebsmodus erfolgt im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbespiel auf der Basis einer in den Beobachtungsstrahlengang einschwenkbaren Ophthalmoskopierlupe 75, die zwischen dem Objektiv des Operationsmikroskops 2 und dem Auge 3 in den Beobachtungsstrahlengang eingeschwenkt werden kann. Ein Sensor 77 erkennt die Schwenkstellung, in der die Ophthalmoskopierlupe 75 in den Beobachtungsstrahlengang eingeschwenkt ist, und damit den Betriebsmodus „Hinterabschnittschirurgie“. In anderen Schwenkstellungen wird im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel ein Betriebsmodus „keine Hinterabschnittschirurgie“ erfasst. Selbstverständlich kann das Betriebsmodussignal statt an das Detektieren der Schwenkstellung der Ophthalmoskopierlupe 75 auch auf der Basis anderer Vorgänge erfasst werden, beispielsweise wenn die Bedienkonsole des Operationsmikroskops das Einstellen eines Betriebsmodus „Hinterabschnittschirurgie“ ermöglicht, kann das Erfassen des Betriebsmodus auf der Basis der an der Bedienkonsole vorgenommenen Einstellung erfolgen.
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Der erfasste Beobachtungsmodus und der erfasste Betriebsmodus werden in Form eines Beobachtungsmodussignals BO und eines Betriebsmodussignals BT an die Steuerung 51 ausgegeben, und die Steuerung 51 generiert ein Änderungssignal, wenn das Betriebsmodussignal den Betriebsmodus für die Hinterabschnittschirurgie anzeigt und das Beobachtungsmodussignal den digitalen Beobachtungsmodus anzeigt. Im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel ist das Änderungssignal ein Reduktionssignal RS, welches eine Reduktion der Beleuchtungsintensität durch Einschwenken des Abschwächers 69 in den Beleuchtungsstrahlengang veranlasst. Dieses Reduktionssignal RS gibt die Steuerung 51 dann an den Endoilluminator 49 aus, der bei Empfang des Reduktionssignals RS den Abschwächer 69 von der Position A in die Position B schwenkt, so dass er sich im Beleuchtungsstrahlengang des Endoilluminators 49 befindet. In alternativen Ausgestaltungen kann das Reduktionssignal statt zum Einschwenken eines Abschwächers 69 in den Beleuchtungsstrahlengang zu einer Verkleinerung der Blendenöffnung einer Blende mit variabler Blendenöffnung führen. In beiden Fällen hat der Empfang des Reduktionssignals jedoch zur Folge, dass die Beleuchtungsintensität reduziert wird, was zu einer Reduktion der von den digitalen Bildsensoren 23A, 23B aufgenommenen Lichtmenge und zur Schonung der Retina 71 führt.
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Die beschriebene Verringerung der Beleuchtungsintensität setzt voraus, dass die Steuerung 51 sowohl ein Beobachtungsmodussignal BO empfängt, das den digitalen Beobachtungsmodus anzeigt, als auch ein Betriebsmodussignal BT, das den Betriebsmodus „Hinterabschnittschirurgie“ anzeigt. Wenn andererseits das Beobachtungsmodussignal den visuellen Beobachtungsmodus anzeigt, gibt die Steuerung 51 kein Reduktionssignal RS an den Endoilluminator 49 der Phakomaschine aus, unabhängig davon, ob das Betriebsmodussignal BT den Betriebsmodus „Hinterabschnittschirurgie“ oder den Betriebsmodus „kein Hinterabschnittschirurgie“ anzeigt. Ebenso gibt die Steuerung 51 kein Reduktionssignal RS an den Endoilluminator 49 der Phakomaschine aus, wenn das Betriebsmodussignal „keine Hinterabschnittschirurgie“ anzeigt, unabhängig davon, ob das Beobachtungsmodussignal BO den digitalen Beobachtungsmodus oder den visuellen Beobachtungsmodus anzeigt.
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Im in 2 dargestellten exemplarischen Ausführungsbeispiel erfolgt die Reduktion der von den digitalen Bildsensoren 23A, 23B aufgenommenen Lichtmenge durch eine Reduktion des von dem Endoilluminator 49 der Phakomaschine ausgesendeten Beleuchtungslichtes. In einer alternativen Ausgestaltung erfolgt die Reduktion der von den digitalen Bildsensoren 23A, 23B aufgenommenen Lichtmenge durch ein Reduzieren der Belichtungsdauer der digitalen Bildsensoren 23A, 23B. In diesem Fall gibt die Steuereinheit 51 das Reduktionssignal RS nicht an den Endoilluminator 49 der Phakomaschine 49 aus, sondern an die Kameras 21A, 21B bzw. deren Bildsensorsteuerungen 24A, 24B, mit denen die Bildsensoren 23A, 23B gesteuert werden. Auch in diesem Fall erfolgt die Ausgabe des Reduktionssignals RS nur dann, wenn das Beobachtungsmodussignal BO den digitalen Beobachtungsmodus anzeigt und das Betriebsmodussignal BT den Betriebsmodus „Hinterabschnittschirurgie“. Bei anderen Signalkombinationen erfolgt keine Ausgabe des Reduktionssignals RS.
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Die vorliegende Erfindung wurde anhand eines exemplarischen Ausführungsbeispiels zur Erläuterungszwecken im Detail beschrieben. Ein Fachmann erkennt jedoch, dass er im Rahmen der Erfindung von dem Ausführungsbeispiel abweichen kann. So ist in 2 die Steuereinheit 51 als eigenständige Einheit dargestellt. Sie kann jedoch auch in die Phakomaschine oder, insbesondere wenn die Reduktion der von den digitalen Bildsensoren aufgenommenen Lichtmenge durch eine Reduktion der Belichtungsdauer erreicht werden soll, in das Operationsmikroskop integriert sein. Aber auch, wenn die Reduktion der von den Bildsensoren aufgenommenen Lichtmenge durch eine Reduktion der Beleuchtungsintensität verursacht wird, kann die Steuereinheit in das Operationsmikroskop integriert sein. Ein Fachmann erkennt zudem, dass von der in 1 dargestellten Variante des Operationsmikroskops abgewichen werden kann, solange dieses sowohl einen visuellen Beobachtungsmodus als auch einen digitalen Beobachtungsmodus zulässt. Die vorliegende Erfindung soll daher nicht durch das exemplarische Ausführungsbeispiel beschränkt sein, sondern lediglich durch die beigefügten Ansprüche.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 10292783 B2 [0006]
- WO 2009/002574 A2 [0006]
- WO 2009/009165 A2 [0006]
