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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität gegenüber der vorläufigen US-Anmeldung mit der Nummer
63/214,139 , eingereicht am 23.6.2021 mit dem Titel OPTICAL FIBER HAVING AN EXPANDED LIGHT PATTERN und die hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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STAND DER TECHNIK
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Der vorliegende Gegenstand betrifft allgemein eine optische Faser mit einem expandierten Lichtmuster und insbesondere eine optische Faser zum Liefern von Beleuchtung an eine Operationsstelle während einer ophthalmischen Operationsprozedur.
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Verschiedene ophthalmische Operationsprozeduren, manchmal als vitreoretinale Prozeduren bezeichnet, werden üblicherweise im hinteren Segment des Auges vorgenommen. Ophthalmische Operationsprozeduren bieten sich an, um viele schwerwiegende Leiden des hinteren Segments zu behandeln, wie etwa eine altersbedingte Makula-Degeneration (AMD), diabetische Retinopathie, Glaskörperblutung, Makulaloch, retinale Ablösung, epiretinale Membran, CMV-Retinitis und viele andere opthalmische Leiden.
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Während der chirurgischen Prozeduren ist die entsprechende Beleuchtung der Innenseite des Auges wichtig. Typischerweise können opthalmische Beleuchtunvorrichtungen wie etwa Endoilluminatorsysteme Licht für die Operationsstelle liefern. Ein Nutzer, wie etwa ein Chirurg oder ein anderer medizinischer Experte, kann die Vorrichtung in das Auge einführen, um das Innere des Auges zu beleuchten. Eine Lichtquelle und andere Beleuchtungsoptiken lenken einen Lichtstrahl durch eine optische Faser der Beleuchtungsvorrichtung. Es ist wünschenswert, ein expandiertes oder Weitwinkel-Beleuchtungsfeld bereitzustellen, um einen größtmöglichen Abschnitt des Inneren des Auges zu beleuchten. Die Miniaturisierung opthalmischer chirurgischer Instrumente, die Beleuchtung an eine Operationsstelle liefern, begrenzt jedoch die Fähigkeit der optischen Faser, genügend Licht und/oder unter einem Winkel, der groß genug ist, zur effektiven Visualisierung durch den Chirurgen, an die Operationsstelle zu liefern.
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Es ist wünschenswert, die Anzahl und Größe von Einschnitten zu minimieren, die erforderlich ist, um opthalmische chirurgische Prozeduren vorzunehmen. Typischerweise werden Einschnitte vorgenommen, die nur groß genug sind, um die Größe des mikrochirurgichen Instruments aufzunehmen, das in das Innere des Auges eingeführt wird. Deshalb kann das Minimieren der Größe des mikrochirurgischen Instruments die Einschnittsgröße minimieren. Das Reduzieren der Anzahl von Einschnitten kann durch Integrieren verschiedener mikrochirurgischer Instrumente bewerkstelligt werden. Beispielsweise kann die optische Faser in das Arbeitsende eines mikrochirurgischen Instruments integriert werden, um die Notwendigkeit für einen getrennten Beleuchtungseinschnitt zu eliminieren.
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Frühere Versuche des Integrierens mehrerer mikrochirurgischer Instrumente haben jedoch zu größeren Instrumenten geführt, die größere Einschnitte erfordern, oder sie gingen mit einer entsprechenden Abnahme bei der Leistung von einem oder beiden der integrierten chirurgischen Instrumente einher. So wurde beispielsweise die Größe der in mikrochirurgischen Instrumenten verwendeten optischen Faser durch die Größe des Lichtstrahls beschränkt, der durch konventionelle Lichtquellen emittiert wird, die konventionelle Lichtelemente wie etwa Wolfram, Halogen, Glühlampen, Metallhalogenid-Lichtbogenlampen, Xenon-Lichtbogenlampen, Quecksilberdampf-Lichtbogen und LEDs verwenden.
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Alle Quellen der Glüh- und Lichtbogenlampen innerhalb dieser Lampen sind relativ zu der Größe der Fasern, mit denen sie gekoppelt werden, groß. Im Allgemeinen sind konventionelle Lichtquellen darauf beschränkt, mit optischen Fasern mit einem Durchmesser von 250 µm oder größer verwendet zu werden. Diese konventionellen Lichtquellen können keinen Lichtstrahl mit einem Brennpunkt emittieren, der kleiner ist als eine Öffnungsblende der optischen Faser. Infolgedessen würde das Reduzieren der Größe der optischen Faser die Lichtmenge, die durch die n übertragen wird, auf ein inakzeptables Leistungsniveau reduzieren.
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Dementsprechend besteht ein Bedarf an einer ophthalmischen Beleuchtungsvorrichtung mit einer optischen Faser, die ein expandiertes Lichtmuster zum Beleuchten einer Operationsstelle während einer ophthalmischen chirurgischen Prozedur liefert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In den beiliegenden Zeichnungen, die einen Teil der Patentschrift bilden, zeigen:
- 1 eine Querschnittsansicht eines Auges, die eine innere Anatomie des Auges darstellt, gemäß einer Ausführungsform.
- 2A ein Diagramm, das einen Abschnitt eines ophthalmischen Beleuchtungssystems darstellt, mit einer optischen Faser.
- 2B ein Diagramm, das einen Abschnitt eines ophthalmischen Beleuchtungssystems darstellt, mit einer optischen Faser.
- 2C ein Diagramm, das einen Abschnitt eines ophthalmischen Beleuchtungssystems darstellt, mit einer optischen Faser.
- 3A eine Draufsicht einer ersten alternativen Ausführungsform des beleuchteten mikrochirurgischen Instruments.
- 3B eine vergrößerte Querschnittsansicht der ersten alternativen Ausführungsform des beleuchteten mikrochirurgischen Instruments in einer offenen Position.
- 3C eine vergrößerte Querschnittsansicht der ersten alternativen Ausführungsform des beleuchteten mikrochirurgischen Instruments in einer geschlossenen Position.
- 4A eine Draufsicht einer zweiten aternativen Ausführungsform des beleuchteten mikrochirurgischen Instruments.
- 4B eine Draufsicht einer zweiten alternativen Ausführungsform des beleuchteten mikrochirurgischen Instruments in einer geschlossenen Position.
- 4C eine vergrößerte Ansicht einer zweiten alternativen Ausführungsform des beleuchteten mikrochirurgischen Instruments mit einer nicht abgeschrägten Spitze in einer geschlossenen Position.
- 4D eine vergrößerte Ansicht einer zweiten alternativen Ausführungsform des beleuchteten mikrochirurgischen Instruments mit einer nicht abgeschrägten Spitze in einer offenen Position.
- 4E eine vergrößerte Ansicht einer zweiten alternativen Ausführungsform des beleuchteten mikrochirurgischen Instruments mit einer abgeschrägten Spitze in einer geschlossenen Position.
- 4F eine vergrößerte Ansicht einer zweiten alternativen Ausführungsform des beleuchteten mikrochirurgischen Instruments mit einer abgeschrägten Spitze in einer offenen Position.
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Entsprechende Bezugszahlen bezeichnen in den verschiedenen Figuren der Zeichnungen entsprechende Teile.
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BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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1 ist eine Querschnittsansicht eines beleuchteten mikrochirurgischen Instruments 50, das ein inneres Gebiet eines Auges 20 gemäß einer Ausführungsform beleuchtet. Verschiedene mikrochirurgische Instrumente 50 können in das Auge 20 eingeführt werden, um verschiedene Operationen durchzuführen. Beispielsweise kann ein mikrochirurgisches Instrument 50 durch die Sklera 36 (im Allgemeinen auf der Pars plana) in den Glaskörper 38 eingeführt werden in Verbindung mit dem Durchführen einer vitreoretinalen Prozedur. Dazu können unter anderem eine Vitrektomiesonde, eine Infusionskanüle und ein beleuchtetes mikrochirurgisches Instrument oder eine beleuchtete mikrochirurgische Sonde zum Beleuchten eines Inneren des Auges 20 zählen. Das mikrochirurgische Instrument 50 kann ein optisches Faserkabel zum Übertragen von Licht von einer Lichtquelle, um das Innere des Glaskörpers 38 des Auges 20 während verschiedener intraoperativer Prozeduren wie etwa vitreoretinale Operation zu beleuchten, enthalten.
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Die 2A - 2C veranschaulichen ein Diagramm eines ophthalmischen Beleuchtungssystems 100. Das ophthalmische Beleuchtungssystem 100 enthält eine Lichtquelle 122 zum Übertragen eines Lichtstrahls durch eine optische Faser 170, um ein Operationsfeld zu beleuchten. Die optische Faser 170 weist einen proximalen Abschnitt 172 auf, der eine erste numerische Apertur definiert, einen distalen Abschnitt 174, der eine zweite numerische Apertur definiert, und einen zentralen Abschnitt 176, der sich zwischen dem proximalen Abschnitt und dem distalen Abschnitt 174 erstreckt. Die optische Faser 170 ist ausgelegt zum Empfangen des Lichtstrahls an dem proximalen Abschnitt 172 an der ersten numerischen Apertur und Ausgeben des Lichtstrahls von dem distalen Abschnitt 174 an der zweiten numerischen Apertur. Auf diese Weise liefert das ophthalmische Beleuchtungssystem 100 eine optische Faser 170, die den Lichtstrahl von der Lichtquelle 122 in einem expandierten Lichtmuster relativ zu dem ursprünglich emittierten Lichtmuster von der Lichtquelle 122 zu dem Operationsfeld emittiert.
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In der Ausführungsform der 2A - 2C ist die zweite numerische Apertur größer als die erste numerische Apertur. Beispielsweise kann die erste numerische Apertur des proximalen Abschnitts 172 eine numerische Apertur von 0,5 oder weniger definieren, und die zweite numerische Apertur des distalen Abschnitts 174 definiert eine numerische Apertur von etwa 0,6 oder mehr. Außerdem kann die dritte numerische Apertur des zentralen Abschnitts 176 eine numerische Apertur von etwa 0,5 oder weniger definieren.
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Der von der Lichtquelle 122 kommende Lichtstrahl kann durch seine Winkelausdehnung oder Divergenz an verschiedenen Orten innerhalb des Lichtwegs zwischen der Lichtquelle 122 und dem Operationsfeld 180 gekennzeichnet sein (1). Eine Metrik der Winkelausdehnung kann die numerische Apertur („NA“) sein. Formal ist NA= sin (Konushalbwinkel). Der Lichtstrahl innerhalb des ophthalmischen Beleuchtungssystems 100 kann somit durch die numerische Apertur NAbeam gekennzeichnet sein. Unter Bezugnahme auf 2B beschreiben die mathematischen Beschreibungen 270 (2B), nachstehend ausführlicher erörtert, NAbeam an verschiedenen Orten innerhalb des ophthalmischen Beleuchtungssystems 100. Die optische Faser 170 kann auch durch eine Winkelausdehnung oder numerische Apertur NAfiber gekennzeichnet sein, die die Winkel von Licht beschreibt, die durch die optische Faser 170 aufgenommen und übertragen werden können. Der Wert NAfiber kann für eine gegebene optische Faser 170 eine feste Charakteristik sein. Andere Fasern können andere NA-Werte aufweisen. Die optische Faser 170 kann eine beliebige geeignete numerische Apertur NAfiber aufweisen, einschließlich eines NAfiber-Werts zwischen etwa 0,1 und etwa 0,9, zwischen etwa 0,1 und etwa 0,8, zwischen etwa 0,1 und etwa 0,7, einschließlich von Werten wie etwa 0,12, 0,22, 0,26, 0,30, 0,37, 0,44, 0,48, 0,50, 0,63, 0,66 und/oder andere geeignete Werte, die sowohl größer als auch kleiner sind. Der Wert NAfiber kann derart gewählt werden, dass die optische Faser 170 Licht mit der gewünschten Winkelausdehnung überträgt. Wenn der Lichtstrahl eine numerische Apertur NAbeam kleiner oder gleich der numerischen Apertur NAfiber aufweist, kann der Lichtstrahl mit wenig bis keinem optischen Verlust durch die optische Faser 170 übertragen werden. Unter Bezugnahme auf 2B kann, wenn der Lichtstrahl eine numerische Apertur NAbeam innerhalb der optischen Faser 170 größer als die numerische Apertur NAfiber aufweist, ein Teil (zum Beispiel die Strahlen mit einem größeren Winkel) des Lichtstrahls in dem Mantel 204 verloren gehen. Ein anderer Teil (zum Beispiel die Strahlen mit einem kleineren Winkel) des Lichtstrahls, der eine numerische Apertur NAbeam kleiner oder gleich der numerischen Apertur NAfiber aufweist, kann durch die optische Faser 170 übertragen werden. In dieser Hinsicht kann NAbeam innerhalb des Lichtwegs zwischen der Lichtquelle 122 und dem Operationsfeld 180 zu NAfiber in Beziehung stehen. Der Lichtstrahl an verschiedenen Punkten innerhalb des ophthalmischen Beleuchtungssystems 100 kann auch durch einen Strahldurchmesser gekennzeichnet sein. Im Allgemeinen kann der Strahldurchmesser des Lichtstrahls innerhalb der optischen Faser 170 gleich dem Durchmesser der optische Faser sein. Der Strahldurchmesser und die numerische Apertur NAbeam können so gewählt werden, dass zur effizienten Übertragung zu dem Operationsfeld 180 die optische Faser 170 mit Licht gefüllt wird.
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Die optische Faser 170 kann einen proximalen Abschnitt 172, der zum Empfangen des durch die Lichtquelle 120 fokussierten Lichtstrahls ausgelegt ist, einen distalen Abschnitt 174, der zum Emittieren des Lichtstrahls innerhalb des Operationsfelds 180 ausgelegt ist, und einen zentralen Abschnitt 176, der sich zwischen dem proximalen Abschnitt 172 und dem distalen Abschnitt 174 erstreckt, aufweisen. Ein Kerndurchmesser des proximalen Abschnitts 172 kann größer sein als ein Kerndurchmesser des zentralen Abschnitts 176 und ein Kerndurchmesser des distalen Abschnitts 174. Das ophthalmische Beleuchtungssystem 100 kann auch das chirurgische Instrument 160 enthalten, das ausgelegt ist, um innerhalb des Operationsfelds 180 positioniert zu werden. Die optische Faser 170 kann an das chirurgische Instrument 160 gekoppelt sein
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Das ophthalmische Beleuchtungssystem 100 kann während verschiedener ophthalmischer Operationsprozeduren innerhalb des Operationsfelds 180 wie etwa dem Patientenauge verwendet werden. Zu beispielhaften ophthalmischen Operationsprozeduren können eine Diagnoseprozedur, eine therapeutische Prozedur, eine Vordersegmentprozedur, eine Hintersegmentprozedur, eine vitroretinale Prozedur, eine Vitrorektomieprozedur, eine Kataraktprozedur und/oder andere geeignete Prozeduren zählen. Das Operationsfeld 180 kann eine beliebige geeignete Physiologie des Patientenauges beinhalten, einschließlich eines vorderen Segments, eines hinteren Segments, einer Hornhaut, einer Linse, einer Glaskammer, einer Retina und/oder einer Makula.
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Der Chirurg kann das Operationsfeld 180 sehen, wenn es durch Licht von der Lichtquelle 122 beleuchtet wird. Die Lichtquelle 122 kann eine beliebige geeignete Lichtquelle sein, die betätigt werden kann, um einen Lichtstrahl auszugeben, der optisch in die optische Faser 170 gekoppelt wird, wie hierin erörtert. Beispielsweise kann es sich bei der Lichtquelle um eine Laserquelle, wie eine Superkontinuums-Laserquelle, eine Glühbirne, eine Halogenlampe, eine Metallhalogenidlampe, eine Xenonlampe, eine Quecksilberdampflampe, eine Leuchtdiode (LED), andere geeignete Quellen und/oder Kombinationen davon handeln. Die Lichtquelle 122 kann einen Diagnoselichtstrahl, einen Behandlungslichtstrahl und/oder einen Beleuchtungslichtstrahl ausgeben. Der Lichtstrahl kann eine oder mehrere beliebige Wellenlängen wie etwa sichtbares Licht, Infrarotlicht, Ultraviolettlicht (UV) usw. enthalten. Beispielsweise kann der Lichtstrahl helles, breitbandiges und/oder weißes Licht zum Beleuchten des Operationsfelds 180 übertragen.
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In einer alternativen Ausführungsform enthält die Lichtquelle 122 ein Array aus drei Laserdioden, die so angeordnet sind, dass sie einen einzelnen Lichtstrahl kombinieren und emittieren, der moduliert werden kann, um einen vorbestimmten Spektralbereich zu erzeugen. Jede der Laserdioden kann einen diskreten Spektralbereich, wie etwa einen allgemein blauen Spektralbereich, einen allgemein grünen Spektralbereich und einen allgemein roten Spektralbereich, enthalten. In einer Ausführungsform kann der allgemein blaue Spektralbereich eine Wellenlänge von etwa 440 nm bis etwa 460 nm enthalten, der allgemein grüne Spektralbereich kann eine Wellenlänge von etwa 510 nm bis etwa 530 nm enthalten, und der allgemein rote Spektralbereich kann eine Wellenlänge von etwa 650 nm bis etwa 670 nm enthalten. Der allgemein blaue Spektralbereich sollte eine Wellenlänge aufweisen, die innerhalb eines sicheren Gebiets des aphakischen Gefährdungsniveaus liegt.
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Obgleich die Ausführungsform drei Laserdioden enthält, können weniger oder mehr Laserdioden verwendet werden.
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Die alternative Ausführungsform des ophthalmischen Beleuchtungssystems 100 kann mehrere Steuerelemente enthalten, die operativ an jeweilige Laserdioden angeschlossen sind. Die Steuerelemente können durch den Nutzer unabhängig verstellt werden, um die Spektralbereiche jeder Laserdiode zu modulieren. Das ophthalmische Beleuchtungssystem 100 enthält einen Sichtindikator, der die Farbe des gewählten Spektralbereichs des von dem System 100 emittierten finalen Lichtstrahls anzeigt. Dies gestattet dem Nutzer eine Voransicht der Farbe oder des Spektralbereichs vor der Nutzung in einem Patientenauge. In einer anderen alternativen Ausführungsform können die Steuerelemente Voreinstellungen enthalten, die es dem Nutzer gestatten, eine vorbestimmte Farbe oder einen vorbestimmten Spektralbereich zu wählen.
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Die Lichtquelle 122 kann einen schwingenden Entfleckungsmechanismus enthalten, der einen optische Faserabschnitt in Schwingungen versetzt, um die Verfleckung des kombinierten Lichtstrahls zu reduzieren und eine gleichförmigere Beleuchtung herzustellen. Ein Lichtstrahl, der erzeugt wird, indem mehrere individuelle Lichtstrahlen kombiniert werden, um einen einzelnen Lichtstrahl mit dem Spektralbereich der individuellen Lichtstrahlen zu erzeugen, wie etwa mit der Lichtquelle 122 implementiert, kann ein Phänomen erfahren, das als Fleckenbildung bezeichnet wird. Eine Fleckenbildung tritt auf, wenn mehrere Lichtwellen mit unterschiedlichen Phasen miteinander interferieren. Zusammengenommen erzeugen die Interferenzen eine Lichtquelle mit einer Intensität, die zufallsmäßig variiert. In alternativen Ausführungsformen beinhalten Optionen zum Reduzieren der Fleckenbildung beispielsweise das Verwenden von sich drehenden Diffusoren oder Linsen, die in dem Lichtweg des Lichtstrahls 64 angeordnet sind, um die räumliche Kohärenz des emittierten Laserlichts zu unterbrechen.
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Wenn Dioden verwendet werden, weist der emittierte Lichtstrahl im Allgemeinen einen hohen Grad an räumlicher Kohärenz auf. Eine hohe räumliche Kohärenz ermöglicht es dem Strahl in der Regel, auf kleine Fleckgrößen zur Zufuhr an eine faseroptische Verkabelung fokussiert zu werden. Die Fähigkeit zum Fokussieren von Laserdioden emittiertem Licht auf kleine Fleckgrößen kann die Anwendung von kleineren optischen Fasern zum Übertragen des von der Lichtquelle 122 zu dem Inneren des Auges 20 übertragenen Licht ermöglichen. Kleinere optische Fasern weisen im Allgemeinen einen Durchmesser (oder eine andere größte Querschnittsabmessung) von unter 250 µm auf. Der kleine Durchmesser von kleineren optischen Fasern kann beim Integrieren mit einem mikrochirurgischen Instrument 50 eine Verringerung der Querschnittsfläche des Instruments 50 ermöglichen, was wiederum die Größe des chirurgischen Einschnitts in das Auge 20 reduzieren kann (siehe 1), durch den die Sonde eingeführt wird.
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Der Lichtstrahl kann einen Lichtweg zwischen der Lichtquelle 122 und dem Operationsfeld 180, einschließlich durch die optische Faser 170, durchqueren. Eine optische Faser 123, die eine Übertragung des Lichtstrahls erleichtert, kann mechanisch und/oder optisch mit der Lichtquelle 122 und dem chirurgischen Instrument 160 gekoppelt werden und sich dazwischen erstrecken.
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Der Lichtstrahl 127 kann von der Lichtquelle 122 durch Luft/freien Raum oder eine andere optische Faser zu der optischen Faser 170 übertragen werden. Die optische Faser 170 kann ausgelegt sein zum Übertragen von Licht von der Lichtquelle 122 zu dem Operationsfeld 180. Die optische Faser 170 kann im Allgemeinen, wie in 1 dargestellt, den proximalen Abschnitt 172, den distalen Abschnitt 174 und den zentralen Abschnitt 176 enthalten. Der proximalen Abschnitt 172 kann den Lichtstrahl 127 von der Lichtquelle 122 empfangen. Das Licht breitet sich nach Empfang an dem proximalen Abschnitt 172 distal entlang der optischen Faser 170 zu dem Operationsfeld 180 aus. Der zentrale Abschnitt 176 kann sich zwischen dem proximalen Abschnitt 172 und dem distalen Abschnitt 174 erstrecken und Licht dazwischen übertragen. Der distale Abschnitt 174 kann emittiertes Licht 162 in das Operationsfelds 180 liefern. Mindestens ein Abschnitt der optischen Faser 170, wie etwa der distale Abschnitt 174, kann innerhalb des Operationsfelds 180 positioniert sein. In dieser Hinsicht kann die optische Faser 170 eine Einwegkomponente sein, die zur Einmalverwendung ausgelegt ist. Beispielsweise kann der distale Abschnitt 174 an das chirurgische Instrument 160 gekoppelt sein, dass innerhalb des Operationsfelds 180 positioniert ist. Der distale Abschnitt 174 kann innerhalb eines Äußeren des chirurgischen Instruments 160 angeordnet oder daran gekoppelt sein. Der zentrale Abschnitt 176 und/oder der proximale Abschnitt 172 können ebenfalls an das chirurgische Instrument 160 gekoppelt sein. Das chirurgische Instrument 160 kann ein beliebiges Werkzeug sein, das von dem Chirurgen während der ophthalmischen chirurgischen Prozedur verwendet wird, einschließlich einer Spotbeleuchtung, einer Allgemeinbeleuchtung, einer Lichtsonde, einer Infusionskanüle, einer Schneidsonde, einer Vitrektomiesonde, einer Absaugsonde, Scheren und einer Zange, als Beispiel. Das chirurgische Instrument 160 kann eine Infusionsvorrichtung 132 oder eine Sonde 152 sein, die unten ausführlicher beschrieben wird.
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Bei alternativen Ausführungsformen kann das ophthalmische Beleuchtungssystem 100 andere Komponenten wie etwa einen Kondensor 126 mit mehreren Linsen enthalten. Der Kondensor 126 kann ausgelegt sein, um den von der Lichtquelle 122 ausgegebenen Lichtstrahl zu fokussieren. In einer alternativen Ausführungsform kann die Lichtquelle 122 Teil eines Beleuchtungsteilsystems 120 sein. Die optische Faser 170 kann mit dem Beleuchtungsteilsystem 120 in optischer Kommunikation stehen. Das Beleuchtungsteilsystem 120 kann alle optischen Komponenten oder einen Teil davon, die mit dem Zuführen von Licht zu dem Operationsfeld 180 assoziiert sind, enthalten. Das Beleuchtungsteilsystem 120 kann verschiedene andere optische Komponenten wie etwa Spiegel , einschließlich heißer oder kalter dichroitischer Spiegel und Faltspiegel, Strahlteiler, Linsen, Gitter, Filter und/oder Kombinationen davon, die die Übertragung von Licht zu dem Operationsfeld 180 erleichtern, enthalten. Die Lichtquelle 122, der Kollimator 124 und der Kondensor 126 können innerhalb eines Gehäuses 121 des Beleuchtungsteilsystems 120 angeordnet sein. Bei dem Gehäuse 121 kann es sich um eine beliebige Hülle handeln, die die Lichtquelle 122, den Kollimator 124 und den Kondensor 126 relativ zueinander in einer festen Anordnung hält.
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Abschnitte des ophthalmischen Beleuchtungssystems 100, einschließlich der optischen Faser 170, sind in 2A, 2B und 2C dargestellt. Die 2A, 2B und 2C können eine Querschnittsansicht der optischen Faser 170 veranschaulichen. Die optische Faser 170 kann einen Kern 202, einen Mantel 204 und eine Beschichtung 206 enthalten. Der Kern 202 kann ein Zylinder aus Glas, Kunststoff, Siliziumoxid, Borsilikat und/oder einem anderen geeigneten Material sein, durch das sich Licht ausbreitet. Der Mantel 204 kann den Kern 202 umgeben und das Licht innerhalb des Kerns 202 einsperren. Der Mantel 204 kann ein dielektrisches Material mit einem Brechungsindex enthalten, der unter dem Brechungsindex des Kerns 202 liegt. Die Beschichtung 206 kann den Mantel 204 umgeben und die optische Faser 170 vor physischer Beschädigung schützen.
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Die Lichtquelle 120 kann den Lichtstrahl 127 auf den proximalen Abschnitt 172 der optischen Faser 170 lenken. Der Kern 202 innerhalb des proximalen Abschnitts 172 der optischen Faser 170 kann eine abgeschrägte Sektion 210 enthalten. Beispielsweise kann die Lichtquelle 120 den Lichtstrahl 127 auf die abgeschrägte Sektion 210 lenken, wie in 2A und 2B dargestellt. In dieser Hinsicht können der Durchmesser und die Querschnittsfläche des Kerns 202 innerhalb der abgeschrägten Sektion 210 entlang der optischen Faser 170 distal abnehmen. Der Kern 202 kann eine erste oder Eintrittsapertur 212 enthalten, die sich an dem proximalsten Ende der optischen Faser 170 befindet. Die Eintrittsapertur 212 kann Teil des Kerns 220 sein.
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Beispielsweise kann die Eintrittsapertur 212 eine proximale Fläche des Kerns 202 sein, die mit dem Lichtstrahl 127 koppelt. Die Eintrittsapertur 212 kann ein Teil der verjüngten Sektion 210 sein. Die Eintrittsapertur 212 kann einen Durchmesser 214 aufweisen, wie in 2A und 2C dargestellt. Der Durchmesser 214 der Eintrittsapertur 212 und/oder der Durchmesser 215 einer Sektion 211 können der größte Durchmesser des Kerns 202 entlang einer Länge 208 der optischen Faser 170 sein. Der Lichtstrahl 127 kann an der Eintrittsapertur 212 optisch in die optische Faser 170 gekoppelt werden. Beispielsweise kann der Strahlfleck 129 idealerweise innerhalb der Eintrittsapertur 212 zentriert sein. Die abgeschrägte Sektion 210 kann einem Trichter mit einem vergrößerten Durchmesser zum Aufnehmen des Lichtstrahls 127 ähneln.
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Alternativ kann, wie in 2C dargestellt, der Kern 202 innerhalb des proximalen Abschnitts 172 der optischen Faser 170 eine Sektion 211 mit konstanter Größe und Form enthalten. Beispielsweise kann die Sektion 211 eine gerade, nicht abgeschrägte Sektion sein. Die Lichtquelle 120 kann den Lichtstrahl 127 auf die Sektion 211 lenken. Die Sektion 211 kann nahe der abgeschrägten Sektion 210 positioniert sein. Die Eintrittsapertur 212 kann Teil der Sektion 211 sein. Die Sektion 211 kann einen Durchmesser 215 und eine Länge 217 aufweisen. Der Durchmesser 215 der Sektion 211 kann im Wesentlichen gleich dem Durchmesser 214 der Eintrittsapertur 212 sein. Der Durchmesser 215 und die Querschnittsfläche der Sektion 211 können entlang der Länge 217 der optischen Faser 170 konstant bleiben. Die Länge 217 kann durch eine mathematische Beziehung zu dem Durchmesser 215 in Beziehung stehen. Beispielsweise kann das Verhältnis aus der Länge 217 und dem Durchmesser 215größer als 1000 sein. Wenn die Länge 217 und der Durchmesser 215 dieser Beziehung genügen, kann sich das Licht innerhalb der optischen Faser 170 seitlich ausbreiten, während das Licht den Kern 202 seitlich füllt. Somit kann das Licht innerhalb der Sektion 211 räumlich homogenisiert werden, bevor das Licht auf den abgeschrägten Bereich 210 trifft.
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Der Kern 202 innerhalb des zentralen Abschnitts 176 der optischen Faser 170 kann eine Sektion 220 mit konstanter Größe und Form enthalten. Beispielsweise kann die Sektion 220 eine gerade, nicht abgeschrägte Sektion sein. Die Sektion 220 kann einen Durchmesser 224 aufweisen. Der Durchmesser 224 und die Querschnittsfläche der Sektion 220 können entlang des zentralen Abschnitts 176 der optischen Faser 170 konstant bleiben.
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Der Kern 202 innerhalb des distalen Abschnitts 174 der optischen Faser 170 kann eine abgeschrägten Sektion 230 aufweisen. In dieser Hinsicht können der Durchmesser und die Querschnittsfläche des Kerns 202 innerhalb der abgeschrägten Sektion 230 entlang der optischen Faser 170 distal abnehmen. Die abgeschrägte Sektion 230 kann an einer Spitze 232 an dem entferntesten Ende der optischen Faser 170 enden. Emittiertes Licht 162 kann in das Operationsfeld 180 über die Spitze 232 geliefert werden. Die Spitze 232 kann einen Durchmesser 234 aufweisen. Die abgeschrägte Sektion 230 kann beispielsweise eine Borsilikat-Abschrägung enthalten. Die abgeschrägte Sektion 230 kann ausgelegt sein zum Ausgeben des emittierten Lichts 162 mit einer relativ großen oder einer relativ kleinen Winkelausdehnung zum Beleuchten des Operationsfelds 180. Der Mantel 204 in der abgeschrägten Sektion 230 kann in einigen Beispielen von der optischen Faser 170 abgelöst werden. Der Kern 202 innerhalb des distalen Abschnitts 174 der optischen Faser 170 kann in einigen Beispielen eine konstante Größe und Form aufweisen. Beispielsweise kann der Kern 202 innerhalb des distalen Abschnitts 174 eine gerade, nicht abgeschrägte Sektion sein. Der Kern 202 innerhalb des distalen Abschnitts 174 kann einen Durchmesser aufweisen, der in einigen Beispielen entlang der optischen Faser 170 zunimmt. Beispielsweise kann der Kern 202 eine abgeschrägte Sektion mit einem zunehmenden Durchmesser sein. Der Kern 202 innerhalb des distalen Abschnitts 174 der optischen Faser 170 kann in einigen Beispielen einen Streuabschnitt anstelle von oder zusätzlich zu der abgeschrägten Sektion 230 aufweisen. Die Spitze 232 kann unterschiedlich bemessen und geformt sein, einschließlich einer Konusform, einer Kugelform und/oder auf andere Weise geeignet geformt, um die Ausgabe des emittierten Lichts 162 innerhalb des Operationsfelds 180 mit der gewünschten Winkelausdehnung zu erleichtern.
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Der Durchmesser des Kerns 202 kann zwischen dem proximalen Abschnitt 172, dem zentralen Abschnitt 176 und dem distalen Abschnitt 174 der optischen Faser 170 variieren. Der Durchmesser 224 innerhalb der Sektion 220 kann allgemein als dfiber bezeichnet werden. Beispielsweise kann der Wert von dfiber zwischen etwa 10 µm und etwa 100 µm, zwischen etwa 10 µm und etwa 50 µm, zwischen etwa 20 µm und etwa 30 µm liegen, einschließlich Werten wie etwa 20 µm, 22 µm, vom 20 µm, 27 µm, 30 µm und/oder anderen geeigneten Werten, sowohl größer als auch kleiner. Der Durchmesser 214 der Eintrittsapertur 212 kann ein Mehrfaches des Durchmessers 224 sein und wird allgemein als Ndfiber bezeichnet. Der Parameter N kann somit die größere Größe der Eintrittsapertur 212 relativ zu dem Durchmesser 224 des zentralen Abschnitts 176 beschreiben. Der Wert des Parameters N kann zwischen 1 und 10, zwischen 1 und 5, zwischen 2 und 4 liegen, einschließlich Werten wie etwa 2, 2,5, 3, 3,1, 3,3, 4 und/oder anderen geeigneten Werten, sowohl größer als auch kleiner. Der Wert des Parameters N kann so gewählt werden, dass eine verbesserte Übertragung von fehlausgerichtetem Licht erreicht wird, während vorteilhafterweise ein relativ kleiner Durchmesser (zum Beispiel der Durchmesser 214) für die optische Faser 170 beibehalten wird. Der relativ kleine Durchmesser der optischen Faser 170 kann gestatten, dass die optische Faser 170 vorteilhafterweise in verschiedene chirurgische Instrumente (zum Beispiel das chirurgische Instrument 160) integriert wird. Der Durchmesser 215 der Sektion 211 (2C) kann im Wesentlichen gleich dem Durchmesser 214 der Eintrittsapertur 212 sein. Der Durchmesser der abgeschrägten Sektion 210 innerhalb des proximalen Abschnitts 172 kann von Ndfiber an der Eintrittsapertur 212 oder der Sektion 211 zu dfiber an dem zentralen Abschnitt 176 distal abnehmen. Der Durchmesser 234 der Spitze 232 kann eine beliebige Größe kleiner oder gleich dfiber des Durchmessers 224 sein. Der Durchmesser 234 der Spitze 232 kann in einigen Beispielen auch größer sein als dfiber des Durchmessers 224. Der Wert des Durchmessers 234 der Spitze 232 kann zwischen etwa 1 µm und etwa dfiber des Durchmessers 224 und/oder anderen Werten liegen, sowohl größer als auch kleiner. Der Durchmesser der abgeschrägten Sektion 230 innerhalb des distalen Abschnitts 174 kann von dfiber an dem zentralen Abschnitt 176 zu dem Durchmesser 234 an der Spitze 232 distal abnehmen. Somit kann der Durchmesser des Kerns 202 innerhalb des proximalen Abschnitts 172 größer sein als der Durchmesser des Kerns 202 in dem zentralen Abschnitt 176 und dem distalen Abschnitt 174. Der Durchmesser des Kerns 202 innerhalb des zentralen Abschnitts 176 kann größer sein als der Durchmesser des Kerns 202 in dem distalen Abschnitt 174.
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Die optische Faser 170 kann eine beliebige geeignete Länge 208 aufweisen. Beispielsweise kann die Länge 208 zwischen etwa 0,1 m und etwa 10 m betragen. Die abgeschrägte Sektion 210 des proximalen Abschnitts 172 kann eine Länge 216 aufweisen. Die Länge 216 kann eine beliebige geeignete Länge sein. Für eine maximale Transmittanz von Licht durch die abgeschrägte Sektion 210 in die Sektion 220 kann die Abschrägung graduell sein. Linear oder nichtlinear. Beispielsweise kann die Gestalt der abgeschrägten Sektion 210, der Winkel der Abschrägung und/oder die Länge 216 so gewählt werden, dass eine graduelle Abschrägung bereitgestellt wird. Beispielsweise kann die Länge 216 der abgeschrägten Sektion 210 des proximalen Abschnitts 172 ein beliebiger Wert sein, der größer oder gleich etwa dem Hundertfachen der Differenz zwischen dem Durchmesser 214 und dem Durchmesser 224 ist. Beispielsweise kann der Durchmesser 224 25 µm betragen, und der Durchmesser 214 kann 75 µm betragen (zum Beispiel der Parameter N multipliziert mit dem Durchmesser 224 mit N = 3 oder 325 µm). Für einen maximalen Durchsatz kann die Länge 216 eine beliebige Länge sein, die länger ist als 5 mm (zum Beispiel 100(75 µm - 25 µm)). Die Sektion 220 innerhalb des zentralen Abschnitts 176, die eine konstante Gestalt aufweist, kann eine beliebige Länge 226 aufweisen. Beispielsweise kann die Länge 226 zwischen etwa 10 mm und etwa 1000 mm, zwischen etwa 50 mm und etwa 500 mm, zwischen etwa 100 mm und etwa 200 mm liegen, einschließlich Werten wie etwa 100 mm, 125 mm, 145 mm, 150 mm, 166 mm, 200 mm und/oder andere geeignete Werte, die sowohl größer als auch kleiner sind. Die abgeschrägte Sektion 230 des distalen Abschnitts 174 kann eine beliebige geeignete Länge 236 aufweisen. Beispielsweise kann die Länge 236 zwischen etwa 5 µm und etwa 1000 µm, zwischen etwa 5 µm und 500 µm, zwischen etwa 10 µm und 100 µm liegen, einschließlich Werten wie etwa 10 µm, 25 µm, 50 µm, 66 µm, 100 µm und/oder andere geeignete Werte, die sowohl größer als auch kleiner sind. Das Verhältnis des Durchmessers von Kern zu Mantel kann entlang der Länge 216 der abgeschrägten Sektion 210 und/oder der Länge 236 der abgeschrägten Sektion 230 konstant bleiben oder sich ändern.
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Eine mathematische Beziehung kann die Winkelausdehnung und den Strahldurchmesser des durch die optische Faser 170 übertragenen Lichts beschreiben. Beispielsweise kann das Produkt aus der Winkelausdehnung, wie etwa NAbeam, und dem Strahldurchmesser konstant sein. D. h., die Winkelausdehnung und der Strahldurchmesser können eine reziproke Beziehung aufweisen. Somit nimmt die Winkelausdehnung bei abnehmendem Strahldurchmesser zu und umgekehrt. Beispielsweise kann innerhalb der abgeschrägten Region 210, während der Strahldurchmesser (wegen der Abnahme des Durchmessers des Kerns 220) abnimmt, die Winkelausdehnung des Lichts entsprechend zunehmen. Analog dazu kann in der abgeschrägten Region 230 die Winkelausdehnung des Lichts mit abnehmendem Strahldurchmesser und abnehmendem Durchmesser des Kerns 202 zunehmen.
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Die 3A-4D veranschaulichen allgemein verschiedene Ausführungsformen von beleuchteten mikrochirurgischen Instrumenten, die in Verbindung mit dem ophthalmischen Beleuchtungssystem 100 verwendet werden können. 3A ist eine Draufsicht einer ersten alternativen Ausführungsform des beleuchteten mikrochirurgischen Instruments 50. 3B ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der ersten alternativen Ausführungsform des beleuchteten mikrochirurgischen Instruments in einer offenen Position. 3C ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der ersten alternativen Ausführungsform des beleuchteten mikrochirurgischen Instruments in einer geschlossenen Position. Die erste alternative Ausführungsform des beleuchteten Instruments kann als eine Mikroleuchte bezeichnet werden. Die Mikroleuchte ist klein genug, dass beim Entfernen von dem Auge keinerlei Vernähen erforderlich ist. Dadurch kann der Chirurg die Leuchte leicht zu einem beliebigen Ort bewegen, der während der Operation benötigt wird - es wird angenommen, dass dieses Merkmal neuartig ist und sich nicht anderweitig auf dem Markt befindet. Die Leuchte besteht aus einer Nadel-/Kanülen-Nabe, die so bemessen werden kann, dass sie mit dem Finger oder einem Paar von Nadelhalterungen/stumpfen Zangen gehalten werden kann. Die Nadel der Leuchte ist abgeschrägt und scharf, um die Sklera zu durchstechen sowie als ein Schild zum Blockieren von Blendung zu wirken. Die Faser wird innerhalb der Nadel-/Kanülen-Nabe über einen Faseranschlag und einen Stopfen auf der Rückseite der Kanülen /Nadel-Nabe fixiert. Der Faseranschlag erleichtert die Verstellbarkeit der Faserspitze bezüglich der Spitze der Nadel. Der Faseranschlag liefert eine Grenze für diese Verstellbarkeit durch Kontakt mit der Rückseite der Nadel und dem Stopfen in der Kanülen-/Nadel-Nabe. Die Leuchte wird in das Auge eingeführt, indem die Faser zuerst in die Nadel eingelegt wird, bis der Anschlag den Stopfen berührt. Die Kanülennabe wird dann in das Auge in die Position eingeführt, die der Chirurg wünscht, über seine Finger oder ein paar von Nadelhalterungen. Die Faser wird dann auf die von dem Chirurgen gewünschte Position eingestellt. Falls der Chirurg die Leuchte während des Falls bewegen möchte, legt er zuerst die Faser in die Nadel ein und entfernt dann die Kanülennabe von dem Auge. Der Chirurg kann dann die Leuchte immer dort wieder einführen, wo er dies möchte.
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4A ist eine Draufsicht einer zweiten alternativen Ausführungsform des beleuchteten mikrochirurgischen Instruments 50. 4B ist eine Querschnittsansicht einer zweiten alternativen Ausführungsform des beleuchteten mikrochirurgischen Instruments in einer geschlossenen Position. 4C ist eine vergrößerte Ansicht einer zweiten alternativen Ausführungsform des beleuchteten mikrochirurgischen Instruments mit einer nicht abgeschrägten Spitze in einer geschlossenen Position. 4D ist eine vergrößerte Ansicht einer zweiten alternativen Ausführungsform des beleuchteten mikrochirurgischen Instruments mit einer nicht abgeschrägten Spitze in einer offenen Position. 4E ist eine vergrößerte Ansicht einer zweiten alternativen Ausführungsform des beleuchteten mikrochirurgischen Instruments mit einer abgeschrägten Spitze in einer geschlossenen Position. 4F ist eine vergrößerte Ansicht einer zweiten alternativen Ausführungsform des beleuchteten mikrochirurgischen Instruments mit einer abgeschrägten Spitze in einer offenen Position. Die zweite alternative Ausführungsform des beleuchteten mikrochirurgischen Instruments kann als ein verstellbarer Lichtleiter bezeichnet werden. Ein Lichtleiter, der die Vorteile eines großen Winkels sowie eines Brennlichtleiters vereint - es wird angenommen, dass dieses Merkmal neuartig ist und sich nicht anderweitig auf dem Markt befindet. Die Sonde besteht aus einem Knopf, der an dem Kolbenrohr angebracht ist. Eine konische Faser wird relativ zu dem Griff über eine Faserkopplung und eine Einstellschraube in dem Griff an ihrem Platz fixiert. Der Knopf kann betätigt werden, was wiederum das Kolbenrohr in Position bezüglich der Spitze der Faser betätigt. Der ganz nach vorne betätigte Knopf ist die „geschlossene Position“. Diese Position legt die Faser in das Kolbenrohr ein. Der ganz nach hinten betätigte Knopf ist die „offene Position“. Durch diese Position ragt die Faser aus dem Kolbenrohr hervor. In der offenen Position kann der Lichtleiter mit einem Weitwinkel-Lichtleiter verglichen werden. Der Ausgang der Faser kann mit einem Raumlicht oder einer „Deckenleuchte“ verglichen werden. In der geschlossenen Position ist der Lichtleiter mit einem Brennlichtleiter vergleichbar. Der Ausgang der Faser kann mit einer Taschenlampe mit einem fokussierten/schmalen Lichtstrahl verglichen werden. Der Brennstrahl ist im Vergleich mit einem regelmäßigen Brennlichtleiter „schmaler“. D. h., der Lichtstrahl ist fokussierter und erleichtert die Verwendung über das Auge hinweg, wohingegen ein normaler Brennlichtleiter dazu nicht in der Lage ist. Die Sonde kann kontinuierlich von der „offenen“ Position zu der „geschlossenen“ Position betätigt werden. Dadurch kann der Chirurg entscheiden, wie breit der Lichtaustritt während der Verwendung sein muss, anstatt auf einen einzelnen Ausgangswinkel beschränkt zu sein. Die Faser ist an der Rückseite des Faserkopplers fixiert, der Faserkoppler ist deshalb belüftet, um das Belüfteten beim Einführen in das Auge zu erleichtern. Dies bekämpft die Freisetzung von Luftblasen in das Auge während der Operation, was dem Blick des Chirurgen behindert. Die Sonde kann mit einer abgeschrägten Spitze versehen sein, die wie ein Schild wirkt. Der Schild ist zwischen dem Chirurgen und dem Inneren des Auges positioniert, was bei Verwendung Blendung reduziert.
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Es versteht sich, dass die obige Beschreibung veranschaulichend und nicht restriktiv sein soll. Beispielsweise können die oben beschriebenen Ausführungsformen (und/oder Aspekte davon) in Kombination miteinander verwendet werden. Außerdem können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von ihrem Schutzbereich abzuweichen. Abmessungen, Materialarten, Orientierungen der verschiedenen Komponenten und die Anzahl und Positionen der verschiedenen Komponenten, die hierin beschrieben werden, sollen Parameter von gewissen Ausführungsformen definieren und sind in keiner Weise beschränkend und sind lediglich Ausführungsbeispiele. Viele andere Ausführungsformen und Modifikationen innerhalb des Gedankens und des Schutzbereichs der Ansprüche ergeben sich dem Fachmann auf dem Gebiet bei Betrachtung der obigen Beschreibung. Der Schutzbereich der Erfindung sollte deshalb unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche zusammen mit dem vollen Schutzbereich von Äquivalenten, auf die solche Ansprüche ein Anrecht haben, bestimmt werden. In den beigefügten Ansprüchen werden die Ausdrücke „enthaltend“ und „worin“ als die Äquivalente in. einfachem Englisch der jeweiligen Ausdrücke „umfassend“ und „wobei“ verwendet. Zudem werden in den folgenden Ansprüchen die Ausdrücke „erste/r/s“, „zweite/r/s“ und „dritte/r/s“ usw. lediglich als Kennzeichnungen verwendet und sollen ihren Gegenständen keine zahlenmäßigen Anforderungen auferlegen. Weiterhin sind die Beschränkungen der folgenden Ansprüche nicht in einem Format Mittel-plus-Funktion niedergelegt und sollen nicht auf Basis von 35 USC §112(f) interpretiert werden, es sei denn und wenn solche Anspruchsbeschränkungen verwenden ausdrücklich den Ausdruck „Mittel für“ gefolgt von einer Feststellung von Funktion ohne eine weitere Struktur.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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