DE202007012470U1

DE202007012470U1 - Operationsmikroskop mit Beleuchtung

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Publication number: DE202007012470U1
Application number: DE202007012470U
Authority: DE
Original assignee: Moeller Wedel GmbH
Current assignee: Moeller Wedel GmbH and Co KG
Priority date: 2007-09-06
Filing date: 2007-09-06
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2017-09-07

Abstract

Mikroskop mit einem Rotreflex-Beleuchtungskanal, der dielektrische, metallischen oder geometrische Strahlenteiler enthält, durch den der jeweilige Beobachtungskanal und der jeweilige Beleuchtungskanal koaxial oder beinahe koaxial überlagert werden, und der genannte Strahlenteiler als Strahlteiler aus zwei verkitteten oder gefügten transparenten Materialien gleicher oder zumindest ähnlicher Brechzahl realisiert ist, die Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen für den Beobachtungskanal parallel sind, und sich die Teilerschicht an der Kontaktstelle der beiden Bauteile befindet oder der genannte dielektrische, metallischen oder geometrische Strahlenteiler als dünne beschichtete Glasplatte ausgeformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass Streulicht durch rotbetontes Beleuchtungslicht des Rotreflex-Beleuchtungskanals vermindert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein für die Augenchirurgie bestimmtes Operationsmikroskop mit einer Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung eines Rotreflexes. Das Operationsmikroskop umfasst einen Strahlenteiler, durch den sowohl Licht des jeweiligen Beobachtungskanals als auch Licht des jeweiligen Rotreflexbeleuchtungskanals hindurchtritt.
Beleuchtungseinrichtungen für Operationsmikroskope verwenden meistens einen Lichtweg für die Beleuchtung, der mit dem Beobachtungsstrahlengang nur einen kleinen Winkel häufig im Bereich von ca. 6° bildet. Dies ist z. B. wichtig, wenn man bei einer Operation tieferliegende Bereiche betrachten möchte. Wenn die Beleuchtung nicht ungefähr parallel zum Beobachtungsstrahlengang ist, so würde der zu beobachtende Bereich im Schatten liegen.
Augenchirurgische Operationen stellen besondere Anforderungen an die Beleuchtung. Wichtig ist der Winkel, unter dem das Auge re lativ zum Beobachtungsstrahlengang des Operateurs beleuchtet wird. Eine gute Plastizität des Bildes durch die Schattenbildung an Strukturen im Augeninneren wird bei der Beleuchtung des Auges unter einem Winkel von einigen Grad, häufig um 6° zum Beobachtungsstrahlengang erzielt (sogenannte Hauptbeleuchtung). Wird das Auge dagegen möglichst koaxial zum Beobachtungsstrahlengang beleuchtet (d. h., der Winkel zwischen Beobachtungsstrahlengang und Beleuchtungsstrahlengang ist möglichst gering), führt dieses zur Ausbildung des sogenannten Rotreflexes. Die Pupille des operierten Auges leuchtet durch das von der Netzhaut zurückgestreute Licht rötlich auf. Diese Beleuchtungsart ist bei Katarakt-Operationen sehr vorteilhaft, denn Gewebereste, die beim Entfernen der Linse anfallen und zur Vermeidung von Komplikationen unbedingt zu entfernen sind, lassen sich im Gegenlicht des Rotreflexes gut erkennen. Die Rotreflexerzeugung ist zu einem wichtigen Hilfsmittel moderner Operationstechniken geworden.
Weil bei den zur Rotreflexerzeugung benötigten geringen Winkeln zwischen den Beleuchtungs- und Beobachtungsstrahlengängen die erwähnte Plastizität des Bildes nicht zu erzielen ist, ist zusätzlich zur Rotreflexbeleuchtung die gleichzeitige Beleuchtung unter ca. 6° vorteilhaft. Nicht in allen Stadien der Operation ist aber ein Rotreflex erwünscht. Ein optimales Beleuchtungsmodul muß daher zwei Beleuchtungseinstellungen bieten: In der ersten Stellung wird das OP-Feld mit einer Kombination aus der 6°-Beleuchtung und der koaxialeren Beleuchtung zur Rotreflexerzeugung beleuchtet. In der zweiten Stellung wird ausschließlich unter 6° beleuchtet.
Es ist bekannt, einen Teil des achsfernen Lichtes umzulenken und zur achsnahen Beleuchtung zu verwenden ( US-A 4,779,968 ). Die entsprechenden Umlenkeinrichtungen sind aber unterhalb des Mikroskopobjektivs angebracht, was den Manövrierabstand unterhalb des Mikroskops verringert. Es wird dort auch im konvergenten Strahlengang ein Strahlenteiler verwendet, der durch den Beobachtungsstrahlengang verläuft, was die optische Qualität des Mikroskops beeinträchtigt.
Es ist bekannt, das von der Beleuchtung kommende Licht aufzuteilen, wobei ein erster Spiegel, der das achsferne Licht erzeugt, einen Teil des Lichts auf einen zweiten, achsnahen Spiegel für achsnahe Beleuchtung passieren läßt ( DE 40 28 605 A1 ). Dieser zweite Spiegel ist senkrecht zur optischen Achse des Mikroskopobjektivs verschiebbar, so daß der Winkel variiert werden kann, den das achsnahe Beleuchtungslicht mit der optischen Achse des Mikroskopobjektivs bildet. Diese Anordnung ist jedoch nicht vollständig aus dem Strahlengang herausschaltbar. Durch die Umlenkung mit mindestens zwei getrennten Umlenkspiegeln führt dies zu unsauberer Abbildung des Präzisions-Beleuchtungsspalts einer Mikroskop-Spaltlampe. Es entstehen Doppelbilder.
Bei einer weiteren vorbekannten Beleuchtungseinrichtung für ein Operationsmikroskop ( US-A-5,760,952 ) fällt das senkrecht zur optischen Achse des Mikroskopobjektivs einfallende Licht auf zwei Umklenkspiegel, durch die der Beleuchtungswinkel der achsfernen Beleuchtung variiert werden kann und die Menge des Lichtes beeinflußt werden kann, der auf einen weiteren Umlenkspiegel für die nachsnahe Beleuchtung fällt. Der Winkel der achsnahen Beleuchtung kann nicht variiert werden.
Bei einer Beleuchtungseinrichtung der eingangs genannten Art ( US-A-4,783,159 , 5) können beide Refelexionseinrichtungen gemeinsam in den Beleuchtungsstrahlengang und aus demselben heraus verschoben werden, so daß die Beleuchtung mit dem achsnahen Strahl ein- und ausgeschaltet werden kann. Soll auf die achsnahe Beleuchtung verzichtet werden, so müssen die Reflexionselemente aus dem Strahlengang entfernt werden. Die Beleuchtung mit dem achsnahen Strahl erfolgt aber immer in der optischen Achse der Objektivlinse; der Beleuchtungswinkel kann nicht variiert werden.
Für die Operation bringt der Chirurg das Operationsmikroskop im Wesentlichen senkrecht über dem zu behandelnden Auge 4 des auf einem Operationstisch liegenden Patienten in Position. Mit dem Operationsmikropskop beobachtet der Chirurg das zu behandelnde Auge 4 während der Operation. Ausserdem wird das Patientenauge bei den bekannten Mikroskopen von einer Beleuchtungseinrichtung im Operationsmikroskop beleuchtet. Ein Operationsmikroskop für die Augenchirurgie ist ein Stereomikroskop. Es weist zwei optische Strahlengänge (links/rechts) auf, um dem Chirurgen beim Blick durch den Einblick die für die Chirurgie erforderliche räumliche Bildinformation zu vermitteln. Es ist in der folgenden Weise aufgebaut als:

– Eine Frontlinse 6, um das Patientenauge zu beobachten
– Der Frontlinse 6 nachgeordnet ein System zum Wechseln der Vergrößerung mit zwei optischen Kanälen (links/rechts), z. B. ein Galilei-Wechsler oder ein Zoom System, um das Patientenauge vergrößert abzubilden und darzustellen.
– Dem System zum Wechseln der Vergrößerung nachgeordnet ist Zubehör in die Strahlengänge eingefügt, z. B. Strahlenteiler zum Auskoppeln des Strahlengangs auf eine Videokamera oder aber auch Filter für den Schutz des Chirurgen vor Laserstrahlung, die während der Operation zur Behandlung.
– Dem System zum Wechseln der Vergrößerung und dem Zubehör nachgeordnet ein Einblick mit zwei Okularen links/rechts, durch den der Chirurg das Patientenauge beobachtet.

Für eine nähere Beschreibung des optischen Aufbaus siehe z. B. die Schrift EP 1 109 046 .
Operationsmikroskope mit Strahlenteilern, durch die sowohl Licht des jeweiligen Beobachtungskanals als auch Licht des jeweiligen Rotreflexbeleuchtungskanals hindurchtritt, haben den Hauptvorteil, dass die Strahlengänge von Beobachtungslicht und Beleuchtungslicht vor dem Patientenauge maximal parallel verlaufen. Der Rotreflex wird also auf eine sehr effiziente Weise realisiert. Die Nachteile einer solchen Rotreflexrealisierung sind die folgenden:

– Gefahr des Einkoppelns eines Teils des Beleuchtungslichtes in den Beobachtungskanal
– Erhöhung des Streulichtes durch den Anteil des Beleuchtungslichtes, welches nicht durch den Strahlenteiler umgelenkt wird.
– Verringerung der Lichtstärke des Beobachtungskanals

Bei Rotreflex-Realisierungen mit dünnen beschichteten planparallelen Platten entsteht zusätzlich das Problem der bei dieser Realisierung nie vollständig vermeidbaren Doppelbilder.
Zur Rotreflexbeleuchtung wird bei den am Markt befindlichen Geräten weißes Licht verwendet. Diese weiße Licht des Rotreflex-Beleuchtungskanals wird von derselben Lichtquelle erzeugt, die auch die Hauptbeleuchtung beleuchtet und – wie auch in den oben zitierten Schriftstücken beschrieben – z. B. via Spiegeln aus dem Hauptbeleuchtungskanal abgezweigt.
Der Erfindung liegt ausgehend vom eingangs genannten Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, ein Operationsmikroskop vorzustellen, das dem Operateur eine verbesserte Sicht bietet. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.
Ein erster erfindungsgemäßer Gedanke besteht gemäß Anspruch 1 darin, dass sich das Licht des Rotreflex-Beleuchtungskanals spektral vom (weißen) Licht des Haupt-Beleuchtungskanals unter scheidet. Dabei muss das Licht des Rotreflex-Beleuchtungskanals nicht notwendigerweise derselben Lichtquelle/dem selben Leuchtmittel entstammen, wie das Licht des Hauptbeleuchtungskanals.
Da von weißem Licht, von der Netzhaut fast ausschließlich nur der rote Spektralantel reflektiert wird und somit fast nur der rote Spektralanteil des Beleuchtungslichtes zum Rotreflex beiträgt, wird im Rahmen dieser Erfindung für die Beleuchtung des Rotreflex-Beleuchtungskanals gefiltertes Licht mit einem mittels dieser Filterung erhöhtem Rotanteil verwendet bzw. Licht einer LED mit hohem Rotanteil (mit oder ohne zusätzliche Befilterung). Somit kann mit viel geringerer Bestrahlungsstärke (Leistung/Fläche) bzw. Beleuchtungsstärke (Lumen/Fläche) auf der Retina und im Rotreflex-Beleuchtungskanal des Mikroskopes bereits ein gleichwertig heller Rotreflex erzeugt werden verglichen mit der Situation bei Verwendung von weißem Licht.
Dadurch ergibt sich insbesondere der Vorteil, dass, für einen im Vergleich zu einer Weißlichtrealisierung gleich hellen Rotreflex, Beleuchtungslicht einer viel geringeren Beleuchtungsstärke durch den Strahlenteiler treten muss und somit die oben beschriebenen Nachteile der Rotreflexrealisierungen mit Strahlenteilern erheblich verringert werden. Weitere Vorteile einer rotbetonten Rotreflex-Beleuchtung sind die im Vergleich zur klassischen Rotreflex-Realisierung geringer ausfallende Intensität von Glanzlichtern an der Augenoberfläche und geringere Überstrahlung der mikroskopischen Ansicht durch von dem Pupillenumfeld reflektiertes Licht.
Die Erzeugung des Lichtes mit von der Hauptbeleuchtung abweichenden spektralen Eigenschaften kann bei Verwendung von Halogenlampen, Xe-Lampen, Metalldampflampen z. B. durch optische Filter geschehen. Bei Verwendung des Lichtes von einer oder mehre ren LEDs können wahlweise optische Filter verwendet werden oder – vorteilhafter – LEDs mit geeigneten spektralen Emission verwendet werden. Es kann sowohl dieselbe Lichtquelle wie für die Hauptbeleuchtung verwendet werden (wie bei allen am Markt befindlichen Geräten) als auch eine (oder mehre) von der Hautlichtquelle unabhängige Lichtquelle.
Ein eigenständiger erfindungsgemäßer Gedanke besteht darin, die Form und die Ausbildung des Strahlteilers so zu verändern, dass der Anteil von störendem Licht vermindert wird. Bei den üblichen Bauformen eines Strahlteilers in Würfelform stehen Beleuchtungs- und Beobachtungskanal zueinander in einem Winkel von 90° und die strahlteilende Schicht unter einem Winkel von 45° auf den Achsen der genannten Strahlen. (1) Dieses hat zur Folge, dass durch die niemals 100% Antireflexbeschichtung auf der Fläche, aus der der Beleuchtungsstrahl austritt, ein kleiner Teil des Beleuchtungslichtes über die strahlteilende Schicht direkt in den Beobachtungskanal reflektiert wird. Bei der oben beschriebenen üblichen Bauform eines Strahlenteilerwürfels ist dieses in den Beobachtungskanal reflektierte Licht exakt auf der optischen Achse des Beobachtungskanals und deshalb gelangt ein sehr hoher Anteil dieses Lichtes bis zu den Okularen. Durch die in den Ansprüchen 2 bis 3 beschriebenen erfindungsgemäße Modifikationen des Strahlenteilerwürfels bzw. der Strahlenführung des Beobachtungskanals gelingt, es den Winkel zwischen diesem Licht und der optischen Achse des Beobachtungskanals um einen von der Beobachtungsoptik gegebenen Mindestbetrag von Null verschieden zu machen, und somit den unerwünschten Effekt zu eliminieren oder zumindest stark zu verringern.
Geometrische Strahlenteiler haben im Unterscheid zu metallischen oder dielektrischen Strahlenteilern keine homogene Strahlteilerschicht, sondern die Schicht ist strukturiert und meist nicht teildurchlässig, sondern 100 prozentig reflektierend. Dieses kann in Form von Gittern, Punkten, Ringen und auch anderen geometrischen Formationen realisiert werden. Bei einer Ausführung mit einem geometrischen Strahlenteiler nach Anspruch 4ff kann der Nachteil des in die Beobachtungskanäle eingekoppelten Beleuchtungslichtes entfallen, wenn die reflektierenden Strukturen auf der der Lichtquelle abgewandten Seite z. B. durch eine schwarze Lackschicht abgedeckt werden (Anspruch 5). Die Beeinträchtigung der Lichtstärke des Beobachtungskanals ist bei einer Realisierung nach Anspruch 6 minimiert. Das Beleuchtungslicht wird am effizientesten verwendet und Streu und Störlicht wird minimiert, wenn nach Anspruch 7ff vorgegangen wird.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einiger Elemente eines Operationsmikroskops mit einem Strahlenteiler gemäß dem Stand der Technik;
2 und 3 einen aus dem Stand der Technik bekannten Strahlenteiler;
4 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strahlenteilers; und
5 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strahlenteilers.
1 zeigt das auf den Strahlenteiler (1) mit der Teilerschicht (2) einfallende Beleuchtungslicht (3) zur Erzeugung des Rotreflexes am Patientenauge (4). Zusätzlich dargestellt sind ein Beobachtungskanal (5) und die Frontlinse (6). Die 2 und 3 zeigen einen Strahlenteiler (1) gemäß dem Stand der Technik im Detail. An der strahlenteilenden Schicht (2) wird der einfallende Strahl (3) aufgeteilt in die Strahlen (7) und (8). Da auch hochwertige Antireflexschichten auf den Flächen (9) und (10) niemals ganz reflektionsfrei sind, wird ein kleiner Teil des Beleuchtungslichtes an diesen Flächen reflektiert (11)(12) und ein kleiner Anteil des Lichtes wird exakt in den Beobachtungskanal gelenkt (13). Dieser Anteil des Lichtes führt zu einer starken Beeinträchtigung der Bildqualität und senkt den Kontrast des Systems ab. Um dieses zu vermeiden kann wie folgt vorgegangen werden:
In dem in 4 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel weicht eine Fläche des Strahlenteilers von der üblichen Würfelform (14) ab und ist stattdessen als Fläche 15 ausgeformt. Dadurch wird der Strahl 8 nicht mehr in den Beobachtungskanal gelenkt.
Auch in dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 weicht eine Fläche (16) des Strahlenteilers von der üblichen Würfelform (14a) ab und die strahlenteilende Schicht (2) ist nicht – wie üblich (14b) – unter einem Winkel von 45° zur Lichteintrittsfläche und Lichtaustrittsfläche. Hierdurch wird ebenfalls erreicht, das der reflektierte Strahl nicht in den Beobachtungskanal gelenkt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 4779968 A [0005]
- DE 4028605 A1 [0006]
- US 5760952 A [0007]
- US 4783159 A [0008]
- EP 1109046 [0010]

Claims

Mikroskop mit einem Rotreflex-Beleuchtungskanal, der dielektrische, metallischen oder geometrische Strahlenteiler enthält, durch den der jeweilige Beobachtungskanal und der jeweilige Beleuchtungskanal koaxial oder beinahe koaxial überlagert werden, und der genannte Strahlenteiler als Strahlteiler aus zwei verkitteten oder gefügten transparenten Materialien gleicher oder zumindest ähnlicher Brechzahl realisiert ist, die Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen für den Beobachtungskanal parallel sind, und sich die Teilerschicht an der Kontaktstelle der beiden Bauteile befindet oder der genannte dielektrische, metallischen oder geometrische Strahlenteiler als dünne beschichtete Glasplatte ausgeformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass Streulicht durch rotbetontes Beleuchtungslicht des Rotreflex-Beleuchtungskanals vermindert wird.
Mikroskop mit einem Rotreflex-Beleuchtungskanal, der dielektrische, metallischen oder geometrische Strahlenteiler enthält, durch den der jeweilige Beobachtungskanal und der jeweilige Beleuchtungskanal koaxial oder beinahe koaxial überlagert werden, und der genannte Strahlenteiler als Strahlteiler aus zwei verkitteten oder gefügten transparenten Materialien gleicher oder zumindest ähnlicher Brechzahl realisiert ist, die Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen für den Beobachtungskanal parallel sind, und sich die Teilerschicht an der Kontaktstelle der beiden Bauteile befindet oder der genannte dielektrische, metallischen oder geometrische Strahlenteiler als dünne beschichtete Glasplatte ausgeformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass unbeabsichtigt via Beobachtungskanal in das Okular gelangendes Beleuchtungslicht dadurch vermindert wird, dass der Beobachtungskanal und der Beleuchtungskanal unter einem von 90° etwas abweichenden Winkel auf den genannten Strahlenteiler treffen.
Mikroskop mit einem Rotreflex-Beleuchtungskanal, der dielektrische, metallischen oder geometrische Strahlenteiler enthält, durch den der jeweilige Beobachtungskanal und der jeweilige Beleuchtungskanal koaxial oder beinahe koaxial überlagert werden, und der genannte Strahlenteiler als Strahlteiler aus zwei verkitteten oder gefügten transparenten Materialien gleicher oder zumindest ähnlicher Brechzahl realisiert ist, die Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen für den Beobachtungskanal parallel sind, und sich die Teilerschicht an der Kontaktstelle der beiden Bauteile befindet oder der genannte dielektrische, metallischen oder geometrische Strahlenteiler als dünne beschichtete Glasplatte ausgeformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass unbeabsichtigt via Beobachtungskanal in das Okular gelangendes Beleuchtungslicht dadurch vermindert wird, dass die Lichteintrittsfläche und vor allem die Lichtaustrittsfläche des Strahlteilerelementes für das Beleuchtungslicht nicht parallel zur optischen Achse des Beobachtungskanals ist und/oder die Teilerschicht nicht unter 45° zur optischen Achse des Beobachtungskanals und unter 45° zur Lichtaustrittsfäche des Beleuchtungskanals ist.
Mikroskop mit einem Rotreflex-Beleuchtungskanal, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Beleuchtungskanal geometrische Strahlenteiler enthält, durch den der jeweilige Beobachtungskanal und der jeweilige Beleuchtungskanal koaxial oder beinahe koaxial überlagert werden.
Mikroskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Struktur des geometrischen Strahlenteilers auf der dem einfallenden Beleuchtungslicht abgewandten Seite mit einer absorbierenden Schicht versehen ist.
Mikroskop nach Anspruch 4 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die reflektierende Struktur des geometrischen Strahlenteilers hauptsächlich am äußeren Rand und dicht außerhalb des Durchtrittes des Beobachtungskanals befindet.
Mikroskop nach einem oder mehreren der Ansprüche 4–6, dadurch gekennzeichnet, dass genannte reflektierende Bereiche des geometrischen Strahlenteilers mit einer Projektionsoptik beleuchtet werden, die am Ort der Strahlteilerschicht einen auf die genannten reflektierenden Bereiche abgestimmte Beleuchtungsstruktur erzeugen.
Mikroskop nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass genannter Beleuchtungsstrktur mit Hilfe eines aufgespleissten Faserbündels erzeugt wird.
Mikroskop nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass genannter Beleuchtungsspot mit Hilfe einer Aperturblende oder holgraphischen Elementen oder LEDs mit zugeordneter Mikrooptik erzeugt wird.
Mikroskop nach einem oder mehreren der Ansprüche 4–9 und einem oder mehreren der Ansprüche 1–3.
Mikroskop nach einem oder mehreren der obenstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Streulicht durch einen Beamdump für unter ca. 180° zur Eintrittsebene austretendes Beleuchtungslicht vermindert wird.