DE202021104434U1

DE202021104434U1 - Operative Beleuchtungsvorrichtung

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Publication number: DE202021104434U1
Application number: DE202021104434.9U
Authority: DE
Original assignee: Maquet SAS
Current assignee: Maquet SAS
Priority date: 2020-08-24
Filing date: 2021-08-19
Publication date: 2021-11-18
Anticipated expiration: 2031-08-20
Also published as: EP3983720B1; EP3983720A1; CN115135928A; FR3122483B3; US20220412538A1; FR3113515A1; US11835203B2; WO2022043155A1; FR3122483A3; JP2023540830A

Abstract

Operative Beleuchtungsvorrichtung (1) zum Erzeugen eines Beleuchtungsflecks auf einer Operationsstelle für die Verwendung in Kombination mit einer Fluoreszenzbildgebungsvorrichtung, wobei die Beleuchtungsvorrichtung (1) eine Stützstruktur (2), eine Unterseite (7), die an die Stützstruktur (2) gekoppelt sein kann, um die untere Fläche der Vorrichtung abzudichten und gleichzeitig das Licht passieren zu lassen und eine Vielzahl von Lichtquellen (10) umfasst, die ein weißes Licht emittieren und zwischen der Stützstruktur (2) und der Unterseite (7) angeordnet sind, wobei die Vorrichtung ferner eine Vielzahl von NIR-Filtern (18) umfasst, wobei jeder NIR-Filter mit einer Lichtquelle (10) verbunden ist und konfiguriert ist, um die Übertragung von Wellenlängen, die in einem Wellenlängenband von 680 nm bis 900 nm enthalten sind, im Wesentlichen zu verhindern und gleichzeitig die Änderung der Farbtemperatur des Beleuchtungsflecks zu minimieren, sodass die Beleuchtungsvorrichtung, die eine zentrale maximale Beleuchtung (Ec) von 160 Klux aufweist, eine energetische Beleuchtung in dem Wellenlängenband von 700 nm bis 750 nm von mehr als 1000 mW/m2aufweist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine operative Beleuchtungsvorrichtung, die dazu gedacht ist, mit einem medizinischen Fluoreszenzbildgebungssystem verwendet zu werden.
Stand der Technik
Die medizinische Fluoreszenzbildgebung ist eine Technik, die bei chirurgischen Eingriffen angewandt wird, um einem Chirurgen dabei zu helfen, ein anvisiertes Organ oder Gewebe bei einem Patienten zu lokalisieren. Die Technik besteht aus dem Beleuchten eines Bereichs von Interesse mit einer Anregungswellenlänge, die dazu gedacht ist, die Fluoreszenz bestimmter Moleküle hervorzurufen. Im Allgemeinen weist das Licht, das von den Molekülen emittiert wird, eine Wellenlänge auf, die etwas größer als diejenige des Anregungslichtes ist. Die Moleküle können zuvor als Fluoreszenzmarker in den Patienten injiziert werden. Es kann auch sichergestellt werden, dass die endogenen Moleküle, also die Moleküle, die natürlich im Organismus vorhanden sind, abhängig vom metabolischen Zustand der Gewebe mit einem Anregungslicht einer angemessenen Wellenlänge fluoreszierend werden. Diese letztere Technik wird als Autofluoreszenz bezeichnet.
Heute ist die medizinische Fluoreszenzbildgebung sehr weit verbreitet und es ist eine gewisse Anzahl an Geräten auf dem Markt erhältlich. Im Allgemeinen arbeiten diese Geräte im Wellenlängenbereich nahe Infrarot, das heißt, dass sich das Anregungslicht und das erfasste Licht alle beide im Wellenlängenbereich von 700 nm bis 900 nm befinden. Die Intensität der Fluoreszenz ist relativ schwach. Es ist daher wichtig, das Streulicht in den erfassten Wellenlängen zu minimieren.
OP-Säle sind im Allgemeinen mit einer chirurgischen Beleuchtung ausgestattet, die den anerkannten Normen entspricht, welche die Eigenschaften des emittierten Lichtes definieren. Zum Beispiel fordert die Norm NF EN 60601-2-41 insbesondere, dass die chirurgischen Beleuchtungen ein weißes Licht emittieren, das eine Farbtemperatur (Tk), die zwischen 3000K und 6700K beträgt, und einen allgemeinen Farbwiedergabeindex (IRC) (oder Ra) größer oder gleich 85 aufweist. Ferner sollte es ein geeignetes R9 geben. Die Farbtemperatur und der IRC des emittierten Lichtes sind wichtig, um dem Chirurgen zu ermöglichen, die Farbnuancen korrekt zu erkennen und dabei die Augenermüdung zu reduzieren. Teilweise durch diese Einschränkungen emittiert der Großteil der Lichtquellen, der in der chirurgischen Beleuchtung verwendet wird, Licht teilweise im Wellenlängenintervall, das von medizinischen Fluoreszenzbildgebungsvorrichtungen erfasst wird. Aus diesem Grund ist es geläufig, die chirurgische Beleuchtung bei der Verwendung einer medizinischen Fluoreszenzbildgebungsvorrichtung auszuschalten, um die Erfassung des Fluoreszenzsignals nicht zu stören oder nicht zu manipulieren, sodass sie den Bereich von Interesse nicht mehr beleuchtet.
FR 2989876 beschreibt ein medizinisches Fluoreszenzbildgebungssystem für OP-Säle, in denen eine Operationsbeleuchtung und der Bildgebungsdetektor beide mit Filtern ausgestattet sind, damit die Operationsbeleuchtung während des Betriebs der Fluoreszenzbildgebung angeschaltet und in Richtung des Bereichs von Interesse gerichtet bleiben kann, ohne die Erfassung der Fluoreszenz zu stören. Der Filter für die chirurgische Beleuchtung ist an der Außenseite der Lampe befestigt und bedeckt ihre gesamte Oberfläche, etwa 0,5 m2. Die Autoren haben erkannt, dass die Kosten für einen Filter dieser Größe unerschwinglich wären, um mit der erforderlichen Präzision hergestellt zu werden. Folglich schließt der Filter nicht das gesamte Licht in dem Bereich des Fluoreszenzbildes aus. Aus diesem Grund war es erforderlich, diesen Filter mit einem ergänzenden Filter auf dem Fluoreszenzbildgebungsdetektor zu koppeln, um Interferenzen zu vermeiden. Eine solche Anordnung ist daher nur mit einem angepassten Detektor möglich. Ferner dämpft der Filter des Detektors unvermeidbar das erfassbare Signal. Ferner ist die Befestigung eines solchen Filters auf einer chirurgischen Beleuchtung nicht ohne Komplikationen, denn die chirurgischen Beleuchtungen müssen eine Oberfläche aufweisen, die effizient und einfach gereinigt werden kann.
Kurzdarstellung
Die vorliegende Offenbarung hat zum Ziel, die Probleme, die mit dem Stand der Technik verbunden sind, zu verringern, und genauer, eine operative Beleuchtungsvorrichtung vorzuschlagen, die in Betrieb bleiben kann, um ein weißes Licht zu liefern, das sichtbar ist, wenn eine medizinische Fluoreszenzbildgebungsvorrichtung verwendet wird, ohne das erfasste Fluoreszenzsignal zu stören. Die vorliegende Offenbarung hat auch zur Aufgabe, eine operative Beleuchtungsvorrichtung vorzuschlagen, die unabhängig von der verwendeten Bildgebungsvorrichtung während der medizinischen Fluoreszenzbildgebung betrieben werden kann.
Diese und andere Aufgaben werden in einer operativen Beleuchtungsvorrichtung umgesetzt, um einen Beleuchtungsfleck an einer operativen Stelle für die Verwendung in Kombination mit einer Fluoreszenzbildgebungsvorrichtung zu erzeugen, wobei die Beleuchtungsvorrichtung eine Stützstruktur umfasst, wobei eine Unterseite an die Stützstruktur gekoppelt sein kann, um die Innenfläche der Vorrichtung abzudichten und dabei das Licht passieren zu lassen, und wobei eine Vielzahl von Lichtquellen, die zwischen der Stützstruktur und der Unterseite angeordnet ist, dazu in der Lage ist, ein weißes Licht zu emittieren, wobei die Vorrichtung ferner eine Vielzahl von NIR-Filtern umfasst, wobei jeder NIR-Filter mit einer Lichtquelle verbunden ist und konfiguriert ist, um die Übertragung von Wellenlängen in einem Wellenlängenband von ungefähr 680 nm bis 900 nm im Wesentlichen zu verhindern, während die Änderung der Farbtemperatur des Beleuchtungsflecks minimiert wird, sodass die Beleuchtungsvorrichtung eine zentrale maximale Beleuchtung (Ec) von 160 Klux und eine energetische Beleuchtung im Wellenlängenband von 700 nm bis 750 nm von mehr als 1000 mW/m² und bevorzugt mehr als 800mW/m² aufweist. Die Anbringung einer Vielzahl von NIR-Filtern, also Filtern, die die Übertragung von Wellenlängen im Infrarotbereich unterdrücken, wobei jeder mit einer Lichtquelle verbunden ist, ermöglicht die Beibehaltung der Größe des Filters auf einem reduzierten Niveau und damit die Verbesserung der Genauigkeit des Filters, um sämtliches Streulicht im Infrarotbereich bei angemessenen Kosten effizient zu blockieren. Insbesondere wird, indem die energetische Beleuchtung der Vorrichtung bei 1000 mW/m² auf das Maximum in dem Wellenlängenbereich von 700 nm bis 750 nm begrenzt wird, sichergestellt, dass die operative Beleuchtungsvorrichtung eingeschaltet bleiben kann, ohne die Erfassung der Fluoreszenz auch auf schwachem Niveau zu verschlechtern. Folglich kann die Vorrichtung mit Fluoreszenzbildgebungsvorrichtungen verwendet werden, die im Handel erhältlich sind, ohne dass es notwendig ist, ergänzende Modifikationen durchzuführen. Die Tatsache, dass die Filter in der abgedichteten Beleuchtungsvorrichtung eingeschlossen werden, erleichtert ferner die Reinigung der Vorrichtung.
In bestimmten Varianten weist die Beleuchtungsvorrichtung, die eine zentrale maximale Beleuchtung (Ec) von 160 KLux aufweist, eine energetische Beleuchtung im Wellenlängenband von 750 nm bis 850 nm von mehr als 100 mW/m² und insbesondere mehr als 50 mW/m² auf.
Bevorzugt umfasst die Vorrichtung eine Vielzahl von optischen Elementen, die konfiguriert sind, um das Licht, das von den Lichtquellen ausgeht, zu sammeln, zu fokussieren und/oder zu konzentrieren, wobei die Vielzahl von NIR-Filtern in zumindest einer der folgenden Positionen angeordnet ist: zwischen den Lichtquellen und den optischen Elementen, auf einer Oberfläche der optischen Elemente, die in Richtung der Lichtquelle ausgerichtet ist, auf einer Oberfläche der optischen Elemente, die entgegengesetzt zu der Lichtquelle ausgerichtet ist, zwischen dem optischen Element und der Unterseite und auf einer Oberfläche der Unterseite. Die Filter können je nach Struktur auch in einer beliebigen operativen Beleuchtungsvorrichtung installiert sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die NIR-Filter in der Unterseite oder in den optischen Elementen enthalten. Diese kann umgesetzt werden, indem eine oder mehrere dünne Schichten auf das darunterliegende Element aufgetragen wird, durch eine Oberflächenbehandlung dieses Elements oder durch Bindung einer separaten optischen Komponente an das darunterliegende Element, das die erforderlichen Absorptionseigenschaften im Wellenlängenbereich nahe Infrarot aufweist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist jeder aus der Vielzahl von NIR-Filtern auf mobile Weise zwischen einer aktiven Position, in der er sich vor einer Lichtquelle befindet, um das Licht zu filtern, das durch die Lichtquelle emittiert wird, und einer inaktiven Position konfiguriert, in der er sich nicht vor der Lichtquelle befindet und nicht dazu in der Lage ist, das Licht zu filtern, das von der Lichtquelle ausgeht, wobei die Vorrichtung ferner eine Steuereinheit umfasst, die konfiguriert ist, um die Bewegung der Vielzahl von NIR-Filtern zwischen der aktiven und der inaktiven Position zu steuern. Da jegliche Filterung des Lichtes eine gewisse Modifikation der Farbtemperatur des Beleuchtungsflecks mit sich bringt, ermöglicht der kontrollierte Einsatz der Filter dem Chirurgen auf diese Weise, die optimale Beleuchtung abhängig von seinen Bedürfnissen auszuwählen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit konfiguriert, um mit einer Steuertafel zu kommunizieren, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, um die Bewegung der NIR-Filter zwischen der aktiven Position und der inaktiven Position in Abhängigkeit eines Signals zu steuern, das von der Steuertafel ausgeht. Die Steuertafel kann an der Beleuchtungsvorrichtung montiert sein, zum Beispiel an der Außenseite der Stützstruktur befestigt, also auf dem Gehäuse der Vorrichtung. Alternativ kann die Steuereinheit konfiguriert sein, um drahtgebunden oder drahtlos mit der Steuertafel zu kommunizieren, um die Fernsteuerung der Positionen der Filter zu ermöglichen.
In einer besonders vorrangigen Vorrichtung umfasst die operative Beleuchtungsvorrichtung Mittel zum Empfangen von Signalen von einer Fluoreszenzbildgebungsvorrichtung, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, um die Bewegung der NIR-Filter zwischen der aktiven Position und der inaktiven Position in Abhängigkeit von einem empfangenen Signal von der Fluoreszenzbildgebungsvorrichtung zu steuern. Zum Beispiel könnten die NIR-Filter automatisch in die aktive Position gebracht werden, wenn die Fluoreszenzbildgebungsvorrichtung für Fluoreszenzbildgebung aktiviert ist. Zum Beispiel könnten die NIR-Filter automatisch in die inaktive Position gebracht werden, wenn die Vorrichtung oder die Bildgebungsfunktionen durch Fluoreszenz deaktiviert sind. Die automatische Steuerung der Positionen der Filter mit Hilfe eines Signals, das von einer Fluoreszenzbildgebungsvorrichtung ausgeht, erleichtert die Aktivierung der Filter erheblich und stellt dabei eine optimale Beleuchtung in Abhängigkeit des betrieblichen Charakters der Fluoreszenzbildgebung oder nicht sicher.
In einer besonders vorteilhaften Anordnung ist eine Vielzahl von NIR-Filtern an einer Drehscheibe angeordnet, wobei die Drehung der Scheibe durch die Steuereinheit gesteuert wird. Zum Beispiel könnte eine Vielzahl von NIR-Filtern auf einer Drehscheibe mit weiteren optischen Elementen oder Leerräumen abwechselnd mit den NIR-Filtern platziert werden. In bestimmten Fällen entspricht die aktive Position der Ausrichtung der NIR-Filter auf der Drehscheibe mit einer Vielzahl von Lichtquellen, und die inaktive Position entspricht der Ausrichtung weiterer optischer Elemente oder Leerräume auf der optischen Scheibe mit den Lichtquellen. Auf diese Weise können in einer einzigen Bewegung mehrere Filter aktiviert oder deaktiviert werden.
Bevorzugt wird die Drehscheibe automatisch gedreht, um die Beleuchtungsvorrichtung in Abhängigkeit eines Signals, das angibt, dass die Fluoreszenzbildgebungsausrüstung aktiviert worden ist, in die aktive Konfiguration zu bringen.
In vorrangigen Ausführungsformen weist jeder NIR-Filter eine Durchlässigkeit von mindestens ≤ 0,5 %, bevorzugt 0,1 %, und bevorzugter 0,01 % in dem im Wesentlichen blockierten Wellenlängenband auf, und eine Durchlässigkeit von ≥ 85 % von 400 nm bis zu den im Wesentlichen blockierten Wellenlängen.
In einer besonders vorteilhaften Umsetzung, wenn sich die NIR-Filter vor den jeweiligen Lichtquellen befinden, liefert die Beleuchtungsvorrichtung eine zentrale Beleuchtung (Ec) von mindestens 40.000 Lux in der Mitte eines beleuchteten Flecks einen Meter von der Austrittsfläche der operativen Beleuchtung, und liefert gleichzeitig eine Durchlässigkeit von mindestens ≤ 0,5 %, bevorzugt mindestens 0,1 %, und noch bevorzugter mindestens 0,01 % in einem Wellenlängenband von mindestens 50 nm zwischen den Wellenlängen von 680 nm und 900 nm.
Bevorzugt umfassen die Lichtquellen der chirurgischen Beleuchtungsvorrichtung zumindest eine LED.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wie auch sonstige Vorteile gehen deutlicher bei der Lektüre der detaillierten Beschreibung einer Ausführungsform hervor, die beispielhaft, jedoch nicht einschränkend anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert wird, in denen:

1 eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
2 ein Diagramm ist, welches das Emissionsspektrum einer weißen LED zeigt;
3 schematisch die mögliche Platzierung der Filter in der operativen Beleuchtungsvorrichtung von 1 veranschaulicht;
4 eine partielle Schnittansicht der Beleuchtungsvorrichtung durch die Ebene A-A von 1 zeigt;
5 schematisch eine Filterscheibe gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht;
6 ein Blockdiagramm ist, das die Steuerung der Beleuchtungsvorrichtung veranschaulicht;
7 schematisch eine Übertragungskurve eines NIR-Filters der Beleuchtungsvorrichtung von 1 und 2 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zeigt; und
8 schematisch die energetische Beleuchtung einer operativen Beleuchtungsvorrichtung mit NIR-Filtern und einer operativen Beleuchtungsvorrichtung ohne Filter zeigt.

Detaillierte Beschreibung
In den Zeichnungen werden gleiche Bezugszeichen für die gleichen Elemente verwendet.
1 veranschaulicht eine operative Beleuchtungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die veranschaulichte Beleuchtungsvorrichtung 1 ist ein Lampenkopf, der in einer chirurgischen Beleuchtungsanordnung verwendet werden kann, entweder mit anderen Lampenköpfen oder alleine. Die operative Beleuchtungsvorrichtung 1 weist eine Schale oder ein Gehäuse 2 auf, das die Hinterseite des Lampenkopfes bildet. Das Gehäuse dient als Stützstruktur 2 für die verschiedenen optischen und elektronischen Elemente der Beleuchtungsvorrichtung, alleine oder mit anderen Strukturelementen. Das Gehäuse 2 kann an einen Gelenkarm 8 gekoppelt sein, der die Aufhängung an der Decke eines OP-Saals ermöglicht. Es kann auch an eine mobile oder feste Stütze gekoppelt sein. Das Gehäuse 2 ist im Wesentlichen in der Form einer Kuppel mit einer hinteren Fläche, die nicht sichtbar ist, und einem Rand 3, der sich senkrecht auf dieser hinteren Fläche erstreckt und die verschiedenen optischen und elektrischen Elemente für die Erzeugung von Licht aufnimmt. Ein Griff 4, der sich seitlich zur Manipulation und Positionierung der Beleuchtungsvorrichtung 1 erstreckt, ist mit dem Rand verbunden. Eine Steuertafel 5 in der Form einer Tastatur, eines Berührungsbildschirms oder anders ist an dem Griff 4 montiert, um die verschiedenen Funktionen der Beleuchtungsvorrichtung zu steuern, wie weiter unten beschrieben. Es ist anzumerken, dass der Griff 5 unterschiedliche Formen annehmen oder komplett weggelassen werden kann. Ferner kann sich die Steuertafel 5, wenn sie vorhanden ist, auf dem Gehäuse oder auf einer separaten Steuerung befinden. Die Beleuchtungsvorrichtung 1 umfasst ferner einen Deckel oder eine Unterseite 7, der/die zumindest teilweise transparent ist, um das Licht passieren zu lassen, der/die sich an die Innenseite des Gehäuses 2 in dichtendem Kontakt mit dem Rand 3 anpasst und eine Lichtemissionsfläche der Beleuchtungsvorrichtung bildet. Ein steriler röhrenförmiger Griff 6 kann ebenfalls auf der unteren Seite der Beleuchtungsvorrichtung vorgesehen sein, im Wesentlichen in der Mitte dieser Lichtemissionsfläche oder an der Seite, um die Manipulation der Vorrichtung mit einer Hand zu ermöglichen.
Obwohl das Gehäuse 2 und die Unterseite 7, die in den Figuren veranschaulicht sind, einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, versteht es sich, dass es sich lediglich um eine Veranschaulichung handelt. Die Beleuchtungsvorrichtung 1 kann auf Lampen unterschiedlicher Formen und Strukturen angewandt werden, darunter eine kreuzförmige Form oder eine andere verzweigte Form.
Die Fluoreszenzbildgebung wird während des Betriebs verwendet, um dem Chirurgen dabei zu helfen, die spezifischen Strukturen oder Gewebe zu identifizieren. Die Fluoreszenzbildgebungsvorrichtungen können in die Hand genommen oder an der Stütze oder an anderer Stelle im OP-Saal befestigt werden. Die Vorrichtung arbeitet, indem ein Licht emittiert wird, das dazu gedacht ist, eine Fluoreszenz in den Molekülen zu induzieren, die im Körper vorhanden sind. Oft werden die Moleküle markiert, indem zuvor ein Marker in den Patienten injiziert wird, aber bestimmte natürliche oder endogene Moleküle können unter einem angemessenen Anregungslicht fluoreszierend sein. Die Wellenlänge des emittierten und von den Fluoreszenzbildgebungsvorrichtungen erfassten Lichtes befindet sich oft im Nahinfrarotbereich, wobei das Anregungslicht im Allgemeinen bei einer Wellenlänge emittiert wird, die zwischen ungefähr 700 und 800 nm beträgt und die Fluoreszenz bei einer Wellenlänge von mehr als ungefähr 20 bis 80 nm erfasst wird.
Die Lichtquellen, die in einer operativen Beleuchtungsvorrichtung verwendet werden, müssen bevorzugt dazu in der Lage sein, ein weißes Licht gemäß der geltenden Norm zu erzeugen. Zum Beispiel fordert die Norm EN 60601-2-41, dass die chirurgischen Beleuchtungen ein weißes Licht emittieren, das eine Farbtemperatur (Tk), die zwischen 3000K und 6700K beträgt, und einen Farbwiedergabeindex (IRC) größer oder gleich 85 aufweist. In den chirurgischen Beleuchtungen sind Halogenlichtquellen verwendet worden, aber LED werden aufgrund ihrer Effizienz und ihrer schwachen Wärmediffusion heutzutage häufiger verwendet. 2 veranschaulicht ein typisches Emissionsspektrum einer weißen LED, die an chirurgische Lampen angepasst ist, die die relative Intensität zeigt, die durch die LED in Abhängigkeit der Wellenlänge λ emittiert wird. Aus diesem Emissionsspektrum geht hervor, dass sich das emittierte Licht in den Nahinfrarotbereich erstreckt und insbesondere den operativen Wellenlängenbereich der Fluoreszenzbildgebungsvorrichtungen überlappt. Die Intensität der emittierten Fluoreszenz ist relativ schwach. Folglich ist dieses Licht ausreichend, um die Erfassung der Fluoreszenz stark zu stören, wenn es gleichzeitig wie dasjenige einer Fluoreszenzbildgebungsvorrichtung verwendet wird. Es ist anzumerken, dass die optische Fokussierung und/oder Konzentration sowie die Unterseite im Wesentlichen transparent gegenüber den Strahlen in den Wellenlängen des sichtbaren Nahinfrarotlichts sind, sodass das Spektrum des Beleuchtungsflecks 1 Meter von der Beleuchtungsvorrichtung dem LED-Spektrum ähnelt, aber mit einer reduzierten Intensität. Dennoch ist die Intensität in den Nahinfrarotwellenlängen immer noch mehr als ausreichend, um die Erfassung von fluoreszierendem Licht zu stören.
Um diese Störung zu vermeiden und gleichzeitig die Verwendung der chirurgischen Beleuchtungsvorrichtung während des Betriebs einer medizinischen Fluoreszenzbildgebungsvorrichtung zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, das Licht, das von jeder Lichtquelle emittiert wird, zu filtern, indem ein Filter verwendet wird, der ausgelegt ist, um die Wellenlängen zumindest im Nahinfrarotbereich zu blockieren und gleichzeitig zu garantieren, dass das gesendete weiße Licht den Anforderungen der Norm in Bezug auf die Farbtemperatur und den Farbwiedergabeindex (IRC) entspricht. Insbesondere kann der Filter dafür sorgen, dass in dem durch die chirurgische Beleuchtungsvorrichtung beleuchteten Feld die energetische Spektralbeleuchtung im Nahinfrarot und insbesondere den Wellenlängen, die vor eine medizinische Fluoreszenzbildgebungsvorrichtung verwendet werden, kleiner als ungefähr 0,1 W/m²/nm ist. In dieser Offenbarung werden diese Filter als NIR-Filter bezeichnet.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils einer operativen Beleuchtungsvorrichtung mit einem NIR-Filter. In 3 sind eine Lichtquelle 10, ein optisches Element 14, das angeordnet und konfiguriert ist, um das Licht zu sammeln und zu konzentrieren, das von der Lichtquelle 10 emittiert wird, und die Unterseite 7 zu sehen. Ein NIR-Filter kann in unterschiedlichen Positionen in dieser Vorrichtung angeordnet sein. Diese Positionen sind in der Figur durch die römischen Ziffern I bis V angegeben. Genauer kann der NIR-Filter zwischen der Lichtquelle 10 und dem optischen Element 14 angeordnet sein, gekennzeichnet durch die Position I. Der NIR-Filter kann sich entweder auf der Eintrittsfläche II oder auf der Austrittsfläche III des optischen Elements 14 befinden. In diesem Fall kann der NIR-Filter mittels einer Oberflächenbehandlung des optischen Elements 14 erhalten werden. Der NIR-Filter kann in Position IV zwischen dem optischen Element 14 und der Unterseite 7 angeordnet sein. Schließlich kann der NIR-Filter auf der Oberfläche der Unterseite gebildet sein, zum Beispiel durch eine Oberflächenbehandlung der Unterseite wie durch die Position V veranschaulicht. Die Anordnung der NIR-Filtermittel in der operativen Beleuchtung, die ausgelegt ist, um das Licht einer einzelnen Lichtquelle zu filtern, ermöglicht, dass jeder Filter sehr klein ist. Das macht die Anwendung von genaueren Herstellungsverfahren möglich, die wiederum ermöglichen, genauere Filter zu deutlich reduzierten Kosten herzustellen.
4 zeigt eine partielle Schnittansicht des Inneren der Beleuchtungsvorrichtung 1 durch die Ebene AA von 1. 4 zeigt zwei Lichtquellen 10, die im Inneren des Gehäuses 2 mittels Anschlüssen 12 montiert sind, die wiederum an dem Gehäuse 2 befestigt sind. Die Anschlüsse 12 können Teil eines oder mehrerer größerer Strukturelemente sein, die ausgelegt sind, um die verschiedenen optischen und/oder elektronischen Elemente an Ort und Stelle zu halten. Es ist auch möglich, die Lichtquellen und die zugehörige Optik und Schaltung direkt an dem Gehäuse zu montieren. Um auf alle möglichen Modalitäten zu reagieren, werden das Gehäuse und jedes Strukturelement, das in dieser Offenbarung als Teil der Stützstruktur angesehen wird, in der vorliegenden Offenbarung kollektiv als Stützstruktur 2 bezeichnet. Die Lichtquellen 10 können von einer beliebigen Art sein, sind aber bevorzugt LED-Lichtquellen. Über jeder Lichtquelle befindet sich ein optisches Element 14 in der Form eines Kollimators, der für sich bekannt ist, um den Lichtfluss der Lichtquellen in Richtung des Beleuchtungsfeldes zu lenken. Die optischen Elemente 14 sind auch durch ein geeignetes Mittel entweder direkt oder über die Anschlüsse an dem Gehäuse verankert. Weitere Strukturen wie Strahler (Wärmeableiter) oder Steuerschaltungen von Lichtquellen können ebenfalls vorhanden sein, sind hier aber nicht veranschaulicht. Zwischen den optischen Elementen 14 und der Unterseite 7 sind Mittel zur Filterung in der Form einer Scheibe 16 eingefügt, die auf rotierende Weise auf einer Welle 20 eines Motors 22 installiert ist. Die Filterscheibe 16 kann aus einem im Wesentlichen transparenten Material sein, wobei die Filterelemente 18 so platziert sind, dass sie mit den Positionen der Lichtquellen 10 zusammenfallen. Der Motor 22 wird durch eine Steuereinheit 24 gesteuert, um die Filterelemente 18 zu drehen und so in eine aktive Position über den Lichtquellen 10 zu bringen oder um die Filterelemente 18 in eine inaktive Position abseits der Lichtquellen 10 zu verschieben.
Die Filterscheibe 16 kann gegebenenfalls offene Räume oder alternative optische Elemente beinhalten, die sich von den NIR-Filterelementen (nicht dargestellt) unterscheiden, die auf die Lichtquellen 10 in inaktiver Position ausgerichtet sind. Die offenen Räume oder die alternativen optischen Elemente können abwechselnd mit den NIR-Filterelementen 18 auf der Filterscheibe 16 angeordnet sein. In einer solchen Anordnung kann die Scheibe 16 in den Bereichen, die sich außerhalb der Übertragungsbereiche des Lichts befinden, teilweise oder im Wesentlichen undurchlässig sein.
Es wird anerkannt, dass eine oder mehrere Filterscheiben 16 zwischen den Lichtquellen 10 und den optischen Elementen 14 angeordnet sein können, also an der Position I von 3. Obwohl die NIR-Filter 18 garantieren, dass die erzeugte Beleuchtungsstelle die Norm erfüllt, die für die operative Beleuchtung gilt, können sie dennoch die Farbtemperatur des Lichts modifizieren. Ein Chirurg kann die Filterelemente 18 selektiv aktivieren oder deaktivieren und so die für seine Zwecke am besten geeignete Beleuchtung auswählen.
5 zeigt eine Draufsicht auf eine Filterscheibe 16, die mit vier Filterelementen 18 versehen ist, die jeweils positioniert sind, um das Licht von einer von vier Lichtquellen 10 zu filtern, die über die Filterelemente 18 wahrgenommen werden können. Die Filterscheibe 16 weist im Wesentlichen eine kreisförmige Form auf, aber es werden auch andere Formen in Betracht gezogen. Ferner versteht sich, dass die Filterscheibe mehr oder weniger Filterelemente 18 beinhalten und damit über mehr oder weniger Lichtquellen 10 gemäß der bestimmten Struktur der Beleuchtungsvorrichtung angeordnet sein kann. Es können mehrere Filterscheiben 16 in einer gleichen Beleuchtungsvorrichtung 1 angeordnet sein, um die Filterung von mehreren Lichtquellen zu ermöglichen. Zum Beispiel können in dem Lampenkopf, der in 1 veranschaulicht ist, der insgesamt sechzehn Lichtquellen beinhaltet, vier Filterscheiben 16 kollektiv angeordnet sein und gesteuert werden.
6 ist ein Blockdiagramm, das die Steuerung der NIR-Filter 18 veranschaulicht. Die Steuereinheit 24 ist mit dem Motor 22 verbunden, der die Welle 20 antreibt, um die Filterscheibe 16 zwischen einer aktiven Position und einer inaktiven Position zu drehen. Die Steuereinheit 24 ist mit der Steuertafel 5 (1) verbunden und empfängt manuelle Befehle über die Steuertafel 5, kann aber auch Informationen zur Anzeige senden. Die Steuertafel 5 kann auch für einen Betrieb ohne Kontakt konfiguriert sein, zum Beispiel durch Sprachbefehl. Die Steuereinheit 24 kann weitere Beleuchtungsinstallationsfunktionen steuern, darunter das Einschalten und Ausschalten. Die Funktionen der Beleuchtungsvorrichtung können ferner oder alternativ durch eine Fernsteuerungsvorrichtung gesteuert werden, die drahtlos mit der Beleuchtungsvorrichtung 1 kommuniziert. Die Steuereinheit 24 ist ferner mit einem Eingangs-/Ausgangsmodul (I/O) 26 verbunden, das ausgelegt ist, um Signale von externen Vorrichtungen zu empfangen. Diese Signale können über eine Kabelverbindung oder drahtlos empfangen werden, zum Beispiel über eine Antenne 28, ein Infrarot oder eine andere geeignete Schnittstelle. Auf diese Weise kann eine medizinische Fluoreszenzbildgebungsvorrichtung an die Beleuchtungsvorrichtung 1 gekoppelt sein, um den automatischen Einsatz der Filterelemente 18 durch die Steuereinheit 24 zu ermöglichen, wenn die Bildgebungsvorrichtung aktiviert ist. Um das Nichtvorhandensein von Streulicht in dem operativen Feld während der Verwendung einer medizinischen Fluoreszenzbildgebungsvorrichtung zu garantieren, ist es ferner möglich, dass die Beleuchtungsvorrichtung über die Steuereinheit 24 oder mittels einer Fernsteuerungsvorrichtung ein Signal erzeugt, das ermöglicht, alle anderen Lichtquellen in einem OP-Saal zu steuern. Ein solches Signal kann auch als Reaktion auf ein Signal erzeugt werden, das von einer Fluoreszenzbildgebungsvorrichtung stammt, sodass die Aktivierung der Bildgebungsvorrichtung automatisch gleichzeitig den Einsatz von Filtern in aktiver Position in der chirurgischen Beleuchtungsvorrichtung 1 und das simultane Ausschalten aller anderen Beleuchtungen im OP-Saal auslöst.
7 zeigt die Übertragungskurve eines Beispiels für einen NIR-Filter, der auf die chirurgische Beleuchtungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung ausgelegt ist. Der Filter ist durch eine Durchlässigkeit von ≥ 85% der Wellenlängen von 400 nm bis 710 nm, eine Durchlässigkeit von 50% bis 730 nm und eine Durchlässigkeit von ≤ 0,01 % bei 740 nm bis 900 nm bei einem Einfallswinkel von 30 ° gekennzeichnet. Die mit diesem Filter in unterschiedlichen Konfigurationen von chirurgischen Lampen durchgeführten Experimente haben ermöglicht, Lichtstellen zu erhalten, die eine korrelierte Farbtemperatur von ungefähr 5100K und einen Farbwiedergabeindex von 93-95 aufweisen. Allgemeiner blockieren die NIR-Filter bevorzugt das Licht, das eine Wellenlänge gleich oder größer einer Blockierungswellenlänge aufweist, wobei diese Blockierungswellenlänge bevorzugt im Bereich von 680 nm bis 740 nm liegt. Unter Blockierung des Lichts versteht man bevorzugt eine Durchlässigkeit von ≤ 0,5 %, bevorzugter ≤ 0,1% und noch bevorzugter ≤ 0,01 %. Ferner können die Filter das Licht blockieren, das einen Wellenlängenbereich aufweist, der sich zumindest 50 nm, bevorzugt zumindest 100 nm und bevorzugter zumindest 200 nm der Blockierungswellenlänge erstreckt. Der Filter weist ferner eine Durchlässigkeit ≥ 85 % für das sichtbare Licht auf, also für die Wellenlängen von 400 nm bis zur Blockierungswellenlänge. In den bevorzugten Ausführungsformen ist die zentrale maximale Beleuchtung (Ec) zumindest 40.000 Lux oder zumindest 60.000 Lux in der Mitte des Beleuchtungsflecks, einen Meter der Austrittsfläche der operativen Beleuchtung, wobei die Übertragung von ≤ 0,5 % oder ≤ 0,1 % oder ≤ 0,01 % über der vorstehend beschriebenen Blockierungswellenlänge sichergestellt wird.
8 präsentiert eine Graphik, welche die energetische Spektralbeleuchtung („spectral irradiance“ auf Englisch) einer Beleuchtungsvorrichtung, die mit einem verbesserten NIR-Filter (Kurve A) ausgestattet ist, und einer Beleuchtungsvorrichtung ohne Filter (Kurve B) veranschaulicht. In den beiden Fällen ist die energetische Spektralbeleuchtung der Beleuchtungsvorrichtung mit Hilfe eines Spektrometers des Typs JETI Specbos1211 gemessen worden (kalibriert und COFRAC-zertifiziert), das konfiguriert ist, um die energetische Spektralbeleuchtung in der Mitte eines Beleuchtungsflecks in einem Abstand von 1 m zur Vorrichtung für die Wellenlängen von Interesse zu messen. Die Werte sind für eine zentrale maximale Beleuchtung der Vorrichtung von 160 Klux normalisiert. Es ist festzustellen, dass die Vorrichtung ohne Filter eine wichtige energetische Beleuchtung für Wellenlängen größer 720 nm aufweist, mit einer energetischen Spektralbeleuchtung bei 800 nm von ungefähr 60 mW/m². Dagegen erreicht die Vorrichtung mit dem NIR-Filter eine quasi vollständige Unterdrückung der Lichtenergie bei Wellenlängen größer und gleich 720 nm und eine energetische Spektralbeleuchtung von ungefähr 120 mW/m² bei 700 nm.
Dennoch ist es, wenn die Auswirkung der energetischen Beleuchtung auf die Erfassung der Fluoreszenz betrachtet wird, nützlicher, auf die gesamte energetische Beleuchtung Bezug zu nehmen, die in einem Wellenlängenband von Interesse emittiert wird, als auf die energetische Spektralbeleuchtung, also die energetische Beleuchtung bei einer einzelnen Wellenlänge. Die nachfolgende Tabelle zeigt die Summe der Werte der energetischen Spektralbeleuchtung, die für verschiedene Wellenlängenbänder gemessen wurden.

Wellenlängenband Ee (mW/m²) normalisiert für Ec 160Klux

700 bis 750 nm 710

710 bis 750 nm 70

750 bis 850 nm 19

800 bis 870 nm 17
Allgemeiner ist es bevorzugt, dass die Beleuchtungsvorrichtung, die eine zentrale maximale Beleuchtung (Ec) von 160 KLux aufweist, eine energetische Beleuchtung für das Wellenlängenband von 700 nm bis 750 nm von mehr als 1000 mW/m² und insbesondere mehr als 800 mW/m² aufweist. Die Beleuchtungsvorrichtung weist bevorzugt eine energetische Beleuchtung von mehr als 100 mW/m2 für das Wellenlängenband von 710 nm bis 750 nm und eine energetische Beleuchtung für das Wellenlängenband von 750 nm bis 850 nm von mehr als 100 mW/m² und bevorzugt mehr als 50 mW/m² auf.
Die Filterelemente 18 können aus allen geeigneten Materialien sein, darunter, ohne einzuschränken, Kunststoff, Silikon und Glas oder eine Kombination davon, und von dichroitischem oder absorbierendem Typ. Die Filterelemente können durch Oberflächenbehandlung der Materialien hergestellt werden, darunter, ohne einzuschränken, dem Sol-Gel-Verfahren, der Anwendung eines absorbierenden Puders im Moment der Einspritzung eines Materials und Sous-Vide-Abscheidung von dünnen Schichten. Das Filterelement 18 kann auch als ein separates optisches Element in der Form einer Platte oder einer Scheibe gebildet sein, die auf die Unterseite 7 oder auf die optischen Elemente 14 geklebt oder anderweitig daran befestigt ist.
Die vorstehend genannten bestimmten Eigenschaften sind lediglich nicht einschränkende Varianten. Die in dem vorliegenden Dokument genannten Eigenschaften sind alle in ihren diversen möglichen Kombinationen und Teilkombinationen angestrebt und offenbart, wie es ein kompetenter Fachmann auf diesem Gebiet verstehen würde.
Bezugszeichenliste

1: Operative Beleuchtungsvorrichtung
2: Gehäuse/Stützstruktur
3: Rand
4: Griff
5: Steuertafel
6: Steriler Ärmel
7: Abdeckung/Unterseite
8: Gelenkarm
10: Lichtquelle
12: Anschluss
14: Optisches Element
16: Filterscheibe
18: Filter
20: Welle
22: Motor
24: Steuereinheit
26: E/S-Modul
28: Antenne

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

FR 2989876 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm EN 60601-2-41 [0024]

Claims

Operative Beleuchtungsvorrichtung (1) zum Erzeugen eines Beleuchtungsflecks auf einer Operationsstelle für die Verwendung in Kombination mit einer Fluoreszenzbildgebungsvorrichtung, wobei die Beleuchtungsvorrichtung (1) eine Stützstruktur (2), eine Unterseite (7), die an die Stützstruktur (2) gekoppelt sein kann, um die untere Fläche der Vorrichtung abzudichten und gleichzeitig das Licht passieren zu lassen und eine Vielzahl von Lichtquellen (10) umfasst, die ein weißes Licht emittieren und zwischen der Stützstruktur (2) und der Unterseite (7) angeordnet sind, wobei die Vorrichtung ferner eine Vielzahl von NIR-Filtern (18) umfasst, wobei jeder NIR-Filter mit einer Lichtquelle (10) verbunden ist und konfiguriert ist, um die Übertragung von Wellenlängen, die in einem Wellenlängenband von 680 nm bis 900 nm enthalten sind, im Wesentlichen zu verhindern und gleichzeitig die Änderung der Farbtemperatur des Beleuchtungsflecks zu minimieren, sodass die Beleuchtungsvorrichtung, die eine zentrale maximale Beleuchtung (Ec) von 160 Klux aufweist, eine energetische Beleuchtung in dem Wellenlängenband von 700 nm bis 750 nm von mehr als 1000 mW/m² aufweist.
Operative Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Beleuchtungsvorrichtung eine energetische Beleuchtung in dem Wellenlängenband von 750 nm bei 850 nm von mehr als 100 mW/m² und bevorzugt mehr als 50 mW/m² aufweist.
Operative Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend eine Vielzahl von optischen Elementen (14), die konfiguriert sind, um das Licht, das von den Lichtquellen (10) ausgeht, zu sammeln, zu fokussieren und/oder zu konzentrieren, und wobei die Vielzahl von NIR-Filtern (18) in zumindest einer der folgenden Positionen angeordnet ist: zwischen den Lichtquellen und den optischen Elementen (14), auf einer Oberfläche der optischen Elemente (14), die in Richtung der Lichtquelle (10) ausgerichtet ist, auf einer Oberfläche der Optik, die entgegengesetzt zu der Lichtquelle (10) ausgerichtet ist, zwischen dem optischen Element und der Unterseite (7) und auf einer Oberfläche der Unterseite (7).
Operative Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Filter (18) in der Unterseite (7) enthalten sind.
Operative Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Filter (18) in den optischen Elementen (14) enthalten sind.
Operative Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jeder der NIR-Filter (18) auf mobile Weise zwischen einer aktiven Position, in der er sich vor einer Lichtquelle (10) befindet, um das Licht zu filtern, das durch die Lichtquelle (10) emittiert wird, und einer inaktiven Position angeordnet ist, in der er nicht dazu in der Lage ist, das Licht zu filtern, das von der Lichtquelle (10) ausgeht, wobei die Vorrichtung ferner eine Steuereinheit (24) umfasst, die konfiguriert ist, um die Bewegung der Vielzahl von NIR-Filtern (18) zwischen der aktiven und der inaktiven Position zu steuern.
Operative Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Steuereinheit (24) konfiguriert ist, um mit einer Steuertafel (5) zu kommunizieren, wobei die Steuereinheit (24) konfiguriert ist, um die Bewegung der NIR-Filter (18) zwischen der aktiven Position und der inaktiven Position in Abhängigkeit von einem Signal zu steuern, das von der Steuertafel ausgeht.
Operative Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Steuertafel (5) auf der Beleuchtungsvorrichtung montiert ist.
Operative Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, um drahtlos mit der Steuertafel (5) zu kommunizieren.
Operative Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, ferner umfassend Empfangsmittel (26 ; 28) von Signalen, die von einer Fluoreszenzbildgebungsvorrichtung ausgehen, wobei die Steuereinheit (24) konfiguriert ist, um die Bewegung der NIR-Filter (18) zwischen der aktiven Position und der inaktiven Position in Abhängigkeit von einem Signal zu steuern, das von der Fluoreszenzbildgebungsvorrichtung ausgeht.
Operative Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei eine Vielzahl von NIR-Filtern (18) auf einer Drehscheibe (16) angeordnet ist, und wobei die Drehscheibe (16) durch die Steuereinheit (24) gesteuert wird.
Operative Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Vielzahl von NIR-Filtern (18) auf einer Drehscheibe (16) gemäß einem abwechselnden Motiv mit einer Vielzahl von offenen Räumen oder einer Vielzahl von optischen Elementen, die andere als der NIR-Filter sind, angeordnet sind; wobei die Drehung der Drehscheibe die Beleuchtungsvorrichtung zwischen einer aktiven Konfiguration, in der sich die Vielzahl von NIR-Filtern vor den jeweiligen Lichtquellen (10) befindet, um das Licht, das durch die Lichtquelle (10) emittiert wird, während eines Fluoreszenzbildgebungsvorgangs zu filtern, und einer inaktiven Konfiguration zu wechseln, in der das Licht, das von der Lichtquelle (10) ausgeht, keinen NIR-Filter durchläuft.
Operative Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Drehscheibe automatisch gedreht wird, um die Beleuchtungsvorrichtung in Abhängigkeit eines Signals, das angibt, dass die Fluoreszenzbildgebungsausrüstung aktiviert worden ist, in die aktive Konfiguration zu bringen.
Operative Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtquellen (10) zumindest eine LED umfassen.
Operative Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder NIR-Filter eine Durchlässigkeit von mehr als ≤ 0,5 %, bevorzugt 0,1 %, und bevorzugter 0,01 % in dem im Wesentlichen blockierten Wellenlängenband und eine Durchlässigkeit von ≥ 85 % von 400 nm bis zu den im Wesentlichen blockierten Wellenlängen aufweist.
Operative Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mit der Vielzahl von NIR-Filtern (18) vor den jeweiligen Lichtquellen (10) die Beleuchtungsvorrichtung eine zentrale Beleuchtung (Ec) von zumindest 40.000 Lux in der Mitte eines Beleuchtungsflecks einen Meter von der Austrittsfläche der operativen Beleuchtung liefert, und gleichzeitig eine Durchlässigkeit von mehr als ≤ 0,5 %, bevorzugt mehr als 0,1 %, und bevorzugter mehr als 0,01 % in einem Wellenlängenband von zumindest 50 nm zwischen den Wellenlängen von 680 nm und 900 nm liefert.