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Die Erfindung betrifft ein Lichtleitungssystem für ein Beleuchtungssystem zum Beleuchten eines Operationsbereichs einer offenen chirurgischen Operation mit Beleuchtungslicht, umfassend eine Lichtleitung zum Leiten von Beleuchtungslicht von einem eingangsseitigen Lichteintrittsende der Lichtleitung zu einem ausgangsseitigen Lichtaustrittsende der Lichtleitung. Ferner betrifft die Erfindung ein medizinisches Bildgebungssystem für die Bildgebung bei einer offenen, insbesondere fluoreszenzgestützten, chirurgischen Operation. Schließlich betrifft die Erfindung die Verwendung einer Gradienten-Index-Linse.
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In der offenen Chirurgie werden im Gegensatz zur minimalinvasiven (endoskopischen) Chirurgie im Operationssaal häufig Videoaufnahmeeinheiten außerhalb des menschlichen Körpers eingesetzt, um den Operationsbereich anzuzeigen und aufzuzeichnen. Solche Videoaufnahmegeräte bestehen in der Regel aus einem Kamerakopf, der durch eine optische Abbildungseinheit und ein Beleuchtungssystem zu einem medizinischen Bildgebungssystem ergänzt wird.
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Zur Erfassung des Operationsbereichs ist die optische Abbildungseinheit häufig so konzipiert, dass sie den Operationsbereich mit einem vordefinierten Sichtfeld in einem vordefinierten Arbeitsabstand abbildet. Ein typisches Beispiel ist das so genannte Exoskop, das einem kurzen Endoskop ähnelt und eine Objektivlinse sowie eine Reihe von Relaislinseneinheiten zum Weiterleiten des Bildes an ein Okular zur Betrachtung mit bloßem Auge oder an einen Kamerakopf zur Betrachtung mittels eines Monitors aufweist. Die optischen Eigenschaften der Objektivlinse unterscheiden sich von denen der Objektivlinsen von Endoskopen aufgrund ihrer sehr unterschiedlichen Brennweiten, da ein Exoskop im Gegensatz zu einem Endoskop für den Einsatz außerhalb des menschlichen Körpers und nicht innerhalb des menschlichen Körpers konzipiert ist.
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Medizinische Bildgebungssysteme werden auch für Fluoreszenzbildgebung eingesetzt. Die Fluoreszenzbildgebung ist eine Form der molekularen Bildgebung, die im Allgemeinen Bildgebungsverfahren zur Visualisierung und/oder Verfolgung von Molekülen mit spezifischen Eigenschaften umfasst, die für die molekulare Bildgebung verwendet werden. Bei solchen Molekülen kann es sich um körpereigene Substanzen oder um Farbstoffe oder Kontrastmittel handeln, die dem Patienten injiziert werden. Daher fallen beispielsweise auch MRT und CT unter den Begriff „molekulare Bildgebung“. Die Fluoreszenzbildgebung als eine Variante der molekularen Bildgebung nutzt die Eigenschaft bestimmter Moleküle (Fluorophore), bei Anregung/Absorption von Licht bestimmter Wellenlängen Licht bestimmter Wellenlängen zu emittieren. Entsprechend enthält für die Fluoreszenzbildgebung der Kamerakopf des Bildgebungssystems Sensoren, die im sichtbaren Spektrum und im nahen Infrarotspektrum empfindlich sind.
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Um den Operationsbereich zu beleuchten, verfügen die medizinischen Bildgebungssysteme in der Regel über ein Beleuchtungssystem mit einer oder mehreren Lichtquellen, die das Beleuchtungslicht erzeugen. Für die Fluoreszenzbildgebung enthält das Beleuchtungssystem eine Lichtquelle für weißes Licht, um den Arbeitsbereich mit weißem Licht zu beleuchten, sowie mindestens eine Anregungslichtquelle, die dazu dient, den Arbeitsbereich mit Licht zu beleuchten, das eine Anregungswellenlänge enthält, die in der Lage ist, eine fluoreszierende Substanz oder einen fluoreszierenden Farbstoff, die bzw. der in den Arbeitsbereich injiziert wurde, zur Fluoreszenzemission anzuregen. Nach der Anregung geben die Farbstoffe die Anregungsenergie ab, indem sie Licht mit etwas längeren Wellenlängen als das Anregungslicht emittieren.
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Das Beleuchtungslicht wird üblicherweise von einer Lichtquelle mittels eines Beleuchtungssystems durch ein Faserbündel zum distalen Ende einer optischen Abbildungseinheit transportiert, wo es das Faserbündel verlässt und den Operationsbereich beleuchtet.
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Endoskope und Exoskope verfügen in der Regel über keine lichtformenden Vorrichtungen an der Spitze, so dass die Bestrahlungsstärkeverteilung im Operationsbereich im Wesentlichen durch die Bestrahlungsstärkeverteilung bestimmt wird, mit der das Licht von der Lichtquelle in das Faserbündel eintritt. Daher ist häufig die Beleuchtungsintensität im Operationsbereich verhältnismäßig gering. Insbesondere bei der Fluoreszenzbildgebung ist es notwendig, die größtmögliche Beleuchtungsintensität des Anregungslichts zur Verfügung zu stellen, um eine ausreichende Ausbeute von emittiertem Licht zu generieren.
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Eine andere Variante eines Lichtleitungssystems sieht vor, das Beleuchtungslicht mittels optischen Linsen zu formen und mittels eines gegabelten Faserbündels zu übertragen. Auf diese Weise wird der Querschnitt des an mehreren Enden des gegabelten Faserbündels austretenden Beleuchtungslichts verkleinert und an den Operationsbereich angepasst. Dies ist mit erhöhtem Herstellungsaufwand verbunden, denn die Linsen müssen in den entsprechenden Bauteilen passend eingesetzt und fixiert werden. Ferner sind zusätzliche Maßnahmen notwendig, um ein solches Linsensystem an die Anforderungen für eine Reinigung in einem Autoklaven anzupassen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf eine einfache und kostengünstige Weise die Intensität des Beleuchtungslichts in einem Operationsbereich einer offenen chirurgischen Operation anzupassen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Lichtleitungssystem für ein Beleuchtungssystem zum Beleuchten eines Operationsbereichs einer offenen chirurgischen Operation mit Beleuchtungslicht, umfassend eine Lichtleitung zum Leiten von Beleuchtungslicht von einem eingangsseitigen Lichteintrittsende der Lichtleitung zu einem ausgangsseitigen Lichtaustrittsende der Lichtleitung, welches dadurch weitergebildet ist, dass die Lichtleitung zum Anpassen eines Austrittsraumwinkels des austretenden Beleuchtungslichts an den Operationsbereich eine Gradienten-Index-Linse (GRIN-Linse) mit einer dem Lichteintrittsende zugewandten oder am Lichteintrittsende der Lichtleitung angeordneten Eintrittslinsenseite und einer dem Lichtaustrittsende zugewandten oder am Lichtaustrittsende angeordneten Austrittslinsenseite aufweist.
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Eine GRIN-Linse ist eine Linse, bei der der Brechungsindex in radialer Richtung variierend ist, d.h. dass eine GRIN-Linse einen radialen nicht-konstanten Brechungsindexverlauf aufweist.
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Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, dass mittels einer GRIN-Linse das Beleuchtungslicht derart geformt wird, dass ein Austrittsraumwinkel des austretenden Beleuchtungslichts größer oder kleiner ist als der Eintrittswinkel des eintretenden Beleuchtungslichts. Der Vorteil einer GRIN-Linse liegt darin, dass sie aufgrund einer einfachen Form leicht mechanisch zu montieren und zu handhaben ist, während sie aufgrund ihrer Materialeigenschaften die notwendigen optischen Eigenschaften zum Fokussieren, Kollimieren oder Divergieren aufweist. Weiterhin ermöglichen eine plane Eintrittslinsenseite und eine plane Austrittslinsenseite der GRIN-Linse eine einfache und verlustfreie Ankopplung an Lichtleitfaserbündel.
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Vorteilhafterweise weist die GRIN-Linse eine zylindrische Form auf. Dies ermöglicht eine einfache Handhabung mit dem optischen Bauteil. In anderen Ausführungsformen weist die GRIN-Linse eine andere einfache Form auf. Bevorzugterweise ist das Lichteintrittsende und/oder das Lichtaustrittsende kreisförmig ausgebildet.
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Insbesondere ist das Lichtleitungssystem derart weitergebildet, dass der Brechungsindex der GRIN-Linse mit radialer Richtung zunimmt. Dies entspricht einer negativen Brechkraft der Linse, sodass eine solche Linse auch „negative GRIN-Linse“ genannt wird. Diese Eigenschaft bewirkt, dass bei einem parallel einfallenden Strahlenbündel die Einzelstrahlen zerstreut werden.
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Vorteilhafterweise ist die GRIN-Linse so angepasst, dass ein Lichtaustrittsraumwinkel des Beleuchtungslichts am Lichtaustrittsende der Lichtleitung kleiner ist als der Lichteintrittsraumwinkel des Beleuchtungslichts an der Eintrittslinsenseite der GRIN-Linse. Hierzu kann beispielsweise die Form oder Länge der GRIN-Linse oder das Profil des Brechungsindex angepasst werden.
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Bevorzugt ist das Lichtleitungssystem dadurch weitergebildet, dass die Lichtleitung ein eingangsseitiges Ende und ein ausgangsseitiges Ende aufweisendes erstes Lichtleitfaserbündel umfasst, wobei die GRIN-Linse mit ihrer Austrittslinsenseite am eingangsseitigen Ende des ersten Lichtleitfaserbündels angeordnet ist. Ein Lichtleifaserbündel ermöglicht eine flexible und effiziente Lichtleitung.
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In einer Ausführungsform ist die Austrittslinsenseite der GRIN-Linse in direktem Kontakt mit dem eingangsseitigen Ende des ersten Lichtleitfaserbündels angeordnet. Alternativ kann zwischen der Austrittslinsenseite und dem ersten Ende des ersten Lichtleitfaserbündels ein Zwischenraum oder weitere optische Komponenten vorgesehen sein, beispielsweise eine zusätzliche Linse oder ein Schutzglas.
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Zur besonders effizienten Nutzung und zur Vermeidung von Übertragungsverlusten des Beleuchtungslichts ist bevorzugterweise die Querschnittsfläche des eingangsseitigen Endes des ersten Lichtleitfaserbündels an die Austrittslinsenseite der GRIN-Linse angepasst dimensioniert. Insbesondere weisen das eingangsseitige Ende des ersten Lichtleitfaserbündels und die Austrittslinsenseite der GRIN-Linse gleiche Querschnittsflächen auf.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das ausgangsseitige Ende des ersten Lichtleitfaserbündels am Lichtaustrittsende der Lichtleitung angeordnet ist. Ohne weitere Übergänge innerhalb des Lichtleitungssystems werden Intensitätsverluste des Beleuchtungslichts vermieden. Insbesondere fällt vom Lichtaustrittsende das Beleuchtungslicht auf den Operationsbereich mit einem Austrittsraumwinkel, welcher an den Operationsbereich angepasst ist.
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Eine stabile Befestigung der optischen Bauteile und damit eine hohe optische Qualität sowie eine lange Nutzungsdauer eines Lichtleitungssystems ergeben sich, wenn die GRIN-Linse mit dem ersten Lichtleitfaserbündel, insbesondere mittels optischem Klebstoff oder optischem Zement, verbunden ist.
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Bevorzugterweise ist das erste Lichtleitfaserbündel zumindest teilweise innerhalb einer medizinischen Bildgebungsvorrichtung, insbesondere einem Exoskop, angeordnet. Dadurch ist sichergestellt, dass das Lichtaustrittsende der Lichtleitung optimal zur optischen Abbildungseinheit der medizinischen Bildgebungsvorrichtung angeordnet ist und damit wird eine bessere Ausleuchtung und Abbildungsqualität ermöglicht. Insbesondere bei einem verhältnismäßig kleinen Gerät wie einem Exoskop ist eine entsprechende Anpassung vorteilhaft.
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In einer Ausführungsform ist das Lichtleitungssystem derart weitergebildet, dass das erste Lichtleitfaserbündel zumindest teilweise innerhalb der medizinischen Bildgebungsvorrichtung und zumindest teilweise innerhalb eines ersten Lichtleitkabels angeordnet ist, wobei insbesondere ein eingangsseitiges Ende des ersten Lichtleitkabels mit einer Lichtquelle lösbar verbindbar oder verbunden ist und/oder wobei ein ausgangsseitiges Ende des ersten Lichtleitkabels unlösbar mit der medizinischen Bildgebungsvorrichtung verbunden ist. Ein Lichtleitkabel ist insbesondere ein aus Lichtleitfasern bestehendes und mit mindestens einem Steckverbinder konfektioniertes Kabel zur Übertragung von Licht. Auf diese Weise ergibt sich insbesondere mit dem Lichtleitungssystem eine einzelne Vorrichtung, die von einer Lichtquelle das Beleuchtungslicht bis in den Operationsbereich leitet. Hierdurch werden Übertragungsverluste minimiert, da die Anzahl von optischen Übergängen innerhalb des Lichtleitungssystems gering gehalten wird.
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Eine solche Ausführungsform ist vorteilhafterweise zusätzlich so weiterentwickelt, dass die GRIN-Linse im ersten Lichtleitkabel angeordnet ist, wobei das erste Lichtleitkabel an einem eingangsseitigen Ende einen Lichtquellenanschlussstecker zum Anschließen des ersten Lichtleitkabels an eine Lichtquelle aufweist und die GRIN-Linse im Lichtquellenanschlussstecker angeordnet ist. Auf diese Weise wird das Beleuchtungslicht direkt am Lichteintrittsende der Lichtleitung geformt, was eine einfache Bauweise ermöglicht.
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In einer anderen Ausführungsform weist die Lichtleitung ein eingangsseitiges Ende und ein ausgangsseitiges Ende aufweisendes zweites Lichtleitfaserbündel auf, wobei die GRIN-Linse mit ihrer Eintrittslinsenseite am ausgangsseitigen Ende des zweiten Lichtleitfaserbündels angeordnet oder, insbesondere lösbar, anordbar ist. Auf diese Weise ist ein flexiblerer Einsatz des Lichtleitungssystems möglich. Dies ist beispielsweise vorteilhaft für die Konstruktion einer autoklavierbaren Vorrichtung.
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Insbesondere ist das zweite Lichtleitfaserbündel entlang der Lichtleitung für das Beleuchtungslicht zwischen einer Lichtquelle und der GRIN-Linse angeordnet. Mittels einer lösbaren Anordnung kann das zweite Lichtleitfaserbündel von der GRIN-Linse und dem nachfolgenden ersten Lichtleitfaserbündel getrennt werden.
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In einer Ausführungsform ist die Eintrittslinsenseite der GRIN-Linse in direktem Kontakt mit dem ausgangsseitigen Ende des zweiten Lichtleitfaserbündels angeordnet. Alternativ kann zwischen der Eintrittslinsenseite und dem ausgangsseitigen Ende des zweiten Lichtleitfaserbündels ein Zwischenraum oder weitere optische Komponenten vorgesehen sein, beispielsweise eine zusätzliche Linse oder ein Schutzglas.
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Vorteilhafterweise ist die Querschnittsfläche des ausgangsseitigen Endes des zweiten Lichtleitfaserbündels an die Eintrittslinsenseite der GRIN-Linse angepasst dimensioniert, insbesondere sind die Querschnittsflächen gleich. Bevorzugterweise weisen das erste Lichtleitfaserbündel und das zweite Lichtleitfaserbündel einen gleichen Durchmesser auf, insbesondere weist ebenfalls die GRIN-Linse einen gleichen Durchmesser wie die Lichtleitfaserbündel auf.
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Bevorzugterweise ist das eingangsseitige Ende des zweiten Lichtleitfaserbündels am Lichteintrittsende der Lichtleitung angeordnet oder anordbar. Dies begrenzt die Anzahl der optischen Übergänge innerhalb des Lichtleitungssystems und verringert damit Lichtintensitätsverluste.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist das zweite Lichtleitfaserbündel innerhalb eines zweiten Lichtleitkabels angeordnet, wobei ein eingangsseitiges Ende des zweiten Lichtleitkabels mit einer Lichtquelle lösbar verbindbar oder verbunden ist und/oder wobei ein ausgangsseitiges Ende des zweiten Lichtleitkabels lösbar mit einer medizinischen Bildgebungsvorrichtung verbindbar oder verbunden ist. Ein lösbares zweites Lichtleitkabel ermöglicht einen kosteneffizienten Einsatz von Standardbauteilen innerhalb des Lichtleitungssystems.
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Beispielsweise ist ein Lichtleitkabel ein übliches Standard-Lichtleitkabel mit einem Durchmesser von 4,25 Millimeter, welches ebenfalls für Endoskope eingesetzt werden kann.
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Bevorzugterweise ist das ausgangsseitige Ende des zweiten Lichtleitkabels mit einer Bildgebungsvorrichtungslichteintrittsbuchse einer medizinischen Bildgebungsvorrichtung verbindbar. In dieser Ausführungsform ist es weiterhin vorteilhaft, dass die GRIN-Linse in einer Bildgebungsvorrichtungslichteintrittsbuchse angeordnet ist.
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Ferner wird die Aufgabe durch ein medizinisches Bildgebungssystem für die Bildgebung bei einer offenen, insbesondere fluoreszenzgestützten, chirurgischen Operation gelöst, wobei das medizinische Bildgebungssystem ein voranstehend beschriebenes Lichtleitungssystem und eine medizinische Bildgebungsvorrichtung umfasst.
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Vorteilhafterweise zeichnet sich das medizinische Bildgebungssystem dadurch aus, dass das erste Lichtleitfaserbündel des Lichtleitungssystems vollständig innerhalb der medizinischen Bildgebungsvorrichtung angeordnet ist.
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In einer Ausführungsform ist die medizinische Bildgebungsvorrichtung als Exoskop oder als ein mit einem Kamerakopf verbundener oder verbindbarer Fluoreszenzbildgebungsadapter ausgebildet. Ferner kann die medizinische Bildgebungsvorrichtung eine Vorsatzlinse oder eine Objektivlinse aufweisen.
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Bevorzugterweise umfasst das Bildgebungssystem eine Lichtquelle zum Erzeugen von Beleuchtungslicht, wobei insbesondere die Lichtquelle zum Erzeugen von Weißlicht und/oder Fluoreszenz-Anregungslicht ausgebildet ist.
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Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Beleuchtungssystem zum Beleuchten eines Operationsbereichs einer offenen chirurgischen Operation mit Beleuchtungslicht, umfassend ein voranstehend beschriebenes Lichtleitungssystem sowie eine Lichtquelle zum Erzeugen von Beleuchtungslicht, wobei insbesondere die Lichtquelle zum Erzeugen von Weißlicht und/oder Fluoreszenz-Anregungslicht ausgebildet ist.
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Schließlich wird die Aufgabe gelöst durch die Verwendung einer Gradienten-Index-Linse (GRIN-Linse) in einem zuvor beschriebenen medizinischen Bildgebungssystem zum Formen von Beleuchtungslicht zum Beleuchten eines Operationsbereichs einer offenen, insbesondere fluoreszenzgestützten, chirurgischen Operation.
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Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen zusammen mit den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllen.
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Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines medizinischen Bildgebungssystems,
- 2 eine schematische Darstellung eines Kamerakopfs als eine medizinische Bildgebungsvorrichtung,
- 3a eine schematische Darstellung der Wirkungsweise einer GRIN-Linse mit positiver Brechkraft,
- 3b eine schematische Darstellung der Wirkungsweise einer GRIN-Linse mit negativer Brechkraft,
- 4 eine schematische Darstellung der Wirkungsweise einer GRIN-Linse in einem erfindungsgemäßen Lichtleitungssystem,
- 5a eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausschnitts einer ersten Ausführungsform eines Lichtleitungssystems mit einem ersten Lichtleitfaserbündel,
- 5b eine schematische Darstellung der Lichtleitung und des Pfads des Beleuchtungslichts für die erste Ausführungsform,
- 6a eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausschnitts einer zweiten Ausführungsform eines Lichtleitungssystems mit einem ersten und einem zweiten Lichtleitfaserbündel,
- 6b eine schematische Darstellung der Lichtleitung und des Pfads des Beleuchtungslichts für die zweite Ausführungsform,
- 7 eine schematische Darstellung eines medizinischen Bildgebungssystems unter Verwendung eines Lichtleitungssystems der ersten Ausführungsform, und
- 8 eine schematische Darstellung eines medizinischen Bildgebungssystems unter Verwendung eines Lichtleitungssystems der zweiten Ausführungsform.
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In den Zeichnungen sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente und/oder Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer erneuten Vorstellung jeweils abgesehen wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines medizinischen Bildgebungssystems 18. Das Bildgebungssystem 18 umfasst eine Lichtquelle 50 zum Erzeugen von Beleuchtungslicht, ein Lichtleitungssystem 10 zum Leiten von Beleuchtungslicht sowie eine medizinische Bildgebungsvorrichtung 20, welche hier als Exoskop 22 ausgebildet ist. Das Beleuchtungslicht wird von der Lichtquelle 50 durch eine Lichtleitung 11 geleitet, wobei das Beleuchtungslicht durch ein Lichteintrittsende 12 in die Lichtleitung 11 eintritt und aus dem Lichtaustrittsende 14 aus der Lichtleitung 11 austritt. Dort beleuchtet das Beleuchtungslicht einen Operationsbereich 80. Der beleuchtete Operationsbereich 80 wird mittels der medizinischen Bildgebungsvorrichtung 20 aufgenommen und dem medizinischen Personal angezeigt.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen medizinische Bildgebungsvorrichtung 20, und zwar einer Kombination aus einem Kamerakopf 100 und einem Fluoreszenzbildgebungsadapter 110. Der Kamerakopf 100 ist sowohl für die Weißlichtbildgebung als auch für die Fluoreszenzbildgebung konfiguriert. Er ist handgehalten und verfügt über Bedientasten 102 auf der Oberseite seines Gehäuses, einen Anschlussadapter 104 zur Befestigung verschiedener optischer Systeme an seiner Vorderseite und ein Verbindungskabel 106 zur Strom- und Signalübertragung, das zu einer zentralen Steuereinheit (nicht dargestellt) führt. Da der Kamerakopf 100 für die Aufnahme von Teleskop-Endoskopen mit Okularen ausgelegt ist, kann der Anschlussadapter 104 so konfiguriert sein, dass er solche Okulare aufnehmen kann. Die Abbildungsoptik des Kamerakopfes 100 ist so ausgebildet, dass sich ihr Fokus an einer Stelle befindet, an der die typischerweise angebrachten Endoskope ein virtuelles Bild projizieren, das mit bloßem Auge durch das Okular betrachtet werden kann. Die Okulare der Endoskope sind in der Regel so eingestellt, dass sich das virtuelle Bild etwa einen Meter vor dem Okular befindet (-1 Dioptrien).
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Der Fluoreszenzbildgebungsadapter 110 unterscheidet sich von Endoskopen und Exoskopen dadurch, dass er keine abbildende Optik besitzt, d. h. er erzeugt kein virtuelles Bild. Stattdessen stellt er eine Kopflinse oder Vorsatzlinse in Form eines Kopflinsensystems 112 mit einer oder mehreren Einzellinsen bereit, deren Aufgabe es ist, die Eigenschaften der abbildenden Optik des Kamerakopfes 100 zu verändern, so dass der Kamerakopf 100 in der Lage ist, das Operationsfeld zu betrachten. Dies kann z. B. durch Verkleinerung der Brennweite des Kamerakopfes 100 und dadurch Vergrößerung seines Sichtfeldes geschehen. Obwohl das Vorsatzlinsensystem 112 selbst kein virtuelles Bild liefert, das mit bloßem Auge betrachtet werden kann, verfügt der Fluoreszenzbildgebungsadapter 110 auf seiner Rückseite über einen standardisiertes Okular 114 zum Anschluss an den Anschlussadapter 104 des Kamerakopfes 100. Außerdem ist der Fluoreszenzbildgebungsadapter 110 mit einem Lichtleitkabel 116 ausgestattet, das zu seiner Vorderseite 111 führt. Das andere Ende des Lichtleitkabels 116 kann mit einer Lichtquelle 50 verbunden werden, wie in 1 gezeigt.
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3a zeigt eine schematische Darstellung der Wirkungsweise einer GRIN-Linse 60 mit positiver Brechkraft. Im linken Teil der Abbildung ist der radiale Verlauf des Brechungsindex n für eine radiale Position r, gemessen vom Zentrum der GRIN-Linse 60, aufgetragen. In diesem Beispiel nimmt der Brechungsindex für äußere radiale Positionen ab. Dies bewirkt, wie im rechten Teil von 3a dargestellt, dass die GRIN-Linse 60 parallel einlaufende Lichtstrahlen 61 fokussiert, sodass diese sich (in Richtung des Lichts) hinter der GRIN-Linse 60 in einem Punkt treffen.
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3b zeigt eine schematische Darstellung einer GRIN-Linse 60 mit negativer Brechkraft, auch „negative GRIN-Linse“ genannt. Der Brechungsindex n nimmt von der zentralen optischen Achse her zu grö-ßeren radialen Positionen r hin zu. Folglich werden Lichtstrahlen 61, die weiter außen auf die GRIN-Linse 60 treffen, stärker gebrochen. Dies bewirkt, dass Lichtstrahlen 61, welche vor der GRIN-Linse 60 parallel geführt sind, durch die negative GRIN-Linse zerstreut werden.
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4 zeigt eine schematische Darstellung der Wirkungsweise einer GRIN-Linse 60 in einem erfindungsgemäßen Lichtleitungssystem 10. Beleuchtungslicht, beispielsweise erzeugt von einer Lichtquelle 50 gemäß 1, trifft mit einem Eintrittsraumwinkel 63 auf die Eintrittslinsenseite 62 der GRIN-Linse 60. Die GRIN-Linse 60 ist in diesem Fall eine GRIN-Linse 60 mit negativer Brechkraft. Aus der GRIN-Linse 60 tritt das Beleuchtungslicht durch die Austrittslinsenseite 64 der GRIN-Linse 60 in ein erstes Lichtleitfaserbündel 30 über. Am ausgangsseitigen Ende des Lichtleitfaserbündels 30 tritt das Beleuchtungslicht aus dem Lichtleitfaserbündel 30 unter einem Austrittsraumwinkel 65 aus. Aufgrund der negativen Brechkraft der GRIN-Linse 60 ist der Austrittsraumwinkel 65 kleiner als der Eintrittsraumwinkel 63. Beispielsweise wird das Beleuchtungslicht von einem Eintrittsraumwinkel 63 von 40° auf einen Austrittsraumwinkel 65 von 33.5° angepasst.
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In 5a ist eine schematische Querschnittsansicht eines Ausschnitts einer ersten Ausführungsform eines Lichtleitungssystems 10 mit einem ersten Lichtleitfaserbündel 30 dargestellt. In dieser Ausführungsform ist die GRIN-Linse 60 in einem Lichtquellenanschlussstecker 46 zum Anschließen des ersten Lichtleitkabels 31 an der Lichtquelle 50 angeordnet. Dabei ist die GRIN-Linse 60 am Lichteintrittsende 12 der Lichtleitung 11 angeordnet. Das Lichteintrittsende 12 der Lichtleitung 11 entspricht einem planen Eintrittsfenster 62, welches beispielsweise aus Saphirglas gefertigt ist und ebenfalls im Lichtquellenanschlussstecker 52 angeordnet ist. Das Beleuchtungslicht tritt durch das Lichteintrittsende 12, also das Eintrittsfenster 62, in das Lichtleitungssystem 10 ein und wird durch die Eintrittslinsenseite 62 der GRIN-Linse 60 in die GRIN-Linse 60 geleitet. Hinter der GRIN-Linse 60 ist ein erstes Lichtleitfaserbündel 30 angeordnet, wobei beide Komponenten mittels optischem Zement miteinander verbunden sind. In dieser Ausführungsform ist das erste Lichtleitfaserbündel 30 ununterbrochen, bis das Beleuchtungslicht durch das Lichtaustrittsende 14 die Lichtleitung 11 verlässt und auf den Operationsbereich 80 fällt.
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Schematisch ist dies in 5b dargestellt. Das Beleuchtungslicht wird in der Lichtquelle 50 erzeugt und wird durch das Lichteintrittsende 12 der Lichtleitung 11 in das Lichtleitungssystem 10 eingekoppelt. Zunächst wird das Beleuchtungslicht durch das Eintrittsfenster 69 und die GRIN-Linse 60 sowie anschließend durch das erste Lichtleitfaserbündel 30 geleitet, bevor es das Lichtleitungssystem 10 durch das Lichtaustrittsende 14 verlässt.
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7 zeigt eine schematische Darstellung eines medizinischen Bildgebungssystems 18 unter Verwendung eines Lichtleitungssystems 10 der ersten Ausführungsform, wie in 5a und 5b dargestellt. Das medizinische Bildgebungssystem 18 ist ähnlich zu dem in 1 gezeigten aufgebaut.
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Die Lichtquelle 50 erzeugt Beleuchtungslicht, welches mittels einer Lichtleitung 11 eines Lichtleitungssystems 10 zum Operationsbereich 80 geleitet wird. Ein erstes Lichtleitfaserbündel 30 befindet sich zum Teil im ersten Lichtleitkabel 31 und zum Teil in einer medizinischen Bildgebungsvorrichtung 20, welche hier als Exoskop 22 ausgebildet ist. Das Exoskop 22 weist einen Exoskopkörper 24 und eine Exoskopspitze 28 auf, wobei die Exoskopspitze 28 mit dem ausgangsseitigen Ende 34 des Lichtleitfaserbündels 30 zusammenfällt. Das erste Lichtleitfaserbündel 30 ist durchgängig und auch nicht in der Bildgebungsvorrichtungslichteintrittsbuchse 26 unterbrochen. Dies hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen optischen Übergänge in der Lichtleitung 11 enthalten sind, die die Beleuchtungsintensität im Operationsbereich 80 verringern können.
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Am eingangsseitigen Ende 32 des ersten Lichtleitfaserbündels 30 ist ein Lichtquellenanschlussstecker 46 angeordnet, welcher lösbar verbindbar mit dem Lichtquellenanschluss 52 der Lichtquelle 50 ist. Die GRIN-Linse 60 ist in dieser Ausführungsform im Lichtquellenanschlussstecker 46 angeordnet. Sie bewirkt, dass der Austrittsraumwinkel 65 des am Lichtaustrittsende 14 austretenden Lichts verringert wird im Vergleich zu einem Lichtleitungssystem 10, welches ohne GRIN-Linse 60 ausgebildet ist.
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6a zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Ausschnitts einer zweiten Ausführungsform eines Lichtleitungssystems 10 mit einem ersten Lichtleitfaserbündel 30 und einem zweiten Lichtleitfaserbündel 40. Hier ist die GRIN-Linse 60 in einer Bildgebungsvorrichtungslichteintrittsbuchse 26 einer medizinischen Bildgebungsvorrichtung 20 angeordnet. Das Beleuchtungslicht wird von der Lichtquelle 50 durch ein zweites Lichtleitfaserbündel 40 bis zur medizinischen Bildgebungsvorrichtung 20 und damit bis zur GRIN-Linse 60 geleitet. Dort tritt das Beleuchtungslicht durch das ausgangsseitige Ende 44 des zweiten Lichtleitfaserbündel 40 und durch die Eintrittslinsenseite 62 in die GRIN-Linse 60 ein und wird durch den radial unterschiedlichen Brechungsindex der GRIN-Linse 60 geformt. Anschließend tritt das Beleuchtungslicht an der Austrittslinsenseite 64 von der GRIN-Linse 60 in ein eingangsseitiges Ende 32 eines ersten Lichtleitfaserbündels 30, welches mittels optischem Zement 68 mit der GRIN-Linse 60 verbunden ist. Das erste Lichtleitfaserbündel 30 befindet sich vollständig in der medizinischen Bildgebungsvorrichtung 20, wobei das Beleuchtungslicht das erste Lichtleitfaserbündel 30 an einem nicht dargestellten ausgangsseitigen Ende 32 verlässt.
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Schematisch ist dies in 6b dargestellt. Das Beleuchtungslicht wird in der Lichtquelle 50 erzeugt und wird durch das Lichteintrittsende 12 der Lichtleitung 11 in das Lichtleitungssystem 10 eingekoppelt. Zunächst wird das Beleuchtungslicht durch das zweite Lichtleitfaserbündel 40 zur GRIN-Linse 60 geleitet, wird dort geformt, und anschließend durch das erste Lichtleitfaserbündel 30 bis zum Lichtaustrittsende 14 der Lichtleitung 11 geführt.
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8 ist eine schematische Darstellung eines medizinischen Bildgebungssystems 18 unter Verwendung eines Lichtleitungssystems 10 der zweiten Ausführungsform, die in 6a, 6b gezeigt ist. In diesem Fall wird die Lichtquelle 50 mit der als Exoskop 22 ausgebildeten medizinischen Bildgebungsvorrichtung 20 mittels eines zweiten Lichtleitkabels 41 verbunden. Das zweite Lichtleitkabel 41 weist ein zweites Lichtleitfaserbündel 40 sowie am eingangsseitigen Ende 42 einen Lichtquellenanschlussstecker 46 zur lösbaren Verbindung mit der Lichtquelle 50 auf. Am ausgangsseitigen Ende 44 des zweiten Lichtleitfaserbündels 40 ist das zweite Lichtleitkabel 41 lösbar mit der medizinischen Bildgebungsvorrichtung 20 mittels einer Bildgebungsvorrichtungslichteintrittsbuchse 26 verbunden. Innerhalb des Exoskops 22 führt ein erstes Lichtleitfaserbündel 30 das Beleuchtungslicht zur Exoskopspitze 28 und dem Lichtaustrittsende 14 der Lichtleitung 11. Also ist das erste Lichtleifaserbündel 30 vollständig innerhalb des Exoskops 22 angeordnet.
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Die GRIN-Linse 60 ist in dieser Ausführungsform zwischen dem zweiten Lichtleitfaserbündel 40 und dem ersten Lichtleitfaserbündel 30 angeordnet. Aus dem ausgangsseitigen Ende 44 des zweiten Lichtleitfaserbündels 40 tritt das Licht in der Bildgebungsvorrichtungslichteintrittsbuchse in die Eintrittslinsenseite 62 der GRIN-Linse 60. Aus der Austrittslinsenseite 64 der GRIN-Linse 60 wird das Beleuchtungslicht in das eingangsseitige Ende 32 des ersten Lichtleitfaserbündels 30 geführt.
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Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein. Im Rahmen der Erfindung sind Merkmale, die mit „insbesondere“ oder „vorzugsweise“ gekennzeichnet sind, als fakultative Merkmale zu verstehen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Lichtleitungssystem
- 11
- Lichtleitung
- 12
- Lichteintrittsende
- 14
- Lichtaustrittsende
- 18
- medizinisches Bildgebungssystem
- 20
- medizinische Bildgebungsvorrichtung
- 22
- Exoskop
- 24
- Exoskopkörper
- 26
- Bildgebungsvorrichtungslichteintrittsbuchse
- 28
- Exoskopspitze
- 30
- erstes Lichtleitfaserbündel
- 31
- erstes Lichtleitkabel
- 32
- eingangsseitiges Ende
- 34
- ausgangsseitiges Ende
- 40
- zweites Lichtleitfaserbündel
- 41
- zweites Lichtleitkabel
- 42
- eingangsseitiges Ende
- 44
- ausgangsseitiges Ende
- 46
- Lichtquellenanschlussstecker
- 50
- Lichtquelle
- 52
- Lichtquellenanschluss
- 60
- GRIN-Linse
- 61
- Lichtstrahl
- 62
- Eintrittslinsenseite
- 63
- Eintrittsraumwinkel
- 64
- Austrittslinsenseite
- 65
- Austrittsraumwinkel
- 68
- optischer Zement
- 69
- Eintrittsfenster
- 70
- Lichtleitung
- 71
- Lichteintrittsende
- 72
- Lichtaustrittsende
- 80
- Operationsbereich
- 100
- Kamerakopf
- 102
- Bedientasten
- 104
- Anschlussadapter
- 106
- Verbindungskabel
- 110
- Fluoreszenzbildgebungsadapter
- 111
- Vorderseite
- 112
- Vorsatzlinsensystem
- 114
- Okular
- 116
- Lichtleitkabel
- n
- Brechungsindex
- r
- radiale Position
