DE29724636U1

DE29724636U1 - Operationsmikroskop mit Beleuchtungseinrichtung

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Publication number: DE29724636U1
Application number: DE29724636U
Authority: DE
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 1997-09-09
Filing date: 1997-09-09
Publication date: 2002-10-10
Anticipated expiration: 2007-09-10

Description

Operationsmikroskop mit Beleuchtungseinrichtung

Die Erfindung betrifft ein Operationsmikroskop mit Beleuchtungseinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Eine derartiges Operationsmikroskop ist aus der JP 4-144554 bekannt. Dort ist ein Operationsmikroskop beschrieben, bei dem ein Beobachtungsobjekt wahlweise mit einer Weißlichtquelle oder mit einer Hg-Xe-Lampe ausgeleuchtet werden kann. Dabei wird das Beobachtungsobjekt mit einem Beleuchtungsstrahlengang ausgeleuchtet, der durch das Operationsmikroskop-Hauptobjektiv hindurch tritt. Die Beleuchtungseinrichtung umfasst einen klappbaren, flachen Spiegel, der in einen fokussierten, d.h. endlichen Beleuchtungsstrahlengang geschwenkt werden kann, um im wahlweise zwischen dem Licht der einen oder der anderen Lichtquelle im Beleuchtungsstrahlengang hin- und herschalten zu können. Mit dem Licht der Weißlichtquelle im Beleuchtungsstrahlengang wird fur das Operationsmikroskop eine reguläre Beleuchtung eines Beobachtungsobjekt bereitgestellt. Das Licht der Hg-Xe-Lampe dient zur Anregung von Fluoreszenz beim Beobachtungsobjekt. Bei einem Beleuchtungsstrahlengang mit dem Licht der Hg-Xe-Lampe wird in den Beobachtungsstrahlengang des Operationsmikroskops ein Filter geschaltet, um ein kontrastreiches Bild des Beobachtungsobjektes unter Fluoreszenzbedingungen zu ermöglichen.

In der DE 32 08 706 Al ist eine Beleuchtungseinrichtung für ein Operationsmikroskop beschrieben, mit der Licht entsprechend einem kritischen Beleuchtungsstrahlengang oder einem Köhlerschen Beleuchtungsstrahlengang an einem Beobachtungsobjekt bereitgestellt wird. Unter einem kritischen B eleuchtungs strahlengang wird dabei ein Beleuchtungsstrahlengang verstanden, bei dem eine Lichtquelle der Beleuchtungseinrichtung auf das Beobachtungsobjekt abgebildet wird. Demgegenüber wird bei einem Köhlerschen Beleuchtungsstrahlengang eine ausgeleuchtete Feldblende auf das Beobachtungsobjekt abgebildet. Die Beleuchtungseinrichtung hat eine Kollektorlinse und eine Kondensorlinse. Die Kondensorlinse wird mit einem parallelen Beleuchtungsstrahlengang durchsetzt und kann insbesondere als Hauptobjektivlinse des Operationsmikroskops ausgeführt sein. Indem bei der DE 32 08 706 Al in den unendlichen Beleuchtungsstrahlengang zwischen Kollektorlinse und

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Kondensorlinse ein afokales optisches System gebracht wird, kann die Apertur des Beleuchtungsstrahlengangs verändert werden. Dieses afokale optische System kann als Meniskuslinse, etwa als Zoomsystem, als Kepplerfernrohr oder Galileifernrohr ausgebildet sein.

Das Operationsmikroskop OPMI® CS der Anmelderin hat eine Beleuchtungseinrichtung, welche als &ldquor;Varioskop" bezeichnet wird und mit der aufgrund eines zur optischen Achse des Operationsmikroskops im wesentlichen koaxial verlaufenden Beleuchtungsstrahlengangs enge Operationskanäle ausgeleuchtet werden können. Bei dieser Beleuchtungseinrichtung sind der Leuchtfelddurchmesser und die Beleuchtungsintensität innerhalb gewisser Grenzen variierbar.

Die DE 40 28 605 C2 offenbart eine Beleuchtungseinrichtung für ein Operationsmikroskop. Diese Beleuchtungseinrichtung hat ein Beleuchtungssystem, welches außerhalb der optischen Achse eines Mikroskop-Hauptobjektivs angeordnet ist. Das Beleuchtungslicht dieses Beleuchtungssystems wird über ein Umlenkelement und ein Reflexionselement, die auf der objektabgewandten Seite des Mikroskop-Hauptobjektivs angeordnet sind, parallel zur Objektivachse zum Mikroskop-Hauptobjektiv hin reflektiert. Auf diese Weise kann ein Beobachtungsobjekt in der Brennebene des Mikroskop-Hauptobjektiv mit Beleuchtungslicht unter verschiedenen Einfallswinkeln ausgeleuchtet werden.

In der US 4,657,357 ist ein Operationsmikroskop mit einer Beleuchtungseinrichtung beschrieben, bei dem das Licht aus einem parallel zur optischen Achse geführten Lichtleiters in ein Umlenkprisma eingekoppelt wird, um Beleuchtungslicht für ein Beobachtungsobjekt unter einem Einfallsrichtung bereitzustellen, die der optischen Achse der Operationsmikroskops entspricht.

Aus der DE 23 16 386 C2 ist ein Mikroskop mit Objektivrevolver bekannt, an das über eine Wechseleinrichtung ein Fluoreszenzauflichtilluminator angeschlossen werden kann. Dieser Fluoreszenzauflichtilluminator stellt in senkrechter Richtung zur optischen Achse des Mikroskop-Hauptobjektivs Beleuchtungslicht bereit, welches mittels Umlenkspiegeln parallel zur optischen Achse des Mikroskop-Hauptobjektivs umgelenkt wird und ein Beobachtungsobjekt durch das Mikroskop-Hauptobjektiv hindurch beleuchtet.

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Insbesondere in der Neurochirurgie hat es sich zur Fluoreszenzanregung von Tumorgewebe als wünschenswert herausgestellt, die Beleuchtungsintensität noch weiter erhöhen zu können, um auf eine gesonderte Fluoreszenzbeleuchtung, z.B. ein handgeführtes Lichtleiterende, verzichten zu können.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Operationsmikroskop mit Beleuchtungseinrichtung bereitzustellen, bei dem es unter Verwendung einer üblichen Operationsmikroskoplichtquelle bei gewählter Beobachtungsschnittweite möglich ist, die Intensität des Beleuchtungslichts, mit dem ein Bereich eines Beobachtungsobjekts ausgeleuchtet wird, derart zu verändern, dass Tumorgewebe zu Fluoreszenz angeregt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit einem Operationsmikrokop gemäß Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Indem in den Beleuchtungsstrahlengang ein optisches Zusatzelement positiver Brechkraft eingebracht wird, kann die objektseitige Apertur der Beleuchtungsstrahlen im Bereich der optischen Achse spürbar erhöht werden, ohne die Beobachtungsschnittweite des Operationsmikroskops, d.h. den Arbeitsabstand, des Operationsmikroskops verändern zu müssen. Versuche der Anmelderin haben ergeben, daß bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung der mit im Beleuchtungsstrahlengang angeordnetem, d.h. mit beleuchtungsaktivem optischem Zusatzelement erzielbare Beleuchtungsintensitätsgewinn eine Fluoreszenzanregung von Tumorgewebe mit einer herkömmlichen Operationsmikroskoplichtquelle, z.B. eine von der Anmelderin vertriebene Zeiss Superlux, möglich macht.

Der durch das in den Beleuchtungsstrahlengang gebrachte und deshalb beleuchtungsaktive Zusatzelement hervorgerufene Beleuchtungsintensitätsabfall im Randbereich des Leuchtfelds hat sich als hinnehmbar herausgestellt, da das Zusatzelement nach erfolgter Fluoreszenzanregung wieder aus den Beleuchtungsstrahlengang entfernbar ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform bildet die Beleuchtungseinrichtung ein Lichtleiterende auf das Beobachtungsobjekt ab. Dadurch kann die eigentliche Lichtquelle in Abstand von der

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Operationswunde angeordnet werden und durch das erfindungsgemäße Zusatzelement dennoch die Beleuchtungsstärke in beträchtlicher Weise erhöht werden.

Wenn die Beleuchtungseinrichtung einen den Beleuchtungsstrahlengang zu dem Beobachtungsobjekt umlenkenden Umlenkspiegel umfaßt und das Zusatzelement zwischen dem Umlenkspiegel und dem Beobachtungsobjekt angeordnet ist, können die bekannten gattungsgemäßen Beleuchtungseinrichtungen in einfacher Weise mit dem Zusatzelement nachgerüstet werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Zusatzelement in den Beleuchtungsstrahlengang ein- und ausschwenkbar. Daraus ergibt sich eine besonders einfache Betätigungsmechanik für das Zusatzelement.

Falls die Beleuchtungseinrichtung ein Rotdämpfungsfilter umfaßt, können bei im Beleuchtungsstrahlengang eingeschwenktem bzw. angeordnetem Zusatzelements herkömmliche Lichtquellen zur Fluoreszenzanregung eingesetzt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden anhand den beigefügten Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel.

Es zeigen:

Figur 1 eine in ein Operationsmikroskop integrierte, erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung;

Figur 2das Hauptobjektiv des Operationsmikroskops von Figur 1 in einer Draufsicht; und

Figur 3 die optischen Elemente der Beleuchtungseinrichtung von Figur 1 in einer vergrößerten Detailansicht.

In Figur 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein schematisch dargestelltes Operationsmikroskop zur Beobachtung eines Beobachtungsobjekts 3. In das Operationsmikroskop 1 ist eine Beleuchtungseinrichtung 5 integriert, dessen Beleuchtungsstrahlengang 7 das

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Beobachtungsobjekt 3 im wesentlichen koaxial zur optischen Achse 9 des Operationsmikroskops beleuchtet. Dabei liegt in diesem Ausfuhrungsbeispiel der von dem Beleuchtungsstrahlengang 7 und der optischen Achse 9 eingeschlossene Winkel in einem Bereich von ca. 3 ° bis ca. 6 °.

Das Operationsmikroskop 1 ist ein Stereomikroskop, von dem in Figur 1 ein Okulartubus 11 und ein beiden Beobachtungsstrahlengängen des Operationsmikroskops gemeinsames Hauptobjektiv 13 angedeutet ist.

Die Beleuchtungseinrichtung 5 umfaßt ein optisches Zusatzelement 15, welches an einem Schwenkzapfen 17 gehalten ist. Der Schwenkzapfen 17 erlaubt eine Drehung um seine zur optischen Achse 9 im wesentlichen parallele Längsachse und erlaubt deshalb das Ein- bzw. Ausschwenken des optischen Zusatzelements 15 in den bzw. aus dem Beleuchtungsstrahlengang 7.

Die Beleuchtungseinrichtung 5 leitet das von einer nicht dargestellten, gesonderten Lichtquelle über einen Lichtleiter 19 kommende Beleuchtungslicht über in Figur 1 lediglich schematisch dargestellte optische Elemente zu einem Umlenkspiegel 21, welcher den von dem Lichtleiter 19 zum Umlenkspiegel 21 quer zur optischen Achse 9 des Operationsmikroskops 1 verlaufenden Beleuchtungsstrahlengang 7 in Richtung auf das Beobachtungsobjekt 3 umlenkt.

Der Umlenkspiegel 21 ist in einer Aussparung 14 des Operationsmikroskop-Hauptobjektivs 13 angeordnet, um das Beleuchtungslicht möglichst koaxial zur optischen Achse 9 auf das Beobachtungsobjekt 3 zu lenken.

Zusammen mit dem Zusatzelement 15, welches in seinem in Figur 1 dargestellten, in den Beleuchtungsstrahlengang 7 eingeschwenkten Zustand die Beleuchtungsapertur im Bereich der optischen Achse 9 erhöht, ist ein Rotdämpfungsfilter 23 an dem Schwenkzapfen 17 verschwenkbar angeordnet. Durch diese Kombination von die Beleuchtungsapertur und deshalb die Beleuchtungsintensität erhöhendem Zusatzelement 15 und Rotdämpfungsfilter 23 kann die Beleuchtungseinrichtung 5 zur Fluoreszenzanregung von mit entsprechenden Fluoreszenzmarkern vorbehandeltem Tumorgewebe des Beobachtungsobjekts 3 verwendet

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werden. Zur Beobachtung des daraufhin von dem Tumorgewebe emittierten Fluoreszenzlichts dient ein auf das Rotdämpfungsfilter 23 abgestimmtes Emissionsfilter 25 im Beobachtungsstrahlengang des Operationsmikroskops 1, welches das von dem Rotdämpfungsfilter 23 durchgelassene Anregungslicht ausfiltert und in Figur 1 lediglich schematisch dargestellt ist.

Bei einer alternativen Ausführungsform könnte das Emissionsfilter 25 auch zusammen mit dem optischen Zusatzelement 15 ein- und ausschwenkbar sein.

In Figur 2 ist das Hauptobjektiv 13 des Operationsmikroskops 1 in einer Draufsicht entlang der optischen Achse 9 zu sehen. Dabei ist insbesondere die Lage der Aussparung 14 in Bezug zu den von den Beobachtungsstrahlen durchsetzten Bereichen 16 und 18 des Hauptobjektivs 13 zu erkennen.

In Figur 3 sind die optisch wirksamen Komponenten der Beleuchtungseinrichtung 5 im Detail dargestellt.

Diese Beleuchtungsoptik umfaßt eine asphärische Linse 27 in unmittelbarer Nähe zur Ebene 29 der Lichtleiteraustrittsfläche. Der asphärischen Linse 27 nachgeordnet sind ein zwei Einzellinsen umfassendes Kittglied 31 und eine Linse 33. Beobachtungsobjektseitig nach der Linse 33 folgt der bereits in Figur 1 gezeigte Umlenkspiegel 21, welcher das Beleuchtungslicht durch eine planparallele Glasplatte 35 und das als meniskusförmige Linse ausgebildete optische Zusatzelement 15 auf das Beobachtungsobjekt 3 lenkt.

Die genauen optischen Daten dieser Beleuchtungsoptik sind in der folgenden Tabelle verzeichnet, wobei sich "Nummer" auf die jeweiligen optisch wirksamen Flächen gezählt von dem Lichtleiter 19 her bezieht. Mit Nummer 1 ist also die Lichtleiteraustrittsebene 29, mit Nr. 2 die dem Lichtleiter zugewandte Oberfläche der asphärischen Linse 27, mit Nr. 3 die beobachtungsobjektseitige Oberfläche der asphärischen Linse 27 usw. bezeichnet. "Radius" bezeichnet den Krümmungsradius, wobei PLAN Krümmungsradius unendlich bedeutet und "Dicke" bezeichnet den jeweiligen Abstand zwischen den entsprechenden optisch wirksamen Flächen. Die Glassorten sind unter den in der Tabelle angeführten Bezeichnungen von der Firma Schott Glaswerke erhältlich.

DE 297 2Ni 636

DE 297 2Ni 63

DE 29

t » ft

Tabelle

.FC-Beleuchtung für Varioskop Serie mit Zusatzoptik

Radius
in mm

Dicke in mm

PLAN

24,58200

-9,30570

53,47200
-38,4040
■175,290
113,0100
-113,010

•PLAN

PLAN

PLAN
-175,030
-60,3600

Glas optische Komponente

,0010 14,80 32,80 8,000 3,500

,1000 4,500 22,00 23,00

3,000 I 12,00 I 5,900 Faser (19)

K5 I Asphäre (27) f = 15,1 mm

I Kittglied (31) f = 80,3 mm

BK7 I Linse (33) f = 109,7 mm

Spiegel (21)

BK7 I Glasplatte .(35)

B270 I Linse (15) f = 172,4 mm

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Claims

1. Operationsmikroskop mit einer Beleuchtungseinrichtung (S), die einen Beleuchtungsstrahlengang (7) aufweist, welcher ein Beobachtungsobjekt (3) im wesentlichen koaxial zur optischen Achse (9) des Operationsmikroskops (1) beleuchtet, und ein optisches Zusatzelement (15) umfaßt, das in den Beleuchtungsstrahlengang (7) ein- und ausgeschaltet werden kann, wobei das in den Beleuchtungsstrahlengang (7) eingeschaltete optische Zusatzelement (15) in einem endlichen Beleuchtungsstrahlengang angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Zusatzelement (15) eine positive Brechkraft hat und bei unveränderter Beobachtungsschnittweite des Operationsmikroskops (1) die Beleuchtungsapertur im Bereich der optischen Achse (9) des Operationsmikroskops (1) erhöht.

2. Operationsmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Zusatzelement (15) zwischen einem Hauptobjektiv (13) des Operationsmikroskops (1) und einem Beobachtungsobjekt (3) in den Beleuchtungsstrahlengang (7) einschaltbar ist.

3. Operationsmikroskop nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (5) einen in den Beleuchtungsstrahlengang (7) zu dem Beobachtungsobjekt (3) umlenkenden Umlenkspiegel (21) umfasst.

4. Operationsmikroskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzelement (15) zwischen dem Umlenkspiegel (21) und dem Beobachtungsobjekt (3) in den Beleuchtungsstrahlengang (7) einschaltbar ist.

5. Operationsmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Zusatzelement (15) ein Ende eines Lichtleiters (29) auf ein Beobachtungsobjekt (3) abbildet.

6. Operationsmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzelement in den Beleuchtungsstrahlengang (7) ein- und ausschwenkbar ist.

7. Operationsmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (S) ein in den Beleuchtungsstrahlengang bringbares Rotdämpfungsfilter (23) umfasst.

8. Operationsmikroskop nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Beobachtungsstrahlengang des Operationsmikroskops (1) ein auf das Rotdämpfungsfilter (23) abgestimmtes Emissionsfilter (25) vorgesehen ist, welches das von dem Rotdämpfungsfilter (23) durchgelassene Anregungslicht ausfiltert.

9. Operationsmikroskop nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Emissionsfilter (25) zusammen mit dem optischen Zusatzelement (15) in einen Strahlengang ein- und ausschwenk ist.

10. Operationsmikroskop nach einer der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (5) folgende optische Daten aufweist: