DE4214445C2 - Beleuchtungseinrichtung für ein Operationsmikroskop - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für ein stereoskopisches Operationsmikroskop nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Beleuchtungseinrichtung ist aus der US 4,783,159 bekannt. Dort ist ein stereoskopisches Operationsmikroskop beschrieben, das mit einem Beleuchtungssystem ausgerüstet ist, welches durch einen Lichtleiter außerhalb der optischen Achse Beleuchtungslicht bereitstellt, mit dem ein Operationsfeld durch das Mikroskop- Hauptobjektiv hindurch beleuchtet wird. Hierfür wird das Licht aus dem Lichtleiter einem Zoomsystem zugeführt, das einen Leuchtfelddurchmesser einstellt. Diesem Zoomsystem ist eine Projektionslinse nachgeordnet, durch die Beleuchtungslicht parallel zur optischen Achse des Mikroskop-Hauptobjektivs auf das Mikroskop-Hauptobjektiv trifft. Dabei wird nachfolgend unter einem parallel zur optischen Achse des Mikroskop-Hauptobjektivs verlaufenden Beleuchtungsstrahlengang ein Beleuchtungsstrahlengang verstanden, der vor dem Durchtritt durch das Mikroskop-Hauptobjektiv im wesentlichen parallel zur optischen Achse des Mikroskop-Hauptobjektivs verläuft. Zwischen der Projektionslinse und dem Mikroskop-Hauptobjektiv ist ein Reflexionsprisma angeordnet, das einen Teil des durch die Projektionslinse hindurchtretenden Beleuchtungslichts zur Seite hin auskoppelt und seitlich versetzt parallel zur optischen Achse des Mikroskop-Hauptobjektivs unter 0° zu einem Operationsfeld hin umlenkt.

Beim Einsatz von Operationsmikroskopen in der Chirurgie werden je nach medizinischer Fachrichtung verschiedene An­ forderungen an die Beleuchtung des Operationsfeldes ge­ stellt. Bei mikrochirurgischen Eingriffen am Auge wird an­ gestrebt, das Beleuchtungslicht senkrecht, d. h. parallel zur optischen Achse des Mikroskopobjektives auf das Opera­ tionsfeld zu richten. Diese, als "0°-Beleuchtung" bekannte Beleuchtungsart hat den Vorteil, daß die senkrecht ein­ fallenden Lichtstrahlen von der Netzhaut diffus reflektiert werden und die Linsenkapsel, das ist die Umhüllung der Au­ genlinse, durch das regrediente Licht in einem rötlichen Durchlicht erscheinen lassen. Mit Hilfe dieses sogenannten "Roten Reflexes" werden Gewebereste, die nach dem Entfernen der Augenlinse abgesaugt werden müssen, kontrastreich sichtbar gemacht. Eine hierzu geeignete 0°-Beleuchtungsein­ richtung wird beispielsweise in der DE 40 28 605 A1 der Anmelderin beschrieben.

Um bei der Katarakt-Chirurgie in jedem Arbeitsschritt derartige Gewebereste optimal wahrnehmen zu können, ist ein möglichst homogener Roter Reflex erforderlich. Die bisher bekannten Beleuchtungssysteme für Operationsmikroskope sind jedoch auf ein statistisches Patientenauge sowie auf eine übliche Vergrößerung des Operationsmikroskopes abgestimmt. Liegen nun die Vergrößerung und/oder die Brechkraft des Pa­ tientenauges in extrem abweichenden Bereichen relativ zur üblichen Vergrößerung bzw. zum statistischen Patientenauge, so resultiert ein inhomogenes Intensitätsprofil des Roten Reflexes. Die optimale Wahrnehmung von eventuellen Gewe­ beresten wird dadurch für den Chirurgen erschwert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Be­ leuchtungseinrichtung für Operationsmikroskope zu schaffen, die eine Anpassung des Roten Reflexes an die Vergrößerung des Operationsmikroskopes sowie an die jeweilige Brechkraft des Patientenauges ermöglicht. Es soll unter allen mögli­ chen Einsatzbedingungen ein möglichst homogener Roter Re­ flex resultieren.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Beleuchtungseinrich­ tung mit den Kennzeichen des Anspruches 1.

Hierbei wird innerhalb der Beleuchtungseinrichtung eines Operationsmikroskopes ein Umlenkelement zwischen dem Be­ leuchtungssystem und dem Mikroskop-Objektiv derart angeord­ net, daß der Anteil des auf das Operationsfeld umgelenkten Beleuchtungslichtes im wesentlichen parallel zur optischen Achse des Operationsmikroskopes auf das Operationsfeld auf­ trifft. In Richtung der Verbindungslinie der beiden Stereo- Beobachtungsstrahlengänge ist das jeweilige Umlenkelement in seiner Breite variabel. Über die jeweils eingestellte Breite dieses Umlenkelementes ist nun eine individuelle An­ passung der Beleuchtung an die Operationsbedingungen, d. h. an die Vergrößerung und an das jeweilige Patientenauge mög­ lich. Somit ist stets ein optimaler, homogener Intensitäts­ verlauf des Roten Reflexes gewährleistet. Für den Chirurgen ist damit bei der Kataraktchirurgie sichergestellt, daß er alle Details am zu operierenden Patientenauge sicher er­ kennt und nicht durch eine eventuell inhomogene Intensi­ tätsverteilung des Roten Reflexes lediglich verschiedene Artefakte zu erkennen glaubt.

Die Einstellung der Breite des Umlenkelementes kann hierbei über manuelle oder motorische Verstelleinrichtungen erfolgen.

Bei Verwendung einer motorischen Verstelleinrichtung kann für die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung ein Regelkreis vorgesehen werden, der in Abhängigkeit von der aktuellen Operationsmikroskop- Vergrößerung und Parametern des Patientenauges die jeweils optimale Breite des Umlenkelementes für einen homogenen Roten Reflex einstellt.

Verschiedene, mögliche Ausführungsformen des verwendeten 0°- Umlenkelementes sind Gegenstand der Unteransprüche 7-9.

Desweiteren ist es gemäß Unteranspruch 10 möglich, ein zusätz­ liches Umlenkelement im Beleuchtungsstrahlengang des Operationsmikroskopes anzuordnen, das variable Anteile des Beleuchtungslichtes unter anderen Winkeln auf das Operati­ onsfeld fallen läßt.

Weitere Vorteile sowie Einzelheiten der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Fig. 1-5.

Dabei zeigt:

Fig. 1a ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsge­ mäßen Beleuchtungseinrichtung in Seitenansicht, bei dem das Beleuchtungslicht über ein 0°-Umlenk­ element senkrecht auf das Operationsfeld fällt,

Fig. 1b die Frontansicht des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1a,

Fig. 2a ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsge­ mäßen Beleuchtungseinrichtung in Seitenansicht, bei dem neben dem 0°-Umlenkelement ein weiteres Umlenkelement vorgesehen ist, über das Beleuchtungslicht unter einem bestimmten Winkel auf das Operationsfeld fällt,

Fig. 2b die Frontansicht des Ausführungsbeispieles aus Fig. 2a,

Fig. 3-5 jeweils eine unterschiedliche Ausführungsform des 0°-Umlenkelementes.

In Fig. 1a ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfin­ dungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung innerhalb eines Opera­ tionsmikroskopes schematisch in Seitenansicht dargestellt. Dabei trifft das z. B. über einen Lichtleiter (1) eingekop­ pelte Beleuchtungslicht über eine Blende (2) und ein opti­ sches System (3a, 3b) auf ein Umlenkelement (4), das das Beleuchtungslicht parallel zur optischen Achse (10) durch das Objektiv (5) auf das Operationsfeld (6) umlenkt. Eine derartige Anordnung einer Beleuchtungseinrichtung innerhalb eines Operationsmikroskopes wird üblicherweise auch als 0°- Beleuchtung bezeichnet. In einer Ebene senkrecht zur Zeichenebene liegt die Verbindungslinie der beiden - in dieser Darstellung nicht sichtbaren - Stereo-Beobachtungs­ strahlengänge, entlang der die Breite des Umlenkelementes (4) definiert variierbar ist. Weiterhin schematisch darge­ stellt sind in Fig. 1a weitere, an sich bekannte Komponen­ ten eines Operationsmikroskopes, wie Vergrößerungswechsel­ einrichtung (7b) und Tubuslinsen (8d, 8c). Die Einstellung der aktiven Breite des Umlenkelementes in Richtung der Ver­ bindungslinie der Stereo-Beobachtungsstrahlengänge erfolgt durch geeignete Verstelleinrichtungen (9), z. B. durch einen manuellen Verstelltrieb oder aber motorisch mittels eines Stellmotors und einem angeschlossenen Rechner, d. h. über einen Regelkreis.

Wird die Verstellung der aktiven Breite des Umlenkelementes (4) über einen entsprechenden Stellmotor und einen Rechner realisiert, so ist es möglich, die jeweilige Vergrößerung der Vergrößerungswechseleinrichtung (7b) des Operationsmi­ kroskopes über geeignete Detektoren an der Vergrößerungs­ wechseleinrichtung (7b) zu erfassen und die für diese Ver­ größerung optimale Breite des Umlenkelementes (4) definiert mittels eines Regelkreises einzustellen. Ferner ist es mög­ lich, als weitere Eingabeparameter innerhalb dieses Regel­ kreises spezifische Daten des jeweiligen Patientenauges zur Verfügung zu stellen. Diese Daten werden ebenfalls vom Rechner verarbeitet und im Hinblick auf eine optimale Ver­ laufsform des Roten Reflexes und der hierfür erforderlichen Breite des Umlenkelementes (4) zusammen mit der aktuellen Vergrößerung des Operationsmikroskopes ausgewertet. Die für diesen Zweck erforderliche, zusätzliche Eingabeschnitt­ stelle (12) für den Regelkreis ist in Fig. 1a ebenfalls schematisch dargestellt. Neben der manuellen Eingabe be­ stimmter Daten, die vorher über entsprechende Verfahren er­ faßt wurden, ist auch die direkte, automatisierte Erfassung dieser Daten und Übergabe an die Eingabeschnittstelle (12) bzw. den Regelkreis möglich.

Die Beleuchtungseinrichtung aus Fig. 1a wird in Fig. 1b in Frontansicht dargestellt, um zu verdeutlichen, in wel­ cher Richtung, die Breite des Umlenkelementes (4) variiert wird. Dabei sind die einzelnen Komponenten des Operations­ mikroskopes und der Beleuchtungseinrichtung mit den gleichen Nummern bezeichnet wie in Fig. 1a. Die Richtung, in der die Breite des Umlenkelementes (4) einstellbar ist, wird in Fig. 1a mittels des Pfeiles (13) veranschaulicht. Diese Richtung ist identisch mit der Verbindungslinie der beiden Stereo-Beobachtungsstrahlengänge (14a, 14b).

Ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Be­ leuchtungseinrichtung innerhalb eines Operationsmikroskopes wird anhand von Fig. 2a und 2b beschrieben. Die darge­ stellte Beleuchtungseinrichtung umfaßt hierbei wieder einen Lichtleiter (101), eine Blende (102) sowie ein optisches System (103a, 103b), über das Beleuchtungslicht auf nunmehr zwei verschiedene Umlenkelemente (104, 114) gelangt. Das 0°-Umlenkelement (104) ist hierbei identisch zum Umlenkele­ ment aus Fig. 1a bzw. 1b. Zusätzlich zu diesem Umlenkele­ ment (104) wird in diesem Ausführungsbeispiel ein weiteres Umlenkelement (114) eingesetzt, über das ein variabler Teil des Beleuchtungslichtes unter einem von 0° verschiedenen Winkel zur optischen Achse (110) auf das Operationsfeld (106) trifft. Durch die Einstellung unterschiedlicher An­ teile des Beleuchtungslichtes, die unter verschiedenen Win­ keln auf das Operationsfeld (106) treffen, ist eine weitere individuelle Anpassung der Beleuchtung an die jeweilige Operationssituation möglich. Eine derartige Anordnung wird in der Offenlegungsschrift DE 40 28 605 A1 der Anmelderin de­ tailliert beschrieben.

Auch im zweiten dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Verstelleinrichtung (109) vorgesehen, mittels der eine de­ finierte Einstellung der aktiven Breite des 0°-Umlenkele­ mentes (104) in Richtung der Verbindungslinie der beiden Stereo-Beobachtungsstrahlengänge (115a, 115b) erfolgt. Neben einem manuellen Verstelltrieb ist auch hier wieder die Ver­ wendung eines Stellmotors mit angeschlossenem Rechner mög­ lich, die einen entsprechenden Regelkreis bilden. Neben der Erfassung der aktuellen Vergrößerung der jeweiligen Vergrö­ ßerungswechsel-Einrichtung (107b) des Operationsmikroskopes ist es ebenfalls möglich, als weitere Eingabeparameter für den Regelkreis über eine Eingabe-Schnittstelle (112) Daten des jeweiligen Patientenauges zur Verfügung zu stellen, wie bereits im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde.

Fig. 2b zeigt die Frontansicht der Anordnung aus Fig. 2a, um die Richtung zu veranschaulichen, in der eine Variation der Breite des Umlenkelementes (104) erfolgt. Dies wird durch den Pfeil (113) dargestellt, der in Richtung der Ver­ bindungslinie zwischen den beiden Stereo- Beobachtungsstrahlengängen (115a, 115b) verläuft.

Mögliche Ausführungsformen für die jeweils verwendeten Um­ lenkelemente, die Beleuchtungslicht unter einem Winkel von 0° zur optischen Achse, d. h. parallel zur optischen Achse auf das Operationsfeld treffen lassen, werden im folgenden anhand der Fig. 3-5 erläutert. Hierzu werden jeweils das Hauptobjektiv sowie die Umlenkelemente aus dem zweiten, dargestellten Ausführungsbeispiel aus Fig. 2a und 2b in Draufsicht dargestellt.

Fig. 3 zeigt neben dem Hauptobjektiv (105), dem zweiten Um­ lenkelement (114) und den beiden Stereo-Beobachtungs- Pupillen (116a, 116b) ein zweiteiliges 0°-Umlenkelement, bestehend aus zwei separaten Umlenkspiegeln (120a, 120b). Die beiden Umlenkspiegel (120a, 120b) sind dabei in Richtung des Pfeiles (113) zwischen den beiden Stereo- Beobachtungspupillen (116a, 116b) in einer Ebene verschieb­ bar. Die Verschiebung kann hierbei über die jeweilige Ver­ stelleinrichtung, d. h. beispielsweise mit einem manuellen Verstelltrieb oder aber über einen entsprechenden Stellmotor erfolgen. Entscheidend für die Funktion ist, daß sich die aktive Breite für das auftreffende Beleuchtungslicht definiert variieren läßt, um eine optimal-homogene Verlaufsform des Roten Reflexes zu realisieren.

Eine weitere Ausführungsform des 0°-Umlenkelementes zeigt Fig. 4. Dort sind zwischen den beiden Stereo-Beobachtungs­ pupillen (116a, 116b) zwei separate Umlenkspiegel (121a, 121b) verschiebbar angeordnet. Die beiden Umlenkspie­ gel (121a, 121b) sind in diesem Ausführungsbeispiel jedoch nicht in einer Ebene angeordnet, sondern in zwei zueinander parallelen Ebenen, in denen sie sich in Richtung des Pfeiles (113) definiert verschieben lassen. Die Einstellung der jeweils aktiven Breite des Umlenkelementes erfolgt wieder durch geeignete Verstelleinrichtungen wie im vorherigen Ausführungsbeispiel.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist zwischen den beiden Stereo-Beobachtungspupillen (116a, 116b) ein einteiliger Umlenkspiegel (122) angeordnet. Dieser weist eine trapezförmige Form auf und ist mittels bekannter Verstelleinrichtungen senkrecht zur Verbindungslinie der beiden Stereo-Beobachtungspupillen verschiebbar. Die Verschieberichtung wird in Fig. 5 durch den Pfeil (119) veranschaulicht. Aufgrund der trapezförmigen Form dieses Umlenkspiegels (122) ist bei einer Verschiebung in Richtung des Pfeiles (119) eine Änderung der aktiven Breite des Umlenkelementes (122) für das auftreffende Beleuchtungslicht möglich, da dieses nicht den ganzen Umlenkspiegel (122) beaufschlagt.

Neben den beschriebenen Ausführungsformen in den Fig. 3-5 sind als 0°-Umlenkelemente die verschiedensten, weiteren, optischen Umlenkelemente einsetzbar, die eine Variation der aktiven Breite dieses Umlenkelementes in Richtung der Verbindungslinie der beiden Stereo-Beobachtungspupillen ermöglichen. Zu beachten bei den jeweils eingesetzten Umlenkelementen ist dabei weiterhin, daß auch bei maximaler, aktiver Breite möglichst keine der beiden Stereo-Beobach­ tungspupillen abgeschattet wird, da ansonsten Bildfehler (Vignettierungen) für den Betrachter resultieren.

Claims (10)

1. Beleuchtungseinrichtung für ein stereoskopisches Operationsmikroskop, mit einem außerhalb der optischen Achse des Mikroskopobjektivs angeordneten Beleuchtungssystem, das mindestens ein Umlenkelement mit Beleuchtungslicht beaufschlagt, welches wenigstens einen Teil des Beleuchtungslichtes parallel zur optischen Achse des Mikroskopobjektivs unter 0° auf ein Operationsfeld umlenkt, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (4; 104; 120a, 120b; 121a, 121b; 122) in seiner wirksamen Breite parallel zu der Verbindungslinie der beiden Stereo- Beobachtungsstrahlengänge (14a, 14b; 115a, 115b) definiert variierbar ist, um das Beleuchtungsfeld in seiner Breite einzustellen.

2. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der wirksamen Breite mittels eines manuellen Verstelltriebes erfolgt.

3. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der wirksamen Breite mittels eines Stellmotors erfolgt.

4. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Weggeber vorgesehen sind, welche die wirksame Breite des Umlenkelementes laufend erfassen.

5. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Objektivvergrößerung registrierende Detektoren und ein von diesen angesteuerter Rechner vorgesehen sind, der die wirksame Breite des Umlenkelementes (4, 104) an die eingestellte Objektivvergrößerung automatisch anpasst.

6. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für den Rechner eine Eingabeschnittstelle zur Eingabe patientenspezifischer Augenparameter vorgesehen ist, anhand derer der Rechner die wirksame Breite des Umlenkelementes (4, 104) zusätzlich anpasst.

7. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei voneinander beabstandete Umlenkelemente (120a, 120b) vorgesehen sind, deren Abstand voneinander definiert einstellbar ist, wobei eine Abschattung der beiden Stereo-Beobachtungsstrahlengänge durch die beiden Umlenkelemente (120a, 120b) ausgeschlossen ist.

8. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement als trapezförmiger, mit seinen Parallelseiten parallel zur Verbindungslinie der beiden Stereo- Beobachtungsstrahlengänge ausgerichteter Umlenkspiegel (122) ausgebildet ist, der zur Einstellung der wirksamen Breite senkrecht zu der Verbindungslinie verschiebbar ist, wobei eine Abschattung der beiden Stereo- Beobachtungsstrahlengänge durch den Umlenkspiegel ausgeschlossen ist.

9. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Umlenkvorrichtung zwei separate Umlenkspiegel (121a, 121b) vorgesehen sind, die in zwei zueinander parallelen, voneinander beabstandeten Ebenen angeordnet sind und in der jeweiligen Ebene unabhängig voneinander verschiebbar sind, ohne dabei die Stereo-Beobachtungsstrahlengänge abzuschatten.

10. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Umlenkelement (114) vorgesehen ist, das zusätzliches Beleuchtungslicht unter einem einstellbaren, von 0° verschiedenen Winkel zur optischen Achse (10, 110) des Operationsmikroskops durch das Mikroskopobjektiv (5, 105) hindurch auf das Operationsgebiet (6, 106) reflektiert.