JP2021034230A - 医療用無影灯 - Google Patents

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智仙 ▲高▼本
智仙 ▲高▼本
Tomonori Takamoto
和彦 稲尾
Kazuhiko Inao
和彦 稲尾
毅 辻
Takeshi Tsuji
毅 辻
義郎 畠
Yoshiro Hatake
義郎 畠
徹也 大林
Tetsuya Obayashi
徹也 大林
敦朗 古賀
Atsuro Koga
敦朗 古賀
上原 一剛
Kazutaka Uehara
一剛 上原
克朗 亀山
Katsuro Kameyama
克朗 亀山
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Abstract

【課題】 手術又は治療をする際、手術等の妨げになることがなく、又、照射する光の照度を十分確保でき、調整することができる医療用無影灯を提供する。
【解決手段】照射体51に複数の照射ユニット3を配設し、この照射ユニット3内に複数のLEDユニット4を配設して、医療用無影灯31を構成する。LEDユニット4内にカラーLEDチップ5を配設し、カラーLEDチップ5内に赤(R)、緑(G)、青(B)の三原色を発光するLED7R、7G、7B及び白(W)を発光するLED7Wを同時に配設する。そして、前記カラーLEDチップ5の赤(R)、緑(G)、青(B)の三原色を発光するLED及び白(W)を発光するLEDの印加電圧を各色毎に制御できる制御ボックス17を設置する。さらに、中央部照射ユニット31Aに対して、周辺部照射ユニット31Bを所定角度傾動自在として、照射角度を変化できるようにする。
【選択図】 図3

Description

本発明は、光源としてLEDを使用した医療用無影灯に関する。
手術又は治療をする医師の手指、使用する手術用具又は治療用具によって患者の手術又は治療部位に影が生じ、医師が手術又は治療するのに支障を来たさないように、手術又は治療の際には、照明装置として、影を生じさせない無影灯が使用される。
無影灯の光源としては、従来、白熱電球、クリプトン電球、ハロゲン電球等がよく使用されてきたが、高発熱化する光源を使用すると、体温が上昇して患者の負担が増大すると共に、手術部位等が早期に乾燥して手術等に支障を来たすという問題があった。
このため、近年にあっては、無影灯の光源として、低発熱化が期待できるLEDが使用されるようになってきており、そのような医療用無影灯として、特許文献1に記載されたものが知られている。
しかし、従来のLEDを採用した医療用無影灯は、LEDとして白色に発光するものを使用しているため、医師が手術又は治療をする際、手術用具等に照射した光が乱反射等して患部等が見難くなり、手術等の妨げになることがあった。
又、患部等における出血によって、又、人種による目の色素の相違によって、医師が手術又は治療をする際、患部等が若干見難くなることがあった。
さらに、白色LEDの色温度によっては、医師が冷静さを欠き、患者が不安感を覚える原因になることもあった。
又、従来のLEDを採用した医療用無影灯は、医師が手術又は治療をする際に、患部等を照射する光の照度が十分ではなく、手術等がやり難いことがあった。
さらに、手術をする際、患部の表層を切開等する際には、それほど照度は高くなくともよいが、患部の内奥を切開等する際には、十分に高い照度が必要であるが、従来の医療用無影灯は、光度を調整する以外に照度を調整することはできなかった。
そこで、本願発明者等の中、▲高▼本、稲尾及び辻は、照射体に複数の照射ユニットを配設し、この照射ユニット内にLEDユニットを配設したものであって、このLEDユニット内に赤(R)、緑(G)、青(B)の三原色を発光するLEDチップを配設すると共に、中央部に配設した中央部照射ユニットと、周辺部に配設した複数の周辺部照射ユニットとから照射体を構成し、中央部照射ユニットに対して、周辺部照射ユニットを所定角度傾動自在とした医療用無影灯を開発した(特許文献2参照)。
特開2006−156074号公報 特開2019−029322号公報
特許文献2に記載の医療用無影灯によれば、照射ユニット内に配設したLEDユニット内に赤(R)、緑(G)、青(B)の三原色を発光するLEDチップを配設したから、手術又は治療をする際、手術用具等に照射した光が乱反射等して患部等が見難くなり、手術等の妨げになることはない。
又、手術又は治療をする際、患部等における出血、目の色素の相違によって、患部等が若干見難くなることもなく、さらに、医師が冷静さを欠き、患者が不安感を覚える原因となることもない。
又、中央部照射ユニットに対して周辺部照射ユニットを所定角度傾動自在としたから、周辺部照射ユニットの照射角度を変化させて集光させ、患部等を照射する光の照度を十分に確保でき、手術等をやり易くすることができる。
さらに、手術又は治療時の状況に併せて、周辺部照射ユニットの照射角度を変化させ、患部等を照射する光の照度を適宜調整することができるから、無駄な電力消費をすることはなくなる。
しかし、特許文献2に記載の医療用無影灯にあって、患部等における出血、目の色素の相違によって、患部等が若干見難くなることもなく、さらに、医師が冷静さを欠き、患者が不安感を覚える原因となることもない医療用無影灯を実現するには、LEDユニット内に配設した赤(R)、緑(G)、青(B)の三原色を発光するLEDチップの調整を如何にするかが問題であった。
又、特許文献2に記載の医療用無影灯にあって、周辺部照射ユニットの照射角度を変化させて集光させ、患部等を照射する光の照度を十分に確保できて、手術等をやり易くする医療用無影灯を実現するためには、手術又は治療時の状況に併せて、照射する光の照度を如何に調整するかが問題であった。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みて為されたものであり、LEDユニット内に配設した赤(R)、緑(G)、青(B)の三原色を発光するLEDチップを適切に調整して、適宜色彩の光を照射できる医療用無影灯を提供することを目的とする。
本発明は、又、周辺部照射ユニットの照射角度を変化させて集光させ、患部等を照射する光の照度を十分に確保させた上で、手術又は治療時の状況に併せて、照射する光の照度を適切に調整することができる医療用無影灯を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の医療用無影灯は、中央部に配設した中央部照射ユニットと、周辺部に配設した複数の周辺部照射ユニットとから照射体を構成し、前記中央部照射ユニット及び前記周辺部照射ユニット内に複数のLEDユニットを配設し、このLEDユニット内に赤(R)、緑(G)、青(B)の三原色を発光するLED及び白(W)を発光するLEDを配設してカラーLEDチップを配設すると共に、前記カラーLEDチップの赤(R)、緑(G)、青(B)の三原色を発光するLED及び白(W)を発光するLEDの印加電圧を各色毎に制御できる制御ボックスを設置したことを特徴する。
前記中央部照射ユニットは、その中央部に配置したLEDユニットの周囲に等間隔で複数のLEDユニットを配設したことを特徴とする。
本発明は、又、前記中央部照射ユニットの周囲に等間隔で複数の前記周辺部照射ユニットを配設し、前記中央部照射ユニットに対して、前記周辺部照射ユニットを傾動自在としたことを特徴とする。
又、前記周辺部照射ユニットは、個別独立に、前記LEDの印加電圧を制御できるのが好ましい。
又、単色、混色から白色まで照射光の色彩を変化できることを特徴とする。
特に、前記照射光の色彩をxy色度図においてx=0.05〜0.3,y=0.05〜0.3で区画される範囲に設定できるようにしたことを特徴とする。
本発明の医療用無影灯は、照射体の中央部照射ユニット及び周辺部照射ユニット内に複数のLEDユニットを配設し、このLEDユニット内に赤(R)、緑(G)、青(B)の三原色を発光するLED及び白(W)を発光するLEDを配設してカラーLEDチップを配設すると共に、前記カラーLEDチップの赤(R)、緑(G)、青(B)の三原色を発光するLED及び白(W)を発光するLEDの印加電圧を各色毎に制御できる制御ボックスを設置したから、LEDユニット内に配設した赤(R)、緑(G)、青(B)の三原色を発光するLEDチップを適切に調整して、適宜色彩の光を照射することができる。
本発明の医療用無影灯は、又、前記中央部照射ユニットの周囲に等間隔で複数の前記周辺部照射ユニットを配設し、前記中央部照射ユニットに対して、前記周辺部照射ユニットを傾動自在としたから、周辺部照射ユニットの照射角度を変化させ、患部等を照射する光の照度を十分に確保させた上で、手術又は治療時の状況に併せて、照射する光の照度を適切に調整することができる
本発明の床面載置型の医療用無影灯の斜視図である。 本発明の天井設置型の医療用無影灯の斜視図である。 本発明の床面載置型の医療用無影灯の正面図である。 本発明の床面載置型の医療用無影灯の平面図である。 本発明の医療用無影灯を構成する照射体の底面図である。 図5に示す照射体の拡大底面図である。 図5に示す照射体を構成する照射ユニットの平面図である。 図5に示す照射体を構成する照射ユニットの平面図である。 図8に示すカラーLEDチップの斜視図である。 図9に示すカラーLEDチップに搭載された白色、赤色、緑色及び青色LEDの分光特性を示すグラフである。 中央部照射体に対して周辺部照射ユニットを適宜傾動させて、配光パターンを広角配光から狭角配光へと変化させた場合を示す説明図である。 本発明の医療用無影灯に使用するカラーLEDチップの仕様を示す表である。 カラーLEDチップに搭載された白色、赤色、緑色及び青色LEDの発光条件による照度の算出結果を示す表である。 カラーLEDチップに搭載された白色、赤色、緑色及び青色LEDの発光条件による照度の算出結果を示す表である。 カラーLEDチップに搭載された白色、赤色、緑色及び青色LEDの発光条件による照度及び色度座標の算出結果を示す表である。 xy色度座標(色度図)を示すグラフである。
以下、本発明の医療用無影灯について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の床面載置型の医療用無影灯の斜視図、図2は、本発明の天井設置型の医療用無影灯の斜視図である。
本発明の医療用無影灯は、図1、図3乃至図6に示すような、床面載置型の医療用無影灯101に適用することができる。
この医療用無影灯101は、車輪12,12・・・を備えた脚体13から支柱14を立設させ、支柱14の上端に支杆15を垂直方向に回動可能に連結し、さらに、支杆15の先端にアーム16を360°回動可能に連結し、このアーム16の先端に照射体11を連結してある。
本発明の医療用無影灯は、図2に示すような、天井設置型の医療用無影灯201に適用することもできる。
この医療用無影灯201は、装着体22から支柱23を垂下させ、支柱23の周面に支杆24を水平方向に360°回動可能に連結し、さらに、支杆24の下端に支杆25を垂直方向に回動可能に連結し、さらに、支杆25の先端にアーム26を360°回動可能に連結し、このアーム26の先端に照射体21を連結してある。
次に、床面載置型の医療用無影灯101を例に挙げて詳細に説明する。
先ず、本発明の医療用無影灯101は、照射体11の構成に特徴があるものであって、図3乃至図6に示すように、照射体11は、複数の照射ユニット31から構成され、中央部に配設した中央部照射ユニット31Aに対して、周辺部に配設した複数の周辺部照射ユニット31B,31B,・・・を所定角度傾動自在としたものである。
ここで、前記周辺部照射ユニット31B,31B,・・・は、中央部照射ユニット31Aの周囲に等間隔で配設してある。
これによって、周辺部照射ユニット31B,31B,・・・を同時に所定角度傾動させた場合に、照射光を線対称に集光することができる。
そして、これら各照射ユニット31A,31Bの内側には、図6に示すように、LEDユニット4を中央部及び周辺部に複数配設してあり、このLEDユニット4の内側には、図7及び図8に示すように、カラーLEDチップ5を配置してある。
ここで、カラーLEDチップ5は、赤(R)、緑(G)、青(B)の三原色を発光するLED7R,7G,7B、及び白(W)を発光するLED7Wから構成してある。
カラーLEDチップ5は、図9に示すように、セラミック基板6上に、白(W)を発光するLED7W、赤(R)を発光するLED7R、緑(G)を発光するLED7G及び青(B)を発光するLED7Bを載置させ、エポキシ樹脂又はシリコン樹脂等から成る封止材8を被覆して構成してある。
本発明の医療用無影灯101は、赤(R)、緑(G)、青(B)の三原色を発光するLED7R,7G,7Bを配設したこと、又、それらと共に、白(W)を発光するLED7Wを配設したことを特徴とする。
ここで、LED7R,7G,7Bは、複数のLEDユニット4内に各別に配設することもできるが、上記のように、単一のLEDユニット4内に同時に配設する方が、効率的な混色をすることができるので、好ましい。
カラーLEDチップ5から発射される光線を制御するには、レンズによる屈折方式、又は、リフレクタによる反射方式を採用することができるが、レンズ方式の場合には、色収差の影響が顕著になるから、リフレクタ方式によるのが好ましい。
すなわち、図7に示すように、LEDユニット4の外周をリフレクタ9によって包囲させた構成として、光線の制御をするのが好ましい。
又、各LEDユニット4は、包囲するリフレクタ9を傾動させることによって、所定角度傾動自在となっており、これによって、LED照射光は内側に収束し、又、外側に拡散できるようになっている。
各周辺部照射ユニット31Bを傾動する手段としては、中央部照射ユニット31Aに対して、例えば、各周辺部照射ユニット31Bを支持するリンク機構を配設し、このリンク機構をエアシリンダにより作動させることによって、各周辺部照射ユニット31Bを同時に同一角度に傾動させることができる。
又、中央部照射ユニット31Aに対して、各周辺部照射ユニット31Bを支持する支持部材を配設し、この支持部材をステッピングモータにより作動させることによって、各周辺部照射ユニット31Bを同時に同一角度に傾動させるようにしてもよい。
その他、周辺部照射ユニット31Bを傾動する手段としては、種々形態のものが考えられるが、円滑に傾動させ、所定角度に高精度で位置決めする必要があるため、特には、ステッピングモータによって、又はフィードバック制御をしたDCモータによって支持部材を作動させるのが好ましい。
本発明の医療用無影灯101によれば、周辺部照射ユニット31Bの照射角度を適宜変化させて集光させて、患部等を照射する光の照度を十分に確保することができる。
又、図3に示すように、脚体13の後端部には制御ボックス17を載置してあり、この制御ボックス17内にカラーLEDチップ5を駆動する制御基板が配設されており、これによって、LED7R,7G,7B、及びLED7Wに適宜電圧を印加できて、照射光の光量及び色彩を適宜制御できるようになっている。
本発明の医療用無影灯101,201は、以上のような構成であって、支柱14を把持して移動させ、又、支杆24を把持して回動させ、手術台、診察台等の周辺の適宜位置に照射体11,21を移動させる。
そして、赤(R)、緑(G)、青(B)の三原色を発光するLED7R,7G,7B、及び、白(W)を発光するLED7Wに適宜電圧を印加して、赤(R)、緑(G)、青(B)、白(W)のLED7R,7G,7B、7Wの発光量を適宜調整すれば、手術又は治療をする際、手術用具等に照射した光が乱反射等して患部等が見難くなり、手術等の妨げになることはない。
又、手術又は治療をする際、患部等における出血、目の色素の相違によって、患部等が若干見難くなることもなく、さらに、医師が冷静さを欠き、患者が不安感を覚える原因となることもない。
さらに、LED7R,7G,7B,7Wを適宜混在させて、複数のLEDユニット4,4,・・・から光を照射すれば、適宜単色、適宜混色から白色にまで光の色彩を変化させることができ、適宜色彩の色を照射させることができる。
又、LED7R,7G,7B毎に発光量を変更すれば、適宜色彩かつ色調の異なる照射光を形成することができ、患者の嗜好に対応させた色彩環境を形成することができる。
[実験例1]
次に、本発明の医療用無影灯101において、図11(a)乃至(c)に示すように、周辺部照射ユニット31Bの照射角度を適宜変化させて集光させ、患部等を照射する光の照度を十分に確保できるか確認するため、1体の周辺部照射ユニット31Bを実際に発光させ、この結果を基に全体の照度を算出した。
本実験において使用した白(W)を発光するLED7W、赤(R)を発光するLED7R、緑(G)を発光するLED7G及び青(B)を発光するLED7Bの分光特性は、図10に示す通りであって、それらの光束(lm)は、図12に示す通りであった。
尚、これら3原色のLED7R,7G,7Bによる照射光を混色させて、黄色又は橙色の光線を生成する場合についても、その分光特性を併せて記載してある。
LED7W、LED7R、LED7G及びLED7Bの発光条件を図13に示すように設定したとき、垂直距離H=1m、0.8mとした照射面における照度(lx)は、図13に示す通りであった。
そして、この1体の周辺部照射ユニット31Bにおける実験結果を基に、5体の周辺部照射ユニット31Bにおける場合を算出すると、垂直距離H=1m、0.8mとした照射面における照度(lx)は、図14に示す通りであった。
以上の実験結果によれば、本発明の医療用無影灯101において、中央部照射ユニット31Aに対して周辺部照射ユニット31B,31B,・・・を所定角度傾動させることによって、周辺部照射ユニット31B,31B,・・・からの照射光を集光させて、患部等を照射する光の照度を十分に確保できることがわかった。
[実験例2]
次に、本発明の医療用無影灯101において、周辺部照射ユニット31BのカラーLEDチップ5のLED7W、LED7R、LED7G及びLED7Bの発光条件を適宜変化させて集光させ、患部等を照射する光の照度を十分に確保できるか確認するため、周辺部照射ユニット31Bを実際に発光させた。
LED7W、LED7R、LED7G及びLED7Bの発光条件を図15に示すように設定したとき、垂直距離H=0.8mとした照射面における照度(lx)及び色度座標x,yは、図15及び図16に示す通りであった。
尚、図15及び図16において、黄色は細い実線、青色は短い点線、緑色は二点鎖線、及び赤色は長い点線で表記し、LED7W、LED7R、LED7Gの発光レベルによって、照射光線がどの色領域に位置するかを示している。又、図16において、放物線上の点に付記した数字380〜780は、光の波長を示している。
以上の実験結果によれば、本発明の医療用無影灯101において、周辺部照射ユニット31B,31Bからの照射光を集光させ、かつ、赤(R)、緑(G)、青(B)の三原色を発光するLEDを適切に調整すれば、適宜色彩の光を照射できる医療用無影灯を実現できることがわかった。
[実験例3]
次に、本発明の医療用無影灯101において、周辺部照射ユニット31BのカラーLEDチップ5のLED7W、LED7R、LED7G及びLED7Bの発光条件を適宜変化させて集光させ、患部に光を照射させたとき、医師が手術する際の作業効率がどう変化するか確認するため、図15及び図16に示す各条件において、模擬的な脳外科手術を実施した。
模擬的な脳外科手術として、実験用哺乳動物を使用して、その頭蓋骨の一部を開孔し、大脳を被覆している硬膜、クモ膜及び軟膜を切開し、大脳を露出する手術を実施した。
その結果、図16に示す照射光がブルーに近い領域(R:G:B=10:80:80及びR:G:B=20:80:80)において、他の色彩の領域に比較して、手術に要する時間が優位的に短縮化されることがわかった。
この照射光の色彩をxy色度座標(色度図)において示せば、x=0.05〜0.3,y=0.05〜0.3で区画される範囲であって、この範囲に設定すれば、手術に要する時間が優位的に短縮化されることがわかった。
これは、ピンクに近い色彩である大脳に対してブルーの照射光を照射した場合に見やすいこと、ブルーの照射光自体に微細な作業を実施する場合の効率を向上させる効果があること等によるものではないかと推定される。
[実験例4]
次に、本発明の医療用無影灯101において、周辺部照射ユニット31BのカラーLEDチップ5のLED7W、LED7R、LED7G及びLED7Bの発光条件を適宜変化させて集光させ、患部に光を照射させたとき、医師が手術する際の作業効率がどう変化するか確認するため、図15及び図16に示す各条件において、模擬的に動脈及び静脈付近の外科手術を実施した。
その結果、図16に示す照射光がブルーに近い領域(R:G:B=10:80:80及びR:G:B=20:80:80)において、同様に、他の色彩の領域に比較して、手術に要する時間が優位的に短縮化されることがわかった。
しかし、動脈及び静脈付近の外科手術においては、大脳の外科手術におけるとは若干の差異もあって、ブルーに近い領域以外でも優位性があることもわかった。
上記においては、床面載置型の医療用無影灯101について説明したが、天井設置型の医療用無影灯201にも適用できること、勿論である。
又、照射体11,21を複数の照射ユニット31A,31Bから構成したものについて説明したが、五角形状に限らず、円形状、矩形状等、種々形状の筺体を選択することができる。
以上のように、本発明の医療用無影灯によれば、周辺部照射ユニット31Bの照射角度を変化させて集光させ、患部等を照射する光の照度を十分に確保できるから、手術等をやり易くすることができる。
又、手術又は治療時の状況に併せて、周辺部照射ユニット31Bの照射角度を変化させ、患部等を照射する光の照度を適宜調整することができるから、無駄な電力消費をすることはなくなり、省エネルギー化にも寄与することができる。
さらに、ブルーに近い領域の照射光とした場合、他の色彩の領域の照射光と比較して、手術又は治療時の作業効率を向上させることもできる。
101 医療用無影灯
11 照射体
31 照射ユニット
31A 中央部照射ユニット
31B 周辺部照射ユニット
4 LEDユニット
5 カラーLEDチップ
7R 赤(R)を発光するLED
7G 緑(G)を発光するLED
7B 青(B)を発光するLED
7W 白(W)を発光するLED
201 医療用無影灯
21 照射体

Claims (6)

  1. 中央部に配設した中央部照射ユニットと、周辺部に配設した複数の周辺部照射ユニットとから照射体を構成し、前記中央部照射ユニット及び前記周辺部照射ユニット内に複数のLEDユニットを配設し、このLEDユニット内に赤(R)、緑(G)、青(B)の三原色を発光するLED及び白(W)を発光するLEDを配設してカラーLEDチップを配設すると共に、前記カラーLEDチップの赤(R)、緑(G)、青(B)の三原色を発光するLED及び白(W)を発光するLEDの印加電圧を各色毎に制御できる制御ボックスを設置したことを特徴する医療用無影灯。
  2. 前記中央部照射ユニットは、その中央部に配置したLEDユニットの周囲に等間隔で複数のLEDユニットを配設したことを特徴とする請求1に記載の医療用無影灯。
  3. 前記中央部照射ユニットの周囲に等間隔で複数の前記周辺部照射ユニットを配設し、前記中央部照射ユニットに対して、前記周辺部照射ユニットを傾動自在としたことを特徴とする請求1又は2に記載の医療用無影灯。
  4. 前記周辺部照射ユニットは、個別独立に、前記LEDの印加電圧を制御できることを特徴とする請求1乃至3の何れか1に記載の医療用無影灯。
  5. 単色、混色から白色まで照射光の色彩を変化できることを特徴とする請求1乃至4の何れか1に記載の医療用無影灯。
  6. 前記照射光の色彩をxy色度図においてx=0.05〜0.3,y=0.05〜0.3で区画される範囲に設定できるようにしたことを特徴とする請求1乃至5の何れか1に記載の医療用無影灯。
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CN116379385A (zh) * 2023-04-14 2023-07-04 中国人民解放军海军第九七一医院 一种战地医疗用具有光源调节功能的新能源照明装置
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