JP5596829B2 - 外科手術機械のためのｒｆｉｄリング照明システム - Google Patents

Description

本発明は外科手術機械に関し、特に、外科手術機械への付属品の接続を容易にするためのＲＦＩＤおよびリング照明システムに関する。

現在行われている多くの手術は複雑な外科手術機械を必要とする。手術室（ＯＲ）内で外科手術を行うため、外科医はコンピュータ化された機器を使用することが多い。こうした機械は手術の様々な段階を監視および実施する。例えば、眼科手術では、白内障の除去および水晶体の交換を行うため、外科医はコンピュータ化された機械および関連する工具を使用する。こうした機械によって、外科医は手術のステップを進めることができる。

大部分の外科手術機械は、様々な工具と共に動作するように設計されている。眼科手術では、こうした工具はプローブ、はさみ、ハンドピース、照明器、レーザー、および消耗品を含む。こうした工具は外科手術機械の前部コンソールに接続するように設計されている。例えば、網膜手術を行う外科医は、空気圧駆動の小さな１つのはさみを機械に取り付けてもよい。はさみは、ハンドピースの形態であり、機械の前部コンソール上の空気圧コネクタにケーブルで接続される。ケーブルは、はさみを動作させるために必要な空気動力を提供する。ケーブルの一方の端部ははさみに取り付けられ、もう一方の端部は、機械の前部コンソール上の空気圧コネクタに結合するように設計されたコネクタを有する。

通常、機械の前部コンソールは、様々な工具に接続されそれらに動力を供給するように設計されたいくつかのコネクタを有する。例えば、１つのコネクタは工具に空気動力を提供するように設計してもよく、別のコネクタは別の工具に電力を提供するように設計してもよい。さらに、前部コンソール上の単一の空気圧コネクタがいくつかの異なる空気圧駆動の工具に接続されて機能するように設計してもよい。空気圧コネクタに差し込まれた各工具はその目的である機能を果たす。１つの工具は組織を切断するために使用される１つのはさみであってもよい。別の工具はある種のプローブまたは薬物送達装置であってもよい。こうした工具は各々、外科手術機械のコンソール上の空気圧コネクタに接続するように設計されているので、各々機械が供給する空気動力によって駆動される。

誤った工具が機械に接続されると、外科手術中に問題が生じることがある。こうした場合、工具は正常に動作するが、患者に対して誤った処置が行われる。例えば、外科医は、空気圧駆動の薬物送達装置を取り付けるつもりで、誤って空気圧駆動の１つのはさみを機械に取り付けるかもしれない。はさみは、はさみの目的である、組織を切断する機能を果たす。しかし、外科医は薬物を投与しようとしていたので、はさみが行う望ましくない切断動作によって、患者に傷を付けることがある。

別の例として、２つの異なる種類の切断工具が存在することがある。その各々が機械の前部コンソール上の同じコネクタに接続して機能することもある。誤った切断工具を使用すると、患者に意図しない傷を負わせることがある。さらに、照明器とレーザーといった２つの異なる種類の電動工具が存在することもある。照明器が必要な時にレーザーを使用すると、患者を傷付けることがある。つまり、誤った工具または誤った種類の工具を使用するという外科医側の誤りによって、手術の際に患者を意図せずに傷付けることがあるのである。

外科手術機械の前部にある標識のためにさらなる混乱が発生することがある。従来の外科手術機械では、前部コンソール上のコネクタの標識は受動的である。種々の異なる工具と共に動作するように設計された空気圧コネクタに付けられた標識が、単一のアイコン、記号またはＬＥＤであることがある。この受動的な標識は、コネクタの種類またはコネクタを通じて供給される動力を識別することはできるが、こうした標識は外科医の誤りを防止する効果はない。

この問題に対処するため、従来の外科手術機械の中には、１組の異なる工具に対して１組の異なるコネクタを利用するものがある。このようにして、各工具は固有のコネクタと対になるように設計されている。しかし、このように非常に多くのコネクタを配置することは外科医を混乱させかねず、外科手術機械の設計にさらなる出費と複雑さを追加する。その上、同じ種類の工具の異なるバージョンのものが機械の前部コンソール上のコネクタのうち単一のものに接続して機能することもある。例えば、２つの異なる種類のはさみが、機械の前部コンソール上の同じ空気圧コネクタに嵌合するようになっていることがある。誤った種類のはさみを使用すると、患者を傷付けることがある。

また、従来のコネクタの付いた機械では、工具からのデータの収集ができない。機械の前部の物理コネクタはデータ処理能力を持たないことが多いので、どの工具が接続されたかを伝えることはできない。従来のコネクタは単に電気または空気圧の正しい動力を工具に提供するようになっているだけである。こうしたコネクタは、どんな種類の工具が接続されたかを見分けることはできない。また、こうしたコネクタは、個々の工具、個々の工具が使用された回数、および工具の使用状況またさらには工具が正常に動作しているか否かに関する他の情報を識別することもできない。

こうした問題に取り組むため、外科手術機械のためのデータ処理能力のあるコネクタシステムが必要とされている。本出願人が共有する特許出願（第＿＿＿号）はこうしたシステムを記載している。このシステムを開発する際に、ある特定のＲＦＩＤ照明リング構成が付加的な問題を克服することが発見された。

ＲＦＩＤシステムは、ＲＦＩＤリーダおよびＲＦＩＤタグという２つの基本的な部品からなる。ＲＦＩＤリーダは通常、リーダアンテナ、送受信機、マイクロプロセッサ、電源、および信号調節回路を含む。ＲＦＩＤタグは通常、タグアンテナおよびＲＦＩＤ標識集積回路を含む。ＲＦＩＤシステムでは、ＲＦＩＤリーダはタグからのデータを読み取ることができる。通常のＲＦＩＤシステムでは、個々の物体は小さく安価なタグを装備している。タグは、情報を格納するメモリの付いたＩＣを収容している。この情報は通常一意のコードまたは何らかの他の識別子である。ＲＦＩＤリーダはＲＦＩＤタグを作動させる信号を放出するので、ＲＦＩＤリーダはＲＦＩＤタグを読み取りかつそれにデータを書き込むことができる。ＲＦＩＤリーダが放出した電磁界をＲＦＩＤタグが通過する時、ＲＦＩＤタグはリーダの作動信号を検出する。そして、リーダはＲＦＩＤタグのＩＣで符号化されたデータを復号する。

１つの種類のＲＦＩＤシステム、すなわち受動的ＲＦＩＤシステムでは、ＲＦＩＤタグは内部電源を有さない。その代わり、受動的ＲＦＩＤタグは、ＲＦＩＤリーダが発生する電磁界に電源を依存する。ＲＦＩＤリーダが発生した電磁界は、タグアンテナ内に小さな電流を発生する。この小さな電流によってタグＩＣが動作する。この受動的システムでは、タグアンテナは、リーダの電磁界から電力を収集し、かつ送出信号を送信するように設計されている。受動的タグは、選択した無線周波数およびアンテナのサイズおよび形状に応じて、約２ｍｍから数メートルまでの範囲の実用読み取り距離を有する。

半受動的および能動的ＲＦＩＤタグは固有の電源を有する。半受動的ＲＦＩＤタグは通常、その電源のために小さな電池を使用する。能動的ＲＦＩＤタグは通常オンボード電源を有する。こうした電源が提供する電力によって、タグは追加の機能を実行する。

どの種類のＲＦＩＤシステムが選択されるかにかかわらず、タグアンテナがリーダアンテナに近いほど、システムの動作は良好になる。アンテナから放出される電磁界の強度はアンテナからの距離の２乗に比例して減少するので、タグアンテナをリーダアンテナに近づけることが望ましい。

リーダアンテナは通常、プリント回路基板（ＰＣＢ）上に置かれる。ＲＦＩＤシステムの性能を改善するためには、リーダアンテナの付いたＰＣＢをタグアンテナの近くに配置することが望ましい。しかし、タグアンテナは、リーダアンテナの付いたＰＣＢから分離した、相対的に移動する物に配置されている。外科手術機械の文脈では、リーダアンテナの付いたＰＣＢは主コンソール内に置かれ、タグＩＣおよびタグアンテナは、外科手術機械のコンソールに接続可能な、工具のような周辺機器に置かれる。リーダアンテナの付いたＰＣＢは、工具を取り付ける場所に近い位置の、外科手術機械の前部パネルの近くに配置することが望ましいだろう。工具の対になるコネクタ上にタグアンテナを配置することができる。工具の対になるコネクタが機械の前部パネル上のコネクタに差し込まれた時、リーダアンテナとタグアンテナとは相互に非常に近づけて配置することができる。

照明リングシステムの付いた外科手術機械では、照明リングのための光を提供する発光ダイオード（ＬＥＤ）を、リーダアンテナを有する同じＰＣＢ上に配置することが望ましいだろう。ＲＦＩＤリーダおよびリング照明の両方の機能のためのＰＣＢを単一にすることによって、機械を構築するための部品点数が減少する。

従来、照明リングは、ライトパイプを使用して実現する独立した構成要素である。通常のライトパイプは、製造工程での組み立てを複雑にする多数の部品を有する。また、ライトパイプは専用の工具を必要とする。また、ライトパイプは、外科手術機械のマニホールドと前部パネルとの間の間隔のような、狭い場所に嵌合するには長すぎることがある。従来利用されている別の代替案は光拡散リング組立体である。光拡散リング組立体もまた、製造工程での組み立てを複雑にする独立した部品からなり、より多くの電力を必要とし、比較的高価なＬＥＤを利用する。

ＰＣＢ上にＬＥＤが配置された外科手術機械の前部パネルに照明リングを組み込むことが望ましいだろう。照明リングを前部パネルに組み込むことによって、製造工程での組み立ての複雑さが減少し、汚れや微生物が付着しにくい平滑な前部パネル表面が提供される。外科手術機械の前部パネル上の継ぎ目が少ないほど、手術室内の汚染の可能性を減らすために良好なものになる。外科手術機械は手術室内に配置されるので、感染の危険を減らすためには清潔に保つことが望ましい。さらに、ＬＥＤを保持するのと同じＰＣＢ上にＲＦＩＤアンテナを置くことが望ましいだろう。ＲＦＩＤアンテナと、照明リングを点灯するためのＬＥＤとの両者を同じＰＣＢ上に置くことによって、必要な部品点数が減少し、外科手術機械を組み立てる際の複雑さが減少する。

本発明の原理と一致した一実施形態では、本発明は、照明リングとプリント回路基板とを有するリング照明システムである。照明リングは、外科手術機械の前部と一体の光屈折層を有する。プリント回路基板は外科手術機械の前部の背後でそれに近づけて配置される。プリント回路基板上にはＲＦＩＤアンテナと光源とが設置される。光源が放出した光は照明リングを通じて伝わり外科手術機械の前部から見える。

本発明の原理と一致した別の実施形態では、本発明は、モジュールと、照明リングと、プリント回路基板とを有するリング照明システムである。モジュールは前面と背面とを有する。照明リングはモジュールと一体であり、モジュールの前面からモジュールの背面に延びる。プリント回路基板はモジュールの背面の背後でそれに近づけて配置される。プリント回路基板はＲＦＩＤリーダアンテナと光源とを有する。光源が放出した光は照明リングを通じて伝わりモジュールの前面から見える。

本発明の原理と一致した別の実施形態では、本発明は、光拡散層と、光屈折層と、プリント回路基板とを有するリング照明システムである。光拡散層および光屈折層の両者は外科手術機械の前部カバーと一体である。光屈折層は、ほぼ円形のパターンに配置された１組のプリズムを有する。プリント回路基板は、外科手術機械の前部カバーの背後で、それに近づけて、かつそれとほぼ平行に配置される。プリント回路基板は、外科手術機械の前部カバーに最も近いプリント回路基板の面上に配置されたＲＦＩＤリーダアンテナを有する。また、プリント回路基板は、外科手術機械の前部カバーから最も遠いプリント回路基板の面上に配置された１組の発光ダイオードを有する。プリント回路基板はさらに、発光ダイオードからの光が光屈折層に到達できるようにするための１組の開口部を有する。発光ダイオードからの光は光屈折層によって屈折され光拡散層によって拡散されて、外科手術機械の前部カバーから見えるほぼ円形の光のリングを形成する。

上記の一般的な説明と以下の詳細な説明はどちらも例示および説明のためのものに過ぎず、特許請求される本発明のさらなる説明を提供することが意図されているのが理解されるだろう。以下の説明、および本発明の実施は、本発明のさらなる利点および目的を記載し説明する。

添付の図面は、本明細書に組み込まれその一部を構成するものであって、本発明の種々の実施形態を例示し、以下の記載と共に、本発明の原理を説明する役目を果たす。

本発明の実施形態に係るＲＦＩＤ照明リングシステム付き外科手術機械の斜視図である。 本発明の実施形態に係るＲＦＩＤ照明リングシステム付き外科手術機械の前部パネルの斜視図である。 本発明の実施形態に係るＲＦＩＤ照明リングシステム付き外科手術機械の前部パネル上のコネクタおよび照明リングの分解図である。 本発明の実施形態に係るＲＦＩＤ照明リングシステム付き外科手術機械と共に使用するための工具上のコネクタに結合されたＲＦＩＤ照明リングシステム付き外科手術機械の前部パネル上のコネクタおよび照明リングの分解断面図である。 本発明の実施形態に係る外科手術機械の前部パネル上の照明リングの一実現例の分解断面図である。 本発明の実施形態に係るＲＦＩＤリング照明システムを組み込んだモジュールの詳細断面図である。 異なる角度から見た図５のより詳細な図である。 本発明の実施形態に係る外科手術機械の前部パネルと一体の照明リングの一実現例の断面斜視図である。 本発明の実施形態に係るプリント回路基板の斜視図である。 本発明の実施形態に係るＬＥＤ付きプリント回路基板の図である。 外科手術機械上に配置されるＲＦＩＤリング照明システムの一実施形態の斜視図である。 外科手術機械上に配置されるＲＦＩＤリング照明システムの一実施形態の斜視図である。 外科手術機械上に配置されるＲＦＩＤリング照明システムの一実施形態の斜視図である。 外科手術機械上に配置されるＲＦＩＤリング照明システムの一実施形態の斜視図である。

ここで、添付の図面中にその例が示される、本発明の例示実施形態を詳細に参照する。可能な限り、全図を通じて同一または類似の構成要素を指す場合同一の参照番号を使用する。

図１は、本発明の実施形態に係るＲＦＩＤ照明リングシステム付き外科手術機械１００の透視図である。図１では、外科手術機械１００は、ディスプレイ１０５および主外科手術コンソール１１０を有する。外科手術機械１００の動作および状態に関する情報はディスプレイ１０５上に表示される。主外科手術コンソール１１０は、外科手術機械１００を操作する回路（図示せず）を収容する。主外科手術コンソールは、外科手術機械１００の前部に配置された前部パネル１２０を有する。制御つまみ１２５およびキーロック１２６といった様々な制御装置が前部パネル１２０上に配置される。さらに、電気コネクタ兼照明リング１３０および空気圧コネクタ兼照明リング１４０が前部パネル１２０上に配置される。制御装置１２５、１２６およびコネクタ兼照明リング１３０、１４０は前部パネル１２０上に配置されるように図示されているが、これらは、主外科手術コンソール１１０、ディスプレイ１０５、または他の周辺機器（図示せず）上の任意の場所に配置することができる。また、外科手術機械１００はＲＦＩＤリーダ（図示せず）をも収容する。通常のＲＦＩＤリーダは、ＲＦＩＤアンテナ、送受信機、マイクロプロセッサ、電源、および信号調節回路を含む。

図２は、図１に示す前部パネル１２０のより詳細な図である。前部パネル１２０は、制御つまみ１２５およびキーロック１２６といった制御装置を保持する。また、前部パネル１２０は、２つの照明リング付きコネクタ１３０、１４０をも有する。照明リング付き電気コネクタ１３０は、照明リング１３５および電気コネクタ１５０を有する。照明リング１３５は電気コネクタ１５０の周囲に配置される。照明リング付き空気圧コネクタ１４０は、照明リング１４５および空気圧コネクタ１５５を有する。照明リング１４５は空気圧コネクタ１５５の周囲に配置される。

電気コネクタ１５０は、工具のような電動付属品からの対になるコネクタを受け入れるようになっている。電動付属品に接続された時、電気コネクタ１５０は、その付属品に電力を提供する。同様に、空気圧コネクタ１５５は、工具のような空気圧駆動の付属品からの対になるコネクタを受け入れるようになっている。空気圧駆動の付属品に接続された時、空気圧コネクタ１５５はその付属品に動力を提供する。

照明リング１３５、１４５は、リング状の形状の可視光線を表示するように設計される。このようにして、外科手術機械１００を操作する外科医は、照明リングが点灯した時それを見ることができる。以下さらに詳細に論じるように、照明リング１３５、１４５は、外科手術機械１００の異なる動作モードまたは状態を示す異なる色を表示するように設計される。連続したリングとして示されているが、照明リング１３５、１４５は、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、非常に多くの異なる形状を呈してもよい。例えば、照明リング１３５、１４５は、正方形、三角形、または任意の他の多角形の形状でもよい。さらに、照明リング１３５、１４５が発生する光は、図示のように連続的である必要はない。光の連続的なリングは一般により有用で見た目に美しいが、点滅または脈動する光と同様に、光の不連続なリングを使用してもよい。

図３は、外科手術機械１００の前部パネル１２０上に配置されたコネクタおよび照明リングの分解側面図である。図３では、雄コネクタ３０５は外科手術機械１００のマニホールド３１５の上に設置される。マニホールド３１５は、外科手術機械１００の前部パネル１２０の背後に配置されそれに取り付けられる。プリント回路基板（ＰＣＢ）３３０はマニホールド３１５と前部パネル１２０との間に配置される。雄コネクタはＰＣＢ３３０および前部パネル１２０を通じて突出し、工具の雌コネクタ（図示せず）と接続できるようになっている。発光ダイオード（ＬＥＤ）３３５および３４０は、ＰＣＢ３３０のマニホールド３１５側の側面に設置される。別言すれば、ＬＥＤ３３５および３４０は、ＰＣＢ３３０の前部パネル１２０側でない側面に設置される。また、ＲＦＩＤリーダアンテナ３１０も、ＰＣＢ３３０上に配置されるかまたはそれと一体になっている。レンズ３２５は、ＰＣＢ３３０の前方の前部パネル１２０と実質上平行な平面に配置される。レンズ３２５の前面は、前部パネル１２０を見る時見えるようになっている。

図３では、照明リングは、ＬＥＤ３３５、３４０およびレンズ３２５によって実現される。ＬＥＤ３３５、３４０からの光はＰＣＢ３３０内の穴（図示せず）を通過してレンズ３２５によって屈折および拡散される。前部パネル１２０上のレンズ３２５を見ると、可視光線のリングが観察される。光の均一なリングを生じるため、レンズ３２５は、ＬＥＤ３３５、３４０が発生した光を屈折および拡散する。このようにして、照明リングは雄コネクタ３０５の周囲に配置される。

図４は、工具のコネクタに結合された外科手術機械の前部パネル上の雄コネクタおよび照明リングの分解断面図である。図４では、雄コネクタ３０５は外科手術機械１００のマニホールド３１５上に設置される。マニホールド３１５は、外科手術機械１００の前部パネル１２０の背後に配置されそれに取り付けられる。プリント回路基板（ＰＣＢ）３３０はマニホールド３１５と前部パネル１２０との間に配置される。雄コネクタはＰＣＢ３３０および前部パネル１２０を通じて突出し、工具の雌コネクタと接続できるようになっている。発光ダイオード３３５および３４０は、ＰＣＢ３３０のマニホールド３１５側の側面に設置される。別言すれば、ＬＥＤ３３５および３４０は、ＰＣＢ３３０の前部パネル１２０側でない側面に設置される。また、ＲＦＩＤリーダアンテナ３１０も、ＰＣＢ３３０上に配置されるかまたはそれと一体になっている。レンズ３２５は、ＰＣＢ３３０の前方の前部パネル１２０と実質上平行な平面に配置される。レンズ３２５の前面は、前部パネル１２０を見る時見えるようになっている。

雌コネクタ４２５はケーブル４２０およびＲＦＩＤタグ４３０を含む。ケーブル４２０はコネクタ４２５からハンドピース（図示せず）に向かって延びる。図示するように、雌コネクタ４２５は雄コネクタ３０５に結合される。この構成では、工具は外科手術機械に接続される。

雌コネクタ４２５が雄コネクタ３０５に接続されると、ＲＦＩＤタグ４３０は、リーダアンテナ３１０の近くに配置される。これによって、リーダアンテナ３１０とＲＦＩＤタグ４３０とは、互いに容易に通信できるようになる。リーダアンテナ３１０はＲＦ電界（図示せず）を放出する。ＲＦＩＤタグ４３０の付いた雌コネクタ４２５がこの電界内に入ると、ＲＦＩＤタグ４３０とリーダアンテナ３１０との間に通信が確立される。通信を行うためには、雌コネクタ４２５と雄コネクタ３０５とが実際に結合される必要はない。必要なのは、リーダアンテナ３１０が放出したＲＦ電界内にＲＦＩＤタグ４３０が入ることだけである。

図５は、本発明の実施形態に係るＲＦＩＤおよび照明リングシステムの一実現例の分解断面図である。図５では、雄コネクタ５０５は外科手術機械の前部から外向きに延びる。雄コネクタ５０５はマニホールド５１０に接続される。マニホールド５１０は通常、外科手術機械の内部回路を収容する金属ハウジングである。雄コネクタ５０５は一般に円筒形であり、外科手術工具の雌コネクタと結合するようになっている。接続されると、雄コネクタ５０５は電力を工具に提供する。

前部パネル５４５は外科手術機械の前部スキンを形成する。前部パネル５４５は通常、ＰＭＭＡ、ＰＣ、ＰＳ、ＨＤＰＥ、シリコン、ＰＶＣ、または他のプラスチック材料といったポリマーから製造される。ポリカーボネートは他の種類のプラスチックが必要とするものより小さい厚さでＶ−０燃性等級（ａ Ｖ−０ ｆｌａｍｅ ｒａｔｉｎｇ）を有することができるため、ポリカーボネートの使用が好適である。例えば、ＧＥ ＬＥＸＡＮ ９９４５Ａポリカーボネートは、前部パネル５４５のための適切な選択である。前部パネル５４５は２つの同心円状のリブ５５０、５５５を含む。これらのリブは前部パネル５４５の内面からマニホールド５１０に向かって外向きに突出する。これらのリブ５５０、５５５は、円形プリズムアレイ５６０の内径および外径を定める。プリズムアレイ５６０は、雄コネクタ５０５の周囲に同心円状に配置されたリングの形状である。領域５６５は、ＬＥＤ５２０、５２５からの光が前部パネル５４５の前方から見えるようにするための前部パネル５４５の半透明の部分である。図５に示す構成では、リブ５５０、５５５、プリズムアレイ５６０、および領域５６５は全て雄コネクタ５０５の周囲に配置されたリングの形態である。オプションの拡散層５７０は前部パネル５４５の外面上に配置される。

ＰＣＢ５１５は前部パネル５４５とマニホールド５１０との間に配置される。ＰＣＢ５１５は円形の穴を有し、その穴を通じて雄コネクタ５０５が延びる。また、ＰＣＢ５１５はＲＦＩＤリーダアンテナ５３０をも有する。ＲＦＩＤリーダアンテナ５３０は雄コネクタ５０５の周囲の円形領域でＰＣＢ５１５上に設置される。ＲＦＩＤアンテナは好適にはＰＣＢ５１５の前部表面５１９上に設置されるが、ＰＣＢ５１５自体に組み込んでもよい。ＲＦＩＤリーダアンテナ５３０はいくつかの異なる形状または構成のうち何れか１つを有してもよい。例えば、ＲＦＩＤリーダアンテナ５３０は螺旋形の形状でもよい。

また、ＰＣＢ５１５はその背部表面５１７上に設置されたＬＥＤ５２０、５２５をも有する。開口部５３５、５４０によって、ＬＥＤ５２５、５２０からの光はプリズムアレイ５６０に伝わることができる。図５に示す例示実施形態では、ＬＥＤ５２０、５２５は、発光要素がそれぞれ開口部５４０、５３５内に配置されるように設置される。

動作の際、ＬＥＤ５２０からの光は開口部５４０を通過し、ＬＥＤ５２５からの光は開口部５３５を通過する。この光はプリズムアレイ５６０の異なる部分に伝わる。プリズムアレイ５６０は、ＬＥＤ５２０、５２５が放出した光を屈折させ内部で反射するように設計される。このようにして、プリズムアレイ５６０は、光を円形パターンで領域５６５内に散乱させる役目を果たす。プリズムアレイ５６０のような領域５６５はリングの形状である。屈折した光は、光が拡散されうる場である領域５６５を通じて伝わる。代替的には、散乱した光は領域５６５を通じて拡散層５７０に伝わりそこで拡散される。

図示する構成では、領域５６５は、透明または半透明何れかのプラスチックでよい。半透明の場合、領域５６５は、プリズムアレイ５６０によって屈折および／または内部で反射される光を拡散する役目を果たす。透明の場合、領域５６５は、単に光を拡散層５７０に透過させるだけでよい。そして拡散層５７０は光を拡散させてもよい。

拡散層５７０はオプションである。これを使用しない場合、領域５６５およびプリズムアレイ５６０は、ＬＥＤ５２０、５２５が発生する光を拡散するように設計される。さらに、前部パネル５４５の外面にテクスチャを追加してもよい。このテクスチャ（図示せず）も光を拡散させる役目を果たす。また、拡散層５７０にテクスチャを施してもよい。存在する場合、拡散層５７０は、拡散層５７０は、機械的に抗菌性のポリマーから製造してもよい。

どちらの構成でも、ＬＥＤ５２０、５２５が点灯すると、光のリングが前部パネル５７０から見える。これらのＬＥＤ５２０、５２５は、工具（図示せず）の雌コネクタがＲＦＩＤリーダアンテナ５３０に近づくと点灯する。このようにして、雌コネクタに収容されたタグがＲＦＩＤリーダアンテナ５３０から放射された電界に入る。ＲＦＩＤリーダアンテナ５３０はタグからの信号を受信する。別言すれば、ＲＦＩＤリーダはタグを読み取る。ＬＥＤ５２０、５３０は、タグから読み取られた情報に応答して点灯する。

ＬＥＤ５２０、５２５は好適には多色ＬＥＤである。異なる色を生じるために、各々異なる色の光を生じる異なるＬＥＤを使用することも可能である。このようにして、ある時点で特定の色の光を生じるためには同じ色のＬＥＤだけを点灯する。例えば、赤色ＬＥＤを点灯して、外科手術機械の前部パネル５４５上に円形の赤色光を生じてもよい。他の動作モードでは、２つの異なる色のＬＥＤを点灯して第３の色を生じることもできる。例えば、黄色と青色のＬＥＤを点灯して、外科手術機械の前部パネル５４５上に緑色の円形の光を生じてもよい。

図５に示すように、ＲＦＩＤリーダアンテナ５３０とＬＥＤ５２５、５２０との両者は同じＰＣＢ５１５上に配置される。これは、製造工程で組み立てる部品点数が少なくなるという利点を提供する。さらに、ＰＣＢ５１５は前部パネル５４５の近くに配置される。近くにあるＲＦＩＤタグからの情報をより容易に読み取ることができるように、ＲＦＩＤリーダアンテナ５３０は前部パネル５４５の近くに配置することが望ましい。さらに、ＲＦＩＤリーダアンテナ５３０を前部パネル５４５の近くに置くことによって、ＲＦＩＤリーダアンテナ５３０が放射する電界は前部パネル５４５を越えてさらに拡大するので、ＲＦＩＤシステムの読み取りおよび書き込み距離が増大する。

しかし、ＲＦＩＤリーダアンテナ５３０はＬＥＤ５２０、５２５と同じＰＣＢ５１５上にあるので、ＬＥＤ５２０、５２５は前部パネル５４５の近くに配置されている。ＬＥＤ５２０、５２５が前部パネル５４５の近くに配置されていると、ＬＥＤ５２０、５２５が発生する光を屈折および拡散させて同心円状のリングにすることはより困難になる。一般に、光源がプリズムアレイに近づけば近づくほど、光を屈折および拡散または散乱させることは困難になる。したがって、プリズムアレイ５６０は、ＬＥＤ５２０、５２５が発生する光を適切に屈折させるように設計される。さらに、前部パネル５４５および領域５６５のために、半透明のポリカーボネートのような、適切な拡散特性を持つポリマーが選択される。

図６は、ＲＦＩＤリング照明システムを組み込んだモジュールの詳細断面図である。図６では、リング照明システムは、外科手術機械の前部パネルまたはスキン内で実現される代わりに、外科手術機械の前部に取り付けるモジュール内で実現されている。モジュールは別個に製造してから外科手術機械に取り付けることができる。

図６では、モジュールはリブ６３５および６４０、領域６５５、およびプリズムアレイ６４５の付いたポリマー構造６３０を含む。オプションの拡散層６５０は、ポリマー構造６３０の前部表面上に配置される。リブ６３５、６４０はポリマー構造６３０の背部から外向きに延びる。図５のように、リブ６３５、６４０はプリズムアレイ６４５のための境界を確立する。この場合、リブ６３５、６４０は同心円の形状である。したがって、プリズムアレイ６４５と領域６５５とは互いの上に積み重ねたリングの形状である。また、モジュールは、ＬＥＤ６０５が背面６２０上に設置されたＰＣＢ６１０をも含む。開口部６２５はＰＣＢ６２０の背面から前面６１５に延びる。ＰＣＢ６１０の前面はリブ６３５、６４０およびプリズムアレイ６４５に隣接している。

図６のモジュールの動作は図５の組立体のものと同様である。図６では、ＬＥＤ６０５からの光はＰＣＢ６１０の開口部６２５を通じてプリズムアレイ６４５に伝わる。プリズムアレイ６４５は、ＬＥＤ６０５からの光を屈折させ、内部で反射させ、場合によっては拡散させる。そして、屈折し、内部で反射または散乱した光は領域６５５を通過し、そこでも拡散することがある。オプションの拡散層６５０は、光がモジュールの前部を離れて人の目に伝わる際に光を拡散させる。モジュールの前方から見た時、ＬＥＤ６０５（および図示しない他のＬＥＤ）が点灯すると、光の連続リングが見られる。様々な要素の動作および変形は、図５を参照して説明した同様の要素の場合と同じである。例えば、図５を参照して開示したのと同じやり方で、ＲＦＩＤリーダアンテナはＰＣＢ６１０上に配置することができる。

図７は、異なる角度から見た図６のより詳細な図である。図７では、プリズムアレイ７２５の構造がより明瞭に示される。照明リングを実現するモジュールまたは前部パネルのこの断面図では、ＬＥＤ７０５はＰＣＢ７１５の背部表面上に配置されている。ＰＣＢ７１５は光が通過できる経路となる開口部７１０を有する。ＰＣＢ７１５にはプリズムアレイ７２５が隣接している。プリズムアレイ７２５は、照明リング構造を形成するために使用されるポリマー材料の領域７２０と一体である。オプションの拡散層７３０は、前部パネルまたはモジュールの外面上に配置される。プリズムアレイ７２５は、円形に配列された三角形の歯を有する。プリズムアレイ７２５は、対称的な三角形の歯である必要はない。歯は歪んだ三角形、正弦波形、またはそれらの任意の組み合わせでもよい。

プリズムアレイの構成は、図８ではより容易に見られる。図８は、照明リングの一実現例の断面透視図である。プリズムアレイ８２０は、円形に配列された三角形の歯からなる。代替的には、プリズムは正弦波形または歪んだ三角形の形状でもよい。リブ８１０、８２０はプリズムアレイ８２０の境界を確立する。プリズムアレイ８２０およびリブ８１０、８１５はポリマー構造８０５と一体である。オプションの拡散層８３５はポリマー構造８０５の外面上に配置される。円形表面８３０は、雄コネクタ５０５が突出する経路となる開口部を形成する。

図９は、本発明の実施形態に係るプリント回路基板の透視図である。ＰＣＢ９００は３つのコネクタのための開口部を有する。コネクタ開口部９１５は、雄コネクタ５０５がＰＣＢ９００を通過してマニホールド５１０に取り付けられるように設計されている。ＬＥＤ開口部９０５、９１０は、光がＰＣＢ９００を通過できるように設計されている。ＬＥＤ（図示せず）はＰＣＢ９００の背部表面９２０上に設置される。ＬＥＤが発生した光はＬＥＤ開口部９０５、９１０を通じて伝わる。腎臓形として図示しているが、ＬＥＤ開口部９０５、９１０は、光がＰＣＢ９００を通過できるような任意の形状でよい。図９では、各ＬＥＤ（図示せず）は、それに関連する固有のＬＥＤ開口部９０５、９１０を有する。ＬＥＤは、ＬＥＤ開口部９０５に隣接したＰＣＢ９００の背部表面９２０上に設置される。また、ＬＥＤは、ＬＥＤがＬＥＤ開口部９０５を通じて突出するように、ＰＣＢ９００の背部表面９２０上に設置してもよい。このようにして、ＬＥＤ９０５のリード線はＰＣＢ９００の背部表面９２０上に設置されるが、ＬＥＤの発光部はＬＥＤ開口部９０５を越えて延びる。

図９では、各照明リングは１２個のＬＥＤによって実現されている。１２個のＬＥＤ開口部も存在する。実際には、任意の数のＬＥＤを使用することができる。使用される数は、照明リングの直径、使用されるＬＥＤの種類、および外科手術機械の前方から見える光の望ましい品質に依存する。

図１０は、本発明の実施形態に係るＬＥＤの付いたプリント回路基板の透視図である。ＰＣＢ１０００は７つのコネクタのための開口部を有する。コネクタ開口部１００５、１００６、１００７、１００８、１００９、１０１０、１０１１は各々、雄コネクタ５０５がＰＣＢ１０００を通過してマニホールド５１０に取り付けられるように設計されている。各コネクタ開口部１００５、１００６、１００７、１００８、１００９、１０１０、１０１１は、それに関連する、ＬＥＤ開口部１０１５のような、１２個のＬＥＤ開口部を有する。ＬＥＤ開口部１０１５のようなＬＥＤ開口部は、光がＰＣＢ１０００を通過できるように設計されている。ＬＥＤ１０２５のようなＬＥＤは、ＰＣＢ１０００の背部表面１０２０上に設置される。ＬＥＤ１０２５のようなＬＥＤが発生する光は、ＬＥＤ開口部１０１５のようなＬＥＤ開口部を通じて伝わる。楕円形として図示しているが、ＬＥＤ開口部１０１５のようなＬＥＤ開口部は、光がＰＣＢ１０００を通過できるような任意の形状でよい。図１０では、各ＬＥＤ（矩形として図示する）はそれに関連する固有のＬＥＤ開口部を有する。ＬＥＤは、ＬＥＤ開口部に隣接したＰＣＢ１０００の背部表面１０２０上に設置される。また、ＬＥＤは、ＬＥＤがＬＥＤ開口部を通じて突出するように、ＰＣＢ１０００の背部表面１０２０上に設置してもよい。このようにして、例えば、ＬＥＤ１０２５のリード線は、ＰＣＢ１０００の背部表面１０２０上に設置されるが、ＬＥＤ１０２５の発光部はＬＥＤ開口部１０１５を越えて延びる。図１０では、各ＬＥＤ（矩形として図示する）はＬＥＤ開口部（楕円形として図示する）の上に配置されている。

図１０では、各照明リングは１２個のＬＥＤによって実現されている。１２個のＬＥＤ開口部も存在する。実際には、任意の数のＬＥＤを使用することができる。使用される数は、照明リングの直径、使用されるＬＥＤの種類、および外科手術機械の前方から見える光の望ましい品質に依存する。

図１１〜１４は、外科手術機械に嵌合する成形プラスチック部品の前部および背部の透視図である。こうした成形プラスチック部品は各々１組の照明リングを実現する。図９および図１０で示したＰＣＢのような、ＬＥＤの付いたＰＣＢ（図示せず）は、各成形プラスチック部品の背部に隣接して配置される。図１１〜図１４の成形プラスチック部品は各々、上記で説明したようなプリズムアレイおよびプラスチックの様々な層を含む。

図１１では、成形プラスチックパネルの前面図１１０５および背面図１１１０を示す。この成形プラスチックパネルは、外科手術機械の前部スキンに取り付けてそれを形成するように構成されている。このパネルには７個の照明リングが示されている。１つの照明リングの前部１１１５および背部１１２０を図示する。

図１２では、成形プラスチックパネルの前面図１２０５および背面図１２１０を示す。この成形プラスチックパネルは、外科手術機械の前部スキンに取り付けてそれを形成するように構成されている。このパネルには２個の照明リングが示されている。１つの照明リングの前部１２１５および背部１２２０を図示する。

図１３では、成形プラスチックパネルの前面図１３０５および背面図１３１０を示す。この成形プラスチックパネルは、外科手術機械の前部スキンに取り付けてそれを形成するように構成されている。このパネルには５個の照明リングが示されている。１つの照明リングの前部１３１５および背部１３２０を図示する。

図１４では、成形プラスチックパネルの前面図１４０５および背面図１４１０を示す。この成形プラスチックパネルは、外科手術機械の前部スキンに取り付けてそれを形成するように構成されている。このパネルには２個の照明リングが示されている。１つの照明リングの前部１１１５および背部１１２０を図示する。

１つの特定の例では、プリズムのファセットは０．１０ｃｍ（０．０４インチ）のピッチ（プリズム間隔）を有する。プリズムの底辺はＬＥＤから０．１５ｃｍ（０．０６インチ）の距離に配置される。ＬＥＤは１．３２ｃｍ（０．５２インチ）の距離だけ離れている。プリズムの深さは０．０８ｃｍ（０．０３インチ）である。これらのパラメータに均一な縮尺を適用して、より大きいかまたはより小さい照明リングを製造することができる。照明リングを形成するために使用される基材の不透明度を増減することによって、拡散の量を調整することができる。

一般に、使用されるポリマーの不透明度、視認面のテクスチャ、プリズムの角度、ＬＥＤからプリズムまでの距離、基板の厚さ、ＬＥＤの輝度、ＬＥＤの間隔、ＰＣＢの開口部のサイズ、開口部に対するＬＥＤの配置、およびリングの直径の間にはある関係が存在する。

基材の不透明度が大きくなるほど、発生する光の拡散も大きくなる。しかし、材料の不透明度が大きくなると、美しい光のリングを生じる十分な光を発生するためＬＥＤの輝度も大きくする必要がある。代替的には、使用するＬＥＤの個数を増やしてもよく、またプリズムの近くに配置してもよい。開口部を大きくして、開口部内のＬＥＤを可視光線の量を増大するような向きにしてもよい。

さらに、ＬＥＤの角度帯域幅が増大すると、リング全体の輝度の均一性が増大し、ピークリング輝度が減少する。プリズム間隔が減少すると、リング全体の輝度の均一性が増大する。しかし、プリズムアレイのプリズムエッジが完全に鋭角ではなく、むしろ小さな曲率半径を有する場合、プリズム間隔が減少すると、プリズムエッジが曲線状であることの影響−−本質的には光の拡散−−が次第に支配的になる。ＬＥＤとプリズムアレイとの間の距離が増大すると、可能な輝度の均一性が増大する（そしてピーク輝度が減少する）。プラスチックの拡散が増大すると、輝度の均一性が増大する（そしてピーク輝度が減少する）。リングの直径が一定であればそこに配置されるＬＥＤの数が増大すると、輝度の均一性およびピーク輝度が増大する。

上記から、本発明は、外科手術機械で使用するための改善されたＲＦＩＤ照明リングシステムを提供することが認識されるだろう。本発明は、外科医が外科手術機械と共に使用する適切な工具を接続する助けになる。照明リング自体の構造も製造がより容易なものであり、清潔に保つことがより容易な外科手術機械を提供する。本出願では本発明を一例として例示しているのであって、当業者は様々な修正を行うことができるだろう。

本発明の他の実施形態は、本出願で開示された本発明の明細書および実施を検討することから当業者に明らかになるだろう。本明細書および実施例は例示のみと見なされるべきであり、本発明の真の範囲および精神は以下の請求項によって示されることが意図される。

Claims (19)

1. リング照明システムであって、
   外科手術機械の前部に配置された第１コネクタであって、工具の対になる第２コネクタを受け入れるように構成された第１コネクタと、
   前記第１コネクタの周囲に配置された照明リングであって、前記照明リングが光屈折層を備える照明リングと、
   前記外科手術機械の前記前部の背後でそれに近づけて配置されたプリント回路基板であって、ＲＦＩＤリーダアンテナと光源とを備え、前記ＲＦＩＤリーダアンテナは、前記工具のＲＦＩＤタグが該ＲＦＩＤリーダアンテナから放出されたＲＦ電界内に入ると、前記ＲＦＩＤタグから信号を受信するように構成される、プリント回路基板とを備え、
   前記光源が前記信号に応答して光を放出し、前記光源が放出した光が前記照明リングを通じて伝わり前記外科手術機械の前記前部から見えるシステム。
2. さらに、
   前記外科手術機械の前記前部に配置された光拡散層をそなえる、請求項１に記載のシステム。
3. 前記プリント回路基板が、前記外科手術機械の前記前部と略平行な平面上に配置される、請求項１に記載のシステム。
4. 前記外科手術機械の前記前部上に露出した前記照明リングの面にテクスチャが施されている、請求項１に記載のシステム。
5. 前記光源が、前記外科手術機械の前部とは反対側の前記プリント回路基板の面上に配置された１組の発光ダイオードである、請求項１に記載のシステム。
6. 前記プリント回路基板がさらに、前記１組の発光ダイオードからの光が前記照明リングに到達できるようにするための１組の開口部を備える、請求項５に記載のシステム。
7. 前記ＲＦＩＤリーダアンテナが、前記外科手術機械の前記前部側の前記プリント回路基板の面上に配置される、請求項１に記載のシステム。
8. 前記光屈折層が１組のプリズムである、請求項１に記載のシステム。
9. リング照明システムであって、
   前面と背面とを有するポリマー構造と、
   前記ポリマー構造と一体であり、前記ポリマー構造の前記前面から前記ポリマー構造の前記背面に延びる照明リングと、
   前記ポリマー構造の前記背面の背後でそれに近づけて配置されたプリント回路基板であって、前記プリント回路基板がＲＦＩＤリーダアンテナと光源とを有するプリント回路基板とを備え、
   当該リング照明システムが、工具の対になる第２コネクタを受け入れるように構成された第１コネクタが設けられた外科手術機械の前部に取り付くように構成され、
   前記ＲＦＩＤリーダアンテナは、前記工具のＲＦＩＤタグが該ＲＦＩＤリーダアンテナから放出されたＲＦ電界内に入ると、前記ＲＦＩＤタグから信号を受信するように構成され、
   前記光源が前記信号に応答して光を放出し、前記光源が放出した光が前記照明リングを通じて伝わり前記ポリマー構造の前記前面から見えるシステム。
10. 前記照明リングが、前記光源から放出された光を屈折させるための１組のプリズムを備える、請求項９に記載のシステム。
11. さらに、
    前記ポリマー構造の前記前面上に配置された光拡散層を備える、請求項９に記載のシステム。
12. 前記ポリマー構造の前記前面にテクスチャが施されている、請求項９に記載のシステム。
13. 前記プリント回路基板が前記ポリマー構造の前記前面と略平行な平面上に配置される、請求項９に記載のシステム。
14. 前記光源が、前記ポリマー構造の前記背面とは反対側の前記プリント回路基板の面上に配置された１組の発光ダイオードである、請求項９に記載のシステム。
15. 前記プリント回路基板がさらに、前記１組の発光ダイオードからの光が前記ポリマー構造の前記背面に到達できるようにするための１組の開口部を備える、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記ＲＦＩＤリーダアンテナが、前記ポリマー構造の前記背面側の前記プリント回路基板の面上に配置される、請求項９に記載のシステム。
17. 前記照明リングが前記光源からの光を拡散させる、請求項９に記載のシステム。
18. 前記光源が、少なくとも２つの異なる色の光を発生することができる、請求項９に記載のシステム。
19. リング照明システムであって、
    外科手術機械の前部カバーに配置された第１コネクタであって、工具の対になる第２コネクタを受け入れるように構成された第１コネクタと、
    前記外科手術機械の前記前部カバーと一体の光拡散層と、
    前記第１コネクタの周囲に配置された光屈折層であって、前記光屈折層が略円形のパターンに配置された１組のプリズムを備える光屈折層と、
    前記外科手術機械の前記前部カバーの背後で、それに近づけて、かつそれと略平行に配置されたプリント回路基板であって、前記プリント回路基板が、前記外科手術機械の前記前部カバー側の前記プリント回路基板の面上に配置されたＲＦＩＤリーダアンテナを備え、前記ＲＦＩＤリーダアンテナは、前記工具のＲＦＩＤタグが該ＲＦＩＤリーダアンテナから放出されたＲＦ電界内に入ると、前記ＲＦＩＤタグから信号を受信するように構成され、前記プリント回路基板がさらに、前記外科手術機械の前記前部カバーとは反対側の前記プリント回路基板の面上に配置された１組の発光ダイオードを備え、前記プリント回路基板がさらに、前記発光ダイオードからの光が前記光屈折層に到達できるようにするための１組の開口部を備えるプリント回路基板とを備え、
    前記発光ダイオードが前記信号に応答して光を放出し、前記発光ダイオードからの光が前記光屈折層によって屈折され前記光拡散層によって拡散されて、前記外科手術機械の前記前部カバーから見える略円形の光のリングを形成するリング照明システム。

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