JP5828624B2 - 照明場の輝度により照明を調整するための装置を有する照明装置及びその使用 - Google Patents

Description

本発明は、照明場、特に、手術領域を照明するための装置に係り、照明場を照明するように構成された光源と、光源からの照度を調整するための装置とを含む。

手術用ライトは、手術場に多量の光（４０、０００ルクスから１６０、０００ルクス）を供給し、これにより執刀医（外科医）が良い状態の下で作業することを可能にする。

ヒト組織、例えば筋肉及び消化器系の特定の組織等は低い反射率を有しているため、また人間の目は高い輝度に対して良好な分解能を有するため、この多量の光は必要である。しかしながら、過度に強い輝度もまた、見る者の視覚を、圧倒させ、疲労させ、低下させ得る。

同じ手術の間、執刀医は、組織によって異なる反射率を有する異なるタイプの組織を観察しなければならない。皮膚、骨、結腸のある部分は非常に反射的であり、執刀医の目に受け取られた任意の照度高い輝度に対してリードする。他の組織は、非常に暗く、任意の照度に対して低い輝度を生成する。手術の間、観察される組織の表面形状も変化し、組織により受け取られる照明のバリエーションに繋がり、その結果、執刀医により受け取られるこれらの組織の照度のバリエーションに繋がる。よって、執刀医が手術場所を切る場合、照度の低い空洞が形成される。組織はその後、組織の反射率の如何に関わらず、執刀医の目に向けて、手術前の位置にあったものよりも低い輝度を再送信する。したがって、輝度は２つの要素で作られる。即ち、表面の反射率にのみ依存する「輝度率（ルミナンスファクター）」と、表面形状にのみ依存する「輝度係数（ルミナンス係数）」である。

既知の手術用照明装置は、ユーザーによる手動の介入を必要とする照度を調整するためのシステムを備えており、観察する組織のタイプが変更する場合に照明装置の光束を修正することを可能にする。

例えば、米国特許第６９６４４９０号は、照度を本質的に一定のレベルに保つために、照明場のサイズにより光束を調節するように構成された手術場を照明するための装置に関わる。照明場のサイズの変化を検出する手段は、中でも特に、手術場の輝度の変化を検出するように構成された光検出器であり得る。検出された輝度の変化は、その後、光束を変化させることにより、照度を所定のレベルに調整することに用いられる。

これらの手術用点灯装置は、輝度の関数として、即ち、観察される組織の反射率にのみ依存する輝度率の関数、及び／又は照射領域の表面形状にのみ依存する輝度係数として、照度レベルを修正するようには構成されてはおらず、それゆえに、特に手術場の組織又は形状が変更した場合に、執刀医の快適性に対して理想的な輝度を維持又は得ることを可能にはしない。

米国特許第６，９６４，４９０号明細書 ヨーロッパ特許出願ＥＰ０５４４５５９号明細書 米国公開特許２００９／００２９８２号明細書 ヨーロッパ特許出願ＥＰ１３４２９４７号明細書 ヨーロッパ特許出願ＥＰ１５６８９３７号明細書

本発明は、この欠点を相殺し、好ましくは人間の介入無しに、照明場のより良好な照明を作り出すように構成された照明装置を提供することを目的とする。

そのため、本発明の目的は上述したタイプの装置であり、光源からの照度を調整するための装置であって、
（ａ）照明場の実際の輝度を表す実際の輝度信号を受信し、
（ｂ）光源からの照度を、実際の輝度信号及び輝度設定ポイント信号の関数として制御するように構成され、
照明装置が、照明場の実際の輝度を測定し、光源からの照度を調整するための装置に対して実際の輝度信号を作成して送信するように構成された、実際の輝度を測定するための装置を備える装置である。

他の実施形態によれば、本発明は以下の１又は複数の特徴を含む。即ち：
それは、輝度設定ポイント情報を獲得し、照明場に対して輝度設定ポイント信号を生成するように構成されたヒューマン・マシン・インターフェースを更に備える。
それは、光源からの照度を調整するための装置により制御され、光源からの照度を調整するための装置を更に備える。

光源からの照度を調整するための装置が、以下の特徴の１つ、即ち、
−光源の光束を変更すること、
−光源と照明場との間に配置されたオリフィスの開口を変更すること、
−光学部品を動かすことであって、例えば、ポラライザを第２のポラライザに対してそれらの軸間の角度及びそれ故に送出光束が制御されるように回転させることであって、２つのポラライザが、光源と照明場との間に配置されていること
により、光源からの照度を変化させるように構成される。

光源からの照度を調整するための装置が、
−実際の輝度信号と輝度設定ポイント信号との差を限界輝度偏差値と比較し、
−差が限界輝度偏差値よりも大きい場合に、光源からの照度を、差が、限界輝度偏差値以下となるか、好ましくは０となるように変化させるように、光源を調整するための装置を制御するように構成される。

−差の絶対値が限界輝度偏差値よりも小さい場合に、光源からの照度を調整するための装置が、光源からの照度を調整するための装置を制御しないか、又は照度を維持するためにそれを制御し、
−光源からの照度を調整するための装置が、実際の輝度を測定するための装置による実際の輝度信号及び輝度設定ポイント信号を周期的に受信するように構成される。

−実際の輝度を測定するための装置が、
−支持部上に配置された少なくとも１のフォトダイオード、又は
−支持部上に配置された少なくとも１のＣＣＤカメラ
を備える。

−実際の輝度を測定するための装置が、実際の輝度を測定するための２つのモジュールと、実際の輝度を測定するためのモジュールの１つと照明場との間に位置する障害物を検出するように配置された手段とを備え、光源からの照度を調整するための装置へ送信される実際の輝度信号が、実際の輝度を測定するための他のモジュールと関連する。

−上記の光源からの照度を調整するための装置が、プロセッサとメモリとを備える。
本発明は、医師の手術場を照明するために上述の装置の使用に関わる。

本発明は、一例として提供され、添付の図面を参照することによりなされる以下の詳細な説明を読むことにより更に理解されるであろう。

図１は、最先端の技術による一定照度での操作の間における照明場の輝度の状態を表す図である。 図２は、最先端の技術による非一定照度での操作の間における照明場の輝度の状態を表す図である。 図３は、本発明に係る運転中において照明場の輝度を一定に保つための照度の変形例を表す図である。 図４は、本発明に係る照明装置を含む照明装置の線図である。 図５は、本発明に係る照明装置の機能モジュールの線図である。

図４は、本発明に係る照明装置を表し、参照番号１で表される。照明装置１は、照明平面Ｐ−Ｐに沿って特に水平に広がる照明場２を照射するためのものである。この場合、照明場２は、医療用手術室における患者３上の医師の手術場である。

照明装置１は、複数の照明部６で構成された光源５が配置され、照明場２を照射するように構成された支持部４を備える。照明装置１はまた、光源５からの照度を調整するための装置７を備える。光源からの照度を調整するためのこの装置７は、入力フィルタ８、プロセッサ９及びメモリ１０を備える。

照明装置１はまた、照明場２の実際の輝度を測定するように構成された、実際の輝度を測定するための装置１１を備える。

実際の輝度を測定するためのこの装置１１は、支持部４上に配置された実際の輝度を測定するための複数のモジュール１２、具体的にはフォトダイオード及び／又はＣＣＤカメラ、又はその目的に適合するように構成された任意の他のシステムを備える。結果的には、実際の輝度を測定するための装置１１は、複数のフォトダイオードを備え、各フォトダイオードは、照明場２とフォトダイオードを結合する光学系が備わっている。実際の輝度を測定するための装置１１がＣＣＤカメラを備える場合、ＣＣＤカメラは、照明場２を撮影し、ピクセルグレイレベルから、露出時間の自動調整システムにより計算された露出時間から、或いは、開口直径用の自動調整システムにより計算された開口直径から、実際の輝度を測定する出力を有する。

照明装置１はまた、光源の照度を調整するための装置１３及びヒューマン・マシン・インターフェース１４を備える。ヒューマン・マシン・インターフェース１４は、設定ポイント値を取り込むように構成された入力手段１５と、入力された値及び照明装置１の状態を表示させるように構成された表示装置１６を備える。設定ポイント値は、具体的には、照明場２の輝度に関する設定ポイント値であるが、それには限定されない。

照明装置１はまた、支持部４上に配置され、アーム等の障害物を検出するように構成された障害物検出手段１７を備え、例えば、実際の輝度を測定するためのモジュール１２の１つと照明場２との間に位置しており、光源からの照度を調整するための装置７の入力フィルタ８と通信するように構成される。

図５は、本発明に係る照明装置１の機能モジュールの線図である。機能ブロックのそれぞれは、図４を参照して上述した構造物品の１つに対応する。照明装置１の異なるモジュール、即ち、光源５、光源からの照度を調整するための装置７、実際の輝度を測定するための装置１１、光源からの照度を調整するための装置１３、ヒューマン・マシン・インターフェース１４、及び障害物を検出するように構成された手段１７、は、お互いに接続により結合され、図５の矢印１８〜２１によって表され、矢印１８〜２１の方向はそれぞれの要素間における情報の送信方向又はコマンド（命令）の送信方向を示している。

装置は以下のように動作する。
照明装置１のユーザーが、ヒューマン・マシン・インターフェース１４を介して所望の輝度に対応する輝度設定ポイント値を入力する。よって、設定ポイント値は、照明場の測定輝度を表す。輝度設定ポイント値は使用開始時に入力されることが好ましいが、照明装置１の使用時に入力又は変更することも可能である。この輝度設定ポイント値は、接続１８を介して光源からの照度を調整するための装置７に送信され、メモリ１０に保存される。実際の輝度を測定するための装置１１は、実際の照明場２の輝度を測定し、接続１９を介して光源からの照度を調整するための装置７の入力フィルタ８へ送信される照明場２の実際の輝度信号を生成し、それがメモリ１０に保存される。光源からの照度を調整するための装置７のプロセッサ９は、実際の輝度値と輝度設定ポイント値との間の差を、その差の絶対値とともに測定し、その差の絶対値を限界輝度偏差値と比較する。

実際の輝度値と輝度設定ポイント値との間の絶対値が、限界輝度偏差値以下である場合、光源からの照度を調整するための装置７は、光源からの照度を調整するための装置１３を制御しないか、又は照度を維持するためにそれを制御する。その後、調整装置７は、再び実際の輝度を測定するための装置１１により受信した実際の輝度値を読み出し、説明したプロセスを繰り返す。

実際の輝度値と輝度設定ポイント値との間の差の絶対値が限界輝度偏差値よりも大きい場合は、光源からの照度を調整するための装置７は、光源の照度を調整するための装置１３を、実際の輝度値と輝度設定ポイント値との間の偏差を減少させる傾向にある方に制御する。その後、光源からの照度を調整するための装置１３は、コマンドの機能に応じて、光源５からの照度を増加させるか又は低減させるように光源５に作用する。より正確に言えば、光源からの照度を調整するための装置１３は、光源５からの照度を変化させる。好ましくは、この変化は、照明場２のサイズを変更させることなしに光源５の光束を変化させることにより行われる。

光源からの照度は、表面部により受け取られた光源５からの光束として定義される。
光源５からの照度を調整した後、照明場２の輝度は、実際の輝度を測定するための装置１１により再び測定され、上述の手順が、実際の輝度値と輝度設定ポイント値との間の差の絶対値が限界輝度偏差値以下となるか、好ましくは０になるまで、必要に応じて何度も繰り返される。

検出手段１７がアーム、又は照明場２と実際の輝度を測定するためのモジュール１２との間にある他の障害物を検出する場合、対応する信号が、光源７からの照度を調整するための装置の入力フィルタ８へ送信され、実際の輝度を測定するためのモジュール１２により測定されたそれぞれの輝度値が入力フィルタ８によりブロックされ、照度はその結果、実際の輝度を測定するための他のモジュール１２により測定された全ての輝度値の関数として調整される。

実際の輝度を測定するための装置１１は、照明場２の実際の輝度を周期的に又は連続的に測定し、光源からの照度を調整するための装置７は、実際の輝度を測定するための装置１１から実際の輝度値を周期的に受け取る。周期の長さは、光源５からの照度が、最後に入力された輝度設定ポイント値でその時点で実施されている（効力のある）ものとは本質的には異なる輝度の照明場２に晒された照明装置１ユーザーの眼無しに、ダイナミックに修正できるように選択されている。

実際の輝度が、限界偏差よりも大きい値で設定ポイントとは異なる場合、照明装置１は、実際の輝度を、２０００ｍｓを超えない時間で更に有利には５００ｍｓを超えない時間で限界偏差値に近づけるように構成される。

光源５からの照度を変化させるために、照明装置１の異なるパラメーターは、光源からの照度を調整するための装置１３により変更され得る。変形例は、
−光源５の光束を、例えば光源５からの電力の強度により変更すること、
−光源５と照明場２との間に配置されたオリフィスの開口を変更すること、
−光学部品を動かすこと、例えば、あるポラライザを第２のポラライザに対して、それらの軸間の角度、及びそれ故に送出光束（外に出て行く光束）が制御されるように回転させることであって、２つのポラライザが光源５と照明場２との間に配置されることを含む。

よって、照明装置１は、実際の輝度を測定するための装置１１により測定される実際の照明場２の輝度の関数として、及びヒューマン・マシン・インターフェース１４を介してユーザーにより測定された輝度設定ポイント値の関数として、照度を修正する。照度の修正は自発的に生じる。用語「自発的に」とは、照明装置１が、その変更の間に、人間の介在を必要とせずに照度を変更するように構成されることを意味する。

図１は、最先端の技術による照明装置を用いて外科手術中に一定照度を有する照明場の輝度変化の例の図を示す。ｘ軸は時間Ｔを示し、左軸は照明場の輝度を示す。時間に対する輝度の外観はＬで参照される。右軸は照度を示し、照度の側面はＥで参照される。手術（問題となる手術は、婦人科学、口腔…等のタイプの空洞における手術ではないものと想定）の開始に対応する時点Ｔ₁での輝度は、所定の照度Ｅ₁に対して高いことに注意されたい。これは、表面組織が比較的反射性を有しており、これは照明装置により発光した光の大部分が返される（反射する）ことを暗示する。手術の間、執刀医は、組織内を次第に深く介入するように求められ、それにより空洞が形成する。よって、時間Ｔ₂及びＴ₃の間は、これらの組織による光の著しい吸収により、及び／又は空洞の位置により輝度の減少がある。執刀医の手術が一旦完了すると、彼はその傷を縫合し、これが一定の照度輝度Ｅ１の新たな増加に繋がる。図１はまた、光源により発光された照度の変化をも示す。よって、照度を変える圧力が全く生じず、それが光源からの照度の一定のレベルに繋がることが分かる。

図２は、図１を参照して上述したものと同じ状況を示すが、ユーザー発明では、時点Ｔ₄において、光源からの照度の増加が生じている。これは、従来技術の照明装置では、時点Ｔ₄での状態において、他のパラメーターは変化しないまま、実際の輝度の急増に繋がっている。

図３は、本発明に係る照明装置１の手術の間における輝度及び照度の外観を示す図１及び図２の図のタイプの図を示し、ここでは限界偏差内で、組織反射率変化、及び／又は表面及び空洞位置の変化がある場合でさえも、一定のレベルの間で実際の輝度を維持するように構成される。この照明装置１の利点は、反射率及び／又は表面形状が変化する場合に、同一のユーザーが照度設定ポイントを修正する必要がないこととともに、ユーザーへの視覚的快適性があることである。光源５からの照度は、実際の照明場２の輝度の関数として、自動的に修正され変更される。照明場２の反射率／輝度率及び／又は表面形状／輝度係数の１つが輝度の増加を生じさせるように変化する場合、照度は、過度に高い実際の輝度レベルを避けるために、より低いレベルに調整される。反対に、照明場２の反射率／輝度率及び／又は表面形状／輝度係数の１つが輝度の減少を生じさせるように変化する場合、光源からの照度を調整するための装置は７、組織又は照明場２の表面形状による光の吸収による輝度の損失を避けるために、照度を増加させる。

上述の異なる構成物品間で送信される情報は、値により送信される。しかしながら、特にアナログシステムの場合は、情報は、値以外の信号、例えば電圧又は周波数により送信されることができる。

本発明に係る照明装置１は、特に外科手術のための手術照明を意図しているが、歯科分野にもまた適用され得る。

照明装置１は、照明場２の実際の輝度を測定するように構成され、光源からの照度を調整するための装置７に対して、照明場２の反射率の関数として、実際の輝度信号を生じさせて送信する、実際の輝度を測定するための装置１１を備える。照明装置１はまた、照明場２の反射率が変化する場合に、照明場２の光度を、光度設定ポイント範囲内又は光度設定ポイントに上げるか又は維持するように構成される。

よって、照明装置は以下の特徴を有する。それは、照明場又は照明対象物の実際の輝度を見積もるための手段、具体的には、反射率及び対象物又は照明場の表面形状の関数としての手段、及び手術用ライトにより照度を推定された輝度の関数として測定された輝度値に調整するための手段を備える手術照明装置である。測定輝度値は、所定の期間、具体的には少なくとも１分間は一定であるのが好ましい。

１…照明装置
２…照明場
３…患者
４…支持部
５…光源
６…照明部
７…光源からの照度を調整するための装置
８…入力フィルタ
９…プロセッサ
１０…メモリ
１１…実際の輝度を測定するための装置
１２…実際の輝度を測定するための複数のモジュール
１３…光源の照度を調整するための装置
１４…ヒューマン・マシン・インターフェース
１５…入力手段
１６…表示装置
１７…障害物検出手段
１８、１９…接続

Claims (10)

1. 照明場（２）を照明するための照明装置（１）であって、
   −前記照明場（２）を照明するように構成された光源（５）と、
   −前記光源からの照度を調整するための装置（７）と、
   を備え、
   前記光源からの照度を調整するための装置（７）が、
   （ａ）前記照明場（２）の実際の輝度を表す実際の輝度信号を受信し、
   （ｂ）前記光源（５）からの照度を、前記実際の輝度信号及び前記照明場の測定輝度を表す輝度設定ポイント信号の関数として制御するように構成されることを特徴とし、
   前記照明装置（１）が、前記照明場（２）の前記実際の輝度を測定し、前記光源からの照度を調整するための装置（７）に対して前記実際の輝度信号を作成して送信するように構成された、前記実際の輝度を測定するための装置（１１）を備え、
   前記実際の輝度を測定するための装置（１１）が、
   前記実際の輝度を測定するための２つのモジュール（１２）を備え、前記実際の輝度を測定するための２つのモジュール（１２）が前記実際の輝度を測定するためのモジュール（１２）の一方と前記照明場（２）との間に位置する障害物を検出するように配置された手段（１７）と接続されることによって連動しており、前記光源からの照度を調整するための装置（７）へ送信される前記実際の輝度信号が、前記実際の輝度を測定するための他方のモジュール（１２）と関連することを特徴とする照明装置（１）。
2. 輝度設定ポイント情報を取り込み、前記光源からの照度を調整するための装置（７）に対して前記情報を送信するように構成されたヒューマン・マシン・インターフェース（１４）を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の照明装置（１）。
3. 前記光源からの照度を調整するための装置（７）により制御され、前記光源からの前記照度を調整するための装置（１３）を更に備える請求項１又は２に記載の照明装置（１）。
4. 前記光源からの前記照度を調整するための装置（１３）が、以下の特徴の１つ：
   −前記光源（５）の光束を変更すること、
   −前記光源（５）と前記照明場（２）との間に配置されたオリフィスの開口を変更すること、
   −光学部品を動かすことであって、ポラライザを第２のポラライザに対してそれらの軸間の角度及びそれ故に送出光束が制御されるように回転させ、前記２つのポラライザが、前記光源（５）と前記照明場（２）との間に配置されていること
   により、前記光源（５）からの照度を変化させるように構成されることを特徴とする請求項３に記載の照明装置（１）。
5. 前記光源からの照度を調整するための装置（７）が、
   −前記実際の輝度信号と前記輝度設定ポイント信号との差を限界輝度偏差値と比較し、
   −前記差が前記限界輝度偏差値よりも大きい場合に、前記光源（５）からの照度を、前記差が、前記限界輝度偏差値以下となるように変化させるように、前記光源からの照度を調整するための装置（１３）を制御する
   ように構成されることを特徴とする請求項３又は４に記載の照明装置（１）。
6. 前記差の絶対値が前記限界輝度偏差値よりも小さい場合に、前記光源からの照度を調整するための装置（７）が、前記光源からの前記照度を調整するための装置（１３）を制御しないか、又は照度を維持するためにそれを制御することを特徴とする請求項５に記載の照明装置（１）。
7. 前記光源からの照度を調整するための装置（７）が、
   前記実際の輝度を測定するための装置（１１）による前記実際の輝度信号及び前記輝度設定ポイント信号を周期的に受信するように構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の照明装置（１）。
8. 前記実際の輝度を測定するための装置（１１）が、
   −支持部（４）上に配置された少なくとも１のフォトダイオード、又は
   −支持部（４）上に配置された少なくとも１のＣＣＤカメラ
   を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の照明装置（１）。
9. 前記光源からの照度を調整するための装置（７）が、プロセッサ（９）とメモリ（１０）とを備える請求項１〜８のいずれか１項に記載の照明装置（１）。
10. 医師の手術場を照明するための請求項１〜９のいずれか１項に記載の照明装置（１）の使用。

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