WO2013135516A1

WO2013135516A1 - Verfahren und vorrichtung zur beleuchtung eines arbeitsfeldes im zuge einer medizinischen behandlung unter einsatz lichthärtender werkstoffe

Info

Publication number: WO2013135516A1
Application number: PCT/EP2013/054279
Authority: WO
Inventors: Uwe GIEBELER; Tomas Lang; Ralph KENSMANN
Original assignee: Giebeler Uwe; Tomas Lang; Kensmann Ralph
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2013-03-04
Publication date: 2013-09-19
Also published as: DE102012102153A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beleuchtung eines Arbeitsfeldes (1) im Zuge einer medizinischen Behandlung unter Einsatz lichthärtender Werkstoffe (2). Dabei wird eine überwiegend im Sichtbaren arbeitenden Lichtquelle (4, 5) auf das Arbeitsfeld (1) gerichtet. Erfindungsgemäß erzeugt die Lichtquelle (4, 5) ein weißes oder annähernd weißes sichtbares Spektrum unter selektiver Aussparung von Aktivierungswellenlängen, mit deren Hilfe im Werkstoff befindliche Fotoinitiatoren aktiviert werden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Beleuchtung eines Arbeitsfeldes im Zuge einer medizinischen Behandlung unter Einsatz lichthärtender Werkstoffe

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beleuchtung eines Arbeitsfeldes bei einer medizinischen Behandlung unter Einsatz lichthärtender Werkstoffe, wonach eine überwiegend im Sichtbaren arbeitende Lichtquelle auf das Arbeitsfeld gerichtet wird, und wonach die Lichtquelle ein weißes oder annähernd weißes sichtbares Spektrum unter selektiver Aussparung von Aktivierungswellenlängen erzeugt, mit deren Hilfe im Werkstoff befindliche Photoinitiatoren aktiviert werden.

Derartige Verfahren werden typischerweise in der Praxis eingesetzt, um bei- spielsweise zahnmedizinische Behandlungen vornehmen zu können. Der Einsatz lichthärtender Werkstoffe und insbesondere lichthärtender Komposite im Bereich der Zahnmedizin bietet gegenüber chemisch härtenden Kompositen den Vorteil, dass eine behandelnde Person die Verarbeitungszeit kontrollieren und den Härteprozess im Zuge einer Lichtpolymerisierung gezielt starten kann. Der Polymerisationsprozess wird eingeleitet durch im Werkstoff befindliche Fotoinitiatoren, die eingestrahltes Licht absorbieren und mit seiner Hilfe in einen angeregten Zustand versetzt werden. Als Folge hiervon findet die bekannte Verkettung von Mono- zu Polymeren statt. Für dentale Anwendungen werden beispielsweise polymerisierbare Zusammensetzungen eingesetzt, die überwiegend THFMA (Tetrahydrofurfurylmethacrylat) enthalten, wie dies unter anderem in der DE 698 06 900 T2 im Detail beschrieben wird. Darüber hinaus wird in dentalen Kompositen überwiegend "Campherchinon" als Fotoinitiator eingesetzt. Das Absorptionsspektrum von "Campherchinon" überstreicht einen Spektralbereich im sichtbaren Spektrum

von ca. 400 nm bis ca. 550 nm mit einem Maximum bei in etwa 470 nm. Als Folge hiervon verfügt Campherchinon über eine kräftige gelbe Farbe mit dessen Hilfe bei hohen Konzentrationen des besagten Fotoinitiators in solchen Kompositen das ästhetische Erscheinungsbild des ausgehärteten Materials be- einflusst werden kann.

Hierzu muss man wissen, dass beispielsweise mit Hilfe solcher lichthärtenden Komposite hergestellte Dentalkronen oder andere Zahnersatzmaßnahmen von ihrer Farbe her an das natürliche Erscheinungsbild der Zähne eines Patienten angepasst werden. Da Zähne typischerweise gelbe und auch braune Farbanteile enthalten, kann mit Hilfe der eingebrachten Fotoinitiatoren die Farbgebung des ausgehärteten Komposits beeinflusst werden. Tatsächlich kommen auch andere Typen von Fotoinitiatoren in der Praxis zum Einsatz, beispielsweise solche unter dem Markennamen "Lucirin", dessen Absorptionsspektrum im Bereich von ca. 340 bis 430 nm angesiedelt ist.

Die fraglichen lichthärtenden Werkstoffe bzw. Komposite sind in nicht ausgehärtetem Zustand knetbar und lassen sich dadurch leicht in eine gewünschte Form bringen. Hierzu betrachtet ein behandelnder Arzt oder Operateur das Arbeitsfeld mit dem zu bearbeitenden Zahn im Beispielfall typischerweise durch ein Stereo-Mikroskop, um eine möglichst naturgetreue und insbesondere räumliche Darstellung des zu behandelnden Objektes zu erhalten. Das setzt eine Beleuchtung des Arbeitsfeldes voraus. Im Stand der Technik nach der DE 10 2010 013 308 A1 wird eine Vorrichtung zur Bereitstellung von weißem Beleuchtungslicht für medizinische Anwendungen beschrieben. Hier kommen eine erste Lichtquelle zur Emission von Licht mit einem breiten Spektrum und eine zweite Lichtquelle zur Emission von

monochromatischem Licht zum Einsatz. Außerdem ist eine Einkopplungsein- richtung realisiert, mit deren Hilfe Licht von der ersten Lichtquelle und Licht der zweiten Lichtquelle in einen gemeinsamen Strahlengang überführt wird, um Beleuchtungslicht mit einer verbesserten Farbwiedergabe zu erzeugen. Da- durch soll insgesamt weißes Beleuchtungslicht für medizinische Anwendungen zur Verfügung gestellt werden. Der Einsatz lichthärtender Werkstoffe wird in diesem Kontext nicht angesprochen.

Bei einem Mikroskopiesystem entsprechend der DE 10 2006 004 232 B4 wird mit einem Beleuchtungssystem gearbeitet, welches in einen ersten und zweiten Betriebszustand überführt werden kann. Im ersten Betriebszustand kann ein erster Fluoreszenzfarbstoff angeregt werden, wohingegen der zweite Betriebszustand zur Anregung eines zweiten Fluoreszenzfarbstoffes gehört. Dadurch soll eine sequenzielle Beobachtung von Fluoreszenzstrahlung verschiedener Fluoreszenzfarbstoffe ermöglicht werden.

Der weitere Stand der Technik nach der DE 101 33 064 A1 befasst sich mit einer Vorrichtung zur Zusatzbeleuchtung eines Betrachtungsfeldes bzw. eines Objektfeldes unter einem Mikroskop. Die Vorrichtung verfügt über eine Licht- quelle mit einem Lichtsteuergerät. Die Lichtquelle gehört zu einer Zusatzbeleuchtung. Die Lichtquelle ist mit Hilfe eines schwanenhalsähnlichen Halters am Mikroskop fixiert. Mit Hilfe eines Fußschalters lässt sich die zusätzliche Lichtquelle direkt am Mikroskop bedienen. Die zusätzliche Lichtquelle fungiert als UV-Lichtquelle und dient dazu, lichthärtende Kompositwerkstoffe wie beschrieben zu polymerisieren. Dabei ist das eingesetzte Mikroskop insgesamt mit einem Sichtschutzfilter ausgerüstet, welcher die von der Zusatzbeleuchtung abgegebenen UV-Strahlen abschirmt.

Im Rahmen der EP 0 147 821 A2 wird eine Lichtquelle für operative Einsätze beschrieben, die mit einer Vielzahl optischer Filter und flachen Reflektoren ausgerüstet ist. Außerdem ist eine Halogenlampe realisiert. Darüber hinaus findet sich eine Mikroskopanordnung.

Im Rahmen der gattungsbildenden Lehre nach der DE 199 10 126 A1 geht es um eine Beleuchtungseinrichtung für Operationssäle und ähnliche Räume. Dabei sind Lichtquellen vorgesehen, die in einem Wellenlängenbereich, der zur Photopolymerisation der im OP eingesetzten photopolymerisierbaren Kunststoffe geeignet ist, nicht emittieren. Alternativ kann auch der unerwünschte Wellenlängenbereich eliminiert werden. Dazu können Interferenzfilter eingesetzt werden. Auf diese Weise sollen die Schwierigkeiten beim Einsatz von photopolymerisierbaren Kunststoffen in der Medizin und Zahnmedizin verringert werden.

Bei in der Praxis eingesetzten Mikroskopen kommen regelmäßig orange Langpassfarbfilter zum Einsatz, die der überwiegend im Sichtbaren arbeitenden Lichtquelle zugeordnet bzw. nachgeschaltet sind. Solche Farbfilter sorgen im Kern dafür, dass ein zugehöriges Leuchtmittel, beispielsweise eine Halogenlampe, die im lichthärtenden Werkstoff befindlichen Fotoinitiatoren nicht aktiviert und die Polymerisation ungewollt auslöst. Allerdings sind die oftmals in der Praxis eingesetzten orangenen Langpassfarbfilter mit dem generellen Nachteil verbunden, dass das Arbeitsfeld relativ schwach beleuchtet wird und zudem mit einer sehr kontrastarmen Farbwiedergabe gearbeitet werden muss. Das ist besonders nachteilig vor dem Hintergrund, dass die lichthärtenden Werkstoffe bzw. das lichthärtende Komposit im Beispielfall der zahnmedizinischen Anwendung farblich kaum von dem natürlichen Zahn unterschieden werden kann, so

dass eine gezielte Bearbeitung praktisch nicht möglich ist. Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein derartiges Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung anzugeben, mit deren Hilfe die Arbeitsbedingungen verbessert sind und insbesondere eine helle und kontrastreiche Beleuchtung des Arbeitsfeldes gelingt.

Zur Lösung dieser technischen Problemstellung ist ein gattungsgemäßes Ver- fahren zur Beleuchtung eines Arbeitsfeldes bei einer medizinischen Behandlung unter Einsatz lichthärtender Werkstoffe im Rahmen der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle die jeweiligen Aktivierungswellenlängen kantengenau mit einer Steilheit von wenigstens 50 % Änderung der Transmission eines Filters respektive der Emissionsstärke eines oder mehrerer Leuchtmittel pro 20 nm ausspart.

Wie üblich bezeichnet die Steilheit den Anstieg bzw. die Steigung der zugehörigen Kennlinie des Filters bzw. dessen Transmission und/oder der Emissionsstärke des Leuchtmittels jeweils über die Wellenlänge betrachtet. Im Falle des Filters wird demzufolge eine Steigung derart beobachtet, dass sich die Transmission über einen Bereich von 20 nm des Spektrums um wenigstens 50 % ändert. Beispielsweise verringert sich die Transmission um die fraglichen wenigstens 50 %, so dass bei ansteigender Wellenlänge die Lichtquelle durch den vorgeschalteten Filter in diesem Bereich praktisch nicht (mehr) emittiert. Eine vergleichbare Auslegung kann derart erreicht werden, wenn die Emissionsstärke der Lichtquelle (ohne Filter) des einen oder der mehreren Leuchtmittel eine Änderung von wenigstens 50 % pro 20 nm erfährt. In diesem Fall wird man die Auslegung so treffen, dass die Emissionsstärke

beispielsweise bei ansteigender Wellenlänge um 20 nm um wenigstens 50 % reduziert wird, so dass auch in diesem Fall die Lichtquelle bei ansteigender Wellenlänge jenseits der auf diese Weise realisierten "Kante" praktisch nicht (mehr) Licht aussendet. Diese Betrachtungen gelten jeweils für eine abfallende Kante.

Umgekehrt beobachtet man bei einer ansteigenden Kante, dass mit wachsender Wellenlänge die Transmission des Filters erneut um wenigstens 50 % auf einer Skala von 20 nm zunimmt. Entsprechendes mag für die Emissionsstärke des einen oder der mehreren Leuchtmittel geltend. - Vorstehend ist die kantengenaue Wirkung einerseits des Filters und andererseits des einen oder mehreren Leuchtmittel beschrieben worden, also der Lichtquelle insgesamt. Dabei können grundsätzlich aber auch die Wirkungen von dem einen oder den mehreren Leuchtmitteln und diejenige des Filters kombiniert werden.

Im Rahmen der Erfindung kommt also eine spezielle Lichtquelle zum Einsatz, die zunächst einmal weißes oder annähernd weißes sichtbares Licht erzeugt. In diesem breiten Weißlichtspektrum sind lediglich die Aktivierungswellenlängen ausgespart. Bei diesen Aktivierungswellenlängen handelt es sich um diejenigen Wellenlängen des sichtbaren Spektrums, die die Fotoinitiatoren in dem lichthärtenden Werkstoff aktivieren.

Das bedeutet im konkreten Beispielfall, dass bei Einsatz von "Campherchinon" Wellenlängen im zugehörigen Absorptionsbereich von Campherchinon, das heißt im Bereich zwischen ca. 400 nm und 550 nm und insbesondere im Bereich von 425 nm bis 490 nm ausgespart werden. Beim Einsatz von "Lucirin" als Fotoinitiator wird man die Auslegung so treffen, dass im Spektrum der Licht-

quelle die zugehörigen Aktivierungswellenlängen von "Lucirin" im Beispielfall selektiv ausgespart werden, also der Spektralbereich von ca. 340 bis 430 nm.

Trotz dieser selektiven Aussparung der zum jeweiligen Fotoinitiator gehörigen Aktivierungswellenlängen im ansonsten weißen Spektrum eines Leuchtmittels der Lichtquelle wird ausgangsseitig der Lichtquelle das bereits angesprochene weiße oder annähernd weiße sichtbare Spektrum emittiert. In diesem Zusammenhang sorgt die Lichtquelle dafür, dass die eine oder die mehreren Aktivierungswellenlängen kantengenau ausgespart werden und dadurch eine gute Farbwiedergabe dennoch erreicht wird. Die kantengenaue Aussparung der einen oder der mehreren Aktivierungswellenlängen meint im Rahmen der Erfindung, dass die Aktivierungswellenlänge mit einem steilen Filter herausgefiltert wird und/oder ein oder mehrere Leuchtmittel ein Spektrum erzeugen, welches mit vergleichbarer Steilheit von seinem Spektrum her bis an die betreffende Aktivierungswellenlänge heranreicht. Wie üblich bezeichnet die Steilheit in diesem Zusammenhang den Anstieg der betreffenden Kennlinie und stellt mathematisch betrachtet die Steigung der Kennlinie des Filters respektive der Emissionskurve dar. Tatsächlich werden an dieser Stelle Steilheiten von 50 % Änderung der Transmission respektive der Emissionsstärke pro 20 nm, insbe- sondere 50 % Transmissions-/ Emissionsänderung pro 10 nm und sogar noch mehr beobachtet.

Auf diese Weise erzeugt die Lichtquelle typischerweise Licht mit einem Farbwiedergabeindex von wenigstens 40 bis 50. Unter dem Farbwiedergabeindex versteht man allgemein eine fotometrische Größe, mit deren Hilfe sich die Qualität der Farbwiedergabe von Lichtquellen gleicher korrelierter Farbtemperatur beschreiben lässt. Zur Berechnung des Farbwiedergabeindex werden 14 Testfarben eingesetzt. Generell gilt, dass je höher der Wert für den Farbwieder-

gabeindex ist desto besser sind die Farbwiedergabeeigenschaften. Beispielsweise besitzt eine Glühlampe mit farblosem Glaskolben einen Farbwiedergabeindex von fast 100, während Leuchtstofflampen Werte von 70 bis 90 erreichen. Dagegen erlauben Lichtquellen, die im Wesentlichen nur eine einzige Wellen- länge ausstrahlen, überhaupt keine Unterscheidung der Farben und weisen demzufolge einen sehr niedrigen oder gar negativen Farbwiedergabeindex auf, der beispielsweise bei Natriumdampflampen bei - 44 angesiedelt ist. Ergänzend sei in diesen Kontext auf die DE 10 2010 013 308 A1 verwiesen, die weitere Einzelheiten erläutert.

Jedenfalls verfügt die erfindungsgemäß realisierte Lichtquelle über ein weißes oder annähernd weißes sichtbares Spektrum und weist typischerweise einen Farbwiedergabeindex von wenigstens 40 bis 50 auf, so dass im Vergleich zu bisherigen Vorgehensweisen eine deutlich gesteigerte Farbwiedergabe beo- bachtet wird. Eine solche verbesserte Farbwiedergabe ist erforderlich, damit die beispielsweise im Arbeitsfeld vorgenommenen operativen Eingriffe oder Bearbeitungen des lichthärtenden Werkstoffes zielgenau vorgenommen werden können und beispielsweise bei zahnmedizinischen Anwendungen unschwer zwischen dem natürlichen Zahn und einer Überkronung bzw. dem lichthär- tenden Werkstoff oder Komposit problemlos unterschieden werden kann.

Um dies im Detail zu erreichen, bestehen im Wesentlichen zwei verschiedene Alternativen, die grundsätzlich auch kombiniert werden können. So sieht eine erste Alternative vor, dass die Lichtquelle mit Hilfe eines oder mehrerer Breit- bandfilter die Aktivierungswellenlängen aus weißem Licht eines Leuchtmittels herausfiltert. In diesem Fall ist also ein Leuchtmittel vorgesehen, welches überwiegend weißes Licht im sichtbaren Spektrum emittiert. Diesem Leuchtmittel ist erfindungsgemäß wenigstens ein Breitbandfilter nachgeschaltet, so dass mit

dessen Hilfe die Aktivierungswellenlängen aus dem vom Leuchtmittel emittierten weißen Licht herausgefiltert werden können.

Bei dem Breitbandfilter handelt es sich typischerweise um einen Interferenz- filter. Nach vorteilhafter Ausgestaltung kommt ein dichroitischer Filter zum Einsatz, mit dessen Hilfe sich breite Durchlassbereiche des vom Leuchtmittel emittierten weißen Lichtes unter Aussparung der Aktivierungswellenlängen definieren lassen. Dabei ist es selbstverständlich denkbar, dass der fragliche Filter mehrere Transmissionsbereiche ebenso wie verschiedene Absorptionsbereiche aufweist. Tatsächlich lassen sich solche Interferenzfilter bzw. dichroitische Filter maßgenau an die unterschiedlichen Einsatzgebiete anpassen. Das heißt, es ist denkbar, je nach lichthärtendem Werkstoff bzw. lichthärtendem Komposit und dem an dieser Stelle verwendeten Fotoinitiator bzw. der mehreren Fotoinitiatoren einen spezifisch angepassten Interferenzfilter dem Leuchtmittel zuzuord- nen. Grundsätzlich kann natürlich auch mit mehreren Filtern gearbeitet werden, die beispielsweise in einer Filterscheibe angeordnet sind und je nach eingesetztem lichthärtenden Werkstoff wahlweise vor das Leuchtmittel geschwenkt werden, um die erzielte Wirkung der selektiven Aussparung der zugehörigen Aktivierungswellenlängen zu erreichen.

Alternativ oder ergänzend zu dieser zuvor bereits angesprochenen Vorgehensweise besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Lichtquelle mit einem oder mehreren Leuchtmitteln arbeitet, welche additiv das weiße oder annähernd weiße Spektrum unter Aussparung der Aktivierungswellenlängen erzeugen. In diesem Fall arbeitet die Lichtquelle mit additiv wirkenden Leuchtmitteln, bei denen es sich vorteilhaft um LEDs handelt, beispielsweise Weißlicht-LEDs. Tatsächlich beruhen Weißlicht-LEDs funktionell darauf, dass eine oder mehrere blaue LEDs mit Leuchtstoffen kombiniert werden.

Es ist nun im Rahmen der Erfindung denkbar, dass die dem einen oder die mehreren blauen LEDs zugeordneten Leuchtstoffe exakt so ausgelegt sind oder werden, dass bei der Umwandlung des blauen Lichtes von der einen oder den mehreren LEDs die Aktivierungswellenlängen für die Fotoinitiatoren des lichthärtenden Werkstoffes gezielt ausgespart werden. Das setzt eine bestimmte Auslegung des zugehörigen Leuchtstoffes voraus, welcher beispielsweise das blaue Licht beim Einsatz von "Campherchinon" so konvertiert, dass Wellenlängen erst oberhalb von beispielsweise 490 nm erzeugt werden.

Alternativ oder zusätzlich können in diesem Zusammenhang aber auch mehrere LEDs als Leuchtmittel zum Einsatz kommen, deren jeweilige Emissionsspektren additiv gemischt werden. Dabei ist die Auslegung jeweils so getroffen, dass bei der Mischung der einzelnen Spektren die Aktivierungs- weilenlängen ausgespart werden. Selbstverständlich liegt es im Bereich der Erfindung, wenn die Leuchtmittel bzw. die eine oder die mehreren LEDs zusätzlich noch mit einem oder mehreren Interferenzfiltern kombiniert werden, falls dies erforderlich ist. Die fraglichen Interferenzfilter bzw. dichroitischen Filter können besonders vorteilhaft im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden, weil das jeweilige Leuchtmittel im Regelfall Licht unter Erzeugung eines Lichtkegels mit einem Strahlungswinkel von maximal 45° emittiert. Durch eine solche Bemessungsregel ist sichergestellt, dass der dem Leuchtmittel im Strahlengang nachfolgende Filter bzw. dichroitische Filter das gewünschte Transmissionsverhalten zeigt. Denn Strahlungswinkel des von dem Leuchtmittel emittierten Lichtkegels oberhalb von 45° können bei derartigen Filtern zu einer Änderung des Transmissionsverhaltens insbesondere im Randbereich des Filters führen. Das ist erfindungsge-

maß dadurch ausgeschlossen, dass das Leuchtmittel lediglich einen Lichtkegel mit einem Strahlungswinkel von maximal 45° erzeugt.

Für die Beobachtung des Arbeitsfeldes wird im Regelfall ein Mikroskop einge- setzt. Dabei kann ein Bediener grundsätzlich mit einem Stereomikroskop das Arbeitsfeld direkt durch zugehörige Okulare betrachten bzw. besteht die Möglichkeit, dass eine Bildwiedergabe auf einem Monitor erfolgt. In jedem Fall findet die Beleuchtung des Arbeitsfeldes durch einen oder zwei Beobachtungsstrahlengänge hindurch statt. Dazu mag das Licht der Lichtquelle in den frag- liehen Beobachtungsstrahlengang über einen halbdurchlässigen Spiegel und besonders durch ein Prisma eingekoppelt werden. - Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Beleuchtung eines Arbeitsplatzes, wie sie im Anspruch 8 näher erläutert wird. Im Ergebnis werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beleuchtung eines Arbeitsfeldes bei einer medizinischen Behandlung unter Einsatz lichthärtender Werkstoffe beschrieben, mit deren Hilfe eine problemlose Bearbeitung des lichthärtenden Werkstoffes unter Berücksichtigung einer natürlichen und insbesondere kontrastierenden Beleuchtung gelingt. Die Bearbeitung des lichthärtenden Werkstoffes meint dabei im Rahmen der Erfindung nicht nur seine Formgebung, sondern beispielsweise auch das Aufbringen eines solchen lichthärtenden Werkstoffes auf ein Substrat bzw. einen Zahn, Gewebe etc.. Dabei stehen nicht nur dentale oder zahnmedizinische Anwendungen im Fokus, sondern kann das beschriebene Verfahren generell bei je der medizinischen Behandlung zum Einsatz kommen, bei welcher solche lichthärtenden Werkstoffe Verwendung finden.

So ist es beispielsweise denkbar, dass nach dem beschriebenen Verfahren in der Chirurgie und hier insbesondere Prothetik gearbeitet wird, wenn es darum geht, beispielsweise Prothesen zusätzlich zu fixieren. Denn bei dem lichthärtenden Werkstoff kann es sich grundsätzlich auch um einen lichthärtenden Klebstoff handeln. Insofern sind auch Anwendungen bei der Augen- oder Hautbehandlung denkbar und werden selbstverständlich umfasst.

In jedem Fall stellt die Erfindung sicher, dass während der Bearbeitung, dem Auftrag und/oder der Modellierung des lichthärtenden Werkstoffes eine unbeab- sichtigte Polymerisierung nicht oder praktisch nicht (mehr) stattfinden kann. Denn die Beleuchtung des Arbeitsfeldes ist so ausgelegt, dass das eingesetzte weiße oder annähernd weiße sichtbare Licht der Lichtquelle die Aktivierungswellenlängen für die Fotoinitiatoren der lichthärtenden Werkstoffe ausspart. Erst wenn die Behandlung oder Operation im Bereich des Arbeitsfeldes abge- schlössen ist, wird der fragliche lichthärtende Werkstoff gezielt aktiviert bzw. ausgehärtet. Dazu kann typischerweise eine UV-Lichtquelle in den Bereich des Arbeitsfeldes gebracht werden um dann für die Aushärtung des lichthärtenden Werkstoffes zu sorgen. Das geschieht regelmäßig in wenigen Sekunden bis zu Minuten, wohingegen die vorgeschaltete medizinische Behandlung deutlich mehr Zeit - bis zu Stunden - in Anspruch nehmen kann. Insofern kommt es auf eine besonders natürliche und kontrastreiche Beleuchtung des Arbeitsfeldes an, die erfindungsgemäß erreicht wurde.

Das kantengenaue Aussparen der jeweiligen Aktivierungswellenlängen geht erfindungsgemäß mit einer verbesserten Farbwiedergabe einher, die sich in dem erreichten Farbwiedergabeindex von wenigstens 40 der Lichtquelle manifestiert. Auf diese Weise wird eine farbgetreue Beleuchtung des Arbeitsfeldes beobachtet, die mit einer im Vergleich zum Stand der Technik

gesteigerten Kontrastwiedergabe einhergeht. Dadurch lassen sich operative Effekte viel besser als bisher steuern und können Eingriffe mit einer gesteigerten Präzision vorgenannten werden. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Beleuchtung eines

Arbeitsfeldes schematisch und

Fig. 2 verschiedene Absorptionskurven von beispielhaften Fotoinitiatoren zusammen mit Transmissionskurven erfindungs- gemäß eingesetzter Interferenzfilter.

Die Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Beleuchtung eines Arbeitsfeldes 1 im Zuge einer medizinischen Behandlung unter Einsatz lichthärtender Werkstoffe 2. Bei dem Arbeitsfeld 1 handelt es sich nicht einschränkend um ein menschliches Gebiss, welches einer zahnmedizinischen Behandlung unterzogen wird. Zu diesem Zweck wird der lichthärtende Werkstoff 2 bzw. ein lichthärtendes Kom- posit auf einen Zahn 3 in Gestalt einer Krone aufgebracht. Wie bereits zuvor erläutert, ist die Erfindung auf derartige Anwendungsgebiete selbstverständlich nicht eingeschränkt.

Bei dem lichthärtenden Werkstoff bzw. Komposit 2 mag es sich um einen solchen handeln, wie er in der einleitend bereits in Bezug genommenen DE 698 06 900 T2 im Detail beschrieben worden ist, also eine polymerisierbare

Zementzusammensetzung. Diese polymerisierbare Zementzusammensetzung weist nicht explizit dargestellte Fotoinitiatoren in ihrem Innern auf, die nach Absorption von Aktivierungswellenlängen angeregt werden und den Polymerisier- vorgang des lichthärtenden Werkstoffes 2 starten. Als Folge der beschriebenen Bestrahlung des lichthärtenden Werkstoffes 2 mit den betreffenden Aktivierungswellenlängen härtet der fragliche lichthärtende Werkstoff 2 aus. Die Aktivierungswellenlängen liegen typischerweise im sichtbaren blauen Spektralbereich bis hin zum UV-Bereich, wie die Fig. 2 verdeutlicht. Tatsächlich erkennt man in der Fig. 2 beispielhaft Absorptionsspektren einzelner Fotoinitiatoren. Dabei gehört das durchgezogene Absorptionsspektrum zu dem bereits in der Beschreibungseinleitung in Bezug genommenen Fotoinitiator "Campherchinon", wohingegen die gestrichelte Darstellung das Absorptionsspektrum eines alternativen Fotoinitiators mit dem Markennamen "Lucirin" wiedergibt. Die jeweiligen Absorptionskurven sind über die Wellenlänge in X- Richtung in der Fig. 2 aufgetragen.

Darüber hinaus erkennt man in der Fig. 2 noch ein strichpunktiert dargestelltes Emissionsspektrum eines Leuchtmittels 4, das auch in der Fig. 1 zu erkennen ist. Bei dem Leuchtmittel 4 handelt es sich im Beispielfall um ein solches auf Halogenbasis. Schließlich sind in der Fig. 2 noch zwei Transmissionskurven eines Filters bzw. Interferenzfilters 5 wiedergegeben, welcher das von dem Leuchtmittel 4 ausgesandte weiße oder angenähert weiße Licht entsprechend filtert. Die jeweiligen Transmissionskurven sind einerseits punktiert und anderer- seits durch eine Strichdoppelpunktabfolge gekennzeichnet.

Die in der Fig. 1 prinzipiell gezeigte Vorrichtung zur Beleuchtung des Arbeitsplatzes 1 ist mit dem bereits angesprochenen Leuchtmittel 4 ausgerüstet,

welches überwiegend im sichtbaren Spektralbereich emittiert. Außerdem ist das Leuchtmittel 4 auf das Arbeitsfeld 1 gerichtet. Zu diesem Zweck wird das von der Lichtquelle 4 emittierte und von dem nachgeschalteten Filter 5 im Beispielfall gefilterte Licht in einen Beobachtungsstrahlengang 6 eingekoppelt. Tat- sächlich sind an dieser Stelle zwei Beobachtungsstrahlengänge 6 vorgesehen, weil das in der Fig. 1 gezeigte Mikroskop als Stereomikroskop ausgebildet ist. Ein Bediener 10 schaut in das Stereomikroskop wie angedeutet durch zwei Okulare 8 bzw. entlang der beiden Beobachtungsstrahlengänge 6. In diese Beobachtungsstrahlengänge 6 wird das mit Hilfe des jeweiligen Filters 5 gefilterte Licht der Lichtquelle 4, 5 eingekoppelt, so dass das Arbeitsfeld 1 wunschgemäß eine Beleuchtung erfährt. Wie bereits erläutert, arbeitet die Lichtquelle 4, 5 überwiegend im Sichtbaren und ist auf das Arbeitsfeld 1 wie angedeutet gerichtet. Dazu mag ein Objektiv 7 vorgesehen sein und sind ein- gangsseitig jeweils die bereits angesprochenen Okulare 8 vorgesehen.

Von besonderer Bedeutung für die Erfindung ist nun der Umstand, dass die insgesamt aus dem Leuchtmittel 4 und dem Filter 5 zusammengesetzte Lichtquelle 4, 5 ein weißes oder annähernd weißes sichtbares Spektrum emittiert, und zwar unter selektiver Aussparung von Aktivierungswellenlängen, mit deren Hilfe im lichthärtenden Werkstoff 2 befindliche Fotoinitiatoren aktiviert werden. Das seitens der Lichtquelle 4, 5 emittierte und von dem Filter 5 jeweils durchgelassene Spektrum ist in der Fig. 2 punktiert respektive strichdoppel- punktmarkiert dargestellt. Man erkennt, dass beispielsweise das strichdoppel- punktmarkierte Transmissionsspektrum des Filters 5, welches das Emissions- spektrum der Lichtquelle 4, 5 vorgibt, sowohl die Aktivierungswellenlängen im Bereich von 340 nm bis ca. 430 nm für "Lucirin" herausfiltert (gestrichelt dargestellt in der Fig. 2) als auch diejenigen Aktivierungswellenlängen für

"Campherchinon" (durchgezogen in der Fig. 2 dargestellt), die im Bereich zwischen ca. 400 nm und ca. 500 nm liegen.

Das heißt, im Falle des strichdoppelpunktmarkierten Transmissionsspektrums des Filters 5 setzt die Emission der Lichtquelle 4, 5 de facto erst oberhalb von ca. 500 nm ein. Dagegen filtert das alternative und punktiert dargestellte Transmissionsspektrum des Filters 5 lediglich "Campherchinon" heraus. In diesem Fall werden Wellenlängen im Bereich von "Lucirin" durchgelassen. Ein solches Transmissionsspektrum des Filters 5 (punktiert dargestellt) könnte also dann zum Einsatz kommen, wenn es darum geht, Fotoinitiatoren vom Typ "Campherchinon" nicht zu aktivieren. Dagegen erlaubt die betreffende Auslegung des Filters 5 eine Aktivierung des Fotoinitiators "Lucirin" bei Bedarf. Auf diese Weise kann der lichthärtende Werkstoff 2 beispielsweise sektionsweise gehärtet werden, nämlich in den Bereichen, in denen mit Fotoinitiatoren auf Basis von "Lucirin" im Beispielfall gearbeitet wird, wohingegen die anderen mit dem Fotoinitiator "Campherchinon" ausgerüsteten Bereiche des Werkstoffes 2 keine Lichthärtung erfahren.

Es wird also deutlich, dass im Rahmen der Erfindung die Beleuchtung des Arbeitsfeldes 1 grundsätzlich auch so vorgenommen werden kann, dass gezielt eine Aktivierungswellenlänge des Fotoinitiators für den Werkstoff 2 ausgespart wird, wohingegen eine andere Aktivierungswellenlänge für einen anderen Fotoinitiator des Werkstoffes 2 durchgelassen bzw. erzeugt wird. Dadurch kann der Werkstoff 2 gezielt in ausgehärtete und nicht ausgehärtete Bereiche unterteilt werden. Auch eine unterschiedliche Schichtenabfolge ausgehärtet/nicht ausgehärtet ist denkbar.

Trotz dieser Aussparung der zuvor angegebenen Aktivierungswellenlängen erzeugt die Lichtquelle 4, 5 im Bereich des Arbeitsfeldes 1 ein weißes oder annähernd weißes sichtbares Spektrum mit hervorragender Farbwiedergabe. Denn an dieser Stelle wird ein Farbwiedergabeindex von wenigstens 40 bis 50 beobachtet. Auf diese Weise kann der zugehörige Interferenzfilter 5 praktisch universell eingesetzt werden, und zwar bei Bedarf sogar dauerhaft, muss also beispielsweise nicht ausgewechselt werden.

Um dies im Detail zu erreichen, verfügt die Vorrichtung über einen oder mehrere Filter 5, bei denen es sich im Ausführungsbeispiel um Interferenzfilter und insbesondere dichroitische Filter 5 handelt. Mit Hilfe dieses einen oder der mehreren Interferenzfilter 5 werden die fraglichen Aktivierungswellenlängen für die Fotoinitiatoren wie beschrieben aus dem seitens des Leuchtmittels 4 emittierten weißen Licht herausgefiltert.

Man erkennt anhand der Fig. 2, dass der betreffende Filter 5 die zuvor im Detail beschriebenen Aktivierungswellenlängen jeweils kantengenau ausspart. Dabei beobachtet man jeweils Kanten in der Kennlinie des Filters 5. Für diese Kanten gilt, dass sie erfindungsgemäß mit einer Steilheit von wenigstens 50 % Änderung der Transmission pro 20 nm ausgelegt sind. D. h., die in der Fig. 2 dargestellte Transmission des Filters 5 bzw. das Transmissionsspektrum ändert sich an den zu erkennenden Kanten in der Weise, dass die Transmission in diesem Bereich unter Berücksichtigung einer Änderung der Wellenlänge von 20 nm wenigstens eine Änderung von 50 % erfährt. Das kann bei einer abfallenden Flanke im Sinne einer Verringerung der Transmission umgesetzt werden, wie dies im linken Teil der Fig. 2 dargestellt ist. Dagegen korrespondieren die beiden ansteigenden Flanken im rechten Teil der Fig. 2

dazu, dass sich die Transmission auf einer Skala von 20 nm um wenigstens 50 % erhöht.

Alternativ zu der beispielhaft in Fig. 1 wiedergegebenen Vorgehensweise ist es auch möglich, dass die Lichtquelle 4, 5 mit einem oder mehreren speziell ausgelegten Leuchtmitteln 4 arbeitet, welche additiv das weiße oder annähernd weiße Spektrum unter Aussparung der Aktivierungswellenlängen erzeugen. In diesem Fall können eine oder mehrere LEDs zum Einsatz kommen, wie dies zuvor bereits beschrieben wurde.

In jedem Fall wird das Licht von dem Leuchtmittel 4 unter Erzeugung eines Lichtkegels 9 mit einem lediglich angedeuteten Strahlungswinkel α von maximal 45° emittiert. Auf diese Weise kann der eine bzw. können die mehreren Interferenzfilter 5 verfälschungsfrei arbeiten und wird ausgangsseitig der Lichtquelle 4, 5 das in der Fig. 2 jeweils dargestellte und beschriebene Spektrum beobachtet.

Claims

Patentansprüche:

1 . Verfahren zur Beleuchtung eines Arbeitsfeldes (1 ) bei einer medizinischen Behandlung unter Einsatz lichthärtender Werkstoffe (2), wonach eine überwiegend im Sichtbaren arbeitende Lichtquelle (4, 5) auf das Arbeitsfeld (1 ) gerichtet wird, und wonach die Lichtquelle (4, 5) ein weißes oder annähernd weißes sichtbares Spektrum unter selektiver Aussparung von Aktivierungswellenlängen erzeugt, mit deren Hilfe im Werkstoff (2) befindliche Fotoinitiatoren aktiviert werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Lichtquelle (4, 5) die jeweiligen Aktivierungswellenlängen kantengenau mit einer Steilheit von wenigstens 50 % Änderung der Transmission eines Filters respektive der Emissionsstärke eines oder mehrerer Leuchtmittel pro 20 nm ausspart.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (4, 5) mit Hilfe eines oder mehrerer Interferenzfilter (5) die Aktivierungs- weilenlängen aus weißem Licht eines Leuchtmittels (4) herausfiltert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (4, 5) mit einem oder mehreren Leuchtmitteln (4) arbeitet, welche additiv das weiße oder annähernd weiße Spektrum unter Aussparung der Aktivierungswellenlängen erzeugen.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmittel (4), Licht unter Erzeugung eines Lichtkegels (9) mit einem Strahlungswinkel (a) von maximal ca. 45° emittiert.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bediener (10) das Arbeitsfeld (1 ) durch ein Mikroskop, insbesondere Stereo-

mikroskop, betrachtet und die Beleuchtung durch einen oder zwei Beobachtungsstrahlengänge (6) hindurch erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als lichthärtender Werkstoff (2) ein lichtpolymerisierbarer Kunststoff zum Einsatz kommt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der medizinischen Behandlung um eine zahnmedizinische Behand- lung handelt.

8. Vorrichtung zur Beleuchtung eines Arbeitsfeldes (1 ) bei einer medizinischen Behandlung unter Einsatz lichthärtender Werkstoffe (2), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einer überwiegend im Sichtbaren emittierenden Lichtquelle (4, 5), welche auf das Arbeitsfeld (1 ) gerichtet ist, wobei die Lichtquelle (4, 5) ein weißes oder annähernd weißes sichtbares Spektrum unter selektiver Aussparung von Aktivierungswellenlängen erzeugt, mit deren Hilfe im Werkstoff befindliche Fotoinitiatoren aktivierbar sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h - n e t , dass die Lichtquelle (4, 5) eine oder mehrere Leuchtmittel (4) aufweist, welche additiv das weiße oder annähernd weiße Spektrum unter Aussparung der Aktivierungswellenlängen erzeugen und/oder ein im Strahlengang dem Leuchtmittel (4) nachgeschalteter Interferenzfilter (5) angeordnet ist, welcher die Aktivierungswellenlängen aus dem weißen Licht des Leuchtmittels (4) herausfiltert, und dass die jeweiligen Aktivierungswellenlängen kantengenau mit einer Steilheit von wenigstens 50 % Änderung der Transmission des Interferenzfilters (5) respektive der Emissionsstärke des einen oder der mehreren Leuchtmittel (4) pro 20 nm ausgespart werden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (4, 5) eine oder mehrere Leuchtmittel (4) aufweist, welche additiv das weiße oder annähernd weiße Spektrum unter Aussparung der Aktivierungswellen- längen erzeugen und/oder ein im Strahlengang dem Leuchtmittel (4) nachgeschalteter Interferenzfilter (5) angeordnet ist, welcher die Aktivierungswellenlängen aus dem weißen Licht des Leuchtmittels (4) herausfiltert.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (4, 5) Licht mit einem Farbwiedergabeindex von wenigstens 40 erzeugt.