DE102021132814A1

DE102021132814A1 - Medizinische Beleuchtungseinrichtung, System für fluoreszenzbildgestützte Chirurgie und Verfahren zur Herstellung einer medizinischen Beleuchtungseinrichtung

Info

Publication number: DE102021132814A1
Application number: DE102021132814.4A
Authority: DE
Inventors: Matthias Dissel
Original assignee: Olympus Winter and Ibe GmbH
Current assignee: Olympus Winter and Ibe GmbH
Priority date: 2021-12-10
Filing date: 2021-12-13
Publication date: 2023-06-15
Also published as: CN116269752A; US20230181281A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine medizinische Beleuchtungseinrichtung 4, ein System 2 für fluoreszenzbildgestützte Chirurgie und ein Verfahren zur Herstellung einer medizinischen Beleuchtungseinrichtung 4. Die medizinische Beleuchtungseinrichtung 4 weist einen Einrichtungskörper 6 und eine Lichtführungsoptik 5 auf. Die Lichtführungsoptik 5 weist optische Fasern 10 und einen ersten den Einrichtungskörper 6 umschließenden ringförmigen Spiegel 8 auf. Ein Segment 14 jeder optischen Faser 10 verläuft durch den ersten ringförmigen Spiegel 8, während sie zu dem distalen Ende 68 geführt werden. Nach Durchlaufen des ersten ringförmigen Spiegels 8 leitet ein Lichtführungselement das Anregungslicht 20 und/oder weiße Licht (20a) zurück zu dem ersten ringförmigen Spiegel 8 um. Der erste ringförmige Spiegel reflektiert das abgegebene Anregungslicht 20 und/oder weiße Licht 20a zu dem durch das Anregungslicht 20 und/oder weiße Licht 20a auszuleuchtenden Bereich 50.

Description

Die Erfindung betrifft eine medizinische Beleuchtungseinrichtung zum Führen von Anregungslicht während einer fluoreszenzbildgestützten Operation zu einem Operationsbereich. Die Erfindung betrifft ferner ein System für fluoreszenzbildgestützte Chirurgie und ein Verfahren zur Herstellung einer medizinischen Beleuchtungseinrichtung.
Fluoreszenzbildgestützte Chirurgie ist eine Technik, die verwendet wird, um bestimmte Bereiche oder Massen während einer Operation hervorzuheben, um die Navigation zu unterstützen. Bei dieser Technik werden Fluoreszenzfarbstoffe und/oder fluoreszierende Proteine verwendet, um bestimmte Moleküle im Operationsbereich zu markieren. Wenn sie mit Anregungslicht der entsprechenden Wellenlänge bestrahlt werden, geben die so markierten Moleküle ein Fluoreszenzlicht ab. Das Fluoreszenzlicht kann entweder direkt vom Chirurgen oder von einem Kamerasystem erfasst werden, wenn die Wellenlänge des fluoreszierenden Lichts außerhalb des sichtbaren Spektrums liegt.
WO 2015/183074 A1 zeigt ein zweidimensionales Bildgebungssystem, welches eine Messeinrichtung aufweist, die für fluoreszenzbildgestützte Chirurgie verwendbar ist. Eine Anzahl von LED-Leuchten oder optischen Fasern sind in einer ringförmigen Halterung angeordnet, welche einen röhrenförmigen Einrichtungskörper umgibt. Durch eine Anzahl von Linsen projizieren die LEDs ihr Licht nach vorne zu dem Operationsbereich, wo das Licht die markierten Moleküle anregt, welche wiederum das Fluoreszenzlicht abgeben. Eine im Inneren des röhrenförmigen Einrichtungskörpers angeordnete Linseneinheit fängt das Fluoreszenzlicht ein und sendet es an ein Bildgebungssystem. Das Bildgebungssystem weist Abtasteinheiten auf, welche Daten aus dem Fluoreszenzlicht sammeln und an eine Verarbeitungseinheit senden, welche die Daten in ein Bild umwandelt.
Der Aufbau der ringförmigen Halterung mit ihren LEDs oder optischen Fasern, die in einzelnen Öffnungen angeordnet sind, ist jedoch komplex und schwierig herzustellen. Außerdem ist es nicht möglich, die Einrichtung mit einem Autoklav mittels Dampf zu sterilisieren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine medizinische Beleuchtungseinrichtung zum Führen von Anregungslichts, ein System für fluoreszenzbildgestützte Chirurgie und ein Verfahren zur Herstellung einer medizinischen Beleuchtungseinrichtung bereitzustellen, die einfach herzustellen sind und eine Dampfsterilisation der Einrichtung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine medizinische Beleuchtungseinrichtung zum Führen von Anregungslicht und/oder weißem Licht während fluoreszenzbildgestützter Chirurgie zu einem Operationsbereich, wobei die medizinische Beleuchtungseinrichtung einen Einrichtungskörper und eine Lichtführungsoptik aufweist,
wobei sich der Einrichtungskörper longitudinal in der Richtung einer Mittelachse von einem proximalen Ende zu einem distalen Ende des Einrichtungskörpers zu einem durch das Anregungslicht und/oder weiße Licht auszuleuchtenden Bereich erstreckt,
wobei die Lichtführungsoptik optische Fasern und einen ersten ringförmigen Spiegel aufweist, welcher den Einrichtungskörper in einer Umfangsrichtung des Einrichtungskörpers umschließt,
wobei sich die optischen Fasern jeweils von einem ersten Faserende, das zur Aufnahme des Anregungslichts ausgestaltet ist, zu einem zweiten Faserende erstrecken, das zur Abgabe des Anregungslichts und/oder des weißen Lichts ausgestaltet ist;
wobei ein Segment jeder optischen Faser durch den ersten ringförmigen Spiegel verläuft, während es in einer Vorwärtsrichtung zu dem distalen Ende geführt wird, wobei die Enden der Segmente die zweiten Faserenden sind,
wobei nach Durchlaufen des ersten ringförmigen Spiegels mindestens ein Lichtführungselement das Anregungslicht und/oder weiße Licht von der Vorwärtsrichtung in eine geänderte Richtung zurück zu dem ersten ringförmigen Spiegel umleitet,
wobei eine reflektierende Fläche des ersten ringförmigen Spiegels in einem Pfad des abgegebenen Anregungslichts und/oder weißen Lichts angeordnet ist, wobei der erste ringförmige Spiegel ausgestaltet und angeordnet ist, das abgegebene Anregungslicht und/oder weiße Licht aus der geänderten Richtung zu dem von dem Anregungslicht und/oder weißen Licht auszuleuchtenden Bereich zu reflektieren.
Durch Umleiten des Anregungslichts von der Vorwärtsrichtung in eine geänderte Richtung und dann Reflektieren des Anregungslichts zu dem auszuleuchtenden Bereich ist es nicht notwendig, eine komplexe ringförmige Halterung an dem distalen Ende der medizinischen Beleuchtungseinrichtung vorzusehen, um die zweiten Faserenden aufzunehmen. Stattdessen wird das Anregungslicht durch das Lichtführungselement umgeleitet und anschließend durch den ersten ringförmigen Spiegel in den Bereich reflektiert. Dieser Aufbau ist einfacher herzustellen als die ringförmige Halterung und kann mit Dampf sterilisiert werden, da es keine Halterung mit einzelnen notwendigen Öffnungen gibt, durch welche die optischen Fasern geführt werden.
Zusätzlich oder anstelle des Führens von Anregungslicht kann die medizinische Beleuchtungseinrichtung auch eingesetzt werden, um weißes Licht zu führen, um den Bereich während der Operation auszuleuchten. Insbesondere werden das Anregungslicht und das weiße Licht zusammen durch die gleichen optischen Fasern geführt, was bedeutet, dass eine Mischung aus Anregungslicht und weißem Licht in den optischen Fasern geführt wird. Im Rahmen dieser Spezifikation wird „weißes Licht“ als sichtbares Licht betrachtet, d.h. für das menschliche Auge sichtbares Licht, das ein Spektrum aufweist, das mit einer weißen Lichtquelle vergleichbar ist, wie zum Beispiel eine Glühlampe, eine Entladungslampe, eine weiße LED oder sogar Sonnenlicht.
Das distale Ende des Einrichtungskörpers ist der dem auszuleuchtenden Bereich am nächsten liegende Teil des Einrichtungskörpers. Gemäß einer Ausführungsform verläuft die Vorwärtsrichtung parallel zu der Mittelachse der medizinischen Beleuchtungseinrichtung. Bei dieser Ausführungsform sind die Vorwärtsrichtungen aller optischen Fasern identische Axialrichtungen. Gemäß einer anderen Ausführungsform sind die Vorwärtsrichtungen einer oder mehrerer optischer Fasern voneinander verschieden. Bei beiden Ausführungsformen verlaufen die Vorwärtsrichtungen jedoch zu einem distalen Ende des Einrichtungskörpers. Die Mittelachse ist beispielsweise eine Richtung, in welche die medizinische Beleuchtungseinrichtung das Anregungslicht zu dem auszuleuchtenden Bereich abgibt. Insbesondere befindet sich der auszuleuchtende Bereich vor dem Einrichtungskörper an einer entlang der Mittelachse gelegenen Stelle.
Das Anregungslicht gemäß der vorliegenden Erfindung kann jede für fluoreszenzbildgestützte Chirurgie geeignete elektromagnetische Strahlung sein und ist nicht auf Licht mit einer Wellenlänge im sichtbaren Spektrum beschränkt. Das Anregungslicht und/oder weiße Licht wird insbesondere durch eine Lichtquelle erzeugt. Insbesondere wird das Anregungslicht und/oder weiße Licht durch die optischen Fasern geführt, welche zumindest zum Teil entlang der Vorwärtsrichtung laufen. Das Umleiten des Anregungslichts und/oder weißen Lichts von der Vorwärtsrichtung in die geänderte Richtung kann erfolgen, während das Anregungslicht und/oder weiße Licht noch innerhalb der optischen Fasern geführt wird oder nachdem das Anregungslicht und/oder weiße Licht von den zweiten Faserenden abgegeben worden ist. Insbesondere leitet das Lichtführungselement das Anregungslicht und/oder weiße Licht von dem Einrichtungskörper in Richtung nach außen um. Nachdem das Anregungslicht und/oder weiße Licht umgeleitet ist, wird das Anregungslicht und/oder weiße Licht von der reflektierenden Fläche des ersten ringförmigen Spiegels zu dem durch das Anregungslicht und/oder weiße Licht auszuleuchtenden Bereich reflektiert. Während fluoreszenzbildgestützter Chirurgie ist der von dem Anregungslicht und/oder weißen Licht auszuleuchtende Bereich der Operationsbereich.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Pfade des Anregungslichts innerhalb der Segmente der verschiedenen optischen Fasern parallel zueinander, wobei sie alle entlang der gleichen Vorwärtsrichtung, insbesondere entlang einer zylindrischen Fläche, laufen. Gemäß einer anderen Ausführungsform sind die Pfade des Anregungslichts innerhalb der Segmente der verschiedenen optischen Fasern nicht parallel zueinander, sondern insbesondere symmetrisch zu der Mittelachse. Mit anderen Worten sind bei dieser Ausführungsform die Vorwärtsrichtungen der optischen Fasern nicht identisch.
Insbesondere wird für jede optische Faser das Anregungslicht und/oder weiße Licht durch das mindestens eine Lichtführungselement von der Vorwärtsrichtung in eine unterschiedliche geänderte Richtung umgeleitet. Insbesondere schließen die unterschiedlichen geänderten Richtungen alle den gleichen Winkel mit der jeweiligen Vorwärtsrichtung ein. Beispielsweise bilden die Pfade des Anregungslichts und/oder weißen Lichts in den unterschiedlichen geänderten Richtungen einen Teil einer Kegelfläche.
Insbesondere sind die Segmente mehrerer optischer Fasern ringartig angeordnet, wobei insbesondere die Segmente den Einrichtungskörper in Umfangsrichtung umgeben. Insbesondere nähern sich die optischen Fasern dem Einrichtungskörper nur von einer Seite, ohne ihn vollständig zu umgeben. Nur an einer axialen Position, an welcher die Segmente beginnen, beginnen die optischen Fasern, den Einrichtungskörper vollständig zu umschließen. Insbesondere laufen die optischen Fasern entlang einer Fläche des Einrichtungskörpers, insbesondere einer Außenfläche des Einrichtungskörpers.
Vorzugsweise liegt ein Winkel zwischen der Vorwärtsrichtung und der geänderten Richtung zwischen 90° und 175°, insbesondere 120° und 170°, insbesondere 140° und 160°.
Der Winkel kann beispielsweise 150° oder jeder andere Winkel sein, der geeignet ist, das Anregungslicht zurück zu der reflektierenden Fläche des ersten ringförmigen Spiegels umzuleiten, so dass das Anregungslicht den auszuleuchtenden Bereich erreichen kann. Der Winkel wird zwischen der Richtung, in welcher sich das Anregungslicht und/oder weiße Licht entlang der Vorwärtsrichtung ausbreitet, und der geänderten Richtung gemessen, in welcher sich das Anregungslicht und/oder weiße Licht, nachdem es umgeleitet worden ist, ausbreitet.
Gemäß einer Ausführungsform ist mindestens eines der Lichtführungselemente ein Endsegment mindestens einer der optischen Fasern, wobei das Endsegment von der Vorwärtsrichtung in die geänderte Richtung gebogen ist, so dass das zweite Faserende positioniert ist, um das Anregungslicht und/oder weiße Licht in der geänderten Richtung zu der reflektierenden Fläche des ersten ringförmigen Spiegels abzugeben.
Gemäß dieser Ausführungsform wird das Anregungslicht und/oder weiße Licht umgeleitet, während es noch innerhalb der optischen Fasern geführt wird. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine leicht herstellbare medizinische Beleuchtungseinrichtung und bereitet keine Probleme bei der Sterilisation. Insbesondere befindet sich das Endsegment der mindestens einen optischen Faser an dem distalen Ende des Einrichtungskörpers. Insbesondere ist das Endsegment von dem Einrichtungskörper nach außen gebogen. Insbesondere sind Endabschnitte mehrerer optischer Fasern ringartig nach außen gebogen. Die Biegung der Endsegmente ist insbesondere symmetrisch zu der Mittelachse des Einrichtungskörpers. Insbesondere ist das Endsegment so gebogen, dass ein minimaler Biegeradius der optischen Faser eingehalten wird. Auf diese Weise bleiben die optischen Fasern bei der Herstellung der medizinischen Beleuchtungseinrichtung unbeschädigt.
Vorzugsweise weist das distale Ende des Einrichtungskörpers eine Hülse auf, wobei die Hülse eine Krümmung aufweist, wobei das Endsegment der mindestens einen optischen Faser durch die Krümmung gebogen wird.
Die Hülse mit ihrer Krümmung bietet eine einfache und zuverlässige Art, die Endsegmente der optischen Fasern unter Einhaltung des minimalen Biegeradius zu biegen. Insbesondere ist die Hülse am Einrichtungskörper befestigt, insbesondere verschraubt oder geklebt, oder ist ein Teil des Einrichtungskörpers. Die Hülse erstreckt sich insbesondere entlang einer Umfangsrichtung des Einrichtungskörpers. Insbesondere erstreckt sich die Krümmung selbst in einer Ebene, welche durch die Vorwärtsrichtung und eine radiale Richtung des Einrichtungskörpers aufgespannt wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist mindestens eines der Lichtführungselemente ein zweiter ringförmiger Spiegel, wobei mindestens eines der zweiten Faserenden angeordnet ist, um das Anregungslicht und/oder weiße Licht in der Vorwärtsrichtung zu dem zweiten ringförmigen Spiegel abzugeben, wobei der zweite ringförmige Spiegel ausgestaltet und angeordnet ist, das Anregungslicht und/oder weiße Licht in der geänderten Richtung zu der reflektierenden Fläche des ersten ringförmigen Spiegels zu reflektieren.
Gemäß dieser Ausführungsform wird das Anregungslicht und/oder weiße Licht umgeleitet, nachdem es von den zweiten Faserenden abgegeben wurde. Der zweite ringförmige Spiegel bietet eine andere leicht herstellbare Lösung, um das Anregungslicht und/oder weiße Licht zu dem ersten ringförmigen Spiegel umzuleiten. Der zweite ringförmige Spiegel ist insbesondere an dem distalen Ende des Einrichtungskörpers angeordnet.
Vorzugsweise weist der Einrichtungskörper einen inneren Einrichtungskörper und einen äußeren Einrichtungskörper auf, wobei der äußere Einrichtungskörper den inneren Einrichtungskörper in der Umfangsrichtung umgibt, wobei der erste ringförmige Spiegel den äußeren Einrichtungskörper in der Umfangsrichtung umgibt, wobei insbesondere die Segmente durch den ersten ringförmigen Spiegel verlaufen, indem sie durch einen Spalt zwischen einer Innenfläche des äußeren Einrichtungskörpers und einer Außenfläche des inneren Einrichtungskörpers verlaufen.
Durch Aufteilung des Einrichtungskörpers in den inneren Einrichtungskörper und den äußeren Einrichtungskörper wird die Montage der medizinischen Beleuchtungseinrichtung vereinfacht. Insbesondere weist der innere Einrichtungskörper die Form eines Hohlzylinders auf. Die optischen Fasern werden insbesondere zwischen dem ersten ringförmigen Spiegel und/oder dem äußeren Einrichtungskörper auf der einen Seite und dem inneren Einrichtungskörper auf der anderen Seite geführt. Insbesondere ist die Hülse an dem Einrichtungskörper befestigt oder ist ein Teil des Einrichtungskörpers. Der innere Einrichtungskörper ist insbesondere ein Objektivtubus, welcher eine Linseneinheit aufweist. Insbesondere ist die Linseneinheit ausgelegt, Fluoreszenzlicht einzufangen.
Vorzugsweise ist der äußere Einrichtungskörper an dem inneren Einrichtungskörper und/oder den optischen Fasern befestigt, insbesondere verschraubt und/oder geklebt, um die optischen Fasern an Ort und Stelle zu halten.
Dieser Aufbau ist besonders vorteilhaft, wenn die Endsegmente gebogen sind, um das Anregungslicht und/oder weiße Licht umzuleiten. Insbesondere sind die Segmente der optischen Fasern auf einer Außenfläche des inneren Einrichtungskörpers platziert und sind die Endsegmente in der Krümmung angeordnet. Danach wird der äußere Einrichtungskörper auf den optischen Fasern und/oder dem inneren Einrichtungskörper befestigt, so dass die Segmente der optischen Fasern zwischen dem inneren Einrichtungskörper und dem äußeren Einrichtungskörper an Ort und Stelle gehalten werden und die Endsegmente in der Krümmung gehalten werden.
Vorzugsweise ist der erste ringförmige Spiegel ein Hohlspiegel, wobei insbesondere der zweite ringförmige Spiegel ein Konvexspiegel ist.
Ein Hohlspiegel bietet eine einfache Lösung, um das umgeleitete Anregungslicht und/oder weiße Licht zu reflektieren und es in den auszuleuchtenden Bereich zu fokussieren. Insbesondere leitet das mindestens eine Lichtführungselement das Anregungslicht und/oder weiße Licht von dem Einrichtungskörper und der Mittelachse des Einrichtungskörpers nach außen, wobei der Hohlspiegel das von den optischen Fasern abgegebene Anregungslicht und/oder weiße Licht zu einem kleinen Bereich refokussiert. Durch Gestalten des zweiten ringförmigen Spiegels als Konvexspiegel kann die Umleitung des abgegebenen Anregungslichts und/oder weißen Lichts von dem Einrichtungskörper weg geleitet werden.
Vorzugsweise ist der erste ringförmige Spiegel als ein Parabol- oder sphärischer Reflektor mit einer kreisförmigen Ausnehmung in seiner Mitte ausgebildet, wobei der Einrichtungskörper in der kreisförmigen Ausnehmung angeordnet ist.
Mit anderen Worten ist der Mittelteil des Spiegels ausgeschnitten, was dem Spiegel seine ringförmige Form verleiht. Die kreisförmige Ausnehmung ermöglicht es dem Einrichtungskörper, innerhalb des ersten ringförmigen Spiegels angeordnet zu werden. Der erste ringförmige Spiegel kann ein von dem Einrichtungskörper separates Bauteil sein oder der erste ringförmige Spiegel kann zusammen mit dem Einrichtungskörper ein einstückiges Bauteil sein. Um durch den ersten ringförmigen Spiegel zu verlaufen, können die Segmente durch die kreisförmige Ausnehmung oder durch einen separaten Spalt in dem ersten ringförmigen Spiegel verlaufen. Der zweite ringförmige Spiegel ist insbesondere als ein Parabol- oder sphärischer Reflektor mit einer kreisförmigen Ausnehmung in seiner Mitte ausgebildet.
Vorzugsweise ist der erste ringförmige Spiegel parallel zu der Mittelachse des Einrichtungskörpers in Bezug auf das Lichtführungselement und insbesondere in Bezug auf den inneren Einrichtungskörper beweglich.
Durch Bewegen des ersten ringförmigen Spiegels parallel zu der Mittelachse kann ein Fokus der medizinischen Beleuchtungseinrichtung verändert werden. In Abhängigkeit von dem Abstand des Operationsbereichs zu der medizinischen Bildgebungseinrichtung kann eine axiale Position des ersten ringförmigen Spiegels justiert werden, um eine geeignete Ausleuchtung des Operationsbereichs mit dem Anregungslicht und/oder weißen Licht zu gewährleisten.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Einrichtungskörper eine rohrförmige Form mit einer Öffnung auf, wobei sich die Öffnung insbesondere entlang der Mittelachse erstreckt, wobei insbesondere die Segmente der optischen Fasern außerhalb eines Oberflächenbereichs des Einrichtungskörpers verlaufen.
Die Öffnung ist insbesondere ausgestaltet, eine Linseneinheit aufzunehmen, um das Fluoreszenzlicht einzufangen. Insbesondere weist die medizinische Beleuchtungseinheit die innerhalb des Einrichtungskörpers angeordnete Linseneinheit auf.
Die Aufgabe wird ferner durch ein System für fluoreszenzbildgestützte Chirurgie gelöst, aufweisend eine medizinische Beleuchtungseinrichtung gemäß einer der vorstehend diskutierten Ausführungsformen, eine Lichtquelle, um Anregungslicht und/oder weißes Licht für die medizinische Beleuchtungseinrichtung bereitzustellen, eine Linseneinheit, um Fluoreszenzlicht aus dem Operationsbereich einzufangen, und ein Bildgebungssystem, das angeordnet ist, um das Fluoreszenzlicht von der Linseneinheit zu empfangen.
Für das System für fluoreszenzbildgestützte Chirurgie gelten die gleichen oder ähnliche Vorteile, wie sie vorstehend in Bezug auf die medizinische Beleuchtungseinrichtung angeführt wurden.
Das System für fluoreszenzbildgestützte Chirurgie setzt die medizinische Beleuchtungseinrichtung ein, um einen chirurgischen Bereich mit dem Anregungslicht auszuleuchten. Das resultierende Fluoreszenzlicht wird von der Linseneinheit eingefangen, welche das Fluoreszenzlicht an das Bildgebungssystem sendet. Das Bildgebungssystem weist insbesondere Mittel auf, um das Fluoreszenzlicht in Daten umzuwandeln, wobei die Daten verwendet werden, um die markierte Region in einem medizinischen Bild hervorzuheben. Beispielsweise weist die Bildgebungseinheit eine Kameraeinheit und/oder ein CCD auf, um das Fluoreszenzlicht umzuwandeln. Insbesondere ist die Linseneinheit gestaltet und angeordnet, das Fluoreszenzlicht von dem Operationsbereich zu dem Bildgebungssystem zu führen.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zur Herstellung einer medizinischen Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorstehend angeführten Ausführungsformen gelöst, wobei die Segmente der optischen Fasern an unterschiedlichen Umfangspositionen des Einrichtungskörpers angeordnet sind, wobei sich jedes Segment entlang der Vorwärtsrichtung erstreckt.
Für das Verfahren zur Herstellung einer medizinischen Beleuchtungseinrichtung gelten die gleichen oder ähnliche Vorteile, wie sie vorstehend in Bezug auf die medizinische Beleuchtungseinrichtung oder das System für fluoreszenzbildgestützte Chirurgie angeführt wurden.
Insbesondere durch Anordnen der Segmente an unterschiedlichen Umfangspositionen umgeben die Segmente die Oberfläche des Einrichtungskörpers.
Vorzugsweise sind die optischen Fasern miteinander verklebt und/oder geglättet und/oder poliert, nachdem sie an unterschiedlichen Umfangspositionen angeordnet sind.
Durch Behandeln der optischen Fasern auf diese Weise, wird eine saubere Oberfläche erreicht, die eine einfache Montage der medizinischen Beleuchtungseinrichtung ermöglicht. Insbesondere sind die optischen Fasern miteinander verklebt, um ein Band aus optischen Fasern zu bilden. Das Band aus optischen Fasern umgibt insbesondere eine Oberfläche des Einrichtungskörpers.
Vorzugsweise sind die Segmente der optischen Fasern auf der Außenfläche des inneren Einrichtungskörpers platziert, wobei die Segmente in dieser Position durch Platzieren und Befestigen des äußeren Einrichtungskörpers auf dem inneren Einrichtungskörper befestigt werden, wodurch die Segmente in dem Spalt zwischen dem inneren Einrichtungskörper und dem äußeren Einrichtungskörper eingeschlossen werden.
Durch Einschließen der Segmente in dem Spalt zwischen dem inneren Einrichtungskörper und dem äußeren Einrichtungskörper werden die Segmente sicher an Ort und Stelle gehalten.
Weitere Ausprägungen der Erfindung werden aus der Beschreibung der Ausführungsformen gemäß der Erfindung zusammen mit den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Ausführungsformen gemäß der Erfindung können einzelne Ausprägungen oder eine Kombination mehrerer Ausprägungen verwirklichen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von beispielhaften Ausführungsformen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens beschrieben, wobei bezüglich der Offenlegung aller im Text nicht näher erläuterten Einzelheiten gemäß der Erfindung ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Die Zeichnungen zeigen in:

1 eine schematische vereinfachte Darstellung eines Systems für fluoreszenzbildgestützte Chirurgie,
2 eine schematische perspektivische Darstellung einer medizinischen Beleuchtungseinrichtung mit einem ringförmigen Spiegel,
3 eine schematische vereinfachte Querschnittdarstellung einer ersten Ausführungsform einer medizinischen Beleuchtungseinrichtung und
4 eine schematisch vereinfachte Querschnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer medizinischen Beleuchtungseinrichtung.

In den Zeichnungen sind gleiche oder gleichartige Elemente oder jeweils entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer entsprechenden erneuten Vorstellung abgesehen wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Systems 2 für fluoreszenzbildgestützte Chirurgie. Das System 2 weist eine Lichtquelle 21 auf, welche Anregungslicht 20 abgibt. Das Anregungslicht 20 kann eine beliebige Wellenlänge aufweisen, die für fluoreszenzbildgestützte Chirurgie geeignet ist, und ist nicht auf das sichtbare Spektrum beschränkt. Eine medizinische Beleuchtungseinrichtung 4 führt das Anregungslicht 20 und fokussiert es auf einen auszuleuchtenden Bereich 50, beispielsweise einen Operationsbereich. In 1 ist die medizinische Beleuchtungsvorrichtung 4 in zwei separaten Teilen gezeigt, die andeutet, dass sie eine ringähnliche oder eine rohrförmige Form aufweist, die eine Linseneinheit 24 umgibt. Die medizinische Beleuchtungsvorrichtung 4 kann jedoch jede andere Form aufweisen, die geeignet ist, den Bereich 50 auszuleuchten. Der Bereich 50 enthält mit Fluoreszenzmarkern markiertes Material. Wenn dieses Material mit Anregungslicht 20 angeregt wird, gibt es Fluoreszenzlicht 22 ab. Dieses Fluoreszenzlicht 22 wird von der Linseneinheit 24 eingefangen, welche es zu einem Bildgebungssystem 26 führt. Das Bildgebungssystem 26 weist beispielsweise eine Kameraeinheit auf, welche das Fluoreszenzlicht in Daten umwandelt, welche verwendet werden, um das markierte Material in einem Bild des Bereichs 50 hervorzuheben. Auf diese Weise kann ein Chirurg das markierte Material in dem Bild leicht identifizieren, was eine vereinfachte Navigation während der Operation ermöglicht. Anstelle oder zusätzlich zu einer Lichtquelle 21 zum Abgeben von Anregungslicht 20 kann das System eine Lichtquelle 21 a aufweisen, welche ausgelegt ist, weißes Licht 20a abzugeben. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Lichtquelle 21 ausgelegt sein, sowohl das Anregungslicht 20 als auch das weiße Licht 20a abzugeben.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer medizinischen Beleuchtungseinrichtung 4. Die medizinische Beleuchtungseinrichtung 4 weist einen rohrförmigen Einrichtungskörper 6 und eine Lichtführungsoptik 5 auf. Die Lichtführungsoptik 5 weist optische Fasern 10 und einen ersten ringförmigen Spiegel 8 auf. In der in 2 gezeigten Ausführungsform sind die optischen Fasern 10 miteinander verklebt, poliert und geglättet, um ein Band optischer Fasern 10 zu bilden. Beginnend von einem ersten Faserende 11, welches gestaltet ist, das Anregungslicht 20 aufzunehmen, nähert sich das Band optischer Fasern 10 dem Einrichtungskörper 6 von einer einzigen Seite. Beginnend etwa an einem proximalen Ende 66 des Einrichtungskörpers 6 beginnen die optischen Fasern 10 einen Oberflächenbereich des Einrichtungskörpers 6 vollständig zu umhüllen.
Der Einrichtungskörper 6 weist bei dieser Ausführungsform einen inneren Einrichtungskörper 6a und einen äußeren Einrichtungskörper 6b auf. Der innere Einrichtungskörper 6a ist in einer kreisförmigen Ausnehmung 48 des ersten ringförmigen Spiegels 8 angeordnet, wohingegen der äußere Einrichtungskörper 6b zusammen mit dem ersten ringförmigen Spiegel 8 einstückig ausgebildet ist. Ein Radius der kreisförmigen Ausnehmung 48 in einer radialen Richtung 90 ist groß genug, um den inneren Einrichtungskörper 6a und das eine Oberfläche 60 des Einrichtungskörpers 6 umgebende Band optischer Fasern 10 aufzunehmen. Das Band optischer Fasern 10 wird durch die kreisförmige Ausnehmung 48 des ersten ringförmigen Spiegels 8 entlang einer Vorwärtsrichtung 80 auf der Oberfläche 60 des Einrichtungskörpers 6 geführt. Bei dieser Ausführungsform sind die Vorwärtsrichtungen 80 aller optischen Fasern 10 identisch, wobei die Vorwärtsrichtung 80 parallel zu einer Mittelachse 85 des Einrichtungskörpers 6 ist.
Ein zweites Faserende 12 der optischen Fasern 10 taucht zwischen dem inneren Einrichtungskörper 6a und dem äußeren Einrichtungskörper 6b an einem distalen Ende 68 des Einrichtungskörpers 6 wieder auf. Von dort gibt das zweite Faserende 12 das Anregungslicht 20 zu dem ersten ringförmigen Spiegel 8 ab, welcher den inneren Einrichtungskörper 6a in einer Umfangsrichtung 70 umgibt. Der erste ringförmige Spiegel 8 reflektiert das Anregungslicht 20 zu dem Bereich 50.
Die in 2 gezeigte Struktur der medizinischen Beleuchtungsvorrichtung 4 kann unter Berücksichtigung der in 3 gezeigten Querschnittsansicht leichter verstanden werden. 3 zeigt, dass der Durchmesser des inneren Vorrichtungskörpers 6a an dem proximalen Ende 66 im Vergleich zu dem distalen Ende 68 kleiner ist. Ein Segment 14 der optischen Fasern 10 wird durch einen Spalt 40 zwischen einer Außenfläche 62 des inneren Einrichtungskörpers 6a und einer Innenfläche 64 des äußeren Einrichtungskörpers 6b geführt, welcher bei dieser Ausführungsform einstückig mit dem ersten ringförmigen Spiegel 8 ausgebildet ist.
An dem distalen Ende 68 weist der innere Einrichtungskörper 6a eine Hülse 44 mit einer Krümmung 46 auf. Ein Endsegment 16 der optischen Fasern 10 wird durch die Krümmung 46 um einen Winkel 42 gebogen. Die gebogenen Endsegmente 16 bilden ein Lichtführungselement. Aufgrund der Biegung gibt das zweite Faserende 12 das Anregungslicht 20 in eine geänderte Richtung 30 zu einer reflektierenden Fläche 8a des ersten Ringspiegels 8 ab. Indem der äußere Einrichtungskörper 6b an dem inneren Einrichtungskörper 6a und/oder den optischen Fasern 10 befestigt wird, werden die optischen Fasern 10 an Ort und Stelle gehalten. Der erste ringförmige Spiegel 8 reflektiert das Anregungslicht 20 zu dem Bereich 50. Ein Brennpunkt des Anregungslichts 20 liegt an einem Punkt entlang der Mittelachse 85.
Die rohrförmige Form des Einrichtungskörpers 6 sorgt für eine Öffnung 25 an der Innenseite. In dieser Öffnung 25 kann die Linseneinheit 24 platziert werden, um das Fluoreszenzlicht 22 einzufangen. Auf diese Weise wird eine kompakte medizinische Beleuchtungseinrichtung 4 umgesetzt, die einfach herzustellen ist und mit Dampf sterilisiert werden kann.
Eine weitere Ausführungsform der medizinischen Beleuchtungseinrichtung 4 ist in einer Querschnittsansicht in 4 gezeigt. Bei dieser zweiten Ausführungsform weist die medizinische Beleuchtungseinrichtung 4 einen zweiten ringförmigen Spiegel 9 als Lichtführungselement auf, um das Anregungslicht 20 von der Vorwärtsrichtung 80 in die geänderte Richtung 30 umzuleiten. Der erste ringförmige Spiegel 8 ist an einer Position nahe dem proximalen Ende 66 an dem Einrichtungskörper 6 befestigt und der zweite ringförmige Spiegel 9 ist an einer Position nahe dem distalen Ende 68 an dem Einrichtungskörper 6 befestigt.
Zusätzlich weist der Einrichtungskörper 6 nur ein einziges Teil in Form eines rohrförmigen Körpers auf. Anstatt durch einen Spalt 40 zwischen dem inneren Einrichtungskörper 6a und dem äußeren Einrichtungskörper 6b geführt zu werden, verlaufen die optischen Fasern durch einen Spalt 40 in dem ersten ringförmigen Spiegel 8. Die zweiten Faserenden 12 der optischen Fasern 10 sind an einem Ende des Spalts 40 positioniert, so dass das Anregungslicht 20 in der Vorwärtsrichtung 80 abgegeben wird, bevor es von dem zweiten ringförmigen Spiegel 9 umgeleitet und von dem ersten Ringspiegel 8 reflektiert wird. Bei dieser Ausführungsform sind die Segmente 14 unter einem leichten Winkel zu der Mittelachse 85 angeordnet. Somit sind die Vorwärtsrichtungen der optischen Fasern 10 nicht identisch. Dennoch wird das Anregungslicht 20 durch den ersten ringförmigen Spiegel 8 auf einen einzigen Brennpunkt fokussiert.
Stattdessen oder zusätzlich zum Führen des Anregungslicht 20 kann die medizinische Beleuchtungseinrichtung 4 auch eingesetzt oder verwendet werden, um weißes Licht 20a zu führen, um den chirurgisch Bereich 50 während einer Operation auszuleuchten. Gemäß einer Ausführungsform führen die optischen Fasern 10 sowohl das Anregungslicht 20 als auch das weiße Licht 20a. Mit anderen Worten wird in den optischen Fasern ein Gemisch aus Anregungslicht 20 und weißem Licht 20a geführt. Das weiße Licht 20a ist sichtbares Licht, d.h. für das menschliche Auge sichtbares Licht, und weist ein mit einer weißen Lichtquelle vergleichbares Spektrum auf. Diese Lichtquelle kann beispielsweise eine Glühbirne, eine Entladungslampe, eine weiße LED oder dergleichen sein.
Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Ausführungsformen gemäß der Erfindung können durch einzelne Ausprägungen oder eine Kombination mehrerer Ausprägungen verwirklicht sein. Merkmale, welche mit der Formulierung „insbesondere“ oder „besonders“ kombiniert sind, sind als bevorzugte Ausführungsformen zu behandeln.
Bezugszeichenliste

2: System für fluoreszenzbildgestützte Chirurgie
4: medizinische Beleuchtungseinrichtung
5: Lichtführungsoptik
6: Einrichtungskörper
6a: innerer Einrichtungskörper
6b: äußerer Einrichtungskörper
8: erster ringförmiger Spiegel
8a: reflektierende Fläche
9: zweiter ringförmiger Spiegel
10: optische Faser
11: erstes Faserende
12: zweites Faserende
14: Segment
16: Endsegment
20: Anregungslicht
20a: weißes Licht
21, 21 a: Lichtquelle
22: Fluoreszenzlicht
24: Linseneinheit
25: Öffnung
26: Bildgebungssystem
30: geänderte Richtung
40: Spalt
42: Winkel
44: Hülse
46: Krümmung
48: kreisförmige Ausnehmung
50: Bereich
60: Oberfläche
62: Außenfläche
64: Innenfläche
66: proximales Ende
68: distales Ende
70: Umfangsrichtung
80: Vorwärtsrichtung
85: Mittelachse
90: radiale Richtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2015/183074 A1 [0003]

Claims

Medizinische Beleuchtungseinrichtung (4) zum Führen von Anregungslicht (20) und/oder weißem Licht (20a) während fluoreszenzbildgestützter Chirurgie zu einem Operationsbereich (5), wobei die medizinische Beleuchtungseinrichtung (4) einen Einrichtungskörper (6) und eine Lichtführungsoptik (5) aufweist, wobei sich der Einrichtungskörper (6) longitudinal in der Richtung einer Mittelachse (85) von einem proximalen Ende (66) zu einem distalen Ende (68) des Einrichtungskörpers (6) zu einem durch das Anregungslicht (20) und/oder weiße Licht (20a) auszuleuchtenden Bereich (6) erstreckt, wobei die Lichtführungsoptik optische Fasern (10) und einen ersten ringförmigen Spiegel (8) aufweist, welcher den Einrichtungskörper (6) in einer Umfangsrichtung (70) des Einrichtungskörpers (6) umschließt, wobei sich die optischen Fasern (10) jeweils von einem ersten Faserende (11), das zur Aufnahme des Anregungslichts (20) ausgestaltet ist, zu einem zweiten Faserende (12) erstrecken, das zur Abgabe des Anregungslichts (20) und/oder weißen Lichts (20a) ausgestaltet ist; wobei ein Segment (14) jeder optischen Faser (10) durch den ersten ringförmigen Spiegel (8) verläuft, während es in einer Vorwärtsrichtung (80) zu dem distalen Ende (68) geführt wird, wobei die Enden der Segmente (14) die zweiten Faserenden (12) sind, wobei nach Durchlaufen des ersten ringförmigen Spiegels (8) mindestens ein Lichtführungselement das Anregungslicht (20) und/oder weiße Licht (20a) von der Vorwärtsrichtung (80) in eine geänderte Richtung (30) zurück zu dem ersten ringförmigen Spiegel (8) umleitet, wobei eine reflektierende Fläche (8a) des ersten ringförmigen Spiegels (8) in einem Pfad des abgegebenen Anregungslichts (20) und/oder weißen Lichts (20a) angeordnet ist, wobei der erste ringförmige Spiegel (8) ausgestaltet und angeordnet ist, das abgegebene Anregungslicht (20) und/oder weiße Licht (20a) aus der geänderten Richtung zu dem von dem Anregungslicht (20) und/oder weißen Licht (20a) auszuleuchtenden Bereich (50) zu reflektieren (20a).
Medizinische Beleuchtungseinrichtung (4) nach Anspruch 1, wobei ein Winkel zwischen der Vorwärtsrichtung (80) und der geänderten Richtung (30) zwischen 90° und 175°, insbesondere 120° und 170°, insbesondere 140° und 160° liegt.
Medizinische Beleuchtungseinrichtung (4) nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens eines der Lichtführungselemente ein Endsegment (16) mindestens einer der optischen Fasern (10) ist, wobei das Endsegment von der Vorwärtsrichtung (80) in die geänderte Richtung (30) gebogen ist, so dass das zweite Faserende (12) positioniert ist, um das Anregungslicht (20) und/oder weiße Licht (20a) in der geänderten Richtung (30) zu der reflektierenden Fläche (8a) des ersten ringförmigen Spiegels (8) abzugeben.
Medizinische Beleuchtungseinrichtung (4) nach Anspruch 3, wobei das distale Ende (68) des Einrichtungskörpers (6) eine Hülse (44) aufweist, wobei die Hülse (44) eine Krümmung (46) aufweist, wobei das Endsegment (16) der mindestens einen optischen Faser (10) durch die Krümmung (46) gebogen wird.
Medizinische Beleuchtungseinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mindestens eines der Lichtführungselemente ein zweiter ringförmiger Spiegel (9) ist, wobei mindestens eines der zweiten Faserenden (12) angeordnet ist, um das Anregungslicht (20) und/oder weiße Licht (20a) in der Vorwärtsrichtung (80) zu dem zweiten ringförmigen Spiegel (9) abzugeben, wobei der zweite ringförmige Spiegel (9) ausgestaltet und angeordnet ist, das Anregungslicht (20) und/oder weiße Licht (20a) in der geänderten Richtung (30) zu der reflektierenden Fläche (8a) des ersten ringförmigen Spiegels (8) zu reflektieren.
Medizinische Beleuchtungseinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Einrichtungskörper (6) einen inneren Einrichtungskörper (6a) und einen äußeren Einrichtungskörper (6b) aufweist, wobei der äußere Einrichtungskörper (6b) den inneren Einrichtungskörper (6a) in der Umfangsrichtung (70) umgibt, wobei der erste ringförmige Spiegel (8) den äußeren Einrichtungskörper (6b) in der Umfangsrichtung umgibt, wobei insbesondere die Segmente (14) durch den ersten ringförmigen Spiegel (8) verlaufen, indem sie durch einen Spalt (40) zwischen einer Innenfläche (64) des äußeren Einrichtungskörpers (6b) und einer Außenfläche (62) des inneren Einrichtungskörpers (6a) verlaufen.
Medizinische Beleuchtungseinrichtung (4) nach Anspruch 6, wobei der äußere Einrichtungskörper (6b) an dem inneren Einrichtungskörper (6a) und/oder den optischen Fasern (10) befestigt, insbesondere verschraubt und/oder geklebt, ist, um die optischen Fasern (10) an Ort und Stelle zu halten.
Medizinische Beleuchtungsvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der erste ringförmige Spiegel (8) ein Hohlspiegel ist, wobei insbesondere der zweite ringförmige Spiegel (9) ein Konvexspiegel ist.
Medizinische Beleuchtungseinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der erste ringförmige Spiegel (8) als ein Parabol- oder sphärischer Reflektor mit einer kreisförmigen Ausnehmung (48) in seiner Mitte ausgebildet ist, wobei der Einrichtungskörper (6) in der kreisförmigen Ausnehmung (48) angeordnet ist.
Medizinische Beleuchtungseinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der erste ringförmige Spiegel (8) parallel zu der Mittelachse des Einrichtungskörpers (6) in Bezug auf das Lichtführungselement und insbesondere in Bezug auf den inneren Einrichtungskörper (6a) beweglich ist.
Medizinische Beleuchtungseinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Einrichtungskörper (6) eine rohrförmige Form mit einer Öffnung (25) aufweist, wobei sich die Öffnung (25) insbesondere entlang der Mittelachse (25) erstreckt, wobei insbesondere die Segmente (14) der optischen Fasern (10) außerhalb eines Oberflächenbereichs des Einrichtungskörpers (6) verlaufen.
System für fluoreszenzbildgestützte Chirurgie, aufweisend eine medizinische Beleuchtungseinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, eine Lichtquelle (21, 21 a), um Anregungslicht (20) und/oder weißes Licht (20a) für die medizinische Beleuchtungseinrichtung (4) bereitzustellen, eine Linseneinheit (24), um Fluoreszenzlicht (22) aus dem Operationsbereich einzufangen, und ein Bildgebungssystem (26), das angeordnet ist, um das Fluoreszenzlicht (22) von der Linseneinheit (24) zu empfangen.
Verfahren zur Herstellung einer medizinischen Beleuchtungseinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Segmente (14) der optischen Fasern (10) an unterschiedlichen Umfangspositionen des Einrichtungskörpers (6) angeordnet sind, wobei sich jedes Segment entlang der Vorwärtsrichtung (80) erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die optischen Fasern (10) miteinander verklebt und/oder geglättet und/oder poliert sind, nachdem sie an unterschiedlichen Umfangspositionen angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Segmente (14) der optischen Fasern (10) auf der Außenfläche des inneren Einrichtungskörpers (6a) platziert sind, wobei die Segmente (14) in dieser Position durch Platzieren und Befestigen des äußeren Einrichtungskörpers (6b) auf dem inneren Einrichtungskörper (6a) befestigt werden, wodurch die Segmente (14) in dem Spalt (40) zwischen dem inneren Einrichtungskörper (6a) und dem äußeren Einrichtungskörper (6b) eingeschlossen werden.