Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung zur Beleuchtung eines Untersuchungsfelds bei einer transkutanen Fluoreszenzbiopsie und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Beleuchtungsvorrichtung.

Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zum Nachweis metastatischer Infiltrate im Sentinel- Lymphknoten bekannt, bei welchen der Farbstoff Indocyaningrün (ICG) subkutan injiziert und mittels einer breitbandigen Anregungslichtquelle, die mindestens im Anregungswellenlängenbereich von ICG zwischen 600 Nanometer und 900 Nanometer Licht emittiert, angeregt wird. Die Fluoreszenzantwort des injizierten ICG Farbstoffs im Fluoreszenzwellenlängenbereich von etwa

750 Nanometer bis etwa 950 Nanometer mit einem Fluoreszenzmaximum bei einer Wellenlänge von 830 Nanometer wird transkutan mittels einer im nahen Infrarot (NIR) empfindlichen Kamera aufgenommen oder gemessen. Die Kamera kann mit einem Kamerafilter versehen sein, der Licht außerhalb des Fluoreszenzwellenlängenbereiches weitgehend sperrt.

Aus dem Stand der Technik sind ferner Verfahren bekannt, bei denen die Fluoreszenzbiopsie in einem gegen natürliche Beleuchtung abgeschlossenen oder mindestens abgedunkelten Raum erfolgt und bei denen eine herkömmliche Operationsleuchte zur Ausleuchtung des Untersuchungsfelds verwendet wird. Bei diesen Verfahren wird, um Störungen durch den NIR - Anteil des von der Operationsleuchte emittierten Lichts zu eliminieren, der die Fluoreszenzantwort des injizierten ICG Farbstoffs überlagern würde, die Operationsleuchte während der Fluoreszenzbiopsie ausgeschaltet oder mindestens vom Untersuchungsfeld abgewendet.

Das Dokument DE 10 2016 104 439 AI beschreibt eine Bildaufnahmeanordnung, umfassend eine Lichtquellenanordnung zur Emission von Licht, das sichtbares Licht und Anregungslicht zum Anregen einer Infrarotemission in einem Beobachtungsobjekt umfasst, sowie eine Aufnahmeeinrichtung mit einem Bildsensor zur Aufnahme eines Bildes von einem mit diesem Licht bestrahlten Beobachtungsob- jekt. Die Lichtquellenanordnung ist derart einstellbar, dass sie entweder nur sichtbares Licht oder nur Anregungslicht in Richtung auf das Beobachtungsobjekt aussendet.

Das Dokument DE 10 2015 011 429 AI beschreibt ein optisches Detektionsfilter zur Detektion von Fluoreszenzlicht mehrerer verschiedener Fluoreszenzfarbstoffe. Das Detektionsfilter weist in einem Transmissionsspektrum zwischen 350nm und lOOOnm einen ersten bis dritten Sperrbereich und einen ersten bis dritten Durchlassbereich auf. Die Sperrbereiche weisen einen mittleren Transmissionsgrad von höchstens 0,01, bevorzugt höchstens 0,001 oder höchstens 0,0001 auf. Die Durchlassbereiche weisen einen mittleren Transmissionsgrad von wenigstens 0,5, bevorzugt wenigsten 0,8 oder wenigstens 0,9 auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Beleuchtungsvorrichtung anzugeben, mit der eine transkutane Fluoreszenzbiopsie leichter, effizienter und sicherer durchführbar ist als mit Operationsleuchten nach dem Stand der Technik. Insbesondere liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Beleuchtungsvorrichtung anzugeben, die während einer transkutanen Fluoreszenzbiopsie nicht ausgeschaltet oder vom Untersuchungsfeld abgewendet werden braucht.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Beleuchtungsvorrichtung anzugeben.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Verwendung einer solchen Beleuchtungsvorrichtung für eine Fluoreszenzbiopsie mit einer Anregungslichtquelle anzugeben.

Die Aufgabe wird hinsichtlich der Beleuchtungs Vorrichtung erfindungsgemäß durch eine Beleuchtungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens zum Betreiben einer Beleuchtungsvorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Hinsichtlich der Verwendung für eine Fluoreszenzbiopsie wird die Aufgabe durch eine Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter anspräche.

Eine Beleuchtungsvorrichtung zum Ausleuchten eines Untersuchungsfelds auf einem menschlichen Körper umfasst mindestens ein Leuchtmittel, das breitbandig Lichtstrahlung emittiert. Insbesondere ist das Leuchtmittel so ausgebildet, dass es Licht im Bereich sichtbarer Wellenlängen, also im Bereich von etwa 400 Nanometer bis 700 Nanometer Wellenlänge emittiert, welches als weißes Licht wahrgenommen wird.

Erfindungsgemäß ist in die Beleuchtungsvorrichtung in den Strahlengang von jedem Leuchtmittel zum Untersuchungsfeld mindestens ein ICG - Sperrfilter einsetzbar, welcher Strahlung mindestens in einem als Sperrband bezeichneten Wellenlängenbereich sperrt und mindestens in einem als Durchlassband bezeichneten Wellenlängenbereich durchlässt. Das Sperrband erstreckt sich mindestens von 750 Nanometer bis 950 Nanometer. Das Durchlassband ist so gewählt, dass eine zur Orientierung im Untersuchungsfeld ausreichend lichtstarke und farbechte Beleuchtung ermöglicht ist. Beispielsweise erstreckt sich das Durchlassband von etwa 450 Nanometer bis etwa 600 Nanometer. Bevorzugt ist das Durchlassband in einem Abstand von höchstens 50 Nanometer unterhalb des Sperrbands angeordnet.

Ein in den Strahlengang eingesetzter ICG - Sperrfilter bewirkt, dass vom

Leuchtmittel emittierte Strahlung im Fluoreszenzwellenlängenbereich von ICG nicht auf das Untersuchungsfeld trifft. Somit wird eine Überlagerung oder Überstrahlung einer Fluoreszenzantwort bei einer transkutanen Fluoreszenzbiopsie vermieden, ohne dass hierfür ein Abschalten, Abdunkeln oder Abwenden der Beleuchtungsvorrichtung erforderlich ist. Dadurch wird eine schnellere, effizientere und sicherere Durchführung solcher transkutaner Fluoreszenzbiopsien ermöglicht. Bei einer Ausführungsform der Erfindung reicht das Sperrband des ICG - Sperrfilters mindestens von 600 Nanometer bis 950 Nanometer. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass zusätzlich auch vom Leuchtmittel emittiertes Licht im Anregungswellenlängenbereich von ICG gesperrt wird. Dadurch wird verhindert, dass die Fluoreszenzantwort abhängig von der Beleuchtungsvorrichtung, beispielsweise abhängig von der Ausrichtung oder dem Einschaltzustand der Beleuchtungsvorrichtung, beeinflusst wird. Dadurch wird die Reproduzierbarkeit einer transkutanen Fluoreszenzbiopsie verbessert.

Die Beleuchtungsvorrichtung kann als Operationsleuchte ausgebildet sein, die das Untersuchungsfeld direkt bestrahlt. Die Beleuchtungsvorrichtung kann auch als Raumleuchte ausgebildet sein, die das Untersuchungsfeld direkt und/oder indirekt bestrahlt. Es ist auch möglich, dass ein Untersuchungsfeld von mehreren Beleuchtungsvorrichtungen, beispielsweise sowohl von einer Operationsleuchte als auch von mindestens einer Raumleuchte, bestrahlt wird, wobei jeweils in den Strahlengang zum Untersuchungsfeld ein ICG - Sperrfilter einsetzbar ist.

Die Transmissivität des ICG - Sperrfilters ist so gewählt, dass die Beleuchtungsstärke des auf dem Untersuchungsfeld auftreffenden, durch den ICG - Sperrfilter geleiteten Lichts der Beleuchtungs Vorrichtung geringer ist als die spezifische Lichtausstrahlung einer schwächsten noch zu messenden Fluoreszenzantwort.

Bei einer Ausführungsform ist die Transmissivität des ICG - Sperrfilters so gewählt, dass die Strahlungsdichte des auf dem Untersuchungsfeld auftreffenden, durch den ICG - Sperrfilter geleiteten Lichts der Beleuchtungsvorrichtung mindestens um den Faktor 10 geringer ist als die emittierte Strahlungsdichte einer schwächsten noch zu messenden Fluoreszenzantwort.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist der mindestens eine ICG - Sperrfilter im Durchlassband eine Transmissivität von mindestens 90 Prozent und im Sperrband eine Transmissivität von höchstens 0,001 Prozent auf. Mit dieser Ausführungsform können auch sehr schwache Fluoreszenzantworten, beispielsweise aus tiefer liegenden Haut- oder Gewebeschichten oder Gefäßen oder bei sehr geringen ICG Konzentrationen, störungsfrei gemessen werden.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Transmissivität des mindestens einen ICG - Sperrfilters im Sperrband so gewählt, dass die maximale Strahlungsdichte im Untersuchungsfeld in diesem Sperrband maximal 10 ^-5 Watt pro Quadratzentimeter, vorzugsweise maximal 10 ^-7 Watt pro Quadratzentimeter beträgt. Mit dieser Ausführungsform wird eine von der Beleuchtungsvorrichtung im Untersuchungsfeld aufgebrachte Strahlungsdichte erzielt, die mindestens um den Faktor 10 unter der Strahlungsdichte der Fluoreszenzantwort bei einer Fluores- zenzbiopsie nach dem Stand der Technik liegt. Somit kann mit dieser Ausführungsform eine störende Überlagerung der Fluoreszenzantwort durch die Beleuchtungsvorrichtung weitgehend unterdrückt werden.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist mindestens ein ICG - Sperrfilter mit einer Entwärmungsvorrichtung wärmeleitend gekoppelt. Eine Entwärmungsvor- richtung kann als passiv oder aktiv, beispielsweise mittels Luft oder mittels einer Kühlflüssigkeit gekühlter Kühlkörper ausgebildet sein. Eine wärmeleitende Kopplung kann mittels Wärmerohr, einer sogenannten Heatpipe, und/oder mittels Wärmeleitpaste in Kontakt mit einer wärmeleitenden, beispielsweise metallischen, Fassung des ICG - Sperrfilters erfolgen.

Bei dieser Ausführungsform wird vom ICG - Sperrfilter aufgenommene Wärme resultierend aus der absorbierten Lichtstrahlung besser abgeführt. Dadurch sind Beleuchtungsvorrichtungen mit höheren Beleuchtungsstärken möglich. Zudem wird die Lebensdauer solcher Beleuchtungs Vorrichtungen verlängert.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist mindestens ein ICG - Sperrfilter im Strahlengang ein- und ausschwenkbar angeordnet. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass beim Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung mit ausgeschwenktem ICG - Sperrfilter höhere Beleuchtungsstärken auf dem Untersuchungsfeld erzielbar sind. Zudem kann wegen des auf die vergleichsweise kurzen Untersuchungszeiten beschränkten Einschwenkens des ICG - Sperrfilters die Erwärmung begrenzt und somit die Konstruktion einer Entwärmungsvorrichtung vereinfacht und die Lebensdauer der Beleuchtungsvorrichtung verlängert werden.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der mindestens eine schwenkbare ICG - Sperrfilter mittels einer elektromechanischen Schwenkvorrichtung im Strahlengang ein- und ausschwenkbar. Dadurch kann das Einschwenken des ICG - Sperrfilters leicht automatisiert und mit Untersuchungsgeräten gekoppelt werden. Beispielsweise kann durch eine Fluoreszenzaufnahmevorrichtung vor dem Auslösen einer Fluoreszenzaufnahme das Einschwenken und nach Abschluss der Fluoreszenzaufnahme das Ausschwenken des ICG - Sperrfilters ausgelöst werden.

Bei einem Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung mit einem schwenkbaren ICG - Sperrfilter wird in einem ersten Schritt vor Beginn einer Fluoreszenzaufnahme mittels einer Fluoreszenzaufnahmevorrichtung der mindestens eine ICG - Sperrfilter in den Strahlengang zwischen dem mindestens einen Leuchtmittel der Beleuchtungs Vorrichtung und dem Untersuchungsfeld eingeschwenkt. In einem zweiten Schritt wird mittels der Fluoreszenzaufnahmevorrichtung mindestens eine Fluoreszenzaufnahme vom Untersuchungsfeld erstellt. In einem dritten Schritt wird der mindestens eine ICG - Sperrfilter aus dem Strahlengang ausgeschwenkt.

Mit diesem Verfahren wird erreicht, dass der ICG - Sperrfilter nur so lange eingeschwenkt ist, wie eine Störung der Fluoreszenzbiopsie durch das mindestens eine Leuchtmittel der Beleuchtungsvorrichtung möglich ist. Dadurch wird die vom ICG - Sperrfilter absorbierte Wärme vermindert und die Effizienz der Beleuchtungsvorrichtung verbessert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen

Figur 1 schematisch die Transmissionskurve für einen ICG - Sperrfilter,

Figur 2 schematisch den Strahlengang durch eine Operationsleuchte mit ICG - Sperrfilter sowie

Figur 3A und 3B schematisch einen elektromechanisch schwenkbaren

- Sperrfilter

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Figur 1 zeigt schematisch den Verlauf der Transmissivität T eines ICG - Sperrfilters 2 in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ des transmittierten Lichts. Figur 1 zeigt zudem überlagert schematisch den auf das Fluoreszenzmaximum normierten Verlauf des Fluoreszenzspektrums E _ICG von angeregtem Indocyaningrün (ICG) sowie schematisch den auf die maximale Emissionsstrahlung normierten Verlauf des Leuchtmittelemissionsspektrums E _0P einer Operationsleuchte nach dem Stand der Technik.

ICG wird über eine breitbandige, von der Operationsleuchte 1 unabhängige Lichtquelle in einem Wellenlängenbereich zwischen 600 Nanometer und 900 Nanome- ter zur Fluoreszenz angeregt. Das vom angeregten ICG emittierte, mittels einer im nahen Infrarot empfindlichen Kamera aufnehmbare Fluoreszenzspektrum E _ICG liegt in einem Bereich zwischen einer unteren Fluoreszenzwellenlänge Ä _u und einer oberen Fluoreszenzwellenlänge λ ₀ . Für in Blut gelöstes ICG beträgt die untere Fluoreszenzwellenlänge Ä _u etwa 750 Nanometer und die obere Fluoreszenz- Wellenlänge λ ₀ etwa 950 Nanometer, wobei das Maximum des Fluoreszenzspektrums E _ICG bei etwa 830 Nanometer liegt.

Aus dem Stand der Technik bekannte Operationsleuchten weisen Leuchtmittel 1.1 auf, die vorzugsweise als Halogenlampen ausgebildet sind und ein breitbandiges Leuchtmittelemissionsspektrum E _0P emittieren, das in den Bereich des messbaren Fluoreszenzspektrums E _ICG hineinreicht.

Die vom Leuchtmittel 1.1 emittierte Gesamtstrahlungsleistung übersteigt die Gesamtstrahlungsleistung des fluoreszierenden ICG üblicherweise um mehrere Größenordnungen. Operationsleuchten nach dem Stand der Technik überstrahlen beziehungsweise überdecken daher die Fluoreszenz des injizierten ICG derart, dass krankheitsbedingte Unterschiede in der Intensität und in der örtlichen Verteilung der Fluoreszenz bei eingeschalteter Operationsleuchte nicht messbar sind.

Zur Vermeidung einer solchen Überstrahlung ist erfindungsgemäß ein ICG - Sperrfilter 2 vorgesehen, dessen Transmissivität T in einem Durchlassband A _D nahe Eins oder 100 Prozent ist und in einem Sperrband A _s nahe Null ist, wobei das Durchlassband A _D unterhalb der unteren Fluoreszenzwellenlänge Ä _u angeordnet und so breit gewählt ist, dass eine ausreichende und farbechte Beleuchtung eines Untersuchungsfelds U ermöglicht ist. Das Sperrband A _s überdeckt mindestens den Fluoreszenzbereich zwischen der unteren und der oberen Fluoreszenzwellenlänge Ä _u , λ ₀ .

Der ICG - Sperrfilter 2 kann beispielsweise als Interferenzfilter ausgebildet sein und im Durchlassband A _D eine Transmissivität T von über 0,95 oder 95 Prozent aufweisen und im Sperrband A _s eine Transmissivität von höchstens 10 ^-4 oder 0,01 Prozent, entsprechend einer optischen Dichte von 4, aufweisen. Bevorzugt weist der ICG - Sperrfilter 2 im Sperrband A _s eine Transmissivität von höchstens 10 ^-5 oder 0,001 Prozent, entsprechend einer optischen Dichte von 5, auf. Die Konstruktion von Interferenzfiltern mit einer derartigen Transmissivität T umfas- send mehrere, in Lichtausbreitung nacheinander angeordnete optische Beschich- tungen ist aus dem Stand der Technik bekannt.

Figur 2 zeigt schematisch die Anordnung eines erfindungsgemäßen ICG - Sperrfilters 2 im Strahlengang zwischen einer Operationsleuchte 1 und einem Untersuchungsfeld U. Die Operationsleuchte 1 weist ein breitbandig emittierendes Leuchtmittel 1.1 auf, das beispielsweise als Halogenlampe ausgebildet sein kann. Zur Begrenzung des Abstrahlwinkels des abgegebenen Lichts ist ein Hohlspiegel oder Reflektor 1.2 vorgesehen.

Die Operationsleuchte 1 kann zusätzlich eine Entwärmungsvorrichtung, beispielsweise Kühlrippen 1.3 und/oder einen nicht näher dargestellten Lüfter aufweisen. Es ist möglich, dass der Lüfter räumlich von der Operationsleuchte 1 getrennt, vorzugsweise außerhalb eines Operationsraums, angeordnet und mit den Kühlrippen 1.3 über eine Wärmeleitvorrichtung verbunden ist. Eine Wärmeleitvorrichtung kann beispielsweise als Röhrensystem zum Transport einer Kühlflüssigkeit oder als Wärmerohr ausgebildet sein.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist der ICG - Sperrfilter 2 über ein wärmeleitendes Kontaktmittel 2.1 mit der Entwärmungsvorrichtung verbunden. Das wärmeleitende Kontaktmittel 2.1 kann als Wärmerohr 2.1 ausgebildet sein, das mittels Wärmeleitpaste mit den Kühlrippen 1.3 und mit dem ICG - Sperrfilter 2 verbunden ist.

Der ICG - Sperrfilter hält den Teil der Strahlung S _s zurück, der in den Wellenlängenbereich des Sperrbands A _s fällt, und lässt den Teil der Strahlung S _D passieren, der in den Wellenlängenbereich des Durchlassbands A _D fällt. Dadurch wird ein Überstrahlen oder Überdecken der Fluoreszenzantwort des im Untersuchungsfeld U injizierten ICG vermieden.

Figur 3A zeigt schematisch einen schwenkbaren ICG - Sperrfilter 2 in einer eingeschwenkten Position im Strahlengang zwischen einer Operationsleuchte 1 und dem nicht dargestellten Untersuchungsfeld U. Der ICG - Sperrfilter 2 ist in einem Rahmen 3 angeordnet. Ein Zahnrad 4 ist mit dem Rotor eines Elektromotors 5 gekoppelt und greift in eine Zahnstange 3.1 ein, die an einer Längsseite des Rahmens 3 angeordnet ist. Dadurch bewirkt eine Drehung des Rotors des Elektromotors 5 eine Verschiebung des Rahmens 3 entlang einer Längsrichtung L.

Im Rahmen 3 ist in Längsrichtung L neben dem ICG - Sperrfilter 2 eine Durchlassöffnung 3.2 angeordnet. In einer in Figur 3B dargestellten ausgeschwenkten Position erfolgt durch die Durchlassöffnung 3.2 die Beleuchtung des Untersuchungsfelds U im freien Durchlass. Dadurch ist es möglich, den ICG - Sperrfilter 2 nur dann in den Strahlengang einzuschwenken, wenn ICG injiziert wurde und eine Messung der Fluoreszenzantwort erfolgt.

Ein Vorteil eines schwenkbaren ICG - Sperrfilters 2 besteht darin, dass für Untersuchungen ohne Messung einer Fluoreszenzantwort eine höhere Beleuchtungsstärke im Untersuchungsfeld U verfügbar ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die vom ICG - Sperrfilter 2 absorbierte oder in das Lampengehäuse der Operationsleuchte 1 zurückre flektierte Strahlung S _s , die in Wärme umgesetzt wird, verringert ist. Dadurch verringern sich die Anforderungen an die Entwärmung der Operationsleuchte 1.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Beleuchtungsvorrichtung, Operationsleuchte

1.1 Leuchtmittel

1.2 Reflektor

1.3 Kühlrippen

2 ICG - Sperrfilter

2.1 Kontaktmittel

3 Rahmen

3.1 Zahnstange

3.2 Durchlassöffnung

4 Zahnrad

5 Elektromotor

E _ICG Fluoreszenzspektrum

E _0P Leuchtmittelemissionsspekturm

λ Wellenlänge

Ä _u untere Fluoreszenzwellenlänge

λ ₀ obere Fluoreszenzwellenlänge

A _s Sperrband

A _D Durchlassband

L Längsrichtung

S _s Strahlung (Sperrband)

S _D Strahlung (Durchlassband)

T Transmissivität

U Untersuchungsfeld