專利名稱：手術(shù)燈及其術(shù)野光斑調(diào)節(jié)裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種手術(shù)燈及其術(shù)野光斑調(diào)節(jié)裝置與方法，特別是一種可以根據(jù)手術(shù)切口進(jìn)行光斑調(diào)節(jié)的手術(shù)燈及其術(shù)野光斑調(diào)節(jié)裝置與方法。
背景技術(shù)：
手術(shù)燈(也稱無影燈)是手術(shù)室中必不可少的照明元件。目前一般手術(shù)燈由一個(gè)或者多個(gè)燈頭組成，每個(gè)燈頭包含多個(gè)發(fā)光元件和聚光元件，并通常在術(shù)野區(qū)域形成一個(gè)固定的圓形光斑來照亮手術(shù)切口。而通常情況下，多數(shù)類型的手術(shù)中，其手術(shù)切口為長條型或者橢圓形，并且在手術(shù)切口周圍，特別是切口兩側(cè)，需要放置如拉鉤、止血鉗等手術(shù)器械， 如果固定光斑過小，則需要多個(gè)手術(shù)燈才能覆蓋術(shù)野，而固定光斑過大時(shí)，容易照射到手術(shù)器械上，由于手術(shù)器械多采用不銹鋼加工而成，當(dāng)手術(shù)燈光照射到器械上時(shí)會產(chǎn)生反光，這些反光可能直射到醫(yī)生眼睛造成眩光，干擾醫(yī)生正常進(jìn)行手術(shù)。因此，現(xiàn)有的手術(shù)燈所形成光斑固定，在實(shí)際使用中不方便根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中手術(shù)燈光斑固定不可調(diào)的技術(shù)問題，有必要提供一種用于手術(shù)燈的光斑調(diào)節(jié)裝置。另外，也有必要提供一種手術(shù)燈光斑調(diào)節(jié)方法。同時(shí)，也有必要提供一種光斑可調(diào)的手術(shù)燈。為此，本發(fā)明所提供的對應(yīng)技術(shù)方案包括一種手術(shù)燈光斑調(diào)節(jié)裝置，其包括一驅(qū)動單元、一光斑調(diào)節(jié)信號輸入單元及一光斑調(diào)節(jié)控制單元，該光斑調(diào)節(jié)信號輸入單元接收操作者輸入的光斑調(diào)節(jié)信號，所述光斑調(diào)節(jié)控制單元將所述光斑調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)各照明單元的亮度控制信號，所述驅(qū)動單元輸出與亮度控制信號對應(yīng)的驅(qū)動信號驅(qū)動照明單元。一種手術(shù)燈光斑調(diào)節(jié)方法，包括提供一包含多個(gè)固定照明單元的手術(shù)燈；提供一光斑調(diào)節(jié)信號輸入單元，其接收光斑調(diào)節(jié)信號，并將其轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的亮度調(diào)節(jié)信號；提供一光斑調(diào)節(jié)控制單元，其根據(jù)所述的亮度調(diào)節(jié)信號對所述照明單元的亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)。一種手術(shù)燈，其包括一燈頭、多個(gè)照明單元和一術(shù)野光斑調(diào)節(jié)裝置，該多個(gè)照明單元固定于該燈頭，該術(shù)野光斑調(diào)節(jié)裝置包括一光斑調(diào)節(jié)控制單元、一光斑調(diào)節(jié)信號輸入單元及一驅(qū)動單元，該光斑調(diào)節(jié)信號輸入單元接收操作者輸入的光斑調(diào)節(jié)信號，該光斑調(diào)節(jié)控制單元將該光斑調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)各照明單元的亮度控制信號，該驅(qū)動單元輸出與亮度控制信號對應(yīng)的驅(qū)動信號驅(qū)動照明單元。本發(fā)明所提供的手術(shù)燈及其光斑調(diào)節(jié)裝置與方法，在照明單元保持固定不動的情況下，通過調(diào)節(jié)手術(shù)燈中照明單元的亮度而實(shí)現(xiàn)對照明單元光斑的調(diào)節(jié)，使得光斑的調(diào)節(jié)更為方便，并有利于手術(shù)燈的整體造型。


圖IA是本發(fā)明一實(shí)施方式手術(shù)燈在進(jìn)行光斑調(diào)節(jié)前的光路示意圖；圖IB是圖IA所示手術(shù)燈光路對應(yīng)的光線能量分布圖；圖2A是圖IA所示手術(shù)燈在進(jìn)行光斑調(diào)小后的光路示意圖；圖2B是圖2A所示手術(shù)燈光路對應(yīng)的光線能量分布圖；圖3A是圖2A所示手術(shù)燈在光斑進(jìn)一步調(diào)小后的光路示意圖；圖3B是圖3A所示手術(shù)燈光路對應(yīng)的光線能量分布圖；圖4是本發(fā)明手術(shù)燈一種實(shí)施方式的燈頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖5A是圖4所示手術(shù)燈在進(jìn)行光斑調(diào)節(jié)前沿圖4所示水平對稱軸202的光路示意圖；圖5B是圖5A對應(yīng)的光線能量分布圖；圖5C是圖4所示手術(shù)燈在進(jìn)行光斑調(diào)節(jié)前沿圖4所示垂直對稱軸203的光路示意圖；圖5D是圖5C對應(yīng)的光線能量分布圖；圖5E是綜合圖5B及圖5D得到的手術(shù)燈在術(shù)野區(qū)域形成的默認(rèn)術(shù)野光斑(圓形光斑)能量分布示意圖；圖6A是圖4所示手術(shù)燈在進(jìn)行光斑調(diào)節(jié)后沿圖4所示水平對稱軸202的光路示意圖；圖6B是圖6A對應(yīng)的光線能量分布圖；圖6C是圖4所示手術(shù)燈在進(jìn)行光斑調(diào)節(jié)后沿圖4所示垂直對稱軸203的光路示意圖；圖6D是圖6C對應(yīng)的光線能量分布圖；圖6E是綜合圖6B及圖6D得到的手術(shù)燈在術(shù)野區(qū)域形成的調(diào)節(jié)后術(shù)野光斑(橢圓光斑)能量分布示意圖；圖7是本發(fā)明手術(shù)燈術(shù)野光斑調(diào)節(jié)裝置一種實(shí)施方式的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。請參看圖IA及圖1B，圖IA是本發(fā)明手術(shù)燈光斑調(diào)節(jié)方法一實(shí)施方式中的手術(shù)燈在進(jìn)行光斑調(diào)節(jié)前的光路示意圖，圖IB是圖IA對應(yīng)的光線能量分布圖。本實(shí)施方式中手術(shù)燈由發(fā)光二極管(Light Emitting Diode，LED)手術(shù)燈燈頭組成，當(dāng)然也可以替換為其他適合于手術(shù)室使用的光源。如圖所示，燈頭1由多個(gè)照明單元2、3、4、5、6、7、8和透明玻璃面板16組成，每一照明單元由LED及對應(yīng)的聚光元件組成。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以明白在本文中光路圖是簡化的光路圖，其中僅以燈頭某一軸線(比如燈頭的中心軸或者對稱軸)上分布的照明單元為示意，實(shí)際使用中燈頭中照明單元是陣列分布，并非只排列于一條線上。在初始狀態(tài)下，這些照明單元2、3、4、5、6、7、8分別發(fā)射出不同的光束9、10、11、 12、13、14、15，這些光束具有不同出射方向，照明單元的出射光中心線與玻璃面板16或者燈頭正對的投影平面，也即術(shù)野區(qū)域所在平面以一定角度傾斜相交，其中位于正中的照明單元5可以與投影平面垂直相交。光束經(jīng)過透明玻璃面板16后照射至手術(shù)術(shù)野區(qū)域17 (圖中17僅作為術(shù)野區(qū)域的一個(gè)示意，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解該區(qū)域是對應(yīng)燈頭所形成的一個(gè)類似平面區(qū)域的范圍)。其中，光束9、13的中心光線照射于術(shù)野區(qū)域17上的位置18， 也就是光束9、13的中心光線相交于位置18。光束10、12、14的中心光線照射于術(shù)野區(qū)域 17上的位置19，光束11、15的中心光線照射于術(shù)野區(qū)域17上的位置20，這時(shí)所有光束大部分能量形成具有一定照明深度的光柱21 (圖IB虛線框所示)，在術(shù)野區(qū)域17內(nèi)大部分能量集中在區(qū)域22內(nèi)。其中，以距離燈頭1米處的光斑中心為中點(diǎn)，并以該處的最大中心照度為基準(zhǔn)，分別沿?zé)纛^中心軸線遠(yuǎn)離以及靠近燈頭兩個(gè)相反方向上測量得到其照度為最大中心照度的20%的兩個(gè)點(diǎn)之間的距離，即為照明深度。同時(shí)，對應(yīng)的從光能量上考慮，如圖IB 所示，光束9、13會在術(shù)野區(qū)域17形成能量分布23，光束10、12、14會在術(shù)野區(qū)域17形成能量分布24，光束11、15會在術(shù)野區(qū)域17形成能量分布25，最終能量分布23、24、25在術(shù)野區(qū)域17疊加形成能量分布26，能量分布26即最終呈現(xiàn)給人眼的術(shù)野光斑能量分布。因?yàn)槿搜壑庇^判斷光斑大小的依據(jù)為光斑的能量分布，感官上呈現(xiàn)的光斑大小約為中心峰值能量50%的分布區(qū)域，即圖中27的大小為人眼所感覺到的術(shù)野光斑區(qū)域。請參看圖2A和圖2B，當(dāng)需要改變光斑的大小時(shí)，本實(shí)施方式中以減小術(shù)野光斑為例，通過減少照射在術(shù)野光斑外圍的照明單元的相對亮度，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)小術(shù)野光斑。同時(shí)， 也增加照射在術(shù)野光斑中心的照明單元的相對亮度，使得光斑調(diào)節(jié)過程中術(shù)野光斑中心最高照度保持不變。本實(shí)施方式中，燈頭可以是圓形，或者內(nèi)部照明單元排列成圓形。如圖2A所示，從最外圍開始，相對減小照射在術(shù)野區(qū)域17外圍位置18、20處的照明單元2、6、4、8的亮度，并同時(shí)增加照射在術(shù)野區(qū)域17中心位置19處的照明單元3、5、7 的亮度，使照明單元2、6、4、8在術(shù)野區(qū)域17形成減少后的能量分布28、29，使照明單元3、
5、7在術(shù)野區(qū)域17形成增加后的能量分布30，這時(shí)所有光束大部分能量形成具有一定照明深度的光柱31 (圖2B虛線框所示)，在術(shù)野區(qū)域17內(nèi)大部分能量集中在區(qū)域32內(nèi)，最終能量分布28、29、30在術(shù)野區(qū)域17疊加形成能量分布33，人眼感官上判斷光斑區(qū)域?yàn)?4.通過對比可以看出，光斑區(qū)域34要比圖IB中光斑區(qū)域27小。由前述可知，適當(dāng)調(diào)節(jié)燈頭內(nèi)照明單元的相對亮度，即可以達(dá)到調(diào)節(jié)光斑大小的目的。在本文中，所稱的相對亮度均是針對基準(zhǔn)亮度而言，其中基準(zhǔn)亮度可以是照明單元在正常電壓電流等默認(rèn)條件下所產(chǎn)生的亮度。另外所述的外圍是相對中心而言，指術(shù)野光斑形狀的外圈部分，可以根據(jù)光斑調(diào)節(jié)需要設(shè)定外圍的范圍大小。術(shù)野光斑中心指術(shù)野光斑形狀的幾何中心，一般情況下位于燈頭的中軸線上，當(dāng)然也可以根據(jù)照明單元數(shù)量以及所需調(diào)節(jié)光斑的大小對中心進(jìn)行擴(kuò)展，比如對于圖IA中照明單元2與8外側(cè)還有更多照明單元，術(shù)野光斑對應(yīng)更大的條件下，如果想要將此情況下的默認(rèn)光斑大小調(diào)節(jié)到圖IA所示的光斑大小，圖IA中位置18、20 也可以與位置19 一同視為光斑中心，對應(yīng)的，照明單元2、4、6、8與照明單元3、5、7也一并視為照射在術(shù)野光斑中心的照明單元。參看圖3A和圖3B，當(dāng)需要進(jìn)一步減小術(shù)野區(qū)域光斑大小時(shí)，可以繼續(xù)減小照射在術(shù)野區(qū)域17上位置18、20出的照明單元2、6、4、8的亮度，極端情形是直至關(guān)閉照明單元2、
6、4、8，使它們在術(shù)野區(qū)域17形成的能量分布為零，同時(shí)繼續(xù)增加照射在術(shù)野區(qū)域17位置 19處的照明單元3、5、7的亮度，使它們在術(shù)野區(qū)域17形成的能量分布增加為35，這時(shí)所有光束大部分能量形成具有一定照明深度的光柱36 (圖3B虛線框所示)，在術(shù)野區(qū)域17內(nèi)大部分能量集中在區(qū)域37內(nèi)，在術(shù)野區(qū)域17內(nèi)形成一個(gè)人眼所感知的光斑區(qū)域38.通過對比可以看出，視覺上光斑區(qū)域38要比圖2B中光斑區(qū)域34小。同時(shí)，通過對比圖1A、圖 2A和圖3A可以看出，在調(diào)節(jié)光斑大小的過程中，照射到光斑中心的光束方向沒有改變，也就是聚焦中心位置不變，從而燈頭1所形成的光柱36、31、21在深度方向(即圖中垂直術(shù)野區(qū)域的方向)并沒有改變，也就是本發(fā)明通過該方法調(diào)整術(shù)野光斑大小時(shí)并不改變手術(shù)燈照明深度。相應(yīng)的，在需要將光斑調(diào)回較大光斑的時(shí)候，對照明單元的亮度進(jìn)行相應(yīng)還原即可。另外，上述實(shí)施方式中，除去位于燈頭幾何中心的照明單元之外，其他照明單元的出射光中心線均與術(shù)野區(qū)域傾斜相交，通過角度的設(shè)定，可以使得位于中軸線(也就是與中心照明單元5出射光中心線重合的軸線)一側(cè)(比如左側(cè))的部分照明單元，比如照明單元4的光束中心投射到另一側(cè)(右側(cè))的術(shù)野區(qū)域(位置20)，而在燈頭幾何位置上相對4處于更外圍(或者說更遠(yuǎn)離中心)的照明單元3的光束中心則投射到了術(shù)野中心，基于此類光線交叉的設(shè)置，使得一側(cè)的部分照明單元可以投射到相對另一側(cè)的術(shù)野區(qū)域，當(dāng)醫(yī)生將一側(cè)的部分照明單元擋住的時(shí)候，由于另一側(cè)的照明單元仍然可以照射到被擋的一側(cè)，因此可以降低術(shù)野區(qū)域出現(xiàn)嚴(yán)重陰影的情況。在上述實(shí)施方式中，燈頭中心即燈頭的幾何中心，可以與術(shù)野光斑中心重合，也可以不重合。本文中以兩個(gè)中心重合為例，并且中軸線即過這兩個(gè)中心點(diǎn)的直線。上述實(shí)施方式中，通過改變照射在術(shù)野區(qū)域不同位置的照明單元的亮度，在術(shù)野區(qū)域形成不同能量分布的光斑，最終在視覺上形成不同大小的術(shù)野光斑。光斑大小的調(diào)整通過精確的數(shù)值計(jì)算來確定照射在術(shù)野區(qū)域不同位置的LED照明單元亮度的比例來實(shí)現(xiàn)。 比如上述實(shí)施方式中所述的自術(shù)野光斑外圍到中心依次減小對應(yīng)照明單元亮度的方式，通過數(shù)值的精確計(jì)算，設(shè)定照明單元亮度的改變量，可以在視覺上使術(shù)野光斑均勻地、逐漸地由最小增加至最大，達(dá)到調(diào)整光斑大小適應(yīng)不同手術(shù)類型和手術(shù)切口大小的目的。另外，術(shù)野區(qū)域光斑大小的調(diào)節(jié)范圍的大小由照明單元照射在術(shù)野區(qū)域的位置和不同位置上最大和最小能量分布決定。最小光斑大小由照射在術(shù)野正中心的照明單元形成的光斑決定，最大光斑由照射在術(shù)野光斑最外圍的照明單元的照明位置和能量決定，如圖 1A、圖2A所示位置18、位置19、位置20以及能量分布23、24、25，當(dāng)增加位置18、19、20的相對距離同時(shí)增加能量分布23、25相對值時(shí)就可以增加可調(diào)的最大光斑，從而增加手術(shù)燈大小光斑調(diào)節(jié)范圍；反之，減小18、19、20的相對距離使他們靠近同時(shí)減少能量分布23、25相對值就可以減小最大光斑，從而減小手術(shù)燈大小光斑調(diào)節(jié)范圍?？梢钥闯?，該方法中燈頭內(nèi)部所有照明單元位置固定不動，僅僅需要軟件計(jì)算、硬件驅(qū)動改變照明單元亮度，這樣燈頭內(nèi)部不需要運(yùn)動或者傳動機(jī)構(gòu)去改變照明單元光學(xué)的出射角度，從而大大簡化燈頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)。由于沒有運(yùn)動或者傳動機(jī)構(gòu)，并且照明單元位置固定，所有燈頭內(nèi)部LED照明單元及所有相關(guān)結(jié)構(gòu)件都可以做到緊固在燈頭內(nèi)部，這就提高了手術(shù)燈結(jié)構(gòu)的可靠性，減少手術(shù)燈的生產(chǎn)、維護(hù)、維修成本。同時(shí)，可以使得光束聚焦更穩(wěn)定，光斑控制更為可靠，沒有機(jī)械運(yùn)動誤差引起的光斑形狀變化誤差，還可以調(diào)節(jié)橢圓光斑。另外，由于不需要運(yùn)動或者傳動機(jī)構(gòu)，LED照明單元在燈頭內(nèi)部的位置可以根據(jù)需要任意放置，這樣手術(shù)燈燈頭造型也可以任意設(shè)計(jì)，同時(shí)由于沒有運(yùn)動或者傳動機(jī)構(gòu)而照明單元厚度較小，因此可以使整個(gè)燈頭厚度大為減少，從而可以使手術(shù)燈造型更加多樣化，有利于設(shè)計(jì)具有優(yōu)異層流效果的燈頭造型，提高層流手術(shù)室的無菌效果，減少患者手術(shù)過程中被感染的可能性。請參看圖4，是本發(fā)明手術(shù)燈一種實(shí)施方式的燈頭結(jié)構(gòu)示意圖。該燈頭201以相互垂直的對稱軸202、203為中心形成一個(gè)十字形的整體外觀，燈頭201可以分成相聚于中心點(diǎn)的形狀相同的第一區(qū)域204、第二區(qū)域205、第三區(qū)域206、第四區(qū)域207，其中第一區(qū)域204與第三區(qū)域206沿十字的橫向，即水平對稱軸202的方向設(shè)置，并分別被水平對稱軸 202分為對稱的兩部分，而第二區(qū)域205與第四區(qū)域207沿垂直對稱軸203設(shè)置，并分別被垂直對稱軸203分為對稱的兩部分。每一區(qū)域中都均勻分布有多個(gè)照明單元，例如照明單元208。本實(shí)施方式所述的十字形包括大致呈十字形的結(jié)構(gòu)，并非特指嚴(yán)格意義上的“十” 字形。另外，在其他的實(shí)施方式中，燈頭也可以設(shè)置為米字形。總的來說，可以將燈頭設(shè)計(jì)成至少包括兩部分，或者偶數(shù)個(gè)部分，兩個(gè)部分的照明單元在燈頭的位置可以正交對稱也可以非正交對稱，但兩部分的各個(gè)照明單元出射光束到達(dá)術(shù)野的位置需要分別近似正交對稱。設(shè)計(jì)時(shí)，LED照明單元出射光束到達(dá)術(shù)野位置時(shí)，有些光束中心在術(shù)野中心，有些光束中心遠(yuǎn)離術(shù)野一定距離，這樣當(dāng)需要橢圓光斑時(shí)保持一個(gè)方向所有照明單元亮度不變，增加另一個(gè)正交方向照射在術(shù)野中心的照明單元亮度，關(guān)閉該正交方向照射在遠(yuǎn)離術(shù)野中心的照明單元。請參看圖5A，是本實(shí)施方式中以水平對稱軸202為觀察方向的手術(shù)燈形成默認(rèn)光斑(也就是光斑調(diào)節(jié)之前)的空間截面內(nèi)光路示意圖。本實(shí)施方式采用圖4所示的燈頭形狀，但僅以水平對稱軸202上設(shè)置7個(gè)照明單元為例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，照明單元個(gè)數(shù)設(shè)置越多，其調(diào)節(jié)方式以及精度、靈活性可以相應(yīng)提高，因此本發(fā)明手術(shù)燈并不限于圖示的照明單元數(shù)量，可以根據(jù)需要靈活選用。照明單元210、211、212、213、214、215 及216分別發(fā)射出不同的光束217、218、219、220、221、222、223及224。這些光束具有不同出射方向，照明單元的中心線與玻璃面板16或者燈頭正對的投影平面或者術(shù)野區(qū)域以一定角度傾斜相交，但是位于正中的照明單元213可以與投影平面垂直相交。光束經(jīng)過燈頭的透明玻璃面板224后照射至距離燈頭約1米處的手術(shù)術(shù)野區(qū)域中與水平對稱軸202平行的水平軸線225，其中光束217、221的中心光線照射于術(shù)野區(qū)域水平軸線225上的位置226， 也就是光束217、221的中心光線相交于位置227。光束218、220、222的中心光線照射于術(shù)野區(qū)域水平軸線225上的位置227，光束219、223的中心光線照射于術(shù)野區(qū)域水平軸線225 上的位置228，這時(shí)所有光束照亮水平軸線225上位置229之間范圍內(nèi)所有位置。請參看圖5B，是圖5A對應(yīng)的光線能量分布圖。從光能量上考慮，光束217、221會在水平軸線225上形成能量分布230，光束218、220、222會在水平軸線225上形成能量分布 231，光束219、223會在水平軸線225上形成能量分布232，最終能量分布230、231、232在水平軸線225上疊加形成能量分布233，能量分布233即最終呈現(xiàn)給人眼的術(shù)野光斑能量分布。請參看圖5C，本實(shí)施方式中以垂直對稱軸203為觀察方向的手術(shù)燈形成默認(rèn)光斑的空間截面內(nèi)光路示意圖。燈頭內(nèi)部在垂直對稱軸203上分布有多個(gè)照明單元240、241、 242、213、243、244、245，其中照明單元213處于燈頭中心位置，所以也同時(shí)位于水平對稱軸 202上。這些照明單元240、241、242、213、243、244、245分別發(fā)射出不同的光束246、247、248、220、250、251、252，這些光束具有不同出射方向，經(jīng)過燈頭的透明玻璃面板224后照射至距離燈頭約1米處的手術(shù)術(shù)野區(qū)域中與垂直對稱軸203平行的垂直軸線253。其中光束 246、250的中心光線照射于術(shù)野區(qū)域垂直軸線253上的位置254，光束247、220、251的中心光線照射于術(shù)野區(qū)域垂直軸線253上的位置255，光束242、252的中心光線照射于術(shù)野區(qū)域垂直軸線253上的位置256。這時(shí)所有光束照亮垂直軸線253上位于257范圍內(nèi)所有的位置。請參看圖5D，是圖5C對應(yīng)的光線能量分布圖。從光能量上考慮，光束246、250會在垂直軸線253上形成能量分布258，光束247、220、251會在垂直軸線253上形成能量分布 259，光束242、252會在垂直軸線253上形成能量分布260，最終能量分布258、259、260在垂直軸線253上疊加形成能量分布261，能量分布261即最終呈現(xiàn)給人眼的術(shù)野光斑能量分布。請參看圖5E，是根據(jù)圖5B及圖5D綜合得到的手術(shù)燈在術(shù)野區(qū)域形成的最終術(shù)野光斑能量分布示意圖。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，圖5E是圖4中所有照明單元出射光線能量的疊加。第一區(qū)域204所有照明單元在軸垂直軸線253附近形成照明光斑262、263、 264以及構(gòu)成中心照明光斑265的部分能量，第二區(qū)域205中所有照明單元在軸水平軸線 225附近形成照明光斑266、267、268以及構(gòu)成中心照明光斑65的部分能量。同樣的，第三區(qū)域206及第四區(qū)域207形成對稱的另一半，此處不再詳述。由此，第一區(qū)域204、第二區(qū)域205、第三區(qū)域206及第四區(qū)域207在軸水平軸線225、軸垂直軸線253上形成的能量幅值和分布范圍大小相同，位置兩兩正交，四者疊加后將會形成一個(gè)圓形光斑。請參看圖6A及圖6B，是本實(shí)施方式中以水平對稱軸202為觀察方向的手術(shù)燈形成調(diào)節(jié)后光斑的光路示意圖及對應(yīng)的光線能量分布圖。燈頭內(nèi)部在水平對稱軸202所在的截面上的照明單元210、211、212、213、214、215、216的亮度不改變，則它們發(fā)出的光束能量和方向也不改變，最終在術(shù)野形成的光能分布也不變，因此，在水平軸線225方向上呈現(xiàn)給人眼的術(shù)野光斑能量分布仍與圖5E中所示233的一致。請參看圖6C及圖6D，是本實(shí)施方式中以垂直對稱軸203為觀察方向的手術(shù)燈形成調(diào)節(jié)后光斑的光路示意圖及對應(yīng)的光線能量分布圖。對于垂直對稱軸203所在截面上的照明單元240、241、242、213、243、244、245，如圖6C所示，關(guān)閉光束中心照射到位置254、256 的照明單元240、242、243、245，使它們亮度為零，同時(shí)增加光束中心照射到位置255的照明單元241、244的亮度，于是垂直軸線253上僅在270范圍內(nèi)的位置被照亮，使照明單元241、 213、244在垂直軸線253上形成能量分布271。最終手術(shù)燈在術(shù)野區(qū)域形成的術(shù)野光斑如圖6E所示，是四個(gè)區(qū)域204、205、206、207中所有LED照明單元能量的疊加。其中因?yàn)檎彰鲉卧?40、242、243、245被關(guān)閉，第一區(qū)域204由于照明于邊緣部分的LED關(guān)閉，剩余所有照明單元僅形成中心照明光斑265的部分能量，第二區(qū)域205所有照明單元在水平軸線225 附近形成照明光斑266、267、268以及構(gòu)成中心照明光斑265的部分能量。同樣的，第三區(qū)域206及第四區(qū)域207形成與第一區(qū)域204、第二區(qū)域205對稱的另外一半能量分布。沿水平軸線225的光能量幅值和分布范圍大于沿垂直軸線253的光能量幅值和分布范圍，最終四個(gè)區(qū)域的照明單元發(fā)出的光線疊加形成一個(gè)橢圓形光斑，也就是通過調(diào)節(jié)照明單元的亮度，可以調(diào)節(jié)光斑的形狀，使得光斑可以按照手術(shù)切口形狀進(jìn)行相應(yīng)的變化，由此可以避免手術(shù)燈發(fā)出的光照射到所需范圍的地方，從而減少光線對于醫(yī)生的干擾，更有利于醫(yī)生的操作。當(dāng)然，在調(diào)節(jié)橢圓光斑的時(shí)候，第一區(qū)域與第三區(qū)域被關(guān)閉的照明單元也可以開啟，但是亮度相對減少。在其他的實(shí)施方式中，所有四個(gè)區(qū)域的照明單元都可以有部分照明單元關(guān)閉或者減小亮度，只要兩條軸線方向上照明單元照明范圍或者照明亮度有所差異， 并且燈頭不限于由四個(gè)區(qū)域組成，可以更多，并且可以按照本發(fā)明的思路通過對照明角度、 亮度、照明單元的分布等參數(shù)設(shè)計(jì)獲得除橢圓以外的其他光斑形狀，關(guān)于此點(diǎn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)一般的參數(shù)設(shè)計(jì)步驟獲得與想要調(diào)節(jié)的光斑形狀匹配的參數(shù)，從而獲得各種不同的調(diào)節(jié)方式。以上實(shí)施方式只是為便于理解而描述的具體的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以輕易改變其中部分元素而獲得相同構(gòu)思的其他具體實(shí)施方式
。比如，在描述的第一個(gè)實(shí)施方式中，除了能調(diào)節(jié)圓形光斑的大小，也可以根據(jù)照明單元的排布情況，在燈頭內(nèi)部開啟一個(gè)橢圓區(qū)域內(nèi)的照明單元，從而獲得一個(gè)大致呈橢圓的光斑；在描述的第二個(gè)實(shí)施方式中，水平軸225方向上的照明單元也可以部分關(guān)閉，形成與垂直軸253 —致的光能量分布，也就是減少光線分布范圍，從而使得調(diào)節(jié)后的光斑仍然是圓形，但是整體變??；在前述的兩個(gè)實(shí)施方式中，可以是有規(guī)律的分布或者是隨機(jī)均勻分布。另外，在圖2A所對應(yīng)實(shí)施方式中，為了進(jìn)一步增加無影效果，可以在照明單元2與 3之間增加一照明單元，并使得該照明單元的光斑中心與另一側(cè)的照明單元8的光斑中心重合，同樣的，在7與8之間增加一個(gè)照明單元使得其光斑中心與2的光斑中心重合。此種情況下，相對于照明單元2或者3，新增加的夾在2與3之間的照明單元的光束中心線與術(shù)野區(qū)域平面的夾角要更小，同時(shí)也就是與中軸線的夾角變大，使得該照明單元可以照射到中軸線另一側(cè)離術(shù)野中心更遠(yuǎn)的區(qū)域?；谏鲜鰧?shí)施方式，對于照明單元的排列，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式是通過照明單元出射光傾斜角度的設(shè)計(jì)，讓照射在術(shù)野區(qū)域某一位置的光線是由分布在燈頭多個(gè)分散位置上的照明單元的光線合成的，也就是說，照射在術(shù)野中心的照明單元均勻地分布在燈頭各個(gè)位置，而不是集中于燈頭中心，同樣的，照射在術(shù)野外圍的照明單元也均勻地分布在燈頭各個(gè)位置，并不是只分布在燈頭的外圍。以圖4為例，可以在燈頭的四個(gè)區(qū)域靠近中心以及靠近外圍的部分，分別挑選幾個(gè)照明單元，通過傾斜角度的設(shè)計(jì)，使得這些照明單元的光斑中心在中心位置重合，同樣的，也可以在這四個(gè)區(qū)域靠近中心以及靠近外圍的部分分別設(shè)定一些照明單元的光斑中心投射到術(shù)野光斑外圍。也就是說，可以根據(jù)術(shù)野光斑大小、對于無影效果的需求程度等，將所有照明單元分為N組，其中N為自然數(shù)，每一組的多個(gè)照明單元均勻分布在燈頭中心至外圍的區(qū)域內(nèi)，每一組中的多個(gè)照明單元分別所形成的光斑在術(shù)野區(qū)域重合形成為一術(shù)野子光斑，并且N組照明單元所形成的N個(gè)術(shù)野子光斑相互交疊拼接為手術(shù)燈的術(shù)野光斑。這樣，形成每一術(shù)野子光斑的照明單元就分散的分布在燈頭中心到外圍的各個(gè)位置。當(dāng)照射到術(shù)野光斑特定位置的照明單元均布在燈頭中時(shí)，即距離燈頭中心遠(yuǎn)、中、 近位置都有照明單元照射到光斑同一特定位置，并且在圍繞燈頭中心的圓周方向也是均勻分布的，這樣燈頭中所有照射在該特定位置的照明單元被醫(yī)生頭部遮攔的幾率就非常小， 當(dāng)醫(yī)生遮住形成該特定位置光斑的部分照明單元時(shí)，還有其他的照明單元可以保證該特定區(qū)域的照明亮度，可以獲得很好的無影效果。綜合來說，形成特定位置的光斑的照明單元在
10整個(gè)燈頭中分布越均勻廣泛，無影效果會越好。根據(jù)本發(fā)明的宗旨，照明單元在燈頭中的分布可以是有規(guī)律的分布或者是隨機(jī)均勻分布，不限于上述實(shí)施方式所述。請參看圖7，是本發(fā)明手術(shù)燈術(shù)野光斑調(diào)節(jié)裝置一種實(shí)施方式的示意圖。以上述第一實(shí)施方式為基礎(chǔ)，該光斑調(diào)節(jié)裝置所應(yīng)用的手術(shù)燈包含有多個(gè)照明單元，本圖中僅以照明單元2、3作為示意。該光斑調(diào)節(jié)裝置包括光斑調(diào)節(jié)信號輸入單元、光斑調(diào)節(jié)控制單元及驅(qū)動單元。操作者，例如醫(yī)生，可以通過光斑調(diào)節(jié)信號輸入單元輸入光斑調(diào)節(jié)信號，比如在手術(shù)燈上設(shè)置的按鍵、旋鈕、滑塊等類似的輸入單元，或者與手術(shù)燈相連接的控制臺上所設(shè)置的按鍵、旋鈕、滑塊等類似的輸入單元，用于輸入光斑調(diào)大、調(diào)小或者改變形狀等調(diào)節(jié)信號。輸入的光斑調(diào)節(jié)信號被傳送到光斑調(diào)節(jié)控制單元，該控制單元預(yù)先存儲了各種調(diào)節(jié)信號所對應(yīng)的亮度控制信號，或者根據(jù)算法實(shí)時(shí)計(jì)算出亮度控制信號，接下來亮度控制信號被輸入到驅(qū)動單元，并轉(zhuǎn)化為控制每一照明單元的驅(qū)動信號，以使得照明單元按照相應(yīng)的亮度發(fā)光，從而達(dá)到調(diào)節(jié)光斑的目的。亮度的調(diào)節(jié)可以是按下按鍵或者轉(zhuǎn)動旋鈕后立即達(dá)到所需要的調(diào)節(jié)效果，也就是一步輸出調(diào)節(jié)結(jié)果，當(dāng)然也可以逐步的調(diào)節(jié)亮度，直到產(chǎn)生所需要的光斑大小或者形狀。逐步調(diào)節(jié)亮度可以通過本領(lǐng)域人員熟知的滑動變阻器改變電流大小來實(shí)現(xiàn)，具體不再此說明，但一般技術(shù)人員均可根據(jù)本發(fā)明所揭示的思路通過慣常設(shè)計(jì)手段獲得符合本發(fā)明思想的具體實(shí)現(xiàn)方案。本實(shí)施例中所描述的光斑調(diào)節(jié)可以通過硬件、軟件、固件、或者其組合實(shí)現(xiàn)。在其他的實(shí)施方式中，光斑調(diào)節(jié)信號輸入單元也可以是手術(shù)燈的消毒手柄。消毒手柄在傳統(tǒng)含有鹵素?zé)襞莸氖中g(shù)燈中被用于通過調(diào)節(jié)燈泡的相對位置而調(diào)節(jié)光斑。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，可以在手術(shù)燈燈頭的中心部分，設(shè)置經(jīng)過改進(jìn)的消毒手柄，比如圖2A 中照明單元5的位置替換成一個(gè)消毒手柄，或者圖5A中照明單元213替換為一個(gè)消毒手柄，使得通過消毒手柄的旋轉(zhuǎn)，可以輸入多種調(diào)節(jié)信號，以控制LED照明單元的亮度改變， 從而實(shí)現(xiàn)光斑大小的調(diào)節(jié)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種手術(shù)燈術(shù)野光斑調(diào)節(jié)裝置，包括一驅(qū)動單元，用于驅(qū)動手術(shù)燈中多個(gè)照明單元發(fā)光，其特征在于該調(diào)節(jié)裝置還包括一光斑調(diào)節(jié)信號輸入單元及一光斑調(diào)節(jié)控制單元，該光斑調(diào)節(jié)信號輸入單元接收操作者輸入的光斑調(diào)節(jié)信號，所述光斑調(diào)節(jié)控制單元將所述光斑調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)各照明單元的亮度控制信號，所述驅(qū)動單元輸出與亮度控制信號對應(yīng)的驅(qū)動信號驅(qū)動照明單元。
2.如權(quán)利要求1所述的手術(shù)燈術(shù)野光斑調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述光斑調(diào)節(jié)信號輸入單元接收的調(diào)節(jié)信號包括調(diào)小光斑、調(diào)大光斑或改變光斑形狀。
3.如權(quán)利要求2所述的手術(shù)燈術(shù)野光斑調(diào)節(jié)裝置，其特征在于該光斑調(diào)節(jié)信號輸入單元接收光斑調(diào)節(jié)信號為調(diào)小光斑時(shí)，該光斑調(diào)節(jié)控制單元對應(yīng)輸出亮度相對減小或者亮度為零的控制信號至照射在術(shù)野光斑外圍的照明單元。
4.如權(quán)利要求3所述的手術(shù)燈術(shù)野光斑調(diào)節(jié)裝置，其特征在于該光斑調(diào)節(jié)控制單元同時(shí)輸出亮度增加的控制信號至照射在術(shù)野光斑中心的照明單元。
5.如權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的手術(shù)燈術(shù)野光斑調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述光斑調(diào)節(jié)信號輸入單元是按鍵、旋鈕、滑塊、手柄之中的一種或者兩種以上的組合。
6.一種手術(shù)燈術(shù)野光斑調(diào)節(jié)方法，其特征在于提供一包含多個(gè)固定照明單元的手術(shù)燈；提供一光斑調(diào)節(jié)信號輸入單元，其接收光斑調(diào)節(jié)信號，并將其轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的亮度調(diào)節(jié)信號；提供一光斑調(diào)節(jié)控制單元，其根據(jù)所述的亮度調(diào)節(jié)信號對所述照明單元的亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
7.如權(quán)利要求6所述的手術(shù)燈術(shù)野光斑調(diào)節(jié)方法，其特征在于當(dāng)該光斑調(diào)節(jié)信號輸入單元接收光斑調(diào)節(jié)信號為調(diào)小光斑時(shí)，該光斑調(diào)節(jié)控制單元對應(yīng)輸出亮度相對減小或者亮度為零的控制信號至照射在術(shù)野光斑外圍的照明單元。
8.如權(quán)利要求7所述的手術(shù)燈術(shù)野光斑調(diào)節(jié)方法，其特征在于該光斑調(diào)節(jié)控制單元同時(shí)輸出亮度增加的控制信號至照射在術(shù)野光斑中心的照明單元。
9.如權(quán)利要求6所述的手術(shù)燈術(shù)野光斑調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述光斑調(diào)節(jié)信號輸入單元接收的調(diào)節(jié)信號包括調(diào)小光斑、調(diào)大光斑或改變光斑形狀。
10.一種手術(shù)燈，其包括一燈頭和多個(gè)照明單元，該多個(gè)照明單元固定于該燈頭，其特征在于該手術(shù)燈進(jìn)一步包括如權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的手術(shù)燈術(shù)野光斑調(diào)節(jié)裝置。
11.如權(quán)利要求10所述的手術(shù)燈，其特征在于所述燈頭為十字形，包括與十字形四個(gè)方向順次對應(yīng)的第一區(qū)域、第二區(qū)域、第三區(qū)域與第四區(qū)域。
12.如權(quán)利要求11所述的手術(shù)燈，其特征在于當(dāng)所述光斑調(diào)節(jié)信號為調(diào)節(jié)到橢圓光斑時(shí)，該光斑調(diào)節(jié)控制單元控制第一區(qū)域與第三區(qū)域照射在遠(yuǎn)離術(shù)野光斑中心的照明單元關(guān)閉或者減小亮度，或者控制該第二區(qū)域與第四區(qū)域照射在遠(yuǎn)離術(shù)野光斑中心的照明單元關(guān)閉或者減小亮度。
13.如權(quán)利要求11所述的手術(shù)燈，其特征在于位于第一區(qū)域的至少一個(gè)照明單元的光斑中心投射在第二區(qū)域。
14.如權(quán)利要求10所述的手術(shù)燈，其特征在于所述多個(gè)照明單元的發(fā)射光中心線與術(shù)野區(qū)域平面傾斜相交。
15.如權(quán)利要求10所述的手術(shù)燈，其特征在于至少兩個(gè)相鄰照明單元的發(fā)射光中心線與術(shù)野區(qū)域平面傾斜相交的夾角相異。
16.如權(quán)利要求10所述的手術(shù)燈，其特征在于所述照明單元分為N組，每一組的多個(gè)照明單元均勻分布在燈頭中心至外圍，每一組中的多個(gè)照明單元分別所形成的光斑在術(shù)野區(qū)域重合形成為一術(shù)野子光斑，并且N組照明單元所形成的N個(gè)術(shù)野子光斑相互交疊拼接為手術(shù)燈的術(shù)野光斑，其中N為自然數(shù)。
17.如權(quán)利要求16所述的手術(shù)燈，其特征在于其中至少一組照明單元是亮度由所述手術(shù)燈術(shù)野光斑調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行控制。
18.如權(quán)利要求10所述的手術(shù)燈，其特征在于以過燈頭中心與術(shù)野光斑中心的直線為中軸線，其中位于中軸線一側(cè)的至少一照明單元的光束中心線與中軸線傾斜相交而將其光斑投射在中軸線相對另一側(cè)的術(shù)野區(qū)域。
19.如權(quán)利要求10所述的手術(shù)燈，其特征在于所述照明單元由發(fā)光二極管以及聚光元件組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種手術(shù)燈及其術(shù)野光斑調(diào)節(jié)裝置與方法。該手術(shù)燈包括一燈頭、多個(gè)照明單元和一術(shù)野光斑調(diào)節(jié)裝置，該多個(gè)照明單元固定于該燈頭，該術(shù)野光斑調(diào)節(jié)裝置包括一光斑調(diào)節(jié)控制單元、一光斑調(diào)節(jié)信號輸入單元及一驅(qū)動單元，該光斑調(diào)節(jié)信號輸入單元接收操作者輸入的光斑調(diào)節(jié)信號，該光斑調(diào)節(jié)控制單元將該光斑調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)各照明單元的亮度控制信號，該驅(qū)動單元輸出與亮度控制信號對應(yīng)的驅(qū)動信號驅(qū)動照明單元。采用本發(fā)明的手術(shù)燈可以通過對照明單元亮度的控制實(shí)現(xiàn)術(shù)野光斑大小、形狀等的調(diào)節(jié)，方便醫(yī)生根據(jù)手術(shù)情況調(diào)節(jié)術(shù)野所需光斑。
文檔編號F21S4/00GK102458016SQ20101052610
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者王磊 申請人:南京邁瑞生物醫(yī)療電子有限公司