照射单元和在开放手术中用于荧光成像的医学成像系统的制作方法

本发明涉及一种被配置为在开放手术(open surgery)期间对手术区域(area ofoperation)进行照射的照射单元。本发明还涉及一种在开放手术中用于荧光成像的医学成像系统。

背景技术：

1、在开放手术中，通常在手术室中放置视频捕获单元来记录手术区域。这种视频捕获单元通常包括由光学成像单元和照射单元增强的摄像机头。

2、摄像机头通常包括一个或更多个光学传感器以及将光学成像单元的目镜锥体(ocular cone)连接并固定到摄像机头的目镜锥体适配器(cone adapter)。这样的光学成像单元可以是用于内窥镜术的装置，例如具有在其远端处的用于形成指定视场的图像的光学组件的固定望远镜型内窥镜，以及用于将图像中继到内窥镜的目镜以用于用肉眼或另选地用摄像机头观看的一个或更多个中继透镜单元。为此目的，摄像机头包括成像光学器件，其聚焦于所附接的望远镜的目镜在其自身焦距上投射的虚拟图像的位置。这种焦距在不同类型的望远镜之间被标准化，因为这些望远镜必须可以用肉眼使用。

3、为了拍摄手术区域的目的，光学成像单元通常被设计成在预定义工作距离上以预定义视场对手术区域进行成像。一个典型的示例是所谓的外窥镜，其类似于具有物镜、一组中继镜头单元和目镜的短内窥镜。该物镜的光学特性与内窥镜的物镜的光学特性由于它们非常不同的焦距而具有很大的不同，这是因为，与内窥镜不同，外窥镜被设计为在人体外部而不是在人体内部工作。

4、由于摄像机头具有其自身的成像光学器件，因此可以将附接透镜系统(也称为头透镜(head lens))附接到摄像机头的目镜锥体适配器上，该目镜锥体适配器为附接透镜系统和摄像机头的光学成像系统的组合光学系统提供观看和记录手术区域所需的焦距和其它光学特性。

5、为了对手术区域进行照射，医学成像系统通常包括包含产生照射光的一个或更多个光源的照射光产生单元。照射光通过纤维束从照射光产生单元传输到光学成像单元的远端，在光学成像单元的远端，照射光离开纤维束。内窥镜和外窥镜通常在末端不包含任何光整形单元，使得在手术区域处的辐照度分布主要由光从光源进入纤维束的辐照度分布来定义。

6、现代医学成像系统利用可以附接到由中央控制单元(ccu)控制的系统的摄像机头的用于不同应用的各种望远镜和外窥镜实现了上述内窥镜或开放式手术成像的多功能性。望远镜和外窥镜可以具有通过纤维连接到医学成像系统的照射光产生单元的照射光连接器。这种系统还可以进一步实现荧光成像，以用于荧光成像引导手术。

7、荧光成像是分子成像的一种形式，其通常包括用于可视化和/或跟踪用于分子成像的具有特定性质的分子的成像方法。这些分子可以是身体内生的物质，或者可以是注射到病人体内的染料或造影剂。因此，例如mri和ct也属于“分子成像”范畴。荧光成像作为分子成像的变体利用特定分子(荧光团)的特性，当被特定波长的光激发/吸收特定波长的光时，所述特定分子发射特定波长的光。

8、为了荧光成像的目的，系统的摄像机头包括在可见光谱和近红外光谱中敏感的传感器，同时系统的照射光产生单元具有用于白光的光源以利用白光对手术区域进行照射，以及被设计为利用包括能够激发已注入到手术区域中的荧光物质或染料的激发波长的光对手术区域进行照射以返回荧光发射的至少一个激发光源。激发光源可以包括激光器或发光二极管，波长取决于所使用的染料。对于例如发出750nm和950nm之间的荧光的吲哚菁绿(icg)，激发波长可以在600nm和800nm之间。在被激发后，染料通过发射比激发光波长稍长的光来发出激发能。取决于所使用的染料的类型，可以使用其它波长作为激发波长。这可以包括在可见光谱内更长的波长。

9、在荧光成像中，为了获得足够的荧光强度，在手术区域处提供足够的激发光的光强度是很重要的。然而，激发光的辐照度分布往往大于手术区域。这导致在实际需要光的区域的光强度较低。为了使光束变窄，可以使用透镜单元来聚焦发出的光。然而，这种透镜单元很难制造，制造成本高，并且在高压灭菌器中对光学元件进行消毒时会产生问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种照射单元和在开放手术中用于荧光成像的医学成像系统，其以高光强度照亮手术区域。

2、该目的由这样的照射单元解决：所述照射单元被配置为在开放手术期间照射手术区域，其中，所述照射单元包括主体和被配置为将光朝向所述主体的远端引导的纤维束，其中，所述纤维束的至少一部分在所述主体内部沿纵向方向被引导，其中，所述纤维束被分裂成在所述主体的内表面上形成纤维层的多个光纤，其中，所述光纤的端面设置在所述主体的远端处，其中，所述照射单元包括布置在所述主体的远端处的反射器主体，所述反射器主体在径向方向上围绕所述光纤的端面并且在纵向方向上延伸超出所述主体的远端，其中，所述反射器主体的内表面是反射表面。

3、所述照射单元被配置为在开放手术期间照射光学成像单元的视场。照射光可以由照射光产生单元产生并被引导至所述照射单元。在所述照射单元中，光在纤维束的多个光纤中被引导。在所述主体内部，所述纤维束被分裂成各个光纤，以在所述主体的内表面上形成纤维层。所述光纤在所述主体的内表面上沿纵向方向延伸至所述主体的远端。那里，光线从所述光纤的端面发射出来。所述反射器主体的反射表面可以被布置和配置为将发射的光线的外部部分朝向所述照射单元的中央轴线反射。在向内反射回光线的该外部部分时，辐照度分布变得更窄，使得其可以与所述光学成像单元的视场相匹配。另外，中央的辐照度增加。因此，有利地增加了视场内的总光强。

4、根据实施方式，照射单元可以包括光源。另选地，照射单元被配置成接收来自光源的光，所述光源特别地布置在照射光产生单元的内部。照射单元可以被配置为照射适配器装置，其特别地适合于连接到摄像机头。

5、对于其长度的一部分，纤维束可以呈紧密束的形状。该紧密束在主体内分裂成单独的光纤，以覆盖主体的内表面。特别地，纤维层在主体的至少一个引导槽中被引导。引导槽沿纵向方向延伸，并确保光纤在光发射前与纵向方向对齐。这确保了均匀的照射。

6、所述主体、所述反射器主体和/或整个照射单元可以是旋转体(solid ofrevolution)，其中，旋转的轴线是外窥镜的中央轴线。特别地，所述主体是管状主体。

7、所述主体的端面特别地与所述光纤的端面齐平。因此，光正好在所述主体的端面处从所述光纤的端面被发射。

8、所述中央轴线可以在纵向方向上延伸穿过所述主体的中部。纵向方向是所述照射单元和所述主体的长度方向。径向方向与中央轴线和纵向方向正交。在所述主体内部，光特别地针对所述主体的长度的至少一部分沿着纵向方向被引导。光传播的方向是光在所述照射单元内部被引导的方向。

9、优选地，所述光纤在所述主体内以环形形状布置。通过将所述光纤以环形形状分布，所述纤维束可以在所述主体内部对称地布置。所述纤维层的各个光纤可以沿纵向方向行进，而所述纤维层在与纵向方向正交的平面上弯曲。特别地，所述纤维层在与纵向方向正交的平面上具有环形形状。

10、所述光纤的端面优选地形成环状出口面。环状出口面在远端处提供均匀的辐照度分布。

11、优选地，所述主体包括圆柱形开口，其中，该开口被配置为接收所述光学成像单元的至少一个组件。因此，所述光学成像单元的组件可以同心地布置在所述照射单元中。特别地，所述开口被配置为接收所述光学成像单元的透镜单元。以此方式，所述外窥镜可以利用所述光学成像单元记录所述手术区域的图像，并且同时利用围绕所述光学成像单元布置的所述照射单元照射所述手术区域。

12、优选地，所述照射单元是与摄像机头连接或能够与摄像机头连接的外窥镜末端或荧光成像适配器的一部分。特别地，所述荧光成像适配器包括所述照射单元和所述光学成像单元的组件。所述荧光成像单元特别地包括被配置为机械地将所述荧光成像适配器连接到所述摄像机头的目镜锥体。以此方式，所述荧光成像单元不需要其自身的图像传感器。

13、所述照射单元的主体特别地包括外壳元件、纤维引导元件和管状元件。所述管状元件被配置为接收所述光学成像单元的组件。所述纤维引导元件在径向方向上围绕所述管状元件布置，并且包括布置有所述纤维层的一个或更多个引导槽。所述外壳元件在径向方向上设置在所述纤维引导元件和所述管状元件的外部。

14、优选地，所述反射器主体的反射表面具有样条(spline)的横截面形状，特别是自由形式样条的横截面形状。使用这种形状的反射器，从所述光纤的端面发射的光线被有效地朝向所述主体的中央轴线引导。所述反射表面可以被配置为以使得所发射的光的外部部分的光线与所述中央轴线之间的角度由于反射而减小的方式反射所发射的光的外部部分。

15、所述反射器主体优选地为锥形形状。锥形形状的反射器优选地将外部光线朝向所述中央轴线反射回去。特别地，所述反射器主体的直径在光传播的方向上增加。特别地，沿所述反射器主体的反射器表面的梯度在光传播的方向上增大或减小。

16、根据一个实施方式，所述反射器主体的反射表面由铝制成或包含铝。特别地，整个反射器主体由铝制成。铝作为所述反射器主体的材料是有利的，因为其反射光而没有显著的强度损失，并且可以容易地在高压灭菌器中消毒。

17、优选地，所述反射表面包括保护涂层。所述保护涂层防止在储存或操作期间可能发生的对所述反射表面的损坏。

18、优选地，所述照射单元包括形成所述照射单元的壳体的后部的目镜锥体，其中，特别地，所述目镜锥体被配置为连接到摄像机头的适配器。所述目镜锥体特别地被配置为用作所述照射单元的目镜漏斗，并且可以被配置为形成在所述照射单元和摄像机头或外窥镜的外窥镜管之间的适配器。

19、该目的还通过在开放手术中用于荧光成像的医学成像系统来解决，所述医学成像系统包括光学成像单元和同心地围绕所述光学成像单元布置的根据先前描述的实施方式之一的照射单元。

20、如前面关于所述照射单元提到的相同或类似的优点适用于医学成像系统。特别地，所述医学成像系统还包括被配置为连接到所述照射单元的摄像机头或外窥镜主体。特别地，所述纤维束延伸通过所述外窥镜的外窥镜主体到达外窥镜末端。根据不同的实施方式，所述纤维束连接到布置在所述照射单元外部的光源。在该实施方式中，所述纤维束从布置在所述照射光产生单元中的光源延伸至所述照射单元的主体，并且通过主体中的开口进入所述主体。所述开口特别地相对于所述主体的中央轴线以倾斜的角度布置。

21、从根据本发明的实施方式连同权利要求书和所包括的附图的描述中，本发明的其它特征将变得明显。根据本发明的实施方式可以实现单个特征或若干特征的组合。