Светодиодный хирургический светильник

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к осветительному устройству на светодиодах с управляемым световым излучением.
Известен светодиодный хирургический светильник (см. заявка ЕР 2169965, МПК А61В 01/06, А61В 19/00, F21V 23/04, F21V 33/00, опубликована 31.03.2010), включающий корпус, в котором установлено несколько групп светодиодных излучателей, свет от которых фокусируют в центр операционного поля. Такая конструкция обеспечивает требуемую величину освещенности хирургического поля. С помощью регулирующего устройства, входящего в состав светильника, устанавливают требуемую при хирургических операциях цветовую температуру.
В соответствии с современными требованиями при проведении операций диаметр операционного поля должен быть регулируемым, чтобы обеспечить оптимальные условия поведения операции, однако в известном светодиодном хирургическом светильнике диаметр светового пятна не регулируется.
Известен светодиодный хирургический светильник (см. заявка DE 102014222794, МПК А61В 17/00, F21S 08/04, F21W 131/20, G05D 25/02, Н05В 37/02, опубликована 12.05.2016), корпус, в котором размещены группы светодиодных излучателей, 3D сенсор для определения пространственного положения, по меньшей мере, одного объекта, управляющее устройство для включения, выключения и изменения интенсивности светодиодных излучателей и блок управления. Одна группа светодиодных излучателей предназначена для формирования основного поля засветки, другая группа светодиодных излучателей создает окружность вокруг светового поля и, тем самым, расширяет площадь засветки операционного поля.
В известном светодиодном хирургическом светильнике предусмотрено эффективное управление общей площадью засветки операционного поля путем изменения угла наклона светодиодных излучателей относительно оптической оси хирургического светильника и изменением интенсивности их излучения. Однако такой светодиодный хирургический светильник не обеспечивает равномерное освещение операционного поля, особенно, при увеличении площади засветки. Это происходит в силу того, что диаграмма направленности светодиодных излучателей имеет ярко выраженный максимум с достаточно резким спадом интенсивности. Такое распределение интенсивности излучения приводит к неравномерному распределению освещенности по площади светового пятна. В области концентрического светового пятна будут наблюдаться участки повышенной яркости в точке падения максимума света и провалы в освещенности, вызванные уменьшением яркости в связи со спадом интенсивности излучения, связанного с формой диаграммы направленности.
Известен светодиодный хирургический светильник (см. патент US 9119668, МПК А61В 01/06, А61В 17/00, F21S 02/00, F21S 08/06, F21V 05/04, F21V 14/02, F21W 131/205, опубликован 01.09.2015), включающий корпус, в котором расположены две группы светодиодных излучателей, которые расположены таким образом, что обе группы светодиодных излучателей образуют результирующее световое поле. В данной конструкции предусмотрена регулировка размеров операционного поля в зависимости от расстояния до хирургического светильника. Очевидно, что при настройке освещенности хирургического поля на фиксированное расстояние до хирургического светильника при изменении расстояния будут изменяться и размеры площади засветки. Регулирующие устройство в данной конструкции позволяет сохранять требуемую освещенность операционного поля при изменении размера операционного поля, которое связано с изменением расстояния от хирургического светильника до операционной поверхности. Что касается равномерности освещенности операционного поля, то в силу того, что диаграмма направленности светодиодных излучателей имеет ярко выраженный максимум с достаточно резким спадом интенсивности, то равномерность в такой конструкции не высока.
Известен светодиодный хирургический светильник (см. патент ЕР 2136126, МПК А61В 01/06, А61В 19/00, F21S 04/00, F21S 08/00, F21V 23/00, F21V 23/04, опубликован. 25.08.2010), включающий основную и дополнительную группы светодиодных излучателей, причем светодиодные излучатели дополнительной группы установлены наклонно к оптической оси светильника и их оптические оси направлены за пределы основного светового пятна. Для повышения равномерности освещенности излучатели дополнительной группы образуют две концентрических окружности вокруг основного светового пятна засветки. В результате, в силу большего перекрытия пятен засветки каждого отдельного светодиодного излучателя, равномерность освещенности увеличивается.
Однако в известном светодиодном хирургическом светильнике также увеличивается яркость основного пятна засветки из-за попадания части света на основное пятно засветки, что увеличивает общую неравномерность освещенности операционного поля. К недостаткам можно отнести тот факт, что в данной конструкции отсутствует расположенная в центре светильника группа светодиодов, свет от которой падает вертикально в центр операционного поля, что не позволяет добиться требуемой глубины освещения необходимой при проведении глубоких операций в ограниченной по размерам операционной площади.
Известен светодиодный хирургический светильник (см. патент RU 2413475, МПК А61В 19/00, F21W 131/205, F21S 2/00, опубликован 10.03.2011), содержащий закрепленные на корпусе светильника основные и дополнительные светодиодный хирургический светильник ы, рассредоточенные по его поверхности и объединенные в группы из основных и группы из дополнительных светодиодов, и устройство регулирования светового поля. Группы из основных светодиодов и группы из дополнительных светодиодов соединены между собой и с устройством регулирования светового поля. Основные светодиоды закреплены на корпусе светильника с пересечением их оптических осей с осью светильника в центре светового пятна. Дополнительные светодиоды закреплены на корпусе с образованием их оптическими осями концентрического светового пятна в форме кольца вокруг основного пятна.
Известный светодиодный хирургический светильник не обеспечивает равномерного освещения операционного поля при увеличении площади засветки ввиду того, что отдельные светодиодные излучатели дополнительного блока не могут создать высокой степени равномерности освещенности увеличенного операционного поля, так как диаграмма направленности светодиодных излучателей имеет ярко выраженный максимум с достаточно резким спадом интенсивности. Такое распределение интенсивности излучения и приводит к неравномерному распределению освещенности по площади светового пятна. Кроме того, при создании концентрического пятна засветки часть светового потока излучателей дополнительных групп попадает на основное пятно засветки, что повышает его яркость и еще больше увеличивает неравномерность освещенности хирургического поля.
Известен светодиодный хирургический светильник (см. патент FR 2924199, МПК А61В 90/30, F21S 08/00, F21V 05/00, F21W 131/205, опубликован 06.11.2015), совпадающий с настоящим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Светодиодный хирургический светильник-прототип включает основную и дополнительную группы светодиодных излучателей, установленные на плоском основании, так что оптические оси светодиодных излучателей параллельны оптической оси светильника, оптический элемент, расположенный между светодиодными излучателями и освещаемой площадью, содержащий плоские грани, обращенные по направлению к оптической оси светильника под разными углами относительно друг друга, и блок управления параметрами светодиодных излучателей. Оптический элемент предназначен для изменения направления световых потоков от светодиодных излучателей и фокусировки их в различные места операционного поля. Светодиодные излучатели основной группы создают основное пятно в центре операционного поля, а светодиодные излучатели дополнительной группы создают внешнее поле засветки вокруг основного поля. В данной конструкции оптический элемент выполнен в виде концентрических колец, наклон которых относительно направления оптических осей светодиодных излучателей позволяет направлять световые потоки в различные точки операционного поля. В результате использования такой оптической системы светодиодные излучатели расположены также по кругу в центре концентрических колец светового элемента.
Светодиодный хирургический светильник-прототип не обеспечивает высокую равномерность освещенности операционного поля в силу того, что диаграмма направленности излучения отдельного светодиодного излучателя имеет резко выраженный максимум с резким спадом. Особенно сильно неравномерность освещенности проявляется при создании дополнительного поля засветки вокруг основного пятна. На общей картине засветки будут видны яркие участки, связанные с максимумом излучения отдельного светодиодного излучателя и провалы в освещенности, вызванные спадом интенсивности излучения. При выходе в процессе эксплуатации из строя хотя бы одного светодиодного излучателя на общей картине операционного поля появляется темное пятно.
Задачей настоящего технического решения является разработка светодиодного хирургического светильника, который бы обеспечивал повышенную равномерность освещенности хирургического поля.
Поставленная задача решается тем, что светодиодный хирургический светильник включает основную и дополнительную группы светодиодных излучателей, которые установлены на плоском основании, так что оптические оси светодиодных излучателей параллельны оптической оси светильника, оптический элемент, расположенный между светодиодными излучателями и освещаемой площадью, содержащий плоские грани, обращенные по направлению к оптической оси светильника под разными углами относительно друг друга, и блок управления параметрами светодиодных излучателей. Световыводящая поверхность светодиодных излучателей дополнительной группы выполнена в форме конуса
Выполнение световыводящей поверхности светодиодных излучателей дополнительной группы в форме конуса в силу физических законов преломления света обеспечивает получение кольцевой диаграммы направленности. В кольцевой диаграмме направленности равномерность распределения освещенности поверхности достаточно высокая ввиду того, что она не имеет ярко выраженного максимума излучения в центре. Кроме того, концентрическое пятно засветки в данной конструкции, в отличие от светильника-прототипа, создается путем сложения концентрических пятен всех светодиодных излучателей, что еще больше повышает равномерность освещенности. В результате, вокруг основного пятна засветки создается равномерное концентрическое световое пятно без ярких и темных участков. Кроме того, создание концентрической световой окружности вокруг основного пятна засветки при помощи излучателей с кольцевой диаграммой направленности с достаточно резким спадом интенсивности излучения не увеличивает яркость основного пятна засветки, так как свет от концентрического пятна не попадает на площадь засветки основного пятна.
Настоящий светодиодный хирургический светильник поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 показан настоящий светодиодный хирургический светильник в поперечном разрезе с включенной основной группой светодиодных излучателей;
на фиг. 2 показан настоящий светодиодный хирургический светильник в поперечном разрезе с включенной дополнительной группой светодиодных излучателей;
на фиг. 3 изображен вид сверху на настоящий светодиодный хирургический светильник со снятым оптическим элементом.
Настоящий светодиодный хирургический светильник (см. фиг. 1 - фиг. 3) содержит: металлический корпус 1, который является одновременно и радиатором для отвода избыточного тепла, на плоском основании 2 внутри корпуса 1 равномерно расположены светодиодные излучатели 3 основной группы и светодиодные излучатели 4 дополнительной группы, таким образом, что их оптические оси параллельны оптической оси светильника. Между светодиодными излучателями 3, 4 и освещаемой операционной площадью 5 расположен оптический элемент 6, содержащий плоские грани 7, 8, 9, 10, обращенные под разными углами к направлению к оптической оси светильника. Световыводящая поверхность дополнительных светодиодных излучателей выполнена в виде конуса 11.
Настоящий светодиодный хирургический светильник работает следующим образом. Для получения светового потока, с помощью регулирующего устройства (на чертеже не показан) на светодиодные излучатели 3, 4 подают ток. Лучи, исходящие из светодиодных излучателей, попадают на оптический элемент 6 и, в силу того, что плоские грани 7, 8, 9, 10 оптического элемента 6, на которые падает излучение не перпендикулярны оптической оси излучателя, падающий свет испытывает преломление, и световой поток направляется в центр освещаемой операционной площади 5. Для создания основного поля 12 засветки ток подают только на светодиодные излучатели 3, составляющие основную группу, а величину освещенности операционной площади 5 регулируют путем изменения силы тока проходящего через светодиодные излучатели 3. Для увеличения размера освещаемой операционной площади 5 с помощью регулирующего устройства ток подают на светодиодные излучатели 4 дополнительной группы. Коническая световыводящая поверхность светодиодных излучателей 4 дополнительной группы создает кольцевую диаграмму при выходе света из каждого излучателя 4. Световой поток от светодиодных излучателей 4 также попадает на оптический элемент 6 и, преломляясь, образует кольцевое световое пятно 13 вокруг основного поля 12 засветки. Интенсивность засветки и размеры светового пятна 13 регулируют с помощью изменения величины тока через светодиодные излучатели 4. Наклон плоских граней 7, 8, 9, 10, составляющих оптический элемент 6, установлен таким образом, что бы при падении света на операционное поле между основным полем 12 засветки и дополнительным световым пятном 13 в виде кольца отсутствовал неосвещенный промежуток, и суммарная картина засветки имел высокую равномерность освещенности по всей площади операционного поля.
На основе описанной выше конструкции был изготовлен опытный образец светодиодного хирургического светильника. Проведенные испытания показали, что хирургический светильник имеет высокую однородность освещенности по площади операционного поля, а размеры и величина освещенности хирургического поля достаточно просто регулируются с помощью изменение величины тока проходящего через светодиодные излучатели обеих групп. Кроме того, равномерное расположение светодиодных излучателей по площади хирургического излучателя обеспечивает низкие значения теневого разбавления (эффект, связанный с затемнением головой и руками хирурга света хирургического светильника). Это происходит в силу того, что в такой конструкции освещенность создается за счет суммирования на операционном поле световых потоков, падающих от светодиодных излучателей под разными углами и, при затенении одного или группы излучателей, не образуется резкого провала в освещенности, как это имеет место в известных аналогах, где за освещенность создается за счет того, что каждый светодиодный излучатель направлен в свою точку операционного поля.