Terug

Cermax Xenon Short-Arc Lampen
Redactie MT-Integraal

01 juli 2013

(Laatst aangepast: 11-09-2016)

Cermax Xenon Short-Arc Lampen

Publicaties

Xenonlicht heeft een breed toepassingsgebied in zowel medische als industriële applicaties. Iedere ziekenhuis instrumentatie technicus is wel op één of andere manier bekend met de toepassing hiervan. Wat men zich vaak niet realiseert zijn de achterliggende technische kenmerken welke dit type lamp zo geschikt maakt voor medische applicaties.

Inleiding

 Licht heeft al eeuwenlang een belangrijke rol gespeeld in medische applicaties. Al in de oude beschavingen was men zich al bewust van de geneeskrachtige werking van het daglicht. Recenter zijn de toepassingen van kunstlicht voor therapie en diagnostiek. Met de komst van steeds fijnere behandel en operatie technieken werd ook het belang van goed licht steeds duidelijker. Daarbij is vooral bij medische toepassingen van belang dat het kleurenspectrum van het kunstlicht zo dicht mogelijk dat van het daglicht benaderd. Dit omdat onze referenties vaak bij daglicht omstandigheden zijn vastgelegd. Hierin zit nu precies de technische uitdaging welke met de in dit artikel beschreven lamp technologie is aangegaan.

 

Toepassingsgebieden

Kunstlicht afkomstig van xenon lichtbronnen vindt in een ziekenhuis onder andere zijn toepassing in:

  • Microscopen
  • Endoscopie
  • Voorhoofdslampen
  • Laparoscopische chirurgie
  • Urologie
  • Gynaecologie

Industrieel vind men xenon technologie in laboratorium apparatuur (denk aan spectrometers), bij de inspectie van boorgaten, video projectie, microscopen en de autoindustrie (in opkomst). In dit artikel wil ik me beperken tot de toepassing binnen de endoscopie en minimaal invasieve chirurgie.

Kenmerken van de xenon Lamp

Voor medische toepassingen zijn een aantal kenmerken van de xenon lamp bijzonder geschikt. Allereerst benaderd het uitgestraalde lichtspectrum, ook wel de kleurtemperatuur genoemd, van de lamp ons daglicht zodat in principe geen kleur correcties nodig zijn. Dit is met name van belang als het licht gebruikt wordt in fiberscopen.

Een andere positieve eigenschap van dit type lamp in tegenstelling tot andere gasontladingslampen is dat meteen na het ontsteken al de juiste intensiteit en kleurtemperatuur bereikt. Verder blijven de intensiteit en kleurtemperatuur nagenoeg gelijk over de gehele levensduur.

Overige kenmerken:

Kenmerk Beschrijving
Werkingsprincipe Ionisatie van xenongas (edelgas)
Hoge interne gasdruk 20 bar
Kleine, korte vlamboog geeft stabiele, egale ionisatie
Geintegreerde reflector parabolisch of elliptisch. Geen uitlijning nodig
Gelijkspanning 14 Volt @ 22 Ampere
Ontsteekspanning 25-50kV
Elektrode Wolfraam
Lamptemperatuur tijdens gebruik < 200 graden Celsius
Elektrodetemperatuur 1000 graden Celsius
UV filter (voor medische toepassingen) Coating op vensterglas

 

Kanttekening bij specificaties

Specificaties zoals vermogen, output, lichtsterkte, lichthoek, spectrum en kleurtemperatuur ontbreken meestal bij geleverde lampen. Als deze afgenomen worden van de fabrikant van een lichtbron is de reden hiervoor dat de lamp als origineel onderdeel voor een bepaalt type lichtbron geleverd wordt. Het benodigde artikelnummer zoals deze in een onderdelenlijst of accessoirelijst staat vermeld garandeert de compatibiliteit.

 

Bij gebruik van alternatieve, niet-originele Cermax Xenon lampen dient de compatibiliteit met de lichtbron gecontroleerd te aan de hand van specificaties. Dit om de door de fabrikant beoogde prestaties van de lichtbron te kunnen behouden.

 

Lamp typeringen
Ceram Xenon lampen worden getypeerd naar het elektrisch vermogen dat de lamp consumeert, bijvoorbeeld: LX300F. In dit voorbeeld staat 300 voor 300 Watt.

Prefix:

  • LX       = Parabolische reflector voor evenwijdige lichtbundel
  • CF      = Elliptische reflector voor gefocusseerde output

Surfix

  • F         = met UV filter (voor medische toepassingen)
  • UV      = zonder UV filter

Let op: OEM exemplaren hebben meestal een afwijkende typering.

Lampsturing

Cermax Xenonlampen zijn verkrijgbaar in vermogens van 175 to 350 Watt en werken op een gelijkspanning van 14Volt. Dit betekend dat tijdens het branden gelijkstromen tot wel 25 Ampère  geconsumeerd worden. Deze stromen moeten door de voedingseenheid continu geleverd kunnen worden. Aangezien het uiteindelijke stralingsvermogen van het licht slechts 50 Watt bedraagt spreekt het voor zich dat er veel warmte afgevoerd moet worden. Hiervoor zorgen grote koelblokken die tevens als lamphouder fungeren. Meestal bestaat het koelblok uit twee elektrisch gescheiden delen die als elektrische aansluiting fungeren voor de Kathode (-) en Anode (+) van de lamp.

 

Aan de elektrische voeding van de lamp worden hoge eisen gesteld zowel ten aanzien van de stabiliteit als het dynamisch bereik. Om tot initiële ionisatie van de lamp te komen is de voeding in staat kortstondig een puls van 25 tot 50 KV over de lamp te genereren. In de uitvoering zijn vele variaties mogelijk welke allen hun specifieke kenmerken hebben. Van belang is een betrouwbare snelle ‘start’ onder de meest uiteenlopende omstandigheden.

Lampbedrijf en gevaren

Gegeven de hiervoor beschreven kenmerken zal duidelijk zijn dat de thermische belasting van de lamp hoog is. Een optimale koeling is van groot belang als de prestaties van de lamp over de gegeven levensduur contant gehouden moeten worden. Geforceerde luchtkoeling is het meest eenvoudig en wordt daarom ook het meest gebruik. De lamp mag uitsluitend in horizontale positie in bedrijf gesteld worden. Geef de lamp voldoende tijd af te koelen voordat deze gewisseld wordt

Ondanks deze hoge temperaturen in combinatie met de hoge inwendige gasdruk komt het zelden voor dat een lamp explodeert. Dit vanwege de zeer robuuste constructie en het zorgvuldige productieproces van de lampen. De hoge ontstekingsspanning dient voldoende beveiligd en afgeschermd te zijn voor de gebruiker. Het in de lamp opgesloten Xenongas is niet schadelijk en kan indien gewenst via de vulnippel worden ontlast door deze met een kniptang door te knippen.

 

Levensduur van de lamp
De levensduur of gebruiksduur van een lamp is een veel besproken onderwerp. Kort gezegd bepaalt de fabrikant van de lichtbron afhankelijk van de toepassing uiteindelijk de geadviseerde levensduur. Hierbij spelen de kwaliteitseisen die de fabrikant nastreeft een hoofdrol. Deze zijn voor medische toepassingen en met name in de endoscopie en laparoscopie anders dan in industriële toepassingen.

We moeten ons realiseren dat een lamp een verbruiksartikel is omdat de prestaties over de tijd afnemen. Door een uitgekiend productieproces is de prestatievermindering in de tijd voorspelbaar en als daarbij de minimale prestaties van de lamp door de fabrikant gedefinieerd zijn kan een geadviseerde levensduur worden berekend. Meestal ligt dit voor lichtbronnen welke voor endoscopie en laparoscopie gebruikt worden tussen de 300 en 700 branduren.

Van belang is dat niet alleen de lichtopbrengst van de lamp een criterium is voor de levensduur maar vooral ook de stabiliteit van de vlamboog welke door het inbranden van de elektrodes  steeds instabieler wordt. Dit veroorzaakt het zogeheten flickering effect. Afname van de lichtopbrengst wordt in belangrijke mate veroorzaakt door verontreiniging van het Xenongas. Dit komt door materiaal welke door het inbranden van de elektrodes vrij komt.

Figuur 1Xenon-lamp en exploded view van opbouw

Figuur 2Output en levensduur van een xenonlamp (boven). Voorbeeld van lampsturing en temperatuur.

Figuur 3Typische verschollen tussen lampen (boven) en een voorbeeld van de lichtketen (onder)

Keuze van de lamp in medische toepassingen

Zoals hiervoor genoemd worden de prestaties van een Xenonlamp door de fabrikant van de lichtbron in het ontwerp gespecificeerd. In bijzondere kritische toepassingen als de endoscopie of laparoscopie wordt een lamp op specificatie gemaakt of geselecteerd. Er zijn lichtbron fabrikanten die bijvoorbeeld ten gunste van een hogere lichtopbrengst de Cermax Xenon lamp met een hogere interne gasdruk laten vullen.

Medische lichtbronnen moeten voldoen aan de Medical Device Directory 93/42/EEC (MDD). Omdat de lamp een kritisch vervangbaar onderdeel binnen het gehele lichtsysteem is wordt deze in combinatie met een type lichtbron gecertificeerd. Deze certificering geeft de gebruiker de zekerheid van een optimaal werkend licht systeem die presteert zoals de fabrikant dit bedoelt heeft in zijn ontwerp.

 

Licht/beeld keten
Voor een licht/beeldketen geldt ook de beeldspraak ‘Een ketting is zo sterk als zijn zwakste schakel’. De Xenonlamp is een niet onbelangrijke schakel in de licht/beeld keten. Met name door de hoge thermische belasting en uitgekiende specificaties is de Xenonlamp een kritisch onderdeel van de keten.

Concessies aan de prestaties van de lamp kunnen in een klinische toepassing snel leiden tot onwenselijk situaties waarbij het niet ondenkbaar is de patiënt risico loopt.

In de afbeelding hierboven is een voorbeeld van een licht/beeldketen weergegeven. In de bovenste blauwe balk zijn alle componenten in de keten weergegeven. Elk component draagt bij aan de bandbreedte. Hiermee wordt feitelijk bedoelt de totale bruikbaarheid van de licht/beeld keten in relatie tot de klinische toepassing. Dit is door de middelste groene balk aangegeven.

 

Bij een optimaal werkend systeem presteren alle deelcomponenten 100% en zullen de meeste laparoscopische handelingen goed uitvoerbaar.  Vaak zal er nog een marge zijn om een slechte lichtkabel of een verminderde lichtopbrengst van lamp op te vangen als deze aan het einde van zijn bedrijfsuren komt. Omdat de Xenonlamp een onderdeel is van een keten waarbij de door de chirurg benodigde bandbreedte variabel is dient deze steeds binnen het maximaal aantal branduren vervangen te worden. Je weet tenslotte nooit wanneer de lamp het verschil maakt.

Kosten

Een vaak gehoord argument om alternatieve Xenonlampen te gebruiken is de aanschafprijs. De prijzen variëren van €300 tot wel €1200 per lamp. De vraag die gesteld kan worden is: hoe zit het met de specificaties van deze lampen? Zoals hiervoor beschreven kan men erop vertrouwen  dat Xenonlampen die bij de fabrikant worden besteld met het juiste artikelnummer voldoen aan de specificaties die bij een betreffende lichtbron horen. De fabrikant hoeft in principe geen specificaties meer te vermelden. Dit is in de praktijk ook meestal het geval.

 

Van alternatieve cermax xenonlampen die op de markt gebracht worden zijn deze specificaties echter ook meestal niet meegeleverd of opvraagbaar. Ook een compatibileitverklaring van de lichtbron fabrikant ontbreekt. Het is dan ook aannemelijk dat deze alternatieve lampen slechts voldoen aan generiek specificaties voor algemene toepassingen. Waarschijnlijk zullen ze in medische lichtbronnen minder presteren dan de fabrikant in het ontwerp heeft voorzien. Het zou zo maar eens kunnen dat de lichtopbrengst voor een lagere vuldruk minder is als dat van een originele lamp. Ook zijn deze mogelijk niet geselecteerd op vlamboog stabiliteit waardoor deze lampen eerder ‘flickering’ gaan vertonen.

Tot slot

Wees kritisch ten aanzien van de herkomst en compatibilteit van cermax xenonlampen met uw Licht/beeldketen. Zorg ervoor dat de gehele licht/beeldketen steeds optimaal is. Zeker bij risicovolle ingrepen op de operatie- en scopiekamer is een verschil van €1,50 per branduur niet het risico waard de marges in het systeem te elimineren.

[1] Diverse website van fabrikanten en distributeurs oa. USHIO

[2] Cermax Lamp Engineering Guide van Perkin Elmer

[3] Wikipedia

Toon alle referenties

Auteur