DE102018106388A1 - Device and method for controlling and / or regulating medical devices - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zum Steuern und/oder Regeln von medizinischen Geräten (12) in einem Operationssaal (14), umfassend ein Sprachsteuerungsmodul (16), auf welchem eine auf einem neuronalen Netz (18) basierende Spracherkennungssoftware offline ausführbar ist, mindestens ein mit dem Sprachsteuerungsmodul (16) verbindbares oder verbundenes Mikrofon-Array (34) mit welchem von zumindest einer im Operationssaal (14) befindlichen Person (22) abgegebene Sprachbefehle (C) aufnehmbar und in vom Sprachsteuerungsmodul (16) verarbeitbare Sprachsignale (S) umwandelbar sind, wobei das Sprachsteuerungsmodul (16) derart eingerichtet ist, dass die Sprachsignale (S) unter Verwendung der Spracherkennungssoftware in gerätebezogene Ansteuerungssignale (SD) und personenaufbereitete Ansteuerungssignale (SP) umwandelbar sind, zumindest ein medizinisches Gerät (12), welches mit dem Sprachsteuerungsmodul (16) verbindbar oder verbunden ist und welches mit den gerätebezogenen Ansteuerungssignalen (SD) steuer- und/oder regelbar ist, und zumindest einen Lautsprecher (26), mit welchem die personenaufbereiteten Ansteuerungssignale (SP) akustisch ausgebbar sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung (10).The present invention relates to a device (10) for controlling and / or regulating medical devices (12) in an operating room (14), comprising a voice control module (16) on which a speech recognition software based on a neural network (18) can be executed offline at least one microphone array (34) which can be connected or connected to the voice control module (16) can receive voice commands (C) emitted by at least one person (22) in the operating room (14) and voice signals (S.) that can be processed by the voice control module (16) ), wherein the speech control module (16) is arranged such that the speech signals (S) using the speech recognition software in device - related control signals (SD) and personal control signals (SP) are convertible, at least one medical device (12), which with the Voice control module (16) is connectable or connected and which with the device-related NEN control signals (SD) can be controlled and / or regulated, and at least one speaker (26), with which the personal control signals (SP) can be output acoustically. Furthermore, the invention relates to a method for operating such a device (10).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln von medizinischen Geräten.The present invention relates to a device and a method for controlling and / or regulating medical devices.
Aus hygienischen Gründen werden medizinische Operationen am menschlichen Körper in einem weitgehend sterilen Operationssaal durchgeführt. Bei der Operation wird der Patient typischerweise auf einem Operationstisch so gelagert, dass die zu operierende Stelle für einen die Operation durchführenden Arzt gut zugänglich ist. Bei Operationen wird eine Vielzahl von medizinischen Geräten eingesetzt, beispielsweise Pumpen, mit denen dem Patienten eine bestimmte Menge einer Infusionsflüssigkeit zugeführt wird. Unter medizinischen Geräten sollen Geräte verstanden werden, die im weitesten Sinne einem medizinischen Zweck dienen. Die medizinischen Geräte werden in der Regel nicht vom operierenden Arzt direkt bedient, sondern von einem Assistenten, welcher das medizinische Gerät entsprechend den Anweisungen des operierenden Arztes bedient. Dabei ist es nicht ausgeschlossen, dass die Anweisungen des operierenden Arztes vom Assistenten nicht korrekt verstanden und daher nicht wie gewünscht umgesetzt werden. Hierdurch kann es zu Verzögerungen im Ablauf der Operation kommen. Es kann aber auch zu schwerwiegenden Komplikationen und irreversiblen gesundheitlichen Folgen für den Patienten kommen.For hygienic reasons, medical operations are performed on the human body in a largely sterile operating room. During surgery, the patient is typically stored on an operating table so that the site to be operated is readily accessible to a physician performing the surgery. In surgery, a variety of medical devices are used, such as pumps, with which the patient a certain amount of infusion fluid is supplied. Medical devices should be understood as devices that serve a medical purpose in the broadest sense. The medical devices are usually not operated directly by the operating physician, but by an assistant who operates the medical device according to the instructions of the operating physician. It is not excluded that the instructions of the operating doctor by the assistant are not understood correctly and therefore not implemented as desired. This can lead to delays in the course of the operation. But it can also lead to serious complications and irreversible health consequences for the patient.
Neben Problemen in der Kommunikation zwischen dem operierenden Arzt und dem Assistenten sind die Kosten der Operation aufgrund des hohen Personalbedarfs sehr hoch.In addition to problems in the communication between the operating doctor and the assistant, the cost of the operation due to the high staffing requirements are very high.
Eine Möglichkeit, den Personalbedarf zu reduzieren, ist der Einsatz einer Sprachsteuerung, mit welcher die medizinischen Geräte mittels vom operierenden Arzt oder des Assistenzen abgegebenen Sprachbefehlen gesteuert und/oder geregelt werden kann. Beispielsweise kann die Fördermenge der oben erwähnten Pumpe erhöht oder herabgesetzt werden. Der grundlegende Aufbau von Vorrichtungen zur Spracherkennung und zur Sprachsteuerung ist beispielsweise aus der
Allerdings haben sich derartige Vorrichtungen zur Spracherkennung und zur Sprachsteuerung zur Unterstützung von Operationen nicht etabliert, weil derartige Vorrichtungen umständlich in der Bedienung sind und unter einer unzureichenden Erkennungsrate der von den sich im Operationssaal befindlichen Personen abgegebenen Sprachbefehlen leiden. Unzureichende Erkennungsraten werden unter anderem durch mehrere Personen, die im Operationssaal miteinander kommunizieren, durch unterschiedliche Stimmenlagen der sprechenden Personen oder durch Nebengeräusche verursacht.However, such speech recognition and voice control devices have not been established to support operations because such devices are cumbersome in operation and suffer from insufficient recognition rates of the voice commands emitted by the persons in the operating room. Inadequate recognition rates are caused, among other things, by several persons who communicate with one another in the operating theater, by different voice positions of the persons speaking or by background noises.
Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum Steuern oder Regeln von medizinischen Geräten zu schaffen, welche eine im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen eine erhöhte Erkennungsrate aufweist und einfach und zuverlässig zu bedienen ist. Des Weiteren liegt einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem eine derartige Vorrichtung betrieben werden kann.It is therefore an object of one embodiment of the present invention to provide a device for controlling or regulating medical devices, which has an increased recognition rate compared to known devices and is easy and reliable to operate. Furthermore, an embodiment of the present invention has the object to provide a method with which such a device can be operated.
Diese Aufgabe wird mit den in den Ansprüchen 1 und 7 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved with the features specified in claims 1 and 7. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern und/oder Regeln von medizinischen Geräten in einem Operationssaal, umfassend ein Sprachsteuerungsmodul, auf welchem eine auf einem neuronalen Netz basierende Spracherkennungssoftware offline ausführbar ist, mindestens ein mit dem Sprachsteuerungsmodul verbindbares oder verbundenes Mikrofon-Array mit mindestens zwei Mikrofonen zum Bereitstellen einer Fernfeld-Charakteristik, mit welchem von zumindest einer im Operationssaal befindlichen Person abgegebene Sprachbefehle aufnehmbar und in vom Sprachsteuerungsmodul verarbeitbare Sprachsignale umwandelbar sind, wobei das Sprachsteuerungsmodul derart eingerichtet ist, dass die Sprachsignale unter Verwendung der Spracherkennungssoftware in gerätebezogene Ansteuerungssignale und personenaufbereitete Ansteuerungssignale umwandelbar sind, zumindest ein medizinisches Gerät, welches mit dem Sprachsteuerungsmodul verbindbar oder verbunden ist und welches mit den gerätebezogenen Ansteuerungssignalen steuer- und/oder regelbar ist, und zumindest einen Lautsprecher, mit welchem die personenaufbereiteten Ansteuerungssignale akustisch ausgebbar sind.One embodiment of the invention relates to a device for controlling and / or regulating medical devices in an operating room, comprising a voice control module, on which a neuronal network-based speech recognition software is executable offline, at least one connectable to the voice control module or connected microphone array with at least two microphones for providing a far-field characteristic with which speech commands emitted by at least one person in the operating room are recordable and convertible into voice signals that can be processed by the speech control module, wherein the speech control module is configured such that the speech signals are converted into device-related drive signals and personalized drive signals using the speech recognition software are convertible, at least one medical device which is connectable or connected to the voice control module and which with the gerätebez ogenen control signals can be controlled and / or regulated, and at least one speaker, with which the personalized control signals can be output acoustically.
Ein wesentlicher Aspekt der vorschlagsgemäßen Vorrichtung liegt darin, dass die Spracherkennungssoftware auf einem neuronalen Netz basiert. Eine wesentliche Eigenschaft der neuronalen Netze ist, dass sie selbstlernend sind und bestimmte Muster erkennen können. Je häufiger die Vorrichtung verwendet wird, desto besser wird die Erkennungsrate. Zudem ist die Spracherkennungssoftware in der Lage, einen Vorschlag zu unterbreiten, wenn der abgegebene Sprachbefehl keinem der Spracherkennungssoftware bekannten, einer Anzahl von Sprachbefehlen entsprechenden Sprachsignalen eindeutig zugeordnet werden kann. Dabei kann die Spracherkennungssoftware auf Methoden der künstlichen Intelligenz beruhen. Darüber hinaus ist die auf einem neuronalen Netz basierende Spracherkennungssoftware in der Lage, Störgeräusche, die beispielsweise von den medizinischen Geräten emittiert werden, zu erkennen und bei der Verarbeitung der Sprachbefehle zu ignorieren. In Operationssälen liegt typischerweise ein Grundrauschen von 40db vor. In vielen Fällen sind die Operationssäle komplett gekachelt, wodurch Nachhallzeiten von bis zu drei Sekunden entstehen können. Die auf einem neuronalen Netz basierende Spracherkennungssoftware gewährleistet selbst unter diesen schwierigen Bedingungen die notwendige Erkennungsrate.An essential aspect of the proposed device is that the speech recognition software is based on a neural network. An essential feature of neural networks is that they are self-learning and can recognize certain patterns. The more frequently the device is used, the better the recognition rate becomes. In addition, the voice recognition software is able to make a suggestion when the voice command issued can not be unambiguously associated with any of the voice recognition software known voice signals corresponding to a number of voice commands. It can the Speech recognition software based on methods of artificial intelligence. Moreover, the neural network-based speech recognition software is capable of recognizing noise emitted by medical devices, for example, and ignoring it when processing voice commands. In operating theaters there is typically a noise floor of 40db. In many cases, the operating rooms are completely tiled, which can result in reverberation times of up to three seconds. The neural network-based speech recognition software ensures the necessary recognition rate even under these difficult conditions.
Ein weiterer Aspekt ist, dass die Vorrichtung während der Operation offline betrieben wird. Dies schließt nicht aus, dass die Vorrichtung außerhalb von Operationen online betrieben werden kann, beispielsweise für Fernwartungen oder zum Aktualisieren der Spracherkennungssoftware. Während der Operation verhindert der Offline-Betrieb der Vorrichtung die Manipulation von außen, die zu Fehlfunktionen führen kann. Zudem wird verhindert, dass sensible Patientendaten entwendet werden können.Another aspect is that the device is operated offline during the operation. This does not exclude that the device can be operated online outside of operations, for example for remote maintenance or for updating the speech recognition software. During operation, off-line operation of the device prevents external manipulation, which can lead to malfunction. It also prevents sensitive patient data from being stolen.
Ein zusätzlicher wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines Mikrofon-Arrays. Bei bekannten gattungsbildenden Vorrichtungen werden Headsets verwendet, die mehrere Nachteile haben. Nicht wenige Ärzte oder Assistenten fühlen sich von Headsets gestört. Zudem können sie während der Operation verrutschen oder sich sogar vom Kopf lösen, wodurch Verzögerungen im Ablauf der Operation hervorgerufen werden. Weiterhin sind sie aus hygienischer Sicht nachteilig und können die notwendige Sterilität gefährden. Im Gegensatz dazu können Mikrofon-Array so verbaut werden, dass sie gut sterilisiert werden können. Weiterhin stören sie den Arzt oder den Assistenten bei der Arbeit im Operationssaal nicht. Darüber hinaus besteht keine Gefahr, dass die Mikrofon-Array unkontrolliert verrutschen oder herunterfallen können.An additional essential aspect of the present invention is the use of a microphone array. In known generic devices headsets are used, which have several disadvantages. Not a few doctors or assistants feel disturbed by headsets. In addition, they may slip during surgery or even come off the head, causing delays in the operation. Furthermore, they are disadvantageous from a hygienic point of view and can endanger the necessary sterility. In contrast, microphone arrays can be installed so that they can be well sterilized. Furthermore, they do not disturb the doctor or assistant while working in the operating room. In addition, there is no danger that the microphone array can slip or fall uncontrollably.
Die Fernfeld-Charakteristik kann dadurch realisiert werden, dass mindestens zwei Mikrofone in einem Mikrofon-Array angeordnet werden. Nur in der geometrischen Anordnung der Mikrofone in einem Array entsteht die Eigenschaft der Fernfeld-Charakteristik (Mikrofon-Array mit Fernfeld-Charakteristik), mit welcher man in der Lage ist, einen adaptive Beamforming-Algorithmus zu implementieren, was zu einer signifikanten Verbesserung des Audiosignal und folglich zu einer Erhöhung der Erkennungsrate führt.The far-field characteristic can be realized by arranging at least two microphones in a microphone array. Only in the geometrical arrangement of the microphones in an array does the far-field characteristic (microphone array with far-field characteristic) develop, with which one is able to implement an adaptive beamforming algorithm, which leads to a significant improvement of the audio signal and consequently leads to an increase in the recognition rate.
Aufgrund des Abstands der Mikrofone eines Mikrofon-Arrays zueinander kann zum Erzeugen der Fernfeld-Charakteristik ein bestimmter Bereich über einen Phasenversatz im Sichtfeld eines Mikrofon-Arrays, welches beispielsweise 180° betragen kann, abgetastet werden. Hierdurch kann die Ausrichtung und die Position der Person, welche einen Sprachbefehl abgibt, sehr genau detektiert werden. Das akustische Signal, welches der erkannten Ausrichtung und der erkannten Position zugeordnet werden kann, kann gezielt verstärkt und die akustischen Signale, welche der erkannten Ausrichtung und der erkannten Position nicht entsprechen, werden abgeschwächt.Due to the spacing of the microphones of a microphone array relative to one another, a specific region can be scanned over a phase offset in the field of view of a microphone array, which can amount to 180 °, for example, to generate the far-field characteristic. As a result, the orientation and the position of the person who issues a voice command can be detected very accurately. The acoustic signal, which can be assigned to the recognized orientation and the detected position, can be selectively amplified and the acoustic signals which do not correspond to the recognized orientation and the detected position are attenuated.
Als Nahfeld wird der unmittelbare Bereich um die Schallquelle bezeichnet, der von einem ungleichmäßigen Wechsel zwischen Orten mit konstruktiver und destruktiver Interferenz gekennzeichnet ist. Im Gegensatz dazu bezeichnet das Fernfeld einen Bereich, der weit von der Schallquelle entfernt ist.Near field is the immediate area around the sound source, which is characterized by an uneven change between locations with constructive and destructive interference. In contrast, the far field refers to an area that is far away from the sound source.
Mikrofon-Arrays können Sprachbefehle selbst dann mit einer ausreichenden Genauigkeit erfassen, wenn sich die Person, welche die Sprachbefehle abgibt, in einiger Entfernung, die bis zu 25 m betragen kann, vom Mikrofon-Array befindet. Die Bewegungsfreiheit der die Sprachbefehle abgebenden Person wird nicht eingeschränkt.Microphone arrays can capture voice commands with sufficient accuracy even if the person issuing the voice commands is at some distance, which may be up to 25 m, from the microphone array. The freedom of movement of the voice commands issuing person is not restricted.
Die Spracherkennungssoftware ist so ausgestaltet, dass sie die vom Mikrofon-Array infolge der Abgabe von Sprachbefehlen erzeugten Sprachsignale zum einen in gerätebezogene Ansteuerungssignale und zum anderen in personenaufbereitete Ansteuerungssignale umwandelt. Unter gerätebezogenen Ansteuerungssignalen sollen Ansteuerungssignale verstanden werden, mit welchen die betreffenden medizinischen Geräten gesteuert und/oder geregelt werden können, also von den medizinischen Geräten verwendbar sind. Unter personenaufbereiteten Ansteuerungssignalen sollen derartige Ansteuerungssignale verstanden werden, welche inhaltlich den gerätebezogenen Ansteuerungssignalen entsprechen, aber beispielsweise akustisch oder optisch ausgebbar sind und für eine Person zugänglich und verständlich sind und nicht zum Ansteuern der medizinischen Geräte verwendet werden. Wenn beispielsweise der operierende Arzt den Sprachbefehl „Pumpe einschalten“ gibt, so bewirken die gerätebezogenen Ansteuerungssignale, die an die Pumpe gesendet werden, dass diese sich einschaltet. Die personenaufbereiteten Ansteuerungssignale steuern den Lautsprecher derart an, dass dieser den akustischen Hinweis „Pumpe einschalten“ ausgibt. Folglich gibt die vorschlagsgemäße Vorrichtung dem operierenden Arzt oder dem Assistenten ein akustisches Feedback, so dass die Person, welche den Sprachbefehl abgegeben hat, eine akustische Rückmeldung bekommt, ob die Vorrichtung den abgegebenen Sprachbefehl richtig erkannt hat. Die Kontrolle über die Vorrichtung und die Sicherheit, dass die Vorrichtung den gewünschten Befehl ausgibt, werden hierdurch erhöht.The speech recognition software is designed to convert the speech signals generated by the microphone array as a result of the delivery of voice commands, firstly into device-related drive signals and secondly into personalization drive signals. Device-related activation signals should be understood as activation signals with which the relevant medical devices can be controlled and / or regulated, that is to say used by the medical devices. Person-processed control signals should be understood to mean such control signals which correspond in terms of content to the device-related control signals but can be output acoustically or optically and are accessible and understandable by a person and are not used to control the medical devices. For example, when the operating physician issues the voice command "turn pump on", the device-related drive signals sent to the pump cause it to turn on. The personal control signals control the loudspeaker in such a way that it outputs the acoustic indication "turn on the pump". Thus, the proposed device provides audible feedback to the operating physician or assistant so that the person who has issued the voice command will receive an audible feedback as to whether the device has correctly recognized the delivered voice command. Control of the device and the assurance that the device is issuing the desired command are thereby increased.
In einer weitergebildeten Ausführungsform kann die Vorrichtung ein Radio oder ein anderes, Audiosignale erzeugendes Gerät umfassen, welches mit dem Sprachsteuerungsmodul oder mit dem Mikrofon-Array verbindbar oder verbunden ist, wobei die Vorrichtung eine Filtereinrichtung zum Filtern der Audiosignale aufweist. Um das Arbeitsklima während einer Operation zu verbessern, läuft in vielen Fällen ein Radio im Hintergrund. Die vom Radio produzierten Audiosignale können sich aber störend auf die Verarbeitung der Sprachbefehle auswirken und daher die Erkennungsrate herabsetzen. Zudem können die vom Radio erzeugten Audiosignale auch zufälligerweise Befehle enthalten, die zu einem Ansteuern der medizinischen Geräte führen würden. Um derartige Effekte auszublenden, ist das Radio über einen Audioausgang mit der Filtereinrichtung verbunden, welche die Audiosignale bei der Verarbeitung der Sprachbefehle herausfiltert, insbesondere bevor sie der Spracherkennungssoftware zugeführt werden, so dass die Audiosignale nicht störend auf die Erkennungsrate wirken. In a further developed embodiment, the device may comprise a radio or other device generating audio signals which is connectable or connected to the voice control module or to the microphone array, the device comprising a filter device for filtering the audio signals. To improve the working environment during an operation, in many cases a radio is running in the background. However, the audio signals produced by the radio can interfere with the processing of the voice commands and therefore reduce the recognition rate. In addition, the audio signals generated by the radio may also coincidentally contain commands that would lead to a driving of the medical devices. In order to eliminate such effects, the radio is connected via an audio output to the filter device, which filters out the audio signals during the processing of the voice commands, in particular before being supplied to the speech recognition software, so that the audio signals do not interfere with the recognition rate.
Es ist zudem möglich, das Radio als Lautsprecher zum akustischen Ausgeben der personenaufbereiteten Ansteuerungssignale zu verwenden. In diesem Fall kann die Lautstärke, mit welcher die Audiosignale ausgegeben werden, vor der Ausgabe der personenaufbereiteten Ansteuerungssignale abgesenkt werden, damit die personenaufbereiteten Ansteuerungssignale gut verständlich sind und nicht von den Audiosignalen überlagert werden. Nach Abschluss der akustischen Ausgabe der personenaufbereiteten Ansteuerungssignale kann die Lautstärke, mit welcher die Audiosignale ausgegeben werden, wieder auf das ursprüngliche Niveau angehoben werden. Andere, Audiosignale erzeugende Geräte wie MP3-Player können alternativ oder kumulativ zum Radio verwendet werden.It is also possible to use the radio as a speaker for acoustically outputting the personalization control signals. In this case, the volume at which the audio signals are output may be lowered prior to the output of the personalization drive signals, so that the personalized drive signals are well understood and are not overlaid by the audio signals. Upon completion of the audible output of the personalization drive signals, the volume at which the audio signals are output may be restored to the original level. Other audio-generating devices such as MP3 players can be used alternatively or cumulatively to the radio.
Bei einer weitergebildeten Ausführungsform kann die Vorrichtung zumindest einen Bildschirm zum Anzeigen von operationsbezogenen Daten umfassen, mit welchem die personenaufbereiteten Ansteuerungssignale optisch ausgebbar sind. Die optische Ausgabe wird zusätzlich zur akustischen Ausgabe vorgenommen. Mit der optischen Ausgabe kann den Sprachbefehl in Klartext auf dem Bildschirm angegeben werden. Alternativ oder kumulativ können Symbole angezeigt werden, welche den Sprachbefehlen entsprechen, was bei international besetzten Operationsteams von Vorteil ist, um Sprachbarrieren niedrig zu halten. Die optische Ausgabe der personenaufbereiteten Ansteuerungssignale zusätzlich zur akustischen Ausgabe stellt eine Rückversicherung für den operierenden Arzt oder den Assistenten dar. Zudem kann die optische Ausgabe solange fortgesetzt werden, bis dass der nächste Sprachbefehl abgegeben wird. Somit ist immer eindeutig nachvollziehbar, welcher Sprachbefehl zuvor ausgegeben worden ist. Auch kann eine Historie der abgegebenen Sprachbefehle in chronologischer Abfolge angezeigt werden, so dass der Operationsverlauf auf einen Blick nachvollzogen werden kann.In a further developed embodiment, the device may comprise at least one screen for displaying operation-related data, with which the personalized control signals can be displayed optically. The optical output is made in addition to the acoustic output. With the optical output, the voice command can be specified in clear text on the screen. Alternatively or cumulatively, icons may be displayed which correspond to the voice commands, which is beneficial for international operational teams to keep language barriers low. The visual output of the personalization drive signals in addition to the audible output provides reassurance to the operating physician or assistant. In addition, the visual output may continue until the next voice command is issued. Thus, it is always clear which voice command has been issued previously. Also, a history of the delivered voice commands can be displayed in chronological order, so that the operation process can be understood at a glance.
Da Bildschirme ohnehin heutzutage in nahezu jedem Operationssaal eingesetzt werden, um operationsbezogene Daten wie Blutdruck und Herzfrequenz des zu operierenden Patienten anzuzeigen, erfordert diese Ausführungsform der Vorrichtung keinen zusätzlichen Geräteaufwand. Zudem stellt jedes zusätzliche Gerät eine Kontaminationsquelle dar, so dass in dieser Ausführungsform die Anzahl der Kontaminationsquellen nicht erhöht wird.Since screens are used today in almost every operating room to display operation-related data such as blood pressure and heart rate of the patient to be operated, this embodiment of the device requires no additional equipment. In addition, each additional device is a source of contamination, so that in this embodiment, the number of contamination sources is not increased.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann das zumindest eine Mikrofon-Array am Bildschirm angeordnet sein. Wie bereits erwähnt, werden Bildschirme in nahezu jedem Operationssaal eingesetzt. Die Anordnung der Mikrofone an den Bildschirmen bietet sich daher an, da kein zusätzlicher Geräteaufwand erforderlich ist. Zudem stellt jedes zusätzliche Gerät eine Kontaminationsquelle dar, so dass in dieser Ausführungsform die Anzahl der Kontaminationsquellen nicht erhöht wird. Da der operierende Arzt oder der Assistent seinen Blick während der Operation häufig zu den Bildschirmen richtet, hat die Anordnung der Mikrofone zudem den Effekt, dass die Sprachbefehle in vielen Fällen direkt in die Mikrofone gesprochen werden, was die Qualität der Sprachsignale im Vergleich zu Sprachbefehlen, die in eine andere Richtung abgegeben werden, erhöht. Die Erkennungsrate kann in dieser Ausführungsform hoch gehalten werden.In a further embodiment, the at least one microphone array can be arranged on the screen. As already mentioned, screens are used in almost every operating room. The arrangement of the microphones on the screens is therefore advisable, since no additional equipment is required. In addition, each additional device is a source of contamination, so that in this embodiment, the number of contamination sources is not increased. Since the surgeon or assistant often directs his gaze to the screens during the operation, the arrangement of the microphones also has the effect that the voice commands are in many cases spoken directly into the microphones, which improves the quality of the voice signals compared to voice commands, which are delivered in a different direction, increased. The recognition rate can be kept high in this embodiment.
Eine weitergebildete Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die medizinischen Geräte Laser, Pumpen, Endoskope, Lampen, Operationstische, Aufnahmegeräte, eine den Operationssaal temperierende Klimaanlage oder dergleichen umfassen. Derartige medizinische Geräte werden in vielen Fällen während Operationen verwendet, so dass deren Steuerung und/oder Regelung mit der vorschlagsgemäßen Vorrichtung besonders nützlich für den Ablauf der Operation ist. Auch kann eine den Operationssaal temperierende Klimaanlage mit der vorschlagsgemäßen Vorrichtung angesteuert werden. Auch wenn eine Klimaanlage im Allgemeinen nicht primär als medizinisches Gerät aufgefasst wird, kann mittels einer Klimaanlage dennoch ein medizinischer Effekt erzeugt werden, wenn diese den Operationssaal temperiert. Beispielsweise kann eine Unterkühlung des Patienten mit einer entsprechenden Temperierung des Operationssaals vermieden werden. Insofern soll eine den Operationssaal temperierende Klimaanlage im Rahmen dieser Beschreibung auch als medizinisches Gerät aufgefasst werden.A further embodiment is characterized in that the medical devices include lasers, pumps, endoscopes, lamps, operating tables, recording devices, an operating room tempering air conditioning system or the like. Such medical devices are often used during operations, so that their control and / or regulation with the proposed device is particularly useful for the operation of the operation. Also, an operating room tempering air conditioning can be controlled with the proposed device. Even though air conditioning is generally not considered to be primarily a medical device, an air conditioning system can still produce a medical effect when it tempers the operating room. For example, hypothermia of the patient with a corresponding temperature of the operating room can be avoided. In this respect, an operating room tempering air conditioning should be understood in the context of this description as a medical device.
Eine Ausbildung der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln von medizinischen Geräten in einem Operationssaal mit einer Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend folgende Schritte:
- - Offline Ausführen einer auf einem neuronalen Netz basierenden Spracherkennungssoftware mittels eines Sprachsteuerungsmoduls,
- - Aufnehmen zumindest eines von zumindest einer im Operationssaal befindlichen Person abgegebenen Sprachbefehls mittels eines mit dem Sprachsteuerungsmodul verbundenen Mikrofon-Arrays,
- - Umwandeln des aufgenommenen Sprachbefehls in vom Sprachsteuerungsmodul verarbeitbare Sprachsignale mittels des Mikrofon-Arrays,
- - Umwandeln der Sprachsignale in gerätebezogene Ansteuerungssignale und personenaufbereitete Ansteuerungssignale unter Verwendung der Spracherkennungssoftware,
- - Steuern und/oder Regeln zumindest eines medizinischen Geräts mit den Ansteuerungssignalen, und
- - akustisches Ausgegeben der personenaufbereiteten Ansteuerungssignale mittels eines Lautsprechers.
- Offline execution of a speech recognition software based on a neural network by means of a speech control module,
- Receiving at least one voice command issued by at least one person in the operating room by means of a microphone array connected to the voice control module,
- Converting the recorded voice command into voice signals that can be processed by the voice control module by means of the microphone array,
- Converting the speech signals into device-related drive signals and personalized drive signals using the speech recognition software,
- Controlling and / or regulating at least one medical device with the drive signals, and
- - Acoustic output of the personal control signals by means of a loudspeaker.
Die technischen Effekte und Vorteile, die sich mit dem vorschlagsgemäßen Verfahren erreichen lassen, entsprechen denjenigen, die für die vorliegende Vorrichtung erörtert worden sind. Zusammenfassend sei darauf hingewiesen, dass eine hohe Erkennungsrate der abgegebenen Sprachbefehle bei gleichzeitig aufgrund des Offline-Betriebs hoher Datensicherheit bereitgestellt werden kann. Zudem ist das Verfahren benutzerfreundlich.The technical effects and advantages that can be achieved with the proposed method correspond to those discussed for the present device. In summary, it should be noted that a high recognition rate of the delivered voice commands can be provided at the same time due to the offline operation of high data security. In addition, the procedure is user-friendly.
Bei einer weiteren Ausbildung umfasst das vorschlagsgemäße Verfahren folgende Schritte:
- - akustisches Ausgegeben von einigen oder allen der personenaufbereiteten Ansteuerungssignale mittels eines Lautsprechers,
- - Empfangen eines Bestätigungsbefehls oder eines Ablehnungsbefehls, die von zumindest einer im Operationssaal befindlichen Person abgegeben werden, und
- - für den Fall, dass die im Operationssaal befindliche Person ein Bestätigungsbefehl abgibt, Steuern und/oder Regeln zumindest eines medizinischen Geräts mit den gerätebezogenen Ansteuerungssignalen.
- audible output of some or all of the personalization driving signals by means of a loudspeaker,
- Receiving a confirmation command or a refusal command issued by at least one person in the operating room, and
- - in the event that the person in the operating room gives an acknowledgment command, controlling and / or regulating at least one medical device with the device-related control signals.
In dieser Ausbildung wird zunächst das aufgrund des abgegebenen Sprachbefehls vom Sprachmodul erzeugte personenaufbereitete Ansteuerungssignal akustisch ausgegeben. Das anzusteuernde Gerät wird erst dann entsprechend dem Sprachbefehl angesteuert, wenn ein Bestätigungsbefehl abgegeben wird. Wird ein Ablehnungsbefehl gegeben, wird keine Aktion ausgeführt. In dieser Ausbildung hat der Assistent oder der operierende Arzt die Möglichkeit, falsch erkannte oder falsch abgegebene Sprachbefehle nicht ausführen zu lassen, wodurch Fehler vermieden werden können. Dabei ist es möglich, diejenigen personenaufbereiteten Ansteuerungssignale, die akustisch ausgegeben werden sollen, auszuwählen. Wenn beispielsweise die Fördermenge der Pumpe erhöht werden soll, kann der Sprachbefehl „Fördermenge erhöhen“ lauten. In diesem Fall wird die Fördermenge pro Sprachbefehl um einen bestimmten Betrag erhöht. Wenn aber die Fördermenge beispielsweise um das Fünffache des Betrages erhöht werden soll, kann dies dadurch erreicht werden, dass der Sprachbefehl „Fördermenge erhöhen“ fünfmal hintereinander abgegeben wird. Wenn die Vorrichtung die Pumpe jedes Mal erst nach Bestätigung dem Sprachbefehl entsprechend ansteuern würde, wäre dies für die Person, welche den Sprachbefehl abgibt, sehr umständlich und zeitaufwendig. Dadurch, dass die personenaufbereiteten Ansteuerungssignale ausgewählt werden, welche akustisch ausgegeben werden sollen, kann die beschriebene Situation vermieden werden.In this embodiment, the personalized control signal generated by the speech module on the basis of the voice command issued is first emitted acoustically. The device to be controlled is only activated according to the voice command when an acknowledgment command is issued. If a refusal command is given, no action is taken. In this embodiment, the assistant or the surgeon has the possibility of not having misrecognized or mispelled voice commands executed, thereby avoiding errors. It is possible to select those personalization control signals to be issued acoustically. For example, if you want to increase the flow rate of the pump, the voice command "increase flow rate" may be used. In this case, the flow rate per voice command is increased by a certain amount. If, however, the delivery rate is to be increased by five times the amount, for example, this can be achieved by issuing the voice command "increase delivery rate" five times in succession. If the device were to activate the pump each time only after confirmation of the voice command, this would be very cumbersome and time-consuming for the person who issues the voice command. Characterized in that the personal processing control signals are selected, which are to be output acoustically, the situation described can be avoided.
Eine fortentwickelte Ausbildung des Verfahrens umfasst folgende Schritte:
- - Hinterlegen einer Anzahl von ersten Sprachsignalen in einer mit der Spracherkennungssoftware zusammenwirkenden Datenbank, wobei die ersten Sprachsignale einer Anzahl von Ansteuerungssignalen entsprechen,
- - Vergleichen eines zweiten Sprachsignals, welches einem von zumindest einer im Operationssaal befindlichen Person abgegebenen Sprachbefehl entspricht, mit den ersten Sprachsignalen mittels der Spracherkennungssoftware, und
- - für den Fall, dass eine hinreichende Übereinstimmung zwischen einem der ersten Sprachsignalen und dem zweiten Sprachsignal von der Spracherkennungssoftware erkannt wird, Umwandeln des zweiten Sprachsignals in entsprechende gerätebezogene Ansteuerungssignale und entsprechende personenaufbereitete Ansteuerungssignale unter Verwendung der Spracherkennungssoftware.
- Storing a number of first speech signals in a database cooperating with the speech recognition software, the first speech signals corresponding to a number of triggering signals,
- Comparing a second speech signal, which corresponds to a speech command emitted by at least one person in the operating theater, with the first speech signals by means of the speech recognition software, and
- in the event that a sufficient correspondence between one of the first speech signals and the second speech signal is recognized by the speech recognition software, converting the second speech signal into corresponding device-related driving signals and corresponding personalized driving signals using the speech recognition software.
In dieser Ausbildung wird eine Anzahl von ersten Sprachsignalen in einer Datenbank hinterlegt, welche bestimmten Sprachbefehlen entsprechen. Die Person, welche einen Sprachbefehl abgibt, muss diesen genauso abgeben, wie in der Datenbank hinterlegt. Wenn beispielsweise ein hinterlegter Sprachbefehl „Pumpe einschalten“ lautet, muss die Person den Sprachbefehl genauso formulieren. In dieser Ausbildung können die Sprachbefehle so definiert werden, dass sie sich klar voneinander unterscheiden, so dass die Gefahr einer Verwechslung gering gehalten werden kann. Zudem kann das zu verarbeitende Datenvolumen gering gehalten werden, wodurch eine schnelle Verarbeitung der Sprachbefehle gewährleistet werden kann.In this embodiment, a number of first speech signals are stored in a database, which correspond to certain voice commands. The person who issues a voice command must give it as well as deposited in the database. For example, if a stored voice command is "turn pump on", the person must formulate the voice command in the same way. In this training, the voice commands can be defined so that they are clearly different, so the risk of confusion can be kept low. In addition, the data volume to be processed can be kept low, whereby a fast processing of the voice commands can be ensured.
Nach Maßgabe einer fortentwickelten Ausbildung des vorschlagsgemäßen Verfahrens sind folgende Schritte vorgesehen:
- - Hinterlegen einer Anzahl von ersten Sprachsignalen in einer mit der Spracherkennungssoftware zusammenwirkenden Datenbank, wobei die ersten Sprachsignale einer Anzahl von Ansteuerungssignalen entsprechen,
- - Vergleichen eines dritten Sprachsignals, welches einem von zumindest einer im Operationssaal befindlichen Person abgegebenen Wortsequenz entspricht, mit den ersten Sprachsignalen mittels der Spracherkennungssoftware, und
- - für den Fall, dass eine hinreichende Übereinstimmung zwischen einem der ersten Sprachsignalen und dem dritten Sprachsignal von der Spracherkennungssoftware erkannt wird, Umwandeln des zweiten Sprachsignals in entsprechende gerätebezogene Ansteuerungssignale und entsprechende personenaufbereitete Ansteuerungssignale unter Verwendung der Spracherkennungssoftware.
- Storing a number of first speech signals in a database cooperating with the speech recognition software, the first speech signals corresponding to a number of triggering signals,
- Comparing a third speech signal, which corresponds to a word sequence delivered by at least one person located in the operating theater, with the first speech signals by means of the speech recognition software, and
- in the event that a sufficient coincidence between one of the first speech signals and the third speech signal is recognized by the speech recognition software, converting the second speech signal into corresponding device-related driving signals and corresponding personalized driving signals using the speech recognition software.
In dieser Ausbildung wird eine von einer im Operationssaal befindlichen Person abgegebenen Wortsequenz mit den hinterlegten ersten Sprachsignalen verglichen. Es ist nicht notwendig, den Sprachbefehl so abzugeben, wie er in der Datenbank hinterlegt ist. Anstelle von „Pumpe einschalten“ kann die Wortsequenz auch heißen: „Die Pumpe soll nun eingeschaltet werden“. In dieser Ausbildung kann die Vorrichtung sehr intuitiv und natürlich bedient werden. Der operierende Arzt oder der Assistent muss sich nicht streng an die hinterlegten Sprachbefehle halten. Situationen, in welchen ein bestimmtes medizinisches Gerät nicht angesteuert werden kann, weil der operierende Arzt oder der Assistent den genauen Wortlaut des Sprachbefehls vergessen hat, werden vermieden.In this embodiment, a word sequence emitted by a person in the operating room is compared with the stored first speech signals. It is not necessary to issue the voice command as stored in the database. Instead of "Turn on pump", the word sequence may also read: "The pump should now be switched on". In this embodiment, the device can be operated very intuitively and naturally. The operating physician or assistant does not have to strictly adhere to the stored voice commands. Situations in which a particular medical device can not be accessed because the surgeon or assistant has forgotten the exact wording of the voice command are avoided.
Eine weitere Ausbildung des vorschlagsgemäßen Verfahrens umfasst folgende Schritte:
- - Hinterlegen einer Anzahl von personenbezogenen Sprachprofilen in einer mit der Spracherkennungssoftware zusammenwirkenden Datenbank,
- - Vergleichen der von zumindest einer im Operationssaal befindlichen Person abgegebenen Wortsequenz oder des von zumindest einer im Operationssaal befindlichen Person abgegebenen Sprachbefehls mit den hinterlegten, personenbezogenen Sprachprofilen, und
- - für den Fall, dass eine hinreichende Übereinstimmung zwischen dem Sprachbefehl oder der Wortsequenz und einem der hinterlegten, personenbezogenen Sprachprofilen von der Spracherkennungssoftware erkannt wird, Umwandeln des Sprachbefehls oder der Wortsequenz in entsprechende gerätebezogene Ansteuerungssignale und entsprechende personenaufbereitete Ansteuerungssignale unter Verwendung der Spracherkennungssoftware.
- - depositing a number of personal language profiles in a database interacting with the speech recognition software,
- Comparing the word sequence output by at least one person located in the operating room or the voice command issued by at least one person in the operating room with the stored personal voice profiles, and
- in the event that a sufficient correspondence between the voice command or the word sequence and one of the stored personal voice profiles is recognized by the voice recognition software, converting the voice command or word sequence into corresponding device related drive signals and corresponding hand held drive signals using the voice recognition software.
In dieser Ausgestaltung wird ein Sprachbefehl nur dann zum Steuern und/oder Regeln verwendet, wenn eine hinreichend große Übereinstimmung mit dem hinterlegten personenbezogenen Sprachprofil erkannt worden ist. Die medizinischen Geräte werden folglich nur dann den Sprachbefehlen entsprechend angesteuert, wenn der Sprachbefehl auch von einer Person abgegeben worden ist, welche die Vorrichtung einem Sprachprofil zuordnen kann. So kann beispielsweise ein Gerät nur vom operierenden Arzt oder einem bestimmten Assistenten angesteuert werden. Wird derselbe Sprachbefehl von einer anderen Person abgegeben, zu der kein Sprachprofil passt, so unterbleibt die Ansteuerung des medizinischen Geräts. In dieser Ausgestaltung kann verhindert werden, dass weitere Personen wie Famulanten oder Krankenschwestern in der Ausbildung, die medizinischen Geräte ansteuern. Die Kontrolle über die Ansteuerung der medizinischen Geräte verbleibt bei den festgelegten Personen.In this embodiment, a voice command is only used to control and / or rules when a sufficiently large match has been recognized with the stored personal voice profile. Consequently, the medical devices are only activated according to the voice commands if the voice command has been issued by a person who can associate the device with a voice profile. For example, a device can only be controlled by the operating doctor or a specific assistant. If the same voice command is issued by another person, to which no voice profile fits, then the control of the medical device is omitted. In this embodiment, it can be prevented that other persons, such as famulants or nurses in training, control the medical devices. The control over the control of the medical devices remains with the specified persons.
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
-
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand einer prinzipiellen Draufsicht, -
2 einen Operationssaal, welcher mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung betrieben werden kann, -
3 ein Ablaufdiagramm zum Darstellen eines Teils eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und -
4A und4B ein Ablaufdiagramm zum Darstellen eine Teils eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 An embodiment of a device according to the invention with reference to a basic plan view, -
2 an operating room, which can be operated with a device according to the invention, -
3 a flowchart for illustrating a part of a first embodiment of a method according to the invention, and -
4A and4B a flow diagram for illustrating a part of a second embodiment of a method according to the invention.
In
Weiterhin ist ein Radio
In
Zu erkennen ist, dass ein Mikrofon-Array
Im Operationssaal
Zum Ansteuern beispielsweise der Pumpe
Anzumerken ist, dass die Vorrichtung
Des Weiteren kann die Vorrichtung
In
Ein Ablehnungsbefehl
In den
Die Sprachsteuerung kann auf folgende Arten eingerichtet sein: In einer ersten Einrichtung muss die sich im Operationssaal
In einer zweiten Einrichtung kann die Person
Als Hardware kann ein „Digital Signal Processor“ (DSP) eingesetzt werden. Die Signale werden in eine DSP-Hardware überführt, die folgende Eigenschaften besitzt: Adaptives Beamforming (Positionsbestimmung von Quellen in Wellenfeldern (z. B. Schallfeldern)), „Adaptive Echo Cancellation“ (Echounterdrückung, Echokompensation), „Noise Reduction“ (Rauschunterdrückungsverfahren), „Automatic Gain Control“ (Automatische Signalpegel Anpassung), Fernfeld-Eigenschaften und Mikrofonlösungen mit einem ausreichend hohen Signal-Rausch-Verhältnis.As hardware, a "Digital Signal Processor" (DSP) can be used. The signals are converted to DSP hardware that has the following properties: adaptive beamforming (position determination of sources in wave fields (eg sound fields)), "Adaptive Echo Cancellation", "Noise Reduction" , "Automatic Gain Control", far-field characteristics and microphone solutions with a sufficiently high signal-to-noise ratio.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Vorrichtungcontraption
- 1212
- medizinisches Gerätmedical device
- 1414
- Operationssaaloperating room
- 1616
- SprachsteuerungsmodulVoice control module
- 1818
- neuronales Netz neural network
- 2020
- Mikrofonmicrophone
- 2222
- Personperson
- 2424
- Kommunikationsleitungcommunication line
- 2626
- Lautsprecherspeaker
- 2828
- Bildschirm screen
- 3030
- Radioradio
- 3232
- Filtereinrichtungfiltering device
- 3434
- Arrayarray
- 3636
- Operationstischoperating table
- 3838
- Patient patient
- 4040
- InfusionsreinrichtungInfusion device
- 4141
- ZulaufIntake
- 4242
- Pumpepump
- 4343
- Endoskopendoscope
- 4444
- Aufnahmegerätrecording apparatus
- 4646
- Lampelamp
- 4848
- operierender Arzt operating doctor
- 5050
- Assistenzarztintern
- 5252
- erste OP-Pflegekraftfirst surgical nurse
- 5454
- zweite OP-Pflegekraftsecond surgical nurse
- 5656
- Datenbank Database
- CC
- Sprachbefehlvoice command
- DD
- Symbolsymbol
- NN
- Ablehnungsbefehlrejection command
- SS
- Sprachsignalspeech signal
- S1, S11 bis S15S1, S11 to S15
- erstes Sprachsignalfirst speech signal
- S2S2
- zweites Sprachsignalsecond speech signal
- S3S3
- drittes Sprachsignalthird speech signal
- SDSD
- gerätebezogenes Ansteuerungssignaldevice-related control signal
- SPSP
- personenaufbereitetes Ansteuerungssignalpersonalized control signal
- SRSR
- Audiosignalaudio signal
- P, P1 bis P5P, P1 to P5
- Sprachprofillanguage profile
- V, V1 bis V5V, V1 to V5
- Schrittesteps
- WW
- Wortsequenzword sequence
- YY
- Bestätigungsbefehlconfirmation command
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |