CN102596076B

CN102596076B - 用于运行至少一个医疗仪器的供给装置、用于产生控制程序的方法

Info

Publication number: CN102596076B
Application number: CN201080052593.6A
Authority: CN
Inventors: M.弗里茨; H.沙尔
Original assignee: Erbe Elecktromedizin GmbH
Current assignee: Erbe Elecktromedizin GmbH
Priority date: 2009-09-21
Filing date: 2010-09-21
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2030-09-21
Also published as: DE102009042428A1; US9247982B2; EP2480150A1; PL2480150T3; CN102596076A; DE102009042428B4; US20120184948A1; WO2011032729A1; EP2480150B1

Abstract

在用于控制医疗仪器的迄今已知的调节系统中，相应的调节程序的开发是非常费事的。本申请提供一种用于运行至少一个第一医疗仪器、尤其是电外科仪器和/或冷冻外科仪器和/或喷水外科仪器的供电装置。该供电装置包括用于控制至少一个仪器的控制单元和用于存储配置数据的存储单元，所述配置数据描述具有多个状态的状态自动机。控制单元这样被构造，使得所述控制单元读入配置数据并且将状态自动机编译到控制程序中并且根据控制程序控制至少一个仪器。因此可以保证对仪器的非常有效的控制，其中可以简单地检验所使用的控制程序的正确性并且更新所使用的控制程序。

Description

用于运行至少一个医疗仪器的供给装置、用于产生控制程序的方法

技术领域

本发明涉及一种用于运行至少一个医疗仪器的供给装置以及一种用于为至少一个医疗仪器的供给装置产生控制程序的方法。

背景技术

在最近几年中，控制和调节技术对于医学也越来越重要。因此，在很多手术时使用包括多个电子部件的设备。通常，这些医疗设备由至少一个仪器和供给装置组成，所述供给装置相应地对所述仪器进行供给。例如，以电子方式控制的冷冻外科、电外科和喷水外科仪器是已知的，其借助于非常复杂的控制和调节算法运行。因此，例如在高频外科（HF外科）情况下具有高频率的交变电流被引导通过人体，以便有针对性地使组织失活或切断。在高频外科中，将HF发生器连接到相应的电外科仪器上，以便提供适当的交变电流。在冷冻外科中使用供给装置，该供给装置与相应的仪器（例如冷冻探针）处于流体连接并且提供用于冷却仪器的流体。明显的是，相应的供给装置必须具有控制单元、输入单元和输出单元，以便适当地控制所连接的仪器。

相应的电外科设备从EP1862137A1和EP1829493A1中是已知的。在控制这些设备时，必须考虑许多参数（例如组织类型、运行模式等）。在供给装置中所包含的控制单元调节和控制调整参量（例如电压、电流、功率、调制频率等）。电外科供给装置经常提供多个运行模式，例如用于切断的模式和用于凝结的模式。

在过去，对于这些运行模式中的每一种运行模式开发自己的调节或控制程序。对这些程序的护理变得极其费事和容易出错。此外，不能确定性地确定相应的控制程序的正确性，使得许多测试是必要的，以便保证要医治的患者和人员的安全。调节和控制程序的开发因此是非常昂贵的。

发明内容

以该现有技术为出发点，本发明的任务是提供一种供给装置，该供给装置可以简单地编程并且快速和有效地保证对编程的正确性的检验。此外，将提供一种用于为相应的供给装置产生控制程序的方法。

该任务通过下面所述的供给装置和方法来解决。根据本发明的用于运行至少一个医疗仪器的供给装置，包括：控制单元，用于控制至少一个仪器；存储单元，用于存储配置数据，所述配置数据描述具有多个状态的状态自动机；其中控制单元被构造为，使得所述控制单元读入配置数据，将状态自动机编译到控制程序中并且根据控制程序控制至少一个仪器；状态自动机包括从至少一个第一状态到至少一个第二状态的至少一个转变，其中配置数据包括至少一个转变规则，并且控制单元被构造使得如果转变规则被满足，则所述控制单元从根据第一状态的第一控制模式切换到根据第二状态的第二控制模式。相应地，根据本发明的用于为至少一个医疗仪器的供给装置产生控制程序的方法，包括步骤：读入配置数据，所述配置数据描述具有多个状态的状态自动机；将具有多个状态的状态自动机通过控制单元编译到控制程序中；通过控制单元根据控制程序来控制至少一个医疗仪器；状态自动机包括从至少一个第一状态到至少一个第二状态的至少一个转变，其中配置数据包括至少一个转变规则，并且控制单元被构造使得如果转变规则被满足，则所述控制单元从根据第一状态的第一控制模式切换到根据第二状态的第二控制模式。

尤其是，该任务通过一种用于运行至少一个医疗仪器、尤其是电外科仪器和/或冷冻外科仪器和/或喷水外科仪器的供给装置来解决，其中所述供给装置包括：

-用于控制至少一个仪器的控制单元，

-用于存储配置数据的存储单元，所述配置数据描述具有多个状态的状态自动机，

其中所述控制单元这样被构造，使得所述控制单元读入配置数据，将状态自动机编译到控制程序中，并且根据控制程序控制至少一个仪器。

本发明的基本思想因此在于，在供给装置内设置框架程序构架，该框架程序或构架能够读入和转化用于状态自动机形式的仪器的控制程序。为了进一步开发供给装置的作用原理，通常不必改变所述框架程序。对仪器的原本的控制根据状态自动机进行，所述状态自动机通过配置数据描述。可以非常简单地验证状态自动机的正确性。优选地使用确定性的自动机，使得能够简单地检验，该自动机是否正确地工作。基于状态自动机的使用，可以最小化在开发新的控制和调节算法时的工作耗费，其中总是保证患者和操作供给装置的人员的安全性。

在一个实施例中，供给装置具有用于描述带有配置数据的存储装置的接口。因此，可以以简单的方式给已经投入运行的供给装置供应当前的调节或控制程序。可以非常简单地提供新的运行模式，例如用于凝结肝脏组织的运行模式。

状态自动机的至少一个状态可以分配有至少一个额定值，其中控制单元这样被构造，使得所述控制单元当以根据具有至少一个额定值的状态的控制模式控制仪器时输出控制信号，以便根据额定值控制该至少一个仪器。因此可以通过配置数据将一个或多个额定值分配给状态自动机的状态。该组额定值可以定义各个状态并且由控制单元这样处理，使得根据所述额定值运行或控制各个仪器。

供给装置可以包括用于确定至少一个传感器信号的测量装置，所述传感器信号被分配给至少一个额定值，其中控制单元这样控制仪器，使得额定值基本上被遵守。根据该申请，传感器信号可以是关于由控制单元设定的调整值、所测量的参数（例如组织电阻）和供给装置内部的信号（例如时间信号）的说明。分配给状态的额定值因此被用于预先给定确定的调整参量和/或输出控制信号，使得测量值满足确定的预先给定的准则。经常不能达到所有额定值，使得控制单元必须被构造用于在最佳的工作点附近控制所述一个或多个仪器。最佳工作点例如可以如此被定义，即根据传感器信号在额定值和实际值之间的绝对误差的数值之和尽可能小。误差的各个数值也可以被加权。

控制单元可以被构造用于建立工作点，在所述工作点时，相应的传感器信号不超过所分配的额定值。

状态自动机可以包括从至少一个第一状态向至少一个第二状态的至少一个转变，其中配置数据包含至少一个转变规则并且控制单元这样被构造，使得如果满足转变规则，则所述控制单元从根据第一状态的第一控制模式切换到根据第二状态的第二控制模式。由于存在转变规则，因此能够实现在各个状态之间的灵活切换。控制单元检验各个转变规则并且如果满足转变规则，则开始从第一状态向第二状态的转移。对于仪器控制，这意味着，从第一控制模式被切换到第二控制模式，其中相应的控制模式通过分配给状态的额定值定义。

至少一个第一额定值可以被分配给第一状态并且至少一个第二额定值可以被分配给第二状态，其中第一和第二额定值涉及相同的传感器信号并且控制单元这样被构造，使得所述控制单元根据配置数据检测：要如何进行传感器信号从第一额定值向第二额定值的转换以及进行相应的控制。通常，当在第一和第二控制模式之间切换时，确定的额定值被改变。根据本发明，配置数据应该说明：应该如何进行额定值从第一值向第二值的转换，使得用于控制仪器的相应控制信号可以被发出。例如，在确定的时间内可以借助于例如线性方程使额定值斜线上升（auframpen）。

转变规则可以包括至少一个条件，所述条件涉及至少一个传感器信号。因此如果满足条件，则进行在状态之间的切换。

至少一个状态可以分配有至少两个转变。可以借助于配置数据分别为转变分配顺序，其中控制单元这样被构造，使得在以根据具有至少两个所分配的转变的状态的控制模式控制仪器时按照所述顺序检验转变的条件。也就是说，只要状态具有多个转变，所述多个转变能够将该状态转换到结果状态，则可以给所述转变配备顺序。该顺序通知控制单元：哪个转变必须首先被检验并且在满足所分配的转变规则的情况下开始。因此，相应的控制程序可以针对仪器更灵活地被设计。

配置数据可以包括至少一个控制表。状态自动机可以借助于控制表相对简单地被建模。

所述的任务同样通过一种用于为至少一个医疗仪器的供给装置产生控制程序的方法来解决，其中所述方法包括步骤：

-读入配置数据，所述配置数据描述具有多个状态的状态自动机；

-将具有多个状态的状态自动机通过控制单元编译到控制程序中；

-通过控制单元根据控制程序控制至少一个医疗仪器。

对于该方法也得出与已经结合供给装置所述的优点类似的优点。

尤其是可以更轻易地护理和维护供给装置的软件。新的调节和控制程序可以快速和简单地被建模。可以产生简单的图形表示，所述图形表示描述程序。因此，可以减少未发现的逻辑误差的出现。此外，可以建立在用于实施状态机的所述框架程序和对于控制决定性的原本的状态机的严格分离。控制程序所基于的框架程序在大多情况下不被改变，所述框架程序用作封装的黑盒子。在成功地验证该框架程序之后，非常简单地形成系统的更新。

该方法可以包括利用外部存储器的配置数据来描述供给装置的内部存储器。因此，可以轻易地执行控制程序的所述更新。

该方法在根据多个状态中的当前状态控制至少一个仪器时可以包括以下步骤：

-借助于测量装置确定传感器信号；

-将所述传感器信号与分配给当前状态的额定值进行比较；

-输出控制信号，以便根据额定值设定传感器信号。

因此，例如可以通过额定值定义状态自动机的状态。

可以利用外部存储器的配置数据来描述供给装置的内部存储器。在根据多个状态中的当前状态控制至少一个仪器时，可以进行以下步骤：借助于测量装置确定至少一个传感器信号；将所述至少一个传感器信号与至少一个分配给当前状态的转变规则进行比较；如果满足转变规则，则确定结果状态；根据结果状态控制至少一个仪器。转变规则可以包括多个条件，所述条件分别涉及传感器信号。

附图说明

下面借助于多个实施例来描述本发明，所述实施例根据附图更详细地得以阐述。在此：

图1示出具有所连接的电外科仪器的供给装置；

图2示出供给装置的各个组件；和

图3示出用于通过供给装置实施的状态自动机。

具体实施方式

在下面的描述中对于相同或起相同作用的部分使用相同的附图标记。

图1示出供给装置30，该供给装置经由第一HF线路31与电外科仪器20连接。第二HF线路31’通向中性电极21。为了施加由供给装置30所提供的HF电压U，仪器20包括另外的电极。因此，HF电压U可以被施加在中性电极21和另外的电极之间。如在图1中所示，可以使用电外科仪器20的中性电极21和另外的电极，以便将HF电流I引入生物组织中。图1示出躯干1，在该躯干1处安置自粘贴的中性电极21。电外科仪器20的另外的电极被使用来切割或凝结躯干1的另一侧上的组织。

如在图2中所示，供给装置30包括控制单元40和HF发电机50。HF发电机50用于为电外科仪器20和中性电极21提供适当的HF电压U。控制单元40控制HF发电机50，其方式是，控制单元向HF发电机输出控制信号并且从该HF发电机接收传感器信号，所述传感器信号给出关于HF发电机50的状态以及关于所施加的HF电流I和HF电压U的消息。所接收的传感器信号也可以给出关于组织电阻R、HF功率P或有效功率因数的消息。控制单元40优选地被构造用于提供多种不同的运行模式，这些运行模式例如对要施加的HF电压U或HF功率P产生影响。因此，控制单元40可以提供用于凝结的模式和用于切割组织的另一模式。此外，可以对于不同的电外科仪器20（例如为单极或双极仪器）或对于不同的组织类型（肝脏或肌肉组织）提供另外的模式。供给装置30包括输入单元70，该输入单元能够实现接收电外科仪器20的用户的输入。用户因此可以经由输入单元70选择确定的运行模式并且这样激活控制单元40，使得HF发电机50并且从而电外科仪器20在该运行模式下运行。为了使对确定的运行模式的选择变得容易并且显示关于HF发电机50和/或控制单元40和/或电外科仪器20的状态信息，供给装置30此外包括输出单元80。输出单元80包含用于显示信息的屏幕。

控制单元40此外与存储单元60处于通信连接，该存储单元具有接口63，通过该接口63可以将配置数据装载到存储单元60中。控制单元40具有时间检测单元44，该时间检测单元以时间信号的形式预先给定传感器信号，所述时间信号能够实现对预先给定的时间间隔的检测。

根据本发明，存储单元60包含框架程序，该框架程序通过控制单元40实施。该框架程序促使控制单元40从存储单元60装载配置数据并且生成控制程序，该控制程序能够实现对连接到供给装置30上的仪器20的控制。在此情况下，优选地实施表格控制式开关机构，该开关机构具有多个状态Z0至Z4，其中根据预先给定的边缘条件采取各个状态Z0至Z4。

在存储单元60中所存储的配置数据在此情况下可以表格式地对状态自动机10进行建模。相应的状态自动机10在图3中示出。该状态自动机包括状态Z0至Z4，其中例如在选择确定的凝结模式之后采取起始状态Z0。从该起始状态Z0出发，状态自动机转入第一状态Z1。状态自动机10具有多个转变Trans13、Trans14、Trans21、Trans32，这些转变对向其他状态——也即第二状态Z2、第三状态Z3、第四状态Z4——的转移进行建模。因此，转变Trans13例如描述从第一状态Z1向第三状态Z3的转移。这些转变Trans13、Trans14、Trans21、Trans32中的每一个被分配给转变规则Reg13或Reg14或Reg21或Reg32。转变规则Reg13属于转变Trans13并且包含两个条件，在满足所述条件时，控制单元40从根据第一状态Z1的控制模式切换到根据第三状态Z3的控制模式。在图3中所述的情况下，如果阻抗R大于80欧姆或者有效功率因数大于0.5，则进行转变Trans13。可以设想转变规则Reg13、Reg14、Reg21、Reg32，其中在预先给定的时间间隔上必须遵守条件。例如可以设想，只有当有效功率因数大于0.5达大于5毫秒时，才进行转变Trans13。从第一状态Z1出发，另外的转变Trans13、Trans14、Trans21、Trans32是可能的。另一转变Trans14从第一状态引向第四状态。为转变Trans14分配转变规则Reg14。如果控制单元40在根据第一状态Z1的控制模式中逗留长于1000毫秒（停留持续时间t_v大于1000毫秒），则按照转变规则Reg14进行转变Trans14。转变Trans32从第三状态Z3引向第二状态Z2并且如果HF功率P大于50瓦，则根据转变规则Reg32来进行。转变Trans21从第二状态Z2引向第三状态Z3并且在采取第二状态Z2达长于1000毫秒的时间段之后发生（条件：停留时间t_v大于1000毫秒）。该条件通过转变规则Reg21说明。总之，状态自动机10对结束的调节或控制算法建模，该调节或控制算法将控制单元40从初始状态Z0经由多个中间状态Z1、Z2、Z3引向最终状态、也即第四状态Z4。

优选地给状态Z1至Z4中的每一个状态以表格式形式分配额定值：

状态Z1的额定值组：

状态Z2的额定值组：

状态Z3的额定值组：

状态Z4的额定值组：

。

控制单元40可以如此被配置，使得各个额定值作为调整值被设定。例如，控制单元40可以将控制信号输出给HF发电机50，该HF发电机如此设定所述控制信号，使得额定值被满足。但是，在给定的额定值情况下，供给装置30的运行经常是不可能的。对于这些情况，控制单元40这样被配置，使得该控制单元建立工作点，在这些工作点时获得设定或测量值，所述设定或测量值尽可能接近预先给定的额定值。

在前述实施例中，多个转变——也即转变Trans13和Trans14——从第一状态Z1出发。可以给各个转变Trans13、Trans14分配优先级，使得所述转变按照给定的顺序由控制单元40检验。例如可以在转变Tran14之前检验转变Tran13。因此，如果应该在给定的时刻满足根据转变规则Reg13的条件——在该时刻控制单元40处于根据第一状态Z1的控制模式，则控制单元将立即转入根据第三状态Z3的控制模式。只有当转变规则Reg13的条件不被满足时，转变规则Reg14才被检验。

一般而言，本发明控制自动机或状态自动机可以经由控制表来参数化，该控制表包括：

1.起始设定

例如具有起始状态Z0的额定值。

2.其他状态作为结果状态

例如状态Z1至Z4。

3.转移：

例如转变Trans13、Trans14、Trans21、Trans32。

4.转移条件

例如转变规则Reg13、Reg14、Reg21、Reg32。

转移条件可以涉及测量参量的阈值或变化斜率或涉及绝对值（例如R大于200欧姆）或相对值（例如R大于最后测量的值的10%）。可替代地，可以考虑频率（例如在多少个测量时，R大于200欧姆）或者时间间隔（停留持续时间t_v=300毫秒）。转移条件也可以包含转移条件的组合（例如逻辑与/或逻辑运算）。

接下来，示出用于仪器20的示例性控制表，该控制表基本上对应于根据图3的配置：

***基本设定：***

跳跃条件的时间帧=100us

状态1：起始

跳跃1A>>>超过电阻<<<

跳跃1A：如果1乘RLast>=80欧姆，则切换到状态：3

跳跃1B：

跳跃1B：如果50乘LF<16384，则切换到状态：3

跳跃1C>>>时间极限<<<

跳跃1C：如果10000次，则切换到状态：4

状态2：状态2

跳跃2A>>>等待1秒<<<

跳跃2A：如果10000次，则切换到状态：3

状态3：状态3

跳跃3A>>>超过功率<<<

跳跃3A：如果1乘P_HF>50W，则切换到状态：2

状态4：状态4

>>>稳定的状态直至结束激活<<<

。

在前述实施例中，为了说明本发明描述了用于电外科仪器的控制程序。但是应该对于本领域技术人员无问题地清楚的是，可以如何使用本发明来控制冷冻外科仪器和/或喷水外科仪器。

就此而论，还必须确定的是，额定值也可以涉及机械活动，例如激活和去活阀。因此，例如可以说明一种额定值，使得阀被打开或闭合。此外，可以设想，额定值说明在三维坐标系中的位置，所述位置应该由设备、例如机器手臂开动。也可以说明这样的额定值，使得电外科仪器的前端驶入或驶出。因此，可以使各个状态与由电外科仪器或供给装置进行的多个机械活动关联。

附图标记列表

1躯干

10状态自动机

20电外科仪器

21中性电极

30供给装置

31，31’HF线路

40控制单元

44时间检测单元

50HF发电机

60存储单元

63接口

70输入单元

80输出单元

Z0起始状态

Z1第一状态

Z2第二状态

Z3第三状态

Z4第四状态

Reg13Z1向Z3的转变规则

Reg14Z1向Z4的转变规则

Reg21Z2向Z1的转变规则

Reg32Z3向Z2的转变规则

Trans13，Trans14，

Trans21，Trans32转变

UHF电压

IHF电流

PHF功率

R阻抗

有效功率因数

t_v停留持续时间

Claims

1.用于运行至少一个医疗仪器（20）的供给装置，包括：

-控制单元（40），用于控制至少一个仪器（20），

-存储单元（60），用于存储配置数据，所述配置数据描述具有多个状态（Z0-Z4）的状态自动机（10），

其中控制单元（40）被构造为，使得所述控制单元读入配置数据，将状态自动机编译到控制程序中并且根据控制程序控制至少一个仪器（20）,

其特征在于，

状态自动机（10）包括从至少一个第一状态（Z0-Z4）到至少一个第二状态（Z0-Z4）的至少一个转变（Trans13，Trans14，Trans21，Trans32），其中配置数据包括至少一个转变规则（Reg13，Reg14，Reg21，Reg32），并且控制单元（40）被构造使得如果转变规则（Reg13，Reg14，Reg21，Reg32）被满足，则所述控制单元从根据第一状态（Z0-Z4）的第一控制模式切换到根据第二状态（Z0-Z4）的第二控制模式。

2.根据权利要求1所述的供给装置，

其特征在于

所述至少一个医疗仪器（20）是电外科仪器和/或冷冻外科仪器和/或喷水外科仪器。

3.根据权利要求1所述的供给装置，

其特征在于

所述供给装置具有用于将配置数据写到存储单元（60）中的接口（63）。

4.根据权利要求1所述的供给装置，

其特征在于，

状态自动机（10）的至少一个状态（Z0-Z4）分配有至少一个额定值，并且控制单元（40）被构造为，使得所述控制单元在以根据具有至少一个额定值的状态（Z0-Z4）的控制模式控制仪器（20）时输出控制信号，以便根据额定值来控制至少一个仪器（20）。

5.根据权利要求4所述的供给装置，其特征在于

用于确定至少一个传感器信号的测量装置，所述传感器信号被分配给至少一个额定值，其中控制单元（40）将仪器（20）控制为使得额定值基本上被遵守。

6.根据权利要求5所述的供给装置，

其特征在于，

控制单元被构造用于建立工作点，在所述工作点时，相应的传感器信号不超过所分配的额定值。

7.根据前述权利要求1-6中任一项所述的供给装置，

其特征在于，

至少一个第一额定值被分配给第一状态（Z0-Z4）并且至少一个第二额定值被分配给第二状态（Z0-Z4），其中第一和第二额定值涉及相同的传感器信号，并且控制单元被构造为，使得所述控制单元根据配置数据检测：要如何进行传感器信号从第一额定值到第二额定值的转换和进行相应的控制。

8.根据前述权利要求1-6中任一项所述的供给装置，

其特征在于，

至少一个转变规则（Reg13，Reg14，Reg21，Reg32）包括至少一个条件，所述条件涉及至少一个传感器信号。

9.根据前述权利要求1-6中任一项所述的供给装置，

其特征在于，

至少一个状态（Z0-Z4）分配有至少两个转变（Trans13，Trans14，Trans21，Trans32）并且借助于配置数据为转变（Trans13，Trans14，Trans21，Trans32）分别分配顺序，其中控制单元（40）被构造为，使得当以根据具有至少两个所分配的转变（Trans13，Trans14，Trans21，Trans32）的状态的控制模式控制仪器（20）时根据所述顺序检验转变（Trans13，Trans14，Trans21，Trans32）的条件。

10.根据前述权利要求1-6中任一项所述的供给装置，

其特征在于，

配置数据包括至少一个控制表。

11.用于为至少一个医疗仪器（20）的供给装置（30）产生控制程序的方法，其中所述方法包括步骤：

-读入配置数据，所述配置数据描述具有多个状态（Z0-Z4）的状态自动机（10）；

-将具有多个状态（Z0-Z4）的状态自动机（10）通过控制单元（40）编译到控制程序中；

-通过控制单元（40）根据控制程序来控制至少一个医疗仪器（20）,

其特征在于，

12.根据权利要求11所述的方法，

其特征在于，

利用外部存储器的配置数据来描述供给装置（30）的内部存储器。

13.根据权利要求11所述的方法，

其特征在于，

在根据多个状态（Z0-Z4）中的当前状态（Z0-Z4）控制至少一个仪器（20）时，进行以下步骤：

-借助于测量装置确定传感器信号；

-将传感器信号与分配给当前状态（Z0-Z4）的额定值进行比较；

-输出控制信号，以便根据额定值设定传感器信号。

14.根据权利要求11至13之一所述的方法，

其特征在于，

-借助于测量装置确定至少一个传感器信号；

-将所述至少一个传感器信号与至少一个分配给当前状态（Z0-Z4）的转变规则（Reg13，Reg14，Reg21，Reg32）进行比较；

-如果满足转变规则（Reg13，Reg14，Reg21，Reg32），则确定结果状态；

-根据结果状态控制至少一个仪器（20）。

15.根据权利要求11至13之一所述的方法，

其特征在于，

转变规则（Reg13，Reg14，Reg21，Reg32）包括多个条件，所述条件分别涉及传感器信号。