CN110022832A - 手术台和用于操控手术台中的执行器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有患者支承面的手术台，该手术台具有至少一个组件，所述组件能通过执行器(15)移动，该手术台包括：用户界面(11、12)，用户能够经由该用户界面将用于使组件运动的指令输入给用户界面微控制器(18)；和控制装置(13)，该控制装置设计为，查询、验证用户界面微控制器(18)的数据，并且在成功验证的情况下操控执行器(15)，以便根据用户的指令来移动所述组件。

Description

手术台和用于操控手术台中的执行器的方法

技术领域

本发明涉及一种手术台，其具有至少一个组件，所述组件能通过执行器移动，以及涉及一种用于操控手术台中的执行器的方法。

背景技术

在医疗设备、例如天花板支架或手术台中通常存在机械组件，一旦用户经由数据输入接口产生功能命令，那么就能够经由执行器移动所述机械组件。然而，错误地移动所述组件对于患者或医疗设备的用户而言代表高度安全性风险。因此，对执行器的操控通常冗余地设计，从而能够实现附加的安全和控制机制。

操控系统在此以电子的方式实现并且通常包含一个或多个用于处理功能命令的微控制器。出于风险考虑，实施如下措施，使得以防止初次错误的方式操控执行器。通常经由系统中的硬件冗余来实现防止初次错误性。然而，由此增加了医疗设备的复杂性和制造成本，因为所述组件以及通信信道(总线)由于冗余而必须被分别多次提供、测试、安装和检查。

文献US 2013/0069778A1描述了一种透析设备，该透析设备具有用于支撑和监控患者的安全特征。

文献US 2011/0166512A1涉及一种用于注射药物的手持设备。

发明内容

本发明的目的是，降低手术台的复杂性和制造成本，然而仍能够确保对手术台的执行器的安全操控。

上述目的通过根据权利要求1所述的手术台以及根据权利要求11所述的方法来实现。但是，本发明也可以用于其它医疗设备、例如手术室的天花板支架。

在此，医疗设备、例如手术台或天花板支架包括至少一个组件，所述组件能通过执行器移动。此外，所述设备包括：用户界面，用户能够经由该用户界面将用于使组件运动的指令输入给用户界面微控制器；和控制装置，该控制装置设计为，查询用户界面微控制器的数据。因此，用户界面微控制器不必始终处于激活状态，而是可以在由用户输入指令时才接通，而控制装置可以借助于轮询方法发现，用户界面微控制器是否处于激活状态并且其是否已获得用户的指令。控制装置还设计为，验证由用户界面微控制器接收到的数据，并且在成功验证的情况下操控执行器，以便根据用户的指令来移动组件。因此能够确保：仅当已经检查不仅控制装置而且用户界面微控制器均无错地正常运行时，才激活执行器。

根据一种实施方式，控制装置可以包括第一和第二微控制器，其中，第一微控制器设计为，与用户界面微控制器进行通信，其中，第二微控制器设计为，与第一微控制器进行通信。因此，第二微控制器不需要至用户界面微控制器的自身的通信信道，而是在用户界面与控制装置之间的通信可以由第一微控制器控制，而不会出现在通信信道上的冲突或竞争，并且不需要在控制装置与用户界面之间的第二通信信道。

在此，第二微控制器可以设计为，经由第一微控制器向用户界面微控制器发送安全查询、质询，并且第一微控制器设计为，接收对所述安全查询的应答、响应，并且将该应答转发给第二微控制器。因此，可以在第二微控制器与用户界面微控制器之间执行质询-响应方法，而在第二微控制器与用户界面微控制器之间不存在直接的通信信道。在此，第一微控制器优选仅转发质询和响应，而不对其进行改变或评估。来自用户界面微控制器的其它数据、例如运动命令，或者可以与响应一起发送，或者可以与经由质询-响应方法的验证无关地与用户界面微控制器分开地发送给第一微控制器。

根据一些实施方式，第一微控制器可以设计为，向执行器输出运动指令。第二微控制器还可以设计为，激活对执行器的能量供应。因此，仅当第一和第二微控制器都已将从用户界面微控制器接收到的数据识别为有效的运动命令时，才发生通过执行器使医疗设备的组件的运动。

根据一些实施方式，控制装置能够以有规律的时间间隔从用户界面微控制器查询数据。由此，用户界面微控制器不必主动地发送数据，而是在控制装置与用户界面微控制器之间的通信信道可以由控制装置控制和运行。

根据一些实施方式，可以在控制装置与用户界面之间设有总线系统，该总线系统设计为，使得在控制装置的所有元件与用户界面之间的数据交换经由该总线系统进行。因此，在控制装置与用户界面之间需要仅唯一一个数据线。由此简化了医疗设备的构造，尤其是当控制装置设置成与用户界面间隔开较大的空间距离时简化了医疗设备的构造。

根据一些实施方式，控制装置可以经由两个单独的通信信道与执行器的操控装置连接，其中，能经由第一通信信道激活对执行器的能量供应，并且经由第二通信信道将运动命令传输给执行器。在模块化的医疗设备中，因此可以为每个模块设置自身的执行器操控装置，所述模块设有至少一个执行器，所述执行器操控装置于是可以分别经由这两个通信信道与医疗设备的中央控制装置连接。替选地，控制装置可以设计为，分别直接操控对执行器的能量供应和该执行器的运动。

根据一些实施方式，用户界面可以与操作元件连接，其中，该操作元件设计为用于产生第一信号，至用户界面微控制器的能量供应能借助于该第一信号激活，并且该操作元件设计为用于产生第二信号，该第二信号对应于由用户输入的用于使手术台的组件运动的指令。因此，仅当操作元件实际上由用户激活时，才激活用户界面微控制器，并且例如可以经由用于产生第一信号的附加的电容传感器来识别对操作元件的有效的用户输入。

在此可以规定，操作元件与用户界面进行通信，并且该用户界面评估操作元件的信号并且由此产生第一和第二信号。在这种情况下，例如也可以由用户界面这样地评估用户的单次按键按压，使得由此产生第一信号和第二信号，所述第一信号激活对用户界面微控制器的能量供应，所述第二信号随后可以由激活的用户界面微控制器评估为运动命令。

根据另一方面，提供一种用于控制执行器以移动医疗设备的至少一个组件的方法，其中，该方法包括：接收经由用户界面向用户界面微控制器的用于使组件运动的指令；和通过控制装置查询用户界面微控制器的数据。随后，在控制装置中验证从用户界面微控制器查询到的数据，并且当在控制装置中的验证成功时，根据指令操控执行器。因此，仅当控制装置已经检查已由用户输入有效的运动命令并且用户界面微控制器无错地运行时，才移动医疗设备的组件。

根据一些实施方式，所述验证步骤可以包括：从控制装置的第二微控制器经由控制装置的第一微控制器向用户界面微控制器发送安全查询、质询，将对安全查询的应答、响应与运动命令一起从用户界面微控制器发送给第一微控制器，并且包括从第一微控制器向第二微控制器发送应答。随后，可以通过第二微控制器检查所述应答以验证运动命令。因此，在控制装置与用户界面微控制器之间的通信可以完全经由第一微控制器运行，并且尽管如此仍可以在第二微控制器与用户界面微控制器之间实现质询-响应方法，其中相应地由第一微控制器仅转发相应的质询和响应，而第一微控制器不进一步处理、评估或改变相应的数据。优选地，第一微控制器也不识别对第二微控制器的安全查询的正确应答，从而在用户界面微控制器发生故障的情况下，不会在第二微控制器中错误地验证第一微控制器的应答。

在此，操控执行器的步骤可以包括通过第一微控制器向执行器发送运动指令和通过第二微控制器激活对执行器的能量供应。因此确保：仅当这两个微控制器已经验证从用户界面微控制器接收到的数据的真实性时，才移动医疗设备的组件。

根据一些实施方式，控制装置可以以有规律的时间间隔查询用户界面微控制器的数据，并且因此实现轮询方法。

附图说明

以下参考附图描述本发明的示例性的实施方式，其中相同的附图标记分别表示相同的或彼此相对应的元件。

图1示出具有可操控组件的示例性的手术台，在该手术台中可以使用根据本发明的实施方式的装置和方法。

图2示出具有可操控组件的示例性的天花板支架，在该天花板支架中可以使用根据本发明的实施方式的装置和方法。

图3示出根据本发明的第一实施方式的控制设备的示意概览图。

图4示出根据本发明的第二实施方式的控制设备的示意概览图。

图5示出根据本发明的一种实施方式的控制方法的流程图。

具体实施方式

在以下的描述中，参考附图来描述本发明的示例性实施方式。各附图在此非强制性地按比例绘制，而是应仅示意性地绘出相应的特征。

在此要注意的是，下面描述的特征和组件可以分别彼此组合，不论它们是否已经结合唯一的实施方式进行描述。相应的实施方式中的特征的组合仅用于说明要求保护的装置和要求保护的方法的基本构造和工作原理。在此，结合根据本发明的装置的实施方式进行描述的特征也可以与要求保护的方法结合地使用，并且反之亦然。

图1示意性地示出一种手术台100，该手术台具有脚部101和患者支承面102。患者支承面102包括多个组件103-106，例如背板、头板、腿板或类似物。所述组件101、103-106能借助于执行器移动，以便将患者支承面102调整到期望的位置中。用户可以经由未示出的操作单元输入用于操控执行器的命令。

图2示意性地示出一种天花板支架200，在该天花板支架中在一个中央单元201上安装有多个臂202、203，所述多个臂分别保持医疗仪器并且可以将其移动到期望的位置中。在此，能借助于执行器移动臂202、203，其中，用户可经由操作单元控制臂202、203的运动，该操作单元例如可以安装在中央单元201上。

图3示出根据本发明的设备10的第一实施方式。在此，用户界面11与用户界面印刷电路板(UI Processing Board UI处理板)12连接，该用户界面印刷电路板又与控制印刷电路板13和操控装置14连接。操控装置14为医疗设备、例如手术台100或天花板支架200的至少一个执行器15提供电压供应和运动命令。

用户界面11在这里例如可以包括一个或多个薄膜开关，所述薄膜开关一方面经由第一接触部来产生第一信号，所述第一接触部可以经由电容传感器17实现，并且另一方面用户可以经由操作元件16、例如经由按键或按钮来输入用于期望的功能的选择信号。根据一种实施方式，电容传感器17可以包括切换薄膜，所述切换薄膜在被触摸或者说在被按压时被激活。替选地，可以设有可单独安装的电容传感器，与单独的释放开关可相比拟的。如果操作元件16设计为薄膜键盘，那么每个按键可以实现两个功能，其中，在按压到薄膜上时可以产生第一信号，并且可以经由相应的按键来选择功能。在此，在薄膜键盘上的薄膜信号仅表明操作元件16确实被操纵，而未表明哪个键被操纵、亦即用户已选择了哪个功能。

安全设计方案：如果μC不再具有电流，那么其就不能再发送错误命令。

用户界面印刷电路板12包括用户界面微控制器(μC)18和用于该用户界面微控制器18的电压供应装置19，所述用户界面微控制器接收并处理操作元件16的输入。电压供应装置19从电容传感器17和/或操作元件16接收输入信号，以便仅当用户操纵操作元件16或第一接触部17时才对用户界面微控制器18供应能量。

用户界面印刷电路板12经由数据和能量供应线21与控制印刷电路板13连接。因此，在所示出的实施方式中，在用户界面印刷电路板12与控制印刷电路板13之间存在仅一个连接，该连接经由具有相应接口20、22的唯一一个总线系统来实现。在控制印刷电路板13上设有两个另外的微控制器μC1和μC2，如在图3中用附图标记23和24表示的那样。在此，仅第一微控制器(μC1)23与总线系统20、21、22连接，而第二微控制器(μC2)24仅间接地经由第一微控制器23而与用户界面印刷电路板12进行通信。在所示出的实施方式中，还存在至少一个制动器25，所述制动器阻止不是由执行器15驱动的对元件的手动调整。

在图3中示出的第一实施方式中，操控装置14与控制印刷电路板13分开设置，并且经由第一信号线26和第二电流供应线27而与所述控制印刷电路板连接。第一微控制器23可以经由信号线26向至少一个执行器15输出命令。又经由操控装置14的开关28来接通和切断执行器15的电流供应装置，所述操控装置的开关由第二微控制器24来操控。在这里可以规定，第二微控制器24监控开关28和执行器15的功能，并且必要时将测试信号发送给开关28和/或执行器15。

图4示出根据本发明的设备10的第二实施方式。在图4中示出的设备10与在图3中示出的设备的区别在于，操控装置14与控制印刷电路板13集成地构成。在这里，所述至少一个执行器15也由第一微控制器23来操控，并且对执行器15的电流输送经由开关28由第二微控制器24激活或去激活。

以下参考图5描述在图3和4中示出的设备的功能。

图5示出根据一种实施方式的方法的示意图。在图5中示出的方法分为四个方面：

A.数据输入

B.处理

C.接收和转换

D.产生运动

以下参考控制设备的在图3和4中示出的元件来描述这些方面：

A.数据输入

根据一种实施方式，在步骤S1中，在用户界面处经由电容传感器或类似物来接收用户的操纵。在这里可以是由用户对释放按键的操纵或者是由用户对薄膜键盘的薄膜的触摸。随后，在步骤S2中，接通至用户界面微控制器18的能量供应。然后，用户界面微控制器18在步骤S3中读取由用户经由用户界面输入的运动命令(步骤S4)。运动命令例如可以是按下薄膜键盘的特定的按键，或者操纵开关或类似物以选择特定的运动和运动方向。

B.处理

在处理时，用户界面微控制器18不由其自身转发命令，而是在控制印刷电路板13上的第一微控制器23经由总线系统20、21、22触发每次数据传输，并且周期性地从用户界面微控制器18查询数据(“轮询”方法，步骤S5)。在此，即使当用户界面微控制器18被切断时，第一微控制器23也始终激活。第一微控制器23在此确定在用户界面印刷电路板12的各次查询之间的时间。所述时间在这里位于毫秒范围内。

如果用户界面微控制器18被激活，当第一微控制器23的轮询查询到达时，在步骤S6中该用户界面微控制器将对轮询查询的应答发送给第一微控制器23。所述应答已经可以包括由用户输入的运动命令，但是也可以仅是用户界面微控制器18的状态显示。

C.接收和转换

在接收和转换由第一微控制器23查询到的用户命令时，通过在控制印刷电路板13上的第二微控制器24而设有第二保险装置。在图5中所示出的实施方式中使用质询-响应方法。

为此，第一微控制器23可以首先在步骤S7中激活第二微控制器24，该第二微控制器根据一种实施方式因此不必被持续地供应能量。替选地也可以规定，第二微控制器24被持久地激活，并且在步骤S7中仅获得产生质询的命令。在步骤S9中，第二微控制器24将质询发送给第一微控制器23，该第一微控制器本身既不识别质询也不识别所属的正确的响应，并且在步骤S10中因此仅将质询转发给用户界面微控制器18。

在步骤S11中，用户界面微控制器18产生对安全询问、质询的正确的应答、响应，所述安全询问、质询由第二微控制器24产生，并且随后在步骤S12中，第一微控制器23经由轮询方法从用户界面微控制器查询响应。作为对第一微控制器23的询问的应答，在步骤S13中，用户界面微控制器18将响应发送给第一微控制器23，所述第一微控制器本身不能检查响应并且在步骤S14中将所述响应未经改变地转发给第二微控制器24。

在步骤S15中，第二微控制器24检查由用户界面微控制器18已产生的响应。在正确响应的情况下确保：用户界面微控制器18被接通并且正常运转。因此，如果在步骤S16中确定：响应是有效的，那么在步骤S17中，第二微控制器24可以通知第一微控制器23：质询-响应方法已经成功结束，并且因此用户界面微控制器18已验证。如果在步骤S16中确定：所述响应是无效的，那么在S18中断该过程，并且例如可以通过重新的用户输入(步骤S1)而再次开始。

与由第二微控制器24检查响应并行地，如果第一微控制器23例如尚未获得关于在步骤S5中的第一查询或关于在步骤S12中的响应的查询的运动命令，那么第一微控制器2可以在步骤S19中从用户界面微控制器18查询运动命令。在这种情况下，用户界面微控制器18在步骤S20中发送关于第一微控制器23的相应的查询的运动命令。然后，第一微控制器23可以为运动命令检查例如合理性、冲突条件等，并且可以在步骤S21中通知第二微控制器24：存在有效的运动命令。

在上述方法中，在所谓的惯性运行时间(Nachlaufzeit)中可能发生以下情况：尽管用户不再按下操作元件上的按钮，用户界面微控制器18仍处于激活状态。在这种情况下，质询-响应方法仍引起正确的响应，但是第一微控制器1不会获得有效的运动命令。在步骤S17和S21中第一和第二微控制器23、24相互交换信息期间，因此能够确保：仅当存在有效的运动命令以及确保用户界面微控制器18已验证时，才产生运动。在此，仅存在有效的响应在所示出的实施方式中不直接导致：例如激活对执行器的能量供应，并且仅存在有效的运动指令同样不直接导致：该运动命令被发送给执行器。因此，即使在惯性运行时间时间期间仍能够确保：当用户界面微控制器18仍激活但是用户不再输入进一步的命令时，执行器不会被错误地供应能量或甚至由于可能不再是当前的运动命令而运动。

D.产生运动

为了最终产生执行器的运动，在用户界面微控制器18已经验证并且已经检查运动命令之后，在步骤S22中第二微控制器24激活对执行器的能量供应，并且第一微控制器23在步骤S23中将运动命令转发给操控印刷电路板14，从这起执行器15被操控。

在上述方法中，仅使用唯一一个用户界面微控制器18。然而，也可以设有多个不同的输入仪器，各输入仪器分别设计为独立的用户界面，并且各输入仪器分别具有单独的相配的用户界面微控制器18。当多个用户界面印刷电路板12连接在控制印刷电路板13的数据总线上时，上述设计方案在此也可以针对这样的应用情况进行扩展，因为每个单独的用户界面印刷电路板仅在用户操纵其时才是激活的。在第二微控制器24与用户界面微控制器18之间的经由第一微控制器23的间接的数据传输具有如下优点：总线20、21、22可以仅由第一微控制器23控制和计时，而没有另外的处理器经由相同的导线进行通信。这简化了在数据传输时的同步和定时，因为绝对不会发生任何竞争或冲突。

因此，即使参与控制执行器的硬件组件不必完全冗余地设计，本发明的上述实施方式仍确保对医疗设备的执行器的可靠的操控。尤其是不需要在用户界面与控制装置之间设有具有相应的冗余的总线系统的冗余的通信线路，因为根据上述实施方式，也可以利用唯一一个数据连接来实现质询-响应方法，以便借助于第二微控制器24来检查用户界面微控制器18和控制印刷电路板13的第一微控制器23的无错误的功能。因此，能够确保：不仅无错误地由用户输入指令而且无错误地由第一微控制器23输出运动指令。

Claims (15)

1.一种具有患者支承面(102)的手术台(100)，该手术台具有至少一个组件(103-106)，所述组件能通过执行器(15)移动，该手术台包括：

用户界面(11、12)，用户能够经由该用户界面将用于使组件(103-106)运动的指令输入给用户界面微控制器(18)，和

控制装置(13)，该控制装置设计为，查询、验证用户界面微控制器(18)的数据，并且在成功验证的情况下操控执行器(15)，以便根据用户的指令来移动所述组件(103-106)。

2.根据权利要求1所述的手术台(100)，其中，所述控制装置(13)包括第一和第二微控制器(23、24)，其中，第一微控制器(23)设计为，与用户界面微控制器(18)进行通信，并且第二微控制器(24)设计为，与第一微控制器(23)进行通信。

3.根据权利要求2所述的手术台(100)，其中，所述第二微控制器(24)设计为，经由第一微控制器(23)向用户界面微控制器(18)发送安全查询、质询，并且第一微控制器(23)设计为，接收对所述安全查询的应答、响应，并且将该应答转发给第二微控制器(24)。

4.根据权利要求2或3所述的手术台(100)，其中，所述第一微控制器还设计为，向执行器(15)输出运动指令，并且第二微控制器(24)还设计为，激活对执行器(15)的能量供应。

5.根据上述权利要求之一所述的手术台(100)，其中，所述控制装置(13)以有规律的时间间隔从用户界面微控制器(18)查询数据。

6.根据上述权利要求之一所述的手术台(100)，其中，在所述控制装置(13)与所述用户界面(11、12)之间设有总线系统(20-22)，该总线系统设计为，使得在所述控制装置(13)的所有元件与所述用户界面(11、12)之间的数据交换经由该总线系统(20-22)进行。

7.根据上述权利要求之一所述的手术台(100)，其中，所述控制装置(13)设计为，分开地操控对执行器(15)的能量供应和该执行器的运动。

8.根据上述权利要求之一所述的手术台(100)，其中，所述控制装置(13)经由两个分开的通信信道与执行器(15)的操控装置(14)连接，其中，能经由第一通信信道激活对执行器(15)的能量供应，并且经由第二通信信道将运动命令传输给执行器(15)。

9.根据上述权利要求之一所述的手术台(100)，其中，所述用户界面(11、12)与操作元件(16、17)连接，并且该操作元件(16、17)设计为用于产生第一信号，至用户界面微控制器(18)的能量供应能借助于该第一信号激活，并且该操作元件设计为用于产生第二信号，该第二信号对应于由用户输入的用于使手术台的组件(103-106)运动的指令。

10.根据权利要求9所述的手术台(100)，其中，所述操作元件(16、17)与用户界面(11、12)进行通信，并且该用户界面(11、12)评估所述操作元件(16、17)的信号并且由此产生第一和第二信号。

11.一种用于控制执行器(15)以移动手术台(100)的患者支承面(102)的至少一个组件(103-106)的方法，该方法包括：

接收经由用户界面(11、12)向用户界面微控制器(18)的用于使组件(103-106)运动的指令；

通过控制装置(13)查询(S5、S6)用户界面微控制器(18)的数据；

在控制装置(13)中验证(S7-S15)从用户界面微控制器(18)查询到的数据；并且

当在控制装置(13)中的验证成功时，根据该指令来操控(S22、S23)执行器(15)。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述验证的步骤包括：

由控制装置(13)的第二微控制器(24)经由控制装置(13)的第一微控制器(23)向用户界面微控制器(18)发送(S9)安全查询、质询；

将对所述安全查询的应答、响应由用户界面微控制器(18)发送(S13)给第一微控制器(23)；

由第一微控制器(23)向第二微控制器(24)发送(S14)所述应答；和

通过第二微控制器(24)检查(S15)所述应答以验证运动命令。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，将所述响应与运动命令一起由用户界面微控制器(18)发送给第一微控制器(23)。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，操控所述执行器(15)的步骤包括：

由第一微控制器(23)向执行器(15)发送(S23)运动指令；和

通过第二微控制器(24)激活(S22)对执行器(15)的能量供应。

15.根据权利要求11至14之一所述的方法，其中，所述控制装置(13)以有规律的时间间隔查询用户界面微控制器(18)的数据。