DE102005013063A1

DE102005013063A1 - Verfahren und Anordnung zur drahtlosen Steuerung eines Gerätes, insbesondere in der Medizin

Info

Publication number: DE102005013063A1
Application number: DE102005013063A
Authority: DE
Inventors: Steffen Dubnack; Martin Dr. Wiechmann
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2005-11-03
Also published as: US20060210277A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lösung zur Bedienung zu steuernder Geräte, bei der zur Steuerung und Kontrolle erforderliche Signale drahtlos übertragen werden. DOLLAR A Bei der erfindungsgemäßen Anordnung zur drahtlosen Steuerung eines Gerätes erfolgt die Steuerung über eine getrennte Bedieneinheit. Dabei verfügen sowohl die Bedieneinheit als auch das zu steuernde Gerät über eigene Sende- und Empfangseinheiten. Von der Sendeeinheit des zu steuernden Gerätes werden bei hoher Wiederholrate Signale gesendet, durch die die Bedieneinheit aktiviert wird und daraus ihre Energieversorgung generiert. Von der Bedieneinheit werden für die verschiedenen Bedienbefehle codierte Signale erzeugt und an das zu steuernde Gerät gesendet. DOLLAR A Die für medizinische Geräte entwickelte Lösung ist auch auf vielen anderen technischen Gebieten anwendbar. DOLLAR A Derartige Bedienpulte sind sehr flexibel einsetzbar, da sie über keinerlei störende Kabel verfügen. Durch das Fehlen einer internen Stromversorgung sind sie ständig und lange einsetzbar.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lösung zur Bedienung zu steuernder Geräte, insbesondere Mikroskope oder Operationsmikroskope. Bei der vorrangig über Fußschaltpulte erfolgenden Bedienung werden die zur Steuerung und Kontrolle erforderlichen Signale drahtlos übertragen.

Nach dem bekannten Stand der Technik werden die notwendigen Einstellungen insbesondere an Operationsmikroskopen mit Hilfe von Bedieneinheiten realisiert, die meist als Fußschaltpulte ausgeführt sind. Diese sind in der Regel durch Strom- und Datenkabel mit dem Operationsmikroskop verbunden. Als Beispiel sei hier das in der US 5,048,941 beschriebene Operationsmikroskop genannt. Die zum Fußschaltpult führenden Strom- und Datenkabel stellen zum einen eine Einschränkung der Bewegungsfreiheit des Chirurgen dar; es besteht die Gefahr, über die Kabel zu stolpern. Zum anderen können aufgrund der ständigen mechanischen Beanspruchung Fehlfunktionen bei der Übertragung auftreten. Nicht zuletzt stellen die Kabel eine zusätzliche Schmutzquelle dar, die das Erfüllen der einzuhaltenden Hygienevorschriften erschweren.

In der EP 1 329 757 wird eine Übertragungseinrichtung beschrieben, mit welcher die Übertragung der Steuersignale eines Operationsmikroskops ohne Strom- und Datenkabel erfolgen kann. Dabei können Steuer- und/oder Messdaten, wie beispielsweise Zoom, Fokus, Arbeitsabstand, Positionierung, Kippwinkel u. a., von der Bedieneinheit zum Mikroskop bidirektional übertragen werden. Die kabellose Übertragung kann analog oder digital, durch eine elektromagnetische Strahlung oder aber auch durch Infrarot- oder Ultraschallstrahlung erfolgen. Durch eine Begrenzung der Reichweite, eine gerichtete Übertragung und/oder eine partielle Abschirmung wird verhindert, dass andere Geräte beeinflusst werden.

Eine weitere Lösung zur drahtlosen Übertragung von Kontroll- und/oder Steuersignalen zwischen einer Bedien- und einer Operationsmikroskopeinheit wird in der DE 196 32 281 beschrieben. Die Bedieneinheit kann sowohl als Fuß- als auch als Handbedienung ausgeführt sein. Am Operationsmikroskop können hier mehr als eine Bedieneinheit angeschlossen sein, beispielsweise eine für einen Operateur und eine weitere für einen Assistenten. Für diesen Fall wird die Ausgestaltung der Bedieneinheiten an deren unterschiedliche Aufgaben angepasst. Bei gleichen Bedienungsfunktionen wird dabei einer Bedieneinheit eine Vorrangfunktion bei der Ausführung der Signale zugeordnet. Sowohl die Bedieneinheiten als auch das Operationsmikroskop verfügen jeweils über eine Sende- und eine Empfangseinheit zur Übertragung der Kontroll- und/oder Steuersignale. Die Übertragung erfolgt bevorzugt mit Hilfe elektromagnetischer Wellen, da es beispielsweise bei der Übertragung durch Infrarot- oder Ultraschallstrahlung zu Übertragungsstörungen durch Hindernisse kommen kann.

Nachteilig wirkt sich bei den genannten Lösungen aus, dass die Bedieneinheit für die Realisierung der Datenübertragung über eine interne Stromversorgung, beispielsweise einen Akku verfügen muss. Daraus ergeben sich zusätzliche Probleme, wie Kontrolle des Ladezustandes und Nachladen der Akkus. Um das Gerät ständig einsatzbereit zu halten und auch lange Operationen problemlos durchführen zu können, ist eventuell trotzdem noch ein Netzanschluss für die Bedieneinheit vorzusehen. Der Vorteil der drahtlosen Übertragung der Kontroll- und/oder Steuersignale ist dadurch wieder zunichte gemacht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Lösung zu entwickeln, mit der ein medizinisches Gerät und dessen drahtlose Bedieneinheit ohne zusätzlichen technischen Aufwand sofort, ständig und über einen langen Zeitraum einsetzbar sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die vorgeschlagene Lösung wurde für medizinische Geräte, insbesondere für Operationsmikroskope entwickelt, die in der Regel über Bedienpulte, vorzugsweise zur Fußbedienung gesteuert werden.

Die Lösung ist aber auch auf anderen technischen Gebieten einsetzbar bei denen Geräte über Eingabe- oder Steuermittel bedient werden sollen. Die Bedieneinheit kann dabei sowohl als normales Bedienpult als auch in anderer Form ausgeführt sein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dazu zeigt:

1: ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung zur drahtlosen Steuerung eines Gerätes.

Bei dem Verfahren zur drahtlosen Steuerung eines Gerätes, insbesondere in der Medizin, erfolgt die Steuerung über eine getrennte Bedieneinheit. Dabei verfügen sowohl die Bedieneinheit als auch das zu steuernde Gerät über eine eigene Sende- und Empfangseinheit.
Von der Sendeeinheit des zu steuernden Gerätes werden bei hoher Wiederholrate Signale mit einer geeigneten Frequenz gesendet, durch die die Bedieneinheit aktiviert wird. Die Bedieneinheit generiert ihre Energieversorgung aus den wiederholt ausgestrahlten Signalen des zu steuernden Gerätes und ist in der Lage codierte Signale zur Realisierung verschiedener Bedienbefehle an das zu steuernde Gerät zu senden.
Bei dem Verfahren zur drahtlosen Steuerung erfolgt die Übertragung der Signale vorzugsweise im sichtbaren oder angrenzenden Infrarotbereich mit einer Wellenlänge zwischen 400 nm und 3 μm oder bei Frequenzen im Radiowellenbereich zwischen 100 kHz und 10 GHz.
Die vorzugsweise auf der RFID-Technologie (Radio Frequency Identification) basierende Bedieneinheit ist dazu drahtlos programmierbar und in der Lage Daten zu speichern.
Der aus dem Englischen stammende Begriff „Radio Frequency Identification" (Abkürzung: RFID) betrifft eine Methode, mit der Daten berührungslos und ohne Sichtkontakt gelesen und/oder gespeichert werden können. Eine Anordnung zur Realisierung der RFID-Technologie sieht prinzipiell eine Antenne, einen Analog-Schaltkreis zum Empfangen und Senden (Transponder), sowie einen Digital-Schaltkreis und einen permanenten Speicher vor. In Abhängigkeit vom jeweiligen Anwendungsgebiet unterscheiden sich dabei die entsprechenden Kennzahlen, wie Funkfrequenz, Übertragungsrate, Kosten pro Einheit, Lebensdauer, Speicherplatz und Funktionsumfang.
Die von der Bedieneinheit gesendeten codierte Signal sind so gestaltet, dass das zu steuernde Gerät in der Lage ist Übertragungsfehler zu detektieren und gegebenenfalls zu korrigieren. Dazu sendet das zu steuernde Gerät nach Empfang eines codierten Signals der Bedieneinheit ein Prüfsignal an die Bedieneinheit zurück. Dieses Prüfsignal wird in der Bedieneinheit mit dem ursprünglich gesendeten codierten Signal verglichen. In Auswertung dieses Vergleiches wird von der Bedieneinheit ein weiteres Signal an das zu steuernde Gerät gesendet, welches die korrekte Übertragung bestätigt oder verneint.
In einer weiteren Ausgestaltung ist es möglich verschiedene zu steuernde Geräte mit verschiedenen Bedieneinheiten kommunizieren zu lassen, wobei über eine entsprechende Codierung der Signale eindeutig zugewiesen sind. Die Zuordnung von zu steuerndem Gerät und Bedieneinheit ist dabei veränderbar.
Eine vorteilhafte Anwendung des erfinderischen Verfahrens ergibt sich, wenn das zu steuernde Gerät ein medizinisches Gerät ist. So kann beispielsweise die drahtlose Bedienung eines Operationsmikroskops über ein fußbetätigtes Be dienpult erfolgen, so dass das Operationspersonal die Hände frei hat. Insbesondere Operationsmikroskope können auch über mehrere Bedienpulte, die vorzugsweise zur Fußbedienung ausgeführt sind, gesteuert werden. Hierbei ist es möglich, dass alle Bedienpulte gleichberechtigt sind, oder dass die Einstellungen des Bedienpultes des Operateurs vorrangig berücksichtigt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung zur drahtlosen Steuerung eines Gerätes 10, insbesondere in der Medizin, erfolgt die Steuerung über eine getrennte Bedieneinheit 20. Dabei verfügen sowohl die Bedieneinheit 20 als auch das zu steuernde Gerät 10 über eigene Sendeeinheiten 11 und 21 sowie Empfangseinheiten 12 und 22.
1 zeigt dazu das Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung zur drahtlosen Steuerung eines Gerätes.
Von der Sendeeinheit 11 des zu steuernden Gerätes 10 werden bei hoher Wiederholrate Signale mit einer geeigneten Frequenz gesendet, durch die die Bedieneinheit 20 aktiviert wird. Die Bedieneinheit 20 generiert ihre Energieversorgung aus den wiederholt ausgestrahlten Signalen der Sendeeinheit 11 des zu steuernden Gerätes 10 indem die Signale von der Empfangseinheit 22 empfangen werden. Die Bedieneinheit 20 verfügt über eine Steuereinheit 23 zur Erzeugung codierter Signale für verschiedene Bedienbefehle. Diese werden von der Sendeeinheit 21 der Bedieneinheit 20 an die Empfangseinheit 12 des zu steuernden Gerätes 10 gesendet.
Bei der Anordnung zur drahtlosen Steuerung erfolgt die Übertragung der Signale vorzugsweise im sichtbaren oder angrenzenden Infrarotbereich mit einer Wellenlänge zwischen 400 nm und 3 μm oder bei Frequenzen im Radiowellenbereich zwischen 100 kHz und 10 GHz.
Die vorzugsweise auf der RFID-Technologie (Radio Frequency Identification) basierende Bedieneinheit verfügt dazu über mindestens einen, vorzugsweise drahtlos programmierbaren Permanentspeicher.
Die von der Sendeeinheit 21 der Bedieneinheit 20 gesendeten codierte Signal sind so gestaltet, dass das zu steuernde Gerät 10 in der Lage ist dieses über seine Empfangseinheit 12 zu empfangen und Übertragungsfehler in deren Steuereinheit 13 zu detektieren und/oder zu korrigieren. Dazu wird von der Sendeeinheit 11 des zu steuernden Gerätes 10 nach Empfang eines codierten Signals der Bedieneinheit 20 ein Prüfsignal an die Empfangseinheit 22 der Bedieneinheit 20 zurückgesendet. Dieses Prüfsignal wird in der Steuereinheit 23 der Bedieneinheit 20 mit dem ursprünglich gesendeten codierten Signal verglichen. Von der Sendeeinheit 21 der Bedieneinheit 20 wird danach ein weiteres Signal an die Empfangseinheit 12 des zu steuernden Gerätes 10 gesendet, wobei dieses weitere Signal die korrekte Übertragung bestätigt oder verneint.
In einer weiteren Ausgestaltung ist es möglich verschiedene zu steuernde Geräte mit verschiedenen Bedieneinheiten kommunizieren zu lassen, wobei über eine entsprechende Codierung der Signale eindeutig zugewiesen sind. Die Zuordnung von zu steuerndem Gerät und Bedieneinheit ist dabei veränderbar.
Besonders vorteilhaft ist eine Bedieneinheit 20 die über mindestens einen, vorzugsweise drahtlos programmierbaren Permanentspeicher 24 verfügt. Dadurch ist es möglich die Bedieneinheit 20 zur Verwendung an verschiedenen zu steuernden Geräten 10 anzupassen.
Eine vorteilhafte Anwendung des erfinderischen Verfahrens ergibt sich, wenn das zu steuernde Gerät ein medizinisches Gerät ist. So kann beispielsweise die drahtlose Bedienung eines Operationsmikroskops über ein fußbetätigtes Bedienpult erfolgen, so dass das Operationspersonal die Hände frei hat. Insbesondere Operationsmikroskope können auch über mehrere Bedienpulte, die vorzugsweise zur Fußbedienung ausgeführt sind, gesteuert werden. Hierbei ist es möglich, dass alle Bedienpulte gleichberechtigt sind, oder dass die Einstellungen des Bedienpultes des Operateurs vorrangig berücksichtigt werden.
Die erfindungsgemäße Lösung dient der bidirektionalen, drahtlosen Übertragung von Kontroll- und/oder Steuersignalen zwischen einer oder mehrerer Bedieneinheiten und mindestens einem zu steuernden Gerät.
Während die nach dem Stand der Technik bekannte Transpondertechnik ausschließlich der Identifikation dient, wird bei der vorgeschlagenen Lösung die Energie aus den Sendesignalen dazu benutzt um aus Bedienhandlungen Signale zur Steuerung zu generieren und zu übertragen. Daraus ergibt sich eine Vielzahl möglicher Einsatzgebiete. Neben der bereits genannten Verwendung zur drahtlosen Bedienung eines Operationsmikroskops ist beispielsweise auch die Verwendung für zur drahtlosen Übertragung von Signalen zwischen peripheren Geräten, wie Tastatur, Maus, Zeichenstift o. ä. und einem Computer denkbar.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung sind eine Reihe vorteilhaften technischen Wirkungen verbunden. So sind die Bedienpulte beispielsweise sehr flexibel einsetzbar, sie verfügen über keinerlei störende Kabel und Hindernisse führen nicht zu Übertragungsstörungen. Dadurch, dass die Bedienpulte nicht über eine interne Stromversorgung verfügen, sind sie ständig und lange einsetzbar.

Claims

Verfahren zur drahtlosen Steuerung eines Gerätes (10), insbesondere in der Medizin, über eine getrennte Bedieneinheit (20), die jeweils über eigene Sendeeinheiten (11, 21) und Empfangseinheit (12, 22) verfügen, bei der die Bedieneinheit (20) ihre Energieversorgung aus den von deren Empfangseinheit (22) empfangenen, wiederholt ausgestrahlten Signalen der Sendeeinheit (11) des zu steuernden Gerätes (10) generiert und in der Lage ist über deren Sendeeinheit codierte Signale zur Realisierung verschiedener Bedienbefehle an das zu steuernde Gerät (10) zu senden.
Verfahren zur drahtlosen Steuerung nach Anspruch 1, bei dem die Signale im sichtbaren oder angrenzenden Infrarotbereich mit einer Wellenlänge zwischen 400 nm und 3 μm übertragen werden und die Bedieneinheit (20) Ihre Energieversorgung aus den Signalen des zu steuernden Gerätes (10) generiert.
Verfahren zur drahtlosen Steuerung nach Anspruch 1, bei dem die Signale im Radiowellenbereich zwischen 100 kHz und 10 GHz übertragen werden und die Bedieneinheit Ihre Energieversorgung aus den Signalen des zu steuernden Gerätes (10) generiert.
Verfahren zur drahtlosen Steuerung nach Anspruch 3, bei dem die Bedieneinheit auf der RFID-Technologie (Radio Frequency Identification) basiert.
Verfahren zur drahtlosen Steuerung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem die Bedieneinheit (20) vorzugsweise drahtlos programmierbar ist und Daten speichert.
Verfahren zur drahtlosen Steuerung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem das von der Sendeeinheit (21) der Bedieneinheit (20) gesendete codierte Signal so gestaltet ist, dass das zu steuernde Gerät (10) in der Lage ist dieses über seine Empfangseinheit (12) zu empfangen und Übertragungsfehler zu detektieren und/oder zu korrigieren.
Verfahren zur drahtlosen Steuerung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem das zu steuernde Gerät (10) nach Empfang eines codierten Signals der Bedieneinheit (20) ein Prüfsignal an die Empfangseinheit (22) der Bedieneinheit (20) zurücksendet, dieses in der Steuereinheit (23) der Bedieneinheit (20) mit dem ursprünglich gesendeten codierten Signal verglichen wird und die Sendeeinheit (21) Bedieneinheit (20) ein weiteres Signal an das zu steuernde Gerät (10) sendet, welches die korrekte Übertragung bestätigt oder verneint.
Verfahren zur drahtlosen Steuerung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem verschiedene zu steuernde Geräte (10) mit verschiedenen Bedieneinheiten (20) kommunizieren können, die über eine entsprechende Codierung der Signale eindeutig einander zugewiesen sind.
Verfahren zur drahtlosen Steuerung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem die Zuordnung von zu steuerndem Gerät (10) und Bedieneinheit (20) veränderbar ist.
Verfahren zur drahtlosen Steuerung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem das zu steuernde Gerät (10) ein medizinisches Gerät ist.
Verfahren zur drahtlosen Steuerung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem das Betätigen der Bedieneinheit (20) mit dem Fuß erfolgt.
Anordnung zur drahtlosen Steuerung eines Gerätes (10), insbesondere in der Medizin, über eine getrennte Bedieneinheit (20), die jeweils über eigene Sendeeinheiten (11, 21) und Empfangseinheiten (12, 22) verfügen, bei der die Bedieneinheit (20) ihre Energieversorgung aus den von deren Empfangseinheit (22) empfangenen, wiederholt ausgestrahlten Signalen der Sendeeinheit (11) des zu steuernden Gerätes (10) generiert, über eine Steuereinheit (23) zur Erzeugung codierter Signale für verschiedene Bedienbefehle verfügt und diese über die Sendeeinheit (21) an die Empfangseinheit (12) des zu steuernden Gerätes (10) sendet.
Anordnung zur drahtlosen Steuerung nach Anspruch 12, bei der die Sendeeinheiten (11, 21) und Empfangseinheiten (12, 22) auf der Übertragung im sichtbaren oder angrenzenden Infrarotbereich mit einer Wellenlänge zwischen 400 nm und 3 μm basieren und die Bedieneinheit (20) Ihre Energieversorgung aus den Signalen des zu steuernden Gerätes (10) generiert.
Anordnung zur drahtlosen Steuerung nach einem der Ansprüche 12 und 13, bei der die Sendeeinheiten (11, 21) und Empfangseinheiten (12, 22) auf der Übertragung im Radiowellenbereich zwischen 100 kHz und 10 GHz basiert und die Bedieneinheit (20) Ihre Energieversorgung aus den Signalen des zu steuernden Gerätes (10) generiert.
Anordnung zur drahtlosen Steuerung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 14, bei der die Bedieneinheit (20) auf der RFID-Technologie (Radio Frequency Identification) basiert.
Anordnung zur drahtlosen Steuerung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 15, bei der die Bedieneinheit (20) mindestens einen, vorzugsweise drahtlos programmierbaren Permanentspeicher (24) besitzt.
Anordnung zur drahtlosen Steuerung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 16, bei der das von der Sendeeinheit (21) der Bedieneinheit (20) ausgesendete codierte Signal so gestaltet ist, dass das zu steuernde Gerät (10) in der Lage ist dieses über seine Empfangseinheit (12) zu empfangen und Übertragungsfehler in der Steuereinheit (13) zu detektieren und/oder zu korrigieren.
Anordnung zur drahtlosen Steuerung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 17, bei der nach Empfang eines codierten Signals der Bedieneinheit (20), von der Sendeeinheit (11) des zu steuernden Gerätes (10) ein Prüfsignal an die Empfangseinheit (22) der Bedieneinheit (20) zurückgesendet, dieses in der Steuereinheit (23) der Bedieneinheit (20) mit dem ursprünglich gesendeten codierten Signal verglichen und von der Sendeeinheit (21) der Bedieneinheit (20) ein weiteres Signal an die Empfangseinheit (12) des zu steuernden Gerätes (10) gesendet wird, wobei dieses weitere Signal die korrekte Übertragung bestätigt oder verneint.
Anordnung zur drahtlosen Steuerung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 18, bei der verschiedene zu steuernde Geräte (10) mit verschiedenen Bedieneinheiten (20) über deren Sendeeinheiten (11, 21, ...) und Empfangseinheiten (12, 22, ...) kommunizieren können, die über eine entsprechende Codierung der Signale eindeutig einander zugewiesen sind.
Anordnung zur drahtlosen Steuerung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 19, bei der die Zuordnung von zu steuerndem Gerät (10) und Bedieneinheit (20) veränderbar ist.
Anordnung zur drahtlosen Steuerung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 20, bei der das zu steuernde Gerät (10) ein medizinisches Gerät ist.
Anordnung zur drahtlosen Steuerung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 21, bei der die Bedieneinheit (20) ein Fußschaltpult ist.