DE102007031717B4

DE102007031717B4 - Kommunikationseinrichtung für eine chirurgisches System und chirurgisches System, inbesondere ophthalmisches mikrochirurgisches System zur Phako-Chirurgie

Info

Publication number: DE102007031717B4
Application number: DE200710031717
Authority: DE
Inventors: Erik Düver; Manfred Knoll
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2007-07-06
Filing date: 2007-07-06
Publication date: 2012-12-06
Anticipated expiration: 2027-07-07
Also published as: WO2009007214A2; WO2009007214A3; DE102007031717A1

Abstract

Kommunikationseinrichtung (2) für ein chirurgisches System (I), – mit einer Benutzerschnittstelle (3) und zumindest zwei Treibereinheiten (5, 6) zum Steuern von mit den Treibereinheiten (5, 6) verbindbaren chirurgischen Instrumenten (5a, 6a), – mit einer zur Benutzerschnittstelle (3) separat angeordneten zentralen Steuereinheit (4), – mit einer ersten Kommunikationsvorrichtung (7), welche zum Datenaustausch zwischen der Benutzerschnittstelle (3) und der Steuereinheit (4) ausgebildet ist, – mit einer zur ersten Kommunikationsvorrichtung (7) separaten zweiten Kommunikationsvorrichtung (8), welche zum Datenaustausch zwischen der Steuereinheit (4) und der zumindest zwei Treibereinheiten (5, 6) ausgebildet ist, und – mit einer zur ersten (7) und zur zweiten Kommunikationsvorrichtung (8') separaten dritten Kommunikationsvorrichtung (9), welche zum direkten Datenaustausch zwischen zumindest zwei Treibereinheiten (5, 6) ausgebildet ist, und – die dritte Kommunikationsvorrichtung (9) ein Datenbus ist, der direkt mit der Benutzerschnittstelle (3) und den Treibereinheiten (5, 6) verbunden ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Kommunikationseinrichtung für ein chirurgisches System sowie ein chirurgisches System, insbesondere ein ophthalmisches mikrochirurgisches System zur Phako-Chirurgie.
Stand der Technik
In der chirurgischen Augenheilkunde wird eine Vielzahl unterschiedlicher Erkrankungen des Auges behandelt. Dazu ist beispielsweise auch die Behandlung des Grauen Stars, welcher auch als Katarakt bezeichnet wird, zu erwähnen. In der Phako-Chirurgie zur Behebung derartiger Augenerkrankungen ist es bekannt, mikrochirurgische Werkzeuge einzusetzen, die durch einen relativ kleinen Einschnitt in das Auge eingeführt werden können und eine Vielzahl chirurgischer Funktionen darin ausführen können.
Eine sehr häufig verwendete Methode ist die Phako-Emulsifizierung, bei welcher ein chirurgisches Handstück als mikrochirurgisches Werkzeug verwendet wird. Dieses Handstück umfasst im Allgemeinen eine Spitze in Form einer Hohlnadel mit einem relativ geringen Durchmesser, die zum Emulsifizieren, Fragmentieren und/oder Schneiden von Gewebe ausgelegt sein kann, nachdem diese in einen Einschnitt in der Cornea oder Sklera des Auges eingeführt worden ist. Zusätzlich kann diese Spitze des Handstücks einen zentralen Kanal aufweisen, der mit einer Saugquelle, beispielsweise einer Pumpe, verbunden ist, welche die Gewebereste der zertrümmerten Linse von dem Auge absaugt. Das Handstück kann des Weiteren zum Zuführen eines Spülfluids zum Auge, beispielsweise eine Salzlösung (BSS-Lösung), zum Spülen des Auges während der Behandlung ausgebildet sein. Das entfernte Gewebe, das von dem Auge zusammen mit dem Spülfluid abgesaugt wird, wird beispielsweise in einem Sammelbehälter gesammelt, welcher üblicherweise entfernt von dem Handstück angeordnet ist. Das Handstück umfasst zum Zertrümmern der Linse des Auges typischerweise eine Ultraschalleinrichtung, welche die Spitze des Handstücks zur Oszillation anregt. Durch diese Oszillation der Spitze wird die Linse in kleine Teile zertrümmert.
Ein aus der US 6 251 113 B1 bekanntes chirurgisches System umfasst eine Benutzerschnittstelle, welche zur Kommunikation mit Modulen ausgebildet ist, an welchen Modulen die mikrochirurgischen Instrumente angeschlossen sind. Die Module sind als Steckkarten ausgebildet und sind von außen zugänglich in einem Gehäuse beispielsweise durch einen Arzt einsteckbar oder herausziehbar.
Aufgrund der Komplexität derartiger Systeme und insbesondere der Vielzahl von unterschiedlichen Instrumenten wird ein immer höherer Bedarf an Steuer- und Messsignalen erforderlich. Ebenso steigen durch die sich weiterentwickeinden regelungs- und steuerungstechnischen Algorithmen die Anforderungen an die Rechenleistung und die Echtzeitfähigkeit des Systems.
Bei dem bekannten System ist ein wesentlicher Nachteil darin zu sehen, dass eine regelungstechnische Kommunikation zwischen zwei an dem zwischen der Benutzerschnittstelle und den Modulen ausgebildeten Datenübertragungsbus angeschlossenen Modulen über diesen Datenbus laufen muss. Sind parallel dazu noch Steuerungsvorgänge, Anzeigevorgänge oder gar zwei Regelungsvorgänge auszuführen, so führt dies zu Prioritätsstreitigkeiten, welche in einer Störung der Regelung münden können. Dies kann insbesondere während der Operation zu unerwünschten Zwischenfällen führen, und darüber hinaus wird die gesamte Kommunikation verlangsamt.
Darüber hinaus ist bei einer Fehlfunktion der Benutzerschnittstelle die Bedienung und Funktionalität der Module nicht mehr möglich, wodurch während einer Operation kritische Situationen auftreten können.
Aus der US 2004/0143677 A1 ist ein chirurgisches Gerät bekannt, bei welchem eine Benutzerschnittstelle mit einer Steuereinheit verbunden ist. Die Steuereinheit ist über einen Bus mit chirurgischen Instrumenten verbunden, die Schnittstellen aufweisen. Ein weiterer Bus ist vorgesehen, an dem auch andere Peripheriegeräte angeschlossen sind. Zwischen einem Gerät, welches mit dem ersten Bus verbunden ist, und einem Gerät, welches mit dem zweiten Bus verbunden ist, kann eine unidirektionale drahtlose Verbindung ausgebildet sein.
Aus der EP 1 172 064 A2 ist eine Vorrichtung bekannt, mit welcher medizinische Daten über ein Netzwerk übertragen werden. Die Vorrichtung umfasst eine Benutzerschnittstelle in Form einer Spracheingabeeinheit. Diese Benutzerschnittstelle ist jedoch in eine Steuereinheit, welche als Master ausgebildet ist, integriert. Diese Master-Steuereinheit ist mit mehreren Slave-Steuereinheiten verbunden. An diesen Slave-Steuereinheiten können chirurgische Instrumente, wie beispielsweise ein Roboterarm und dergleichen angeordnet sein. Stets sind an einer Slave-Steuereinheit jedoch mehrere chirurgische Instrumente angeordnet bzw. mit dieser verbunden.
Aus der DE 100 13 665 C2 ist ein medizinisches Gerät bekannt, bei welchem Einheiten des Geräts jeweils zwei Rechner aufweisen. Jeder Rechner kann nur mit einem von zwei Kommunikationsbussen verbunden sein.
Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kommunikationseinrichtung und ein chirurgisches System zu Schaffen, bei welcher bzw. bei welchem die Datenübertragung mit hoher Sicherheit erfolgen kann und insbesondere im Fehlerfall von Einzelkomponenten die Funktionsfähigkeit von Systemteilbereichen aufrecht erhalten werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Kommunikationseinrichtung und ein chirurgisches System gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Insbesondere soll ermöglicht werden, dass eine stabile Regelung in komplexen chirurgischen Systemen durchführbar ist und dabei keine gegenseitigen Störungen auftreten können.
Darüber hinaus soll eine hohe Datenübertragungsrate ermöglicht werden.
Eine erfindungsgemäße Kommunikationseinrichtung für ein chirurgisches System umfasst eine Benutzerschnittstelle und zumindest zwei elektronische Treibereinheiten zum Steuern von mit den Treibereinheiten verbindbaren chirurgischen Instrumenten. Darüber hinaus umfasst die Kommunikationseinrichtung eine zur Benutzerschnittstelle separat angeordnete zentrale Steuereinheit zum Steuern der zumindest zwei Treibereinheiten und eine erste und eine zweite Kommunikationsvorrichtung. Die erste Kommunikationsvorrichtung ist zum Datenaustausch zwischen der Benutzerschnittstelle und der Steuereinheit ausgebildet. Die zweite Kommunikationsvorrichtung ist separat zur ersten Kommunikationsvorrichtung und zum Datenaustausch zwischen der Steuereinheit und den zumindest zwei Treibereinheiten ausgebildet. Durch die Zwischenschaltung einer Steuereinheit zwischen die Benutzerschnittstelle und den Treibereinheiten können die Treibereinheiten von der Benutzerschnittstelle getrennt werden. Dadurch kann bei einem Ausfall der Benutzerschnittstelle, insbesondere bei einem Softwareabsturz des Betriebssystems oder eines Anwenderprogramms, die weitere Funktionsfähigkeit der Treibereinheiten aufrecht erhalten werden. Durch die extern und separat zur Benutzerschnittstelle ausgebildete Steuereinheit können die Treibereinheiten in ihrer Funktionalität auch dann weiterhin betrieben werden, wenn die Benutzerschnittstelle im Fehlerfall nicht mehr bedienbar ist. Ein unmittelbarer Absturz der Treibereinheiten und ein damit verbundenes Nichtmehrerreichenkönnen und Nichtmehrsteuernkönnen dieser Treibereinheiten kann dadurch verhindert werden. Dies ist insbesondere während dem Durchführen einer Augenbehandlung vorteilhaft, da dadurch quasi auch ein Notfallbetrieb weitergeführt werden kann und dadurch vom Operateur auf einen derartigen Ausfall der Benutzerschnittstelle reagiert werden kann und ausreichend Zeit bleibt, um die Operation gegebenenfalls an geeigneter Stelle unterbrechen oder gegebenenfalls zu Ende führen zu können.
Eine Treibereinheit ist bevorzugt als eine in einem geschlossenen Gehäuse angeordnete Platine ausgebildet, welche ohne Öffnen des Gehäuses von außen nicht entfernt oder eingesteckt werden kann. Dadurch kann eine Beschädigung oder Verschmutzung oder ein hoher Verschleiß aufgrund oftmaligem Herausziehen und Hineinschieben verhindert werden. Es sollen daher keine Module im Sinne von Steckkarten, wie dies in der US 6 251 113 B1 angegeben ist, sein.
Bevorzugt ist zumindest eine der beiden Kommunikationsvorrichtungen der Kommunikationseinrichtung zur drahtgebundenen Kommunikation ausgebildet. Insbesondere ist in bevorzugter Weise vorgesehen, dass zumindest eine der Kommunikationsvorrichtungen einen Datenbus umfasst, insbesondere ein Datenbus ist. Durch diese Ausgestaltung wird bevorzugterweise eine kabelgebundene Netzwerktopologie geschaffen, welche durch den Datenbus optimiert wird. Eine Kommunikationsvorrichtung kann neben einem Datenbus weitere Komponenten, wie beispielsweise Signalverarbeitungs- oder Signalaufbereitungseinheiten oder dergleichen umfassen. Insbesondere ist vorgesehen, dass eine Kommunikationsvorrichtung ausschließlich den Datenbus umfasst und somit lediglich den Datenbus für sich betrachtet darstellt.
In besonders bevorzugter Weise ist die zweite Kommunikationsvorrichtung, welche zum direkten Datenaustausch zwischen der Steuereinheit und den zumindest zwei Treibereinheiten ausgebildet ist, als Datenbus ausgebildet. Dies ermöglicht in besonders bevorzugter Weise das Durchführen von stabilen Datenübertragungen mit hoher Datenübertragungsrate.
Ein an eine Treibereinheit angeschlossenes mikrochirurgisches Instrument kann beispielsweise ein Vitrektomiemesser, Phako-Emulsifikations- oder Phako-Fragmentations-Antriebssysteme, fiberoptische Beleuchtungsinstrumente, Koagulations-Antriebssysteme oder ein anderes in der Technik bekanntes Instrument sein. Darüber hinaus kann auch eine Pumpe zum Absaugen der zertrümmerten Linsenreste und der über eine Irrigationsleitung zugeführten Spülflüssigkeit über eine Aspirationsleitung vorgesehen sein.
Insbesondere während dem Durchführen einer derartigen Operation am Auge ist ein wesentlicher Aspekt, keine zu starken Druckschwankungen im Auge zu erzeugen. Daher müssen das Zuführen von Flüssigkeit, das Zertrümmern der Linse und das Absaugen äußerst präzise aufeinander abgestimmt sein. In diesem Zusammenhang ist es somit erforderlich, dass neue Steuer- und Regelungsarten und insbesondere auch schnelle Regelungsvorgänge zwischen den Treibereinheiten durchgeführt werden können, um die genannten Komponenten und Instrumente so betreiben zu können, dass die Behandlung des Patienten mit möglichst geringem Aufwand, dennoch sehr schnell und präzise und insbesondere auch komplikationsfrei durchgeführt werden kann. Kritische Situationen während einem operativen Eingriff im Auge können dadurch zumindest wesentlich reduziert werden, da der Datenaustausch durch die Kommunikationseinrichtung in punkto Schnelligkeit, Fehleranfälligkeit und hoher Datenübertragungsrate optimiert werden kann.
Bevorzugt sind die Treibereinheiten durch die Steuereinheit vollständig von einer direkten Kommunikation mit der Benutzerschnittstelle entkoppelt. Jegliche Kommunikation und jeglicher Datenaustausch zwischen der Benutzerschnittstelle und den Treibereinheiten erfolgt somit über diese Steuereinheit. Dadurch kann die Funktionsfähigkeit nochmals verbessert werden und auch die Sicherheit des Datenaustausches gewährleistet werden, da die Steuereinheit jeglichen Datenaustausch quasi überwachend überblickt.
Vorzugsweise ist bei der Kommunikationseinrichtung durch die Zwischenschaltung der Steuereinheit zwischen die Benutzerschnittstelle und die zumindest zwei Treibereinheiten ein Subsystem der Kommunikationseinrichtung ausgebildet. Insbesondere sind zumindest zwei Subsysteme ausgebildet, welche zum Datenaustausch ausgebildet sind und zu einem Systemverbund koppelbar sind. Durch diese spezifische Anordnung der zur Benutzerschnittsstelle externen Steuereinheit ergibt sich die Möglichkeit der Kapselung von Geräteinternas. Insbesondere können somit der Steuereinheit nach geschaltete Geräte und Komponenten als eigener Systemteil bzw. als Subsystem quasi „abgetrennt” oder separiert werden und untereinander kommunizieren. Bevorzugt können auch mehrere Subsysteme vorgesehen sein, welche auch zum Datenaustausch untereinander ausgebildet sind. Es kann vorgesehen sein, dass dazu jedem Subsystem eine eigene Steuereinheit zugeordnet ist, mit denen diese Komponenten und Geräte etc. des Subsystems verbunden sind. Jede Steuereinheit kann separat dann auch mit der Benutzerschnittstelle verbunden sein. Die Subsysteme können gleichartig oder aber auch unterschiedlich ausgebildet sein. Dies kann sowohl im Hinblick auf Anzahl der Komponenten als auch im Hinblick auf die Art der Komponenten der Fall sein. Es kann auch ein Systemverbund aus den Subsystemen ausgebildet sein.
Die Kommunikationseinrichtung umfasst eine zur ersten und zur zweiten Kommunikationsvorrichtung separate dritte Kommunikationsvorrichtung, welche zum direkten Datenaustausch zwischen zumindest zwei Treibereinheiten ausgebildet ist. Dies ermöglicht das Durchführen von sehr schnellen Regelungsvorgängen und gewährleistet die Vermeidung von Prioritätsstreitigkeiten zwischen auszutauschenden Informationen und Daten. Darüber hinaus kann dadurch auch eine gleichzeitige Signalübertragung zwischen den Treibereinheiten untereinander einerseits und den Treibereinheiten und der Steuereinheit andererseits durchgeführt werden. Dadurch kann die gesamte Kommunikation auch sehr schnell erfolgen. Insbesondere im Hinblick auf die Anforderung einer Echtzeitfähigkeit des Systems kann dieses dadurch besonders vorteilhaft gestaltet werden.
Vorzugsweise ist die dritte Kommunikationsvorrichtung mit der Steuereinheit und den zumindest zwei Treibereinheiten verbunden.
Die dritte Kommunikationsvorrichtung ist mit der Benutzerschnittstelle und den zumindest zwei Treibereinheiten verbunden.
Die dritte Kommunikationsvorrichtung ist ein Datenbus.
Durch diese Ausgestaltung kann der Datenaustausch zwischen den Treibereinheiten einerseits und den Treibereinheiten mit der Steuereinheit andererseits individualisiert vollzogen. werden und situations- und bedarfsabhängig die jeweiligen Daten über eine der Kommunikationsvorrichtungen ausgetauscht werden. Der Datenbus kann vom gleichen oder unterschiedlichen Bustyp wie ein Datenbus der ersten und/oder ein Datenbus der zweiten Kommunikationsvorrichtung sein. Insbesondere kann ein Flexray-Datenbus vorgesehen sein. Es kann auch ein CAN-Bus sein.
Es kann auch vorgesehen sein, dass zumindest eine Kommunikationsvorrichtung zur drahtlosen Kommunikation ausgebildet ist.
In bevorzugter Weise ist vorgesehen, dass die zweite Kommunikationsvorrichtung als zweiter Datenbus und die dritte Kommunikationsvorrichtung als zum zweiten Datenbus separater dritter Datenbus ausgebildet sind. Diese Separierung und die explizite Ausgestaltung als Datenbusse verbessert auch die Echtzeitfähigkeit des Systems, welche zu einer stabilen Regelung erforderlich ist. Darüber hinaus können neben den insbesondere über den dritten Datenbus durchzuführenden schnellen Regelungsvorgänge, über den zweiten Datenbus auch weitere Steuerungsvorgänge, Anzeigevorgänge oder aber auch weitere Regelungsvorgänge zumindest zeitweise gleichzeitig durchgeführt werden. So kann unbeeinträchtigt voneinander sowohl die Kommunikation zwischen der Steuereinheit und einer Treibereinheit als auch die Kommunikation zwischen einer Treibereinheit und einer weiteren Treibereinheit mit hoher Effizienz und ohne Störung der Kommunikation erfolgen.
Es kann vorgesehen sein, dass im Falle, dass die erste und die zweite Kommunikationsvorrichtung beide jeweils einen Datenbus umfassen oder vorzugsweise beide jeweils ein Datenbus sind, beide Datenbusse vom gleichen Bustyp ausgebildet sind. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass bei einer derartigen Ausgestaltung der Kommunikationsvorrichtungen beide Datenbusse unterschiedliche Bustypen sind. Dadurch kann die Individualität im Hinblick auf schnelle Kommunikation und hohe Datenübertragungsraten sowie stabile Datenübertragung abhängig von der individuellen Ausgestaltung der Anordnung und der jeweils daran angeschlossenen Einheiten und Komponenten optimiert werden. Dies ermöglicht dann spezifische Alternativen, um situations- und bedarfsabhängig die jeweils optimale Netzwerktopologie aufbauen zu können.
Bevorzugt kann als Bustyp ein CAN-Bus oder ein LIN-Bus oder ein Flexray-Bus oder ein MOST-Bus ausgebildet sein. Diese Aufzählung der spezifischen Bustypen ist lediglich beispielhaft und keinesfalls abschließend zu verstehen.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der erste und/oder der zweite Datenbus ein CAN-Bus, insbesondere beide CAN-Busse sind, und der dritte Datenbus ein Flexray-Bus ist. Dadurch kann eine Netzwerktopologie aufgebaut werden, bei der die Kommunikation zwischen der Benutzerschnittstelle und der Steuereinheit sowie zwischen der Steuereinheit und den Treibereinheiten mit hoher Sicherheit, hoher Stabilität und geringer Ausfallwahrscheinlichkeit durchgeführt werden kann. Durch den als Flexray-Bus ausgebildeten dritten Datenbus kann des Weiteren dann bei der direkten Kommunikation zwischen den Treibereinheiten eine sehr schnelle Datenübertragung mit im Vergleich zu anderen Bustypen sehr hoher Datenübertragungsrate erreicht werden.
Dadurch kann den Anforderungen an Ausfallwahrscheinlichkeit, dem Durchführen von schnellen Regelungsvorgängen und dem Übertragen von sehr hohen Datenraten umfänglich Rechnung getragen werden.
Es kann vorgesehen sein, dass der Datenaustausch zwischen der Steuereinheit und der Benutzerschnittstelle drahtgebunden oder auch drahtlos ausgeführt werden kann. Auch eine direkte Point-to-Point-Verkabelung oder eine sonstige Netzwerktopologie ist möglich.
Darüber hinaus kann auch grundsätzlich vorgesehen sein, dass die Treibereinheiten untereinander über die zweite Kommunikationsvorrichtung gemäß einer Peer-to-Peer-Verbindung kommunizieren können. Durch diese Ausgestaltung kann gewährleistet werden, dass die Treibereinheiten direkt untereinander über die zweite Kommunikationsvorrichtung gemäß einer Peer-to-Peer-Verbindung kommunizieren oder zusätzlich oder anstatt dazu über die dritte Kommunikationsvorrichtung kommunizieren. Auch dadurch kann die Kommunikation schneller und sicherer sowie mit größeren Datenübertragungsraten erfolgen, ohne dass Prioritätsstreitigkeiten oder Störungen beim Datenaustausch auftreten können.
Insbesondere dann, wenn mehr als zwei Treibereinheiten vorgesehen sind, kann ein wechselseitiges oder gemeinsames regelungstechnisches Netzwerk gebildet werden, bei dem die genannten schnellen Regelungsvorgänge unabhängig von anderen Steuer- oder Regelungsvorgängen effizient durchgeführt werden können. Dies ist insbesondere dann besonders vorteilhaft, wenn die zweite und die dritte Kommunikationsvorrichtung jeweils als Datenbus ausgebildet sind.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein chirurgisches System, insbesondere ein ophthalmisches mikrochirurgisches System zur Phako-Chirurgie, welches zumindest ein mikrochirurgisches Instrument und eine Kommunikationseinrichtung umfasst. Die Kommunikationseinrichtung weist eine Benutzerschnittstelle und eine Mehrzahl von elektronischen Treibereinheiten zum Steuern der mit den Treibereinheiten verbindbaren chirurgischen Instrumente auf. Darüber hinaus umfasst die Kommunikationseinrichtung eine zur Benutzerschnittstelle separat angeordnete zentrale Steuereinheit zum Steuern der Treibereinheiten, eine erste Kommunikationsvorrichtung, welche zum Datenaustausch zwischen der Benutzerschnittstelle und der Steuereinheit ausgebildet ist, und eine zur ersten Kommunikationsvorrichtung separate zweite Kommunikationsvorrichtung, welche zum Datenaustausch zwischen der Steuereinheit und den Treibereinheiten ausgebildet ist. Durch diese Ausgestaltung des chirurgischen Systems kann der Datenaustausch mit erhöhter Sicherheit erfolgen. Auch dann, wenn Teilkomponenten, insbesondere die Benutzerschnittstelle, nicht mehr bedienbar sind, und beispielsweise aufgrund eines Softwareabsturzes die Steuerung und der Signalaustausch mit weiteren Komponenten nicht mehr oder nicht mehr fehlerfrei erfolgen kann, ist die weitere Funktionalität und der weitere Betrieb, insbesondere der Treibereinheiten und der daran angeschlossenen mikrochirurgischen Instrumente, gewährleistet.
Vorteilhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen Kommunikationseinrichtung sind auch als vorteilhafte Ausführungen des chirurgischen Systems anzusehen.
Das chirurgische System kann neben den mikrochirurgischen Instrumenten auch weitere Peripheriegeräte, wie beispielsweise ein Fußschaltpult oder einen Infusionsstangenaufbau, aufweisen. Darüber hinaus kann es auch weitere externe chirurgische Instrumente, wie beispielsweise einen Laser, umfassen. Auch Bildverarbeitungssysteme, wie beispielsweise ein Aufzeichnungsgerät, eine Kamera und eine Video-Overlay-Einheit, können vom chirurgischen System mit umfasst sein. Mit der Video-Overlay-Einheit können die von der Kamera aufgezeichneten Bilder mit Geräteeinstellungen überlagert werden, wodurch dem Operateur, insbesondere auf einer Anzeigeeinheit, das momentane Operationsobjekt und gleichzeitig Einstellungsparameter von Geräteeinstellungen angezeigt werden. Die durch die Video-Overlay-Einheit generierten Informationen und Daten können auf der Aufzeichnungseinheit, beispielsweise einem Videorekorder, aufgezeichnet werden. Die Aufzeichnung kann dabei anhand vorprogrammierter spezifischer Ereignisse, wie beispielsweise das Betätigen eines spezifischen Instruments und/oder eines spezifischen Peripheriegeräts gestartet oder gestoppt oder unterbrochen werden. Darüber hinaus kann ein derartiges Starten auch durch den Operateur situationsabhängig für jeden vom Operateur gewählten beliebigen Zeitpunkt erfolgen. Diese externen Geräte und Einrichtungen können direkt oder über entsprechende Treibereinheiten zum Steuern dieser externen Geräte an die zweite Kommunikationsvorrichtung angeschlossen sein. Auch eine Kommunikation mit den Treibereinheiten zum Steuern der chirurgischen Instrumente kann direkt über die dritte Kommunikationsvorrichtung erfolgen. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die zweite Kommunikationsvorrichtung über eine Koppeleinheit- mit einer externen Kommunikationsvorrichtung, über welche die externen Treibereinheiten und Geräte untereinander und/oder mit der zweiten Kommunikationsvorrichtung kommunizieren, verbunden sind. Diese Koppeleinheit kann beispielsweise ein Gateway oder eine Bridge sein.
Die dritte Kommunikationsvorrichtung ist mit der Benutzerschnittstelle und den Treibereinheiten verbunden. Durch eine derartige Ausgestaltung kann ein Software-Download durchgeführt werden. Durch die Separierung der Kommunikationsvorrichtungen kann ein Downloaden über die dritte Kommunikationsvorrichtung sehr schnell erfolgen. Insbesondere kann dies dann zeitminimiert erfolgen, wenn die dritte Kommunikationsvorrichtung eine hohe Datenübertragungsrate aufweist und ansonsten nur noch für die Kommunikation zwischen den Treibereinheiten zuständig ist. Ein Software-Download über eine schnelle dritte Kommunikationsvorrichtung insbesondere für Komponenten mit umfangreichen Quellcode als Software, ermöglicht minimierte Wartungs- und Instandhaltungszeiten der Einrichtung und dadurch auch eine Kosteneinsparung sowie mehr nutzbare Einsatzzeit. Nicht zuletzt können dadurch auch Testphasen für Funktionen der Einrichtung vereinfacht und schneller durchgeführt werden. Des Weiteren kann dadurch das Problem vermieden werden, dass bei einem Software-Download über lediglich einen Datenbus eines Systems mit nur einem einzigen Datenbus Systemkomponenten in ihren Eigenschaften und Reaktionen verändert werden, obwohl diese durch die neu aufgespielte Software eigentlich gar nicht hätten beeinflusst werden dürfen, wie dies im Stand der Technik der Fall sein kann. Da mit solchen Störungen bei einem Software-Download gerechnet werden muss, ist es im Stand der Technik unvermeidbar, dass sämtliche Systemkomponenten vollständig und umfassend nach einem Software-Download überprüft werden müssen.
Durch die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kommunikationseinrichtung, dass über die dritte Kommunikationsvorrichtung der Software-Download für komplexe Einheiten mit umfangreicher Software erfolgt, kann eine derartige Beeinflussung von anderen Komponenten vermieden werden. Die anderen Komponenten sind nämlich physikalisch nicht mit dieser dritten Kommunikationsvorrichtung direkt gekoppelt, so dass deren Software nicht überschrieben werden kann. Damit ist es auch nach einem Software-Download über die dritte Kommunikationsvorrichtung für diese anderen Komponenten, welche nicht direkt mit der dritten Kommunikationsvorrichtung gekoppelt sind, nicht mehr zwingend erforderlich sie auf Funktionsfähigkeit zu prüfen. Der Systemtest nach einem Software-Download über die dritte Kommunikationsvorrichtung kann daher wesentlich verkürzt werden.
Bevorzugt ist bei einer Ausführung, bei der die dritte Kommunikationsvorrichtung auch mit der Benutzerschnittstelle verbunden ist, hier vorgesehen, dass eine Peer-to-Peer-Verbindung über die zweite Kommunikationsvorrichtung zwischen den Treibereinheiten nicht möglich ist. Dazu werden beispielsweise Filter oder ähnliches vorgeschaltet.
Über die zweite Kommunikationsvorrichtung kann eine Broadcast-Übertragung vorgesehen sein, wobei insbesondere sichergestellt ist, dass untergeordnete Einheiten, wie beispielsweise Ultraschall oder Vitrektomie diese Broadcast-Informationen nicht untereinander austauschen können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen chirurgischen Systems;
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kommunikationseinrichtung; und
3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kommunikationseinrichtung.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
In 1 ist in schematischer Darstellung ein ophthalmisches mikrochirurgisches System I zur Phako-Chirurgie an einem Auge II gezeigt. Die Darstellung gemäß 1 zeigt symbolisch einige Komponenten des Systems I für die vereinfachte Erläuterung der prinzipiellen allgemeinen Funktionsweise des Systems I.
Das System umfasst eine Geräteeinheit 100, welches beispielsweise ein Rollwagen oder dergleichen sein kann. In oder an der Geräteeinheit 100 ist eine Bedieneinheit 101 angeordnet. Diese Bedieneinheit 101 kann beispielsweise eine Benutzerschnittstelle, eine Eingabeeinheit, wie eine Tastatur oder dergleichen, und eine Anzeigeeinheit, wie einen Monitor oder ein Display, umfassen. Des Weiteren ist in der Geräteeinheit 100 ein Fluidiksystem 102 angeordnet, welches eine Pumpe und eine Steuereinheit zum Steuern der Pumpe und angeschlossener Komponenten umfasst. Dem Fluidiksystem 102 ist ein Irrigationszweig 103 und ein Aspirationszweig 104 zugeordnet. Der Irrigationszweig 103 weist einen Behälter 105 für Spülflüssigkeit auf, welche zu einen Phako-Handstück 106 geleitet wird. Der Aspirationszweig 104 ist ebenfalls mit dem Phako-Handstück 106 verbunden. Des Weiteren umfasst die Geräteeinheit 100 eine Ultraschalleinheit 107, welche zur Oszillationsanregung eines Piezos 108 in dem Handstück 106 ausgebildet ist, durch welchen eine Spitze 109 des Handstücks 106 zur Oszillation angeregt wird. Die Geräteeinheit 100 weist ferner eine Steuereinheit 110 auf, welche zur Steuerung eines Vitrektomie-Handstücks 111 ausgebildet ist. Das Vitrektomie-Handstück 111 ist auch mit dem Fluidiksystem 102 durch eine Aspirationsleitung 112 verbunden. Darüber hinaus ist eine weitere Steuereinheit 113 vorgesehen, welche ein weiteres chirurgisches Instrument 114, beispielsweise für die Diathermie, steuert. Darüber hinaus kann das System I und insbesondere die Geräteeinheit 100 weitere Module und Steuereinheiten sowie Systeme umfassen, welche symbolisch durch die Einheit 115 dargestellt sind. Dadurch sind auch weitere interne Einheiten und auch Peripheriegeräte umfasst. Das chirurgische System I weist des Weiteren ein Fußschaltpult 116 auf, welches mit der Geräteeinheit 100, insbesondere mit Kommunikationseinrichtungen und Steuereinheiten der Geräteeinheit 100, verbunden ist.
In 2 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kommunikationseinrichtung 2 gezeigt, wie sie in einem chirurgischen System I gemäß 1 verwendet werden kann. Eine Geräteeinheit 1 kann die Geräteeinheit 100 sein oder dieser Geräteeinheit 100 ähnlich sein.
Die Kommunikationseinrichtung 2 umfasst eine grafische Benutzerschnittstelle 3, welche als Computereinheit ausgebildet ist. Zusätzlich kann eine Eingabeeinheit, beispielsweise eine Tastatur, ein Joystick oder dergleichen oder aber auch eine Vorrichtung zur Spracheingabe, vorgesehen sein. Darüber hinaus kann eine nicht gezeigte Anzeigeeinheit mit der Benutzerschnittstelle 3 verbunden sein.
Ein Operateur kann über diese Benutzerschnittstelle 3 beispielsweise Geräteeinstellungen vornehmen. Insbesondere kann beispielsweise das Einstellen von Betätigungsparametern für mikrochirurgische Instrumente 5a und 6a sowie für Peripheriegeräte, wie beispielsweise ein Fußschaltpult, einen Infusionsstangenaufbau, an dem ein Behälter mit einem Spülfluid angeordnet ist, eingestellt werden. Die grafische Benutzerschnittstelle 3 des chirurgischen Systems I kann neben der Eingabe über eine manuell zu bedienende Tastatur oder einem Joystick oder dergleichen, auch zur Spracheingabe ausgebildet sein.
Als explizite Betätigungsparameter können beispielsweise eingestellt werden: eine linear variable Scheren-Schneidgeschwindigkeit, eine fest eingestellte Scheren-Schneidgeschwindigkeit, eine Einzelbetätigung der Scherenschneide, eine Proportionalbetätigung der Schließstufe der Schere, einen Luft-/Fluiddruck, eine Luft-/Fluid-Strömungsgeschwindigkeit, eine bipolare Leistungsstufe, eine fest eingestellte bipolare Leistungsstufe, eine Beleuchtungs-Helligkeitsstufe, eine Aspirations-Vakuum-Druckstufe, eine Aspirations-Strömungsgeschwindigkeit, eine linear variable Vitrektomie-Schneidgeschwindigkeit, eine fest eingestellte Vitrektomie-Schneidgeschwindigkeit, einen Einzelbetätigungs-Vitrektomie-Cut, eine Phakoemulsifikations-Leistungsstufe, eine Phakofragmentations-Leistungsstufe, eine Phakoemulsifikationsimpulsrate und eine Phakofragmentations-Impulsrate. Dies sind lediglich beispielhaft genannte Betätigungsparameter, welche in vielfältiger Weise ergänzt werden können und über die Benutzerschnittstelle 3 eingestellt werden können. Die Benutzerschnittstelle 3 kann auch einen Touchscreen oder dergleichen aufweisen, über welchen die Einstellung von Betätigungsparametern erfolgen kann.
Die Kommunikationseinrichtung 2 umfasst des Weiteren eine zentrale Gerätesteuerung bzw. Steuereinheit 4 zum Steuern einer Mehrzahl von elektronischen Treibereinheiten 5 und zumindest 6, welche wiederum zur Steuerung von mit diesen Treibereinheiten 5 und 6 verbindbaren chirurgischen Instrumenten 5a und 6a ausgebildet sind. Die Steuereinheit 4 ist somit als weitere Hierarchieebene beim Datenaustausch eingeführt und somit als Zwischenebene zwischen der Benutzerschnittstelle 3 und den Treibereinheiten 5 und 6 vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel erfolgt die gesamte Kommunikation zwischen der Benutzerschnittstelle 3 und den Treibereinheiten 5 und 6 über die Steuereinheit 4.
Zum Datenaustausch zwischen der Benutzerschnittstelle 3 und der Steuereinheit 4 ist eine erste Kommunikationsvorrichtung 7 vorgesehen, welche im Ausführungsbeispiel drahtgebunden ausgeführt ist und einen Datenbus, nämlich einen CAN-Bus, darstellt.
Des Weiteren ist der Datenaustausch zwischen der Steuereinheit 4 und den Treibereinheiten 5 und 6 über eine zweite Kommunikationsvorrichtung 8 vorgesehen, welche im Ausführungsbeispiel ebenfalls drahtgebunden ausgeführt ist und ein Datenbus ist. Zur direkten Kommunikation der Treibereinheiten 5 und 6 untereinander kann eine dritte Kommunikationsvorrichtung 9 vorgesehen sein, welche im Ausführungsbeispiel ebenfalls ein Datenbus ist. Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Kommunikationsvorrichtung 8 ein CAN-Bus und die Kommunikationsvorrichtung 9 ein Flexray-Bus ist. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die zweite Kommunikationsvorrichtung 8 neben der Kommunikation der Steuereinheit 4 mit der Treibereinheit 5 und/oder der Treibereinheit 6 auch eine direkte Kommunikation zwischen den Treibereinheiten 5 und 6 ermöglicht, beispielsweise durch eine Peer-to-Peer-Verbindung.
Ebenso kann vorgesehen sein, dass zumindest eine der Kommunikationsvorrichtungen 7 bis 9 drahtlos ausgebildet ist. Eine drahtlose Ausführung zum Datenaustausch kann auch zwischen der Treibereinheit 5 und dem chirurgischen Instrument 5a und/oder der Treibereinheit 6 und dem chirurgischen Instrument 6a ausgebildet sein. Im Ausführungsbeispiel sind beide chirurgischen Instrumente 5a und 6a drahtgebunden an die Treibereinheiten 5 und 6 angeschlossen.
Durch diese Entkopplung der Benutzerschnittstelle 3 von den Treibereinheiten 5 und 6 kann auch bei einer Fehlfunktion der Benutzschnittstelle 3 bzw. einem Softwareabsturz in der Benutzerschnittstelle 3 die Steuerung dieser Treibereinheiten 5 und 6 und Geräte über die Steuereinheit 4 weiterhin gewährleistet werden.
Abhängig von den durch die Steuereinheit 4 erhaltenen Daten steuern die Treibereinheiten 5 und 6 die daran angeschlossenen chirurgischen Instrumente 5a und 6a. Indem die Benutzerschnittstelle 3 quasi von den Treibereinheiten 5 und 6 entkoppelt wird, können auch mehrere Benutzerschnittstellen 3 im gesamten chirurgischen System I vorgesehen sein. Darüber hinaus kann auch eine örtliche Trennung der einzelnen Komponenten vorgesehen sein, da durch diese Architektur bedingt die Benutzerschnittstelle 3 örtlich nicht mehr an das chirurgische System I gebunden ist. In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass die Benutzerschnittstelle 3 beispielsweise an der Wand oder an der Decke eines Operationssaales oder Untersuchungsraumes angebracht ist. Entfernt dazu kann dann die restliche Architektur des chirurgischen Systems I angeordnet sein. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn die erste Kommunikationsvorrichtung 7 zur drahtlosen Kommunikation ausgebildet ist.
Neben den bereits erwähnten Ausführungen durch einen Datenbus können die Kommunikationsvorrichtungen 7, 8 und 9 auch Point-to-Point- oder sonstige Netzwerktopologien sein.
Durch die Ausgestaltung der Kommunikationseinrichtung 2 mit einer zur Benutzerschnittstelle 3 externen Steuereinheit 4, welche in der Kommunikationskette zwischen der Benutzerschnittstelle 3 und den Treibereinheiten 5 und 6 angeordnet ist, ergibt sich auch eine Kapselung der Geräteinternas. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit der Vernetzung mehrerer gleichartiger oder unterschiedlicher Systeme zu einem Systemverbund.
Darüber hinaus kann mit einer derartig ausgestalteten Kommunikationseinrichtung dem Erfordernis der Echtzeitfähigkeit des Systems Rechnung getragen werden, insbesondere auch dann, wenn die Benutzerschnittstelle 3 fehlerhaft oder nicht mehr funktionsfähig ist und wodurch die Treibereinheiten 5 und 6 auch dann noch gesteuert werden können, wenn die Benutzerschnittstelle 3 nicht mehr bedienbar ist.
In 3 ist eine weitere Ausführung der Kommunikationseinrichtung 2 gezeigt, bei welcher im Unterschied zur Ausführung in 2 die dritte Kommunikationsvorrichtung 9 auch mit der Benutzerschnittstelle 3 elektrisch verbunden ist.
Die Kommunikationsvorrichtung 9 kann anstatt oder zusätzlich zur Verbindung mit der Benutzerschnittstelle 3 auch mit der Steuereinheit 4 elektrisch verbunden sein.

Claims

Kommunikationseinrichtung (2) für ein chirurgisches System (I), – mit einer Benutzerschnittstelle (3) und zumindest zwei Treibereinheiten (5, 6) zum Steuern von mit den Treibereinheiten (5, 6) verbindbaren chirurgischen Instrumenten (5a, 6a), – mit einer zur Benutzerschnittstelle (3) separat angeordneten zentralen Steuereinheit (4), – mit einer ersten Kommunikationsvorrichtung (7), welche zum Datenaustausch zwischen der Benutzerschnittstelle (3) und der Steuereinheit (4) ausgebildet ist, – mit einer zur ersten Kommunikationsvorrichtung (7) separaten zweiten Kommunikationsvorrichtung (8), welche zum Datenaustausch zwischen der Steuereinheit (4) und der zumindest zwei Treibereinheiten (5, 6) ausgebildet ist, und – mit einer zur ersten (7) und zur zweiten Kommunikationsvorrichtung (8') separaten dritten Kommunikationsvorrichtung (9), welche zum direkten Datenaustausch zwischen zumindest zwei Treibereinheiten (5, 6) ausgebildet ist, und – die dritte Kommunikationsvorrichtung (9) ein Datenbus ist, der direkt mit der Benutzerschnittstelle (3) und den Treibereinheiten (5, 6) verbunden ist.
Kommunikationseinrichtung (2) nach Anspruch 1, bei welcher die erste und/oder die zweite Kommunikationsvorrichtung (7, 8) zur drahtgebundenen Kommunikation ausgebildet ist.
Kommunikationseinrichtung (2) nach Anspruch 1, bei welcher die erste und/oder die zweite Kommunikationsvorrichtung (7, 8) ein Datenbus ist.
Kommunikationseinrichtung (2) nach Anspruch 1, bei welcher die zweite Kommunikationsvorrichtung (8) ein Datenbus ist.
Kommunikationseinrichtung (2) nach Anspruch 1, bei welcher durch die Anordnung der Steuereinheit (4) zwischen die Benutzerschnittstelle (3) und den zumindest zwei Treibereinheiten (5, 6) ein Subsystem der Kommunikationseinrichtung (2) ausgebildet ist.
Kommunikationseinrichtung (2) nach Anspruch 5, bei welcher zumindest zwei Subsysteme ausgebildet sind, welche zum Datenaustausch ausgebildet sind und zu einem Systemverbund koppelbar sind.
Kommunikationseinrichtung (2) nach Anspruch 3, bei welcher die erste und die zweite Kommunikationsvorrichtung (7, 8) jeweils ein Datenbus sind, und welche beiden Datenbusse vom gleichen Bustyp sind.
Kommunikationseinrichtung (2) nach Anspruch 3, bei welcher die erste und die zweite Kommunikationsvorrichtung (7, 8) jeweils ein Datenbus sind, und welche beiden Datenbusse unterschiedliche Bustypen sind.
Kommunikationseinrichtung (2) nach Anspruch 1, bei welcher die dritte Kommunikationsvorrichtung (9) mit der Steuereinheit (4) und den Treibereinheiten (5, 6) verbunden ist.
Kommunikationseinrichtung (2) nach Anspruch 1, bei welcher die erste und/oder die zweite Kommunikationsvorrichtung (7, 8) zur drahtlosen Kommunikation ausgebildet ist.
Chirurgisches System (I), – mit zumindest einem mikrochirurgischen Instrument (5a, 6a) und – mit einer Kommunikationseinrichtung (2) mit einer Benutzerschnittstelle (3) und zumindest zwei Treibereinheiten (5, 6) zum Steuern der mit den Treibereinheiten (5, 6) verbindbaren chirurgischen Instrumenten (5a, 6a), – welche Kommunikationseinrichtung (2) eine zur Benutzerschnittstelle (3) separat angeordnete zentrale Steuereinheit (4), – eine erste Kommunikationsvorrichtung (7), welche zum Datenaustausch zwischen der Benutzerschnittstelle (3) und der Steuereinheit (4) ausgebildet ist, und – eine zur ersten Kommunikationsvorrichtung (7) separate zweite Kommunikationsvorrichtung (8), welche zum Datenaustausch zwischen der Steuereinheit (4) und der zumindest zwei Treibereinheiten (5, 6) ausgebildet ist, und – eine zur ersten (7) und zur zweiten Kommunikationsvorrichtung (8) separate dritte Kommunikationsvorrichtung (9) vorhanden ist, welche zum direkten Datenaustausch zwischen zumindest zwei Treibereinheiten (5, 6) ausgebildet ist, aufweist, und – die dritte Kommunikationsvorrichtung (9) ein Datenbus ist, der direkt mit der Benutzerschnittstelle (3) und den Treibereinheiten (5, 6) verbunden ist.
Chirurgisches System (I) nach Anspruch 11, bei welchem die erste und/oder die zweite Kommunikationsvorrichtung (7, 8) der Kommunikationseinrichtung (2) zur drahtgebundenen Kommunikation ausgebildet ist.
Chirurgisches System (I) nach Anspruch 11, bei welchem die erste und/oder die zweite Kommunikationsvorrichtung (7, 8) der Kommunikationseinrichtung (2) ein Datenbus ist.
Chirurgisches System (I) nach Anspruch 11, bei welchem die erste Kommunikationsvorrichtung (7) der Kommunikationseinrichtung (2) als erster Datenbus und die zweite Kommunikationsvorrichtung (8) der Kommunikationseinrichtung (2) als zum ersten Datenbus separater zweiter Datenbus ausgebildet ist.
Chirurgisches System (I) nach Anspruch 13, bei welchem die erste und die zweite Kommunikationsvorrichtung (7, 8) jeweils ein Datenbus sind, und welche beiden Datenbusse vom gleichen Bustyp sind.
Chirurgisches System nach Anspruch 13, bei welchem die erste und die zweite Kommunikationsvorrichtung (7, 8) jeweils ein Datenbus sind, und welche beiden Datenbusse unterschiedliche Bustypen sind.
Chirurgisches System (I) nach Anspruch 11, bei welchem die erste und/oder die zweite Kommunikationsvorrichtung (7, 8) der Kommunikationseinrichtung (2) zur drahtlosen Kommunikation ausgebildet ist.
Chirurgisches System (I) nach Anspruch 11, welches ein ophthalmisches mikrochirurgisches System zur Phako-Chirurgie ist.