DE102012201379A1 - Touch-sensitive operating unit, particularly for operating medical device, has input screen with sensor, which has two opposing, electrically conductive layers that are electrically separated from each other in ground state - Google Patents

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Harald Karl
Heiko Oester
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Abstract

The touch-sensitive operating unit has an input screen with a sensor (15), which has two opposing, electrically conductive layers (10,11) that are electrically separated from each other in the ground state. The layers are conductively connected with each other by a contact of the former layer facing the contact by an operator at a contact position with the pressure. The contact is detected by two different measurement processes formed by a resistive contact measurement process and a capacitive contact measurement process respectively. Independent claims are included for the following: (1) a medical device, particularly a medical imaging device with a control unit for executing a safety-relevant action; and (2) a method for operating a medical device with an operating unit.

Description

Die Erfindung betrifft eine berührungsempfindliche Bedieneinheit gemäß dem Patentanspruch 1, ein Verfahren zur Bedienung insbesondere eine medizinischen Gerätes mittels einer berührungsempfindlichen Bedieneinheit gemäß dem Patentanspruch 10 und ein medizinisches Gerät zur Durchführung einer sicherheitsrelevanten Aktion gemäß dem Patentanspruch 7. The invention relates to a touch-sensitive control unit according to claim 1, a method for operating in particular a medical device by means of a touch-sensitive control unit according to claim 10 and a medical device for performing a safety-related action according to claim 7.

Mittels berührungsempfindlichen Bedieneinheiten wie Touchscreens, Touchpads, Tastschirmen, Sensorbildschirmen und dergleichen können im Allgemeinen durch Berührung einer Oberfläche von Teilen eines mit einer Anzeige ausgestatteten Bedienfeldes Funktionen und Programme oder andere Geräte gesteuert werden. Die Berührung entspricht einer Benutzereingabe, wobei die technische Umsetzung der Eingabe für den Benutzer quasi unsichtbar ist. Das Bedienfeld weist dabei einen oder mehrere Sensoren auf, welche die Berührung erfassen. Touchscreens werden heutzutage in vielen Bereichen eingesetzt, z.B. als Infomonitore, bei Smartphones oder zur Ansteuerung von unkritischen Geräten. By touch-sensitive operating units such as touchscreens, touchpads, touchscreens, touchscreens and the like, functions and programs or other devices can generally be controlled by touching a surface of parts of a display-equipped control panel. The touch corresponds to a user input, wherein the technical implementation of the input for the user is virtually invisible. The control panel has one or more sensors which detect the touch. Touch screens are used today in many fields, e.g. as info monitors, on smartphones or for controlling uncritical devices.

Für eine Bedienung von sicherheitsrelevanten Gerätefunktionen im medizinischen Bereich, die insbesondere negative Auswirkungen auf Personen, Patienten und/oder ein Untersuchungsergebnis zur Folge haben können, werden solche berührungsempfindlichen Bedieneinheiten bisher nicht eingesetzt, da diese den für ein derartiges Gerät notwendigen Sicherheitslevel SIL2 gemäß IEC 61508 entsprechend der internationalen Richtlinie IEC 60601−1: 2005 und damit eine geforderte Erstfehlersicherheit nicht erfüllen. Bei derartigen Geräten handelt es sich beispielsweise um medizinische Geräte wie Diagnose- und Interventionssysteme in der Angiographie, Kardiologie oder Neurologie, oder z.B. um Roboter oder dergleichen. Bekannte Bedieneinheiten zur Bedienung von medizinischen Geräten, die Touchscreens ähnlich sind, nutzen z.B. zweikanalig ausgeführte Bedienknöpfe, die unter einer Dekorfolie angeordnet sind. Bei diesen Bedienknöpfen ist eine in der Richtlinie geforderte Verifizierung einer Bedienung gewährleistet und SIL 2 oder mehr wird erreicht. For an operation of safety-relevant device functions in the medical field, which may in particular have negative effects on persons, patients and / or an examination result, such touch-sensitive control units are not used so far, since these required for such a device security level SIL2 IEC 61508 according to the international Directive IEC 60601-1: 2005 and thus do not meet a required Erstfehlersicherheit. Such devices are, for example, medical devices such as diagnostic and intervention systems in angiography, cardiology or neurology, or, for example, robots or the like. Known operating units for operating medical devices that are similar to touchscreens use, for example, two-channel running control buttons, which are arranged under a decorative film. With these control buttons, a verification of an operation required in the guideline is guaranteed and SIL 2 or more is achieved.

Aus der Patentanmeldung DE 10 2009 036 860 A1 ist eine Bedieneinheit bekannt, welche eine fehlersichere Touchbedienung vorsieht. Ein berührungsempfindlicher Sensor ist mit einem Taster verbunden, so dass gleichzeitig mit der Berührung eine Betätigung des Tasters erfolgt, wodurch eine Bedienperson eine haptische Rückmeldung über eine erfolgte Bedienaktion erhält. Der berührungsempfindliche Sensor funktioniert auf der Basis eines kapazitiven Berührungsmessverfahrens, bei welchem eine durch eine Berührung ausgelöste Kapazitätsänderung einer leitfähigen Oberfläche gemessen wird. Die Fehlersicherheit wird durch eine doppelte Bedienungsauslösung mittels zwei verschiedenen Sensoren erzielt. From the patent application DE 10 2009 036 860 A1 an operating unit is known, which provides a fail-safe touch operation. A touch-sensitive sensor is connected to a button, so that simultaneously with the touch, an actuation of the button takes place, whereby an operator receives a haptic feedback on an operator action performed. The touch-sensitive sensor operates on the basis of a capacitive touch measurement method in which a capacitive change in capacitance of a conductive surface triggered by a touch is measured. The failure safety is achieved by a double operation release by means of two different sensors.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine berührungsempfindliche Bedieneinheit und ein medizinisches Gerät mit einer solchen Bedieneinheit bereitzustellen, welche eine einfache und sichere Bedienung insbesondere von medizinischen Geräten unter Einhaltung der notwendigen Sicherheitsrichtlinien ermöglichen; des weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Bedienung insbesondere eines medizinischen Gerätes mittels einer berührungsempfindlichen Bedieneinheit bereitzustellen. It is an object of the present invention to provide a touch-sensitive control unit and a medical device with such a control unit, which allow easy and safe operation, in particular of medical devices while maintaining the necessary safety guidelines; Furthermore, it is an object of the invention to provide a method for operating in particular a medical device by means of a touch-sensitive control unit.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine berührungsempfindliche Bedieneinheit gemäß dem Patentanspruch 1, durch ein medizinisches Gerät gemäß dem Patentanspruch 7 und durch ein Verfahren zur Bedienung insbesondere eines medizinischen Gerätes mittels einer berührungsempfindlichen Bedieneinheit gemäß dem Patentanspruch 10; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche. The object is achieved by a touch-sensitive control unit according to claim 1, by a medical device according to claim 7 and by a method for operating in particular a medical device by means of a touch-sensitive control unit according to claim 10; advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist eine berührungsempfindliche Bedieneinheit, insbesondere zur Bedienung eines medizinischen Gerätes, vorgesehen, aufweisend ein Eingabefeld mit zumindest einem Sensor, welcher Sensor zwei gegenüberliegende, elektrisch leitfähige, im Grundzustand voneinander elektrisch getrennte Schichten aufweist, die durch eine Berührung der der Berührung zugewandten ersten Schicht seitens einer Bedienperson an der Berührungsposition mittels Druck miteinander leitend verbindbar sind, wobei der Sensor derart ausgebildet ist, dass die Berührung durch zwei unterschiedliche, voneinander unabhängige Messverfahren erfassbar ist, wobei das erste Messverfahren von einem resistiven Berührungsmessverfahren und das zweite Messverfahren von einem kapazitiven Berührungsmessverfahren gebildet wird. Eine berührungsempfindliche Bedieneinheit kann zum Beispiel ein Touchscreen, Touchpad, Tastschirm, Sensorbildschirm oder dergleichen sein. According to the invention, a touch-sensitive operating unit, in particular for operating a medical device, is provided, comprising an input field with at least one sensor, which sensor has two opposite, electrically conductive layers which are electrically separated from one another in the ground state and which are touched by touching the first layer facing the contact an operator can be conductively connected to one another by means of pressure at the contact position, the sensor being designed such that the contact can be detected by two different, mutually independent measuring methods, wherein the first measuring method is formed by a resistive contact measuring method and the second measuring method is formed by a capacitive contact measuring method , A touch-sensitive operation unit may be, for example, a touch screen, touch pad, touch screen, touch screen, or the like.

Der Aufbau des zumindest einen Sensors des Eingabefeldes entspricht dabei dem eines resistiven Touchscreensensors, aufweisend zwei elektrisch leitfähige Schichten, zwischen denen eine dünne Luftschicht angeordnet ist. Insbesondere können zwischen den beiden Schichten Abstandshalter, sogenannte Spacer Dots, angeordnet sein. Berührt eine Bedienperson die Berührungsoberfläche des Eingabefeldes z.B. mit dem Finger, also die Oberseite der ersten Schicht, so kann diese Berührung mittels der erfindungsgemäßen Bedieneinheit einerseits mittels des resistiven Berührungsmessverfahrens und andererseits mittels des kapazitiven Berührungsmessverfahrens nachgewiesen werden. Auf diese Weise kann eine Berührung mittels zwei Messverfahren unabhängig voneinander nachgewiesen werden, so dass eine Fehlersicherheit erzielt werden kann, welche den erforderlichen Sicherheitsrichtlinien nach der Richtlinie IEC 60601−1: 2005 für medizinische Geräte entspricht. Erfindungsgemäße Bedieneinheiten können also insbesondere für medizinische Geräte mit sicherheitsrelevanten Funktionen eingesetzt werden, bei denen Personen gefährdet sind. Neben der Berührung kann mittels der erfindungsgemäßen Bedieneinheit auch der Abbruch einer Berührung, also das „Loslassen“, mit beiden Berührungsmessverfahren nachgewiesen und damit mit der erforderlichen Fehlersicherheit verifiziert werden. The structure of the at least one sensor of the input field corresponds to that of a resistive touch screen sensor, comprising two electrically conductive layers, between which a thin layer of air is arranged. In particular, spacers, so-called spacer dots, can be arranged between the two layers. If an operator touches the contact surface of the input field, eg with the finger, ie the upper side of the first layer, then this contact can be effected by means of the operating unit according to the invention on the one hand by means of the resistive touch measurement method and on the other hand by means of the capacitive Touch measurement can be detected. In this way, a touch can be detected independently by means of two measuring methods, so that an error security can be achieved, which meets the required safety guidelines according to the Directive IEC 60601-1: 2005 for medical devices. Control units according to the invention can therefore be used in particular for medical devices with safety-relevant functions in which persons are endangered. In addition to the touch, by means of the operating unit according to the invention, the termination of a touch, that is, the "release", can be detected with both contact measuring methods and thus verified with the required fault tolerance.

Die Erfindung umfasst außerdem ein medizinisches Gerät, insbesondere ein medizinisches Bildgebungsgerät, zur Durchführung einer sicherheitsrelevanten Aktion, mit mindestens einer erfindungsgemäßen berührungsempfindlichen Bedieneinheit. Sicherheitsrelevante Funktionen können z.B. die Betätigung von Röntgenstrahlung oder die Bewegung einer Gerätekomponente (C-Bogen, Patientenliege etc.) sein. The invention also encompasses a medical device, in particular a medical imaging device, for carrying out a safety-relevant action, with at least one touch-sensitive operating unit according to the invention. Security relevant functions may e.g. be the operation of X-rays or the movement of a device component (C-arm, patient bed, etc.).

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist das resistive Berührungsmessverfahren derart ausgebildet, dass während einer an die erste leitfähige Schicht angelegten Gleichspannung eine Messung der Spannung zwischen der ersten und der zweiten leitfähigen Schicht durchführbar ist, das kapazitive Berührungsmessverfahren ist derart ausgebildet, dass bei einer an die erste leitfähige Schicht angelegten hochfrequenten Wechselspannung eine Kapazitätsänderung messbar ist. Das resistive und das kapazitive Berührungsmessverfahren sind bekannte Verfahren zum Nachweis von Berührungen auf Touchscreens und ähnlichem. Bei der resistiven Messung wird die Gleichspannung an eine Seite der oberen Schicht angelegt und fällt gleichmäßig bis zum gegenüberliegenden Rand der Schicht ab. Durch die Berührung werden die beiden Schichten leitend miteinander verbunden, am Berührungspunkt ist die Spannung beider Schichten gleich. Zwischen dem Rand der zweiten Schicht und den beiden gegenüberliegenden Rändern der ersten Schicht können zwei Spannungen gemessen und miteinander verglichen werden. Auf diese Weise kann sogar die genaue Position der Berührung bestimmt werden. Bei der kapazitiven Messung („self capacitance“ und „mutual capacitance“) wird ein hochfrequentes Wechselfeld an die erste Schicht angelegt. Durch eine Berührung entsteht ein (geringer) Ladungstransport und es kann eine Kapazitätsänderung direkt oder über einen Strom gemessen werden. Auch hier kann die Berührungsposition bestimmt werden. According to one embodiment of the invention, the resistive touch measurement method is designed such that during a DC voltage applied to the first conductive layer, a measurement of the voltage between the first and the second conductive layer is feasible, the capacitive touch measurement method is designed such that at one to the first conductive layer applied high-frequency AC voltage a capacitance change is measurable. The resistive and the capacitive touch measurement methods are known methods for detecting touches on touch screens and the like. In the resistive measurement, the DC voltage is applied to one side of the upper layer and drops evenly to the opposite edge of the layer. As a result of the contact, the two layers are conductively connected to one another; at the point of contact, the voltage of both layers is the same. Between the edge of the second layer and the two opposite edges of the first layer, two voltages can be measured and compared with each other. In this way, even the exact position of the touch can be determined. In the capacitive measurement ("self capacitance" and "mutual capacitance"), a high-frequency alternating field is applied to the first layer. A touch results in a (low) charge transport and a capacitance change can be measured directly or via a current. Again, the touch position can be determined.

Die Erfindung umfasst außerdem ein Verfahren zur Bedienung des medizinischen Gerätes mit der Bedieneinheit mit den folgenden Schritten:

  • – Durchführung einer resistiven Messung mittels des zumindest einen Sensors, wobei eine Gleichspannung an die erste, der Berührung zugewandte leitfähige Schicht angelegt und eine resultierende Spannung zwischen der ersten und der zweiten leitfähigen Schicht gemessen wird,
  • – Durchführung einer kapazitiven Messung mittels des Sensors, wobei eine hochfrequente Wechselspannung an die erste leitfähige Schicht angelegt und eine Kapazitätsänderung gemessen wird,
  • – Auswertung der Messergebnisse hinsichtlich einer Berührung oder eines Berührungsabbruchs, und
  • – Weitergabe eines Signals zur Ansteuerung des medizinischen Gerätes nur in dem Fall, dass beide Messungen unabhängig voneinander eine Berührung oder einen Berührungsabbruch, insbesondere in derselben Berührungsposition, des Sensors ergeben.
The invention also includes a method for operating the medical device with the operating unit with the following steps:
  • Performing a resistive measurement by means of the at least one sensor, wherein a DC voltage is applied to the first, the contact-facing conductive layer and a resulting voltage between the first and the second conductive layer is measured,
  • Performing a capacitive measurement by means of the sensor, wherein a high-frequency alternating voltage is applied to the first conductive layer and a capacitance change is measured,
  • - Evaluation of the results of the measurements with regard to a touch or a touch break, and
  • Passing on a signal for controlling the medical device only in the case where both measurements independently of one another result in a touch or a break in contact, in particular in the same contact position, of the sensor.

Die Auswertung erfolgt dahingehend, dass überprüft wird, ob mittels beider Berührungsmessverfahren eine Berührung oder ein Berührungsabbruch registriert wurde. Ist dies der Fall, so wird ein Ansteuerungssignal weitergegeben, mit dem eine sicherheitsrelevante Gerätefunktion angesteuert wird. Ist jedoch nur mittels eines Verfahrens eine Berührung/ Berührungsabbruch gemessen worden, so ist anzunehmen, dass es sich hierbei um einen Messfehler oder Defekt handelt und es wird keine Funktion ausgelöst. Wird nur bei einer Messung eine Berührung gemessen, so kann auch ein Stopp des Gerätes vorgesehen sein. The evaluation is carried out in such a way that it is checked whether a touch or a touch break has been registered by means of both touch measurement methods. If this is the case, then a control signal is passed, with which a safety-relevant device function is controlled. If, however, a touch / break has been measured only by means of a method, it must be assumed that this is a measurement error or defect and no function is triggered. If a touch is only measured during a measurement, a stop of the device may also be provided.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Bedieneinheit bzw. das Eingabefeld eine Vielzahl von Sensoren mit je zwei gegenüberliegenden, elektrisch leitfähigen, im Grundzustand voneinander elektrisch getrennten Schichten, welche Sensoren matrixartig angeordnet und unabhängig voneinander ansteuerbar und auswertbar sind. Bekannte Eingabefelder mit lediglich resistivem Messverfahren sind als MAR Touch (Multi Analog Resistive) bekannt. Eine solche Konstruktion mit vielen Sensoren, die als Matrix in Reihen und Spalten angeordnet sind, gewährleistet bei entsprechender Verschaltung eine Unabhängigkeit der Reihen und Spalten der Matrix untereinander. Ist ein Sensor defekt, so kann das Eingabefeld dennoch weiter verwendet werden. According to one embodiment of the invention, the control unit or the input field has a plurality of sensors with two opposing, electrically conductive, in the ground state of each other electrically separated layers, which sensors are arranged like a matrix and independently controlled and evaluated. Known input fields with only resistive measuring method are known as MAR Touch (Multi Analog Resistive). Such a design with many sensors arranged as a matrix in rows and columns ensures, with appropriate interconnection, an independence of the rows and columns of the matrix with each other. If a sensor is defective, the input field can still be used.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Bedieneinheit derart ausgebildet ist, dass das resisitive Berührungsmessverfahren und das kapazitive Berührungsmessverfahren gleichzeitig oder mit einem geringen zeitlichen Abstand, inbesondere unter 0,5 s oder gar unter 0,1 s, durchführbar sind. Dies ist vorteilhaft, um Bedienfehler zu vermeiden, also z.B. um eine Abfolge von nacheinander erfolgenden Berührungen durch einen Benutzer nicht fälschlich als eine einzige Berührung zu erfassen. Die zeitliche Abfolge der Berührungsmessverfahren kann z.B. darin bestehen, dass zuerst das resistive Messverfahren als primäres Messverfahren und anschließend dann das kapazitive Messverfahren als Verifizierung erfolgt. According to a further embodiment of the invention, the operating unit is designed in such a way that the resistive contact measuring method and the capacitive contact measuring method can be performed simultaneously or with a short time interval, in particular less than 0.5 s or even less than 0.1 s. This is advantageous to avoid operator error that is, for example, to falsely detect a sequence of successive touches by a user as a single touch. The temporal sequence of the contact measurement methods may be, for example, that the resistive measuring method is performed first as the primary measuring method and then the capacitive measuring method as verification.

In vorteilhafter Weise für eine besonders sichere Bedienung ist durch die beiden Berührungsmessverfahren die Berührungsposition auf dem Sensor bestimmbar. Mittels des Bedienverfahrens können in diesem Zusammenhang die Berührungspositionen unabhängig voneinander bestimmt werden und miteinander verglichen werden. Es kann vorgesehen sein, dass eine Weitergabe eines Signals zur Ansteuerung des medizinischen Gerätes nur dann erfolgt, wenn die beiden Berührungspositionen übereinstimmen. Advantageously, for a particularly safe operation, the contact position on the sensor can be determined by the two contact measuring methods. By means of the operating method, the contact positions can be determined independently of each other and compared with each other in this connection. It can be provided that a passing on of a signal for activating the medical device only takes place if the two contact positions coincide.

Zweckmäßigerweise für eine einfachere Bedienung weist die Bedieneinheit ein Display auf, welches unterhalb des zumindest einen Sensors angeordnet ist, wobei der oder die Sensoren zumindest teilweise transparent ausgebildet sind. Es kann sich hierbei um um ein Flüssigkristalldisplay, insbesondere ein Aktiv-Matrix-Display, ein OLED-Display oder ähnliches handeln. Conveniently, for ease of operation, the operating unit has a display, which is arranged below the at least one sensor, wherein the sensor or sensors are at least partially transparent. This may be a liquid crystal display, in particular an active matrix display, an OLED display or the like.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das medizinische Gerät eine Steuerungseinheit auf, welche zur Ansteuerung und Auswertung der Sensoren der Bedieneinheit ausgebildet ist. Die Steuerungseinheit kann in der Bedieneinheit oder außerhalb dieser angeordnet sein. Die Steuerungseinheit kann außerdem auch eine Recheneinheit aufweisen. According to a further embodiment of the invention, the medical device has a control unit, which is designed to control and evaluate the sensors of the operating unit. The control unit can be arranged in the control unit or outside it. The control unit may also include a computing unit.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerungseinheit dazu ausgebildet ist, die Messergebnisse der beiden Berührungsmessverfahren hinsichtlich einer Berührung oder eines Berührungsabbruchs auszuwerten, miteinander zu vergleichen und bei übereinstimmenden Messergebnissen ein Signal zur Ansteuerung der sicherheitsrelevanten Aktion des medizinischen Gerätes weiterzugeben. According to a further embodiment of the invention, the control unit is configured to evaluate the measurement results of the two touch measurement methods with respect to a touch or a touch break, to compare with each other and to pass on a signal for controlling the safety-relevant action of the medical device with matching measurement results.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert, ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele erfolgt. Es zeigen: The invention and further advantageous embodiments according to features of the subclaims are explained in more detail below with reference to schematically illustrated embodiments in the drawing, without thereby limiting the invention to these embodiments. Show it:

1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Sensors, 1 a view of a sensor according to the invention,

2 eine Draufsicht eines in eine Vielzahl von Sensoren eingeteilten Eingabefeldes, 2 a top view of an input field divided into a plurality of sensors,

3 eine Aufbau und Signalübertragung eines erfindungsgemäßen medizinischen Geräts und 3 a structure and signal transmission of a medical device according to the invention and

4 eine Abfolge eines erfindungsgemäßen Verfahrens. 4 a sequence of a method according to the invention.

In der 1 ist ein Schnitt durch einen Sensor 15 eines Eingabefeldes einer berührungssensitiven Bedieneinheit gezeigt, welcher Sensor einen erfindungsgemäßen Aufbau aufweist und zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem resistiven und einem kapazitiven Berührungsmessverfahren geeignet ist. Der Sensor 15 weist eine erste, obere, einer Berührung zugewandte Schicht 10 und eine zweite Schicht 11, die unterhalb der ersten Schicht 10 angeordnet ist, auf. Zwischen der ersten Schicht 10 und der zweiten Schicht 11 befindet sich im Grundzustand eine Luftschicht 27. Damit die beiden Schichten sich nicht versehentlich berühren können, sind Abstandshalter 12 in regelmäßigen Abständen zwischen den Schichten angeordnet. Die erste und die zweite Schicht sind leitfähig ausgebildet und außerdem ist die erste Schicht 10, deren Oberseite die Berührungsoberfläche 13 bildet, flexibel ausgebildet und kann durch eine Berührung mittels leichtem Druck in Richtung der zweiten Schicht 11 eingedrückt werden. Die erste Schicht 10 kann zum Beispiel von einer Folie gebildet werden, die von einer leitfähigen Beschichtung (z.B. Indiumzinnoxid) beschichtet oder leitfähig durchwirkt ist, die zweite Schicht 11 kann von einer beschichteten Glasscheibe gebildet sein. Unterhalb der zweiten Schicht 11 ist ein Display 25 angeordnet, welches zur Anzeige z.B. von zu betätigenden Feldern geeignet ist. Die erste und die zweite Schicht sowie die Abstandshalter 12 sind bevorzugt transparent ausgebildet, so dass das Display sichtbar ist. Das Display kann z.B. von einem Flüssigkristalldisplay gebildet sein. Mittels des Sensors 15 kann sowohl eine resistive Berührungsmessung mit angelegter Gleichspannung und eine kapazitive Berührungsmessung mit angelegter hochfrequenter Wechselspannung durchgeführt werden. In the 1 is a section through a sensor 15 an input field of a touch-sensitive control unit, which sensor has a construction according to the invention and is suitable for carrying out the method according to the invention with a resistive and a capacitive touch measurement method. The sensor 15 has a first, upper, contact-facing layer 10 and a second layer 11 that is below the first layer 10 is arranged on. Between the first shift 10 and the second layer 11 is in the ground state an air layer 27 , So that the two layers can not touch each other accidentally, there are spacers 12 arranged at regular intervals between the layers. The first and second layers are conductive and also the first layer 10 whose top is the contact surface 13 forms, flexible and can by a touch by means of light pressure in the direction of the second layer 11 be pressed. The first shift 10 For example, it may be formed from a film which is coated or conductively coated by a conductive coating (eg, indium tin oxide), the second layer 11 may be formed by a coated glass sheet. Below the second layer 11 is a display 25 arranged, which is suitable for displaying eg fields to be actuated. The first and second layers as well as the spacers 12 are preferably transparent, so that the display is visible. The display can be formed, for example, by a liquid crystal display. By means of the sensor 15 Both a resistive touch measurement with applied DC voltage and a capacitive touch measurement with applied high-frequency AC voltage can be performed.

In der 2 ist eine Draufsicht auf eine Bedieneinheit 14 gezeigt, welche ein Eingabefeld 16 aufweist, welche Bedieneinheit aus einer Vielzahl von Sensoren 15 aufgebaut ist. Die Sensoren sind matrixartig angeordnet und können bevorzugt einzeln ausgewertet und ausgelesen werden. Nicht gezeigt sind die elektrischen Kontaktierungen der Sensoren, welche jedoch für einen Fachmann hinreichend bekannt sind. In the 2 is a plan view of a control unit 14 shown which an input box 16 has which operating unit of a plurality of sensors 15 is constructed. The sensors are arranged like a matrix and can preferably be individually evaluated and read out. Not shown are the electrical contacts of the sensors, which, however, are well known to a person skilled in the art.

In der 3 ist schematisch ein medizinisches Gerät 22 mit einer bewegbaren Komponente 23 und einer Steuerungseinheit 24 gezeigt, welches Gerät mittels der berührungsempfindlichen Bedieneinheit 14 bedient werden kann, in der 4 ist das entsprechende erfindungsgemäße Verfahren gezeigt. Das medizinische Gerät kann z.B. von einem Bildgebungsgerät wie einem C-Bogen Röntgengerät, einem Computertomographen oder einem Magnetresonanzgerät gebildet werden. Die bewegliche Komponente kann z.B. von einem C-Bogen, einer Patientenliege oder einer Gantry gebildet werden. In einem ersten Schritt 17 wird eine resistive Berührungsmessung zur Ermittlung einer Berührung oder eines Berührungsabbruchs durchgeführt, in einem zweiten Schritt 18 wird eine kapazitive Berührungsmessung durchgeführt. Die beiden Schritte können gleichzeitig oder mit einem geringen zeitlichen Abstand zueinander durchgeführt werden. Ein erstes Messergebnis M1 der resistiven Berührungsmessung und ein zweites Messergebnis M2 der kapazitiven Berührungsmessung werden an die Steuerungseinheit 24 übertragen und dort in einem dritten Schritt 19 hinsichtlich einer Berührung oder eines Berührungsabbruchs ausgewertet. Stellt die Steuerungseinheit 24 z.B. fest, dass beide Berührungsmessungen eine Berührung anzeigen, insbesondere noch an der selben Berührungsposition, so wird in einem vierten Schritt 20 ein Signal S zur Ansteuerung der beweglichen Komponente weitergeleitet und es kommt zu einer Auslösung einer Bewegung. Ebenso kann vorgesehen sein, dass bei einer Auswertung dahingehend, dass beide Berührungsmessungen einen Abbruch einer Berührung (Loslassen) feststellen, das Signal S zum Stoppen der beweglichen Komponente vorgesehen sein kann. Werden widersprüchliche Messergebnisse erkannt, so wird kein Ansteuerungssignal weitergeleitet oder es wird ein sofortiger Stopp 21 des medizinischen Gerätes oder von dessen Bedienung eingeleitet. In the 3 is schematically a medical device 22 with a movable component 23 and a control unit 24 shown which device by means of touch-sensitive operating unit 14 can be served in the 4 the corresponding inventive method is shown. The medical device can be formed, for example, by an imaging device such as a C-arm X-ray machine, a computer tomograph or a magnetic resonance device. The movable component can be formed for example by a C-arm, a patient bed or a gantry. In a first step 17 For example, a resistive touch measurement is performed to detect a touch or a touch break, in a second step 18 a capacitive touch measurement is performed. The two steps can be performed simultaneously or with a short time interval to each other. A first measurement result M1 of the resistive touch measurement and a second measurement result M2 of the capacitive touch measurement are sent to the control unit 24 transferred and there in a third step 19 evaluated for a touch or a touch break. Represents the control unit 24 For example, it is clear that both touch measurements indicate a touch, especially at the same touch position, in a fourth step 20 a signal S for driving the movable component forwarded and there is a triggering of a movement. Likewise it can be provided that in an evaluation to the effect that both touch measurements determine a termination of a touch (release), the signal S for stopping the movable component can be provided. If contradictory measurement results are detected, no activation signal will be forwarded or it will be an immediate stop 21 initiated the medical device or its operation.

Die Erfindung gewährleistet eine sichere Eingabe über eine berührungsempfindliche Bedieneinheit wie einen Touchscreen. Dabei ist unter "sicher" die funktionale Sicherheit der Eingabe zu sehen, um auch sicherheitsrelevante Aktionen (wie z.B. Auslösen von Bewegungen oder Auslösen von Röntgenstrahlung) ausführen zu können. Mittels der Erfindung kann mindestens der Sicherheitslevel SIL 2 gemäß IEC 61508 erreicht werden, der gemäß IEC 60601−1: 2005 dem Begriff der Erstfehlersicherheit gleichgestellt werden kann. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind sowohl einfache Bedienhandlungen als auch Multitouch−Bedienungen möglich. In der Regel erfolgt eine nicht sichere Gerätebedienung und nur bestimmte Funktionen sind sicherheitsrelevant. Daher muss nicht die komplette Software des Gerätes sicher realisiert sein. Die Sicherheitsfunktionen können über einen extra Sicherheitskreis (Leitung, Sicherheitsprotokoll) freigegeben werden und nur dieser Sicherheitskreis ist in diesem Fall sicher angesteuert. Insbesondere bei der Anwendung mit einem medizinischen Angiographie-Gerät sind dabei die folgenden Sicherheitsfunktionen im Rahmen der "Fahrtfreigabe" realisierbar:

  • – das sichere Verhindern einer Bewegung ohne Bedienung ("sicherer Betriebshalt")
  • – das sichere Abbremsen auf einer definierten Rampe bei Wegnahme der Fahrtfreigabe ("sicheres Abbremsen"). Äquivalente Sicherheitsfunktionen gelten im Rahmen der "Strahlungsauslösung":
  • – das sichere Verhindern von Strahlung ohne Bedienung und
  • – das sichere Abschalten von Strahlung bei Wegnahme der Strahlungsfreigabe.
The invention ensures a secure input via a touch-sensitive control unit such as a touch screen. In this case, the functional safety of the input is to be regarded as "safe" in order to be able to carry out safety-relevant actions (eg triggering of movements or triggering of X-ray radiation). By means of the invention, at least the safety level SIL 2 according to IEC 61508 be reached, according to IEC 60601-1: 2005 the concept of Erstfehlersicherheit can be equated. With the method according to the invention, both simple operator actions and multi-touch operations are possible. As a rule, non-secure device operation takes place and only certain functions are safety-relevant. Therefore, the complete software of the device need not be realized safely. The safety functions can be enabled via an extra safety circuit (line, safety protocol) and only this safety circuit is safely controlled in this case. In particular when used with a medical angiography device, the following safety functions can be realized within the framework of the "drive release":
  • - the safe prevention of movement without operation ("safe operating stop")
  • - the safe braking on a defined ramp when removing the drive release ("safe braking"). Equivalent safety functions apply in the context of "radiation triggering":
  • - the safe prevention of radiation without operation and
  • - The safe switching off of radiation when removing the radiation release.

Zur Realsisierung der erfindungsgemäßen Bedieneinheit kann z.B. ein handelsüblicher resistiver Touchscreen zusätzlich mit einem kapazitiven Berührungsmessverfahren ausgestattet werden. Die Funktionsweise von resistiven Berührungsmessverfahren ist beispielsweise beschrieben unter http://de.wikipedia.org/wiki/Touchscreen#Resistive_Touchscreens . Zur Funktionweise der kapazitiven Messverfahren wird auf http://en.wikipedia.org/wiki/Capacitive_sensing#Mutual_capacitance verwiesen. Zusätzlich zu der Spannungsmessung durch Gleichspannung wird also ein hochfrequentes Signal an die erste Schicht des Sensors/der Sensoren angelegt. Der Aufbau der Sensoren entspricht dem "self capacitance" Verfahren und es wird wie ein "mutual capacitance" Verfahren betrieben. Über diesen Signalweg kann dann eine Betätigung (Sicherheitsfunktion: "sicherer Betriebshalt") oder vor allem auch das Loslassen einer Betätigung (Sicherheistfunktion: "sicheres Abbremsen") sicher überwacht werden. Es kann vorgesehen sein, dass als primäres Messverfahren die resistive Berührungsmessung und als sekundäres Messverfahren, sozusagen als Überprüfung, die kapazitive Berührungsmessung verwendet wird. For realizing the operating unit according to the invention, for example, a commercially available resistive touch screen can additionally be equipped with a capacitive touch measuring method. The operation of resistive touch measurement methods is described, for example, in http://de.wikipedia.org/wiki/Touchscreen#Resistive_Touchscreens , The function of the capacitive measuring method is on http://en.wikipedia.org/wiki/Capacitive_sensing#Mutual_capacitance directed. In addition to the voltage measurement by DC voltage, therefore, a high-frequency signal is applied to the first layer of the sensor (s). The structure of the sensors corresponds to the "self-capacitance" method and it is operated as a "mutual capacitance" method. An actuation (safety function: "safe operating stop") or, above all, the release of an actuation (safety function: "safe braking") can then be reliably monitored via this signal path. It can be provided that the resistive touch measurement is used as the primary measuring method and the capacitive touch measurement is used as a secondary measuring method, so to speak as a check.

Die Funktionsweise von Multi Analog Resistive (MAR) Touchscreens ist ebenfalls bekannt. Dabei besteht ein MAR Touch aus einzelnen kleinen Sensoren, welche in einer Matrix miteinander verschalten sind. Durch die Konstruktion ist die Unabhängigkeit der Reihen und Spalten von Sensoren untereinander gewährleistet, d.h. ein Fehler auf einer Reihe oder Spalte beeinflusst nicht eine andere Reihe oder Spalte. D.h. Sensoren einer Reihe und Sensoren einer Spalte sind miteinander verschaltet, aber die Reihen und Spalten sind untereinander entkoppelt. Daher kann bei Eintreten eines Einfachfehlers (Sensor defekt aktiv oder defekt nicht aktiv) durch die Auswertung eines Sensors in benachbarter Reihe oder Spalte der Fehler erkannt werden. Wenn eine Reihe oder Spalte oder ein Sensor einen Fehler hat können die von dem Fehler nicht betroffenen Reihen und Spalten noch fehlerfrei gemessen werden. The operation of Multi Analog Resistive (MAR) touch screens is also known. There is a MAR Touch of individual small sensors, which are interconnected in a matrix. The design ensures the independence of the rows and columns of sensors with each other, i. an error on one row or column does not affect another row or column. That Sensors in a row and sensors in a column are interconnected, but the rows and columns are decoupled. Therefore, if a single fault (sensor defective active or defective not active) occurs, the error can be detected by evaluating a sensor in an adjacent row or column. If a row or column or a sensor has an error, the rows and columns not affected by the error can still be measured without error.

Es kann außerdem die Bedienpositionsermittlung sowohl anhand des resistiven Multitouches als auch der kapazitiven Messung vorgenommen und die beiden ermittelten Bedienpositionen verglichen werden. Bei einer Übereinstimmung wird der Sicherheitskreis geschlossen, bei einer Nichtübereinstimmung geöffnet. Da die beiden Messungen auf der gleichen Matrix durchgeführt werden, müssen diese miteinander synchronisiert sein. Aufgrund der höheren Genauigkeit wird das resistive Messergebnis für die Gerätebedienung verwendet, das kapazitive dient zur Plausibilisierung. Bei dem Verfahren sind die Erfassung der Position über das resistive Messverfahren und das kapazitive Messverfahren einzeln nicht sicher, d.h. sie dürfen einen Einzelfehler haben. Lediglich der Vergleich (Plausibilisierung) der beiden Positionen und das Melden der Positionen ist sicher; durch das Plausibilisieren werden auch Einzelfehler aufgedeckt. In addition, the operating position determination can be carried out both on the basis of the resistive multi-touch and the capacitive measurement, and the two determined operating positions can be compared. If there is a match, the safety circuit is closed, opened in the event of a mismatch. Since the two measurements are performed on the same matrix, they must be synchronized with each other. Due to the higher accuracy, the resistive measurement result is used for device operation, the capacitive serves for plausibility. In the method, the detection of the position via the resistive measuring method and the capacitive measuring method individually are not safe, ie they may have a single error. Only the comparison (plausibility) of the two positions and the reporting of the positions is safe; The plausibility check also reveals individual errors.

Der erfinderische Schritt liegt darin, dass ein normalerweise unsicheres Eingabemedium wie ein Touchscreen durch die Auswertung mit zwei Messverfahren, die auf unterschiedlichen Prinzipien (Druck und Kapazitätsänderung) basieren, sicher wird, d.h. Einzelfehler nicht mehr zu einem fehlerhaften Ergebnis führen. Es werden redundante Betätigungsinformationen erhalten, die einen mindestens SIL2-fähigen Aufbau möglich machen. Für eine erfindungsgemäße Bedieneinheit können Standardbauelemente für eine Bedieneinheit auf der Basis von resistiver Berührungsmessung verwendet werden, in die lediglich eine Implementierung des kapazitiven Messverfahrens erfolgt. The inventive step is that a normally insecure input medium, such as a touchscreen, becomes secure through the evaluation with two measurement methods based on different principles (pressure and capacitance change), i. Single errors no longer lead to a faulty result. Redundant actuation information is obtained which makes an at least SIL2-capable design possible. For a control unit according to the invention, standard components for a control unit based on resistive touch measurement can be used, into which only one implementation of the capacitive measuring method takes place.

Die Erfindung lässt sich in folgender Weise kurz zusammenfassen: Für eine besonders sichere Bedienung insbesondere eines medizinischen Gerätes ist eine berührungsempfindliche Bedieneinheit, insbesondere zur Bedienung eines medizinischen Gerätes, vorgesehen, aufweisend ein Eingabefeld mit zumindest einem Sensor, welcher Sensor zwei gegenüberliegende, elektrisch leitfähige, im Grundzustand voneinander elektrisch getrennte Schichten aufweist, die durch eine Berührung der der Berührung zugewandten ersten Schicht seitens einer Bedienperson an der Berührungsposition mittels Druck miteinander leitend verbindbar sind, wobei der Sensor derart ausgebildet ist, dass die Berührung durch zwei unterschiedliche Messverfahren erfassbar ist, wobei das erste Messverfahren von einem resistiven Berührungsmessverfahren und das zweite Messverfahren von einem kapazitiven Berührungsmessverfahren gebildet wird. The invention can be briefly summarized in the following manner: For a particularly safe operation, in particular of a medical device, a touch-sensitive operating unit, in particular for the operation of a medical device, provided, comprising an input field with at least one sensor, which sensor two opposite, electrically conductive, in Basic state mutually electrically separate layers which are connected to one another by touching the first layer facing the touch by an operator at the contact position by pressure with each other, wherein the sensor is formed such that the contact by two different measuring methods can be detected, wherein the first Measuring method of a resistive touch measurement method and the second measurement method is formed by a capacitive touch measurement method.

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Claims (11)

Berührungsempfindliche Bedieneinheit (14), insbesondere zur Bedienung eines medizinischen Gerätes (22), aufweisend ein Eingabefeld (16) mit zumindest einem Sensor (15), welcher Sensor (15) zwei gegenüberliegende, elektrisch leitfähige, im Grundzustand voneinander elektrisch getrennte Schichten (10, 11) aufweist, die durch eine Berührung der der Berührung zugewandten ersten Schicht (10) seitens einer Bedienperson an der Berührungsposition mittels Druck miteinander leitend verbindbar sind, wobei der Sensor (15) derart ausgebildet ist, dass die Berührung durch zwei unterschiedliche Messverfahren erfassbar ist, wobei das erste Messverfahren von einem resistiven Berührungsmessverfahren und das zweite Messverfahren von einem kapazitiven Berührungsmessverfahren gebildet wird. Touch-sensitive control unit ( 14 ), in particular for the operation of a medical device ( 22 ), comprising an input field ( 16 ) with at least one sensor ( 15 ), which sensor ( 15 ) two opposing, electrically conductive, in the ground state of each other electrically isolated layers ( 10 . 11 ), which is formed by touching the first layer ( 10 ) by an operator at the contact position by means of pressure conductively connected to each other, wherein the sensor ( 15 ) such that the contact can be detected by two different measuring methods, wherein the first measuring method is formed by a resistive contact measuring method and the second measuring method is formed by a capacitive contact measuring method. Bedieneinheit nach Anspruch 1, wobei das resistive Berührungsmessverfahren derart ausgebildet ist, dass während einer an die erste leitfähige Schicht (10) angelegten Gleichspannung eine Messung der Spannung zwischen der ersten und der zweiten leitfähigen Schicht (11) durchführbar ist und das kapazitive Berührungsmessverfahren derart ausgebildet ist, dass bei einer an die erste leitfähige Schicht (10) angelegten hochfrequenten Wechselspannung eine Kapazitätsänderung messbar ist. Operating unit according to claim 1, wherein the resistive touch-measuring method is designed such that during a contact with the first conductive layer (FIG. 10 ) a measurement of the voltage between the first and the second conductive layer ( 11 ) and the capacitive touch measurement method is designed in such a way that when the first conductive layer ( 10 ) applied high-frequency AC voltage a capacitance change is measurable. Bedieneinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend eine Vielzahl von Sensoren (15) mit je zwei gegenüberliegenden, elektrisch leitfähigen, im Grundzustand voneinander elektrisch getrennten Schichten (10, 11), welche Sensoren (15) matrixartig angeordnet und unabhängig voneinander ansteuerbar und auswertbar sind. Operating unit according to one of the preceding claims, comprising a plurality of sensors ( 15 ) with two opposing, electrically conductive, in the ground state of each other electrically separated layers ( 10 . 11 ), which sensors ( 15 ) are arranged like a matrix and can be controlled and evaluated independently of each other. Bedieneinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, welches derart ausgebildet ist, dass das resisitive Berührungsmessverfahren und das kapazitive Berührungsmessverfahren gleichzeitig oder mit einem geringen zeitlichen Abstand, inbesondere unter 0,5 s oder unter 0,1 s, durchführbar sind. Operating unit according to one of the preceding claims, which is designed in such a way that the resistive contact measuring method and the capacitive contact measuring method can be performed simultaneously or with a short time interval, in particular below 0.5 s or below 0.1 s. Bedieneinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei durch die beiden Berührungsmessverfahren unabhängig voneinander die Berührungsposition auf dem Sensor (15) bestimmbar ist. Operating unit according to one of the preceding claims, wherein the contact position on the sensor is independently determined by the two contact measuring methods ( 15 ) is determinable. Bedieneinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend ein Display (25), welches unterhalb des zumindest einen Sensors (15) angeordnet ist, wobei der oder die Sensoren (15) zumindest teilweise transparent ausgebildet sind. Operating unit according to one of the preceding claims, comprising a display ( 25 ), which below the at least one sensor ( 15 ), wherein the sensor or sensors ( 15 ) are formed at least partially transparent. Medizinisches Gerät (22), insbesondere medizinisches Bildgebungsgerät, zur Durchführung einer sicherheitsrelevanten Aktion, mit mindestens einer Bedieneinheit (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 6. Medical device ( 22 ), in particular a medical imaging device, for performing a safety-relevant action, with at least one operating unit ( 14 ) according to one of claims 1 to 6. Medizinisches Gerät nach Anspruch 7, aufweisend eine Steuerungseinheit (24), welche zur Ansteuerung und Auswertung der Sensoren (15) der Bedieneinheit (14) ausgebildet ist. Medical device according to claim 7, comprising a control unit ( 24 ), which are used to control and evaluate the sensors ( 15 ) of the operating unit ( 14 ) is trained. Medizinisches Gerät nach Anspruch 8, wobei die Steuerungseinheit (24) dazu ausgebildet ist, die Messergebnisse der beiden Berührungsmessverfahren hinsichtlich einer Berührung oder eines Berührungsabbruchs auszuwerten, miteinander zu vergleichen und bei übereinstimmenden Messergebnissen ein Signal zur Ansteuerung der sicherheitsrelevanten Aktion des medizinischen Gerätes weiterzugeben. Medical device according to claim 8, wherein the control unit ( 24 ) is designed to evaluate the measurement results of the two touch measurement methods with respect to a touch or a touch break, to compare with each other and to pass on a signal for controlling the safety-relevant action of the medical device with matching measurement results. Verfahren zur Bedienung eines medizinischen Gerätes mit einer Bedieneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit den folgenden Schritten: – Durchführung einer resisitiven Messung (17) mittels des zumindest einen Sensors, wobei eine Gleichspannung an die erste, der Berührung zugewandte leitfähige Schicht angelegt und eine resultierende Spannung zwischen der ersten und der zweiten leitfähigen Schicht gemessen wird, – Durchführung einer kapazitiven Messung (18) mittels des Sensors, wobei eine hochfrequente Wechselspannung an die erste leitfähige Schicht angelegt und eine Kapazitätsänderung gemessen wird, – Auswertung (19) der Messergebnisse hinsichtlich einer Berührung oder eines Berührungsabbruchs, und – Weitergabe eines Signals (20) zur Ansteuerung des medizinischen Gerätes nur in dem Fall, dass beide Messungen eine Berührung oder einen Berührungsabbruch, insbesondere in derselben Berührungsposition, des Sensors ergeben. Method for operating a medical device with an operating unit according to one of claims 1 to 9, comprising the following steps: - carrying out a resistive measurement ( 17 ) by means of the at least one sensor, wherein a DC voltage is applied to the first, contact-facing conductive layer and a resulting voltage between the first and the second conductive layer is measured, - performing a capacitive measurement ( 18 ) by means of the sensor, wherein a high-frequency AC voltage is applied to the first conductive layer and a capacitance change is measured, - evaluation ( 19 ) of the measurement results relating to a touch or a touch break, and - transmission of a signal ( 20 ) for the control of the medical device only in the event that both measurements result in a touch or a break in contact, in particular in the same contact position, of the sensor. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die resistive Messung und die kapazitive Messung mit einem zeitlichen Abstand von weniger als 0,5 s, insbesondere weniger als 0,1 s, durchgeführt werden. The method of claim 10, wherein the resistive measurement and the capacitive measurement with a time interval of less than 0.5 s, in particular less than 0.1 s, are performed.
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