DE102012207114A1

DE102012207114A1 - Berührungsempfindliche Bedieneinheit, medizinisches Gerät und Verfahren zur Bedienung

Info

Publication number: DE102012207114A1
Application number: DE102012207114A
Authority: DE
Inventors: Dominik Hartleib; Harald Karl; Heiko Oester; Dietmar Sierk
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-06-13

Abstract

Für eine besonders sichere Bedienung insbesondere eines medizinischen Gerätes ist eine berührungsempfindliche Bedieneinheit, insbesondere zur Bedienung eines medizinischen Gerätes, aufweisend ein Eingabefeld mit einer Vielzahl von Berührungssensoren, wobei die Berührungssensoren insbesondere matrixartig angeordnet und zumindest teilweise unabhängig voneinander ansteuerbar und auswertbar sind, und wobei die Bedieneinheit derart ausgebildet ist, dass zwei Berührungen, die an verschiedenen Berührungspositionen gleichzeitig oder mit einem geringen zeitlichen Abstand, insbesondere unter 1 s, erfolgen, erfassbar sind, und wobei der Bedieneinheit ein Steuerungsmittel zugewiesen ist, welches derart ausgebildet ist, die Messergebnisse der Berührungssensoren hinsichtlich einer Berührung und hinsichtlich des zeitlichen Abstands zwischen den Berührungen auszuwerten und im Falle von mindestens zwei gleichzeitig oder mit einem geringen zeitlichen Abstand vorliegenden Berührungen während der Dauer der zwei Berührungen ein Freigabesignal, insbesondere zur Ansteuerung des medizinischen Gerätes, weiterzugeben.

Description

Die Erfindung betrifft eine berührungsempfindliche Bedieneinheit gemäß dem Patentanspruch 1, ein Verfahren zur Bedienung insbesondere eines medizinischen Gerätes mittels einer berührungsempfindlichen Bedieneinheit gemäß dem Patentanspruch 9 und ein medizinisches Gerät zur Durchführung einer sicherheitsrelevanten Aktion gemäß dem Patentanspruch 8.
Mittels berührungsempfindlicher 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 Berührungssensoren auf, welche die Berührung und deren Position erfassen. Touchscreens werden heutzutage in vielen Bereichen eingesetzt, z.B. als Infomonitore, bei Smartphons oder zur Ansteuerung von unkritischen Geräten.
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 berührungsempfindliche Bedieneinheiten bisher nicht eingesetzt, da diese die für ein derartiges Gerät geforderte Erstfehlersicherheit entsprechend der internationalen Richtlinie IEC 60601-1:2005 nicht erfüllen. Alternativ könnten solche Geräte auch bezüglich Sicherheitslevel SIL2 gemäß der internationalen Richtlinie IEC 61508 statt auf Erstfehlersicherheit gemäß IEC 60601-1:2005 bewertet werden, was von den heute eingesetzten Geräten ebenfalls nicht erfüllt wird. 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.
Aus der 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 zweier verschiedener Berührungssensoren erzielt.
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.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine berührungsempfindliche Bedieneinheit gemäß dem Patentanspruch 1, durch ein medizinisches Gerät gemäß dem Patentanspruch 8 und durch ein Verfahren zur Bedienung insbesondere eines medizinischen Gerätes mittels einer berührungsempfindlichen Bedieneinheit gemäß dem Patentanspruch 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist eine berührungsempfindliche Bedieneinheit, insbesondere zur Bedienung eines medizinischen Gerätes, aufweisend ein Eingabefeld mit einer Vielzahl von Berührungssensoren, wobei die Berührungssensoren insbesondere matrixartig angeordnet und zumindest teilweise unabhängig voneinander ansteuerbar und auswertbar sind, vorgesehen, wobei die Bedieneinheit derart ausgebildet ist, dass zwei Berührungen, die an verschiedenen Berührungspositionen gleichzeitig oder mit einem geringen zeitlichen Abstand, insbesondere unter 1 s oder unter 0,5 s, erfolgen, erfassbar sind, und wobei der Bedieneinheit ein Steuerungsmittel zugewiesen ist, welches derart ausgebildet ist, die Messergebnisse der Berührungssensoren hinsichtlich einer Berührung und hinsichtlich des zeitlichen Abstands zwischen den Berührungen oder Berührungsabbrüchen auszuwerten und im Falle von zwei gleichzeitig oder mit einem geringen zeitlichen Abstand vorliegenden Berührungen während der Dauer der zwei Berührungen ein Freigabesignal, insbesondere zur Ansteuerung des medizinischen Gerätes, weiterzugeben. Eine berührungsempfindliche Bedieneinheit kann zum Beispiel ein Touchscreen, Touchpad, Tastschirm, Sensorbildschirm oder dergleichen sein. Als Steuerungsmittel kann z.B. ein Touch-Controller oder ein Teil einer Systemsteuerung eines medizinischen Geräts verwendet werden. Das Steuerungsmittel bildet ein Sicherheitssystem. Zusätzlich kann eine Recheneinheit vorgesehen sein.
Die Erfindung umfasst außerdem ein Verfahren zur Bedienung des medizinischen Gerätes mit der Bedieneinheit mit den folgenden Schritten:

– Durchführung von, insbesondere kontinuierlichen, Berührungsmessungen mittels der Vielzahl von Berührungssensoren,
– Auswertung der Messergebnisse hinsichtlich von Berührungen und hinsichtlich eines zeitlichen Abstands zwischen mindestens zwei Berührungen, und
– Weitergabe eines Freigabesignals zur Freigabe der Ansteuerung des medizinischen Gerätes nur für den Fall, dass (a) mindestens zwei Berührungen innerhalb eines vorgegebenen zeitlichen Abstands, insbesondere unter 0,5 s oder unter 0,1 s, gemessen werden, und dass (b) die zwei Berührungen direkt auf Null Berührungen folgen, für die Dauer der zwei Berührungen.

Unter den kontinuierlichen Berührungsmessungen ist zu verstehen, dass an die Vielzahl von Berührungssensoren z.B. derart eine Spannung angelegt ist, dass im Rahmen des menschlichen Reaktionsvermögens kontinuierlich eine Änderung durch eine Berührung erfassbar ist. Die Auswertung erfolgt dahingehend, dass überprüft wird, ob mittels der Berührungsmessungen jeweils zwei Berührungen registriert werden, ob diese Berührungen gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig sind und ob diese Berührungen auf einen Zustand ohne Berührungen folgen. Sind die Bedingungen erfüllt, so wird für die Dauer der beiden Berührungen ein Freigabesignal weitergegeben, mit dem das medizinische Gerät ansteuerbar ist. Wird jedoch z.B. nur eine einzige Berührung gemessen oder folgen die zwei Berührungen auf eine einzelne Berührung, so ist anzunehmen, dass es sich hierbei um einen Messfehler oder Defekt oder ein Versehen handelt und es wird kein Freigabesignal weitergegeben. Insbesondere erfolgt außerdem eine Unterbrechung des Freigabesignals, also eine Beendigung der Freigabe, falls der Abbruch von zumindest einer der beiden Berührungen gemessen wird.
Der zeitliche Abstand zwischen der Betätigung der beiden Berührungen sollte möglichst klein sein, da eine nahezu gleichzeitige Bedienung Voraussetzung für eine Bedienung sein soll. Der zeitliche Abstand kann z.B. als maximal 1 s oder 0,5 s vorgegeben sein.
Mittels der erfindungsgemäßen Bedieneinheit kann eine Fehlersicherheit erzielt werden, 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.
Durch die Modifizierung kann ein normalerweise unsicheres Eingabemedium wie ein Touch−Screen durch die Auswertung für die Generierung einer sicheren Information verwendet werden. Es ist mit der Erfindung möglich, ohne die Notwendigkeit von zwei verschiedenen Sensoren zur Bestätigung einer Bedienungshandlung eine sichere Bedienung zu gewährleisten. Dabei werden z.B. die Eigenschaften von insbesondere matrixartig angeordneten, teilweise unabhängigen Berührungssensoren (z.B. als MAR Touch = Multi Analog Resistive Touch) genutzt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Steuerungsmittel vorgesehen und derart ausgebildet, die Messergebnisse der Berührungssensoren hinsichtlich der Berührungspositionen auszuwerten und zumindest eine sicherheitsrelevante, von den Berührungspositionen abhängige Funktion des medizinischen Geräts zu aktivieren. Dieses weitere Steuerungsmittel entspricht einem Produktivsystem, welches zusätzlich zu dem ersten Steuerungsmittel (Sicherheitssystem) vorhanden ist. Das Produktivsystem kann z.B. durch einen zusätzlichen Controller gebildet werden oder es kann die Systemsteuerungseinheit des medizinischen Geräts verwendet werden, welche beide Controller aufweist. Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden für die Dauer der beiden Berührungen zusätzlich die Messergebnisse hinsichtlich der Berührungspositionen ausgewertet und wird zumindest eine sicherheitsrelevante, von den Berührungspositionen abhängige Funktion des medizinischen Geräts aktiviert. Während das Sicherheitssystem nur die Freigabe oder den Abbruch der Freigabe überwacht, werden durch das Produktivsystem z.B. die genauen Koordinaten der Berührungen ausgewertet und die entsprechenden Befehle daraus abgeleitet (z.B. rechts, links, auf, ab, Strahlung an usw.). Um eine sicherheitsrelevante Funktion des medizinischen Geräts zu aktivieren, muss einerseits vom Produktivsystem das richtige Kommando erfasst worden sein und gleichzeitig vom Sicherheitssystem eine entsprechende Bedienung erkannt und freigeben sein. Diese UND-Verknüpfung bringt die Sicherheit.
Für das Einleiten einer sicheren Bedienhandlung ist im Rahmen der Erfindung der Übergang von keiner Berührung zu zwei Berührungen an verschiedenen Berührungspositionen notwendig (die sichere Bedienhandlung kann auch länger andauern). Dadurch werden Stuck−At−Fehler wie die dauerhafte Erfassung einer Berührung (Kurzschluss in einem Berührungssensor) oder die nicht mehr mögliche Erfassung eines Tastendrucks (Reihe oder Spalte oder Berührungssensor defekt) erkannt und beherrscht. Das Erfassen der Positionen kann mit einer nicht sicheren Messeinrichtung erfolgen und die Plausibilisierung der Bediensequenz (z.B. keine Berührung zu zwei Berührungen) muss durch einen sicheren Controller (Sicherheitssystem) erfolgen; dieser gibt bei der richtigen Sequenz auch den Sicherheitskreis frei.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Berührungssensoren jeweils in Zeilen und Spalten angeordnet und die Zeilen und Spalten jeweils voneinander unabhängig ansteuerbar und auswertbar. Hierfür ist z.B. ein MAR Touch (Multi Analog Resistive) mit vielen Berührungssensoren, die als Matrix in Reihen und Spalten angeordnet sind, geeignet. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar für Multi Analog Resistive Touches, die auf Basis der 4-Draht-Technologie oder 5-Draht-Technologie oder ggf. auch kundenspezifisch ausgeführt sind. Solche MAR-Touches gewährleisten bei entsprechender Verschaltung eine Unabhängigkeit der Reihen und Spalten der Matrix untereinander. Ist ein Berührungssensor defekt, so kann das Eingabefeld dennoch weiter verwendet werden. Durch die Ausnutzung der Konstruktion in Kombination mit einem Steuerungsmittel zur Auswertung können bestimmte Fehler ausgeschlossen werden. Durch das Ausnutzen bestimmter Fehlerausschlüsse kombiniert mit einer Bediensequenz kann die sichere Bedienung garantiert werden.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Bedieneinheit derart ausgebildet, dass die Berührungen durch ein resistives Berührungsmessverfahren oder ein kapazitives Berührungsmessverfahren erfassbar sind. Hierbei handelt es sich um bekannte und einfach realisierbare Berührungsmessverfahren.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen die Berührungssensoren je zwei gegenüberliegende, elektrisch leitfähige, im Grundzustand voneinander elektrisch getrennte Schichten auf, die durch eine Berührung der der Berührung zugewandten ersten Schicht seitens einer Bedienperson an der Berührungsposition mittels Druck miteinander leitend verbindbar sind, und 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 resistive Berührungsmessverfahren ist ein bekanntes 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 Ränder der ersten Schicht können zwei Spannungen gemessen und miteinander verglichen werden. Auf diese Weise kann sogar die genaue Position der Berührung auf dem Berührungssensor bestimmt werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen die Berührungssensoren je eine elektrisch leitfähige Schicht auf, die durch eine Berührung eine Kapazitätsänderung erfährt, und ist das kapazitive Berührungsmessverfahren derart ausgebildet, dass bei einer an die leitfähige Schicht angelegten hochfrequenten Wechselspannung eine Kapazitätsänderung messbar ist. Das kapazitive Berührungsmessverfahren ist ein bekanntes Verfahren zum Nachweis von Berührungen auf Touchscreens und ähnlichem. 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 genaue Berührungsposition bestimmt werden.
Zweckmäßigerweise für eine einfache Bedienung weist die Bedieneinheit ein Display auf, welches unterhalb der Berührungssensoren angeordnet ist, wobei die Berührungssensoren zumindest teilweise transparent ausgebildet sind. Es kann sich hierbei um ein Flüssigkristalldisplay, insbesondere ein Aktiv-Matrix-Display, ein OLED-Display oder ähnliches handeln.
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.
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:
1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Berührungssensors,
2 eine Draufsicht eines in eine Vielzahl von Berührungssensoren eingeteilten Eingabefeldes,
3 eine Abfolge eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
4 einen Aufbau und eine Signalübertragung eines erfindungsgemäßen medizinischen Geräts.
In der 1 ist ein Schnitt durch einen Berührungssensor 2 eines Eingabefeldes einer berührungssensitiven Bedieneinheit 1 gezeigt, welcher Berührungssensor 2 zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem resistiven Berührungsmessverfahren geeignet ist. Der Berührungssensor 2 weist eine erste, obere, einer Berührung zugewandte Schicht 4 und eine zweite Schicht 5, die unterhalb der ersten Schicht 4 angeordnet ist, auf. Zwischen der ersten Schicht 4 und der zweiten Schicht 5 befindet sich im Grundzustand eine Luftschicht 7. Damit die beiden Schichten sich nicht versehentlich berühren können, sind Abstandshalter 8 in regelmäßigen Abständen zwischen den Schichten angeordnet. Die erste und die zweite Schicht sind leitfähig ausgebildet und außerdem ist die erste Schicht 4, deren Oberseite die Berührungsoberfläche 6 bildet, flexibel ausgebildet und kann durch eine Berührung mittels leichtem Druck in Richtung der zweiten Schicht 5 eingedrückt werden. Die erste Schicht 4 kann zum Beispiel von einer Folie gebildet werden, die von einer leitfähigen Beschichtung (z.B. Indiumzinnoxid) beschichtet oder leitfähig durchwirkt ist, die zweite Schicht 5 kann von einer beschichteten Glasscheibe gebildet sein. Unterhalb der zweiten Schicht 5 ist ein Display 9 angeordnet, welches zur Anzeige z.B. von zu betätigenden Feldern geeignet ist. Die erste und die zweite Schicht sowie die Abstandshalter 8 sind bevorzugt transparent ausgebildet, so dass das Display 9 sichtbar ist. Das Display 9 kann z.B. von einem Flüssigkristalldisplay gebildet sein. Mittels des Berührungssensors 2 kann eine resistive Berührungsmessung mit angelegter Gleichspannung durchgeführt werden.
In der 2 ist eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Bedieneinheit 1 gezeigt, welche ein Eingabefeld 3 aufweist, welche Bedieneinheit aus einer Vielzahl von Berührungssensoren 2 (wie in 1 gezeigt) aufgebaut ist. Die Berührungssensoren sind zum Beispiel matrixartig angeordnet und können bevorzugt einzeln oder aber zeilen- oder spaltenweise ausgewertet und ausgelesen werden. Die Berührungssensoren können z.B. alternativ auch in unregelmäßigen Strukturen angeordnet sein und/oder unterschiedlich große Flächen aufweisen. Wichtig ist vor allem, dass die Bedieneinheit zwei gleichzeitige Berührungen registrieren kann. Nicht gezeigt sind die elektrischen Kontaktierungen der Berührungssensoren, welche jedoch für einen Fachmann hinreichend bekannt sind. Alternativ kann die Bedieneinheit auch von rein kapazitiven Berührungssensoren gebildet sein, welche im Unterschied zu den in 1 gezeigten resistiven Berührungssensoren nur mindestens eine leitfähige Schicht aufweisen, und über Änderung der Kapazität dieser Schicht eine Berührung detektieren kann.
In der 4 ist schematisch ein medizinisches Gerät 11 mit einer bewegbaren Komponente 12 und einer Systemsteuerung 13 gezeigt, welches Gerät mittels der berührungsempfindlichen Bedieneinheit 1 bedient werden kann; in der 3 ist das entsprechende erfindungsgemäße Verfahren gezeigt. Das medizinische Gerät 11 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. Alternativ kann auch eine andere sicherheitsrelevante Funktion wie die Aussendung von Röntgenstrahlung o.ä. angesteuert werden. Zunächst erfolgt ein Start 14 des Verfahrens, z.B. indem die Bedieneinheit oder das medizinische Gerät angeschaltet werden. Dadurch wird in einem ersten Schritt 15 die Vielzahl von Berührungssensoren aktiv geschaltet und eine kontinuierliche Messung (z.B. kapazitives oder resistives Messverfahren) durchgeführt. Dadurch wird eine kontinuierliche Erfassung von Berührungen möglich.
Erste Messergebnisse M1 werden an einen ersten Controller 19 (ein Sicherheitssystem) übertragen und dort in einem zweiten Schritt 17 dahingehend ausgewertet, ob sie zwei Berührungen an zwei verschiedenen Berührungspositionen innerhalb eines vorgegebenen, geringen zeitlichen Abstands in direkter Abfolge nach Null Berührungen ergeben. Der erste Controller 19 kann Teil einer Systemsteuerung 13 oder einer anderen Steuerungseinheit sein. Sind die Kriterien erfüllt (Abfolge Null Berührungen – zwei Berührungen; zeitlicher Abstand gering, z.B. kleiner als 0,5 s; zwei Berührungen an verschiedenen Berührungspositionen), so wird in einem dritten Schritt 18 ein Freigabesignal S weitergeleitet. Das Freigabesignal kann ein diskretes Signal sein oder auch als Telegramm über Kommunikationsstrecken übertragen werden. Dabei wird das Freigabesignal S nur so lange weitergeleitet, wie die beiden Berührungen andauern. Nur wenn die Freigabe erfolgt, kann eine Bedienung der bewegbaren Komponente 12 (oder anderen sicherheitsrelevanten Funktion) des medizinischen Gerätes 11 überhaupt erfolgen.
Gleichzeitig mit der Weiterleitung der ersten Messergebnisse M1 werden zweite Messergebnisse M2, die (teilweise) mit den ersten Messergebnissen übereinstimmen können, an einen zweiten Controller 20 (Produktivsystem) übertragen und ebenfalls ausgewertet. Diese werden dahingehend ausgewertet, an welchen Berührungspositionen die beiden Berührungen erfolgen und welcher Befehl dadurch ausgelöst werden soll. Der zweite Controller 20 kann ebenfalls Teil der Systemsteuerung 13 oder einer anderen Steuerungseinheit, die bereits den ersten Controller aufweist, sein, kann jedoch auch Teil einer weiteren zusätzlichen Steuerungseinheit sein. Der zweite Controller 20 gibt ein Produktivsignal P weiter, z.B. an entsprechende Aktoren. Eine sicherheitsrelevante Funktion des medizinischen Geräts kann also nur dann ausgelöst werden, wenn einerseits eine Freigabe vorliegt, welche durch das Sicherheitssystem erfolgt, und andererseits durch das Produktivsystem die Art der Funktion bzw. das entsprechende Kommando (also z.B. Bewegung oder Röntgenstrahlungsapplikation usw.) vorgegeben wird, z.B. an den entsprechenden Aktor, der für das Kommando zuständig ist, weitergegeben ist. Beide Signale (Freigabesignal und Produktivsignal) erreichen z.B. über rückwirkungsfreie Signalwege (i.d.R. Freigabesignal über diskrete Leitung, Produktivsignal über Kommunikation) den Aktor. Der Aktor ist sicher ausgeführt, indem er eine UND-Verknüpfung durchführt und das Kommando nur ausführt, wenn gleichzeitig das Freigabesignal vorliegt.
Werden widersprüchliche Messergebnisse erkannt, so wird kein Freigabesignal weitergeleitet oder es wird sofort unterbrochen, wodurch ein sofortiger Stopp des medizinischen Gerätes oder von dessen Bedienung eingeleitet wird. Wird z.B. mindestens eine der beiden Berührungen unterbrochen, so wird ebenfalls das Freigabesignal gestoppt und damit die Bedienung unterbrochen. Werden keine Berührungen gemessen, so wird einfach die kontinuierliche Empfangsbereitschaft der Vielzahl von Berührungssensoren fortgesetzt.
Die Erfindung gewährleistet eine sichere Eingabe über eine berührungsempfindliche Bedieneinheit wie einen Touchscreen, wobei nur durch ein Berührungsmessverfahren (also z.B. nur resisitiv oder nur kapazitiv) bzw. eine Art von Berührungssensor gemessen wird. Bisherige Touchscreens erfordern mindestens zwei verschiedene Berührungsmessverfahren bzw. zwei Berührungssensoren zur Bestätigung einer Bedienhandlung, also z.B. gleichzeitig resistiv und durch Druck.
Die allgemeine Funktionsweise von resistiven Berührungsmessverfahren ist beispielsweise beschrieben unter http://de.wikipedia.org/wiki/Touchscreen#Resistive_Touchscreens. Zur Funktionsweise der kapazitiven Messverfahren wird auf http://en.wikipedia.org/wiki/Capacitive_sensing#Mutual_capacitance verwiesen.
Das Verfahren kann z.B. mittels eines Multitouch Analog Resistiv (MAR) Touchscreens mit einem sicheren Touch-Controller ausgeführt werden. Bei einem MAR-Touchscreen können zwei oder mehr unabhängige Berührungspositionen detektiert werden. Mit Hilfe des sicheren Touch-Controllers kann eine sichere Bedieneinheit realisiert werden mit der Randbedingung, dass zwei Berührungen des MAR-Touchscreens an mindestens zwei unterschiedlichen Berührungspositionen innerhalb einer bestimmten Zeit erfolgen müssen. Dabei besteht ein MAR-Touchscreen aus Zeilen und Spalten von resistiven Berührungssensoren, welche in einer Matrix miteinander verschalten sind und einzelne „virtuelle“ Berührungssensoren bilden. Durch die Konstruktion ist die Unabhängigkeit der Reihen und Spalten untereinander gewährleistet, d.h. ein Fehler auf einer Reihe oder Spalte beeinflusst nicht eine andere Reihe oder Spalte. D.h. Berührungssensoren einer Reihe und Berührungssensoren einer Spalte sind z.B. miteinander verschaltet, aber die Reihen und Spalten sind untereinander entkoppelt. Daher kann bei Eintreten eines Einfachfehlers (Berührungssensor defekt aktiv oder defekt nicht aktiv) durch die Auswertung eines Berührungssensors in benachbarter Reihe oder Spalte der Fehler erkannt werden. Wenn eine Reihe oder Spalte oder ein Touchsegment einen Fehler hat, können die von dem Fehler nicht betroffenen Reihen und Spalten noch fehlerfrei gemessen werden. Die Bedingung für eine sichere Bedienung ist jetzt das Drücken von zwei Positionen. Für das Einleiten einer sicheren Bedienhandlung ist immer der Übergang von keiner berührten Berührungsposition zu zwei berührten Berührungspositionen notwendig (die sichere Bedienhandlung kann auch länger andauern). Dadurch werden Stuck−At−Fehler wie die dauerhafte Erfassung eines Tastendrucks (Kurzschluss in einem Touchfeld) oder die nicht mehr mögliche Erfassung eines Tastendrucks (Reihe oder Spalte oder Touchsegment defekt) erkannt und beherrscht. Das Erfassen der Positionen kann mit einer nicht sicheren Messeinrichtung erfolgen, die Plausibilisierung der Bediensequenz (keine Taste – zwei Tasten – eine Taste – zwei Tasten... keine Taste) muss durch einen sicheren Controller erfolgen; dieser gibt bei der richtigen Sequenz auch den Sicherheitskreis frei.
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 Multi-Touch−Bedienungen möglich. 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") und
– 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.

Dadurch, dass beide Berührungspositionen durch einen sicheren Touch-Controller ausgewertet werden, ist eine gegenseitige Überwachung möglich, um auch das Loslassen einer Berührung sicher zu erkennen und mindestens SIL2 zu erreichen. Die gewünschte funktionale Sicherheit wird durch eine "indirekte Redundanz" durch die Verwendung verschiedener Felder im Multitouch erreicht, nicht durch eine technisch aufwändige Redundanz des Touches an sich. Denn allgemein ist für die funktionale Sicherheit notwendig, dass eine bestimmte Ausfallwahrscheinlichkeit erreicht wird oder dass eine bestimmte Diagnoseabdeckung je nach Architektur erreicht wird.
Hierdurch wird auch Kap. 9.2.3.1 ("Unintended Movement") gemäß der für den Healthcare Bereich verbindlichen Norm IEC 60601−1:2005 abgedeckt ("Controls shall be so positioned, ..., that they cannot be accidentially actuated"), zusätzlich zu der im Healthcare Bereich verbindlichen Erstfehlersicherheit nach IEC 60601−1:2005. Durch die Forderung, zwei unterschiedliche Eingabepositionen gleichzeitig zu betätigen, ist somit eine Maßnahme zur Verhinderung einer versehentlichen Betätigung definiert.
Werden außerdem die Eingabetasten an den Ecken des Eingabefeldes angeordnet oder die Bedieneinheit zusätzlich mit Mechanismen zur Erzeugung von Haptik ausstattet (z.B. indem Technologien von Immersion, Pacinian, oder anderen eingebaut werden), lässt sich auch Kap. 201.12.4.106 ("Tableside controls") gemäß IEC 60601−2−43 abdecken ("For tableside controls, ..., requiring operation by touch, shall be individually and unambiguously identifiable both by touch alone and also by sight alone"). Durch die Platzierung der Eingabetasten an den Ecken des Eingabefeldes oder durch den Einbau von Haptik Technologien können solche Eingabetasten sowohl fühlbar als auch sichtbar ausgebildet sein.
Die Bedieneinheit kann aus Standard-Bauelementen (Standard-Touch, Standard-Montage) aufgebaut werden, wobei lediglich eine Steuerungseinheit (Touch Controller) überwacht oder modifiziert werden muss, um eine sichere Bedienung zu realisieren. Die erfindungsgemäße Bedieneinheit weist eine große Flexibilität auf. Die Eingabefelder können per Software als Soft−Keys ausgeführt werden, so dass Anzahl, Layouts und Design frei gestaltet werden können.
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, aufweisend ein Eingabefeld mit einer Vielzahl von Berührungssensoren, wobei die Berührungssensoren insbesondere matrixartig angeordnet und zumindest teilweise unabhängig voneinander ansteuerbar und auswertbar sind, und wobei die Bedieneinheit derart ausgebildet ist, dass zwei Berührungen, die an verschiedenen Berührungspositionen gleichzeitig oder mit einem geringen zeitlichen Abstand, insbesondere unter 1 s, erfolgen, erfassbar sind, und wobei der Bedieneinheit ein Steuerungsmittel zugewiesen ist, welches derart ausgebildet ist, die Messergebnisse der Berührungssensoren hinsichtlich einer Berührung und hinsichtlich des zeitlichen Abstands zwischen den Berührungen auszuwerten und im Falle von mindestens zwei gleichzeitig oder mit einem geringen zeitlichen Abstand vorliegenden Berührungen während der Dauer der zwei Berührungen ein Freigabesignal, insbesondere zur Ansteuerung des medizinischen Gerätes, weiterzugeben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009036860 A1 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Richtlinie IEC 60601-1:2005 [0003]
Richtlinie IEC 61508 [0003]
Richtlinie IEC 60601−1:2005 [0011]
http://de.wikipedia.org/wiki/Touchscreen#Resistive_Touchscreens [0033]
http://en.wikipedia.org/wiki/Capacitive_sensing#Mutual_capacitance [0033]
IEC 61508 [0035]
IEC 60601−1:2005 [0035]
Kap. 9.2.3.1 ("Unintended Movement") gemäß der für den Healthcare Bereich verbindlichen Norm IEC 60601−1:2005 [0038]
Kap. 201.12.4.106 ("Tableside controls") gemäß IEC 60601−2−43 [0039]

Claims

Berührungsempfindliche Bedieneinheit (1), insbesondere zur Bedienung eines medizinischen Gerätes (11), aufweisend ein Eingabefeld (3) mit einer Vielzahl von Berührungssensoren (2), wobei die Berührungssensoren (2) insbesondere matrixartig angeordnet und zumindest teilweise unabhängig voneinander ansteuerbar und auswertbar sind, und wobei die Bedieneinheit (1) derart ausgebildet ist, dass zwei Berührungen, die an verschiedenen Berührungspositionen gleichzeitig oder mit einem geringen zeitlichen Abstand, insbesondere unter 1 s, erfolgen, erfassbar sind, und wobei der Bedieneinheit (1) ein Steuerungsmittel zugewiesen ist, welches derart ausgebildet ist, die Messergebnisse der Berührungssensoren hinsichtlich einer Berührung und hinsichtlich des zeitlichen Abstands zwischen den Berührungen auszuwerten und im Falle von mindestens zwei gleichzeitig oder mit einem geringen zeitlichen Abstand vorliegenden Berührungen während der Dauer der zwei Berührungen ein Freigabesignal (S), insbesondere zur Ansteuerung des medizinischen Gerätes, weiterzugeben.
Bedieneinheit nach Anspruch 1, wobei der Bedieneinheit ein Steuerungsmittel zugewiesen und derart ausgebildet ist, die Messergebnisse der Berührungssensoren hinsichtlich der Berührungspositionen auszuwerten und zumindest eine sicherheitsrelevante, von den Berührungspositionen abhängige Funktion des medizinischen Geräts zu aktivieren.
Bedieneinheit nach Anspruch 1 oder 2, welche derart ausgebildet ist, dass die Berührungen durch ein resistives Berührungsmessverfahren oder ein kapazitives Berührungsmessverfahren erfassbar sind.
Bedieneinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Berührungssensoren (2) jeweils in Zeilen und Spalten angeordnet sind und die Zeilen und Spalten jeweils voneinander unabhängig ansteuerbar und auswertbar sind.
Bedieneinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Berührungssensoren (2) je zwei gegenüberliegende, elektrisch leitfähige, im Grundzustand voneinander elektrisch getrennte Schichten (4; 5) aufweisen, die durch eine Berührung der der Berührung zugewandten ersten Schicht (4) seitens einer Bedienperson an der Berührungsposition mittels Druck miteinander leitend verbindbar sind, und das resistive Berührungsmessverfahren derart ausgebildet ist, dass während einer an die erste leitfähige Schicht (4) angelegten Gleichspannung eine Messung der Spannung zwischen der ersten und der zweiten leitfähigen Schicht (4; 5) durchführbar ist.
Bedieneinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Berührungssensoren (2) je eine elektrisch leitfähige Schicht (4) aufweisen, die durch eine Berührung eine Kapazitätsänderung erfährt, und das kapazitive Berührungsmessverfahren derart ausgebildet ist, dass bei einer an die leitfähige Schicht (4) angelegten hochfrequenten Wechselspannung eine Kapazitätsänderung messbar ist.
Bedieneinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend ein Display (9), welches unterhalb der Berührungssensoren (2) angeordnet ist, wobei die Berührungssensoren (2) zumindest teilweise transparent ausgebildet sind.
Medizinisches Gerät (11), insbesondere medizinisches Bildgebungsgerät, zur Durchführung einer sicherheitsrelevanten Aktion, mit mindestens einer Bedieneinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Verfahren zur Bedienung eines medizinischen Gerätes (11) mit einer Bedieneinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit den folgenden Schritten: – Durchführung von, insbesondere kontinuierlichen, Berührungsmessungen mittels der Vielzahl von Berührungssensoren (2), – Auswertung der Messergebnisse hinsichtlich von Berührungen und hinsichtlich eines zeitlichen Abstands zwischen mindestens zwei Berührungen, und – Weitergabe eines Freigabesignals (S) zur Freigabe der Ansteuerung des medizinischen Gerätes (11) nur für den Fall, dass (a) mindestens zwei Berührungen innerhalb eines vorgegebenen zeitlichen Abstands, insbesondere unter 0,5 s oder unter 0,1 s, gemessen werden, und dass (b) die zwei Berührungen direkt auf Null Berührungen folgen, für die Dauer der zwei Berührungen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei eine Unterbrechung des Freigabesignals erfolgt, falls der Abbruch von zumindest einer der beiden Berührungen gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei für die Dauer der beiden Berührungen zusätzlich die Messergebnisse hinsichtlich der Berührungspositionen ausgewertet werden und zumindest eine sicherheitsrelevante, von den Berührungspositionen abhängige Funktion des medizinischen Geräts aktiviert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Berührungsmessungen mittels eines resistiven oder kapazitiven Berührungsmessverfahrens durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das resistive Berührungsmessverfahren derart ausgebildet ist, dass während einer an die erste leitfähige Schicht (4) angelegten Gleichspannung eine Messung der Spannung zwischen der ersten und der zweiten leitfähigen Schicht (4; 5) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei das kapazitive Berührungsmessverfahren derart ausgebildet ist, dass bei einer an die erste leitfähige Schicht (1) angelegten hochfrequenten Wechselspannung eine Kapazitätsänderung gemessen wird.