DE102013216152A1

DE102013216152A1 - Ultraschallkopf mit Steuerungseinrichtung sowie Verfahren zur Steuerung eines Ultraschallgeräts

Info

Publication number: DE102013216152A1
Application number: DE201310216152
Authority: DE
Inventors: Thomas Gossler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2013-08-14
Filing date: 2013-08-14
Publication date: 2015-02-19
Also published as: CN104367342A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallkopf mit Steuerungseinrichtung sowie ein Ultraschallgerät mit einem solchen Ultraschallkopf sowie ein Verfahren zur Steuerung eines Ultraschallgerätes mit einem solchen Ultraschallkopf. Die Erfindung betrifft insbesondere die medizinische Anwendung von Ultraschall zur Diagnose und Therapie. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine weitere Verbesserung der Handhabung und Bedienbarkeit zu erreichen. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Erweiterung der Steuerungsmöglichkeiten des Ultraschallgerätes. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch Einsatz einer berührungslosen Bewegungssteuerungseinheit. Ein Grundgedanke der Erfindung besteht in einem Ultraschallkopf mit einer Steuerungseinrichtung, wobei die Steuerungseinrichtung eine optische Kamera umfasst. Dadurch wir vorteilhafterweise eine optische Steuerung unmittelbar im Anwendungsbereich des Ultraschallkopfes ermöglicht. Dies ist vor allem deshalb vorteilhaft, weil ein Benutzer während einer Ultraschalluntersuchung den Ultraschallkopf manuell führt, so dass der Benutzer im Regelfall in unmittelbarer Nähe des Ultraschallkopfes befindlich ist. Daher ist es zweckmäßig, Steuerungskomponenten am Ultraschallkopf anzuordnen. Eine Steuerungseinrichtung auf optischer Basis ist vorteilhaft, weil sie bei geringem Platzbedarf eine Vielzahl von Steuerungsoptionen ermöglicht. Darüber hinaus interferiert eine optische Steuerungskomponente in keiner Weise mit der Aufnahme von Ultraschall-Daten.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallkopf mit Steuerungseinrichtung sowie ein Ultraschallgerät mit einem solchen Ultraschallkopf sowie ein Verfahren zur Steuerung eines Ultraschallgerätes mit einem solchen Ultraschallkopf. Die Erfindung betrifft insbesondere die medizinische Anwendung von Ultraschall zur Diagnose und Therapie.
Ultraschallgeräte umfassen als Grundkomponenten einen Ultraschallkopf mit Ultraschall-Sender (Transmitter) und Ultraschall-Empfänger (Receiver), einen Beamformer, eine Rekonstruktionseinrichtung zur Rekonstruktion von Bilddaten aus den empfangenen Ultraschallsignalen, einen Bildschirm zur Wiedergabe der Bilddaten, und eine Steuerungseinrichtung. Der Beamformer umfasst normalerweise einen Transmit- und einen Receive-Beamformer. Die Steuerungseinrichtung konfiguriert die Beamformer und steuert die weiteren Parameter des Ultraschall-Strahls. Sie ermöglicht die Aufnahme von Ultraschall-Daten in unterschiedlichen Untersuchungs-Modi und mit unterschiedlichen Untersuchungs-Einstellungen. Darüber hinaus ermöglicht sie auch unterschiedliche Darstellungs-Modi und -Parameter zur Darstellung der Ultraschall-Bilddaten.
Während einer Ultraschall-Untersuchung wechselt der untersuchende Radiologe oder Assistent häufig zwischen verschiedenen Untersuchungs-Modi und -Parametern. Zudem wechselt er auch zwischen verschiedenen Darstellungen. Dabei wird zum einen unterschiedlichen diagnostischen Fragestellungen nachgegangen, zum anderen ermöglichen Änderungen der Darstellungs-Parameter eine Anpassung der Darstellung an eine jeweilige Fragestellung und jeweils individuelle Patienten- oder Untersuchungs-Verhältnisse.
Um einen flüssigen und effizienten Untersuchungsablauf zu gewährleisten, ist daher eine Optimierung des Ultraschallgeräts hinsichtlich Handhabung und Bedienung, insbesondere Steuerung, wünschenswert.
Aus der Druckschrift US 6,780,154 B2 ist ein Ultraschallgerät mit kabellos (wireless) angebundenem Ultraschallkopf bekannt. Die kabellose Anbindung erweitert Flexibilität und Bewegungsfreiraum beim Abtasten des Patienten oder Untersuchungsobjektes mit dem Ultraschallkopf.
Aus der Druckschrift US 2010/0286527 A1 ist ebenfalls ein Ultraschallgerät mit kabellos angebundenem Ultraschallkopf bekannt. Der Ultraschallkopf kann in einen Energiesparmodus versetzt werden. Er kann einen Bewegungssensor oder Tastsensor aufweisen, so dass er bei Berührung oder beim Hochheben aus dem Energiesparmodus in den normalen Betriebszustand versetzt werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine weitere Verbesserung der Handhabung und Bedienbarkeit zu erreichen. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Erweiterung der Steuerungsmöglichkeiten des Ultraschallgerätes.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch Einsatz einer berührungslosen Bewegungssteuerungseinheit.
Eine deartige Bewegungssteuerungseinheit ist beispielsweise unter der Bezeichnung Leap Motion Controller (http://leapmotion.com/product) bekannt. Dieses vorbekannte Gerät arbeitet auf Basis eines Infrarot-Senders und -Empfängers. Der als Kamera ausgeführte Infrarot-Empfänger detektiert auf den Millimeter genau die jeweilige Position und Bewegungen der Hände und Finger eines Benutzers. Eine Software-Schnittstelle übermittelt die erkannten Bewegungen an eine Datenverarbeitungseinrichtung. Die notwendigen Steuerungsschnittstellen vorausgesetzt können mit einer solchen Steuerungseinheit durch Bewegungen und Gesten sowohl das Betriebssystem eines Computers als auch Anwendungsprogramme gesteuert werden. Daneben ermöglicht eine solche Steuerungseinheit auch das Simulieren eines berührungsempfindlichen Bildschirms, falls ein solcher nicht tatsächlich verfügbar ist, oder einer virtuellen Tastatur.
Aus der Veröffentlichung Fujitsu Develops Next-Generation User Interface for Intuitive Touch-Based Operations (http://www.fujitsu.com/global/news/pr/archives/month/2013/20 130403-01.html) ist ersichtlich, wie mithilfe eines Projektors und einer Kamera, die mit Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich arbeiten, Gesten und Bewegungen eines Benutzers beispielsweise mit einem Dokument oder Buch verknüpft werden können. Auf der Basis einer solchen Verknüpfung können nichtberührungsempfindliche Gegenstände der Eingabe von Nutzer-Befehlen für eine Benutzersoftware durch Berührung zugänglich gemacht werden. In diesem Sinne wird so ein virtuelles berührungsempfindliches Objekt erzeugt, beispielsweise auch ein virtueller berührungsempfindlicher Bildschirm.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch einen Ultraschallkopf, ein Ultraschallgerät mit einem solchen Ultraschallkopf sowie ein Steuerungsverfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht in einem Ultraschallkopf mit einer Steuerungseinrichtung, wobei die Steuerungseinrichtung eine optische Kamera umfasst. Dadurch wir vorteilhafterweise eine optische Steuerung unmittelbar im Anwendungsbereich des Ultraschallkopfes ermöglicht. Dies ist vor allem deshalb vorteilhaft, weil ein Benutzer während einer Ultraschalluntersuchung den Ultraschallkopf manuell führt, so dass der Benutzer im Regelfall in unmittelbarer Nähe des Ultraschallkopfes befindlich ist. Daher ist es zweckmäßig, Steuerungskomponenten am Ultraschallkopf anzuordnen.
Wegen der meist verhältnismäßig kleinen Abmessungen von Ultraschallköpfen ist es jedoch nicht ohne weiteres möglich, eine Vielzahl von Steuerungselementen, beispielsweise Knöpfen, Schaltern oder Drehstellern, unmittelbar am Ultraschallkopf anzuordnen. In dieser Hinsicht ist eine Steuerungseinrichtung auf optischer Basis vorteilhaft, weil sie bei geringem Platzbedarf eine Vielzahl von Steuerungsoptionen ermöglicht.
Darüber hinaus interferiert eine optische Steuerungskomponente in keiner Weise mit der Aufnahme von Ultraschall-Daten.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Grundgedankens besteht darin, dass die Steuerungseinrichtung einen Infrarot-Sender umfasst, und wobei die Kamera im infraroten Wellenlängenbereich arbeitet. Die Verwendung von Infrarot-Licht hat den Vorteil, dass dieses für einen Benutzer unsichtbar und daher nicht störend ist. Darüber hinaus erlaubt Infrarot-Licht neben der Erfassung von Konturen eine gegenüber sichtbarem Licht deutlich genauere Erfassung von Entfernungen. Dadurch können wesentlich genauere 3D Informationen gewonnen werden, die beispielsweise der Genauigkeit bei der Erfassung von Gesten oder Bewegungen zugutekommen.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Grundgedankens besteht darin, dass die Schnittstelle des Ultraschallkopfs zur Verbindung mit einer Ultraschall-Basiseinheit kabellos ausgeführt ist. Eine kabellose Anbindung des Ultraschallkopfes erhöht, wie eingehend erwähnt, Flexibilität und Bewegungsfreiheit bei der Bewegung des Ultraschallkopfes. Dieser Vorteil wird durch die erweiterten Bedienmöglichkeiten aufgrund der vielseitigen optischen Steuerungseinrichtung unmittelbar am Ultraschallkopf noch ausgebaut, da damit auch hinsichtlich der Steuerung durch einen Benutzer eine größere Unabhängigkeit von der Ultraschall-Basiseinheit erreicht wird.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Grundgedankens besteht darin, dass die Steuerungseinrichtung einen Gyro-Sensor umfasst, der dazu ausgebildet ist, eine Bewegung des Ultraschallkopfes zu detektieren. Der Gyro-Sensor ist zu diesem Zweck mit dem Ultraschallkopf räumlich fest verbunden. Aufgrund der Bewegungs-Information kann, ausgehend von einer bekannten anfänglichen Orientierung des Ultraschallkopfes oder durch Hinzunahme einer weiteren Orientierungs-Information, die jeweilige Orientierung des Ultraschallkopfes ermittelt werden.
Dies ist insbesondere für Steuerungseingaben durch einen Benutzer wichtig, die sich an einem ortsfesten Bezugssystem orientieren. Beispielsweise könnte eine Steuerungsgeste in einer Aufwärts-Bewegung einer Hand bestehen. Dann muss sichergestellt sein, dass die Steuerungseinheit am Ultraschallkopf die Orientierung des Ultraschallkopfes im ortsfesten Bezugssystem kennt, um die Richtung aufwärts im ortsfesten Bezugssystem identifizieren zu können.
Darüber hinaus ermöglicht der Gyro-Sensor die Detektion von Bewegungen des Ultraschallkopfes natürlich auch unabhängig von einem wie auch immer gearteten Bezugssystem. Dies ermöglicht beispielsweise die Erkennung von Steuerungseingaben eines Benutzers durch Kippen oder Rollen des Ultraschallkopfes.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Grundgedankens besteht darin, dass die Steuerungseinrichtung einen Beschleunigungs-Sensor umfasst, der dazu ausgebildet ist, eine Beschleunigung des Ultraschallkopfes zu detektieren. Hierzu ist der Beschleunigungs-Sensor räumlich fest mit dem Ultraschallkopf verbunden. Die Detektion einer Beschleunigung ermöglicht beispielsweise die Erkennung von Steuerungseingaben eines Benutzers durch Kippen oder Rollen des Ultraschallkopfes. Darüber hinaus ermöglicht ein zur Detektion des Erdbeschleunigungsfeldes geeigneter Beschleunigungs-Sensor jederzeit die Erfassung der Aufwärts/Abwärts-Orientierung des Ultraschallkopfes im ortsfesten Bezugssystem. Diese Information kann, wie vorangehend erläutert, für die Erkennung von Aufwärts/Abwärts-Gesten des Benutzers mittels der Kamera verwendet werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Grundgedankens besteht darin, dass die Steuerungseinrichtung eine mit der optischen Kamera verbundene Datenverarbeitungseinrichtung umfasst, die dazu ausgebildet ist, die Kamera-Bilddaten auszuwerten, um eine Bewegung des Ultraschallkopfes und/oder eine Bewegung der Hand eines Benutzers und/oder eine Bewegung der Finger eines Benutzers zu detektieren. Die Datenverarbeitungseinrichtung ermöglicht eine Vorverarbeitung von Benutzereingaben oder auch die vollständige Erzeugung von Steuerungssignalen für das Ultraschallgerät. Mittels der Datenverarbeitungseinrichtung können Steuerungssignale in einem für die Basiseinheit des Ultraschallgeräts geeigneten Format oder Protokoll erzeugt werden. Dadurch können insbesondere auch standardisierte Schnittstellen für Steuerungssignale bedient werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Grundgedankens besteht darin, dass die Steuerungseinrichtung eine mit der optischen Kamera verbundene Datenverarbeitungseinrichtung umfasst, die dazu ausgebildet ist, die Kamera-Bilddaten auszuwerten, um eine Bewegung des Ultraschallkopfes und/oder eine Bewegung der Hand eines Nutzers und/oder eine Bewegung der Finger eines Nutzers zu detektieren, und wobei die Datenverarbeitungseinrichtung mit dem Gyro-Sensor verbunden und dazu ausgebildet ist, das Gyro-Sensor-Signal auszuwerten, um eine Bewegung des Ultraschallkopfes zu detektieren. Die Kombination der Auswertung von Kamera-Bilddaten mit der Auswertung von Bewegungs-Information ermöglicht, wie vorangehend erläutert, insbesondere die Erkennung von Benutzergesten in einem ortsfesten Bezugssystem.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Grundgedankens besteht darin, dass die Datenverarbeitungseinrichtung mit dem Beschleunigungs-Sensor verbunden und dazu ausgebildet ist, das Beschleunigungs-Sensor-Signal auszuwerten, um eine Bewegung des Ultraschallkopfes und/oder die Orientierung des Ultraschallkopfes im Erdbeschleunigungsfeld zu detektieren. Die Kombination der Auswertung von Kamera-Bilddaten mit der Auswertung von Beschleunigungs-Information ermöglicht, wie vorangehend erläutert, insbesondere die Erkennung von Benutzergesten in einem ortsfesten Bezugssystem. Dies gilt insbesondere bei der Verwendung eines zur Detektion der Erdbeschleunigung geeigneten Beschleunigungs-Sensors.
Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung besteht in einem Ultraschallgerät mit einem wie vorangehend erläutert ausgebildeten Ultraschallkopf, wobei das Ultraschallgerät derart mit der Steuerungseinrichtung verbunden ist, dass es ein Steuerungssignal von der Steuerungseinrichtung empfangen kann.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Grundgedankens besteht darin, dass das Ultraschallgerät dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem empfangenen Steuerungssignal Parameter einer Darstellung von Bilddaten auf einem Anzeigegerät und/oder Parameter einer Aufnahme von Ultraschall-Daten einzustellen. Dadurch wird eine möglichst weitgehende Steuerung des Ultraschallgeräts durch einen Benutzer vom Ultraschallkopf aus ermöglicht. Dies erleichtert die Einstellung von Untersuchungs-Modi und Untersuchungs-Parametern je nach diagnostischer Zielsetzung ebenso wie die Verbesserung der Darstellung Wiedergabe an einem Bildschirm je nach diagnostischer Zielsetzung sowie individuellen Bedürfnissen des jeweiligen Benutzers.
Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung besteht in einem Verfahren zum Steuern eines Ultraschallgerätes mit den Schritten:

– Aufnehmen von Bilddaten mittels einer an einem Ultraschallkopf des Ultraschallgerätes angeordneten optischen Kamera,
– Detektieren einer Bewegung des Ultraschallkopfes und/oder einer Hand eines Benutzers und/oder eines Fingers eines Benutzers durch Auswerten der Kamera-Bilddaten, und
– Erzeugen von Steuerungsdaten in Abhängigkeit von einer detektierenden Bewegung.

Dadurch wird insbesondere eine Gestensteuerung des Ultraschallgeräts durch einen Benutzer ermöglicht.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens besteht in den zusätzlichen Schritten:

– Aufnehmen von Bewegungs-Signalen mittels eines an dem Ultraschallkopf angeordneten Gyro-Sensors,
– Detektieren einer Bewegung des Ultraschallkopfes durch Auswerten der Bewegungs-Signale, und
– Erzeugen der Steuerungsdaten in zusätzlicher Abhängigkeit von einer anhand der Bewegungs-Signale detektierten Bewegung. Dadurch wird insbesondere eine Steuerung des Ultraschallgeräts durch Gesten in einem ortsfesten Bezugssystem, beispielsweise Aufwärts/Abwärts-Gesten, durch einen Benutzer ermöglicht.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens besteht in den zusätzlichen Schritten:

– Aufnehmen von Beschleunigungs-Signalen mittels eines an dem Ultraschallkopf angeordneten Beschleunigungs-Sensors,
– Detektieren einer Beschleunigung des Ultraschallkopfes durch Auswerten der Beschleunigungs-Signale, und
– Erzeugen der Steuerungsdaten in zusätzlicher Abhängigkeit von einer anhand der Beschleunigungs-Signale detektierten Beschleunigung.

Dadurch wird insbesondere eine Steuerung des Ultraschallgeräts durch Gesten in einem ortsfesten Bezugssystem, beispielsweise Aufwärts/Abwärts-Gesten, durch einen Benutzer ermöglicht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand von Figuren. Die Figuren zeigen:
1 einen Ultraschallkopf mit Optikeinheit,
2 eine Basiseinheit,
3 einen Ultraschallkopf mit IR-Optikeinheit,
4 eine Steuerungseinrichtung und Basiseinheit und
5 ein Steuerungs-Verfahren.
In 1 ist ein Ultraschallkopf 12 mit Optikeinheit 22 perspektivisch dargestellt. Die Optikeinheit 22 umfasst eine optische Kamera 23. Sie ist Teil einer Steuerungseinrichtung, die weiter unten erläutert wird.
Der Ultraschallkopf 12 bildet gemeinsam mit einer ebenfalls weiter unten zu erläuternden Ultraschall-Basiseinheit ein Ultraschallgerät. Dabei dient der Ultraschallkopf 12 der Aufnahme von Ultraschalldaten.
Er umfasst neben der Optikeinheit 22 weitere Bestandteile der Steuerungseinrichtung, die innerhalb des Gehäuses 16 angeordnet und daher nicht sichtbar sind.
Eine Antenne 24 dient der kabellosen Übertragung von Ultraschalldaten an die Ultraschall-Basiseinheit. Ein Transducer 18 dient der Erzeugung von Ultraschallpulsen sowie der Aufnahme von Ultraschalldaten. Bedienelemente 20 ermöglichen die Eingabe von Steuerungseingaben, wobei aufgrund der geringen Größe des Ultraschallkopfs 12 und im Sinne der nutzerfreundlichen Handhabbarkeit lediglich eine geringe Anzahl von Bedienelementen 20 vorgesehen ist, die eine entsprechend geringe Anzahl von Steuerungsbefehlen ermöglichen.
Die im Gehäuse 16 angeordnete Steuerungseinrichtung, die die Optikeinheit 22 umfasst, ermöglicht eine erweiterte Anzahl von Nutzereingaben auf optischem Wege. Beispielsweise kann die Kamera 23 Bilddaten an die Steuerungseinrichtung liefern, die auf eine Bewegung des Ultraschallkopfs 12 schließen lassen. Daneben kann die Kamera 23 auch Bewegungen einer Hand oder der Finger eines Nutzers erfassen. Die Steuerungseinrichtung bzw. eine darin umfasste oder damit verbundene Datenverarbeitungseinrichtung kann derartige Bewegungen des Ultraschallkopfs 12 oder der Hände oder Finger eines Benutzers in den Bilddaten der Kamera 23 durch entsprechend ausgestaltete Bilderkennungs-Algorithmen erkennen.
Die Kamera 23 hat einen verhältnismäßig weiten Bildwinkel von bis zu 180°. Sie kann somit Bewegungen in einem entsprechend weiten Umfeld um den Ultraschallkopf 12 herum aufzeichnen. Die Kamera 23 spannt mit dem oder innerhalb des Bildwinkels einen Interaktions-Raum relativ zu ihrer eigenen Position über bzw. um den Ultraschallkopf 12 herum auf. Innerhalb dieses Interaktions-Raums können Hand- oder Finger-Bewegungen eines Benutzers, z.B. eines Radiologen oder Assistenten, erkannt werden. Der Interaktions-Raum bewegt sich, kippt und rollt gemeinsam mit dem Ultraschallkopf 12.
Um Hand- oder Finger-Bewegungen exakt erkennen zu können, sollten Bewegungen des Ultraschallkopfs 12 kompensiert oder unterbunden werden. Daher sollte ein Benutzer, sobald er in entsprechende Interaktion mit der Steuerungseinrichtung treten will, den Ultraschallkopf 12 nur wenig bewegen. Das System kann so ausgelegt sein, dass die Erkennung von Hand- oder Finger-Bewegungen abgebrochen wird, sobald sich der Ultraschallkopf 12 zu stark bewegt bzw. bewegt wird. Die Bewegung des Ultraschallkopfs 12 ist beispielsweise anhand der Kamera 23 detektierbar, für die Bewegungen sich als Kameraschwenk darstellen. Zusätzlich kann die Detektion von Bewegungen des Ultraschallkopfs 12 mittels der Kamera 23 auch dazu verwendet werden, den Ultraschallkopf 12 nach länger anhaltender Bewegungslosigkeit in einen Energiesparmodus zu versetzen und umgekehrt bei wiedereinsetzender Bewegung nach länger anhaltender Bewegungslosigkeit wieder in einen Betriebsmodus.
Bewegungen und Gesten von Händen und Fingern eines Benutzers können durch die Steuerungseinrichtung als Interaktion mit dem System erkannt und interpretiert werden, so dass die Eingabe von Steuerungsbefehlen mittels Bewegungs- und Gesten-Erkennung ermöglicht ist. Je nach Steuerungs-Software kann ein Satz von wohldefinierten intuitiven Gesten und Bewegungen vorgegeben sein, die die Benutzung des Ultraschallgeräts erleichtern, und die ansonsten nicht von einem Ultraschallkopf aus erreichbar wäre. Hierfür können bekannte Gesten vorgesehen sein, beispielsweise „Pinch“ oder Tippen, und bekannte Bewegungen, beispielsweise Ziehen oder Wischen.
Darüber hinaus ist es möglich, einen virtuellen berührungsempfindlichen Monitor durch die Software zur Verfügung zu stellen, den ein Benutzer durch Fingerbewegungen, die durch die Kamera 23 bzw. die Steuerungseinrichtung erkannt werden, bedient werden kann. Die Software interpretiert Fingerbewegungen als Berührungen des virtuellen Monitors und kann auf diese Weise beispielsweise den Monitor einer entfernt angeordneten Ultraschall- Basiseinheit bedienen. Der virtuelle berührungsempfindliche Monitor kann vorteilhaft auf den tatsächlich vorhandenen Monitor projiziert werden und so die Darstellungsmöglichkeiten des Monitors nutzen.
In vergleichbarer Weise kann auch eine virtuelle Tastatur zur Verfügung gestellt werden. Diese kann nötigenfalls in bekannter Weise durch eine Laser-Projektion einer Tastatur ergänzt werden, so dass ein Nutzer anhand der Laser-Projektion die verfügbaren Tasten und deren jeweilige Position erkennen kann, deren Bedienung dann rein optisch erkannt wird.
In 2 ist eine Ultraschall-Basiseinheit 14 perspektivisch dargestellt. Innerhalb eines Gehäuses 44 sind die Signalverarbeitungs-Komponenten nicht sichtbar angeordnet. Ein Display 46, das berührungsempfindlich sein kann, dient der Anzeige von Ultraschallbildern sowie Steuerungs-Optionen und -Parametern des Ultraschallgeräts. Die Basiseinheit 14 empfängt über einen Empfänger 48 kabellos Steuerungsbefehle und Ultraschalldaten vom vorangehend erläuterten Ultraschallkopf 12. Die Basiseinheit 14 bildet gemeinsam mit dem Ultraschallkopf 12 das komplette Ultraschallgerät.
In 3 ist ein Ultraschallkopf 52 mit Infrarot-Optikeinheit 62 perspektivisch dargestellt. Die Infrarot-Optikeinheit 62 umfasst einen Infrarot-Sender 61 sowie eine Infrarot-Kamera 63. Im Gegensatz zum vorangehend erläuterten Ultraschallkopf 12 ist der Ultraschallkopf 52 nicht kabellos an eine Basiseinheit angebunden, sondern mittels Kabel 64.
Er umfasst eine, wie vorangehend, nicht sichtbar im Gehäuse 56 angeordnete Steuerungseinrichtung sowie Bedienelemente 60 und einen Ultraschall-Transducer 58. Bezüglich dieser Komponenten und deren Funktion wird auf die vorangehende Beschreibung verwiesen.
In 4 ist einer Steuerungseinrichtung 70 mit Basiseinheit 80 schematisch dargestellt. Die Steuerungseinrichtung 70 ist in einem Ultraschallkopf angeordnet, der wie vorangehend erläutert ausgeführt sein kann. Sie umfasst eine Infrarot-Optikeinheit 71, mit Infrarot-Sender 72 und Infrarot-Kamera 73. Die Infrarot-Optikeinheit 71 wird von einer Datenverarbeitungseinrichtung 76 angesteuert und gibt ihre Ausgangssignale an diese Datenverarbeitungseinrichtung 76 ab.
Weiter umfasst die Steuerungseinrichtung 70 einen Gyro-Sensor 74, der ebenfalls mit der Datenverarbeitungseinrichtung 76 verbunden ist und an diese seine Ausgangssignale abgibt. Weiter umfasst die Steuerungseinrichtung 70 einen Beschleunigungs-Sensor 75, der ebenfalls Ausgangssignale an die Datenverarbeitungseinrichtung 76 abgibt.
Eine Antenne 77 dient der kabellosen Anbindung in der Steuerungseinrichtung 70 an die Basiseinheit 80. Die Antenne 77 kann entweder ausschließlich für die Steuerungseinrichtung 70 vorgesehen sein, oder sie kann zusätzlich auch für die Übertragung der Ultraschalldaten des Ultraschallkopfs an die Basiseinheit 80 vorgesehen sein.
Die Basiseinheit 80 umfasst eine Antenne 81 zum Empfang von Daten von der Steuerungseinrichtung 70 und ggf. auch vom Ultraschallkopf. Die Antenne ist mit einer in der Basiseinheit 80 angeordneten Signalverarbeitungseinrichtung 83 verbunden. Eine Eingabevorrichtung 82 ist ebenfalls mit der Signalverarbeitungseinrichtung 83 verbunden und dient der Erfassung von Nutzereingaben. Es kann sich beispielsweise um eine Tastatur oder eine Computer-Maus handeln. Weiter ist die Signalverarbeitungseinrichtung 83 mit einem Display 84 verbunden, das ggf. berührungsempfindlich sein kann. Ein Datenspeicher 85 dient zum einem dem Speichern von Ultraschalldaten bzw. Bilddaten und kann zum anderen Ultraschall-Parameter und Ultraschall-Untersuchungsarten und zugehörige Betriebs-Parameter enthalten.
Mittels des in der Steuerungseinrichtung 70 und somit im Ultraschallkopf angeordneten Gyro-Sensors 74 können laufend Position und Ausrichtung des Ultraschallkopfs im Raum erfasst werden. Somit kann auch der Neigungswinkel relativ zur Vertikalen jederzeit erfasst werden. Mit Hilfe dieser Information ist die Software der Steuerungseinrichtung 70 in der Lage, die 3D-Koordinaten des durch die Infrarot-Kamera 73 erfassten Interaktions-Raums zu den absoluten Koordinaten des Bezugssystems des Benutzers in Relation zu setzen. Damit kann ein raumfester, stabiler Interaktions-Raum über in dem Ultraschallkopf gewährleistet werden, beispielsweise eine aufwärts-Bewegung einer Hand oder eines Fingers unabhängig vom Neigungswinkel des Ultraschallkopfs auch von der Steuerungseinrichtung 70 jederzeit als aufwärts-Bewegung erkannt werden kann. Zwar bewegt sich der Interaktions-Raum zusammen mit dem Ultraschallkopf, mit Hilfe der Signale des Gyro-Sensors 74 kann das Koordinatensystem des Interaktions-Raums jedoch wie erläutert jederzeit auf das Bezugssystem des Nutzers bzw. der Erde gemappt werden.
Die Erkennung des Neigungswinkels und gegebenenfalls auch von Bewegungen des Ultraschallkopfs wird zusätzlich durch den Beschleunigungs-Sensor 75 unterstützt. Der Beschleunigungs-Sensor 75 ist in der Lage, die Erdbeschleunigung zu detektieren. Auch daher lässt sich anhand des Beschleunigungs-Sensor-Signals der Winkel relativ zum Erd-Bezugssystem jederzeit ermitteln.
Weiter können die Sensor-Signale dazu verwendet werden, Bewegungen des Ultraschall-Kopf während einer Interaktion des Benutzers mit der Steuerungseinrichtung 70 zu kompensieren. Es ist gewünscht, dass der Interaktions-Raum sich mit dem Ultraschallkopf gemeinsam bewegt, so dass eine Interaktion immer in einem gleichbleibenden Raum relativ zum Ultraschallkopf erfolgen kann. Sobald ein Benutzer beginnt, mit dem System in Interaktion zu treten, beispielsweise indem eine Hand oder ein Finger in den Interaktions-Raum eintritt, wird der Interaktions-Raum durch die Software unverzüglich raumfest gemacht. Das bedeutet, dass unabhängig von Bewegungen des Ultraschallkopfs der Interaktions-Raum nicht mehr bewegt wird.
Um dies zu erreichen, werden die Sensor-Signale hinsichtlich Bewegung und Neigung des Ultraschallkopfs ausgewertet. Mit Hilfe der Sensor-Signale kann der Interaktions-Raum virtuell fixiert werden, obwohl sich der Ultraschallkopf und das durch die Infrarot—Kamera 73 erfasste Gesamtbild weiter bewegen können. Allerdings darf der Ultraschallkopf nicht soweit bewegt werden, dass der virtuell im Raum fixierte Interaktions-Raum den Bildbereich der Infrarot-Kamera verlässt. In diesem Fall bricht das System die Interaktion mit dem Nutzer ab.
Mit Hilfe der Sensor-Signale kann auch ein virtueller berührungsempfindlicher Bildschirm, wie er vorangehend erläutert wurde, jederzeit vertikal im Erdbezugssystem orientiert sein. Diese vertikale Orientierung unabhängig von Bewegungen des Ultraschallkopfs mit Hilfe der Sensor-Signale von Gyro-Sensor 74 und Beschleunigungs-Sensor 75 beibehalten werden. Die virtuelle vertikale Orientierung ermöglicht es auch, den virtuellen berührungsempfindlichen Bildschirm auf ein vertikal orientiertes Display des Ultraschallgeräts zu projizieren, um auf diese Art das entfernt angeordnete Display virtuell berührungsempfindlich auszugestalten.
Die vorangehend erläuterten Möglichkeiten der Interaktion zur Steuerung von Display und Ultraschallgerät durch Gesten und Bewegungen können auch mit einer Steuerungseinrichtung verwirklicht werden können, die lediglich einen Gyro-Sensor, aber keinen Beschleunigungs-Sensor aufweist. Allerdings ist ein Gyro-Sensor nicht in der Lage, die Erdbeschleunigung zu detektieren. Eine Information darüber, wo oben und unten ist, um aufwärts und abwärts gerichtete Bewegungen unterscheiden zu können, muss daher durch Hinzunahme zusätzlicher Faktoren ermittelt werden. Beispielsweise könnte von einer bekannten Orientierung des Ultraschallkopfes bei Nicht-Benutzung ausgegangen werden (etwa: liegend). Dann ist aufgrund der durch den Gyro-Sensor detektierten Bewegungen seit Inbenutzungnahme jederzeit die aktuelle Orientierung bekannt.
Ebenso können die vorangehend erläuterten Möglichkeiten der Interaktion zur Steuerung von Display und Ultraschallgerät durch Gesten und Bewegungen auch mit einer Steuerungseinrichtung verwirklicht werden, die lediglich einen Beschleunigungs-Sensor, aber keinen Gyro-Sensor aufweist. Ein Beschleunigungs-Sensor, der geeignet ist, die Erdbeschleunigung zu detektieren, ermöglicht es jederzeit, oben und unten bzw. aufwärts und abwärts zu detektieren. Je nach Ausführung des Beschleunigungs-Sensors kann er auch zur Detektion von Bewegungen des UIltraschallkopfes geeignet sein. Dann können zusätzlich zur jederzeit detektierbaren Neigung des Ultraschallkopfs bezüglich der Vertikalen (z-Richtung) auch Richtungsänderungen in der Horizontalen (x-y-Richtung) detektiert werden.
In 5 wird ein Verfahren zur Steuerung eines Ultraschallgeräts mittels einer wie vorangehend erläutert ausgeführten Steuerungseinrichtung umrissen. Im Schritt S1 werden Bilddaten durch die Kamera der Steuerungseinrichtung aufgenommen. Im Schritt S2 werden Bewegungen, beispielsweise Bewegungen des Ultraschallkopfs einer Hand oder eines Fingers, durch die Steuerungseinrichtung detektiert. Im Schritt S3 werden Gesten oder Bewegungen erkannt, die in einem vorgegebenen Satz von Gesten und Bewegungen umfasst sind. Im Schritt S8 werden aus den erkannten Gesten oder Bewegungen Steuerungsdaten erzeugt.
Falls ein Gyro-Sensor-Signal verfügbar ist, werden parallel zur Verarbeitung der Bilddaten im Schritt S4 Bewegungs-Signale aufgenommen. Im Schritt S5 werden Bewegungen des Ultraschallkopfs detektiert. Im Schritt S9 werden aus den Bewegungs-Daten Steuerungsdaten erzeugt.
Falls ein Beschleunigungs-Sensor-Signal verfügbar ist, werden parallel zur Verarbeitung der Bilddaten im Schritt S6 Beschleunigungs-Sensor-Signale aufgenommen. Im Schritt S7 wird anhand der Sensor-Signale eine Beschleunigung oder Orientierung im Erdbeschleunigungsfeld detektiert. Im Schritt S10 werden die aus den Beschleunigungs-Informationen Steuerungsdaten erzeugt.
Im Schritt S11 erfolgt die gegenseitige Integration der zusammengeführten Steuerungsdaten in der Steuerungseinrichtung. Dabei werden die Daten in ein zur Übermittlung an eine Basis-Einheit geeignetes Format bzw. Protokoll gebracht. Im Schritt S12 werden die Steuerungsdaten an eine Basis-Einheit übermittelt.
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

US 6780154 B2 [0005]
US 2010/0286527 A1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

http://leapmotion.com/product [0009]
http://www.fujitsu.com/global/news/pr/archives/month/2013/20 130403-01.html [0010]

Claims

Ultraschallkopf (12, 52) mit einer Steuerungseinrichtung (70), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (70) eine optische Kamera (23, 73) umfasst.
Ultraschallkopf (12, 52) nach Anspruch 1, wobei die Steuerungseinrichtung (70) einen Infrarot-Sender (72) umfasst, und wobei die Kamera (73) im infraroten Wellenlängenbereich arbeitet.
Ultraschallkopf (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schnittstelle (24) des Ultraschallkopfs zur Verbindung mit einer Ultraschall-Basiseinheit (14, 80) kabellos ausgeführt ist.
Ultraschallkopf (12, 52) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerungseinrichtung (70) einen Gyro-Sensor (74) umfasst, der dazu ausgebildet ist, eine Bewegung des Ultraschallkopfes (12, 52) zu erfassen.
Ultraschallkopf (12, 52) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerungseinrichtung (70) einen Beschleunigungs-Sensor (75) umfasst, der dazu ausgebildet ist, eine Beschleunigung des Ultraschallkopfes (12, 52) zu erfassen.
Ultraschallkopf (12, 52) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerungseinrichtung (70) eine mit der optischen Kamera (23, 63) verbundene Datenverarbeitungseinrichtung (76) umfasst, die dazu ausgebildet ist, die Kamera-Bilddaten auszuwerten, um eine Bewegung des Ultraschallkopfes (12, 52) und/oder eine Bewegung der Hand eines Benutzers und/oder eine Bewegung der Finger eines Benutzers zu detektieren.
Ultraschallkopf (12, 52) nach Anspruch 4, wobei die Steuerungseinrichtung (70) eine mit der optischen Kamera (23, 63) verbundene Datenverarbeitungseinrichtung (76) umfasst, die dazu ausgebildet ist, die Kamera-Bilddaten auszuwerten, um eine Bewegung des Ultraschallkopfes (12, 52) und/oder eine Bewegung der Hand eines Nutzers und/oder eine Bewegung der Finger eines Nutzers zu detektieren, und wobei die Datenverarbeitungseinrichtung (76) mit dem Gyro-Sensor (74) verbunden und dazu ausgebildet ist, das Gyro-Sensor-Signal auszuwerten, um eine Bewegung des Ultraschallkopfes (12, 52) zu detektieren.
Ultraschallkopf (12, 52) nach Anspruch 5, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung (76) mit dem Beschleunigungs-Sensor (75) verbunden und dazu ausgebildet ist, das Beschleunigungs-Sensor-Signal auszuwerten, um eine Bewegung des Ultraschallkopfes (12, 52) und/oder die Orientierung des Ultraschallkopfes (12, 52) im Erdbeschleunigungsfeld zu detektieren.
Ultraschallgerät mit einem Ultraschallkopf (12, 52) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ultraschallgerät derart mit der Steuerungseinrichtung (70) verbunden ist, dass es ein Steuerungssignal von der Steuerungseinrichtung (70) empfangen kann.
Ultraschallgerät nach Anspruch 9, wobei das Ultraschallgerät dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem empfangenen Steuerungssignal Parameter einer Darstellung von Bilddaten auf einem Anzeigegerät (84) und/oder Parameter einer Aufnahme von Ultraschall-Daten einzustellen.
Verfahren zum Steuern eines Ultraschallgerätes mit den Schritten: S1) Aufnehmen von Bilddaten mittels einer an einem Ultraschallkopf des Ultraschallgerätes angeordneten optischen Kamera, S2) Detektieren einer Bewegung des Ultraschallkopfes und/oder einer Hand eines Benutzers und/oder eines Fingers eines Benutzers durch Auswerten der Kamera-Bilddaten und S8) Erzeugen von Steuerungsdaten in Abhängigkeit von einer detektieren Bewegung.
Verfahren nach Anspruch 11 mit den zusätzlichen Schritten: S4) Aufnehmen von Bewegungs-Signalen mittels eines an dem Ultraschallkopf angeordneten Gyro-Sensors, S5) Detektieren einer Bewegung des Ultraschallkopfes durch Auswerten der Bewegungs-Signale, und S9) Erzeugen der Steuerungsdaten in zusätzlicher Abhängigkeit von einer anhand der Bewegungs-Signale detektierten Bewegung.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12 mit den zusätzlichen Schritten: S6) Aufnehmen von Beschleunigungs-Signalen mittels eines an dem Ultraschallkopf angeordneten Beschleunigungs-Sensors, S7) Detektieren einer Beschleunigung des Ultraschallkopfes durch Auswerten der Beschleunigungs-Signale, und S10) Erzeugen der Steuerungsdaten in zusätzlicher Abhängigkeit von einer anhand der Beschleunigungs-Signale detektierten Beschleunigung.