DE102021210771A1

DE102021210771A1 - Verfahren zur Ansteuerung eines medizinischen Gerätes und Vorrichtung

Info

Publication number: DE102021210771A1
Application number: DE102021210771.0A
Authority: DE
Inventors: Alexander Gemmel; Ingo Hollenborg; Martin Oßa Kafentzis; Markus Weiten
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2021-09-27
Filing date: 2021-09-27
Publication date: 2023-03-30
Also published as: CN115844433A; JP2023048111A; US20230095366A1

Abstract

Die Erfindung umfasst ein Verfahren zur automatischen Ansteuerung eines verfahrbaren, mobilen medizinischen Gerätes mit einem zumindest einen Lidar-Sensor aufweisenden Kollisionskontrollsystem, aufweisend die folgenden Schritte: Selbsttätiges oder manuell unterstütztes Fortbewegen des Gerätes mit einer ersten Geschwindigkeit, Periodisches gemeinsames Abscannen von zumindest einem Teil der Umgebung des Gerätes und von einem festgelegten, ortsfest an dem Gerät angeordneten Geräteabschnitt durch den zumindest einen Lidar-Sensor während der Fortbewegung des Gerätes, Auswertung der durch den Lidar-Sensor aufgenommenen Scandaten der Umgebung dahingehend, dass ein in Fahrtrichtung des Gerätes befindlicher Ausschnitt der Umgebung auf Objekte überprüft wird, Auswertung der durch den Lidar-Sensor aufgenommenen Scandaten des festgelegten Geräteabschnitts derart, dass eine Funktionsfähigkeit des Lidar-Sensors überprüft wird, und Regelung der Geschwindigkeit des Geräts in Abhängigkeit vom Ergebnis der Auswertungen

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Ansteuerung eines verfahrbaren, mobilen medizinischen Gerätes gemäß den Patentansprüchen 1 und 8 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens gemäß dem Patentanspruch 9 sowie ein Gesamtsystem gemäß dem Patentanspruch 15.
Unter einem mobilen Röntgengerät wird ein mobil einsetzbares, insbesondere auf dem Boden verfahrbares Röntgengerät verstanden, welches beispielsweise in unterschiedlichen Räumen einer Klinik verwendet werden kann. Üblicherweise sind mobile Röntgengeräte auf Gerätewagen mit Rädern oder Rollen angeordnet und können manuell verschoben oder verfahren werden. Mobile Röntgengeräte, welche auf motorisierten Gerätewagen angeordnet sind, weisen eine besonders große Flexibilität bezüglich ihrer Einsetzbarkeit in unterschiedlichen Bereichen oder Räumen auf. Derartige mobile Röntgengeräte sind beispielsweise aus der DE 10 2015 218 922 A1 bekannt. Zukünftig sollen auch selbstfahrende motorisierte mobile Röntgengeräte eingesetzt werden.
Zum Transport zwischen OP-Sälen bzw. für andere Transferfahrten benötigen derartige selbstfahrende mobile Röntgengeräte einen Schnellfahrmodus, der Geschwindigkeiten eines zügigen Fußgängers (z.B. ca. $5 \frac{k m}{h}$
) erlaubt. Dieser Fahrmodus ist deutlich schneller als die bisher vorgesehenen Bewegungen im OP (z.B. ca. $25 \frac{c m}{s} = 0.9 \frac{k m}{h}$
). Eine Kombination aus Kraft (kraftunterstütztes, motorisiertes Fahren) und Masse (typischerweise etwa 500 kg) erfordert ein erstfehlersicheres System zur Kollisionsvermeidung. Bei mobilen C-Bögen sind für die Bewegungen des Aufnahmesystems Systeme zur Kollisionsvermeidung bekannt, welche z.B. kapazitive Sensorik am C-Bogen bzw. Flachdetektor aufweisen. Für Bewegungen des Chassis/Gerätewagens ist eine derartige Sensorik noch nicht integriert worden. Um die notwendigen Sicherheitsanforderungen zu erfüllen, ist bei bekannten mobilen medizinischen Geräten eine Beschränkung der Geschwindigkeit (sowohl des Gerätes selbst als auch der anderen ggf. motorisierten Achsen wie Achse für Orbitalbewegungen, für Angularbewegungen und Hubachse) und eine taktile Sensorik zur Kollisionserkennung integriert.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine erstfehlersichere Kollisionsvermeidung für ein, insbesondere autonom, verfahrbares mobiles medizinisches Gerät ermöglicht; des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein für die Durchführung des Verfahrens geeignetes mobiles Gerät bereitzustellen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Ansteuerung eines verfahrbaren, mobilen medizinischen Gerätes mit einem zumindest einen Lidar-Sensor aufweisenden Kollisionskontrollsystem gemäß dem Patentanspruch 1, ein Verfahren zur automatischen Ansteuerung zumindest eines verfahrbaren, mobilen medizinischen Gerätes im Umfeld einer statischen Einheit mit einem zumindest einen Lidar-Sensor aufweisendes Kollisionskontrollsystem gemäß dem Patentanspruch 8, einem mobilen medizinischen Gerät gemäß dem Patentanspruch 9 und einem Gesamtsystem gemäß dem Patentanspruch 15. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur automatischen Ansteuerung eines verfahrbaren, mobilen medizinischen Gerätes mit einem zumindest einen Lidar-Sensor aufweisenden Kollisionskontrollsystem weist die folgenden Schritte auf: Selbsttätiges (also z.B. autonom über Antriebe angesteuertes) oder manuell unterstütztes (also z.B. angeschobenes) Fortbewegen des Gerätes mit einer ersten Geschwindigkeit, Periodisches gemeinsames Abscannen von zumindest einem Teil der Umgebung des Gerätes und von einem festgelegten, ortsfest an dem Gerät angeordneten Geräteabschnitt durch den zumindest einen Lidar-Sensor während der Fortbewegung, Auswertung der durch den Lidar-Sensor aufgenommenen Scandaten der Umgebung dahingehend, dass ein in Fahrtrichtung des Gerätes befindlicher Ausschnitt der Umgebung auf Objekte überprüft wird, Auswertung der durch den Lidar-Sensor aufgenommenen Scandaten des festgelegten Geräteabschnitts derart, dass eine Funktionsfähigkeit des Lidar-Sensors überprüft wird, und Regelung der Geschwindigkeit des Geräts in Abhängigkeit vom Ergebnis der Auswertungen.
Lidar-Sensoren (Lidar = Light detection and ranging) sind bekannt. Lidar-Sensoren können ihre Umgebung z.B. horizontal mit einem Laserstrahl über ein bestimmtes Winkelsegment (bis zu 360°) abrastern und dadurch eine hochauflösende 2-D-Karte der Umgebung erzeugen. Die Hauptfunktion von Lidar-Sensoren besteht darin, in ihrem Sichtfeld den Abstand zwischen sich und Objekten zu messen. Hierfür wird die Zeit verwendet, die ein Lichtimpuls benötigt, um die Stecke vom Sensor bis zum Objekt und zurück zurückzulegen. Eine Abtastung kann z.B. durch einen sich drehenden Spiegel, auf den das Laserlicht geleitet wird, durchgeführt werden.
Durch geschickte Umwandlung kann aus dem gerasterten kreisförmigen sensitiven Bereich ein sinnvoller sensitiver Bereich in Form eines Rechtecks oder beliebigen Vielecks erzeugt werden. Dies kann z.B. in Abstimmung mit einer Bestimmung der Fahrtrichtung eines Gerätes durchgeführt werden, so dass in einem rechteckigen/vieleckigen Bereich in Fahrtrichtung Objekte detektiert werden können. Für die Form des Überwachungsbereichs können insbesondere anstehende Fahrrichtungswechsel einbezogen werden (analog zur ungleichen Ausleuchtung beim Abbiegen, Kurvenlicht).
Die Abtastung wird periodisch wiederholt, bei jedem Scanzyklus erfolgen Auswertungen der Umgebung und der Funktionsfähigkeit und entsprechende Regelungen. Dies wird insbesondere so lange fortgesetzt, wie sich das mobile medizinische Gerät fortbewegt.
Außerdem umfasst die Erfindung ein mobiles medizinisches Gerät mit einem Gerätewagen, wobei der Gerätewagen motorisierte Räder und eine Steuerungseinheit zur Ansteuerung der motorisierten Räder sowie ein Kollisionskontrollsystem aufweist, das Kollisionskontrollsystem aufweisend zumindest einen Lidar-Sensor, welcher derart angeordnet ist, dass er zumindest einen Teil der Umgebung des Gerätewagens sowie einen Geräteabschnitt abscannt und eine Verarbeitungseinheit, welche zur Prozessierung und Auswertung der von dem Lidar-Sensor aufgenommenen Scandaten hinsichtlich einer Detektion von Objekten in Fahrtrichtung des Gerätewagens und hinsichtlich einer Funktionsfähigkeit des Lidar-Sensors ausgebildet ist, und wobei das Gerät eine Regelungseinheit aufweist, welche zur Regelung der Geschwindigkeit des Gerätes in Abhängigkeit vom Ergebnis der Auswertung ausgebildet ist.
Durch das Verfahren bzw. das mobile medizinische Gerät und die Verwendung eines Lidar-Sensors kann auf einfache Weise und sehr schnell ein in der geplanten Fahrbahn des Gerätes auftauchendes Objekt detektiert werden und eine entsprechende Maßnahme zur Kollisionsvermeidung eingeleitet werden. Dadurch können Unfälle vermieden und das Gerät kollisionssicher ausgebildet werden. Dadurch dass der Lidar-Sensor derart angeordnet ist, dass er auch eine Selbstüberprüfung durchführen kann, ist das Erfordernis der Erstfehlersicherheit des mobilen medizinischen Geräts erfüllbar: Gleichzeitig kann auf einfache Weise durch dieselbe einfache Sensorik, nämlich den Lidar-Sensor, eine kontinuierliche Selbstüberprüfung des Gerätes und eine Detektion von Objekten im Fahrtweg durchgeführt werden. So kann zusätzlich vermieden werden, dass durch Fehler oder einen Ausfall der Sensorik doch wieder Kollisionen auftreten können. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine maximale Sicherheit des Gerätes ermöglicht. Die Ausstattung eines mobilen medizinischen Gerätes mit einem derartigen Kollisionskontrollsystem mit Lidar-Sensor ist kostengünstig und einfach umsetzbar bei gleichzeitiger großer Sicherheit.
Die Selbstüberprüfung erfolgt derart, dass der Lidar-Sensor den festgelegten, bekannten Geräteabschnitt bei jedem Scanzyklus abscannt und die Auswertung erkennt, sobald hier eine Abweichung auftritt. Dadurch, dass immer bekannte Geräteabschnitte im Überwachungsbereich detektiert werden müssen, kann die korrekte Funktion des Lidar-Sensors zu jedem Zeitpunkt überprüft werden und somit wird ein hoher Sicherheitsstandard erfüllt.
Neben einer entsprechenden Anordnung des zumindest einen Lidar-Sensors an dem mobilen medizinischen Gerät kann auch vorgesehen sein, dass der Lidar-Sensor an einer statischen Einheit angeordnet ist und von dort aus eine Annäherung von zumindest einem verfahrbaren medizinischen Gerät überwacht.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst der festgelegte Geräteabschnitt zumindest ein Rad, insbesondere zwei oder mehr Räder. Der Lidar-Sensor kann also zum Beispiel an einer Unterseite des Gerätewagens derart angeordnet sein, dass er bei einer Abtastung über z.B. 180° oder 270° oder 360° zwei der Räder des Gerätewagens miterfasst, bei einer Abtastung über 360° können auch alle vier Räder erfasst werden. Eine derartige Anordnung des Lidar-Sensors ist mit geringem Aufwand möglich, der Überwachungsbereich in Fahrtrichtung kann durch den Lidar-Sensor besonders gut erfasst werden und die Räder werden für die Selbstüberprüfung genutzt. Bei einer 360° Abtastung können alle möglichen Fahrtrichtungen (also z.B. vorwärts, rückwärts, seitwärts usw.) zuverlässig überwacht werden, da eine Erfassung der gesamten Umgebung durchgeführt und die Fahrtrichtung einbezogen werden kann.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das mobile medizinische Gerät autonom verfahrbar ausgebildet und wird für eine selbsttätige Fortbewegung aktiviert. Für ein derartiges Gerät ist ein manuell unterstütztes Fortbewegen (Anschieben) durch eine Bedienperson nicht notwendig, es kann sich selbsttätig, z.B. mittels einer Steuerungseinheit angesteuert, bewegen bzw. fahren. Derartige autonom verfahrbare Geräte werden aufgrund ihrer Flexibilität zukünftig in Kliniken und Krankenhäusern eingesetzt. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kollisionskontrolle ist für derartige mobile medizinische Geräte besonders geeignet und unterstützt deren autonome Fortbewegung durch zusätzliche Sicherheit.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Geschwindigkeit des Gerätes automatisch reduziert oder abgebremst oder das Gerät gestoppt, wenn die Auswertung der Scandaten der Umgebung eine Detektion eines Objekts in Fahrtrichtung ergibt, also zum Beispiel in einem rechteckigen Überwachungsbereich in Fahrtrichtung. Dabei können z.B. Bremsen aktiviert werden, welche bei autonom fahrenden Geräten zu einer Reduzierung der Geschwindigkeit führt. Bei angeschobenen Geräten kann eine Geschwindigkeitsbegrenzung aktiviert werden, die es unmöglich macht, das Gerät schneller zu bewegen. Das Gerät kann auch vollständig gestoppt werden. Die Geschwindigkeit sollte zumindest so weit reduziert werden, dass bei einer Kollision mit dem detektierten Objekt kein Schaden oder keine Verletzung (einer Person) auftreten kann.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Geschwindigkeit des Gerätes automatisch reduziert oder abgebremst oder das Gerät gestoppt, wenn die Auswertung der Scandaten des Geräteabschnitts eine eingeschränkte Funktionsfähigkeit des Lidar-Sensors ergibt. Falls also die Auswertung bei der Detektion des bekannten Geräteabschnitts z.B. eine Abweichung detektiert oder keine Detektion/Auswertung möglich ist, kann das Gerät aus Sicherheitsgründen einen Stopp oder eine entsprechende Geschwindigkeitsreduzierung einleiten.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die für die selbsttätige oder manuell unterstützte Fortbewegung des Gerätes erreichbare Höchstgeschwindigkeit des Gerätes derart ausgebildet, dass zumindest eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: Der Bremsweg bei Höchstgeschwindigkeit ist höchstens so groß wie der maximal mögliche Scanabstand, und/oder die Höchstgeschwindigkeit ist höchstens so groß wie der maximal mögliche Scanabstand pro Scanzyklendauer.
Ist der Bremsweg bei Höchstgeschwindigkeit höchstens so groß wie der maximal mögliche Scanabstand, so bedeutet das, dass das Gerät innerhalb des zuletzt gescannten bzw. ausgewerteten Bereiches zum Stehen kommen kann. Dies ist wichtig, damit es bei Auftauchen eines Objekts zu keiner Kollision kommt. Je nach Ausbildung des mobilen Geräts (also abhängig davon wie groß der maximal mögliche Scanabstand und die Bremskraft sind) kann dann die Höchstgeschwindigkeit des mobilen Geräts begrenzt werden. Unter der Höchstgeschwindigkeit kann bei einem autonom fahrenden Gerät z.B. die Geschwindigkeit verstanden werden, welche das Gerät maximal selbst fahren kann bzw. bei einem manuell unterstützt verfahrbaren Gerät die Geschwindigkeit, die durch Anschieben maximal erreicht wird (bei größerer Krafteinwirkung kann das Gerät z.B. abbremsen).
Zusätzlich kann noch die Auswertezeit einbezogen werden, so dass die Höchstgeschwindigkeit noch stärker begrenzt werden kann.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Steuerungs- und die Regelungseinheit von einer Systemsteuerung gebildet, welche zum Beispiel das mobile Gerät oder das Gesamtsystem ansteuert. Die Systemsteuerung erhält dafür von der Auswerteeinheit die entsprechenden Informationen über die Auswertungen.
Insbesondere ist die Regelungseinheit (z.B. Systemsteuerung) des medizinischen Geräts dazu ausgebildet, für den Fall einer Detektion eines Objektes in Fahrtrichtung eine Reduzierung der Geschwindigkeit des Gerätes und/oder eine Abbremsung anzusteuern.
In vorteilhafter Weise wird das mobile medizinische Gerät von einem Bildgebungsgerät, insbesondere einem mobilen Röntgengerät mit einem C-Bogen oder einem mobilen CT, gebildet. Zum Beispiel mobile C-Bogen-Röntgengeräte werden häufig in Kliniken und Krankenhäusern verwendet, um flexibel in verschiedene Räume verfahren zu werden und dort Aufnahmen von Organen und Körperteilen für eine schnelle Diagnosestellung anzufertigen. Mit Hilfe der Erfindung kann die Schnelligkeit und Sicherheit des Transports solcher Geräte deutlich erhöht werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können auch zwei oder mehr Lidar-Sensoren an dem mobilen Gerät angeordnet sein. So können z.B. verschiedene Fahrtrichtungen (vorwärts, rückwärts, seitwärts) durch verschiedene Lidar-Sensoren überwacht werden, welche dann z.B. keine 360° Überwachungen, sondern z.B. nur ein 90° Winkelsegment überwachen. Je nach Fahrtrichtung kann dafür z.B. immer der entsprechende Lidar-Sensor zugeschaltet werden.
Die Einbeziehung der Fahrtrichtung kann z.B. durch die Systemsteuerung oder durch weitere Sensoren registriert und mit dem Lidar-Sensor bzw. der Auswerteeinheit abgeglichen werden.
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 Abfolge von Schritten eines Verfahrens zur automatischen Ansteuerung eines verfahrbaren, mobilen medizinischen Gerätes;
2 eine Ansicht eines mobilen Röntgengeräts mit einem Lidar-Sensor zur Durchführung des Verfahrens;
3 eine Draufsicht auf die sensitiven Bereiche des verwendeten Lidar-Sensors;
4 eine weitere Abfolge von Schritten eines Verfahrens zur automatischen Ansteuerung eines verfahrbaren, mobilen medizinischen Gerätes; und
5 eine Ansicht eines Gesamtsystems mit einer statischen mit einem Lidar-Sensor und einem mobilen Gerät in dessen Umfeld.

In der 2 ist ein mobiles medizinisches Gerät mit einem Lidar-Sensor 6 gezeigt. Es handelt sich in dem Beispiel um ein mobiles C-Bogen-Röntgengerät 1, welches einen Gerätewagen 2 und einen C-Bogen 3 mit einer Röntgenquelle 4 und einem Röntgendetektor 5 aufweist. Der Gerätewagen umfasst zur Fortbewegung motorisierte Räder 7, zum Beispiel vier Räder 7, von denen zwei vordere und zwei hintere Räder 7 sind. Die Räder 7 des mobilen Geräts besitzen bevorzugt einen oder mehrere Antriebe und können mittels Bremsen oder durch den jeweiligen Antrieb gebremst werden.
Das mobile C-Bogen-Röntgengerät 1 besitzt eine Systemsteuerung 8, durch welche es angesteuert werden kann. Auch die motorisierten Räder 7 können für eine Fortbewegung oder ein Abbremsen angesteuert werden. Das beispielhaft gezeigte C-Bogen-Röntgengerät 1 ist für eine autonome Fortbewegung ausgebildet. Die Erfindung kann aber auch manuell unterstützt verfahrbare, also z.B. anschiebbare, Geräte umfassen (siehe unten). An der Unterseite des Gerätewagens 2 ist ein Lidar-Sensor 6 angeordnet, zum Beispiel zwischen den beiden vorderen Rädern 7. Der Lidar-Sensor 6 besitzt z.B. eine typische Form mit einem drehbaren Spiegel, auf welchen Laserlicht gesendet wird. Der Spiegel dreht sich in einem Scanzyklus derart, dass z.B. ein Winkelsegment von mindestens 180° (z.B. 180°, 270° oder auch vollständiger Kreis K, also 360°) abgescannt wird. Die Auflösung kann dabei z.B. in Grad oder sub-Grad-Schritten ausgebildet sein.
In der 3 ist zur Verdeutlichung des gescannten Bereichs ein 360° Kreis K gezeigt, in dessen Mittelpunkt der Lidar-Sensor 6 angeordnet ist. Außerdem sind die Räder 7 gezeigt, welche bei Anordnung des Lidar-Sensors 6 an der Unterseite des Gerätewagens 2 als festgelegter Geräteabschnitt mitgescannt werden. Aus den Scandaten eines Scanzyklus, also dem gerasterten kreisförmigen oder kreissegmentförmigen sensitiven Bereich, kann durch entsprechende Berechnung mittels der Auswerteeinheit 11 (z.B. Microcontroller) ein sinnvoller sensitiver Bereich in Form eines Rechtecks 9 oder beliebigen Vielecks in Fahrtrichtung 10 des mobilen Geräts erzeugt werden. Das Rechteck 9 kann zum Beispiel die Breite B und die Länge L in Fahrtrichtung aufweisen, wobei L ≤ R_K (R_K ist der Radius des abtastbaren Kreises K), so dass die Länge L einen einheitlichen kleinsten Überwachungsabstand in Fahrtrichtung 10 bildet. Im gezeigten Beispiel ist die Fahrtrichtung 10 vorwärts, es können jedoch auch rückwärts- seitwärts- oder sonstige Fahrtrichtungen ausgewertet werden. Dies kann die Auswerteeinheit 11 durchführen, wenn sie die entsprechenden Informationen über die Fahrtrichtung 10 (relativ zu dem Gerät) erhält, zum Beispiel von der Systemsteuerung 8. Das sensitive Rechteck 9 kann dann bei Bedarf angepasst an die jeweilige Fahrtrichtung bestimmt werden.
In der 1 ist eine Abfolge der grundsätzlichen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. In einem ersten Schritt 21 wird eine Fortbewegung des mobilen Geräts, z.B. mobilen Röntgengeräts, mit einer ersten Geschwindigkeit initialisiert. Hierfür kann das mobile Gerät entweder automatisch, also z.B. durch einen Steuerbefehl der Systemsteuerung, oder von einem Nutzer aktiviert werden. Die Fortbewegung kann selbsttätig, also z.B. durch die Systemsteuerung, oder von einem Nutzer manuell unterstützt, also angeschoben, sein.
Während sich das mobile Gerät fortbewegt, wird in einem zweiten Schritt 22 periodisch durch den zumindest einen Lidar-Sensor gemeinsam zumindest ein Teil der Umgebung des Gerätes und ein festgelegter, ortsfest an dem Gerät angeordneter Geräteabschnitt abgescannt. In jedem Scanzyklus wird dabei z.B. ein 180°, 270° oder 360° Kreis(-segment) abgescannt und z.B. ein oder mehrere Räder oder Radverkleidungen oder ein Teil des Gehäuses des mobilen Gerätes. Die Scanzyklen werden zumindest so lange fortgesetzt, bis das mobile Gerät nicht mehr bewegt wird oder deaktiviert wird oder bis ein Steuerbefehl zum Abbruch der Kollisionsüberwachung eingegeben wird.
Die Scandaten des Lidar-Sensors jedes Scanzyklus werden sofort ausgewertet:

In einem dritten Schritt 23 werden für jeden Scanzyklus die aufgenommenen Scandaten der Umgebung dahingehend ausgewertet, ob in Fahrtrichtung des Gerätes innerhalb eines dort befindlichen Ausschnitts (z.B. das Rechteck 9) ein (oder mehrere) Objekte detektiert werden. Wird ein Objekt detektiert so bedeutet das, dass eine Kollision droht. Die Auswertung wird durch eine geeignete Auswerteeinheit 11 durchgeführt, z.B. einen Microcontroller.

In einem vierten Schritt 24 werden die aufgenommenen Scandaten des festgelegten Geräteabschnitts (also z.B. Räder oder Radgehäuse) dahingehend ausgewertet, dass eine Funktionsfähigkeit des Lidar-Sensors überprüft wird (Selbsttest). Hier ist wichtig, dass der Geräteabschnitt gleichbleibt, so dass die Scandaten einen zu erwartenden Wert haben. Tritt eine außerhalb eines Toleranzbereichs liegende Abweichung von diesem Wert auf, so kann davon ausgegangen werden, dass die Funktion des Lidar-Sensors gestört ist. Die Auswertung wird durch eine geeignete Auswerteeinheit 11 durchgeführt, z.B. einen Microcontroller. Es können eine oder mehrere Auswerteeinheiten 11 vorhanden sein. Der dritte Schritt 23 und der vierte Schritt 24 können in beliebiger Reihenfolge oder auch gleichzeitig durchgeführt werden.
Abhängig von den Auswertungsergebnissen wird in einem fünften Schritt 25 die Geschwindigkeit des mobilen Gerätes geregelt.
Die Scanzyklen mit Auswertung und Regelung werden zumindest so lange fortgesetzt, bis das mobile Gerät nicht mehr bewegt wird oder deaktiviert wird oder bis ein Steuerbefehl zum Abbruch der Kollisionsüberwachung eingegeben wird.
Die Regelung der Geschwindigkeit des mobilen Gerätes ist in 4 detaillierter dargestellt. So wird, wenn die Auswertung im dritten Schritt 23 eine Detektion 23a eines oder mehrerer Objekte ergibt, ein Steuerbefehl zum Abbremsen oder Stoppen 25a des mobilen Gerätes weitergegeben. Das mobile Gerät wird dadurch z.B. gestoppt oder auf eine niedrigere Geschwindigkeit abgebremst. Ebenso wird, wenn die Auswertung im vierten Schritt 24 eine eingeschränkte Funktionsfähigkeit 24a ergibt, ein Steuerbefehl zum Abbremsen oder Stoppen 25a des mobilen Gerätes weitergegeben. Das mobile Gerät wird dadurch ebenfalls z.B. gestoppt oder auf eine niedrigere Geschwindigkeit abgebremst. Die reduzierte Geschwindigkeit kann z.B. derart gewählt sein, dass Beschädigungen des Gerätes vermieden werden. Es kann auch ein Notstopp eingeleitet werden. Wenn sowohl die Funktionsfähigkeit gegeben ist als auch kein Objekt detektiert wird, erfolgt ein Weiterfahren 25b des mobilen Geräts in derselben (z.B. der ersten) Geschwindigkeit.
Bei einem autonom bzw. selbsttätig fahrenden mobilen Gerät wird das Abbremsen bzw. Stoppen automatisch angesteuert und durchgeführt. Bei einem manuellen Anschieben kann das Gerät gegen den Widerstand des Anschiebens bis auf die entsprechende niedrigere Geschwindigkeit gebremst oder gestoppt werden oder z.B. eine Geschwindigkeitsabriegelung aktiviert werden. Die anschiebende Person spürt dann den Widerstand. Zusätzlich kann z.B. eine Anzeige oder ein Warnton aktiviert werden.
Durch das Verfahren können notwendige Anforderungen an eine Erstfehlersicherheit des mobilen Gerätes zuverlässig erfüllt werden. Das beschriebene Kollisionskontrollsystem ist sowohl kollisionssicher als auch funktional sicher gemäß Risikoanalyse.
Insgesamt können für eine Fortbewegung des mobilen Geräts ein oder mehrere Bedingungen gelten. Es ist z.B. wichtig, dass das mobile Gerät innerhalb des zuletzt gescannten Bereiches zum Stehen kommen kann. Es kann z.B. vorgeschrieben sein, dass die erreichbare bzw. maximal einstellbare Höchstgeschwindigkeit des Gerätes zumindest eine der folgenden Vorgaben erfüllt: Der Bremsweg bei Höchstgeschwindigkeit ist höchstens so groß wie der maximal mögliche Scanabstand (z.B. Radius R_K des Kreises K oder Länge L), und/oder die Höchstgeschwindigkeit des Gerätes ist höchstens so groß wie der maximal mögliche Scanabstand (z.B. Radius R_K des Kreises K oder Länge L) pro Scanzyklendauer (Dauer eines Scanzyklus, eventuell plus Auswertung). Zusätzlich können noch die Auswertungsdauern mitberücksichtigt werden, so dass die Höchstgeschwindigkeit nochmal stärker begrenzt werden kann. Um die Vorgaben zu erfüllen, kann z.B. eine Arretierung der Höchstgeschwindigkeit vorgesehen sein.
Eine Ausstattung eines mobilen medizinischen Gerätes mit zumindest einem Lidar-Sensor ist preisgünstig und sicher. Es ist keine an sich schon fehlersichere Hardware notwendig, da die Integrität der einfacheren Hardware (entsprechend positionierter Lidar-Sensor mit Auswerteeinheit und Regelung der Geschwindigkeit) in Echtzeit (im Verhältnis zur Mehrfach-Eintrittswahrscheinlichkeit) validiert wird. Ein Ausfall (Abweichung bei der Selbstüberprüfung) führt sofort zu einer Wegnahme der Freiheitsgrade, die über den Lidar-Sensor validiert wurden (Abstand, Geschwindigkeit, etc.). Auf diese Weise können auch einfache Positioniersysteme für sicherheitsrelevante Funktionen eingesetzt werden.
Alternativ zu einem mobilen Gerät mit Kollisionskontrollsystem mit Lidar-Sensor ist es auch möglich, das Kollisionskontrollsystem mit Lidar-Sensor an einer statischen Einheit 12 anzuordnen und ein mobiles Gerät 1 im Umfeld der statischen Einheit 12 anzusteuern - siehe 5. Der Lidar-Sensor 6 ist an der statischen Einheit so angeordnet, dass er z.B. ein 180°, 270° oder 360° Kreis(-segment) nach einem oder mehreren mobilen Geräten 1 abscannt und gleichzeitig in jedem Scanzyklus auch einen festen Abschnitt an der statischen Einheit für eine Selbstüberprüfung abscannt. Die Scandaten werden dann ausgewertet und die Geschwindigkeit des oder der mobilen Geräte wird entsprechend wie oben geregelt. Hier ist dann noch zusätzlich eine Kommunikation zwischen der statischen Einheit (dem Kollisionskontrollsystem) und dem mobilen Gerät notwendig, um zu bestimmen, welches mobile Gerät sich im Umfeld der statischen Einheit befindet, da der Lidar-Sensor lediglich grundsätzlich Objekte detektiert.
Die Erfindung lässt sich in folgender Weise kurz zusammenfassen: Für eine erstfehlersichere Bewegung eines mobilen medizinischen Gerätes, z.B. mobilen C-Bogens-Röntgengeräts, ist ein Verfahren zur automatischen Ansteuerung eines verfahrbaren, mobilen medizinischen Gerätes mit einem zumindest einen Lidar-Sensor aufweisenden Kollisionskontrollsystem, vorgesehen, aufweisend die folgenden Schritte: Selbsttätiges oder manuell unterstütztes Fortbewegen des Gerätes mit einer ersten Geschwindigkeit, Periodisches gemeinsames Abscannen von zumindest einem Teil der Umgebung des Gerätes und von einem festgelegten, ortsfest an dem Gerät angeordneten Geräteabschnitt durch den zumindest einen Lidar-Sensor während der Fortbewegung des Gerätes, Auswertung der durch den Lidar-Sensor aufgenommenen Scandaten der Umgebung dahingehend, dass ein in Fahrtrichtung des Gerätes befindlicher Ausschnitt der Umgebung auf Objekte überprüft wird, Auswertung der durch den Lidar-Sensor aufgenommenen Scandaten des festgelegten Geräteabschnitts derart, dass eine Funktionsfähigkeit des Lidar-Sensors überprüft wird, und Regelung der Geschwindigkeit des Geräts in Abhängigkeit vom Ergebnis der Auswertungen.
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 102015218922 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur automatischen Ansteuerung eines verfahrbaren, mobilen medizinischen Gerätes (1) mit einem zumindest einen Lidar-Sensor (6) aufweisenden Kollisionskontrollsystem (6; 11), aufweisend die folgenden Schritte: • Selbsttätiges oder manuell unterstütztes Fortbewegen des mobilen Gerätes (1) mit einer ersten Geschwindigkeit, • Periodisches gemeinsames Abscannen von zumindest einem Teil der Umgebung des mobilen Gerätes (1) und von einem festgelegten, ortsfest an dem mobilen Gerät (1) angeordneten Geräteabschnitt durch den zumindest einen Lidar-Sensor (6) während der Fortbewegung des mobilen Gerätes (1), • Auswertung der durch den Lidar-Sensor (6) aufgenommenen Scandaten der Umgebung dahingehend, dass ein in Fahrtrichtung (10) des mobilen Gerätes (1) befindlicher Ausschnitt der Umgebung auf Objekte überprüft wird, • Auswertung der durch den Lidar-Sensor (6) aufgenommenen Scandaten des festgelegten Geräteabschnitts derart, dass eine Funktionsfähigkeit des Lidar-Sensors (6) überprüft wird, und • Regelung der Geschwindigkeit des mobilen Geräts (1) in Abhängigkeit vom Ergebnis der Auswertungen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das mobile medizinische Gerät (1) autonom verfahrbar ausgebildet ist, und für eine selbsttätige Fortbewegung aktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Geschwindigkeit des mobilen Gerätes (1) automatisch reduziert oder abgebremst oder das mobile Gerät (1) gestoppt wird, wenn die Auswertung der Scandaten der Umgebung eine Detektion eines Objekts in Fahrtrichtung (10) ergibt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Geschwindigkeit des mobilen Gerätes (1) automatisch reduziert oder abgebremst oder das mobile Gerät (1) gestoppt wird, wenn die Auswertung der Scandaten des Geräteabschnitt eine eingeschränkte Funktionsfähigkeit des Lidar-Sensors (6) ergibt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die für die selbsttätige oder manuell unterstützte Fortbewegung des mobilen Gerätes (1) erreichbare Höchstgeschwindigkeit des Gerätes (1) derart ausgebildet ist, dass zumindest eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: • Der Bremsweg bei Höchstgeschwindigkeit ist höchstens so groß wie der maximal mögliche Scanabstand, und/oder • Die Höchstgeschwindigkeit ist höchstens so groß wie der maximal mögliche Scanabstand pro Scanzyklendauer.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Lidar-Sensor (6) zum Abscannen eines Winkelsegments von um mindestens 270°, insbesondere 360°, ausgebildet ist und einen drehbaren Spiegel aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der festgelegte Geräteabschnitt zumindest ein Rad (7), insbesondere zwei oder mehr Räder (7), umfasst.
Verfahren zur automatischen Ansteuerung zumindest eines verfahrbaren, mobilen medizinischen Gerätes (1) im Umfeld einer statischen Einheit (12), welche ein zumindest einen Lidar-Sensor (6) aufweisendes Kollisionskontrollsystem (6; 11) umfasst, aufweisend die folgenden Schritte: • Fortbewegen des mobilen medizinischen Gerätes (1) mit einer ersten Geschwindigkeit, • Periodisches gemeinsames Abscannen von zumindest einem Teil der Umgebung der Einheit und von einem festgelegten, ortsfest an der statischen Einheit (12) angeordneten Abschnitt durch den zumindest einen Lidar-Sensor (6) während der Fortbewegung des mobilen Gerätes (1), • Auswertung der durch den Lidar-Sensor (6) aufgenommenen Scandaten der Umgebung derart, dass ein Ausschnitt der Umgebung auf eine Annäherung des Gerätes (1) überprüft wird, • Auswertung der durch den Lidar-Sensor (6) aufgenommenen Scandaten des festgelegten Abschnitts derart, dass eine Funktionsfähigkeit des Lidar-Sensors (6) überprüft wird, und • Regelung der Geschwindigkeit des Geräts (1) in Abhängigkeit vom Ergebnis der Auswertungen.
Mobiles medizinisches Gerät (1) mit einem Gerätewagen (2), wobei der Gerätewagen (2) motorisierte Räder (7) und eine Steuerungseinheit zur Ansteuerung der motorisierten Räder sowie ein Kollisionskontrollsystem (6; 11) aufweist, das Kollisionskontrollsystem (6; 11) aufweisend zumindest einen Lidar-Sensor (6), welcher derart angeordnet ist, dass er zumindest einen Teil der Umgebung des Gerätewagens (2) sowie einen Geräteabschnitt abscannt und eine Verarbeitungseinheit, welche zur Prozessierung und Auswertung der von dem Lidar-Sensor (6) aufgenommenen Scandaten hinsichtlich einer Detektion von Objekten in Fahrtrichtung des Gerätewagens und hinsichtlich einer Funktionsfähigkeit des Lidar-Sensors (6) ausgebildet ist, und wobei das Gerät (1) eine Regelungseinheit aufweist, welche zur Regelung der Geschwindigkeit des Gerätes in Abhängigkeit vom Ergebnis der Auswertung ausgebildet ist.
Mobiles medizinisches Gerät nach Anspruch 9, wobei die Steuerungs- und die Regelungseinheit von einer Systemsteuerung (8) gebildet werden.
Mobiles medizinisches Gerät nach einem der Ansprüche 9 und 10, wobei das Gerät (1) von einem Bildgebungsgerät, insbesondere einem mobilen Röntgengerät, gebildet wird.
Mobiles medizinisches Gerät nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Regelungseinheit dazu ausgebildet ist, für den Fall einer Detektion eines Objektes in Fahrtrichtung eine Reduzierung der Geschwindigkeit des Gerätes (1) und/oder eine Abbremsung anzusteuern.
Mobiles medizinisches Gerät nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Steuerungseinheit zur Ansteuerung einer autonomen Fortbewegung des Gerätes (1) ausgebildet ist.
Mobiles medizinisches Gerät nach einem der Ansprüche 9 bis 13, aufweisend zwei oder mehr Lidar-Sensoren (6).
Gesamtsystem (1; 12) aus einer statischen Einheit (12) und zumindest einem mobilen medizinischen Gerät (1) mit einem Gerätewagen, wobei das Gerät motorisierte Räder und eine Steuerungseinheit zur Ansteuerung der motorisierten Räder aufweist, und wobei die statische Einheit ein Kollisionskontrollsystem aufweist, welches Kollisionskontrollsystem zumindest einen Lidar-Sensor (6) aufweist, welcher derart angeordnet ist, dass er zumindest einen Teil der Umgebung der statischen Einheit sowie einen Abschnitt der statischen Einheit abscannt und eine Verarbeitungseinheit, welche zur Prozessierung und Auswertung der von dem Lidar-Sensor (6) aufgenommenen Scandaten hinsichtlich einer Detektion des zumindest einen Gerätes und hinsichtlich einer Funktionsfähigkeit des Lidar-Sensors (6) ausgebildet ist, und wobei das Gerät eine Regelungseinheit aufweist, welche zur Regelung der Geschwindigkeit des Gerätes in Abhängigkeit vom Ergebnis der Auswertung ausgebildet ist.