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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System zur Unterstützung der Handhabung eines handgehaltenen Medizingeräts.
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Vom Anwender handgehaltene aktive Anwendungsteile von Medizingerätesystemen, wie z.B. von Motorhandstücken eines chirurgischen Instruments, dürfen abhängig vom Oberflächenmaterial und von der Berührzeit eine durch die Zulassungsnorm (s . IEC 60601-1, Tabelle 24) vorgegebene Oberflächentemperatur (Berührtemperatur) nicht überschreiten. Da aufgrund des begrenzten Wirkungsgrades bei Dauerbetrieb (z. B. beim Betrieb von Chirurgiemotoren) diese Temperaturgrenzen zwangsläufig überschritten werden, fordert die Norm in solchen Fällen die Vorgabe eines Intervallbetriebes (z. B. 30 sec. Motoraktivierung bzw. 30 sec. Stillstand).
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Um den Motor vor Überhitzungen zu schützen, ist es auch bereits bekannt, mit Unterstützung eines sensorlos arbeitenden Temperaturmodells in Kenntnis der Wärmekapazität des Anwendungsteiles wie auch der beim Betrieb in das Anwendungsteil gespeisten Energie, auf die Temperatur des Chirurgiemotors zu schließen.
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Zwar sind in der Regel die Vorgaben der Norm in Bedienungsanleitungen der Medizingerätesysteme niedergeschrieben, es zeigt sich aber, dass die Anwender derartiger Medizingerätesysteme in der Praxis mit diesen Vorgaben nicht viel anfangen können und durch sie sogar eher verunsichert werden, mit der Folge, dass einerseits der Anwender nicht zuverlässig vor Verletzungen geschützt wird und andererseits das Betriebsprofil des Medizingeräts nicht voll ausgeschöpft werden kann.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein System zur Unterstützung der Handhabung eines handgehaltenen, elektrisch betriebenen Medizingeräts bereit zu stellen, mit dem der Anwender des Medizingeräts derart unterstützt wird, dass er bei einfachster Bedienung und mit bestmöglichem Schutz vor Verletzungen das Betriebsprofil des Medizingeräts voll ausschöpfen kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die Erfindung beruht auf dem Konzept, die Temperatur der gesamten Oberfläche des Anwendungsteils des Medizingeräts über den kompletten Arbeitszeitbereich möglichst genau anzuzeigen. Um den vorrichtungstechnischen Aufwand möglichst klein zu halten, kommt in an sich bekannter Weise ein thermisches Modell zur Anwendung, mit der Besonderheit, dass die gesamte Oberfläche des Medizingeräts in das thermische Modell eingeschlossen wird. Allein in Kenntnis der lastabhängigen, mechanischen Verluste, der elektrischen Verluste (ohmsche UmmagnetisierungsVerluste) im Chirurgiemotor wie auch der Qualität der Wärmeleitfähigkeit über die gesamte Anwendungsteiloberfläche hinweg, kann ausreichend genau auf eine Temperaturverteilung über die gesamte Anwendungsteilöberfläche hinweg geschlossen werden. Die Anzeigeeinrichtung macht das Ergebnis der Temperaturmessung für den Anwender des Medizingeräts in einer optischen Anzeige, die quasi einer Thermografie ähnelt, auf einen Blick sichtbar, wodurch der Anwender laufend und besonders sinnfällig über den Betriebszustand und die Auslastung des Medizingeräts informiert wird. Somit wird dem Anwender synchron zum Arbeiten aufgezeigt, in welchem Temperaturbereich er arbeitet. Am einfachsten und am verständlichsten eignet sich für die optische Anzeige eine farblich eingefärbte grafische Darstellung des gerade im Einsatz befindlichen Medizingeräts.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das System kann mit einfachsten vorrichtungstechnischen zusätzlichen Komponenten dazu herangezogen werden, bei Überschreiten einer Grenztemperatur an irgendeiner Stelle des Medizingeräts ein Warnsignal oder einen Warnhinweis auszugeben. Vorzugsweise wird diese Grenztemperatur so festgelegt, dass sie einige °K unterhalb einer zulässigen Betriebs-Grenztemperatur liegt, so dass der Anwender des Medizingeräts darauf hingewiesen werden kann, dass die maximal zulässige Grenztemperatur kurz vor der Überschreitung ist.
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Wenn das System mit zumindest einem weiteren Temperatursensor ausgestattet wird, mit dem die Umgebungstemperatur des Medizingeräts erfassbar ist, kann dem Anwender zu jedem Zeitpunkt des Betriebs aufgezeigt werden, wieviel „Sicherheitsabstand“ zum kritischen Temperaturwert noch gegeben ist.
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Vorzugsweise kommt in diesem Fall eine Auswerteeinheit zum Einsatz, mit der auf der Basis der Temperaturverteilung über die gesamte Oberfläche des Anwendungsteils und des Ausgabewerts des weiteren Temperatursensors der Spielraum zu einem kritischen Betriebstemperaturwert auf der Anzeigeeinrichtung darstellbar ist.
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Das System kann zusätzlich durch eine Speichereinheit aufgewertet werden, in der vorzugsweise ein nutzerindividuelles Anwendungsprofil und/oder mindestens ein Soll-Arbeitsprofil des Medizingeräts, beispielsweise ein praxisnaher Intervallbetrieb des elektrisch angetriebenen Medizingeräts, abgelegt sind, wobei ferner eine Steuereinheit vorgesehen ist, mit der Abweichungen des aktuellen Nutzungsprofils vom nutzerindividuellen Anwendungsprofil und/oder vom Soll-Arbeitsprofil des Medizingeräts laufend darstellbar sind. Auf diese Weise hat der Anwender des Medizingeräts laufend Kenntnis darüber, inwieweit er beispielsweise eine durch die Norm vorgegebenes Temperaturerwärmungsfenster ausgenützt hat. Die Speichereinheit ist dabei vorteilhafterweise so ausgestattet, dass die Betriebsparameter des Medizingeräts laufend abgespeichert werden, so dass auch deren Entwicklung in die Auswertung einfließen können.
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Wenn die Steuereinheit in Abhängigkeit der erfassten Abweichungen eine Information über zumindest einen ausgewählten, Betriebsprozessparameter des Medizingeräts ausgibt, kann der Anwender des Medizingeräts während des Betriebs frühzeitig reagieren, um das Medizingerät möglichst lange frei von Unterbrechungen benutzen zu können.
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Eine besonders wertvolle Information der Steuereinheit ist beispielsweise ein Vorschlag zur Abänderung eines Betriebsprozessparameters, wie z.B. einer maximal zulässigen Motordrehzahl, mit der die Betriebsdauer des Medizingeräts optimiert werden kann. Das Steuergerät ist somit beispielsweise in der Lage, ggf. vom aktuellen Einstellungsprofil abweichende Geräteeinstellungen vorzuschlagen, wie z.B. eine Absenkung der maximalen Motordrehzahl nmax von 60.000 U/min auf 50 000 U/min.
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Der zumindest eine Geräte-Temperatursensor kann grundsätzlich an jeder Stelle des Medizingeräts positioniert werden. Die Sicherheit des Anwenders wird allerdings dann noch weiter angehoben, wenn der Geräte-Temperatursensor am Medizingerät in einer Umgebung positioniert ist, an der die Wärmeentwicklung tendenziell höher als an anderen Umgebungen ist. Idealer Weise wird der Temperatursensor sehr nahe an einer Stelle platziert, wo die vermeintlich größte Wärmeentwicklung erwartet wird.
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Für die Anzeigeeinrichtung kommen unterschiedlichste Geräte in Frage, wie z.B. der OP Monitor oder eine gesondertes Gerätedisplay. Das System wird zusätzlich dann vereinfacht, wenn die Anzeigeeinrichtung von einem Display eines Mobilgeräts, wie etwa eines Laptops oder eines Smartphones gebildet ist.
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Vorzugsweise arbeitet das thermische Modell auf der Basis von Daten und/oder Algorithmen, die in einem Speicher abgelegt sind.
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Wenn das thermische Modell von empirisch im Betrieb des Medizingeräts gewonnenen, und im Speicher abgelegten Daten unterstützt wird, kann einerseits die Genauigkeit der System-Ausgabe verbessert werden und gleichzeitig die Voraussetzung dafür geschaffen werden, dass individuelle Bedienungsmuster des Anwenders sowie deren zeitliche Aneinanderreihung in die System-Ausgabe einfließen können.
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Nachfolgend werden anhand schematischer Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung der Komponenten einer ersten Ausführungsform des Systems zur Unterstützung der Handhabung eines handgehaltenen, elektrisch betriebenen Medizingeräts;
- 1A die schematische Ansicht eines elektrisch betriebenen Medizingeräts;
- 2 die Abbildung des Displays der bei dem System gemäß 1 verwendeten Anzeigeeinrichtung; und
- 3 ein Blockdiagramm des Systems in einer abgewandelten Ausführung.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Systems zur Unterstützung der Handhabung eines handgehaltenen, elektrisch betriebenen Medizingeräts 1, welches schematisch in 1A gezeigt ist. Das Medizingerät 1 hat einen proximalen Griffabschnitt 2, einen distalen Instrumentenabschnitt 3 und einen Motorabschnitt 4, in dem sich ein Chirurgiemotor befindet. Ein solches vom Anwender, beispielsweise von einem Chirurgen handgehaltene aktives Anwendungsteil von Medizingerätesystemen, darf abhängig vom Oberflächenmaterial und von der Berührzeit eine vorgegebene Oberflächentemperatur (Berührtemperatur) nicht überschreiten. Auch der Chirurgiemotor muss vor einem Betrieb in einem Betriebspunkt mit geringerem Wirkungsgrad geschützt werden. Dies erfordert seitens des Anwenders ein gutes Gespür für den momentanen Auslastungspunkt des Medizingeräts. Mit dem im Folgenden beschriebenen System wird der Anwender dahingehend unterstützt, dass er einerseits zuverlässig vor Verletzungen geschützt wird und andererseits das Betriebsprofil des Medizingeräts voll ausschöpfen kann.
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Hierzu weist das System zumindest einen im Medizingerät 1 positionierten Geräte-Temperatursensor 5 auf, der beispielsweise - wie in 1A gezeigt - am Medizingerät 1 in einer Umgebung positioniert ist, an der die Wärmeentwicklung tendenziell höher als an anderen Umgebungen ist.
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Dieser Geräte-Temperatursensor 5 liefert seine Messwerte an ein thermisches Modell 6, mit dem ausgehend vom Ausgabewert des Temperatursensors 5 unter Berücksichtigung von Einflussgrößen 7 aus der Gruppe der lastabhängigen mechanischen Verluste, der elektrischen Verluste und der ohmschen Ummagnetisierungsverluste des Chirurgiemotors, der Wärmeübergangskoeffizienten, der Wärmeleitfähigkeit der Komponenten, der Wärmestrahlungs- und der Konvektionseinflüsse im Medizingerät, auf eine Temperaturverteilung über die gesamte Oberfläche eines Anwendungsteils des Medizingeräts 1 geschlossen werden kann. Ein derartiges thermisches Modell bildet die Oberflächentemperatur des Medizingeräts umso exakter ab, je mehr Einflussgrößen 7 berücksichtigt werden. Es zeigt sich aber, dass bereits eine kleine Auswahl, wie z.B. die Berücksichtigung der lastabhängigen mechanischen Verluste, der elektrischen Verluste (ohmsche UmmagnetisierungsVerluste) sowie der Qualität der Wärmeleitfähigkeit über die gesamte Oberfläche des Medizingerät1 hinweg genügt, um die Oberflächentemperatur im °-Bereich genau abzuschätzen.
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Das Ergebnis dieser mit dem thermischen Modell 6 gewonnenen Abschätzung wird mittels einer Anzeigeeinrichtung 8 dargestellt, und zwar so, dass die Temperaturverteilung über die gesamte Oberfläche des Anwendungsteils, also der Komponenten 2, 3 und 4 des Medizingeräts 1 während des aktiven Betriebs des Medizingeräts 1 grafisch ähnlich einer Thermografie sichtbar ist. Hierzu wird vorzugsweise - wie in 1 gezeigt - eine farblich eingefärbte grafische Darstellung des Medizingeräts 1 verwendet.
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2 zeigt die grafische Darstellung im Detail. Das gesamte Medizingerät 1 ist farblich so eingefärbt, dass die Punkte mit unterschiedlich hohen Temperaturen mit unterschiedlichen Farben gekennzeichnet sind. In der schwarz-weiß-Darstellung der 2 sind die unterschiedlichen Farben durch ein unterschiedlich dichtes Punktemuster angedeutet. Die Farben wiederholen sich in der mit 9 bezeichneten Temperaturskala. Die Farbzuordnung ist beispielsweise so, dass die höchsten Temperaturen rot (in der schwarz-weiß-Darstellung mit dichtestem Punktemuster) und die tiefsten Temperaturen mit blau (in der Darstellung gemäß 2 mit der geringsten Dichte der Punkte) dargestellt werden. Der Anwender des Medizingeräts 1 sieht somit auf einen Blick laufend und besonders sinnfällig, in welchem Betriebszustand sich das Medizingerät befindet und wie dessen momentane Auslastung ist. Somit wird dem Anwender synchron zum Arbeiten aufgezeigt, in welchem Temperaturbereich er arbeitet.
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Das System kann mit einer nicht näher dargestellten Einrichtung ergänzt werden, die bei Überschreiten einer Grenztemperatur an irgendeiner Stelle des Medizingeräts 1 ein Warnsignal oder einen Warnhinweis ausgibt. Vorzugsweise wird diese Grenztemperatur so festgelegt, dass sie einige °K unterhalb einer zulässigen Betriebs-Grenztemperatur liegt, so dass der Anwender des Medizingeräts 1 darauf hingewiesen werden kann, dass die maximal zulässige Grenztemperatur kurz vor der Überschreitung ist.
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In 3 ist eine modifizierte Ausgestaltung des Systems dargestellt. Über die Komponenten des Systems gemäß 1 hinaus weist das System zumindest einen weiteren Temperatursensor 10 auf, mit dem die Umgebungstemperatur des Medizingeräts 1 vorzugsweise laufend erfassbar ist. Auf diese Weise wird die Voraussetzung dafür geschaffen, dass dem Anwender zu jedem Zeitpunkt des Betriebs aufgezeigt werden kann, welchen „Sicherheitsabstand“ der Betrieb zum kritischen Temperaturwert noch einhält. Dieser weitere Temperatursensor kann also genutzt werden, um dem Anwender laufend anzuzeigen, wie sich der Temperaturgradient des Medizingeräts 1 zur Umgebung und damit die nach der Norm IEC 60601 noch zulässige Oberflächentemperatur des Medizingeräts verändert.
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Vorzugsweise kommt in diesem Fall eine in ein Steuergerät 11 integrierte Auswerteeinheit 12 zum Einsatz, mit der auf der Basis der Temperaturverteilung über die gesamte Oberfläche des Medizingeräts 1 einschließlich des Instrumentenabschnitts 3 und des Ausgabewerts WA des weiteren Temperatursensors 10 der Spielraum zu einem kritischen Betriebstemperaturwert auf der Anzeigeeinrichtung darstellbar ist.
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In der 3 ist diese Information durch Hinweissymbole, beispielweise Pfeile 13, 14 wiedergegeben, die dem Anwender zeigen, wo und mit welcher Wahrscheinlichkeit ein kritischer Punkt zu erwarten ist. Die Hinweissymbole können auch farblich gestaffelt sein, um deren Bedeutung oder Gefahrenstufe zu kennzeichnen. Ferner kann diese Information auch mit Anweisungen kombiniert werden, wie einer kritischen Situation begegnet werden kann.
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Das System gemäß 3 hat ferner eine mit 15 bezeichnete Speichereinheit, die laufend die Ausgabewerte der Temperatursensoren 5 und 10 und die Entwicklung des Temperaturprofils aufzeichnet. In dieser Speichereinheit 15 kann vorzugsweise auch ein anwenderindividuelles Anwendungsprofil und/oder mindestens ein Soll-Arbeitsprofil des Medizingeräts 1 abgelegt sein. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen praxisnahen Intervallbetrieb des elektrisch angetriebenen Medizingeräts 1 handeln, den der Anwender in das System eingibt. Die Steuereinheit 15 ist dann in der Lage, Abweichungen des aktuellen Nutzungsprofils vom nutzerindividuellen Anwendungsprofil und/oder von einem Soll-Arbeitsprofil des Medizingeräts 1 laufend über die Anzeigeeinrichtung 8 darzustellen. Auf diese Weise hat der Anwender des Medizingeräts 1 laufend Kenntnis darüber, inwieweit er beispielsweise eine durch die Norm vorgegebenes Temperaturerwärmungsfenster ausgenützt hat. Die Speichereinheit 12 ist dabei vorteilhafterweise so ausgestattet, dass die Betriebsparameter des Medizingeräts 1 laufend abgespeichert werden, so dass auch deren Entwicklung in die Auswertung einfließen können.
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Wenn die Steuereinheit in Abhängigkeit der erfassten Abweichungen eine Information über zumindest einen ausgewählten, Betriebsprozessparameter des Medizingeräts ausgibt, kann der Anwender des Medizingeräts während des Betriebs frühzeitig reagieren, um das Medizingerät möglichst lange frei von Unterbrechungen benutzen zu können. In diesem Zusammenhang kann das Steuergerät auch mit der Funktion ausgestattet werden, in die Steuerungstechnik des Medizingeräts 1 einzugreifen.
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Eine vom Steuergerät in Abhängigkeit vom aufgezeichneten Temperaturprofil ausgegebene Information ist beispielsweise ein Vorschlag zur Abänderung eines Betriebsprozessparameters, wie z.B. einer maximal zulässigen Motordrehzahl, mit der die Betriebsdauer des Medizingeräts 1 optimiert werden kann. Das Steuergerät ist somit beispielsweise in der Lage, ggf. vom aktuellen Einstellungsprofil abweichende Geräteeinstellungen vorzuschlagen, wie z.B. eine Absenkung der maximalen Motordrehzahl nmax von 60.000 U/min auf 50 000 U/min. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Steuergerät diesen Betriebsprozessparameter selbständig abändert.
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Die beschriebenen Ausführungsformen sind nur beispielhaft und können selbstverständlich abgewandelt werden, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Der zumindest eine Geräte-Temperatursensor kann grundsätzlich an jeder Stelle des Medizingeräts 1 positioniert werden.
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Für die Anzeigeeinrichtung kommen unterschiedlichste Geräte in Frage, wie z.B. der OP Monitor oder eine gesondertes Gerätedisplay. Das System kann zusätzlich dann vereinfacht werden, wenn die Anzeigeeinrichtung von einem Display eines Mobilgeräts, wie etwa eines Laptops oder eines Smartphones gebildet ist.
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Das thermische Modell 6 kann auf unterschiedlichster Basis arbeiten, beispielsweise auch unter Einbeziehung von Daten und/oder Algorithmen, die in einem Speicher abgelegt sind.
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Das thermische Modell kann auch von empirisch im Betrieb des Medizingeräts 1 gewonnenen, und im Speicher abgelegten Daten unterstützt werden, wodurch individuelle Bedienungsmuster des Anwenders sowie deren zeitliche Aneinanderreihung in die System-Ausgabe einfließen können.
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Die Erfindung schafft somit ein System zur Unterstützung der Handhabung eines handgehaltenen, elektrisch betriebenen Medizingeräts, mit dem der Anwender des Medizingeräts derart unterstützt wird, dass er bei einfachster Bedienung und mit bestmöglichem Schutz vor Verletzungen das Betriebsprofil des Medizingeräts voll ausschöpfen kann. Das System hat die folgenden Komponenten:
- zumindest einen im Medizingerät positionierten Geräte-Temperatursensor,
- ein thermisches Modell, mit dem ausgehend vom Ausgabewert des Temperatursensors unter Berücksichtigung von Einflussgrößen aus der Gruppe der lastabhängigen mechanischen Verluste, der elektrischen Verluste, der ohmschen Ummagnetisierungsverluste, der Wärmeübergangskoeffizienten, der Wärmeleitfähigkeit der Komponenten, der Wärmestrahlungs- und und der Konvektionseinflüsse im Medizingerät auf eine Temperaturverteilung über die gesamte Oberfläche eines Anwendungsteils des Medizingeräts geschlossen werden kann, und
- eine Anzeigeeinrichtung, mit der die Temperaturverteilung über die gesamte Oberfläche des Anwendungsteils während des aktiven Betriebs des Medizingeräts darstellbar ist, vorzugsweise als farblich eingefärbte grafische Darstellung des Medizingeräts.