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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines elektrochirurgischen Generators. Die Erfindung bezieht sich auch auf einen solchen elektrochirurgischen Generator.
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Elektrochirurgische Generatoren steuern elektrochirurgische Instrumente, die an einen solchen Generator angeschlossen sind. Insbesondere gibt es mindestens einen Wechselrichter zur Erzeugung eines hochfrequenten Speisesignals, um ein an den elektrochirurgischen Generator angeschlossenes elektrochirurgisches Instrument zu speisen.
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Für Sicherheitsanwendungen in solchen Generatoren sollten die Generatoren sicherstellen, dass die Komponenten in der Lage sind, auf einen Eingang, wie z. B. Messungen, mit einem korrekten Ausgang zu reagieren, insbesondere die Steuerung des Speisesignals, d. h. die Steuerung der bereitgestellten Hochfrequenzenergie, in einer rechtzeitigen Weise. Um dies zu ermöglichen, können Komponenten wie z. B. ein Wechselrichtermodul auf ihre Reaktivität geprüft werden. Wenn ein Bauteil festsitzt oder eine Fehlfunktion aufweist, kann dies durch eine häufige Testroutine erkannt werden. In einer solchen häufigen Testroutine wird für jede relevante Komponente geprüft, ob sie noch ordnungsgemäß funktioniert, zumindest ob sie noch regelmäßig Bestätigungssignale sendet. Eine solche häufige Prüfung kann als „Heartbeat-System“ bezeichnet werden, da häufig überprüft wird, ob die betreffende Komponente noch in Betrieb ist.
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Diese Reaktionszeit auf Ausfälle kann als Fehlertoleranzzeit (FTT) definiert werden.
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Im schlimmsten Fall gibt der Generator eine maximale HF-Energieleistung (HochfrequenzEnergie) ab, die nicht kontrollierbar ist. Im Gewebe des Patienten erzeugt diese Energie Hitze und verbrennt das Gewebe, was zu einer Verkohlung führt. Die Fehlertoleranzzeit nimmt dieses Fehlerszenario und berechnet eine Zeit, nach der das Gewebe irreversibel geschädigt ist. In einem Ausfallszenario muss das Sicherheitssystem in der Lage sein, den Generator innerhalb dieses Zeitrahmens abzuschalten. Als Beispiel für einen Generator, der in einem einzigen Fehlerfall 2500 W leisten kann, kann die Fehlertoleranzzeit auf etwa 200 ms oder in einem Beispiel auf 189 ms berechnet werden.
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In einem Heartbeat-System sollte die Überwachungszeit deutlich unter der Fehlertoleranzzeit liegen, um sicherzustellen, dass eine defekte Unterkomponente erkannt wird und genügend Zeit bleibt, um die HF-Energieabgabe abzuschalten. Dies führt jedoch zu einem hohen Kommunikationsaufkommen, da jeder Knoten, der stellvertretend für eine an ein Kommunikationsnetz angeschlossene Komponente oder ein Modul stehen kann, in diesem Zeitrahmen mindestens einmal oder mehrmals Daten senden muss. Dementsprechend sendet jede angeschlossene Komponente, insbesondere jedes Modul, gemäß dem oben genannten Beispiel mindestens alle 200 ms Daten. Das ist ein Minimum, und wenn es in dem genannten Zeitrahmen zweimal sendet, sendet es alle 100 ms Daten. Nicht nur ein Modul, sondern alle an das Netz angeschlossenen Module können also innerhalb dieses Zeitrahmens senden, was zu einem hohen Kommunikationsaufkommen führt.
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In einem verteilten Kommunikationssystem, z. B. einem System mit an einen CAN angeschlossenen Knoten, kann dies zu einer hohen Buslast für diese Kommunikation führen.
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Nach einem Stand der Technik kann die Steuerungssoftware eines Generators auf verschiedene Module verteilt sein. Ein zentrales Modul kann ein Signal, das als Heartbeat-Signal bezeichnet werden kann, an alle anderen Module senden, die innerhalb einer vorgegebenen Zeit antworten müssen. Andernfalls geht der Generator in einen Fehlerzustand über.
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Dementsprechend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung für mindestens eines der oben beschriebenen Probleme bereitzustellen. Insbesondere soll eine Lösung vorgeschlagen werden, die ein hohes Sicherheitsniveau gewährleistet und gleichzeitig eine Überlastung eines Kommunikationssystems, insbesondere eines Kommunikationsnetzes, vermeidet. Es soll zumindest eine alternative Lösung zu bekannten Lösungen vorgeschlagen werden.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren nach Anspruch 1 vorgeschlagen. Dementsprechend wird ein Verfahren zum Betreiben eines elektrochirurgischen Generators vorgeschlagen. Ein solcher elektrochirurgischer Generator ist dazu eingerichtet, an den elektrochirurgischen Generator angeschlossene elektrochirurgische Instrumente zu steuern. Insbesondere stellt der Generator HF-Energie für mindestens ein elektrochirurgisches Instrument bereit. Weitere Steuerungsaufgaben werden von einem solchen Generator ausgeführt, wie bspw. das Empfangen und Weiterleiten von Eingaben eines Benutzers und das Anzeigen von Zuständen des Generators.
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Der verwendete elektrochirurgische Generator besteht aus einer Vielzahl miteinander verbundener regulärer Module, die mindestens ein Steckermodul zum Anschluss eines elektrochirurgischen Instruments umfassen. Ein solches Steckermodul kann auch als Ausgangsmodul bezeichnet werden. Das elektrochirurgische Instrument kann in ein solches Steckermodul eingesteckt werden. Das Steckermodul kann einen Sensor enthalten, der anzeigt, ob und gegebenenfalls welche Art von elektrochirurgischem Instrument angeschlossen ist. Das Steckermodul kann auch einen Sensor aufweisen, der die Amplitude eines Speisesignals überprüft. Das Steckermodul kann auch einen Informationsanschluss haben, der Informationen über den Betriebszustand des angeschlossenen elektrochirurgischen Instruments empfängt. Alle derartigen empfangenen Informationen können innerhalb des elektrochirurgischen Generators an andere Module im Generator und/oder an ein Kommunikationsmodul weitergeleitet werden. Es kann eine Kommunikation zwischen dem Steckermodul und einem Invertermodul bestehen, das das Speisesignal an das Steckermodul und damit an das angeschlossene elektrochirurgische Instrument liefert.
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Die regulären Module umfassen auch mindestens ein erstes Wechselrichtermodul zur Erzeugung eines Speisesignals für die Bereitstellung einer Hochfrequenzenergie für mindestens ein an das Steckermodul angeschlossenes elektrochirurgisches Instrument. Ein solches Wechselrichtermodul kann also durch Pulsweitenmodulation ein Spannungssignal mit einer bestimmten Frequenz erzeugen, das zu einem entsprechenden Stromsignal führt, das an das Steckermodul und damit an ein angeschlossenes elektrochirurgisches Instrument geliefert wird. Bei der Hochfrequenzenergie handelt es sich also um Energie, die durch ein Speisesignal mit einer Frequenz im Bereich von 20 kHz bis 500 kHz bereitgestellt wird.
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Es wird ferner vorgeschlagen, dass jedes reguläre Modul zumindest mit einem anderen regulären Modul oder mit einem Kommunikationsmodul kommuniziert. Dementsprechend sind alle diese regulären Module zumindest für die Kommunikation geeignet. Die regulären Module können direkt miteinander und/oder über das Kommunikationsmodul kommunizieren. Dementsprechend kann sowohl eine zentrale als auch eine dezentrale Kommunikation, d.h. eine Netzwerkarchitektur, möglich sein. Es wird vorgeschlagen, dass ein Wechselrichtermodul mit einem Steckermodul kommuniziert. Das Steckermodul kann von einem Hebel oder Schalter des angeschlossenen elektrochirurgischen Instruments eine Aufforderung zur Bereitstellung einer Versorgungsenergie oder eine Aufforderung zur Unterbrechung der Versorgung mit Versorgungsenergie erhalten. Dementsprechend wird diese Information an das entsprechende Wechselrichtermodul weitergeleitet. Das Wechselrichtermodul erzeugt dementsprechend das gewünschte Hochfrequenz-Speisesignal. Auf die gleiche Weise kann eine Aufforderung zum Stoppen der Zuführung von dem Steckermodul empfangen und an das Wechselrichtermodul übermittelt werden.
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Es wird ferner vorgeschlagen, dass jedes reguläre Modul zumindest mit einem anderen regulären Modul und/oder mit einem Kommunikationsmodul kommuniziert. Für diesen Zweck der Kommunikation kann jedes der regulären Module und/oder Kommunikationsmodul einen Knoten zur Teilnahme an der Kommunikation und insbesondere zur Teilnahme an einem Netzwerksystem wie einem Netzwerkbussystem haben. Mittels dieser Kommunikation kann der Betrieb der regulären Module gesteuert werden. Zu diesem Zweck kann jedes der regulären Module sein eigenes Steuermodul haben, und dementsprechend kann jedes reguläre Modul als ein intelligentes Modul bereitgestellt werden, das Informationen empfangen, Informationen senden und seinen eigenen Betrieb auf der Grundlage solcher Informationen steuern kann.
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Es wird ferner vorgeschlagen, dass jedes reguläre Modul einen Kommunikationsframe mit einer individuellen Wiederholungsfrequenz sendet. So kann ein reguläres Modul alle 100 ms einen Kommunikationsframe senden, während ein anderes reguläres Modul einen solchen Kommunikationsframe jede Sekunde senden kann. Dementsprechend wird vorgeschlagen, dass sich die individuelle Wiederholungsfrequenz jedes regulären Moduls von der Wiederholungsfrequenz von mindestens einem, mehreren oder allen anderen regulären Modulen unterscheidet.
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Dementsprechend können alle regulären Module unterschiedliche Wiederholungsfrequenzen haben, so dass es bei 5 regulären Modulen 5 Wiederholungsfrequenzen gibt. Es ist aber auch möglich, dass gleichartige reguläre Module und/oder reguläre Module, die sich in einer ähnlichen Betriebsart befinden, die gleiche oder ähnliche Wiederholungsfrequenz aufweisen. Die Wiederholungsfrequenz kann auch als Heartbeat-Frequenz oder Heartbeat-Frame-Frequenz bezeichnet werden.
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Dementsprechend wird der Generator in Bezug auf das oben erläuterte bekannte System so modifiziert, dass die mit einer hohen Fehlertoleranz verbundene zeitliche Heartbeat-Frame-Frequenz mit einer niedrigeren Frequenz geändert werden kann, wenn sich der Generator nicht in einem Aktivierungszustand befindet. Es wurde festgestellt, dass Ausfälle, die ohne Kontakt zum Patienten und ohne HF-Ausgang auftreten, nahezu risikofrei sind. In diesen Fällen kann eine festsitzende Unterkomponente, d. h. ein festsitzendes reguläres Modul, zu einer geringeren Reaktionszeit führen, z. B. wenn eine Benutzeroberfläche einfriert, oder zu einer verzögerten Aktivierung. Dementsprechend können reguläre Module, die nicht so sicherheitsrelevant sind, eine geringere Wiederholungshäufigkeit aufweisen als reguläre Module, die eine hohe Sicherheitsrelevanz haben. Insbesondere ein Wechselrichtermodul, das gerade ein hochfrequentes Speisesignal erzeugt und damit Hochfrequenzenergie für ein elektrochirurgisches Instrument bereitstellt, muss eine hohe Wiederholungsfrequenz aufweisen. Ein solches Umrichtermodul muss seinen Betrieb im Falle einer Fehlfunktion oder eines anderen Fehlers schnell unterbrechen. Ein solches Wechselrichtermodul kann dem Patienten schädliche Energie zuführen und muss daher im Falle eines Problems schnell abgeschaltet werden.
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Das Ausgangsmodul, an das das elektrochirurgische Instrument angeschlossen ist, kann auch eine hohe Wiederholungsfrequenz, wie 10 oder 20 Hz, verwenden. Ein solches Steckermodul kann jede Information über eine Fehlfunktion oder ein Stoppsignal des angeschlossenen elektrochirurgischen Instruments empfangen. Ein solches Signal muss schnell an das entsprechende Wechselrichtermodul weitergeleitet werden. Dementsprechend kann das Steckermodul auch eine sicherheitsrelevante Funktion haben.
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Es wird daher auch vorgeschlagen, die korrekte Funktionsweise eines solchen Steckermoduls und/oder eines solchen Wechselrichtermoduls zu überprüfen. Dies kann auch dadurch geschehen, dass ausgewertet wird, ob jedes dieser Module regelmäßig, d.h. mit der Wiederholungsfrequenz, einen Datenframe sendet. Wenn die Wiederholungsfrequenz eines solchen Moduls 10 Hz beträgt, wird demnach alle 100 ms geprüft, ob das jeweilige Modul noch in Betrieb ist.
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Andererseits kann das Anzeigemodul, das auch ein reguläres Modul ist, eine Wiederholungsfrequenz von nur 1 Hz oder vielleicht sogar eine niedrigere Wiederholungsfrequenz verwenden. Die Anzeige von Informationen mit einer Verzögerung von einer Sekunde stellt kein großes Problem dar. Auch das Erkennen einer Fehlfunktion des Anzeigemoduls nach einer Sekunde sollte kein Problem darstellen, da dies nicht zu einer Schädigung des Patienten führt. Dies wird auch zu keinem anderen signifikanten Problem für den Patienten oder den elektrochirurgischen Generator oder das angeschlossene elektrochirurgische Instrument führen.
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Es ist aber auch möglich, dass sich die Wiederholungsfrequenz jedes oder zumindest einiger Module in Abhängigkeit von ihrem Betriebszustand ändert. Ist das Wechselrichtermodul in Betrieb, ist eine höhere Wiederholungsfrequenz ratsam, wie oben erläutert. Ist das Wechselrichtermodul jedoch nicht in Betrieb und insbesondere kein elektrochirurgisches Instrument angeschlossen, so kann eine niedrigere Wiederholungsfrequenz ausreichend sein.
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Gleichzeitig kann ein anderes Wechselrichtermodul aktiv sein, das ein anderes angeschlossenes elektrochirurgisches Instrument speist, wenn der elektrochirurgische Generator mehr als ein Wechselrichtermodul und mehr als ein Steckermodul umfasst.
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Dementsprechend verringert sich die Kommunikations- bzw. Buslast im Standby-Betrieb des Gerätes. Daraus ergibt sich der Vorteil einer geringeren Kommunikationslast. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Generator während des Standby-Betriebs für Benutzereingaben wie die Auswahl von Modi und die Konfiguration von Einstellungen, das Laden von Bildern oder das Speichern von Protokollen bereit ist. Dies kann durch eine reduzierte Intertask-Kommunikation oder eine reduzierte Heartbeat-Frequenz wesentlich reibungsloser erfolgen. So wurde festgestellt, dass bei einer hohen Wiederholungsfrequenz aller an der Kommunikation beteiligten Module das entsprechende Netz überlastet sein kann, so dass sich der Betrieb einiger Funktionen verzögern kann. Um ein Beispiel zu nennen: Wenn der Benutzer Einstellungen konfiguriert, verwendet er eine entsprechende Schnittstelle, möglicherweise eine Schnittstelle mit einem Touchscreen. Wenn der Benutzer versucht, eine Einstellung zu ändern, wird diese Einstellungsänderung vom Schnittstellenmodul an ein Kommunikationsmodul und möglicherweise weiter an andere Module übermittelt, da die vom Benutzer gemachten Eingaben möglicherweise bestätigt werden müssen und/oder beim Wechsel zu einem Untermenü auf dem Touchscreen das Untermenü zunächst vom Kommunikationsmodul oder von einem anderen Modul im Generator geladen werden muss. Dies erfordert Kommunikationskapazitäten des Kommunikationsnetzes, und wenn dieses Kommunikationsnetz überlastet ist, kann sich diese Kommunikation verzögern, was der Benutzer als Verzögerung beim Laden des Untermenüs wahrnehmen kann.
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Dies ist jedoch nur ein Beispiel und der Gesamteindruck des Benutzers könnte sein, dass das System nicht reibungslos funktioniert.
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Gemäß einem Aspekt umfasst der elektrochirurgische Generator ferner das Kommunikationsmodul zur Steuerung der Kommunikation mit den regulären Modulen und/oder jedes reguläre Modul sendet häufig einen Kommunikationsframe mit seiner individuellen Wiederholungsfrequenz an das Kommunikationsmodul und/oder an ein anderes reguläres Modul. Da das Kommunikationsmodul eine Überwachungsfunktion haben kann, kann es auch als Überwachungskommunikationsmodul bezeichnet werden.
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Dementsprechend wird das Kommunikationsmodul zur Steuerung der Kommunikation innerhalb des elektrochirurgischen Generators verwendet. Auf diese Weise kann eine zentrale Steuerung der Kommunikation eingerichtet werden und das Kommunikationsmodul kann als ein Überwachungsknoten fungieren, wobei ein oder mehrere reguläre Module als reguläre Knoten an den Überwachungsknoten angeschlossen sind. Der Anschlusspunkt bzw. die Anschlussschnittstelle des Kommunikationsmoduls an das Kommunikationsnetz, insbesondere an das Bussystem, kann somit als Überwachungsknoten bezeichnet werden. Ebenso kann der Anschlusspunkt oder die Schnittstelle eines regulären Moduls an das Kommunikationsnetz, insbesondere an das Bussystem, als regulärer Knoten bezeichnet werden.
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Vorzugsweise kann jeder Knoten oder jedes Modul einen CAN-Frame senden, der mindestens zwei Informationen enthält, nämlich die Information über die eigene Knoten-ID des entsprechenden Knotens und als zweite Information einen inneren Betriebszustand. Ein solcher innerer Betriebszustand kann zum Beispiel ein Hochfahren, eine Fehlerinformation, die Information, dass das Modul im Standby ist, oder die Information, dass das Modul beschäftigt ist, sein, um nur einige Beispiele zu nennen.
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Es ist möglich, dass zusätzliche Informationen wie Fehlercodes oder detaillierte Fehlerinformationen Teil des CAN-Frames sein können und somit von jedem Knoten gesendet werden.
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Auch während des Betriebs des Generators sendet jeder Knoten regelmäßig einen Heartbeat-Frame an den Überwachungsknoten. Ein solcher Heartbeat-Frame ist also ein Frame, der häufig mit einer bestimmten Wiederholungsfrequenz gesendet wird. Der gesendete Frame kann lediglich eine Information enthalten, die anzeigt, dass das jeweilige Modul, das den Frame sendet, keinen Fehler aufweist. Die Häufigkeit, mit der diese Frames gesendet werden, hängt vom aktuellen Zustand des Generators ab, insbesondere davon, ob sich der Generator als solcher im Standby, im Betrieb oder in einem anderen Modus befindet, oder sie kann vom Zustand der einzelnen Module gemäß den oben genannten möglichen inneren Betriebszuständen abhängen.
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Auf diese Weise ist eine hohe Wiederholungsfrequenz für jeden sicherheitsrelevanten Betrieb des Generators oder bestimmter Module möglich. Für alle anderen Module und/oder Situationen wird eine niedrigere Wiederholungsfrequenz verwendet, was eine geringere Belastung des Kommunikationssystems, insbesondere des Bussystems, ermöglicht.
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die Wiederholungsfrequenz von mindestens einem der regulären Module durch das Kommunikationsmodul vorgegeben wird, wobei das Kommunikationsmodul eine individuelle Wiederholungsfrequenzeinstellung an das reguläre Modul sendet und das reguläre Modul die empfangene Wiederholungsfrequenzeinstellung aufzeichnet.
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Alternativ dazu steuert das Kommunikationsmodul die Wiederholungsfrequenz eines regulären Moduls, indem es an der Wiederholungsfrequenz Kommunikationsframes an das reguläre Modul sendet, die eine sofortige Antwort anfordern und dadurch das reguläre Modul zwingen, mit der Wiederholungsfrequenz zu antworten.
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Gemäß den beiden Möglichkeiten steuert das Kommunikationsmodul die jeweiligen Wiederholungsfrequenzen der Module und kann so den Gesamtbetrieb und damit auch die Belastung des Kommunikationsnetzes steuern.
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Beim Senden der besagten Wiederholungsfrequenzeinstellung könnte dies durch Senden eines entsprechenden Frames erfolgen, der die Wiederholungsfrequenz enthält. In diesem Fall könnte der Frame zusätzlich die Knoten-ID des entsprechenden regulären Moduls und die zu verwendende Wiederholungsfrequenz enthalten. Das reguläre Modul empfängt diesen Datenframe und speichert die auf diese Weise bereitgestellte Wiederholungsfrequenz. Dementsprechend sendet das betreffende reguläre Modul mindestens Heartbeat-Frames mit der soeben gespeicherten Wiederholungsfrequenz. Dies kann so lange geschehen, bis das Kommunikationsmodul eine neue individuelle Wiederholungsfrequenzeinstellung an dieses reguläre Modul sendet. Diese neue Wiederholungsfrequenz wird dann anstelle der zuvor gespeicherten Wiederholungsfrequenz gespeichert und entsprechend sendet das reguläre Modul mit dieser neuen Wiederholungsfrequenz.
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Wenn das Kommunikationsmodul mit der bestimmten Wiederholungsfrequenz eines bestimmten regulären Moduls Kommunikationsframes an dieses bestimmte Modul sendet, muss das Modul fast sofort reagieren und antworten. Auf diese Weise sendet das reguläre Modul ebenfalls mit der vom Kommunikationsmodul vorgegebenen Wiederholungsfrequenz, ohne jedoch diese Wiederholungsfrequenz aufzuzeichnen. Diese Wiederholungsfrequenz kann sich auch leicht ändern, wenn das Kommunikationsmodul die Kommunikationsframes mit einer neuen Wiederholungsfrequenz sendet.
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In beiden Fällen kann der Kommunikationsverkehr zwischen dem Kommunikationsmodul und dem jeweiligen regulären Modul gesteuert werden. Da das Kommunikationsmodul auf diese Weise alle regulären Module steuern kann, steuert das Kommunikationsmodul auch den gesamten Informationsverkehr auf dem Kommunikationssystem, insbesondere auf dem Bussystem.
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Dementsprechend steuert das Kommunikationsmodul und damit der Kommunikationsknoten bei einem CAN-Bussystem mit CAN-Knoten die Heartbeat-Rate aller anderen CAN-Knoten, d.h. er steuert die Heartbeat-Rate der regulären Module. Dementsprechend ist die eine Möglichkeit gegeben, nämlich, dass das Kommunikationsmodul bzw. der Kommunikationsknoten die Frequenzeinstellung an den Knoten eines regulären Moduls sendet und dieser Knoten diese Einstellung speichert, bis der Überwachungsknoten eine neue Änderung, d.h. eine neue Frequenzeinstellung sendet.
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Gemäß der anderen Möglichkeit sendet das Kommunikationsmodul einen Frame, der sofort beantwortet werden muss, zumindest innerhalb eines bestimmten akzeptablen Zeitframes, der im Bereich von 5-100 ms, vorzugsweise 5-20 ms, liegen kann. Dieser Frame muss von dem Knoten sofort beantwortet werden, und auf diese Weise steuert das Kommunikationsmodul direkt die Rate des Heartbeats an jedem Knoten.
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Die Einstellung der Wiederholungsfrequenz der regulären MModule durch das Kommunikationsmodul kann folgenden Vorteil haben. Es können eine modulspezifische Handhabung und spezifische Risiken erreicht werden. So muss z.B. ein Temperatursensor nicht sehr schnell überwacht werden, da Ausfälle nicht sofort zu kritischen Situationen führen würden. Ein weiterer Vorteil ist der modulare Ansatz. Eine unabhängige Entwicklung der einzelnen Module mit eigener Spezifikation ist möglich. Dies eröffnet bzw. erleichtert auch die Möglichkeit, solche Module auszutauschen, da diese Module individualisierte Wiederholungsfrequenzen haben und somit der Austausch eines Moduls zur Aufnahme eines anderen Moduls führt, das ebenfalls eine eigene Wiederholungsfrequenz haben kann.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass eine solche Lösung einfach zu implementieren ist. Eine Möglichkeit der Umsetzung ist, dass jedes neue oder ausgetauschte reguläre Modul seine Wiederholungsfrequenz einfach vom Kommunikationsmodul erhält und somit zentral vom Kommunikationsmodul gesteuert werden kann.
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Es wurde jedoch auch erkannt, dass Informationen über eine bestimmte Heartbeat-Frequenz, d.h. die bestimmte Wiederholungsfrequenz, in das Kommunikationsmodul oder den Kommunikationsknoten programmiert werden können und somit bei Änderungen eines Moduls, wenn z.B. ein neues Modul montiert wird, dies eine Änderung des Kommunikationsmoduls oder zumindest des Kommunikationsknotens erfordern kann. Eine solche Änderung kann jedoch vorprogrammiert und in einer entsprechenden Konfigurationsdatei im Kommunikationsmodul gespeichert werden.
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Gemäß einem Aspekt lässt mindestens eines der regulären Module, insbesondere eine Mehrzahl der regulären Module oder alle regulären Module, seine individuelle Wiederholungsfrequenz als individuelle Wiederholungsfrequenzeinstellung in einem Speicher erfassen und stellt seine individuelle Wiederholungsfrequenz dem Kommunikationsmodul zur Verfügung und/oder stellt seine individuelle Wiederholungsfrequenz anderen regulären Modulen zur Verfügung, wobei die regulären Module oder das Kommunikationsmodul prüfen, ob die gesendete individuelle Wiederholungsfrequenz einer Prüfroutine entspricht.
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Gemäß diesem Aspekt hat jedes reguläre Modul seine eigene Wiederholungsfrequenz gespeichert. Das Kommunikationsmodul und/oder mindestens ein anderes reguläres Modul kann überprüfen, ob dieses reguläre Modul mit seiner Wiederholungsfrequenz sendet. Um dies überprüfen zu können, wird also die Wiederholungsfrequenz jedes regulären Moduls an die anderen Module, d.h. an das Kommunikationsmodul und/oder an ein oder mehrere andere reguläre Module, gesendet. Dahinter steht die Idee, dass insbesondere die Art des regulären Moduls eng mit seiner Wiederholungsfrequenz zusammenhängt. Dementsprechend ist es möglich, jedes reguläre Modul von vornherein mit seiner Wiederholungsfrequenz zu konfigurieren. Es ist aber auch möglich, die Wiederholungshäufigkeit zu ändern. Und die Änderung der Wiederholungsfrequenz kann von jedem regulären Modul selbst vorgenommen werden, wird dann aber an die anderen regulären Module und/oder das Kommunikationsmodul gemeldet.
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Gemäß einem Aspekt wird die individuelle Wiederholungsfrequenz zur Überprüfung einer Reaktivität des entsprechenden regulären Moduls verwendet, wobei zur Überprüfung der Reaktivität ein Testsignal an das zu prüfende reguläre Modul gesendet wird und überwacht wird, ob das reguläre Modul das Testsignal mindestens mit seiner Wiederholungsfrequenz beantwortet.
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Dementsprechend kann für jedes reguläre Modul sichergestellt werden, ob es frei von Problemen ist. Dies geschieht, indem geprüft wird, ob jedes reguläre Modul auf ein entsprechendes Testsignal reagiert. Ein solches Testsignal kann ein Datenframe sein, der an jedes reguläre Modul gesendet wird und eine Aufforderung zum Senden einer Antwort enthält. Eine solche Antwort wird innerhalb der Wiederholungsfrequenz des jeweiligen regulären Moduls gesendet, wenn dieses reguläre Modul korrekt arbeitet. Wenn die Wiederholungsfrequenz 10 Hz beträgt, muss die Antwort auf ein solches Testsignal innerhalb von 100 ms erfolgen. Es ist auch möglich, dass das Testsignal und insbesondere der gesendete Datenframe einen Befehl zum häufigen Senden einer Antwort enthält. Mit anderen Worten ist es möglich, ein Testsignal zu senden und eine Vielzahl von Antworten zu empfangen, wobei die Vielzahl von Antworten mit der individuellen Wiederholungsfrequenz gesendet wird.
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Auf diese Weise kann das Funktionieren jedes regulären Moduls sichergestellt werden, was für einen elektrochirurgischen Generator sehr wichtig ist, da ein solcher Generator hohe Sicherheitsanforderungen stellt, da jede Fehlfunktion eines Moduls und dementsprechend eine Fehlfunktion des elektrochirurgischen Generators zu einer erheblichen Verletzung des Patienten führen kann.
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Gemäß einem Aspekt werden einzelne Wiederholungsfrequenzen der regulären Module variiert, insbesondere werden einzelne Wiederholungsfrequenzen durch das Kommunikationsmodul variiert und/oder einzelne Wiederholungsfrequenzen werden in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen des elektrochirurgischen Generators und/oder des entsprechenden regulären Moduls variiert. Wie oben erläutert, kann so die individuelle Wiederholungsfrequenz an bestimmte Situationen angepasst werden. Die individuelle Wiederholungsfrequenz kann niedrig sein, wenn sich das jeweilige reguläre Modul im Standby-Betrieb befindet oder wenn sich der gesamte elektrochirurgische Generator in einer Standby-Situation befindet. Befindet sich das reguläre Modul im Betrieb, kann die individuelle Wiederholungsfrequenz höher gewählt werden als in einer Standby-Situation.
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Die Variation kann durch das Kommunikationsmodul erfolgen, wie ebenfalls oben skizziert. So werden die einzelnen Wiederholungsfrequenzen zentral gesteuert und so können die Wiederholungsfrequenzen aller Module des elektrochirurgischen Generators zentral gesteuert und aneinander angepasst werden.
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Zusätzlich oder alternativ werden die einzelnen Wiederholungsfrequenzen in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen entweder des elektrochirurgischen Generators als Ganzes oder in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des entsprechenden regulären Moduls variiert. Dies kann jedoch zentral durch das Kommunikationsmodul erfolgen.
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Gemäß einem Aspekt wird die individuelle Wiederholungsfrequenz in Abhängigkeit von der Art des regulären Moduls gewählt, insbesondere ob das reguläre Modul an der Steuerung der Energie eines an den elektrochirurgischen Generator angeschlossenen elektrochirurgischen Instruments beteiligt ist und/oder in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des regulären Moduls, insbesondere ob das reguläre Modul in Betrieb oder im Standby ist.
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Die Art des regulären Moduls kann angeben, welches reguläre Modul verwendet wird, d.h. ob es sich um ein Umrichtermodul, ein Steckermodul, ein Eingabeschnittstellenmodul oder ein Anzeigemodul handelt, um nur einige Beispiele zu nennen. Wie oben erläutert, kann ein Anzeigemodul eine geringere Wiederholungsfrequenz haben als ein Wechselrichtermodul, da davon auszugehen ist, dass das Anzeigemodul weniger sicherheitsrelevant ist als das Wechselrichtermodul.
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Die Wahl der Wiederholungsfrequenz in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des regulären Moduls wurde bereits oben erläutert. Insbesondere wird eine höhere Wiederholungsfrequenz verwendet, wenn das reguläre Modul in Betrieb ist, während eine geringere Wiederholungsfrequenz verwendet wird, wenn sich das reguläre Modul im Standby-Modus befindet.
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Gemäß einem Aspekt umfasst die Mehrzahl der miteinander verbundenen regulären Module mindestens ein weiteres Modul wie folgt. Ein reguläres Modul kann ein Energieverteilungsmodul zur Steuerung einer Energieversorgung von dem mindestens einen Wechselrichtermodul zu dem mindestens einen Steckermodul sein. Bei einem solchen Energieverteilungsmodul kann die von dem mindestens einen Wechselrichtermodul an das mindestens eine Steckermodul gelieferte Energie das Verteilungsmodul durchlaufen und auf diese Weise gesteuert werden. Es ist jedoch auch möglich, dass die Energie, d.h. das vom Wechselrichtermodul erzeugte Speisesignal, dem Steckermodul direkt zugeführt wird, d.h. durch eine Leitung, die das Wechselrichtermodul und das Steckermodul direkt verbindet. Aber auch in diesem Fall kann das Verteilungsmodul das jeweilige Wechselrichtermodul steuern und/oder es kann alle Schalter steuern, die auf einem Weg zwischen einem Wechselrichtermodul und einem Steckermodul vorgesehen sind.
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Das Verteilungsmodul kann mit dem Kommunikationsmodul kombiniert werden. In diesem Fall kann ein Teil dieses kombinierten Moduls, insbesondere der Teil, der die Energieverteilung physisch steuert, ein reguläres Modul bilden, während das Kommunikationsmodul als ein an das Verteilungsmodul angefügtes Submodul verstanden werden kann.
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Ein weiteres reguläres Modul kann ein Anzeigemodul zur Darstellung von Informationen für einen Benutzer sein. Ein solches Anzeigemodul kann mit dem Kommunikationsmodul verbunden werden und empfängt alle Informationen von diesem Kommunikationsmodul, die angezeigt werden müssen. Eine Information, die angezeigt werden soll, kann sein, ob der elektrochirurgische Generator in Betrieb oder im Standby ist. Eine andere Information kann eine Konfiguration des elektrochirurgischen Generators sein, die der Benutzer zuvor eingegeben hat. Das Anzeigemodul kann auch eine Temperatur des Generators, insbesondere eines regulären Moduls des Generators, anzeigen. Eine weitere Information, die angezeigt werden kann, ist der Status der angeschlossenen elektrochirurgischen Instrumente.
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Natürlich können alle diese Informationen verschiedenen Modulen zugeordnet sein, und daher können alle diese Informationen vom Kommunikationsmodul gesammelt und vom Kommunikationsmodul an das Anzeigemodul weitergeleitet werden. In einer dezentralisierten Struktur können die Informationen jedoch auch direkt von den entsprechenden regulären Modulen und auch vom Kommunikationsmodul an das Anzeigemodul gesendet oder anderweitig bereitgestellt werden.
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Ein weiteres reguläres Modul kann ein Eingabemodul zur Entgegennahme von Anforderungen des Benutzers sein. Das Eingabemodul kann auch als Eingabeschnittstelle bezeichnet werden. Ein solches Eingabemodul kann Schalter oder einen Touchscreen umfassen, über die der Benutzer Anforderungen oder andere Informationen eingeben kann. Ein Eingabemodul oder ein Eingabeschnittstellenmodul kann auch einen Ein/Aus-Schalter umfassen. Ein solcher Ein/Aus-Schalter kann eine eigene physische Vorrichtung oder ein Teil eines Touchscreens sein.
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Ein weiteres reguläres Modul kann auch mindestens ein zweites Wechselrichtermodul zur Erzeugung eines Speisesignals für die Bereitstellung einer Hochfrequenzenergie für mindestens ein elektrochirurgisches Instrument mit einer anderen Signalfrequenz als das erste Wechselrichtermodul sein. Insbesondere kann eines der ersten und zweiten Wechselrichtermodule ein Wechselrichtermodul zur Erzeugung eines Ultraschallfrequenzsignals zur Versorgung eines entsprechenden elektrochirurgischen Ultraschallinstruments sein.
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Das andere Wechselrichtermodul kann ein Speisesignal mit noch höherer Frequenz erzeugen. Obwohl ein solcher Wechselrichter seine Ausgangsfrequenz variieren kann, unterscheidet sich die Aufgabe der Erzeugung eines Speisesignals zur Steuerung eines elektrochirurgischen Überschallinstruments wesentlich von der Erzeugung eines Speisesignals mit einer höheren Frequenz, das zur Bereitstellung eines elektrischen Stroms zum Schneiden und/oder Verbrennen von Gewebe im Körper des Patienten verwendet wird.
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Alle diese regulären Module können zur Kommunikation direkt und/oder über das Kommunikationsmodul miteinander verbunden werden.
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Gemäß einem Aspekt umfasst der elektrochirurgische Generator ein Überwachungsmodul, das überwacht, ob das Kommunikationsmodul ordnungsgemäß funktioniert. Insbesondere kann das Kommunikationsmodul überwachen, ob alle regulären Module ordnungsgemäß arbeiten. Dies geschieht insbesondere dadurch, dass überprüft wird, ob jedes reguläre Modul mit seiner individuellen Wiederholungsfrequenz antwortet. Es ist jedoch auch wichtig, dass das Kommunikationsmodul ordnungsgemäß funktioniert, und zu diesem Zweck wird die Verwendung eines solchen Überwachungsmoduls vorgeschlagen. Dieses Überwachungsmodul kann den einzigen Zweck haben, das Kommunikationsmodul zu überwachen. Das Kommunikationsmodul wiederum kann überwachen, ob das Überwachungsmodul ordnungsgemäß funktioniert. Auf diese Weise lässt es sich natürlich kaum vermeiden, dass beide Module nicht ordnungsgemäß funktionieren, aber zumindest kann durch den Einsatz dieses Überwachungsmoduls eine Redundanz geschaffen werden.
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Gemäß einem Aspekt werden die regulären Module und das Kommunikationsmodul über ein Bussystem, insbesondere ein serielles und/oder differentielles Bussystem, miteinander verbunden. Insbesondere wird ein CAN-Bus verwendet, der ein serielles Bussystem ist. Es hat sich herausgestellt, dass ein solches Bussystem, insbesondere das serielle Bussystem und das CAN-Bussystem, die Möglichkeit bietet, eine Vielzahl von Knoten, d.h. eine Vielzahl von regulären Modulen, mit einer angemessenen Übertragungsrate miteinander zu verbinden und gleichzeitig resistent gegen Störungen zu sein. Dies ist wichtig, da das oder die verwendeten Wechselrichtermodule aufgrund ihrer Funktion, Hochfrequenzsignale zu erzeugen, ein solches Rauschen erzeugen können.
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Gemäß einem Aspekt sendet jedes reguläre Modul einen Frame, der mindestens einen Identifizierungscode, der den Betriebsmodus des regulären Moduls identifiziert, und einen Betriebscode, der den Betriebszustand des regulären Moduls charakterisiert, sowie optional zusätzliche Informationen, einschließlich Informationen über das Hochfahren, Fehlerinformationen, Informationen über den Bereitschaftszustand und Informationen über einen Besetzt-Zustand, enthält.
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Ein solcher Frame kann zum Austausch von Informationen mit anderen regulären Modulen und/oder mit dem Kommunikationsmodul verwendet werden. Ein solcher Frame kann auch zum Senden oder Empfangen der jeweiligen Wiederholungsfrequenz verwendet werden.
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Gemäß einem Aspekt wird ein Fehlersignal erzeugt, wenn sich ein reguläres Modul in einem Modus befindet, in dem es häufig einen Kommunikationsframe mit seiner individuellen Wiederholungsfrequenz senden sollte, das reguläre Modul jedoch um eine vorgegebene Mindesttoleranzfrequenz vom Senden eines Kommunikationsframes mit seiner individuellen Wiederholungsfrequenz abweicht. Bei einem solchen regulären Modus könnte es sich um einen Testmodus oder einen Reaktivitätstestmodus handeln, bei dem die Kommunikation darauf ausgerichtet ist, zu prüfen, ob das betreffende reguläre Modul fehler- oder störungsfrei ist.
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Um dies zu überprüfen, kann eine Mindesttoleranzfrequenz vorgegeben werden, die in einem Bereich von 10% bis 50% der Wiederholungsfrequenz liegen kann. Weicht das reguläre Modul vom Senden eines Kommunikationsframes mit dieser Wiederholungsfrequenz ab, wird ein Fehler angezeigt. Ein solcher Fehler wird angezeigt, wenn die Wiederholungsfrequenz um die vorgegebene Mindesttoleranzfrequenz abweicht. Oft ist es jedoch so, dass bei einer solchen Abweichung von der individuellen Wiederholungsfrequenz vielleicht gar keine Antwort gesendet wird. Zur besseren Programmierung eines solchen Prüfalgorithmus und zur sofortigen Erkennung einer solchen Störung kann jedoch die besagte Mindesttoleranzfrequenz verwendet werden.
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Zusätzlich oder alternativ wird zur Überprüfung der Reaktivität ein Testsignal an das zu prüfende reguläre Modul gesendet, und es wird ein Fehler angenommen, wenn die Antwort des regulären Moduls auf das Testsignal länger als eine Reaktionszeit dauert. Die Reaktionszeit kann durch einen inversen Wert der Wiederholungsfrequenz des geprüften regulären Moduls definiert werden. Der Fehler wird angenommen, wenn die Antwort um eine minimale Zeitspanne länger dauert als die Antwortzeit. In diesem Fall wird also auch ein Fehlersignal erzeugt. Diese Art der Prüfung ähnelt der ersten Möglichkeit, aber es wird direkt die Zeitverzögerung einer Antwort verglichen, und die berücksichtigte Mindestzeitverzögerung kann der umgekehrte Wert der vorgegebenen Mindesttoleranzfrequenz sein.
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Die minimale Zeitverzögerung kann im Bereich von 10 bis 30% des Kehrwerts der Wiederholungsfrequenz liegen.
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Erfindungsgemäß wird auch ein elektrochirurgischer Generator zur Steuerung elektrochirurgischer Instrumente vorgeschlagen, die mit dem elektrochirurgischen Generator verbunden sind, und der elektrochirurgische Generator umfasst
- - mehrere miteinander verbundene reguläre Module, wobei die mehreren miteinander verbundenen regulären Module Folgendes umfassen
- - mindestens ein Steckermodul zum Anschluss eines elektrochirurgischen Instruments und
- - mindestens ein erstes Wechselrichtermodul zur Erzeugung eines Speisesignals zur Bereitstellung einer Hochfrequenzenergie als Speisesignal für mindestens ein an das Steckermodul angeschlossenes elektrochirurgisches Instrument, wobei
- - jedes reguläre Modul dazu vorbereitet ist, dass es zumindest mit einem Kommunikationsmodul kommunizieren kann,
- - jedes reguläre Modul dazu vorbereitet ist, einen Kommunikationsframe mit einer individuellen Wiederholungsfrequenz zu senden und
- - die individuelle Wiederholungsfrequenz in Abhängigkeit von einem Zustand des elektrochirurgischen Generators variiert wird.
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Vorzugsweise ist der elektrochirurgische Generator geeignet, ein Verfahren gemäß einem der oben genannten Aspekte auszuführen.
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Dementsprechend arbeitet der elektrochirurgische Generator wie oben in Bezug auf alle Aspekte des Verfahrens zur Steuerung eines solchen elektrochirurgischen Generators erläutert. Zur Ausführung des Verfahrens durch den elektrochirurgischen Generator kann ein solches Verfahren in einem Steuermodul des elektrochirurgischen Generators implementiert werden. Ein solches Steuermodul kann das Kommunikationsmodul sein. Da jedoch viele Schritte auf verschiedenen Modulen des elektrochirurgischen Generators ausgeführt werden, können die entsprechenden Schritte auf den jeweiligen Modulen implementiert werden. Dementsprechend kann jedes reguläre Modul des elektrochirurgischen Generators ein Steuermodul haben, das auch eine Software oder ein mit dem regulären Modul verbundener Prozessor oder eine auf einem solchen Prozessor implementierte Software sein kann. Die jeweiligen Verfahrensschritte können auf dem jeweiligen regulären Modul oder dessen Steuermodul oder auf dem Kommunikationsmodul implementiert werden.
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Gemäß einem Aspekt umfasst der elektrochirurgische Generator außerdem ein Kommunikationsmodul zur Steuerung der Kommunikation mit den regulären Modulen, und/oder jedes reguläre Modul ist so ausgelegt, dass es häufig einen Kommunikationsframe mit seiner individuellen Wiederholungsfrequenz an das Kommunikationsmodul und/oder an ein anderes reguläres Modul sendet.
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Dementsprechend umfasst der elektrochirurgische Generator ein solches Kommunikationsmodul, das als zentrales Element zur Steuerung der Kommunikation mit den regulären Modulen verwendet werden kann, wie oben erläutert. Jedes reguläre Modul kann seine individuelle Wiederholungsfrequenz gespeichert haben und ist auf diese Weise in der Lage, häufig einen Kommunikationsframe mit seiner individuellen Wiederholungsfrequenz zu senden. Außerdem ist ein solches reguläres Modul insbesondere dazu geeignet, über ein Bussystem zu kommunizieren, und über dieses Bussystem kann der Kommunikationsframe mit seiner individuellen Wiederholungsfrequenz gesendet werden.
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Gemäß einem Aspekt umfasst die Mehrzahl der miteinander verbundenen regulären Module mindestens ein weiteres Modul aus der Liste, die definiert ist durch
- - ein Energieverteilungsmodul zur Steuerung der Energieversorgung von dem mindestens einen Wechselrichtermodul zu dem mindestens einen Steckermodul,
- - ein Anzeigemodul zur Darstellung von Informationen für einen Benutzer,
- - ein Eingabemodul zur Entgegennahme von Anforderungen durch den Benutzer und
- - mindestens ein zweites Wechselrichtermodul zur Erzeugung eines Speisesignals für die Bereitstellung einer Hochfrequenzenergie für mindestens ein elektrochirurgisches Instrument mit einer anderen Signalfrequenz als das erste Wechselrichtermodul.
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Zusätzlich oder alternativ dazu umfasst der elektrochirurgische Generator ein Überwachungsmodul zum Überwachen des ordnungsgemäßen Betriebs des Kommunikationsmoduls.
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Dementsprechend können alle genannten regulären Module ihre eigene Wiederholungsfrequenz haben, einige können aber auch eine ähnliche Wiederholungsfrequenz haben. Insbesondere das Anzeigemodul und das Eingabemodul können eine wesentlich geringere Wiederholungsfrequenz aufweisen, insbesondere mindestens 5- bis 10mal kleiner als die Wiederholungsfrequenz des ersten Wechselrichtermoduls, des zweiten Wechselrichtermoduls und/oderdes Steckermoduls. Auch das Energieverteilungsmodul kann eine hohe Wiederholungsfrequenz aufweisen, die der Wiederholungsfrequenz des ersten und/oder zweiten Wechselrichtermoduls und/oder des Steckermoduls entspricht.
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Das Überwachungsmodul kann eine hohe Wiederholungsfrequenz haben, insbesondere so hoch wie das erste Wechselrichtermodul, das zweite Wechselrichtermodul und/oder das Steckermodul
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die regulären Module und das Kommunikationsmodul über ein Bussystem, insbesondere ein serielles und/oder differentielles Bussystem, miteinander verbunden sind. Dementsprechend wird ein Kommunikationsnetzwerk innerhalb des elektrochirurgischen Generators unter Verwendung eines solchen Bussystems, insbesondere eines CAN-Bussystems, aufgebaut. Dies macht die Kommunikation resistent gegen Elektrosmog.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine konstante Heartbeat-Frequenz im Hinblick auf die unterschiedlichen Anforderungen der Module, insbesondere der regulären Module, unflexibel ist. Dementsprechend wurde die folgende, ebenfalls oben erläuterte, Lösung gefunden.
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Jedes reguläre Modul sendet einen eigenen Heartbeat mit einer eigenen Wiederholungsfrequenz. Die Wiederholungsfrequenz der Module kann unterschiedlich sein. Die Wiederholungsfrequenzen können in einer Startphase von dem Kommunikationsmodul, das auch als Zentralmodul bezeichnet werden kann, für jedes einzelne reguläre Modul übermittelt werden. Alternativ dazu hat jedes reguläre Modul seine eigene Wiederholungsfrequenz und teilt diese dem Kommunikationsmodul, d. h. dem Zentralmodul, mit.
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Ein solches Kommunikationsmodul überwacht also die anderen regulären Module, ob die HeartbeatFrequenz, d.h. die individuelle Wiederholungsfrequenz, vorgegebenen Werten entspricht. Ein zweites Modul, nämlich das Überwachungsmodul, überwacht das Zentralmodul. Das Zentralmodul kann andere reguläre Module anweisen, den Heartbeat mit einer höheren oder niedrigeren Frequenz zu senden.
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Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren beispielhaft erläutert.
- 1 zeigt einen elektrochirurgischen Generator in einer schematischen Darstellung.
- 2 veranschaulicht ein Steuerungskonzept zur Handhabung der Wiederholungsfrequenz.
- 3 veranschaulicht ein weiteres Kontrollkonzept für die Handhabung der Wiederholungsfrequenz.
- 4 veranschaulicht ein weiteres Steuerungskonzept zur Handhabung der Wiederholungsfrequenz.
- 5 veranschaulicht eine Prüfroutine und eine Belastungssituation des elektrochirurgischen Generators unter Verwendung eines Kommunikationsbusses.
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1 zeigt in schematischer Weise einen elektrochirurgischen Generator 100 mit einem Gehäuse 102, das durch eine dreifache Linie dargestellt ist. In dem Gehäuse 102 können ein erstes und ein zweites Steckermodul 104 und 106 sowie ein Eingabemodul 108 und ein Anzeigemodul 110 angebracht sein. Diese vier Module könnten also an einer Frontplatte des elektrochirurgischen Generators 100 im Gehäuse 102 angebracht sein.
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Diese vier Module sind reguläre Module. Es gibt weitere reguläre Module, d.h. ein erstes Wechselrichtermodul 112 und ein zweites Wechselrichtermodul 114 sowie ein Verteilungsmodul 116. Darüber hinaus gibt es ein Kommunikationsmodul 118 und ein Überwachungsmodul 120.
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Darüber hinaus gibt es eine Stromversorgung 122, die als Transformator dargestellt ist und einen elektrischen Stecker 124 hat.
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Zur Veranschaulichung werden Doppelleitungen, die Module oder andere Komponenten verbinden, als Symbol für elektrische Leitungen zur Energieübertragung verwendet, während Einzelleitungen Informationsleitungen sind und somit ein Kommunikationsnetz, insbesondere ein Bussystem, bilden können.
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Dementsprechend versorgt die Stromversorgung 122 alle Module direkt oder indirekt mit elektrischer Energie. Das Eingabemodul 108 und das Anzeigemodul 110 können ebenfalls mit elektrischer Energie versorgt werden, was hier aber nicht dargestellt wird, um die Figur nicht zu komplex zu machen.
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Das erste Wechselrichtermodul 112 kann ein Wechselrichtermodul sein, das ein entsprechendes elektrochirurgisches Instrument, das in das erste Steckermodul 104 eingesteckt werden kann, mit einem Ultraschall-Speisesignal versorgt. Das erste Wechselrichtermodul 112 versorgt somit das erste Steckermodul 104 direkt mit Energie, wenn es in Betrieb ist.
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Das zweite Wechselrichtermodul 114 kann ein elektrisches Hochfrequenz-Speisesignal bereitstellen, das über das Verteilungsmodul 116 gesteuert und zum zweiten Steckermodul 106 geleitet wird. In das zweite Steckermodul 106 kann ein anderes elektrochirurgisches Instrument eingesteckt werden.
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Zur Kommunikation steuert das Kommunikationsmodul 118 jedes der regulären Module, d.h. es steuert das erste und zweite Steckermodul 104 und 106, das Eingabemodul 108, das Anzeigemodul 110, das erste und zweite Wechselrichtermodul 112 und 114 und das Verteilungsmodul 116. Dies wird durch eine einzelne Leitung angezeigt, die jedes einzelne reguläre Modul mit dem Kommunikationsmodul 118 verbindet. Über diese einzelnen Leitungen, die im Wesentlichen das Kommunikationsnetz bilden, kann ein serielles Bussystem oder ein Teil davon, wie z. B. ein CAN-Bus, verwendet werden. Darüber hinaus gibt es auch eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Verteilungsmodul 116 und dem ersten und zweiten Wechselrichter 112 und 114. Diese Kommunikationsleitung ist jedoch möglicherweise nicht erforderlich, und jede Kommunikation zwischen diesen Modulen könnte auch über das Kommunikationsmodul 118 erfolgen.
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Dementsprechend verfügen alle diese regulären Module über eine Art Intelligenz, d. h. ein Steuermodul, das auf einem Prozessor auf jedem dieser regulären Module implementiert werden kann. Auf diese Weise sind alle diese regulären Module auch in der Lage, Signale zu senden, die ihren Status anzeigen, insbesondere, ob ein Fehler vorliegt oder nicht, und auch, ob sie in Betrieb oder im Standby sind.
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Um anzuzeigen, dass ein reguläres Modul nicht fehlerhaft ist, wird ein Heartbeat-Signal von jedem regulären Modul an das Kommunikationsmodul 118 gesendet. Bei einem solchen Heartbeat-Signal kann es sich um einen Datenframe handeln, der eine Knoten-ID, d. h. einen Identifizierungscode, der das jeweilige reguläre Modul identifiziert, und einen Modulstatus enthält. Der Modulstatus kann einfach „okay“ oder „nicht okay“ lauten. Es könnte auch eine Information darüber enthalten, ob sich das betreffende reguläre Modul im Bereitschaftszustand oder im Betrieb befindet, und möglicherweise könnte im Falle eines Fehlers auch ein entsprechender Fehlercode angegeben werden.
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Ein solcher Datenframe wird jedoch mit einer Wiederholungsfrequenz von jedem regulären Modul an das Kommunikationsmodul 118 gesendet. Jedes reguläre Modul kann eine individuelle Wiederholungsfrequenz haben und somit in Bezug auf ein anderes reguläres Modul eine unterschiedliche Wiederholungsfrequenz. Insbesondere kann die Wiederholungsfrequenz 2 Hz oder 12 Hz betragen. Natürlich können auch andere Werte verwendet werden, und möglicherweise gibt es auch mehr als zwei verschiedene Wiederholungsfrequenzen.
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Außerdem gibt es noch das Überwachungsmodul 120, das nur das Kommunikationsmodul 118 überwacht. Das Kommunikationsmodul 118 prüft für alle regulären Module, ob sie ordnungsgemäß arbeiten oder keinen Fehler haben, d.h. ob sie ein sogenanntes Heartbeat-Signal mit der Wiederholungsfrequenz senden und natürlich eine Information liefern, dass alles in Ordnung ist. Auf diese Weise werden alle regulären Module überprüft, ob sie ordnungsgemäß arbeiten.
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Nurdas Kommunikationsmodul prüft sich nicht selbst, da derelektrochirurgische Generator 100 eine hohe Sicherheitsanforderung erfüllen muss. Dementsprechend ist eine solche Überprüfung, ob die regulären Module ordnungsgemäß funktionieren, notwendig und zusätzlich sollte auch eine Redundanz gegeben sein, so dass dieses Überwachungsmodul 120 überprüft, ob das Kommunikationsmodul 118 ordnungsgemäß funktioniert. Dies kann auch in ähnlicher Weise wie bei den regulären Modulen erfolgen, d.h. das Kommunikationsmodul 118 kann ein Heartbeat-Signal an das Überwachungsmodul 120 senden. Das Überwachungsmodul prüft dann, ob dieses Heartbeat-Signal mit der erwarteten Wiederholungsfrequenz empfangen wird. Die Wiederholungsfrequenz des Überwachungsmoduls kann 10 Hz oder mehr betragen, insbesondere 12 Hz.
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2 veranschaulicht ein Steuerungskonzept zur Handhabung der Wiederholungsfrequenz. Dieses Diagramm zeigt einen Überwachungsknoten 202 und einen CAN-Knoten 204. Der Überwachungsknoten 202 stellt das Kommunikationsmodul 118 oder einen entsprechenden Knoten des Kommunikationsmoduls 118 dar. Der CAN-Knoten 204 zeigt an, dass ein CAN-Bussystem verwendet wird und der CAN-Knoten ein beliebiges reguläres Modul darstellt. Das heißt, es kann sich um ein beliebiges reguläres Modul der in 1 erläuterten regulären Module handeln, aber auch um andere reguläre Module.
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2 zeigt also, dass der Überwachungsknoten 202, also das Kommunikationsmodul 118, eine Wiederholungsfrequenz, die auch als Heartbeat-Frequenz bezeichnet werden kann, als Sollwert an den CAN-Knoten 204 und damit an ein reguläres Modul sendet. Der in 2 dargestellte Wert ist 12 Hz, könnte aber auch ein anderer Wert sein und auch zwischen den regulären Modulen, an die dieser Wert gesendet wird, variieren.
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Auf der Grundlage der vom Überwachungsknoten empfangenen Wiederholungsfrequenz sendet der CAN-Knoten 204 mit dieser Wiederholungsfrequenz einen Datenframe an den Überwachungsknoten 202. Dieser Datenframe wird durch die in 2 dargestellte Tabelle 206 veranschaulicht.
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Dementsprechend hat dieser Datenframe eine Knoten-ID und damit eine Identifikationsnummer des jeweiligen CAN-Knotens, also des regulären Moduls, und hat einen Modulstatus. Der Modulstatus könnte einfach ein OK oder ein Fehler sein, oder es könnte eine Angabe sein, ob das jeweilige reguläre Modul in Betrieb oder im Standby ist.
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Dementsprechend wird der in Tabelle 206 dargestellte Datenframe vom CAN-Knoten 204, also von einem regulären Modul, an den Überwachungsknoten 202, also an das Kommunikationsmodul, welches das Kommunikationsmodul 118 gemäß 1 sein könnte, gesendet. Wenn dieser Datenframe mit der Wiederholungsfrequenz gesendet wird und auch mindestens den Status „okay“ liefert, erkennt der Überwachungsknoten 202, dass in dem betreffenden regulären Modul kein Fehler vorliegt.
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3 ähnelt der 2 und zeigt ebenfalls einen Überwachungsknoten 302 und einen CAN-Knoten 304. Diese können grundsätzlich die gleichen sein wie der Überwachungsknoten 202 und der CAN-Knoten 204 nach 2. Der einzige Unterschied in diesem in 3 gezeigten Steuerungskonzept besteht im Grunde darin, dass der CAN-Knoten 304 und damit das reguläre Modul, das dieser CAN-Knoten 304 darstellt, bereits seine Wiederholungsfrequenz hat und diese Wiederholungsfrequenz an den Überwachungsknoten 302 sendet. Somit weiß der Überwachungsknoten 302, welche Wiederholungsfrequenz er zu erwarten hat.
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Darauf aufbauend funktioniert das Konzept wie in 2 dargestellt, d.h. der CAN-Knoten 304 sendet einen Datenframe mit der Wiederholungsfrequenz und der Datenframe wird in der Tabelle 306 dargestellt.
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Dementsprechend hat der Überwachungsknoten 304 keine Kontrolle über die Heartbeat-Frequenz. Der Knoten selbst, d. h. das reguläre Modul, meldet, in welcher Frequenz der Heartbeat-Frame gesendet wird. Dies hat den Vorteil, dass es eine modulspezifische Handhabung und Risiken gibt. Zum Beispiel muss eine gesendete Temperatur nicht sehr schnell überwacht werden, da Ausfälle nicht sofort zu kritischen Situationen führen würden. Es ist auch ein modularer Ansatz möglich. Das bedeutet, dass eine unabhängige Entwicklung jedes Moduls mit seiner eigenen Spezifikation möglich ist und dies eine Austauschbarkeit solcher Module ermöglicht. Ein Vorteil könnte jedoch sein, dass keine zentrale Steuerung einer Überbuslast möglich ist.
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Ein weiteres Steuerungskonzept zur Handhabung der Wiederholungsfrequenz ist in 4 dargestellt. In 4 sind ebenfalls ein Überwachungsknoten 402 und ein CAN-Knoten 404 dargestellt.
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Nach diesem Konzept sendet weder der Überwachungsknoten eine Wiederholungsfrequenz an den CAN-Knoten noch sendet der CAN-Knoten seine Wiederholungsfrequenz an den Überwachungsknoten. Stattdessen hängt die Wiederholungsfrequenz von einem Zustand des elektrochirurgischen Generators ab, d.h. ob er sich in Aktivierung oder in Bereitschaft befindet. Diesen verschiedenen Zuständen sind unterschiedliche Wiederholungsfrequenzen zugeordnet. Im gegebenen Beispiel sind es 12 Hz für die Aktivierung und 2 Hz für den Standby-Zustand. Dies ist in der ersten Lookup-Tabelle408 dargestellt.
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Daraufhin sendet der CAN-Knoten 404 einen Datenframe mit der Wiederholungsfrequenz an den Überwachungsnoten 402. Die allgemeine Funktion dieser beiden Knoten und was sie repräsentieren, wird in den 2 und 3 erläutert. Demnach ist der CAN-Knoten 404 repräsentativ für ein beliebiges reguläres Modul und der Überwachungsknoten 402 repräsentativ für das Kommunikationsmodul. Der übermittelte Datenframe wird auch durch die Tabelle 406 veranschaulicht, die in Bezug auf die Tabelle 206 in 2 erläutert wurde.
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Die verwendete Wiederholungsfrequenz hängt jedoch von der ersten Lookup-Tabelle 408 ab, und dementsprechend wird der durch die Tabelle 406 dargestellte Datenframe mit einer Wiederholungsfrequenz von 2 Hz gesendet, wenn sich der Generator im Standby-Modus befindet, und mit einer Wiederholungsfrequenz von 12 Hz, wenn sich der Generator in einem Aktivierungszustand befindet.
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Der Überwachungsknoten 402 verfügt über eine zweite Lookup-Tabelle 410. In dieser zweiten Nachschlagetabelle 410 wird die erwartete Heartbeat-Frequenz und damit die erwartete Wiederholungsfrequenz festgehalten. Die erwartete Heartbeat-Frequenz gemäß der zweiten Lookup-Tabelle 410 entspricht somit der vorgegebenen Heartbeat-Frequenz gemäß der ersten Lookup-Tabelle 408.
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Daher prüft der Überwachungsknoten 402, ob der CAN-Knoten 404 den Datenframe gemäß Tabelle 406 mit der richtigen Wiederholungsfrequenz, d.h. der richtigen Heartbeat-Frequenz gemäß seiner zweiten Nachschlage-Tabelle 410, sendet.
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Um 4 zusammenzufassen, verfügen die Module über eine Lookup-Tabelle für die Heartbeat-Frequenzen pro Modul. Es gibt zwei Varianten:
- - die Lookup-Tabelle ist zwischen allen Modulen festgelegt. Dementsprechend handelt es sich um eine feste und spezifizierte Tabelle, die auf allen Knotenpunkten gleich ist. Alle Betriebsarten sind global gleich. Insbesondere kann der Modus oder Status aktiviert und standby sein.
- - die Nachschlage-Tabelle wird z. B. während des Hochfahrvorgangs mit modulspezifischen Parametern übermittelt.
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Diese Tabelle ist die Verbindung zwischen der Heartbeat-Frequenz und dem Betriebsmodus des Moduls. Der Betriebsmodus kann sein:
- - Basierend auf dem globalen Systemstatus, z.B. der Generator ist im Aktivierungsmodus oder im Standby.
- - Modulabhängig, z.B. das Gerät ist gerade nicht angeschlossen, daher kann die Wiederholungsfrequenz, d.h. die Heartbeat-Frequenz, reduziert werden.
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Die Vorteile sind wie in den 2 und 3 erläutert. Außerdem kann eine sehr granulare Auswahl der Überwachungszeit programmiert werden. Es ist auch ein modularer Ansatz möglich. D.h. es ist eine unabhängige Entwicklung jedes Moduls mit einer eigenen Spezifikation möglich, was eine Austauschbarkeit ermöglicht. Ein kleiner Nachteil könnte darin bestehen, dass die Lookup-Tabelle Speicherplatz und Verwaltung durch den Überwachungsknoten benötigt und dass die Implementierung im Vergleich zu den anderen oben erläuterten Möglichkeiten komplexer sein könnte.
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5 veranschaulicht eine Prüfroutine und eine Belastungssituation des elektrochirurgischen Generators unter Verwendung eines Kommunikationsbusses. Sie zeigt ein Bussystem 500 mit einem gemeinsamen Kommunikationsbus, d. h. einem Bus 502, an den ein Kommunikationsmodul 504 und drei reguläre Module 506, 508 und 510 angeschlossen sind. Die Kommunikation und die dargestellte Überprüfung, ob eines der regulären Module fehlerfrei ist, wird vom Kommunikationsmodul 504 koordiniert. Das Kommunikationsmodul 504 kann auch als zentraler Knotenpunkt bezeichnet werden. Dieses Kommunikationsmodul empfängt häufig Informationssignale von diesen drei regulären Modulen und natürlich auch von weiteren Modulen, falls vorhanden. In dieser Darstellung wird davon ausgegangen, dass das Kommunikationsmodul von jedem regulären Modul erwartet, dass es innerhalb einer Wiederholungszeit von 40 ms antwortet oder Datenframes sendet. Dementsprechend prüft es, ob es von jedem regulären Modul 506, 508 und 510 innerhalb dieser Wiederholungszeit von 40 ms Nachrichten empfängt.
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Dabei wird davon ausgegangen, dass das erste reguläre Modul 506 seine Nachricht innerhalb von 10 ms nach seiner letzten Nachricht sendet. Diese 10 ms liegen also innerhalb der maximalen Wiederholungszeit von 40 ms.
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Das zweite reguläre Modul 508 sendet seine Nachricht innerhalb von 30 ms nach der letzten Nachricht und liegt damit ebenfalls innerhalb des Grenzwertes von 40 ms für die Wiederholungszeit.
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Das dritte reguläre Modul, das auch stellvertretend für alle weiteren regulären Module stehen kann, sendet seine Nachricht jedoch nach 100 ms. Dementsprechend sind diese 100 ms größer als die Wiederholzeit von 40 ms, die somit eine maximale Wiederholzeit von 40 ms darstellt. Dementsprechend wurde für das dritte reguläre Modul 510 ein Fehler erkannt und dementsprechend werden im nächsten Schritt Fehlersignale oder Sicherheitsmaßnahmen erfolgen.
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Als Background der Erfindung wurde auch festgestellt, dass in einem verteilten System mit mehreren Hardware- und Softwarekomponenten, die miteinander kommunizieren, die Integrität des Gesamtsystems gewährleistet sein muss. Wenn kritische Komponenten ausfallen, können die Systemsicherheit oder kritische Funktionen nicht gewährleistet werden.
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Daher kann jede Komponente eines Generators Mechanismen enthalten, um zu überwachen, dass jede Software- und Hardwarekomponente ordnungsgemäß arbeitet und mit einer bestimmten Ausgabe reagiert.
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Im Prinzip empfängt ein Überwachungs-System in regelmäßigen Abständen eine Nachricht von einer Komponente, d. h. einem regulären Modul, wobei es sich um einen Heartbeat, ein Hardwaresignal oder eine digitale Nachricht handeln könnte. Wird die Nachricht nicht innerhalb eines bestimmten Zeitframes empfangen, der mit Hilfe einer Zeitüberschreitung überwacht (hier: monitored) werden könnte, geht die Aufsichtsbehörde davon aus, dass das System blockiert ist und weitere Maßnahmen ergreifen muss, um zu einem stabilen Systemzustand zurückzukehren. Dies kann ein System-Reset oder eine Fehlerbehandlung sein.
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Im gegenwärtigen System nutzen die Softwarekomponenten (genannt „Tasks“) dieses System. Jeder Task sendet eine Nachricht an den Systemüberwacher, der im Kommunikationsmodul implementiert sein könnte und als Task- Überwacher bezeichnet werden könnte. Diese Nachrichten könnten mindestens alle 60 ms gesendet werden. Wenn ein Task in dem vorgegebenen Zeitframe keine Nachricht sendet, wird das System neu gestartet. Eine externe Watchdog-Schaltung überwacht den Task-Überwacher und die CPU. Setzt der Task-Überwacher den externen Watchdog nicht zurück, kann ein Hardware-Reset der CPU ausgelöst werden.
