DE69734202T2 - Universelles chirurgisches steuerungssystem und schaltschnittstelle - Google Patents

Universelles chirurgisches steuerungssystem und schaltschnittstelle Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Steuerungssysteme. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Schnittstelle, die die Steuerung mehrerer medizinischer Einrichtungen von einer Eingabeeinrichtung, wie zum Beispiel einem Fußpedal, gestattet.
  • 2. BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
  • Viele medizinische Verfahren werden mit mehreren Instrumenten ausgeführt. Zum Beispiel werden einige laparoskopische Verfahren unter Verwendung eines von Computer Motion, Inc. aus Goleta, Kalifornien, hergestellten Roboterarmsystems zum Halten und Bewegen eines Endoskops ausgeführt. Der Chirurg kann außerdem einen Laser zum Schneiden von Gewebe und eine Elektrokauterisationseinrichtung bzw. einen Elektrokauter zum Kauterisieren des Gewebes verwenden. Jedes Instrument weist eine eigene Steuerkonsole oder ein Fußpedal zum Bedienen der Einrichtung auf. Der Chirurg muss deshalb ein Fußpedal zum Bewegen des Roboterarms und des Endoskops drücken, ein anderes Fußpedal zum Ansteuern der Elektrokauterisationseinrichtung drücken und noch eine weitere Eingabeeinrichtung zum Einschalten des Lasers betätigen. Das Bedienen mehrerer Eingabeeinrichtungen kann den Chirurgen ablenken und dadurch die Effizienz und Sicherheit der Ausführung des Verfahrens reduzieren. Deshalb wäre die Bereitzustellung einer Schnittstelle wünschenswert, die dem Chirurgen die Auswahl und Steuerung mehrerer medizinischer Einrichtungen ausgehend von einer einzigen Eingabeeinrichtung gestatten würde.
  • Zusätzlich ist auch die Bereitstellung einer Schnittstelle wünschenswert, die dem Chirurgen die sich gegenseitig aus schließende Auswahl und Steuerung mehrerer medizinischer Einrichtungen von einer Eingabeeinrichtung gestatten würde.
  • Ein Beispiel eines mit dem Fuß bedienten Steuerungssystems des Standes der Technik für eine Multifunktionseinrichtung ist im US-Patent Nr. US-A-5422,521 (Neer et al) beschrieben. Es beschreibt eine Fußpedaleingabeeinrichtung, die durch den Fuß eines Bedieners zur Erzeugung von Auswahl- und Ansteuerungssignalen zur Steuerung einer Multifunktionseinrichtung betätigt wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine, eine Eingabeeinrichtung mit einer ersten medizinischen Vorrichtung und einer zweiten medizinischen Vorrichtung koppelnde Schnittstelle bereit, wie sie im Wesentlichen nachstehend beschrieben und in den beigefügten Ansprüchen dargelegt wird.
  • Die Schnittstelle gestattet einem Chirurgen die Bedienung mehrerer medizinischer Einrichtungen von einer einzigen Eingabeeinrichtung. Die Eingabeeinrichtung kann ein Fußpedal sein, das Ausgangssignale zur Ansteuerung einer Anzahl verschiedener medizinischer Einrichtungen bereitstellt. Die medizinischen Einrichtungen können ein Roboterarmsystem, einen Laser, eine Elektrokauterisationseinrichtung oder einen Operationstisch umfassen. Die Schnittstelle weist einen mit der Eingabeeinrichtung gekoppelten Eingangskanal und eine Mehrzahl von mit den medizinischen Einrichtungen gekoppelten Ausgangskanälen auf. Die Schnittstelle weist auch einen Auswahlkanal auf, der Eingabebefehle empfangen und den Eingangskanal entsprechend zwischen einem der Ausgangskanäle umschalten kann. Der Auswahlkanal kann mit einer Sprachschnittstelle gekoppelt sein, die dem Chirurgen die Auswahl einer der medizinischen Einrichtungen mit einem Sprachbefehl gestattet. Der Chirurg kann dann nach der Bereitstellung eines Eingabe- oder Umschaltbefehls, der den Eingangskanal zum gewünschten Ausgangskanal umschaltet und dadurch die Eingabeeinrichtung mit der gewünschten medizi nischen Einrichtung verbindet, eine bestimmte Einrichtung bedienen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden den Fachleuten nach der Durchsicht der nachstehenden detaillierten Beschreibung und beigefügten Zeichnungen leicht ersichtlich werden, in denen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Steuerungssystems und einer Schnittstelle gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Auf die Zeichnungen wird insbesondere durch Bezugsziffern Bezug genommen. 1 zeigt ein medizinisches System 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das System 10 gestattet einem Chirurgen die Bedienung einer Anzahl verschiedener medizinischer Einrichtungen 12, 14, 16 und 18 ausgehend von einer einzigen Eingabeeinrichtung 20. Die Bereitstellung einer einzigen Eingabeeinrichtung reduziert die Komplexität der Bedienung der verschiedenen Einrichtungen und verbessert die Effizienz eines von einem Chirurgen ausgeführten, medizinischen Verfahrens.
  • Die medizinische Einrichtung 12 kann ein Roboterarm sein, der ein medizinisches Instrument halten und bewegen kann. Der Arm 12 kann eine Einrichtung sein, wie sie zum Beispiel von Computer Motion, Inc. aus Goleta, Kalifornien, unter dem Markenzeichen AESOP verkauft wird. Der Arm 12 wird allgemein zum Halten und Bewegen eines Endoskops im Inneren eines Patienten verwendet. Das System der vorliegenden Erfindung gestattet dem Chirurgen die Steuerung des Betriebes des Roboterarms 12 durch die Eingabeeinrichtung 20.
  • Die medizinische Einrichtung 14 kann eine Elektrokauterisationseinrichtung sein. Elektrokauterisationseinrichtungen weisen üblicherweise ein bipolares Endstück auf, das einen Gewebe erwärmenden und denaturierenden Strom führt. Die Ein richtung ist üblicherweise mit einem Ein-Aus-Schalter zur Ansteuerung der Einrichtung und zur Erwärmung des Gewebes gekoppelt. Die Elektrokauterisationseinrichtung kann auch zur Änderung ihrer Leistungsabgabe Steuersignale empfangen. Das System 10 der vorliegenden Erfindung gestattet dem Chirurgen die Steuerung des Betriebes der Elektrokauterisationseinrichtung über die Eingabeeinrichtung 20.
  • Die medizinische Einrichtung 16 kann ein Laser sein. Der Laser kann durch einen Ein-Aus-Schalter angesteuert werden. Zusätzlich kann die Energie des Lasers 16 durch Steuersignale gesteuert werden. Das System 10 der vorliegenden Erfindung gestattet dem Chirurgen die Steuerung des Betriebs des Lasers 16 durch die Eingabeeinrichtung 20.
  • Die Einrichtung 18 kann ein Operationstisch sein. Der Operationstisch 18 kann zur Einstellung der Position des Tisches Motoren und Mechanismen enthalten. Die vorliegende Erfindung gestattet dem Chirurgen die Steuerung der Position des Tisches 18 durch die Eingabeeinrichtung 20. Obwohl vier medizinische Einrichtungen 12, 14, 16 und 18 beschrieben wurden, sollte verstanden werden, dass andere Funktionen innerhalb des Operationssaals über die Eingabeeinrichtung 20 gesteuert werden können. Als Beispiel kann das System 10 dem Chirurgen die Steuerung der Beleuchtung und Temperatur des Operationssaals durch die Eingabeeinrichtung 20 gestatten.
  • Die Eingabeeinrichtung 20 kann ein Fußpedal sein, das eine Mehrzahl von durch den Chirurgen drückbaren Tasten 22, 24, 26, 28 und 30 aufweist. Jede Taste ist üblicherweise einem bestimmten Steuerbefehl einer medizinischen Einrichtung zugeordnet. Wenn zum Beispiel die Eingabeeinrichtung 20 den Roboterarm 12 steuert, kann das Drücken der Taste 22 den Arm in eine Richtung bewegen und das Drücken der Taste 26 kann den Arm in die entgegengesetzte Richtung bewegen. Wenn die Elektrokauterisationseinrichtung 14 oder der Laser 16 mit der Eingabeeinrichtung 20 gekoppelt sind, kann in ähnlicher weise das Drücken der Taste 30 die Einrichtung einschalten und so weiter und so fort. Obwohl ein Fußpedal gezeigt und beschrieben wurde, sollte verstanden werden, dass die Eingabeeinrichtung 20 eine Handsteuereinrichtung, eine Sprachbefehle vom Chirurgen annehmende Sprachschnittstelle, ein Cantilevr- bzw. Auslegerpedal oder eine andere, auf dem Gebiet der Steuerung medizinischer Einrichtungen bekannte Eingabeeinrichtung sein kann.
  • Das System 10 weist eine Umschaltschnittstelle 40 auf, die die Eingabeeinrichtung 20 mit den medizinischen Einrichtungen 12, 14, 16 und 18 koppelt. Die Schnittstelle 40 weist einen durch den Bus 44 mit der Eingabeeinrichtung 20 verbundenen Eingangskanal 42 auf. Die Schnittstelle 40 weist auch eine Mehrzahl von Ausgangskanälen 46, 48, 50 und 52 auf, die durch die Busse 54, 56, 58, 60, 94, 96, 98 mit den medizinischen Einrichtungen gekoppelt sind und die in elektrischer Verbindung und zwischen ihnen angeordnete Adapter oder Steuereinrichtungen aufweisen können. Derartige Adapter und Steuereinrichtungen werden hier nachstehend ausführlicher behandelt werden.
  • Da jede Einrichtung 12, 14, 16, 18 für einen ordnungsgemä-ßen Betrieb speziell konfigurierte Steuersignale erfordern kann, können die Adapter 90, 92 oder eine Steuereinrichtung 88 dazwischen und in elektrischer Verbindung mit einem bestimmten Ausgangskanal und einer bestimmten medizinischen Einrichtung angeordnet werden. Im Fall des Roboterarmsystems 12 ist kein Adapter erforderlich und daher kann das Roboterarmsystem 13 in direkter Verbindung mit einem bestimmten Ausgangskanal stehen. Die Schnittstelle 40 koppelt den Eingangskanal 42 mit einem der Ausgangskanäle 46, 48, 50 und 52.
  • Die Schnittstelle 40 weist einen Auswahlkanal 62 auf, der den Eingangskanal 42 auf einen anderen Ausgangskanal 46, 48, 50 oder 52 umschalten kann, so dass die Eingabeeinrichtung 20 eine beliebige der medizinischen Einrichtungen steuern kann. Die Schnittstelle 40 kann eine als integrierte Schaltung gestaltete und in einer ASIC angeordnete Multiplexer-Schaltung sein. Alternativ kann die Schnittstelle 40 aus einer Mehrzahl von mit dem Auswahlkanal durch eine Logikschaltung gekoppelten, elektromagnetisch angesteuerten Relais bestehen. Die Schnittstelle 40 schaltet als Antwort auf ein Eingangssignal oder ein Umschaltsignal auf dem Auswahlkanal 62 auf einen bestimmten Ausgangskanal um.
  • Wie in 1 anschaulich dargestellt ist, kann es mehrere Eingaben auf den Auswahlkanal 62 geben. Derartige Eingaben stammen vom Fußpedal 20, der Sprachschnittstelle 70 und der CPU 72. Die Schnittstelle 40 kann eine Multiplexereinheit aufweisen, so dass jeweils nur ein Umschaltsignal am Auswahlkanal 62 empfangen werden kann. Auf diese Weise werden wesentliche Hardwarekonflikte sicher vermieden. Die Priorisierung der Eingabeeinrichtungen kann so konfiguriert werden, dass das Fußpedal die höchste Priorität hat, gefolgt von der Sprachschnittstelle und der CPU. Dies ist zum Beispiel dafür vorgesehen, dass das Priorisierungsschema zur Sicherstellung des effizientesten Systems eingesetzt werden kann. Daher können andere Priorisierungsschemata eingesetzt werden. Der Auswahlkanal 62 kann den Eingangskanal jedes Mal mit einem der Ausgabekanäle sequentiell verbinden, wenn dem Auswahlkanal 62 ein Umschaltsignal bereitgestellt wird. Alternativ kann der Auswahlkanal 62 adressierbar sein, so dass die Schnittstelle 40 den Eingangskanal bei einer Bereitstellung einer Adresse an den Auswahlkanal 62 mit einem bestimmten Ausgangskanal verbindet. Eine derartige Adressierung ist auf dem Gebiet der elektrischen Schalter bekannt.
  • Der Auswahlkanal 62 kann durch die Leitung 64 mit einer fest zugeordneten Taste 66 auf dem Fußpedal 20 verbunden sein. Der Chirurg kann durch ein Drücken der Taste 66 die medizinischen Einrichtungen umschalten. Alternativ kann der Auswahlkanal 62 durch die Leitung 68 mit einer Sprachschnittstelle 70 gekoppelt sein, die dem Chirurgen das Umschalten medizinischer Einrichtungen mit Sprachbefehlen gestattet.
  • Das System 10 kann eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 72 aufweisen, die Eingangssignale von der Eingabeeinrichtung 20 über die Schnittstelle 40 und den Bus 55 empfängt. Die CPU 72 empfängt die Eingangssignale und kann sicherstellen, dass keine unzulässigen Befehle in die Steuereinrichtung eingegeben werden. Wenn dies auftritt, kann die CPU 72 dementsprechend entweder durch das Senden eines anderen Umschaltsi gnals an den Auswahlkanal 62 oder durch eine Alarmierung des Chirurgen über einen Videobildschirm oder einen Lautsprecher antworten.
  • Die CPU 72 kann auch Ausgabebefehle für den Auswahlkanal 62 auf dem Bus 76 bereitstellen und Eingabebefehle von der Sprachschnittstelle 70 auf dem gleichen bidirektionalen Bus 76 empfangen. Die CPU 72 kann durch die Busse 84 beziehungsweise 86 mit einem Bildschirm 80 und/oder einem Lautsprecher 82 gekoppelt sein. Der Bildschirm 80 kann eine visuelle Anzeige, welche medizinische Einrichtung mit der Eingabeeinrichtung 20 gekoppelt ist, bereitstellen. Der Bildschirm kann auch eine Befehlsübersicht der von dem Chirurgen entweder über die Sprachschnittstelle 70 oder die Taste 66 auswählbaren Befehle bereitstellen. Alternativ könnte der Chirurg durch die Auswahl eines Befehls über eine graphische Benutzeroberfläche zu einer medizinischen Einrichtung umschalten. Der Bildschirm 80 kann auch Informationen bereitstellen, die zu einer bestimmten medizinischen Einrichtung 12, 14, 16, 18 gesendete und durch die CPU 72 erkannte, unzulässige Steuersignale betreffen. Jede Einrichtung 12, 14, 16, 18 weist einen bestimmten, geeigneten Betriebsbereich auf, der dem ausgebildeten Fachmann bekannt ist. Daher kann die CPU 72 so programmiert werden, daß sie erkennt, wann die angeforderte Operation von der Eingabeeinrichtung 20 ungeeignet ist und dann den Chirurgen entweder visuell über den Bildschirm 80 oder hörbar über den Lautsprecher 82 alarmieren. Der Lautsprecher 82 kann auch eine Audiomeldung, welche medizinische Einrichtung mit der Eingabeeinrichtung 20 gekoppelt ist, bereitstellen.
  • Das System 10 kann eine Steuereinrichtung 88 umfassen, die die Eingangssignale von der Eingabeeinrichtung 20 empfängt und die entsprechenden Ausgangssignale zur Steuerung des Operationstisches 18 bereitstellt. Ebenso kann das System die Adapter 90 und 92 aufweisen, die eine Schnittstelle zwischen der Eingabeeinrichtung 20 und den bestimmten, mit dem System verbundenen medizinischen Instrumenten bereitstellt.
  • Im Betrieb koppelt die Schnittstelle 40 zu Beginn die Eingabeeinrichtung 20 mit einer der medizinischen Einrichtungen.
  • Der Chirurg kann durch die Erzeugung eines dem Auswahlkanal 62 bereitgestellten Eingabebefehls eine andere medizinische Einrichtung steuern. Der Eingabebefehl schaltet die Schnittstelle 40 so um, dass die Eingabeeinrichtung 20 mit einem anderen Ausgabekanal und der entsprechenden medizinischen Einrichtung oder Adapter gekoppelt wird. Folglich wird eine Schnittstelle 40 bereitgestellt, die dem Chirurgen die Auswahl, Bedienung und Steuerung einer Mehrzahl verschiedener medizinischer Einrichtungen durch eine gemeinsame Eingabeeinrichtung 20 gestattet.
  • Es sollte klar sein, dass obwohl bestimmte beispielhafte Ausführungsbeispiele beschrieben und in den beigefügten Zeichnungen gezeigt wurden, derartige Ausführungsbeispiele lediglich eine Veranschaulichung und keine Beschränkung der weit reichenden Erfindung sind und dass diese Erfindung nicht auf die gezeigten und beschriebenen, speziellen Gestaltungen und Anordnungen begrenzt ist, da dem Fachmann verschiedene andere Modifikationen einfallen können.

Claims (16)

  1. Eine eine Eingabeeinrichtung mit einer ersten medizinischen Vorrichtung und einer zweiten medizinischen Vorrichtung koppelnde Schnittstelle, mit: einer Schnittstelle (40), die einen mit der Eingabeeinrichtung (20) gekoppelten ersten Eingangskanal (42), einen mit der ersten medizinischen Vorrichtung (12) gekoppelten ersten Ausgangskanal (46) und einen mit der zweiten medizinischen Vorrichtung (18) gekoppelten zweiten Ausgangskanal (48) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß: die Schnittstelle (40) einen Auswahlkanal (62) zum Empfang eines Umschaltsignals als Antwort auf einen Sprachbefehl eines Chirurgen aufweist, wobei die Schnittstelle den ersten Eingangskanal (42) zwischen dem ersten Ausgangskanal (46) und dem zweiten Ausgangskanal (48) als Antwort auf das Umschaltsignal umschaltet.
  2. Die Schnittstelle nach Anspruch 1, wobei die Schnittstelle einen Multiplexer enthält.
  3. Die Schnittstelle nach Anspruch 1, wobei die Eingabeeinrichtung (20) eine Sprachschnittstelle aufweist, die Sprachbefehle von einem Chirurgen empfängt und Befehlssignale derart an den Eingangskanal (42) liefert, daß die Schnittstelle (40) die Befehlssignale in Abhängigkeit von dem Umschaltsignal an die erste medizinische Vorrichtung (12) oder die zweite medizinische Vorrichtung (18) leitet.
  4. Die Schnittstelle nach Anspruch 1, ferner mit einer Sprachschnittstelle, welche Sprachbefehle von einem Chirurgen empfängt und ein Kanaladreßsignal an den Auswahlkanal liefert, um eine spezielle medizinische Vorrichtung auszuwählen.
  5. Ein medizinisches System mit einer Schnittstelle nach Anspruch 1 und mit: der ersten medizinischen Vorrichtung (12), der zweiten medizinischen Vorrichtung (18), der eine Sprachschnittstelle zum Empfang von Sprachsignalen von einem Chirurgen aufweisenden Eingabeeinrichtung (20), wobei die Eingabeeinrichtung der ersten medizinischen Vorrichtung (12) oder der zweiten medizinischen Vorrichtung (18) ein Steuersignal liefert; und wobei der Auswahlkanal (62) den ersten Eingangskanal (42) zwischen dem ersten Ausgangskanal (46) und dem zweiten Ausgangskanal (48) umschaltet.
  6. Das medizinische System nach Anspruch 5, wobei die Eingabeeinrichtung (20) ein Fußpedal enthält.
  7. Das medizinische System nach Anspruch 6, wobei das Fußpedal mit dem Auswahlkanal (62) der Schnittstelle gekoppelt ist.
  8. Das medizinische System nach Anspruch 5, wobei der Auswahlkanal (62) der Schnittstelle (40) ein Kanaladreßsignal als Antwort auf einen Auswahlkanalsprachbefehl empfängt.
  9. Das medizinische System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste medizinische Vorrichtung ein Elektrokauterisationsgerät ist.
  10. Das medizinische System nach einem der Ansprüche 1–8, wobei die erste medizinische Vorrichtung ein Roboterarm ist.
  11. Das medizinische System nach einem der Ansprüche 1–8, wobei die erste medizinische Vorrichtung (12) ein Laser ist:
  12. Das medizinische System nach einem der Ansprüche 1–11, wobei die zweite medizinische Vorrichtung (18) ein Operationstisch ist.
  13. Das medizinische System nach einem der Ansprüche 1–11, ferner mit einem Operationstisch (18), der mit einem dritten Ausgangskanal der Schnittstelle gekoppelt ist.
  14. Das medizinische System nach einem der Ansprüche 1–11, ferner mit einem dritten Ausgangskanal und einem vierten Ausgangskanal der Schnittstelle, wobei die Steuersignale in Abhängigkeit von dem Schaltkanal zu einem ausgewählten der Ausgangskanäle geleitet werden.
  15. Das medizinische System nach einem der Ansprüche 1–12, ferner mit einem Monitor (80), wobei der Monitor (80) eine visuelle Anzeige darüber bereitstellt, welche medizinische Vorrichtung mit der Eingabeeinrichtung (20) gekoppelt ist und ein Menü von Befehlen bereitstellt, die ausgewählt werden können.
  16. Ein Verfahren zum Betreiben einer ersten medizinischen Vorrichtung und einer zweiten medizinischen Vorrichtung ausgehend von einer Eingabeeinrichtung (20), das die Schritte aufweist: a) daß eine Schnittstelle (40) bereitgestellt wird, die einen mit der Eingabeeinrichtung (20) gekoppelten ersten Eingangskanal (42), einen mit der ersten medizinischen Vorrichtung (12) gekoppelten ersten Ausgangskanal (46) und einen mit der zweiten medizinischen Vorrichtung (18) gekoppelten zweiten Ausgangskanal (48) aufweist; dadurch gekennzeichnet, daß: b) die Schnittstelle (40) als Antwort auf ein Ersten-Kanal-Adressier-Befehlssignal von einer Sprachschnittstelle (70) so geschaltet wird, daß der erste Eingangskanal (42) mit dem ersten Ausgangskanal (46) gekoppelt wird; und c) daß die Schnittstelle (40) als Antwort auf ein Zweiten-Kanal-Adressier-Befehlssignal von der Sprachschnittstelle (70) so geschaltet wird, daß der erste Eingangskanal (42) mit dem zweiten Ausgangskanal (48) gekoppelt wird.
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