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CN106663141B - 用于医疗设备的控制装置 - Google Patents

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CN106663141B
CN106663141B CN201580035810.3A CN201580035810A CN106663141B CN 106663141 B CN106663141 B CN 106663141B CN 201580035810 A CN201580035810 A CN 201580035810A CN 106663141 B CN106663141 B CN 106663141B
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Abstract

本发明涉及一种用于医疗设备的控制装置(2)，其包括用于三维地检测对象(8)的至少一个传感器(5)，对象被设计为允许作为其定向的结果用于要被检测的方向的矢量(10)，对象(8)被指向目标区域，且矢量(10)与该目标区域表面形成交叉点。控制装置(2)适于识别交叉点位于其中的目标区域，以及适于使用所述医疗设备来启动针对目标区域预确定动作。

Description

用于医疗设备的控制装置
技术领域
本发明涉及一种用于医疗设备的控制装置，尤其涉及一种控制装置，通过该控制装置无接触操作医疗设备是可能的。
背景技术
已知的是，例如手术台或手术灯的医疗设备在设备自身处、在墙壁上的控制面板处、或在远程控制器处被操作。此外，操作者必须处于这些操作元件的附近。而且，外科医生自己不能操作该设备，这是因为操作元件通常位于无菌区外，并且外科医生通过接触该操作元件将变得有菌。
因此，增强的协同努力对操作该装置是必要的。第一，操作者不得不被外科医生呼叫，他不得不靠近操作元件或找到远程控制器，根据情形，检查操作元件相对于该设备的定向，以开启或停止，以及根据情形校正动作。
发明内容
基于该目的本发明要改进上述缺点，以及提供一种用于医疗设备的控制装置，其允许医疗设备的无接触的简单的操作，从而外科医生可自己操作该设备而不会变得有菌。
该目的由根据权利要求1的控制装置以及根据权利要求15的用于控制医疗设备的方法来实现。
通过根据本发明的控制装置，检测例如外科医生的手指的对象及对象的方向成为可能。借助于传感器，检测致动医疗设备的要被启动的元件成为可能，对象被定向，其中，执行元件的预定动作。由此，医疗设备的无接触操作成为可能，并且也能实现医疗设备的直观操作。
附图说明
现在，本发明借助于参考附图的实施例来阐释。
特别地，
图1示出了作为对于具有3D传感器的医疗设备的两个示例的手术灯和手术台以及根据本发明的控制装置，
图2示出了用于控制医疗设备的手的不同运动，
图3示出了利用控制装置，以及
图4示出了进一步利用控制装置。
具体实施方式
在图1中，手术台1′和手术灯1″作为要被控制的医疗设备的示例示出。手术台1′和手术灯1″经由数据线3′连接于控制装置2。特别地，手术台1′的控制器4′和手术灯1″的控制器4″经由数据线3′、3″连接于控制装置2。此处，连接经由数据线3′、3″建立；然而，也可替换为经由射频或红外的无线方式建立。控制装置2也可替换地被包含在手术台1′的控制器4′或被包含在手术灯1″的控制器4″内，因此，基本上在医疗设备的控制器中。
而且，3D传感器5被连接到控制装置2。通过3D传感器5，室内的多个对象，它们的形状、位置和运动被检测到。此处，通过检测运动意味着，在某些运动序列中整个对象的平移或旋转、由对象的某些部分的运动引起的变形，以及对象的平移或旋转和变形的组合被检测到。在可替换的实施例中，提供若干个3D传感器以从不同方向检测对象。因此，在对象检测时增强可靠性以及对象可被检测的更大空间是可能的。可选择的，一个或多个3D传感器固定于室内天花板，以使得考虑到性能劣化，使用不那么重要了。可替换地，至少一个3D传感器5被附连或集成在手术台1′或手术灯1″内，因此，位于医疗设备本身内。3D传感器的使用代表适当的传感器选择，其中，使用不限于3D传感器，但是另一个适当的传感器可被采用。打算用于控制的姿势也可通过使用用于图像识别的相机系统来识别。
在一个实施例中，3D传感器5为所谓的ToF(飞行时间)相机。此处，与相机的距离针对若干像素被测量，采用这种方式，对象由光脉冲照射，其中，光被对象反射。对每个像素，测量光从出射到返回ToF相机所需的时间，其中，该时间与距离成比例。因此，对象不被扫描，但整个对象是被同时记录的。
控制装置2适于将对象的运动转换为医疗设备的预定动作。
手术灯1″的动作例如为，亮度变化、光场直径的变化、聚焦情况的变化、出射光色温的变化、或者手术灯1″的光源被启动的活动区域的变化。
手术台1′包括病人支撑板6和柱7。在病人支撑板6中和柱7中，提供若干个驱动器，通过驱动器，病人支撑板6可被运动。
手术台1′的动作例如为其中病人支撑板7沿着病人支撑板的纵轴线转移的纵向位移L，或者为其中病人支撑板7相对于病人支撑板的纵轴线横向转移的横向位移Q。而且，其中病人支撑板7绕病人支撑板的纵轴线枢转的摆动K、以及病人支撑板绕其横轴线枢转的侧身(Trendelenburg)调节或反侧身(Antitrendelenburg)调节是可能的。而且，存在选项，通过高度调节H改变整个病人支撑板7的高度。最后，病人支撑板7的各个部段可相对于彼此枢转，以对病人某些程序执行特定支撑。
因此，在若干个医疗设备中要被控制的医疗设备的选择，此处是否触发手术台1′或手术灯1″的动作通过经由在检测空间内通过执行姿势的物理或虚拟操作单元启动医疗设备来完成，该检测空间通过利用医疗装置相关姿势和/或如下面描述的基于姿势的选择被分配给多个医疗设备或多个医疗设备的一个部件或分配给多个功能。
基本上，取决于医疗设备和/或要被控制的选定部件，相同的姿势可被转换成各种控制指令。分配给医疗设备、部件和/或多个功能的检测空间也可仅仅与登录或注销姿势相关，而如果这看起来有利的话，用于控制指令本身的姿势可再次位于该空间外。然而，如果检测空间通常在不使用而不打算控制时，根据限定的检测空间，登录/注销姿势可被搁置。
图2示例地示出了四个姿势，因此，作为对象的手的运动，手的运动通过控制装置2转换成用于作为医疗设备示例的手术台1′的某一动作的控制指令。
图示A示出了由单只手8的挥动。这里，手保持扁平的且不变形，从而在挥动期间因此在平移或旋转期间例如不握紧。
图示B示出了两只手8、8′的运动，其中，手8、8′执行变形，即从扁平手开始变为基于抓握的指尖连接在一起的形状并且平动，即自上而下。运动的原则也可直接转移到单手姿势。
在图示C中，示出了双手8、8′保持扁平并自上而下运动的动作。
在图示D中，其中一个手8抓握成拳头的姿势保持在一个位置，而另一个手8′如图示B所描述的那样变形，且随后自底向上运动或者围绕另一只手的拳头以弯曲的方式运动。
控制装置2适于将其中一个特定姿势作为登录运动和注销运动处理。此处，图示A示出了作为授权姿势的登录运动。仅仅在登录运动已被执行之后，控制装置2适于进一步处理单手或双手的运动，以使得它们转换为对手术台1′的控制指令。
在执行期望的运动之后，注销运动被依次执行，其中，控制装置2被改变以使得，该运动随后被理解为注销运动，以致于没有进一步的运动通过控制装置被转换为用于手术台1′的动作的控制指令。仅仅一个新的登录运动被依次处理。可替换地，登录运动和注销运动也可为不同的。
在图示B中，阐释了高度调节H被启动以及在该手术台1′的实施例中病人支撑板7向上运动的姿势。调节对整个手术台是可能的；然而，调节也可能被提供仅用于所选定的部段，例如通过在分配给该部段的检测空间中的执行姿势。对于高度调节，该姿势通过若干只手8、8’来执行，若干只手执行预定的运动、即特别地从扁平手开始到多只指尖连接的形状的变形，以及执行随后的手自底向上的平移的变形。控制装置2适于识别若干只手8、8′是否执行预定的运动，并根据所检测运动的组合将所检测的运动转换为预定动作，此处为病人支撑板7的向上运动。也可设想具有相同的或可替换的姿势形状的单手姿势。
同样在图示C和D中，该姿势由若干只手8、8′执行，其中在图示C中，两只扁平的手以仅仅平移的方式向下运动，以使得高度调节H被启动，并且病人支撑板7被向下调节。在图示D中，一只手然而不以平移的方式运动或者仅仅改变形状，因此，手8被检测到为拳头。另一只手8′执行该手的平移和变形。因此，侧身调节或反侧身调节被启动。
此后，如果手8、8′的运动及变形在预定容差范围内以特定速度执行，这种情形下手的运动及变形会被检测到。如果运动执行的太快或太慢，运动不会被作为预定的运动而检测，而是被忽视。
运动指令的速度基本可对应姿势运动的速度，或者运动指令的速度可处于限定的关系，运动指令的速度可与对象的距离相关，或者与检测空间内的平面相关，和/或运动指令的速度可取决于附加的姿势。
手术台1′的预定动作可选择地被实时执行，这意味着控制装置2是适合的，以使得所检测的运动被手术台1′立即执行。
除了直接控制医疗设备之外，使用者可替换地经由模型控制它。医疗设备的模型被在用户界面或诸如监视器的再现单元上示出。如果该模型被运动指令启动，医疗设备本身会比拟地运动。虽然没有运动但是另一个动作应被触发，位置和/或相应的运动或启动指令可在再现单元处经由光标依据情况而定，取决于指令以不同外观进行理解。因此，通过使用者的动作的视觉理解，安全操作增加了。而且，该操作可与要操作的医疗设备空间隔离，而保持指令的视觉监控。
在可替换的实施例中，姿势的分配和医疗设备的预定动作区别于该实施例。进一步，存在另外地或可选择地还检测其他姿势或例如为腿的其他对象的姿势的选项。
在图3中，示出了对手术台1′控制的替换或补充。此处，手8的运动由3D传感器5或由其他传感器检测，并转发给控制装置2。特别地，该运动联合伸展的手指9的对准来检测。在伸展的手指9的上下文中，手将被看作杆状。这意味着，检测手8与伸展手指9的对准是可能的。通过手指9的检测点，所述对准被检测为手指的轴线。矢量(vector)10被限定为这些点的连线的延伸。可替换地，手8和手指9的其它点被用于限定矢量10。重要的是，明确的矢量经由这些点来限定是可能的。在进一步的替换中，矢量10由例如握持在手8中的另一个杆状对象的定向来确定。
在该实施例中，3D传感器5检测手术台1′的若干个元件，若干个元件是可控的并由此被启动。此处，元件示例为用于高度调节的柱7中的驱动器。控制装置2由矢量10的方向和手8的位置、并因此由从手8开始的矢量10识别存在矢量10和柱7的交叉点，并必须通过交叉点的位置执行预定动作识别要被启动的元件。如上面所描述的，预定动作随后通过检测到的预定运动和/或姿势和/或分配了功能/控制指令的单手8或双手8、8′的检测空间来执行。在可替换的实施例中，控制装置2被改变，以使得预定动作通过检测除了姿势之外的指令、例如通过声音输入来执行。
在图4中这里为借助所示手术灯1″的控制的另一种选择。
控制装置2此处被配置为使得矢量10依次经由手指9上的多个点以及经由手指的轴线确定。控制装置2经由3D传感器5对这些点的检测来识别矢量10的方向。而且，控制装置2通过3D传感器检测处于控制装置检测空间内的人体。
也在此处，矢量10和人体(未示出)的交叉点被检测。控制装置2被改变，以使得控制装置执行预先选定的与人体部位有关的动作。在图4中，示出了矢量指向病人支撑板6上的部位。动作预先被选定，例如通过对准手术灯1′来选定，接下来被执行，以使得位于人正躺在上面的病人支撑板6上的部位被照亮。这例如通过手术灯1″的多个电动调节模块或通过启动指向该部位的照明来实现。
此外，在图4中示出了控制装置2的可选同化功能。除了与人体的交叉点之外，矢量10的空间定向也确定了在矢量10的方向上与在矢量相反方向上的要被启动的医疗设备元件的第二交叉点。预先选定的动作，此处为照亮病人支撑板6上的部位，然后通过对象在矢量10的空间定向方向上执行，矢量10与对象的交叉点位于该对象上。此处示出了病人支撑板6上的部位，通过由箭头所标识的手术灯1″的模块来照亮。
矢量10的使用可进一步用于与目标区域表面产生交叉点，目标区域例如为手术台的病人支撑部或位于手术台上的病人。如果该交叉点可在第一布置处产生，对要与交叉点接合的功能的方向指示是合理的，且功能被执行。如果例如由于选择不存在，合理性检查失败，控制指令不被执行，或者控制指令必须被使用者明确确认。
分配给手术台1′和手术灯1″的功能类似地可通过连接到控制装置2的所有适当的医疗设备执行。不同的实施例可彼此结合。
在使用中，控制装置2首先通过3D传感器检测预定的登录运动是否被执行。
在预定的登录运动之后，手8、8′或手臂的对象的运动由此被3D传感器检测到，并且分配给对象的预定运动的医疗设备的预定动作被控制装置2启动。
在完成所需要的医疗设备的预定动作之后，为了结束操作，执行注销运动以使得在注销运动之后，没有进一步的运动被解释成要被执行的动作。
可选择地，不仅仅其中一个对象的运动，而是若干个对象的运动被检测到。此处，双手8、8′的位置和运动被检测到，且根据若干个对象的运动的组合来执行预定动作。
基于选择功能，在其中，选择要被启动的医疗设备的元件是可能的，在启动之后和在执行用于启动的运动之前，所要求的要被启动的元件，通过由手指9指向该元件(指向杆状对象)来选择。随后，预定的运动由对象来执行，且控制装置2致动所要求的要被启动的元件，以使得执行根据预定运动的动作。
基于进一步的选择功能，其中，医疗设备的元件的动作所指向的部位被选择，在可选的必需启动元件之后，医疗设备的元件的动作指向与应被手指9执行的动作相关的部位。因此，控制装置2启动所要求的元件，以使得与该部位相关的动作被执行，因此，病人支撑面6上的部位被照亮。
基于进一步的选择功能，通过手指指向的方向，以及启动应执行动作的元件，(杆状对象的)手指9的方向被检测到，除了要执行动作的部位之外，在手指应执行该动作的方向上的相反方向选择要被启动的元件。要被启动的元件随后被致动，以使得动作从手指9的方向执行。

Claims (18)

1.一种用于医疗设备的控制装置(2)，所述控制装置具有至少一个用于三维地检测对象(8)的传感器(5)，其中，所述对象(8)被构造成使得所述对象的位置能够检测并且通过所述对象的对准使得针对方向的矢量(10)能够检测，其中，
所述对象(8)指向目标区域，以及
始自所述对象(8)的所述矢量(10)与所述目标区域表面产生交叉点，
所述控制装置(2)适于识别交叉点位于其中的目标区域，并适于由医疗设备致动针对所述目标区域的预定动作；
其中，控制装置(2)适于，
处理所述对象(8、8')的预定登录运动，以使得所述对象(8、8')的进一步预定运动被转换成用于所述医疗设备的预定动作的控制指令，以及
适于处理所述对象(8、8')的预定注销运动，以使得没有所述对象(8、8')的进一步运动被转换成用于所述医疗设备的动作的控制指令；
其中，所述预定登录运动和预定注销运动是相同的。
2.根据权利要求1的控制装置(2)，其中，
所述控制装置(2)适于仅仅在交叉点的合理性检查通过时执行与所述目标区域有关的预定动作，或适于在附加的确认被提供时执行由所述对象(8)及所述对象的方向限定的所述矢量(10)引起的预定动作。
3.根据权利要求1的控制装置(2)，其中，
所述对象被构造成杆状或者包括具有自由端的至少一杆状部分，且所述控制装置(2)适于通过所述自由端和所述杆状对象的轴线确定方向。
4.根据权利要求1的控制装置(2)，其中，
所述至少一个传感器(5)被配置为识别人体，以及
所述控制装置(2)适于识别所述对象(8)指向所述人体的哪个部位，并适于致动与所述人体部位相关的预定动作。
5.根据权利要求1的控制装置(2)，其中，
所述至少一个传感器(5)被配置为识别所述医疗设备的要被启动的元件，以及
所述控制装置(2)适于识别所述对象(8)指向哪些要被启动的元件，并引起与所识别的要被启动的元件有关的预定动作。
6.根据权利要求1的控制装置(2)，其中，
所述控制装置(2)适于根据所述对象(8)的空间定向和所述对象的方向确定预定动作的方向，并适于致动所述医疗设备，以使得预定动作由位于相反于所述方向的要被启动的元件执行。
7.根据权利要求1的控制装置(2)，其中，
所述至少一个传感器(5)另外地被配置为检测所述对象(8、8')的运动，以及
所述控制装置(2)适于
将所述至少一个对象(8、8')的预定运动转换成用于所述医疗设备的预定动作的控制指令。
8.根据权利要求1的控制装置(2)，其中，所述至少一个传感器(5)为适于通过发射和反射光的运行时间检测所述对象(8、8')的ToF相机。
9.根据权利要求1的控制装置(2)，其中，所述控制装置(2)适于识别若干个对象(8、8')是否执行相应的预定的运动，以及适于根据所述若干个对象(8、8')的相应的运动的组合，将预确定的控制指令转换用于所述医疗设备的预定动作。
10.根据权利要求1的控制装置(2)，其中，所述控制装置(2)适于实时执行预定动作。
11.根据前述权利要求任一项的控制装置(2)，其中设置若干个传感器。
12.一种具有根据权利要求1-11中任一项的控制装置(2)的手术台(1')。
13.一种具有根据权利要求1-11中任一项的控制装置(2)的手术灯(1”)。
14.根据权利要求13的手术灯(1”)，其中，
所述预定动作为聚焦情况的变化，以使得手术灯的光束的焦点位于所述目标区域的表面上。
15.一种利用根据权利要求1-11中任一项的控制装置(2)控制医疗设备的方法，其中，该方法包括下述步骤：
执行作为授权姿势的登录运动；
通过所述至少一个传感器(5)检测所述矢量(10)和所述目标区域的表面；
确定所述矢量(10)和所述对象(8)指向的目标区域的交叉点，以及
致动医疗设备的针对所述目标区域预定的动作；
由所述控制装置(2)执行与所述登录运动相同的注销运动，以使得没有进一步运动被转换成用于所述医疗设备的动作的控制指令，直到新的登录运动被处理。
16.一种根据权利要求13的控制医疗设备的方法，所述方法利用根据权利要求5或权利要求5及7-11的任一项的控制装置(2)，其中，该方法包括下述步骤：
通过所述传感器(5)检测所述医疗设备要被启动的元件，
通过传感器检测对象(8)指向所述医疗设备的哪些要被启动的元件，以及
致动所述对象(8)指向的所述要被启动的元件的预定动作。
17.根据权利要求15或16的方法，其利用根据权利要求2或根据权利要求2及3-11任一项的控制装置(2)，其中，
所述控制装置(2)仅仅在所述交叉点的合理性检查通过时，执行与所述目标区域相关的预定动作，或者在附加确认被提供时，执行由于经所述对象(8)和所述对象的方向所确定的所述矢量(10)引起的预定动作。
18.根据权利要求15或16的用于控制医疗设备的方法，其利用根据权利要求6或6及7-15中任一项的控制装置，其中，该方法包括下述步骤：
根据所述对象的定向和所述对象的端点检测所述对象的方向，
检测位于所述对象(8)的方向相反方向上的要被启动的医疗设备的元件，以及
从所述对象(8)的方向，执行所述预定动作，致动要被启动的元件。
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