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Die Erfindung betrifft eine Bedieneinheit für ein Medizingerät sowie ein Verfahren zur Bedienung eines Medizingerätes.
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Aktuelle Medizingeräte, auch als medizintechnische Geräte bezeichnet, wie beispielsweise C-Bögen oder Radiographie/Fluoroskopie-Anlagen, verwenden oftmals eine Mensch-Maschine-Schnittstelle unter Verwendung eines sogenannten Touchscreens. Touchscreens erlauben eine flexible und kontextabhängige Bedienung. So sind moderne Touchscreens heute in der Lage, Mehrfingereingaben (Multitouch) zu erkennen. Dadurch wird eine besonders intuitive Bedienbarkeit ermöglicht.
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Oft muss diese Schnittstelle in sterilen Umgebungen funktionieren, z. B. in der Nähe eines OP-Tisches. Bisher wurde die Sterilität der Touchscreen-Bedienung durch sterile Abdeckfolien verwirklicht. Diese Folien werden ähnlich einer Plastiktüte über das Bedienelement gestülpt. Von Nachteil bei dieser Lösung ist es, dass die Bildqualität des Touchscreen-Monitors beeinträchtigt wird. Zudem werden durch die Abdeckfolien solche Bedienschritte erschwert, die ein Gleiten der Finger erfordern (z. B. „Drag & Drop“). Besonders erschwert sind auch Mehrfingergesten, wie z. B. bei der Aktivierung einer Zoom-Funktion verwendet werden.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung zur Bedienung von Medizingeräten bereitzustellen, die sich besonders für sterile Umgebungen eignet. Diese Aufgabe wird durch eine Bedieneinheit nach Anspruch 1 bzw. durch ein Verfahren zur Bedienung eines Medizingerätes nach Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die im Folgenden im Zusammenhang mit der Bedieneinheit erläuterten Vorteile und Ausgestaltungen gelten sinngemäß auch für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.
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Die erfindungsgemäße Bedieneinheit für ein Medizingerät umfasst eine Projektionsfläche, eine Projektionseinheit zum Projizieren einer Bedienoberfläche auf die Projektionsfläche, eine Aufnahmeeinheit zum Aufnehmen einer ersten Bedienaktion in Form einer Bewegung eines Objektes in einem Projektionsvolumen zwischen der Projektionseinheit und der Projektionsfläche, eine Erkennungseinheit zum Umwandeln der aufgenommenen Bewegung in ein erstes Bediensignal und eine Steuereinheit zum Ansteuern des Medizingerätes und/oder der Projektionseinheit mit Hilfe wenigstens eines auf der Grundlage des ersten Bediensignals erzeugten Steuersignals.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bedienung eines Medizingerätes, umfasst die Schritte: Projizieren einer Bedienoberfläche auf eine Projektionsfläche mit Hilfe einer Projektionseinheit, Aufnehmen einer ersten Bedienaktion in Form einer Bewegung eines Objektes in einem Projektionsvolumen zwischen der Projektionseinheit und der Projektionsfläche mit Hilfe einer Aufnahmeeinheit, Umwandeln der aufgenommenen Bewegung in ein erstes Bediensignal und Ansteuern des Medizingerätes und/oder der Projektionseinheit mit Hilfe wenigstens eines auf der Grundlage des ersten Bediensignals erzeugten Steuersignals.
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Eine erste Idee der Erfindung ist es, das bisherige Funktionsprinzip eines Touchscreens mit integriertem Bildschirm aufzugeben und stattdessen einen virtuellen Touchscreen zu verwenden. Die Bedienoberfläche der Mensch-Maschine-Schnittstelle wird dabei nicht mehr auf einem Bildschirm angezeigt, sondern mit Hilfe einer Projektionseinheit auf eine Projektionsfläche projiziert.
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Da es sich nicht mehr um einen Bildschirm mit Touchscreen handelt, sondern lediglich um eine für eine Projektion geeigneten, vorzugsweise ebenen Oberfläche, ohne elektrische oder elektronische Komponenten, Kabelanschlüsse und dergleichen, kann die Sterilisation besonders einfach, schnell und gründlich erfolgen. Eine solche Bedieneinheit eignet sich daher besonders für den Einsatz in sterilen Umgebungen.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Projektionsfläche Teil eines einzeln, d.h. unabhängig von anderen Konstruktionselementen der Bedieneinheit, handhabbaren Konstruktionselements, insbesondere Teil einer Projektionsplatte. Die Projektionsplatte kann dann einfach aus ihrer Betriebsposition entfernt und bei Bedarf sterilisiert werden, beispielsweise in einem Autoklaven. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Bedieneinheit über austauschbare Projektionsflächen verfügt, so dass beispielsweise dem jeweiligen Anwendungsfall angepasste, unterschiedlich große Projektionsflächen verwendet werden können.
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Bei der ersten Bedienaktion in Form einer Bewegung eines Objektes handelt es sich vorzugsweise um eine Geste, ausgeführt durch die Hand eines Benutzers. Bei dem Objekt kann es sich jedoch auch um ein Zeigerinstrument handeln, beispielsweise einen Bedienstift.
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Das Aufnehmen der Objektbewegung im Projektionsvolumen erfolgt vorzugsweise berührungslos, insbesondere mit Hilfe einer (3D-)Kamera. Alternativ ist eine berührungslose Erfassung der Objektbewegung aber auch mittels anderer geeigneter Methoden möglich, beispielsweise unter Zuhilfenahme eines Systems mit elektromagnetischen Sendern bzw. Empfängern. Die Verwendung einer rein optischen Aufnahmelösung ist im OP-Bereich von Vorteil, da unterwünschte Wechselwirkungen mit dem zu steuernden Medizingerät bzw. anderen Medizingeräten auf ein Minimum verringert bzw. vollständig vermieden werden können.
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Typischerweise wird mit einer geeigneten Kamera eine Bediengeste des Benutzers am virtuellen Touchscreen erkannt und in ein Bediensignal umgewandelt. Anschließend wird daraus ein Steuersignal erzeugt zur Ansteuerung des Medizingerätes bzw. der Projektionseinheit. Auf diese Art und Weise erfolgt die Interaktion des Benutzers mit dem virtuellen Touchscreen.
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Im Zusammenhang mit der ersten Erfindungsidee eines virtuellen Touchscreens steht folgende zweite Erfindungsidee, die sich auf sicherheitsrelevante Benutzereingaben bezieht.
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In modernen Medizingeräten sollen mit solchen Mensch-Maschine-Schnittstellen auch sicherheitsrelevante Systemfunktionen bedient werden, z. B. motorische Bewegungen oder die Auslösung von Röntgenstrahlung. Dabei soll insbesondere die Erstfehlersicherheit als das zentrale Sicherheitsprinzip der DIN EN 60601-1 gewährleistet sein. Das bedeutet, dass das Medizingerät beim Auftreten eines einzelnen Fehlers frei von unvertretbaren Risiken bleibt. Mit anderen Worten sollen im Fall eines Steuerungsdefektes gefährliche Betriebszustände unterbunden werden. Bei den im vorliegenden Fall hauptsächlich in Frage kommenden „Erstfehlern“ handelt es sich in erster Linie um menschliche Fehler, insbesondere unbeabsichtigte Handlungen, wie z. B. die Betätigung eines Bedienelements.
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Zur Gewährleistung der Erstfehlersicherheit sind zumeist redundante, unabhängig voneinander arbeitende Kanäle vorgesehen, so dass eine zumindest zweikanalige Erfassung und Auswertung sicherheitsrelevanter Signale möglich ist. Aktuell eingesetzte Touchscreen-Technologien sind ungeeignet für die Bedienung sicherheitskritischer Funktionen, da keine Erkennung eines „ersten Fehlerfalles“ im Sinne der Norm möglich ist.
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Bei Touchscreen-basierten Mensch-Maschine-Schnittstellen wurden aus diesem Grund bisher oftmals zusätzlich zu dem Touchscreen physische Taster vorgesehen. Damit werden redundante Schaltelemente verwirklicht, um eine Zweikanaligkeit im Sinne der normativen Anforderungen sicherzustellen.
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Um nun die Erstfehlersicherheit bei einer Verwendung des erfindungsgemäßen virtuellen Touchscreens zu gewährleisten, ist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass für bestimmte, insbesondere sicherheitsrelevante Benutzereingaben, nicht nur ein sondern zwei Eingangssignale für die Steuereinheit bereitgestellt werden. Die Steuereinheit empfängt mit anderen Worten bei sicherheitsrelevanten Bedienaktionen zwei Eingangssignale, nämlich ein erstes Bediensignal und ein zweites Bediensignal. Diese Eingangssignale werden von der Steuereinheit verarbeitet, vorzugsweise mit einem logischen „UND“ verknüpft, und ausgewertet. Auf der Grundlage beider Bediensignale erzeugt dann die Steuereinheit das wenigstens eine Steuersignal als Ausgangssignal zum Ansteuern des Medizingerätes, beispielsweise zur Auslösung motorischer Gerätebewegungen oder von Röntgenstrahlung, bzw. der Projektionseinheit.
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Während es sich bei der ersten Bedienaktion um eine Bewegung eines Objektes in dem Projektionsvolumen handelt, vorzugsweise eine Handgeste, und die aufgenommene Bewegung mit Hilfe der nachgeschalteten Erkennungseinheit in das erste Bediensignal umgewandelt wird, wird das zweite Bediensignal zur Herstellung der Erstfehlersicherheit auf der Grundlage einer zweiten Bedienaktion erzeugt, die mit der ersten Bedienaktion in einem unmittelbaren zeitlichen Zusammenhang steht.
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Anders ausgedrückt sind, um die gewünschte Erstfehlersicherheit zu gewährleisten, das erste und das zweite Bediensignal zwei voneinander unabhängigen Bedienaktionen zuzuordnen, die aufgrund ihres zeitlichen Zusammenhangs als Teilaktionen eines Bedienschrittes einer sicherheitsrelevanten Benutzereingabe aufgefasst werden können.
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Beispielsweise wird zunächst ein virtuelles Bedienelement der Bedienoberfläche betätigt, wobei diese Betätigung nach der Erfassung der Geste in ein erstes Bediensignal umgewandelt wird. Anschließend wird innerhalb eines geeigneten definierten Zeitraums eine zweite Bedienaktion erfasst, die sich für eine normenkonforme erstfehlersichere Benutzereingabe eignet. Bei dem geeigneten Zeitraum kann es sich beispielsweise um wenige Sekunden handeln.
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Zur Erfassung der zweiten Bedienaktion ist eine Sensoreinheit vorgesehen, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Berührung und/oder eine Druckbeaufschlagung der Projektionsfläche während der zweiten Bedienaktion erfasst.
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Im Unterschied zu aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen sind somit keine separaten Taster oder Schalter mehr erforderlich. Die Projektionsfläche selbst dient als betätigbares Bedienelement zum Erzeugen des zweiten Bediensignals. Für das Prinzip der Erstfehlersicherheit wesentlich ist dabei, dass die Sensoreinheit unabhängig von der Aufnahmeeinheit funktioniert. Die zu erfassende zweite Bedienaktion kann dabei im Zusammenhang mit einer Berührung der Projektionsfläche stehen oder aber berührungslos erfolgen. Im Fall einer Berührung kann beispielsweise eine kapazitive oder resistive Erfassungsmethode angewendet werden. Ist eine Druckbeaufschlagung der Projektionsfläche vorgesehen, so weist die Sensoreinheit vorzugsweise eine Anzahl Drucksensoren auf, welche geeignet sind, eine Druckbeaufschlagung der Projektionsfläche zu erfassen, beispielsweise Druckschalter, Dehnmessstreifen, Wägezellen, Piezokristalle oder Kondensatoren.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Projektionsfläche an bestimmten, feststehenden Positionen eine gegenüber der sonstigen Oberflächenstruktur der Projektionsfläche veränderte Oberflächenstruktur auf. Dabei handelt es sich vorzugsweise um eine leichte Erhebung oder eine Riffelung. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn in der projizierten graphischen Benutzeroberfläche stets an bestimmten, feststehenden Positionen bestimmte Bedienelemente, wie beispielsweise Taster oder Slider, dargestellt werden. Durch die an diesen Stellen veränderte Oberflächenstruktur der Projektionsfläche ist es dem Benutzer möglich, die virtuellen, projizierten Bedienelemente zu fühlen. Dadurch ist beispielsweise eine Blindbedienung möglich. In jedem Fall ist damit jedoch ein spürbarer Ergonomiegewinn verbunden. Herkömmliche Touchscreen nach dem Stand der Technik weisen bauartbedingt keine derartigen selektiv oberflächenstrukturveränderten Bedienoberflächen auf.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das mechanisch erzeugte Drucksignal nicht nur binär betrachtet, um zu ermitteln, ob eine Betätigung vorliegt oder nicht. Statt dessen wird der gemessene absolute Wert zusätzlich in die Signalverarbeitung einbezogen. Vorzugsweise ist dabei bei sicherheitskritischen Bedienschritten ein bestimmter, variabler Mindestdruck einstellbar oder ein derartiger Mindestdruckwert wird vom System selbsttätig eingestellt. Es ist von Vorteil, wenn zusätzlich bei der Ansteuerung sicherheitsrelevanter Systemfunktionen, wie beispielsweise der Ansteuerung einer Gerätebewegung, eine Eigenschaft der anzusteuernden Systemfunktion, wie z.B. die Geschwindigkeit der anzusteuernden Gerätebewegung, in Abhängigkeit von der ermittelten Stärke des Drucks in mehreren Stufen oder stufenlos gesteuert wird, beispielsweise derart, dass eine Freigabe bzw. eine Ansteuerung höherer Gerätegeschwindigkeiten einen größeren mechanischen Druck auf die Projektionsfläche voraussetzen.
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Soll das zweite Bediensignal auf einer berührungslosen Erfassung der zweiten Bedienaktion beruhen, ist die Sensoreinheit zusätzlich oder alternativ zu einer auf Berührung oder Druckbeaufschlagung beruhenden Methode zur berührungslosen Erfassung der zweiten Bedienaktion ausgebildet. Vorzugsweise ist dann eine Lichtschranke oder ein Lichtschrankennetz bzw. eine Lichtschrankenmatrix oberhalb der Projektionsfläche vorgesehen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es zusätzlich eine Rückmeldeeinheit vorgesehen zur Bereitstellung einer haptischen Rückmeldung an der Projektionsfläche im Fall einer erfolgreichen Bedienaktion. Vorzugsweise umfasst die Rückmeldeinheit ein Vibrationselement, in Gestalt eines geeigneten Vibrationsgebers, der entweder in der Projektionsfläche selbst oder in der mechanischen Halterung der Projektionsfläche angebracht ist, so dass bei bestimmten Bedienaktionen und/oder bei bestimmten Ereignissen, beispielsweise erfolgreich abgeschlossenen Bedienschritten, eine fühlbare Rückmeldung an den Benutzer gegeben werden kann. Die Rückmeldeeinheit kann zusätzlich auch eine akustische Ausgabe bereitstellen.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird eine multitouchfähige, erstfehlersichere Bedienung auch in sterilen Umgebungen auf einfache Art und Weise möglich, ohne dass hierzu physische Touchscreens oder klassische Bedienelemente verwendet werden müssen. Eine Erstfehlersicherheit wird nicht nur hinsichtlich Bedienfehlern des Benutzers, sondern auch hinsichtlich Erkennungsfehlern des optischen Kamerasystems, wie sie beispielsweise durch Einstreuung von Fremdlicht oder mehrdeutigen Bediengesten hervorgerufen werden können, sowie hinsichtlich anderer Systemfehler erreicht.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erfindungsgemäße Bedieneinheit einen Computer umfasst und zumindest eine der folgenden Komponenten als Computerprogramm ausgeführt sind: die Erkennungseinheit zum Umwandeln der aufgenommenen Bewegung in ein erstes Bediensignal, die Sensoreinheit zum Erzeugen eines der erfassten zweiten Bedienaktion entsprechenden zweiten Bediensignals, die Steuereinheit zum Ansteuern des Medizingerätes und/oder der Projektionseinheit mit Hilfe wenigstens eines auf der Grundlage des ersten und/oder zweiten Bediensignals erzeugten Steuersignals. Mit anderen Worten kann die Erfindung, soweit es die Datenverarbeitung betrifft, entweder in Form von Computerhardware oder in Form von Computersoftware oder in einer Kombination aus Hardware und Software verwirklicht werden. Soweit die Erfindung in Form von Software, also als Computerprogramm, verwirklicht ist, werden sämtliche beschriebenen Funktionen durch Computerprogrammanweisungen realisiert, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner mit einem Prozessor ausgeführt wird. Die Computerprogrammanweisungen sind dabei auf an sich bekannte Art und Weise in einer beliebigen Programmiersprache verwirklicht und können dem Rechner in beliebiger Form bereitgestellt werden, beispielsweise in Form von Datenpaketen, die über ein Rechnernetz übertragen werden, oder in Form eines auf einer Diskette, einer CD-ROM oder einem anderen Datenträger gespeicherten Computerprogrammprodukts.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigt:
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1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Bedieneinheit,
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2 eine Schnittdarstellung der Projektionsplatte mit Halterelement,
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3 die erfindungsgemäße Bedieneinheit an einem C-Bogen-Trolley,
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4 die erfindungsgemäße Bedieneinheit in einem Radiographie/Fluoroskopie-Befundungsraum.
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Sämtliche Figuren zeigen die Erfindung lediglich schematisch und mit ihren wesentlichen Bestandteilen. Gleiche Bezugszeichen entsprechen dabei Elementen gleicher oder vergleichbarer Funktion.
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Wie in 1 dargestellt, umfasst eine erfindungsgemäße Bedieneinheit 1 für ein Medizingerät (nicht abgebildet), beispielsweise einen C-Bogen, eine Projektionsfläche 2 und eine Projektionseinheit 3 zum Projizieren einer Bedienoberfläche 4 mit Bedienelementen 5 auf die Projektionsfläche 2. Die Projektionsfläche 2 ist Teil einer unabhängig von den übrigen Konstruktionselementen, selbständig handhabbaren Projektionsplatte 6. Die Bedieneinheit 1 umfasst weiter eine Aufnahmeeinheit 7 zum Aufnehmen einer ersten Bedienaktion in Form einer Bewegung eines Objektes in einem Projektionsvolumen 8 zwischen der Projektionseinheit 3 und der Projektionsfläche 2. Vorteilhafterweise sind Projektionseinheit 3 und Aufnahmeeinheit 7 in einer gemeinsamen Baueinheit, dem Projektionskopf 9, zusammengefasst. Dadurch verringert sich die Anzahl der zu montierenden Elemente der Bedieneinheit 1.
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Die Projektionseinheit 7 umfasst in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel einen (2D-)Beamer 11, der vorzugsweise mit geeigneten optischen Korrekturvorrichtungen ausgestattet ist, z. B. einer Trapezkorrektur. Bei dem Beamer 11 handelt es sich vorzugsweise um ein Gerät, das als Lichtquelle LED-Technologie verwendet. Die geringe Wärmeentwicklung in diesem Fall ist von Vorteil, wenn die Lichtquelle unmittelbar im Projektionskopf 9 verbaut wird. Alternativ enthält der Projektionskopf 9 nur eine Umlenkeinheit 12, beispielsweise einen Spiegel oder dergleichen, sowie eine geeignete Faseroptik oder dergleichen, während die Lichtquelle aus dem Projektionskopf 9 ausgelagert ist. Anstelle von LED-Technologie kann beispielsweise auch Laser-Technologie als Lichtquelle für den Beamer 11 verwendet werden.
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Die Aufnahmeeinheit 7 ist zum berührungslosen Aufnehmen der Objektbewegung ausgebildet. Die Aufnahmeeinheit 7 ist zum Aufnehmen einer Handgeste ausgeführt und umfasst eine (3D-)Tiefenkamera 13, z.B. eine nach dem Time-of-Flight-Prinzip arbeitende Kamera. Das Projektionsvolumen 8 zwischen Projektionskopf 9 und Projektionsfläche 2, typischerweise in Gestalt eines Pyramidenstumpfes, wird von der Tiefenkamera 13 erfasst. Interagiert ein Benutzer mit einem oder mehreren Fingern mit den projizierten Inhalten, beispielsweise indem er Bedienelemente 5 der Bedienoberfläche 4 „anklickt“ oder mit zwei Fingern eine „Zoom“-Funktion aktiviert oder dergleichen, werden diese Bedienaktionen von der Tiefenkamera 13 erfasst. Die Aufnahmeeinheit 7 kann zusätzlich eine integrierte (2D-)RGB-Kamera 14 aufweisen. Optional sind in dem Projektionskopf 9 zusätzliche, je nach Kameratechnologie im sichtbaren bzw. Infrarot-Spektrum arbeitende, Lichtquellen vorgesehen (nicht abgebildet), um das Projektionsvolumen 8 (Interaktionsvolumen) auszuleuchten.
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Die Bedieneinheit 1 umfasst weiter eine Erkennungseinheit 15 zum Umwandeln der aufgenommenen Bewegung in ein erstes Bediensignal 21. Zu diesem Zweck führt die Erkennungseinheit 15 eine Gestenerkennung durch. Dafür geeignete Verfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt.
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Die Bedieneinheit 1 umfasst weiter eine unabhängig von der Aufnahmeeinheit 7 arbeitende Sensoreinheit 16 zum Erfassen einer mit der ersten Bedienaktion in einem definierten zeitlichen Zusammenhang stehenden zweiten Bedienaktion bei sicherheitsrelevanten Benutzereingaben und zum Erzeugen eines der erfassten zweiten Bedienaktion entsprechenden zweiten Bediensignals 22.
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Die Bedieneinheit 1 umfasst weiter eine mit der Erkennungseinheit 15 und der Sensoreinheit 16 verbundene, nachgeschaltete Steuereinheit 17 zum Ansteuern des Medizingerätes und/oder der Projektionseinheit 3 mit Hilfe wenigstens eines Steuersignals 23. Wird nur ein einziges Steuersignal 23 verwendet, so ist dieses erstfehlersicher ausgeführt, beispielsweise mittels zyklischer Wiederholung in Verbindung mit einer Timeoutüberwachung. Vorzugsweise erfolgt die Ansteuerung des Medizingerätes, beispielsweise des Antriebsmotorcontrollers des C-Bogens, jedoch mit Hilfe von zwei geeigneten Steuersignalen 23.
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Die Ansteuerung der Projektionseinheit 3 erfolgt dabei über eine mit der Projektionseinheit 3 verbundene, separate Bildsteuerung 18. Während bei nicht sicherheitsrelevanten Benutzereingaben das Steuersignal 23 auf der Grundlage des ersten Bediensignals 21 erzeugt wird, erfolgt die Erzeugung des Steuersignals 23 bei sicherheitsrelevanten Benutzereingaben, genauer gesagt bei Eingaben, die Systemfunktionen aktivieren, die eine zweikanalige Ansteuerung benötigen, mit Hilfe wenigstens eines auf der Grundlage des ersten und des zweiten Bediensignals 21, 22 erzeugten Steuersignals 23. Die Bedieneinheit 1 ist zu diesem Zweck mit dem Medizingerät über eine Steuerleitung 19 verbunden.
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Soll eine sicherheitskritische Bedienfunktion realisiert werden, beispielsweise eine motorische Bewegung an dem Medizingerät oder das Einschalten einer Röntgenstrahlung, so wird zusätzlich zu dem ersten Bediensignal 21 ein zweites Bediensignal 22 erzeugt. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung muss dafür der Benutzer die Projektionsplatte 6 mit einer bestimmten Kraft nach unten drücken. Beide Bediensignale 21, 22 werden in der Steuereinheit 17 verknüpft. Nur wenn beide Bediensignale 21, 22 vorliegen, wird die sicherheitskritische Funktion von der Steuereinheit 17 angesteuert bzw. freigegeben. Die entsprechende Sensoreinheit 16 ist zur Erfassung einer Berührung und/oder einer Druckbeaufschlagung der Projektionsplatte 6 während der zweiten Bedienaktion ausgebildet und umfasst zu diesem Zweck eine Anzahl Drucksensoren 24, auf denen die Projektionsplatte 6 gelagert ist. Die in dem dargestellten Beispiel als einfache durch Druck betätigbare Schalter ausgeführten Drucksensoren 24 verbinden die Projektionsplatte 6 mit einem geeigneten Halteelement 25, beispielsweise einer Montageplatte. Das Halteelement 25 dient zur Verbindung der Projektionsplatte 6 mit dem Medizingerät. Die Projektionsplatte 6 ist von den Drucksensoren 24 abnehmbar und beispielsweise in einem Autoklaven sterilisierbar. Zusammen mit den Drucksensoren 24 sind erforderlichenfalls Rückstellelemente 26 vorgesehen, wie beispielsweise Federelemente, die nach einer Druckbeaufschlagung der Projektionsplatte 6 deren Rückstellung in die Ausgangsposition sicherstellen.
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Bei den Drucksensoren 24 handelt es sich in einer anderen, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung um berührungsempfindliche Piezo-Kristalle. Wird ein mechanischer Druck auf die Projektionsplatte 6 ausgeübt, wie er bei beabsichtigten Bedienungen vorkommt, ändert sich die erzeugte Spannung der Piezokristalle. Das Spannungssignal kann als zweites Bediensignal 22 erfasst und mit einem ersten Bediensignal 21 verknüpft werden, welches auf einer im gleichen Zeitfenster auf der virtuellen Bedienoberfläche 4 erkannten Bediengeste beruht.
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Alternativ können als Drucksensoren 24 ein oder mehrere Dehnungsmessstreifen (nicht dargestellt) verwendet werden, bei denen die Verformung proportional zur wirkenden Kraft auf die Projektionsplatte 6 ist.
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Eine weitere Alternative ist es, die Lagerelemente der Projektionsplatte 6 als Plattenkondensatoren auszuführen (nicht dargestellt). Eine der beiden Platten des Kondensators ist dabei feststehend mit dem Halteelement 25 verbunden, während die andere Platte mit der beweglichen Projektionsplatte 6 verbunden ist. Durch den mechanischen Druck auf die Projektionsplatte 6 nähern sich die beiden Platten des Lagerkondensators proportional an. Dies führt zu einer Kapazitätsänderung, die erfasst und in ein entsprechendes, der Bewegung proportionales zweites Bediensignal 22 umgerechnet wird. Werden vier Lagerkondensatoren an den vier Ecken der Projektionsplatte 6 verwendet, kann die Position des Druckpunktes in x/y-Richtung in der Ebene der Projektionsplatte 6 ermittelt werden. Optional kann bei den vorstehend genannten, auf Berührung bzw. Druck basierenden Bedienaktionen die Stärke der Druckausübung aus der z-Verschiebung ermittelt werden. Diese Information kann herangezogen werden, um verschieden starke Druckergebnisse auszuwerten. So kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass für ein sicherheitsrelevantes Steuerungssignal ein bestimmter Mindestdruck erforderlich ist.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das zweite Bediensignal 22 also nur dann erzeugt, wenn der auf die Projektionsplatte 6 ausgeübte Druck einen definierten Mindestwert übersteigt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Stärke des auf die Projektionsplatte 6 ausgeübten Drucks von der Sensoreinheit 16 erfasst und je nach Stärke des Drucks werden verschiedene zweite Bediensignale 22 erzeugt. Mit anderen Worten wird die Art und Weise der Druckbeaufschlagung bewertet und zur Erzeugung des zweiten Bediensignals 21 und/oder zur Freigabe einer sicherheitskritischen Bedienaktion verwendet. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird, bei Verwendung mehrerer, an verschiedenen Stellen der Projektionsplatte 6 angeordneter Drucksensoren 24, der Ort der Druckausübung auf die Projektionsplatte 6 erfasst und bewertet sowie zur Erzeugung des zweiten Bediensignals 22 und/oder zur Freigabe einer sicherheitskritischen Bedienaktion verwendet. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass lediglich Berührungen in der Plattenmitte als gültige zweite Bedienaktion zählen, während Berührungen am Plattenrand als unbeabsichtigte Berührungen verworfen werden.
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In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel erfasst die Sensoreinheit 16 die zweite Bedienaktion berührungslos. Dies erfolgt vorzugsweise mit Hilfe einer Lichtschrankenmatrix. Zur Erzeugung einer solchen Lichtschrankenmatrix ist ein die Projektionsfläche 2 umfassender, auf der Projektionsfläche 2 aufliegender oder in einem definierten Abstand zu der Projektionsfläche 2 angeordneter Rahmen vorgesehen. In diesem Rahmen befinden sich Lichtermitter und -empfänger, die z. B. im Infrarotspektrum arbeiten. Der Rahmen spannt in einem definierten Abstand über der Projektionsfläche 2, vorzugsweise wenige Millimeter über der Projektionsfläche 2, eine Lichtschrankenmatrix auf. Die Positionsangaben der Lichtschrankenmatrix und der virtuellen, projizierten Bedienoberfläche 4 sind zueinander kalibriert. Wird eine beabsichtigte Bedienung vom Benutzer ausgelöst, beispielsweise mit dem Finger oder einem Zeigerinstrument, dann wird sowohl die virtuelle Bedienoberfläche 4 als auch die Lichtschrankenmatrix an ein und derselben Stelle im x/y-Gitter eine Auslösung melden. Aufgrund einer Plausibilitätskontrolle dieser beiden unabhängig voneinander erzeugten Bediensignale durch die Steuereinheit 17 wird der Bedienwunsch erst dann realisiert, wenn beide Signale zueinander passen. Erfolgt eine unbeabsichtigte Auslösung, z. B. eine versehentliche Betätigung eines Bedienelements 5 der virtuellen Bedienoberfläche 4, so verhindert die Plausibilitätskontrolle die Funktionsauslösung, da die durch die Lichtschrankenmatrix definierte zweite Signalebene keine Bedienung meldet.
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Die Bediengesten bei der Bedienung der projizierten Bedienoberfläche 4 erfolgt in der Regel nicht im gesamten Projektionsvolumen 8, sondern zumindest in unmittelbarer Nähe der Projektionsfläche 2. In den meisten Fällen wird es ein Benutzer als vorteilhaft ansehen, wie bei einem herkömmlichen Touchscreen unmittelbar auf der Projektionsfläche 2 zu arbeiten, mit anderen Worten die Projektionsfläche 2 mit seinen Fingern zu berühren. Dies ist jedoch für die Bedienung der erfindungsgemäßen Bedieneinheit 1 nicht zwingend erforderlich, soweit es erste Bedienaktionen zur Erzeugung erster Bediensignale 21 betrifft. Sofern unter dem Gesichtspunkt der Erstfehlersicherheit zweite Bedienaktionen erfasst und auf dieser Grundlage zweite Bediensignale 22 erzeugt werden sollen, und diese zweiten Bedienaktionen auf einer Berührung der Projektionsfläche 2 beruhen, ist eine Berührung der Projektionsfläche 2 unumgänglich. Es ist jedoch möglich, zur Erzeugung der zweiten Bediensignale solche zweite Bedienaktionen zu definieren, die eine Berührung der Projektionsfläche 2 nicht zwingend erforderlich machen. So kann beispielsweise ein von der Projektionsfläche 2 entfernt angebrachtes Lichtschrankensystem etabliert werden, das, losgelöst von der Bedienung der virtuellen Bedienoberfläche 4, durch eine gezielte Bewegung der Hand des Benutzers oder des Zeigerinstrumentes einfach oder mehrfach unterbrochen werden muss, wobei diese Bewegung bewusst von der Projektionsfläche 2 weg erfolgen muss und beispielsweise ein definiertes Bewegungsmuster zeigen muss.
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Die Farbe der Projektionsfläche 2 ist vorzugsweise weiß. Andere helle Farben sind ebenfalls geeignet. Die Projektionsfläche 2 weist darüber hinaus eine Oberflächenstruktur auf, die das Darübergleiten von Fingern erleichtert und Reflektionen verringert. Vorzugsweise verfügt die Projektionsfläche 2 über eine geeignet aufgeraute Oberfläche und ist somit für eine diffuse Lichtstreuung ausgebildet. Die Projektionsfläche 2 ist dabei möglichst parallel zum Projektionskopf angeordnet, um eine verzerrungsfreie Darstellung der projizierten Benutzeroberfläche 4 zu gewährleisten.
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Die Bedieneinheit 1 umfasst weiter eine Rückmeldeeinheit 27 zur Bereitstellung einer haptischen Rückmeldung einer erfolgreichen Bedienaktion an der Projektionsfläche 2. Die Rückmeldeeinheit 27 umfasst zu diesem Zweck beispielsweise einen in dem Halteelement 24 angeordneten Vibrator, wie in 2 dargestellt.
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Abgesehen von den als Datenverarbeitungseinheiten ausgeführten Komponenten, wie der Erkennungseinheit 15 und der Steuereinheit 17, umfasst die Bedieneinheit 1 im wesentlichen zwei physisch getrennt handhabbare Komponenten, nämlich zum einen die vorzugsweise als Platte 6 ausgeführte Projektionsfläche 2 und zum anderen den Projektionskopf 9, in dem neben der Projektionseinheit 7 vorzugsweise auch die Aufnahmeeinheit 7 integriert ist. Die Bedieneinheit 1 wird vorteilhafterweise an einer geeigneten Stelle am Medizingerät selbst oder an einem Medizingerätezubehör montiert.
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In 3 dargestellt ist ein C-Bogen-Trolley 31, bei dem die Monitore 32 um 180° nach hinten gedreht werden können, um ganz nahe an das sterile Feld am OP-Tisch (nicht abgebildet) heranfahren zu können. Projektionskopf 9 und Projektionsplatte 6 sind an der Rückseite 33 des Trolleys 31 befestigt. Durch die Nähe zum OP-Tisch kann der Chirurg selbst an der Bedieneinheit 1 arbeiten. Sterilabdeckungen, wie bisher aus dem Stand der Technik bekannt, werden nicht mehr benötigt, da die abnehmbare Projektionsplatte 6 autoklavierbar ist.
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Die Befestigung des Projektionskopfes 9 erfolgt dabei vorzugsweise an der höhenverstellbaren Monitorsäule 34. In einigem Abstand von dem Projektionskopf 9 ist die Projektionsfläche 6 angebracht. Durch die Höhenverstellung des Projektionskopfes 9 kann erreicht werden, dass unterschiedlich große Projektionsplatten 6 benutzt werden können, was bei manchen Bedienorten mit erhöhter Umgebungshelligkeit von Vorteil sein kann. Die Verwendung unterschiedlich großer Projektionsplatten 6 ist abhängig vom Anwendungsfall, insbesondere vom Platzbedarf, und der nötigen Helligkeit der Projektion, die bei geringerem Abstand des Projektionskopfes 9 zur Projektionsfläche 2 zunimmt.
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Wir die Bedieneinheit 1 nicht verwendet, kann die Projektionsplatte 6 von der in 3 gezeigten Betriebsstellung in eine Ruhestellung an die Rückseite 33 des Trolleys 31 geklappt werden, zu welchem Zweck an der Projektionsplatte 6 bzw. deren Halteelement 25 Scharniere (nicht dargestellt) vorgesehen sind.
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Eine besonders starke Lichtquelle zur Erzeugung besonders heller Bilder, wie sie in einem hell beleuchteten OP-Umfeld vorteilhaft sind, wird dadurch erreicht, dass die Lichtquelle nicht im Projektionskopf 9, sondern in der Monitorsäule 34 des Trolleys 31 verbaut ist, während im Projektionskopf 9 selbst lediglich eine Umlenkeinheit 12 sowie die 3D-Tiefenkamera 13 vorgesehen ist. Der Projektionskopf 9 kann daher besonders kompakt und wenig störend ausgeführt sein.
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Da die Projektionsplatte 6 auch abnehmbar ist, können in einer nicht dargestellten weiteren Ausführungsform der Erfindung verschieden große Projektionsplatten 6 verwendet werden. Im Zusammenhang mit dem höhenverstellbaren Projektionskopf 9 wird somit sichergestellt, dass das projizierte Bild der virtuellen Bedienoberfläche 4 stets die optimale Größe aufweist und die Projektionsfläche 2 vollständig ausfüllt. Optional kann die Höhenverstellung, also die Verstellung des Abstandes zwischen Projektionsfläche 2 und Projektionskopf 9, automatisch, insbesondere unter Zuhilfenahme eines elektromotorischen Antriebes, erfolgen, vorzugsweise in Abhängigkeit von der Größe der Projektionsplatte 6, die von der verwendeten RGB-Kamera 14 automatisch erkannt wird.
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Eine alternative Anwendung der erfindungsgemäßen Bedieneinheit 1 ist der Einsatz bei der Befundung an einem Mammographie-Arbeitsplatz oder bei einem Befundungsplatz 36 einer Radiographie/Fluoroskopie-Anlage. Während im Stand der Technik ein zusätzlicher Touchscreen auf den eigentlichen Befundungsbildschirmen 37 angebracht werden muss, wodurch die diagnostische Bildqualität verringert wird, kann bei Verwendung der erfindungsgemäßen Bedieneinheit 1 mit virtueller Bedienoberfläche 4 unabhängig von dem Befundungsbildschirm 37 auf der Projektionsfläche 2 wie auf einem Zeichentablett mit einer geeigneten graphischen Benutzeroberfläche interagiert werden. Wie in 4 dargestellt, projiziert der an der Oberkante des Befundungsbildschirms 37 angebrachte Projektionskopf 9 die Bedienoberfläche 4 auf die vor dem Bildschirm 37 auf einem Arbeitstisch 38 liegende oder mit einem Halteelement 25 in den Arbeitstisch 38 eingelassene Projektionsfläche 2. In Befundungsräumen ist die Umgebungshelligkeit oft gering, so dass die Projektionseinheit 3 nur wenig Lichtleistung benötigt. Um Fremdlichtstörungen bei der Befundung zu vermeiden, kann das projizierte Bild dunkel geschaltet werden. Alternativ wird der Projektionskopf 9 abgedeckt.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bedieneinheit
- 2
- Projektionsfläche
- 3
- Projektionseinheit
- 4
- Bedienoberfläche
- 5
- Bedienelement
- 6
- Projektionsplatte
- 7
- Aufnahmeeinheit
- 8
- Projektionsvolumen
- 9
- Projektionskopf
- 10
- (frei)
- 11
- Beamer
- 12
- Umlenkeinheit
- 13
- Tiefenkamera
- 14
- RGB-Kamera
- 15
- Erkennungseinheit
- 16
- Sensoreinheit
- 17
- Steuereinheit
- 18
- Bildsteuerung
- 19
- Steuerleitung
- 20
- (frei)
- 21
- erstes Bediensignal
- 22
- zweites Bediensignal
- 23
- Steuersignal
- 24
- Drucksensor
- 25
- Halteelement
- 26
- Rückstellelement
- 27
- Rückmeldeeinheit
- 28
- (frei)
- 29
- (frei)
- 30
- (frei)
- 31
- C-Bogen-Trolley
- 32
- Monitor
- 33
- Rückseite
- 34
- Monitorsäule
- 35
- (frei)
- 36
- Befundungsplatz
- 37
- Befundungsbildschirm
- 38
- Arbeitstisch
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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