Многофункциональная хирургическая система управления и переключающий интерфейс - RU2182468C2

Описание

1. Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение вообще относится к системам управления. Более конкретно, оно относится к интерфейсу, позволяющему управлять большим числом хирургических устройств с помощью входного устройства, например, ножной педали.

2. Уровень техники
Многие хирургические операции выполняются с помощью разнообразных инструментов. Например, некоторые лапароскопические операции выполняются с использованием системы робототехнической руки, выпускаемой фирмой Компьютер Моушн, Инк., Голета, Калифорния. Робототехническая рука удерживает и перемещает эндоскоп. Хирург может также использовать лазер для разрезания ткани и электроприжигающее устройство для прижигания ткани. Каждый инструмент имеет специальную управляющую панель или ножную педаль для управления инструментом. Хирург поэтому должен нажать на ножную педаль для перемещения робототехнической руки и эндоскопа, нажать на другую ножную педаль для приведения в действие электроприжигающего устройства и использовать еще одно входное устройство для включения лазера. Манипулирование несколькими входными устройствами может отвлечь внимание хирурга и тем самым снизить эффективность и безопасность выполнения операции. Желательно поэтому иметь интерфейс, который позволил бы хирургу выбирать различные хирургические устройства и управлять ими с помощью одного входного устройства. Целесообразно также иметь помимо этого интерфейс, который позволил бы хирургу выбирать определенные хирургические устройства, исключая другие, и управлять несколькими различными хирургическими устройствами с помощью одного входного устройства. Желательно также иметь интерфейс, который позволил бы хирургу выбирать определенные устройства, исключая другие, и управлять многими различными хирургическими устройствами посредством одного входного устройства.

Сущность изобретения
Настоящее изобретение обеспечивает интерфейс для связи входного устройства с первым хирургическим устройством и вторым хирургическим устройством, при этом интерфейс включает в себя
(a) первый входной канал, соединенный со входным устройством,
(b) первый выходной канал, соединенный с первым хирургическим устройством,
(c) второй выходной канал, соединенный со вторым хирургическим устройством,
(d) селекторный канал, сформированный для подключения указанного первого входного канала между указанным первым выходным каналом и указанным вторым выходным каналом.

Интерфейс позволяет хирургу управлять целым рядом хирургических устройств с помощью одного входного устройства. Этим входным устройством может быть ножная педаль, формирующая выходные сигналы для приведения в действие нескольких различных хирургических устройств. В число хирургических устройств могут входить система робототехнической руки, лазер, электроприжигающее устройство, или операционный стол. Интерфейс имеет входной канал, соединенный со входным устройством и с несколькими выходными каналами, соединенными с хирургическими устройствами. Интерфейс также имеет селекторный канал, который может принимать входные команды и соответственно подключать входной канал между одним из выходных каналов. Селекторный канал может быть соединен с речевым интерфейсом, позволяющим хирургу выбрать одно из хирургических устройств посредством команды, поданной голосом. Хирург может затем управлять определенным устройством после подачи входной или переключающей команды, которая подключает входной канал к нужному выходному каналу и тем самым соединяет входное устройство с требуемым хирургическим устройством.

Краткое описание чертежей
Цели и преимущества настоящего изобретения будут легко понятны специалистам в данной области техники после рассмотрения последующего подробного описания и приложенного чертежа, на котором изображена схема системы управления и интерфейса в соответствии с настоящим изобретением.

Подробное описание изобретения
На чертеже ссылочными позициями показаны структурные элементы заявленной системы управления. На чертеже показана хирургическая система 10 в соответствии с настоящим изобретением. Система 10 позволяет хирургу управлять целым рядом различных хирургических устройств 12, 14, 16 и 18 посредством одного входного устройства 20. Использование одного входного устройства уменьшает сложность управления различными устройствами и повышает эффективность хирургической процедуры, выполняемой хирургом.

Хирургическим устройством 12 может быть робототехническая рука, которая может удерживать и перемещать другой хирургический инструмент. Рука 12 может быть устройством, например, продаваемым фирмой Компьютер Моушн, Инк., Голета, Калифорния под торговой маркой Эзоп. Рука 12 обычно используется для удерживания и перемещения эндоскопа внутри тела пациента. Система в соответствии с настоящим изобретением позволяет хирургу управлять работой робототехнической руки 12 с помощью входного устройства 20.

Хирургическим устройством 14 может быть электроприжигающее устройство. Электроприжигающие устройства обычно имеют биполярный конец, проводящий ток, который нагревает и изменяет естественные свойства ткани. Устройство обычно имеет переключатель, выключающий и включающий его для нагревания ткани. Электроприжигающее устройство может также принимать управляющие сигналы для изменения его выходной мощности. Система 10 в соответствии с настоящим изобретением дает возможность хирургу управлять работой электроприжигающего устройства посредством входного устройства 20.

Хирургическим устройством 16 может быть лазер. Лазер 16 может быть задействован выключателем. Мощность лазера 16 может регулироваться управляющими сигналами. Система 10 настоящего изобретения позволяет хирургу управлять работой лазера 16 посредством входного устройства 20.

Устройством 18 может быть операционный стол. Операционный стол 18 может иметь двигатели и механизмы, регулирующие его положение. Настоящее изобретение позволяет хирургу управлять положением стола 18 посредством входного устройства 20. Хотя описаны четыре хирургических устройства 12, 14, 16 и 18, следует понимать, что посредством входного устройства 20 можно управлять другими функциональными устройствами в операционной. Например, устройство 10 может позволить хирургу регулировать температуру и освещение в операционной посредством входного устройства 20.

Входным устройством 20 может быть ножная педаль, имеющая ряд кнопок 22, 24, 26, 28 и 30, которые могут быть нажаты хирургом. Каждая кнопка обычно соответствует специальной управляющей команде для хирургического устройства. Например, когда входное устройство 20 управляет робототехнической рукой 12, нажатие кнопки 22 может передвинуть руку в одном направлении, а нажатие кнопки 26 может передвинуть руку в противоположном направлении. Таким же образом, когда электроприжигающее устройство 14 или лазер 16 связан со входным устройством 20, нажатие кнопки 30 может включить устройства и т.д. Хотя показана и описана ножная педаль, следует понимать, что входным устройством 20 могут быть ручной контроллер, речевой интерфейс, воспринимающий команду голосом, произносимую хирургом, консольная педаль или другие входные устройства, которые могут быть хорошо известны в технике управления хирургическими устройствами.

Система 10 имеет переключающий интерфейс 40, связывающий входное устройство 20 с хирургическими устройствами 12, 14, 16 и 18. Интерфейс 40 имеет входной канал 42, соединенный со входным устройством 20 шиной 44. Интерфейс 40 также имеет ряд выходных каналов 46, 48, 50 и 52, соединенных с хирургическими устройствами шинами 54, 56, 58, 60, 94, 96, 98, и которые могут иметь адаптеры и контроллеры, электрически связанные с выходными каналами и между собой. Такие адаптеры и контроллеры будут обсуждены более подробно ниже.

В связи с тем, что для каждого устройства 12, 14, 16, 18 могут требоваться управляющие сигналы специальной конфигурации для их надлежащей работы, адаптеры 90, 92 или контроллер 88 могут быть размещены между ними и находиться в электрической связи с определенным выходным каналом и определенным хирургическим устройством. В случае системы робототехнической руки 12 адаптер не требуется, и рука 12 может быть непосредственно соединена с определенным выходным каналом. Интерфейс 40 связывает входной канал 42 с одним из выходных каналов 46, 48, 50 и 52. Третий и четвертый выходные каналы интерфейса 40 соединины соотвеиственно с операционным столом и лазером.

Интерфейс 40 имеет селекторный канал 62, который может подключать входной канал 42 к другому выходному каналу 46, 48, 50 или 52, чтобы входное устройство 20 могло управлять любым из хирургических устройств. Интерфейс 40 может быть мультиплексорной схемой, реализованной в виде интегральной схемы и размещенной на специализированной интегральной схеме. В другом варианте исполнения интерфейс 40 может представлять собой ряд реле с соленоидным приводом, соединенный с селекторным каналом логической схемой. Интерфейс 40 переключается на определенный выходной канал при подаче на селекторный канал 62 входного сигнала или переключающего сигнала.

Как показано на чертеже, может быть несколько входов в селекторный канал 62. Такие входы образуются при срабатывании ножной педали 20, речевого интерфейса 70 и центрального процессорного устройства (ЦПУ) 72. Интерфейс 40 может иметь мультиплексорный элемент, чтобы в любой момент времени на селекторный канал мог подаваться только один переключающий сигнал, обеспечивая таким образом отсутствие серьезных сбоев аппаратуры. Присвоение приоритетов входным устройствам может иметь такую конфигурацию, что ножная педаль может иметь самый высокий приоритет. Затем следуют в порядке приоритета речевой интерфейс и ЦПУ. Вышесказанное приведено в качестве примера, и приоритет входных устройств может быть определен по-другому, если исходить из наиболее эффективного функционирования системы. Селекторный канал 62 может последовательно соединять входной канал с одним из выходных каналов каждый раз, когда переключающий сигнал вводится в селекторный канал 62. В другом варианте исполнения селекторный канал 62 может быть адресным, чтобы интерфейс 40 соединял входной канал с определенным выходным каналом, когда в селекторный канал 62 вводится адрес. Такая адресация известна в технике переключателей.

Селекторный канал 62 может быть соединен линией 64 со специальной кнопкой 66 на ножной педали 20. Хирург может задействовать хирургические устройства нажатием кнопки 66. В другом варианте исполнения селекторный канал 62 может быть соединен линией 68 с речевым интерфейсом 70, что позволяет хирургу включать хирургические устройства голосовыми командами.

Система 10 может иметь ЦПУ 72, на которое поступают входные сигналы от входного устройства 20 через интерфейс 40 и шину 55. ЦПУ 72 принимает входные сигналы и может предотвратить поступление на контроллер ошибочных команд. При поступлении таких команд ЦПУ 72 реагирует соответствующим образом: или подачей другого переключающего сигнала на селекторный канал 62, или оповещением об этом хирурга посредством видеомонитора или громкоговорителя.

ЦПУ 72 может также формировать выходные команды для селекторного канала 62 по шине 76 и принимать входные команды от речевого интерфейса 70 по той же двунаправленной шине 76. ЦПУ 72 может быть соединено с монитором 80 и/или с громкоговорителем 82 соответственно шинами 84 и 86. Монитор 80 может обеспечить видеоинформацию о том, какое хирургическое устройство соединено со входным устройством 20. Монитор также может предоставить меню команд, которые могут быть выбраны хирургом с помощью речевого интерфейса 70 или кнопки 66. В другом варианте исполнения хирург может подключить хирургическое устройство выбором команды с помощью графического интерфейса пользователя. Монитор 80 может также предоставить информацию о подаче ошибочных управляющих сигналов на определенное хирургическое устройство 12, 14, 16, 18, распознаваемых ЦПУ 72. Каждое устройство 12, 14, 16, 18 имеет соответствующий только ему присущий рабочий диапазон, что хорошо известно квалифицированному специалисту. ЦПУ 72 может программироваться для распознавания ошибочных управляющих сигналов, когда работа устройства, управляемого входным устройством 20, не соответствует ожидаемой, и тогда ЦПУ 72 оповещает хирурга визуально посредством монитора 80 или посредством звукового сигнала от громкоговорителя 82. Громкоговоритель также может предоставить звуковую информацию о том, какое из хирургических устройств соединено со входным устройством 20.

Система 10 может содержать контроллер 88, принимающий входные сигналы от входного устройства 20 и формирующий соответствующие выходные сигналы для управления операционным столом 18. Аналогично этому, система 10 может иметь адаптеры 90 и 92, обеспечивающие интерфейс между входным устройством 20 и определенными хирургическими устройствами, присоединенными к системе 10.

При работе интерфейс 40 сначала соединяет входное устройство 20 с одним из хирургических устройств. Хирург может управлять другим хирургическим устройством, генерируя входную команду, вводимую в селекторный канал 62. Входная команда переключает интерфейс 40, так чтобы входное устройство 20 было соединено с другим выходным каналом и с соответствующим хирургическим устройством или адаптером. Таким образом интерфейс 40 дает возможность хирургу выбирать, задействовать и управлять целым рядом различных хирургических устройств посредством общего входного устройства 20.

Хотя некоторые приведенные в качестве примеров варианты реализации изобретения были описаны и показаны на сопроводительном чертеже, следует понимать, что он является простой иллюстрацией и не ограничивает объема защиты изобретения, и что настоящее изобретение не ограничено этими конкретными показанными и описанными структурами и устройствами, так как специалистами в данной области техники могут создаваться и другие разнообразные их модификации.

Реферат

Изобретение относится к медицине, а именно к хирургической технике. Интерфейс позволяет хирургу управлять целым рядом хирургических устройств посредством одного входного устройства. Входным устройством может быть ножная педаль. Педаль формирует выходные сигналы, приводящие в действие несколько различных хирургических устройств. Хирургическое устройство может включать роботизированную руку, лазер, электроприжигающее устройство или операционный стол. Интерфейс имеет входной канал, соединенный со входным устройством, и целый ряд выходных каналов, связанных с хирургическими устройствами. Интерфейс имеет селекторный входной канал, который может принимать входные команды для подключения входного канала к одному из выходных каналов. Селекторный канал может быть соединен с речевым интерфейсом, что дает возможность хирургу выбирать одно из хирургических устройств посредством подачи команды голосом. Устройство позволяет хирургу управлять любым устройством, используя входную команду для подключения входного канала и требуемого выходного канала. 2 с. и 18 з.п. ф-лы., 1 ил.

Формула