(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物（８）を三次元で検出するための少なくとも１つのセンサ（５）を有する、医療装置用の制御装置（２）であって、前記対象物（８）は、該対象物の位置と、該対象物の整列によって、方向のベクトル（１０）とを把握可能にするように構成されており、
前記対象物（８）は目標領域に方向付けられており、
前記対象物（８）から始まる前記ベクトル（１０）は、前記目標領域の表面との交点を生じ、
前記制御装置（２）は、いずれの目標領域に前記交点が位置しているかを認識し、かつ前記目標領域のために予め規定された動作を前記医療装置によって作動させるように、適応され、
前記対象物は、ロッド状に構成されているか、または自由端部を有する少なくともロッド状の部分を含み、前記制御装置（２）は、ロッド状の前記対象物の前記自由端部および軸線によって、方向を決定するように適応され、
前記制御装置（２）は、前記対象物（８）の空間的向きおよび方向から、前記予め規定された動作の方向を決定し、かつ、前記方向と反対に配置された、前記医療装置の作動させるべきエレメントによって、前記予め規定された動作が実行されるように前記医療装置を作動させるように、適応され、
医療装置は、手術用照明であり、
前記予め規定された動作を前記医療装置によって作動させることは、照明する動作を前記手術用照明によって作動させることであり、
前記予め規定された動作は、前記手術用照明の光ビームの焦点が目標領域の表面に配置されるようにする、焦点位置の変更であることを特徴とする、制御装置（２）。
【請求項２】
前記制御装置（２）は、前記交点の妥当性チェックをパスしたときにのみ前記目標領域に関する前記予め規定された動作を実行し、または、付加的な確認が提供された場合、前記対象物（８）によって規定されたベクトル（１０）および該ベクトルの方向により、前記予め規定された動作を実行するように適応されている、請求項１記載の制御装置（２）。
【請求項３】
前記少なくとも１つのセンサ（５）は、前記医療装置の、作動させるべきエレメントを認識するように構成されており、
前記制御装置（２）は、作動させるべきエレメントのいずれに前記対象物（８）が方向付けられているかを認識し、かつ、認識された、作動させるべきエレメントに関連する予め規定された動作を引き起こすように適応されている、請求項１または２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つのセンサ（５）は、付加的に、前記対象物（８，８’）の動きを検出するように構成されており、
前記制御装置は、少なくとも１つの前記対象物（８，８’）の予め規定された動きを、前記医療装置の予め規定された動作のための制御命令に変換するように適応されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の制御装置（２）。
【請求項５】
前記少なくとも１つのセンサ（５）は、放射されかつ反射された光の走行時間によって前記対象物（８，８’）を検出するように適応されたＴｏＦカメラである、請求項１から４までのいずれか１項記載の制御装置（２）。
【請求項６】
前記制御装置（２）は、複数の対象物（８，８’）がそれぞれに予め規定された動きを実行するかどうかを認識し、かつ、前記複数の対象物（８，８’）のそれぞれの動きの組合せに従って前記医療装置の前記予め規定された動作のための予め規定された制御命令を変換するように、適応されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の制御装置（２）。
【請求項７】
前記制御装置（２）は、前記予め規定された作動をリアルタイムで実行するように適応されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の制御装置（２）。
【請求項８】
複数のセンサが設けられている、請求項１から７までのいずれか１項記載の制御装置（２）。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項記載の制御装置（２）を有する手術用照明（１’’）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療装置用の制御装置に関し、特に、それによって医療装置の無接触操作が可能である制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
装置自体で、壁の操作パネルでまたは遠隔制御で操作される医療装置、例えば手術台または手術用照明が公知である。そのために、オペレータはこれらの操作エレメントの近くにいる必要がある。さらに、外科医自身は装置を操作することはできない。なぜならば、操作エレメントは、通常、無菌エリアの外に配置されており、外科医は、操作エレメントに触れることによって無菌でなくなるからである。
【０００３】
したがって、装置を操作するために、より大きな強調的努力が必要である。まず、オペレータは、外科医によって呼びかけられなければならず、オペレータは、操作エレメントの近くに来なければならないか、または遠隔制御を見つけなければならず、場合によっては、装置に対する操作エレメントの向きをチェックし、始動および停止させ、場合によっては、動作を修正しなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記欠点を修正し、無菌でなくなることなく外科医自身が装置を操作することができるように医療装置の無接触の単純な操作を可能にする、医療装置用の制御装置を提供するという課題に基づいてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、請求項１記載の制御装置および請求項１５記載の医療装置を制御する方法によって達成される。
【０００６】
本発明による制御装置によって、対象物、例えば、外科医の指、およびその方向を検出することができる。センサによって、医療装置の作動させるべきエレメントのいずれに対象物が方向付けられているかを検出することができ、エレメントの予め規定された動作が実行される。これにより、医療装置の無接触操作が可能であり、医療装置の直感的な操作も可能になる。
【０００７】
ここで添付の図面を参照しつつ実施の形態によって本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】３Ｄセンサおよび本発明による制御装置を備える、医療装置用の、２つの例としての手術用照明および手術台を示している。
【図２】医療装置を制御するための手の異なる動きを示している。
【図３】制御装置の利用を示している。
【図４】制御装置の別の利用を示している。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１には、手術台１’および手術用照明１’’が、制御される医療装置の例として示されている。手術台１’および手術用照明１’’は、データライン３’を介して制御装置２に接続されている。特に、手術台１’の制御装置４’および手術用照明１’’の制御装置４’’は、データライン３’，３’’を介して制御装置２に接続されている。接続はデータライン３’，３’’を介して確立されている。しかしながら、代替的に、無線または赤外線を介してワイヤレス形式で確立されてもよい。制御装置２は、代替的に、手術台１’の制御装置４’または手術用照明１’’の制御装置４’’、つまり、主に、医療装置の制御装置に含まれていることもできる。
【００１０】
さらに、３Ｄセンサ５が制御装置２に接続されている。３Ｄセンサ５によって、室内の対象物、それらの形状、位置および動きが検出される。ここでは、動きを検出するとは、ある動きの連続における対象物全体の並進または回転、対象物のある部分の動きによる変形、および、対象物の並進または回転と変形との組合せが検出されることを意味する。代替的な実施の形態では、異なる方向から対象物を検出するために複数の３Ｄセンサが設けられている。これにより、対象物の検出時の信頼性をより高め、対象物を検出可能なスペースを広げることが可能である。選択的に、エンプロイメントが劣化を考慮してあまり重要でないように、１つまたは複数の３Ｄセンサは部屋の天井に固定される。代替的に、少なくとも１つの３Ｄセンサ５は、手術台１’または手術用照明１’’、つまり医療装置自体に取り付けられているかまたは組み込まれている。３Ｄセンサの利用は、適切なセンサの選択を意味し、この利用は、３Ｄセンサに限定されるのではなく、別の適切なセンサを使用することができる。制御のために意図されたジェスチャは、画像認識用のカメラシステムの利用によって認識することも可能である。
【００１１】
１つの実施の形態では、３Ｄセンサ５は、いわゆるＴｏＦ（Time of Flight）カメラである。ここでは、対象物が光パルスによって照明され、光が対象物によって反射されるやり方で、カメラからの距離が複数のピクセルについて測定される。光が放射されてからＴｏＦカメラに戻るまでに必要な時間が、各ピクセルについて測定され、その時間は距離に比例する。これにより、対象物がスキャンされるのではなく、対象物全体が同時に記録される。
【００１２】
制御装置２は、対象物の動きを医療装置の予め規定された動作に変換するように適応されている。
【００１３】
手術用照明１’’の動作は、例えば、輝度変化、光照射野直径の変化、焦点位置の変化、放射される光の色温度の変化、または手術用照明１’’の光源が作動されるアクティブなゾーンの変化である。
【００１４】
手術台１’は、患者支持板６および支柱７を備える。患者支持板６および支柱７には複数の駆動装置が設けられており、これらの駆動装置によって患者支持板６を移動させることができる。
【００１５】
手術台１’の動作は、例えば長手方向移動Ｌであり、この長手方向移動Ｌの際には患者支持板７はその長手方向軸線に沿って移動させられる。または、手術台１’の動作は、横方向移動Ｑであり、この横方向移動Ｑの際には患者支持板７はその長手方向軸線に対して横方向に移動させられる。スイングＫおよびトレンデレンブルグ調節またはアンチトレンデレンブルグ調節が可能であり、スイングＫの際には患者支持板７はその長手方向軸線を中心に回動し、トレンデレンブルグ調節またはアンチトレンデレンブルグ調節の際には、患者支持板７はその横方向軸線を中心に回動させられる。さらに、高さ調節Ｈによって患者支持板７全体の高さを変化させるオプションが存在する。最後に、患者支持板７の個々のセグメントは、患者にある手技を行うための特定の支持を行うために互いに対して回動させることができる。
【００１６】
複数の医療装置の中で制御されるべき医療装置の選択、つまり、ここでは、手術台１’または手術用照明１’’の動作がトリガされるかどうかは、後で説明するように、医療装置に応じたジェスチャの使用によっておよび／またはジェスチャに基づく選択によって、医療装置またはその構成部材のうちの１つまたは機能に割り当てられた検出スペース内でのジェスチャの実行により、物理的または仮想的走査ユニットを介した医療装置の作動によって行われる。
【００１７】
基本的に、制御されるべき医療装置および／または選択された構成部材に応じて、同じジェスチャを様々な制御命令に変換することができる。医療装置、構成部材および／または機能に割り当てられた検出スペースが、ログインまたはログアウトジェスチャにのみ関連していてもよい一方、制御命令自体のためのジェスチャが、これが有利であるように見えるならば再びこのスペースの外側であってもよい。しかしながら、規定された検出スペースに基づき、検出スペースが通常は制御する意図なく使用されないならば、ログイン／ログアウトジェスチャは放棄することができる。
【００１８】
図２は、典型的に、４つのジェスチャ、すなわち、対象物としての手の動きを示しており、手の動きは、制御装置２によって、医療装置の例としての手術台１’のある動作のための制御命令に変換される。
【００１９】
イラストＡは、一方の手８を振っているところを示している。ここでは、手は、振っている間、つまり、並進または回転の間、開いたまま保たれ、変形されない、すなわち、例えば握りしめられない。
【００２０】
イラストＢは２つの手８，８’の動きを示しており、手８，８’は、変形、すなわち、手を開いた状態から、手をすぼめることによって指の先端どうしが接した状態への変形と、並進、すなわち上下の並進とを行う。この動きの原理は、片手のジェスチャにそのまま転用することもできる。
【００２１】
イラストＣでは、両手８，８’が開いたまま上下に移動する動きが示されている。
【００２２】
イラストＤのジェスチャでは、一方の手８は１つの場所でこぶしを握り、他方の手８’は、イラストＢにおいて説明したように変形され、次いで、下から上へ移動させられるか、または他方の手の握りこぶしの周囲を弓形に移動する。
【００２３】
制御装置２は、ジェスチャのうちの特定の１つをログインの動きおよびログアウトの動きとして処理するように適応されている。ここでは、イラストＡは、許可ジェスチャとしてのログインの動きを示している。ログインの動きが実行された後に初めて、制御装置は、片手または両手の他の動きを処理し、これにより、それらの動きが手術台１’のための制御命令に変換されるように適応されている。
【００２４】
意図された動きの実行後、次にログアウトの動きが実行される。制御装置２は、次いで、この動きがログアウトの動きとして理解され、他の動作が制御装置によって手術台１’の動作のための制御命令に変換されないように、適応されている。新たなログインの動きのみが次に処理される。代替的に、ログインの動きおよびログアウトの動きが異なることもできる。
【００２５】
イラストＢには、手術台１’のこの実施の形態では、高さ調節Ｈが作動し、患者支持板７を上方へ移動させるジェスチャが示されている。調節は、台全体に対して可能である。しかしながら、選択されたセグメントのためだけに、例えば、そのセグメントに割り当てられた検出スペース内でのジェスチャの実行により、高さ調節Ｈを提供することもできる。高さ調節のために、ジェスチャは、複数の手８，８’が所定の動き、すなわち、変形、特に手を開いた状態から、指の先端どうしが触れた状態への変形を実行し、その後、手の下から上への並進を実行することによって実行される。制御装置２は、複数の手８，８’が予め規定された動きを実行しているかどうかを認識するように適応されており、検出された動きを、検出された動きの組合せに従って、予め規定された動作、ここでは、患者支持板７の上方動作に変換する。同一のまたは代替的なジェスチャ形状を伴う片手ジェスチャも可能である。
【００２６】
イラストＣおよびＤにも示したように、ジェスチャは複数の手８，８’によって実行され、イラストＣにおいて、開いた両手は単なる並進において下方へ移動させられ、これにより、高さ調節Ｈが作動させられ、患者支持板７が下方へ調節される。しかしながら、イラストＤでは、片手は並進形式で移動または変形されず、単に、形状、つまり握りこぶしとしての手８が検出される。他方の手８’は、並進および手の変形を実行する。これにより、トレンデレンブルグ調節またはアンチトレンデレンブルグ調節が作動される。
【００２７】
手８，８’の動きおよび変形は、次いで、所定の公差範囲内のある速度で実行される場合に検出される。動きの実行が速すぎたり遅すぎたりすると、動きは、予め規定された動きとしては検出されず、無視される。
【００２８】
動きの命令の速度は、基本的にジェスチャの動きの速度に対応していてもよいし、または、動きの命令の速度は、予め規定された関係にあってもよく、対象物の距離または検出スペース内の平面に関連させられていてもよく、および／または、付加的なジェスチャに依存していてもよい。
【００２９】
選択的に、手術台１’の所定の動作はリアルタイムで実行される。これは、検出された動きが手術台１’によって即座に実行されるように、制御装置２が適応されていることを意味する。
【００３０】
医療装置の直接制御の他に、ユーザは、代替的に、医療装置を、モデルを介して制御することができる。医療装置のモデルは、ユーザインターフェース、または、モニタなどの再現ユニット上で示されている。モデルが動きの命令によって作動されると、医療装置自体も同様に移動する。動きではなく、別の動作が開始されるので、位置および／またはそれぞれの動きまたは作動命令は、カーソルを介して再現ユニットにおいて、場合によっては、命令に応じて異なる装置において理解可能である。この場合、ユーザの行為の視覚的理解可能性によって、走査の安全が高まる。さらに、命令の視覚的監視が維持されながら、操作は、操作されるべき医療装置から空間的に分離することができる。
【００３１】
代替的な実施の形態では、ジェスチャの割当て、および、医療装置の予め規定された動作は、この実施の形態から区別される。さらに、付加的にまたは代替的に、他のジェスチャ、または他の対象物、例えば足のジェスチャを検出するというオプションも存在する。
【００３２】
図３には、手術台１’の制御の代替例または補足例が示されている。ここでも、手８の動きは、３Ｄセンサ５によって、またはその他のセンサによって検出され、制御装置２へ送られる。特に、動きは、延ばした指９の整列と組み合わせて検出される。延ばした指９に関連して、手は、ロッド状とみなされる。これは、延ばした指９との手８の整列を検出することができることを意味する。整列は、指９の検出された点によって指の軸線として検出される。ベクトル１０は、これらの点の接続の延長として規定される。代替的に、手８および指９のその他の点が、ベクトル１０の規定のために使用される。複数の点を用いて曖昧でないベクトルを定義可能であることが必要不可欠である。別の代替例では、ベクトル１０は、例えば手８に保持された別のロッド状対象物の向きから決定される。
【００３３】
この実施の形態では、３Ｄセンサ５は、制御可能な、つまり作動させるべき手術台１’の複数のエレメントを検出する。ここでは、エレメントは、典型的には、高さ調節のための支柱７上の駆動装置である。制御装置２は、ベクトル１０の方向および手８の位置から、つまり、手８から始まるベクトル１０から、ベクトル１０と支柱７との交点が存在することを認識し、交点の位置によって、予め規定された動作を実行しなければならない、作動させるべきエレメントを認識する。上述のように、予め規定された動作は、次いで、検出された予め規定された動き、および／または、ジェスチャ、および／または、機能／制御命令に割り当てられた１つの手８または複数の手８，８’の検出スペースによって、実行される。代替的な実施の形態では、制御装置２は、予め規定された動作が、ジェスチャではない別のものである命令の検出によって、例えば、声入力によって実行されるように、適応されている。
【００３４】
図４において、ここでは、手術用照明１’’による制御の別のオプションが示されている。
【００３５】
制御装置２は、ここでは、ベクトル１０が、次いで、指９上の点と、その軸線とを介して決定されるように構成されている。制御装置２は、３Ｄセンサ５による点の検出を介してベクトル１０の方向を認識する。さらに、制御装置２は、３Ｄセンサによって、その検出スペースに配置された人体を検出する。
【００３６】
ここでも、ベクトル１０と人体（図示せず）との交点が検出される。制御装置２は、人体のパッチに関して前もって選択された作動を実行するように適応されている。図４には、ベクトルが、患者支持板６上のパッチに方向付けられていることが示されている。前もって選択された、例えば、手術用照明１’’を指さすことによって選択された動作は、次いで、人間が横たわっている患者支持板６上のパッチが照明されるように実行される。これは、例えば、手術用照明１’’のモジュールの電動化された調節によって、または、パッチへ方向付けられた光源を作動させることによって、実現する。
【００３７】
図４には、さらに、制御装置２の選択的な同化作用の機能が示されている。人体との交点に加えて、ベクトル１０の空間的な向きが、ベクトルの方向において、ベクトルの反対方向における、作動させるべき医療装置のエレメントとの第２の交点をも決定する。次いで、前もって選択された動作、ここでは患者支持板６上のパッチの照明が、対象物とのベクトル１０の交点が配置されている対象物によって、ベクトル１０の空間的向きの方向で実行される。ここでは、患者支持面６上のパッチが、矢印で特定された手術用照明１’’のモジュールによって照明されることが示されている。
【００３８】
ベクトル１０は、さらに、目標領域、例えば、手術台の患者支持部またはそこに配置された患者の表面との交点を生ぜしめるために利用することができる。第１の構成において、この交点を生じさせることができた場合、それと接合されるべき機能への方向の指示は合理的であり、それが実行される。選択が例えば無駄に終わったので妥当性チェックが失敗すると、制御命令は実行されないか、またはユーザによって明示的に確認されなければならない。
【００３９】
手術台１’および手術用照明１’’に割り当てられた機能は、制御装置２に接続された全ての適切な医療装置によって同様に実行することができる。異なる実施の形態を互いに組み合わせることができる。
【００４０】
使用時には、制御装置２は、まず、３Ｄセンサによって、予め規定されたログインの動きが実行されたかどうかを検出する。
【００４１】
予め規定されたログインの動きに続いて、対象物、つまり、手８，８’または腕の動きが３Ｄセンサによって検出され、対象物の予め規定された動きに割り当てられた、医療装置の予め規定された動作が、制御装置２によって作動される。
【００４２】
医療装置の所要の予め規定された動作の完了後、操作を終了するためにログアウトの動きが実行され、これにより、ログアウトの動きの後は、他の動きは、実行されるべき動作と解釈されない。
【００４３】
選択的に、対象物のうちの１つの動きだけでなく、複数の対象物の動きが検出される。ここでは、両手８，８’の位置および動きが検出され、複数の対象物の動きの組合せに従って、予め規定された動作が実行される。
【００４４】
作動させるべき医療装置のエレメントを選択することができる選択的な機能において、作動後、および、作動のための動きの実行前、作動させるべき所要のエレメントが、このエレメントを指９によって指し示すことによって（ロッド状対象物を方向付けることによって）選択される。次いで、予め規定された動きが対象物によって実行され、制御装置２は、作動させるべき所要のエレメントを作動させ、これにより、予め規定された動きに従った動作が実行される。
【００４５】
医療装置のエレメントの動作が方向付けられるパッチが選択される別の選択的な機能において、パッチが指し示され、このパッチに関連した動作が、エレメントの選択的に必要な作動の後にフィンガ９によって実行される。これにより、制御装置２は、そのパッチに関連する動作が実行されるように要求されたエレメントを作動させ、したがって、患者支持面６上のパッチが照明される。
【００４６】
指し示される方向によって、動作を実行するエレメントを作動させるという別の選択的な機能に基づき、指９（ロッド状対象物）の方向が検出され、作動を実行する指の方向に関して反対の、作動させるエレメントが、動作が実行されるべきパッチに加えて付加的に選択される。次いで、作動させるべきエレメントは、作動が指９の方向から実行されるように作動される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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