СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНФРАКРАСНОЙ ДВУНАПРАВЛЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ МЕЖДУ СТОЛОМ ДЛЯ МЕДИЦИНСКОЙ ОБРАБОТКИ И ПУЛЬТОМ УПРАВЛЕНИЯ
METHOD AND DEVICE FOR INFRARED BIDIRECTIONAL TRANSFER OF DATA BETWEEN TABLE FOR MEDICAL PROCESSING AND CONTROL PANEL

Изобретение относится к способу для инфракрасной (ИК) двунаправленной передачи данных между столом для медицинской обработки, в частности, операционным столом и пультом управления, которые содержат соответственно ИК передатчик и ИК приемник. Операционный стол и пульт управления далее упоминаются в общем виде как «пользователь» ИК передачи данных. Термином «стол для медицинской обработки» в настоящей заявке обозначена любая поверхность для помещения пациента, на которой пациент размещается для исследования или обслуживания, например это может быть кровать или коечное сооружение.
Типовой случай ИК передачи данных в случае операционного стола реализуется односторонним образом, а именно от пульта управления к операционному столу. При этом команды для регулирования или способа действия операционного стола передаются беспроводным способом в виде ИК сигналов на операционный стол.
Кроме того, известна передача ИК сигналов между операционным столом и так называемым настенным табло, которое представляет собой частный случай пульта управления. Настенное табло имеет кнопки для ввода команд регулирования, которые в виде ИК сигналов передаются на операционный стол. Операционный стол может, со своей стороны, посылать посредством ИК передатчика информацию статуса в виде ИК сигналов на настенное табло, которое затем представляет информацию на жидкокристаллическом (ЖК) дисплее.
В этом известном способе данные передаются двунаправленным образом в виде ИК сигналов между операционным столом и пультом управления. При этом в общем случае сигналы могут передаваться в противоположных направлениях только друг за другом. Если, например, кнопка настенного табло нажимается, чтобы операционный стол переместить в определенную позицию, то обратное сообщение от операционного стола может посылаться только тогда, когда эта кнопка отпущена. Это означает, что во время управления посредством настенного табло от операционного стола не может быть послано назад никакое обратное сообщение, например, о том, достигнуто ли уже необходимое положение или еще нет. Таким образом, непрерывное информирование пользователя, при котором на пульте управления регистрируется текущее состояние операционного стола, невозможно.
В основе изобретения лежит задача создать способ и устройство вышеназванного типа, которые обеспечивают непрерывное информирование пользователя.
Эта задача в способе вышеуказанного типа решается тем, что данные, подлежащие передаче от пользователя, подразделяются на блоки данных, которые передаются друг за другом, причем между передачей отдельных блоков данных, соответственно, выдерживается пауза, и во время пауз передаются данные от другого пользователя. Указанная задача, кроме того, решается устройством по пункту 15 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
о
Согласно соответствующему изобретению способу оба участника могут передавать почти одновременно, или несколько пультов управления могут обслуживаться одновременно, при этом не происходит конфликта между данными, так как один пользователь может передавать свои блоки данных в паузе между двумя блоками данных другого пользователя. Если, таким образом, пользователь пульта управления нажал, например, кнопку, чтобы регулировать участок операционного стола, эта команда будет передаваться в форме блоков данных, между которыми, соответственно, имеется пауза. В этих паузах операционный стол, со своей стороны, может затем передать назад информацию статуса, например, о том, в каком положении находится регулируемый участок в текущий момент. Эта информация статуса помогает затем пользователю найти определенное положение, например, положение по 45 участка опорной поверхности. За счет такого квазиодновременного обмена информацией между операционным столом и пультом управления обеспечивается возможность непрерывного информирования пользователя. Кроме того, повышается помехоустойчивость передачи данных между пользователями.
Предпочтительным образом, перед передачей блока данных передатчик проверяет, имеются ли в текущий момент ИК сигналы, и в случае, если ИК сигналы имеются, задерживает передачу блока данных, пока не пройдет предварительно определенное время ожидания с момента пропадания ИК сигнала. Поэтому оба пользователя ИК передачи синхронизируются таким образом, что они, соответственно, осуществляют передачу во время паузы между блоками данных другого пользователя. Этот вариант выполнения имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что исключается конфликт передаваемых данных с помеховыми сигналами от посторонних передатчиков, которые также передают ИК сигналы. Это объясняется тем, что согласно данному варианту выполнения передача осуществляется только тогда, когда подобный помеховый сигнал пропадает. Возможными источниками помеховых сигналов, которые могут иметь место в операционных помещениях, являются, например, пускорегулирующие аппараты люминесцентных ламп или другие медицинские приборы, например хирургические навигационные системы.
Предпочтительным образом, предварительно определенное время ожидания для пульта управления отличается от предварительно определенного времени ожидания для операционного стола, в частности, является более коротким. За счет этого обеспечивается то, что после пропадания ИК сигнала оба участника передачи не будут пытаться осуществить передачу одновременно и создавать тем самым помехи друг другу. Ввиду более короткого предварительно определенного времени ожидания пульту управления при этом отдается предпочтение, потому что управление имеет более высокий приоритет, чем обратное сообщение о статусе, передаваемое от операционного стола.
В предпочтительном варианте выполнения предусмотрено множество операционных столов и соответствующих им пультов управления с, по меньшей мере, частично перекрывающимися диапазонами приема ИК сигналов, при этом каждому участнику передачи соответствует отличающееся время ожидания. Если несколько операционных столов размещены в одном операционном помещении или если соседние операционные помещения сообщаются посредством окон, то может иметь место перекрытие областей приема ИК сигнала, так что, например, один операционный стол принимает сигналы от другого операционного стола или пульта управления другого операционного стола. Хотя данный операционный стол распознает, посредством описанного ниже идентификационного кода, предназначается ли конкретный сигнал ему или нет, однако сигнал другого операционного стола или его пульта управления может создавать помехи приему сигнала своего собственного пульта управления. Чтобы избежать этих проблем, каждому пользователю соответствует отличающееся время ожидания, так что все пользователи, области приема ИК сигналов которых могут перекрываться, синхронизируются друг с другом таким образом, чтобы они не создавали помехи друг другу, как более подробно описано ниже на примере выполнения.
В качестве альтернативы, могут предусматриваться различные времена ожидания, и соответствующее время ожидания может выбираться из предусмотренных времен ожидания. При таком случайном выборе времен ожидания является маловероятным, чтобы два различных стола осуществляли одновременную передачу. Тем самым случайный выбор времен ожидания предоставляет очень простое альтернативное решение, позволяющее избежать конфликтов между сигналами, не требуя того, чтобы различные операционные столы дополнительно настраивались в отношении времен ожидания.
В особенно предпочтительном варианте выполнения, по меньшей мере, один из участников сам принимает свой переданный ИК сигнал, проверяет его и, в случае, если сигналу создавалась помеха, передает соответствующие данные повторно. Таким способом можно устранить влияние конфликта между сигналами, не приводя к потере данных.
Предпочтительным образом, несущая частота ИК сигналов составляет более 120 кГц, в частности, предпочтительно от 350 до 550 кГц. Тем самым несущая частота лежит намного выше применявшихся до сих пор несущих частот порядка 40 кГц или менее. Эта повышенная несущая частота имеет два существенных преимущества. С одной стороны, блоки данных при одинаковом содержании объема данных при повышенной несущей частоте могут быть сформированы с меньшей длительностью. Тем самым снижается вероятность того, что на интервал времени передачи блока данных попадет внешняя помеха. Кроме того, данные большего количества участников могли бы чередоваться друг с другом, не приводя к тому, что передача данных, относящаяся к каждому участнику, стала бы более медленной.
Другое преимущество состоит в том, что типичные для операционного помещения источники помеховых ИК полей, в частности, пускорегулирующие аппараты люминесцентных ламп или инфракрасные камеры навигационных систем, имеют более низкие несущие частоты, которые также лежат в диапазоне 40 кГц или ниже. За счет выбора намного более высокой несущей частоты переменное взаимодействие с помеховыми полями ослабляется, так что влияние помех можно существенно снизить.
Предпочтительным образом каждый блок данных имеет идентификационный код, который относится к конкретному участнику передачи, так что каждый участник с помощью идентификационного кода может распознать, предназначается ли для него соответствующий блок данных.
Сигнальная длительность блока данных составляет предпочтительно от 1 мс до 50 мс, особенно предпочтительно, от 2 мс до 10 мс. Эта сигнальная длительность достаточно велика для передачи достаточного объема данных. Вместе с тем, она достаточно мала, чтобы поддерживать вероятность помех низкой и чтобы передачу данных в прямом и обратном направлениях перемежать с такой частотой, что для практических целей можно говорить об «одновременной» передаче, которая обеспечивает вышеописанное непрерывное информирование участника передачи.
Предпочтительным образом пауза между передачей двух блоков данных одним участником составляет величину от 5-кратной до 50-кратной, в частности от 10-кратной до 25-кратной сигнальной длительности блока данных. При таком соотношении в вышеописанном способе, когда различным участникам выделены различные времена ожидания, легко можно обеспечить синхронизацию передачи сигналов большого количества участников, как описано ниже более подробно на примере выполнения.
Данные, передаваемые от пульта управления к операционному столу, могут относиться к командам регулирования для изменения положения опорной поверхности операционного стола.
Данные, передаваемые от операционного стола к пульту управления, могут касаться указания статуса одного или более из следующих состояний операционного стола: текущая установка и позиция опорной поверхности, достижение сохраненных установок и позиций опорной поверхности, сообщения об ошибках, информация о невозможных функциях, соединение с сетью питания, состояние заряда аккумуляторов и предупреждение о столкновении операционного стола с другим оборудованием.
Для лучшего понимания настоящего изобретения далее приводятся ссылки на представленный на чертежах предпочтительный вариант выполнения, который описан с использованием специальной терминологии. Однако следует отметить, что объем защиты изобретения не должен ограничиваться этим, так как подобные изменения и модификации для показанного способа, а также подобные другие применения изобретения, как они раскрыты в настоящем документе, рассматриваются как обычные знания в настоящем и в будущем соответствующего специалиста. На чертежах представлен пример выполнения изобретения, в частности:
фиг. 1 - операционный стол с соответствующими пультами управления,
фиг. 2 - схематичное представление структуры байта формата ИК данных,
фиг. 3 - схематичное представление структуры блока данных формата ИК данных, и
фиг. 4 - временная диаграмма, иллюстрирующая временную последовательность передачи от операционных столов и пультов управления, схематично представленных на фиг. 1.
На фиг. 1 схематично представлены четыре операционных стола 10а-10d с относящимися к ним пультами 12а-12d управления. Каждый операционный стол 10а-10d содержит схематично показанный ИК блок 14 передачи данных, который содержит ИК передатчик 16 и ИК приемник 18.
Каждый из пультов 12а-12d управления включает в себя схематично показанный ИК блок 20 передачи данных, который содержит ИК передатчик 22 и ИК приемник 24. Пульты 12а-12d управления также имеют ЖК-дисплей 26 и панель 28 управления, на которой размещены кнопки или клавиши для ввода команд регулирования.
Между ИК блоком 14 передачи данных операционного стола и ИК блоком 20 передачи данных пульта управления производится обмен данными в форме ИК сигналов. Поэтому далее оба они в обобщенном виде указываются как «участники» ИК передачи данных. Операционный стол 10а и соответствующий ему пульт 12а управления имеют общий ИК код, которым обозначаются блоки данных, которые передаются от одного из них к другому. С помощью этого ИК кода участник передачи распознает данные, которые предназначены для него. Также и другие пары, состоящие из операционного стола и пульта управления, 10b/12b, 10с/112c и 10d/12d имеют соответственно однозначно определенный ИК код.
Операционные столы 10а-10d находятся в общем операционном помещении или в отдельных операционных помещениях, сообщающихся друг с другом окнами, так что сигналы от одного операционного стола или его пульта управления могут приниматься одним или более из других операционных столов и/или пультов управления. Иными словами, области приема ИК сигналов операционных столов 10а-10d перекрываются друг с другом, по меньшей мере, частично.
В нижеследующем описании принципы двунаправленной ИК передачи данных между двумя участниками поясняются на основе операционного стола 10а и соответствующего пульта 12а управления. С помощью пульта 12а управления посредством панели 28 управления могут вводиться команды регулирования. Эти команды регулирования передаются передатчиком 22 в виде цифровых ИК сигналов к операционному столу 10а и принимаются его приемником 18. Блок управления (не показан) операционного стола 10а управляет соответствующими исполнительными элементами (не показаны), чтобы отрегулировать операционный стол 10а в соответствии с командами регулирования.
Например, пользователь удерживает клавишу нажатой для регулирования высоты операционного стола 10а так долго, пока он не будет доведен до желательной высоты. Однако данные для регулирования высоты передаются не непрерывно к операционному столу 10а, а в форме блоков данных, которые передаются друг за другом, причем между передачей отдельных блоков данных, соответственно, выдерживается пауза.
Во время процесса регулирования средство управления (не показано) операционного стола 10а вырабатывает информацию о текущем состоянии или статусе операционного стола 10а. Эта информация в виде цифровой индикации статуса в паузах между блоками данных, которые пульт 12а управления передает к операционному столу 10а, передается в виде цифровых ИК сигналов к пульту 12а управления, и ее содержание отображается на ЖК-дисплее 26. Тем самым пользователь, например, во время вышеупомянутого регулирования высоты операционного стола может считывать на ЖК-дисплее текущее достигнутое значение высоты и в зависимости от отображаемого значения остановить регулирование высоты или продолжать его выполнение. За счет такой квазиодновременной перемежающейся друг с другом передачи ИК сигналов между операционным столом 10а и пультом 12а управления пользователь получает во время работы с пультом 12а управления текущую индикацию статуса и может соответственно ориентироваться, то есть получает руководящие указания при управлении.
В процессе функционирования операционного стола 10а множество состояний операционного стола 10а отображается на дисплее 26, в том числе текущая установка и позиция опорной поверхности операционного стола 10а, информация о том, достигнуто ли уже сохраненное значение установки или позиции опорной поверхности, сообщения об ошибках, например, что фиксатор между опорной поверхностью и стойкой стола не застопорен, информация о функциях, которые невозможны, информация относительно энергопитания, или, в случае мобильного операционного стола, состояние заряда аккумуляторов и предупредительный сигнал в случае опасности, что операционный стол может столкнуться с элементом оборудования.
В показанном варианте выполнения несущая частота ИК сигнала составляет 455 кГц. При этом бит имеет длительность 50 мкс. На фиг. 2 схематично представлена структура байта в применяемом формате данных. Как показано на фиг. 2, байт состоит из стартового бита, за которым следуют 8 битов данных. За ними следуют бит проверки четности и бит остановки. Отсюда общая длина байта составляет 550 мкс.
На фиг. 3 схематично представлена структура блока данных. Каждый блок данных начинается стартовым условием из двух битов, а именно «0» длительностью 50 мкс и «1» длительностью 50 мкс. Этим обозначается начало блока данных. Следующие оба байта служат для идентификации передатчика данных. В этих идентификационных данных содержится, в числе прочего, вышеупомянутый ИК код. Третий байт содержит проверочную сумму, и байты с четвертого по десятый содержат полезные данные. Отдельные байты блока данных передаются без промежутков. Тем самым для блока данных получается длительность 5,6 мс, включая стартовое условие.
Прежде чем участник передачи передаст блок данных, он сначала проверяет, имеется ли непосредственно в данный момент другой ИК сигнал либо ввиду того, что другой передатчик как раз в данный момент передает сообщение, либо ввиду того, что посторонний прибор передает мешающий сигнал. Только когда этот ИК сигнал исчезнет, участник передачи может, спустя дополнительное время ожидания, передать свой блок данных.
Время ожидания в показанном примере выполнения для каждого из восьми участников 10а-10d, 12а-12d является различным. Причина этого состоит в том, что иначе два или более участников, которые случайным образом одновременно ожидают окончания передаваемого в текущий момент сообщения, стали бы одновременно осуществлять передачу, и их сигналы вызывали бы взаимные помехи. В показанном примере выполнения эта проблема решается тем, что время ожидания для пульта 12а управления равно 1 мс, для пульта 12b управления равно 2 мс, для пульта 12c управления равно 3 мс и для пульта 12d управления равно 4 мс. Время ожидания для операционного стола 10а составляет 5 мс, для операционного стола 10b составляет 6 мс, для операционного стола 10c составляет 7 мс и для операционного стола 10d составляет 8 мс. Пульты 12а-12d управления имеют, таким образом, в целом меньшие интервалы времени ожидания и, тем самым, имеют предпочтение по отношению к операционным столам 10а-10d. Это обосновывается тем, что пульты управления, которые выдают активные команды, имеют более высокий приоритет, чем операционные столы, которые, по существу передают назад информацию статуса.
На временной диаграмме, представленной на фиг. 4, время t=0 обозначает момент времени, в который заканчивается ранее переданный ИК сигнал. Спустя время ожидания в 1 мс пульт 12а управления передает свой блок данных, который длится 5,6 мс (на фиг. 4 длительность блока данных представлена не в масштабе). Спустя 2 мс, то есть во время того, как пульт 12а управления уже передает свой блок данных, проходит время ожидания пульта 12b управления, равное 2 мс. Пульт 12b управления проверяет, имеется ли ИК сигнал, что действительно имеет место, потому что пульт 12а управления как раз передает свой блок данных. В соответствии с этим, пульт 12b управления ожидает, пока не закончится передача блока данных пульта 12а управления, и дополнительные 2 мс, пока он не начнет передачу своего блока данных. Спустя 3 мс после того, как пульт 12b управления передал свой блок данных, пульт 12с управления начинает передачу своего блока данных и т.д. За счет различных времен ожидания восемь участников передачи 10а-10d, 12а-12d самостоятельно синхронизируются между собой, так что все могут послать свой блок данных последовательно друг за другом.
Спустя 80,8 мс, которые получаются из длительности восьми блоков данных по 5,6 мс плюс сумма времен ожидания, и последний участник, то есть операционный стол 12d, передал свой блок данных. В показанном примере выполнения каждый пользователь осуществляет циклическую передачу своего блока данных в каждые 100 мс. Спустя 20,2 мс после того, как операционный стол 12d, передал свой блок данных, или спустя 101 мс после момента времени t=0 на фиг. 1, пульт 12а управления вновь передает следующий блок данных, и процедура повторяется.
Таким способом восемь участников могут квазиодновременно, а именно с чередованием друг за другом, передавать свои данные.
В качестве альтернативы этому, было бы возможно, чтобы участники 10а-10d, 12а-12d выбирали свои времена ожидания по случайному принципу, например, пульты 12а-12d управления выбирали бы свои времена ожидания случайным образом из значений 1, 2, 3 или 4 мс, а операционные столы 10а-10d - из значений 5, 6, 7 или 8 мс. Так как не всем пользователям 10а-10d, 12а-12d желательно выполнять передачу одновременно, то конфликты были бы лишь редкими и могли бы быть скорректированы описанным ниже способом. За счет случайного распределения времен ожидания, различным операционным столам 10а-10d и соответствующим им пультам 12а-12d управления не требовалось бы согласовываться друг с другом в отношении их времен ожидания.
Каждый из участников 10а-10d, 12а-12d принимает с помощью своего приемника 16-24 свой собственный сигнал и проверяет его. Для случая, когда он устанавливает, что сигнал подавлен помехой, например, из-за конфликта с другим сигналом, он передает в следующий раз соответствующий блок данных повторно. Тем самым гарантируется, что несмотря на имеющиеся время от времени помехи, не происходит потерь данных.
Хотя на чертежах и в вышеприведенном описании показан и детально описан предпочтительный вариант выполнения, его следует рассматривать как чисто иллюстративный, но не ограничивающий изобретение. Следует отметить, что предметом охраны должны быть представленный и описанный предпочтительный пример выполнения, а также все изменения и модификации, которые в настоящее время и в будущем будут входить в объем изобретения.
Список условных обозначений
10а-10d
операционный стол
12а-12d
пульт обслуживания
14
ИК блок передачи данных
16
ИК передатчик
18
ИК приемник
20
ИК блок передачи данных
22
передатчик
24
приемник
26
ЖК-дисплей
28
панель управления