手术台及其操作方法与流程

本发明涉及一种手术台及其操作方法，尤其涉及一种设有可调节部件的手术台。

背景技术：

迄今为止，设置有可调节部件的手术台已众所周知。近来，这些手术台设置有电机驱动部件，即使患者躺在手术台的台面上，也能够平稳且舒适地调节电机驱动部件的位置。

现在，由于对台面位置精度的要求，特别是在机器人辅助手术或手术室控制系统中的跟踪动作的情况下，台面的精确位置是必需的。然而，由于手术台结构具有弹性，躺在台面上的患者的重力中心处的重力相对于台面的支撑结构发生移动，台面的位置可能因此变化，从而手术台的结构发生弯曲。此外，在台面的极端位置，由于偏心重力，手术台的结构可能损坏或者手术台可能倾斜，从而存在使得躺在手术台上的患者或者手术台附近的人员受伤的风险。

此外，由于设计要求，特伦德伦堡(trendelenburg)驱动的施力位置和倾斜驱动的施力位置使得在trendelenburg驱动所致的运动期间，台面围绕台面的纵向方向的角度发生变化。如果处于trendelenburg位置的台面绕其纵向轴线倾斜，使得台面绕手术台的横向轴线倾斜，则出现类似的效果。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于提供一种手术台及其操作方法，其为台面位置的确定和手术台运动的精度提供改进，而不需要配备成本昂贵的设备。

根据本发明的一方面，手术台包括底座、台面、至少一个传感器以及控制器。底座包括立柱，台面由该立柱支撑，至少一个传感器配置成直接检测台面的位置变化，控制器配置成处理该至少一个传感器的信号以确定台面的位置。

通过这种配置，由于传感器直接检测台面位置的变化，所以在精确地确定台面位置的同时，能够使手术台具有成本划算的设备。在本文中，“直接”是指传感器或将台面的运动传递到该传感器的该传感器的一部分直接附接到台面并配置成直接检测台面的位置变化。间接检测台面位置的传感器，例如驱动机构中所包含的角编码器，不满足所要求保护的特征的特性。

在手术台的有利实施方式中，手术台包括弦线电位计作为至少一个传感器中的一个，该弦线电位计配置成检测台面相对于底座在垂直方向上的位置变化。

当使用弦线电位计作为直接检测台面位置的测量装置时，即，独立于台面的支撑结构，可以独立于支撑结构的弹性来进行台面高度的精确测定。

在手术台的另一有利的实施方式中，底座包括第一驱动机构，该驱动机构配置成通过改变台面在竖直方向上的位置来执行台面的高度调节，并且控制器配置成处理至少一个传感器的信号以确定台面在竖直方向上的位置，即台面的实际高度。

由于这种配置，可以独立于驱动机构来进行台面的高度调节和台面高度的精确测定，使得驱动机构的弹性或公差不影响测定结果。

在手术台的另一有利的实施方式中，手术台包括附接到底座上的第一倾斜仪和第一加速度传感器中的至少一个，其中控制器处理该第一倾斜仪和该第一加速度传感器中的至少一个的信号以确定手术台的底角。

当在底座处另外提供第一倾斜仪和第一加速度传感器中的至少一个时，可以确定直接检测台面位置变化的传感器的合理性和手术台的其它特性，例如，结构的刚度。手术台的底角定义为底座相对于支撑底座的地板的角度。

在手术台的另一有利的实施方式中，手术台包括连接到台面的第二倾斜仪和第二加速度传感器中的至少一个作为至少一个传感器。

倾斜仪或加速度传感器是成本划算的传感器，除了确定台面的位置之外，其还能够测量手术台的多个动力性能和运动学特性。

在手术台的另一有利的实施方式中，至少一个传感器布置在立柱的头部中。

由于至少一个传感器的这种布置，传感器被分配给底座，底座中通常容纳了手术台的控制器，使得便于该至少一个传感器的布线。在无线信号传输的情况下，信号传输的距离定义成便于部件的调谐。

在手术台的另一有利的实施方式中，台面由立柱以可倾斜的方式支撑，其中台面具有沿台面纵向的纵向轴线和垂直于纵向轴线且平行于台面平躺表面的横向轴线。该手术台还包括第二驱动机构和第三驱动机构，该第二驱动机构配置成使台面围绕横向轴线倾斜，该横向轴线为与第二驱动机构相关的轴线，该第三驱动机构配置成使台面围绕纵向轴线倾斜，该纵向轴线为与第三驱动机构相关的轴线。第二倾斜仪和第二加速度传感器中的至少一个配置成检测台面围绕纵向轴线和横向轴线中至少一个的倾斜，并且控制器配置成控制第二驱动机构和第三驱动机构，使得当第二驱动机构和第三驱动机构中的一个驱动机构被致动以使台面围绕与该一个驱动机构相关的轴线倾斜时，第二驱动机构和第三驱动机构中的另一个驱动机构被致动以对台面围绕与该另一个驱动机构相关的轴线的角偏差进行补偿，其中角偏差由控制器通过处理来自第二倾斜仪和第二加速度传感器中的至少一个的信号来确定。

由于角偏差的确定和对确定的角偏差的补偿，即使机械限制或刚度不足妨碍了精确的运动，台面的精确运动也是可行的。因此，可以跟踪台面或躺在台面上的患者的具体位置，这对于例如在机器人辅助的微创外科手术的情况下用于稳定端口位置的等中心位置是必要的。此外，在长台面的情况下能够防止碰撞。除此之外，由于当超过标称最大倾斜位置时，立柱头部中会发生内部碰撞，trendelenburg运动在台面的标称的最大倾斜位置中可以有较大运动范围。

在手术台的另一有利的实施方式中，控制器配置成另外通过手术台的底角来确定角偏差。

通过考虑底角，能够更精确地确定台面的角位置。

在手术台的另一有利的实施方式中，控制器配置成控制第二驱动机构和第三驱动机构的速度，以根据角偏差的量来补偿角偏差，其中控制器配置成控制第二驱动机构和第三驱动机构使得一旦角偏差大于第一预定量，使驱动机构以最大速度进行补偿，一旦角偏差等于或小于第一预定量，使驱动机构以减慢的速度进行补偿，且当角偏差小于第二预定量时停止补偿或忽略角偏差。

由于根据角偏差的量，使用不同的速度来补偿台面的角偏差，因此可以进行快速和精确的补偿。大的角偏差最初可以用较高的速度快速补偿，随后，具有小的角偏差时，少量的角偏差可以精确地以低速补偿而不产生过冲。当在角偏差大于作为角偏差的最大预定量的第一预定量时，以驱动器的最大速度进行补偿时，可以在还不需要精确定位的角偏差的范围内进行快速补偿。通过以减慢的速度进行补偿，可以在补偿的同时降低过冲的风险。通过在角偏差较小时，即，少于小于第一预定量的第二预定量时，停止补偿或忽略角偏差，台面可以保持在足够精确的位置。

在手术台的另一有利的实施方式中，控制器配置成根据第二倾斜仪和第二加速度传感器中的至少一个的信号并且根据底角来确定台面的位置。

由于这种配置，可以任意确定台面的位置或更精确地确定台面的位置，特别是考虑到驱动机构具有不同的电机类型的情况下。

在该手术台的另一有利的实施方式中，控制器配置成根据第二倾斜仪和第二加速度传感器中的至少一个的信号来确定手术台的变形，并且当该变形超过预定变形阈值时显示过载警告信号。

因为借助于第二倾斜仪和第二加速度传感器中的至少一个的信号来确定，所以可以识别出与预期运动相比台面的过度运动。因此，可以确定手术台结构的变形。在超过预定变形阈值的情况下，可能发生过载情况，伴有损坏手术台和伤害手术台上的患者或手术台附近的人员的风险。因此，这种过载情况通过可视或可听信号显示给手术台的使用者。

在手术台的另一有利的实施方式中，控制器配置成根据配置成检测台面位置变化的至少一个传感器的信号以及根据底角来确定手术台的倾翻，并且如果配置成检测台面位置变化的至少一个传感器以及附接到底座的至少一个传感器的信号超过预定倾翻阈值，则指示倾翻警告信号。

由于借助于配置成检测台面位置变化的至少一个传感器的信号以及借助于底角来进行确定，特别是通过确定底角，可以确定手术台的倾翻。在超过预定倾翻阈值的情况下，存在手术台倾翻以及手术台上的患者或手术台附近的人员受伤的风险。因此，通过可视或可听的倾翻警告信号向手术台的用户显示这种情况。

根据本发明的另一方面，一种用于操作手术台的方法包括以下步骤：根据配置成检测台面的位置变化的至少一个传感器的信号来确定台面的位置。

通过执行该方法，可以实现成本划算地确定台面的位置，包括确定其它特征的选项。

在该方法的一有利的实施方式中，该方法包括以下步骤：通过处理附接到底座上的至少一个传感器的信号来确定手术台的底角。

通过执行该方法，可以大量确定手术台的部件的位置。具体而言，可以更精确地确定台面的位置，这对于跟踪台面或躺在台面上的患者的具体位置是必要的，这对于例如在机器人辅助的微创外科手术的情况下用于稳定端口位置的等中心位置是必要的。此外，可以检测对于确定整个手术台的运动特别必要的底角。

在该方法的有利的实施方式中，该方法进一步包括以下步骤：根据底角和台面位置确定手术台的变形，以及当变形超过预定变形阈值时显示过载警告信号。

通过这些进一步的步骤，在超过预定变形阈值的情况下，可以很容易确定手术台的结构的过度变形，因此可以很容易确定伴有损坏手术台以及伤害手术台上的患者或手术台附近的人员的风险的过载情况，并且将该过载情况通过可视或可听信号显示给手术台的用户。

在该方法的另一有利实施方式中，该方法进一步包括以下步骤：根据底角和台面的位置确定手术台的倾翻，以及当配置成检测台面位置变化的至少一个传感器以及附接到底座的至少一个传感器的信号超过预定倾翻阈值时，显示倾翻警告信号。

通过这些进一步的步骤，在超过预定倾翻底角阈值和台面位置的预定阈值的情况下，可以确定手术台的倾翻或潜在倾翻，因此可以很容易确定损坏手术台和伤害手术台上的患者或手术台附近的人员的风险的情形，并将其通过可视或可听信号显示给手术台的使用者。

根据本发明的另一方面，一种用于操作手术台的方法包括以下步骤：控制第二驱动机构或第三驱动机构以执行台面围绕与相应的驱动机构相关的轴线的第一倾斜，确定台面围绕垂直于执行第一倾斜所围绕的轴线的轴线的角偏差，并且通过控制第二驱动机构和第三驱动机构中的一个围绕垂直于执行第一倾斜所围绕的轴线的轴线执行第二倾斜来补偿角偏差。

由于可确定角偏差和对确定的角偏差进行补偿，台面的精确运动是可行的。在围绕纵向轴线运动的情况下，可以调节相对于横向轴线的位置，反之亦然。因此，可以跟踪台面或躺在台面上的患者的具体位置，这对于例如在机器人辅助的微创外科手术的情况下用于稳定端口位置的等中心位置是必要的。此外，在长台面的情况下可以防止碰撞。除此之外，由于当超过标称最大倾斜位置时，立柱头部可能发生内部碰撞，所以trendelenburg运动在台面标称的最大倾斜位置中可以有较大运动范围。

附图说明

现在，通过参考附图的实施例阐明本发明。

具体而言，

图1示出了根据本发明的实施例的手术台；

图2示出了没有壳体的图1的手术台的立柱；

图3示出了根据本发明的第一方法的流程图；以及

图4示出了根据本发明的第二方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的实施例的手术台1。

手术台1包括底座2，底座2包括立柱3。此外，手术台1包括控制器5和由立柱3支撑的台面4。在其上端，立柱3设有连接到台面4的头部13。控制器5配置成基于操作者的命令来控制手术台1的致动器(未示出)。

台面4具有沿着台面4的纵向方向的纵向轴线a1和垂直于纵向轴线a1并平行于台面4的当前平躺表面的横向轴线a2。

底座2还设置有包括脚轮7的底板6，使得手术台1成为可移动的手术台1。在可选的实施例中，底座2不设置有脚轮7，而是具有置于地板上的不可移动的底板6，其中手术台1可以通过另外的运输设备移动。在另一可选实施例中，底座2不设置有底板，而是设置有固定到地板中的插接部的立柱3。

手术台1包括弦线电位计8，其配置成检测台面4相对于底座2在垂直方向上的位置变化。弦线电位计8由测量电缆、线轴、弹簧和旋转传感器构成，线轴用于缠绕测量电缆，弹簧对线轴预加应力以保持电缆张力，旋转传感器具有与线轴耦接的轴。测量电缆连接到台面4，线轴连接到底座2。当台面4相对于底座2移动时，测量电缆使线轴和传感器轴旋转，且旋转轴产生与电缆的线性延伸成比例的电信号。

因此，弦线电位计8用作直接检测台面4的位置变化的传感器。这意味着，与间接检测台面4的位置的传感器(例如包含在任何驱动机构中的角编码器)相反，不考虑驱动机构或将驱动机构的运动传递到台面的机械部件的变形。因此，可检测台面4相对于底座2的实际运动。因此，也可以独立于驱动机构的设置来检测手术台1的台面4的位置变化。在可选的实施例中，线轴连接到台面4，测量电缆连接到底座2。在另一可选的实施例中，省略弦线电位计8，并且视情况，台面4的高度由另一传感器直接检测。

底座2包括第一驱动机构9和控制器5，第一驱动机构9配置成通过改变台面4在垂直方向上的位置来执行台面4的高度调节，控制器5配置成处理作为至少一个传感器的弦线电位计8的信号以确定台面在垂直方向上的位置，即确定台面的实际高度或高度变化。在可选的实施例中，台面4不能以驱动方式调节高度，并且省略了第一驱动机构9。

手术台1还包括附接到底座2的第一加速度传感器10，且控制器5处理第一加速度传感器10的信号以确定手术台1的底角，即底座2与支撑底座2的地板之间的角度。在可选的实施例中，为此目的，底座2包括第一倾斜仪而非第一加速度传感器10，或者底座2包括第一加速度传感器10和第一倾斜仪，或者不设置第一加速度传感器10和第一倾斜仪。

此外，手术台1包括连接到台面4的第二倾斜仪11和第二加速度传感器12作为配置成直接检测台面4的位置变化的传感器。在本实施例中，第二倾斜仪11和第二加速度传感器12布置在立柱3的头部13中。通过提供第二倾斜仪11以及第二加速度传感器12，第二加速度传感器12可以检测第一倾斜仪11的测量误差。控制器5配置成处理第二倾斜仪11、第二加速度传感器12和第一加速度传感器10的信号，即底角，以便确定台面4的位置。可选地，仅设置第二倾斜仪11和第二加速度传感器12中的一个，或者将第二倾斜仪11和第二加速度传感器12都省略。在另一可选的实施例中，仅使用第二倾斜仪11和/或第二加速度传感器来确定台面4的位置。在又一实施例中，第二倾斜仪11和/或第二加速度传感器12直接设置在台面4处。

控制器5配置成根据第二倾斜仪11和第二加速度传感器12的信号来确定手术台1的变形，第二倾斜仪11和第二加速度传感器12作为配置成检测台面的位置变化的至少一个传感器。变形可以确定为台面4的实际位置与来自于例如给台面4的驱动装置发出的位置命令的台面4的位置之间的差值。在驱动装置包括没有位置检测器的电机的情况下，当以驱动方式滑动台面4而不倾斜台面4时，变形可以通过由配置成检测台面位置变化的至少一个传感器确定变形来确定。当变形超过预定变形阈值时，手术台1通过可视或可听信号指示过载警告信号。

此外，控制器5配置成根据第二倾斜仪11和第二加速度传感器12的信号来确定手术台1的倾翻，第二倾斜仪11和第二加速度传感器12作为配置成检测台面位置和底角的变化的至少一个传感器。当配置成检测台面的位置变化的至少一个传感器和附接至底座的至少一个传感器的信号超过预定倾翻阈值时，倾翻警告信号通过可视信号显示或通过可听信号指示。

图2示出了没有壳体的手术台1的立柱3。如上所述，立柱3的头部13连接到台面4(图1)。通过立柱3的头部13，台面4由立柱3以可倾斜的方式支撑。手术台1包括第二驱动机构14和第三驱动机构15，第二驱动机构14配置成使台面4围绕作为与第二驱动机构14相关的轴线的横向轴线a2倾斜(例如在trendelenburg位置)，第三驱动机构15配置成使台面4围绕作为与第三驱动机构15相关的轴线的纵向轴线a1倾斜。

第二倾斜仪11和第二加速度传感器12配置成检测台面4围绕纵向轴线a1和横向轴线a2的倾斜。

控制器5配置成控制第二驱动机构14和第三驱动机构15，使得当第二驱动机构14和第三驱动机构15中的一个驱动机构被致动以使台面4围绕与该一个驱动机构相关的轴线a1、a2倾斜时，第二驱动机构14和第三驱动机构15中的另一个驱动机构对台面围绕与该另一个驱动机构相关的轴线a1、a2的角偏差进行补偿，其中角偏差由控制器5通过处理来自第二倾斜仪11和来自第二加速度传感器12的信号来确定。控制器5进一步配置成另外通过手术台1的底角来确定角偏差。

此外，控制器5配置成控制第二驱动机构14和第三驱动机构15的速度以根据角偏差的量来补偿角偏差。控制器5配置成控制第二驱动机构14和第三驱动机构15使得一旦角偏差等于或大于第一预定量，使驱动机构14、15以最大速度执进行补偿，控制驱动机构14、15使得一旦角偏差小于第一预定量且大于第二预定量，使驱动机构14、15以相对于最大速度减慢的速度进行补偿，并且当角偏差小于第二预定量时，停止补偿或忽略角偏差。在本实施例中，角偏差的第一预定量是1度，角偏差的进一步的偏差量是0.3度，角偏差的第二预定量是0.1度。第二或第三驱动机构经控制使得：当角偏差量≥第一预定量时，具有100％的最大速度，当第一预定量＞角偏差量≥进一步的偏差量时，具有速度为66.66％的最大速度，当进一步的偏差量>角偏差量≥第二预定量时，具有速度为33.33％的最大速度，当第二预定量≥角偏差量时，具有0％的最大速度。

图3示出了根据本发明的第一方法的流程图。

在使用中，在步骤s11中，确定台面4的位置。经由控制器5通过处理作为配置成直接检测台面4的位置变化的至少一个传感器的第二倾斜仪11和第二加速度传感器12的信号来确定台面4的位置。在步骤s12中，通过将底座2中的第一加速度传感器10的另外的信号处理为底角来确定台面4的位置。可选地，不处理第一加速度传感器10的信号，而仅处理第二倾斜仪11和第二加速度传感器12的信号。

控制器5在台面4的中性位置校准，特别是当dc电机用于操作第一、第二和第三驱动机构8、14、15时，以及当ec电机用于操作第一、第二和第三驱动机构8、14、15时。

当沿着纵向轴线a1移动台面4时，由于患者的重心相对于支撑台面4的立柱3发生变化，手术台1的结构弯曲并且围绕横向轴线a2的倾斜发生变化。这种倾斜变化可以被确定为台面4的位置变化。当使用ec电机时，将所确定的台面4的位置与由于ec电机的指令运动而预期的台面4的位置进行比较，以便确定手术台1的结构的弯曲。当使用dc电机时，出于另外的考虑，仅使用所确定的台面4的位置。

在步骤s13中，台面4的位置变化被确定为手术台1的变形。在台面4沿纵向轴线a1过度移位的情形下，并且在可能沿横向轴线a2移位的情形下，以及/或者由于患者过重，台面4的位置变化(例如，由于手术台1的变形所致)可能超过针对每种类型的手术台1预先确定的变形阈值。当超过预定变形阈值时，在步骤s14中，手术台1将过度变形以可视和/或可听的方式指示为过载警告信号。

在台面4或患者的重心沿纵向轴线a1过度移位的另一情形下，并且在可能沿横向轴线a2过度移位的情形下，和/或由于患者过重，台面4的位置变化可能超过针对每种类型的手术台1预先确定的倾翻阈值。当在步骤s13'中确定倾翻时，即当超过预定倾翻阈值时，具体而言，当通过第一加速度传感器10的信号确定底座的运动时，一旦在相同方向上进一步移位时，手术台1存在倾翻的风险，在步骤s14'中，手术台1以可视和/或可听的方式指示倾翻警告信号。

图4示出了根据本发明的第二方法的流程图。在手术台1因其机械限制或刚度不足阻碍台面4精确运动的情况下，可以补偿台面4的所需位置的偏差。

在步骤s21中，控制器5控制第二驱动机构14或第三驱动机构15以执行台面围绕与第二驱动机构14或第三驱动机构15相关的相应轴线a1、a2的第一倾斜。

当到达台面4的受控位置时，在步骤s22中，通过第二倾斜仪11和第二加速度传感器12，并且视情况而定，通过第一加速度传感器10，可以确定台面围绕垂直于执行第一倾斜所围绕的轴线的轴线相对于受控位置的角偏差。

在步骤s23中，通过控制第二驱动机构14和第三驱动机构15中的一个围绕垂直于执行第一倾斜所围绕的轴线的轴线执行第二倾斜来补偿角偏差。

虽然已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述被认为是说明性的或示例性的，而不是限制性的。本发明不限于所公开的实施例。通过阅读本公开，其它修改对于本领域技术人员将是显而易见的。这样的修改可以包括本领域中已知的其他特征，并且可以用于代替或补充这里已经描述的特征。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。