用于控制医疗设备的方法和装置与流程

1.本发明涉及一种用于自动地控制具有具备至少一个激光雷达传感器的碰撞控制系统的能行驶的移动式医疗设备的方法和一种用于执行这种方法的具有设备车的移动式医疗设备以及一种整体系统，所述整体系统由静态单元和至少一个具有设备车的移动式医疗设备构成。


背景技术：

2.移动式x射线设备被理解为能够移动地使用的、尤其是能够在地面上行驶的x射线设备，该x射线设备例如能够在医院的不同房间中使用。移动式x射线设备通常布置在具有轮子或者滚轮的设备车上并且可以手动地被推动或者行驶。布置在机动化的设备车上的移动式x射线设备在其在不同区域或者房间中的使用性方面具有特别大的灵活性。例如由文献de 2015 218922a1已知这种移动式x射线设备。将来也可以使用自主行进的机动化的移动式x射线设备。
3.为了在手术室之间的运输或其他转运行驶，这种自主行进的移动式x射线设备需要快速行驶模式，该快速行驶模式允许快速行走的行走者的(例如约5km/h)的速度。该行驶模式明显比在手术中的迄今规定的运动(例如约25cm/s＝0.9km/h)更快。力(力辅助的机动化行驶)和质量(通常约为500gk)的结合需要用于避免碰撞的单一故障安全系统。在移动式c形臂中，已知用于避免拍摄系统运动时发生碰撞的系统，所述系统例如在c形臂或平探测器上具有电容式传感器。这种传感器尚未集成用于底架/设备车的运动。为了满足所需的安全要求，在已知的移动式医疗设备中集成有用于(设备本身的或者其它必要时的机动化的轴、例如用于轨道运动、角移动的轴和升降轴的)速度的限制装置和用于识别碰撞的触觉传感器。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于，提供一种方法，所述方法能够在单一故障安全方面避免尤其是能够自主地行驶的移动式医疗设备的碰撞；此外，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种适用于执行所述方法的移动式设备。
5.按照本发明，所述技术问题通过一种用于控制具有具备至少一个激光雷达传感器的碰撞控制系统的能行驶的移动式医疗设备的方法、一种用于在具有具备至少一个激光雷达传感器的碰撞控制系统的静态单元周围自动地控制至少一个能行驶的移动式医疗设备的方法、一种移动式医疗设备和一种整体系统解决。
6.所述用于自动地控制具有具备至少一个激光雷达传感器的碰撞控制系统的能行驶的移动式医疗设备的方法具有以下步骤：
7.·
所述移动式设备以第一速度自动地或者手动辅助地行进，
8.·
在所述移动式设备行进期间由至少一个激光雷达传感器周期性地共同地扫描所述移动式设备的周围环境的至少一部分和固定的、位置固定地布置在所述移动式设备上
的设备区段，
9.·
分析由所述激光雷达传感器采集的对周围环境的扫描数据，从而检查位于所述移动式设备的行驶方向上的环境的局部区域中是否存在物体，
10.·
这样分析由所述激光雷达传感器采集的对固定的设备区段的扫描数据，使得所述激光雷达传感器的功能性得到检查，并且
11.·
根据所述分析的结果调节所述移动式设备的速度。
12.所述用于在包括具备至少一个激光雷达传感器的碰撞控制系统的静态单元的周围环境中自动地控制能行驶的移动式医疗设备的方法具有以下步骤：
13.·
所述移动式医疗设备以第一速度行进，
14.·
在所述移动式设备行进期间由至少一个激光雷达传感器周期性地共同地扫描所述单元的周围环境的至少一部分和固定的、位置固定地布置在所述静态单元上的区段，
15.·
分析由所述激光雷达传感器采集的对周围环境的扫描数据，从而检查所述周围环境的局部区域是否有所述设备接近，
16.·
这样分析由所述激光雷达传感器采集的对固定的区段的扫描数据，使得所述激光雷达传感器的功能性得到检查，并且
17.·
根据所述分析的结果调节所述移动式设备的速度。
18.所述移动式医疗设备具有设备车，其中，所述设备车具有机动化的轮子和用于控制所述机动化的轮子的控制单元以及碰撞控制系统，所述碰撞控制系统具有至少一个激光雷达传感器，所述激光雷达传感器布置为，使该激光雷达传感器扫描所述设备车的周围环境的至少一部分以及设备区段，所述碰撞控制系统还具有处理单元，所述处理单元设计用于处理和分析由所述激光雷达传感器采集的针对在所述设备车的行驶方向上探测物体的扫描数据和针对所述激光雷达传感器的功能性的扫描数据，并且其中，所述设备具有调节单元，所述调节单元设计用于根据分析的结果调节设备的速度。
19.所述整体系统由静态单元和至少一个具有设备车的移动式医疗设备构成，其中，所述设备具有机动化的轮子和用于控制所述机动化的轮子的控制单元，并且其中，所述静态单元具有碰撞控制系统，所述碰撞控制系统具有至少一个激光雷达传感器，所述激光雷达传感器布置为，使该激光雷达传感器扫描所述静态单元的周围环境的至少一部分以及所述静态单元的区段，并且所述碰撞控制系统还具有处理单元，所述处理单元设计用于处理和分析由所述激光雷达传感器采集的针对探测至少一个设备的扫描数据和针对所述激光雷达传感器的功能性的扫描数据，并且其中，所述设备具有调节单元，所述调节单元设计用于根据分析的结果调节所述设备的速度。
20.按照本发明的用于自动地控制具有具备至少一个激光雷达传感器的碰撞控制系统的能行驶的移动式医疗设备的方法具有以下步骤：设备以第一速度自动地(即例如自主地通过驱动装置驱动地)或者手动辅助地(即例如被推进地)行进，在行进期间由至少一个激光雷达传感器周期性地共同地扫描所述设备的周围环境的至少一部分和固定的、位置固定地布置在所述设备上的设备区段，分析由所述激光雷达传感器采集的周围环境的扫描数据，从而检查位于设备的行驶方向上的环境的局部区域中是否存在物体，这样分析由激光雷达传感器采集的固定的设备区段的扫描数据，使得激光雷达传感器的功能性得到检查，并且根据所述分析的结果调节设备的速度。
21.激光雷达传感器(lidar，即激光探测即测距系统)是已知的。激光雷达传感器例如可以水平地通过激光射束在确定的(不超过360
°
的)角段上扫描其周围环境并且由此产生周围环境的高分辨的2d地图。激光雷达传感器的主要功能在于，在其视野中测量自身与物体之间的距离。为此利用光脉冲经过传感器到物体的距离并且返回所需的时间。例如可以通过旋转的镜子来执行扫描，激光被导引到所述镜子上。
22.通过巧妙的转换，可以由被扫描的圆形的敏感区域产生形状为矩形或任何多边形的合理的敏感区域。这例如可以与对设备的行驶方向的确定相适配地进行，从而可以在沿着行驶方向的矩形/多边形区域中检测物体。对于监测区域的形状，可以将有待进行的行驶方向改变(类似于转弯时的不均匀照明，转弯灯)考虑在内。
23.扫描周期性地重复，在每个扫描周期中分析周围环境和功能性并实现相应的调节。这尤其在移动式医疗设备行进时持续。
24.此外，本发明包括一种具有设备车的移动式医疗设备，其中，所述设备车具有机动化的轮子和用于控制所述机动化的轮子的控制单元以及碰撞控制系统，该碰撞控制系统具有至少一个激光雷达传感器，所述激光雷达传感器布置为，使该激光雷达传感器扫描所述设备车的周围环境的至少一部分以及设备区段，所述碰撞控制系统还具有处理单元，该处理单元设计用于处理和分析由激光雷达传感器采集的针对在设备车的行驶方向上探测物体的扫描数据和针对激光雷达传感器的功能性的扫描数据，并且其中，所述设备具有调节单元，所述调节单元设计用于根据分析的结果调节设备的速度。
25.通过所述方法或者所述移动式医疗设备和激光雷达传感器的使用能够以简单的方式并且非常快速地探测出现在设备的计划行驶路径中的物体并且采取用于避免碰撞的相应的措施。由此能够避免事故并且将设备设计为防碰撞的。通过将激光雷达传感器布置为使得其也能够进行自检，能够满足对移动式医疗设备的单一故障安全性的要求。同时能够以简单的方式通过相同的简单的传感器、即激光雷达传感器进行设备的持续的自检和对行驶路径中的物体的探测。因此能够附加地避免可能由于传感器故障或者停止运行而再次出现碰撞。通过按照本发明的方法实现了设备的最大程度的安全性。为移动式医疗设备装备这种具有激光雷达传感器的碰撞控制系统是成本低廉的并且能够在具备高安全性的同时简单地实现。
26.自检这样进行，使得激光雷达传感器在每个扫描周期中扫描固定的、已知的设备区段并且在此一旦出现误差则立即识别分析。由于必须始终在监测区域中检测已知的设备区段，因此可以随时检查激光雷达传感器的正确功能，从而满足高的安全标准。
27.除了将至少一个激光雷达传感器相应地布置在移动式医疗设备上之外还可以规定，激光雷达传感器布置在静态单元上并且从那里监测至少一个能行驶的医疗设备的接近。
28.根据本发明的一个设计方案，固定的设备区段包括至少一个轮子、尤其是两个或更多个轮子。激光雷达传感器例如可以布置在设备推车的下侧上，使得所述激光雷达传感器例如在180
°
或270
°
或360
°
上进行扫描时也能共同检测设备推车的两个轮子，在360
°
上进行扫描时也能够检测所有四个轮子。激光雷达传感器的这种布置可以以较低的耗费实现，沿着行驶方向的监测区域可以通过激光雷达传感器特别好地被检测并且车轮被用于自检。在进行360
°
的扫描时可以可靠地监测所有可能的行驶方向(即例如向前、向后、侧向等)，因
为可以检测整个周围环境并能够将行驶方向考虑在内。
29.根据本发明的另一种设计方案，移动式医疗设备设计为能够自主地行驶并且被激活以自动地行进。这种设备不需要操作人员手动辅助地行进(推进)；所述设备例如可以借助控制单元控制地自动地运动或者行驶。这种能够自主地行驶的设备由于其灵活性而在未来用在医院和诊所中。按照本发明的用于碰撞控制的方法特别适用于这种移动式医疗设备，并且通过附加的安全性辅助所述移动式医疗设备的自主行进。
30.根据本发明的另一设计方案，如果对周围环境的扫描数据的分析表明在行驶方向上探测到物体，即例如在沿着行驶方向的矩形的监测区域中探测到物体，则自动地降低设备的速度或者进行制动或者使设备停止。在此例如可以激活制动，所述制动在设备自主地行驶时导致速度降低。在推动设备时可以激活速度限制，所述速度限制使得设备无法更快地运动。所述设备也可以完全停止。速度应当至少降低至在与所探测到的物体碰撞时不会造成损坏或者(人员)受伤。
31.根据本发明的另一种设计方案，如果对设备区段的扫描数据的分析表明激光雷达传感器的功能性受限，则自动地降低设备的速度或者进行制动或者使设备停止。如果在探测已知的设备区段时的分析例如探测到误差或者无法进行探测/分析，则能够出于安全性的原因开始进行设备的停止或者相应的速度降低。
32.根据本发明的另一种设计方案，针对所述设备的自动的或者手动辅助的行进所能够达到的设备的最高速度设计为满足以下条件其中的至少一个：最高速度时的制动距离最多与最大可能的扫描距离大小相同，和/或最高速度至多与每个扫描周期时间段的最大可能的扫描距离相同。
33.如果最高速度时的制动距离最多与最大可能的扫描距离大小相同，这意味着设备可以在最后扫描或分析的区域内停下。这是重要的，由此使得在出现物体时不会发生碰撞。根据移动式设备的设计(即取决于最大可能的扫描距离和制动力的大小)可以限制移动式设备的最高速度。对于自主地行驶的设备而言，最大速度例如可以理解为设备能够自主行驶的最大速度，或者对于能够手动辅助地行驶的设备可以理解为通过推进最大能达到的速度(在作用更大的力时设备例如可能被制动)。
34.附加地还可以将分析时间考虑在内，从而可以更大程度地限制最高速度。
35.根据本发明的另一种设计方案，控制单元和调节单元由系统控制装置构成，所述系统控制装置例如控制移动式设备或者整体系统。系统控制装置为此从分析单元获得关于分析的相应的信息。
36.医疗设备的调节单元(例如系统控制装置)尤其设计用于，针对沿着行驶方向探测到物体的情况控制设备速度的降低和/或控制制动。
37.移动式医疗设备有利地由成像设备、尤其是具有c形臂的移动式x射线设备或移动式ct构成。移动式c形臂x射线设备例如通常用在诊所和医院中，以便灵活地行驶到不同的房间并且在那里拍摄器官和身体部位以进行快速的诊断。借助本发明能够显著提高这种设备的运输的快速性和安全性。
38.根据本发明的另一设计方案，也可以在移动式设备上布置两个或更多个激光雷达传感器。不同的行驶方向(向前、向后、侧向)例如可以由不同的激光雷达传感器监测，那么所述激光雷达传感器不是360
°
地进行监控，而是仅监控90
°
的角段。根据行驶方向例如可以
为此始终开启相应的激光雷达传感器。
39.对行驶方向的考虑例如可以通过系统控制装置或者通过其它传感器记录并且通过激光雷达传感器或者分析单元进行补偿。
附图说明
40.本发明的技术特征的其他有利的设计方式在以下借助附图中示意性示出的实施例来详细阐述，但并非由此将本发明局限于所述实施例。在附图中：
41.图1示出了用于自动地控制能行驶的移动式医疗设备的方法的步骤的顺序；
42.图2示出了用于执行所述方法的具有激光雷达传感器的移动式x射线设备的视图；
43.图3示出了所使用的光学雷达传感器的敏感区域的俯视图；
44.图4示出了用于自动地控制能行驶的移动式医疗设备的方法的步骤的另一顺序；并且
45.图5示出了具有具备激光雷达传感器的静态单元和处于其周围环境中的移动式医疗设备的整体系统的视图。
具体实施方式
46.图2示出了具有激光雷达传感器6的移动式医疗设备。在所述示例中涉及的是移动式c形臂x射线设备1，其具有设备车2和带有x射线源4和x射线探测器5的c形臂3。设备车包括用于行进的机动化的轮子7、例如四个轮子7，其中有两个前部的轮子7和两个后部的轮子7。移动式设备的轮子7优选具有一个或者多个驱动装置并且能够借助制动装置或者通过相应的驱动装置制动。
47.移动式c形臂x射线设备1具有系统控制装置8，通过所述系统控制装置能够控制所述移动式c形臂x射线设备。机动化的轮子7也可以被控制以行进或者制动。示例性地示出的c形臂x射线设备1设计用于自主行进。本发明也可以包括能手动辅助地行驶的、即例如能够被推进的设备(参见下文)。在设备车2的下侧上、例如在两个前部的轮子7之间布置有激光雷达传感器6。激光雷达传感器6例如具备具有能旋转的镜子的典型的形式，激光被发射到所述镜子上。反射镜以这样的方式在扫描周期中旋转，使得例如扫描至少180
°
(例如180
°
、270
°
或完整的圆k、即360
°
)的角段。分辨率在此例如可以设计为度角或亚度角的步进值(德语：sub-grad-schritten)。
48.为了说明扫描区域，图3示出了360
°
的圆k，激光雷达传感器6布置在该圆k的中心。此外示出了轮子7，在激光雷达传感器6布置在设备车2的下侧时，轮子7也作为固定的设备区段被扫描。由扫描周期的扫描数据、即扫描的圆形或圆弧段形的敏感区域可以通过借助分析单元11(例如微控制器)进行相应的计算沿着移动式设备的行驶方向产生形状为矩形9或者任意多边形的合理的敏感区域。矩形9例如可以沿着行驶方向具有宽度b和长度l，其中，l≤rk(rk是可扫描圆k的半径)，从而长度l形成沿着行驶方向10的相同的最小的监测距离。在所示的示例中，行驶方向10是向前的，然而也可以分析向后的、侧向的或者其它行驶方向。当分析单元11例如从系统控制装置8获得关于(相对于设备的)行驶方向10的相应信息时，所述分析可以由所述分析单元11执行。因此，在需要时可以与相应的行驶方向适配地确定敏感的矩形9。
49.图1示出了按照本发明的方法的基本步骤的顺序。在第一步骤21中以第一速度开始进行移动式设备、例如移动式x射线设备的行进。移动式设备为此可以自动地、即例如通过系统控制装置的控制指令激活或者由使用者激活。所述行进可以是自动的、即例如由系统控制装置进行，或者由使用者手动地辅助、即推进。
50.在移动式设备行进期间，在第二步骤22中周期性地通过至少一个激光雷达传感器共同地扫描所述设备的周围环境的至少一部分和固定的、位置固定地布置在所述设备上的设备区段。在每个扫描周期中在此例如扫描180
°
、270
°
或360
°
的圆(段)，并且例如扫描一个或多个轮子或轮子面板或移动式设备的壳体的一部分。扫描周期至少持续至移动式设备不再运动或被去激活或持续至输入控制命令以中止碰撞监测。
51.立即分析每个扫描周期的激光雷达传感器的扫描数据：
52.在第三步骤23中针对每个扫描周期分析所采集的周围环境的扫描数据，即在沿着设备的行驶方向位于那里的局部区域(例如矩形9)内是否探测到一个(或多个)物体。如果探测到一个物体，则意味着面临碰撞的风险。分析通过适宜的分析单元11、例如微控制器执行。
53.在第四步骤24中分析固定的设备区段(即例如轮子或者轮子壳体)的所采集的扫描数据，使得激光雷达传感器的功能性得到检查(自检)。在此重要的是，设备区段保持不变，从而扫描数据具有预期的值。如果出现处于公差范围以外的与所述值的误差，则可以认为激光雷达传感器的功能出现故障。分析通过适宜的分析单元11、例如微控制器执行。可以存在一个或者多个分析单元11。第三步骤23和第四步骤24可以以任意的顺序或者同时地执行。
54.在第五步骤25中根据分析结果调节移动式设备的速度。具有分析和调节的扫描周期至少持续至移动式设备不再运动或被去激活或持续至输入控制命令以中止碰撞监测。
55.在图4中详细地示出了对移动式设备的速度的调节。如果第三步骤23中的分析表明探测23a到一个或者多个物体，则发出控制指令以进行制动或者停止25a移动式设备。移动式设备由此例如停止或者被制动至较低的速度。同样地，如果第四步骤24中的分析表明功能性受限24a，则发出控制指令以进行制动或者停止25a移动式设备。移动式设备由此同样例如停止或者被制动至较低的速度。降低的速度例如可以选择为，使得避免设备的损坏。也可以采取紧急停止。如果既存在功能性又没有探测到物体，则移动式设备以相同的(例如第一)速度继续行驶25b。
56.对于自主地或自动地行驶的移动式设备，自动地控制和执行制动或停止。在手动地推进时，设备可以抵抗推进的阻力被制动至相应较低的速度或者停止或者例如激活速度锁定装置。进行推进的人员随即感受到阻力。附加地例如可以激活显示器或者警报音。
57.通过所述方法能够可靠地满足移动式设备对单一故障安全性的必要的要求。按照风险分析，所述碰撞控制系统既是防碰撞的又在功能上是安全的。
58.一个或者多个条件能够在总体上适用于移动式设备的行进。例如重要的是，移动式设备能够在最后扫描的区域内停止。例如可以规定，设备所能达到的或者所能调节出的最高速度满足下述规定中的至少一个：在最高速度时的制动距离最多与最大可能的扫描距离(例如圆k的半径rk或者长度l)大小相同，和/或设备的最高速度至多与每个扫描周期时间段(扫描循坏的、可能加上分析的持续时间)的最大可能的扫描距离(例如圆k的半径rk或
者长度l)相同。附加地还可以将分析时间考虑在内，从而可以更大程度地限制最高速度。为了满足所述规定，例如可以设置最高速度的锁定装置。
59.为移动式医疗设备配备至少一个激光雷达传感器是价格低廉并且安全的。不需要本身就是防故障安全的硬件，因为更简单的硬件(具有分析单元和速度调节装置的相应地定位的激光雷达传感器)的完整性是实时地(与多次发生概率相关地)被验证的。故障(在自检时的误差)立刻导致通过激光雷达传感器验证的自由度(距离、速度等)被移除。以此方式也能够将简单的定位系统用于安全相关的功能。
60.作为具有具备激光雷达传感器的碰撞控制系统的移动式设备的备选方案也可行的是，将具有激光雷达传感器的碰撞控制系统布置在静态单元12上并且在所述静态单元12的周围环境中控制移动式设备1-参见图5。激光雷达传感器6这样布置在静态单元上，使得所述激光雷达传感器例如根据一个或者多个移动式设备1扫描180
°
、270
°
或360
°
的圆(段)，并且同时在每个扫描周期中还扫描静态单元上的固定的区段以进行自检。随即分析扫描数据并且相应地如上述那样调节所述移动式设备的速度。在此还附加地需要静态单元(碰撞控制系统)和移动式设备之间的通信，以便确定哪个移动式设备位于所述静态单元的周围环境中，因为激光雷达传感器原则上仅探测物体。
61.本发明能够通过以下方式简短汇总：针对移动式医疗设备、例如移动式c形臂x射线设备的单一故障安全的运动，规定了用于自动地控制具有具备至少一个激光雷达传感器的碰撞控制系统的能行驶的移动式医疗设备的方法，所述方法具有以下步骤：设备以第一速度自动地或者手动辅助地行进，在移动式设备行进期间由至少一个激光雷达传感器周期性地共同地扫描所述设备的周围环境的至少一部分和固定的、位置固定地布置在所述设备上的设备区段，分析由所述激光雷达传感器采集的对周围环境的扫描数据，从而检查位于设备的行驶方向上的环境的局部区域中是否存在物体，这样分析由激光雷达传感器采集的对固定的设备区段的扫描数据，使得激光雷达传感器的功能性得到检查，并且根据所述分析的结果调节设备的速度。