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Dokumentenidentifikation DE102005024866B4 13.09.2007
Titel Mikroskop-System und Verfahren zum Betreiben eines Mikroskop-Systems
Anmelder Leica Microsystems (Schweiz) AG, Heerbrugg, CH
Erfinder Schmalz, Benedikt, Rebstein, CH
Vertreter Hössle Kudlek & Partner, Patentanwälte, 70173 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 31.05.2005
DE-Aktenzeichen 102005024866
Offenlegungstag 28.09.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 13.09.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.09.2007
IPC-Hauptklasse G02B 21/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse A61B 19/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikroskop-System sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Mikroskop-Systems.

Die Verwendung von Personal-Computern (PCs) im Zusammenhang mit der Steuerung von Mikroskopen ist bekannt. Von der Carl Zeiss AG wird unter dem Namen OPMI-Pentero in diesem Zusammenhang ein PC mit Bildschirm, Standardsoftware und Standard-PC-Steuer-Karten verwendet, wobei hiermit ein komplettes Mikroskop-System gesteuert wird. Derartige Mikroskop-Systeme erweisen sich jedoch in der Praxis als besonders störanfällig, beispielsweise im Zusammenhang mit Betriebssystem-Abstürzen und Virus-Problemen.

Ein derartiges Mikroskop-System gemäß dem Stand der Technik sei anhand der 1 kurz erläutert.

Das in 1 dargestellte Mikroskop-System weist einen PC 2 auf, welcher zur Steuerung einer oder mehrerer Mikroskop-Komponenten, hier insgesamt mit 4 bezeichnet, verwendet wird. Eingabebefehle können über ein Touch-Panel bzw. Berührungs-Steuerpult (hier mit 1 bezeichnet) oder eine (nicht dargestellte) Tastatur in den PC 2 eingegeben werden. Der PC 2 steuert dann die entsprechende Mikroskop-Komponente 4 mittels entsprechenden Steuerbefehlen, die aus den Eingabebefehlen generiert werden, an. Andererseits ist gemäß dem Stand der Technik auch vorgesehen, Steuerbefehle über einen Fußschalter oder einen Handschalter, hier insgesamt mit 3 bezeichnet, in das System einzugeben. Auch diese Eingabebefehle laufen über den PC 2, von wo sie als Steuerbefehle an die wenigstens eine Mikroskop-Komponente 4 weitergeleitet werden.

Aus der EP 0 775 908 A1 ist ein Mikroskopsystem mit einer durch Steuerbefehle beaufschlagbaren Mikroskopkomponente und einer Rechnereinheit sowie eine Eingabeeinheit zur Eingabe von Eingabebefehlen in die Rechnereinheit bekannt. Hierbei weist die Rechnereinheit Mittel zur Umwandlung von Eingabebefehlen in Steuerbefehle zur Beaufschlagung wenigstens einer Mikroskopkomponente auf. Es ist ferner eine zweite Rechnereinheit und eine zweite Eingabeeinheit vorgesehen, welche zur Eingabe von Eingabebefehlen in die zweite Rechnereinheit dient, wobei die zweite Rechnereinheit Mittel zur Umwandlung der Eingabebefehle in Steuerbefehle zur Beaufschlagung wenigstens einer Mikroskop-Komponente aufweist. Diese Druckschrift betrifft nicht das Gebiet der Operationsmikroskope.

Aus der US 2002/0149763 A1 ist ein Mikroskop-System mit wenigstens einer durch Steuerbefehle beaufschlagbaren Mikroskop-Komponente und einer als PC ausgebildeten ersten Rechnereinheit sowie einer zweiten Rechnereinheit bekannt. Auch diese Druckschrift beschäftigt sich nicht mit den speziellen Anforderungen an Operationsmikroskope.

Insbesondere im Zusammenhang mit Operationsmikroskopen muss die Funktionsfähigkeit eines Mikroskop-System jederzeit gewährleistet sein. Mit Systemen, wie sie oben unter Bezugnahme auf 1 dargestellt sind, ist eine ausreichende Sicherheit nicht zu gewährleisten, da das gesamte System ausfällt, wenn es zu einem Absturz bzw. Ausfall des PCs 2 kommt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Mikroskop-Systems, das auch höchsten Sicherheitsanforderungen gerecht wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Mikroskop-System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6.

Mit dem erfindungsgemäßen Operationsmikroskop-System ist auch bei Ausfall bzw. Absturz eins PCs, über den unter normalen Betriebsbedingungen Steuerbefehle für die Mikroskop-Komponenten geleitet werden können, die Sicherheit des Gesamtsystems gewährleistet, d.h. insbesondere kann ein Operationsmikroskop z.B. während einer Operation weiter verwendet werden. Ein weiterer erfindungsgemäß realisierbarer Vorteil ist die schnelle Verfügbarkeit des Mikroskopes bereits unmittelbar nach Einschalten des Systems. Die erfindungsgemäß vorgesehene eigenständige, zusätzliche Rechner- bzw. Elektronikeinheit ist bereits nach wenigen 100 ms funktionsfähig und kann die Kontrolle des Gesamt-Mikroskop-Systems übernehmen. Herkömmliche PCs brauchen bekanntermaßen wesentlich länger, um hochzufahren bzw. funktionsfähig zu werden. Die erfindungsgemäß vorgesehene zusätzliche Rechnereinheit kann beispielsweise die Motoren des Mikroskop-Systems in ihre Startposition fahren, sowie Sensoren und Bremsen abfragen. Das Mikroskop-System ist somit unmittelbar nach dem Einschalten für den Benutzer verfügbar. Gleichzeitig ist erfindungsgemäß gewährleistet, dass die preiswert und weltweit verfügbaren bzw. bekannten Standard-Softwarelösungen in umfassender Weise für ein Mikroskop-System nutzbar sind, ohne die Sicherheit des Systems zu beeinträchtigen.

Als erfindungsgemäß steuerbare Mikroskop-Komponenten seien insbesondere Optikträger, X-Y-Kupplungen und optische Komponenten wie etwa Zoom-Systeme genannt. Insbesondere Single-Board-Computer erweisen sich als vorteilhaft einsetzbar. Ein Single-Board-Computer (SBC) ist in der Regel realisiert als ein kompaktes Mainboard mit integriertem Prozessor, Ein- und Ausgabe wie serielle Schnittstellen, Parallele Schnittstellen, Floppy-Schnittstellen, Festplattenschnittstellen etc. Single-Board-Computer sind mit oder ohne Buserweiterungsmöglichkeit erhältlich.

Hauptunterscheidungsmerkmal zum normalen Motherboard ist vor allem die kompakte Bauform. Durch diese kompakte Bauform ist die Integration sehr viel höher, somit können Single-Board-Computer in sehr platzkritischen Anwendungen eingesetzt werden. Auf einem Single-Board-Computer sind zweckmäßigerweise alle Controller wie Graphik-Chip, Ethernet oder SCSI integriert.

Erfindungsgemäß ist die erste Eingabeeinheit als Touch-Screen bzw. -Board und/oder Tastatur ausgebildet. Mit derartigen Eingabeeinrichtungen ist eine besonders einfache und ergonomisch vorteilhafte Bedienung eines Operationsmikroskopes gewährleistet.

Die erste und die zweite Rechnereinheit sind in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Eine derartige Bauweise erweist sich z.B. aufgrund minimierbarer Übertragungswege als kompakt, und auch unter Sicherheitsaspekten als besonders günstig.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Es ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mikroskop-Systems vorgesehen, dass von der ersten Rechnereinheit erzeugte Steuerbefehle über die zweite Rechnereinheit auf wenigstens eine Mikroskop-Komponente gegeben werden. Mit dieser Maßnahme ist gewährleistet, dass beispielsweise während eines Normalbetriebszustandes eine vollständige Mikroskop-Systemsteuerung über die als PC ausgebildete erste Rechnereinrichtung erfolgen kann. Die von dem PC erzeugten Steuerbefehle können beispielsweise unverändert unter Zwischenschaltung der zweiten Rechnereinheit auf die jeweiligen Mikroskop-Komponenten gegeben werden. Insbesondere ist in diesem Fall die besonders günstige Unterbringung der ersten Rechnereinheit und der zweiten Rechnereinheit innerhalb eines Gehäuses, beispielsweise des Mikroskopgehäuses in besonders einfacher Weise möglich. Es ist in gleicher Weise möglich, die von der ersten Rechnereinheit erzeugten Steuerbefehle an der zweiten Rechnereinheit vorbei auf die jeweiligen Mikroskop-Komponenten zu geben. Insbesondere ist es erfindungsgemäß auch möglich, ein Mikroskop-System parallel über die erste und die zweite Eingabeeinheit zu steuern.

Es ist ferner bevorzugt, dass wenigstens eine Mikroskop-Komponente, die mittels Eingabebefehlen in die zweite Rechnereinheit, steuerbar ist, auch mittels Eingabebefehlen in die erste Rechnereinrichtung steuerbar ist, und/oder umgekehrt. Hiermit kann individuellen Präferenzen eines Benutzers optimal entsprochen werden.

Zweckmässigerweise ist die wenigstens eine zweite Eingabeeinheit als Fußschalter und/oder Handschalter und/oder Bedientaste bzw. Bedientastenfeld ausgebildet. Auch derartige Einrichtungen sind sehr leicht und sicher zu bedienen, was insbesondere bei Operationsmikroskopen von Bedeutung ist. Insbesondere können einzelne Mikroskop-Komponenten über spezielle Tasten, oder auch über Hand- und Fußschalter, betätigt werden.

Insbesondere bei Mikroskopen für die Neurochirurgie erweist es sich als günstig, derartige Eingabeeinheiten, insbesondere Handschalter und/oder Bedientasten, in einem Handgriff, mittels dessen das Mikroskop beispielsweise positionierbar ist, zu integrieren. Eine derartige Integration von Handschaltern oder Bedientasten in einem Handgriff erweist sich insbesondere unter ergonomischen Gesichtspunkten als günstig.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung weiter erläutert. In dieser zeigt

1 (wie bereits erwähnt) ein Mikroskop-System gemäß dem Stand der Technik,

2 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mikroskop-Systems, und

3 eine weitere schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mikroskop-Systems.

In 2 ist eine als Single-Board-Computer ausgebildete erste Rechnereinheit mit 2 bezeichnet. Diese zweite Rechnereinheit dient zur Steuerung einer oder mehrerer Mikroskop-Komponenten, hier insgesamt mit 4 bezeichnet. Zur Eingabe von Eingabebefehlen in den Single-Board-Computer 2 ist ein Touch-Panel 1 vorgesehen. Schnittstellen zwischen dem Single-Board-Computer 2 und dem Touch-Panel 1 sind mit 12 bezeichnet.

Der Single-Board-Computer 2 weist in an sich bekannter Weise eine CPU, Speichereinrichtungen, eine Standard-Betriebssystemsoftware sowie wenigstens eine Applikationssoftware auf.

In der (nicht dargestellten) CPU des Single-Board-Computers 2 werden in das Touch-Panel 1 eingegebene Eingabebefehle in Steuerbefehle für die wenigstens eine Mikroskop-Komponente 4 umgewandelt. Die Steuerbefehle werden hierbei über eine Schnittstelle 25 zunächst einer zweiten Rechnereinheit 5 zugeführt, welche die Steuerbefehle an die wenigstens eine Mikroskop-Komponente 4 überträgt. In einem bevorzugten ersten Betriebsmodus (Normal-Betriebsmodus) ist vorgesehen, dass die von dem Single-Board-Computer 2 erzeugten Steuerbefehle in der zweiten Rechnereinheit 5 nicht verändert werden.

Neben der als Touch-Panel 1 ausgebildeten ersten Eingabeeinheit ist wenigstens eine zweite Eingabeeinheit 3 ausgebildet. Diese zweite Eingabeeinheit 3 ist bevorzugt als Handschalter und/oder als Fußschalter ausgebildet.

Mittels der zweiten Eingabeeinheit 3 werden Eingabebefehle auf die zweite Rechnereinheit 5 gegeben. Die zweite Rechnereinheit 5 wandelt diese Eingabebefehle in Steuerbefehle um, mit welchen dann wenigstens eine der Mikroskop-Komponenten 4 oder der Single-Board-Computer 2 beaufschlagt wird. Die zweite Rechnereinheit 5 ist bevorzugt ebenfalls mit einer eigenen CPU und einer Embedded-Software ausgebildet. Mittels dieser eigenen CPU und der Embedded-Software können Eingabebefehle für die zweite Eingabeeinheit 3 vollständig unabhängig vom Zustand des Single-Board-Computers 2 in Steuerbefehle für die Mikroskop-Komponenten 4 umgewandelt werden.

Die mit dem Single-Board-Computer 2 gekoppelte eigenständige zweite Rechnereinheit 5 kann in dem Falle eines Ausfalls des Single-Board-Computers 2 im wesentlichen die vollständige Steuerung des Mikroskop-Systems übernehmen. Die zweite Rechnereinheit weist ferner entsprechende Schnittstellen 25 bzw. 54 zum Single-Board-Computer 2 sowie zu den verschiedenen Mikroskop-Komponenten 4 auf. Schnittstellen zwischen der zweiten Eingabeeinheit 3 und der zweiten Rechnereinheit sind mit 53 bezeichnet.

Die zweite Rechnereinheit 5 ist für die Steuerung und Regelung des Mikroskops sowie für die Kommunikation mit den Mikroskop-Komponenten 4 ausgelegt. Sie garantiert ein funktionierendes Mikroskop-System, auch wenn die Standard-Betriebssystemsoftware oder eine Applikation auf dem Single-Board-Computer 2 abstürzt oder anderweitig beeinträchtigt ist.

In diesem Fall kann man beispielsweise an dem Single-Board-Computer 2 eigenständig einen Reset durchführen, und das Touch-Panel-System 1 zur Bedienung neu starten, ohne dass die eigentlichen Mikroskop-Komponenten beeinträchtigt sind, da sie nach wie vor mit Fuß- und/oder Handschalter 3 bedienbar, insbesondere mittels Motoren und Bremsen ansteuerbar sind. Dies ist insbesondere wichtig, um die Funktionalität eines Operationsmikroskopes auch dann zu gewährleisten, wenn ein Single-Board-Computer ausgefallen ist.

Ein weiterer Vorteil ist die schnelle Verfügbarkeit des Mikroskop-Systems unmittelbar nach dem Einschalten des Systems. Die eigenständige, zusätzliche Rechnereinheit 5 ist bereits nach wenigen 100 ms funktionsfähig und kann die Kontrolle bzw. Steuerung des Mikroskop-Systems übernehmen. Beispielsweise können sofort nach Einschalten Motoren des Mikroskopes in eine Startposition gefahren, oder auch Sensoren und Bremsen abgefragt werden.

Unmittelbar hiernach ist das System für den Benutzer über die Tasten der Mikroskop-Komponenten bzw. über die zweite Eingabeeinrichtung 3 bedienbar, während sich das Betriebssystem des Single-Board-Computers 2 einschließlich des Touch-Panels noch im Boot-Vorgang befindet.

Ein weiterer Vorteil ist die schnelle Verfügbarkeit eines derart ausgestatteten Mikroskop-Systems auch nach einem versehentlichen Ausschalten wie beispielsweise im Falle eine Stolperns oder Abziehens des Versorgungskabels.

Der besondere Vorteil der Verwendung eines Standard-Single-Board-Computers besteht ferner darin, dass eine Oberfläche eines hiermit verbundenen Standard-Betriebssystems dem Benutzer ähnlich wie seine PC-Umgebung vertraut ist. Ferner ist ein derartiger Single-Board-Computer zusammen mit den darauf ablaufenden Computerprogrammen preisgünstig und in einfacher Weise weltweit erhältlich. Die insbesondere bei Operationsmikroskopen bei Verwendung derartiger Systeme auftretenden Nachteile bzw. Sicherheitsrisiken, d. h. Ausfall von Mikroskop-Komponenten wie beispielsweise Optikträger, XY-Kupplungen, Kommunikation mit Handschaltern, Fußschaltern, Softwareabstürze, Virenbefall können durch den Einsatz der zweiten Rechnereinheit 5 wirksam vermieden werden.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mikroskop-Systems ist in 3 dargestellt. Hier ist das Mikroskop-System insgesamt mit 10 bezeichnet. Man erkennt ein Touch-Panel 1, das über (nicht im einzelnen dargestellte) Schnittstellen mit einer ersten Rechnereinheit bzw. einem Single-Board-Computer 2 verbunden ist. Eine weitere Rechnereinheit bzw. Elektronikeinheit zur Steuerung der Mikroskop-Komponenten unabhängig von dem Single-Board-Computer bzw. bei Ausfall des Single-Board-Computers ist mit 5 bezeichnet. Einzelne Mikroskop-Komponenten, beispielsweise eine X-Y-Kupplung, ein Fokus oder ein Optikträger sind mit 6 bzw. 7 bzw. 8 bezeichnet. In 3 ist ferner ein Handgriff 18 schematisch dargestellt, mittels dessen das Mikroskop-System 10 im Raum positionierbar ist. In den Handgriff können die erste und/oder die zweite Eingabeeinheit integriert ausgebildet sein. Weitere Mikroskopkomponenten, wie beispielsweise ein Stativ- oder Trägersystem, sind aus Gründen der Übersichtlichkeit der Darstellung nicht gezeigt.

Auch bei dieser Ausführungsform sind als zweite Eingabeeinheit insbesondere ein Fußschalter und ein Handschalter vorgesehen, hier individualisiert dargestellt und mit 3a bzw. 3b bezeichnet.

Man erkennt, dass die erste Rechnereinheit bzw. der Single-Board-Computer 2 sowie die zweite Rechnereinheit 5 innerhalb eines einheitlichen Gehäuses, hier mit 15 bezeichnet, angeordnet sind. Es wäre ebenfalls möglich, die erste und die zweite Rechnereinheit in separaten Gehäusen vorzusehen, wobei in derartigen Gehäusen auch weitere, hier nicht beschriebene Steuerungseinrichtungen vorgesehen sein können.

1
Eingabeeinheit, Touch-Panel
2
erste Rechnereinheit, Single-Board-Computer
3,3a,3b
zweite Eingabeeinheit
4
Mikroskop-Komponenten
5
zweite Rechnereinheit
6
XY-Kupplung
7
Fokus
8
Optikträger
10
Mikroskop-System
15
Gehäuse
18
Handgriff
12,25,53,54
Schnittstellen


Anspruch[de]
Operationsmikroskop-System mit wenigstens einer durch Steuerbefehle beaufschlagbaren Mikroskop-Komponente (4; 6; 7; 8) und einer als Single-Board-Computer ausgebildeten ersten Rechnereinheit (2) und wenigstens einer ersten Eingabeeinheit (1) zur Eingabe von Eingabebefehlen in die erste Rechnereinheit (2), wobei die erste Rechnereinheit mit Mitteln zur Umwandlung von Eingabebefehlen in Steuerbefehle zur Beaufschlagung wenigstens einer Mikroskop-Komponente (4; 6; 7; 8) ausgebildet ist, und mit einer zweiten Rechnereinheit (5) und wenigstens einer zweiten Eingabeeinheit (3; 3a, 3b) zur Eingabe von Eingabebefehlen in die zweite Rechnereinheit, wobei die zweite Rechnereinheit (5) mit Mitteln zur Umwandlung der Eingabebefehle in Steuerbefehle zur Beaufschlagung wenigstens einer Mikroskop-Komponente (4; 6; 7; 8) ausgebildet ist, wobei die erste Eingabeeinheit als Touch-Panel und/oder Tastatur ausgebildet ist, und die erste und die zweite Rechnereinheit (2, 5) in einem gemeinsamen Gehäuse (15) untergebracht sind. Mikroskop-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von der ersten Rechnereinheit (2) erzeugte Steuerbefehle über die zweite Rechnereinheit (5) auf wenigstens eine Mikroskop-Komponente (4; 6; 7; 8) gegeben werden. Mikroskop-System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Mikroskop-Komponente (4; 6; 7; 8), die mittels Eingabe von Eingabebefehlen in die zweite Rechnereinheit steuerbar ist, auch mittels Eingabe von Eingabebefehlen in die erste Rechnereinheit (2) steuerbar ist, und/oder ungekehrt. Mikroskop-System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Eingabeeinheit als Handschalter und/oder Fußschalter und/oder Bedientaste ausgebildet ist. Mikroskop-System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Eingabeeinheit in einen Handgriff (18), mittels dessen das Mikroskop-System insbesondere manuell im Raum positionierbar ist, integriert ausgebildet ist. Verfahren zum Betreiben eines Mikroskop-Systems nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem wenigstens eine Mikroskop-Komponente (4; 6; 7; 8) in einem ersten Betriebszustand mittels Eingabe von Eingabebefehlen in eine erste Rechnereinheit (2), die als Single-Board-Computer ausgebildet ist, steuerbar ist, wobei wenigstens eine Mikroskop-Komponente (4; 6; 7; 8), die in dem ersten Betriebszustand durch die erste Rechnereinheit (2) steuerbar ist, in einem zweiten Betriebszustand mittels Eingabe von Eingabebefehlen in eine zweite Rechnereinheit (5), welche unabhängig von der ersten Rechnereinheit (2) eine Steuerung der wenigstens einen Mikroskop-Komponente (4; 6; 7; 8) gewährleistet steuerbar ist. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem zweiten Betriebszustand um einen Ausfall bzw. einen Absturz der ersten Rechnereinrichtung (2) handelt.






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