EP4609398A1 - System und computerimplementiertes verfahren zur überwachung einer verfügbarkeit einer funktionalität mindestens eines chirurgischen instruments - Google Patents

System und computerimplementiertes verfahren zur überwachung einer verfügbarkeit einer funktionalität mindestens eines chirurgischen instruments

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EP4609398A1
EP4609398A1 EP23782456.0A EP23782456A EP4609398A1 EP 4609398 A1 EP4609398 A1 EP 4609398A1 EP 23782456 A EP23782456 A EP 23782456A EP 4609398 A1 EP4609398 A1 EP 4609398A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
functionality
availability
instrument
information
surgical instrument
Prior art date
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Pending
Application number
EP23782456.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lena Felber
Debora Botturi
Hans-Georg Mathé
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Karl Storz SE and Co KG
Original Assignee
Karl Storz SE and Co KG
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102022131162.7A external-priority patent/DE102022131162A1/de
Application filed by Karl Storz SE and Co KG filed Critical Karl Storz SE and Co KG
Publication of EP4609398A1 publication Critical patent/EP4609398A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H20/00—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance
    • G16H20/40—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance relating to mechanical, radiation or invasive therapies, e.g. surgery, laser therapy, dialysis or acupuncture
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H30/00—ICT specially adapted for the handling or processing of medical images
    • G16H30/40—ICT specially adapted for the handling or processing of medical images for processing medical images, e.g. editing
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H40/00—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices
    • G16H40/40—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices for the management of medical equipment or devices, e.g. scheduling maintenance or upgrades
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H40/00—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices
    • G16H40/60—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices for the operation of medical equipment or devices
    • G16H40/63—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices for the operation of medical equipment or devices for local operation

Definitions

  • the present invention relates to a system for monitoring the availability of a functionality of at least one surgical instrument, in particular an articulated and/or steerable instrument.
  • the present invention further relates to a computer-implemented method for monitoring the availability of a functionality of at least one surgical instrument.
  • Medical instruments and especially surgical instruments have a limited lifespan, which defines how long the instrument will perform. At the end of an instrument's lifespan, reprocessing may follow, or the instrument may simply need to be replaced with a new instrument.
  • the lifespan of an instrument is calculated by the number of uses.
  • the uses are counted up to a limit number that signals the end of the lifespan.
  • the limit number is usually determined based on experience.
  • a system for monitoring the availability of a functionality of at least one surgical instrument comprises a data provision device which is set up to provide at least one piece of information which indicates the availability of the functionality of the instrument; wherein the data provision device has: (i) at least one sensor device which is set up to provide a sensor measurement value as information; and/or (ii) an image recognition device which is set up to capture an image of at least the instrument and to automatically analyze the image in order to provide information based thereon; a computing device which is set up to determine the availability of the functionality based on the at least one piece of information provided; and an output interface configured to output an output signal based on the determined availability.
  • surgical instruments includes medical instruments that are suitable for procedures. Particularly relevant to the invention are steerable, articulated or articulable instruments, such as scissors or endoscopes, which can be controlled manually or with robotized systems.
  • a functionality of a surgical instrument refers to the degree of wear of the instrument for the specific functionality.
  • surgical instruments can have more than one functionality.
  • the functionality of an instrument is understood to be a property of the instrument that enables a specific use of the instrument.
  • the functionality of a pair of scissors can be, for example, the cutting ability of its blade or the articulation (mobility) of its joint.
  • the sensor device can include all sensors that the system has. Relevant to determining the service life of an instrument are, for example, time measurements, voltage measurements or measurements of the pH value of a body fluid of a patient who is being treated with the instrument.
  • the sensor device is not necessarily a unit that contains the various sensors. Rather, the sensors can be located in different places.
  • the image recognition device generally comprises devices and computer programs that can capture and process images.
  • the image recognition device can, for example, include at least one camera and image processing software that can exchange signals with each other via wires and/or wirelessly. Therefore, the image recognition device comprises at least one central processing unit (CPU) and/or at least one graphics processing unit (GPU) and/or at least one field programmable gate array (FPGA) and/or at least one application specific integrated circuit (ASIC) and/or any combination of the aforementioned elements.
  • Each element can further comprise a memory operatively connected to the at least one CPU and/or a non-volatile memory operatively connected to the at least one CPU and/or the memory.
  • Each element can be implemented partially and/or entirely in a local device and/or partially and/or entirely in a remote system, such as a cloud computing platform.
  • the computing device is to be understood in the broadest sense as a unit that can process and evaluate data.
  • the computing device can be implemented as any device that includes at least one central processing unit (CPU) and/or at least one graphics processing unit (GPU) and/or at least one field-programmable gate array (FPGA) and/or at least one application-specific integrated circuit (ASIC) and /or contains or consists of any combination of the above. It may further include a main memory operatively connected to the at least one CPU, and/or a non-transitory memory operatively connected to the at least one CPU and/or connected to the main memory.
  • the computing device may run software, an app, or an algorithm with different data processing capabilities. It may be partially and/or fully implemented in a local application, such as a surgical instrument or a robotic system, and/or partially and/or fully implemented in a remote system, such as a cloud computing platform.
  • the output interface may be implemented in hardware and/or software, wired and/or wireless, and any combination thereof. It may further comprise an interface to an intranet or the Internet, to a cloud computing service, to a remote server, and/or the like.
  • a computer-implemented method for monitoring an availability of a functionality of at least one surgical instrument comprising the following steps: (a) providing at least one piece of information which indicates an availability of the functionality of the instrument, comprising: measuring a sensor measurement value and Providing the measured sensor reading as information; and/or capturing an image of at least the instrument, and analyzing the captured image to provide information based thereon; (b) determine, based on the at least one information provided, the availability of the functionality; and (c) issuing an output signal based on the determined availability.
  • the computer-implemented method according to the second aspect of the invention can be carried out with the system according to the first aspect of the invention.
  • the features and advantages described herein in connection with the system are therefore also applicable to the method and vice versa.
  • the invention provides a computer program product comprising an executable program code which, when executed, is adapted to carry out the coding method according to the second aspect of the present invention.
  • the invention provides a non-transitory computer-readable data storage medium comprising executable program code so configured is that in its execution it carries out the method according to the second aspect of the present invention.
  • the non-volatile, computer-readable data storage medium may comprise or consist of any type of computer memory, in particular a semiconductor memory, such as a solid-state memory.
  • the data storage medium may also comprise or consist of a CD, a DVD, a Blu-ray disc, a USB memory stick or the like.
  • the invention provides a data stream which comprises, or is designed to generate, an executable program code which, when executed, is designed to carry out the method according to the second aspect of the present invention.
  • One idea underlying the invention is to introduce a monitoring system which determines the service life of a medical instrument, in particular a surgical instrument.
  • the system is configured to capture information about the condition of the surgical instrument based on at least one image and/or a measurement.
  • a computing device is designed to process this information and determine the availability of functionality (or lifespan of functionality) of the surgical instrument.
  • An output interface is set up to transmit a corresponding output signal to a user.
  • the monitoring system for surgical instruments described above advantageously enables implementation of a computer-implemented method for monitoring the functionalities of a surgical instrument.
  • information about the condition of the surgical instrument is first produced, the information consisting either of a measurement or an image.
  • the information is then processed, as a sensor measurement value and/or as an analyzed image, and presented as a determination of the service life of the functionalities of the surgical instrument.
  • an output signal is output that includes information about the wear and/or remaining life of the instrument.
  • An advantage of the present invention is that determining the service life of a surgical instrument is not limited to counting the number of uses of the instrument.
  • Other variables such as how intense each use was, which depends on the duration and nature of the procedure, can be taken into account with the invention.
  • the following variables can be used: type of movement (eg speed of movements, angle of movements, repetitions of movement) and/or conditions of use (eg temperature, ambient pressure, type of tissue, contact with blood, acidity of the medium) and/or accidents (eg collisions with other instruments or damage). This helps to calculate the service life more accurately and, accordingly, to use the surgical instruments more efficiently.
  • a further advantage of the invention is that the user has constant access to updated and extensive information, for example about the previous applications of each instrument, about the degree of wear of each functionality of the instrument and about the estimated remaining life of the instrument. For example, it is conceivable that an instrument can no longer be used for functionality A before it is processed, but can still be used for functionality B.
  • the functionality of the at least one surgical instrument is one of the following:
  • a structural integrity of at least a portion of the surgical instrument (d) a structural integrity of at least a portion of the surgical instrument.
  • the functionalities of a surgical instrument can show various degrees of wear, from inaccuracies (e.g. increased play of the instrument) to structural damage.
  • availability is provided to include:
  • the output signal provides a user with information about the availability of the functionality (or at least one functionality).
  • the output signal can only provide information about whether a functionality is still usable. However, it can also provide additional information about the functionality. In particular, it can provide detailed information about the time of use and/or the state of wear of the instrument. It is also conceivable that information is provided about whether a certain method or procedure can still be carried out with this instrument (e.g. a robot).
  • a procedure can have a list of required functionalities, whereby the procedure is only assessed as feasible if all required functionalities can still be provided by the instrument.
  • the output signal provides a user with a pre-warning when the availability of the functionality falls to or below a predetermined first threshold.
  • the availability of the functionality may be represented as a numerical value which depends on the various variables extracted from the images and/or measurements. This value could, for example, be an estimated number of remaining uses.
  • the pre-warning threshold could then be a predefined number of uses below which a pre-warning signal is issued.
  • the computing device is implemented by a server and/or a cloud computing platform. If many variables and functionalities are processed, evaluated and stored, a cloud computing platform or a server is advantageous.
  • the server or the cloud computing platform also serves to ensure that the information about the instruments is continuously available to all potential users. This is important, for example, in order to create a comprehensive overview of the condition of the various instruments in a hospital or clinic and, if necessary, to be able to plan the replacement of an instrument in good time.
  • the computing device has an evaluation module which is set up to determine the availability of the (or at least one) functionality using at least one deterministic algorithm.
  • the algorithm takes the measured variables from the sensor device and/or from the image recognition device and, based on a weighted combination of the variables, calculates the service life of the surgical instrument.
  • the algorithm can also be intended to determine the first threshold and the second threshold.
  • the system is set up to monitor multiple functionalities of a surgical instrument.
  • the data provision device contains the appropriate measurement sensors and programs for image analysis so that the various functionalities can be monitored. The more functionality an instrument has that the system can monitor, the more information can be collected over the life of the instrument. The number of functionalities depends on the surgical instrument.
  • the system is designed to monitor at least one functionality of a plurality of surgical instruments.
  • the data provision device must be designed to be able to monitor the selected functionalities using suitable sensors and/or image processing programs.
  • devices Although some functions are described here and below as being performed by devices, this does not necessarily mean that these devices are provided as separate entities. In cases where one or more devices or even a part thereof are provided as software, the devices can be implemented by program code sections or program code snippets, which can be separate from one another, but can also be interwoven or integrated with one another.
  • the functions of one or more devices may be provided by one and the same hardware component, or the functions of several devices may be distributed across several hardware components that do not necessarily correspond to the devices. It is therefore to be assumed that any application, system, method, etc. that has all the features and functions attributed to a particular device comprises or implements that device. In particular, it is possible that all the devices are implemented by program code executed by, for example, a server or a cloud computing platform.
  • Fig. 4 is a schematic block diagram illustrating a computer program product according to an embodiment of the third aspect of the present invention
  • Fig. 5 is a schematic block diagram showing a non-transitory computer-readable data storage medium according to an embodiment of the fourth aspect of the present invention.
  • FIG. 1 shows a system 1000 for monitoring the availability of a functionality of at least one surgical instrument X according to an embodiment of the invention.
  • the various components and functions are shown schematically as blocks.
  • the spatial arrangement of the blocks in Fig. 1 is only an illustration.
  • the instrument X is shown in Fig. 1 as a pair of scissors. To illustrate this, a pair of scissors will be used as a concrete example of an instrument
  • the principles of the invention apply to any surgical instruments, such as endoscopes or scalpels, and also to instruments whose handling can be supported with robotics, as well as to robots as instruments themselves.
  • the data provision device 10 shown in Fig. 1 comprises a sensor device 110 and an image recognition device 120.
  • the sensor device 110 is designed to provide a sensor measurement value as information.
  • the sensor device 110 comprises various sensors which are designed to measure the values of a plurality of variables. In particular, the following variables could be measured:
  • conditions of use e.g. temperature, ambient pressure, contact with tissue, contact with blood, acidity of the medium
  • the image recognition device 120 is configured to capture an image of the instrument X, analyze the image, and provide information based thereon.
  • the image recognition device 120 comprises a camera.
  • the image-based information can be extracted using any computer program for image processing.
  • the cutting ability of the blade of a pair of scissors is an example of a functionality that can be detected with the image recognition device 120. Images could be used to monitor, for example, the uniformity of the profile of the blade and thereby detect signs of wear. Images of the scissors could also be used in connection with monitoring the articulation of the joint, for example to estimate how degraded the joint is (eg whether the play is increased). In this case, the availability the articulability of the joint is monitored by the variables measured by the sensor device 110 and by the images captured by the image recognition device 120.
  • the computing device 20 is set up to determine the availability of the functionality.
  • the variables and/or the image-based information provided by the data provision device 10 serve as the basis for this.
  • the computing device 20 is any unit that can process, evaluate and/or store data. The processing and evaluations can be carried out using executable programs or apps.
  • the computing device 20, or a portion thereof, may be implemented by a server and/or a cloud computing platform, particularly when there are many variables and functionalities.
  • the computing device 20 comprises an evaluation module 210 configured to execute an algorithm.
  • the algorithm takes as input at least a portion of the variables measured by the data providing device 10 and calculates the availability of the various functionalities as a function of the variables.
  • the weight of the respective variables depends on the functionality or functionalities.
  • the algorithm can calculate the availability of the articulation of the joint of a pair of scissors based on a combination of the measured stresses and strains of the joint during an intervention.
  • the algorithm is further configured to compare the availability values with reference values that signal the end of the life of an instrument.
  • the algorithm is able to determine at least two thresholds.
  • the first threshold is defined by a predetermined distance to the end of the life, either as time or as a degree of wear.
  • the first threshold could, for example, be set to 24 hours before the estimated end of the life of the instrument, or to 80% of the instrument's wear.
  • the user can set the first threshold, e.g. based on how long it might take to get new equipment in a hospital or clinic. instruments.
  • the second threshold signals the end of the instrument's lifespan.
  • the algorithm may also be configured to calculate the expected lifespan of the instrument based on the history of use of the instrument, essentially the frequency of use and how intensive each use was. This information may be stored in a database.
  • the output signal S can, among other things, notify a user of an advance warning when the availability of the functionality falls to or below the first threshold value predetermined by the algorithm. For example, if the first threshold is set to 24 hours before the estimated end of life of the instrument, then an advance warning for the example scissors will be issued after 2 hours. If the first threshold is set at 80% of the instrument's wear, then in this example the advance warning has already been communicated.
  • the pre-warming signal can, for example, be an optical signal (e.g. the effect an LED) and/or as an acoustic signal (e.g. a beep).
  • the advance warning signal can also cause a flag to be set in an instrument management system.
  • the output signal S can also be a prohibition signal that prevents the use of a functionality when the availability of the functionality falls to or below the second threshold value predetermined by the algorithm.
  • the prohibition signal can be an optical and/or an acoustic signal.
  • the prohibition signal can cause the motor or the robot to be blocked.
  • Fig. 2 shows a system 1000 for monitoring the availability of a functionality of at least one surgical instrument X according to a further embodiment of the invention.
  • some elements of the system 1000 namely the sensor device 110, the computing device 20 and the output interface 30, are implemented in the instrument X.
  • the embodiment shown in Fig. 2 can be advantageous.
  • the entire sensor device 10 is integrated into the instrument X for the sake of simplicity. However, it is conceivable that only some sensors are located in the instrument X, while other sensors are located elsewhere, separate from the instrument (e.g. a sensor for measuring the duration of an intervention).
  • the computing device 20 and the output interface 30 can advantageously be integrated into the instrument X, as shown in Fig. 2. This results in the information, in particular the information of the output signal S, being constantly available to the user without the need for a computer, for example. This is particularly useful for instruments that are portable.
  • the image recognition device 120 is not integrated into the instrument X.
  • the image recognition device 120 may include a camera to take images of the instrument X. The images could then be displayed on a screen or monitor. In such embodiments, the image recognition device 120 should be kept at a distance from the surgical instrument. This is the case, for example, when monitoring the availability of the cutting ability of the blade of a pair of scissors.
  • step M1 comprises steps M11, M12 and M13.
  • step M11 a sensor measurement value is measured and provided as information.
  • the sensor measurement value corresponds to the value of at least one variable that is relevant for the availability of a functionality.
  • step M12 at least one image of the instrument X is captured, for example with a camera.
  • the image is then analyzed in step M13 and the result of the image analysis is provided as information.
  • step M2 the availability of the functionality is determined.
  • the availability can be represented as a number. This number is based on the information provided in step M1, which is implemented with e.g. an algorithm as a function of the measured and/or analyzed variables.
  • step M3 an output signal S is emitted.
  • This signal is based on the availability of the functionality and can include, among other things: (a) general information about the previous use of the instrument; (b) a pre-warning when the availability of the functionality falls to or below a predetermined first threshold; (c) a blocking of the functionality (by a control signal) when the availability of the functionality falls to or below a predetermined second threshold indicating the lifetime of the instrument; and/or (d) based on the usage history of the instrument (e.g. frequency of use and average intensity of each use), a prediction of the end of the lifetime of the instrument.
  • the usage history of the instrument e.g. frequency of use and average intensity of each use
  • FIG. 4 shows a schematic block diagram illustrating a computer program product 300 according to an embodiment of the third aspect of the present invention.
  • the computer program product 300 includes an executable program code 350 that is configured to, when executed, perform the method according to any embodiment of the second aspect of the present invention, in particular as described in the preceding figures.
  • Fig. 5 shows a schematic block diagram illustrating a non-transitory computer-readable data storage medium 400 according to an embodiment of the fourth aspect of the present invention.
  • the data storage medium 400 comprises an executable program code 450 which, when executed, is configured to perform the method according to any embodiment of the second aspect of the present invention, in particular as described with reference to the previous figures.
  • the non-volatile, computer-readable data storage medium can include or consist of any type of computer memory, in particular a semiconductor memory such as a solid-state memory.
  • the data storage medium can also include or consist of a CD, a DVD, a Blu-Ray disc, a USB memory stick or the like.

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Abstract

System zur Überwachung einer Verfügbarkeit einer Funktionalität mindestens eines chirurgischen Instruments, mit einer Datenbereitstellungsvorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, mindestens eine Information bereitzustellen, welche eine Verfügbarkeit der Funktionalität des Instruments indiziert; wobei die Datenbereitstellungsvorrichtung mindestens eine Sensoreinrichtung aufweist, welche dazu eingerichtet ist, einen Sensormesswert als Information bereitzustellen; und/oder eine Bilderkennungseinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, ein Bild zumindest des Instruments zu erfassen und das Bild automatisch zu analysieren, um darauf basierend eine Information bereitzustellen; eine Rechenvorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, basierend auf der mindestens einen bereitgestellten Information die Verfügbarkeit der Funktionalität zu bestimmen; und einer Ausgabeschnittstelle, die dazu eingerichtet ist, basierend auf der bestimmten Verfügbarkeit ein Ausgabesignal auszugeben.

Description

System und computerimplementiertes Verfahren zur Überwachung einer Verfügbarkeit einer Funktionalität mindestens eines chirurgischen Instruments
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Überwachung einer Verfügbarkeit einer Funktionalität mindestens eines chirurgischen Instruments, insbesondere eines artikulierbaren und/oder lenkbaren Instruments. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein computerimplementiertes Verfahren zur Überwachung einer Verfügbarkeit einer Funktionalität mindestens eines chirurgischen Instruments.
Hintergrund der Erfindung
Medizinische Instrumente und insbesondere chirurgische Instrumente haben eine begrenzte Lebensdauer, die definiert, wie lange das Instrument leistungsfähig ist. Am Ende der Lebenszeit eines Instruments kann eine Aufbereitung folgen, oder lediglich muss das Instrument durch ein neues Instrument ersetzt werden.
In der Regel wird die Lebensdauer eines Instruments durch die Anzahl der Einsätze berechnet. Die Benutzungen werden gezählt bis zu einer Grenzzahl, die das Ende der Lebenszeit signalisiert. Üblicherweise ist die Grenzzahl nach Erfahrung festgelegt.
Die Anzahl der Benutzungen ist aber nur eine Schätzung für die abnehmende Leistungsfähigkeit eines Instruments. Bei Erreichung der Grenzzahl ist ein Instrument manchmal noch leistungsfähig. Manchmal kommt es auch vor, dass ein Instrument zu ersetzen ist, bevor es die Grenzzahl der Benutzungen erreicht hat, etwa wenn einige Benutzungen die Funktionalität des Instruments überdurchschnittlich degradiert haben. Idealerweise sollte ein Instrument bis zum Ende der Leistung benutzt werden, um Ressourcen in den Krankenhäusern oder Kliniken zu optimieren. Es ist daher wichtig, die Lebensdauer eines Instruments so genau wie möglich zu bestimmen. Zusammenfassung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, die eine verbesserte Bestimmung der Lebensdauer eines chirurgischen Instruments zur Verfügung stellt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein computerimplementiertes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit vorteilhaften Merkmalen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein System zur Überwachung einer Verfügbarkeit einer Funktionalität mindestens eines chirurgischen Instruments eine Datenbereitstellungsvorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, mindestens eine Information bereitzustellen, welche eine Verfügbarkeit der Funktionalität des Instruments indiziert; wobei die Datenbereitstellungsvorrichtung aufweist: (i) mindestens eine Sensoreinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, einen Sensormesswert als Information bereitzustellen; und/oder (ii) eine Bilderkennungseinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, ein Bild zumindest des Instruments zu erfassen und das Bild automatisch zu analysieren, um darauf basierend eine Information bereitzustellen; eine Rechenvorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, basierend auf der mindestens einen bereitgestellten Information die Verfügbarkeit der Funktionalität zu bestimmen; und eine Ausgabeschnittstelle, die dazu eingerichtet ist, basierend auf der bestimmten Verfügbarkeit ein Ausgabesignal auszugeben.
Der Begriff chirurgische Instrumente umfasst medizinische Instrumente, die für Eingriffe geeignet sind. Insbesondere relevant für die Erfindung sind lenkbare, artikulierte oder artikulierbare Instrumente, wie z.B. Scheren oder Endoskope, die manuell oder mit robotisierten Systemen gesteuert werden können.
Die Verfügbarkeit einer Funktionalität eines chirurgischen Instruments bezieht sich auf den Abnutzungsgrad des Instruments für die spezifische Funktionalität. Prinzipiell können chirurgischen Instrumente mehr als eine Funktionalität besitzen. Unter einer Funktionalität eines Instruments ist insbesondere eine Eigenschaft des Instruments, die eine bestimmte Verwendung des Instruments ermöglicht, zu verstehen. Eine Funktionalität einer Schere kann z.B. die Schneidfähigkeit ihrer Schneide oder die Artikulierbar- keit (Beweglichkeit) ihres Gelenks sein.
Die Sensoreinrichtung kann alle Sensoren umfassen, die das System besitzt. Relevant, um die Lebensdauer eines Instruments zu bestimmen, sind z.B. Zeitmessungen, Spannungsmessungen oder auch Messungen des pH-Wertes eine Körperflüssigkeit eines Patienten, der mit dem Instrument behandelt wird. Die Sensoreinrichtung ist nicht unbedingt eine Einheit, welche die verschiedenen Sensoren beinhaltet. Vielmehr können sich die Sensoren an verschiedenen Orten befinden.
Die Bilderkennungseinrichtung umfasst im Allgemeinen Geräte und Computerprogramme, die Bilder aufnehmen und verarbeiten können. Die Bilderkennungseinrichtung kann z.B. mindestens eine Kamera und Bilderverarbeitungssoftware beinhalten, die kabelgebunden und/oder drahtlos miteinander Signale austauschen können. Daher umfasst die Bilderkennungseinrichtung mindestens eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) und/oder mindestens eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU) und/oder mindestens ein feldprogrammierbares Gate- Array (FPGA) und/oder mindestens eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) und/oder eine beliebige Kombination der vorgenannten Elemente. Jedes Element kann ferner einen Arbeitsspeicher umfassen, der operativ mit der mindestens einen CPU verbunden ist, und/oder einen nicht-flüchtigen Speicher, der operativ mit der mindestens einen CPU und/oder dem Arbeitsspeicher verbunden ist. Jedes Element kann teilweise und/oder vollständig in einem lokalen Gerät und/oder teilweise und/oder vollständig in einem entfernten System, wie etwa einer Cloud-Computing-Plattform, implementiert sein.
Die Rechenvorrichtung ist im weitesten Sinne als eine Einheit zu verstehen, die Daten verarbeiten und auswerten kann. Die Rechenvorrichtung kann als eine beliebige Vorrichtung realisiert werden, die mindestens eine Zentraleinheit (CPU) und/oder mindestens eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU) und/oder mindestens ein feldprogrammierbares Gate- Array (FPGA) und/oder mindestens einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) und/oder eine beliebige Kombination der vorgenannten enthält oder daraus besteht. Sie kann ferner einen Arbeitsspeicher umfassen, der operativ mit der mindestens einen CPU verbunden ist, und/oder einen nicht-transitorischen Speicher, der operativ mit der mindestens einen CPU und/oder dem Arbeitsspeicher verbunden ist. Die Rechenvorrichtung kann eine Software, eine App oder einen Algorithmus mit unterschiedlichen Fähigkeiten zur Datenverarbeitung ausführen. Sie kann teilweise und/oder vollständig in einer lokalen Anwendung, beispielsweise einem chirurgischen Instrument oder einem robotischen System, und/oder teilweise und/oder vollständig in einem entfernten System, beispielsweise einer Cloud-Computing-Plattform, implementiert sein.
Die Ausgabeschnittstelle kann in Hardware und/oder Software, kabelgebunden und/oder drahtlos und in jeder Kombination davon realisiert sein. Sie kann ferner eine Schnittstelle zu einem Intranet oder dem Internet, zu einem Cloud-Computing-Dienst, zu einem entfernten Server und/oder dergleichen umfassen.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein computerimplementiertes Verfahren zur Überwachung einer Verfügbarkeit einer Funktionalität mindestens eines chirurgischen Instruments vorgesehen, umfassend die folgenden Schritte: (a) Bereitstellen mindestens einer Information, welche eine Verfügbarkeit der Funktionalität des Instruments indiziert, umfassend: Messen eines Sensormesswerts und Bereitstellen des gemessenen Sensormesswerts als Information; und/oder Erfassen eines Bildes zumindest des Instruments, und Analysieren des erfassten Bildes, um darauf basierend eine Information bereitzustellen; (b) Bestimmen, basierend auf der mindestens einen bereitgestellten Information, die Verfügbarkeit der Funktionalität; und (c) Ausgeben eines Ausgabesignals basierend auf der bestimmten Verfügbarkeit.
Insbesondere kann das computerimplementierte Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung mit dem System gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung durchgeführt werden. Die hierin im Zusammenhang mit dem System beschriebenen Merkmale und Vorteile sind daher auch für das Verfahren anwendbar und umgekehrt.
Nach einem dritten Aspekt stellt die Erfindung ein Computerprogrammprodukt zur Verfügung, das einen ausführbaren Programmcode umfasst, der dazu eingerichtet ist, bei seiner Ausführung das Kodierungsverfahren gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung durchzuführen.
Nach einem vierten Aspekt stellt die Erfindung ein nicht-flüchtiges computerlesbares Datenspeichermedium bereit, das einen ausführbaren Programmcode umfasst, der so konfiguriert ist, dass er bei seiner Ausführung das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung durchführt.
Das nicht-flüchtige, computerlesbare Datenspeichermedium kann jede Art von Computerspeicher, insbesondere einen Halbleiterspeicher, wie z. B. einen Festkörperspeicher umfassen oder daraus bestehen. Das Datenspeichermedium kann auch eine CD, eine DVD, eine Blu- Ray-Disc, einen USB-Speicherstick oder dergleichen umfassen oder daraus bestehen.
Nach einem fünften Aspekt stellt die Erfindung einen Datenstrom zur Verfügung, der einen ausführbaren Programmcode umfasst oder dazu eingerichtet ist, einen solchen zu erzeugen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführung das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung durchzuführen.
Eine der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, ein Überwachungssystem einzuführen, welches die Lebensdauer eines medizinischen Instruments, insbesondere eines chirurgischen Instruments, bestimmt. Das System ist dazu eingerichtet, Information über den Zustand des chirurgischen Instruments zu erfassen, die basierend auf mindestens einem Bild und/oder einer Messung hergestellt ist. Eine Rechenvorrichtung ist dazu ausgelegt, diese Information zu verarbeiten und die Verfügbarkeit einer Funktionalität (oder Lebensdauer der Funktionalität) des chirurgischen Instruments zu bestimmen. Eine Ausgabeschnittstelle ist dazu eingerichtet, ein entsprechendes Ausgabesignal an einem Benutzer zu übermitteln.
Das vorstehend beschriebenes Überwachungssystem für chirurgische Instrumente ermöglicht vorteilhaft eine Implementierung eins computerimplementierten Verfahrens zur Überwachung der Funktionalitäten eines chirurgischen Instruments. Hierbei wird zunächst eine Information über den Zustand des chirurgischen Instruments hergestellt, wobei die Information entweder aus einer Messung oder aus einem Bild besteht. Daraufhin wird die Information, als Sensormesswert und/oder als analysiertes Bild, verarbeitet und als Bestimmung der Lebensdauer der Funktionalitäten des chirurgischen Instruments dargestellt. Zuletzt wird ein Ausgabesignal ausgegeben, das Information über die Abnutzung und/oder die verbleibende Lebensdauer des Instruments umfasst.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Bestimmung der Lebensdauer eines chirurgischen Instruments nicht nur auf das Zählen der Einsätze des Instruments beschränkt ist. Andere Variablen, wie z.B. wie intensiv jeder einzelne Einsatz war, was von der Dauer und der Natur des Eingriffs abhängt, sind mit der Erfindung berücksichtigbar. Insbesondere können die folgenden Variablen eingesetzt werden: Bewegungsart (z.B. Geschwindigkeit der Bewegungen, Winkel der Bewegungen, Wiederholungen der Bewegung) und/oder Nutzungsbedingungen (z.B. Temperatur, Umgebungsdruck, Art der Gewebe, Kontakt mit Blut, Säuregrad des Mediums) und/oder Unfälle (z.B. Kollisionen mit anderen Instrumenten oder Schäden). Das trägt dazu bei, dass die Bestimmung der Lebensdauer genauer berechnet werden kann und dementsprechend den chirurgischen Instrumenten effizienter eingesetzt werden können.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Benutzer ständig Zugang zur aktualisierten und umfangreichen Information hat, z.B. über die bislang durchgeführten Anwendungen jedes Instruments, über den Abnutzungsgrad jeder Funktionalität des Instruments sowie über die geschätzte verbleibende Lebensdauer des Instruments. So ist es z.B. denkbar, dass ein Instrument vor seiner Aufbereitung nicht mehr für Funktonalität A, aber durchaus noch für Funktionalität B verwendbar ist.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der Beschreibung der verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen, die in den beigefügten Figuren dargestellt sind.
Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Funktionalität des mindestens eins chirurgischen Instruments eine der folgenden ist:
(a) eine Schneidefähigkeit einer Schneide des chirurgischen Instruments, wie z.B. bei Scheren oder Skalpellen;
(b) eine Artikulierbarkeit eines Gelenks des chirurgischen Instruments, wie z.B. bei Scheren, Robotern oder Endoskopen;
(c) eine Sterilität mindestens eines Abschnitts des chirurgischen Instruments; und/oder
(d) eine strukturelle Integrität mindestens eines Abschnitts des chirurgischen Instruments. Im Allgemeinen können die Funktionalitäten eines chirurgischen Instruments verschiedene Abnutzungsgrade zeigen, von Ungenauigkeiten (z.B. einem vergrößerten Spiel des Instruments) bis zu strukturellen Schäden. Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verfügbarkeit umfasst:
(a) eine Information, ob die Funktionalität noch verwendet werden kann;
(b) eine Information, wie oft die Funktionalität noch verwendet werden kann; und/oder
(c) eine Information, zu welchem Grad die Funktionalität degradiert oder verbraucht ist. Mit anderen Worten, die Verfügbarkeit kann umfangreiche Information über die Fähigkeit einer oder mehrere Funktionalitäten(en) beinhalten.
Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ausgabesignal einem Benutzer eine Information über die Verfügbarkeit der (bzw. mindestens einer) Funktionalität mitteilt. Das Ausgabesignal kann lediglich mitteilen, ob eine Funktionalität noch verwendbar ist. Es kann aber auch zusätzliche Informationen über die Funktionalität ausgeben. Insbesondere kann es detaillierte Informationen über die Benutzungszeit und/oder den Abnutzungszustand des Instruments mitteilen. Denkbar ist auch, dass mitgeteilt wird, ob ein bestimmtes Verfahren oder eine bestimmte Prozedur mit diesem Instrument (z.B. einem Roboter) noch durchführbar ist. Eine Prozedur kann eine Liste von benötigten Funktionalitäten aufweisen, wobei die Prozedur nur dann als durchführbar bewertet wird, wenn alle benötigten Funktionalitäten noch durch das Instrument bereitgestellt werden können.
Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ausgabesignal einem Benutzer eine Vorwarnung mitteilt, wenn die Verfügbarkeit der Funktionalität auf oder unter einen vorbestimmten ersten Schwellwert fällt. Die Verfügbarkeit der Funktionalität kann als ein numerischer Wert dargestellt werden, welcher von den verschiedenen, aus den Bildern und/oder Messungen extrahierten Variablen abhängt. Dieser Wert könnte beispielsweise eine eingeschätzte Anzahl der verbleibenden Benutzungen. Der Schwellwert der Vorwarnung könnte dann eine vordefinierte Anzahl der Benutzungen sein, unter welcher ein Vorwamungssignal ausgegeben wird.
Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ausgabesignal eine Verwendung der Funktionalität unterbindet, wenn die Verfügbarkeit der Funktionalität auf oder unter einen vorbestimmten zweiten Schwellwert fällt. Der zweiten Schwellwert ist als Sicherheitsmaßnahme eingesetzt, um die Benutzung eines chirurgischen Instruments jenseits der für das Instrument berechneten Lebensdauer vorzubeugen. Der zweite Schwellwert kann prozedurabhängig sein. Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass das System das chirurgische Instrument umfasst und dass mindestens eine Sensoreinrichtung in das chirurgische Instrument integriert ist. Je nachdem welche Funktionalität zu inspizieren ist, ist es vorteilhaft, die notwendigen Sensoren in das Instrument zu haben. Beispielsweise für die Messung von pH-Werten ist es sinnvoll, die entsprechenden Sensoren in das Instrument eingebaut zu haben. Andererseits kann ein Sensor für die Zeitmessung eines Eingriffs getrennt von dem Instrument angeordnet sein.
Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rechenvorrichtung und/oder die Ausgabeschnittstelle in das chirurgische Instrument integriert ist. Eine Integration von solchen Elementen des Systems der Erfindung in das Instrument kann insbesondere für Instrumente wie eine Schere vorteilhaft sein. Somit stellt die Information dem Benutzer ständig zur Verfügung, ohne dass ein separates Gerät, z.B. ein Computer, benötigt wird.
Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rechenvorrichtung durch einen Server und/oder eine Cloud-Rechenplattform implementiert ist. Wenn viele Variablen und Funktionalitäten verarbeitet, ausgewertet und gespeichert werden, ist eine Cloud-Rechenplattform oder ein Server von Vorteil. Der Server oder die Cloud- Rechenplattform dienen auch dazu, dass die Information der Instrumente allen potentiellen Benutzern kontinuierlich zur Verfügung steht. Das ist wichtig, um z.B. einen umfangreichen Überblick über den Zustand der verschiedenen Instrumente in einem Krankenhaus oder einer Klinik zu schaffen und ggf. die Ersetzung eines Instruments rechtzeitig planen zu können.
Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rechenvorrichtung ein Auswertungsmodul aufweist, welches dazu eingerichtet ist, die Verfügbarkeit der (oder: mindestens einer) Funktionalität unter Verwendung mindestens eines deterministischen Algorithmus zu bestimmen. Der Algorithmus nimmt die gemessenen Variablen von der Sensoreinrichtung und/oder von der Bilderkennungseinrichtung und, basierend auf einer gewichteten Kombination der Variablen, berechnet die Lebensdauer des chirurgischen Instruments. Der Algorithmus kann ebenfalls dazu vorgesehen sein, den ersten Schwellwert und den zweiten Schwellwert bestimmen. Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass das System zur Überwachung von mehreren Funktionalitäten eines chirurgischen Instruments eingerichtet ist. Dazu kommt, dass die Datenbereitstellungvorrichtung die geeigneten Messsensoren und Programme zur Bildanalyse beinhaltet, damit die verschiedenen Funktionalitäten überwacht werden können. Je mehr Funktionalitäten eines Instruments vorhanden sind, die das System überwachen kann, desto mehr Information können über die Lebensdauer des Instruments gesammelt werden. Die Anzahl der Funktionalitäten hängt von dem chirurgischen Instrument ab.
Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass das System zur Überwachung mindestens einer Funktionalität einer Mehrzahl von chirurgischen Instrumenten eingerichtet ist. Die Datenbereitstellungsvorrichtung muss in diesen Fällen dazu eingerichtet sein werden, die ausgewählten Funktionalitäten durch geeignete Sensoren und/oder Bildverarbeitungsprogramme überwachen zu können.
Obwohl hier und auch im Folgenden einige Funktionen als von Einrichtungen ausgeführt beschrieben werden, bedeutet dies nicht zwangsläufig, dass diese Einrichtungen als voneinander getrennte Einheiten bereitgestellt werden. In Fällen, in denen eine oder mehrere Einrichtungen oder auch ein Teil davon als Software bereitgestellt werden, können die Einrichtungen durch Programmcodeabschnitte oder Programmcodeschnipsel implementiert werden, die voneinander getrennt sein können, aber auch miteinander verwoben oder integriert sein können.
Ebenso können in Fällen, in denen eine oder mehrere Einrichtungen als Hardware bereitgestellt werden, die Funktionen einer oder mehrerer Einrichtungen durch ein und dieselbe Hardwarekomponente bereitgestellt werden oder die Funktionen mehrerer Einrichtungen können auf mehrere Hardwarekomponenten verteilt sein, die nicht notwendigerweise den Einrichtungen entsprechen müssen. Es ist daher davon auszugehen, dass jede Anwendung, jedes System, jedes Verfahren usw., das alle einer bestimmten Einrichtung zugeschriebenen Merkmale und Funktionen aufweist, diese Einrichtung umfasst oder implementiert. Insbesondere ist es möglich, dass alle Einrichtungen durch Programmcode implementiert werden, der von z.B. einem Server oder einer Cloud-Computing-Plattform, ausgeführt wird.
Alle genannten Ausführungsformen und Implementierungen können beliebig miteinander kombiniert werden, soweit dies sinnvoll ist. Der weitere Umfang der Anwendbarkeit des vorliegenden Verfahrens und der Vorrichtung wird aus den folgenden Figuren, der detaillierten Beschreibung und den Ansprüchen ersichtlich werden. Es versteht sich jedoch, dass die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Beispiele, zwar bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung angeben, jedoch in erste Linie zur Veranschaulichung dienen und verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des grundlegenden Gedankens und des Umfangs der Erfindung für Fachleute erkennbar sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachstehend wird die Erfindung mit Bezug auf ihre vorteilhaften Ausführungsformen anhand der folgenden Zeichnungen beschrieben. Diese Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen identische oder funktionell ähnliche Elemente in den einzelnen Ansichten bezeichnen. Sie dienen dazu, Ausführungsformen von Konzepten, die die beanspruchte Erfindung beinhalten, weiter zu veranschaulichen und verschiedene Prinzipien und Vorteile dieser Ausführungsformen zu erläutern. Elementen, die in den Zeichnungen geschildert sind, sind nicht unbedingt maßgetreu dargestellt. Dies dient dazu, die Grundlagen und Prinzipien der Erfindung klar und deutlich zu offenbaren.
In den Zeichnungen:
Fig. 1 zeigt ein System zur Überwachung einer Verfügbarkeit einer Funktionalität mindestens eines chirurgischen Instruments nach einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 zeigt ein System zur Überwachung einer Verfügbarkeit einer Funktionalität mindestens eines chirurgischen Instruments nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 zeigt in einem schematischen Blockdiagramm eine Darstellung des Ablaufs eines computerimplementierten Verfahrens zur Überwachung einer Verfügbarkeit einer Funktionalität mindestens eines chirurgischen Instruments nach einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein Computerprogrammprodukt gemäß einer Ausführungsform des dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung darstellt; und Fig. 5 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein nicht flüchtiges computerlesbares Datenspeichermedium gemäß einer Ausführungsform des vierten Aspekts der vorliegenden Erfindung zeigt.
In einigen Fällen werden bekannte Strukturen und Geräte in Form von Blockdiagrammen dargestellt, um die Konzepte der vorliegenden Erfindung zu illustrieren. Auch die Nummerierung der Schritte in den Verfahren soll deren Beschreibung erleichtern. Sie implizieren nicht unbedingt eine bestimmte Reihenfolge der Schritte. Insbesondere können mehrere Schritte gleichzeitig durchgeführt werden.
Beschreibung der Zeichnungen
Die ausführliche Beschreibung der anliegenden Zeichnungen enthält spezifische Details, um ein umfassendes Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Dem Fachmann wird jedoch klar sein, dass die vorliegende Erfindung auch ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden kann.
Fig. 1 zeigt ein System 1000 zur Überwachung einer Verfügbarkeit einer Funktionalität mindestens eines chirurgischen Instruments X nach einer Ausführungsform der Erfindung. Die verschiedenen Bestandteile und Funktionen sind schemenhaft als Blöcke dargestellt. Die räumliche Anordnung der Blöcke in Fig. 1 ist nur eine Illustration. Das Instrument X ist in Fig. 1 als eine Schere dargestellt. Zur Illustration wird im Folgenden teilweise eine Schere als konkretes Beispiel eines Instruments X verwendet. Die Prinzipien der Erfindung gelten aber für beliebige chirurgische Instrumente, wie z.B. Endoskope oder Skalpelle, und auch für Instrumente, deren Handhabung mit Robotik unterstützt werden kann, wie auch für Roboter als Instrumente selbst.
Wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst das System 1000 eine Datenbereitstellungsvorrichtung 10, eine Rechenvorrichtung 20 und eine Ausgabeschnittstelle 30. Die Datenbereitstellungsvorrichtung 10 ist dazu eingerichtet, eine Information bereitzustellen, welche eine Verfügbarkeit mindestens einer Funktionalität eines chirurgischen Instruments X indiziert. Beispielsweise kann die Datenbereitstellungsvorrichtung 10 für eine Schere eine Information über die Schneidefähig- keit (z. B. Schärfe) der Schneide und eine Information über die Artikulierbarkeit (z. B. Beweglichkeit, Kraftaufwand, Bewegungsspielraum) des Gelenks bereitstellen.
Die in Fig. 1 dargestellte Datenbereitstellungsvorrichtung 10 umfasst eine Sensoreinrichtung 110 und eine Bilderkennungseinrichtung 120. Die Sensoreinrichtung 110 ist dazu eingerichtet, einen Sensormesswert als Information bereitzustellen. Die Sensoreinrichtung 110 umfasst verschiedenen Sensoren, welche eingerichtet sind, die Werte eine Mehrzahl von Variablen zu messen. Insbesondere könnten die folgenden Variablen gemessen werden:
(i) Bewegungsart des Instruments im Einsatz (z.B. Geschwindigkeit der Bewegungen, Drehungen, Wiederholungen, Beschleunigung, Dehnungen und Spannungen, Leistung und Kraft eines Motorbetriebs);
(ii) Nutzungsbedingungen (z.B. Temperatur, Umgebungsdruck, Kontakt mit Gewebe, Kontakt mit Blut, Säuregrad des Mediums);
(iii) Aufbereitung des Instruments (z.B. Reinigungsverfahren, Anzahl der Aufbereitungszyklen) und/oder
(iv) Unfälle (z.B. Kollisionen mit anderen Instrumenten oder andere Schäden).
Wiederum in dem Beispiel mit der Schere kann die Artikulierbarkeit des Gelenks mit verschiedenen Variablen charakterisiert oder parametrisiert werden, z.B. durch die Spannung oder die Dehnung des Gelenks. Diese Variablen können z.B. mit von der Sensoreinrichtung 110 umgefassten Drucksensoren gemessen werden.
Die Bilderkennungseinrichtung 120 ist dazu eingerichtet, ein Bild des Instruments X zu erfassen, das Bild zu analysieren, und eine darauf basierende Information bereitzustellen. In manchen Ausführungsformen weist die Bilderkennungseinrichtung 120 eine Kamera auf. Die bildbasierenden Informationen können mit beliebigen Computerprogrammen der Bildverarbeitung extrahiert werden.
Die Schneidefähigkeit der Schneide einer Schere ist ein Beispiel von einer Funktionalität, die mit der Bilderkennungseinrichtung 120 erfassbar ist. Bilder könnten benutzt werden, um z.B. die Gleichmäßigkeit des Profils der Schneide zu überwachen und dadurch Abnutzungsspuren zu detektieren. Bilder von der Schere könnten auch in Zusammenhang mit der Überwachung der Artikulierbarkeit des Gelenks benutzt werden, beispielsweise um zu schätzen, wie degradiert das Gelenk ist (z.B. ob das Spiel vergrößert ist). In diesem Fall würde die Verfügbarkeit der Artikulierbarkeit des Gelenks durch die von der Sensoreinrichtung 110 gemessenen Variablen sowie durch die von der Bilderkennungseinrichtung 120 erfassten Bilder überwacht.
Die Auswahl der Variablen und bildbasierten Informationen ist daher von der Funktionalität abhängig. In manchen Ausführungsformen ist die Datenbereitstellungsvorrichtung 10 ferner dazu eingerichtet, basierend auf der relevanten Funktionalität oder auf den relevanten Funktionalitäten, die relevanten Sensoren der Sensoreinrichtung 110 und die relevanten Analysen, welche die Bilderkennungseinrichtung 120 durchführen kann, zu aktivieren.
Die Rechenvorrichtung 20 ist dazu eingerichtet, die Verfügbarkeit der Funktionalität zu bestimmen. Als Basis dazu dienen die Variablen und/oder die bildbasierten Informationen, welche die Datenbereitstellungsvorrichtung 10 bereitgestellt. Die Rechenvorrichtung 20 ist eine beliebige Einheit, die Daten verarbeiten, auswerten und/oder speichern kann. Die Verarbeitungen und Auswertungen können durch ausführbare Programme oder Apps erfolgen. Die Rechenvorrichtung 20, oder ein Teil davon, kann durch einen Server und/oder eine Cloud- Rechenplattform implementiert werden, insbesondere wenn viele Variablen und Funktionalitäten vorhanden sind.
In Fig. 1 umfasst die Rechenvorrichtung 20 ein Auswertungsmodul 210, das dazu eingerichtet ist, einen Algorithmus auszuführen. Der Algorithmus nimmt als Eingabe mindestens eine Portion der von der Datenbereitstellungsvorrichtung 10 gemessenen Variablen und berechnet die Verfügbarkeit der verschiedenen Funktionalitäten als eine Funktion der Variablen. Das Gewicht der jeweiligen Variablen hängt von der Funktionalität oder den Funktionalitäten ab. Beispielsweise kann der Algorithmus, basierend auf einre Kombination der gemessenen Spannungen und Dehnungen des Gelenks während eines Eingriffs die Verfügbarkeit der Artikulierbarkeit des Gelenks einer Schere berechnen.
Der Algorithmus ist ferner dazu eingerichtet, die Werte der Verfügbarkeit mit Referenzwerten zu vergleichen, welche das Ende der Lebenszeit eines Instruments signalisieren. Somit ist der Algorithmus fähig, mindestens zwei Schwellwerte zu bestimmen. Der erste Schwellwert ist durch einen vorbestimmten Abstand zu dem Ende der Lebenszeit definiert, entweder als Zeit oder als Abnutzungsgrad. Der erste Schwellwert könnte beispielsweise auf 24 Stunden vor dem geschätzten Ende der Lebenszeit des Instruments, oder auf 80% der Abnutzung des Instruments, festgelegt werden. Der Benutzer kann den ersten Schwellwert festlegen, z.B. basierend darauf, wie lange es dauern könnte, in einem Krankenhaus oder in einer Klinik neue In- strumente zu bekommen. Der zweite Schwellwert signalisiert das Ende der Lebenszeit des Instruments.
Der Algorithmus kann auch dazu eingerichtet sein, basierend auf der Benutzungsgeschichte des Instruments, im Wesentlichen auf der Häufigkeit der Einsätze und wie intensiv jede Benutzung war, die erwartete Lebensdauer des Instruments zu berechnen. Diese Information kann in einer Datenbank gespeichert werden.
Die Ausgabeschnittstelle 30 ist dazu eingerichtet, ein Ausgabesignal S einem Benutzer auszugeben. Das Ausgabesignal S basiert auf der von der Rechenvorrichtung 20 bestimmten Verfügbarkeit mindestens einer Funktionalität des Instruments X. Die Ausgabeschnittstelle 30 kann ferner eine Schnittstelle zu einem Intranet oder dem Internet, zu einem Cloud- Computing-Dienst, zu einem entfernten Server und/oder dergleichen umfassen.
Die Ausgabeschnittstelle 30 kann auch Information von dem Auswertungsmodul 210 abrufen. Das Ausgabesignal S kann mitteilen, ob eine Funktionalität noch verwendbar ist. Es kann aber auch zusätzliche Information über die Funktionalität ausgeben. Insbesondere kann es detaillierte Information über die Benutzungszeit und/oder den Abnutzungszustand des Instruments X geben. Beispielweise kann bei einer Schere das Ausgabesignal S die bisherige Benutzungszeit und/oder die verbleibende Benutzungszeit und/oder den Abnutzungsgrad der Artikulierbarkeit des Gelenks sowie der Schneidefähigkeit der Schneide mitteilen. Rein beispielhaft könnte das Ausgabesignal S 200 Stunden Benutzungszeit, 26 Stunden verbleibende Benutzungszeit und 90% Abnutzungsgrad für die Artikulierbarkeit des Gelenks und 200 Stunden Benutzungszeit, 28 Stunden verbleibende Benutzungszeit und 85% Abnutzungsgrad für die Schneidefähigkeit der Schneide mitteilen.
Das Ausgabesignal S kann u.a. einem Benutzer eine Vorwarnung mitteilen, wenn die Verfügbarkeit der Funktionalität auf oder unter den von dem Algorithmus vorbestimmten ersten Schwellwert fällt. Wenn beispielhaft der erste Schwellwert auf 24 Stunden vor dem geschätzten Ende der Lebenszeit des Instruments festgelegt wird, dann wird eine Vorwarnung für die Schere des Beispiels nach 2 Stunden ausgegeben. Wenn der erste Schwellwert auf 80% der Abnutzung des Instruments festgelegt wird, dann wurde in diesem Beispiel die Vorwarnung schon mitgeteilt. Das Vorwamungssignal kann z.B. als optisches Signal (z.B. die Wirkung eines LED) und/oder als akustisches Signal (z.B. ein Piepton) erfolgen. Das Vorwarnungssignal kann auch das Setzen einer Flagge in einem Instrumenten-Managementsystem bewirken.
Das Ausgabesignal S kann auch ein Unterbindungssignal sein, welches die Verwendung einer Funktionalität verhindert, wenn die Verfügbarkeit der Funktionalität auf oder unter den von dem Algorithmus vorbestimmten zweiten Schwellwert fällt. Im Beispiel der Schere kann das Unterbindungssignal ein optisches und/oder ein akustisches Signal sein. Bei robotisierten Instrumenten, oder Instrumenten, die durch einen Motor angetrieben werden, kann das Unterbindungssignal ein Blockieren des Motors oder des Roboters veranlassen.
Fig. 2 zeigt ein System 1000 zur Überwachung einer Verfügbarkeit einer Funktionalität mindestens eines chirurgischen Instruments X nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Im Gegensatz zu Fig. 1, in welcher das System 1000 und das Instrument X als separat dargestellt sind, sind in Fig. 2 einige Elemente des Systems 1000, nämlich die Sensoreinrichtung 110, die Rechenvorrichtung 20 und die Ausgabeschnittstelle 30, in das Instrument X implementiert. Abhängig von dem Instrument X und der Funktionalität kann die in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform vorteilhaft sein.
Beispielsweise für die Messung von pH-Werten (z.B. wenn das Instrument eine Schere oder ein Endoskop ist) ist es sinnvoll, die notwendigen Sensoren der Sensoreinrichtung 110 in das Instrument integriert zu haben. Dasselbe gilt für eine Messung der Artikulierbarkeit eines Gelenks, die mit Drucksensoren erfolgt.
In Fig. 2 ist einfachheitshalber die ganze Sensoreinrichtung 10 in das Instrument X integriert. Es ist aber denkbar, dass sich nur einige Sensoren in das Instrument X befinden, während andere Sensoren sich anderswo befinden, von dem Instrument getrennt (z.B. ein Sensor für die Messung der Dauer eines Eingriffs).
Bei einigen Instrumenten können die Rechenvorrichtung 20 und die Ausgabeschnittstelle 30 vorteilhaft in das Instrument X integriert sein, wie in Fig. 2 gezeigt. Das führt dazu, dass die Information, insbesondere die Information des Ausgabesignals S, dem Benutzer ständig zur Verfügung steht, ohne dass z.B. ein Computer benötigt wird. Das ist besonders sinnvoll für Instrumente, die tragbar sind. In Fig. 2 ist die Bilderkennungseinrichtung 120 nicht in das Instrument X integriert. In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform kann die Bilderkennungseinrichtung 120 eine Kamera beinhalten, um Bilder des Instruments X aufzunehmen. Daraufhin könnten die Bilder auf einem Bildschirm oder Monitor angezeigt werden. Bei solchen Ausführungsformen sollte die Bilderkennungseinrichtung 120 Abstand von dem chirurgischen Instrument halten. Das ist der Fall, z.B., wenn die Verfügbarkeit der Schneidefähigkeit der Schneide einer Schere überwacht wird.
Fig. 3 zeigt in einem schematischen Blockdiagramm eine Darstellung des Ablaufs eines computerimplementierten Verfahrens M zur Überwachung einer Verfügbarkeit einer Funktionalität mindestens eines chirurgischen Instruments X nach einer Ausführungsform der Erfindung. In einem Schritt Ml wird mindestens eine Information bereitgestellt, welche eine Verfügbarkeit einer Funktionalität des Instruments X indiziert. Diese Information basiert auf mindestens einer Messung einer Variablen und/oder einer Bildanalyse eines Bildes des Instruments X. Insbesondere könnten die Variablen, die in der Beschreibung der Fig. 1 beispielsweise erwähnt wurden, eingesetzt werden.
In der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Schritt Ml die Schritte Mi l, M12 und M13. In dem Schritt Mi l wird ein Sensormesswert gemessen und als Information bereitgestellt. Der Sensormesswert entspricht dem Wert mindestens einer Variablen, die für die Verfügbarkeit einer Funktionalität relevant ist.
In dem Schritt M12 wird mindestens ein Bild des Instruments X erfasst, beispielsweise mit einer Kamera. Darauf folgend wird das Bild in dem Schritt M13 analysiert und das Ergebnis der Bildanalyse als Information bereitgestellt.
In einem weiteren Schritt M2 wird die Verfügbarkeit der Funktionalität bestimmt. Die Verfügbarkeit kann als Zahl dargestellt werden. Diese Zahl basiert auf der im Schritt Ml bereitgestellten Information, die mit z.B. einem Algorithmus als eine Funktion der gemessenen und/oder analysierten Variablen realisiert ist. In einem Schritt M3 wird ein Ausgabesignal S ausgegeben. Dieses Signal basiert auf der Verfügbarkeit der Funktionalität und kann u.a. folgendes beinhalten: (a) eine allgemeine Information über die bisherige Benutzung des Instruments; (b) eine Vorwarnung, wenn die Verfügbarkeit der Funktionalität auf oder unter einen vorbestimmten ersten Schwellwert fällt; (c) eine Unterbindung der Funktionalität (durch ein Steuersignal), wenn die Verfügbarkeit der Funktionalität auf oder unter einen vorbestimmten zweiten Schwellwert fällt, welche die Lebensdauer des Instruments indiziert; und/oder (d) basierend auf der Benutzungsgeschichte des Instruments (z.B. Benutzungshäufigkeit und durchschnittliche Intensität jeder Benutzung) eine Voraussage über das Ende der Lebenszeit des Instruments.
Fig. 4 zeigt ein schematisches Blockdiagramm, das ein Computerprogrammprodukt 300 gemäß einer Ausführungsform des dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung illustriert. Das Computerprogrammprodukt 300 umfasst einen ausführbaren Programmcode 350, der so konfiguriert ist, dass er bei seiner Ausführung das Verfahren gemäß einer beliebigen Ausführungsform des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung durchführt, insbesondere wie in den vorangegangenen Figuren beschrieben.
Fig. 5 zeigt ein schematisches Blockdiagramm, das ein nicht flüchtiges computerlesbares Datenspeichermedium 400 gemäß einer Ausführungsform des vierten Aspekts der vorliegenden Erfindung illustriert. Das Datenspeichermedium 400 umfasst einen ausführbaren Programmcode 450, der so konfiguriert ist, dass er, wenn er ausgeführt wird, das Verfahren gemäß einer beliebigen Ausführungsform des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung durchführt, insbesondere so, wie es in Bezug auf die vorhergehenden Figuren beschrieben wurde.
Das nicht-flüchtige, computerlesbare Datenspeichermedium kann jede Art von Computerspeicher, insbesondere einen Halbleiterspeicher wie einen Festkörperspeicher, umfassen oder daraus bestehen. Das Datenspeichermedium kann auch eine CD, eine DVD, eine Blu-Ray-Disc, einen USB-Speicherstick oder ähnliches umfassen oder aus solchen bestehen.

Claims

Patentansprüche:
1. System (1000) zur Überwachung einer Verfügbarkeit einer Funktionalität mindestens eines chirurgischen Instruments (X), mit: einer Datenbereitstellungsvorrichtung (10), welche dazu eingerichtet ist, mindestens eine Information bereitzustellen, welche eine Verfügbarkeit der Funktionalität des Instruments (X) indiziert; wobei die Datenbereitstellungsvorrichtung (10) aufweist: mindestens eine Sensoreinrichtung (110), welche dazu eingerichtet ist, einen
Sensormesswert als Information bereitzustellen; und/oder eine Bilderkennungseinrichtung (120), welche dazu eingerichtet ist, ein Bild zumindest des Instruments (X) zu erfassen und das Bild automatisch zu analysieren, um darauf basierend eine Information bereitzustellen; einer Rechenvorrichtung (20), welche dazu eingerichtet ist, basierend auf der mindestens eine bereitgestellte Information, die Verfügbarkeit der Funktionalität zu bestimmen; und einer Ausgabeschnittstelle (30), die dazu eingerichtet ist, basierend auf der bestimmten Verfügbarkeit ein Ausgabesignal (S) auszugeben.
2. System (1000) nach Anspruch 1, wobei die Funktionalität des mindestens eins chirurgischen Instruments (X) eine der folgenden ist:
- eine Schneidefähigkeit einer Schneide des chirurgischen Instruments (X);
- eine Artikulierbarkeit eines Gelenks des chirurgischen Instruments (X);
- eine Sterilität mindestens eines Abschnitts des chirurgischen Instruments (X); und/oder
- eine strukturelle Integrität mindestens eines Abschnitts des chirurgischen Instruments (X).
3. System (1000) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Verfügbarkeit umfasst:
- eine Information, ob die Funktionalität noch verwendet werden kann;
- eine Information, wie oft die Funktionalität noch verwendet werden kann; und/oder
- eine Information, zu welchem Grad die Funktionalität degradiert oder verbraucht ist.
4. System (1000) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Ausgabesignal (S) einem Benutzer eine Information über die Verfügbarkeit der Funktionalität mitteilt.
5. System (1000) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Ausgabesignal (S) einem Benutzer eine Vorwarnung mitteilt, wenn die Verfügbarkeit der Funktionalität auf oder unter einen vorbestimmten ersten Schwellwert fällt.
6. System (1000) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Ausgabesignal (S) eine Verwendung der Funktionalität unterbindet, wenn die Verfügbarkeit der Funktionalität auf oder unter einen vorbestimmten zweiten Schwellwert fällt.
7. System (1000) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das System (1000) das chirurgische Instrument (X) umfasst; und wobei mindestens eine Sensoreinrichtung (110) in das chirurgische Instrument (X) integriert ist.
8. System (1000) nach Anspruch 7, wobei die Rechenvorrichtung (20) und/oder die Ausgabeschnittstelle (30) in das chirurgische Instrument (X) integriert ist.
9. System (1000) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Rechenvorrichtung (20) durch einen Server und/oder eine Cloud-Rechenplattform implementiert ist.
10. System (1000) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Rechenvorrichtung (20) ein Auswertungsmodul (210) aufweist, welches dazu eingerichtet ist, die Verfügbarkeit der Funktionalität unter Verwendung mindestens eines deterministischen Algorithmus zu bestimmen.
11. System (1000) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das System (1000) zur Überwachung von mehreren Funktionalitäten eines chirurgischen Instruments (X) eingerichtet ist.
12. System (1000) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das System (1000) zur Überwachung mindestens einer Funktionalität einer Mehrzahl von chirurgischen Instrumenten (X) eingerichtet ist.
13. Computerimplementiertes Verfahren (M) zur Überwachung einer Verfügbarkeit einer Funktionalität mindestens eines chirurgischen Instruments (X), mit den Schritten:
(a) Bereitstellen (Ml) mindestens einer Information, welche eine Verfügbarkeit der Funktionalität des Instruments (X) indiziert, umfassend:
Messen (Mi l) eines Sensormesswerts und Bereitstellen des gemessenen Sensormesswerts als Information; und/oder
Erfassen (M12) eines Bildes zumindest des Instruments (X), und Analysieren (Ml 3) des erfassten Bildes, um darauf basierend eine Information bereitzustellen;
(b) Bestimmen (M2), basierend auf der mindestens eine bereitgestellte Information, die Verfügbarkeit der Funktionalität; und
(c) Ausgeben (M3) eines Ausgabesignals basierend auf der bestimmten Verfügbarkeit.
14. Computerprogrammprodukt (300), umfassend ausführbaren Programmcode (350), der dazu ausgelegt ist, wenn er ausgeführt wird, das Verfahren (M) gemäß Patentanspruch 13 durchzuführen.
15. Nicht-flüchtiges computerlesbares Datenspeichermedium (400), umfassend ausführbaren Programmcode (450), der dazu ausgelegt ist, wenn er ausgeführt wird, das Verfahren (M) gemäß Patentanspruch 13 durchzuführen.
EP23782456.0A 2022-09-29 2023-09-26 System und computerimplementiertes verfahren zur überwachung einer verfügbarkeit einer funktionalität mindestens eines chirurgischen instruments Pending EP4609398A1 (de)

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