CN110062608A - 带有基于扫描的定位的远程操作手术系统 - Google Patents

带有基于扫描的定位的远程操作手术系统 Download PDF

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Abstract

提供了与远程操作手术系统一起使用的方法，该方法包括：在手术系统的实例内在用于执行手术程序的设置期间确定患者位置信息；确定所确定的患者位置与患者位置签名之间的匹配；以及在手术系统内发射对应于所匹配的支撑臂签名的支撑臂控制信号。

Description

带有基于扫描的定位的远程操作手术系统
优先权要求
本申请要求于2016年11月11日提交的美国专利申请No.62/421,089的优先权的权益，该申请通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明方面与手术期间使用的医疗设备相关联。更具体地，方面与手术系统部件的定位相关联。
背景技术
外科医生通常在执行手术程序之前进行广泛的研究。传统上，外科医生仅限于研究通用的解剖模型，例如照片或绘图。最近，各种术前诊断程序(例如，X射线、CT、MRI等)使得患者特异性解剖信息可用。
在一些情况下，期望为外科医生提供额外的相关解剖和手术程序信息。在一个方面，期望为对特定患者的手术做计划的外科医生提供对该特定患者执行的早期手术程序的手术部位视频记录。在另一方面，期望为外科医生提供对其他患者执行的与针对特定患者所计划的手术程序类似的手术程序的一个或多个手术视频记录。在一个方面，期望在外科医生进行特定手术程序之前向外科医生提供这样的信息。而且，在另一方面，可能期望在术中向外科医生提供该信息。
在一个方面，期望配置视频数据库，该视频数据库包括各类患者经历的各种程序的术中手术部位视频记录。在一个方面，期望将能够进行视频记录的医疗设备配置为还包括输入，该输入使得使用该医疗设备的外科医生能够在记录时实时地对视频记录进行高亮和注释。在一个方面，期望将基于计算机的图案匹配算法配置为搜索视频数据库的各个记录、识别相关视频记录并向外科医生提供用于特定手术程序的这种相关信息。
发明内容
以下发明内容介绍了本发明主题的某些方面，以便提供基本的理解。该发明内容不是对本发明主题的广泛概述，并且不旨在标识关键或重要元素或描绘本发明主题的范围。尽管该发明内容包含与本发明主题的各个方面和实施例相关的信息，但是其唯一目的是以一般形式提出一些方面和实施例作为下面更详细描述的序言。
在一个方面，提供了一种与远程操作手术系统一起使用的方法。在用于手术程序(surgicl procedure)的手术系统的设置(setup)期间确定患者位置信息。确定在设置期间所确定的患者位置信息与相应患者位置签名(signature)之间匹配。在设置期间发射支撑臂控制信号，该支撑臂控制信号对应于匹配的相应患者位置签名。
在另一方面，提供了一种与远程操作手术系统一起使用的方法。在用于手术程序的手术系统的设置期间确定手术室布局。确定在设置期间所确定的手术室布局与相应手术室布局签名之间匹配。产生表示手术系统模块位置的图像，该模块位置对应于匹配的相应手术室布局签名。
附图说明
图1是微创远程操作手术系统的平面图。
图2是外科医生的控制台的透视图。
图3是电子推车的透视图。
图4是远程操作手术系统的示意图。
图5A是根据实施例的微创远程操作手术系统的患者侧推车的透视图。
图5B是示出根据一些实施例的在手术程序期间远程操作手术系统的机械支撑臂的示例定位的说明性简化框图。
图5C-5E是表示根据一些实施例的具有其第一、第二和第三段且处于三个不同水平位置的分段机械支撑臂的说明性附图。
图5F-5G是表示根据一些实施例的图5C-5E的第三段的某些细节并示出处于两个不同竖直位置的第三段的说明性附图。
图6是手术器械的正视图。
图7是器械操纵器的透视图。
图8是手术计划工具的示意图。
图9是使用手术计划工具的方法的流程图。
图10A-10B是具有不同解剖学尺寸的两位示例患者的说明性俯视正视图，所述两位示例患者具有适合于相同手术程序的类似切口图案，但由于不同解剖学间距而在切口之间具有不同间距。
图11A-11B是两位不同的示例患者的说明性俯视正视图，所述两位不同的示例患者具有彼此不同的解剖学尺寸并且具有适合于相同的第二手术程序的类似切口图案。
图12A-12B是两位示例患者切口的说明性侧视图，所述两位示例患者置于不同倾斜角度位置处的手术室台上，所述两位示例患者经受相同的手术程序并且具有插入手术切口内的相同类型的手术器械。
图13A-13C是表示三种不同的手术系统模块布置的说明性附图。
图14是表示根据一些实施例的计算机可读存储设备中的存储图谱(atlas)的说明性附图。
图15是表示根据一些实施例的包括在图谱内的第二信息结构的示例实例的说明性附图。
图16是表示根据一些实施例的包括在图谱内的第三信息结构的示例实例的说明性附图。
图17是表示根据一些实施例的将患者解剖特征信息和患者位置信息与机械支撑臂位置控制信号相关联的示例第一控制信号规则信息结构的说明性附图。
图18是表示根据一些实施例的至少部分地基于患者解剖信息、患者位置信息和手术程序类型来产生控制信号的过程的说明性流程图。
图19是表示根据一些实施例的将手术室布局信息和手术室人员信息与系统模块信息相关联的示例第二规则信息结构的说明性附图。
图20是表示根据一些实施例的至少部分地基于手术室布局信息、手术人员活动信息和手术程序类型信息来产生表示推荐系统模块位置的计算机显示图像信息的过程的说明性流程图。
具体实施方式
说明发明方面、实施例、实施方式或应用的本说明书和附图不应被视为限制性的—权利要求书限定了所保护的发明。在不脱离本说明书和权利要求书的范围的情况下，可进行各种机械、组成、结构、电气和操作改变。在一些情况下，尚未详细示出或描述公知的电路、结构或技术以免模糊本发明。两个或更多个附图中的同样的数字表示相同或类似的元件。
在任何可行的情况下，参考一个实施例、实施方式或应用详细描述的元件可以被包括在未具体示出或描述它们的其他实施例、实施方式或应用中。例如，如果参考一个实施例详细描述了元件而未参考第二实施例描述该元件，仍然可以声称该元件被包括在第二实施例中。因此，为了避免在以下描述中不必要的重复，除非一个或多个元件将使实施例或实施方式失去功能，或者除非两个或更多个元件提供矛盾功能，否则结合一个实施例、实施方式或应用示出和描述的一个或多个元件可以被并入其他实施例、实施方式或方面中，除非另外特别描述。
本发明的各方面主要根据使用由加利福尼亚州森尼维耳市的直观外科手术操作公司(Intuitive Surgical,Inc.of Sunnyvale,California)商业化的达芬奇(da )手术系统(具体地，作为da XiTMHDTM手术系统销售的型号IS4000)的实施方式来描述。然而，知识渊博的人将理解，本文公开的发明方面可以以各种方式(包括机器人和(如果适用的话)非机器人实施例和实施方式)体现和实现。da 手术系统(例如，型号IS4000da XiTM手术系统、型号IS3000da Vinci 手术系统)的实施方案仅仅是示例性的，并且不应视为限制本文公开的发明方面的范围。
根据各个方面，本公开描述了一种手术计划工具，其包括被配置为视频记录手术程序的执行的医疗设备。视频记录能够嵌有各种元数据，例如由医疗人员制作的高亮。另外，视频记录能够用各种元数据(例如，描述视频的某些主题的文本注释、视频记录对应的患者的身份和关于患者的履历或医疗信息等)进行标记。在一个方面，标记的元数据嵌入在视频记录中。
根据其他方面，被配置为安装手术器械的机器人臂至少部分地基于至少一个患者解剖特征的位置而定位。根据又一方面，安装在推车上的机器人手术系统模块能够至少部分地基于在其中执行手术程序的手术室的配置而定位在患者附近。在远程操作的机器人辅助手术程序中，手术器械通过患者解剖结构中的切口处的手术端口延伸到患者的体腔中。切口位置和手术端口位置至少部分地基于手术程序的类型、患者身体的尺寸和患者在手术台上的位置来确定。在一些实施例中，手术器械在手术期间被定位，以便在端口处具有旋转中心轴线，以便最小化端口周围的解剖组织上的应变。
在一些实施例中，多个安装在推车上的手术系统模块在手术期间围绕患者布置。手术系统模块中的一个或多个包括被配置为安装手术器械的机器人手术臂。在一些实施例中，多个机器人手术臂中的每一个安装不同的手术器械。在手术程序期间，每个器械通过不同的手术端口延伸到患者体腔内的不同位置。通常，多名医疗人员在手术期间在手术室内四处移动。医疗人员必须能够随时接触患者，既为了进行常规手术活动，也为了应对紧急情况。例如，手术程序可涉及一系列手术活动，诸如切割、烧灼和缝合。不同的手术活动可能需要使用不同的手术器械或手术器械的不同组合。在手术程序期间，可能需要手术室内的医疗人员在患者和安装在推车上的手术系统模块之间或在多个安装在推车上的手术系统模块之间移动，以更换延伸通过一个或多个手术端口的手术器械，以便重新配置远程操作手术系统或执行其他手术活动。例如，当手术活动完成时能够移除在一次手术活动期间使用的手术器械，并且能够在其位置插入不同的手术器械以执行不同的手术活动。在其中执行手术程序的手术室可以具有有限的空间，在该有限的空间中定位安装在推车上的手术系统模块，以便于进入手术端口，同时仍然允许在安装在推车上的手术系统模块和患者台之间或者在这样的模块本身之间有足够的间距，以便医疗人员在手术期间在手术室中四处自由且高效地移动。
视频记录、将机器人手术臂定位与患者位置和/或与患者身体特性(例如身高和体重)相关联的信息结构以及将手术系统模块定位与手术室布局相关联的信息结构能够存档在本地实现的电子医疗记录数据库中或在云数据存储服务上。视频记录能够供感兴趣的卫生保健机构使用。信息结构与手术系统设置指南一起使用以确定机器人手术臂和手术系统模块的定位。
卫生保健机构能够使用上述元数据标签，基于要执行的手术程序、患者身体特性以及用于感兴趣的视频和信息结构关系的手术室布局中的一个或多个来搜索医疗设备数据库。另外，在一个方面，手术计划工具包括基于计算机的图案匹配和分析算法。在一个方面，图案匹配算法剔除存储在电子医疗记录数据库中的视频，以识别视频记录中的视觉特性与医疗人员制作的相关元数据标签之间的相关性。手术计划工具能够将这些相关性应用于新遇到的解剖结构，并从而帮助医疗人员执行确定患者解剖结构、优选手术方法、疾病状态、潜在并发症等的程序。
在另一方面，图案匹配算法剔除存储在电子医疗记录数据库中的视频和其他记录，以识别最适合于不同患者位置和解剖结构的机器人手术臂位置设置。此外，图案匹配算法剔除存储在电子医疗记录数据库中的视频和其他记录，以识别促进针对不同手术室布局最高效地使用手术室空间的手术系统模块位置。在一些实施例中，诸如光照射扫描设备(例如，激光扫描设备、IR扫描设备或RF扫描设备)的扫描设备能够用于记录患者体位并记录医疗人员的移动。替代地或另外地，视频能够提供手术程序期间医疗人员移动的记录。替代地，例如，医疗人员能够佩戴诸如RFID标签的跟踪设备以跟踪他们的移动。在先前手术期间患者体位的记录能够用于确定一个或多个机器人手术臂的最高效设置，以在手术设置期间更快地实现精确的器械定位。在先前手术期间医疗人员移动的记录能够用于确定手术系统模块的最高效设置，以促进在手术期间医疗人员移动的容易性和速度。
微创远程操作手术系统
现在参考附图，其中相同的附图标记在若干视图中表示相同的零件，图1是微创远程操作手术系统10的平面图，微创远程操作手术系统10通常用于对躺在可移动的手术台14上的患者12执行微创诊断或手术程序。该系统包括可移动的外科医生的控制台16，以在程序期间由外科医生18使用。一个或多个助手20也可以参与该程序。微创远程操作手术系统10还包括可移动的患者侧推车22和可移动的电子推车24。在一些实施例中，台14、外科医生的控制台16、患者侧推车22和电子推车24装有轮子以提供可移动性。
患者侧推车22包括多个分段机械支撑臂72，每个机械支撑臂72具有可旋转地安装到竖直支撑结构74的一个端部并且具有安装可移除地联接的手术器械26的另一端。在实施例中的一些中，每个机械支撑臂72包括第一段72-1、第二段72-2和第三段72-3。在手术程序的设置期间，移动至少一个支撑臂72的多个段以定位手术器械，以用于插入到患者12的身体中的微创切口内。在手术程序期间，在手术器械被插入患者体腔内的同时，外科医生18通过外科医生的控制台16查看手术部位。手术部位的图像能够通过内窥镜28(例如立体内窥镜)获得，内窥镜28能够由患者侧推车22操纵以定向内窥镜28。位于电子推车24上的计算机处理器能够用于处理手术部位的图像，以用于随后通过外科医生的控制台16显示给外科医生18。一次使用的手术器械26的数量将通常取决于手术室内的诊断或手术程序和空间约束以及其他因素。如果在程序期间必须更换手术器械26中的一个或多个，则助手20能够从患者侧手推车22移除手术器械26，并且将其替换为来自手术室中的托盘30的另一个手术器械26。
图2是外科医生的控制台16的透视图。外科医生的控制台16包括左眼显示器32和右眼显示器34，以用于向外科医生18呈现手术部位的能够实现深度感知的带坐标的立体视图。控制台16还包括一个或多个控制输入36。被安装以在患者侧推车22(图1中示出)上使用的一个或多个手术器械响应于外科医生18操纵所述一个或多个控制输入36而移动。控制输入36能够提供与其相关联的手术器械26(图1中示出)相同的机械自由度，以向外科医生18提供远程呈现或控制输入36与器械26成一体的感知，以使外科医生具有直接控制器械26的强烈感觉。为此，可以采用位置、力和触觉反馈传感器(未示出)将来自手术器械26的位置、力和触感通过控制输入36传递回到外科医生的手。
外科医生的控制台16通常与患者位于同一房间内，以便外科医生能够直接监控程序，必要时能够实际在场，并且直接对患者侧助手说话而不是通过电话或其他通信媒介。但是，外科医生也能够位于不同的房间、完全不同的建筑物或其他远离患者的位置，从而允许远程手术程序。
图3是电子推车24的透视图。电子推车24能够与内窥镜28联接并且包括计算机处理器以处理捕获的图像以用于随后的显示，例如显示给外科医生的控制台上的外科医生，或者在位于本地和/或远程的另一个合适的显示器上显示。例如，如果使用立体内窥镜，则电子推车24上的计算机处理器能够处理捕获的图像以向外科医生呈现手术部位的带坐标的立体图像。这种坐标能够包括相对图像之间的对准，并且能够包括调整立体内窥镜的立体工作距离。作为另一示例，图像处理能够包括使用先前确定的摄像机校准参数来补偿图像捕获设备的成像误差，例如光学像差。可选地，电子推车中的装备可以集成到外科医生的控制台或患者侧推车中，或者它可以分布在手术室中的各种其他位置。
图4示意性地图示了远程操作手术系统50(例如图1的微创远程操作手术系统10)。外科医生的控制台52(例如图1中的外科医生的控制台16)能够由外科医生用于在微创程序期间控制患者侧推车54(例如图1中的患者侧推车22)。患者侧推车54能够使用诸如立体内窥镜的成像设备来捕获手术部位的图像并将捕获的图像输出到位于电子推车56(例如图1中的电子推车24)上的计算机处理器。计算机处理器通常包括一个或多个数据处理板，计划用于执行存储在计算机处理器的非易失性存储器设备中的计算机可读代码。在一个方面，计算机处理器能够在任何后续显示之前以各种方式处理捕获的图像。例如，计算机处理器能够在经由外科医生的控制台52向外科医生显示组合图像之前用虚拟控制界面覆盖捕获的图像。
附加地或替代地，捕获的图像能够由位于电子推车56外部的计算机处理器进行图像处理。在一个方面，远程操作手术系统50包括类似于位于电子推车56上的计算机处理器的可选计算机处理器58(如虚线所示)，并且患者侧推车54将捕获的图像输出到计算机处理器58，以便在外科医生的控制台52上显示之前进行图像处理。在另一方面，捕获的图像首先由电子推车56上的计算机处理器进行图像处理，并然后在外科医生的控制台52上显示之前由计算机处理器58进行附加的图像处理。远程操作手术系统50能够包括可选的显示器60，如虚线所示。显示器60与位于电子推车56上的计算机处理器联接并与计算机处理器58联接，并且由这些计算机处理器处理的捕获的图像除了显示在外科医生的控制台52的显示器上之外还能够显示在显示器60上。
图5A是根据实施例的微创远程操作手术系统10的患者侧推车54的透视图。患者侧推车54包括四个机械支撑臂72。手术器械操纵器73(其包括控制器械运动的马达)安装在每个支撑臂组件72的端部。另外，每个支撑臂72能够可选地包括一个或多个(例如，无动力的和/或可锁定的)设置接头，所述设置接头用于相对于接收手术的患者来定位所附接的手术器械操纵器73。如图所示，患者侧推车54搁置在地板上。在另一些实施例中，患者侧推车的操作部分能够安装到墙壁、安装到天花板、安装到同样支撑患者身体12的手术台14或安装到其他手术室装备。此外，虽然患者侧推车54被示出为包括四个手术器械操纵器73，但是可以使用更多或更少的手术器械操纵器73。
功能性远程操作手术系统将通常包括视觉系统部分，该视觉系统部分使得远程操作手术系统的用户能够从患者身体12的外部查看手术部位。视觉系统通常包括用于捕获视频图像的摄像机仪器26C和用于显示捕获的视频图像的一个或多个视频显示器。在一些手术系统配置中，摄像机仪器26C包括将图像从摄像机仪器26C的远端传输到患者身体12外部的一个或多个成像传感器(例如，CCD或CMOS传感器)的光学器件。替代地，所述(一个或多个)成像传感器能够定位在摄像机仪器26C的远端，并且由所述(一个或多个)传感器产生的信号能够沿着引线或无线传输，以便在所述一个或多个视频显示器上进行处理和显示。视频显示器的一个示例是由加利福尼亚州森尼维耳市的直观外科手术操作公司商业化的手术系统中的外科医生的控制台上的立体显示器。
参考图5A，安装到每个手术器械操纵器73的是在患者身体12内的手术部位处操作的手术器械26。每个手术器械操纵器73能够以允许相关联的手术器械以一个或多个机械自由度(例如，所有六个笛卡尔自由度、五个或更少的笛卡尔自由度等)移动的各种形式设置。通常，机械或控制约束限制每个操纵器73使其相关联的手术器械围绕器械上的相对于患者保持静止的运动中心移动，并且该运动中心通常位于器械进入身体的位置处。
在一个方面，通过计算机辅助的远程操作来控制手术器械26。功能性微创远程操作手术系统包括控制输入，该控制输入接收来自远程操作手术系统的用户(例如，外科医生或其他医疗人员)的输入。控制输入与一个或多个计算机控制的远程操作致动器(例如，与手术器械26联接的一个或多个马达)通信。以这种方式，手术器械26响应于医疗人员的控制输入的移动而移动。在一个方面，一个或多个控制输入被包括在外科医生的控制台(例如，图2所示的外科医生的控制台16)中。外科医生能够操纵外科医生的控制台16的控制输入36以操作患者侧推车54的远程操作致动器。由远程操作致动器产生的力经由传动系统机构传递，传动系统机构将力从远程操作致动器传递到手术器械26。
参考图5A，在一个方面，手术器械26和插管27可移除地联接到操纵器73，其中手术器械26穿过插管27被插入。操纵器73的一个或多个远程操作致动器使整个手术器械26移动。操纵器73还包括器械滑架75。手术器械26可拆卸地连接到器械滑架75。在一个方面，器械滑架75容纳一个或多个内部的远程操作致动器，所述远程操作致动器提供若干控制器运动，手术器械26将所述若干控制器运动转化为手术器械26上的末端执行器的各种移动。因此，器械滑架75中的远程操作致动器仅移动手术器械26的一个或多个部件而不是整个器械。用以控制整个器械或器械的部件的输入使得由外科医生或其他医疗人员提供给控制输入的输入(“主”命令)被手术器械转化为相应的动作(“从”响应)。
在替代实施例中，器械滑架75不容纳远程操作致动器。能够实现手术器械26的末端执行器的各种移动的远程操作致动器被容纳在远离器械滑架75的位置，例如患者侧推车54上的其他地方。基于线缆的力传递机构等用于将每个远程定位的远程操作致动器的运动传递到位于器械滑架75上的相应的与器械相接的致动器输出。在一些实施例中，手术器械26机械地联接到第一致动器，第一致动器控制手术器械的第一运动，例如纵向(z轴线)旋转。手术器械26机械地联接到第二致动器，第二致动器控制手术器械的第二运动，例如二维(x、y)运动。手术器械26机械地联接到第三致动器，第三致动器控制手术器械的第三运动，例如钳爪末端执行器的打开和关闭。
图5B是示出根据一些实施例的在手术程序期间远程操作手术系统10的机械支撑臂72A-72C的示例定位的说明性简化框图。在一些实施例中，患者侧系统54包括至少三个机械支撑臂72A-72C。在一些实施例中，机械支撑臂72A-72C中的每一个包括可旋转地安装的第一段72-1、第二段72-2和第三段72-3。位于中心的机械支撑臂72可以支撑适于捕获摄像机视场内的图像的内窥镜摄像机26C。中心左侧和右侧的机械支撑臂72可分别支撑器械26A和26B，器械26A和26B可操纵解剖组织。在手术程序的设置期间，支撑臂段被预先定位以支撑内窥镜和器械处于精确位置和取向，以便外科医生进行机器人辅助操作以执行医疗程序。
用户或操作者O(通常是外科医生)通过操纵控制输入设备36(例如在主控制台16处的手柄和脚踏板)对患者P执行手术程序。操作者能够通过立体显示器查看器31查看在患者体内的手术部位的图像的视频帧。控制台16的计算机处理器58经由控制线159引导远程操作控制的内窥镜手术器械26A-26C的移动，从而使用患者侧系统24(也称为患者侧推车)实现器械的移动。
图5C-5E是表示根据一些实施例的分段机械支撑臂72的说明性附图，其中机械支撑臂72的第一段72-1、第二段72-2和第三段72-3处于三个不同水平位置。为了简化说明，仅示出了一个机械支撑臂，尽管手术系统包括多个支撑臂，如图1所示。第一段72-1包括第一端部81-1和第二端部81-2。第二段72-2包括第一端部82-1和第二端部82-2。第三段72-3包括第一端部83-1和第二端部83-2。
第一段72-1可旋转地安装在其第一端部81-1处，用于围绕在竖直支撑结构74处的相应竖直轴线91水平旋转。第二段72-2可旋转地安装在其第一端部82-1处，用于围绕在对应的第一段72-1的第二端部81-2处的相应竖直轴线92水平旋转。第三段72-3安装在其第一端部83-1处，用于围绕在其对应的第二段72-2的第二端部82-2处的相应竖直轴线93水平旋转。
图5C是示出了分段机械支撑臂72的三个段完全向右延伸(从附图的角度看)的说明性附图。图5D是示出(相对于第一段72-1和第二段72-2在图5C中的位置)第一段72-1围绕竖直轴线91顺时针旋转而第二段72-2围绕竖直轴线92逆时针旋转的说明性附图，并且其中第三段72-3的旋转位置相对于第二段72-2不变。图5E是是示出(相对于第一段72-1和第二段72-2在图5A中的位置)第一段72-1围绕竖直轴线91逆时针旋转而第二段72-2围绕竖直轴线92顺时针旋转的说明性附图，并且其中第三段72-3的旋转位置相对于第二段72-2不变。
图5F-5G是表示根据一些实施例的图5C-5E的第三段72-3的某些细节并示出处于两个不同竖直位置的第三段72-3(也称为器械操纵器)的说明性附图。第三机械支撑臂段72-3包括第一、第二、第三和第四子段101-104。第一子段101包括第一端部101-1和第二端部101-2。第二子段102包括第一端部102-1和第二端部102-2。第三子段103包括第一端部103-1和第二端部103-2。第四子段104包括第一端部104-1和第二端部104-2。
第一子段101可旋转地安装在其第一端部101-1处，用于围绕在第二段72-2的第二端部82-2处的相应水平轴线111竖直旋转。第二子段102可旋转地安装在其第一端部102-1处，用于围绕在第一子段101的第二端部101-2处的相应水平轴线112竖直旋转。第三子段103可旋转地安装在其第一端部103-1处，用于围绕在第二子段102的第二端部102-2处的相应水平轴线113竖直旋转。第四子段104可旋转地安装在其第一端部104处，用于围绕在第三子段103的第二端部103-2处的相应的水平轴线114竖直旋转。根据一些实施例，第四子段104包括安装结构120，以在手术程序期间牢固地安装手术器械。
图5F是示出根据一些实施例的处于基本折叠或收缩配置位置的第三机械支撑臂段72-3的四个子段的说明性附图。图5G是示出根据一些实施例的处于部分配置位置的第三机械支撑臂段72-3的四个子段的说明性附图。更具体地，在图5G中，第一子段101围绕水平轴线111的旋转位置相对于其在图5F中的旋转位置不变。第二子段102相对于其在图5F中的旋转位置围绕水平轴线112顺时针旋转。第三子段103相对于其在图5F中的旋转位置围绕水平轴线113逆时针旋转。第四子段104相对于其在图5F中的旋转位置围绕水平轴线114顺时针旋转。
图6是手术器械26的侧视图，手术器械26包括由细长管610联接的远侧部分650和近侧控制机构640，细长管610具有细长管中心线轴线611。手术器械26被配置为插入患者体内并用于进行手术或诊断程序。手术器械26的远侧部分650能够提供各种末端执行器654中的任何一种，例如所示的钳子、针驱动器、烧灼设备、切割工具或成像设备(例如，内窥镜或超声探头)等。手术末端执行器654能够包括功能性机械自由度，例如打开或关闭的钳爪或沿着路径平移的刀具。在所示的实施例中，末端执行器654通过腕部652联接到细长管610，腕部652允许末端执行器相对于细长管中心线轴线611定向。手术器械26还能够包含存储(例如，存储在与器械相关联的半导体存储器上)的信息，该信息可以是永久性的或可以由被配置为操作手术器械26的手术系统更新。因此，手术系统可以提供手术器械26与手术系统的一个或多个部件之间的单向或双向信息通信。
图7是根据一些实施例的第三臂段72-3(也称为手术器械操纵器)的透视图。第三臂段72-3被示出为没有安装手术器械。第三臂段72-3包括围绕水平轴线111-114可旋转地安装的第一、第二、第三和第四子段101-104，如参考图5F-5G所示且如上所述。第三臂段72-3还包括器械滑架75，手术器械(例如，手术器械26)能够可拆卸地连接到器械滑架75。器械滑架75容纳多个远程操作致动器。每个远程操作致动器包括致动器输出705。当手术器械安装到器械操纵器72-3上时，器械近侧控制机构(例如，图6中的近侧控制机构640)的一个或多个器械输入(未示出)与对应的致动器输出705机械地联接。在一个方面，该机械联接是直接的，其中致动器输出705直接接触对应的器械输入。在另一方面，该机械联接通过中间接口(例如，被配置为在第三段/器械操纵器72-3与相关联的手术器械之间提供无菌屏障的盖布的部件)发生。
在一个方面，由对应的远程操作致动器引起的一个或多个器械输入的移动导致手术器械机械自由度的移动。例如，在一个方面，安装在器械操纵器72-3上的手术器械是手术器械26，如图6所示。参考图6，在一个方面，近侧控制机构640的由对应的远程操作致动器引起的一个或多个器械输入的移动使细长管610(以及所附接的腕部652和末端执行器654)相对于近侧控制机构640围绕细长管中心线轴线611旋转。在另一方面，由对应的远程操作致动器引起的一个或多个器械输入的移动导致腕部652的移动，从而使末端执行器654相对于细长管中心线轴线611定向。在另一方面，由对应的远程操作致动器引起的一个或多个器械输入的移动导致末端执行器654的一个或多个可移动元件(例如，钳爪构件、刀具构件等)的移动。因此，安装在器械操纵器26上的手术器械的各种机械自由度能够通过器械滑架75的远程操作致动器的操作而移动。
对记录的视频进行注释
图8示出了示例手术计划工具800的说明性附图。在一个方面，手术计划工具800包括与电子医疗设备记录数据库830进行数据通信的远程操作手术系统850。这里示出的远程操作手术系统850类似于图4中示出的远程操作手术系统850。在一个方面，电子医疗记录数据库830包括在特定医院接受治疗的患者的医疗记录。数据库830能够在位于医院现场的服务器上实现。包含在数据库830中的医疗记录条目能够通过内联网网络从医院计算机访问。替代地，数据库830能够在位于医院场外的远程服务器上实现，例如，使用若干个云数据存储服务器之一。在这种情况下，数据库830的医疗记录条目存储在云服务器上，并且能够利用因特网访问由计算机访问。
在一个方面，使用远程操作手术系统850对第一患者执行手术程序。与远程操作手术系统850相关联的成像设备捕获手术部位的图像并在外科医生的控制台52的显示器上将捕获的图像显示为视频的帧。在一个方面，外科医生的控制台52处的医疗人员使用外科医生的控制台52的输入设备对所显示视频中示出的某个患者解剖结构进行高亮或注释。这种输入设备的一个示例是图2所示的控制输入36，控制输入36联接到光标，光标与覆盖在所显示视频上的图形用户界面一起操作。图形用户界面能够包括QWERTY键盘、诸如鼠标和交互式屏幕显示器的指示设备、触摸屏显示器或用于数据或文本输入的其他装置。因此，医疗人员能够在所显示图像中高亮某个感兴趣的组织或输入文本注释。
在一个方面，手术部位视频另外显示在位于电子推车56上的显示器上。在一个方面，电子推车的显示器是触摸屏用户界面，其可由医疗人员使用以对在图像上示出的患者解剖结构的某些部分进行高亮和注释，该图像被显示以便在电子推车上的显示器上查看。通过触摸在触摸屏用户界面上显示的患者解剖结构的部分，用户能够高亮所显示图像的部分。另外，包括QWERTY键盘的图形界面能够覆盖在所显示图像上。用户能够使用QWERTY键盘输入文本注释。
在一个方面，由与远程操作手术系统850相关联的成像设备捕获的手术部位视频由远程操作手术系统850记录，并且除了实时或接近实时地显示给用户之外还存储在数据库830中。与用户做出的记录视频相关联的高亮和/或注释也能够存储在数据库830中。在一个方面，用户做出的高亮在将其存储在数据库830中之前被嵌入所记录的视频。稍后，能够检索所记录的视频以供查看。在一个方面，所记录的视频的查看器能够选择是否从视图中显示或抑制高光。类似地，与所记录的视频相关联的注释也能够存储在数据库830中。在一个方面，用户做出的注释用于标记所记录的视频，并且能够用于提供作为识别包含在所记录的视频中的主题的手段。例如，一个注释可以描述某种疾病状态的状况。该注释用于标记所记录的视频。稍后，希望查看关于该疾病状态的所记录的程序的人能够使用关键词搜索来定位视频。
检索存储的视频
在一些情况下，期望医疗人员能够查看对给定患者执行的过去手术程序的视频记录。在一个方面，先前经历第一手术程序以治疗医学病症的患者随后需要第二手术程序来治疗相同医学病症的复发或治疗位于第一手术程序的手术部位附近的解剖结构。在一个方面，在手术部位视频记录中捕获第一手术程序的手术部位事件，并且视频记录作为患者的电子医疗记录的一部分存档在数据库830中。在对患者执行第二手术程序之前，医疗人员能够执行数据库830的搜索以定位患者的早期手术程序的视频记录。
在一些情况下，期望计划对患者执行手术程序的医疗人员能够查看对具有与该患者类似的某些特性的人执行的类似手术程序的视频记录。在一个方面，在将每个视频记录存档在数据库830中之前，能够用诸如患者的年龄、性别、体重指数、遗传信息、患者所经历的程序类型等的元数据信息来标记手术程序的手术部位视频记录。在一个方面，用于标记视频记录的元数据信息是从患者当时存在的医疗记录中自动检索的，并且然后用于在将视频记录存档在数据库830中之前标记该视频记录。因此，在对患者执行医疗程序之前，医疗人员能够在数据库830中搜索对与该患者共享某些共有特性的患者执行的类似程序的视频记录。例如，如果医疗人员计划使用远程操作手术系统850对具有升高的体重指数的65岁男性患者执行前列腺切除术，则医疗人员能够在数据库830中搜索使用远程操作手术系统850对其他年龄相近且具有类似地升高的体重指数的男性执行前列腺切除术的手术部位视频记录。
在一个方面，手术程序的视频记录由数据库830传送到可选的个人计算机820(如虚线所示)，并且可供计划执行手术程序的医疗人员查看。附加地或替代地，早期手术程序的视频记录能够由数据库830传送到远程操作手术系统850，并且可供在术前或术中查看。在一个方面，视频记录通过远程操作手术系统850显示在位于外科医生的控制台52上的显示器上。在另一方面，第一手术程序的视频记录显示在位于电子推车56上的显示器上。
基于云的视频数据库
在一个方面，数据库830使用云数据存储服务在远程服务器上实现，并且可由多家卫生保健机构访问。参考图8，如虚线所示，手术计划工具800可选地包括远程操作手术系统850(如虚线所示)和个人计算机840(如虚线所示)。在一个方面，远程操作手术系统850类似于远程操作手术系统850，并且个人计算机840类似于个人计算机820，除了远程操作手术系统850和个人计算机820位于第一卫生保健机构处而远程操作手术系统850和个人计算机840位于第二卫生保健机构处。在一个方面，第一患者需要对医疗状况进行手术治疗，并且在第一卫生保健机构处使用远程操作手术系统850进行手术程序。手术程序的视频记录存档在数据库830中。稍后，第二患者需要对相同医疗状况进行手术治疗，并计划在第二卫生保健机构处使用远程操作手术系统850接受手术治疗。在对第二患者执行手术程序之前，医疗人员通过安全互联网连接访问数据库830并在数据库830中搜索类似程序的手术部位视频记录。在一个方面，治疗第二患者的医疗人员能够从数据库830检索第一患者的手术程序的视频记录，而无需获知第一患者的身份。以这种方式，维持了第一患者的隐私。在一个方面，第一患者的手术程序的视频记录包括由治疗第一患者的医疗人员做出的高亮和/或注释。
基于计算机的图案匹配和分析
手术计划工具800能够包括以计算机可执行代码的形式实现的图案匹配和分析算法。在一个方面，图案匹配和分析算法存储在手术计划工具800的非易失性存储器设备中，并且被配置为分析存档在数据库830中的视频记录。如前所述，存档在数据库830中的每个视频记录能够使用某些元数据(metadata)信息来标记和/或嵌有某些元数据信息。该元数据信息能够包括患者信息，例如患者年龄、性别以及描述患者的健康史或病史的其他信息。另外，如先前所讨论的，元数据信息能够包括由医疗人员做出的高亮或注释。在一个方面，这些高亮和注释嵌有视频记录并且与视频一起存档在数据库830中。
在一个方面，图案匹配和分析算法包括图像分析部件，该图像分析部件识别在存储在数据库830中的多个视频记录之间共享的形状和颜色的图案。图案匹配和分析算法然后检查与该视频记录子集相关联的标记的元数据，以确定任何单词或短语是否经常与该子集内的视频相关联。通过图案匹配和分析算法执行的这些分析能够用于帮助医疗人员确定患者解剖结构、优选手术方法、疾病状态、潜在并发症等。
使用手术计划工具的方法
图9示出了使用手术计划工具的方法900。在一个方面，手术计划工具类似于图8中的手术计划工具800。在910处，医疗设备接收描述医疗患者的事实或特性，例如患者遭受的医疗状况。医疗设备能够经由位于远程操作手术系统(例如，图1中的远程操作手术系统10或图4中的远程操作手术系统50)上的用户接口，或者替代地，通过类似于图2中的个人计算机820的个人计算机来接收这一事实或情况。在920处，医疗设备使用在910处接收的事实或特性来从医疗设备数据库检索手术程序的至少一个相关视频记录。在930处，医疗设备使用视频记录来确定手术计划信息。在一个方面，手术计划信息包括在所记录的程序中使用的器械类型。在940处，医疗设备向用户显示在930处确定的手术计划信息。
机械支撑臂定位和手术系统模块定位
应当理解，在手术程序期间包括定位其多个子段72-1、72-2、72-3的对机械手术臂72的定位可取决于多种因素，例如手术程序的类型、患者解剖特征、患者体位、手术室布局等。不同的手术可能涉及不同的手术切口图案。不同的患者解剖结构可能导致手术程序中使用的切口之间的不同间距。在手术期间，不同的患者可能需要相对于手术室台的不同体位或取向。不同的手术室布局可能需要重新定位机械手术臂以适应OR(手术室)布局引入的物理限制。
图10A-10B是具有不同解剖学尺寸的两位示例患者1202、1206的说明性俯视正视图，所述两位示例患者具有适合于相同的第一手术程序的类似切口图案，但由于不同解剖学间距而在切口之间具有不同间距。图10A是表示具有较小解剖学尺寸的第一患者1202的说明性附图，该第一患者1202具有第一手术切口1204，第一手术切口1204具有第一间距的第一图案。图10B是表示具有较大解剖学尺寸的第二患者1206的说明性附图，该第二患者1206具有第二切口1208，第二切口1208具有第二间距的第二图案。应当理解，第一患者1202中的第一切口1204和第二患者1206中的第二切口1208的图案是相似的，因为每个患者经历相同的手术。然而，由于两个患者的不同解剖学尺寸，因此第一患者1202中的第一切口1204与第二患者1206中的第二切口1208之间的间距是不同的。应当理解，图5A-5G的包括其多个子段72-1、72-2、72-3中的每一个的多个机械支撑臂72中的每一个被设置在不同的位置以布置用于插入第一患者1202中的第一切口1204的器械26并将器械26插在第二患者中的第二切口中。例如，在计算机可读存储设备(如下面更全面地说明的)中，使用处理器58记录机械支撑臂设置信息。
图11A-11B是两位不同的示例患者1212、1216的说明性俯视正视图，所述两位不同的示例患者1212、1216具有彼此不同的解剖学尺寸并且具有适合于相同的第二手术程序的类似切口图案1214、1218。由于不同的身体尺寸，第三患者1212和第四患者1216在其切口之间具有不同的间距，这是由于不同的解剖学间距造成的。能够看出，图11A中表示的第二手术程序的切口图案与图10A-10B中表示的第一手术程序的切口图案不同。应当理解，图5A-5G的多个机械支撑臂72针对第二手术程序的位置将不同于针对第一手术程序的位置。例如，在计算机可读存储设备(如下面更全面地说明的)中，使用处理器58记录机械支撑臂设置信息。
图12A-12B是两位示例患者1302、1306的说明性侧视图，所述两位示例患者1302、1306置于不同倾斜角度位置处的手术室台14上，所述两位示例患者1302、1306经受相同的手术程序并且具有插入手术切口内的相同类型的手术器械。图12A是示出躺在手术台14上的示例第一患者1302的说明性附图，该手术台14平行于地面对准，使得头部、腹部和腿部是水平的。将四个手术器械插入第一患者体内的手术切口内以用于手术程序。图12B是示出躺在手术台14上的示例第二患者1306的说明性附图，该手术台14以一定角度倾斜，使得头部抬得较高并且腿部较低。将四个手术器械插入第二患者体内的手术切口内以用于手术程序。应当理解，图5A-5G的包括其多个子段72-1、72-2、72-3中的每一个的多个机械支撑臂72中的每一个被设置在不同的位置以布置用于插入第一患者1202中的切口的器械26并将器械26插在第二患者1204中的切口中。应当理解，可以使用具有不同角度的范围，例如，针对第一患者1302的笔直的0度范围和针对第二患者1306的俯视的30度范围；在这种情况下，臂72的运动学可以用于重新调整与内窥镜配置对应的患者1306的臂配置。例如，在计算机可读存储设备(如下面更全面地说明的)中，使用处理器58记录机械支撑臂设置信息。
应当理解，例如，手术系统模块的定位(例如包括主控制台16、手术器械托盘30、电子推车24和患者侧推车54的定位)可取决于多种因素，例如手术程序的类型、手术期间的手术室布局和手术室人员的移动模式。由于手术室内的不同固定装置，不同的手术室布局可能需要不同的系统模块定位。例如，不同的手术室人员移动模式可能需要不同的系统模块定位，以促进在手术程序期间人员的高效且安全的移动。
图13A-13C是表示三种不同的手术系统模块布置的说明性附图。图13A是其中手术室包含如图所示布置的固定装置(fixture)F1-F3的说明性附图，其中手术系统模块16、30、24和54以如图所示的第一布置定位。例如，固定装置可以包括诸如杆、橱柜或墙壁之类的结构或诸如电源插座之类的障碍物。图13B是其中手术室包含图13A中布置的固定装置F1-F3并且还包括如图所示布置的固定装置F4的说明性附图，其中手术系统模块16、30、24和54以如图所示的第二布置定位。图13C是其中手术室包含如图所示布置的固定装置F5-F7的说明性附图，其中手术系统模块16、30、24和54以如图所示的第三布置定位。
再次参考图5A-5B，示出了根据一些实施例的用于感测手术室内的物体的位置的位置传感器1000。在手术期间，位置传感器1000感测患者位置、手术室固定装置位置、系统模块位置和手术室人员位置。图5A-5B示出了布置在四个角处的位置传感器1000，其在一定高度处以具有到患者的视线。在图5B中仅可见四个传感器1000中的两个。位置传感器产生指示患者解剖特征的位置的信息，例如身体表面、手术室台上的患者骨架姿势以及手术系统相对于患者解剖结构的相对姿势。在一些实施例中，位置传感器包括扫描手术室及其内容物的激光扫描传感器，以确定室内物品的位置。在一些实施例中，位置传感器1000包括红外(IR)扫描传感器。例如，在计算机可读存储设备(如下面更全面地说明的)中，使用处理器58记录指示所感测的患者位置信息、手术室布局和系统模块位置的信息。在一些实施例中，操作人员配备有能够被跟踪以识别手术室内的人员的RFID标签。
图14是表示根据一些实施例的计算机可读存储设备1004中的存储图谱1002的说明性附图。存储图谱1002包括指示先前执行的手术程序的实例的第一信息结构1006。第二信息结构1008将手术程序与患者解剖特征、并与手术室台上的患者布置以及与手术程序期间的机械支撑臂位置相关联。第三信息结构1010将手术程序与手术室布局特征、并与手术程序期间手术室人员的移动模式以及与手术程序期间的手术系统模块位置相关联。第一规则信息结构1012将患者解剖特征信息和患者位置信息与机械设置控制信号相关联。第二规则信息结构1014将手术室布局信息和手术室人员信息与系统模块位置信息相关联。图15是表示根据一些实施例的包括在图谱1002内的第二信息结构1008的示例实例的说明性附图。图16是表示根据一些实施例的包括在图谱1002内的第三信息结构1010的示例实例的说明性附图。
图17是表示根据一些实施例的将患者解剖特征信息和患者位置信息与机械支撑臂位置控制信号相关联的示例第一规则信息结构1012的说明性附图。第一规则是基于来自第一数据信息结构1006和第二数据信息结构1008中表示的先前手术的数据而开发的。第一规则使患者解剖结构和患者位置的模式与用于控制机械支撑臂76的位置设置以在第一类型的手术程序期间使用的控制信号相互关联。
更具体地，对于示例第一类型的手术程序，第一规则信息结构1012将手术程序签名(SigST1...SigSTl)、患者解剖结构签名(SigAn1...SigAnn)和患者位置(SigPos1...SigPosm)签名与机械臂位置控制信号(CNTLARM1...CNTLARMP)相关联。在一些实施例中，患者解剖结构签名包括多维向量。在一些实施例中，患者解剖结构签名指示患者健康记录信息，诸如患者的体重、身高、年龄、人口统计信息和术前三维图像，诸如计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)。另外，患者解剖结构签名能够包括手术计划信息(例如，使用结构光成像系统的患者身体的表面扫描)或其他深度感测技术(例如，飞行时间和射频成像)以及根据上述信息生成的几何或基于物理的模型(这能够用于评估给定配置中的患者身体的变形)。在一些实施例中，患者位置签名包括多维向量。在一些实施例中，扫描的患者位置信息用于确定患者位置信息，例如气腹压力、来自手术室台上的压力垫的测量值、通过术中成像技术(包括锥形束CT、术中CT或MRI、表面扫描技术或来自多个摄像机的多视图表面重建)获得的手术室台上的患者身体的三维模型。根据一些实施例，不同的机械臂位置控制信号与患者解剖结构签名和患者位置签名的不同组合相关联。患者位置信息充当指示患者身体在手术室内的位置的粗略信息。患者解剖结构信息充当指示患者身体的特定解剖特征的位置的精细信息。
根据一些实施例，机器学习技术能够用于生成对应于患者解剖特征签名和患者位置签名的第一规则。更具体地，例如，分类器能够与专业知识一起使用，以将患者解剖特征签名和患者位置签名与机械臂位置控制信号相关联。基于例如专家外科医生输入，评估第一数据信息结构1006和第二数据信息结构1008内的手术数据，以确定机械臂72的适当位置，包括其每个段72-1、72-2和72-3的位置和其每个子段101-104的位置。用于实现所确定的机械臂设置位置的控制信号在第一规则信息结构1012中与患者解剖特征签名和患者位置签名相关联。根据一些实施例，患者解剖特征签名和患者位置签名能够组合在一起以产生对应于控制信号的组合签名。
图18是表示根据一些实施例的至少部分地基于患者解剖信息、患者位置信息和手术程序类型来产生控制信号的过程1802的说明性流程图。根据一些实施例，计算机处理器58被配置为执行过程1802。在用于手术程序的设置期间，规则块1804和匹配块1814基于患者解剖信息、患者位置信息和手术程序类型以及来自第一规则信息结构1012的规则来确定是否引起控制信号的发射。
更具体地，在使用系统10设置用于手术程序的机械支撑臂72期间，规则块1804接收能够被输入到处理器58的患者解剖信息1806。规则块1804接收使用位置传感器1000获得的并被输入到处理器58的患者位置信息。规则块1804接收手术类型信息，该手术类型信息可包括例如被输入到处理器58的切口图案信息。
而且，在手术程序期间，控制信号规则存储块1812从第一控制信号规则信息结构1012的第一规则块部分1012A内向规则块1804提供患者解剖特征签名信息、患者位置签名信息和手术程序类型信息。规则块1804将分别由块1806、1808、1810提供的患者解剖特征、患者位置和手术程序类型信息与来自第一规则块部分1012A的相关联的患者解剖特征签名、患者位置签名和手术系统类型信息进行比较。应当理解，在一些实施例中，计算机处理器58被配置为将通过系统10获得的患者解剖特征信息、患者位置信息和手术程序类型信息转变成适于与来自控制信号规则信息结构1012的第一部分1012A的签名和状态信息进行比较的格式。特别地，在一些实施例中，处理原始患者解剖特征/患者位置/手术程序类型以导出分类(信号/概率)，然后在表格中查找该分类以基于所确定的分类确定机械支撑臂位置。
决策模块1806确定在一方面提供的患者解剖特征、患者位置和手术程序类型信息与另一方面来自第一规则块部分1012A的规则信息之间是否出现匹配。应当理解，在机器学习实施例中，基于患者解剖特征、患者位置和手术程序类型与规则信息之间的相似性范围来确定匹配。因此，例如，确定在某个规则的某个阈值限制内的患者解剖特征、患者位置和手术程序类型的组合以匹配该规则。
响应于确定患者解剖特征、患者位置和手术程序类型信息的组合与规则之间的匹配，块1814从控制信号规则信息结构1012的第二规则部分1012B内发射控制信号，其对应于匹配规则。例如，响应于确定在手术程序期间接收的患者解剖特征、患者位置和手术程序类型信息与第一部分1012A的SigAn2、SigPos1和SigSur1匹配，块1816从控制信号信息结构1012的第二部分1012B内发射信号CNTLARMS1。所发射的控制信号具有对应于在信息结构1012签名中与其相关联的解剖位置、患者位置和手术程序签名的组合的值。控制信号使机械支撑臂72移动到对应于这些相关联的签名的位置。更具体地，根据一些实施例，所发射的控制信号具有使得第一至第三段72-1至27-3的旋转位置围绕相应的轴线91-93受控运动并且使得第一至第四子段101-104围绕相应的轴线111-114受控旋转运动的值。
图19是表示根据一些实施例的将手术室布局信息和手术室人员信息与系统模块信息相关联的示例第二规则信息结构1014的说明性附图。第二规则是基于来自第一数据信息结构1006和第三数据信息结构1010中表示的先前手术的数据而开发的。第二规则将手术室布局和手术人员活动的模式与系统模块位置信息相互关联，系统模块位置信息可以在显示器60上呈现以在用于手术程序的设置期间提供关于手术系统模块放置的指导。
对于示例第一类型的手术程序，第二规则信息结构1014将手术类型签名(SigST1...SigSTl)、手术室布局签名(SigLT1...SigLTn)和人员活动签名(SigPA1...SigPAm)与用于在显示屏60上显示的系统模块布局信息显示图像标识符(ImageID1...ImageIDP)相关联。在一些实施例中，手术室布局签名包括多维向量。在一些实施例中，手术室布局签名指示固定装置位置、房间尺寸和安装点以及诸如安装在吊杆上的灯之类的铰接装置的模型。在一些实施例中，人员活动签名包括多维向量。在一些实施例中，所记录的人员活动信息包括人员角色、时空运动轨迹和行动历史。根据一些实施例，不同的系统模块位置与手术室布局签名和手术室人员活动签名的不同组合相关联。根据一些实施例，机器学习技术能够用于生成第二规则。更具体地，例如，分类器能够与专业知识一起使用，以将手术室布局签名和手术室人员活动签名与系统模块位置相互关联。
图20是表示根据一些实施例的至少部分地基于手术室布局信息、手术人员活动信息和手术程序类型信息来产生表示推荐系统模块位置的计算机显示图像信息的过程2002的说明性流程图。计算机处理器58被配置为根据一些实施例执行过程2002。在用于手术程序的设置期间，规则块2004和匹配块2014基于患者解剖信息、患者位置信息和手术程序类型以及来自第二规则信息结构1014的规则确定是否显示指示手术系统模块的建议定位的图像。
更具体地，在用于手术程序的手术系统模块16、24、30、54的设置期间，规则块2004接收能够被输入到处理器58的手术室布局信息2006。规则块2004接收被输入到处理器58的手术室人员活动信息。规则块2004接收手术类型信息，该手术类型信息可包括例如被输入到处理器58的切口图案信息。
而且，在手术程序期间，图像规则存储块2012从第二规则信息结构1014的第二规则块部分1014A内向规则块2004提供患者手术室布局签名信息、人员活动签名信息和手术程序类型信息。规则块2004将分别由块2006、2008、2010提供的手术室布局、手术人员活动信息和手术程序类型信息与来自第二规则块部分1014A的相关联的手术室布局签名、人员活动签名和手术系统类型信息进行比较。应当理解，在一些实施例中，计算机处理器58被配置为将通过系统10获得的手术室布局信息、手术人员活动信息和手术程序类型信息转变成适于与来自控制信号规则信息结构1014的第一部分1014A的签名和状态信息进行比较的格式。
决策模块2006确定在一方面提供的手术室布局、人员活动和手术程序类型信息与另一方面来自第二规则块部分1014A的规则信息之间是否出现匹配。应当理解，在机器学习实施例中，基于手术室布局、人员活动和手术程序类型与规则信息之间的相似性范围来确定匹配。因此，例如，确定在某个规则的某个阈值限制内的手术室布局、人员活动和手术程序类型的组合以匹配该规则。
响应于确定手术室布局、人员活动和手术程序类型信息的组合与规则之间的匹配，块2014从第二规则信息结构1014的对应匹配规则的第二规则部分1014B内发射图像信号。例如，响应于确定在手术程序期间接收的手术室布局、人员活动和手术程序类型信息与第一部分1014A的SigOR2、SigAct1和SigSur1匹配，块2016从信息结构1014的第二部分1014B内发射信号IMGA1。根据一些实施例，例如，在显示屏60上产生图像，诸如表示图13A-13C之一的手术室布局和系统模块位置的图像。
尽管已经示出和描述了说明性实施例，但是在前述公开中预期了大范围的修改、改变和替换，并且在一些情况下，可以采用实施例中的一些特征而无需相应地使用其他特征。例如，在一些实施例中，处理器58联接到诸如存储设备1004的存储器设备，该存储器设备包括可在处理器58上执行的指令集，以使处理器58执行操作。在一些实施例中，操作包括在用于手术程序的手术系统的设置期间确定患者位置信息。操作进一步包括确定在设置期间确定的患者位置信息与相应患者位置签名之间的匹配。操作还包括在设置期间在手术系统内发射支撑臂控制信号，该信号对应于匹配的相应患者位置签名。
此外，在一些实施例中，处理器58联接到诸如存储设备1004的存储器设备，该存储器设备包括可在处理器58上执行的指令集，以使处理器58执行操作，所述操作包括在用于手术程序的手术系统的设置期间确定手术室布局信息。操作还包括确定在设置期间确定的手术室布局信息与相应的手术室布局签名之间的匹配。操作还进一步包括产生表示手术系统模块位置的图像，该手术系统模块位置对应于匹配的相应手术室布局签名。
本领域普通技术人员将认识到许多变化、替代和修改。因此，本公开的范围应仅由随附的权利要求限制，并且权利要求应当以与本文公开的实施例的范围一致的方式广泛地解释。

Claims (32)

1.一种与远程操作手术系统(手术系统)一起使用的方法，所述方法包含：
在用于手术程序的所述手术系统的设置期间确定患者位置信息；
确定在所述设置期间所确定的患者位置信息与相应患者位置签名之间的匹配；以及
在所述设置期间，在所述手术系统内发射支撑臂控制信号，所述支撑臂控制信号对应于匹配的相应患者位置签名。
2.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
在用于所述手术程序的所述手术系统的所述设置期间确定患者解剖特征位置信息；以及
确定所确定的患者解剖特征位置信息与相应解剖特征位置签名之间的匹配；
其中，发射包括在所述手术系统内发射对应于所述匹配的相应患者位置签名和匹配的相应解剖特征位置签名的组合的支撑臂控制信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
将机械支撑臂移动到与发射的控制信号值相对应的位置。
4.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
将机械支撑臂段移动到围绕水平轴线的与发射的控制信号值相对应的旋转位置。
5.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
将机械支撑臂段移动到围绕竖直轴线的与发射的控制信号值相对应的旋转位置。
6.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
将机械支撑臂段移动到围绕竖直轴线的与发射的控制信号值相对应的旋转位置；以及
将机械支撑臂段移动到围绕竖直轴线的与发射的控制信号值相对应的旋转位置。
7.根据权利要求1所述的方法，
其中确定患者位置信息包括用激光位置传感器扫描。
8.根据权利要求1所述的方法，
其中确定患者位置信息包括用红外线位置传感器扫描。
9.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
对于用于执行手术程序的所述手术系统的一个或多个实例的设置的多次出现中的每一次，在所述设置期间记录患者位置信息并在所述设置期间记录支撑臂位置信息；以及
至少部分地基于记录的患者位置信息和记录的支撑臂位置信息，确定相应患者位置签名以与相应支撑臂位置相关联。
10.根据权利要求2所述的方法，其还包括：
对于用于执行手术程序的所述手术系统的一个或多个实例的设置的多次出现中的每一次，在所述设置期间记录患者解剖特征信息，在所述设置期间记录患者位置信息，并且在所述设置期间记录支撑臂位置信息；以及
至少部分地基于记录的患者解剖特征信息和记录的患者位置信息和记录的支撑臂位置信息，确定相应患者解剖特征签名和相应患者位置签名的相应组合以与相应支撑臂位置相关联。
11.一种与远程操作手术系统(手术系统)一起使用的方法，所述方法包含：
在用于手术程序的所述手术系统的设置期间确定手术室布局信息；
确定在所述设置期间所确定的手术室布局信息与相应手术室布局签名之间的匹配；以及
产生表示手术系统模块位置的图像，所述手术系统模块位置对应于匹配的相应手术室布局签名。
12.根据权利要求11所述的方法，其还包括：
在用于所述手术程序的所述手术系统的所述设置期间确定人员活动信息；以及
确定所确定的人员活动信息与相应人员活动签名之间的匹配；
其中，产生图像包括产生表示对应于匹配的相应手术室布局签名和匹配的相应人员活动签名的组合的手术系统模块位置的图像。
13.根据权利要求11所述的方法，
其中确定手术室布局信息包括用激光位置传感器扫描。
14.根据权利要求11所述的方法，
其中确定手术室布局信息包括用红外线位置传感器扫描。
15.根据权利要求11所述的方法，其还包括：
对于用于执行手术程序的所述手术系统的一个或多个实例的设置的多次出现中的每一次，在所述设置期间记录手术室布局信息，并且记录系统模块位置；以及
至少部分地基于记录的手术室布局信息和记录的系统模块位置信息，确定相应手术室布局签名以与相应手术室布局相关联。
16.根据权利要求12所述的方法，其还包括：
对于用于执行手术程序的所述手术系统的一个或多个实例的设置的多次出现中的每一次，在所述设置期间记录手术室布局信息，在所述设置期间记录人员活动信息，并且在所述设置期间记录系统模块位置信息；以及
至少部分地基于记录的手术室布局信息和记录的人员活动信息和记录的系统模块位置信息，确定相应手术室布局签名和相应人员活动签名的相应组合以与相应系统模块相关联。
17.一种包括手术器械和手术器械致动器的手术系统，其包含：
处理器；
存储器设备，其保持可在所述处理器上执行的指令集，以使所述手术系统执行包含以下项的操作：
在用于手术程序的所述手术系统的设置期间确定患者位置信息；
确定在所述设置期间所确定的患者位置信息与相应患者位置签名之间的匹配；以及
在所述设置期间，在所述手术系统内发射支撑臂控制信号，所述支撑臂控制信号对应于匹配的相应患者位置签名。
18.根据权利要求17所述的手术系统，所述操作还包括：
在用于所述手术程序的所述手术系统的所述设置期间确定患者解剖特征位置信息；以及
确定所确定的患者解剖特征位置信息与相应解剖特征位置签名之间的匹配；
其中，发射包括在所述手术系统内发射对应于匹配的相应患者位置签名和匹配的相应解剖特征位置签名的组合的支撑臂控制信号。
19.根据权利要求17所述的手术系统，所述操作还包括：
将机械支撑臂移动到与发射的控制信号值相对应的位置。
20.根据权利要求17所述的手术系统，所述操作还包括：
将机械支撑臂段移动到围绕水平轴线的与发射的控制信号值相对应的旋转位置。
21.根据权利要求17所述的手术系统，所述操作还包括：
将机械支撑臂段移动到围绕竖直轴线的与发射的控制信号值相对应的旋转位置。
22.根据权利要求17所述的手术系统，所述操作还包括：
将机械支撑臂段移动到围绕竖直轴线的与发射的控制信号值相对应的旋转位置；以及
将机械支撑臂段移动到围绕竖直轴线的与发射的控制信号值相对应的旋转位置。
23.根据权利要求17所述的手术系统，
其中确定患者位置信息包括用激光位置传感器扫描。
24.根据权利要求17所述的手术系统，
其中确定患者位置信息包括用红外线位置传感器扫描。
25.根据权利要求17所述的手术系统，所述操作还包括：
对于用于执行手术程序的所述手术系统的一个或多个实例的设置的多次出现中的每一次，在所述设置期间记录患者位置信息并在所述设置期间记录支撑臂位置信息；以及
至少部分地基于记录的患者位置信息和记录的支撑臂位置信息，确定相应患者位置签名以与相应支撑臂位置相关联。
26.根据权利要求18所述的手术系统，其还包括：
对于用于执行手术程序的所述手术系统的一个或多个实例的设置的多次出现中的每一次，在所述设置期间记录患者解剖特征信息，在所述设置期间记录患者位置信息，并且在所述设置期间记录支撑臂位置信息；以及
至少部分地基于记录的患者解剖特征信息和记录的患者位置信息和记录的支撑臂位置信息，确定相应患者解剖特征签名和相应患者位置签名的相应组合以与相应支撑臂位置相关联。
27.一种包括手术器械和手术器械致动器的手术系统，其包含：
处理器；
存储器设备，其保持可在所述处理器上执行的指令集，以使所述手术系统执行包含以下项的操作：
在用于手术程序的所述手术系统的设置期间确定手术室布局信息；
确定在所述设置期间所确定的手术室布局信息与相应手术室布局签名之间的匹配；以及
产生表示手术系统模块位置的图像，所述手术系统模块位置对应于匹配的相应手术室布局签名。
28.根据权利要求27所述的系统，其还包括：
在用于所述手术程序的所述手术系统的所述设置期间确定人员活动信息；以及
确定所确定的人员活动信息与相应人员活动签名之间的匹配；
其中，产生图像包括产生表示对应于匹配的相应手术室布局签名和匹配的相应人员活动签名的组合的手术系统模块位置的图像。
29.根据权利要求27所述的系统，
其中确定手术室布局信息包括用激光位置传感器扫描。
30.根据权利要求11所述的方法，
其中确定手术室布局信息包括用红外线位置传感器扫描。
31.根据权利要求27所述的系统，其还包括：
对于用于执行手术程序的所述手术系统的一个或多个实例的设置的多次出现中的每一次，在所述设置期间记录手术室布局信息，并且记录系统模块位置；以及
至少部分地基于记录的手术室布局信息和记录的系统模块位置信息，确定相应手术室布局签名以与相应手术室布局相关联。
32.根据权利要求28所述的系统，其还包括：
对于用于执行手术程序的所述手术系统的一个或多个实例的设置的多次出现中的每一次，在所述设置期间记录手术室布局信息，在所述设置期间记录人员活动信息，并且在所述设置期间记录系统模块位置信息；以及
至少部分地基于记录的手术室布局信息和记录的人员活动信息和记录的系统模块位置信息，确定相应手术室布局签名和相应人员活动签名的相应组合以与相应系统模块相关联。
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