CN115697232A - 用于盖布体积控制的系统和方法 - Google Patents

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CN115697232A CN202180037713.3A CN202180037713A CN115697232A CN 115697232 A CN115697232 A CN 115697232A CN 202180037713 A CN202180037713 A CN 202180037713A CN 115697232 A CN115697232 A CN 115697232A
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Abstract

根据本公开的一个实施方案，提供了一种用于控制盖布的体积的系统，该系统包括：盖布(102)，该盖布能够操作以基本上覆盖铰接构件(104)并且具有压力源开口(121)和至少一个工具开口(117)，该压力源开口限定供流体流入或流出基本上被该盖布所围住的体积的路径，该至少一个工具开口使工具(106)能够通过该铰接构件而支撑在基本上被该盖布所围住的体积之外；至少一个传感器(114)，该至少一个传感器能够操作以监测该系统的特性；和控制器(112)，该控制器使基本上被该盖布所围住的体积增加至最大体积，减小至最小体积，或保持工作体积，并且其中随着基本上被该盖布所围住的体积减小，该盖布逐渐适形于铰接构件。

Description

用于盖布体积控制的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年5月28日提交的题为“用于盖布体积控制的系统和方法(System and Method for Drape Volume Control)”的美国临时申请63/031,197的权益，该临时申请全文以引用方式并入本文。
技术领域
本技术整体涉及盖布，并且更具体地，涉及控制基本上被盖布所围住的体积。
背景技术
外科手术操作期间使用外科手术盖布，以通过防止非无菌表面与无菌表面之间的接触来保持操作期间的无菌性。外科手术盖布可围住一件或多件非无菌设备和/或工具，以在设备/工具与患者之间形成屏障。外科手术盖布的尺寸可以过大，以适应各种形状和尺寸的设备以及设备的移动。
发明内容
根据本公开的至少一个实施方案，一种用于控制盖布的体积的系统包括：盖布，该盖布被配置成至少部分地覆盖铰接构件；和控制器，该控制器被配置成使该盖布所围住的体积跟随铰接构件的移动而改变，其中随着该盖布所围住的体积减小，该盖布逐渐适形于铰接构件。
本文的任何方面，其中该控制器可被配置成至少部分地基于来自至少一个传感器的输入使该盖布所围住的体积改变，该至少一个传感器被配置成监测以下至少一项：该盖布所围住的体积之内的压力；或流经该盖布中的一个或多个开口的流体。
本文的任何方面，其中可以将该至少一个传感器定位在该盖布所围住的体积之内或之外。
本文的任何方面，其中该控制器可被配置成在铰接构件的计划移动之前使该盖布所围住的体积增加。
本文的任何方面，其中该控制器可被配置成在铰接构件的计划移动之后使该盖布所围住的体积减小。
本文的任何方面，其中该控制器可被配置成使压力源经由压力源开口来清除所围住的体积中的流体。
本文的任何方面，还包括压力源，该压力源被配置用于与该盖布所围住的体积流体连通。
本文的任何方面，还包括至少一个传感器，该至少一个传感器被配置成监测该盖布所围住的体积内的压力，并且其中该控制器被配置成基于来自该至少一个传感器的输入而检测该盖布与外部物体之间的碰撞。
本文的任何方面，其中该控制器可被配置成通过在大于环境压力的第一压力与小于环境压力的第二压力之间更改该盖布所围住的体积内的工作压力来改变该盖布所围住的体积。
本文的任何方面，其中该控制器可被配置成通过在小于环境压力的第一压力与不同于该第一压力并且也小于环境压力的第二压力之间更改该盖布所围住的体积内的工作压力来改变该盖布所围住的体积。
本文的任何方面，其中该控制器可被配置成通过更改该盖布所围住的体积内的工作压力改变该盖布所围住的体积。
本文的任何方面，其中该盖布可包括至少一个工具开口，该至少一个工具开口使工具能够通过铰接构件而支撑在该盖布所围住的体积之外。
根据本公开的至少一个实施方案，一种用于控制基本上被盖布所围住的体积的系统包括：压力源，该压力源能够操作以通过选择性地对盖布与铰接构件之间的体积施加正压或负压而选择性地增加、保持或减小该体积；至少一个传感器，该至少一个传感器能够操作以监测系统的特性；以及控制器，该控制器至少部分地基于来自传感器的数据而控制压力源，其中随着基本上被盖布所围住的体积减小，该盖布逐渐适形于铰接构件。
本文的任何方面，其中该特性可以是以下至少一项：基本上被盖布所围住的体积之内的压力；或流经该盖布中的开口的流体。
本文的任何方面，其中该特性可以是铰接构件的移动。
本文的任何方面，其中该特性可以是盖布中的一处或多处渗漏。
本文的任何方面，其中该控制器还可以：至少部分地基于与铰接构件的移动相对应的信息而控制该压力源。
本文的任何方面，其中当盖布适形于铰接构件时，铰接构件的至少一部分可以是可重新定位的。
本文的任何方面，其中通过使流体经由压力源开口离开该基本上围住的体积，该控制器可以使该压力源在盖布与铰接构件之间形成真空。
本文的任何方面，其中可持续保持盖布与铰接构件之间的真空，以防止盖布中出现一处或多处渗漏。
本文的任何方面，其中基于从至少一个传感器所接收的数据，该控制器可以检测对该盖布的冲击。
根据本公开的至少一个实施方案，一种用于控制盖布的体积的方法包括接收外科手术计划，该外科手术计划包括关于至少部分地被盖布所围住的铰接构件的一个或多个计划移动的信息；基于该外科手术计划，确定增加和减小该盖布所围住且围绕至少一部分铰接构件的体积的顺序；以及基于该顺序生成指令，这些指令被配置成使控制器控制压力源，以根据该顺序增加和减小该体积。
本文的任何方面，其中该顺序可包括：在铰接构件的计划移动之前增加基本上被盖布所围住的体积。
本文的任何方面，其中该铰接构件可包括第一可移动段和第二可移动段。
本文的任何方面，其中该盖布可包括围住第一体积的第一部分和围住第二体积的第二部分，第一体积至少部分地包围第一可移动段，并且第二体积至少部分地包围第二段。
本文的任何方面，其中外科手术计划可包括关于第一可移动段和第二可移动段中的每一者的一个或多个计划移动的信息。
本文的任何方面，其中这些指令可被配置成使控制器基于该外科手术计划而控制压力源，以跟随铰接构件的第一可移动段的移动来增加第一体积，同时跟随铰接构件的第二可移动段的静止状态来减小或保持第二体积。
任何方面与任何一个或多个其他方面结合。
本文中公开特征中的任何一个或多个。
本文中大体上公开特征中的任何一个或多个。
本文中大体上公开的特征中的任何一个或多个与本文中大体上公开的任何一个或多个其他特征组合。
方面/特征/实施方案中的任一个与任何一个或多个其他方面/特征/实施方案组合。
使用本文中公开的方面或特征中的任何一个或多个。
应了解，本文中所描述的任何特征可与如本文中所描述的任何其他特征组合来要求保护，而不管特征是否来自同一所描述的实施方案。
本公开的一个或多个方面的细节在以下附图和描述中阐述。根据说明书和附图以及权利要求书，本公开中描述的技术的其他特征、目标和优点将是显而易见的。
短语“至少一个”、“一个或多个”以及“和/或”是在操作中具有连接性和分离性两者的开放式表述。举例来说，表述“A、B和C中的至少一个”、“A、B或C中的至少一个”、“A、B和C中的一个或多个”、“A、B或C中的一个或多个”以及“A、B和/或C”意指仅A、仅B、仅C、A和B一起、A和C一起、B和C一起，或A、B和C一起。当上述表述中的A、B和C中的每一个都指代如X、Y和Z的一个元素或如X1-Xn、Y1-Ym和Z1-Zo的一类元素时，短语意指选自X、Y和Z的单个元素、选自同一类的元素(例如X1和X2)的组合以及选自两个或更多类的元素(例如Y1和Zo)的组合。
术语“一(a/an)”实体指所述实体中的一个或多个。如此，术语“一(a/an)”、“一个或多个”和“至少一个”在本文中可以可互换地使用。还应当注意，术语“包括”、“包含”和“具有”可以可互换地使用。
前述内容是本公开的简化概述以提供对本公开的一些方面的理解。本发明内容既不是对本公开和其各个方面、实施方案和配置的广泛性概述也不是详尽性概述。其既不旨在识别本公开的关键或重要要素，也不旨在描绘本公开的范围，而是以简化形式呈现本公开的所选概念，作为对下文呈现的更详细描述的介绍。如应了解，本公开的其他方面、实施方案和配置可能单独或以组合方式利用上文所阐述或下文所详细描述的特征中的一个或多个。
在考虑下文提供的实施方案描述之后，本发明的许多额外特征和优点对于本领域技术人员将变得显而易见。
附图说明
附图并入并形成本说明书的一部分以示出本公开的几个示例。这些附图连同描述一起解释本公开的原理。附图简单地示出如何进行和使用本公开的优选和替代性示例，且不应解释为仅将本公开限制于所示出和所描述的示例。另外的特征和优点将根据以下对本公开的各个方面、实施方案和配置的更详细描述变得显而易见，如通过以下所参考的图式所示出。
图1为根据本公开的至少一个实施方案的系统的框图；
图2是根据本公开的至少一个实施方案的另一系统的框图；
图3是根据本公开的至少一个实施方案的另一系统的框图；
图4是根据本公开的至少一个实施方案的又一系统的框图；并且
图5是根据本公开的至少一个实施方案的方法的流程图。
具体实施方式
应当理解，可将本文所公开的各个方面以与说明书和附图中具体给出的组合不同的组合进行组合。还应理解，取决于示例或实施方案，本文中所描述的过程或方法中的任一个的某些动作或事件可以不同的序列执行，和/或可添加、合并或完全省略(例如，根据本公开的不同实施方案，执行所公开技术可能不需要所有描述的动作或事件)。另外，出于清晰的目的，虽然本公开的某些方面被描述为由单个模块或单元执行，但应理解，本公开的技术可由与例如计算装置和/或医疗装置相关联的单元或模块的组合执行。
在一个或多个示例中，所描述方法、过程和技术可以硬件、软件、固件或其任何组合实施。如果在软件中实现，则功能可作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上并由基于硬件的处理单元执行。计算机可读介质可包括非暂态计算机可读介质，其对应于有形介质，诸如数据存储介质(例如，RAM、ROM、EEPROM、闪存存储器，或可用于存储指令或数据结构形式的期望程序代码并且可由计算机访问的任何其他介质)。
指令可以由一个或多个处理器执行，诸如一个或多个数字信号处理器(DSP)、通用微处理器(例如，Intel Core i3、i5、i7或i9处理器；IntelCeleron处理器；Intel Xeon处理器；Intel Pentium处理器；AMD Ryzen处理器；AMD Athlon处理器；AMD Phenom处理器；Apple A10或10X Fusion处理器；Apple A11、A12、A12X、A12Z或A13 Bionic处理器；或任何其他通用微处理器)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)或其他等效的集成或离散逻辑电路。因此，如本文所用的术语“处理器”可指前述结构或适于实现所描述的技术的任何其他物理结构中的任一种。另外，本技术可在一个或多个电路或逻辑元件中完全实现。
在详细地解释本公开的任何实施方案之前，应当理解，本公开在其应用方面不限于以下描述中阐述或附图中示出的构造细节和部件布置。本公开能够具有其他实施方案且能够以各种方式实践或进行。同样，应理解，本文中所使用的措词和术语是出于描述的目的且不应视为是限制性的。本文中使用“包含”、“包括”或“具有”以及其变化形式意在涵盖其后列出的项目和其等效物以及额外项目。此外，本公开可使用示例来示出其一个或多个方面。除非另有明确说明，否则使用或列出一个或多个示例(其可由“例如(for example)”、“借助于示例”、“例如(e.g.)”、“如”或类似语言指示)不旨在且并不限制本公开的范围。
在一些应用中，外科手术盖布可被制造成定制性地贴合待由盖布所覆盖的一件设备或其他物体，以防止过量材料聚拢并防止在外科手术操作期间的干扰。然而，外形贴合的盖布可能不适合或不能适应设备或其他物体的移动。在一些应用中，外科手术盖布可由生物相容性材料形成。然而，生产和购买生物相容性盖布价格很高。在其他应用中，当设备静止时，可以手动拉紧尺寸过大的盖布；然而，过量的材料可能聚集或聚拢在患者附近，从而可能无意中接触患者。如果盖布由非生物相容性材料制成并接触了开放组织，这就尤为麻烦。
本公开的实施方案有利地提供了一种盖布，该盖布可以适应设备移动并且也适形于该设备，从而防止过量的材料聚集在患者附近。通过减少在设备移动期间手动重新给设备盖上盖布的需要，本公开的实施方案有利地减少了整体手术时间(和成本)。本公开的实施方案也可有利地提供对盖布或其他部件的潜在问题(例如，盖布中的渗漏或对设备的冲击)的监测。
首先转向图1，示出了根据本公开的至少一个实施方案的系统100的框图。系统100可以用在无菌环境中，以防止患者受非无菌操作设备所污染。系统100可用于控制基本上被盖布102所围住的体积101。系统100可包括盖布102、铰接构件104(其可包括通过一个或多个接头104B所连接的一个或多个构件104A)、压力源110、至少一个传感器114、导航系统116和/或计算装置118。在本公开的一些实施方案中，系统(诸如，图1的系统100)可不包括一个或多个所示部件，可包括图1未示出的其他部件，以及/或者可包括与图1所示的系统100的一个或多个部件相似但不相同的部件。例如，系统100可不包括至少一个传感器114、导航系统116和/或计算装置118。
铰接构件104可以是例如外科手术机器人(或其任何部件)、机器人臂、或铰接臂等。铰接构件104可以从可以是静止的或可移动的基部103开始延伸。一个或多个工具106可设置在铰接构件104的端部上，但是一个或多个工具106可设置在铰接构件104的任何部分上。铰接构件104能够操作以：自主地和/或基于来自外科医生或操作者的输入，执行一个或多个计划移动和/或多项移动。在一些实施方案中，铰接构件104和基部103可以形成机器人134。机器人134可以是任何外科手术机器人或外科手术机器人系统。机器人134可以是或包括例如Mazor XTMStealth Edition机器人引导系统。一些实施方案使用可在外科手术操作期间移动的非铰接构件。
盖布102可基本上围住铰接构件104，使得铰接构件的长度的至少75％(沿着铰接构件且从接近但不包括工具106之处朝向基部103所测)被盖布102围住。在一些实施方案中，盖布102可充分地围住铰接构件104，以至少在铰接构件与患者之间提供屏障，从而防止患者或外科手术部位受非无菌铰接构件104所污染。在一些示例中，整个铰接构件104被盖布102围住，并且在其他示例中，盖布102围住整个铰接构件104和至少一些基部103。在还有其他示例中，铰接构件104的第一部分可以被盖布102围住，并且铰接构件104的第二部分可以不被盖布102围住。在一些示例中，部分或整个盖布102可以成形为与铰接构件104的比例相匹配。在其他实施方案中，盖布102可形成例如球形、矩形或椭圆形，以适应各种形状的铰接构件104。在再一实施方案中，盖布102还可进行分段并且包括可单独充气或放气的多节，如图3所示。
在一些实施方案中，盖布102是一次性的，但是在其他实施方案中，盖布102可以是可重复使用的。在一些实施方案中，盖布102也是非生物相容性的(例如，尼龙)，但是在其他实施方案中，盖布102可以是生物相容性的。在另一实施方案中，盖布102可包含生物相容性材料和非生物相容性材料的组合。例如，处于患者附近的一部分盖布102可以是生物相容性的，并且盖布102的其余部分可以是非生物相容性的。
盖布102可包括至少一个开口。该至少一个开口可以是或包括一个压力源开口121和/或至少一个工具开口117。在一些实施方案中，盖布102可包括多个压力源开口121和/或多个工具开口117。在一些实施方案中，其中盖布102进行了分段(如图3所示)，多节盖布中的一节或多节均可包括压力源开口121和/或至少一个工具开口117。压力源开口121可限定供流体流入或流出基本上被盖布102所围住的体积101的路径。在一些实施方案中，盖布102不包括压力源开口或工具开口。例如，在一些实施方案中，设置在铰接构件104的端部上的成像装置能够从盖布102的后面进行操作，并且因此可以被盖布102围住，使得盖布102无需包括工具开口。在其他实施方案中，压力源可设置在盖布102之内(例如，在铰接构件104、机器人134、或盖布102之内的任何部件上)，使得盖布102无需包括压力源开口。
如下文将更详细所述，随着基本上被盖布102所围住的体积101减小，盖布102逐渐适形于铰接构件104。随着基本上被盖布102所围住的体积101增加，体积101的形状逐渐由盖布102的结构所限定。
至少一个工具开口117可以使工具106能够通过铰接构件104而支撑在基本上被盖布102所围住的体积101之外。换句话说，至少一部分或整个工具106可以通过至少一个工具开口117而从盖布102之内延伸到盖布102之外。至少一个工具开口117可以通过以下项来密封住一部分工具106(或工具106的支架)：例如橡胶密封件、胶带、织物钩毛搭扣(例如，
Figure BDA0003961838030000081
)、橡皮筋、松紧带、粘合剂、硅酮、或填缝剂等。类似地，压力源开口121可以通过以下项来密封住软管108(或用于将压力源110放置成与体积101流体连通的另一装置)：例如橡胶密封件、胶带、织物钩毛搭扣(例如，
Figure BDA0003961838030000091
)、橡皮筋、松紧带、粘合剂、硅酮、或填缝剂等。
压力源110可以是能够操作的，以通过选择性地对体积101施加正压或负压，选择性地增加、保持和/或减小基本上被盖布102所围住的体积101。换句话说，压力源110可以使流体持续地或间歇地进入盖布102或离开盖布102。流体可以是气体(例如氧气、空气、二氧化碳、氦氧混合气)或液体。压力源110可以是例如压缩机或泵等。如上所述，在一些实施方案中，其中盖布102进行了分段(在图3中可见)，压力源110可以是能够操作的，以选择性地增加、保持和/或减小多个体积中的一个或多个体积，每个体积被多节中的一节所围住。可替代地，在一些实施方案中，多个体积均可以通过单独的或专用的压力源110而选择性地可增加、可保持和/或可减小。
在一些实施方案中，系统100包括软管108，该软管被配置成将压力源110放置成与基本上被盖布102所围住的体积101流体连通。软管108可以联接到压力源开口121和压力源110。在其他实施方案中，软管108的端部可以设置在体积101之内或体积101之外(例如，在压力源开口121之处或附近)。然而，在其他实施方案中，压力源110直接联接到压力源开口121(例如，经由软管接口)。换句话说，在一些实施方案中，无需软管108。在还有其他实施方案中，压力源110可定位在铰接构件104附近或可附接到铰接构件104。例如，压力源110可定位在体积101内，并且软管108可用于将压力源110的入口和/或出口放置成与压力开口流体连通，并且因此与体积101的周围环境流体连通。
在所示实施方案中，系统100包括控制器112，但是在一些实施方案中，系统100可不包括控制器112。控制器112可以是电子控制器、机械控制器或机电控制器。控制器112可包括或可以是本文所述的任何处理器。控制器112可包括存储指令的存储器，这些指令用于执行本文所述的由控制器112执行的任何功能或方法。在一些实施方案中，控制器112可被配置成简单地将从计算装置118(例如，经由通信接口122)所接收的信号转换成命令而用于操作压力源110、传感器114、导航系统116和/或机器人134。在其他实施方案中，控制器112可被配置成处理和/或转换从压力源110、传感器114、导航系统116和/或机器人134所接收的信号。此外，控制器112可以从一个或多个源(例如，压力源110、传感器114、导航系统116、计算装置118和/或机器人134)接收信号，并且可以向一个或多个源输出信号。
控制器112能够操作以控制压力源110，并且因此使基本上被盖布102所围住的体积101在最大体积与最小体积(和/或任何中间体积)之间增加或减小，以及/或者保持恒定尺寸和/或压力，以及/或者保持在尺寸范围和/或压力范围内，以及/或者保持工作体积。工作体积可以是最大体积、最小体积，或介于最大体积和最小体积之间。如图1所示，最小体积对应于适形于铰接构件104的盖布102，并且如图2所示，最大体积对应于跟铰接构件104或其一部分隔开的盖布102，无论是为了减小在移动铰接构件104期间，盖布102卡在接头104B之中的风险，或是卡在构件104A与接头104B之间或其他位置的风险。应了解，当体积101处于最小体积时，铰接构件104可以进行一定移动。换句话说，当盖布102适形于铰接构件104时，铰接构件104的至少一部分是可重新定位的。
在盖布102进行了分段的实施方案中，控制器112可以使压力源110增加或减少流入一节或多节盖布102中的流体，以分别独立地增加或减少该一节或多节的对应体积101。例如，在图3所示的实施方案中，铰接构件104包括第一可移动段105A和第二可移动段105B，并且盖布102包括：对应的第一部分102A，其被配置成至少部分地围住第一可移动段105A；和第二部分102B，其被配置成至少部分地围住第二段105B。外科手术计划可包括关于第一可移动段105A和第二可移动段105B的一个或多个计划移动的信息。此外，当铰接构件104的第二可移动段105B不移动或移动得不足以需要增加对应的体积101B时，控制器112可以使压力源110增加盖布的第一部分102A所围住的体积101A，以适应第一可移动段105A的移动，同时减小或保持盖布的第二部分102B所围住的体积101B。基于外科手术计划，以及/或者基于所感测到的第一可移动段105A和/或第二可移动段105B的移动，以及/或者基于从外科医生或操作者所接收的输入，控制器112可以使压力源110增加或减小第一部分102A和/或该节段部分的体积101。应了解，铰接构件104可包括两个以上可移动段，并且盖布102可包括两个以上部分。此外，如前所述，应了解，盖布102的每个部分可包括压力源开口和/或工具开口，但是盖布102的每个部分可不包括压力源开口以及/或者可不包括工具开口。
在一些实施方案中，控制器112控制压力源110以增加、保持或减少流入或流出体积101的流体，或者增加、保持或减少体积101的内部压力。控制器112可以接收来自系统100的外科医生或操作者的输入，或者可以接收来自计算装置118的信号，该信号对应于按特定方式来操作压力源110的命令(例如，增加、减小或保持体积101的尺寸)。可替代地，控制器112可以自主地操作压力源110，无论是基于所检测到的或所计划的铰接构件104的移动或来自传感器114或计算装置118的信息，还是基于如下文更详细所述的外科手术计划，或以其他方式。控制器112也可基于以下项之间的距离来操作压力源110：一方面，铰接构件104；另一方面，患者以及/或者患者的组织或解剖特征。例如，当铰接构件104非常靠近患者的开放组织时，控制器112可以减小(或保持在减小的位置)体积101以避免盖布102与患者开放组织之间的接触。在盖布102如上所述进行了分段的情况下，控制器112可以仅减小(或保持在减小的位置)与处于患者开放组织附近的这部分铰接构件104相对应的体积101，而无需改变与铰接构件104的其他部分相对应的体积101。
通过使流体经由压力源开口121离开所基本上围住的体积101，控制器112可以使压力源110在盖布102与铰接构件104之间形成真空。如果盖布102发生渗漏，则保持真空或大气压可有利地降低患者的污染(例如，感染)风险，因为潜在的受污染空气将持续从体积101内被清除掉或保存于该体积内，并且因此可远离患者。控制器112也可以使压力源110在体积101内形成任何范围的压力(例如，高压、低压、大气压等)。控制器112也可以使压力源110不断地清除空气，以保持盖布102之内的压力，但是在其他实施方案中，控制器112可以按周期性间隔来重置压力(例如，大气压、真空等)。在一些实施方案中，控制器112可以使压力源110持续运行(例如，当在最小体积与最大体积之间转换时，或反之亦然)，而在其他实施方案中，控制器112可以使压力源110间歇运行(例如，当保持当前体积时)。
至少部分地基于铰接构件104的移动，控制器112也可使基本上被盖布102所围住的体积101增加或减小。例如，当至少一个传感器114中的一个传感器感测到来自铰接构件104的移动时，控制器112可以增加体积101(例如，增加从压力源110流入体积101中的流体)，并且当传感器114不再检测到来自铰接构件104的移动时，控制器可以减小体积101(例如，减小流体流并且由压力源110形成负压)。在一些实施方案中，相同的计算装置118或控制器112操作压力源110和铰接构件104或引起它们的操作，使得可以跟随铰接构件104的操作，而非在检测到铰接构件104的操作时，向压力源110提供适当命令而用于增加或减小体积101。在其他示例中，基于一个或多个预计划移动，控制器112可以增加或减小体积101。当铰接构件104静止时，控制器112还可使基本上被盖布102所围住的体积101减小至或保持在最小体积(或另一体积)。控制器112也可基于从至少一个传感器114所接收的数据，检测对铰接构件104和/或盖布102的冲击，如下文将更详细所述。
系统100可包括至少一个传感器114，但是在一些实施方案中，系统100可不包括任何传感器114。至少一个传感器114能够操作以测量或监测系统100的特性。该特性可包括但不限于以下一项或多项：渗漏(例如，盖布102的渗透)、冲击(例如，对盖布102、工具106和/或铰接构件104的冲击)、压力(例如，体积101的压力)、压力变化(例如，是否由于渗漏、压力源110的故障或其他原因所导致的压力变化)、或移动(例如，铰接构件104的移动)等。在一些实施方案中，该特性是基本上被盖布102所围住的体积101之内的压力。
传感器114可以是任何类型的用于测量本文特性的传感器114。传感器114可包括以下一项或多项或其任何组合：电气部件、机械部件、机电部件、磁性部件、或电磁部件等。传感器114可包括但不限于以下一项或多项：压力换能器、流量计、应变仪、电容器或加速计。在一些实施方案中，传感器114可包括用于存储传感器数据的存储器。在还有其他示例中，传感器114可以向一个或多个源(例如，压力源110、控制器112、导航系统116、计算装置118和/或机器人134)输出信号(例如，传感器数据)。
在一些示例中，当压力变化时，至少一个传感器114可以触发控制器112(例如，通过直接向控制器112发送信号或经由计算装置118发送信号)以增加或减少流入或流出体积101的流体。在其他示例中，至少一个传感器114可以触发控制器112以选择性地操作压力源110，以便在体积101内实现预定压力。在还有其他示例中，至少一个传感器114可以触发警报或通知给外科医生或操作者：压力已经突然增加，由此可能指示盖布102与另一物体碰撞；或者压力已经减小或正在减小，由此可能指示盖布102中的渗漏或一些其他故障。在该特性是流经压力源开口121和/或软管108的流体的实施方案中，如果流体流改变，则至少一个传感器114可触发警报或通知。例如，流体流的变化可以指示压力源110和/或盖布102方面的问题。
在一些实施方案中，至少一个传感器114可定位在基本上被盖布102所围住的体积101之内，或者在其他实施方案中，可以定位在压力源开口121处。在另外的实施方案中，至少一个传感器114也可定位在压力源110处。至少一个传感器114可定位在系统100或环境中的任何部件处或任何部件上(例如，在外科手术部位处的盖布、铰接构件、工具、机器人、软管、压力源、导航系统和/或任何其他部件的任何部分上)。基于至少一个传感器114将测量或监测的特性，可以确定至少一个传感器114的位置。例如，如果至少一个传感器114将测量体积101的内部压力，则至少一个传感器114可以放置在铰接构件104上或盖布102的内表面上。另一方面，如果至少一个传感器114将测量流经压力源开口121的流体，则可以将至少一个传感器114放置在压力源开口121邻近处或其内，或放置在软管108内。此外，至少一个传感器114可包括多个传感器，并且每个传感器可定位在与任何其他传感器相同的位置或不同的位置。
至少一个传感器114可以是能够操作的，以感测体积101的压力变化、压力源110处的流体流速变化、或压力源开口121处的流体流速变化等。如前所述，关于所测量或所监测特性的数据可以是直接有用的(例如，可以将所测量的压力与目标压力进行比较，以确定是否需要操作压力源110以及对其进行操作的范围)和/或间接有用的(例如，压力的突增可以指示了围绕铰接构件104的盖布102与另一物体之间的碰撞，或者不断下降的压力(当期望压力为正时)或不断上升的压力(当期望压力为负时)可以指示了盖布102中或加压系统中的其他位置的渗漏)。当至少一个传感器114检测到特性的变化时，至少一个传感器114可以向控制器112发送数据。此外，在一些实施方案中，至少一个传感器114可将数据发送到计算装置118，以在用户界面126(图4所示)上显示或以其他方式通知外科医生或操作者该特性变化。在其他实施方案中，通过警报，诸如但不限于声音或信号灯显示，至少一个传感器114可以警告外科医生或操作者该特性变化。通过监测并警告外科医生或操作者关于系统100中的一个或多个变化，至少一个传感器114可有利地提供安全功能，从而警告外科医生或操作者关于压力源110、盖布102、铰接构件104或系统100的任何其他部件或方面的潜在问题。
在一些实施方案中，系统100可包括导航系统116，但在其他实施方案中，系统100可不包括导航系统116。在操作期间，导航系统116可以为外科医生和/或外科手术机器人提供导航。导航系统116可以是任何现在已知的或将来开发的导航系统，包括例如MedtronicStealthStationTMS8外科手术导航系统。在各种实施方案中，导航系统116可用于跟踪铰接构件104(或更具体地，附接到铰接构件104的导航跟踪器)的位置。导航系统116可包括用于跟踪手术室内的一个或多个参考标记、导航跟踪器、或其他物体的相机或其他传感器。导航系统116可包括显示器，用于显示来自外部源(例如，计算装置118、相机或其他源)的一张或多张图像、或来自导航系统116的相机或其他传感器的视频流。在一些实施方案中，导航系统116可以向控制器112和/或计算装置118提供位置、移动和/或其他信息，以用于控制压力源110和/或系统100的任何其他方面。在一些实施方案中，无需使用导航系统116，系统100即可运行。
转到图4，示出了具有计算装置118的系统100。根据本公开的实施方案，计算装置118可包括处理器120、存储器124、通信接口122和用户界面126。上文参照图1和图2描述了图4所示的系统100的其他部件(例如，压力源110、控制器112、传感器114、导航系统116和/或机器人134)。在本公开的一些实施方案中，系统(诸如，图4的系统100)可不包括一个或多个所示部件，可包括图4未示出的其他部件，以及/或者可包括与图4所示的系统100的一个或多个部件相似但不相同的部件。此外，在一些实施方案中，计算装置(诸如计算装置118)可具有比计算装置118更多或更少的部件。
计算装置118的处理器120可以是本文所述的任何处理器或任何类似的处理器。处理器120可被配置成执行存储在存储器124中的指令，这些指令可使处理器120利用或基于从用户界面126、至少一个传感器114、机器人134、控制器112和/或导航系统116所接收的数据，执行一个或多个计算步骤。
存储器124可以是或包括RAM、DRAM、SDRAM、其他固态存储器、本文所述的任何存储器、或用于存储计算机可读数据和/或指令的任何其他有形的非暂态存储器。存储器124可以存储可用于完成本文所述的方法500的任何步骤的信息或数据。存储器124可以存储例如一个或多个体积顺序算法128、一个或多个体积顺序指令130、和/或一个或多个外科手术计划132。在一些实施方案中，可以将此类指令130和/或算法128组织成一个或多个应用、模块、软件包、层或引擎。算法128和/或指令130可使处理器120操纵存储在存储器124中以及/或者从导航系统116所接收的数据。
计算装置118也可包括通信接口122。通信接口122可用于从外部源(诸如压力源110、控制器112、至少一个传感器114、机器人134和/或导航系统116)接收传感器数据或其他信息，以及/或者用于向外部系统或装置(例如，压力源110、控制器112、至少一个传感器114、机器人134和/或导航系统116)传输指令、数据或其他信息。通信接口122可包括一个或多个有线接口(例如，USB端口、以太网端口、火线端口)和/或一个或多个无线接口(例如，被配置成经由一个或多个无线通信协议(诸如802.11a/b/g/n、蓝牙、NFC、ZigBee等)传输信息)。在一些实施方案中，通信接口122可用于使计算装置118能够与一个或多个其他处理器120或计算装置118通信，无论是为了减少完成计算密集型任务所需的时间还是出于任何其他原因。
计算装置118也可包括一个或多个用户界面126。用户界面126可以是或包括键盘、鼠标、跟踪球、显示屏、电视、触摸屏、操纵杆、开关、按钮、和/或用于从用户接收信息和/或用于向用户提供信息的任何其他装置。用户界面126可用于例如：接收关于外科手术计划的用户选择或其他用户输入；接收与确定选择性地增加和减小基本上被盖布102所围住的体积101的顺序有关且有用的用户输入；接收关于基于顺序来生成指令的用户输入；以及/或者显示用于使控制器112控制压力源110的指令。在一些实施方案中，用户界面126可用于允许外科医生或其他用户修改所显示的第一指令、第二指令或其他信息。在一些实施方案中，诸如上文描述的用户输入对于本文中描述的系统、装置和方法的操作来说可以是可选的或不需要的。
尽管用户界面126被示出为计算装置118的一部分，但是在一些实施方案中，计算装置118可利用与计算装置118的一个或多个其余部件分开容纳的用户界面126。在一些实施方案中，用户界面126可接近计算装置118的一个或多个其他部件定位，但是在其他实施方案中，用户界面126可远离计算装置118的一个或多个其他部件定位。
现在转到图5，根据本公开的实施方案，用于控制盖布102的体积101的方法500可全部或部分在计算装置118上执行。方法500可以使用例如上文参照图1至图3所述的系统100来执行。
方法500包括接收外科手术计划132(步骤502)。外科手术计划132可以经由计算装置118的用户界面126和/或通信接口122接收，并且可以存储在存储器124中。外科手术计划132可包括关于在手术过程期间基本上被盖布102所围住的铰接构件104的一个或多个计划移动的信息。该信息也可包括一个或多个计划移动的时间线或时间表。一个或多个计划移动可包括以下一项或多项：时间戳、移动类型(例如，平移式和/或旋转式移动)、移动持续时间和/或位置信息(例如，坐标)。
在一些实施方案中，方法500可包括：在外科手术计划132所概述或以其他方式所描述的外科手术过程期间，确定关于铰接构件104所需的一个或多个移动的信息。在此类实施方案中，外科手术计划可不包括计算装置118所接收的任何此类信息，但是执行了存储在存储器124中的指令的处理器120可以基于外科手术计划132，生成此类信息。
方法500也包括：基于关于铰接构件104的一个或多个计划移动或所需移动的信息，确定选择性地增加、保持和/或减小基本上被盖布102所围住的体积101的顺序(步骤504)。如上所述，盖布102可至少部分地围绕铰接构件104。一个或多个体积顺序算法128可被配置成确定选择性地增加、保持和减小体积101的顺序。在一些实施方案中，确定该顺序可基于一个或多个计划移动的时间线或时间表。在其他实施方案中，确定该顺序可基于以下一项或多项：时间戳、每项移动的类型(例如，平移式和/或旋转式移动)、每项移动的持续时间和/或位置信息(例如，坐标)。
此外，该顺序可包括：在铰接构件104的计划移动超过预定阈值之前增加基本上被盖布102所围住的体积101。换句话说，确定该顺序可包括：针对每项移动，计算铰接构件104的位置变化；识别该变化是否超过或满足预定阈值(其可以例如存储在存储器124中，以及/或者可以为铰接构件104、机器人134、盖布102或系统100的任何其他部件所专有)；以及当该变化超过或满足阈值时，确定将增加该体积101，或者如果该变化低于阈值，则确定将该体积101保持或减小至最小体积。因此，可以执行低于预定阈值的铰接构件104的移动而无需增加体积101。当体积101由于铰接构件104的位置变化超过或满足阈值而增加时，可以在铰接构件104已经完成对应的移动之后，将体积101减小至最小体积(或减小至中间体积)。
方法500还包括：基于该顺序生成指令(步骤506)。所生成的指令可以是体积顺序指令130。体积顺序指令130可被配置成基于所确定的顺序使体积101选择性地增加、保持和减少。这些指令可被配置成例如使控制器112控制压力源110，以便根据该顺序选择性地增加和减小体积101。
然而，在一些实施方案中，基于存储在其存储器中的指令而非基于外科手术计划，控制器112可以控制压力源110以自动增加和减小体积101。例如，控制器112可被配置成当铰接构件104开始移动时自动开始增加体积101，并且当铰接构件104停止时自动开始减小体积101。控制器112还可被配置成当铰接构件不移动时自动地保持体积内的预定压力。
这些指令可包括一个或多个指令，在铰接构件104的每项移动之前，以及/或者在执行一个或多个计划体积增加或减小中的一项之前，这些指令使警报或其他指示信息被发给外科医生(例如，经由用户界面126)。在一些实施方案中，此类警报可以暂停外科手术计划132的执行，以供外科医生或其他操作者批准。在其他实施方案中，警报可以简单地通知外科医生所计划的移动和/或所计划的体积增加或减小，并且自动执行所计划的移动。警报和/或通知可以显示在用户界面126上以及/或者可包括声音和/或视觉显示。
如基于前述公开内容应当了解，本公开涵盖了具有少于图5中标识的所有步骤的方法(以及方法500的对应描述)、以及包括除图5中标识的那些步骤之外的附加步骤的方法(以及方法500的对应描述)。
本文所述的方法和系统提供了一种用于在外科手术过程期间保护患者免受非无菌物体伤害的盖布。通过利用泵、压缩机或其他压力源来选择性地增加或减小盖布所围住的体积，可以使盖布膨胀以适应盖布所围住的可移动设备的移动，并且也可以使盖布适形于可移动设备。这些方法和系统有利地允许设备的移动，而无需重新盖上盖布，不存在盖布卡在铰接臂或其任何部件中的风险，并且过多材料不会聚拢在患者附近。这些方法和系统也可提供对系统和/或其任何单个部件(例如，盖布、铰接构件和/或压力源)的监测，从而警告外科医生或操作者对系统的潜在干扰。
已经出于说明和描述的目的呈现了前述讨论。前述内容并非旨在将本公开限于本文中所公开的一种或多种形式。在前述的具体实施方式中，出于简化本公开的目的，将本公开的例如各种特征在一个或多个方面、实施方案和/或配置中聚集在一起。本公开的方面、实施方案和/或配置的特征可在除上文所论述的那些之外的替代性方面、实施方案和/或配置中组合。不应将本公开内容的方法解释为反映以下意图：权利要求需要比每个权利要求中明确叙述的更多的特征。相反，如以下权利要求书所反映，本发明方面在于少于单个前述公开的方面、实施方案和/或配置的全部特征。因此，将以下权利要求特此并入这个具体实施方式中，其中每个权利要求作为本公开的单独的优选实施方案而独立存在。
此外，尽管描述已经包含对一个或多个方面、实施方案和/或配置以及某些变化和修改的描述，但在理解本公开后，其他变化、组合和修改也在本公开的范围内，例如，如可在本领域的技术人员的技能和知识内。期望获得在准许的范围内包含替代方面、实施方案和/或配置的权利，包含所要求保护的替代、可更换和/或等效的结构、功能、范围或步骤，而无论这些替代、可更换和/或等效的结构、功能、范围或步骤是否在本文中公开，且不期望公开用于任何可获专利的主题。

Claims (25)

1.一种用于控制盖布的体积的系统，所述系统包括：
盖布，所述盖布被配置成至少部分地覆盖铰接构件；和
控制器，所述控制器被配置成使所述盖布所围住的体积跟随所述铰接构件的移动而改变，并且
其中随着所述盖布所围住的体积减小，所述盖布逐渐适形于所述铰接构件。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被配置成至少部分地基于来自至少一个传感器的输入使所述盖布所围住的体积改变，所述至少一个传感器被配置成监测以下至少一项：所述盖布所围住的体积之内的压力；或流经所述盖布中的一个或多个开口的流体。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述至少一个传感器定位在所述盖布所围住的体积之内或之外。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被配置成在所述铰接构件的计划移动之前使所述盖布所围住的体积增加。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述控制器被配置成在所述铰接构件的所述计划移动之后使所述盖布所围住的体积减小。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被配置成使压力源经由压力源开口来清除所围住的体积中的流体。
7.根据权利要求1所述的系统，还包括压力源，所述压力源被配置用于与所述盖布所围住的体积流体连通。
8.根据权利要求1所述的系统，还包括至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置成监测所述盖布所围住的体积内的压力，并且其中所述控制器被配置成基于来自所述至少一个传感器的输入而检测所述盖布与外部物体之间的碰撞。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被配置成通过在大于环境压力的第一压力与小于所述环境压力的第二压力之间更改所述盖布所围住的体积内的工作压力来改变所述盖布所围住的体积。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被配置成通过在小于环境压力的第一压力与不同于所述第一压力并且也小于所述环境压力的第二压力之间更改所述盖布所围住的体积内的工作压力来改变所述盖布所围住的体积。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被配置成通过更改所述盖布所围住的体积内的工作压力来改变所述盖布所围住的体积。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述盖布包括至少一个工具开口，所述至少一个工具开口使工具能够通过所述铰接构件而支撑在所述盖布所围住的体积之外。
13.一种用于控制基本上被盖布所围住的体积的系统，所述系统包括：
压力源，所述压力源能够操作以通过选择性地对盖布与铰接构件之间的体积施加正压或负压而选择性地增加、保持或减小所述体积；
至少一个传感器，所述至少一个传感器能够操作以监测所述系统的特性；和
控制器，所述控制器至少部分地基于来自所述传感器的数据而控制所述压力源，
其中随着基本上被所述盖布所围住的体积减小，所述盖布逐渐适形于所述铰接构件。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述特性是以下至少一项：基本上被所述盖布所围住的体积之内的压力；或流经所述盖布中的开口的流体。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述控制器还至少部分地基于与所述铰接构件的移动相对应的信息而控制所述压力源。
16.根据权利要求13所述的系统，其中当所述盖布适形于所述铰接构件时，所述铰接构件的至少一部分可重新定位。
17.根据权利要求13所述的系统，其中所述控制器通过使流体经由所述压力源开口离开所述基本上围住的体积而使所述压力源在所述盖布与所述铰接构件之间形成真空。
18.根据权利要求17所述的系统，其中持续保持所述盖布与所述铰接构件之间的所述真空，以防止所述盖布中出现一处或多处渗漏。
19.根据权利要求13所述的系统，其中所述特性是所述铰接构件的移动。
20.根据权利要求13所述的系统，其中所述特性是所述盖布中的一处或多处渗漏。
21.根据权利要求13所述的系统，其中所述控制器基于从所述至少一个传感器所接收的数据而检测对所述盖布的冲击。
22.一种用于控制盖布的体积的方法，所述方法包括：
接收外科手术计划，所述外科手术计划包括关于铰接构件的一个或多个计划移动的信息，所述铰接构件至少部分地被盖布围住；
基于所述外科手术计划，确定增加和减小所述盖布所围住且围绕至少一部分所述铰接构件的体积的顺序；以及
基于所述顺序生成指令，所述指令被配置成使控制器控制压力源，以根据所述顺序增加和减小所述体积。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述顺序包括：在所述铰接构件的计划移动之前增加基本上被所述盖布所围住的体积。
24.根据权利要求22所述的方法，其中所述铰接构件包括第一可移动段和第二可移动段，其中所述盖布包括围住第一体积的第一部分和围住第二体积的第二部分，所述第一体积至少部分地包围所述第一可移动段，所述第二体积至少部分地包围所述第二段，并且此外，其中所述外科手术计划包括关于所述第一可移动段和所述第二可移动段中的每一者的一个或多个计划移动的信息。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述指令被配置成使所述控制器基于所述外科手术计划而控制所述压力源，以跟随所述铰接构件的所述第一可移动段的移动来增加所述第一体积，同时跟随所述铰接构件的所述第二可移动段的静止状态来减小或保持所述第二体积。
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