CN118159210A - 用于控制协同外科器械的系统 - Google Patents

用于控制协同外科器械的系统 Download PDF

Info

Publication number
CN118159210A
CN118159210A CN202280071284.6A CN202280071284A CN118159210A CN 118159210 A CN118159210 A CN 118159210A CN 202280071284 A CN202280071284 A CN 202280071284A CN 118159210 A CN118159210 A CN 118159210A
Authority
CN
China
Prior art keywords
surgical
tissue
instrument
electrosurgical instrument
data
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280071284.6A
Other languages
English (en)
Inventor
F·E·谢尔顿四世
C·J·谢伊布
J·L·哈里斯
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.)
Cilag GmbH International
Original Assignee
Cilag GmbH International
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cilag GmbH International filed Critical Cilag GmbH International
Publication of CN118159210A publication Critical patent/CN118159210A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/04—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
    • A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
    • A61B18/14—Probes or electrodes therefor
    • A61B18/1442—Probes having pivoting end effectors, e.g. forceps
    • A61B18/1445—Probes having pivoting end effectors, e.g. forceps at the distal end of a shaft, e.g. forceps or scissors at the end of a rigid rod
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00002—Operational features of endoscopes
    • A61B1/00004—Operational features of endoscopes characterised by electronic signal processing
    • A61B1/00009—Operational features of endoscopes characterised by electronic signal processing of image signals during a use of endoscope
    • A61B1/000095—Operational features of endoscopes characterised by electronic signal processing of image signals during a use of endoscope for image enhancement
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/005—Flexible endoscopes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
    • A61B1/044—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances for absorption imaging
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/313—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor for introducing through surgical openings, e.g. laparoscopes
    • A61B1/3132—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor for introducing through surgical openings, e.g. laparoscopes for laparoscopy
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/04—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
    • A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
    • A61B18/1206—Generators therefor
    • A61B18/1233—Generators therefor with circuits for assuring patient safety
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/04—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
    • A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
    • A61B18/14—Probes or electrodes therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/04—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
    • A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
    • A61B18/14—Probes or electrodes therefor
    • A61B18/1442—Probes having pivoting end effectors, e.g. forceps
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/04—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
    • A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
    • A61B18/14—Probes or electrodes therefor
    • A61B18/1482—Probes or electrodes therefor having a long rigid shaft for accessing the inner body transcutaneously in minimal invasive surgery, e.g. laparoscopy
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B34/32—Surgical robots operating autonomously
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B34/37—Master-slave robots
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A61B90/361—Image-producing devices, e.g. surgical cameras
    • 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
    • G16H30/20—ICT specially adapted for the handling or processing of medical images for handling medical images, e.g. DICOM, HL7 or PACS
    • 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
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/11—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets for performing anastomosis; Buttons for anastomosis
    • A61B17/115—Staplers for performing anastomosis in a single operation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/11—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets for performing anastomosis; Buttons for anastomosis
    • A61B17/115—Staplers for performing anastomosis in a single operation
    • A61B17/1155—Circular staplers comprising a plurality of staples
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00017—Electrical control of surgical instruments
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00315—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body for treatment of particular body parts
    • A61B2018/00482—Digestive system
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00315—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body for treatment of particular body parts
    • A61B2018/00505—Urinary tract
    • A61B2018/00517—Urinary bladder or urethra
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00571—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body for achieving a particular surgical effect
    • A61B2018/00577—Ablation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00571—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body for achieving a particular surgical effect
    • A61B2018/00601—Cutting
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
    • A61B2018/00642—Sensing and controlling the application of energy with feedback, i.e. closed loop control
    • A61B2018/00654—Sensing and controlling the application of energy with feedback, i.e. closed loop control with individual control of each of a plurality of energy emitting elements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
    • A61B2018/00696—Controlled or regulated parameters
    • A61B2018/00702—Power or energy
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
    • A61B2018/00696—Controlled or regulated parameters
    • A61B2018/00702—Power or energy
    • A61B2018/00708—Power or energy switching the power on or off
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
    • A61B2018/00773—Sensed parameters
    • A61B2018/00779—Power or energy
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
    • A61B2018/00773—Sensed parameters
    • A61B2018/00827—Current
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
    • A61B2018/00773—Sensed parameters
    • A61B2018/00875—Resistance or impedance
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
    • A61B2018/00773—Sensed parameters
    • A61B2018/00892—Voltage
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
    • A61B2018/00898—Alarms or notifications created in response to an abnormal condition
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00982—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body combined with or comprising means for visual or photographic inspections inside the body, e.g. endoscopes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2055—Optical tracking systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2055—Optical tracking systems
    • A61B2034/2057—Details of tracking cameras
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2065—Tracking using image or pattern recognition
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B2034/302—Surgical robots specifically adapted for manipulations within body cavities, e.g. within abdominal or thoracic cavities
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
    • A61B2090/061—Measuring instruments not otherwise provided for for measuring dimensions, e.g. length
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
    • A61B2090/064—Measuring instruments not otherwise provided for for measuring force, pressure or mechanical tension
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Otolaryngology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Endoscopes (AREA)
  • Surgical Instruments (AREA)

Abstract

提供了用于控制协同外科器械的系统、装置和方法。本公开的各个方面提供了用于从不同的或共享的外科方法进入各种外科部位的外科器械的协调的操作，以实现共同的或协同的外科目的。例如，本文所公开的各种方法、装置和系统可使得能够通过不同的微创外科系统对组织进行协调治疗，这些微创外科系统从不同的解剖空间接近该组织，并且必须以不同的方式但彼此协调地操作，以实现期望的外科治疗。

Description

用于控制协同外科器械的系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2021年9月29日提交的名称为“Methods and Systems forControlling Cooperative Surgical Instruments”的美国临时专利申请号63/249,877的优先权，该美国临时专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文。
背景技术
一些外科手术需要使用多个外科器械同时在组织的区域或部分上操作以成功地执行手术。在一些情况下，由于手术的性质，有必要或有帮助的是，多个外科器械基于一个或多个其他器械的动作来协同地移动并且/或者改变器械功能性，使得器械朝向共同的外科目标共同地工作。
然而，一次协调多个器械之间的运动同时仍然保持对手术的其他方面的适当聚焦可能是具有挑战性的。另外，诸如在微创手术期间，器械的直接可视化和容易接近可能是具有挑战性的或不可能的。
因此，仍需要用于基于其他外科器械的动作来控制协同外科器械以实现共同外科目的的改进的方法和系统。
发明内容
在一方面，本文提供了一种系统，该系统具有第一电外科器械、第二电外科器械和控制器。第一电外科器械具有端部执行器，并且该端部执行器被配置为能够在位于患者体内的第一外科治疗部位处抓紧组织并且向该组织递送能量。第二电外科器械也具有端部执行器，并且该端部执行器被配置为能够在第一外科治疗部位处抓紧组织并且向该组织递送能量。控制器被配置为能够从第二电外科器械接收与由第一电外科器械递送到组织的能量的量相关的数据，基于所接收的数据来至少确定由第一电外科器械递送的能量的量，以及基于所接收的数据来确定对由第一电外科器械递送的能量的量的调整。
该系统可具有多种变型。例如，该系统还可包括具有图像传感器的内窥镜系统，该图像传感器被配置为能够捕获表征第一电外科器械或第二电外科器械中的至少一者的图像的图像数据。在另一个示例中，控制器可以被配置为能够将由第一电外科器械递送的能量的所确定的量与预定阈值进行比较。在又一个示例中，控制器可以被配置为能够基于所接收的数据自动调整由第一电外科器械递送的能量的量。
在一些实施方案中，控制器可以被配置为能够基于所接收的数据提供关于由第一电外科器械递送的能量的量的警报。在一些示例中，第一电外科器械可以被构造成能够从第一体腔在第一外科治疗部位处的组织上操作，并且第二电外科器械可以被构造成能够从第二体腔在第一外科治疗部位处的组织上操作。在其他示例中，控制器可以被配置为能够基于所接收的数据来确定第一外科治疗部位处的组织的组织参数。在一些示例中，控制器可以被配置为能够基于所接收的数据改变第一电外科器械的通电状态。
在另一方面，提供了一种系统，该系统具有数据处理器和存储器，该存储器存储被配置为能够使得数据处理器执行操作的指令，这些操作包括：从第二电外科器械实时地接收与由第一电外科器械递送到位于患者体内的第一外科治疗部位处的组织的能量的量相关的数据；基于从第二电外科器械接收的数据来至少确定由第一电外科器械递送的能量的量；以及基于所接收的数据来确定对由第一电外科器械递送的能量的量的调整。
该系统可具有多种不同的变型。例如，数据处理器的操作可包括从内窥镜系统实时地接收第一电外科器械的图像。在另一个示例中，数据处理器的操作可包括将由第一电外科器械递送的能量的所确定的量与预定阈值进行比较。在又一个示例中，数据处理器的操作可包括基于所接收的数据来自动调整由第一电外科器械递送的能量的量。在其他示例中，数据处理器的操作可包括基于所接收的数据来确定第一外科治疗部位处的组织的组织参数。在一些示例中，至少一个数据处理器的操作还可包括基于所接收的数据来改变第一电外科器械的通电状态。
在另一方面，提供了一种方法，该方法包括由控制器从第二电外科器械实时地接收与由第一电外科器械递送到位于患者体内的第一外科治疗部位处的组织的能量的量相关的数据。该方法还包括由控制器基于所接收的数据来至少确定由第一电外科器械递送的能量的量，以及基于所接收的数据来确定对由第一电外科器械递送的能量的量的调整。
该方法可具有多种变型。例如，该方法还可包括从第一内窥镜实时地接收第一电外科器械的图像。在另一个示例中，该方法可包括基于所接收的数据来自动调整由第一电外科器械递送的能量的量。在又一个示例中，该方法可包括基于所接收的数据来改变第一电外科器械的通电状态。
在又一方面，提供了一种系统，该系统包括第一外科器械、第二外科器械和控制器。第一外科器械被构造成能够在位于患者体内的第一外科治疗部位处的目标组织上操作，并且第二外科器械被构造成能够将第一外科器械相对于目标组织锚定在第一外科治疗部位处。控制器被配置为能够确定由第一外科器械和第二外科器械向目标组织施加的组织负载的总量，并且对由第一外科器械和第二外科器械中的每一者施加的组织负载施加限制，以将目标组织上的组织负载的总量维持在预定阈值以下。
该系统可具有多种变型。例如，第一外科器械和第二外科器械可以被构造成能够设置在共用的体腔内。在另一个示例中，第一外科器械和第二外科器械可以被构造成能够设置在患者体内分开的体腔中的目标组织的相反两侧上。在又一个示例中，第一外科器械和第二外科器械可以被构造成能够捕获在两者间的组织。在一个示例中，第一外科器械和第二外科器械可包括外科缝合器、电外科器械或抓紧器。在一些实施方案中，该系统可包括具有图像传感器的柔性内窥镜，该图像传感器被配置为能够获取第一外科器械或第二外科器械中的至少一个的图像。在其他实施方案中，控制器可以被配置为能够从柔性内窥镜接收图像。
在另一方面，提供了一种系统，该系统具有数据处理器和存储器，该存储器存储被配置为能够使得数据处理器执行操作的指令。这些操作包括实时地接收表征由第一外科器械向患者体内的第一外科部位处的目标组织施加的组织负载的数据，以及实时地接收表征由位于患者体内的第二外科器械施加的组织负载的数据。此外，第二外科器械被构造成能够将第一外科器械相对于目标组织锚定在第一外科治疗部位处。这些操作还包括：至少基于所接收的关于第一外科器械和第二外科器械的数据来确定由第一外科器械和第二外科器械向目标组织施加的组织负载的总量，以及对由第一外科器械和第二外科器械中的每一个施加在目标组织上的组织负载施加限制，以将目标组织上的组织负载的总量维持在预定阈值以下。
该系统可具有许多不同的变型。例如，数据处理器的操作还可包括从内窥镜的图像传感器实时地接收表征第一外科器械或第二外科器械中的至少一个的图像的图像数据。在另一个示例中，数据处理器的操作可包括从内窥镜的图像传感器实时地接收表征第一外科器械或第二外科器械中的至少一个的图像的图像数据。在一些示例中，第一外科器械和第二外科器械被构造成能够设置在共用的体腔内。在其他示例中，第一外科器械和第二外科器械可以被构造成能够设置在患者体内分开的体腔中的目标组织的相反两侧上。在又一个示例中，第一外科器械和第二外科器械被构造成能够捕获在两者间的组织。在一个示例中，第一外科器械和第二外科器械可包括外科缝合器、电外科器械或抓紧器。
在另一方面，提供了一种方法，该方法包括在控制器处与对患者的外科手术的执行实时地接收关于第一外科器械的数据，该第一外科器械在患者体内的第一外科治疗部位处的目标组织上操作。该方法还包括在控制器处与对患者的外科手术的执行实时地接收关于第二外科器械的数据，该第二外科器械正将第一外科器械相对于目标组织锚固在第一外科治疗部位处。该方法还包括在控制器处至少基于所接收的关于第一外科器械和第二外科器械的数据来确定由第一外科器械和第二外科器械向目标组织施加的组织负载的总量，以及使用控制器对由第一外科器械和第二外科器械中的每一个施加在目标组织上的组织负载施加限制，以将目标组织上的组织负载的总量维持在预定阈值以下。
该方法可具有多种变型。例如，该方法可包括利用控制器基于目标组织在患者体内的位置来改变预定阈值。在另一个示例中，第二外科器械可向控制器提供关于第一外科器械和第二外科器械的数据。在又一示例中，第一外科器械和第二外科器械可包括外科缝合器、电外科器械或抓紧器。在一些示例中，该方法还可包括在控制器处从具有图像传感器的柔性内窥镜接收表征第一外科器械或第二外科器械中的至少一个的图像的图像数据。
在又一方面，提供了一种系统，该系统具有第一外科器械、第二外科器械和控制器。第一外科器械被构造成能够在位于患者体内的第一外科治疗部位上操作，并且第二外科器械被构造成能够在第一外科治疗部位上操作。控制器被配置为能够分析第一外科器械的移动，并基于第一外科器械的所分析的移动来自动改变第二外科器械的移动。
该系统可具有多种不同的变型。例如，第二外科器械的改变的移动可包括第一外科器械的模拟移动和第一外科器械的镜像移动中的至少一种。在另一个示例中，第一外科器械的所分析的移动可包括第一外科器械的监测参数，并且控制器可被配置为能够基于监测参数自动改变第二外科器械的移动。在又一个示例中，控制器可以被配置为能够自动地改变第二外科器械的移动，以将监测参数维持在一致的值。在另外的示例中，第一外科器械和第二外科器械可以被构造成能够设置在共用的体腔内。在其他示例中，第一外科器械和第二外科器械可以被构造成能够设置在患者体内分开的体腔中。在一些示例中，第一外科器械和第二外科器械可包括外科缝合器、电外科器械或抓紧器。在其他示例中，该系统还可包括具有图像传感器的柔性内窥镜，该图像传感器被配置为能够捕获表征第一外科器械或第二外科器械中的至少一个的图像的图像数据。
在另一方面，提供了一种系统，该系统包括数据处理器和存储器，该存储器存储被配置为能够使得至少一个数据处理器执行操作的指令。这些操作包括实时地接收表征位于患者体内的第一外科器械的移动的数据，以及至少基于所接收的数据确定第一外科器械的移动，以及基于第一外科器械的移动自动改变位于患者体内的第二外科器械的移动。
该系统可具有许多不同的变型。例如，第二外科器械的改变的移动可包括第一外科器械的模拟或镜像移动中的至少一种。在一些示例中，第一外科器械和第二外科器械可包括外科缝合器、电外科器械或抓紧器。在其他示例中，至少一个数据处理器的操作还可包括从内窥镜的图像传感器实时地接收表征第一外科器械或第二外科器械中的至少一个的图像的图像数据。
在另一方面，提供了一种方法，该方法包括在控制器处与对患者的外科手术的执行实时地接收表征位于患者体内的第一外科器械的移动的数据。该方法还包括在控制器处基于所接收的数据确定第一外科器械的移动，以及基于第一外科器械的移动自动改变位于患者体内的第二外科器械的移动。
该方法可具有多种变型。例如，第二外科器械的改变的移动可包括对第一外科器械的所确定的移动进行模拟或镜像反射中的至少一个。在又一个示例中，该方法可包括在控制器处与外科手术的执行实时地从内窥镜的图像传感器接收表征第一外科器械或第二外科器械中的至少一个的图像的图像数据。
附图说明
参考如下附图描述本发明：
图1是外科可视化系统的一个实施方案的示意图；
图2是图1的外科装置、成像装置和关键结构之间的三角测量的示意图；
图3是外科可视化系统的另一个实施方案的示意图；
图4是用于外科可视化系统的控制系统的一个实施方案的示意图；
图5是外科可视化系统的控制系统的控制电路的一个实施方案的示意图；
图6是外科可视化系统的组合逻辑电路的一个实施方案的示意图；
图7是外科可视化系统的顺序逻辑电路的一个实施方案的示意图；
图8是外科可视化系统的又一实施方案的示意图；
图9是用于外科可视化系统的控制系统的另一个实施方案的示意图；
图10是显示各种生物材料的波长与吸收系数的图；
图11是使外科部位可视化的光谱发射器的一个实施方案的示意图；
图12是描绘用于区分输尿管与遮蔽物的例示性高光谱识别特征的图；
图13是描绘用于区分动脉与遮蔽物的例示性高光谱识别特征的图；
图14是描绘用于区分神经与遮蔽物的例示性高光谱识别特征的图；
图15是术中使用的近红外(NIR)飞行时间测量系统的一个实施方案的示意图；
图16示出了图15的系统的飞行时间时序图；
图17是术中使用的近红外(NIR)飞行时间测量系统的另一个实施方案的示意图；
图18是计算机实现的交互式外科系统的一个实施方案的示意图；
图19是用于在手术室中执行外科手术的外科系统的一个实施方案的示意图；
图20是包括智能外科器械和外科集线器的外科系统的一个实施方案的示意图；
图21是示出控制图20的智能外科器械的方法的流程图；
图21A是示出结肠的主要切除部分的结肠的示意图；
图21B是十二指肠粘膜表面再造手术的一个实施方案的透视局部透视剖视图；
图22是可提供外科器械的协同控制的示例性外科系统的示意图；
图23是可结合到图22的外科系统中的外科器械的示例性实施方案的例示性视图；
图24是可结合到图22的外科系统中的外科器械的另一示例性实施方案的例示性视图；
图25是患者体内的示例性外科部位的例示性视图，其中外科器械的另一个示例性实施方案可结合到图22的外科系统中；
图26是图25的示例性外科部位的另一个例示性视图；并且
图27是示出第一器械和第二器械的阻力负载、位移和速度的曲线图，其中第二器械的阻力负载、位移和速度取决于第一器械。
具体实施方式
现在将描述某些示例性实施方案以从整体上理解本文所公开的装置、系统和方法的结构、功能、制造和使用的原理。这些实施方案的一个或多个示例在附图中示出。本领域的技术人员将会理解，在本文中具体描述的和在附图中示出的装置、系统和方法是非限制性的示例性实施方案，并且本发明的范围仅由权利要求书限定。结合一个示例性实施方案示出或描述的特征部可与其他实施方案的特征部进行组合。此类修改和变型旨在包括在本发明的范围之内。
此外，在本公开中，各实施方案中名称相似的部件通常具有类似的特征部，因此在具体实施方案中，不一定完整地阐述每个名称相似的部件的每个特征部。另外，在所公开的系统、装置和方法的描述中使用线性或圆形尺寸的程度上，此类尺寸并非旨在限制可结合此类系统、装置和方法使用的形状的类型。本领域的技术人员将认识到，针对任何几何形状可容易地确定此类线性和圆形尺寸的等效尺寸。本领域的技术人员将会理解，尺寸可能不是精确的值，但是由于诸如制造公差和测量设备的灵敏度之类的任何数量的因素而被认为是大约处于该值。系统和装置及其部件的尺寸和形状可以至少取决于将与系统和装置一起使用的部件的尺寸和形状。
外科可视化
一般来讲，外科可视化系统被配置为能够利用“数字外科手术”来获得有关患者解剖结构和/或外科手术的附加信息。外科可视化系统被进一步配置为以有用的方式将数据传送给一个或多个医疗从业者。本公开的各个方面提供了患者解剖结构和/或外科手术的改进的可视化，并且/或者使用可视化来提供对外科工具(在本文中也称为“外科装置”或“外科器械”)的改进的控制。
“数字外科手术”可涵盖机器人系统、高级成像、高级仪器、人工智能、机器学习、用于性能跟踪和基准测试的数据分析、手术室(OR)内部和外部两者的连接性以及更多。尽管本文所述的各种外科可视化系统可与机器人外科系统结合使用，但外科可视化系统不限于与机器人外科系统一起使用。在某些情况下，使用外科可视化系统的外科可视化可以在没有机器人技术的情况下和/或在有限的和/或任选的机器人辅助的情况下进行。类似地，数字外科可在没有机器人以及/或者具有有限的和/或任选的机器人辅助的情况下进行。
在某些情况下，结合有外科可视化系统的外科系统可实现智能解剖以便识别和避开关键结构。关键结构包括解剖结构诸如输尿管、动脉诸如肠系膜上动脉、静脉诸如门静脉、神经诸如膈神经和/或肿瘤等解剖结构。在其他情况下，关键结构可以是解剖场中的外来结构，诸如外科装置、外科紧固件、夹具、大头钉、探条、带、板和其他外来结构。关键结构可基于不同患者和/或不同手术来确定。智能解剖技术可以提供例如改进的解剖术中指导和/或可以通过关键解剖检测和避免技术实现更明智的决策。
结合有外科可视化系统的外科系统可实现智能吻合技术，该智能吻合技术利用改善的工作流程在最佳位置处提供更一致的吻合。可以利用外科可视化平台来改进癌症定位技术。例如，癌症定位技术可识别和跟踪癌症位置、取向及其边界。在某些情况下，癌症定位技术可以补偿外科手术期间外科器械、患者和/或患者解剖结构的移动，以便为医疗从业者提供回到感兴趣点的指导。
外科可视化系统可以提供改善的组织表征和/或淋巴结诊断和标测。例如，组织表征技术可在不需要物理触觉的情况下表征组织类型和健康，特别是当在组织内解剖和/或放置缝合装置时。某些组织表征技术可在没有电离辐射和/或造影剂的情况下使用。关于淋巴结诊断和标测，外科可视化平台可以例如在术前定位、标测和理想地诊断涉及癌性诊断和分期的淋巴系统和/或淋巴结。
在外科手术期间，医疗从业者通过“肉眼”和/或成像系统可获得的信息可能提供外科部位的不完整视图。例如，某些结构(诸如嵌入或掩埋在器官内的结构)可至少部分地被隐蔽或隐藏起来使其不被看见。另外，某些尺寸和/或相对距离可能难以利用现有的传感器系统探知和/或难以让“肉眼”感知。此外，某些结构可在术前(例如，在外科手术之前但在术前扫描之后)和/或术中运动。在此类情况下，医疗从业者可能无法在术中准确地确定关键结构的位置。
当关键结构的方位不确定时和/或当关键结构与外科工具之间的接近度未知时，医疗从业者的决策过程可能受到阻碍。例如，医疗从业者可避开某些区域，以避免意外解剖关键结构；然而，所避开的区域可能不必要地较大和/或至少部分地错位。由于不确定性和/或过于/过度谨慎操作，医疗从业者可能无法进入某些期望的区域。例如，过度谨慎可能导致医疗从业者留下肿瘤和/或其他不期望的组织的一部分，以企图避开关键结构，即使关键结构不在该特定区域中并且/或者不会受到在该特定区域中工作的医疗从业者的负面影响。在某些情况下，可通过增加知识和/或确定性来改善外科结果，这可使得外科医生在特定解剖区域方面更加准确，并且在某些情况下，使得外科医生不那么保守/更有进取性。
外科可视化系统可以允许术中识别和避免关键结构。因此，外科可视化系统可以实现增强的术中决策制定和改善的外科结果。外科可视化系统可以提供高级可视化能力，超出医疗从业者用“肉眼”所见的内容以及/或者超出成像系统可识别并且/或者传达给医疗从业者的内容。外科可视化系统可以增强和加强医疗从业者在组织治疗(例如，解剖等)之前能够知道的信息，并且因此可在各种情况下改善结果。因此，医疗从业者知道外科可视化系统正在跟踪例如可在解剖期间接近的关键结构，可在整个外科手术期间确信地保持动力。外科可视化系统可在足够长的时间内向医疗从业者提供指示，以使医疗从业者暂停和/或减慢外科手术并且评估与关键结构的接近度，以防止对其造成意外损坏。外科可视化系统可向医疗从业者提供理想的、优化的和/或可定制的信息量，以允许医疗从业者确信地和/或快速地运动穿过组织，同时避免对健康组织和/或关键结构造成意外损坏，并且因此最小化由外科手术引起的伤害风险。
下面详细描述了外科可视化系统。一般来讲，外科可视化系统可包括被配置为能够发射多个光谱波的第一光发射器、被配置为能够发射光图案的第二光发射器，以及被配置为能够检测可见光、对光谱波的分子响应(光谱成像)和/或光图案的接收器或传感器。外科可视化系统还可包括成像系统以及与接收器和成像系统信号通信的控制电路。基于来自接收器的输出，控制电路可以确定外科部位处的可见表面的几何表面标测图(例如，三维表面形貌)以及相对于外科部位的距离，诸如到至少部分隐蔽的结构的距离。成像系统可以将几何表面标测图和距离传送给医疗从业者。在此类情况下，提供给医疗从业者的外科部位的增强视图可提供外科部位的相关环境内的隐蔽结构的表示。例如，成像系统可在隐蔽和/或阻挡组织的几何表面标测图上虚拟地增强隐蔽结构，类似于在地面上绘制的线，以指示表面下方的实用线。另外或另选地，成像系统可传达外科工具与可见的阻挡组织和/或与至少部分隐蔽的结构的接近度以及/或者隐蔽结构在阻挡组织的可见表面下方的深度。例如，可视化系统可确定相对于可见组织的表面上的增强线的距离，并且将该距离传达到成像系统。
在整个公开内容中，除非特别提到可见光，否则任何提到的“光”可包括电磁辐射(EMR)或EMR波长光谱的可见和/或不可见部分中的光子。可见光谱(有时被称为光学光谱或发光光谱)是电磁光谱中对人眼可见(例如，可被其检测)的那部分，并且可被称为“可见光”或简称为“光”。典型的人眼将对空气中约380nm至约750nm的波长作出响应。不可见光谱(例如，非发光光谱)是电磁光谱的位于可见光谱之下和之上的部分。人眼不可检测到不可见光谱。大于约750nm的波长长于红色可见光谱，并且它们变为不可见的红外(IR)、微波和无线电电磁辐射。小于约380nm的波长比紫色光谱短，并且它们变为不可见的紫外、x射线和γ射线电磁辐射。
图1示出了外科可视化系统100的一个实施方案。外科可视化系统100被配置为能够创建解剖场内的关键结构101的视觉表示。关键结构101可包括单个关键结构或多个关键结构。如本文所讨论的，关键结构101可以是多种结构中的任一种结构，诸如解剖结构(例如，输尿管)、动脉(例如，肠系膜上动脉)、静脉(例如，门静脉)、神经(诸如，膈神经)、血管、肿瘤或其他解剖结构、或外来结构，例如，外科装置、外科紧固件、外科夹具、外科大头钉、探条、外科带、外科板或其他外来结构。如本文所讨论的，可基于不同患者和/或不同手术来识别关键结构101。关键结构和使用可视化系统识别关键结构的实施方案在2020年10月6日发布的名称为“Visualization Of Surgical Devices”的美国专利号10,792,034中进一步描述，该专利的全文据此以引用方式并入本文。
在一些情况下，关键结构101可以嵌入组织103中。组织103可以是多种组织中的任何一种组织，例如脂肪、结缔组织、粘连和/或器官。换句话讲，关键结构101可定位在组织103的表面105下方。在这种情况下，组织103从医疗从业者的“肉眼”视图中隐藏了关键结构101。组织103还使关键结构101从外科可视化系统100的成像装置120的视野中模糊。关键结构101可以从医疗从业者和/或成像装置120的视角部分地被遮蔽，而不是被完全遮蔽。
外科可视化系统100可用于临床分析和/或医疗干预。在某些情况下，外科可视化系统100可在术中使用，以在外科手术期间向医疗从业者提供实时信息，诸如关于接近度数据、尺寸和/或距离的实时信息。本领域的技术人员将理解，信息可能不是精确实时的，但由于多种原因中的任何一种原因而被认为是实时的，诸如由数据传输引起的时间延迟、由数据处理引起的时间延迟和/或测量设备的灵敏度。外科可视化系统100被配置为能够用于在术中识别关键结构并且/或者有利于外科装置避开关键结构101。例如，通过识别关键结构101，医疗从业者可避免在外科手术期间在关键结构101和/或关键结构101的预定义接近度中的区域操纵外科装置。又如，通过识别关键结构101，医疗从业者可避免解剖关键结构101和/或避免靠近该关键结构，从而有助于防止对关键结构101的损坏和/或有助于防止医疗从业者使用的外科装置被关键结构101损坏。
外科可视化系统100被配置为能够将组织识别和几何表面标测与外科可视化系统的距离传感器系统104相结合。结合起来，外科可视化系统100的这些特征部可确定关键结构101在解剖场内的方位以及/或者外科装置102与可见组织103的表面105和/或与关键结构101的接近度。此外，外科可视化系统100包括成像系统，该成像系统包括被配置为能够提供外科部位的实时视图的成像装置120。成像装置120可包括例如光谱相机(例如，高光谱相机、多光谱相机或选择性光谱相机)，该光谱相机被配置为能够检测反射的光谱波形并且基于对不同波长的分子响应来生成图像的光谱立方体。来自成像装置120的视图可以诸如在显示器(例如，监测器、计算机平板屏幕等)上实时地提供给医疗从业者。可以利用基于组织识别、景观测绘和距离传感器系统104的附加信息来增强所显示的视图。在此类情况下，外科可视化系统100包括多个子系统，即成像子系统、表面标测子系统、组织识别子系统和/或距离确定子系统。这些子系统可以协同，在术中向医疗从业者提供先进的数据合成和集成信息。
成像装置120可被配置为能够检测可见光、光谱光波(可见或不可见)，以及结构光图案(可见或不可见)。成像装置120的示例包括窥镜，例如内窥镜、关节镜、血管镜、支气管镜、胆道镜、结肠镜、细胞镜、十二指肠镜、肠镜、食管胃十二指肠镜(胃镜)、喉镜、鼻咽肾镜、乙状结肠镜、胸腔镜、输尿管镜或外窥镜。窥镜在微创外科手术中特别有用。在开放式外科手术应用中，成像装置120可以不包括窥镜。
组织识别子系统可以利用光谱成像系统来实现。光谱成像系统可以依赖于成像，诸如高光谱成像、多光谱成像或选择性光谱成像。组织的高光谱成像的实施方案在2016年3月1日发布的名称为“System And Method For Gross Anatomic Pathology UsingHyperspectral Imaging”的美国专利号9,274,047中进一步描述，该专利全文据此以引用方式并入本文。
表面标测子系统可以利用光图案系统来实现。使用用于表面标测的光图案(或结构光)的各种表面标测技术可用于本文所述的外科可视化系统中。结构化光是将已知图案(通常为网格或水平条)投射到表面上的过程。在某些情况下，可利用不可见的(或察觉不到的)结构化光，其中在不干扰投射图案可能混淆的其他计算机视觉任务的情况下使用该结构化光。例如，可利用在两个完全相反的图案之间交替的红外光或极快的可见光帧速率来防止干扰。表面标测和包括光源和用于投射光图案的投射仪的外科系统的实施方案在以下专利中进一步描述：2017年3月2日公开的名称为“Set Comprising A SurgicalInstrument”的美国专利公布号2017/0055819；2017年9月7日公开的名称为“DepictionSystem”的美国专利公布号2017/0251900；以及2019年12月30日提交的名称为“SurgicalSystems For Generating Three Dimensional Constructs Of Anatomical Organs AndCoupling Identified Anatomical Structures Thereto”的美国专利申请号16/729,751，这些专利的全文据此以引用方式并入本文。
距离确定系统可以并入到表面标测系统中。例如，可利用结构化光来生成可见表面105的三维(3D)虚拟模型并且确定相对于可见表面105的各种距离。另外或另选地，距离确定系统可依赖于飞行时间测量来确定到外科部位处所识别的组织(或其他结构)的一个或多个距离。
外科可视化系统100还包括外科装置102。外科装置102可以是任何合适的外科装置。外科装置102的示例包括外科解剖器、外科缝合器、外科抓紧器、施夹器、排烟器、外科能量装置(例如，单极探头、双极探头、消融探头、超声装置、超声端部执行器等)等。在一些实施方案中，外科装置102包括具有相对的钳口的端部执行器，该相对的钳口从外科装置102的轴的远侧端部延伸并且被构造成能够接合其间的组织。
外科可视化系统100可被配置为能够识别关键结构101以及外科装置102与关键结构101的接近度。外科可视化系统100的成像装置120被配置为能够检测各种波长的光，诸如可见光、光谱光波(可见光或不可见光)和结构化光图案(可见光或不可见光)。成像装置120可包括用于检测不同信号的多个透镜、传感器和/或接收器。例如，成像装置120可以是高光谱、多光谱或选择性光谱相机，如本文所述。成像装置120可包括波形传感器122(诸如光谱图像传感器、检测器和/或三维相机透镜)。例如，成像装置120可包括一起使用以同时记录两个二维图像的右侧透镜和左侧透镜，并且因此生成外科部位的三维(3D)图像，渲染外科部位的三维图像，并且/或者确定外科部位处的一个或多个距离。另外或另选地，成像装置120可被配置为能够接收指示可见组织的形貌以及隐藏关键结构的识别和方位的图像，如本文进一步所述。例如，成像装置120的视场可与组织103的表面105上的光(结构化光)的图案重叠，如图1所示。
如在该例示的实施方案中，外科可视化系统100可以并入机器人外科系统110中。机器人外科系统110可具有多种配置，如本文所讨论的。在该例示的实施方案中，机器人外科系统110包括第一机器人臂112和第二机器人臂114。机器人臂112、114各自包括刚性结构构件116和接头118，这些接头可包括伺服马达控件。第一机器人臂112被配置为能够操纵外科装置102，并且第二机器人臂114被配置为能够操纵成像装置120。机器人外科系统110的机器人控制单元被配置为能够向第一机器人臂112和第二机器人臂114发出控制运动，这可以分别影响外科装置102和成像装置120。
在一些实施方案中，机器人臂112、114中的一者或多者可以与外科手术中使用的主机器人系统110分开。例如，机器人臂112、114中的至少一者可在没有伺服马达控件的情况下定位并且与特定坐标系配准。例如，用于机器人臂112、114的闭环控制系统和/或多个传感器可以控制和/或配准机器人臂112、114相对于特定坐标系的方位。类似地，外科装置102和成像装置120的方位可相对于特定坐标系配准。
机器人外科系统的示例包括OttavaTM机器人辅助外科系统(新泽西州新不伦瑞克市(New Brunswick,NJ)的强生公司(Johnson&Johnson))、da外科系统(加利福尼亚州森尼韦尔市(Sunnyvale,CA)的直觉外科公司(Intuitive Surgical,Inc.))、HugoTM机器人辅助外科系统(明尼苏达州明尼阿波利斯市(Minneapolis,MN)的美敦力公司(MedtronicPLC))、/>外科机器人系统(英国剑桥市(Cambridge,UK)的CMR外科有限公司(CMRSurgical Ltd))和/>平台(加利福尼亚州雷德伍德城(Redwood City,CA)的Auris Health,Inc.公司(Auris Health,Inc.))。各种机器人外科系统和使用机器人外科系统的实施方案在以下专利中进一步描述：2016年12月28日提交的名称为“FlexibleInstrument Insertion Using An Adaptive Force Threshold”的美国专利公布号2018/0177556；2019年4月16日提交的名称为“Systems And Techniques For ProvidingMultiple Perspectives During Medical Procedures”的美国专利公布号2020/0000530；2020年2月7日提交的名称为“Image-Based Branch Detection And Mapping ForNavigation”的美国专利公布号2020/0170720；2019年12月9日提交的名称为“SurgicalRobotics System”的美国专利公布号2020/0188043；2019年9月3日提交的名称为“SystemsAnd Methods For Concomitant Medical Procedures”的美国专利公布号2020/0085516；2013年7月15日提交的名称为“Patient-Side Surgeon Interface For A TeleoperatedSurgical Instrument”的美国专利号8,831,782；以及2014年3月13日提交的名称为“Hyperdexterous Surgical System”的国际专利公布号WO 2014151621，这些专利的全文据此以引用方式并入本文。
外科可视化系统100还包括发射器106。发射器106被配置为能够发射光图案，诸如条纹、网格线和/或点，以使得能够确定表面105的地形或景观。例如，投射光阵列130可用于表面105上的三维扫描和配准。投射光阵列130可从位于外科装置102和/或机器人臂112、114中的一者和/或成像装置120上的发射器106发射。在一个方面，外科可视化系统100使用投射光阵列130来确定手术中由组织103的表面105和/或表面105的运动限定的形状。成像装置120被配置为能够检测从表面105反射的投射光阵列130，以确定表面105的形貌以及相对于表面105的各种距离。
如在该例示的实施方案中，成像装置120可包括光学波形发射器123，诸如通过安装在成像装置120上或以其他方式附接在该成像装置上。光学波形发射器123被配置为能够发射电磁辐射124(近红外(NIR)光子)，该电磁辐射可以穿透组织103的表面105并且到达关键结构101。成像装置120和光学波形发射器123可以由机器人臂114定位。光学波形发射器123安装在成像装置122上或以其他方式安装在该成像装置上，但在其他实施方案中可定位在与成像装置120分开的外科装置上。成像装置120的对应的波形传感器122(例如，图像传感器、光谱仪或振动传感器)被配置为能够检测由波形传感器122接收的电磁辐射的影响。由光学波形发射器123发射的电磁辐射124的波长被配置为能够使得能够识别解剖结构和/或物理结构诸如关键结构101的类型。关键结构101的识别可通过例如光谱分析、光声学和/或超声来实现。在一个方面，电磁辐射124的波长可以是可变的。波形传感器122和光学波形发射器123可包括例如多光谱成像系统和/或选择性光谱成像系统。在其他情况下，波形传感器122和光学波形发射器123可包括例如光声学成像系统。
外科可视化系统100的距离传感器系统104被配置为能够确定外科部位处的一个或多个距离。距离传感器系统104可以是飞行时间距离传感器系统，该飞行时间距离传感器系统包括发射器(诸如本例示的实施方案中的发射器106)并且包括接收器108。在其他情况下，飞行时间发射器可与结构化光发射器分开。发射器106可包括非常小的激光源，并且接收器108可包括匹配传感器。距离传感器系统104被配置为能够检测“飞行时间”或由发射器106发射的激光反弹回到接收器108的传感器部分所花费的时间。在发射器106中使用非常窄的光源使得距离传感器系统104能够确定到距离传感器系统104正前方的组织103的表面105的距离。
在该示出的实施方案中，距离传感器系统104的接收器108定位在外科装置102上，但在其他实施方案中，接收器108可以安装在独立的外科装置上，而不是安装在外科装置102上。例如，接收器108可安装在插管或套管针上，外科装置102延伸穿过该插管或套管针以到达外科部位。在其他实施方案中，用于距离传感器系统104的接收器108可以安装在机器人系统110的独立的机器人控制臂上(例如，安装在第二机器人臂114上)，而不是安装在外科装置102所耦接到的第一机器人臂112上，可以安装在由另一个机器人操作的可移动臂上，或者安装在手术室(OR)台或固定装置上。在一些实施方案中，成像装置120包括接收器108以允许使用外科装置102上的发射器106与成像装置120之间的线来确定从发射器106到组织103的表面105的距离。例如，可基于距离传感器系统104的发射器106(在外科装置102上)和接收器108(在成像装置120上)的已知方位来对距离de进行三角测量。接收器108的三维方位可以是已知的和/或在术中与机器人坐标平面配准。
如在该例示的实施方案中，距离传感器系统104的发射器106的方位可由第一机器人臂112控制，并且距离传感器系统104的接收器108的方位可由第二机器人臂114控制。在其他实施方案中，外科可视化系统100可以与机器人系统分开使用。在此类情况下，距离传感器系统104可独立于机器人系统。
在图1中，de是从发射器106到组织103的表面105的发射器-组织距离，并且dt是从外科装置102的远侧端部到组织103的表面105的装置-组织距离。距离传感器系统104被配置为能够确定发射器到组织的距离de。装置到组织距离dt可从发射器106在外科装置102上的已知方位获得，例如，相对于外科装置102的远侧端部，在其靠近外科装置远侧端部的轴上。换句话讲，当发射器106与外科装置102的远侧端部之间的距离已知时，装置-组织距离dt可根据发射器-组织距离de确定。在一些实施方案中，外科装置102的轴可包括一个或多个关节运动接头，并且可相对于外科装置102的远侧端部处的发射器106和钳口进行关节运动。关节运动构型可包括例如多接头椎骨状结构。在一些实施方案中，三维相机可用于对到表面105的一个或多个距离进行三角测量。
在图1中，dw是从位于成像装置120上的光学波形发射器123到关键结构101的表面的相机-关键结构距离，并且dA是关键结构101在组织103的表面105下方的深度(例如，表面105的最靠近外科装置102的部分与关键结构101之间的距离)。从位于成像装置120上的光学波形发射器123发射的光学波形的飞行时间被配置为能够确定相机-关键结构距离dw。
如图2所示，关键结构101相对于组织103的表面105的深度dA可通过以下方法来确定：根据距离dw以及发射器106在外科装置102上和光学波形发射器123在成像装置120上的已知方位(以及因此它们之间的已知距离dx)进行三角测量，以确定距离dy(其为距离de和dA之和)。另外或另选地，来自光学波形发射器123的飞行时间可被配置为能够确定从光学波形发射器123到组织103的表面105的距离。例如，第一波形(或波形范围)可用于确定相机-关键结构距离dw，并且第二波形(或波形范围)可用于确定到组织103的表面105的距离。在此类情况下，不同波形可用于确定关键结构101在组织103的表面105下方的深度。
另外或另选地，距离dA可由超声、配准磁共振成像(MRI)或计算机断层摄影(CT)扫描来确定。在其他情况下，可以利用光谱成像来确定距离dA，因为成像装置120接收到的检测信号可以基于材料的类型(例如，组织103的类型)而变化。例如，脂肪可以第一方式或第一量降低检测信号，并且胶原可以不同的第二方式或第二量降低检测信号。
在图3所示的外科可视化系统160的另一个实施方案中，外科装置162而不是成像装置120包括光学波形发射器123和被配置为能够检测反射波形的波形传感器122。光学波形发射器123被配置为能够发射波形，以用于确定与公共装置(诸如外科装置162)的距离dt和dw，如本文所述。在此类情况下，从组织103的表面105到关键结构101的表面的距离dA可如下确定：
dA＝dw-dt。
外科可视化系统100包括控制系统，该控制系统被配置为能够控制外科可视化系统100的各个方面。图4示出了可用作外科可视化系统100(或本文所述的其他外科可视化系统)的控制系统的控制系统133的一个实施方案。控制系统133包括被配置为能够与存储器134进行信号通信的控制电路132。存储器134被配置为能够存储可由控制电路132执行的指令，诸如用于确定和/或识别关键结构(例如，图1的关键结构101)的指令、确定和/或计算一个或多个距离和/或三维数字表示的指令，以及向医疗从业者传达信息的指令。因此，存储在存储器134内的指令构成计算机程序产品，该计算机程序产品包括当由处理器执行时使得处理器如上所述执行的指令。此类指令还可以存储在任何计算机可读介质上(诸如光盘、SD卡、USB驱动器等，或独立装置的存储器)，它们可以从计算机可读介质复制到存储器134中或者直接执行。复制或直接执行的过程涉及携带计算机程序产品的数据载体信号的创建。如在该例示的实施方案中，存储器134可以存储表面标测逻辑部件136、成像逻辑部件138、组织识别逻辑部件140和距离确定逻辑部件141，但存储器134可以存储逻辑部件136、138、140、141的任何组合和/或可以将各种逻辑部件组合在一起。控制系统133还包括成像系统142，该成像系统包括相机144(例如，成像系统包括图1的成像装置120)、显示器146(例如，监测器、计算机平板屏幕等)，以及相机144和显示器146的控件148。相机144包括图像传感器135(例如，波形传感器122)，该图像传感器被配置为能够从发射各种可见和不可见光谱的光的各种光源(例如，可见光、光谱成像器、三维透镜等)接收信号。显示器146被配置为能够向临床医生描绘真实的、虚拟的和/或虚拟增强的图像和/或信息。
在一个示例性实施方案中，图像传感器135是包含多达数百万个被称为像素的离散光电检测器位置的固态电子装置。图像传感器135技术属于以下两类中的一类：电荷耦接器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)成像器，并且近来，短波红外(SWIR)是一种新兴的成像技术。另一种类型的图像传感器135采用混合CCD/CMOS架构(以名称“sCMOS”出售)，并且由凸块粘结到CCD成像基板的CMOS读出集成电路(ROIC)组成。CCD和CMOS图像传感器135对约350nm至约1050nm范围内的波长，诸如约400nm至约1000nm范围内的波长敏感。本领域的技术人员将会知道，值可能不为精确的某个值，但是由于各种原因中的任一原因诸如测量设备和制造公差的灵敏度而被认为是约为该值。一般来讲，CMOS传感器比CCD传感器对IR波长更敏感。固态图像传感器135基于光电效应，并且因此不能区分颜色。因此，存在两种类型的彩色CCD相机：单芯片和三芯片。单芯片彩色CCD相机提供常见的低成本成像解决方案，并且使用马赛克(例如，拜耳)光学滤光器将入射光分成一系列颜色，并且采用内插算法来解析全色图像。然后，每种颜色指向不同的像素集。三芯片彩色CCD相机通过采用棱镜将入射光谱的每个部分引导到不同的芯片来提供更高的分辨率。更准确的颜色再现是可能的，因为物体的空间中的每个点具有单独的RGB强度值，而不是使用算法来确定颜色。三芯片相机提供极高的分辨率。
控制系统133还包括发射器(例如，发射器106)，该发射器包括光谱光源150和结构化光源152，每个光源可操作地耦接到控制电路133。单个源可以是脉冲式的，以发射光谱光源150范围内的光的波长和结构化光源152范围内的光的波长。另选地，单个光源可以是脉冲式的，以提供不可见光谱中的光(例如，红外光谱光)和可见光谱上的光的波长。光谱光源150可以是例如高光谱光源、多光谱光源和/或选择性光谱光源。组织识别逻辑部件140被配置为能够经由由相机144的图像传感器135接收的来自光谱光源150的数据来识别关键结构(例如，图1的关键结构101)。表面标测逻辑部件136被配置为能够基于反射的结构光来确定可见组织(例如，组织103)的表面轮廓。利用飞行时间测量，距离确定逻辑部件141被配置为能够确定到可见组织和/或关键结构的一个或多个距离。来自表面标测逻辑部件136、组织识别逻辑部件140和距离确定逻辑部件141中的每一者的输出被配置为能够提供给成像逻辑部件138，并且由成像逻辑部件138组合、混合和/或覆盖以经由成像系统142的显示器146传送给医疗从业者。
控制电路132可具有多种配置。图5示出了控制电路170的一个实施方案，该控制电路可以用作被配置为能够控制外科可视化系统100的各方面的控制电路132。控制电路170被配置为能够实现本文所述的各种过程。控制电路170包括微控制器，该微控制器包括可操作地耦接到存储器174的处理器172(例如，微处理器或微控制器)。存储器174被配置为能够存储机器可执行指令，机器可执行指令在由处理器172执行时，致使处理器172执行机器指令以实现本文所述的各种过程。处理器172可以是本领域中已知的数种单核处理器或多核处理器中的任一种处理器。存储器174可包括易失性存储介质和非易失性存储介质。处理器172包括指令处理单元176和运算单元178。指令处理单元176被配置为能够从存储器174接收指令。
表面标测逻辑部件136、成像逻辑部件138、组织识别逻辑部件140和距离确定逻辑部件141可具有多种配置。图6示出了组合逻辑电路180的一个实施方案，该组合逻辑电路被配置为能够使用逻辑部件，诸如表面标测逻辑部件136、成像逻辑部件138、组织识别逻辑部件140和距离确定逻辑部件141中的一者或多者来控制外科可视化系统100的各方面。组合逻辑电路180包括有限状态机，该有限状态机包括组合逻辑部件182，该组合逻辑部件被配置为能够在输入端184处接收与外科装置(例如，外科装置102和/或成像装置120)相关联的数据、由组合逻辑部件182处理该数据，以及向控制电路(例如，控制电路132)提供输出184。
图7示出了顺序逻辑电路190的一个实施方案，该顺序逻辑电路被配置为能够使用逻辑部件，诸如表面标测逻辑部件136、成像逻辑部件138、组织识别逻辑部件140和距离确定逻辑部件141中的一者或多者来控制外科可视化系统100的各方面。顺序逻辑电路190包括有限状态机，该有限状态机包括组合逻辑部件192、存储器194和时钟196。存储器194被配置为能够存储有限状态机的当前状态。时序逻辑电路190可以是同步的或异步的。组合逻辑部件192被配置为能够在输入端426处接收与外科装置(例如，外科装置102和/或成像装置120)相关联的数据，由组合逻辑部件192处理该数据，以及向控制电路(例如，控制电路132)提供输出499。在一些实施方案中，时序逻辑电路190可包括处理器(例如，图5的处理器172)和有限状态机的组合以实现本文中的各种过程。在一些实施方案中，有限状态机可包括组合逻辑电路(例如，图7的组合逻辑电路192)和时序逻辑电路190的组合。
图8示出了外科可视化系统200的另一个实施方案。外科可视化系统200通常类似于图1的外科可视化系统100来配置和使用，例如包括外科装置202和成像装置220。成像装置220包括光谱光发射器223，该光谱光发射器被配置为能够发射多个波长的光谱光，以获得例如隐藏结构的光谱图像。成像装置220还可包括三维相机和相关联的电子处理电路。外科可视化系统200被示出为在术中用于识别和有利于避开在器官203的表面205上不可见的某些关键结构，诸如器官203(在该实施方案中为子宫)中的输尿管201a和血管201b。
外科可视化系统200被配置为能够经由结构化光确定从外科装置202上的发射器206到子宫203的表面205的发射器-组织距离de。外科可视化系统200被配置为能够基于发射器-组织距离de来外推从外科装置202到子宫203的表面205的装置-组织距离dt。外科可视化系统200还被配置为能够确定从输尿管201a到表面205的组织-输尿管距离dA以及从成像装置220到输尿管201a的相机-输尿管距离dw。如本文所述，例如，相对于图1的外科可视化系统100，外科可视化系统200被配置为能够利用例如光谱成像和飞行时间传感器来确定距离dw。在各种实施方案中，外科可视化系统200可基于本文所述的其他距离和/或表面标测逻辑部件来确定(例如，三角测量)组织-输尿管距离dA(或深度)。
如上所述，外科可视化系统包括控制系统，该控制系统被配置为能够控制外科可视化系统的各个方面。控制系统可具有多种配置。图9示出了用于外科可视化系统(诸如图1的外科可视化系统100、图8的外科可视化系统200或本文描述的其他外科可视化系统)的控制系统600的一个实施方案。控制系统600为转换系统，该转换系统整合光谱特征组织识别和结构化光组织定位以识别关键结构，特别是当那些结构被组织，例如、脂肪、结缔组织、血液组织和/或器官和/或血液遮掩时，以及/或者检测组织可变性，诸如区分器官内的肿瘤和/或不健康组织与健康组织。
控制系统600被配置用于实现高光谱成像和可视化系统，其中利用分子响应来检测和识别外科视场中的解剖结构。控制系统600包括转换逻辑电路648，该转换逻辑电路被配置为能够将组织数据转换为外科医生和/或其他医疗从业者可用的信息。例如，可利用基于相对于遮蔽材料的波长的可变反射率来识别解剖结构中的关键结构。此外，控制系统600被配置为能够将所识别的光谱特征和结构光数据组合在图像中。例如，控制系统600可用于创建三维数据集，以在具有增强图像叠加的系统中用于外科用途。可在术中和术前两者使用附加视觉信息来使用技术。在各种实施方案中，控制系统600被配置为能够在接近一个或多个关键结构时向临床医生提供警告。可采用各种算法来基于外科手术和与关键结构的接近度引导机器人自动化和半自动化方法。
控制系统600采用投射光阵列在术中确定组织形状和运动。另选地，闪光激光雷达可用于组织的表面标测。
控制系统600被配置为能够检测关键结构，如上所述，该关键结构可包括一个或多个关键结构，并且提供关键结构的图像叠加，并且测量到可见组织表面的距离以及到嵌入/掩埋的关键结构的距离。控制系统600可测量到可见组织的表面的距离或检测关键结构，并且提供关键结构的图像叠加。
控制系统600包括光谱控制电路602。光谱控制电路602可以是现场可编程门阵列(FPGA)或另一种合适的电路配置，诸如关于图6、图7和图8描述的配置。频谱控制电路602包括被配置为能够从视频输入处理器606接收视频输入信号的处理器604。例如，处理器604可被配置用于高光谱处理并且可利用C/C++代码。视频输入处理器606被配置为能够接收控制(元数据)数据的视频输入，诸如快门时间、波长和传感器分析。处理器604被配置为能够处理来自视频输入处理器606的视频输入信号并将视频输出信号提供给视频输出处理器608，该视频输出处理器包括例如接口控制(元数据)数据的高光谱视频输出。视频输出处理器608被配置为能够向图像叠加控制器610提供视频输出信号。
视频输入处理器606经由患者隔离电路614可操作地耦接到患者侧的相机612。相机612包括固态图像传感器634。患者隔离电路614可包括多个变压器，使得患者与系统中的其他电路隔离。相机612被配置为能够通过光学器件632和图像传感器634接收术中图像。图像传感器634可包括例如CMOS图像传感器，或者可包括另一种图像传感器技术，诸如本文结合图4所讨论的那些。相机612被配置为能够以14位/像素信号输出613个图像。本领域的技术人员将理解，可以采用更高或更低的像素分辨率。隔离的相机输出信号613被提供给彩色RGB融合电路616，在该例示的实施方案中，该彩色RGB融合电路采用硬件寄存器618和被配置为能够处理相机输出信号613的Nios2协处理器620。彩色RGB融合输出信号被提供给视频输入处理器606和激光脉冲控制电路622。
激光脉冲控制电路622被配置为能够控制激光引擎624。激光引擎624被配置为能够输出包括近红外(NIR)的多个波长(λ1、λ2、λ3……λn)的光。激光引擎624可在多种模式下操作。例如，激光引擎624可以两种模式操作。在第一模式，例如正常操作模式中，激光引擎624被配置为能够输出照明信号。在第二模式，例如识别模式中，激光引擎624被配置为能够输出RGBG和NIR光。在各种实施方案中，激光引擎624可以在偏振模式中操作。
来自激光引擎624的光输出626被配置为能够照明术中外科部位627中的目标解剖结构。激光脉冲控制电路622还被配置为能够控制用于激光图案投射仪630的激光脉冲控制器628，该激光图案投射仪被配置为能够以预先确定的波长(λ2)将激光图案631(诸如网格或线和/或点的图案)投射到外科部位627处的外科组织或器官上。相机612被配置为能够接收图案光以及通过相机光学器件632输出的反射光。图像传感器634被配置为能够将所接收的光转换成数字信号。
彩色RGB融合电路616还被配置为能够将信号输出到图像叠加控制器610和视频输入模块636，以用于读取由激光图案投射仪630投射到外科部位627处的目标解剖结构上的激光图案631。处理模块638被配置为能够处理激光图案631并且输出表示到外科部位627处的可见组织的距离的第一视频输出信号640。数据被提供给图像叠加控制器610。处理模块638还被配置为能够输出表示外科部位处的目标解剖结构的组织或器官的三维渲染形状的第二视频信号642。
第一视频输出信号640和第二视频输出信号642包括表示关键结构在三维表面模型上的方位的数据，该数据被提供给整合模块643。结合来自光谱控制电路602的视频输出处理器608的数据，积分模块643被配置为能够确定到掩埋关键结构的距离(例如，图1的距离dA)(例如，经由三角化算法644)，并且到掩埋关键结构的距离可以经由视频输出处理器646提供给图像叠加控制器610。上述转换逻辑部件可涵盖转换逻辑电路648、中间视频监测器652以及定位在外科部位627处的相机624/激光图案投射仪630。
在各种情况下，可采用诸如来自CT或MRI扫描的术前数据650来配准或匹配某些三维可变形组织。此类术前数据650可被提供给整合模块643并最终提供给图像叠加控制器610，使得此类信息可与来自相机612的视图叠加并被提供给视频监测器652。术前数据的登记的实施方案在2018年9月11日提交的名称为“Integration Of Imaging Data”的美国专利公布号2020/0015907中进一步描述，该专利全文据此以引用方式并入本文。
视频监测器652被配置为能够从图像叠加控制器610输出集成/增强视图。医疗从业者可以在一个或多个显示器上的不同视图之间进行选择和/或切换。在第一显示器652a(在该例示的实施方案中为监测器)上，医疗从业者可以(A)在描绘可见组织的三维渲染的视图和(B)其中在可见组织的三维渲染上描绘一个或多个隐藏关键结构的增强视图之间切换。在第二显示器652b(在该例示的实施方案中为监测器)上，医疗从业者可以切换到例如一个或多个隐藏的关键结构和/或可见组织的表面的距离测量。
本文描述的各种外科可视化系统可以用于将各种不同类型的组织和/或解剖结构可视化，包括可被光谱的可见部分中的EMR遮挡而无法可视化的组织和/或解剖结构。外科可视化系统可以利用如上所述的光谱成像系统，该光谱成像系统可被配置为能够基于不同类型的组织的组成材料的不同组合来可视化不同类型的组织。特别地，光谱成像系统可以被配置为能够基于组织在各种EMR波长上的吸收系数来检测被可视化的组织内各种组成材料的存在。光谱成像系统可被配置为能够基于组成材料的特定组合来表征被可视化的组织的组织类型。
图10示出了描绘各种生物材料的吸收系数如何在EMR波长谱上变化的曲线图300。在曲线图300中，纵轴302表示生物材料的吸收系数(例如，以cm-1为单位)，并且横轴304表示EMR波长(例如，以μm为单位)。曲线图300中的第一线306表示水在各种EMR波长下的吸收系数，第二线308表示蛋白质在各种EMR波长下的吸收系数，第三线310表示黑色素在各种EMR波长下的吸收系数，第四线312表示脱氧血红蛋白在各种EMR波长下的吸收系数，第五线314表示氧合血红蛋白在各种EMR波长下的吸收系数，并且第六线316表示胶原蛋白在各种EMR波长下的吸收系数。不同的组织类型具有组成材料的不同组合，因此由外科可视化系统可视化的组织类型可以根据检测到的组成材料的特定组合来识别和区分。因此，外科可视化系统的光谱成像系统可被配置为能够发射多个不同波长的EMR，基于在不同波长处检测到的吸收EMR吸收响应来确定组织的组成材料，然后基于组成材料的特定检测组合来表征组织类型。
图11示出了利用光谱成像技术来可视化不同组织类型和/或解剖结构的实施方案。在图11中，成像系统利用光谱发射器320(例如，图4的光谱光源150)来使外科部位322可视化。由光谱发射器320发射并且从外科部位322处的组织和/或结构反射的EMR由图像传感器(例如，图4的图像传感器135)接收以使组织和/或结构可视化，该组织和/或结构可以是可见的(例如，位于外科部位322的表面处)或模糊的(例如，位于外科部位322处的其他组织和/或结构下面)。在该实施方案中，成像系统(例如，图4的成像系统142)基于光谱特征来对肿瘤324、动脉326和各种异常328(即，与已知或预期的光谱特征不相符的组织)进行可视化，这些光谱特征由不同组织/结构类型中的每一者的组成材料的不同的吸收特性(例如，吸收系数)来表征。可视化的组织和结构可以显示在与成像系统相关联或耦接到成像系统的显示屏上(例如，图4的成像系统142的显示器146)、主显示器上(例如，图19的主显示器819)、非无菌显示器上(例如，图19的非无菌显示器807、809)、外科集线器的显示器上(例如，图19的外科集线器806的显示器)、装置/器械显示器上和/或另一显示器上。
成像系统可被配置为能够根据所识别的组织和/或结构类型来定制或更新所显示的外科部位可视化。例如，如图11中所示，成像系统可以在与成像系统相关联或耦接到成像系统的显示屏上、在主显示器上、在非无菌显示器上、在外科集线器的显示器上、在装置/器械显示器上和/或在另一显示器上显示与被可视化的肿瘤324相关联的边缘330。边缘330可以指示应该切除以确保肿瘤324完全切除的组织的面积或数量。外科可视化系统的控制系统(例如，图4的控制系统133)可被配置为能够基于由成像系统识别的组织和/或结构来控制或更新边缘330的尺寸。在该例示的实施方案中，成像系统已经识别了视场(FOV)内的多个异常328。因此，控制系统可以将显示的边缘330调整到第一更新边缘332，第一更新边缘具有足够的尺寸来涵盖异常328。此外，成像系统还识别出了与最初显示的边缘330部分重叠的动脉326(如动脉326的突出显示区域334所示)。因此，控制系统可以将所显示的边界调整为具有足够尺寸以包围动脉326的相关部分的第二更新的边界336。
除了以上关于图10和图11所描述的吸收特性之外或代替所述吸收特性，还可以根据组织和/或结构的反射特性在EMR波长光谱上对其进行成像或表征。例如，图12、图13和图14示出了不同类型的组织或结构在不同EMR波长上的反射率的各种图。图12是例示性输尿管特征相对于遮蔽物的图形表示340。图13是例示性动脉特征相对于遮蔽物的图形表示342。图14是示例性神经特征相对于遮蔽物的图形表示344。图12、图13和图14中的曲线表示特定结构(输尿管、动脉和神经)相对于脂肪、肺部组织和血液在相应波长的相应反射率的反射率与波长(nm)的函数关系。这些曲线图仅仅是出于说明性目的，并且应当理解，其他组织和/或结构可以具有相应的可检测反射特征，该反射特征将允许对组织和/或结构进行识别和可视化。
可基于外科部位处的预期关键结构和/或遮蔽物来识别和利用用于光谱成像的选定波长(例如，“选择性光谱”成像)。通过利用选择性光谱成像，可最小化获得光谱图像所需的时间量，使得可实时地获得信息，并且在手术中加以利用。波长可以由医疗从业者或由控制电路基于用户(例如，医疗从业者)的输入来选择。在某些情况下，波长可基于控制电路可经由例如云或外科集线器访问的机器学习和/或大数据来选择。
图15示出了对组织进行光谱成像的一个实施方案，该组织在术中被用来测量波形发射器和被组织遮挡的关键结构之间的距离。图15示出了利用波形424、425的飞行时间传感器系统404的实施方案。飞行时间传感器系统404可以并入外科可视化系统中，例如作为图1的外科可视化系统100的传感器系统104。飞行时间传感器系统404包括在同一外科装置102上的波形发射器406和波形接收器408(例如，图1的在同一外科装置402上的发射器106和接收器108)。发射波400从发射器406延伸到关键结构401(例如，图1的关键结构101)，并且接收波425被接收器408从关键结构401反射回去。在该例示的实施方案中，外科装置402通过延伸到患者体内的腔体407中的套管针410来定位。尽管在该例示的实施方案中使用了套管针410，但可以使用其他套管针或其他进入装置，或者可以不使用进入装置。
波形424、425被配置为能够穿透遮蔽组织403，诸如通过具有NIR或SWIR光谱波长中的波长。光谱信号(例如，高光谱、多光谱或选择性光谱)或光声信号从发射器406发射，如指向远侧的第一箭头407所示，并且可以穿透其中隐藏关键结构401的组织403。所发射的波形424被关键结构401反射，如指向近侧的第二箭头409所示。所接收的波形425可由于外科装置402的远侧端部与关键结构401之间的距离d而被延迟。可基于关键结构401的光谱特征来选择波形424、425以靶向组织403内的关键结构401，如本文所述。发射器406被配置为能够提供二进制信号开和关，如图16所示，例如该二进制信号可由接收器408测量。
基于发射波424和接收波425之间的延迟，飞行时间传感器系统404被配置为能够确定距离d。图16示出了图15的发射器406和接收器408的飞行时间时序图430。延迟是距离d的函数，并且距离d由下式给出：
其中c＝光的速度；t＝脉冲的长度；q1＝发射光时累积的电荷；q2＝不发射光时累积的电荷。
波形424、425的飞行时间对应于图15中的距离d。在各种情况下，附加的发射器/接收器和/或来自发射器406的脉冲信号可被配置为能够发射非穿透信号。非穿透信号可被配置为能够确定从发射器406到遮蔽组织403的表面405的距离。在各种情况下，关键结构401的深度可由下式确定：
dA＝dw-dt，
其中dA＝关键结构401的深度；dw＝从发射器406到关键结构401的距离(图15中的d)；以及dt＝从发射器406(在外科装置402的远侧端部上)到遮蔽组织403的表面405的距离。
图17示出了利用波524a、524b、524c、525a、525b、525c的飞行时间传感器系统504的另一个实施方案。飞行时间传感器系统504可以并入外科可视化系统中，例如作为图1的外科可视化系统100的传感器系统104。飞行时间传感器系统504包括波形发射器506和波形接收器508(例如，图1的发射器106和接收器108)。波形发射器506定位在第一外科装置502a(例如，图1的外科装置102)上，并且波形接收器508定位在第二外科装置502b上。外科装置502a、502b分别穿过第一套管针510a和第二套管针510b定位，并且第一套管针和第二套管针延伸到患者体内的腔体507中。尽管在该例示的实施方案中使用了套管针510a、510b，但可以使用其他套管针或其他进入装置，或者可以不使用进入装置。发射波524a、524b、524c从发射器506朝向外科部位延伸，并且接收波525a、525b、525c从外科部位处的各种结构和/或表面反射回接收器508。
不同的发射波524a、524b、524c被配置为能够靶向外科部位处的不同类型的材料。例如，波524a以遮蔽组织503为目标，波524b以第一关键结构501a(例如，图1的关键结构101)为目标，在该例示的实施方案中第一关键结构为血管，并且波524c以第二关键结构501b(例如，图1的关键结构101)为目标，第二关键结构在该例示的实施方案中为癌性肿瘤。波524a、524b、524c的波长可在可见光、NIR或SWIR波长光谱中。例如，可见光可从组织503的表面505反射，并且NIR和/或SWIR波形可穿透组织503的表面505。在各个方面，如本文所述，光谱信号(例如，高光谱、多光谱或选择性光谱)或光声学信号可从发射器506发射。可基于关键结构501a、501b的光谱特征来选择波524b、524c以靶向组织503内的关键结构501a、501b，如本文所述。光声学成像在各种美国专利申请中被进一步描述，这些专利申请以引用方式并入本公开中。
所发射的波524a、524b、524c分别从目标材料(即，表面505、第一关键结构501a和第二结构501b)反射。所接收的波形525a、525b、525c可由于距离d1a、d2a、d3a、d1b、d2b、d2c而被延迟。
在其中发射器506和接收器508可独立定位(例如，定位在单独的外科装置502a、502b上和/或由单独的机器人臂控制)的飞行时间传感器系统504中，可根据发射器506和接收器508的已知方位计算各种距离d1a、d2a、d3a、d1b、d2b、d2c。例如，当外科装置502a、502b由机器人控制时，这些方位可以是已知的。关于发射器506和接收器508的方位以及光子流靶向某一组织的时间的知识以及由接收器508接收的该特定响应的信息可允许确定距离d1a、d2a、d3a、d1b、d2b、d2c。在一个方面，可使用穿透波长对到被遮蔽的关键结构501a、501b的距离进行三角测量。由于光的速度对于任何波长的可见光或不可见光是恒定的，因此飞行时间传感器系统504可确定各种距离。
在提供给医疗从业者的视图中，例如在显示器上，接收器508可以旋转，使得所得图像中的目标结构的质心保持恒定，例如在垂直于选择的目标结构503、501a或501b的轴的平面中。此类取向可快速传送关于目标结构的一个或多个相关距离和/或视角。例如，如图17所示，从关键结构501a垂直于视平面(例如，血管在页面内/页面外取向)的视角显示外科部位。这样的取向可以是默认设置；然而，医疗从业者可以旋转或以其他方式调整视图。在某些情况下，医疗从业者可以在限定由成像系统提供的外科部位的视点的不同表面和/或目标结构之间切换。
如在该例示的实施方案中，接收器508可安装在套管针510b(或其他进入装置)上，外科装置502b通过该套管针定位。在其他实施方案中，接收器508可安装在三维方位已知的单独机器人臂上。在各种情况下，接收器508可以安装在与控制外科装置502a的机器人外科系统分开的可移动臂上或者可以安装到手术室(OR)手术台或固定装置上，在术中可将其注册到机器人坐标平面。在此类情况下，发射器506和接收器508的方位可能够与同一坐标平面配准，使得可根据来自飞行时间传感器系统504的输出对距离进行三角测量。
飞行时间传感器系统和近红外光谱(NIRS)相结合，称为TOF-NIRS，能够以纳秒分辨率测量近红外光的时间分辨剖面，可见于“Time-Of-Flight Near-InfraredSpectroscopy For Nondestructive Measurement Of Internal Quality InGrapefruit”，《美国园艺学会杂志》(Journal of the American Society forHorticultural Science)，2013年5月，第138卷，第3 225-228期，其全部内容据此以引用方式并入本文。
可视化系统及其方面和用途的实施方案在以下专利中进一步描述：2018年9月11日提交的名称为“Surgical Visualization Platform”的美国专利公布号2020/0015923；2018年9月11日提交的名称为“Controlling An Emitter Assembly Pulse Sequence”的美国专利公布号2020/0015900；2018年9月11日提交的名称为“Singular EMR SourceEmitter Assembly”的美国专利公布号2020/0015668；2018年9月11日提交的名称为“Combination Emitter And Camera Assembly”的美国专利公布号2020/0015925；2018年9月11日提交的名称为“Surgical Visualization With Proximity Tracking Features”的美国专利公布号2020/00015899；2018年9月11日提交的名称为“Surgical VisualizationOf Multiple Targets”的美国专利公布号2020/00015903；2018年9月11日提交的名称为“Visualization Of Surgical Devices”的美国专利号10,792,034；2018年9月11日提交的名称为“Operative Communication Of Light”的美国专利公布号2020/0015897；2018年9月11日提交的名称为“Robotic Light Projection Tools”的美国专利公布号2020/0015924；2018年9月11日提交的名称为“Surgical Visualization Feedback System”的美国专利公布号2020/0015898；2018年9月11日提交的名称为“Surgical Visualization AndMonitoring”的美国专利公布号2020/0015906；2018年9月11日提交的名称为“IntegrationOf Imaging Data”的美国专利公布号2020/0015907；2018年9月11日提交的名称为“Robotically-Assisted Surgical Suturing Systems”的美国专利号10,925,598；2018年9月11日提交的名称为“Safety Logic For Surgical Suturing Systems”的美国专利公布号2020/0015901；2018年9月11日提交的名称为“Robotic Systems With SeparatePhotoacoustic Receivers”的美国专利公布号2020/0015914；2018年9月11日提交的名称为“Force Sensor Through Structured Light Deflection”的美国专利公布号2020/0015902；2018年12月4日提交的名称为“Method Of Hub Communication”的美国专利公布号2019/0201136；2019年12月30日提交的名称为“Analyzing Surgical Trends By ASurgical System”的美国专利申请号16/729,772；2019年12月30日提交的名称为“DynamicSurgical Visualization Systems”的美国专利申请号16/729,747；2019年12月30日提交的名称为“Visualization Systems Using Structured Light”的美国专利申请号16/729,744；2019年12月30日提交的名称为“System And Method For Determining,Adjusting,And Managing Resection Margin About A Subject Tissue”的美国专利申请号16/729,778；2019年12月30日提交的名称为“Surgical Systems For Proposing AndCorroborating Organ Portion Removals”的美国专利申请号16/729,729；2019年12月30日提交的名称为“Surgical System For Overlaying Surgical Instrument Data Onto AVirtual Three Dimensional Construct Of An Organ”的美国专利申请号16/729,778；2019年12月30日提交的名称为“Surgical Systems For Generate Three DimensionalConstructs Of Anatomical Organs And Coupling Identified Anatomical StructuresThere”的美国专利申请号16/729,751；2019年12月30日提交的名称为“Surgical SystemsCorrelating Visualization Data And Powered Surgical Instrument Data”的美国专利申请号16/729,740；2019年12月30日提交的名称为“Adaptive Surgical SystemControl According To Surgical Smoke Cloud Characteristics”的美国专利申请号16/729,737；2019年12月30日提交的名称为“Adaptive Surgical System Control AccordingTo Surgical Smoke Particulate Characteristics”的美国专利申请号16/729,796；2019年12月30日提交的名称为“Adaptive Visualization By A Surgical System”的美国专利申请号16/729,803；2019年12月30日提交的名称为“Method Of Using Imaging DevicesIn Surgery”的美国专利申请号16/729,807；2021年9月29日提交的名称为“SurgicalDevices,Systems,And Methods Using Multi-Source Imaging”的美国专利申请号63/249,644；2021年9月29日提交的名称为“Surgical Devices,Systems,Methods UsingFiducial Identification And Tracking”的美国专利申请号63/249,652；2021年9月29日提交的名称为“Surgical 30Devices,Systems,And Methods For Control Of OneVisualization With Another”的美国专利申请号63/249,658；2021年9月29日提交的名称为“Methods And Systems For Controlling Cooperative Surgical Instruments”的美国专利申请号63/249,870；2021年9月29日提交的名称为“Methods And Systems ForControlling Cooperative Surgical Instruments”的美国专利申请号63/249,877，以及2021年9月29日提交的名称为“Cooperative Access”的美国专利申请号63/249,980，这些专利申请的全文据此以引用方式并入本文。
外科集线器
本文所述的各种可视化或成像系统可并入包括外科集线器的系统中。一般来讲，外科集线器可以是能够跨越多个医疗设施的综合数字医疗系统的部件，并且被配置为能够向大量患者提供综合全面的改善的医疗护理。该综合数字医疗系统包括基于云的医疗分析系统，其被配置为能够互连到跨许多不同医疗设施定位的多个外科集线器。外科集线器被配置为能够与一个或多个元件互连，诸如用于对患者实施医疗手术的一个或多个外科器械和/或在执行医疗手术期间使用的一个或多个可视化系统。外科集线器提供了各种各样的功能以改善医疗手术的结果。由各种外科装置、可视化系统和外科集线器生成的关于患者和医疗手术的数据可被传输到基于云的医疗分析系统。然后，可将该数据与从位于其他医疗设施处的许多其他外科集线器、可视化系统和外科器械收集的类似数据进行汇总。可通过基于云的分析系统分析所收集的数据发现各种模式和相关性。因此，可生成用于生成数据的技术的改进，并且这些改进然后可被传播到各种外科集线器、可视化系统和外科器械。由于所有前述部件的互连，可发现医疗手术和实践中的改进，否则如果许多部件没有如此互连，则可能不会发现该改进。
被配置为能够接收、分析和输出数据的外科集线器的示例以及使用此类外科集线器的方法在以下专利中进一步描述：2018年12月4日提交的名称为“Method Of HubCommunication、Processing、Storage And Display”的美国专利公布号2019/0200844；2018年12月4日提交的名称为“Method Of compressing Tissue Within A StaplingDevice And Simultaneously Displaying The Location Of The Tissue Within TheJaws”的美国专利公布号2019/0200981；2018年12月4日提交的名称为“Method ForControlling Smart Energy Devices”的美国专利公布号2019/0201046；2018年3月29日提交的名称为“Adaptive Control Program Updates For Surgical Hubs”的美国专利公布号2019/0201114；2018年3月29日提交的名称为“Surgical Hub Situational Awareness”的美国专利公布号2019/0201140；2018年3月29日提交的名称为“Interactive SurgicalSystems With Condition Handling Of Devices And Data Capabilities”的美国专利公布号2019/0206004；2018年3月29日提交的名称为“Cloud-based Medical Analytics ForCustomization And Recommendations To A User”的美国专利公布号2019/0206555；以及2018年11月6日提交的名称为“Surgical Network Determination Of Prioritization OfCommunication,Interaction,Or Processing Based On System Or Device Needs”的美国专利公布号2019/0207857，这些专利的全文据此以引用方式并入本文。
图18示出了计算机实现的交互式外科系统700的一个实施方案，其包括一个或多个外科系统702和基于云的系统(例如，可包括耦接到存储装置705的远程服务器713的云704)。每个外科系统702包括与云704通信的至少一个外科集线器706。在一个示例中，如图18中所示，外科系统702包括可视化系统708、机器人系统710和智能(或智慧)外科器械712，它们被配置为能够彼此通信并且/或者与集线器706通信。智能外科器械712可包括成像装置。外科系统702可包括M个集线器706、N个可视化系统708、O个机器人系统710和P个智能外科器械712，其中M、N、O和P为大于或等于一的整数，其可等于或不等于彼此中的任一者或多者。本文描述了各种示例性智能外科器械和机器人系统。
由外科集线器从外科可视化系统接收的数据可以多种方式中的任何一种方式使用。在一个示例性实施方案中，外科集线器可接收来自在外科环境中与患者一起使用(例如，在外科手术的执行期间在手术室中使用)的药物施用装置的数据。外科集线器可以一种或多种方式中的任一种方式使用所接收的数据，如本文所讨论的。
外科集线器可被配置为能够使用外科可视化系统实时分析所接收的数据并且基于对所接收的数据的分析，调整控制与患者一起使用的外科可视化系统和/或一个或多个智能外科器械中的一者或多者。这种调整可包括例如调整智能外科器械的一个或操作控制参数，使得一个或多个智能外科器械的一个或多个传感器进行测量以帮助了解患者当前的生理状况和/或智能外科器械当前的操作状态以及其他调整。下面进一步讨论智能外科器械的控制和调整操作。智能外科器械的操作控制参数的示例包括马达速度、切割元件速度、时间、持续时间、能量施加水平，以及光发射。外科集线器以及控制和调整智能外科器械操作的示例在先前提及的以下专利中进一步描述：2019年12月30日提交的名称为“AnalyzingSurgical Trends By A Surgical System”的美国专利申请号16/729,772；2019年12月30日提交的名称为“Dynamic Surgical Visualization Systems”的美国专利申请号16/729,747；2019年12月30日提交的名称为“Visualization Systems Using Structured Light”的美国专利申请号16/729,744；2019年12月30日提交的名称为“System And Method ForDetermining,Adjusting,And Managing Resection Margin About A Subject Tissue”的美国专利申请号16/729,778；2019年12月30日提交的名称为“Surgical Systems ForProposing And Corroborating Organ Portion Removals”的美国专利申请号16/729,729；2019年12月30日提交的名称为“Surgical System For Overlaying SurgicalInstrument Data Onto A Virtual Three Dimensional Construct Of An Organ”的美国专利申请号16/729,778；2019年12月30日提交的名称为“Surgical Systems For GenerateThree Dimensional Constructs Of Anatomical Organs And Coupling IdentifiedAnatomical Structures There”的美国专利申请号16/729,751；2019年12月30日提交的名称为“Surgical Systems Correlating Visualization Data And Powered SurgicalInstrument Data”的美国专利申请号16/729,740；2019年12月30日提交的名称为“Adaptive Surgical System Control According To Surgical Smoke CloudCharacteristics”的美国专利申请号16/729,737；2019年12月30日提交的名称为“Adaptive Surgical System Control According To Surgical Smoke ParticulateCharacteristics”的美国专利申请号16/729,796；2019年12月30日提交的名称为“Adaptive Visualization By A Surgical System”的美国专利申请号16/729,803；2019年12月30日提交的名称为“Method Of Using Imaging Devices In Surgery”的美国专利申请号16/729,807；2020年10月13日提交的名称为“Adaptive Responses From SmartPackaging Of Drug Delivery Absorbable Adjuncts”的美国专利申请号17/068,857；2020年10月13日提交的名称为“Drug Administration Devices That Communicate WithSurgical Hubs”的美国专利申请号17/068,858；2020年10月13日提交的名称为“Controlling Operation Of Drug Administration Devices Using Surgical Hubs”的美国专利申请号17/068,859；2020年10月13日提交的名称为“Patient Monitoring UsingDrug Administration Devices”的美国专利申请号17/068,863；2020年10月13日提交的名称为“Monitoring And Communicating Information Using Drug AdministrationDevices”的美国专利申请号17/068,865；以及2020年10月13日提交的名称为“AggregatingAnd Analyzing Drug Administration Data”的美国专利申请号17/068,867，这些专利的全文据此以引用方式并入本文。
外科集线器可被配置为能够使得在外科环境中在显示器上提供所接收的数据的可视化，使得外科环境中的医疗从业者可查看该数据并且由此接收对在外科环境中使用的成像装置的操作的理解。经由可视化提供的此类信息可包括文本和/或图像。
图19示出了包括外科集线器806(例如，图18的外科集线器706或本文描述的其他外科集线器)、机器人外科系统810(例如，图1的机器人外科系统110或本文的其他机器人外科系统)和可视化系统808(例如，图1的可视化系统100或本文描述的其他可视化系统)的外科系统802的一个实施方案。外科集线器806可以与云通信，如本文所讨论的。图19示出了用于对躺在外科手术室816中的手术台814上的患者执行外科手术的外科系统802。机器人系统810包括外科医生控制台818、患者侧推车820(外科机器人)和机器人系统外科集线器822。机器人系统外科集线器822通常被配置为能够类似于外科集线器822并且可以与云通信。在一些实施方案中，机器人系统外科集线器822和外科集线器806可以组合。患者侧推车820可以通过患者体内的微创切口操纵智能外科工具812，同时医疗从业者，例如外科医生、护士和/或其他医疗从业者，通过外科医生的控制台818查看外科部位。外科部位的图像可由成像装置824(例如，图1的成像装置120或本文所述的其他成像装置)获得，该成像装置可由患者侧推车820操纵以定向成像装置824。机器人系统外科集线器822可用于处理外科部位的图像，以随后通过外科医生的控制台818显示给外科医生。
主显示器819被定位在手术室816的无菌区域中并且被配置为能够对于手术台814处的操作者可见。此外，如在该例示的实施方案中，可视化塔818可以定位在无菌区域外部。可视化塔818包括彼此背离的第一非无菌显示器807和第二非无菌显示器809。由外科集线器806引导的可视化系统808被配置为能够利用显示器807、809、819来将信息流协调到无菌区域内部和外部的医疗从业者。例如，外科集线器806可以使可视化系统808在非无菌显示器807、809中的一者或两者上显示由成像装置824获得的外科部位的快照和/或视频，同时在主显示器819上保持外科部位的实时馈送。例如，非无菌显示器807和/或809上的快照和/或视频可以允许非无菌医疗从业者执行与外科手术相关的诊断步骤。
外科集线器806被配置为能够将由非无菌医疗从业者在可视化塔818处输入的诊断输入或反馈路由至无菌区域内的主显示器819，其中可由手术台814处的无菌医疗从业者观察到该诊断输入或反馈。例如，输入可以是对显示在非无菌显示器807和/或809上的快照和/或视频的修改形式，其可以由外科集线器806路由到主显示器819。
外科集线器806被配置为能够将信息流协调至智能外科器械812的显示器，如在各种美国专利申请中所描述的那样，这些专利申请以引用方式并入本公开中。由非无菌操作者在可视化塔818处输入的诊断输入或反馈可由外科集线器806路由到无菌区域内的显示器819，其中可由外科器械812的操作者和/或由无菌区域中的其他医疗从业者查看该诊断输入或反馈。
智能外科器械812和成像装置824(也是智能外科工具)作为外科系统802的一部分在外科手术中与患者一起使用。在图19中还示出了可以在外科手术中使用的其他智能外科器械812a，例如所述其他智能外科器械可以可移除地耦接到患者侧推车820并且与机器人外科系统810和外科集线器806通信。无法与机器人外科系统810和外科集线器806通信的非智能(或“哑”)外科器械817，例如剪刀、套管针、插管、手术刀等也在图19中示出为可供使用。
操作智能外科器械
智能外科装置可具有存储在其上(例如，存储在其存储器中)的算法，该算法被配置为能够可在智能外科装置上执行(例如，通过其处理器)，以控制智能外科装置的操作。在一些实施方案中，代替存储在智能外科装置上或者除了存储在智能外科装置上之外，算法可存储在被配置为能够与智能外科装置通信的外科集线器上，例如存储在其存储器中。
算法以定义和/或表示指令、通知、信号等的一组或多组多个数据点的形式存储，以控制智能外科装置的功能。在一些实施方案中，由智能外科装置收集的数据可以被智能外科装置使用，例如被智能外科装置的处理器使用，以改变算法的至少一个可变参数。如上所述，外科集线器可以与智能外科装置通信，因此，由智能外科装置收集的数据可以被传送到外科集线器，并且/或者由与外科集线器通信的另一装置收集的数据可以被传送到外科集线器，并且数据可以从外科集线器传送到智能外科装置。因此，作为智能外科装置被配置为能够改变所存储的可变参数的替代或补充，外科集线器可被配置为能够将所改变的至少一个变量单独地或作为算法的一部分传送到智能外科装置并且/或者外科集线器可以将指令传送到智能外科装置以改变由外科集线器确定的至少一个变量。
至少一个可变参数在算法的数据点之中，例如，被包括在用于操作智能外科装置的指令中，并且因此能够通过改变算法的所存储的多个数据点中的一个或多个数据点来改变每个可变参数。在已经改变至少一个可变参数之后，算法的后续执行根据改变的算法执行。这样，通过考虑患者的实际情况和使用智能外科装置的外科手术的实际条件和/或结果，可以为患者管理智能外科装置随时间推移的操作，以增加智能外科装置的使用的有益效果。自动改变至少一个可变参数以改善患者结果。因此，智能外科装置可被配置为能够基于患者和患者周围条件提供个性化医疗，以提供智能系统。在执行外科手术期间使用智能外科装置的外科环境中，至少一个可变参数的自动改变可以允许基于在执行外科手术期间收集的数据来控制智能外科装置，这可以帮助确保智能外科装置被有效且正确地使用和/或可以帮助减少因损害关键解剖结构而造成患者伤害的可能性。
至少一个可变参数可以是多种不同操作参数中的任何一种操作参数。可变参数的示例包括马达速度、马达扭矩、能量水平、能量施加持续时间、组织压缩速率、钳口闭合速率、切割元件速度、负载阈值等。
图20示出了智能外科器械900的一个实施方案，该智能外科器械包括存储器902，其中存储有算法904，该算法包括至少一个可变参数。算法904可以是单个算法或者可包括多个算法，例如用于外科器械操作的不同方面的单独算法，其中每个算法包括至少一个可变参数。智能外科器械900可以是图1的外科装置102、图1的成像装置120、图8的外科装置202、图8的成像装置220、图15的外科装置402、图17的外科装置502a、图17的外科装置502b、图18的外科装置712、图19的外科装置812、图19的成像装置824，或其他智能外科器械。外科器械900还包括处理器906，该处理器被配置为能够执行算法904以控制外科器械900的至少一个方面的操作。为了执行算法904，处理器906被配置为能够运行存储在存储器902中的程序以访问存储器902中的算法904的多个数据点。
外科器械900还包括通信接口908，例如无线收发器或其他有线或无线通信接口，被配置为能够与另一装置诸如外科集线器910通信。通信接口908可被配置为能够允许单向通信，诸如向远程服务器(例如，云服务器或其他服务器)和/或向本地外科集线器服务器提供数据，以及/或者从远程服务器和/或本地外科集线器服务器接收指令或命令，或双向通信，诸如提供关于外科器械900的信息、消息、数据等和/或存储在其上的数据，并且接收指令，诸如来自医生的指令；关于对软件的更新的远程服务器；关于对软件的更新的本地外科集线器服务器；等等。
外科器械900在图20中被简化，并且可包括附加的部件，例如总线系统、柄部、在其远侧端部处具有端部执行器的细长轴、电源等。处理器906还可以被配置为能够执行存储在存储器902中的指令以总体上控制装置900，包括其其他电子部件，诸如通信接口908、音频扬声器、用户接口等。
处理器906被配置为能够改变算法904的至少一个可变参数，使得算法904的后续执行将根据所改变的至少一个可变参数。为了改变算法904的至少一个可变参数，处理器906被配置为能够修改或更新存储器902中的至少一个可变参数的数据点。处理器906可被配置为能够在执行外科手术期间使用外科手术装置900实时地改变算法904的至少一个可变参数，这可以适应实时条件。
作为处理器906改变至少一个可变参数的补充或替代，处理器906可被配置为能够响应于从外科集线器910接收的指令来改变算法904和/或算法904的至少一个可变参数。在一些实施方案中，处理器906被配置为能够仅在与外科集线器910通信并且从其接收指令之后改变至少一个可变参数，这可以帮助确保外科器械900与使用外科器械900的外科手术的其他方面的协调动作。
在一个示例性实施方案中，处理器906执行算法904以控制外科器械900的操作，基于实时数据改变算法904的至少一个可变参数，并且在改变至少一个可变参数之后执行算法904以控制外科器械900的操作。
图21示出了使用外科器械900的方法912的一个实施方案，该方法包括改变算法904的至少一个可变参数。处理器906通过执行存储在存储器902中的算法904来控制914外科器械900的操作。基于该随后已知的数据和/或随后收集的数据中的任何一者，处理器904改变916如上文所讨论的算法904的至少一个可变参数。在改变至少一个可变参数之后，处理器906通过执行算法904来控制918外科器械900的操作，此时使用改变的至少一个可变参数。处理器904可在外科手术的执行期间多次改变916至少一个可变参数，例如零次、一次、两次、三次等。在方法912的任何部分期间，外科器械900可以使用通信接口908与一个或多个计算机系统(例如，外科集线器910、远程服务器诸如云服务器等)通信，以向其提供数据和/或从其接收指令。
态势感知
智能外科器械的操作可基于患者的态势感知而改变。智能外科器械的操作可以手动改变，诸如通过智能外科器械的用户不同地操纵器械、向器械提供不同的输入、停止器械的使用，等等。另外或另选地，智能外科器械的操作可以通过器械的算法被改变，例如，通过改变算法的至少一个可变参数来自动改变。如上所述，可以在没有请求改变的用户输入的情况下自动调整算法。在外科手术的执行期间使调整自动化可有助于节省时间，可允许医疗从业者专注于外科手术的其他方面，并且/或者可以使医疗从业者使用外科器械的过程变得容易，这都可以改善患者的治疗效果，诸如通过避免关键结构、考虑器械正被使用在上面和/或附近的组织类型来控制外科器械等。
本文所述的可视化系统可用作态势感知系统的一部分，该态势感知系统可由外科集线器(例如，外科集线器706、外科集线器806或本文所述的其他外科集线器)体现或执行。特别地，表征、识别和/或可视化外科器械(包括它们的位置、取向和动作)、组织、结构、用户和/或位于外科区域或手术室内的其他物体可以提供态势感知系统可以利用的背景数据来推断各种信息，诸如，正在执行的外科手术的类型或其步骤、由外科医生或其他医疗从业者操作的组织和/或结构的类型，以及其他信息。然后，态势感知系统可以利用背景数据向用户提供警报、建议用户采取的后续步骤或动作、准备外科装置以预期其使用(例如，预期在外科手术的后续步骤中使用电外科器械等时激活电外科发生器)、控制智能外科器械的操作(例如，定制算法的外科器械操作参数，如下文进一步讨论的)等。
尽管包括响应于感测数据的算法(例如，通过改变算法的至少一个可变参数)的智能外科装置可以是对在不考虑感测数据的情况下操作的“哑”装置的改进，但当单独考虑时，例如在没有正在执行的外科手术类型或正在手术的组织的类型的背景下，一些感测到的数据可能是不完整的或不确定的。在不知道手术背景(例如，知道正在手术的组织的类型或正在被执行的手术的类型)的情况下，算法可能在给定的特定无背景感测数据的情况下错误地或次优地控制外科装置。例如，用于响应于特定的感测参数来控制外科器械的算法的最佳方式可根据正在手术的特定组织类型而变化。这是因为不同的组织类型具有不同的特性(例如，抗撕裂性、易于切割等)，因此对外科器械所采取的动作的反应不同。因此，可能期望外科器械即使在感测到针对特定参数的相同测量值时也采取不同的动作。作为一个示例，响应于外科缝合器感测出意外的高力以关闭其端部执行器来控制外科缝合器的最佳方式将根据组织类型是否容易撕裂或抵抗撕裂而变化。对于易于撕裂的组织(诸如肺部组织)，外科器械的控制算法将响应于用于闭合的意外高的力而最佳地使马达速度逐渐下降，从而避免撕裂组织，例如改变控制马达速度或扭矩的可变参数，使得马达速度变慢。对于抗撕裂的组织(诸如胃组织)，器械的算法将响应于用于闭合的意外高的力而最佳地使马达速度逐渐上升，从而确保端部执行器被正确地夹持在组织上，例如，改变控制马达速度或扭矩的可变参数，使马达更快。在不知道肺部或胃组织是否已被夹紧的情况下，算法可能被次优地改变或根本不改变。
外科集线器可被配置为能够基于从各种数据源接收的数据导出关于正在执行的外科手术的信息，然后相应地控制模块化装置。换句话讲，外科集线器可被配置为能够从所接收的数据推断关于外科手术的信息，然后基于所推断的外科手术的背景来控制与外科集线器可操作地耦接的模块化装置。模块化装置可包括可由态势感知系统控制的任何外科装置，例如可视化系统装置(例如，相机、显示屏等)、智能外科器械(例如，超声外科器械、电外科器械、外科缝合器、排烟器、内窥镜等)。模块化装置可包括被配置为能够检测与正在使用该装置的患者相关联的参数和/或与模块化装置本身相关联的参数的传感器。
从所接收的数据导出或推断的背景信息可包括例如正在执行的外科手术的类型、外科医生(或其他医疗从业者)正在执行的外科手术的特定步骤、正在上面进行操作的组织的类型或作为外科手术对象的体腔。外科集线器的态势感知系统可被配置为能够以多种不同的方式从接收自数据源的数据导出背景信息。在一个示例性实施方案中，由外科集线器的态势感知系统接收的背景信息与用于一个或多个模块化装置的特定控制调整或一组控制调整相关联。每个控制调整对应于可变参数。在一个示例中，态势感知系统包括已经在训练数据上进行训练以将各种输入(例如，来自数据库、患者监测装置和/或模块化装置的数据)与关于外科手术的对应的背景信息相关联的模式识别系统或机器学习系统(例如，人工神经网络)。换句话讲，机器学习系统可被训练成从所提供的输入准确地导出关于外科手术的背景信息。在另一个示例中，态势感知系统可包括查找表，该查找表存储与对应于背景信息的一个或多个输入(或输入范围)相关联的关于外科手术的预先表征的背景信息。响应于利用一个或多个输入的查询，查找表可返回态势感知系统用于控制至少一个模块化装置的对应的背景信息。在另一个示例中，态势感知系统包括：当提供背景信息作为输入时，生成或检索针对一个或多个模块化装置的一项或多项控制调整的另外的机器学习系统、查找表或其他此类系统。
包括态势感知系统的外科集线器可以为外科系统提供许多益处。一个益处包括改进对感测和收集到的数据的解释，这将继而改进外科手术过程期间的处理精度和/或数据的使用。另一个益处是，外科集线器的态势感知系统可以通过允许针对每个外科手术的特定情况调整外科器械(和其他模块化装置)(诸如针对不同的组织类型进行调整)并且在外科手术期间验证动作来改善外科手术的结果。还有一个益处是，态势感知系统可以根据手术的具体情况自动建议后续步骤、提供数据以及调整手术室中的显示器和其他模块化装置，从而提高外科医生和/或其他医疗从业者执行外科手术的效率。另一个益处包括根据正在执行的外科手术的特定步骤主动地、自动地控制模块化装置，减少外科手术中医疗从业者需要与外科系统交互或控制外科系统的次数，诸如，在态势感知外科集线器确定手术的后续步骤需要使用器械的情况下，主动激活与RF电外科器械连接的发生器。主动地激活能量源允许器械在手术的先前步骤一完成就准备好使用。
例如，态势感知外科集线器可被配置为能够确定正在什么类型的组织上进行操作。因此，当检测到闭合外科器械的端部执行器的意外高的力时，态势感知外科集线器可被配置为能够例如通过改变或引起外科器械的算法的关于马达速度或扭矩的至少一个可变参数的改变来针对组织类型使外科器械的马达正确地加速或减速。
又如，正在手术的组织类型可以影响针对特定组织间隙测量对外科缝合器的压缩率和负载阈值进行的调整。态势感知外科集线器可被配置为能够推断正在执行的外科手术是胸部手术还是腹部手术，从而允许外科集线器确定由外科吻合器的端部执行器夹紧的组织是肺部组织(对于胸部手术)还是胃组织(对于腹部手术)。然后，外科集线器可被配置为能够例如通过改变或引起外科缝合器的关于压缩率和负载阈值的算法的至少一个可变参数的改变，根据组织类型适当地调整外科缝合器的压缩率和负载阈值。
作为又一个示例，在吹入手术期间被操作的体腔的类型可影响排烟器的功能。态势感知外科集线器可被配置为能够确定外科部位是否处于压力下(通过确定外科手术正在利用吹入)并且确定手术类型。由于手术类型通常在特定体腔中执行，所以外科集线器可被配置为能够例如通过改变或引起与马达速率相关的排烟器的算法的至少一个可变参数的改变来适当地控制排烟器的马达速率以适应正在操作的体腔。因此，态势感知外科集线器可以为胸部和腹部手术提供一致的排烟量。
作为又一个示例，正在被执行的手术的类型可影响超声外科器械或射频(RF)电外科器械操作的最佳能量水平。例如，关节镜手术需要更高的能量水平，因为超声外科器械或RF电外科器械的端部执行器浸没在流体中。态势感知外科集线器可被配置为能够确定外科手术是否是关节镜手术。外科集线器可被配置为能够通过改变或引起用于器械和/或发生器的关于能量水平的算法的至少一个可变参数的改变来调整发生器的RF功率水平或超声振幅(例如，调整能量水平)以补偿流体填充环境。相关地，正在手术的组织的类型可影响超声外科器械或RF电外科器械操作的最佳能量水平。态势感知外科集线器可被配置为能够确定正在执行什么类型的外科手术，然后根据针对外科手术的预期组织轮廓，例如通过改变或引起器械和/或发生器的关于能量水平的算法的至少一个可变参数的改变来分别定制超声外科器械或RF电外科器械的能量水平。此外，态势感知外科集线器可被配置为能够在整个外科手术过程中而不是仅基于不同手术来调整超声外科器械或RF电外科器械的能量水平。态势感知外科集线器可被配置为能够确定正在执行或随后将要执行的外科手术的步骤，并且然后更新发生器和/或超声外科器械或RF电外科器械的控制算法，以根据该外科手术步骤将能量水平设定在适合于预期组织类型的值。
作为另一个示例，态势感知外科集线器可被配置为能够根据在外科部位处外科医生和/或其他医疗从业者预期需要查看的特征部来确定外科手术的当前步骤或后续步骤是否需要在显示器上的不同视图或放大程度。外科集线器可被配置为能够相应地主动改变所显示的视图(例如，由用于可视化系统的成像装置提供)，使得在整个外科手术中自动调整显示器。
作为又一个示例，态势感知外科集线器可被配置为能够确定正在执行或将随后执行的外科手术的哪个步骤以及外科手术的该步骤是否需要特定数据或数据之间的比较。外科集线器可被配置为能够基于正在执行的外科手术的步骤自动地调用数据屏幕，而无需等待外科医生或其他医疗从业者请求特定信息。
作为另一个示例，态势感知外科集线器可被配置为能够确定外科医生和/或其他医疗从业者在外科手术期间是否犯了错误或者以其他方式偏离了预期的动作过程，例如，如在术前外科计划中所提供的。例如，外科集线器可被配置为能够确定正在执行的外科手术的类型，(例如，从存储器中)检索对应的步骤列表或设备使用的顺序，并且然后将在外科手术过程期间正在执行的步骤或正在使用的设备与外科集线器确定的针对该正在执行的外科手术类型的预期步骤或设备进行比较。外科集线器可被配置为能够提供警报(视觉、听觉和/或触觉)，指示在外科手术中的特定步骤正在执行意外动作或正在使用意外装置。
在某些情况下，机器人外科系统的操作，诸如本文所述的各种机器人外科系统中的任一种机器人外科系统可由外科集线器基于其态势感知和/或来自其部件的反馈以及/或者基于来自云(例如，图18的云713)的信息来控制。
态势感知系统的实施方案以及在执行外科手术期间使用态势感知系统在先前提及的以下专利中进一步描述：2019年12月30日提交的名称为“Analyzing Surgical TrendsBy A Surgical System”的美国专利申请号16/729,772；2019年12月30日提交的名称为“Dynamic Surgical Visualization Systems”的美国专利申请号16/729,747；2019年12月30日提交的名称为“Visualization Systems Using Structured Light”的美国专利申请号16/729,744；2019年12月30日提交的名称为“System And Method For Determining,Adjusting,And Managing Resection Margin About A Subject Tissue”的美国专利申请号16/729,778；2019年12月30日提交的名称为“Surgical Systems For Proposing AndCorroborating Organ Portion Removals”的美国专利申请号16/729,729；2019年12月30日提交的名称为“Surgical System For Overlaying Surgical Instrument Data Onto AVirtual Three Dimensional Construct Of An Organ”的美国专利申请号16/729,778；2019年12月30日提交的名称为“Surgical Systems For Generate Three DimensionalConstructs Of Anatomical Organs And Coupling Identified Anatomical StructuresThere”的美国专利申请号16/729,751；2019年12月30日提交的名称为“Surgical SystemsCorrelating Visualization Data And Powered Surgical Instrument Data”的美国专利申请号16/729,740；2019年12月30日提交的名称为“Adaptive Surgical SystemControl According To Surgical Smoke Cloud Characteristics”的美国专利申请号16/729,737；2019年12月30日提交的名称为“Adaptive Surgical System Control AccordingTo Surgical Smoke Particulate Characteristics”的美国专利申请号16/729,796；2019年12月30日提交的名称为“Adaptive Visualization By A Surgical System”的美国专利申请号16/729,803；以及2019年12月30日提交的名称为“Method Of Use Imaging DevicesIn Surgery”的美国专利申请号16/729,807。
肺部的外科手术
本文所述的装置、系统和方法的各个方面可涉及在肺部上执行的外科手术。例如，肺部切除术，例如，肺叶切除术，是一种切除肺叶的全部或部分，例如一个或多个肺叶的外科手术。进行肺部切除术的目的是治疗因肺癌、肺气肿或支气管扩张等原因导致的受损或患病的肺部。
在肺部切除术期间，最先将一个或多个肺部放气，然后在患者肋骨之间在患者的侧面上形成一个或多个切口，以通过腹腔镜到达肺部。外科器械，诸如抓紧器和腹腔镜，通过切口插入。一旦确定了肺部的感染或受损区域，就将该区域从肺部解剖并且从一个或多个切口中切除。解剖区域和一个或多个切口可以例如用外科缝合器或缝合线来闭合。
由于肺部在外科手术期间被放气，所以肺部或其某些部分可能需要被移动以允许外科器械到达外科部位。这种移动可通过用抓紧器抓紧肺部的外组织层并且通过抓紧器向肺部施加力来进行。然而，肺部的胸膜和实质非常脆弱，因此在外力作用下很容易撕裂或被撕开。另外，在移动期间，抓紧器可切断对肺部的一个或多个区域的血液供应。
此外，呼吸管被放置到患者的气道中以允许每个肺部在外科手术期间被单独地充胀。肺部充胀可导致肺部移动并且与术前成像相匹配和/或允许外科医生检查解剖区域是否有泄漏。然而，通过使整个肺部充胀，由于胸腔的填充而损失了肺部周围的工作空间。另外，如果在外科手术期间在肺部的多个部分上操作，则使整个肺部充胀可能需要时间并且不能保证轻松检测泄漏。
结肠的外科手术
本文所述的装置、系统和方法的各个方面可涉及在结肠上执行的外科手术。例如，外科手术通常是早期结肠癌的主要治疗方法。所使用的外科手术类型取决于癌症的阶段(范围)、在结肠中的位置，以及外科手术的目标。一些早期结肠癌(0期和一些早期I期肿瘤)和大多数息肉可在结肠镜检查期间切除。然而，如果癌症已经进展，可能需要局部切除或结肠切除术。结肠切除术是切除全部或部分结肠的外科手术。在某些情况下，附近的淋巴结也被切除。如果仅切除部分结肠，则称为半结肠切除术、部分结肠切除术或节段切除术，其中外科医生切除结肠的患病部分，并且在两侧切除一小段未患病的结肠。通常，根据癌症的大小和位置，切除约四分之一至三分之一的结肠。结肠的主要切除如图21A所示，其中A-B为右半结肠切除术、A-C为扩大右半结肠切除术、B-C为横结肠切除术、C-E为左半结肠切除术、D-E为乙状结肠切除术、D-F为前切除术、D-G为(超)低位前切除术、D-H为腹-会阴切除术、A-D为结肠次全切除术、A-E为结肠全切除术，并且A-H为直肠-结肠全切除术。一旦切除完成，则将结肠的剩余完整切片重新附接。
结肠切除术可以通过开放性结肠切除术进行，其中使用穿过腹壁的单个切口进入结肠以分离和切除受影响的结肠组织，并且通过腹腔镜辅助的结肠切除术进行。在腹腔镜辅助的结肠切除术中，外科手术通过许多较小的切口进行，外科器械和腹腔镜穿过这些小切口来切除整个结肠或部分结肠。在手术开始时，腹部充满气体，例如二氧化碳，为外科医生提供工作空间。腹腔镜传输腹腔内的图像，使外科医生在监测器或其他显示器上可以放大观察患者的内脏器官。插入到若干其他插管以允许外科医生在结肠内部工作并且切除结肠的一部分。一旦结肠的患病部分被切除，结肠的剩余端部例如通过缝合器或缝线彼此附接。整个手术可通过插管或通过延长小插管切口中的一个小插管切口来完成。
在腹腔镜辅助结肠切除术期间，通常难以获得足够的手术区域。通常，在骨盆深处进行解剖，这使得难以获得该区域的充分可视化。因此，在活动期间，必须抬起并且旋转下直肠，以进入直肠两侧周围的静脉和动脉。在操纵下直肠期间，可能发生组织的聚束和/或组织的过度拉伸。另外，直肠内的肿瘤可引起周围骨盆中的粘连，因此，这可能需要在横切和切除肿瘤之前游离直肠残端并且调动肠系膜和血液供应。
此外，需要多个抓紧器来定位肿瘤以从结肠切除。在结肠的解剖过程中，肿瘤应处于张力下，这需要抓住并且拉伸结肠周围的健康组织。然而，由于抓紧器对组织施加高的抓紧力，对肿瘤周围组织的手术可能受到血流减少和创伤的影响。另外，在结肠切除术期间，横结肠和上降结肠可能需要被移动以允许健康的、良好的剩余结肠在包含肿瘤的结肠部分被横切和切除之后被向下连接到直肠残端。
结肠切除术后，结肠的剩余健康部分必须彼此重新附接在一起，以形成废物排出体外的路径。然而，当使用腹腔镜器械来执行结肠切除术时，一个单一入口可能没有足够大的运动范围来将结肠的一个端部移动到结肠的连接部分。因此，需要第二进入端口来通过腹腔镜插入外科器械来帮助活动结肠，从而正确定位结肠。
胃的外科手术
本文所述的装置、系统和方法的各个方面可涉及在胃上执行的外科手术。例如，外科手术是胃癌最常见的治疗方法。当胃癌需要外科手术时，目的是切除整个肿瘤以及肿瘤周围的健康胃组织的良好边缘。可以使用不同的手术来切除胃癌。所使用的手术类型取决于癌症位于胃的哪个部分以及癌症已经生长到附近区域的程度。例如，内窥镜粘膜切除术(EMR)和内窥镜粘膜下剥离术(ESD)是胃部手术，可用于治疗一些早期癌症。这些手术不需要切开皮肤，而是外科医生将内窥镜穿过患者的喉咙并且进入胃部。然后，外科工具(例如，MEGADYNETM组织解剖器或电外科手术笔)穿过内窥镜的工作通道，切除肿瘤及其下方和周围正常胃壁的一些层。
在胃上执行的其他外科手术包括可以作为开放手术进行的次全(部分)或全胃切除术，例如，外科器械通过腹部皮肤中的大切口插入，或者作为腹腔镜手术，例如外科器械通过若干小切口插入腹部。例如，腹腔镜胃切除术通常涉及向腹腔充入二氧化碳气体至约15毫米汞柱(mm Hg)的压力。将腹壁刺穿，然后将直管状套管或套管针，例如直径在约5mm至约10mm范围内的套管或套管针插入到腹腔中。连接到手术室监测器的腹腔镜用于使术野可视化，并且通过一个或多个套管针放置。腹腔镜外科器械通过两个或更多个附加的插管或套管针放置，以供医疗从业者(例如，外科医生和手术助理)操纵，以切除胃的期望的部分。
在某些情况下，腹腔镜和内窥镜协同外科手术可用于切除胃肿瘤。这种协同外科手术通常涉及引入内窥镜，例如胃镜和腹腔镜套管针。通过套管针引入腹腔镜和组织操纵以及解剖外科器械。可通过内窥镜识别肿瘤位置，然后使用插入到内窥镜工作通道的切割元件对肿瘤周围的粘膜下切除。然后将腹腔镜解剖外科器械用于相邻于肿瘤边缘的浆膜肌解剖，以形成穿过胃壁的切口。然后肿瘤通过该切口从腔内空间(例如，胃内部)旋转到腔外空间(例如，胃外部)。然后可以使用腹腔镜外科器械，例如内切刀，完成肿瘤从胃壁的横切并且密封切口。
肠的外科手术
本文所述的装置、系统和方法的各个方面可涉及在肠上执行的外科手术。例如，可以通过内窥镜进行十二指肠粘膜表面再造(DMR)手术来治疗胰岛素抵抗代谢性疾病，诸如2型糖尿病。DMR手术可以是一种有效的治疗方法，因为它会影响对食物的检测。DMR手术抑制十二指肠功能，使得食物在肠中的感知比正常情况更深，例如，在通过十二指肠(小肠的第一部分)后被感知。因此，患者的身体在肠中比通常情况下更深入地感知糖，并且因此对糖的反应比通常情况更晚，使得可以改善血糖控制。十二指肠的不规则功能改变了身体对食物的典型反应，并且通过神经系统和化学信号使身体适应其对葡萄糖水平的反应以增加胰岛素水平。
在DMR手术中，例如用盐水提起十二指肠粘膜，然后例如使用通过内窥镜的工作通道推进到十二指肠中的消融装置来消融粘膜。在消融前提起粘膜有助于保护十二指肠外层免受消融损伤。在粘膜被消融后，粘膜随后再生。消融装置的示例是NeuWaveTM消融探头(可从俄亥俄州辛辛那提(Cincinnati,OH)的Ethicon US LLC公司(Ethicon US LLC)获得)。消融装置的另一个示例是Hyblate导管消融探头(可以从以色列Misgav(Misgav,Israel)的Hyblate Medical公司(Hyblate Medical)获得)。消融装置的另一个示例是BarxxTMHaloFlex(可从明尼苏达州明尼阿波利斯市(Minneapolis,MN)的美敦力公司(Medtronic)获得)。
图21B示出了DMR手术的一个实施方案。如图21B所示，腹腔镜1400定位在十二指肠1402的外部，用于十二指肠1402的外部可视化。内窥镜1404经口推进穿过食道1406、穿过胃1408并且进入十二指肠1402以用于十二指肠1402的内部可视化。消融装置1410被推进穿过内窥镜1404的工作通道以从内窥镜1404朝远侧延伸到十二指肠1402中。消融装置1410的气囊1412在图21B中示出为是膨胀或充胀的。膨胀或充胀的气囊1412可帮助将消融装置的电极居中，因此在消融装置1410推进和/或回缩以重复消融之前可发生均匀的周向消融。在使用消融装置1410消融粘膜之前，诸如用盐水提起十二指肠粘膜。在一些实施方案中，除了包括气囊1412之外或代替包括该气囊，消融装置1410可以使用被配置为能够膨胀和收缩的电极阵列或篮来膨胀/收缩。
腹腔镜对十二指肠1402的外部可视化可以允许对十二指肠1402进行热监测，这可以帮助确保十二指肠1402的外层不会由于十二指肠粘膜的消融(例如，由于十二指肠被穿孔)而被损坏。例如，在下文以及2021年9月29日提交的名称为“Surgical Devices,Systems,And Methods For Control Of One Visualization With Another”的美国专利申请号63/249,658中进一步讨论了热监测的各种实施方案。内窥镜1404和/或消融装置1410可在其上包括基准标记，腹腔镜1400可被配置为能够例如通过使用不可见光透过十二指肠的组织进行可视化，以帮助确定腹腔镜1400应当在发生消融的位置处从外部可视化十二指肠1402的位置。基准标记的各种实施方案在例如2021年9月29日提交的名称为“Surgical Devices,Systems,Methods Using Fiducial Identification And Tracking”的美国专利申请号63/249,652以及2021年9月29日提交的名称为“Surgical Devices,Systems,And Methods For Control Of One Visualization With Another”的美国专利申请号63/249,658中进一步讨论。
对协同外科器械的控制
在各个方面，本公开提供了用于控制协同外科器械的方法、装置和系统。
例如，在一个实施方案中，系统可包括第一外科器械和第二外科器械以及控制器。第一外科器械和第二外科器械可各自被构造成能够在位于患者体内的第一外科治疗部位处的组织上操作，并且控制器可被配置为能够从第二器械接收与第一器械相关的数据。基于所接收的数据，控制器可以确定第一外科器械的至少一个测量参数，并且可以基于测量参数来确定第一外科器械或第二外科器械的至少一个操作参数的调整。
例如，图22提供了一个示例性外科系统1000的示意图，该示例性外科系统可提供外科器械的关于各种器械的位置和移动的协同控制。如图所示，系统1000包括：第一外科器械1010，该第一外科器械被构造成能够插入到患者体内；第一内窥镜1020，该第一内窥镜被构造成能够插入到患者体内并且使第一外科器械1010可视化；第二外科器械1030，该第二外科器械被构造成能够插入到患者体内；以及第二内窥镜1040，该第二内窥镜被构造成能够插入到患者体内并且使第二外科器械1030可视化。第一外科器械1010、第一内窥镜1020、第二外科器械1040和第二内窥镜1040各自被构造成能够与系统1000的控制器1050可操作地通信，该控制器被配置为能够基于从第一外科器械1010和第二外科器械1030以及第一内窥镜1020和第二内窥镜1040中的至少一个接收的数据来控制第一外科器械1010和第二外科器械1030的操作。第一外科器械1010和第二外科器械1030被构造成能够插入共用体腔或由共用组织壁分开的独立体腔中。虽然系统1000包括第一内窥镜1020和第二内窥镜1040，但在一些实施方案中，可从系统1000省略内窥镜1020、1040中的一个或两个。
第一外科器械1010和第二外科器械1030可各自为被构造成能够操纵和/或治疗组织的任何合适的外科装置。第一外科器械1010和第二外科器械1030可各自类似于图1的外科装置102、图8的外科装置202或本文描述的其他外科装置。如上所述，外科装置的示例包括外科解剖器、外科缝合器、外科抓紧器、施夹器、排烟器、外科能量装置(例如、单极探头、双极探头、消融探头、超声装置、超声端部执行器等)、各种其他智能供电的手持式装置等。例如，在一些实施方案中，第一外科器械1010和/或第二外科器械1030可包括具有相对的钳口的端部执行器，该相对的钳口从外科装置的轴的远侧端部延伸并且被构造成能够接合其间的组织。
第一内窥镜1020和第二内窥镜1040可各自包括被配置为能够在微创外科手术中获取外科部位的图像的成像装置。第一内窥镜1020和第二内窥镜1040均可类似于图1的成像装置120、图8的成像装置220或本文描述的其他成像装置。尽管当前主题的一些实施方式在本文中被描述为使用一个或多个内窥镜来获取外科部位的图像，但适合在微创外科手术中使用的任何类型的观察器械都可以与本文描述的系统、方法和装置结合使用。如上所述，窥镜的示例包括关节镜、血管镜、支气管镜、胆道镜、结肠镜、细胞镜、十二指肠镜、肠镜、食管胃十二指肠镜(胃镜)、喉镜、鼻咽肾镜、乙状结肠镜、胸腔镜、输尿管镜、外窥镜。这些示例性类型的窥镜中的一种或多种可以任何可行的组合在微创外科手术中一起使用。
控制器1050包括处理器1051和存储器1052，该处理器被配置为能够执行本文所述的操作中的一项或多项操作，并且该存储器被配置为能够存储用于使处理器1051执行操作的指令。控制器1050还包括第一外科器械接口1053、第一内窥镜接口1054、第二外科器械接口1055和第二内窥镜接口1056。如图22中所示，第一外科器械1010经由第一外科器械接口1053耦接到控制器1050，并且因此可以从处理器1051接收移动和致动指令。第一内窥镜1020经由第一内窥镜接口1054耦接到控制器1050，并且因此可以将表征由第一内窥镜1020获取的图像的数据提供给处理器1051和/或存储器1052，以供处理器1051稍后在执行本文所述的操作时使用。类似于第一外科器械1010，第二外科器械1030经由第二外科器械接口1055耦接到控制器1050，并且因此可以从处理器1051接收运动和致动指令。类似于第一内窥镜1020，第二内窥镜1040经由第二内窥镜接口1056耦接到控制器1050，并且因此可以将表征由第二内窥镜1040获取的图像的数据提供给处理器1051和/或存储器1052以供处理器1051稍后在执行本文所述的操作时使用。在一些实施方案中，第一外科器械接口1053、第一内窥镜接口1054、第二外科器械接口1055和第二内窥镜接口1056中的每一者可以彼此不同，以便适应第一外科器械1010、第一内窥镜1020、第二外科器械1030和第二内窥镜1040中的各种器械的控制器接口之间的差异。因此，第一外科器械1010和第二外科器械1030以及第一内窥镜1020和第二内窥镜1040都可以通过它们的各种接口独立地控制，或者可以以多种不同方式共同地控制，如下面进一步讨论的。
如图所示，系统1000还可以包括显示器1060，该显示器可操作地耦接到控制器1050并且被配置为能够以图形方式描绘由第一内窥镜1020和第二内窥镜1040中的一者或多者获取的图像。在一些实施方案中，控制器1050可以从第一内窥镜1020和第二内窥镜1040中的每一者接收图像数据流，根据所接收的图像数据实时地确定图像和/或视频馈送，并且将图像和/或视频馈送提供给显示器1060以在该显示器上描绘并且由用户观看。系统1000、控制器1050和/或显示器1060可以并入各种机器人外科系统并且/或者可以是外科集线器或其他计算机系统的一部分，如上文所讨论的。
此外，在一些实施方案中，系统1000可允许单个用户控制多个外科装置，例如第一外科器械1010和第二外科器械1030以及第一内窥镜1020和第二内窥镜1040。例如，系统1000或单个器械1010、1030和单个内窥镜1020、1040的控制可被拴系到各种外科医生控制平板、腹腔镜机器人控制台、诸如智能供电的手持式器械等的其他器械(在图22中被示为主控接口2000)，以提供对来自单个装置的多个可独立控制的装置的协同控制。在示例性实施方案中，主控制接口2000是外科集线器，尽管主控制接口2000可以被配置为能够另一类型的计算机系统。
因为系统1000的控制器1050与主控制接口2000通信，所以主控制接口2000被配置为能够接收用于控制第一外科器械1010、第一内窥镜1020、第二外科器械1030和第二内窥镜1040中的每一个的用户输入，并且基于所接收的用户输入将指令传送到控制器1050。因此，用户可以从单个接口(即主控制接口2000)控制所有第一外科器械1010、第一内窥镜1020、第二外科器械1030和第二内窥镜1040，这可以在执行外科手术期间实现显著的灵活性。另外，使用主控制接口2000(例如由无菌区域内的外科医生)对系统1000的单独控制可通过基于每次手术和/或每个用户的需要提供多个不同的控制配置来允许更安全的手术。
例如，在一些实施方案中，用户可以切换主控制接口2000以访问第一外科器械接口1053、第一内窥镜接口1054、第二外科器械接口1055和第二内窥镜接口1056中的一者或多者，并且在不同接口1053、1054、1055、1056之间切换。各种接口1053、1054、1055、1056可以保持它们的正常外观，或者可以具有用于经由主控制接口2000进行交互的定制外观。主控制接口2000可以提供对接口1053、1054、1055、1056中的一个或多个的访问。在其他实施方案中，第一用户(例如，外科医生)可在执行外科手术期间通过主控制接口2000控制器械1010、1030和内窥镜1020、1040，而第二用户(例如，第二外科医生或助手)可在外科手术的某些阶段(例如，插入或移除)期间通过接口1053、1054、1055、1056中的一个或多个来控制器械1010、1030或内窥镜1020、1040中的一个的移动。因此，第一用户可以在手术期间在更具挑战性或困难的点接管对器械1010、1030或内窥镜1020、1040中的一个或多个的控制，同时允许第二用户在手术的更简单的点期间控制器械1010、1030或内窥镜1020、1040中的一个或多个。
例如，在使用圆形缝合器或内切刀期间，诸如在结肠直肠外科手术期间，外科医生可能需要在无菌区域内操作，同时具有从无菌区域外部对器械的辅助控制定位、夹紧和/或击发以产生最终吻合。在这种手术期间，外科医生和助手因此必须从无菌区域的内部和外部彼此协调，这会导致低效和并发症。因此，在一个示例性实施方案中，用于系统1000中的器械1010、1030可以是图23中所示的圆形缝合器1010a、1030a。每个缝合器1010a、1030a具有砧座1012a、1032a和设置在轴1016a、1036a的远侧端部处的可替换钉仓1014a、1034a，并且每个缝合器1010a、1030a还具有圆形砧座回缩/释放马达和击发控制马达。如以上关于系统1000以及第一器械1010和第二器械1030所讨论的，缝合器1010a、1030a各自能够操作地耦接到主控制接口2000，以允许通过主控制接口2000从患者的无菌区域内或从无菌区域外单独访问和控制缝合器1010a、1030a的功能中的一个或多个。当外科医生在无菌区域内具有主控制接口2000时，区域外的助手仅需要定位缝合器1010a、1030a并保持特定位置，而无菌区域内的外科医生能够将组织夹紧到期望水平并且击发缝合器，同时仍然能够实时观察操作元件，诸如微组织张力和对应缝合器1010a、1030a的直接操作，以确保器械正确地工作。
在又一些实施方案中，器械1010、1030一起协同地工作以提供器械1010、1030中的一者或两者的跟踪和放置辅助。例如，在一些实施方案中，第一器械1010是在定位期间没有拴系件或轴的内切刀钳口，这使得难以正确地定位第一器械1010。内窥镜1020、1040中的一者或两者跟踪第一器械1010的方位，并且在可能使第一器械1010模糊的解剖结构上增强该方位的图像(例如，在显示器1060上)，以提供关于正确定位的信息并允许单独的轴或其他驱动功能机构相对于第一器械1010的内切刀钳口正确定位。
此外，在又一实施方案中，当系统1000是机器人外科系统的一部分时，第一用户从内窥镜1020、1040中的一个内窥镜(诸如腔内内窥镜或支气管镜)选择视觉馈送，该视觉馈送由第二用户在第一内窥镜1020或第二内窥镜1040的插入期间以及在对接第一内窥镜1020或第二内窥镜1040之前进行控制。所选内窥镜1020、1040在患者体内的位置的视图被增强到显示器(诸如显示器1060)上，使得第一用户能够指导所选内窥镜1020、1040何时被对接并且可通过机器人外科手术系统控制，诸如在接近临床工作或肿瘤位置时。
关于增强且合并的图像以及跟踪外科器械的各种实施方案的附加细节在例如之前提及的2021年9月29日提交的名称为“Cooperative Access”的美国申请号63/249,980中提供。各种外科缝合器和其对应功能的附加实施方案在以下专利申请中进一步描述：2019年12月3日发布的名称为“Powered Surgical Circular Stapler With RemovableCartridge And Variable Staple Height”的美国专利号10,492,788；2017年6月13日提交的名称为“Surgical Stapler with Controlled Healing”的美国专利公布号2018/0353174；2020年2月25日公布的名称为“Medicant Eluting Adjuncts And MethodsOfUsing Medicant Eluting Adjuncts”的美国专利号10,569,071；2020年7月21日公布的名称为“Stapling Adjunct Attachment”的美国专利号10,716,564；2013年2月8日提交的名称为“Layer Comprising Deployable Attachment Members”的美国专利公布号2013/0256377；2010年9月30日提交的名称为“Selectively Orientable Implantable FastenerCartridge”的美国专利号8,393,514；2007年2月28日提交的名称为“Surgical StaplingDevices That Produce Formed Staples Have Different Lengths”的美国专利号8,317,070；2005年6月21日提交的名称为“Surgical Instrument Incorporating EAP BlockingLockout Mechanism”的美国专利号7,143,925；2013年11月8日提交的名称为“SealingMaterials For Use In Surgical Stapling”的美国专利公布号2015/0134077；2013年11月8日提交的名称为“Hybrid Adjunct Materials for Use in Surgical Stapling”美国专利公布号2015/0134076；2013年11月8日提交的名称为“Positively ChargedImplantable Materials and Method of Forming the Same”的美国专利公布号2015/0133996；2013年11月8日提交的名称为“Tissue Ingrowth Materials and Method of Usethe Same”的美国专利公布号2015/0129634；2013年11月8日提交的名称为“HybridAdjunct Materials for Use in Surgical Stapling”的美国专利公布号2015/0133995；2014年3月26日提交的名称为“Surgical Instrument Comprising a Sensor System”的美国专利公布号2015/0272575；2014年6月10日提交的名称为“Adjunct Materials andMethods of Using Same in Surgical Methods for Tissue Sealing”的美国专利公布号2015/0351758；2013年2月8日提交的名称为“Adhesive Film Laminate”的美国专利公布号2013/0146643；2007年9月12日提交的名称为“Minimally Invasive Medical Implant AndInsertion Device And Method For Using The Same”的美国专利号7,601,118；以及2013年2月8日提交的名称为“Fastener Cartridge Comprising AReleasably AttachedTissue Thickness Compensator”的美国专利公布号2013/0221065，这些专利申请的全文以引用方式并入本文。
其中主控制接口2000对器械的单独访问和控制可以是有益的另一示例性实施方案涉及在执行外科手术期间向组织施加单极能量或双极能量。在示例性手术中，单极能量从发生电烧灼的器械的高能量密度尖端移动到附着于患者皮肤的各种扩散返回垫。然而，由于各种原因，例如如果路径沿着狭窄的动脉或静脉延伸，则器械尖端所处的位置与返回垫之间的路径可以被隔离和限制。在这种手术中，在器械尖端和限制区域之间可能发生非预期的二次烧灼。因此，在另一示例性实施方案中，系统1000中使用的器械1010、1030可以是图24中所示的电外科器械1010b、1030b。电外科器械1010b、1030b可具有多种配置。在该示出的实施方案中，每个电外科器械1010b、1030b具有设置在轴1016b、1036b的远侧端部处的第一钳口1012b、1032b和第二钳口1014b、1034b，并且每个钳口1012b、1014b、1032b、1034b在其上具有电极。每个电外科器械1010b、1030b还可以选择性地向目标治疗组织施加单极能量或双极能量。如以上关于系统1000以及第一器械1010和第二器械1030所讨论的，电外科器械1010b、1030b各自经由控制器1050能够操作地耦接到主控制接口2000，以允许通过主控制接口2000控制电外科器械1010b、1030b的功能中的一个或多个，诸如致动能量递送以及监测来自每个器械1010b、1030b的能量的有效路径和返回路径。当用户想要施加单极能量但检测到潜在的限制区域时，在从电外科器械1010b、1030b中的一个电外科器械施加单极能量之前，使用者可以选择另一个电外科器械1010b、1030b作为替代返回路径，而不是固定到患者皮肤上的返回垫，以避免无意的烧灼。各种电外科器械、它们的对应功能以及结合在其中的传感器的附加实施方案在以下专利中进一步描述：2009年3月5日公开的名称为“Electrical Ablation Surgical Instruments”的美国专利公布号2009/0062792；2019年5月2日公开的名称为“Surgical suturing instrument configured tomanipulate tissue using mechanical and electrical power”的美国专利公布号2019/0125431；2017年7月20日公开的名称为“Modular battery powered handheld surgicalinstrument with selective application of energy based on tissuecharacterization”的美国专利公布号2017/0202591；2017年9月12日公布的名称为“Multiple sensors with one sensor affecting a second sensor's output orinterpretation”的美国专利号9,757,128；2014年6月17日公布的名称为“Electrosurgical Instrument Employing A Thermal Management System”的美国专利号8,753,338；以及1996年9月24日公布的名称为“Impedance feedback monitor forelectrosurgical instrument”的美国专利号5,558,671，这些专利的全文据此以引用方式并入本文。
再次参考图22，在其他实施方案中，来自器械1010、1030和内窥镜1020、1040的输出可以显示在它们自己的接口1053、1054、1055、1056上并且通过这些接口控制，同时主控制接口2000经由控制器1050从器械1010、1030和内窥镜1020、1040接收输出和/或图像，而不允许从主控制接口2000对器械1010、1030和内窥镜1020、1040进行任何控制。然而，在此类实施方案中，用户可以使用主控制接口2000来请求对器械1010、1030和内窥镜1020、1040中期望的一个的控制，并且对请求控制的器械1010、1030和内窥镜1020、1040进行调整，同时使整个系统1000处于另一用户的控制之下。系统1000因此可以保持对所有器械1010、1030和内窥镜1020、1040的控制，同时仍然接受主控制接口2000的调整。
例如，主控制接口2000向系统1000传输关于对主控制接口2000的用户输入的询问，该用户输入请求对请求并授予控制的器械1010、1030和内窥镜1020、1040中的一个或多个的运动调整或致动。响应于接收到查询，系统1000确定所请求的运动调整或致动是否是可接受的。所请求的运动调整或致动是否是可接受的取决于当前手术和每次手术内的阶段。如果所请求的运动调整或致动不与经由接口1053、1054、1055、1056中的一个或多个对系统1000做出的较早请求相矛盾，则在所示实施方案中认为该请求是可接受的。另外或另选地，如果所请求的运动调整或致动不违反在系统1000上适当地设定的一个或多个预定规则或限制，诸如运动被阻止的特定外科区域、在手术期间当器械1010、1030中的一个或多个上的功能的致动被阻止时的某些时段等，则可以认为该请求是可接受的。作为一个示例，在使用上述缝合器1010a、1030a期间，如果主控制接口2000请求击发缝合器1010a、1030a中的任一个，则系统1000(例如，其控制器1050)确定对应的钉仓1014a、1034a是否已被击发。如果对应的钉仓1014a、1034a被确定为尚未击发，则认为所请求的击发是可接受的，并且如果对应的钉仓1014a、1034a被确定为已被击发且尚未更换，则认为所请求的击发是不可接受的。
如果确定是可接受的，则系统1000(例如，其控制器1050)允许所请求的运动调整或致动发生。如果确定是不可接受的，则系统1000(例如，其控制器1050)阻止所请求的运动调整或致动发生，并且主控制接口2000向主控制接口2000处的用户提供所请求的运动调整或致动被阻止的通知。因此，用户能够采取任何期望的校正动作，该校正动作随后将允许所请求的运动调整或致动和/或补偿尚未发生的所请求的运动调整或致动。
在一些实施方案中，外科器械1010、1030和/或内窥镜1020、1040中的一个或多个可监测或感测下文进一步讨论的其他外科器械1010、1030和/或内窥镜1020、1040中的一个或多个的一个或多个方面，并且系统1000(例如，其控制器1050)可以多种不同方式使用所监测或感测的方面。例如，诸如通过在显示器1060上提供关于所监测或感测的方面的信息，所监测或感测的方面可在整个系统1000中传送和/或向用户传送，所监测或感测的方面可用于确认一个或多个所监测或感测的外科器械1010、1030和/或内窥镜1020、1040的操作，并且/或者所监测或感测的方面可用于改变正在对其他器械进行监测的一个或多个外科器械1010、1030和/或内窥镜1020、1040的操作。例如，器械1010、1030和内窥镜1020、1040中的第一个可以关于器械1010、1030和内窥镜1020、1040中的第二个的一个或多个方面对器械1010、1030和内窥镜1020、1040中的第二个进行监测，并且控制器1050随后可以基于所监测的信息改变器械1010、1030或内窥镜1020、1040中的第二个的一个或多个功能，如以下所讨论的。因此，在一些外科手术中，关于所施加的力、能量等的各种阈值可针对每个器械和/或作为总累积量来选择，以避免任何无意的组织创伤。下面进一步讨论的由外科器械1010、1030和内窥镜1020、1040中的每一个监测并在其间传送的各条数据可以以各种不同的方式传送，诸如直接在两个器械/内窥镜之间、通过系统1000、使用其他器械/内窥镜作为中继器、各种附加通信链路或连接的集线器等。
例如，在一些实施方案中，内窥镜1020、1040中的一个内窥镜可以在视觉上监测外科器械1010、1030中的一个外科器械，以确认外科器械1010、1030中的一个外科器械的状态或正确操作，并且控制器1050可以基于视觉观察改变系统1000的功能。在示例性实施方案中，用于系统1000中的器械1010、1030是图23所示的圆形缝合器1010a、1030a。如上所述，每个缝合器1010a、1030a具有可替换的缝合器仓1014a、1034a。在外科手术的第一阶段期间，内窥镜1020、1040中的一者或两者在视觉上监测圆形缝合器1010a、1030a中的一者或两者，以允许确认仓1014a、1034a存在于对应的缝合器1010a、1030a中。控制器1050从内窥镜1020、1040中的监测内窥镜接收图像数据，并且分析所接收的图像数据以确定在图像数据中被可视化的可视化缝合器1010a、1030a是否具有仓1014a、1034a存在，例如通过检测在与缝合器相容的仓具有已知颜色时在仓钳口内是否存在某种颜色，通过检测是否存在缝钉腔的视觉图案以便指示仓1014a、1034a的存在等。基于该确定，控制器1050可采取各种不同动作，诸如如果仓1014a、1034a被确定为不存在于对应缝合器1010a、1030a中则警告用户(例如，经由显示器1060的视觉通知、听觉通知和/或触觉通知)，如果仓1014a、1034a被确定为不存在于缝合器1010a、1030a中则自动地禁用相关的缝合器1010a、1030a的任何击发功能，等等。在外科手术的第二阶段，监测内窥镜1020、1040继续视觉跟踪缝合器1010a、1030a中的一者或两者，并且系统1000(例如，其控制器1050)基于由监测内窥镜1020、1040收集的图像来检测和跟踪被跟踪的缝合器1010a、1030a何时已被击发并且对应的仓1014a、1034a何时已被耗尽。系统1000(例如，其控制器1050)可在确定仓1014a、1034a已被耗尽时采取各种不同动作，诸如警告用户(例如，经由显示器1060的视觉通知、听觉通知和/或触觉通知)，禁用相关缝合器1010a、1030a的任何击发功能，直到系统1000(例如，其控制器1050)检测到耗尽的仓1014a、1034a已被新的仓替换为止，直到系统1000(例如，其控制器1050)检测到所讨论的缝合器1010a、1030a已从患者移除从而可装载新的仓为止等。在其他实施方案中，内窥镜1020、1040可监测缝合器1010a、1030a以确定对应的砧座1012a、1032a是打开还是闭合、确定砧座1012a、1032a内的组织接触位置等，并且在外科缝合器与线性第一钳口和线性第二钳口一起使用的其他实施方案中，诸如在先前提到的美国专利号10569071中公开的那些实施方案，控制器1050可确定钳口是打开还是闭合、钳口内的组织接触位置等。
在另一个实施方案中，在如上所述的结肠直肠外科手术期间，系统1000可以结合一个或多个附加的成像装置以从外科治疗部位的腹腔镜侧观察患者的肠的任何扩张，从而向控制器1050指示对应的缝合器1010a、1030a上的砧座1012a、1032a是打开的，使得缝合器101a、1030s准备好击发，从而确认准备好通过吻合移除。在另一个实施方案中，砧座1012a、1032a中的一个砧座可以相对于对应的圆形缝合器1010a、1030a的壳体旋转或延伸，使得当用户旋转缝合器1010a、1030a时，砧座1012a、1032a的接合由控制器1050拧紧或松开，以允许砧座1012a、1032a相对于缝合器1010a、1030a的壳体自由旋转(松开)或防止旋转(拧紧)，以维持砧座1012a、1032a与仓的正确对准。
在其他实施方案中，外科器械1010、1030可通过一个或多个传感器直接相互监测，如下文所述，并且系统1000(例如，其控制器1050)可基于各种监测因素改变外科器械1010、1030中的一者或两者的操作。例如，在系统1000中使用的器械1010、1030可以是上文讨论并在图24中示出的电外科器械1010b、1030b。每个器械1010b、1030b可以被构造成能够在使用期间使用一个或多个传感器来监测另一个器械1010b、1030b，并且因此如以下进一步讨论的，可以帮助检测另一个器械1010b、1030b的问题，协同以递送组合的电负载和/或返回路径，调整其他器械的各种设置或功能性(诸如RF功率或电压)，检测器械的状态(诸如通电状态)，并且/或者感测器械1010b、1030b之间的组织或组织的参数(诸如阻抗)以更有效地递送能量，如以下讨论的。
例如，第二器械1030b可以被构造成能够通过检测第一器械1010b相对于第二器械1010b的通电状态来帮助选择性地中断或重新引导由第一器械1030b传输的功率。如上所述，每个电外科器械1010b、1030b具有第一钳口1012b、1032b和第二钳口1014b、1034b，并且每个钳口1012b、1014b、1032b、1034b在其上具有电极。第二器械1030b监测其钳口1032b、1034b中的电极，同时第一器械1010b向目标组织递送能量以检测在第二器械的电极处接收到的电势或电能的任何变化，从而确定由第一器械1010b向目标组织递送的任何能量是否到达第二器械1030b。如果控制器1050从第二器械1030b接收到指示第二器械1030b的电极中的变化的数据，同时第一器械1010b递送能量，则控制器1050确定第一器械1010b与第二器械1030b之间存在潜在不期望的电相互作用。响应于所检测到的潜在不期望的电相互作用，系统1000(例如，其控制器1050)可以导致采取补救行动，诸如停用第一器械1010b以停止任何潜在不期望的电相互作用，从而减少由第一器械1010b递送的功率量以减少第一器械1010b与第二器械1030b之间的电相互作用，例如经由显示器1060和/或主控制接口2000向用户提供询问以确定第一器械1010b与第二器械1030b之间的潜在不期望的电相互作用是否是可接受的，等等。如果第一器械1010b与第二器械1030b之间的电相互作用是可接受的，则外科手术可以在不停止或改变第一器械1010b的能量递送的情况下进行。在一些实施方案中，可设定电势变化的各种阈值且将其存储于存储器1052中，使得高于某一阈值的任何变化触发系统1000(例如，其控制器1050)，如上文所论述。
在另一个实施方案中，第二器械1030b具有电隔离的端部执行器，包括第一钳口1032b和第二钳口1034b以及轴1036b的远侧端部处的电极，并且通过使用由控制器1050控制的电开关，在端部执行器与第二器械1030b的其余部分以及系统1000之间的电连接是可断开的。端部执行器通过第一钳口1032b中的电极向由端部执行器接合的组织递送能量，并且控制器1050响应于能量递送的开始而监测第二钳口1036b中的电极，以检测监测电极处接收到的超过预先确定的阈值的电势或电能的变化(其中预先确定的阈值预先存储在存储器1052中以供控制器1050访问)。如果超过阈值，则控制器1050可采取一个或多个不同的动作，诸如沿着接地路径选择性地分流过量的所接收的能量和/或停用(诸如通过切断电连接)第二器械1030b以防止电能向端部执行器的任何进一步递送并且防止能量的进一步传输，和/或通过降低第二器械1030b的能量功率以减少电能向端部执行器的递送，使得第二器械1030b的电势低于预先确定的阈值。
在其他实施方案中，器械1010b、1030b可协同地一起工作以递送能量并监测向组织递送的组合电负载，从而更精确地控制能量施加和返回路径。例如，当器械1010b、1030b中的一个器械被定位在组织壁的第一侧上并且另一个器械1010b、1030b被定位在组织壁的第二相对侧上时，器械1010b、1030b中的一个器械被构造成能够在组织壁处向组织施加低于治疗水平的能量水平。另一个器械1010b、1030b充当能量的返回路径，从而允许器械1010、1030、1010b、1030b对其间的组织进行多个测定，诸如阻抗。器械1010b、1030b还被构造成能够协同以在组织壁处从器械1010b、1030b中的一者或两者向它们之间的组织施加治疗水平的能量，并且在器械1010b、1030b中的一者或两者上使用返回路径。当在组织壁处向组织施加能量时，器械1010b、1030b可位于相同或独立的体腔中，并且器械1010b、1030b协同地一起工作以递送能量和/或检测由另一器械1010b、1030b递送的能量以提供更精确的能量分布和施加。虽然已提供使用单极装置1010b或双极装置1030b的示例，但也可使用其他类型的器械。例如，微波或超声投射装置可以布置在第一体腔中，并且可以指向通过第二相邻体腔插入并且放置在两个腔之间的各种探头或聚焦元件。在又一示例中，器械中的一个器械可以是在其远侧外表面上具有各种电触点或消融触点的腔内窥镜，并且任何检测到的杂散能量可以允许停用该窥镜。
在其他实施方案中，器械1010、1030被构造成能够协同地一起工作，使得器械1010、1030中的一个器械锚定另一个器械1010、1030和/或组织，而器械1010、1030中的提供锚定的一个器械位于相同或独立的体腔中，以帮助在目标外科部位处施加力或操纵组织，如下文所讨论的。类似于上述实施方案，在一些外科手术中，关于向组织和/或其他器械施加的总器械力和/或单独器械力的各种阈值可针对每个器械和/或作为总累积量来选择，以避免任何无意的组织创伤。
例如，在一些外科手术期间，第一器械1010从目标外科部位处的组织壁的一侧接近目标外科部位，并且第一器械1010穿过组织壁抓紧组织和/或抓紧第二器械1030以改善组织和/或从组织壁的另一侧与目标外科部位处的组织相互作用的第二器械1030的刚性和稳定性。在示例性外科手术中，第一器械1010(例如，较大的腹腔镜器械)用于抓紧组织壁和/或穿过目标外科部位处的组织壁抓紧第二器械1030(例如，较小的柔性内窥镜器械)，以在第二器械1030直接操纵外科部位处的组织时为第二器械1030提供额外的支撑、稳定性和/或负载阻力。取决于第二器械1030的尺寸和强度，其可不具有完成期望的外科任务所必需的钳口或关节运动致动力。通过允许第一器械1010协同地连接到第二器械1030，直接连接到第二器械1030抑或经由组织壁间接连接到该第二器械，第一器械1010能够向第二外科器械1030提供附加的力和/或运动，并且能够克服第二器械1030的限制，以在组织上产生比从每个器械1010、1030分别可能产生的更大或不同的总力。在其他示例中，第一器械1010与第二器械1030配合使用，使得两个器械1010、1030穿过目标外科部位处的组织壁彼此抓紧，以改善每个器械对组织的抓紧，并且在组织与器械1010、1030之间形成更大、更分散的接触表面，以最小化组织的小撕裂。例如，柔性内窥镜器械可被限制为约1.5mm至约2.8mm的轴直径，而腹腔镜器械的轴直径可为约5mm至约12mm，并且在一些示例中，腹腔镜器械轴直径甚至可以更大。因此，例如，当约5mm的腹腔镜器械(例如，经皮腹腔镜侧抓紧器或砧座抓紧器)抓紧约1.5mm或约3mm的柔性内窥镜器械时，较大的腹腔镜器械向较小的柔性内窥镜器械提供附加的支撑和力。
在许多不同的手术中可以采用类似的方法。在另一个实施方案中，在从患者膀胱的壁切除肿瘤期间，膀胱可以是柔软的并且非流体填充的。两个器械1010、1030的位置可以与抓取和扩张膀胱的位置相协调。根据需要，还可从腹腔镜途径引入第三器械以进一步调整向膀胱组织施加的力以维持膀胱的适当扩张，从而允许系统1000(例如，其控制器1050)控制由器械1010、1030施加的力，以确保成功扩张，同时还限制对抓紧的组织的损伤或伤害。在又一个实施方案中，器械1010、1030中的一个器械包括球囊，该球囊被充气或放气以在目标外科部位的一侧上施加更多或更少的力，以允许在目标外科手术部位的另一侧上更容易地解剖或切除并且允许更简单的组织控制过程，因为器械1010、1030协同工作以实现对组织的力，同时最小化用户必须执行以监测器械1010、1030的附加工作的量和向抓紧的组织施加的力。因此，在一些实施方案中，第一器械1010不具有足够的动力或支撑以使用其自身的致动功能来完成功能，并且第二器械1030耦接到第一器械1010以提供补充力、行程、杠杆作用等以允许第一器械1010完成特定功能。包括球囊的外科器械的各种实施方案在例如之前提及的2021年9月29日提交的名称为“Cooperative Access”的美国申请号63/249,980中进一步描述。在另一个实施方案中，第一器械1010是被定位并且最初被夹紧到目标组织部位上的缝合器，但是第一器械1010需要抓紧器或夹紧装置形式的第二器械1030将第一器械1010的钳口完全夹紧到抓紧的组织上成闭合状态。在第一器械1010借助于第二器械1030完全闭合到组织上之后，第一器械1010致动以将缝钉击发到组织中。因此，虽然第一器械1010能够自己致动缝钉，但第一器械1010需要第二器械1030的附加夹紧力来完全闭合。
在一些外科手术中，协同和相反/抵抗作用(例如，向组织施加的力)的各种组合可由每个器械1010、1030执行，以产生比器械1010、1030单独可实现的更精确的器械操纵。例如，第一器械1010和第二器械1030最初可以在外科手术的第一部分期间首先开始工作以在共同方向上操纵组织，并且然后器械1010、1030可以在外科手术的第二部分中工作以在相反方向上操纵组织，以提高任何所施加的力的精度，同时还操纵目标外科部位处的组织以实现更有益的手术结果。在一个示例性外科手术中，系统1000中使用的器械1010、1030可以是图24中所示的外科器械1010c、1030c。每个外科器械1010c、1030c具有设置在轴1016c、1036c的远侧端部处的第一钳口1012c、1032c和第二钳口1014c、1034c，并且每个钳口1012b、1014b、1032b、1034b在其上具有一个或多个力传感器。第一器械1010c和第二器械1030c被夹紧在目标外科部位处的共同组织上，并且用于缩回或改变共同组织的取向，以获得对选定组织的接近和/或增加一部分组织的可见性。内窥镜1020、1040中的一者或两者监测器械1010c、1030c的移动方向，并且外科器械1010c、1030c中的一个或多个力传感器监测向组织施加的力。这样，如果被监测器械1010c、1030c的组织的移动方向或向其施加的力改变，则控制器1050基于来自内窥镜1020、1040中的一者或两者的可视化或由一个或多个力传感器检测到的力的改变来检测该改变，并且控制器1050自动指示监测器械1010c、1030c执行其行为或取向的改变，诸如改变所施加的力、移动速度或方向等，以维持第一器械1010c和第二器械1030c与共同组织之间的协同相互作用。例如，器械1010c、1030c可能需要控制向目标组织和/或其他器械1010c、1030c的抓紧负载以避免或限制无意的组织创伤，在这种情况下，力阈值量可由用户选择或编程到系统1000中。使用每个器械1010c、1030c中的一个或多个力传感器，控制器1050同时监测来自器械1010c、1030c的组织负载量，例如大小和方向。如果在目标组织和/或另一器械1010c、1030c上超过力阈值量，则控制器1050指示器械1010c、1030c减小抓紧负载，例如通过将器械1010c、1030c移动得更靠近彼此、放松器械1010c、1030c中的一者或两者的钳口的闭合力等。因此，阈值的使用可以确保在特定目标外科组织部位处任何时间点都不超过可选择的净组织负载阈值。虽然在此讨论了一个或多个力传感器，但是各种不同的传感器可以被结合到器械1010c、1030c中，例如在以上结合的美国专利公布号2017/0202591和美国专利号9757128中所发现的。
虽然本文已讨论了两个器械1010c、1030c的使用，但在一些实施方案中，两个器械1010c、1030c可用于抓紧和操纵组织，同时第三器械对该两个器械间的组织进行操作。例如，第一器械1010c和第二器械1030c可在目标外科部位处抓紧并展开组织，同时第三器械在第一器械和第二器械之间的目标组织上操作或横切目标组织，并且由两个器械1010c、1030c向组织施加的总负载可通过响应于第三器械继续在目标组织上操作而移动器械1010c、1030c来保持恒定，从而有效地平衡或致使两个器械1010c、1030c抵抗其间的力来在组织上维持期望的力，例如，如果力开始超过组织上期望的力，则通过将器械1010c、1030c移动得更靠近彼此。在其他实施方案中，两个或更多个钳口可结合到同一器械上，并且两个或更多个钳口以与上述两个器械1010c、1030c相同的方式起作用，从而允许单个器械上的两个钳口展开组织以允许另一个器械接近两个钳口之间的组织或解剖结构。
除了改变被监测的器械1010c、1030c中的一个器械的行为或功能之外并且类似于以上讨论的协同行为之外，进行监测的器械1010c、1030c还可以响应于被监测的器械1010c、1030c而改变其自己的行为和/或功能，类似于以上讨论的协同动作。例如，监测器械1010c、1030c可以使用被监测器械1010c、1030c的所监测行为或状态来改变其自身行为，例如协调其自身动作(例如，所施加的功能、力、围绕器械轴线的旋转、围绕入口的枢转、速度、模拟、跟随(shadowing)或镜像被监测器械的行为等)以与共同目标外科部位和/或被监测器械1010c、1030c协调地相互作用。另外，监测器械1010c、1030c可用于回缩或移动组织以增加内窥镜1020、1040中的一者或两者的可视性和/或接近被监测器械1010c、1030c的目标外科部位，例如通过使用各种抓紧器装置、抽吸装置、患者的肠的套型部分或完全包裹、和/或各种内窥镜展开的可视性套头等。器械1010c、1030c因此可以保持它们之间的位置关系，该位置关系可以在这些器械被耦接时被限定，实际上导致监测器械1010c、1030c跟随或模拟被监测器械1010c、1030c。
图25和图26示出了示例性外科手术，其中肿瘤3000位于患者的骨盆组织3002和患者的结肠组织3004之间，并且组织被第二器械1030c分离以改善对肿瘤3000的接近。在该示出的实施方案中的系统1000中使用的第一器械1010c是通过腹腔镜途径接近目标外科部位的腹腔镜抓紧器械(在外科手术中被认为是跟随或追随器械)，并且在该示出的实施方案中的系统1000中使用的第二器械1030c是通过患者的直肠插入到患者的结肠中的内窥镜抓紧器械(在外科手术中被认为是引导器械)。在示例性外科手术的第一步骤中，第一器械1010c回缩目标外科部位处的组织，如图25中所示，以允许增加第二器械1030c对解剖部位的接近，如图26中所示。在图25和图26中提供了数字1、2、3和4以示出器械1010c、1030c通过手术的不同外科位置的顺序移动。在两个器械1010c、1030c之间设定目标外科部位处的组织上的总阻力负载或力关系，并且当第二器械1030c相对于肿瘤3000处的目标外科部位处的组织移动时，第一器械1010c自动追随第二器械1030c的移动，同时基于总阻力负载或力关系维持类似的反作用力，而不是保持静止并且允许两个器械1010c、1030c之间的力改变。然而，在其他实施方案中，两个器械1010c、1030c之间的预定义参数可以是各种不同的值，诸如各种最大或最小力阈值、移动的变化率(诸如加速度或速度)、跟随或模拟行为的最大位移、对两个器械之间的取向变化的各种限制、各种最大或最小总力负载、组织上的最大或最小局部抓紧和/或撕裂力等。
图27中的曲线图示出了引导装置(在图25和图26中示出为第二外科装置1030c)和跟随或模拟装置(在图25和图26中示出为第一外科装置1010c)之间的具有阈值的电阻负载、位移和速度，作为可能预定义参数。图27示出了针对结肠处的外科手术的结肠内的第二器械1030c(在图27中标记为“第一引导装置”)相对于时间的阻力负载、位移值和速度，以及针对骨盆内的第一器械1010c(在图27中标记为“第二跟随模拟装置”)或骨盆处的外科手术的相对于时间的阻力负载力、相对于骨盆位移的位移值和相对于骨盆速度的速度。另外，警告力阈值和最大力阈值被提供用于第一器械1010c和第二器械1030c两者，在这些阈值处向用户提供警告，并且系统1000分别防止阻力负载力的额外增加。此外，在图27中指示了数字1、2、3和4，以反映移动期间每个位置处的对应的力、位移和速度，这些数字在图25和图26中提供以示出移动期间器械1010c、1030c的按顺序的不同位置。例如，当第一器械1010c和第二器械1030c从位置1移动到位置2时，所抓紧的组织上的阻力负载力增大，直到超过警告力阈值为止，此时由控制器1050通过减慢第二器械1010c(引导装置)的速度同时增大速度并减小第一器械1030c(跟随装置)相对于第二器械1030c的位移来减小两个器械1010c、1030c的力，以将器械1010c、1030c移动得更靠近彼此。从位置2到位置3，所抓紧的组织上的阻力负载力再次超过第二器械1030c(引导装置)的警告力阈值，此时由控制器1050降低第二器械1030的速度以减小力。从位置3到位置4，病变完全分离，此时第二器械1030c(引导装置)的速度增加，因为患者的骨盆组织3002和患者的结肠组织3004完全分离，并且第一器械1010c(跟随装置)的阻力负载力达到最大力阈值，此时由控制器1050减小第一器械1010c相对于第二器械1030c的位移，以将器械1010c、1030c移动得更彼此靠近并且减小阻力负载力。
虽然以上提供了解剖示例，但是由一个器械1010、1030基于另一器械1010、1030进行的模拟、跟随或镜像行为可以涉及多个不同的手术。例如，在另一个实施方案中，可以在利用两个外科器械1010、1030的协同组织缝合期间使用模拟或跟随行为，其中引导器械1030驱动针进入组织，同时跟随或模拟器械1010在针被驱动穿过组织之后抓紧针的突出尖端。由于器械1010、1030之间运动的跟随性质，引导器械1030设定跟随器械1010预期针退出组织的位置的轨迹。然而，许多不同的示例性手术可以使用类似的模拟、跟随或镜像手术，如本文所提供的。
根据上述实施方案，本领域的技术人员将会认识到本发明的另外的特征和优点。因此，本发明不应受到已具体示出和描述内容的限制，除非所附权利要求有所指示。本文引用的所有出版物和参考文献出于所有目的全文明确地以引用方式并入本文。

Claims (22)

1.一种系统，所述系统包括：
具有端部执行器的第一电外科器械，所述端部执行器被构造成能够在位于患者体内的第一外科治疗部位处抓紧组织并且向所述组织递送能量；
具有端部执行器的第二电外科器械，所述端部执行器被构造成能够在所述第一外科治疗部位处抓紧组织并且向所述组织递送能量；和
控制器，所述控制器被配置为能够从所述第二电外科器械接收与由所述第一电外科器械递送到组织的能量的量相关的数据、能够基于接收到的所述数据来至少确定由所述第一电外科器械递送的能量的量、并且能够基于接收到的所述数据来确定对由所述第一电外科器械递送的能量的所述量的调整。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括具有图像传感器的内窥镜系统，所述图像传感器被配置为能够捕获表征所述第一电外科器械或所述第二电外科器械中的至少一者的图像的图像数据。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其中，所述控制器被配置为能够将由所述第一电外科器械递送的能量的所确定的量与预定阈值进行比较。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述控制器被配置为能够基于接收到的所述数据来自动调整由所述第一电外科器械递送的能量的所述量。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述控制器被配置为能够基于接收到的所述数据来提供关于由所述第一电外科器械递送的能量的所述量的警报。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述第一电外科器械被构造成能够从第一体腔在所述第一外科治疗部位处的组织上操作，并且所述第二电外科器械被构造成能够从第二体腔在所述第一外科治疗部位处的组织上操作。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述控制器被配置为能够基于接收到的所述数据来确定所述第一外科治疗部位处的所述组织的组织参数。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述控制器被配置为能够基于接收到的所述数据来改变所述第一电外科器械的通电状态。
9.一种系统，所述系统包括：
数据处理器；和
存储器，所述存储器存储被配置为能够使得所述数据处理器执行操作的指令，所述操作包括：
从第二电外科器械实时地接收与由第一电外科器械递送到位于患者体内的第一外科治疗部位处的组织的能量的量相关的数据；以及
基于从所述第二电外科器械接收到的所述数据来至少确定由所述第一电外科器械递送的能量的量，以及基于接收到的所述数据来确定对由所述第一电外科器械递送的能量的所述量的调整。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述数据处理器的所述操作还包括从内窥镜系统实时地接收所述第一电外科器械的图像。
11.根据权利要求9或权利要求10所述的系统，其中，所述数据处理器的所述操作还包括将由所述第一电外科器械递送的能量的所确定的量与预定阈值进行比较。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的系统，其中，所述数据处理器的所述操作还包括基于接收到的所述数据来自动调整由所述第一电外科器械递送的能量的所述量。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的系统，其中，所述数据处理器的所述操作还包括基于接收到的所述数据来确定所述第一外科治疗部位处的所述组织的组织参数。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的系统，其中，所述数据处理器的所述操作还包括基于接收到的所述数据来改变所述第一电外科器械的通电状态。
15.一种方法，所述方法包括：
由控制器从第二电外科器械实时地接收与由第一电外科器械递送到位于患者体内的第一外科治疗部位处的组织的能量的量相关的数据；以及
由所述控制器基于接收到的所述数据来至少确定由所述第一电外科器械递送的能量的量，以及基于接收到的所述数据来确定对由所述第一电外科器械递送的能量的所述量的调整。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括从第一内窥镜实时地接收所述第一电外科器械的图像。
17.根据权利要求15或权利要求16所述的方法，还包括基于接收到的所述数据来自动调整由所述第一电外科器械递送的能量的所述量。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，还包括基于接收的所述数据来改变所述第一电外科器械的通电状态。
19.一种包括指令的计算机程序产品，当所述程序由根据权利要求1至8中任一项所述的系统的所述控制器执行时，所述指令使得所述控制器：
从所述第二电外科器械接收与由所述第一电外科器械递送到组织的能量的量相关的数据；
基于接收到的所述数据来至少确定由所述第一电外科器械递送的能量的量；以及
基于接收到的所述数据来确定对由所述第一电外科器械递送的能量的所述量的调整。
20.一种包括指令的计算机程序产品，当所述程序由根据权利要求9至14中任一项所述的系统的所述控制器执行时，所述指令使得所述控制器执行根据权利要求15至18中任一项所述的方法。
21.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质上存储有根据权利要求19或权利要求20所述的计算机程序产品。
22.一种数据载体信号，所述数据载体信号承载根据权利要求19或权利要求20所述的计算机程序产品。
CN202280071284.6A 2021-09-29 2022-09-26 用于控制协同外科器械的系统 Pending CN118159210A (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202163249877P 2021-09-29 2021-09-29
US63/249,877 2021-09-29
US17/451,959 US20230095730A1 (en) 2021-09-29 2021-10-22 Methods and Systems for Controlling Cooperative Surgical Instruments
US17/451,959 2021-10-22
PCT/IB2022/059083 WO2023052933A1 (en) 2021-09-29 2022-09-26 Systems for controlling cooperative surgical instruments

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN118159210A true CN118159210A (zh) 2024-06-07

Family

ID=85706033

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280077472.XA Pending CN118284377A (zh) 2021-09-29 2022-09-26 用于控制协同外科器械的系统
CN202280071284.6A Pending CN118159210A (zh) 2021-09-29 2022-09-26 用于控制协同外科器械的系统
CN202280069678.8A Pending CN118103002A (zh) 2021-09-29 2022-09-26 用于控制协同外科器械的系统

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280077472.XA Pending CN118284377A (zh) 2021-09-29 2022-09-26 用于控制协同外科器械的系统

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280069678.8A Pending CN118103002A (zh) 2021-09-29 2022-09-26 用于控制协同外科器械的系统

Country Status (5)

Country Link
US (4) US20230103005A1 (zh)
EP (2) EP4243723A1 (zh)
JP (3) JP2024536158A (zh)
CN (3) CN118284377A (zh)
WO (3) WO2023052957A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12053150B2 (en) * 2021-08-11 2024-08-06 Terumo Cardiovascular Systems Corporation Endoscopic vessel harvesting with thermal management and augmented reality display

Family Cites Families (76)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5558671A (en) 1993-07-22 1996-09-24 Yates; David C. Impedance feedback monitor for electrosurgical instrument
US7297102B2 (en) 2004-07-28 2007-11-20 Ethicon, Inc. Minimally invasive medical implant and insertion device and method for using the same
US7143925B2 (en) 2004-07-28 2006-12-05 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Surgical instrument incorporating EAP blocking lockout mechanism
DE102005040487B4 (de) * 2005-08-26 2014-02-06 Erbe Elektromedizin Gmbh HF-Chirurgiegerät
US7673781B2 (en) 2005-08-31 2010-03-09 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Surgical stapling device with staple driver that supports multiple wire diameter staples
JP4960112B2 (ja) * 2007-02-01 2012-06-27 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 内視鏡手術装置
US20090076476A1 (en) * 2007-08-15 2009-03-19 Hansen Medical, Inc. Systems and methods employing force sensing for mapping intra-body tissue
US8568410B2 (en) 2007-08-31 2013-10-29 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Electrical ablation surgical instruments
US8460284B2 (en) * 2007-10-26 2013-06-11 Encision, Inc. Multiple parameter fault detection in electrosurgical instrument shields
WO2009126953A2 (en) * 2008-04-11 2009-10-15 Physcient, Inc. Methods and devices to decrease tissue trauma during surgery
WO2010022088A1 (en) * 2008-08-18 2010-02-25 Encision, Inc. Enhanced control systems including flexible shielding and support systems for electrosurgical applications
US8545515B2 (en) * 2009-09-23 2013-10-01 Intuitive Surgical Operations, Inc. Curved cannula surgical system
US8521331B2 (en) 2009-11-13 2013-08-27 Intuitive Surgical Operations, Inc. Patient-side surgeon interface for a minimally invasive, teleoperated surgical instrument
US8870898B2 (en) * 2010-01-05 2014-10-28 GI Windows, Inc. Self-assembling magnetic anastomosis device having an exoskeleton
US8753338B2 (en) 2010-06-10 2014-06-17 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Electrosurgical instrument employing a thermal management system
US9662174B2 (en) * 2010-08-02 2017-05-30 The Johns Hopkins University Micro-force guided cooperative control for surgical manipulation of delicate tissue
US9788834B2 (en) 2010-09-30 2017-10-17 Ethicon Llc Layer comprising deployable attachment members
US8393514B2 (en) 2010-09-30 2013-03-12 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Selectively orientable implantable fastener cartridge
US9186219B2 (en) * 2010-12-17 2015-11-17 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Surgical system and methods for mimicked motion
US9119655B2 (en) * 2012-08-03 2015-09-01 Stryker Corporation Surgical manipulator capable of controlling a surgical instrument in multiple modes
JP6262216B2 (ja) * 2012-06-01 2018-01-17 インテュイティブ サージカル オペレーションズ， インコーポレイテッド 零空間を使用して操作アーム間の衝突を回避するためのシステム及び方法
US9445816B2 (en) 2012-12-17 2016-09-20 Ethicon Endo-Surgery, Llc Circular stapler with selectable motorized and manual control
JP6112300B2 (ja) * 2013-01-10 2017-04-12 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 マスタースレーブロボットの制御装置及び制御方法、マスタースレーブロボット、並びに、制御プログラム
KR102257034B1 (ko) 2013-03-15 2021-05-28 에스알아이 인터내셔널 하이퍼덱스트러스 수술 시스템
US9274047B2 (en) 2013-05-24 2016-03-01 Massachusetts Institute Of Technology Methods and apparatus for imaging of occluded objects
US20150134076A1 (en) 2013-11-08 2015-05-14 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Hybrid adjunct materials for use in surgical stapling
US10456129B2 (en) 2013-11-08 2019-10-29 Ethicon Llc Positively charged implantable materials and method of forming the same
US9936950B2 (en) 2013-11-08 2018-04-10 Ethicon Llc Hybrid adjunct materials for use in surgical stapling
US20150134077A1 (en) 2013-11-08 2015-05-14 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Sealing materials for use in surgical stapling
US9700311B2 (en) 2013-11-08 2017-07-11 Ethicon Llc Tissue ingrowth materials and method of using the same
CN106028930B (zh) 2014-02-21 2021-10-22 3D集成公司 包括手术器械的套件
US9913642B2 (en) 2014-03-26 2018-03-13 Ethicon Llc Surgical instrument comprising a sensor system
US10172611B2 (en) 2014-06-10 2019-01-08 Ethicon Llc Adjunct materials and methods of using same in surgical methods for tissue sealing
EP3166468A4 (en) * 2014-07-10 2018-03-07 M.S.T. Medical Surgery Technologies Ltd. Improved interface for laparoscopic surgeries - movement gestures
US9757128B2 (en) 2014-09-05 2017-09-12 Ethicon Llc Multiple sensors with one sensor affecting a second sensor's output or interpretation
WO2016054256A1 (en) * 2014-09-30 2016-04-07 Auris Surgical Robotics, Inc Configurable robotic surgical system with virtual rail and flexible endoscope
US9636184B2 (en) 2015-05-15 2017-05-02 Auris Surgical Robotics, Inc. Swivel bed for a surgical robotics system
US10569071B2 (en) 2015-08-31 2020-02-25 Ethicon Llc Medicant eluting adjuncts and methods of using medicant eluting adjuncts
US10111721B2 (en) * 2015-09-25 2018-10-30 Ethicon Llc Hybrid robotic surgery with mirrored and mimicked motion
DK178899B1 (en) 2015-10-09 2017-05-08 3Dintegrated Aps A depiction system
US10154886B2 (en) * 2016-01-06 2018-12-18 Ethicon Llc Methods, systems, and devices for controlling movement of a robotic surgical system
US9949798B2 (en) * 2016-01-06 2018-04-24 Ethicon Endo-Surgery, Llc Methods, systems, and devices for controlling movement of a robotic surgical system
US11229471B2 (en) 2016-01-15 2022-01-25 Cilag Gmbh International Modular battery powered handheld surgical instrument with selective application of energy based on tissue characterization
US10709511B2 (en) * 2016-08-16 2020-07-14 Ethicon Llc Control of jaw or clamp arm closure in concert with advancement of device
US10500000B2 (en) * 2016-08-16 2019-12-10 Ethicon Llc Surgical tool with manual control of end effector jaws
US10531929B2 (en) * 2016-08-16 2020-01-14 Ethicon Llc Control of robotic arm motion based on sensed load on cutting tool
US10390895B2 (en) * 2016-08-16 2019-08-27 Ethicon Llc Control of advancement rate and application force based on measured forces
US10543048B2 (en) 2016-12-28 2020-01-28 Auris Health, Inc. Flexible instrument insertion using an adaptive insertion force threshold
US10716564B2 (en) 2017-02-17 2020-07-21 Ethicon Llc Stapling adjunct attachment
US20180353174A1 (en) 2017-06-13 2018-12-13 Ethicon Llc Surgical Stapler with Controlled Healing
US10555778B2 (en) 2017-10-13 2020-02-11 Auris Health, Inc. Image-based branch detection and mapping for navigation
US11911045B2 (en) * 2017-10-30 2024-02-27 Cllag GmbH International Method for operating a powered articulating multi-clip applier
US11793537B2 (en) 2017-10-30 2023-10-24 Cilag Gmbh International Surgical instrument comprising an adaptive electrical system
US20190201146A1 (en) * 2017-12-28 2019-07-04 Ethicon Llc Safety systems for smart powered surgical stapling
US11069012B2 (en) 2017-12-28 2021-07-20 Cilag Gmbh International Interactive surgical systems with condition handling of devices and data capabilities
US20190201140A1 (en) 2017-12-28 2019-07-04 Ethicon Llc Surgical hub situational awareness
US11559307B2 (en) * 2017-12-28 2023-01-24 Cilag Gmbh International Method of robotic hub communication, detection, and control
US11076921B2 (en) 2017-12-28 2021-08-03 Cilag Gmbh International Adaptive control program updates for surgical hubs
US10892995B2 (en) 2017-12-28 2021-01-12 Ethicon Llc Surgical network determination of prioritization of communication, interaction, or processing based on system or device needs
US11969142B2 (en) 2017-12-28 2024-04-30 Cilag Gmbh International Method of compressing tissue within a stapling device and simultaneously displaying the location of the tissue within the jaws
US11589888B2 (en) 2017-12-28 2023-02-28 Cilag Gmbh International Method for controlling smart energy devices
US11423007B2 (en) * 2017-12-28 2022-08-23 Cilag Gmbh International Adjustment of device control programs based on stratified contextual data in addition to the data
US11937769B2 (en) * 2017-12-28 2024-03-26 Cilag Gmbh International Method of hub communication, processing, storage and display
US11659023B2 (en) 2017-12-28 2023-05-23 Cilag Gmbh International Method of hub communication
US20190206555A1 (en) 2017-12-28 2019-07-04 Ethicon Llc Cloud-based medical analytics for customization and recommendations to a user
US11234781B2 (en) * 2017-12-31 2022-02-01 Asensus Surgical Us, Inc. Dynamic control of surgical instruments in a surgical robotic system
US10667875B2 (en) * 2018-06-27 2020-06-02 Auris Health, Inc. Systems and techniques for providing multiple perspectives during medical procedures
US10925598B2 (en) 2018-07-16 2021-02-23 Ethicon Llc Robotically-assisted surgical suturing systems
WO2020060750A1 (en) 2018-09-17 2020-03-26 Auris Health, Inc. Systems and methods for concomitant medical procedures
US11612445B2 (en) * 2019-06-27 2023-03-28 Cilag Gmbh International Cooperative operation of robotic arms
US11547468B2 (en) * 2019-06-27 2023-01-10 Cilag Gmbh International Robotic surgical system with safety and cooperative sensing control
US11399906B2 (en) * 2019-06-27 2022-08-02 Cilag Gmbh International Robotic surgical system for controlling close operation of end-effectors
WO2021188833A1 (en) * 2020-03-18 2021-09-23 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University System and method for detecting, characterizing, and preventing tissue damage during a surgical procedure
EP4142610A4 (en) * 2020-04-29 2023-10-25 Seva Robotics LLC COLLABORATIVE SURGICAL ROBOT PLATFORM FOR AUTONOMOUS TASK EXECUTION
US20210393338A1 (en) * 2020-06-22 2021-12-23 Auris Health, Inc. Medical instrument driving
US20220151714A1 (en) * 2020-11-17 2022-05-19 Mazor Robotics Ltd. Automated robotic retractor

Also Published As

Publication number Publication date
EP4243717A1 (en) 2023-09-20
WO2023052957A1 (en) 2023-04-06
US20230094266A1 (en) 2023-03-30
US20230095221A1 (en) 2023-03-30
WO2023052933A1 (en) 2023-04-06
EP4243723A1 (en) 2023-09-20
CN118284377A (zh) 2024-07-02
JP2024536156A (ja) 2024-10-04
JP2024536158A (ja) 2024-10-04
CN118103002A (zh) 2024-05-28
JP2024536157A (ja) 2024-10-04
US20230095730A1 (en) 2023-03-30
WO2023052948A1 (en) 2023-04-06
US20230103005A1 (en) 2023-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN118102987A (zh) 用于控制协作式外科器械的方法和系统
CN118019504A (zh) 用于控制具有可变外科部位进入轨迹的协同外科器械的系统
CN118159210A (zh) 用于控制协同外科器械的系统
JP2024537782A (ja) 基準特定及び追跡を使用する手術デバイス、システム、及び方法
JP2024537781A (ja) 基準特定及び追跡を使用する手術デバイス、システム、方法
EP4221629B1 (en) Surgical devices and systems using multi-source imaging
US20230116781A1 (en) Surgical devices, systems, and methods using multi-source imaging
CN118251190A (zh) 使用多源成像的外科装置、系统和方法
CN118042993A (zh) 用于控制协作式外科器械的方法和系统
CN118139578A (zh) 使用多源成像的外科装置、系统和方法
JP2024536151A (ja) 協調する手術器具を制御するための方法及びシステム
WO2023052929A1 (en) Surgical devices, systems, and methods using multi-source imaging
JP2024536172A (ja) 多光源撮像を使用する外科用デバイス、システム、及び方法
WO2023052962A1 (en) Methods and systems for controlling cooperative surgical instruments
EP4210623A1 (en) Surgical devices, systems, and methods using multi-source imaging
CN118159217A (zh) 使用多源成像的外科装置、系统和方法
CN118302130A (zh) 使用基准识别和跟踪的外科装置、系统、方法
CN118338861A (zh) 使用基准识别和跟踪的外科装置、系统、方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination