用于检测手术器械与患者组织的物理接触的系统和方法与流程

用于检测手术器械与患者组织的物理接触的系统和方法
1.相关申请
2.本技术要求在2019年8月22日提交的题为“用于检测手术器械与患者组织的物理接触的系统和方法”(systems and methods for detecting physical contact of a surgical instrument with patient tissue)的美国临时专利申请第62/890,536号的优先权，其内容通过引用整体并入本文。


背景技术：

3.长时间与患者组织物理接触的手术器械可能会损伤患者组织。例如，在比患者组织更高的温度下操作的手术器械(例如，内窥镜)可能在长时间接触后灼伤患者组织。作为另一个示例，手术器械在长时间接触后可能会损坏脆弱的组织。
4.然而，在某些情况下，外科医生可能难以确定手术器械何时与患者组织发生物理接触。例如，在微创外科手术程序期间，外科医生可能无法从手术部位的内窥镜视图中确定手术器械何时与手术部位处或附近的患者组织物理接触。


技术实现要素：

5.以下描述呈现了本文描述的方法和系统的一个或多个方面的简化概述，以提供对这些方面的基本理解。该概述不是对所有预期方面的广泛概述，并且既不旨在标识所有方面的关键或决定性要素，也不旨在描绘任何或所有方面的范围。其唯一目的是以简化形式呈现本文描述的方法和系统的一个或多个方面的一些概念，作为下文呈现的更详细描述的前奏。
6.一种示例性系统可包括存储指令的存储器和处理器，所述处理器通信地耦合到存储器并被配置为执行指令以在外科手术程序期间随时间跟踪与用于外科手术程序的手术系统相关联的手术器械的温度；基于所跟踪的手术器械的温度，确定手术器械的温度从第一温度变化到从第一温度改变至少预定量的第二温度；基于手术器械的温度从第一温度变化到第二温度的确定，确定手术器械与患者组织物理接触；并且响应于确定手术器械与患者组织物理接触，执行缓解操作，该缓解操作被配置为缓解手术器械与患者组织的物理接触。
7.另一种示例性系统可以包括：温度传感器，该温度传感器被配置为在外科手术期间检测包括在用于外科手术的手术系统中的手术器械的温度；以及处理器，该处理器通信地耦合到温度传感器并被配置为执行指令以在外科手术期间随时间跟踪由温度传感器检测到的手术器械的温度；基于所跟踪的手术器械的温度，确定手术器械的温度从第一温度变化到从第一温度改变至少预定量的第二温度；基于手术器械的温度从第一温度变化到第二温度的确定，确定手术器械与患者组织物理接触；并且响应于确定手术器械与患者组织物理接触，执行缓解操作，该缓解操作被配置为缓解手术器械与患者组织的物理接触。
8.一种示例性方法可以包括在外科手术期间由组织接触检测系统随时间跟踪包括在用于外科手术的手术系统中的手术器械的温度；由组织接触检测系统基于所跟踪的手术
器械的温度确定手术器械的温度从第一温度变化到从第一温度改变至少预定量的第二温度；由组织接触检测系统基于确定手术器械的温度从第一温度变化到第二温度，确定手术器械与患者组织物理接触；并且响应于确定手术器械与患者组织物理接触，由组织接触检测系统执行缓解操作，该缓解操作被配置为缓解手术器械与患者组织的物理接触。
附图说明
9.附图图示了各种实施例并且是说明书的一部分。所图示的实施例仅是示例并且不限制本公开的范围。在整个附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元件。
10.图1图示了根据本文描述的原理的示例性组织接触检测系统。
11.图2图示了根据本文描述的原理在其中执行外科手术程序的示例性环境的功能图。
12.图3图示了根据本文描述的原理与手术器械一起使用的示例性套管。
13.图4图示了根据本文描述的原理的具有多个温度传感器的示例性手术器械。
14.图5图示了根据本文描述的原理基于跟踪的温度数据的手术器械的示例性温度曲线。
15.图6-8图示了可以借助于根据本文描述的原理的显示设备呈现的组织接触的示例性通知。
16.图9图示了根据本文描述的原理执行缓解操作的示例性方法。
17.图10图示了根据本文描述的原理的示例性计算机辅助手术系统。
18.图11示出了根据本文描述的原理检测手术器械与患者组织的物理接触的示例性方法。
19.图12图示了根据本文描述的原理的示例性计算设备。
具体实施方式
20.本文描述了组织接触检测系统和方法。如将在下文更详细描述的，组织接触检测系统可以在外科手术期间随时间跟踪包括在用于外科手术的手术系统中的手术器械的温度。基于所跟踪的手术器械的温度，组织接触检测系统可以确定手术器械的温度从第一温度变化到从第一温度改变至少预定量的第二温度。基于手术器械的温度从第一温度变化到第二温度的确定，组织接触检测系统可以确定手术器械与患者组织物理接触。响应于确定手术器械与患者组织物理接触，组织接触检测系统可以执行缓解操作，该缓解操作被配置为缓解手术器械与患者组织的物理接触。
21.为了说明，在微创外科手术程序期间，计算机辅助手术系统中包括的内窥镜可用于照亮患者体内的手术区域并提供手术区域的图像以供外科医生在执行外科手术程序时显示和使用。在外科手术程序期间，内窥镜可以在高于患者组织的标称温度(例如，37℃)的温度(例如，50℃)下操作。当内窥镜的轴与患者组织物理接触时，患者组织充当传导散热器并且内窥镜的温度下降(例如，从50℃降至47℃)。
22.在外科手术期间，组织接触检测系统可以随时间跟踪内窥镜的温度并确定内窥镜的温度变化(例如，从50℃降至47℃)。组织接触检测系统可以确定该温度改变至少超过预定量(例如，2℃)，并因此确定内窥镜与患者组织物理接触。为了缓解手术器械与患者组织
的物理接触，组织接触检测系统可以呈现或引导手术系统呈现手术器械与患者组织的物理接触的通知(例如，视觉通知、警告消息、听觉通知等)。外科医生可以通过将内窥镜从与患者组织的物理接触中移除来响应通知。附加地或可替代地，组织接触检测系统可以降低或引导手术系统降低从内窥镜发射的照明强度和/或关闭辅助照明(例如，荧光激发照明)。
23.本文所述的系统和方法可以提供各种益处。例如，本文所述的系统和方法可以降低因与手术器械的长时间物理接触而对患者组织造成伤害的风险。另外，手术器械与患者组织物理接触的确定是高度可靠的，因为它基于检测到的手术器械的温度变化，该变化是可检测的，具有低噪声，并且不受操作环境中电噪声的影响。此外，本文描述的系统和方法能够检测手术器械与位于内窥镜视图之外的患者组织的物理接触。本文描述的系统和方法的这些和其他益处将在以下描述中变得显而易见。
24.图1图示了示例性组织接触检测系统100(“系统100”)，其可以被配置为确定手术器械与患者组织物理接触。系统100可以被包括在本文中描述的任何手术系统或其他计算系统中、由本文中描述的任何手术系统或其他计算系统实现或连接到本文中描述的任何手术系统或其他计算系统。例如，系统100可以由计算机辅助手术系统实现。作为另一个示例，系统100可以由通信地耦合到计算机辅助手术系统的独立计算系统来实现。
25.如图所示，系统100包括但不限于，存储设施102和选择性地且通信地彼此耦合的处理设施104。设施102和104可以各自包括硬件和/或软件部件(例如，处理器、存储器、通信接口、存储在存储器中供处理器执行的指令等)或由该硬件和/或软件部件实现。例如，设施102和104可以由计算机辅助手术系统中的任何部件实现。在一些示例中，设施102和104可以分布在可以服务于特定实施方式的多个装置和/或多个位置之间。
26.存储设施102可以维护(例如，存储)处理设施104使用的可执行数据以执行本文所述的任何操作。例如，存储设施102可存储可由处理设施104执行以执行本文所述的任何操作的指令106。指令106可以由任何合适的应用、软件、代码和/或其他可执行数据实例来实现。存储设施102还可以维护由处理设施104接收、生成、管理、使用和/或传输的任何数据。
27.处理设施104可以被配置为执行(例如，执行存储在存储设施102中的指令106以执行)与检测手术器械与患者组织物理接触相关联的各种操作。例如，处理设施104可以被配置为在外科手术期间随时间跟踪包括在用于外科手术的手术系统中的手术器械的温度。基于所跟踪的手术器械的温度，处理设施104可以确定手术器械的温度从第一温度变化到从第一温度改变至少预定量的第二温度。基于手术器械的温度从第一温度变化到第二温度的确定，处理设施104可以确定手术器械与患者组织物理接触。响应于确定手术器械与患者组织物理接触，处理设施104可以执行或引导手术系统执行被配置为缓解手术器械与患者组织的物理接触的缓解操作。本文描述了可以由处理设施104执行的这些和其他操作。在以下描述中，对系统100执行的操作的任何引用可以被理解为由系统100的处理设施104执行。
28.如所提到的，系统100可以被配置为在外科手术程序期间随时间跟踪在外科手术程序中使用的手术器械的温度。图2图示了在其中执行外科手术程序的示例性环境的功能图。如图所示，在外科手术程序期间使用手术器械202来对患者执行一项或多项操作。结果，手术器械202可以在不同时间定位在位于与患者相关的手术区域处的患者组织204附近。外科手术程序可以包括在其中使用手动和/或器械技术对患者进行操作以调查、诊断和/或治疗患者身体状况的任何程序。例如，手术器械202可用于对患者体内的组织执行微创外科手
术程序。在其他示例中，手术器械202可用于执行开放式外科手术程序，诸如当手术区域的一部分(例如，被操作的组织)在患者体内而手术区域的另一部分(例如，一个或多个手术器械可以放置的组织周围的空间)在患者体外。
29.手术器械202可以通过任何合适的手术工具(例如，具有组织相互作用功能的工具)、医疗工具、监测器械(例如，内窥镜)、感测器械(例如，力感测手术器械)、诊断器械或可用于外科手术程序的类似工具来实施(例如，手术器械至少部分地插入患者体内并被操纵以对患者执行微创外科手术程序的计算机辅助外科手术程序)。手术器械202与手术系统206相关联(例如，连接到、集成到或由其实施)。在一些示例中，手术系统206连接到、集成到计算机辅助手术系统中或由计算机辅助手术系统实施，该计算机辅助手术系统利用机器人和/或远程操作技术来控制手术器械202以执行外科手术程序(例如，微创外科手术程序)。下面更详细地描述示例性计算机辅助手术系统。在一些示例中，系统100完全由手术器械202和/或手术系统206实施。作为另一个示例，系统100可以全部或部分地由以通信方式耦合到手术器械202和/或手术系统206(例如，借助于网络)的独立计算系统来实施。
30.手术器械202包括被配置为测量手术器械202的温度的温度传感器208。温度传感器208可以由任何合适的温度感测设备实现，诸如但不限于热电偶、电阻温度计、热敏电阻、基于半导体的温度传感器、光纤温度探头等。在一些示例中，温度传感器208可以连接到系统100、与系统100集成或包括在系统100中。
31.温度传感器208可以定位在手术器械202上的任何位置，这可以适合特定的实施方式。在一些示例中，如图2所示，温度传感器208定位在手术器械202的轴壁210上。可替代地，温度传感器208可以定位在手术器械202的远端212上。在一些示例中，温度传感器208被配置为测量手术器械202的外表面的温度。因此，温度传感器208可以定位成与手术器械202的外表面接触。例如，温度传感器208可以定位在轴壁210外部上。在替代示例中，温度传感器208可以定位在手术器械202内部。在温度传感器208不与手术器械202的外表面接触的一些示例中，由温度传感器208测量的温度值可以与手术器械202的外表面的温度相关。
32.如图2所示，温度传感器208与手术器械202集成。例如，温度传感器208内置在手术器械202中，并且由温度传感器208生成的温度数据借助于手术器械202(例如，通过位于手术器械202内的布线)被发送到手术系统206。可替代地，温度传感器208可以独立于手术器械202。图3图示了温度传感器与手术器械分开的示例性实施例。如图所示，温度传感器302和布线304被集成到套管306中。套管306由具有高导热性的材料，诸如金属、具有导热添加剂的聚合物等形成。套管306被构造成定位在手术器械的轴上(例如，围绕手术器械202的轴壁210)。在一些示例中，套管306可选择性地从手术器械202移除。这样，温度传感器302可以根据需要与各种不同的手术器械一起使用。在其他示例中，套管306可以永久地固定到手术器械202。布线304被配置为将温度数据发送到计算系统(例如，发送到手术系统206)。套管306能够跟踪不包括集成温度传感器的传统手术器械的温度。此外，套管306有助于和改进对具有低导热率的手术器械(例如，具有非金属轴的手术器械)的温度的跟踪。
33.在一些示例中，温度传感器可以与手术器械202集成(例如，在轴壁210的外表面上)，并且在手术器械202上提供导热套管(类似于套管306)以改进组织接触的检测。
34.再次参考图2，手术器械202可以包括一个或多个其他传感器(未示出)，诸如位移换能器、方位传感器、位置传感器等，以用于生成运动学信息(下文称为“手术器械传感
器”)。运动学信息可以包括诸如姿势(例如，位置和/或方位)、运动(例如，速度、方向、加速度等)、状态(例如，打开、关闭、收起等)和/或手术器械202的其他属性。系统100和/或手术系统206可以被配置为使用运动学信息来跟踪(例如，确定姿势、运动和/或状态)和/或控制手术器械202。手术器械202还可以包括其他传感器，该其他传感器被配置为生成适合特定实施方式的其他信息。如以下将更详细解释的，系统100还可被配置为基于由手术器械传感器感测到的参数来跟踪手术器械202的操作，并基于跟踪到的操作确定手术器械202是否与患者组织204物理接触。
35.前述实施例已经描述了单个温度传感器的使用。在替代实施例中，手术器械202和/或套管306可以包括多个温度传感器，这些温度传感器被配置为测量手术器械202在手术器械202上不同位置处的温度。例如，如图4所示，手术器械402包括多个温度传感器404(例如，温度传感器404-1、404-2和404-3)，它们沿手术器械402的轴406定位在不同的位置。例如，温度传感器404-1位于距手术器械402远端约5mm处，温度传感器404-2位于距手术器械402远端约25mm处，温度传感器404-3位于距手术器械402远端约40mm处。尽管在图4中示出了三个温度传感器404，但是手术器械402可以包括更少或更多的温度传感器以便可以适合特定的实施方式。此外，温度传感器404可以定位在手术器械402上的任何位置以便可以适合特定的实施方式。
36.如上所述，系统100可以被配置为跟踪手术器械(例如，手术器械202和/或手术器械402)的温度。可以以任何合适的方式执行跟踪。在一些示例中，跟踪包括收集和/或存储代表手术器械的测量温度的温度数据。例如，系统100可以定期(例如，每秒、每5秒等)从温度传感器(例如，温度传感器208、温度传感器302和/或温度传感器404)收集温度数据并存储收集到的温度数据(例如，在存储设施102中)。在手术器械包括多个温度传感器的示例中，跟踪包括收集和/或存储每个温度传感器的温度数据。在一些示例中，跟踪还可以包括处理收集到的温度数据，诸如去除噪声、放大信号、转换温度数据(例如，将手术器械202的内部温度的测量温度值转换为手术器械202外表面的温度值)、生成温度曲线等。
37.基于所跟踪的手术器械的温度，系统100可以检测到手术器械与患者组织物理接触。现在将参考图5描述基于跟踪到的手术器械的温度检测手术器械与患者组织物理接触的各种示例。图5图示了基于跟踪到的温度数据的手术器械的示例性温度曲线500。温度曲线500描绘了跟踪到的手术器械随时间的温度。
38.在一些示例中，系统100被配置为当系统100确定手术器械的温度从第一温度变化到从第一温度改变至少预定量的第二温度时确定手术器械与患者组织物理接触。在一些示例中，第一温度和/或第二温度各自是瞬时温度值。例如，第一温度可以是最近的最高温度，诸如在预定时间间隔(例如，5秒)期间出现的最高温度。类似地，第二温度可以是最近的最低温度，诸如在预定时间间隔期间出现的最低温度。可替代地，第一温度和/或第二温度可以各自是在预定时间间隔(例如，5秒)期间采样的多个温度值的平均值。在下面将解释的又一示例中，第一温度和/或第二温度各自是稳态温度(例如，当手术器械的温度处于稳态时手术器械的温度)。
39.预定量可以以任何合适的方式设置，并且通常设置为指示组织接触的值。例如，预定量可以是预定温差值(例如，5℃)或第一温度的百分比(例如，10％)。如果温度改变至少等于预定量，则系统100确定手术器械与患者组织物理接触。然而，如果温度变化小于预定
量，则系统100不会确定手术器械与患者组织物理接触。
40.为了说明，如图5所示，手术器械的温度在时间t1处约为55.7℃，在时间t2处约为44.5℃。如果预定量是7℃的温差值，则系统100推断温度下降是由于手术器械与患者组织物理接触，因为温度变化为11.2℃，这大于7℃的预定温差值。因此，系统100确定手术器械在时间t2处与患者组织物理接触。类似地，手术器械的温度在时间t4处约为51.4℃而在时间t5处约为42.0℃。因此，系统100确定手术器械在时间t5处与患者组织物理接触，因为温度变化为9.4℃，这大于7℃的预定温差值。另一方面，手术器械的温度在时间t7处约为50.0℃，在时间t8处约为44.3℃。因此，系统100未确定手术器械在时间t8处与患者组织物理接触，因为温度变化为5.7℃，这小于7℃的预定温差值。
41.在一些示例中，系统100仅当手术器械的温度在朝着患者组织的温度(例如，37℃的标称体温)的方向改变时才确定手术器械与患者组织物理接触。换句话说，如果手术器械的第一温度高于患者组织的温度，那么只有手术器械的温度降低(即手术器械的第二温度低于第一温度)才表明与患者组织的物理接触。另一方面，如果手术器械的第一温度低于患者组织的温度，那么只有手术器械的温度升高(即手术器械的第二温度高于第一温度)才表明与患者组织的物理接触。
42.在附加或替代示例中，系统100可以基于手术器械的第一温度和/或第二温度处于稳态的确定来确定手术器械与患者组织物理接触。系统100可以以任何合适的方式确定手术器械的温度处于稳态。在一些示例中，当手术器械的温度在预定稳态时间段内变化不超过预定稳态量时，手术器械的温度处于稳态。预定稳态量可以是任何合适的量并且可以指定为温差值(例如，
±
2℃)或百分比(例如，
±
5％)。预定的稳态时间段可以是任何合适的时间段(例如，15秒)。
43.为了说明，如图5所示，手术器械在时间t0处被初始化(例如，连接到手术系统、对接、打开、首先操作等)并且在从时间t0至时间t3的初始化阶段中操作。在初始化阶段期间，手术器械的温度升高和波动(例如，由于手术器械的手动操作、将手术器械导航到患者体内的手术区域、激活光学照明、手术器械的移动等等)。因此，手术器械的温度在时间t0至时间t3之间没有达到稳态。因此，尽管从时间t1至时间t2的温度变化可能大于预定量，但系统100不会确定手术器械与患者组织物理接触，因为手术器械的温度尚未达到稳定状态。然而，手术器械的温度在时间t3至时间t4之间以及在时间t5至时间t6之间达到稳态。因此，如果第二温度从第一温度改变至少预定量，则系统100可以确定手术器械在时间t5至时间t6之间与患者组织物理接触。
44.在一些示例中，手术器械与患者组织物理接触的确定至少以手术器械的第二温度处于稳态为条件。例如，系统100在时间t1至时间t3之间的任何时间都没有确定手术器械与患者组织物理接触，因为手术器械的温度不处于稳态。另一方面，假设第二温度从第一温度改变至少预定量，系统100确定手术器械在时间t5至t6之间与患者组织物理接触，因为手术器械的温度从时间t5至时间t6处于稳态。
45.在附加或替代示例中，手术器械与患者组织物理接触的确定至少以手术器械的第一温度处于稳态为条件。例如，系统100在时间t0至时间t3之间的任何时间都没有确定手术器械与患者组织物理接触，因为手术器械的温度不处于稳态。另一方面，假设第二温度从第一温度改变至少预定量，系统100确定手术器械在时间t5至t6之间与患者组织物理接触，因
过去的时间量在预定时间间隔内(例如，在30秒内)。
52.在附加或替代实施例中，如果第二温度在接触状态温度的接触状态范围内，则系统100确定手术器械与患者组织物理接触。手术器械的接触状态温度是指当手术器械与患者组织接触时手术器械的稳态温度。由于患者组织的温度通常是恒定的(约37℃)，手术器械的接触状态温度可以根据经验测量或计算或基于手术器械的非接触状态温度。
53.接触状态范围是指在手术器械保持与患者组织接触的同时手术器械的温度可能变化的温度范围，并且可以表示为温度值(例如，
±
2℃)或百分比(例如，
±
5％)。例如，如果手术器械的非接触状态温度为51.4℃(参见图5)，则系统100可确定(例如，根据预存储的数据计算或确定)手术器械的接触状态温度为42℃。因此，如果手术器械的测量温度在接触状态范围内，例如42℃
±
2℃或42℃
±
5％，则系统100可以确定手术器械与患者组织物理接触，从时间t5至t6而不是从时间t8至t9是这种情况。
54.在一些情况下，当手术器械物理接触患者组织时，手术器械的非接触状态温度可能不够高(或低)到足以以产生容易检测的温度变化。因此，系统100可以被配置为将手术器械的非接触状态温度保持在预定水平(例如，47℃)，或在该水平时，非接触状态温度从组织温度改变至少预定的非接触状态差异量(例如，10℃)，诸如通过被动地向手术器械施加热量或从手术器械去除热量。可以升高或降低手术器械的非接触状态温度，使得手术器械的非接触状态温度从患者组织的温度改变至少预定的非接触状态差异量。在一些示例中，系统100被配置为响应于确定手术器械的非接触状态温度从患者组织的温度变化小于预定的非接触状态差异量来调整手术器械的非接触状态温度。通过如刚刚描述的那样通过调整手术系统的非接触状态温度，系统100可以确保可以准确地检测到与患者组织的物理接触。
55.在前述实施例中，系统100基于跟踪到的手术器械的温度确定手术器械物理接触患者组织。在上述实施例中，基于由手术器械上的温度传感器(例如，温度传感器208或温度传感器302)测量的温度值来跟踪手术器械的温度。在手术器械包括多个温度传感器的实施例中(参见例如图4)，在手术器械上温度传感器所在的每个位置处跟踪手术器械的温度。因此，在一些示例中，如果系统100确定在手术器械上的任何一个或多个位置处，手术器械的温度从第一温度变化到从第一温度改变至少预定量的第二温度，则系统100可以确定手术器械物理接触患者组织。此外，系统100可以基于跟踪到的手术器械上每个位置处的温度确定手术器械上与患者组织物理接触的特定位置。在替代示例中，如果系统100确定仅在手术器械上的两个或更多个位置处，手术器械的温度从第一温度变化到从第一温度改变至少预定量的第二温度，则系统100可以确定手术器械物理接触患者组织。
56.在手术器械包括多个温度传感器的实施例中，组织接触检测的灵敏度也可以取决于温度传感器在手术器械上的位置。例如，对于从靠近内窥镜的远端(例如，距远端5mm)的温度传感器获得的温度数据，预定量可以被设置为大于从位于更远端(例如，25mm)的温度传感器获得的温度数据。
57.在前述实施例中，系统100基于跟踪到的手术器械的温度确定手术器械物理接触患者组织。在其他实施例中，系统100还可基于跟踪到的手术器械的操作确定手术器械物理接触患者组织。系统100可以使用手术器械的跟踪操作结合手术器械的跟踪温度来更好地确定手术器械何时物理接触患者组织。
58.如本文所使用的，手术器械的操作可以包括可以服务于特定实施方式的任何基于
机械、电气、光学、硬件和/或软件的操作。例如，手术器械的操作可以包括手术器械的移动、手术器械的功能特征的操作(例如，为烧灼器械通电、打开和闭合镊子或剪刀、触发吻合器械、激活荧光激发照明等)、手术器械设置的调整(例如，调整内窥镜的曝光水平或变焦水平等)、通过图像传感器检测反射照明、检测系统故障或错误(例如，检测手术器械与另一手术器械的碰撞等)、故障代码的生成等。
59.系统100可以以任何合适的方式跟踪手术器械的操作。在一些示例中，跟踪包括在外科手术期间收集代表手术器械的操作的外科手术数据和/或处理外科手术数据(例如，以减少噪声、对事件进行分类和归类、应用时间戳等)。外科手术数据可以由系统100、手术器械、与手术器械相关联的手术系统和/或由与可以服务于特定实施方式的手术器械相关联的任何其他设备生成。在外科手术期间生成的外科手术数据可以包括各种类型的数据。例如，在外科手术期间生成的外科手术数据可以包括运动学数据、图像数据、传感器数据、手术器械数据和/或可以服务于特定实施方式的任何其他类型的数据。
60.运动学数据可以代表手术器械的姿势、手术器械的移动以及可能适合特定实施方式的任何其他基于位置和/或运动的信息。图像数据可以代表由手术器械捕获的一幅或多幅图像。例如，图像数据可以代表由成像设备(例如，立体内窥镜)捕获的一个或多个静止图像和/或视频。传感器数据可以包括由包括在手术器械中或与手术器械相关联的手术器械传感器生成的任何数据。传感器数据可以代表可以服务于特定实施方式的任何感测参数。在一些示例中，某些运动学数据和图像数据可以通过和/或基于由手术系统传感器感测到的参数生成。因此，传感器数据可以包括这样的运动学数据和图像数据。手术器械数据可以包括由手术器械生成或维护的任何其他数据，诸如手术器械的标识(“id”)、手术器械的操作状态(例如，打开、关闭、充电、空闲等)、手术器械的故障代码等。
61.如所提到的，系统100可以被配置为进一步基于所跟踪的手术器械的操作来确定手术器械与患者组织物理接触。例如，如图5所示，系统100可以确定手术器械的温度从时间t7处的第一温度变化到时间t8处的从第一温度变化超过预定量的第二温度。然而，系统100可以进一步基于跟踪到的手术器械的操作确定手术器械是内窥镜并且经由手术器械提供照明的照明源在时间t7处关闭。因此，系统100可以推断手术器械的温度降低是由于手术器械的照明输出的降低。因此，系统100未确定手术器械在时间t8处与患者组织物理接触。
62.作为另一个示例，系统100可以确定手术器械的温度从时间t4处的第一温度变化到时间t5处的从第一温度变化超过预定量的第二温度。另外，系统100可以进一步确定手术器械紧接在温度变化之前(例如，在时间t4处或之前)已经移动。因此，系统100可以确定，因为在手术器械移动之后立即发生温度变化，所以手术器械在时间t5处与患者组织物理接触。
63.如所提到的，系统100可以基于跟踪到的手术器械的温度确定当手术器械的温度从第一温度变化到从第一温度改变至少预定量的第二温度时手术器械与患者组织物理接触。在一些示例中，预定量可以基于手术器械的跟踪操作而变化。例如，当手术器械的跟踪操作表明可能与患者组织发生物理接触时(例如，温度变化之前的移动、成像设备检测到的反射照明强度增加、增加成像设备中的饱和度、指示与另一对象接触的手术器械传感器数据等)，预定量可以减少。类似地，当手术器械的跟踪操作指示不太可能与患者组织发生物理接触时(例如，手术器械没有移动、成像设备检测到的反射照明强度降低、由成像设备捕
获到的图像亮度降低、检测到手术器械与另一手术器械碰撞等)，预定量可以增加。
64.在前述实施例中，手术器械已被描述为具有高于患者组织温度的非接触状态温度，因此系统100在手术器械的温度降低时检测到与患者组织的物理接触。以类似的方式，本文所述的系统和方法也适用于具有低于患者组织温度的非接触状态温度的手术器械。在这种情况下，当手术器械的温度升高时，系统100检测到与患者组织的物理接触。
65.前述示例提供了用于基于跟踪到的手术器械的温度和/或基于跟踪到的手术器械的操作来确定手术器械与患者组织物理接触的各种示例性方法和标准。然而，系统100不限于以上示例中描述的特定方法和标准，而是可以包括适合特定实施方式的方法和标准的变化和修改。此外，系统100可以利用方法和标准的任何组合或子组合来确定手术器械与患者组织物理接触。系统100可以以有助于系统100辨别手术器械何时与患者组织物理接触的任何合适方式组合各种方法和标准。
66.如上所述，系统100可以被配置为响应于确定手术器械与患者组织物理接触而执行缓解操作，该缓解操作被配置为缓解手术器械与患者组织的物理接触。缓解操作包括被配置为减少由手术器械与患者组织的物理接触引起的对患者组织的伤害的可能性的任何操作。在一些示例中，系统100通过引导手术器械和/或与手术器械相关联的手术系统执行另一缓解操作来执行缓解操作。
67.在一些示例中，缓解操作包括被配置为通知手术器械的操作者手术器械与患者组织物理接触的任何合适的操作。例如，系统100可以引导手术系统206呈现手术器械与患者组织物理接触的通知。通知可以是任何格式，诸如但不限于视觉(例如警告灯、用户查看的图形用户界面上显示的警告图标、图形用户界面上显示的消息等)、音频(例如，警告音、可听警告消息等)和触觉(例如，手术器械的手动控制器的振动等)。此外，通知可以由任何合适的设备提供，该设备包括但不限于包括在手术系统206中的显示设备(例如，外科医生控制台中的立体查看器、辅助显示设备、与用户相关联的移动设备等)、扬声器(例如，包括在外科医生控制台中的扬声器、移动设备上的扬声器等)、手动控制设备(例如，用于手动控制手术器械操作的控制器等)，等等。
68.图6图示了可以呈现给用户(例如，外科医生、技术人员等)的示例性通知。如图所示，由包括在手术系统(例如，手术系统206)中的图像显示系统呈现的图像600示出了由内窥镜捕获的手术区域的内窥镜视图。图像600包括叠加在手术区域的内窥镜视图上的消息气泡602。如图所示，消息气泡602包括一条消息，该消息指出：“内窥镜与组织接触。”应当理解，消息气泡602可以位于任何位置处并且可以提供适合特定实施方式的任何信息。在一些示例中，消息气泡602可以包括可选选项(未示出)，该选项被配置为在用户选择时消除或最小化消息气泡602。如从图6中明显看出的，系统100被配置为在微创外科手术程序期间检测包括在手术系统中的手术器械(例如，内窥镜)何时与位于内窥镜视野之外的患者组织物理接触。
69.在多个手术器械位于手术区域的情况下，通知可以识别与患者组织物理接触的特定手术器械。在一些示例中，警告消息可以命名与患者组织物理接触的特定手术器械(参见例如图6)。附加地或可替代地，内窥镜图像可以图形地识别(例如，突出显示、指向、用图标标记等)特定手术器械。可以以任何合适的方式识别与患者组织物理接触的特定手术器械。在一些示例中，系统100可以获得(例如，从与患者组织物理接触的手术器械)手术器械的id
并且将手术器械的id提供给手术系统。手术系统可以跟踪位于手术区域的手术器械的位置(例如，利用运动学数据、基于标记的计算机视觉跟踪、图像对象识别等)，并且基于手术器械的id识别与患者组织物理接触的特定手术器械。
70.图7图示了可以呈现给用户以识别与患者组织物理接触的特定手术器械的示例性通知。如图所示，借助于包括在手术系统(例如，手术系统206)中的图像显示系统呈现的图像700示出了由内窥镜捕获的手术区域的内窥镜视图，包括超声器械702和剪刀式器械704的视图。当系统100确定超声器械702与患者组织物理接触时，消息气泡706显示在手术区域的内窥镜视图上并指向超声器械702。如图7所示，消息气泡706包括一条消息，该消息指出：“器械与组织接触。”应当理解，消息气泡706可以位于任何位置处并且可以提供适合特定实施方式的任何信息。使用这种配置，用户可以快速识别哪个手术器械与患者组织物理接触并采取纠正措施。此外，由于超声器械702必须与患者组织物理接触以便捕获和生成超声图像，因此本文描述的特征可以帮助用户知道超声器械702何时与患者组织物理接触。
71.在系统100识别手术器械上与患者组织物理接触的特定位置的示例中，通知可以显示或识别手术器械上与患者组织物理接触的位置。可以以任何合适的方式识别与患者组织物理接触的手术器械上的特定位置。如上所述，系统100可以使用手术器械上每个位置的跟踪温度来确定手术器械上与患者组织物理接触的特定位置。系统100可以向手术系统(例如手术系统206)提供识别特定位置的信息。还如上所述，手术系统可以跟踪手术器械在手术区域内的位置。基于手术器械的跟踪位置和手术器械上的特定位置，手术系统可以配置通知以识别手术器械上与患者组织物理接触的特定位置。
72.图8图示了可以呈现给用户以识别手术器械上与患者组织物理接触的特定位置的示例性通知。如图所示，借助于包括在手术系统(例如，手术系统206)中的图像显示系统呈现的图像800示出了由内窥镜捕获的手术区域的内窥镜视图，包括位于手术区域的超声器械802的视图。当系统100确定超声器械802的远端区域与患者组织物理接触时，消息气泡804显示在手术区域的内窥镜视图上并指向超声器械802的远端区域。如图所示，消息气泡804中的消息指出：“这里检测到组织接触。”应当理解，消息气泡804可以位于任何位置处并且可以提供适合特定实施方式的任何信息。
73.作为通知的补充或替代，缓解操作可以包括被配置为降低手术器械的温度并由此降低对患者组织造成伤害的风险的任何操作。为此，系统100可以调整或引导手术器械和/或与手术器械相关联的手术系统来调整手术器械的操作。例如，在手术器械202由成像设备(例如，内窥镜)实施的情况下，系统100可以引导手术系统206调整借助于手术器械202提供给手术区域的照明的输出。例如，可以通过降低提供给手术器械的光的强度、间歇性地中断提供给手术器械的光的输出或关闭光源(例如，荧光激发照明源、蓝色光源等)来调整照明的输出。作为另一个示例，系统100可以引导手术系统206调整成像设备的操作(例如，降低分辨率、降低帧速率等)，从而减少成像设备产生的热量。在其他示例中，系统100可以引导手术系统206减少施加到手术器械的被动热量、增加手术器械的冷却、减少借助于手术器械提供的能量(例如，烧灼能量)的量，等等。
74.图9图示了执行缓解操作的示例性方法900。尽管图9图示出了根据一个实施例的示例性操作，但其他实施例可以省略、添加、重新排序和/或修改图9中所示的任何操作。
75.在操作902中，系统100确定手术器械是否与患者组织物理接触。操作902可以以本
文描述的任何方式来执行。如果系统100未确定手术器械与患者组织物理接触，则系统100返回到开始并继续监测组织接触。然而，如果系统100确定手术器械与患者组织物理接触，则系统100进行到操作904。
76.在操作904中，系统100检查自从首次检测到组织接触是否已经过去了预定时间量。预定时间量可以是适合特定实施方式的任何时间段(例如，2分钟)。在一些示例中，预定时间量由系统100设置。附加地或可替代地，预定时间量可由用户配置。如果系统100确定自首次检测到组织接触以来没有过去预定时间量，则系统100进行到操作906。在操作906中，系统100呈现或引导手术系统呈现手术器械与患者组织物理接触的通知。操作906可以以本文描述的任何方式来执行。
77.然而，如果系统100确定自首次检测到组织接触以来已经过去了预定时间量，则系统100进行到操作908。在操作908中，系统100调整或引导手术系统调整手术器械的操作以缓解手术器械与患者组织的物理接触。操作908可以以本文描述的任何方式来执行。
78.在操作906和操作908之后，系统100返回到操作902以确定手术器械是否仍与患者组织物理接触。如果系统100确定手术器械不再与患者组织物理接触，则系统100返回到开始以监测与患者组织的物理接触。系统100还可以解除或引导手术系统解除通知和/或恢复或引导手术系统恢复手术器械的正常操作。
79.在方法900中，呈现手术器械与患者组织物理接触的通知，但不调整手术器械的操作，除非已经过去了预定量的时间。以这种方式，系统100可以允许用户在手术系统自动执行操作以缓解组织接触之前执行动作以缓解组织接触。然而，用于执行缓解操作的处理不限于前述顺序。在替代实施例中，系统100可以被配置为仅在手术器械与患者组织保持物理接触另一预定时间量(例如，三分钟)之后呈现或引导手术系统呈现通知。在这样的实施例中，可以假定与患者组织的物理接触只是暂时的，并且手术器械可能会在患者组织受伤之前移动。在其他替代实施例中，系统100可以被配置为提供或引导手术系统提供通知并同时调整或引导手术系统调整手术器械的操作。在又一实施例中，任何预定的时间量和/或执行缓解操作的顺序可以基于手术器械的类型来设置。例如，对于在比剪刀式器械更高的非接触状态温度下操作的内窥镜，在操作904中考虑的预定时间量可以设置为比剪刀式器械短。
80.图10图示了示例性计算机辅助手术系统1000(“手术系统1000”)。如本文所述，系统100可由手术系统1000实施，由包括在手术系统1000中的部件实施，连接到手术系统1000，和/或以其他方式与手术系统1000结合使用。
81.如图所示，手术系统1000可以包括相互通信耦合的操纵系统1002、用户控制系统1004和辅助系统1006。外科手术团队可以利用手术系统1000对患者1008执行计算机辅助外科手术程序。如图所示，手术团队可以包括外科医生1010-1、助理1010-2、护士1010-3和麻醉师1010-4，他们都可以统称为“手术团队成员1010”。额外的或替代的手术团队成员可以在外科手术期间出现，因为它们可以服务于特定的实施方式。
82.尽管图10图示了正在进行的微创外科手术程序，但应当理解，手术系统1000可以类似地用于执行开放式外科手术程序或其他类型的外科手术程序，其可以类似地受益于手术系统1000的准确性和便利性。此外，应当理解，贯穿其间可以使用手术系统1000的外科手术不仅可以包括外科手术程序的操作阶段，如图10所示，而且还可以包括术前、术后和/或外科手术程序的其他合适的各个阶段。
83.如图10所示，操纵系统1002可以包括多个操纵器臂1012(例如，操纵器臂1012-1至1012-4)，多个手术器械可以联接到这些操纵器臂1012。虽然操纵系统1002在本文中被描绘和描述为包括四个操纵器臂1012，但是应当认识到操纵系统1002可以仅包括单个操纵器臂1012或可以用于特定的实施方式的任何其他数量的操纵器臂。
84.操纵器臂1012和/或附接到操纵器臂1012的手术器械可包括一个或多个位移换能器、定向传感器和/或用于生成原始(即，未校正)运动学信息的位置传感器。手术系统1000的一个或多个部件可以被配置为使用运动学信息来跟踪(例如，确定其位置和方位)和/或控制手术器械。此外，附接到操纵器臂1012的手术器械可以包括用于生成温度数据的一个或多个温度传感器。系统100可以被配置为在外科手术期间使用温度数据来跟踪手术器械的温度。
85.用户控制系统1004可以被配置为便于外科医生1010-1控制操纵器臂1012和附接到操纵器臂1012的手术器械。例如，外科医生1010-1可以与用户控制系统1004交互以远程移动或操纵操纵器臂1012和手术器械。为此，用户控制系统1004可以向外科医生1010-1提供图像(例如，高清晰度3d图像、合成医学图像等)，诸如由成像系统(例如，由手术器械202实施的内窥镜)捕获的与患者1008相关联的手术区域的图像600、700和/或800。在某些示例中，用户控制系统1004可以包括具有两个显示器的立体查看器，其中外科医生1010-1可以查看与患者1008相关联并且由立体成像系统生成的手术区域的立体图像。外科医生1010-1可以利用图像来执行一个或多个程序，其中一个或多个手术器械附接到操纵器臂1012。
86.为了便于控制手术器械，用户控制系统1004可以包括一组主控件。这些主控件可由外科医生1010-1操纵以控制手术器械的移动(例如，通过利用机器人和/或远程操作技术)。主控件可以被配置为检测外科医生1010-1的各种手、手腕和手指运动。以此方式，外科医生1010-1可以使用一个或多个手术器械直观地执行程序。
87.辅助系统1006可以包括被配置为执行手术系统1000的主要处理操作的一个或多个计算设备。在这样的配置中，包括在辅助系统1006中的一个或多个计算设备可以控制和/或协调由手术系统1000的各种其他部件(例如，操纵系统1002和用户控制系统1004)执行的操作。例如，用户控制系统1004中包括的计算设备可以借助于辅助系统1006中包括的一个或多个计算设备向操纵系统1002发送指令。作为另一示例，辅助系统1006可以从操纵系统1002接收并处理代表由附接到其中一个操纵器臂1012的成像设备捕获的图像(例如，图像600、700和/或800)的图像数据。
88.在一些示例中，辅助系统1006可以被配置为向手术团队成员1010呈现视觉内容，手术团队成员1010可能对在用户控制系统1004处提供给外科医生110-1的图像没有访问权。为此，辅助系统1006可以包括显示监视器1014，该显示监视器被配置为显示一个或多个用户界面，诸如手术区域的图像(例如，2d图像，合成图像等)、与患者1008和/或外科手术程序相关联的信息、和/或可以服务于特定实施方式的任何其他视觉内容。例如，显示监视器1014可以显示手术区域的图像以及与图像并发显示的附加内容(例如，图形内容、上下文信息等)。在一些实施例中，显示监视器1014由触摸屏显示器实现，手术团队成员1010可以与触摸屏显示器交互(例如，通过触摸手势)以向手术系统1000提供用户输入。
89.操纵系统1002、用户控制系统1004和辅助系统1006可以以任何合适的方式彼此通信地耦合。例如，如图10所示，操纵系统1002、用户控制系统1004和辅助系统1006可以通过
控制线1016通信耦合，控制线116可以代表可以用于特定实施方式的任何有线或无线通信链路。为此，操纵系统1002、用户控制系统1004和辅助系统1006可以各自包括一个或多个有线或无线通信接口，诸如一个或多个局域网接口、wi-fi网络接口、蜂窝接口等。
90.图11示出了检测手术器械与患者组织的物理接触的示例性方法1100。尽管图11图示出了根据一个实施例的示例性操作，但其他实施例可以省略、添加、重新排序、组合和/或修改图11中所示的任何步骤。图11中所示的一个或多个操作可以由系统100、其中包括的任何部件和/或其任何实施方式来执行。
91.在操作1102中，组织接触检测系统在外科手术程序期间随时间跟踪与用于外科手术程序的手术系统相关联的手术器械的温度。操作1102可以以本文描述的任何方式来执行。
92.在操作1104中，组织接触检测系统基于跟踪到的手术器械的温度确定手术器械的温度从第一温度变化到从第一温度改变至少预定量的第二温度。操作1104可以以本文描述的任何方式来执行。
93.在操作1106中，组织接触检测系统基于手术器械的温度从第一温度变化到第二温度的确定来确定手术器械与患者组织物理接触。操作1106可以以本文描述的任何方式来执行。
94.在操作1108中，响应于确定手术器械与患者组织物理接触，组织接触检测系统执行缓解操作，该缓解操作被配置为缓解手术器械与患者组织的物理接触。操作1108可以以本文描述的任何方式来执行。
95.在一些示例中，可以根据本文描述的原理提供存储计算机可读指令的非暂时性计算机可读介质。当由计算设备的处理器执行时，指令可以引导处理器和/或计算设备执行一个或多个操作，包括本文描述的一个或多个操作。可以使用多种已知的计算机可读介质中的任一种来存储和/或传送这样的指令。
96.如本文所指的非暂时性计算机可读介质可包括参与提供可由计算设备(例如，由计算设备的处理器)读取和/或执行的数据(例如，指令)的任何非暂时性存储介质。例如，非暂时性计算机可读介质可以包括但不限于非易失性存储介质和/或易失性存储介质的任何组合。示例性非易失性存储介质包括但不限于只读存储器、闪存、固态驱动器、磁存储设备(例如硬盘、软盘、磁带等)、铁电随机存取存储器(“ram”)和光盘(例如，光碟、数字视频盘、蓝光光盘等)。示例性易失性存储介质包括但不限于ram(例如，动态ram)。
97.图12图示出了示例性计算设备1200，该计算设备1200可以被具体配置为执行本文描述的一个或多个过程。本文描述的任何系统、单元、计算设备和/或其他部件可以由计算设备1200实现。
98.如图12所示，计算设备1200可以包括经由通信基础设施1210彼此通信连接的通信接口1202、处理器1204、存储设备1206和输入/输出(“i/o”)模块1208。尽管图12中示出了示例性计算设备1200，但图12中所示的部件并非旨在进行限制。在其他实施例中可以使用附加的或替代的部件。现在将更详细地描述图12中所示的计算设备1200的部件。
99.通信接口1202可以被配置为与一个或多个计算设备通信。通信接口1202的示例包括但不限于有线网络接口(诸如网络接口卡)、无线网络接口(诸如无线网络接口卡)、调制解调器、音频/视频连接和任何其他合适的接口。
100.处理器1204通常表示能够处理数据和/或解释、执行和/或引导本文描述的指令、过程和/或操作中的一个或多个的执行的任何类型或形式的处理单元。处理器1204可以通过执行存储在存储设备1206中的计算机可执行指令1212(例如，应用、软件、代码和/或其他可执行数据实例)来执行操作。
101.存储设备1206可以包括一个或多个数据存储介质、设备或配置并且可以采用数据存储介质和/或设备的任何类型、形式和组合。例如，存储设备1206可以包括但不限于本文描述的非易失性介质和/或易失性介质的任何组合。电子数据(包括本文描述的数据)可以临时和/或永久地存储在存储设备1206中。例如，代表被配置为引导处理器1204执行本文所述的任何操作的计算机可执行指令1212的数据可以被存储在存储设备1206中。在一些示例中，数据可以被布置在驻留在存储设备1206内的一个或多个数据库中。
102.i/o模块1208可以包括被配置为接收用户输入并提供用户输出的一个或多个i/o模块。i/o模块1208可以包括支持输入和输出能力的任何硬件、固件、软件或其组合。例如，i/o模块1208可以包括用于捕获用户输入的硬件和/或软件，包括但不限于键盘或小键盘、触摸屏部件(例如，触摸屏显示器)、接收器(例如，rf或红外接收器)、运动传感器和/或一个或多个输入按钮。
103.i/o模块1208可以包括用于向用户呈现输出的一个或多个装置，包括但不限于图形引擎、显示器(例如，显示屏)、一个或多个输出驱动器(例如，显示驱动器)、一个或多个音频扬声器和一个或多个音频驱动器。在某些实施例中，i/o模块1208被配置为向显示器提供图形数据以呈现给用户。图形数据可以代表一个或多个图形用户界面和/或可以用于特定实施方式的任何其他图形内容。
104.在前面的描述中，已经参考附图描述了各种示例性实施例。然而，很明显，可以对其进行各种修改和改变，并且可以实施附加的实施例，而不脱离如在所附权利要求中阐述的本发明的范围。例如，本文描述的一个实施例的某些特征可以与本文描述的另一实施例的特征组合或替代另一实施例的特征。因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的。