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带有基于外科医生技能水平的器械控制的远程操作手术系统

阅读：1009发布：2020-05-29

专利汇可以提供带有基于外科医生技能水平的器械控制的远程操作手术系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供了一种远程操作手术系统，其包括：第一机器人手术器械；图像捕获；用户显示器；用户输入命令设备，其被耦合以接收用户输入命令以控制第一机器人手术器械的移动；和移动控制器，其被耦合以至少部分地基于提供接收的用户输入命令的用户在使用第一机器人手术器械时的手术技能水平，根据由在用户输入命令设备处接收的用户输入命令指示的移动速率来缩放第一机器人手术器械的移动速率。，下面是带有基于外科医生技能水平的器械控制的远程操作手术系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种远程操作手术系统，其包括：
第一机器人手术器械；
图像捕获设备，其能够朝向手术部位定向，用于捕获解剖组织的图像和第一机器人手术器械的图像；
用户显示器，其耦合到所述图像捕获设备，以便向用户显示所述解剖组织的捕获的图像和所述第一机器人手术器械的捕获的图像；
用户输入命令设备，其被耦合以接收用户输入命令以控制所述第一机器人手术器械的移动；和
移动控制器，其被耦合以从所述输入命令设备接收所述用户输入命令，并且被配置为响应于所述用户输入命令控制所述第一机器人手术器械的移动，并且至少部分地基于提供接收的用户输入命令的所述用户在使用所述第一机器人手术器械时的手术技能水平，根据由在所述用户输入命令设备处接收的所述用户输入命令指示的移动速率来缩放所述第一机器人手术器械的移动速率。
2.根据权利要求1所述的远程操作手术系统，
其中所述移动控制器被配置为至少部分地基于所述用户在使用所述第一机器人手术器械时的较低技能水平，根据由在所述用户输入命令设备处接收的所述用户输入命令指示的移动速率，将所述第一机器人手术器械的移动速率缩放到较慢的移动速率。
3.根据权利要求1所述的远程操作手术系统，
其中所述移动控制器被配置为至少部分地基于所述用户在使用所述第一机器人手术器械时的较低技能水平，根据在所述用户输入命令设备处接收的所述用户输入命令指示的速率，将所述第一机器人手术器械的移动速率缩放到较慢的第一速率；并且其中所述移动控制器被配置为至少部分地基于所述用户在使用所述第一机器人手术器械时的较高技能水平，根据由在所述用户输入命令设备处接收的所述用户输入命令指示的移动速率，将所述第一机器人手术器械的移动速率缩放到较快的第二移动速率。
4.根据权利要求3所述的远程操作手术系统，
其中所述第二移动速率与由在所述用户输入命令设备处接收的所述用户输入命令指示的移动速率匹配。
5.根据权利要求3所述的远程操作手术系统，
其中所述第二移动速率比由在所述用户输入命令设备处接收的所述用户输入命令指示的移动速率慢。
6.根据权利要求1所述的远程操作手术系统，
其中所述移动控制器被配置为至少部分地基于所述用户在使用所述第一机器人手术器械时的第一技能水平，根据在所述用户输入命令设备处接收的所述用户输入命令指示的移动速率，将所述第一机器人手术器械的移动速率缩放到第一移动速率；
其中所述移动控制器被配置为至少部分地基于所述用户在使用所述第一机器人手术器械时的第二技能水平，根据在所述用户输入命令设备处接收的所述用户输入命令指示的移动速率，将所述第一机器人手术器械的移动速率缩放到第二移动速率；并且其中所述移动控制器被配置为至少部分地基于所述用户在使用所述第一机器人手术器械时的第三技能水平，根据在所述用户输入命令设备处接收的所述用户输入命令指示的移动速率，将所述第一机器人手术器械的移动速率缩放到第三移动速率。
7.根据权利要求1所述的远程操作手术系统，
其中所述用户显示器被配置为至少部分地基于提供在所述用户输入命令设备处接收的所述接收的用户输入命令的所述用户的技能水平，响应于所述用户输入命令显示消息。
8.根据权利要求1所述的远程操作手术系统，
其中所述用户显示器被配置为至少部分地基于提供在所述用户输入命令设备处接收的所述接收的用户输入命令的所述用户的第一技能水平，响应于所述用户输入命令显示第一消息；
其中所述移动控制器被配置为至少部分地基于所述用户在使用所述第一机器人手术器械时的第一技能水平，根据在所述用户输入命令设备处接收的所述用户输入命令指示的移动速率，将所述第一机器人手术器械的移动速率缩放到第一移动速率；
其中所述用户显示器被配置为至少部分地基于所述用户在使用所第二机器人手术器械时的第二技能水平，响应于所述用户输入命令显示第二消息；并且
其中所述移动控制器被配置为至少部分地基于所述用户在使用所述第一机器人手术器械时的第二技能水平，根据在所述用户输入命令设备处接收的所述用户输入命令指示的移动速率，将所述第一机器人手术器械的移动速率缩放到第二移动速率。
9.根据权利要求1所述的远程操作手术系统，
其中所述图像捕获设备包括立体显示器。
10.根据权利要求1所述的远程操作手术系统，
其中所述用户输入命令设备包括手柄。
11.一种远程操作手术系统，其包括：
机器人手术器械操纵器，其被配置为可选择地安装多个机器人手术器械中的至少一个；
图像捕获设备，其能够朝向手术部位定向，用于捕获解剖组织的图像和所述至少一个机器人手术器械的图像；
用户显示器，其耦合到所述图像捕获设备，以便向用户显示所述解剖组织的捕获的图像和所述至少一个机器人手术器械的捕获的图像；
用户输入命令设备，其被耦合以接收用户输入命令以控制所述至少一个机器人手术器械的移动；和
移动控制器，其被耦合以从所述输入命令设备接收所述用户输入命令，并被配置为响应于所述用户输入命令控制所述至少一个机器人手术器械的移动，并且至少部分地基于提供接收的用户输入命令的所述用户在使用所述第一机器人手术器械时的手术技能水平，根据由在所述用户输入命令设备处接收的所述用户输入命令指示的移动速率来缩放所述至少一个机器人手术器械的移动速率。
12.根据权利要求11所述的远程操作手术系统，
其中所述多个机器人器械包括可选择地安装的第一机器人手术器械和可选择地安装的第二机器人手术器械；
其中所述移动控制器被配置为响应于所述用户输入命令，当所述第一机器人手术器械被可选择地安装在所述机器人手术器械操纵器上时，控制所述第一机器人手术器械的移动，并且至少部分地基于提供接收的用户输入命令的所述用户在使用所述第一机器人手术器械时的手术技能水平，根据由在所述用户输入命令设备处接收的所述用户输入命令指示的移动速率来缩放所述第一机器人手术器械的移动速率；并且
其中所述移动控制器被配置为响应于所述用户输入命令，当所述第二机器人手术器械被可选择地安装在所述机器人手术器械操纵器上时，控制所述第二机器人手术器械的移动，并且至少部分地基于提供接收的用户输入命令的所述用户在使用所述第二机器人手术器械时的手术技能水平，根据由在所述用户输入命令设备处接收的所述用户输入命令指示的移动速率来缩放所述第二机器人手术器械的移动速率。
13.根据权利要求11所述的远程操作手术系统，
其中所述用户显示器被配置为至少部分地基于所述用户在使用安装在所述机器人手术器械操纵器上的所述至少一个机器人手术器械时的技能水平，响应于所述用户输入命令显示多个相应消息中的一个。
14.一种操作包括机器人手术器械操纵器的远程操作手术系统的方法，其包括：
接收来自用户的用户输入命令以控制安装在所述机器人手术器械操纵器处的机器人手术器械的移动；
在所述接收所述用户输入命令期间，确定安装在所述机器人手术器械操纵器处的机器人手术器械的标识；以及
至少部分地基于所述用户在使用标识的手术器械时的技能水平，根据由所述用户输入命令指示的移动速率来缩放所述机器人手术器械的移动速率。
15.根据权利要求14所述的方法，其还包括：
接收用户的标识；
接收标识的用户在使用所述标识的手术器械时的技能的指示。
16.根据权利要求14所述的方法，其还包括：
其中缩放所述机器人手术器械的所述移动速度包括：
响应于所述标识的手术器械包括第一手术器械和在使用所述第一手术器械时所述用户具有第一技能水平，根据由所述用户输入命令指示的移动速率缩放到第一移动速率；
响应于所述标识的手术器械包括第二手术器械和在使用所述第二手术器械时所述用户具有第二技能水平，根据由所述用户输入命令指示的移动速率缩放到第二移动速率。
17.根据权利要求16所述的方法，其还包括：
接收用户的标识；
接收标识的用户在使用所述第一手术器械时的技能的指示；以及
接收所述标识的用户在使用所述第二手术器械时的技能的指示。
18.根据权利要求16所述的方法，其还包括：
接收用户的标识；
接收标识的用户在使用所述第一手术器械时的较低技能水平的指示；以及接收所述标识的用户在使用所述第二手术器械时的较高技能的指示；
其中缩放到所述第一移动速率包括根据由所述用户输入命令指示的所述移动速率缩放到较慢的移动速率。
19.根据权利要求18所述的方法，
其中缩放到所述第二移动速率包括缩放到与由所述用户输入命令指示的移动速率匹配的移动速率。
20.根据权利要求18所述的方法，
其中缩放到所述第二移动速率包括根据由所述用户输入命令指示的所述移动速率缩放到较慢的移动速率。
21.一种虚拟手术系统，其包括：
第一虚拟机器人手术器械；
图像生成设备，以用于生成虚拟解剖组织的图像和所述第一虚拟机器人手术器械的图像；
用户显示器，其耦合到所述图像生成设备，以向用户显示所述虚拟解剖组织的生成的图像和所述第一虚拟机器人手术器械的生成的图像；
用户输入命令设备，其被耦合以接收用户输入命令以控制所述第一虚拟机器人手术器械的虚拟移动；和
虚拟移动控制器，其被耦合以从所述输入命令设备接收所述用户输入命令，并且被配置为响应于所述用户输入命令控制所述第一虚拟机器人手术器械的虚拟移动，并且至少部分地基于提供接收的用户输入命令的所述用户在使用所述第一虚拟机器人手术器械时的手术技能水平，根据由在所述用户输入命令设备处接收的所述用户输入命令指示的移动速率来缩放所述第一虚拟机器人手术器械的虚拟移动速率。
22.一种操作包括虚拟机器人手术器械操纵器的虚拟手术系统的方法，其包括：
接收来自用户的用户输入命令以控制安装在所述虚拟机器人手术器械操纵器处的虚拟机器人手术器械的移动；
在所述接收所述用户输入命令期间，确定安装在所述虚拟机器人手术器械操纵器处的虚拟机器人手术器械的标识；以及
至少部分地基于所述用户在使用标识的虚拟手术器械时的技能水平，根据由所述用户输入命令指示的移动速率来缩放所述虚拟机器人手术器械的移动速率。

说明书全文

带有基于外科医生技能水平的器械控制的远程操作手术系统

[0001] 优先权要求

[0002] 本申请要求于2016年11月11日提交的美国专利申请No.62/421,072的优先权的权益，该申请通过引用整体并入本文。

技术领域

[0003] 本发明方面与手术期间使用的医疗设备相关联。更具体地，方面与根据外科医生技能水平的手术器械使用相关联。

背景技术

[0004] 外科医生通常在执行手术程序之前进行广泛的研究。传统上，外科医生仅限于研究通用的解剖模型，例如照片或绘图。最近，各种术前诊断程序(例如，X射线、CT、MRI等)使得患者特异性解剖信息可用。

[0005] 在一些情况下，期望为外科医生提供额外的相关解剖和手术程序信息。在一个方面，期望为对特定患者的手术做规划的外科医生提供对该特定患者执行的早期手术程序的手术部位视频记录。在另一方面，期望为外科医生提供对其他患者执行的与针对特定患者所规划的手术程序类似的手术程序的一个或多个手术视频记录。在一个方面，期望在外科医生进行特定手术程序之前向外科医生提供这样的信息。而且，在另一方面，可能期望在术中向外科医生提供该信息。

[0006] 在一个方面，期望配置视频数据库，该视频数据库包括各类患者经历的各种程序的术中手术部位视频记录。在一个方面，期望将能够进行视频记录的医疗设备配置为还包括输入装置，该输入装置使得使用该医疗设备的外科医生能够在记录时实时地对视频记录进行高亮和注释。在一个方面，期望将基于计算机的图案匹配算法配置为搜索视频数据库的各个记录、标识相关视频记录并向外科医生提供用于特定手术程序的这种相关信息。

发明内容

[0007] 以下发明内容介绍了本发明主题的某些方面，以便提供基本的理解。该发明内容不是对本发明主题的广泛概述，并且不旨在标识关键或重要元素或描绘本发明主题的范围。尽管该发明内容包含与本发明主题的各个方面和实施例相关的信息，但是其唯一目的是以一般形式提出一些方面和实施例作为下面更详细描述的序言。

[0008] 提供了一种用于与包括机器人手术器械的远程操作手术系统一起使用的手术方法。图像捕获设备可朝向手术部位定向，用于捕获解剖组织的图像和机器人手术器械的图像。用户显示器被耦合到图像捕获设备以向用户显示解剖组织的捕获的图像和机器人手术器械的捕获的图像。用户输入命令设备被耦合以接收用户输入命令以控制机器人手术器械的移动。移动控制器电路被耦合以从输入命令设备接收用户输入命令。移动控制器电路被配置为响应于用户输入命令控制机器人手术器械的移动。移动控制器电路还被配置为至少部分地基于提供接收的用户输入命令的用户在使用机器人手术器械时的手术技能水平，根据/从(from)在用户输入命令设备处接收的用户输入命令指示的移动速率来缩放机器人手术器械的移动速率。

[0009] 提供了一种操作包括机器人手术器械操纵器的远程操作手术系统的方法。从用户接收用户输入命令以控制安装在机器人手术器械操纵器处的机器人手术器械的移动。在接收用户输入命令期间，对安装在机器人手术器械操纵器处的机器人手术器械进行标识确定。至少部分地基于用户在使用标识的手术器械时的技能水平，根据用户输入命令指示的移动速率来缩放机器人手术器械的移动速率。附图说明

[0010] 图1是微创远程操作手术系统的平面图。

[0011] 图2是外科医生的控制台的透视图。

[0012] 图3是电子推车的透视图。

[0013] 图4是远程操作手术系统的示意图。

[0014] 图5是患者侧推车的透视图。

[0015] 图6是手术器械的正视图。

[0016] 图7是器械操纵器的透视图。

[0017] 图8是手术规划工具的示意图。

[0018] 图9是使用手术规划工具的方法的流程图。

[0019] 图10是表示根据一些实施例的计算机可读存储设备中的存储图谱(atlas)的说明图。

[0020] 图11是表示根据一些实施例的包括在存储设备中的图谱内的第七信息结构的示例的说明图，第七信息结构将来自个别手术的所记录的视频信息与对应的手术器械致动器状态信息和外科医生眼球运动信息相关联。

[0021] 图12A-12C是示出根据一些实施例的示例手术器械和致动器组件的说明图，其中手术器械以三种不同的示例操作状态示出。

[0022] 图13是表示根据一些实施例的存储在计算机可读存储设备1004中的图谱的示例第十信息结构的说明图，第十信息结构对应于要由示例外科医生执行的示例手术程序。

[0023] 图14是表示根据一些实施例的至少部分地基于外科医生技能水平信息根据手术器械安全致动状态来缩放用户到器械移动的运动学转换的处理器的配置的说明性流程图。

具体实施方式

[0024] 说明发明方面、实施例、实施方式或应用的本说明书和附图不应被视为限制性的—权利要求书限定了所保护的发明。在不脱离本说明书和权利要求书的范围的情况下，可进行各种机械、组成、结构、电气和操作改变。在一些情况下，尚未详细示出或描述公知的电路、结构或技术以免模糊本发明。两个或更多个附图中的同样的数字表示相同或类似的元件。

[0025] 在任何可行的情况下，参考一个实施例、实施方式或应用详细描述的元件可以被包括在未具体示出或描述它们的其他实施例、实施方式或应用中。例如，如果参考一个实施例详细描述了元件而未参考第二实施例描述该元件，仍然可以声称该元件被包括在第二实施例中。因此，为了避免在以下描述中不必要的重复，除非一个或多个元件将使实施例或实施方式失去功能，或者除非两个或更多个元件提供矛盾功能，否则结合一个实施例、实施方式或应用示出和描述的一个或多个元件可以被并入其他实施例、实施方式或方面中，除非另外特别描述。

[0026] 本发明的各方面主要根据使用由加利福尼亚州森尼维耳市的直观外科手术操作公司(Intuitive Surgical,Inc.of Sunnyvale,California)商业化的达芬奇(da )TM TM手术系统(具体地，作为da Xi HD 手术系统销售的型号IS4000)的实施方式来描述。然而，知识渊博的人将理解，本文公开的发明方面可以以各种方式(包括机器人和(如果适用的话)非机器人实施例和实施方式)体现和实现。da 手术系统(例如，型号TM
IS4000da Xi 手术系统、型号IS3000da Vinci 手术系统)的实施方案仅仅是示例性的，并且不应视为限制本文公开的发明方面的范围。

[0027] 根据各个方面，本公开描述了一种手术规划工具，其包括被配置为视频记录手术程序的执行的医疗设备。视频记录能够嵌有各种元数据，例如由医疗人员制作的高亮。另外，视频记录能够用各种元数据(例如，描述视频的某些主题的文本注释、视频记录对应的患者的身份和关于患者的履历或医疗信息等)进行标记。在一个方面，标记的元数据嵌入在视频记录中。

[0028] 根据其他方面，本公开描述了一种远程操作医疗设备，其包括用于在手术程序期间执行至少一个手术活动的手术器械。手术活动的不同阶段可能要求不同的手术技能水平。在一些实施例中，可以至少部分地基于外科医生的手术活动的执行水平与其他外科医生在该活动中的执行水平的比较来确定手术活动中的手术水平。手术可涉及在手术程序的不同部分期间使用不同的手术器械。在手术期间使用的每个手术器械由在多种致动器状态下可操作的一个或多个手术器械致动器控制。跟踪在手术的不同部分期间正在使用哪个手术器械。在一些实施例中，在手术程序期间跟踪控制正在使用的手术器械的致动器的致动器状态。在一些实施例中，还使用摄像头跟踪外科医生的眼球运动，以确定手术期间外科医生注视的方向。在一些实施例中，计算机可读存储设备中的信息结构将使用中的手术器械和手术器械致动器状态与手术引导信息相关联，以响应于手术器械用于执行所述至少一个手术活动而呈现给外科医生。在一些实施例中，至少部分地基于外科医生的手术技能水平来确定呈现给外科医生的手术引导信息。在一些实施例中，计算机可读存储设备中的信息结构将在手术期间的手术器械使用或其在执行所述至少一个手术活动期间的特定致动器状态中的至少一个与安全转换信息相关联，用于使手术器械致动器转换到与外科医生的技能水平匹配的致动器安全操作状态。在一些实施例中，至少部分地基于外科医生的技能水平来确定手术器械致动器安全操作状态。

[0029] 在远程操作手术系统中，可以在手术程序的不同阶段使用不同器械。而且，可以在手术程序的不同阶段以不同的致动器状态使用同一个器械。如本文所使用的，术语“致动器状态”是指响应于从外科医生或其他手术团队成员接收的输入命令，由诸如马达的致动器确定的手术器械的机械布置。

[0030] 将手术器械的使用或特定致动器状态与手术引导或致动器安全状态信息相关联的视频记录和信息结构能够存档在本地实现的电子医疗记录数据库中或存档在云数据存储服务上。视频记录能够供感兴趣的卫生保健机构使用。信息结构能够与远程操作医疗设备一起使用，以在手术程序的执行期间提供手术引导并在执行至少一个手术活动期间控制手术器械致动器状态。

[0031] 卫生保健机构能够使用上述元数据标签，基于外科医生对感兴趣的视频和信息结构关系的技能水平来搜索医疗设备数据库。另外，在一个方面，手术规划工具包括基于计算机的图案匹配和分析算法。在一个方面，图案匹配算法剔除存储在电子医疗记录数据库中的视频，以标识视频记录中的视觉特性与医疗人员制作的相关元数据标签之间的相关性。手术规划工具能够将这些相关性应用于新遇到的解剖结构，并从而帮助医疗人员执行确定患者解剖结构、优选手术方法、疾病状态、潜在并发症等的程序。在另一方面，模式匹配算法剔除存储在电子医疗记录数据库中的视频，以标识视频记录和患者健康记录信息中的视觉特性之间的相关性，以标识与外科医生技能水平信息相关的患者解剖学特点。手术规划工具能够将解剖结构和外科医生技能水平记录之间的这些相关性应用于当前患者的解剖结构和健康记录，并从而帮助医疗人员规划和执行涉及当前患者的手术程序。

[0032] 微创远程操作手术系统

[0033] 现在参考附图，其中相同的附图标记在若干视图中表示相同的零件，图1是微创远程操作手术系统10的平面图，微创远程操作手术系统10通常用于对躺在手术台14上的患者12执行微创诊断或手术程序。该系统包括外科医生的控制台16，以在程序期间由外科医生
18使用。一个或多个助手20也可以参与该程序。微创远程操作手术系统10还包括患者侧推车22和电子推车24。患者侧推车22能够通过患者12的身体中的微创切口操纵至少一个可移除地联接的手术器械520，同时外科医生18通过外科医生的控制台16内的用户显示器查看手术部位。手术部位的图像能够通过图像捕获设备(例如立体内窥镜28)获得，图像捕获设备能够由患者侧推车22操纵以定向内窥镜28，以便在手术部位处捕获患者解剖结构和一个或多个手术器械的图像。位于电子推车24上的计算机处理器能够用于处理手术部位的图像，以用于随后通过外科医生的控制台16处的立体显示器显示给外科医生18。一次使用的手术器械520的数量将通常取决于手术室内的诊断或手术程序和空间约束以及其他因素。
如果在程序期间通常需要更换手术器械520中的一个或多个，则助手20能够从患者侧手推车22移除手术器械520，并且将其更换为来自手术室中的托盘30的另一个手术器械520。

[0034] 图2是外科医生的控制台16的透视图。外科医生的控制台16包括用户显示器，该用户显示器包括左眼显示器32和右眼显示器34，以用于向外科医生18呈现手术部位的能够实现深度感知的带坐标的立体视图。控制台16还包括输入命令设备，该输入命令设备包括一个或多个手动控制输入装置，所述一个或多个手动控制输入装置包括手柄36、38。被安装以在患者侧推车22(图1中示出)上使用的一个或多个手术器械响应于外科医生18操纵所述一个或多个控制输入装置36、38而移动。控制输入装置36、38能够提供与其相关联的手术器械520(图1中示出)相同的机械自由度，以向外科医生18提供远程呈现或控制输入装置36、38与器械26成一体的感知，以使外科医生具有直接控制器械26的强烈感觉。为此，可以采用位置、力和触觉反馈传感器(未示出)将来自手术器械520的位置、力和触感通过控制输入装置
36、38传递回到外科医生的手。

[0035] 外科医生的控制台16通常与患者位于同一房间内，以便外科医生能够直接监控程序，必要时能够实际在场，并且直接对患者侧助手说话而不是通过电话或其他通信媒介。但是，外科医生也能够位于不同的房间、完全不同的建筑物或其他远离患者的位置，从而允许远程手术程序。

[0036] 图3是电子推车24的透视图。电子推车24能够与内窥镜28联接并且包括计算机处理器以处理捕获的图像以用于随后的显示，例如显示给外科医生的控制台16上的外科医生，或者在位于本地和/或远程的另一个合适的显示器上显示。例如，如果使用立体内窥镜，则电子推车24上的计算机处理器能够处理捕获的图像以在左眼显示器32和右眼显示器34处将手术部位的带坐标的立体图像呈现给外科医生。这种坐标能够包括相对图像之间的对准，并且能够包括调整立体内窥镜的立体工作距离。作为另一示例，图像处理能够包括使用先前确定的摄像机校准参数来补偿图像捕获设备的成像误差，例如光学像差。可选地，电子推车中的装备可以集成到外科医生的控制台或患者侧推车中，或者它可以分布在手术室中的各种其他位置。

[0037] 图4示意性地图示了远程操作手术系统50(例如图1的微创远程操作手术系统10)。外科医生的控制台52(例如图1中的外科医生的控制台16)能够由外科医生用于在微创程序期间控制患者侧推车500(例如图1中的患者侧推车22)。患者侧推车500能够使用诸如立体内窥镜的成像设备来捕获手术部位的图像并将捕获的图像输出到位于电子推车56(例如图
1中的电子推车24)上的计算机处理器。计算机处理器通常包括一个或多个数据处理板，计划用于执行存储在计算机处理器的非易失性存储器设备中的计算机可读代码。在一个方面，计算机处理器能够在任何后续显示之前以各种方式处理捕获的图像。例如，计算机处理器能够在经由外科医生的控制台52向外科医生显示组合图像之前用虚拟控制界面覆盖捕获的图像。

[0038] 另外，或者替代地，捕获的图像能够由位于电子推车56外部的计算机处理器进行图像处理。在一个方面，远程操作手术系统50包括类似于位于电子推车56上的计算机处理器的可选计算机处理器58(如虚线所示)，该可选计算机处理器58包括一个或多个中央处理单元(CPU)，并且患者侧推车500将捕获的图像输出到计算机处理器58，以便在外科医生的控制台52上显示之前进行图像处理。在另一方面，捕获的图像首先由电子推车56上的计算机处理器进行图像处理，并然后在外科医生的控制台52上显示之前由计算机处理器58进行附加的图像处理。远程操作手术系统50能够包括可选的显示器60，如虚线所示。显示器60与位于电子推车56上的计算机处理器联接并与计算机处理器58联接，并且由这些计算机处理器处理的捕获的图像除了显示在外科医生的控制台52的显示器上之外还能够显示在显示器60上。

[0039] 此外，控制输入装置36、38被耦合以接收用户输入命令以控制手术部位处的一个或多个手术器械的移动。处理器58用作运动学移动控制器电路，其被耦合以从控制输入装置36、38接收用户输入命令。处理器58以控制输入装置36、38的物理移动的形式转换用户输入以控制到患者侧推车54内的移动控制器的用以控制马达从而控制一个或多个手术器械的相应移动的信号，以将相应的移动传递给内窥镜或一个或多个手术器械。由用户的手在控制输入装置36、38上的运动传递的用户输入移动转换到由耦合到手术器械的马达传递的相应器械移动涉及运动学移动转换，其通常涉及缩放距离使得器械可以仅被移动控制输入装置36或38被移动以传递用户命令从而引起器械移动的一小部分距离。换句话说，用户空间中的被传递给控制输入装置36、38的用户输入移动被转换为手术部位处的器械空间中的相应较小规模的移动。美国专利No.6,424,885中描述远程操作手术系统中的运动学移动转换的示例。

[0040] 图5是根据本发明的实施例的微创远程操作手术系统的患者侧推车500的透视图。患者侧推车500包括一个或多个支撑组件510。手术器械操纵器512安装在每个支撑组件510的端部。另外，每个支撑组件510能够可选地包括一个或多个无动力的、可锁定的设置接头，所述设置接头用于相对于接收手术的患者来定位所附接的手术器械操纵器512。如图所示，患者侧推车500搁置在地板上。在另一些实施例中，患者侧推车的操作部分能够安装到墙壁、安装到天花板、安装到同样支撑患者身体522的手术台526或安装到其他手术室装备。此外，虽然患者侧推车500被示出为包括四个手术器械操纵器512，但是可以使用更多或更少的手术器械操纵器512。

[0041] 功能性微创远程操作手术系统将通常包括视觉系统部分，该视觉系统部分使得远程操作手术系统的用户能够从患者身体522的外部查看手术部位。视觉系统通常包括用于捕获视频图像的摄像机仪器528和用于显示捕获的视频图像的一个或多个视频显示器。在一些手术系统配置中，摄像机仪器528包括将图像从摄像机仪器528的远端传输到患者身体522外部的一个或多个成像传感器(例如，CCD或CMOS传感器)的光学器件。替代地，所述(一个或多个)成像传感器能够定位在摄像机仪器528的远端，并且由所述(一个或多个)传感器产生的信号能够沿着引线或无线传输，以便在所述一个或多个视频显示器上进行处理和显示。视频显示器的一个示例是由加利福尼亚州森尼维耳市的直观外科手术操作公司商业化的手术系统中的外科医生的控制台上的立体显示器。

[0042] 参考图5，安装到每个手术器械操纵器512的是在患者身体522内的手术部位处操作的手术器械520。每个手术器械操纵器512能够以允许相关联的手术器械以一个或多个机械自由度(例如，所有六个笛卡尔自由度、五个或更少的笛卡尔自由度等)移动的各种形式设置。通常，机械或控制约束限制每个操纵器512使其相关联的手术器械围绕器械上的相对于患者保持静止的运动中心移动，并且该运动中心通常位于器械进入身体的位置处。

[0043] 在一个方面，通过计算机辅助的远程操作来控制手术器械520。功能性微创远程操作手术系统包括控制输入装置，该控制输入装置接收来自远程操作手术系统的用户(例如，外科医生或其他医疗人员)的输入。控制输入装置与一个或多个计算机控制的远程操作致动器(例如，与手术器械520联接的一个或多个马达)通信。以这种方式，手术器械520响应于医疗人员的控制输入的移动而移动。在一个方面，一个或多个控制输入装置被包括在外科医生的控制台(例如，图2所示的外科医生的控制台16)中。外科医生能够操纵外科医生的控制台16的控制输入装置36以操作患者侧推车500的远程操作致动器。由远程操作致动器产生的力经由传动系统机构传递，传动系统机构将力从远程操作致动器传递到手术器械520。

[0044] 参考图5，在一个方面，手术器械520和插管524可移除地联接到操纵器512，其中手术器械520穿过插管524被插入。操纵器512的一个或多个远程操作致动器使整个手术器械520移动。操纵器512还包括器械滑架530。手术器械520可拆卸地连接到器械滑架530。在一个方面，器械滑架530容纳一个或多个内部的远程操作致动器，所述远程操作致动器提供若干控制器运动，手术器械520将所述若干控制器运动转化为手术器械520上的末端执行器的各种移动。因此，器械滑架530中的远程操作致动器仅移动手术器械520的一个或多个部件而不是整个器械。用以控制整个器械或器械的部件的输入使得由外科医生或其他医疗人员提供给控制输入装置的输入(“主”命令)被手术器械转化为相应的动作(“从”响应)。

[0045] 在替代实施例中，器械滑架530不容纳远程操作致动器。能够实现手术器械520的末端执行器的各种移动的远程操作致动器被容纳在远离器械滑架530的位置，例如患者侧推车500上的其他地方。基于线缆的力传递机构等用于将每个远程定位的远程操作致动器的运动传递到位于器械滑架530上的相应的与器械相接的致动器输出。在一些实施例中，手术器械520机械地联接到第一致动器，第一致动器控制手术器械的第一运动，例如纵向(z轴线)旋转。手术器械520机械地联接到第二致动器，第二致动器控制手术器械的第二运动，例如二维(x、y)运动。手术器械520机械地联接到第三致动器，第三致动器控制手术器械的第三运动，例如钳爪末端执行器的打开和关闭。

[0046] 图6是手术器械520的侧视图，手术器械520包括由细长管610联接的远侧部分650和近侧控制机构640，细长管610具有细长管中心线轴线611。手术器械520被配置为插入患者体内并用于进行手术或诊断程序。手术器械520的远侧部分650能够提供各种末端执行器654中的任何一种，例如所示的钳子、针驱动器、烧灼设备、切割工具或成像设备(例如，内窥镜或超声探头)等。手术末端执行器654能够包括功能性机械自由度，例如打开或关闭的钳爪或沿着路径平移的刀具。在所示的实施例中，末端执行器654通过腕部652联接到细长管
610，腕部652允许末端执行器相对于细长管中心线轴线611定向。手术器械520还能够包含存储(例如，存储在器械内部的半导体存储器上)的信息，该信息可以是永久性的或可以由被配置为操作手术器械520的手术系统更新。因此，手术系统可以提供手术器械520与手术系统的一个或多个部件之间的单向或双向信息通信。

[0047] 图7是手术器械操纵器512的透视图。器械操纵器512被示出为没有安装手术器械。器械操纵器512包括器械滑架530，手术器械(例如，手术器械520)能够可拆卸地连接到器械滑架530。器械滑架530容纳多个远程操作致动器。每个远程操作致动器包括致动器输出
705。当手术器械安装到器械操纵器512上时，器械近侧控制机构(例如，图6中的近侧控制机构640)的一个或多个器械输入装置(未示出)与对应的致动器输出705机械地联接。在一个方面，该机械联接是直接的，其中致动器输出705直接接触对应的器械输入装置。在另一方面，该机械联接通过中间接口(例如，被配置为在器械操纵器512与相关联的手术器械之间提供无菌屏障的盖布的部件)发生。

[0048] 在一个方面，由对应的远程操作致动器引起的一个或多个器械输入装置的移动导致手术器械机械自由度的移动。例如，在一个方面，安装在器械操纵器512上的手术器械是手术器械520，如图6所示。参考图6，在一个方面，近侧控制机构640的由对应的远程操作致动器引起的一个或多个器械输入装置的移动使细长管610(以及所附接的腕部652和末端执行器654)相对于近侧控制机构640围绕细长管中心线轴线611旋转。在另一方面，由对应的远程操作致动器引起的一个或多个器械输入装置的移动导致腕部652的移动，从而使末端执行器654相对于细长管中心线轴线611定向。在另一方面，由对应的远程操作致动器引起的一个或多个器械输入装置的移动导致末端执行器654的一个或多个可移动元件(例如，钳爪构件、刀具构件等)的移动。因此，安装到器械操纵器512上的手术器械的各种机械自由度能够通过器械滑架530的远程操作致动器的操作而移动。

[0049] 对记录的视频进行注释

[0050] 图8示出了示例手术规划工具800的说明图。在一个方面，手术规划工具800包括与电子医疗设备记录数据库830进行数据通信的远程操作手术系统850。这里示出的远程操作手术系统850类似于图4中示出的远程操作手术系统850。在一个方面，电子医疗记录数据库830包括在特定医院接受治疗的患者的医疗记录。数据库830能够在位于医院现场的服务器上实现。包含在数据库830中的医疗记录条目能够通过内联网网络从医院计算机访问。替代地，数据库830能够在位于医院场外的远程服务器上实现，例如，使用若干个云数据存储服务之一。在这种情况下，数据库830的医疗记录条目存储在云服务器上，并且能够利用因特网访问由计算机访问。

[0051] 在一个方面，使用远程操作手术系统850对第一患者执行手术程序。与远程操作手术系统850相关联的成像设备捕获手术部位的图像并在外科医生的控制台52的显示器上将捕获的图像显示为视频的帧。在一个方面，外科医生的控制台52处的医疗人员使用外科医生的控制台52的输入设备对所显示视频中示出的某个患者解剖结构进行高亮或注释。这种输入设备的一个示例是图2所示的控制输入装置36，控制输入装置36联接到光标，光标与覆盖在所显示视频上的图形用户界面一起操作。图形用户界面能够包括QWERTY 键盘、诸如鼠标和交互式屏幕显示器的指示设备、触摸屏显示器或用于数据或文本输入的其他装置。因此，医疗人员能够在所显示图像中高亮某个感兴趣的组织或输入文本注释。

[0052] 在一个方面，手术部位视频另外显示在位于电子推车56上的显示器上。在一个方面，电子推车的显示器是触摸屏用户界面，其可由医疗人员使用以对在图像上示出的患者解剖结构的某些部分进行高亮和注释，该图像被显示以便在电子推车上的显示器上查看。通过触摸在触摸屏用户界面上显示的患者解剖结构的部分，用户能够高亮所显示图像的部分。另外，包括QWERTY键盘的图形界面能够覆盖在所显示图像上。用户能够使用QWERTY键盘输入文本注释。

[0053] 在一个方面，由与远程操作手术系统850相关联的成像设备捕获的手术部位视频由远程操作手术系统850记录，并且除了实时或接近实时地显示给用户之外还存储在数据库830中。与用户做出的记录视频相关联的高亮和/或注释也能够存储在数据库830中。在一个方面，用户做出的高亮在将其存储在数据库830中之前被嵌入所记录的视频。稍后，能够检索所记录的视频以供查看。在一个方面，所记录的视频的查看器能够选择是否从视图中显示或抑制高光。类似地，与所记录的视频相关联的注释也能够存储在数据库830中。在一个方面，用户做出的注释用于标记所记录的视频，并且能够用于提供作为标识包含在所记录的视频中的主题的手段。例如，一个注释可以描述某种疾病状态的状况。该注释用于标记所记录的视频。稍后，希望查看关于该疾病状态的所记录的程序的人能够使用关键词搜索来定位视频。

[0054] 检索存储的视频

[0055] 在一些情况下，期望医疗人员能够查看对给定患者执行的过去手术程序的视频记录。在一个方面，先前经历第一手术程序以治疗医学病症的患者随后需要第二手术程序来治疗相同医学病症的复发或治疗位于第一手术程序的手术部位附近的解剖结构。在一个方面，在手术部位视频记录中捕获第一手术程序的手术部位事件，并且视频记录作为患者的电子医疗记录的一部分存档在数据库830中。在对患者执行第二手术程序之前，医疗人员能够执行数据库830的搜索以定位患者的早期手术程序的视频记录。

[0056] 在一些情况下，期望规划对患者执行手术程序的医疗人员能够查看对具有与该患者类似的某些特性的人执行的类似手术程序的视频记录。在一个方面，在将每个视频记录存档在数据库830中之前，能够用诸如患者的年龄、性别、体重指数、遗传信息、患者所经历的程序类型等的元数据信息来标记手术程序的手术部位视频记录。在一个方面，用于标记视频记录的元数据信息是从患者当时存在的医疗记录中自动检索的，并且然后用于在将视频记录存档在数据库830中之前标记该视频记录。因此，在对患者执行医疗程序之前，医疗人员能够在数据库830中搜索对与该患者共享某些共有特性的患者执行的类似程序的视频记录。例如，如果医疗人员规划使用远程操作手术系统850对具有升高的体重指数的65岁男性患者执行前列腺切除术，则医疗人员能够在数据库830中搜索使用远程操作手术系统850对其他年龄相近且具有类似地升高的体重指数的男性执行前列腺切除术的手术部位视频记录。

[0057] 在一个方面，手术程序的视频记录由数据库830传送到可选的个人计算机820(如虚线所示)，并且可供规划执行手术程序的医疗人员查看。另外，或者替代地，早期手术程序的视频记录能够由数据库830传送到远程操作手术系统850，并且可供在术前或术中查看。在一个方面，视频记录通过远程操作手术系统850显示在位于外科医生的控制台52上的显示器上。在另一方面，第一手术程序的视频记录显示在位于电子推车56上的显示器上。

[0058] 基于云的视频数据库

[0059] 在一个方面，数据库830使用云数据存储服务在远程服务器上实现，并且可由多家卫生保健机构访问。参考图8，如虚线所示，手术规划工具800可选地包括远程操作手术系统850(如虚线所示)和个人计算机840(如虚线所示)。在一个方面，远程操作手术系统850类似于远程操作手术系统850，并且个人计算机840类似于个人计算机820，除了远程操作手术系统850和个人计算机820位于第一卫生保健机构处而远程操作手术系统850和个人计算机
840位于第二卫生保健机构处。在一个方面，第一患者需要对医疗状况进行手术治疗，并且在第一卫生保健机构处使用远程操作手术系统850进行手术程序。手术程序的视频记录存档在数据库830中。稍后，第二患者需要对相同医疗状况进行手术治疗，并规划在第二卫生保健机构处使用远程操作手术系统850接受手术治疗。在对第二患者执行手术程序之前，医疗人员通过安全互联网连接访问数据库830并在数据库830中搜索类似程序的手术部位视频记录。在一个方面，治疗第二患者的医疗人员能够从数据库830检索第一患者的手术程序的视频记录，而无需获知第一患者的身份。以这种方式，维持了第一患者的隐私。在一个方面，第一患者的手术程序的视频记录包括由治疗第一患者的医疗人员做出的高亮和/或注释。

[0060] 基于计算机的图案匹配和分析

[0061] 手术规划工具800能够包括以计算机可执行代码的形式实现的图案匹配和分析算法。在一个方面，图案匹配和分析算法存储在手术规划工具800的非易失性存储器设备中，并且被配置为分析存档在数据库830中的视频记录。如前所述，存档在数据库830中的每个视频记录能够使用某些元数据信息来标记和/或嵌有某些元数据信息。该元数据信息能够包括患者信息，例如患者年龄、性别以及描述患者的健康史或病史的其他信息。另外，如先前所讨论的，元数据信息能够包括由医疗人员做出的高亮或注释。在一个方面，这些高亮和注释嵌有视频记录并且与视频一起存档在数据库830中。

[0062] 在一个方面，图案匹配和分析算法包括图像分析部件，该图像分析部件标识在存储在数据库830中的多个视频记录之间共享的形状和颜色的图案。图案匹配和分析算法然后检查与该视频记录子集相关联的标记的元数据，以确定任何单词或短语是否经常与该子集内的视频相关联。通过图案匹配和分析算法执行的这些分析能够用于帮助医疗人员确定患者解剖结构、优选手术方法、疾病状态、潜在并发症等。

[0063] 使用手术规划工具的方法

[0064] 图9示出了使用手术规划工具的方法900。在一个方面，手术规划工具类似于图8中的手术规划工具800。在910处，医疗设备接收描述医疗患者的事实或特性，例如患者遭受的医疗状况。医疗设备能够经由位于远程操作手术系统(例如，图1中的远程操作手术系统10或图4中的远程操作手术系统50)上的用户接口，或者替代地，通过类似于图2中的个人计算机820的个人计算机来接收这一事实或情况。在920处，医疗设备使用在910处接收的事实或特性来从医疗设备数据库检索手术程序的至少一个相关视频记录。在930处，医疗设备使用视频记录来确定手术规划信息。在一个方面，手术规划信息包括在所记录的程序中使用的器械类型。在940处，医疗设备向用户显示在930处确定的手术规划信息。

[0065] 利用手术技能水平引导手术程序的方法

[0066] 图表1标识了根据机器人控制台技能评估(ARCS)标准已被标识为在远程操作手术程序期间有用的手术器械技能的几个示例性的独特的核心集。

[0067] 图表1

[0068]手术技能
双手腕部操纵
摄像头控制
主掌控以管理手的位置
使用第三器械臂
激活能源
适当的深度感知
察觉到由器械施加的力

[0069] 在一些实施例中，手术技能水平类别被评为新手、中级和熟练的。外科医生的技能水平可能因技能类别而异。技能评估量表通常适用于任何多端口机器人辅助手术程序，无论手术专长是什么。

[0070] 图10是表示根据一些实施例的计算机可读存储设备1004中的存储图谱的说明图。存储图谱1002包括指示先前执行的手术程序的实例的第一信息结构1006。第二信息结构
1008，其指示在先前执行的手术程序期间的远程操作手术器械致动状态。第三信息结构
1010将手术程序与该手术程序期间的手术活动相关联。第四信息结构1012将外科医生与外科医生的手术技能水平相关联。第五信息结构1014将手术程序与手术器械致动状态相关联。第六信息结构1016将不同活动期间的外科医生技能水平与不同消息相关联。第七信息结构1018将不同活动期间的外科医生技能水平与不同手术器械安全致动状态相关联。根据一些实施例，第九信息结构1019将来自各个手术的所记录的视频信息与手术期间的对应的手术器械致动器状态信息和所记录的外科医生眼球运动相关联。

[0071] 在一些实施例中，评估各种信息结构1004-1019中的信息以标识外科医生技能水平与手术程序结果/风险之间的相关性。在一些实施例中，评估各种信息结构1004-1019中的信息以标识患者安全考虑/风险与手术程序期间的手术活动之间的相关性。在一些实施例中，评估远程操作手术程序以根据外科医生技能水平标识患者安全考虑/风险与手术活动期间的手术器械致动器状态之间的相关性。在一些实施例中，存储图谱1002包括第十信息结构1020，以根据外科医生技能水平提供手术疗效/风险与手术活动期间的手术器械致动器状态之间的相关性。例如，这些评估可以涉及机器学习(ML)技术。

[0072] 存储图谱1002包括关于对先前患者进行的手术和执行先前手术的先前外科医生的数据。在一些实施例中，存储图谱1002包括来自先前手术的手术场景的视频图像以及相应注释(诸如文本和远程图解标签1022)。在一些实施例中，存储图谱1002包括在先前外科医生执行先前手术中的手术活动期间的手术器械致动器状态的记录1024。

[0073] 图11是表示根据一些实施例的包括在存储设备1004中的图谱1002内的第七信息结构1018的示例的说明图，第七信息结构1018将来自个别手术的所记录的视频图像与对应的手术器械致动器状态信息相关联。在一个方面，手术期间的患者解剖结构、手术期间的手术器械致动器状态以及手术期间的外科医生眼球运动的视频记录图像被加时间戳(t1、t2...tn)，以便产生患者解剖结构上发生手术活动的按时间顺序的时间记录，提供发生手术器械致动器状态的相应的按时间顺序的时间记录，并提供手术程序期间手术眼球运动的相应的按时间顺序的记录。因此，在手术程序期间记录的时间戳用于在时间上将视频图像解剖与手术器械致动器状态和外科医生眼睛注视对准。

[0074] 例如，在手术期间，用户可以用指示对应的手术活动(例如，血管闭合、缝合线打结或钝器组织解剖)的元数据对视频记录和手术器械致动状态记录进行注释。例如，注释可以包括标记到视频信息和/或手术器械致动状态信息的文字说明、视频记录中的图像的着色或高亮(例如，远程图解中的一个或多个或者组合。注释可以被加时间戳以用于在时间上将它们与对应的视频记录信息和对应的所记录的手术器械状态信息对准。

[0075] 在远程操作手术程序期间，诸如神经血管束解剖(神经保留)的手术活动通常涉及使用多种手术器械，例如专业抓钳(prograsper)和机器人剪刀，每种手术器械具有其自身的致动器状态。因此，不同的手术活动通常需要多种手术器械技能的组合。例如，连续缝合手术活动的执行通常需要以下手术技能的组合：器械腕部操纵、持针、在两个器械之间穿针和定向、组织夹持和针驱动。

[0076] 图12A-12C是示出根据一些实施例的示例手术器械1202和致动器组件1203的说明图，其中手术器械以三种不同的示例操作状态示出。示例器械1202包括能够在打开状态和关闭状态之间转换的钳爪末端执行器1204以及在其间具有部分打开/部分关闭状态的连续体。示例器械1202还包括两个自由度(2-dof)腕部1206，腕部1206能够在不同的二维(x、y)位置状态之间移动。示例致动器组件1203包括第一致动器1208，在一些实施例中，第一致动器1208包括用于致动钳爪末端执行器1204的钳爪马达(JM)。示例致动器组件1203包括第二致动器1210，在一些实施例中，第二致动器1210包括用于致动腕部1206的腕部马达(WM)。在手术期间，手术器械1202可以在对应于手术程序期间的不同活动的多个致动状态之间转换。如图12A所示，例如，手术程序可涉及第一手术活动，在第一手术活动中，第一致动器1208(JM)将钳爪末端执行器1204设置到完全打开状态，而第二致动器1210(WM)将腕部1206设置到第一位置状态(x1、y1)。如图12B所示，例如，手术程序可涉及第二手术活动，在第二手术活动中，第一致动器1208使钳爪末端执行器1204转换到完全关闭状态，而第二致动器
1210将腕部1206转换到第二位置状态(x2、y2)。如图12C所示，例如，手术程序可涉及第三手术活动，在第三手术活动中，第一致动器1208将钳爪末端执行器1104设置成处于部分打开/部分关闭状态，而第二致动器1210将腕部1206转换到第三位置状态(x3、y3)。

[0077] 在一些实施例中，响应于外科医生的输入控制命令的远程操作手术系统的性能基于外科医生在手术程序期间使用该系统执行手术活动的技能水平来缩放。更具体地，响应于用户空间中的用户输入命令设备处的用户输入的手术器械在器械空间中的移动速率至少部分地基于用户技能水平来缩放。例如，外科医生的技能水平的记录可以指示在使用大缝合切口持针器/针驱动器手术器械执行针驱动手术活动中的新手技能水平。根据一些实施例，在执行针驱动手术活动期间，器械致动器以第一(新手)模式操作，在第一(新手)模式下，大缝合切口持针器当靠近相应组织时相对于用户意图自动地非常谨慎地移动(1：0.333缩放比例)。因此，针对大缝合切口持针器手术器械的新手用户配置处理器58，其中用户输入移动到器械移动的转换被缩放以减慢器械移动。在控制输入装置36、38处传递的用户空间中的一单元移动被运动学地转换为器械在手术器械空间中的0.333单位移动。替代地，例如，外科医生的技能水平的记录可以指示在使用大持针器手术器械执行针驱动手术活动中的中级技能水平。根据一些实施例，在执行针驱动手术活动期间，器械致动器以第二(中级)模式操作，在第二(中级)模式下，大持针器当靠近相应组织时相对于用户意图谨慎地以1：0.5缩放比例移动。因此，针对大持针器手术器械的中级技能水平用户配置处理器58，其中用户输入移动到器械移动的转换被缩放以减慢器械移动。在控制输入装置36、38处传递的用户空间中的一单元移动被运动学地转换为器械在手术器械空间中的0.5单位移动。作为又一替代方案，例如，外科医生的技能水平的记录可以指示使用特大持针器手术器械执行针驱动手术活动中的熟练技能水平。根据一些实施例，在执行针驱动手术活动期间，器械致动器以第三(熟练)模式操作，在第三(熟练)模式下，特大持针器当靠近相应组织时相对于用户意图以相同的速度、1：1缩放比例移动。因此，针对特大持针器手术器械的熟练技能水平用户配置处理器58，其中用户输入移动到器械移动的转换被缩放以匹配器械移动。在控制输入装置36、38处传递的用户空间中的一单元移动被运动学地转换为器械在手术器械空间中的1.0单位移动。

[0078] 图13是表示存储在计算机可读存储设备1004中的图谱1002的示例第十信息结构1020的说明图，第十信息结构1020对应于要由示例外科医生执行的示例手术程序。信息结构1020将手术程序期间的手术活动与外科医生技能相关联。信息结构1020将外科医生技能与外科医生的技能水平相关联。信息结构1020将外科医生活动与手术器械致动器状态相关联。信息结构1020将手术状态、手术技能、手术技能水平、致动器状态元组与手术致动器安全状态相关联。

[0079] 信息结构1020的第一列表示在示例手术程序期间要执行的手术活动A1、A2和A3的列表。信息结构1020的第二列表示在每个活动期间所需的手术技能的列表以及对每个技能而言执行手术的外科医生的相应技能水平。具体地，在该示例中，活动A1与手术技能S1、技能S3和技能S5相关联，并且外科医生具有所有三种技能S1、S2和S5的熟练技能水平LE。活动A2与手术技能S1、S2、S3相关联，并且外科医生具有技能S1和S3和S5的熟练技能水平LE并且具有技能S2的新手技能水平LN。活动A3与手术技能S1、S4、S6相关联，并且外科医生具有技能S1和S6的熟练技能水平LE并且具有技能S4的中级技能水平LI。信息结构1020的第三列表示指示手术活动发生的手术器械致动状态。例如，手术器械致动器状态SIAA1指示手术状态A1的发生。手术器械致动器状态SIAA2指示手术状态A2的发生。手术器械致动器状态SIAA3指示手术状态A3的发生。信息结构1020的第四列表示基于手术活动状态要在手术程序的不同阶段呈现给手术团队的消息。例如，手术活动状态A1与针对熟练技能水平的外科医生的消息MA1E相关联；手术活动状态A2与针对新手技能水平的外科医生的消息MA2N相关联；并且手术活动状态A3与针对中级技能水平的外科医生的消息MA3I相关联。

[0080] 信息结构1020的第五列表示要在手术程序的不同手术活动期间使用的手术器械致动器安全状态。例如，手术活动A1与器械致动器安全状态SAIA1E相关联，这表示外科医生具有针对手术活动A1的熟练技能水平。手术活动A2与器械致动器安全状态SIAA2N相关联，这表示外科医生具有针对手术活动A2的新手技能水平。手术活动A3与器械致动器安全状态SIAA3I相关联，这表示外科医生具有针对手术活动A3的中等技能水平。应注意，在本示例中，相关联的器械致动器安全状态处于适用于手术活动的最低的相应外科医生技能水平的水平。例如，对于活动A1，外科医生的技能水平是针对所有三种技能S1、S3、S5的水平LE(熟练)，并且因此器械致动器安全状态是SAIA1E，其对应于熟练水平。对于活动A2，外科医生的最低技能水平是针对技能S2的水平LN(新手)，并且因此器械致动器安全状态是SAIA21N，其对应于新手水平。对于活动A3，外科医生的最低技能水平是针对技能S4的水平LI(中级)，并且因此器械致动器安全状态是SAIA3I，其对应于中级水平。

[0081] 参考图13的示例信息1020结构的第一行，例如，在涉及的手术程序期间，手术的活动A1可能涉及组织解剖，这要求技能S1＝器械腕部操纵和定向，技能S3＝组织夹持和操纵，并且技能S5＝切割。消息MA1E可以表示“做出小的平滑切口”。手术器械安全致动状态A1E可涉及将器械设置为1：1缩放比例。

[0082] 参考图13的示例信息1020结构的第二行，例如，在涉及的手术程序期间，手术的活动A2可能涉及组织缝合，这要求技能S1、技能S2＝针驱动和技能S3。消息MA2N可以表示“小心处理针以避免不必要的组织被针刺穿”。手术器械安全致动状态A2N可涉及将器械设置为1：0.333缩放比例。

[0083] 参考图13的示例信息1020结构的第三行，例如，在涉及的手术程序期间，手术的活动A3可能涉及缝合线打结，这要求技能S1、技能S4＝缝合线处理并且技能S6＝打结。消息MA3I可以表示“小心管理缝合线尾部的长度”。手术器械安全致动状态A3I可涉及将器械设置为1：0.5缩放比例。

[0084] 图14是表示根据一些实施例的至少部分地基于外科医生技能水平信息根据手术器械安全致动状态来缩放用户到器械移动的运动学转换的处理器58的配置的说明性流程图1402。在一些实施例中使用计算机程序代码来配置处理器58的一个或多个CPU以执行过程1402。在框1404中，在与电子推车56相关联的计算机处理系统的输入装置处接收外科医生标识。在框1406中，在与电子推车56相关联的计算机处理系统的输入装置处接收手术程序的标识。在框1408中，包括在信息结构1010、1012、1014、1016和1018内的图谱1002内的信息用于产生图13的第十信息结构1020的实例，第十信息结构1020涉及所标识的外科医生和所标识的手术程序。

[0085] 在执行所标识的手术程序期间，框1410跟踪一个或多个手术器械26中的每一个，该器械安装在手术器械操纵器512中，并且还跟踪手术器械致动器的操作状态以基于在第十信息结构1020的产生的实例的第三列内的手术器械致动器状态信息确定手术程序何时将转换到在信息结构1020的第一列中标识的活动。在判定框1412中，确定安装在操纵器512处的器械26中的至少一个的当前器械致动器状态是否匹配与活动相关联的致动器状态。响应于不匹配，控制循环回到框1410并继续跟踪。响应于匹配，框1414使手术器械致动器转换到在信息结构1020的第五列中标识的器械致动器安全状态，其与安装在操纵器512处的器械26和当前器械致动器状态和在信息结构1020的第二列中表示的相关联的外科医生技能水平中的至少一个相关联。框1416配置显示设备32、34和/或60以向手术团队呈现与当前器械致动器状态和相关联的外科医生技能水平相关联的安全消息。在一些实施例中，控制接下来流回到框1410，框1410例如基于其他标识的致动器状态转换信息继续跟踪手术器械致动器状态。

[0086] 尽管已经示出和描述了说明性实施例，但是在前述公开中预期了大范围的修改、改变和替换，并且在一些情况下，可以采用实施例中的一些特征而无需相应地使用其他特征。例如，在一些实施例中，虚拟手术系统包括第一虚拟机器人手术器械。该系统包括图像生成设备，以产生虚拟解剖组织和第一虚拟机器人手术器械的图像。用户显示器耦合到图像生成设备，以便向用户显示虚拟解剖组织和第一虚拟机器人手术器械的生成图像。用户输入命令设备被耦合以接收用户输入命令以控制第一虚拟机器人手术器械的虚拟移动。虚拟移动控制器被耦合以从输入命令设备接收用户输入命令，并被配置为响应于用户输入命令控制第一虚拟机器人手术器械的虚拟移动，并且，至少部分地基于提供所接收的用户输入命令的用户使用第一虚拟机器人手术器械的手术技能水平，根据由在用户输入命令设备处接收的用户输入命令指示的移动速率缩放第一虚拟机器人手术器械的虚拟移动速率。

[0087] 此外，在一些实施例中，提供了一种操作包括虚拟机器人手术器械操纵器的虚拟手术系统的方法。该方法包括从用户接收用户输入命令以控制安装在虚拟机器人手术器械操纵器处的虚拟机器人手术器械的移动。该方法还包括在接收用户输入命令期间确定安装在虚拟机器人手术器械操纵器处的虚拟机器人手术器械的标识。该方法还包括至少部分地基于使用所标识的虚拟手术器械的用户的技能水平，根据用户输入命令指示的移动速率缩放虚拟机器人手术器械的移动速率。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替代和修改。因此，本公开的范围应仅由随附的权利要求限制，并且权利要求应当以与本文公开的实施例的范围一致的方式广泛地解释。

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带有基于外科医生技能水平的器械控制的远程操作手术系统

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