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外科手术穿刺装置插入系统和相关方法

阅读：803发布：2021-03-10

专利汇可以提供外科手术穿刺装置插入系统和相关方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种医疗穿刺装置系统包括穿刺装置、传感器和指示器系统。穿刺装置配置为产生通过患者组织并进入内部患者腔体的穿刺，以使得医疗工具能够通过该穿刺插入腔体中。传感器配置成产生指示穿刺装置穿过组织进入腔体的运动的信号。指示器系统可以由控制器操作以响应于由传感器所产生的信号产生人类可感知的反馈。，下面是外科手术穿刺装置插入系统和相关方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种医疗穿刺装置系统，其包括：
穿刺装置，用于创建通过患者组织并进入内部患者腔体的穿刺，以使医疗工具能够插入所述腔体中；
传感器，用于产生指示所述穿刺装置通过所述组织进入所述腔体的运动的信号；和指示器系统，其由控制器操作以响应于由所述传感器产生的所述信号产生人类可感知的反馈。
2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括用于支撑所述穿刺装置的保持器，其中所述传感器物理地耦合到所述保持器。
3.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述患者组织包括组织的第一层和组织的第二层；和
所述信号指示所述穿刺装置从组织的所述第一层到组织的所述第二层的运动。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述信号指示所述穿刺装置在所述腔体中。
5.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述信号是指示所述穿刺装置进入所述腔体中的运动的第一信号，
所述传感器配置成产生第二信号，所述第二信号指示所述穿刺装置从所述患者组织的第一层到所述患者组织的第二层的运动，以及
所述指示器系统可由所述控制器进一步操作，以响应于由所述传感器产生的所述第二信号产生附加的人类可感知的反馈。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述指示器系统可由所述控制器操作以基于患者信息产生所述人类可感知的反馈。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述患者信息包括用于所述穿刺的插入部位的位置。
8.根据权利要求6所述的系统，其中所述患者信息包括患者的姿势。
9.根据权利要求6所述的系统，其中所述患者信息指示患者的物理特征。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述物理特征包括所述患者的大小。
11.根据权利要求9所述的系统，其中所述物理特征包括所述患者组织的厚度。
12.根据权利要求6所述的系统，其中所述患者信息包括表示患者的区域的图像的数据，所述患者的区域包括所述患者组织和所述腔体。
13.根据权利要求1所述的系统或根据权利要求2-12中任一项所述的系统，其中所述指示器系统可由所述控制器操作以基于插入部位生成所述人类可感知的反馈，所述插入部位包括所述穿刺的位置。
14.根据权利要求1所述的系统或根据权利要求2-12中任一项所述的系统，其中所述传感器包括可压缩装置，所述可压缩装置配置为压缩的量与所述可压缩装置周围的所述组织的刚度成比例，并且所述信号指示所述组织的刚度。
15.根据权利要求1所述的系统或根据权利要求2-12中任一项所述的系统，其中所述传感器是力传感器，所述力传感器配置为响应于所述穿刺装置上的力而产生所述信号。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述控制器配置为：
基于所述信号确定所述穿刺装置上的力的减小；和
操作所述指示器系统以响应于所述力的所述减小生成所述人类可感知的反馈。
17.根据权利要求1所述的系统或根据权利要求2-12中任一项所述的系统，其中所述传感器是光学传感器，所述光学传感器配置为响应于由所述光学传感器接收的光学信号而产生所述信号。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述光学传感器配置成发射光并检测所述光的反射以产生所述信号。
19.根据权利要求17所述的系统，其中所述控制器配置为：
基于所述信号确定患者组织距所述光学传感器的距离；和
响应于所述距离大于阈值距离，操作所述指示器系统以生成所述人类可感知的反馈。
20.根据权利要求1所述的系统或根据权利要求2-12中任一项所述的系统，其中所述传感器配置为响应于检测到电学特性而产生所述信号，所述电学特性选自由与所述组织相关联的电容、电阻抗和电感组成的组。
21.根据权利要求20所述的系统，其中所述控制器被配置为：
基于所述信号确定所述电学特性的变化；和
响应于所述电学特性的所述变化指示所述穿刺装置已经进入所述腔体，操作所述指示器系统以生成所述人类可感知的反馈。
22.根据权利要求1所述的系统或根据权利要求2-12中任一项所述的系统，其中所述传感器配置为响应于指示所述穿刺装置移动通过所述患者组织或移动到所述腔体中的可听信号而产生所述信号。
23.根据权利要求1所述的系统或根据权利要求2-12中任一项所述的系统，其中所述传感器是压力传感器，所述压力传感器响应于靠近所述穿刺装置的远端部分的压力而产生所述信号。
24.根据权利要求23所述的系统，其中所述控制器配置为操作吹入器以通过所述穿刺装置喷射流体，并且所述压力传感器配置为响应于由所述喷射流体引起的压力而产生所述信号。
25.根据权利要求24所述的系统，其中所述流体包括气体，并且所述控制器配置成操作所述吹入器以通过以下方式喷射所述流体：
响应于所述压力传感器产生指示所述穿刺装置的所述远端部分在所述组织中的第一信号，以第一流速喷射所述流体，以及
响应于所述压力传感器产生指示所述穿刺装置的所述远端部分在所述腔体中的第二信号，以大于所述第一流速的第二流速喷射所述流体。
26.根据权利要求23所述的系统，其中所述控制器配置为：
基于所述信号检测所述压力的降低；和
响应于所述压力的所述降低，操作所述指示系统以生成所述人类可感知的反馈。
27.根据权利要求1所述的系统或根据权利要求2-12中任一项所述的系统，其中所述穿刺装置包括第二传感器，所述第二传感器用于感测所述穿刺装置通过所述组织进入所述腔体的运动，并且所述传感器是接收器，所述接收器配置为从所述第二传感器接收数据。
28.根据权利要求1所述的系统或根据权利要求2-12中任一项所述的系统，进一步包括稳定装置，所述稳定装置用于施加稳定力到所述组织的区域，所述组织的区域包括用于所述穿刺的插入部位。
29.根据权利要求28所述的系统，其中所述稳定装置包括抓握装置，所述抓握装置可操作以抓握所述组织的所述区域。
30.根据权利要求28所述的系统，其中所述稳定装置包括抽吸装置，所述抽吸装置将牵引力施加到所述组织的所述区域。
31.根据权利要求1所述的系统或根据权利要求2-12中任一项所述的系统，其中所述穿刺装置包括选自由针、套管针、闭塞器和插管组成的组的部件。
32.根据权利要求1所述的系统或根据权利要求2-12中任一项所述的系统，其中所述穿刺使得所述医疗工具能够通过所述穿刺插入并进入所述腔体。
33.一种穿刺装置插入系统，其包括：
远程可控操纵器，其用于支撑穿刺装置并且创建通过患者组织进入内部患者腔体的穿刺，从而使得医疗工具能够插入所述腔体中；
驱动系统，其连接到所述操纵器的关节并且可操作以控制所述穿刺装置的移动；
传感器，其耦合到所述操纵器并且配置为产生指示所述穿刺装置通过所述组织进入所述腔体的运动的信号；和
控制器，其可操作地耦合到所述传感器和所述驱动系统，所述控制器配置成基于所述信号操作所述驱动系统以引导所述穿刺装置通过所述组织并进入所述腔体以创建所述穿刺。
34.根据权利要求33所述的系统，其中所述信号指示所述穿刺装置在所述腔体中，并且其中所述控制器配置为通过响应于所述信号而抑制所述穿刺装置的移动来操作所述驱动系统以引导所述穿刺的所述创建。
35.根据权利要求34所述的系统，其中
所述控制器进一步配置为操作吹入器以通过所述穿刺装置喷射流体，
所述传感器是压力传感器，所述压力传感器响应于由所述喷射流体引起的压力而产生所述信号，并且
响应于基于所述压力确定所述信号指示所述穿刺装置在所述腔体中，所述控制器被配置为通过抑制所述穿刺装置的移动来响应于所述信号以抑制所述穿刺装置的移动。
36.根据权利要求35所述的系统，其中所述流体包括气体，并且所述控制器进一步配置为：
响应于所述压力传感器产生指示所述穿刺装置的远端部分在所述组织中的第一信号，操作所述吹入器以第一流速喷射所述流体，以及
响应于所述压力传感器产生指示所述穿刺装置的所述远端部分在所述腔体中的第二信号，操作所述吹入器以大于所述第一流速的第二流速喷射所述流体。
37.根据权利要求33所述的系统，其中所述控制器配置为通过以下操作操作所述驱动系统以引导所述穿刺的所述创建：抑制所述穿刺装置的运动的范围。
38.根据权利要求37所述的系统，其中所述抑制所述穿刺装置的运动的范围包括：
将所述穿刺装置的平移运动抑制在所述穿刺装置的初始方位的距离内。
39.根据权利要求37所述的系统，其中所述控制器配置为操作所述驱动系统以通过抑制所述穿刺装置的移动来引导所述穿刺的所述创建，使得所述穿刺装置的插入轴线相对于所述组织的角度在预定范围内。
40.根据权利要求33所述的系统，其中所述控制器配置为通过以下方式引导所述穿刺的所述创建：
提供操作者引导以沿着所述穿刺装置的插入轴线移动所述穿刺装置，以及将所述穿刺装置的所述插入轴线相对于所述组织的角度保持在预定义范围内。
41.根据权利要求33所述的系统，其中所述控制器进一步配置为在所述医疗工具通过所述穿刺插入所述腔体中时，操作所述驱动系统以使用所述医疗工具执行外科手术操作。
42.根据权利要求33所述的系统，其中所述控制器配置为操作所述驱动系统以通过以下方式引导所述穿刺的所述创建：
接收患者信息，所述患者信息包括选自由以下项组成的组中的信息：所述穿刺的插入部位的位置、患者的物理特征和表示所述患者组织和所述腔体的图像的数据；和基于所述患者信息调整用于创建所述穿刺所提供的引导。
43.根据权利要求33所述的系统，进一步包括：
稳定装置，其中所述控制器进一步配置为操作所述稳定装置以向所述组织的区域施加稳定力，所述组织的所述区域包括用于所述穿刺的插入部位。
44.根据权利要求33所述的系统，其中所述穿刺使得所述医疗工具能够通过所述穿刺插入并进入所述腔体。
45.根据权利要求33所述的系统，其中：
所述信号指示禁入体积，并且
所述控制器配置为
基于所述禁入体积操作所述驱动系统，以在引导所述穿刺装置创建所述穿刺的同时抑制所述穿刺装置进入所述禁入体积中的移动。
46.一种辅助插入穿刺装置的方法，所述方法包括：
检测穿刺装置通过患者组织进入内部患者腔体以创建通过所述组织进入所述腔体的穿刺的运动；和
响应于检测到所述穿刺装置通过所述组织进入所述腔体的运动而生成人类可感知的反馈，从而发出信号通知医疗工具可通过所述穿刺进入所述腔体。
47.根据权利要求46所述的方法，其中检测所述穿刺装置的运动包括检测所述穿刺装置从所述组织的第一层到所述组织的第二层的运动。
48.根据权利要求46所述的方法，其中检测所述穿刺装置的运动包括检测所述穿刺装置在所述腔体中。
49.根据权利要求48所述的方法，其中生成所述人类可感知的反馈包括：
响应于检测到所述穿刺装置从所述组织的所述第一层到所述组织的所述第二层的运动，生成所述人类可感知的反馈，并且
响应于检测到所述穿刺装置在所述腔体中而生成附加的人类可感知的反馈。
50.根据权利要求46所述的方法，其中生成所述人类可感知的反馈包括基于患者信息生成所述人类可感知的反馈，所述患者信息包括表示患者的区域的图像的数据，所述患者的区域包括所述患者组织和所述腔体。
51.根据权利要求46所述的方法，其中检测所述穿刺装置的运动包括基于所述穿刺装置上的力检测所述穿刺装置的运动。
52.根据权利要求46所述的方法，其中检测所述穿刺装置的运动包括基于靠近所述穿刺装置的远端部分的压力检测所述穿刺装置的运动。
53.根据权利要求52所述的方法，进一步包括通过所述穿刺装置喷射所述流体，其中检测所述穿刺装置的运动包括基于由喷射的所述流体引起的压力检测所述穿刺装置的运动。
54.根据权利要求53所述的方法，其中通过所述穿刺装置喷射所述流体包括：
响应于检测到所述穿刺装置的所述远端部分在所述组织中，以第一流速喷射所述流体，和
响应于检测到所述穿刺装置的所述远端部分在所述腔体中，以大于所述第一流速的第二流速喷射所述流体。

说明书全文

外科手术穿刺装置插入系统和相关方法

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求2016年10月12日提交的美国临时申请No.62/407,203的权益。在先申请的公开内容被认为是本申请的公开内容的一部分并且在先申请的公开内容通过引用结合在本申请的公开内容中。

技术领域

[0003] 本说明书涉及医疗穿刺装置插入系统和方法。

背景技术

[0004] 内窥镜检查术是一种微创外科手术。腹腔镜检查是内窥镜检查术的一种形式，其包含腹腔内的微创检查和外科手术。在典型的腹腔镜外科手术中，切口被制成使得外科手术器械能够进入腹腔。患者的腹腔充满气体，并且套管通过切口，例如通过患者的身体以向腔体提供端口。外科手术工具通过端口进入内部患者腔体并被操纵以对患者执行外科手术。在远程外科手术系统中，操作者(例如外科医生)通过在远离患者的位置处操纵控制装置来远程控制外科手术工具的操纵。发明内容

[0005] 在一个方面，医疗穿刺装置系统包括穿刺装置、传感器和指示器系统。穿刺装置被配置为创建通过患者组织并进入内部患者腔体的穿刺，以使得医疗工具能够插入腔体中。传感器被配置为产生指示穿刺装置通过组织进入腔体的运动的信号。指示器系统可由控制器操作以响应于传感器产生的信号生成人类可感知的反馈。

[0006] 在另一个方面，穿刺装置插入系统包括远程可控操纵器，以支持穿刺装置并且创建通过患者组织进入内部患者腔体的穿刺，从而使得医疗工具能够通过穿刺插入腔体中。穿刺装置插入系统还包括连接到操纵器的关节并且可操作地控制穿刺装置的移动的驱动系统。穿刺装置插入系统进一步包括耦合到操纵器的传感器，并且该传感器被配置为产生指示穿刺装置通过组织进入腔体的运动的信号。穿刺装置插入系统还包括可操作地耦合到传感器和驱动系统的控制器。控制器被配置为基于信号操作驱动系统，以通过引导穿刺装置通过组织并进入腔体中来形成穿刺。

[0007] 在又一个方面，一种帮助插入穿刺装置的方法包括检测穿刺装置通过患者组织进入内部患者腔体的运动，以创建通过组织进入腔体的穿刺。该方法还包括响应于检测穿刺装置通过组织进入腔体的运动而生成人类可感知的反馈，从而发出通过穿刺的医疗工具接近腔体的信号。

[0008] 前述的优点可以包括但不限于下面和本文其他地方描述的那些优点。在穿刺装置的插入期间，由机器提供的操作者反馈能够使操作者集中注意力于插入穿刺装置以创建通过患者组织的穿刺并使医疗工具能够进入患者腔体。与传统方法相比，操作者反馈可以提高穿刺的容易性和安全性，在传统方法中，操作者在没有这种反馈的情况下创建穿刺，或者在创建穿刺的过程中在某点处暂停以执行手动测试以评估穿刺。

[0009] 在一些实施方式中，不是基于触觉感觉在插入期间凭直觉感知穿刺装置相对于患者组织的位置，操作者能够利用传感器数据来更准确地测量穿刺装置的位置。当穿刺装置通过组织被插入时，反馈能够通知操作者插入过程的进展并指示操作者是否应该对穿刺装置的操纵进行任何调整。本文所描述的系统和方法通过引导插入过程可以加速执行医疗操作的过程。在某些情况下，这些系统和方法可以减少操作者错误。人类可感知的反馈可以进一步防止操作者在使用穿刺装置创建穿刺的过程期间以增加并发症的可能性的方式移动穿刺装置。

[0010] 在一些实施方式中，传感器数据用于穿刺装置的自主控制以减少人为错误的风险。穿刺装置通过例如操纵器的驱动系统的控制被自主引导，并且传感器数据可以用于确保穿刺装置以安全的方式通过患者组织。

[0011] 本说明书中所描述的主题的一个或多个实施方式的细节在附图和以下描述中阐述。根据说明书、附图和权利要求，其他潜在的特征、方面和优点将变得显而易见。

附图说明

[0012] 图1是外科手术穿刺装置插入系统的侧视图，该外科手术穿刺装置插入系统包括通过患者组织被插入的穿刺装置。

[0013] 图2是外科手术穿刺装置插入系统的框图。

[0014] 图3是引导穿刺装置插入的过程的流程图。

[0015] 图4是引导穿刺装置插入的另一过程的流程图。

[0016] 图5A至图5C描绘了穿刺装置插入通过患者组织。

[0017] 图6是外科手术系统的示意性俯视图。

[0018] 图7是表示反馈过程的框图。

[0019] 图8是抑制穿刺装置的运动的过程的流程图。

[0020] 图9是抑制穿刺装置运动的另一过程的流程图。

[0021] 图10A至图10C分别是具有仪器的远程可控操纵器的底视图、侧视图和后视图。

[0022] 图10D是图10A至图10C的远程可控操纵器和仪器的示意图。

[0023] 图11是包括力传感器的外科手术穿刺装置插入系统的侧视图。

[0024] 图12是包括光学传感器的外科手术穿刺装置插入系统的侧视图。

[0025] 图13是包括电特性传感器的外科手术穿刺装置插入系统的侧视图。

[0026] 图14是包括电容传感器的外科手术穿刺装置插入系统的侧视图。

[0027] 图15是包括音频接收器的外科手术穿刺装置插入系统的侧视图。

[0028] 图16是包括压力传感器的外科手术穿刺装置插入系统的侧视图。

[0029] 图17是包括稳定装置的外科手术穿刺装置插入系统的侧视图。

[0030] 图18是包括电子推车的外科手术系统的俯视图。

[0031] 图19是计算机系统的示意图。

[0032] 在各个附图中，相同的附图标记和名称表示相同的元件。

具体实施方式

[0033] 穿刺装置可以用于创建通过患者组织并进入内部患者腔体的穿刺，以使医疗工具(例如手术工具)能够进入内部患者腔体。特别地，医疗工具可以通过穿刺插入，使得医疗工具可以用于执行医疗手术。在一些实施方式中，具有端口的穿刺装置(例如插管)可以定位成延伸通过穿刺。医疗工具可以通过端口插入以在内部患者腔体内执行医疗手术。穿刺装置可以由人类操作者(例如外科医生)手动操纵，并且被移动通过患者组织并进入内部患者腔体以形成穿刺。本文所描述的系统、装置和方法可以能够例如使用传感器来监测穿刺装置的插入，使得与插入相关的参数保持在预定义范围内。此外，这些系统、装置和方法可以提供指导，例如，通过向人类操作者提供人类可感知的反馈、通过控制穿刺装置的运动等，使得可以在不增加对患者造成并发症的风险的情况下快速创建穿刺。

[0034] 医疗穿刺装置插入系统和相关方法的示例

[0035] 图1示出了可用于外科手术的医疗穿刺装置插入系统的示例。在图1所示的示例中，外科手术穿刺装置插入系统100包括穿刺装置保持器102和传感器系统104。穿刺装置保持器102支撑用于在患者的体壁上创建穿刺的穿刺装置106。例如，穿刺延伸通过患者的组织108并进入内部患者腔体110。由穿刺装置106创建的穿刺使得外科手术工具能够通过穿刺插入腔体110中。由穿刺装置106创建的穿刺使得外科手术工具能够通过第一穿刺插入腔体110中，或者使用第一穿刺实现注气后进行第二穿刺。示例性外科手术工具包括感测装置和成像装置，诸如内窥镜和相机，以及用切割、烧灼、缝合、抓握、吻合或以其他方式与组织相互作用的医疗器械。

[0036] 传感器系统104包括例如响应于穿刺装置106的运动而产生信号的传感器。当穿刺装置106通过组织108被插入时，传感器系统104产生指示穿刺装置106通过组织进入腔体110的运动的信号。在一些实施方式中，传感器系统104物理地耦合到穿刺装置保持器102。

[0037] 插入系统100的许多变体是可能的。例如，一些实施方式可以不包括穿刺装置保持器102，并且传感器系统104可以与穿刺装置106整体或部分地物理分离。

[0038] 参考图2中所示的示例框图200，在使用人类可感知的反馈来引导穿刺装置106创建穿刺的实施方式中，指示器系统112可由控制器114操作以响应于由传感器系统104所产生的信号生成人类可感知的反馈。框图200可以与外科穿刺装置插入系统100一起使用。在这方面，指示器系统112可由控制器114操作以引导穿刺装置106的运动以形成穿刺，例如，提供外科手术工具进入腔体110的第一进入端口。如本文所述，不是或者除了产生人类可感知的反馈以引导穿刺的创建之外，控制器可以自主地控制穿刺装置106的移动以引导穿刺的创建。

[0039] 在一些示例中，框图200进一步包括辅助装置202。辅助装置202例如是吹入器、稳定装置、本文所描述的其他辅助装置或任何其他适当的辅助装置。控制器114控制辅助装置202的操作，例如，支撑传感器系统104的操作的协调。在一些情况下，如关于图16所描述，辅助装置202是吹入器。在某些情况下，如关于图17所描述，辅助装置202是用于稳定在穿刺装置106的插入部位的区域中的组织的稳定装置。

[0040] 图3的示例流程图描绘了帮助插入穿刺装置(例如，图1的穿刺装置106)的过程300。过程300例如由控制器114执行。在操作302中，控制器114检测穿刺装置通过组织108进入内部患者腔体110的运动。在操作304中，控制器114响应于检测到穿刺装置106通过组织
108进入腔体110的运动生成人类可感知的反馈，以创建通过组织108进入腔体110的穿刺。
人类可感知的反馈表示腔体110可由外科手术工具接近，诸如通过穿刺、扩大穿刺或在该初始穿刺后在患者组织中形成的第二穿刺。控制器114例如操作指示器系统112以响应于传感器系统104所产生的信号生成人类可感知的反馈。

[0041] 可替代地或除了过程300之外，控制器114可以被配置为执行如图4所描绘的过程400。在操作402中，控制器114还检测穿刺装置106从组织108的第一层500到组织108的第二层502的运动(参照图5A和图5B)。例如，传感器系统104响应于穿刺装置106的远端部分504从其在图5A所示的组织108的第一层500中的方位移动到其在图5B所示的组织108的第二层
502中的方位而产生信号。组织108的第一层500和第二层502都定位成使得穿刺装置106在插入腔体110之前通过第一层500和第二层502被插入。第二层502例如定位于腔体110与第一层500之间。在操作404中，控制器114响应于检测到穿刺装置106从组织108的第一层500到组织108的第二层502的运动而生成人类可感知的反馈。

[0042] 在一些情况下，过程400进一步包括操作406，在操作406中控制器114检测穿刺装置106进入内部患者腔体110的运动，如图5C所示。例如，传感器系统104响应于穿刺装置106的远端部分504从其在图5B所示的组织108内的方位移动到其在图5C所示的腔体110内的方位而产生信号。在操作408中，控制器114响应于检测到穿刺装置106在腔体110中而生成人类可感知的反馈。

[0043] 在一些实施方式中，控制器114使指示器系统112在操作408中生成人类可感知的反馈以表示穿刺装置在腔体110中，以及在操作404中生成人类可感知的反馈以表示穿刺装置106从组织108的第一层500到组织108的第二层502的运动。其他实施方式可以使用其他反馈方法。例如，在一些实施方式中，控制器114仅响应于检测到穿刺装置在腔体110中而使指示器系统112生成人类可感知的反馈。作为另一个示例，在一些实施方式中，控制器114使指示器系统112在除了图4中所示的那些点处之外的穿刺的进展点处生成人类可感知的反馈。在一些情况下，控制器114产生无线信号以使指示器系统112生成人类可感知的反馈。

[0044] 在一些实施方式中，传感器系统104的第一传感器响应于穿刺装置106的远端部分504从其在组织108的第一层500中的方位移动到其在组织108的第二层502中的方位而产生信号，而传感器系统104的第二传感器响应于穿刺装置106的远端部分504从其在组织108内的方位移动到其在腔体110内的方位而产生信号。

[0045] 在一些实施方式中，控制器114响应于由监测与插入相关联的参数的传感器系统产生的信号来检测穿刺装置的运动。在一些情况下，信号是从传感器系统104输出的信号流的一部分，该一部分信号流指示所感测的特性，诸如较大信号数据流中的特定信号波形。信号也可以是离散信号。该信号可以通过跟踪诸如方位、速度或加速度的特征来指示实际运动，从而指示穿刺装置106通过组织进入腔体110的运动。可替代地或另外地，信号可以通过指示运动的结果(诸如穿刺装置106的远端在腔体110中)来指示穿刺装置106通过组织进入腔体110的运动。

[0046] 由传感器系统104产生的指示穿刺装置106的运动的信号例如指示由传感器系统104监测的参数的变化。参数的变化指示穿刺装置106的远端部分504从组织108进入腔体
110中的运动，例如，穿刺装置106在腔体110中。在一些情况下，参数的变化指示穿刺装置
106相对于组织108、相对腔体110、相对于插入系统100的环境中的表面和/或相对于环境中的另一个参考点的运动。如本文所描述，传感器系统104产生的信号指示力、压力、声音、电特性或其他适当参数的变化。在其他实施方式中，不是监测参数，而是传感器系统104可替代地或者另外地响应于事件产生信号。在这方面，控制器114响应于传感器系统响应该事件产生的信号来检测穿刺装置的运动。没有事件发生时传感器系统104不产生信号。在一些示例中，事件对应于参数的变化大于预定义值。在一些示例中，事件对应于穿刺装置106从组织108的第一层到组织108的第二层的运动。在一些示例中，该事件对应于穿刺装置106从组织108进入腔体110的运动，例如，穿刺装置106在空腔110中。参考图11至图17以及本文其他地方讨论了传感器系统和参数的变化的示例，例如传感器系统响应的参数或由传感器系统测量的参数。

[0047] 在一些情况下，指示器系统112产生人类可感知的反馈以引导穿刺装置106的运动。在一些情况下，反馈引导运动，使得由穿刺装置106创建的穿刺被适当地定位，以便使用外科手术工具执行外科手术。人类可感知的反馈包括视觉反馈、音频反馈、触觉反馈或其他适当的人类可感知的反馈，以引导由人类操作者控制的穿刺装置106的运动。当人类可感知的反馈包括视觉反馈时，指示器系统112可以包括指示灯、显示器和/或其他视觉指示装置以产生视觉反馈。当人类可感知的反馈包括音频反馈时，指示器系统112可以包括扬声器和/或其他音频产生装置以产生音频反馈。当人类反馈系统包括触觉反馈时，指示器系统112可以包括振动器、马达、用于锁定穿刺装置的运动的制动器、可操作以控制穿刺装置的运动的驱动系统和/或其他触觉指示或触动反馈装置以产生触觉反馈。在一些实施方式中，指示器系统112形成插入系统100的一部分，例如，指示器系统112是插入系统100上的指示装置。在一些实施方式中，指示器系统112是与控制器114通信的外部指示装置。

[0048] 在一些实施方式中，还基于除了由传感器系统104产生的信号表示的信息之外的信息生成人类可感知的反馈。例如，指示器系统112可以由控制器114基于由操作者输入的信息来操作。在一些情况下，操作者输入的信息包括患者信息。在一些情况下，患者信息指示患者的身体特征，诸如大小、体重、几何形状、患者组织的厚度、健康史(诸如先前的吸烟史)或其他身体特征。患者信息包括例如表示患者的包括组织108和腔体110的区域的图像的数据。这样的数据可以是图像本身或者是从图像导出的信息，诸如组织的层的数量和患者组织的厚度。表示图像的数据可以在手术程序之前或在手术程序期间获得。例如，在一些情况下，在穿刺装置106插入组织108之前，X射线机、计算机断层扫描(CT)扫描仪、磁共振成像(MRI)机器或其他医学成像装置捕获图像。

[0049] 在一些实施方式中，另外的患者信息指示手术程序，诸如穿刺装置106进行穿刺的插入部位的位置、所计划的外科手术的类型、患者的姿势等。在一些示例中控制器114基于插入部位的位置估计待穿刺的组织108的厚度并且鉴于所估计的厚度提供操作者反馈。在一些情况下，控制器114基于插入部位的位置确定应该避免的解剖特征的位置。解剖特征的类型可以根据将要执行外科手术操作的患者的区域而变化。例如，要避免的潜在解剖特征包括实体重要器官、组织粘连和血管。因此，控制器114提供人类可感知的反馈使得穿刺装置106与解剖特征保持预定义距离。

[0050] 在一些情况下，信息包括指示禁止穿刺装置106进入的禁入或受保护的体积的信息。在一些实施方式中，禁入体积完全在患者体内，而在其他实施方式中，禁入体积延伸超出患者的外表面。禁入体积可以被选择以确保避免某些解剖特征的位置。在一些实施方式中，控制器114基于由传感器系统104产生的一个或多个信号来选择禁入体积。例如，医学成像装置可以捕获患者的图像，并且控制器114可以使用该图像来确定禁入体积。基于图像中的独特特征，例如，诸如髋骨或胸骨的骨骼标志，控制器114确定患者的各种解剖特征的位置。然后，控制器114可以基于这些解剖特征的位置确定穿刺装置106的禁入体积。该禁入体积可以包含解剖特征的位置，并且可以延伸超出解剖特征，以在禁入体积的外边界和解剖特征之间提供缓冲空间。在一些实施方式中，在移动穿刺装置106以创建穿刺时基于所产生的实时传感器信号，实时地调整禁入体积。当传感器系统104在穿刺装置106的移动期间检测到解剖特征时，可以调整禁入体积。例如，如果传感器系统104在穿刺装置106行进通过组织108时检测到解剖特征，则调整禁入体积以包含解剖特征。可替代地或另外地，操作者在用户界面上选择禁入体积。例如，用户界面可以呈现患者的图像，并且操作者可以手动指示穿刺装置106应该避免患者的哪些部分。

[0051] 组织的层的厚度可以根据穿刺装置106的插入部位而变化。在一些情况下，组织108较薄。例如，组织108缺乏肌肉。如果插入部位是例如脐部，则脐部缺乏肌肉导致相对于其他插入部位的较薄的组织。穿刺装置106通过组织108行进较低距离以被插入患者的腔体
110中，例如，使穿刺装置106在腔体110中。在一些情况下，当穿刺装置106插入组织时，组织的层的类型可以影响预期的阻力量。插入部位可以包括具有较高阻力的组织的层，包括例如前直肌鞘、后直肌鞘、腹膜。

[0052] 可替代地或另外地，由操作者输入的信息包括指示要对患者执行的外科手术操作的信息。在一些示例中，要对患者执行的外科手术操作指示将使用穿刺装置106以提供入口的腔体110。在一些示例中，指示要执行的外科手术操作的信息提供与覆盖在腔体110上的组织108有关的信息，例如，组织108的厚度、弹性、强度、类型。在一些示例中，指示要执行外科手术操作的信息提供与腔体110有关的信息，例如，腔体110的大小、深度、长度、宽度或其他几何形状。在一些情况下，操作者输入包括指示限定腔体110的患者组织的顺应性的信息。例如，如果患者腔体对应于围绕关节的腔体，则该信息可以指示组织包括硬组织，例如软骨或骨，这将使得穿刺装置106经历比例如肌肉组织更大的插入阻力。

[0053] 在一些情况下，外科手术操作是在患者的腹腔中执行的腹腔镜外科手术操作。在这方面，腔体110对应于腹腔，并且穿刺装置106通过组织108被插入以提供外科手术工具进入腹腔。在一些情况下，外科手术是肺活组织检查，并且腔体110对应于患者肺部定位在其中的胸腔。例如，由穿刺装置106创建的穿刺使活组织检查工具能够进入患者的肺部。在要进行活组织检查的一些实施方式中，活检工具包括末端执行器，当活检工具定位在胸腔内时，该末端执行器被操作以从肺部收集一部分组织。在一些实施方式中，穿刺装置106被插入通过组织108以进入患者的血管系统。在一些实施方式中，穿刺装置106被插入以进入患者的关节，例如，用于矫形外科手术操作。例如，穿刺装置106被插入使得其穿透到关节的关节囊中，在该关节囊中将使用外科手术工具执行外科手术。在一些实施方式中，穿刺装置106被插入以提供外科手术工具进入内部患者腔体，使得外科手术工具可以用于执行眼科外科手术。例如，穿刺装置106被插入以穿透患者的巩膜。在一些实施方式中，穿刺装置106被插入以使外科手术工具能够执行颅外科手术。例如，穿刺装置106用于穿透颅骨。

[0054] 在一些实施方式中，插入系统100对应于可附接到穿刺装置106的模块。该模块包括支撑传感器系统104和穿刺装置保持器102的壳体。例如，穿刺装置保持器102可附接到穿刺装置106，并且当穿刺装置保持器102附接到穿刺装置106时，传感器系统104能够响应于穿刺装置106通过组织108的运动而产生信号。在穿刺装置106通过组织108插入之前，穿刺装置106例如由操作者被安装到插入系统100。在一些情况下，插入系统100包括穿刺装置106，例如，穿刺装置106与插入系统100是一体的。在一些情况下，模块包括电连接器以电连接到控制器114。例如，控制器114是插入系统100外部的控制器，并且当模块电连接到控制器114时，控制器114能够操作指示器系统112。在一些情况下，模块的壳体支撑控制器114，并且控制器114电连接到传感器系统104。

[0055] 在各种实施方式中，例如，穿刺装置106包括针、套管针、闭塞器、插管和/或可操作以创建穿刺的其他装置。例如，穿刺装置106的远端部分504是尖锐的器具，当穿刺装置106以足够的力接触组织时，该尖锐的器具创建通过人体组织的切口。在一些实施方式中，穿刺装置106是中空的，以使细长工具能够通过穿刺装置106被插入。例如，细长工具形成传感器系统104的一部分。在穿刺装置106是中空的情况下，流体可以通过穿刺装置106喷射，例如，从穿刺装置106的近端部分朝向穿刺装置106的远端部分喷射。在一些实施方式中，流体包括诸如空气的气体、诸如盐水的液体等。在一些实施方式中，穿刺装置106是Veress针，其包括钝的可伸缩的闭塞器和套管针护罩部件。

[0056] 在一些实施方式中，穿刺装置106是套管针，其包括用于创建穿刺的插管和可通过插管延伸的闭塞器。在一些实施方式中，穿刺装置106通过组织108被插入并进入腔体110以创建穿刺，并且将端口装置插入到穿刺中以支撑组织108并形成到腔体110的进入端口，外科手术工具通过该进入端口插入腔体110中。可替代地，穿刺装置106包括端口装置。例如，穿刺装置106包括通过插管的端口插入的闭塞器，并且用于通过组织108创建初始穿刺并进入腔体110。在初始穿刺之后从插管中移除闭塞器提供通过插管的端口。然后，通过切口定位端口装置以支撑组织108并形成到腔体110的进入端口。在一些情况下，通过一个或多个切口扩大初始穿刺以使端口装置能够插入扩大的切口中或者使预定义尺寸的外科手术工具能够通过扩大的切口被插入。在一些情况下，在端口装置形成到腔体110的进入端口之后移除插管。

[0057] 外科手术系统和相关方法的示例

[0058] 本文所描述的外科手术穿刺装置插入系统可以是部分外科手术系统，例如远程外科手术系统。在如图6所示的某些示例中，一个或多个操作者操作外科手术系统600，所述外科手术系统包括远程可控操纵器602以对患者604执行外科手术。远程可控操纵器602支撑穿刺装置，例如图1的穿刺装置106。远程可控操纵器602可以包括穿刺装置保持器(例如，图1的穿刺装置保持器102)，该穿刺装置保持器特别地配置为用于保持穿刺装置或者也用于其他用途，诸如用于保持外科手术器械。远程可控操纵器602的远端部分606支撑穿刺装置
106。在插入系统100对应于被附接到穿刺装置106的模块的一些示例中，远程可控操纵器
602支撑插入系统100及其相关部件。例如，远程可控操纵器602在穿刺装置106附接到插入系统100时支撑穿刺装置106。

[0059] 远程可控操纵器602包括连接到远程可控操纵器602的关节613的驱动系统610。简要地参考图10A至图10D中所示的示例，在一些情况下，远程可控操纵器602包括由驱动系统610驱动的多个关节。驱动系统610可操作以控制远程可控操纵器602的运动。在这方面，当穿刺装置106由远程可控操纵器602支撑时，驱动系统610可操作以控制穿刺装置106的运动。

[0060] 如果外科手术系统600是远程外科手术系统，则外科手术系统600包括由外科医生操作的控制台611。外科医生操作控制台611以控制远程可控操纵器602，例如，在外科手术期间控制远程可控操纵器602的驱动系统610。例如，外科医生操作外科医生的控制台611以操纵安装到远程可控操纵器602的外科手术工具。在外科手术期间，各种外科手术工具可以安装到远程可控操纵器602上。在一些实施方式中，控制台611定位在外科手术环境内。可替代地，控制台611定位在外科手术环境外部的远程位置处。控制台611可由外科医生用于执行微创远程外科手术。

[0061] 在一些实施方式中，控制台611包括显示器，以使外科医生能够通过成像装置捕获的图像观察手术部位。显示器例如是显示手术部位的立体图像的立体显示器。在观察手术部位的图像时，外科医生通过操纵控制台611上的控制输入装置对患者执行外科手术。控制台611根据由外科医生操纵控制输入装置所表示的指令，依次产生信号以控制远程可控操纵器的运动。

[0062] 可替代地或另外地，远程可控操纵器602包括耦合到远程可控操纵器602的传感器系统612，例如，可操作以检测关节613的运动、可操作地连接到关节613、物理地耦合到远程可控操纵器602。传感器系统612基于与关节613相关联的参数产生信号。在一些实施方式中，传感器系统612监测与关节613相关联的参数。例如，传感器系统612响应于施加到关节613的力、施加到关节613的扭矩、关节613的运动(例如，诸如速度和加速度的方位或方位的导数)、上述任何一个的指示(诸如电流或电压的量)等而产生信号。施加到关节613的力或扭矩例如由远程可控操纵器602的远端部分606上的力或扭矩引起。当远程可控操纵器602的远端部分606支撑穿刺装置106时，穿刺装置106上的力或扭矩，例如由与患者组织接触引起的力或扭矩，可以被传递到关节613，使得由传感器系统612产生的信号指示穿刺装置106上的力或扭矩。传感器系统612例如是编码器、加速度计、力传感器、扭矩传感器或其他适当的传感器以测量施加到关节613的力或扭矩或与关节613相关联的其他适当的参数。

[0063] 可替代地或另外地，插入系统连接到外科手术系统，使得通过控制台611提供给操作者反馈。例如，使用控制台611的外科医生可以通过控制台611接收反馈。例如，控制台611接收由传感器系统612所产生的信号和/或将反馈呈现给操作者以引导穿刺装置106的插入。

[0064] 此外，参考图7中的框图所描绘的可与外科手术系统600一起使用的过程700的示例，外科手术系统600包括控制器702和传感器系统704(例如包括传感器系统612)，传感器系统704产生指示穿刺装置106通过组织108进入腔体110的运动的信号706。控制器702可操作地连接到传感器系统704，使得控制器702接收由传感器系统704所产生的信号706。控制器702被配置为操作驱动系统610，例如，以控制安装在远程可控操纵器602上的末端执行器707的移动。控制器702操作例如驱动系统以在穿刺装置106被插入通过患者的组织和腔体时控制穿刺装置106的移动。

[0065] 过程700是反馈过程，其中部分地基于反馈信号(例如，来自传感器系统704的信号706)产生控制信号708。传感器系统704响应于与驱动系统610和/或末端执行器707相关联的事件或参数产生信号706。在反馈过程中，信号706例如代表控制器702用于产生控制信号
708以将信号706保持在预定义范围内的参数。该参数例如是与末端执行器707和/或远程可控操纵器602相关联的方位、角度、速度、加速度、力、扭矩或其他参数。在一些示例中，传感器系统704产生信号706作为辅助装置711的功能操作。例如，如关于图16所描述，辅助装置
711可以是稳定组织的可操作的稳定装置，是产生由传感器系统704检测到的流体压力的吹入器。传感器系统704可以对应于本文所描述的任何传感器系统，例如，关于图11至图17以及本文其他地方所描述的传感器系统中的一个。另外，传感器系统704响应的参数对应于本文所讨论的任何参数。

[0066] 虽然本文将人类可感知的反馈描述为响应于传感器系统的传感器信号而产生，但是可替代地或另外地，穿刺装置106响应于传感器信号而自主移动。例如，基于来自传感器系统704的反馈信号，控制器114产生控制信号708，以在参数超出预定义范围时抑制穿刺装置106的移动。穿刺装置106的移动的控制器促进控制可以减少与等待操作者响应人类可感知的反馈的相关联的人为错误的风险。在一些实施方式中，除了来自传感器系统704的信号706之外，控制器114还基于输入信息710来操作远程可控操纵器602的移动。由传感器系统
704所测量的参数的预定义范围是例如由附加输入信息710限定。该附加输入信息710对应于例如本文所描述的操作者输入。在一些情况下，操作者输入包括患者信息、外科手术操作信息或与控制穿刺装置106通过患者的组织和腔体的运动相关的其他信息。

[0067] 基于输入信息710、由传感器系统704所产生的传感器信号或者这两者的组合，控制器711可以控制穿刺装置106的自主移动。输入信息710和传感器信号可以指示与本文所描述的信息类似的信息，该信息用于产生人类可感知的反馈。例如，可以基于输入信息710和传感器信号来选择禁入体积。控制器711可以基于禁入体积控制穿刺装置106的移动，以抑制穿刺装置106移动到禁入体积中，同时引导穿刺装置106创建穿刺。使用禁入体积可以控制穿刺装置106以避免敏感的解剖特征。可以调节穿刺装置106的移动使得穿刺装置106通过组织被插入而不会移动到禁入体积中。

[0068] 在一些实施方式中，人类操作者712在驱动系统610上施加力输入714。例如，力输入714影响驱动系统610的移动，进而影响末端执行器707的移动并影响由传感器系统704所产生的信号706。

[0069] 在一些示例中，控制器114产生控制信号以操作与关节613相关联的驱动系统610的马达，从而引起远程可控操纵器602的移动。当外科手术工具安装在远程可控操纵器上时，远程可控操纵器602的移动引起外科手术工具的运动。控制器702根据传感器系统704所产生的信号706来操作驱动系统610。特别地，控制器702操作驱动系统610以引导由远程可控操纵器602所支撑的外科手术工具的运动。外科手术工具例如是穿刺装置106，并且控制器702操作驱动系统以引导穿刺装置106的运动通过组织并进入腔体，从而创建穿刺。然后，控制器702操作驱动系统610以将外科手术工具插入由穿刺装置106所创建的穿刺中。

[0070] 在某些示例中，控制器702对应于框图200(图2中示出)中的插入系统的控制器114。在某些示例中，框图200的插入系统包括驱动系统610，并且外科手术系统600的传感器系统704包括插入系统100的传感器系统104。在一些示例中，控制器702对应于远程可控操纵器602的控制器。虽然图2将驱动系统610和指示器系统112描绘成分离的系统，但在一些情况下，指示器系统112包括驱动系统610。控制器114操作驱动系统610以响应于来自传感器系统704的信号产生人类可感知的反馈，例如触觉反馈。在一些示例中，指示器系统112对应于包括远程可控操纵器602的患者侧推车的指示器系统。在这种情况下，指示器系统112包括例如为操作者生成人类可感知的反馈的显示器。

[0071] 图8是描绘过程800的示例的流程图，该过程800可与插入系统100、外科手术系统600和本文所描述的其他系统一起使用，以引导穿刺装置(例如，穿刺装置106)的插入，并由控制器(例如，控制器702)执行。在操作802中，控制器702检测穿刺装置106通过患者组织进入内部患者腔体的运动，以创建通过组织进入腔体的穿刺。在操作804中，控制器702响应于所检测到穿刺装置106的运动而抑制穿刺装置的移动。

[0072] 图9是描绘示例过程900的流程图，该示例过程900可与插入系统100、外科手术系统600和本文所描述的其他系统一起使用，以引导穿刺装置(例如，穿刺装置106)的插入，并由控制器(控制器702)执行。在操作902中，控制器702检测穿刺装置106通过组织108的运动。在操作904中，控制器702抑制穿刺装置106的移动，使得穿刺装置106的插入轴线508(例如，相对于组织108)的角度506在预定义范围内(返回参考图5A)。可替代地或另外地，在操作906中，控制器702检测穿刺装置106进入腔体110的运动。在操作908中，控制器702响应于检测到穿刺装置106进入腔体110的运动(例如，穿刺装置106在腔体110中)而抑制穿刺装置106的移动。

[0073] 在一些实施方式中，选择角度使得插入轴线508不与敏感的患者解剖结构相交，例如，使得穿刺装置106在插入腔体110中时不与敏感的患者解剖结构接触。例如，在一些情况下，如果穿刺装置106要通过脐部被插入，则基于主动脉的位置(例如主动脉分叉)，角度保持在预定义范围内。例如，穿刺装置106被保持在沿着矢状平面尾部大约45度的范围内。例如，穿刺装置保持在与肥胖患者(例如体重指数(BMI)大于30的患者)的体壁组织成大约90度的范围内。在一些实施方式中，预定义范围是在插入穿刺装置106之前所选择的操作者输入。

[0074] 在一些情况下，控制器702基于来自传感器系统704的传感器的信号在操作802中、操作902中和/或操作906中检测穿刺装置106的运动。在一些情况下，控制器702在操作804中、操作904中和/或操作908中操作马达、制动器或驱动系统610的其他装置，以抑制远程可控操纵器602的移动，从而抑制穿刺装置106的移动。在一些情况下，过程800包括过程900。操作802包括例如过程900的操作902和/或过程900的操作906。操作804包括例如过程900的操作904和/或过程900的操作908。

[0075] 在一些实施方式中，如图10A至图10D的远程可控操纵器602的底视图、侧视图和后视图所示，其中远程可控操纵器602与外科手术工具1006耦合。远程可控操纵器602可操作以相对于远程可控操纵器602的基座1002移动外科手术工具1006。在远程可控操纵器602的远端部分606处的器械保持器1020支撑外科手术工具1006。在一些实施方式中，当穿刺装置106正被插入患者体内时，外科手术工具1006对应于例如穿刺装置106和/或插入系统100。
在这方面，器械保持器1020被配置为支撑穿刺装置106。在这样的实施方式中，器械保持器
1020还被配置为在使用穿刺装置106创建通过患者组织的穿刺之后支撑用于执行外科手术的外科手术工具。因为在外科手术期间可以将具有不同末端执行器的多个不同外科手术工具顺序地安装在每个远程可控操纵器602上，所以器械保持器1020可以允许快速移除和更换所安装的外科手术工具1006。

[0076] 在一些实施方式中，当穿刺装置106正被插入患者体内时，远程可控操纵器602不保持外科手术工具1006，并且远程可控操纵器602的一些其他部分可以支撑穿刺装置106。在一些实施方式中，当穿刺装置106正被插入患者体内时，远程可控操纵器602保持外科手术工具1006，并且外科手术工具1006保持穿刺装置106。

[0077] 在一些实施方式中，远程可控操纵器602包括多个关节，该多个关节具有使得安装到远程可控操纵器602的远端部分606的外科手术工具1006能够移动的自由度。每个关节可以包括相应的马达和/或制动器。远程可控操纵器602例如通过枢转安装关节1022安装到基座1002，以允许远程可控操纵器602远离枢转安装关节1022的部分绕第一关节轴线J1旋转。在图10A至图10D中所示的示例中，安装关节1022提供绕竖直轴线的旋转。基座1002和安装关节1022定位在远程可控操纵器602的近侧部分处。第一连杆1024从基座1002向远侧延伸并且在关节1022处绕第一枢转关节轴线J1旋转。第一连杆1024的远端在提供水平枢转轴线J2的关节处耦合到第二连杆1026的近端。第三连杆1028的近端在滚动关节处耦合到第二连杆1026的远端，使得第三连杆通常在关节J3处绕沿第二连杆和第三连杆的轴线延伸并且在一些情况下与第二连杆和第三连杆的轴线对准的轴线旋转或滚动。在枢轴关节J4的远端，第四连杆1030的远端通过一对枢轴关节J5、J6耦合到器械保持器1020，该一对枢轴关节J5、J6一起限定器械保持器腕部1032。远程可控操纵器602的平移关节或棱柱关节J7便于促进外科手术工具1006的轴向移动和外科手术工具1006的细长轴1014通过微创孔，并且还便于将器械保持器1020附接到插管，通过该插管外科手术工具1006可滑动地插入。

[0078] 可替代地或另外地，安装到远程可控操纵器602的远端部分606的外科手术工具1006包括例如除了远程可控操纵器602的自由度之外的自由度。沿着远端装置的自由度的移动由例如远程可控操纵器602的马达驱动。在图10A至图10D所示的示例中，外科手术工具
1006包括在枢轴点PP近侧的旋转关节J8。在一些情况下，旋转关节J8布置在进入端口的位置处。外科手术工具1006的远端腕部允许末端执行器1050绕器械腕部关节轴线J4、J10进行枢转运动。可以独立于末端执行器1050的位置和取向来控制末端执行器钳口元件之间的角度α。

[0079] 在一些实施方式中，为了引导穿刺装置106的插入，控制器702提供操作者引导以沿着穿刺装置106的插入轴线508移动穿刺装置。控制器702例如通过控制指示器系统112以产生人类可感知的反馈来提供操作者引导。在一些情况下，指示器系统112包括驱动系统610，并且控制器702操作驱动系统610以产生人类可感知的反馈，例如，由驱动系统610的马达或制动器的操作提供的触觉指示。在一些情况下，控制器702通过将穿刺装置106的插入轴线508的角度506保持在本文所描述的预定义范围内来引导穿刺装置106的插入。结果，在控制器702保持插入轴线508的角度506时，操作者引导穿刺装置106沿插入轴线508插入。

[0080] 在一些实施方式中，控制器702通过限制穿刺装置106行进的距离来抑制穿刺装置106的移动。例如，控制器702操作驱动系统610以限制穿刺装置106行进超过预定义距离，该预定义距离对应于从组织108的外表面到腔体110或组织108的内表面、从所参考的位置到患者解剖结构、从操作者可设定的位置等的预测行进量。预测行进量可以基于穿刺操作的实时信息预先确定或动态地确定。控制器702基于来自传感器系统704的信号确定穿刺装置
106行进的距离。在一些实施方式中，控制器702通过限制穿刺装置106的速度和/或加速度来抑制穿刺装置106的移动。例如，控制器702操作驱动系统以防止穿刺装置106具有超过预定义值的速度和/或加速度。

[0081] 在远程可控操纵器602包括多个关节以使远程可控操纵器602的远端部分606具有多个自由度的示例中，控制器702协调多个关节的移动以控制远端部分606的每个自由度的移动。在一些情况下，控制器702操作驱动系统610以实现在一个自由度中移动，同时限制在另一个自由度中的移动。例如，控制驱动系统610，使得操作者能够沿着插入轴线508自由地移动穿刺装置106，同时控制驱动系统610使得穿刺装置106例如相对于垂直于插入轴线508的抽线的旋转受到限制。

[0082] 传感器系统和相关方法的示例

[0083] 本文所描述的传感器系统的示例，例如传感器系统104和传感器系统704，可以响应于与穿刺装置的插入相关联的各种参数或事件。虽然图11至图17的示例传感器系统被描述为与控制器114通信，但是可以使用其他控制器代替。本文所描述的控制器的其他示例(例如，远程可控操纵器602的控制器702)可以接收由代替的传感器系统或除此之外的传感器系统所产生的信号。

[0084] 在某些示例中，传感器系统包括响应于力的传感器。在图11中所描绘的示例中，外科手术穿刺装置插入系统1100包括力传感器1104，以响应于穿刺装置106上的力产生信号。例如，当穿刺装置106正被插入通过组织108并进入腔体110时，力传感器1104响应于穿刺装置106上的力产生信号。在一些情况下，控制器114基于该信号确定力的值、力的轮廓和/或力的变化率超出预定义范围。

[0085] 在一些实施方式中，插入系统1100包括由操作者抓握的手柄1106。为了通过组织创建穿刺，操作者抓握手柄1106并操纵插入系统1100，其中穿刺装置106安装到插入系统1100，以便通过组织108插入穿刺装置106。在一些情况下，力传感器1104定位在穿刺装置
106和手柄1106之间。

[0086] 在一些情况下，力传感器1104响应于沿着穿刺装置106的插入轴线508对穿刺装置106施加的力。例如，控制器114基于力传感器1104响应于穿刺装置106上的轴向力的变化而产生的信号来检测穿刺装置106在组织108的不同层之间的运动。例如，组织108的不同层的每一层具有不同的刚度，这导致力传感器针对每一层测量不同力。

[0087] 在一些示例中，力的变化指示穿刺装置106从组织108进入腔体110的运动，例如，穿刺装置106在腔体110中。例如，力的变化对应于所测量的力突然减小。例如，穿刺装置106的远端部分504正被插入通过组织108时的力大于当穿刺装置106的远端部分504被定位超过组织108并且在腔体110内时的力。在某些情况下，力的变化对应于所测量的力的突然增加。在另一个示例中，穿刺装置106的远端部分504正被插入通过组织108的第一层时的力小于穿刺装置106的远端部分504正被插入通过组织108的第二层时的力。

[0088] 可替代地或另外地，力传感器1104响应于垂直于穿刺装置106的插入轴线508的力。例如，控制器114基于垂直力确定穿刺装置106的插入轴线508相对于组织108的角度。

[0089] 虽然传感器1104已被描述为力传感器，但在一些实施方式中，传感器1104可替代地或另外地是响应于穿刺装置106上的压力的压力传感器或是响应于穿刺装置106上的扭矩的扭矩传感器。例如，控制器114基于传感器1104响应于穿刺装置106上的压力或扭矩的变化而产生的信号来确定穿刺装置106何时在不同组织的层之间移动。在一些情况下，力传感器1104是六轴惯性测量单元(IMU)，其响应沿三个不同轴线的力和围绕三个不同轴线的扭矩。

[0090] 在一些实施方式中，力传感器1104监测力并产生表示所监测的力的信号。控制器114进而确定来自力传感器的信号何时高于阈值，例如，以引导穿刺装置106的插入。在其他实施方式中，力传感器1104响应于力超过阈值而产生信号，而不监测力。例如，力传感器
1104是响应于力超过阈值而断裂的易碎连接。

[0091] 在某些示例中，传感器系统包括响应于光学信号的特性(例如光学信号的强度、波长、频率、光谱等)的传感器。在图12所描绘的示例中，外科手术穿刺装置插入系统1200包括光学传感器1202，该光学传感器1202响应于光学信号产生信号。

[0092] 例如，光学传感器1202是飞行时间(time-of-flight)传感器。光学信号的特性对应于光学信号的反射特性。光学传感器1202包括用于产生光学信号的发射器1204和用于接收光学信号的反射的光电检测器1206。发射器1204例如沿着穿刺装置106的插入轴线508导向光学信号。光电检测器1206监测沿着穿刺装置106的插入轴线508导向的反射的光学信号。光学信号例如是可见光束或红外光束。控制器114确定穿刺装置106的远端部分504与在穿刺装置106的远端部分504的远端的组织之间的距离。例如，该距离基于由发射器1204发射光学信号和由光电检测器1206接收光学信号的反射之间的经过时间段来确定。控制器114基于该距离检测穿刺装置106通过组织108的运动(例如，在不同组织的层之间的运动)和/或穿刺装置106进入腔体110的运动，例如从组织108进入腔体110，穿刺装置106在腔体
110中。

[0093] 在一些实施方案中，控制器114基于光学信号确定患者组织108与光学传感器1202的距离。例如，控制器114确定患者组织108的距离大于阈值距离。然后，例如，控制器114操作指示器系统以响应于距离大于阈值距离而生成人类可感知的反馈。

[0094] 光学传感器1202可替代地或另外地包括图像捕获装置，该图像捕获装置产生表示由光学传感器1202捕获的图像的信号。在穿刺装置106通过组织108前进时，光学传感器1202接收光学信号，并基于所接收的光学信号产生表示图像的信号。控制器114基于图像确定穿刺装置106在组织108内或腔体110内的位置。因此，控制器114基于图像能够检测穿刺装置106在组织108内和/或进入腔体110的运动。在一些实施方式中，图像捕获装置包括耦合到穿刺装置106的超声装置，当穿刺装置106通过组织108前进时，该超声装置可用于监测穿刺装置106的位置。例如，超声装置可用于感测穿刺装置106所行进的距离、穿刺装置106在组织108内的位置、在穿刺装置106的路径中存在或不存在腔体，或者穿刺装置106的取向的变化。

[0095] 在某些示例中，传感器系统包括响应于电学特性的传感器，例如与患者的组织相关联的电学特性。在图13所示的示例中，外科手术穿刺装置插入系统1300包括传感器系统1302，该传感器系统1302包括在穿刺装置106的外表面上的电极1304。

[0096] 在一些实施方式中，当穿刺装置106通过组织108插入时，传感器系统1302产生根据靠近电极1304的组织108的层而变化的信号。例如，组织108包括若干层，层1306a至层1306d。组织108的每一层具有独特的电学特性，使得控制器114能够识别电极1304定位在层
1306a至层1306d的哪一层内。与靠近电极1304的组织相关联的电学特性包括，例如与组织
108相关联的电容、电阻抗和/或电感。在这方面，由传感器系统1302所产生的信号是指示例如靠近电极1304的组织的类型。

[0097] 在这方面，基于来自传感器系统1302的信号，控制器114能够检测穿刺装置从组织108的第一层到组织108的第二层的运动。例如，控制器114检测电学特性的值的变化，从而检测从组织108的第一层到组织108的第二层运动。在一些情况下，由于电学特性的值的变化，控制器114能够检测穿刺装置106从组织108进入腔体110的运动。例如，传感器系统1302基于预定义阻抗(例如肌肉组织的预期阻抗和/或脂肪组织的预期阻抗)检测生物电阻抗。
例如由于肌肉组织具有较高的水浓度，因此肌肉组织具有比脂肪组织更低的阻抗。

[0098] 在一些实施方案中，传感器系统1302包括多个电极1304a、1304b、1304c。电极1304a、1304b、1304c中的每个接触组织108的不同部分。在这方面，传感器系统1302能够更精确地确定穿刺装置106在组织108内的位置，例如穿刺装置106的远端部分定位的组织层。
在一些实施方式中，传感器系统包括电极矩阵，使得由电极产生的信号可以用于沿着穿刺装置106的插入轴线形成阻抗图。阻抗图可以用于指示解剖结构的相对位置，例如患者组织的不同层的相对位置、腔体相对于患者组织的位置。

[0099] 在一些实施方式中，传感器系统1302被配置成检测患者组织是否接近传感器系统1302，而不是检测患者组织108的单独层。然后，该传感器系统1302产生指示当穿刺装置106在腔体110中时出现的缺乏靠近的患者组织108的信号。作为具体示例，传感器系统1302的实施方式检测诸如电阻抗或电容的电学特性。对于穿刺装置106在腔体110(周围没有组织
108)内而言，所检测到的电学特性的大小与穿刺装置106在组织108内相比实质上不同；例如，与穿刺装置106在组织108中相比，穿刺装置106在腔体110中的电阻抗可以更大且电容可以低得多。然后，该传感器系统1302响应于检测到超过阈值量的电学特性的变化而产生指示进入腔体的运动的信号，并产生指示穿刺装置106已进入腔体110的信号。

[0100] 可替代地或另外地，为了检测组织108的电学特性，传感器系统包括定位在穿刺装置106上的阴极和定位在组织108上的阳极。在阴极处产生信号并通过组织108传输到阳极。当腔体110被穿刺装置106破坏时，信号可以改变，从而导致穿刺装置106的检测。

[0101] 在某些示例中，传感器系统包括响应于与患者组织相关联的材料属性的传感器。在图14所示的示例中，外科手术穿刺装置插入系统1400的传感器系统1402包括可压缩装置
1403，例如可压缩装置1403压缩的量与可压缩装置1403周围的组织的刚度成比例。传感器系统1402围绕穿刺装置106定位，使得当穿刺装置106通过组织108被插入时，传感器系统
1402接触组织108的一部分。传感器系统1402产生指示可压缩装置1403的压缩的量的信号。
例如，传感器系统1402包括耦合到可压缩装置1403的电容装置1404。电容装置1404的电容例如相对于传感器系统1402周围的组织部分的材料属性而变化。电容装置1404的电容例如与周围组织的刚度成比例地变化。例如，组织108包括第一层和第二层，第一层具有比第二层更大的刚度。在这方面，与第二层接触相比，传感器系统1402与第一层接触时经历较大的变形。当穿刺装置106在组织108的第一层内时较大的变形使得电容装置1404的电容大于当穿刺装置106在组织108的第二层内时电容装置1404的电容。基于来自传感器系统1402的信号，控制器114识别组织108的层。在一些实施方式中，传感器系统1402包括微机电(MEM)传感器、柔性压力传感器网络或用于检测物理压力或力的其他传感器。

[0102] 在某些示例中，传感器系统包括响应于可听信号的传感器。在图15所示的示例中，外科手术穿刺装置插入系统1500包括音频接收器1502，以接收当穿刺装置106插入组织108时所产生的可听信号。在一些实施方式中，当穿刺装置106从组织的第一层移动到组织的第二层时，产生可听信号。例如，插入系统1500包括可听信号发生器1504，该可听信号发生器1504响应于穿刺装置106从组织108的第一层到组织108的第二层的运动而产生可听信号。
在另一个示例中，可听信号发生器1504响应于穿刺装置106从组织108进入腔体110的运动而产生可听信号。

[0103] 在一些实施方式中，可听信号发生器1504包括弹性构件1506(例如压缩弹簧)和闭塞器1508。弹性构件1506向远端偏压闭塞器1508。例如，弹性构件1506定位成使得弹性构件1506的近端抵靠插入系统1500的壳体1510并且弹性构件1506的远端抵靠闭塞器1508。在一些实施方式中，壳体1510对应于穿刺装置106的壳体，例如穿刺装置106的近侧部分上的毂。

[0104] 在穿刺装置106插入组织108期间，推动闭塞器1508抵靠组织108，使得闭塞器1508向近端移动，从而压缩弹性构件1506。例如，当穿刺装置106的远端部分504在组织108内时，闭塞器1508的远端部分1512接触组织108。当穿刺装置106通过组织108被插入使得穿刺装置106的远端部分504延伸到腔体110中时，闭塞器1508可向远端移动。在这方面，释放弹性构件1506使得闭塞器1508相对于壳体1510在远端方向上移动。闭塞器1508的远端面对表面1514撞击壳体1510，从而产生可听信号。音频接收器1502被定位成接收可听信号。例如，音频接收器1502响应于可听信号产生信号。控制器114基于来自音频接收器1502的信号检测穿刺装置106从组织108进入腔体110的运动。

[0105] 在某些示例中，传感器系统104包括响应于压力(例如流体压力)的传感器。在图16中所描绘的示例中，外科手术穿刺系统1600包括传感器系统1602，该传感器系统1602包括压力传感器1604。压力传感器1604对靠近穿刺装置106的远端部分504的压力做出响应。外科手术穿刺系统1600包括吹入器1606，该吹入器1606将流体(例如气体或液体)喷射到穿刺装置106的远端部分504周围的区域中。如果是气体则流体例如是CO2。如果是液体则流体例如是盐水。

[0106] 在一些示例中，穿刺装置106是中空的并且穿刺装置106上的毂1608连接吹入器1606，使得从吹入器1606喷射的空气可以通过穿刺装置106被递送到穿刺装置106的远端部分504。压力传感器1604定位成与吹入器106和穿刺装置106的远端部分504流体连通。在这方面，压力传感器1604响应于穿刺装置106的远端部分504处的流体压力产生信号。

[0107] 例如，吹入器1606将流体递送到穿刺装置106的远端部分504周围的区域，并且压力传感器1604检测由该区域中的所递送流体引起的压力。当穿刺装置106的远端部分504在组织108内时，由压力传感器1604所测量的流体压力大于当穿刺装置106的远端部分504在腔体110内时由压力传感器1604所测量的流体压力。在这方面，响应于来自压力传感器1604的信号，控制器114能够检测穿刺装置106从组织108进入腔体110的运动。

[0108] 在一些实施方式中，控制器114操作吹入器1606使得当控制器114检测到远端部分504在组织108时由吹入器1606递送的流体的流速恒定。当控制器114检测到吹入器1606从组织108进入腔体110的运动时，控制器114增加流体的流速。例如，响应于压力传感器1604产生指示穿刺装置106的远端部分504在组织108中的第一信号，控制器114操作吹入器1606以第一流速喷射流体。响应于压力传感器1604产生指示穿刺装置106的远端部分504在腔体
110中的第二信号，控制器114操作吹入器1606以大于第一流速的第二流速喷射流体。

[0109] 在一些实施方式中，在穿刺装置106的初始插入期间，例如当穿刺装置106最初被引入患者的组织中时，吹入器1606以低于3升/分钟的流速分配流体。在穿刺装置106插入腔体之后，在一些情况下，流速增加到较大的流速，例如每分钟4升至8升。在一些情况下，如果由压力传感器1604产生的信号指示压力大于阈值压力，例如在8mmHg和15mmHg之间，即大约10mmHg，则控制器114确定穿刺装置106没有穿透进入腔体110中。在一些情况下，如果由压力传感器1604产生的信号指示压力小于另一个阈值压力，例如在1mmHg和3mmHg之间，则控制器114确定穿刺装置106已经穿透进入腔体110中，然后增加吹入器1606的流速。

[0110] 稳定系统和相关方法的示例

[0111] 在一些实施方式中，当穿刺装置106被插入组织108中时，组织108周围的区域被稳定。在图17所示的示例中，外科手术穿刺装置插入系统1700包括稳定装置1702。穿刺装置插入系统1700可以包括本文所述的传感器系统。穿刺装置106与穿刺装置插入系统1700是一体的或者在穿刺装置106插入组织108之前安装穿刺装置106。

[0112] 稳定装置1702例如向组织108的区域1704施加力，该区域1704包括插入部位1706，穿刺装置106将通过插入部位1706插入。在一些情况下，稳定装置1702包括用于向组织108的区域1704施加力的抓握构件1708。

[0113] 例如，抓握构件1708被致动以抓握区域1704中的组织108。在一些情况下，驱动系统1709操作抓握构件1708以抓握组织108。可替代地，人类操作者手动操纵抓握构件1708以抓握组织108。在一些实施方式中，驱动系统1709是远程可控操纵器(例如，远程可控操纵器602)的一部分。抓握构件1708由远程可控操纵器操纵以向区域1704施加力。例如，抓握构件
1708能够被铰接以在组织108上施加抓握力。在一些实施方式中，抓握构件1708包括被操纵以在组织108上提供牵引力的镊子。在一些情况下，传感器产生指示抓握构件1708的方位的信号，例如，传感器是力传感器或压力传感器。例如，该信号指示由抓握构件1708引起的组织的位移量。

[0114] 可替代地或另外地，稳定装置1702包括连接到抽吸装置1712的真空入口1710。稳定装置1702的密封构件1714接触组织108以在稳定装置1702和组织108之间创建密封接触。抽吸装置1712产生抽吸以将牵引力施加到组织108的区域1704。

[0115] 在一些实施方式中，稳定装置1702包括对准构件1716，该对准构件1716定位成抑制穿刺装置106的横向移动。对准构件1716抑制穿刺装置106的移动使得穿刺装置106的插入轴线508相对于组织108的外表面的角度在预定义角度内。在一些实施方式中，对准构件1716抑制移动使得插入轴线508基本上垂直于组织108的外表面。对准构件1716支撑穿刺装置106的近端部分，并且另一个对准构件1718支撑穿刺装置106的远端部分。对准构件1716、
1718协作以抑制穿刺装置106的横向移动。在一些实施方式中，预定义角度是可调节的。穿刺装置106安装到稳定装置1702，并且稳定装置1702绕关节1722可旋转。在一些情况下，对准构件1716和对准构件1718是远程可控操纵器602的器械保持器1020的一部分。例如，远程可控操纵器602引导并插入穿刺装置106，同时使用稳定装置1702将组织上的稳定力保持在预定义范围内。

[0116] 可替代的实施方式

[0117] 已经描述了许多实施方式。然而，应当理解，可以进行各种修改。

[0118] 本文描述的传感器系统可以在外科手术穿刺装置插入系统中组合，以提供检测穿刺装置在组织的层之间的运动或从组织进入腔体内的运动的正交过程。外科手术穿刺装置插入系统包括传感器系统，该传感器系统包括例如光学传感器、压力传感器、音频接收器或本文所述的其他传感器中的两个或更多个。在一些情况下，传感器系统的一个传感器产生用于检测穿刺装置从组织的一层到组织的另一层的运动的信号，并且传感器系统的另一个传感器产生用于检测穿刺装置从组织进入腔体中的运动的信号。此外，在一些情况下，一个传感器监测与穿刺装置的插入相关联的参数，而另一个传感器响应于与穿刺装置的插入相关联的事件而产生信号。

[0119] 在一些实施方式中，穿刺是通过不刺入腔体的切口进行的。然后使用闭塞器-插管组件以穿透组织，使得穿刺通过组织延伸到腔体。在插入之后，可以将闭塞器从插管移除以提供到腔体的进入端口。在这方面，本文的系统可用于提供人类可感知的反馈，以引导用于穿透组织的闭塞器的运动。例如，当闭塞器通过切口插入时，传感器系统检测闭塞器的插入。当闭塞器穿透组织时，传感器系统还检测闭塞器插入腔体中。特别地，传感器系统使用本文所述的过程检测闭塞器何时定位在腔体中。

[0120] 在一些实施方式中，创建第一穿刺并且通过第一穿刺插入第一外科手术工具以执行外科手术。在一些情况下，第一穿刺被创建并且不用于插入外科手术工具，而创建第二穿刺以插入一个或多个外科手术工具。在一些情况下，通过第一穿刺插入多个外科手术工具以执行外科手术。可替代地，通过第一穿刺插入单个外科手术工具，并且创建第二穿刺以插入第二手术工具。在外科手术操纵期间，一个或多个外科手术工具可以通过相应的一个或多个穿刺被移除并重新插入，或者通过相应的一个或多个穿刺替换为一个或多个其他的外科手术工具。

[0121] 在一些情况下，传感器系统包括加速度计或惯性测量单元以产生指示穿刺装置106的运动的信号。例如，如果插入系统包括模块，该模块包括传感器系统，则加速度计和/或惯性测量单元产生指示操作者如何快速地插入穿刺装置通过患者组织的信号。

[0122] 在一些实施方式中，传感器系统包括连接到控制器114的接收器。传感器系统进一步包括另一个传感器，例如本文所述的传感器之一。在这方面，在一些情况下，控制器114通过接收器无线连接到另一个传感器。例如，又一个传感器感测穿刺装置106通过组织和/或进入腔体的运动并产生指示运动的信号，接收器从又一个传感器接收数据，例如接收表示所生成的信号指示该运动的无线信号，然后将表示所生成的信号的信息发送到控制器114。

[0123] 虽然人类可感知的反馈被描述为响应于穿刺装置106通过组织108的运动而产生，但是可替代地或另外地，人类可感知的反馈可在穿刺装置106最初被插入组织108中时产生。例如，控制器114检测插入轴线508何时与目标插入部位对准。传感器系统104包括产生的信号指示插入轴线508相对于插入部位的方位和/或取向的传感器。在这方面，控制器114产生人类可感知的反馈以指示插入轴线508与插入部位对准。

[0124] 本文描述的组织108的层是不同类型的。组织108的类型包括例如皮肤、脂肪、肌肉、腹膜等。组织的每一层具有区别的属性。例如，每种类型的层的刚度区别于其他层的刚度。在这方面，传感器系统可以响应于组织的刚度产生信号。其他属性(诸如电学特性和视觉标识，如颜色和纹理)可以在不同类型的层之间变化。在一些实施方式中，控制器114访问存储器，该存储器存储与要被穿刺的组织的每种类型的层相关联的预定义信息。基于来自传感器系统的信号和预定义信息，控制器114确定穿刺装置106在组织的哪一层内。组织的层在例如刚度、流体含量、导电性、顺应性等方面变化。存储器存储例如指示不同类型的组织的这些特征的值的预定义信息。例如，传感器系统产生表示靠近穿刺装置106的组织的层的特征的值的信号，使得控制器114可以基于传感器信号和所存储的预定义值来确定靠近穿刺装置106的组织的类型。

[0125] 在一些实施方式中，本文描述的阈值\范围和其他预定义参数的值随着插入系统的每个操作而改变。例如，控制器114基于在穿刺装置的插入操作期间所测量的先前值来设置预定义阈值和/或预定义范围。

[0126] 如本文所述，在一些情况下，传感器系统提供的信号可以由与远程可控操纵器分开的系统提供。在一些实施方式中，包括用于提供信号的传感器系统的插入系统是独立单元，例如，在插入外科手术工具以执行外科手术时使用的独立装置。在一些实施方式中，插入系统连接到远程可控操纵器或外科手术系统的其他元件，例如外科医生的控制台、视觉推车、电子推车等。参见图18，在一些实施方式中，外科手术系统1800包括电子推车1802，例如视觉推车，其将被连接到外科手术穿刺装置插入系统1804。电子推车1802的控制器对应于控制器114以操作插入系统1804。例如，电子推车1802与产生外科手术部位的图像的成像装置连接。在一些实施方式中，电子推车1802进一步包括显示器1805以将图像呈现给人类操作者1808。例如，远程可控操纵器602包括连接到电子推车1802的成像装置。成像装置包括例如照明设备(例如，氙灯)，该照明设备提供用于成像手术部位的照明。例如，成像装置捕获图像，然后将图像发送到电子推车1802进行处理。电子推车1802将图像传输到外科医生的控制台1806，以便可以将处理后的图像呈现给外科医生。电子推车1802可以包括可选的辅助外科手术设备，诸如电外科手术单元、吹入器、抽吸冲洗器械或第三方烧灼设备。此外，如图18所示，在一些情况下，操作者1808手动操纵穿刺装置106以使穿刺装置106插入患者1810中。

[0127] 虽然辅助装置711已经被描述为稳定装置和/或吹入器，但在一些实施方式中，辅助装置包括用于感测患者特征的装置。例如，辅助装置包括测量脉搏、血压或与患者的血管有关的其他信息的装置。辅助装置产生信号，例如以检测血管的复杂性，例如，对血管的医源性损伤。在一些实施方式中，辅助装置包括用于测量来自呼吸机的通气压力和/或氧饱和度的传感器。例如，辅助装置包括测量氧饱和度的脉搏血氧测定装置。在一些实施方式中，辅助装置包括用于测量患者姿势的传感器，例如确定患者是否仰卧。患者的姿势包括，例如，患者的方位或取向。传感器例如是方位传感器、加速度计或产生指示患者方位的信号的其他传感器。可替代地或另外地，辅助装置包括产生指示支撑患者的手术台的角度、瓷砖和/或方位的信号的传感器。该信号可以指示患者的方位或取向。在一些实施方式中，辅助装置包括附接到例如手术台的传感器，该传感器将测量患者的重量和/或当穿刺装置插入通过患者时测量从穿刺装置通过手术台所传递的力。在一些情况下，如果传感器测量患者的重量，则辅助装置用于验证患者信息，例如患者的BMI。在一些情况下，如果传感器测量通过手术台传递的穿刺装置的力，则控制器使用由传感器产生的信号来提供人类可感知的反馈，例如，指示力何时过高。

[0128] 在一些实施方式中，辅助装置对应于在穿刺装置插入通过患者时提供信息的装置。例如，辅助装置包括成像装置，诸如计算机断层扫描(CT)扫描仪、磁共振成像(MRI)装置、荧光透视成像装置、超声装置或产生患者组织和/或腔体的图像的其他成像装置。在一些情况下，辅助装置包括超声装置以识别插入部位附近的患者解剖结构是否是穿刺装置要避免的粘连。

[0129] 虽然穿刺装置插入系统被描述为可以与外科手术工具一起使用并且可用于外科手术操作，但在一些实施方式中，穿刺装置插入系统可以与其他医疗工具一起使用并且可用于其他医疗操作。在一些实施方式中，医疗工具对应于针而不是对应于外科手术工具。例如，穿刺装置106可以用于定位实施硬膜外麻醉的针。腔体110对应于患者的硬膜外腔。将穿刺装置106插入患者组织中以进入硬膜外腔，并将针插入硬膜外腔以实施麻醉。在一些实施方式中，穿刺装置106用于将针放置静脉中以用于患者抽血或用于向患者输送液体。腔体110对应于患者的静脉。将穿刺装置106插入患者组织中，并将针插入穿刺装置106中，然后插入静脉中以与静脉形成流体连通。

[0130] 本文描述的控制器和任何相关部件可以是计算系统的一部分，该计算系统根据本文描述的过程和方法有助于控制插入系统。图19是计算机系统1900的示例的示意图，该计算机系统1900可以用于实施与本文描述的任何计算机实施方法相关联的控制器，例如控制器114。系统1900包括诸如处理器1910、存储器1920、存储装置1930和输入/输出装置1940的部件。部件1910、1920、1930和1940中的每一个使用系统总线1950互连。处理器1910能够处理在系统1900内执行的指令。在一些示例中，处理器1910是单线程处理器，而在一些情况下，处理器1910是多线程处理器。处理器1910能够处理存储在存储器1920中或存储装置1930上的指令，以在输入/输出装置1940上显示图形信息到用户界面。

[0131] 用于系统1900的存储器存储可以包括存储器1920以及存储装置1930。存储器1920存储系统1900内的信息。处理器1910可以使用该信息来执行本文所述的过程和方法。在一些示例中，存储器1920是计算机可读存储介质。存储器1920可以包括易失性存储器和/或非易失性存储器。存储装置1930能够为系统1900提供大容量存储。通常，存储装置1930可以包括被配置为存储计算机可读指令的任何非暂时性有形介质。可选地，存储装置1930是计算机可读介质。可替代地，存储装置1930可以是软盘装置、硬盘装置、光盘装置或磁带装置。

[0132] 系统1900包括输入/输出装置1940。输入/输出装置1940为系统1900提供输入/输出操作。在一些示例中，输入/输出装置1940包括键盘和/或定点装置。在一些情况下，输入/输出装置1940包括用于显示图形用户界面的显示单元。

[0133] 本申请中描述的方法和系统的特征可以在数字电子电路中、或者在计算机硬件、固件中或者在它们的组合中实施。这些特征可以在有形地存储在信息载体中的计算机程序产品中实施。信息载体可以是例如，机器可读存储装置以便可编程处理器执行。可以由执行指令程序的可编程处理器通过对输入数据进行操作并产生输出来执行本文所述的功能来执行操作。所描述的特征可以在可编程系统上可执行的一个或多个计算机程序中实施，该可编程系统包括至少一个可编程处理器，该至少一个可编程处理器耦合以从数据存储系统、至少一个输入装置和至少一个输出装置接收数据和指令，并将数据和指令传输到数据存储系统、至少一个输入装置和至少一个输出装置。计算机程序包括一组指令，这些指令可以在计算机中直接或间接地用于执行某种活动或带来某种结果。计算机程序可以用包括编译或解释语言的任何形式的编程语言编写。计算机程序可以以任何形式部署，包括作为独立程序或作为适合在计算环境中使用的模块、部件、子例程或其他单元。

[0134] 通常，计算机还将包括用于存储数据文件的一个或多个大容量存储装置，或者被可操作地耦合以与一个或多个大容量存储装置通信。这种装置可以包括磁盘，例如内部硬盘和可移动磁盘、磁光盘和光盘。适用于存储计算机程序指令和数据的存储装置包括所有形式的非易失性存储器，包括例如半导体存储器装置，诸如EPROM、EEPROM、闪速存储器装置、磁盘，诸如内部硬盘、可移动磁盘、磁光盘、CD-ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可以由专用集成电路(ASIC)补充或并入其中。

[0135] 为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施这些特征，所述计算机具有用于向用户显示信息的显示装置(诸如CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)显示器)以及用户可以向计算机提供输入的键盘和定点装置(诸如鼠标或轨迹球)。可替代地，计算机可以不附带键盘、鼠标或显示器，并且可以由另一台计算机远程控制。

[0136] 这些特征可以在计算机系统中实施，该计算机系统包括后端部件(诸如数据服务器)或者包括中间件部件(诸如应用服务器或因特网服务器)或者包括前端部件(诸如具有图形用户界面或因特网浏览器的客户端计算机)或它们的任意组合。系统的部件可以通过任何形式或数字数据通信(例如通信网络)介质连接。通信网络的示例包括例如LAN、WAN以及形成因特网的计算机和网络。

[0137] 计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器通常彼此远离，并且通常通过网络进行交互。客户端和服务器的关系由于在各自的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序而产生。

[0138] 处理器1910执行与计算机程序有关的指令。处理器1910可以包括诸如逻辑门、加法器、乘法器和计数器之类的硬件。处理器1910还可以包括执行算术和逻辑操作的单独的算术逻辑单元(ALU)。

[0139] 因此，其他实施方式也在权利要求的范围内。

标题	发布/更新时间	阅读量
计算机辅助的远程操作外科手术系统和方法	2020-05-18	611
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外科手术穿刺装置插入系统和相关方法

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