包括手術器械的套件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及包括手術器械和圖案產(chǎn)生部件的用于微創(chuàng)手術的關聯(lián)套件、外科手術系統(tǒng)、培訓套件、培訓方法和進行微創(chuàng)手術的方法。該手術器械包括手柄部、手術工具和將手柄部連接至手術工具的主體部。該圖案產(chǎn)生部件包括圖案光源和用于投射光圖案的投射件。該投射件適于至少暫時固定至手術器械的主體部，從而所述手術工具的運動導致所述投射件的關聯(lián)運動。
【專利說明】
包括手術器械的套件
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及適合用在微創(chuàng)手術中和/或適于培訓這種手術器械的操作的包括手術器械的套件以及外科手術系統(tǒng)、培訓套件、培訓并進行微創(chuàng)手術的方法。
【背景技術】
[0002]微創(chuàng)手術近年來因為相比于傳統(tǒng)的開放性手術的好處而被越來越多地采用，最好是因為它減輕了對患者組織的創(chuàng)傷，留下較小的疤痕，將術后疼痛減至最輕并且允許患者更快速恢復。
[0003]例如在腹腔鏡手術(一種微創(chuàng)手術形式)中，外科醫(yī)生通過一組小切口接近體腔如腹腔或盆腔。腹腔鏡被穿過切口且照慣例被連接至監(jiān)視器，允許外科醫(yī)生看到腹腔內(nèi)部或盆腔內(nèi)部。為了進行手術過程，手術器械被穿過所述切口。另外，手術位點周圍的體腔充斥有流體，最好是氣體如二氧化碳，以在孔腔內(nèi)產(chǎn)生“空氣”空間以便外科醫(yī)生看到手術位點并移動腹腔鏡檢器械。
[0004]在傳統(tǒng)的開放性外科手術中，外科醫(yī)生能利用正常的視覺-運動關系，其中運動控制基于視覺感知，因此手術器械的期望運動可基于視覺進行。換句話說，在傳統(tǒng)的開放性手術中，在視覺感知和運動系統(tǒng)之間的正常聯(lián)系得以保留。但當進行微創(chuàng)手術時，外科醫(yī)生間接觀察手術區(qū)，這導致外科醫(yī)生的視覺感知和運動系統(tǒng)脫離聯(lián)系。結果，外科醫(yī)生需要學到新技能以便在微創(chuàng)手術中將他或她的視覺感知與運動系統(tǒng)關聯(lián)起來(手眼協(xié)調)。
[0005]視覺感知是通過處理用眼獲得的信息來認知周圍環(huán)境的能力，在這里，周圍環(huán)境可以是體腔如腹腔內(nèi)部或盆腔的內(nèi)部。
[0006]人的運動系統(tǒng)是復雜的系統(tǒng)，它尤其控制自主運動，允許外科醫(yī)生移動身體部分如手和手指來控制手術器械在體腔中的運動。
[0007]另外，手術區(qū)的遙視通常以二維形式被顯示在監(jiān)視器上，而手術器械的操縱是三維的；這導致差的空間進深感，這使得外科醫(yī)生更難以學到用于將遙視(二維)的視覺感知與移動手術工具(立體)的運動系統(tǒng)關聯(lián)起來的新能力。
[0008]另外，如果手術工具通過手術機器人被控制，則外科醫(yī)生的正常立體運動行為通過機器人被處理和改變，這使得外科醫(yī)生更難以在微創(chuàng)手術中將他或她的視覺與運動系統(tǒng)正確關聯(lián)起來。
[0009]微創(chuàng)手術的培訓通常在基礎手術培訓之后進行并且基于學習者身份，在此所述技能在由老練的外科醫(yī)生完成的直接臨床手術中獲得。此培訓方法給患者帶來相當大的危險并且要求老練的外科醫(yī)生付出相當長的時間。
[0010]因此，優(yōu)選模擬器如腹腔鏡模擬器的使用以便無經(jīng)驗的外科醫(yī)生在開始做臨床手術之前學習基本技能。在需要掌握的最重要的技能中包括將由間接目視所收到的信息轉換為三維理解的能力。
[0011]用于提供改善的進深感的不同做法已經(jīng)例如如EP2630915所述地被提出，在這里描述了一種用在微創(chuàng)手術中的照明器械。照明器械包括細長管件和安裝在細長管件上的計量系統(tǒng)。計量系統(tǒng)包括標記、變焦透鏡組件和發(fā)光元件，發(fā)光元件布置成其傳播光束經(jīng)過掩模和變焦透鏡組件以投射掩模圖案至有興趣的手術位點上而作為供外科醫(yī)生測量用的基準提供標記。
[0012]US2013/0296712描述了一種用于內(nèi)窺鏡維度測量的設備，包括用于在包含具有實際維度測量結果和基準點的形狀的手術視野上投射光圖案的光源，還包括用于通過比較投射光圖案的實際維度測量結果與手術位點來分析手術視野上的投射光圖案的機構。
[0013]W02013/163391描述了一種圖像產(chǎn)生系統(tǒng)，外科醫(yī)生可以借此通過使用不可見光來標記圖案到手術區(qū)上測量手術區(qū)內(nèi)的結構的尺寸或相互間的距離。
[0014]該系統(tǒng)包括第一相機;第二相機;光源，以人眼不可見的頻率產(chǎn)生光;擴散單元，投射來自的不可見光源的預定光圖案;器械，投射不可見光的預定圖案至靶區(qū)；帶通濾光器，引導可見光至第一相機并引導不可見光的預定圖案至第二相機;其中第二相機成像靶區(qū)和不可見光的預定圖案，并且計算立體圖像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的是提供一種工具，其包括適合用在微創(chuàng)手術中和/或適合用于培訓這種手術器械的操作的手術器械，該工具給外科醫(yī)生提供了良好視覺感知以操作手術器械且最好是在進行手術時提供增強的視覺感知，所述工具同時比較易用且能以足夠的成本來制造。
[0016]另一個目的是提供一種進行微創(chuàng)手術的方法和/或其培訓的方法，該方法給外科醫(yī)生提供了良好的視覺感知。
[0017]這些和其它的目的已經(jīng)通過如權利要求書所限定且如本文以下所述的本發(fā)明或其實施例來達成。
[0018]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明或其實施例具有本領域技術人員將從以下說明中清楚知道的許多附加優(yōu)點。
[0019]提供一種呈用于微創(chuàng)手術的關聯(lián)套件形式的工具，包括手術器械和圖案產(chǎn)生部件，它們可以被如下所述地組裝而形成手術器械組件。
[0020]在本發(fā)明的一個實施例中提供一種用在微創(chuàng)手術中的手術器械組件，其增強外科醫(yī)生的視覺感知以便外科醫(yī)生能在微創(chuàng)手術中將他或她的視覺感知和運動系統(tǒng)關聯(lián)起來，由此可以根據(jù)遙視執(zhí)行手術器械的既定運動。
[0021]用于微創(chuàng)手術的關聯(lián)套件包括手術器械和圖案產(chǎn)生部件。手術器械具有遠端和近端并且包括在其近端的手柄部、在其遠端的手術工具和將手柄部連接至手術工具的主體部。圖案產(chǎn)生部件包括圖案光源和投射件。圖案光源被有效連接至投射件以投射光圖案。圖案產(chǎn)生部件的至少投射件被構造成至少暫時固定至手術器械的主體部，從而手術工具的運動導致投射件的關聯(lián)運動。
[0022]由此，當工具被移動時，投射件將按照關聯(lián)方式移動，這導致在遠側設置表面上看到的投射圖案將相應變化。這種投射圖案響應于外科醫(yī)生移動工具的變化給外科醫(yī)生提供了很好的立體空間視覺感知，在該立體空間內(nèi)該手術工具被移動，由此將使外科醫(yī)生更簡單但高精度地操作該手術工具。另外，外科醫(yī)生需要較短時間以在立體空間中定向，這也使得相對快速地進行外科手術成為可能。
[0023]術語“遠端”和“近端”應該與手術器械取向相關地來理解。
[0024]短語“遠端方向”是指具有從手術器械的近端朝遠端取向的矢量的方向。
[0025]短語“近端方向”是指具有從手術器械的遠端朝近端取向的矢量的方向。
[0026]遠端方向和近端方向是在手術器械主體部處于筆直姿態(tài)時被確定的。
[0027]相對于遠端方向和近端方向的任何平面和角度在手術器械主體部處于筆直姿態(tài)時都被良好確定。
[0028]手術器械主體部具有在筆直姿態(tài)下所確定的縱軸線，該縱軸線平行于遠端方向和近端方向。
[0029]短語“在遠側”是指“在遠端方向上設置在一個位置上”。短語“設于遠側”是指設于手術器械遠端的遠側。
[0030]術語“手術器械組件”是指包括手術器械和圖案產(chǎn)生部件的組件。
[0031]術語“基本上”在此應該被用來表示包含普通的產(chǎn)品差異和公差。
[0032]術語“約”通常被用來保證包含了測量結果的不確定因素。術語“約”當在范圍內(nèi)被使用時應該在此被用來表示范圍中包含測量結果的不確定因素。
[0033]應該強調的是，本文所用的術語“包括/包含”將作為開放式術語來理解，即它應該被用來具體說明存在所明確指出的特征如元件、單元、整體、步驟、組成部件和其組合，但沒有排除存在或添加一個或多個其它所述特征。
[0034]在整個說明書或權利要求書范圍內(nèi)，單數(shù)包含復數(shù)，除非上下文另有規(guī)定或要求。
[0035]在一個實施例中，用在外科醫(yī)生利用手術區(qū)的間接目視在體腔內(nèi)進行外科手術的微創(chuàng)手術中的手術器械，包括用于操作器械的手柄部和從手柄部伸出且包括手術工具的主體部，其中，該主體部適于穿過身體內(nèi)的切口被插入體腔。圖案產(chǎn)生部件被固定至主體部，并且當主體部被插入體腔時，圖案產(chǎn)生部件投射光圖案在手術區(qū)的區(qū)域上，從而手術區(qū)的輪廓和器械的位置可以由外科醫(yī)生根據(jù)光圖案的間接目視來推斷。
[0036]于是，外科醫(yī)生可以利用光圖案作為基準以將遙視與手術工具運動關聯(lián)起來。光圖案可以作為單目鏡基準來理解，其允許外科醫(yī)生確定手術器械的位置和手術區(qū)的輪廓。結果，本發(fā)明允許外科醫(yī)生克服在微創(chuàng)手術中將他或她的視覺感知與運動系統(tǒng)關聯(lián)的難處。
[0037]在一個實施例中，手術區(qū)的間接目視可通過經(jīng)切口被插入身體的內(nèi)窺鏡來獲得。內(nèi)窺鏡有利地被連接至用于以二維圖像顯示手術區(qū)的監(jiān)視器。
[0038]該手柄部可包括供外科醫(yī)生抓住并由此直接控制手術器械的實體手柄。在另一個實施方式中，該手柄部通過使用被連接至控制機構如手術機器人的操縱部件來控制，從而外科醫(yī)生能間接控制手術器械。
[0039]本發(fā)明還包括處于組裝狀態(tài)下的關聯(lián)套件即手術器械組件。
[0040]上述的手術器械組件既可以被用在外科醫(yī)生的微創(chuàng)手術培訓中，也可被用在實際的外科手術中。當在培訓中使用時，它將縮短在微創(chuàng)外科醫(yī)生足夠熟練來做現(xiàn)場手術之前的培訓時間。
[0041]光圖案例如可以是網(wǎng)格或產(chǎn)生所述圖案的許多光點。在一個實施例中，該光圖案包括一個或多個光錐，其形成幾何形狀如正方形。外科醫(yī)生于是可以利用由該幾何形狀的邊緣所限定的曲線形狀來確定手術器械的位置和手術區(qū)的輪廓。
[0042]當在實際外科手術過程中被使用時，它將幫助外科醫(yī)生，尤其盡量減小出錯的危險并保證比較順暢的外科手術過程。
[0043]該圖案產(chǎn)生部件的投射件有利地被構造用于至少暫時固定至手術器械主體部，從而手術工具的至少任何非轉動運動導致該投射件的關聯(lián)運動。
[0044]短語“手術工具的轉動運動”是只是轉動的運動，其轉動軸線在手術器械主體部是筆直時與手術工具的主體部的軸線重合。手術工具的任何其它運動是非轉動運動。
[0045]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果僅僅是手術工具的轉動運動導致投射件的和進而投射圖案的關聯(lián)運動，則一些外科醫(yī)生可能在某些情況下分心。
[0046]在一個實施例中如此設計該投射件或圖案形狀，僅僅手術工具的轉動運動不會導致投射件的和進而投射圖案的關聯(lián)運動。
[0047]在一個實施例中，圖案產(chǎn)生部件的投射件被構造用于至少暫時固定至手術器械主體部，從而手術工具的任何非轉動運動導致投射件的關聯(lián)運動。由此可獲得極大改善的立體視覺感知，其保證外科醫(yī)生能高精度操縱手術器械組件。圖案產(chǎn)生部件的固定有利地被設計成可由外科醫(yī)生控制，從而外科醫(yī)生能接通和關斷產(chǎn)生圖案響應于手術器械轉動的運動。在一個實施例中，圖案產(chǎn)生部件的至少投射件被構造用于借助固定件被至少暫時固定至手術器械主體部，該固定件包括轉動元件例如允許投射件至少部分轉動的回轉盤或轉盤，其中該固定件最好包括用于阻擋轉動元件轉動的開關。
[0048]圖案產(chǎn)生部件的投射件或者整個圖案產(chǎn)生部件適于暫時或永久固定至手術器械主體部。短語“暫時固定”被用來表示投射件或整個圖案產(chǎn)生部件可以在用后從手術器械上拆下，例如為了清理再用。
[0049]通過使手術器械和帶有投射件的圖案產(chǎn)生部件作為單獨單元以便例如由使用者組裝，使用者例如可以具有關聯(lián)套件，其具有多個不同的圖案產(chǎn)生部件供選擇，由此允許外科醫(yī)生選擇他/她針對具體手術所希望使用的圖案產(chǎn)生部件。
[0050]另外，它也允許比較簡單的制造，因為該關聯(lián)套件的手術器械和圖案產(chǎn)生部件可以被單獨制造和銷售。
[0051]在一個實施例中，該圖案產(chǎn)生部件被可拆卸地附接至該主體部。外科醫(yī)生于是可以根據(jù)需要取下該圖案產(chǎn)生部件。另外，該圖案產(chǎn)生部件可以被附接至現(xiàn)有的手術器械以獲得手術器械組件。
[0052]該投射件或整個圖案產(chǎn)生部件可以通過提供足夠安全附接的任何合適手段被附接至手術器械的主體部。該投射件或整個圖案產(chǎn)生部件例如可以通過碰合鎖、套管鎖合、螺紋鎖合、旋轉鎖合、楔形鎖合或其組合被暫時或永久固定至該手術器械。
[0053]通過作為可拆卸單元提供該圖案產(chǎn)生部件，該圖案產(chǎn)生部件或例如圖案產(chǎn)生部件的投射件可以在任何有需要時被更換。另外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在沒有圖案產(chǎn)生部件或其零部件的情況下更容易清理手術器械以便再用。在一個實施例中，該圖案產(chǎn)生部件是一次性單元。在一個實施例中，該投射件是一次性單元。
[0054]該圖案產(chǎn)生部件可以由外科醫(yī)生針對具體手術來選擇，即不同的圖案可能在不同的外科手術中是優(yōu)選的，例如不同的圖案形狀、不同的圖案尺寸和/或不同的(多種)波長。
[0055]在一個實施例中，該圖案產(chǎn)生部件的至少投射件通過套管被暫時固定至手術器械主體部，套管包圍該手術器械的主體部的至少一段長度。套管可以同時保持并保護光纖。套管原則上可以由任何材料構成。在手術器械組件被用于培訓的情況下，對套管材料沒有特殊要求，但通常期望套管是相對輕的材料的，例如密度低于I克/立方厘米，例如約為0.97克/立方厘米或更小。套管優(yōu)選由聚合物材料或者復合材料構成。為了應用在外科手術中，套管材料最好是烯烴聚合物、聚氨酯或硅樹脂。套管優(yōu)選具有低摩擦外表面以在手術期間減小套管和組織之間的摩擦。在一個實施例中，套管包括低摩擦的如PTFE或親水性材料的涂層，例如包含水凝膠(如基于甲基丙烯酸烷基酯)和/或聚乙烯吡啶的涂層。
[0056]套管最好布置成緊密套合該主體，即套管內(nèi)徑約等于或略大于主體。
[0057]圍繞該主體的套管材料(在此稱為套管壁)的厚度可以是考慮到下述因素的任何厚度，即手術器械組件不應該太龐大，尤其是套管的適于被穿過切口和/或培訓套件罩蓋中的孔的部分。套管壁厚度可以沿主體長度和/或在其圍繞主體的環(huán)形或半環(huán)形延伸范圍內(nèi)變化。合適的套管壁厚度的例子是從約0.1毫米至約10毫米，例如從約2毫米至5毫米。
[0058]在一個實施例中，套管包括由相同或不同材料制成的兩層或更多層。
[0059]在一個實施例中，該套管包括用于主體的第一細長通孔和用于光纖的單獨長孔，從而套管自最接近安裝時的手柄和投射件的套管端起提供用于光纖的保護罩。該套管可以包括例如用于圖案產(chǎn)生部件的其它元件的附加的通孔和/或凹窩，例如從而其它零部件如圖案產(chǎn)生部件的所有部分可以通過套管被固定至手術器械如手術器械的主體。由此，甚至變得更容易安裝該圖案產(chǎn)生部件。
[0060]套管的且尤其是適于穿過切口的套管部分的外徑有利地為約15毫米或更小，例如約10毫米或更小。對于某些應用場合，外徑可以更大。
[0061]在一個實施例中，該圖案產(chǎn)生部件的投射件可以通過套管被暫時固定至手術器械的主體部，在此套管包括緊鄰手柄布置的固定元件。該固定元件有利地包括例如如上所述的轉動元件。
[0062]在只有圖案光源未被固定至或不適合固定至手術器械的實施例中，希望將光引導至投射件的光纖可以布置在由外科醫(yī)生選擇的手柄的任一側且例如在固定位置上，以便在外科手術過程中不干擾外科醫(yī)生。
[0063]在一個實施例中，圖案產(chǎn)生部件的至少投射件和圖案光源通過套管被暫時固定至手術器械的主體部。
[0064]在一個實施例中，該圖案產(chǎn)生部件的所有零部件通過套管被暫時固定至手術器械的主體部。圖案產(chǎn)生部件包括所述投射件和圖案光源和可選的電源和/或一個或多個控制元件例如下述的圖案光源控制單元。
[0065]在一個實施例中，圖案產(chǎn)生部件的至少投射件被永久固定至手術器械，圖案產(chǎn)生部件最好與手術器械集成在一起而形成一體式手術器械組件。
[0066]在一個實施例中，包括圖案光源和可選的電池的該圖案產(chǎn)生部件被集成到手術器械的主體中。
[0067]在手術工具和投射件之間的關聯(lián)運動有利地是這樣的，即，手術工具的某種運動導致該投射件的某種預定運動。
[0068]該手術器械原則上可以是用于微創(chuàng)手術的任何類型的手術器械。術語“手術器械”在此被用來表示這樣的器械，它用于執(zhí)行實際的侵害性動作，不同于用于照明或采集圖像的器械和類似的非侵害性器械。
[0069]在一個實施例中，該手術器械是腹腔鏡檢器械、關節(jié)鏡檢器械和/或胸腔鏡檢器械、胃鏡檢器械、結腸鏡檢器械、喉鏡檢器械、支氣管鏡檢器械、細胞鏡檢器械或者其組合。
[0070]在一個實施例中，該手術器械具有剛性的主體部并且手術器械的主體部有利地提供在手柄部和手術工具之間的剛性互連。例如該主體部是剛性的且該主體部優(yōu)選具有從手柄部延伸至手術工具的長度。該主體部最好沿其長度是筆直的。這樣的基本剛性的手術器械有利地是腹腔鏡檢器械、關節(jié)鏡檢器械和/或胸腔鏡檢器械。
[0071]腹腔鏡檢器械常被用于腹部微創(chuàng)手術。關節(jié)鏡檢器械常被用于在關節(jié)處或關節(jié)內(nèi)的微創(chuàng)手術。胸腔鏡檢器械常被用于在胸部的微創(chuàng)手術(心臟、肺、大血管)。
[0072]在一個實施例中，該手術器械是用于與內(nèi)窺鏡連用的內(nèi)窺鏡手術器械，在此該手術器械在手術過程中布置在該內(nèi)窺鏡中的通道內(nèi)。這樣的手術器械尤其適于胃鏡檢、結腸鏡檢、喉鏡檢、支氣管鏡檢和膀胱鏡檢，并且這樣的手術器械有利地具有柔性的主體部。在一個實施例中，該手術器械主體部提供手柄部與手術工具之間的柔性相互連接。
[0073]總體上，用于微創(chuàng)手術的手術器械是比較相似的，但它們通常就其目的而言在尺寸上是不同的，即無論其是否是腹腔鏡檢器械、關節(jié)鏡檢器械和/或胸腔鏡檢器械。另外，如上所述，手術器械的主體部可以是剛性的或柔性的。
[0074]手術器械的主體部原則上根據(jù)要執(zhí)行的外科手術可以具有任何長度，例如從幾厘米如5厘米至約50厘米或甚至達到約200厘米。通常，柔性的手術器械將具有比剛性的手術器械更長的主體部。主體部的長度從手柄部至手術工具來確定。在一個實施例中，該主體部的長度從約35厘米至約40厘米。
[0075]該手術工具有利地適于在手術靶位執(zhí)行手術介入。在一個實施例中，手術工具選自抓具、縫線抓具、訂合器、手術鉗、解剖器、剪子、抽吸器械、夾持器械、電極、耳匙、燒蝕器、手術刀、持針器、活體檢視器和牽引器械或者其組合。
[0076]所有這樣的手術工具對本領域技術人員來說是眾所周知的并且將不做進一步詳細描述。手術工具有利地適于直接接觸組織地操作。這樣的器械需要非常精確地控制，因而本發(fā)明對在近端方向上改善手術器械的控制和操作以實現(xiàn)高精度微創(chuàng)手術做出了很有價值的貢獻。
[0077]該圖案光源原則上可以是能夠提供期望圖案的任何類型的光源。該光源可以是相干光源或非相干光源。
[0078]術語“相干光”在此被用來表示激光，而“非相干光”包含任何非激光的光，無論其相干度是多少。具有相對高的相干度的非相干光(有時被稱為部分相干光)通常是優(yōu)選的，因為非相干光提供了足夠亮的圖案，同時非相干光源通常能以比相干光低許多的成本獲得。
[0079]在一個實施例中，該圖案光源是相干光源例如半導體光源、例如激光二極管和/或VCSEL(垂直腔面發(fā)射激光器)光源。
[0080]在一個實施例中，該圖案光源是非相干光源，最好該光源是半導體光源如發(fā)光二極管(LED)。
[0081]該光圖案有利地由至少一個激光器和/或LED產(chǎn)生。激光器和LED(發(fā)光二極管)是有利的，因為它們能產(chǎn)生良好限定的光圖案，并且可以選擇波長和進而顏色，因此所述圖案在遙視中被增強，例如從而該光圖案可被清楚看見且在監(jiān)視器上被增強。
[0082]該圖案光源有利地具有相對窄的帶寬，由此提供窄帶寬內(nèi)的亮光，同時發(fā)射相對低的光能。這既對避免不希望地加熱手術靶位是有利的，也有利地具有使外科醫(yī)生失明的低風險。
[0083]在一個實施例中，該圖案光源具有高達約50納米、例如從I納米至約40納米的帶寬(半峰全寬FWHM)。圖案光源的窄帶寬優(yōu)選為約25納米或更小，例如為約10納米或更小。
[0084]在一個實施例中，該圖案光源具有從約450納米至約600納米、例如約532納米的中心波長。
[0085]在一個實施例中，該圖案光源具有在610納米<λ〈760納米范圍內(nèi)的紅色中心波長。
[0086]在一個實施例中，該圖案光源具有在590納米<λ〈610納米范圍內(nèi)的橙色中心波長。
[0087]在一個實施例中，該圖案光源具有在570納米<λ〈590納米范圍內(nèi)的黃色中心波長。
[0088]在一個實施例中，該圖案光源具有在500納米<λ〈570納米范圍內(nèi)的綠色中心波長。
[0089]在一個實施例中，該圖案光源具有在450納米<λ〈500納米范圍內(nèi)的藍色中心波長。
[0090]原則上，該圖案光源可以包括任何波長例如在可見光范圍內(nèi)或不可見光范圍內(nèi)的波長。在光不可見的情況下，該光圖案適于由能夠檢測所述光波長的檢測器來發(fā)現(xiàn)。檢測器例如可以是計算機的一部分，該計算機被連接至用于顯示該圖案的監(jiān)視器，和/或該檢測器可以是如下進一步所述的機器人的一部分。
[0091]在一個實施例中，該圖案光源具有包括可見光的帶寬，可見光的波長范圍從約400納米至約900納米，優(yōu)選從約450納米至約700納米，最好從約500納米至約650納米。
[0092]在一個實施例中，該圖案光源具有包括不可見光的帶寬，例如波長大于約900納米和/或小于約450納米的光。
[0093]在一個實施例中，該圖案產(chǎn)生部件包括兩個或更多的具有相同或不同的帶寬的圖案光源，其中所述兩個或更多的圖案光源優(yōu)選被有效連接至該投射件。
[0094]所述兩個或更多的圖案光源可相互獨立地被操作，即它們能被單獨地接通和關斷，如利用非手持式單元或被集成到手術器械手柄中的單元。
[0095]在一個實施例中，兩個或更多的圖案光源可被連接至單獨的投射件。
[0096]通常，人們希望該圖案光源(或多個光源)可以利用圖案光源控制單元被接通和關閉并且可選地在波長和/或強度方面被改變。在一個實施例中，該圖案光源控制單元是非手持式單元如踏板或聲音激活的控制單元，由此外科醫(yī)生能以簡單方式控制光圖案。在一個實施例中，圖案光源控制單元被集成到手術器械手柄中以便外科醫(yī)生簡單操作。
[0097]該圖案光源有利地布置成提供圖案輸出功率，其足以產(chǎn)生可見圖案，但沒有高到可能產(chǎn)生不希望的熱量。該圖案光源優(yōu)選布置成提供高達約5mW(毫瓦)的例如從約0.1mW至約4mW、例如從約0.5mW至約1.5mW的圖案輸出功率。圖案輸出功率最好是可調節(jié)的。圖案輸出功率作為投射件的輸出功率來確定。
[0098]該圖案產(chǎn)生部件的投射件適于投射圖案。該圖案產(chǎn)生部件的投射件有利地包括相位光學元件、空間光調制器、多階衍射透鏡、全息透鏡、菲涅爾透鏡和/或計算機控制的光學元件。
[0099]相位光學元件可以有利地是衍射光學元件(DOE)。
[0100]在一個實施例中，相位光學元件能產(chǎn)生具有周期性強度分布的圖像。
[0101]衍射光學元件是本領域眾所周知的并且例如可采用具有復雜微結構的表面用于其光學功能。微結構表面起伏輪廓具有兩個或更多的表面水平。該表面結構或是被蝕刻在熔融二氧化硅玻璃或其它玻璃類型中，或是壓印在各種聚合物材料中。另外，衍射光學元件可以實現(xiàn)與折射光學元件例如透鏡、棱鏡或非球面鏡幾乎相同的光學功能，但它們更小且輕許多。DOE不局限于激光應用。來自LED或其它光源的部分相干光也可以被調制。
[0102]在一個實施例中，DOE如US2013/0038836所述，例如如圖1所示和/或如在US2013/0038836的段落[015]中所述。
[0103]在一個實施例中，衍射光學元件包括“多階衍射”透鏡，例如采用單衍射階的傳統(tǒng)衍射光學元件，其中該透鏡的光功率與光波長直接成比例。
[0104]該投射件可以包括任何類型的光束操控件用于提供期望圖案，例如透鏡和/或反射鏡和/或分光鏡和/或濾光器和/或準直器。
[0105]在一個實施例中，該投射件包括空間光調制件?？臻g光調制件被構造用于調制光圖案，例如通過調制圖案罩蓋的透明性，如通過計算機調制。在一個實施例中，空間光調制件布置用于調制來自圖案光源的光的強度和/或相位以由此調制所發(fā)出的光圖案。
[0106]為了保證微創(chuàng)手術能以期望的小切口進行，通常希望該圖案產(chǎn)生部件的待安裝到手術器械主體部上的部分相對小。
[0107]當圖案產(chǎn)生部件被固定至手術器械主體部且主體部處于筆直姿態(tài)時，該圖案產(chǎn)生部件的投射件有利地具有垂直于近端方向的最大伸展面積，所述最大伸展面積高達約4平方厘米，例如高達約2平方厘米，例如從約0.01平方厘米至約I平方厘米，例如從約0.1平方厘米至約0.5平方厘米。
[0108]在整個圖案產(chǎn)生部件要被固定至手術器械主體部的情況下，當圖案產(chǎn)生部件被固定至手術器械的主體部且主體部處于筆直姿態(tài)時，人們期望整個圖案產(chǎn)生部件具有垂直于近端方向的最大伸展面積，所述最大伸展面積高達約4平方厘米，例如高達約2平方厘米，例如從約0.01平方厘米至約I平方厘米，例如從約0.1平方厘米至約0.5平方厘米。
[0109]該圖案光源被有效連接至投射件以傳輸光至投射件。有效連接原則上可以是任何類型的光波導元件，例如光纖、一個或多個透鏡、反射鏡、分光鏡、準直器、放大器或任何其它合適的光學元件。
[0110]在一個實施方式中，該光源并不打算被插入體腔中，并且有效連接如至少一個光波導適于將光從圖案光源經(jīng)過身體內(nèi)的切口引導至該投射件。于是，該圖案產(chǎn)生部件的被插入到體腔中的投射件可被制造成相對小，因為可以在體腔外產(chǎn)生光并通過光波導將其引導至體腔，光可在體腔中被投射到手術區(qū)的區(qū)域。圖案光源有利地可以從所述至少一個光波導上被拆下。這簡化了手術器械的消毒過程，因為圖案光源在它不進入體腔情況下不需要被消毒。在一個例子中有一個圖案光源，其或是被連接至一個光波導，或是被連接至多個光波導。在另一個例子中有多于一個的圖案光源。
[0111]在一個實施例中，圖案光源適于布置成距投射件有一定距離，例如從而圖案光源不必在使用中穿過切口。圖案光源在一個實施例中被集成到圖案光源殼體中，該圖案光源殼體布置成距手術器械有一定距離就位且有利地通過包括光纖的連接機構被連接至投射件。光纖優(yōu)選被聚合物罩蓋保護起來。
[0112]在一個實施例中，該圖案光源被(或適于被)連接至或集成到手術器械的手柄中。在此實施方式中，如上所述的圖案光源控制單元有利地也被(或適于被)連接至或集成到手術器械的手柄中。
[0113]該圖案產(chǎn)生部件被連接至或適于連接至電源。在一個實施例中，電源是電池。
[0114]圖案光源和/或可選的電池在一個實施例中被集成到或固定至手術器械的主體。圖案光源有利地被固定至或被集成到手術器械手柄中，該電池被集成到或固定到手術器械主體，最好靠近手術器械近端，例如相比于接近手術工具最接近手柄。
[0115]在一個實施例中，該圖案光源和電池被集成到圖案光源殼體中，圖案光源殼體適于在手術過程中外設，例如在上述手術器械的手柄中。
[0116]在圖案光源和電池被集成到圖案光源殼體的一個實施例中，圖案光源殼體被集成到或固定至手術器械主體，最好靠近手術器械近端，例如相比于接近手術工具最接近手柄。
[0117]在一個實施例中，該圖案光源和電池與投射件一起被集成到圖案光源殼體中以形成圖案產(chǎn)生部件，其適于安裝至手術器械的主體部。
[0118]在一個實施例中，圖案光源和可選的圖案光源控制單元適于或者被連接至或整合至手術器械手柄，圖案光源被連接至距手術器械有一定距離設置的外部電池。
[0119]在一個實施例中，該圖案光源和/或電源或電力輸入連接器利用上述的套管被固定至手術器械的主體。在此實施例中，其它零部件例如投射件和可選的控制單元最好也利用該套管被固定至手術器械的主體。
[0120]在一個實施例中，所述投射件、圖案光源、呈一個或多個電池形式的電源或電力輸入連接器、投射件和上述的控制單元利用套管被固定至手術器械的主體。一個或多個例如全部的圖案光源、電源、投射件和控制單元有利地(暫時或永久)在套管被安裝至手術器械主體之前被固定至該套管，由此提供很簡單的零部件組裝以提供組裝的手術器械待用。所述圖案光源、電源、投射件和/或控制單元最好被固定至套管，通過被完全或部分集成在套管材料中、通過設置在套管多層之間、通過機械附接至該套管如通過布置在套管槽窩中和例如通過被連接至另一零部件(例如被附接至套管的零部件中的另一個)而被附接固定在那里。在一個實施例中，所述圖案光源、電源、投射件和/或控制單元中的一個或多個部件通過膠、焊接、螺紋、鉚釘或任何其它合適手段被機械附接至套管。
[0121]在一個實施例中，該圖案光源和電池連同投射件被集成到圖案光源殼體中而形成圖案產(chǎn)生部件，并且圖案產(chǎn)生部件在套管被安裝至手術器械主體之前被(暫時或永久)固定至該套管。
[0122]在一個實施方式中，該圖案產(chǎn)生部件將光圖案投射在在主體部前方的區(qū)域上，覆蓋了相對于側面的90度，最好是60度。在主體部前方是指沿著主體部的縱軸線且遠離手柄部(在遠端方向上)，最好在手術工具前方。
[0123]在一個實施例中，如此構成圖案產(chǎn)生部件的投射件，即當它被固定至手術器械主體部時，它設置用于發(fā)射圖案，該圖案包含相對于其縱軸線所成的角度為從約5度至約85度(或甚至達到90度)、例如從約10度到約60度、例如從約15度到約50度的許多投射方向。
[0124]當圖案產(chǎn)生部件的投射件被固定至手術器械主體部時，它適于發(fā)射圖案，從而手術工具的運動導致圖案的關聯(lián)變化。
[0125]所述圖案可具有任何期望的形狀。在所述圖案由一個或多個同心圓構成的情況下，手術工具的任何非轉動運動有利地導致該圖案的關聯(lián)變化。
[0126]圖案變化例如可以是形狀、位置、尺寸和/或顏色的變化。
[0127]在一個實施例中，投射件被固定至或適于固定至手術器械主體部，從而該圖案在手術器械只經(jīng)歷周向運動時保持基本固定不動，此時手術器械主體部的縱軸線作為周向運動的中心。
[0128]在一個實施例中，投射件在被固定至手術器械主體部時被構造成發(fā)射圖案，所述圖案在被投射到垂直于遠端方向的表面時最多是10重旋轉對稱，最好所述圖案是最多8重旋轉對稱。
[0129]這樣的非完全旋轉對稱但具有高達10重旋轉對稱的圖案給予使用者甚至更好的關于手術器械的且尤其是手術工具的位置的視覺信息。例如使用者可以高精度看到手術工具的任何扭曲和角度移動。
[0130]在一個實施方式中，該光圖案是網(wǎng)格。因此，該光圖案是光網(wǎng)格，其在手術器械處于使用中時被投射在手術區(qū)的一個區(qū)域上。網(wǎng)格線的變化例如可以別用來推斷體腔如投射表面的輪廓和/手術區(qū)的輪廓。當手術器械被移動時的在交叉的和/或平行的網(wǎng)格線之間的角度和距離的變化例如可以被用來確定手術器械的取向。
[0131]短語“手術區(qū)”、“手術位點”和“手術靶位”在此可互換使用。在某些情況下，如以下將解釋的那樣，該手術位點是人工手術位點。
[0132]在一個實施例中，該光圖案包括多個光點。當手術器械被移動時，點的位置和/或點之間的距離將改變，這甚至進一步增強外科醫(yī)生推斷出手術器械的位置和手術區(qū)的區(qū)域輪廓的能力。
[0133]在一個實施例中，被固定至手術器械主體部的投射件被設計用于發(fā)射圖案，該圖案在被投射到垂直于手術器械主體部的縱軸線的表面時包括多條斜線。該圖案有利地包括線條網(wǎng)格，如包括一組或多組平行線的網(wǎng)格。
[0134]在所述圖案具有傾斜線圖案的情況下，在被投射到垂直于遠端方向的表面時，手術器械的傾斜例如可以通過這種斜線的變化如其中一條或多條線的變形、線條角度變化和/或線條之間距離的變化來觀察。
[0135]該圖案有利地大到足以保證手術工具的良好視覺感知及其運動，即便手術工具在手術過程中正接觸組織。
[0136]在一個實施例中，在安裝狀況(即固定至手術器械主體部)下的投射件被構造用于發(fā)射圖案，所述圖案在被投射到投射表面時緊接在手術工具的外側且垂直于手術器械主體部的縱軸線，其所具有的圖案光束尺寸作為內(nèi)切于所述圖案的圓的直徑來確定，至少為約0.5厘米、例如從達到約60厘米，優(yōu)選從約I厘米至約25厘米。由此，使用者可以通過所述圖案和圖案變形被引導，即便當手術工具靠近或甚至接觸組織時。
[0137]距離投射表面越遠，被投射到投射表面上的圖案有利地變大。在一個實施方式中，當手術器械被移動到在手術工具和投射表面之間的某距離時，圖案光束尺寸在投射表面上按比例增大。圖案光束尺寸有利地增大，從而在I厘米距離情況下，圖案光束尺寸比零距離時大了至少約5 %。在一個實施例中，圖案光束尺寸增大，從而在I厘米距離情況下，圖案光束尺寸比零距離時大了至少約10%，例如達到200%。
[0138]本發(fā)明還包括一種外科手術系統(tǒng)，其適用于進行微創(chuàng)手術或適用于進行微創(chuàng)手術的培訓。
[0139]該外科手術系統(tǒng)包括包含用于照明手術靶位的照明光源的照明部件、用于采集手術靶位圖像的相機部件、用于顯示采集圖像的監(jiān)視器和至少一個手術器械組件。
[0140]該手術器械組件包括手術器械和圖案產(chǎn)生部件。該手術器械具有遠端和近端并且包括在其近端的手柄部、在其遠端的手術工具和將手柄部連接至手術工具的主體部。圖案產(chǎn)生部件包括圖案光源和投射件，其中該圖案光源被有效連接至投射件以投射光圖案。該圖案產(chǎn)生部件的至少投射件被至少暫時固定至手術器械的主體部，從而手術工具的運動導致該投射件的關聯(lián)運動。
[0141]在一個實施例中，手術工具的至少任何非轉動運動導致投射件的關聯(lián)運動。
[0142]手術器械組件有利地是如上所述的組裝的關聯(lián)套件。
[0143]相機部件可以是能夠采集手術靶位的圖像的任何部件。在一個實施例中，相機部件呈內(nèi)窺鏡如剛性內(nèi)窺鏡或柔性內(nèi)窺鏡的形式。這樣的剛性和柔性的內(nèi)窺鏡是現(xiàn)有技術中眾所周知的，任何現(xiàn)有技術的內(nèi)窺鏡可以形成該外科手術系統(tǒng)的相機部件。
[0144]該相機部件可選地通過計算機和/或通過互聯(lián)網(wǎng)被無線或連線有效連接至監(jiān)視器。相機例如可以包括物鏡和將圖像自物鏡傳送至監(jiān)視器的透鏡系統(tǒng)，一般在剛性內(nèi)窺鏡情況下是中繼鏡系統(tǒng)，或者在柔性內(nèi)窺鏡(纖維內(nèi)窺鏡)情況下是光學纖維束。
[0145]照明部件可以是單獨的照明部件，或者它例如可以被集成到相機部件如內(nèi)窺鏡中。
[0146]在一個實施例中，外科手術系統(tǒng)包括內(nèi)窺鏡，內(nèi)窺鏡包括照明部件和相機部件。在內(nèi)窺鏡包括照明部件(或照明器械)和相機部件的情況下，這些零部件有利地被集成到內(nèi)窺鏡中。在一個實施例中，內(nèi)窺鏡可以包括用于照明部件的通道。
[0147]該照明光源通常位于體外并且照明光一般通過光纖系統(tǒng)被引導。
[0148]在一個實施例中，該相機部件是內(nèi)窺鏡，包括用于手術器械組件的通道。
[0149]在一個實施例中，該照明部件包括照明器械和有效連接至照明器械的照明光源，該照明光源優(yōu)選適于距照明器械有一定距離就位且最好通過光纖被有效連接至照明器械。
[0150]該照明器械未被有效連接至手術器械以根據(jù)手術器械的手術工具的位置來改變位置。
[0151]照明器械是發(fā)出照明的部件。照明部件可以是用于照明光的投射件，如包括如上所述的相位光學元件、空間光調制件、多階衍射透鏡、全息透鏡、菲涅爾透鏡和/或計算機控制光學元件的投射件。
[0152]照明光可以是任何類型的光，例如在現(xiàn)有技術的照明部件中采用的照明光。照明光源可以是相干光源或者非相干光源。在一個實施例中，照明光源是鹵素光源、弧光源和/或LED光源。
[0153]在一個實施例中，照明光源是弧光源如照明用氙氣光源。
[0154]在一個實施例中，照明光源選自VCSEL光源和超連續(xù)光譜光源。
[0155]出眾的照明光源是融合有高顯色性、高流明和盡量少的紫外線和紅外線的照明光源。
[0156]通常，人們希望照明光源具有比較大的帶寬以提供良好照明。該照明光源有利地具有包含可見光的帶寬，該可見光的波長在從約400納米至約900納米的范圍內(nèi)，優(yōu)選在從約450納米至約700納米的范圍內(nèi)，最好在從約500納米至約650納米的范圍內(nèi)。如下所述，如果外科醫(yī)生希望觀察被窄帶寬光照明的某組織，則照明部件可以包括濾光器如開關濾光器或可調諧濾光器。
[0157]照明光源優(yōu)選具有至少約50納米、例如從約60納米至約800納米或更大的帶寬(半峰全寬FWHM)。
[0158]所述照明光源和圖案光源最好互不相同，從而外科醫(yī)生或計算機能將光圖案反射光與照明反射光區(qū)分開。圖案光源優(yōu)選相對于照明光源的帶寬具有窄帶寬。在一個實施例中，圖案光源所具有的帶寬是照明光源帶寬的大約一半或更小。在一個實施例中，圖案光源所具有的帶寬是照明光源帶寬的1/10或更小。
[0159]在一個實施例中，圖案光源在其帶寬內(nèi)所包括的波長具有比在照明光帶寬內(nèi)更高的功率，由此，外科醫(yī)生或計算機能將光圖案反射光與照明反射光區(qū)分開。
[0160]在一個實施例中，圖案光源在其帶寬內(nèi)所包括的波長未被包含在照明光源的帶寬內(nèi)。圖案光源優(yōu)選包括小于550納米的波長，且照明光源不包括小于550納米的波長。
[0161]在一個實施例中，該照明光源和或該照明器械包括濾光器如可調諧的濾光器和/或開關濾光器。由此，使用者可以從發(fā)射向手術靶位的寬帶照明切換至窄帶照明，例如以便在某種光中觀察某種組織以揭示病損。
[0162]在一個實施方式中，光照明的或光圖案的反射光波長的數(shù)據(jù)可以被獲得并且一個系統(tǒng)可以適于接收該數(shù)據(jù)且確定手術位點內(nèi)的組織性能。通過分析反射光，組織的某些性能可以被確定。這例如可以是組織內(nèi)的氧氣水平及其變化以及組織類型。例如反射光可被用來確定組織是哪種器官的一部分，這向外科醫(yī)生指明它們是哪些器官并由此幫助外科醫(yī)生到達感興趣的區(qū)域。
[0163]在一個實施例中，該外科手術系統(tǒng)還包括標記部件，其包括標記器械和標記光源。標記部件被用于例如用標記光圖案如點劃圖案或網(wǎng)格標記手術靶位。這樣的標記圖案與手術工具的位置無關且所述圖案不會以相對于手術器械或手術器械的手術工具的運動的關聯(lián)方式改變。標記圖案優(yōu)選在外科手術過程中保持基本不動(或只是接通和關閉)。標記器械例如是用于標記光的投射件并且例如布置在內(nèi)窺鏡上。
[0164]標記光源有利地不同于圖案光源和照明光源，標記光源優(yōu)選具有達到約50納米、例如從I納米至約20納米的帶寬(半峰全寬FWHM)。
[0165]在一個實施例中，標記光源是如W02013/163391所述的不可見光源。
[0166]在一個實施例中，標記光源包括可見光。
[0167]在一個實施例中，標記部件是如US2013/0296712所述的計量系統(tǒng)的投射件組件。
[0168]本發(fā)明也包括一種適合用于微創(chuàng)手術培訓的培訓套件。
[0169]培訓套件包括如上所述的外科手術系統(tǒng)、人工手術位點和用于人工手術位點的罩蓋，其中所述罩蓋包括一個或多個用于手術器械組件的通孔。罩蓋例如能以屏、板、簾、彎曲屏擋或其任何組合的形式成形。
[0170]該相機部件被構造用于采集人工手術位點的圖像并且例如可以是如上所述的。在一個實施例中，該相機部件在所述罩蓋的朝向人工手術位點的一側被固定至所述罩蓋。在一個實施例中，該相機部件被布置成被穿過所述一個或多個通孔。
[0171]該照明部件被構造成朝向人工手術位點發(fā)光并且例如可以是如上所述那樣的。在一個實施例中，該照明部件在所述罩蓋朝向人工手術位點的一側被固定至所述罩蓋。在一個實施例中，該照明部件布置成穿過所述一個或多個通孔。
[0172]可選地呈組合式照明部件/相機部件形式的所述照明部件和相機部件最好被固定至所述罩蓋。在一個實施例中，可選地呈組合式照明部件/相機部件形式的所述照明部件和相機部件具有近端和遠端，其中所述相機部件和照明部件在其遠端上裝有相機鏡頭和照明發(fā)射器，并且所述一個或多個通孔被調整，從而所述手術器械的和相機部件/照明部件的遠端能被穿過所述一個或多個孔。
[0173]該相機部件有利地與計算機數(shù)據(jù)連接(無線或連線)，該計算機被編程以監(jiān)視手術器械的手術工具的運動。計算機最好被編程以監(jiān)視與時間相關的光圖案的形狀和尺寸并且基于此確定手術工具的運動。該計算機有利地還被編程以評估使用者表現(xiàn)。
[0174]術語“計算機”被用來表示任何類型的計算機或計算機系統(tǒng)。計算機例如可以是單臺計算機或者數(shù)據(jù)連接的兩臺或更多的計算機。
[0175]在外科手術系統(tǒng)也包括如發(fā)出窄帶紫外光或紅外光的標記部件的情況下，所產(chǎn)生的標記圖案例如可以提供用于計算機的基準網(wǎng)格以確定手術工具的位置和運動。
[0176]本發(fā)明也包括用于執(zhí)行微創(chuàng)手術的培訓方法，包括培訓用于微創(chuàng)手術的手術器械的操作。
[0177]該培訓方法包括:
[0178].提供手術器械組件，其中該手術器械組件包括手術器械和圖案產(chǎn)生部件，該手術器械具有遠端和近端且包括在其近端的手柄部、在其遠端的手術工具和將手柄部連接至手術工具的主體部，該圖案產(chǎn)生部件包括圖案光源和投射件，其中該圖案光源被有效連接至投射件以投射光圖案，該圖案產(chǎn)生部件的至少投射件被至少暫時固定至手術器械的主體部，從而手術工具的運動導致投射件的關聯(lián)運動，和
[0179]?執(zhí)行多個培訓步驟，每個步驟包括將手術器械的遠端布置成指向培訓表面如手術靶位或人工手術位點，從投射件發(fā)射光圖案，從而光圖案自培訓表面被反射，移動手術器械并觀察光圖案的相應變化。
[0180]在一個實施例中，所投射的光圖案適于能夠改變形狀、位置、尺寸和/或顏色。外科醫(yī)生于是可以保證光圖案在手術區(qū)上具有最佳的形狀和/或延伸和/或位置以進一步增強外科醫(yī)生的根據(jù)間接目視協(xié)調手術器械運動的能力。在一個例子中如此選擇光圖案的顏色，手術區(qū)內(nèi)的特定目標看上去相比于手術區(qū)內(nèi)的其它目標更清楚和/或以更高對比度呈現(xiàn)。這可以被用來突顯手術區(qū)內(nèi)的目標，例如是外科手術標靶的器官。
[0181]在一個實施例中，該培訓方法包括以下步驟:提供孔腔，提供用于孔腔區(qū)域的間接目視的系統(tǒng)，將手術器械組件的手術工具和至少一段主體部插入該孔腔中，將光圖案投射在可讓間接目視系統(tǒng)看到的孔腔壁上，移動該器械并且通過該間接目視系統(tǒng)觀察光圖案的關聯(lián)變化。
[0182]在一個實施方式中，關于光圖案的形狀、位置、尺寸和/或顏色和/或其變化的數(shù)據(jù)被獲得，并且計算機被編程以接收該數(shù)據(jù)并確定手術工具的位置。工具的位置有利地被傳送至外科醫(yī)生。手術工具的位置例如可以包括手術工具和培訓表面如手術靶位或人工手術位點之間距離的信息。該距離可以呈現(xiàn)在例如以毫米顯示距離的遙視用監(jiān)視器上。該距離可以針對在手術工具和體腔內(nèi)的其它目標之間的任何距離來給出。
[0183]因此，可以根據(jù)在孔腔內(nèi)的一段手術器械的遙視來培訓手術器械組件的操作。利用此培訓方法，手術器械組件的操作將增強把通過間接目視所獲得的信息轉換為器械位置和孔腔內(nèi)部輪廓的空間理解的能力。于是，它將培訓在通過遙視觀看時正確關聯(lián)視覺感知和運動系統(tǒng)(手眼協(xié)調)的能力。
[0184]在一個實施例中，該方法被調整從而手術工具的位置和/或光圖案的變化被獲得且被傳送至計算機，并且該計算機適于根據(jù)所述位置和/或光圖案的變化的數(shù)據(jù)的評估來確定手術器械操作者的能力。
[0185]培訓中的外科醫(yī)生將在培訓過程中有利地移動手術器械組件以完成既定任務。如果光圖案的形狀、位置、尺寸和/或顏色和/或其變化被連接至遙視的計算機記錄下來(如通過腹腔檢查鏡)，那么外科醫(yī)生的操作手術器械組件的能力可以被確定。例如如果光圖案具有重復變化，則它能表示操作者多次進行手術器械的相同運動并因此難以完成具體任務如對準器械以抓取人工手術位點中的特定物體。因此可以說，計算機能在培訓課程中根據(jù)光圖案的形狀、位置、尺寸和/或顏色和/或其變化對外科醫(yī)生的表現(xiàn)評分。應該理解，上述特征也可以在實際外科手術中被采用以在外科手術過程中評估外科醫(yī)生的能力。
[0186]在一個實施例中，該培訓方法包括將手術工具移向培訓表面且相對于培訓表面來回移動并觀察光圖案的相應變化的至少一個培訓步驟。
[0187]在一個實施例中，該培訓方法包括相對于該培訓表面扭曲移動和/或傾斜移動手術工具并觀察光圖案的相應變化的至少一個培訓步驟。
[0188]該手術器械組件有利地是上述的外科手術系統(tǒng)的一部分和/或該手術器械組件是上述的培訓套件的一部分。
[0189]在一個實施例中，該培訓方法包括朝向人工手術位點將相機部件的遠端和照明部件的遠端穿過所述罩蓋的一個或多個孔，通過該照明部件照明該人工手術位點，通過該相機部件采集人工手術位點的圖像，并傳送所采集的圖像至監(jiān)視器以顯示所采集的圖像，將手術器械的手術工具穿過所述罩蓋的孔，并朝向人工手術位點發(fā)射光圖案，相對于培訓表面如手術靶位或人工手術位點移動該手術器械，并且觀察在監(jiān)視器上成像的光圖案及其對應于手術器械的各個運動的變化。
[0190]在一個實施例中，該方法還包括通過監(jiān)視與時間相關的光圖案的形狀、位置、尺寸和/或顏色和/或其變化來評估受訓者的表現(xiàn)并基于此確定手術工具的一連串運動且評估表現(xiàn)。所述表現(xiàn)有利地通過根據(jù)預設的一連串運動基準化分析手術器械的運動被評估。
[0191]本發(fā)明也包括一種執(zhí)行在患者皮膚區(qū)下方的體內(nèi)結構中的手術靶位的微創(chuàng)手術的方法。該手術方法包括提供接近手術靶位的進口，這包含提供穿過皮膚區(qū)的切口，還包括穿過該切口插入用于照明手術靶位的照明部件、用于采集該手術靶位的圖像的相機部件和至少一個手術器械組件。該相機部件被有效接合至用于顯示所采集的圖像的監(jiān)視器。腹腔鏡檢器械組件包括手術器械，其具有手術工具并具有帶有圖案光源和用于投射光圖案的投射件的圖案產(chǎn)生部件，所述投射件與所述手術工具相關聯(lián)，從而手術工具的運動導致該圖案光源的圖案的變化，并且所述方法包括至少部分基于光圖案通過所采集的圖像在監(jiān)視器上的可視化來操作該手術器械。
[0192]該手術器械組件有利地是上述的外科手術系統(tǒng)的一部分和/或該手術器械組件是上述的培訓套件的一部分。
[0193]包括范圍和優(yōu)選范圍的本發(fā)明的所有特征可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)按照各種方式組合，除非有不組合這樣的特征的具體原因。
【附圖說明】
[0194]以下將結合優(yōu)選實施例并參照附圖來更全面解釋本發(fā)明，其中:
[0195]圖1是包括手術器械和圖案產(chǎn)生部件的組裝套件的手術器械組件的實施例的示意圖，
[0196]圖2是包括手術器械和圖案產(chǎn)生部件的組裝套件的手術器械組件的實施例的主體部的示意圖，
[0197]圖3是包括手術器械和圖案產(chǎn)生部件的組裝套件的手術器械組件的實施例的主體部的示意圖，
[0198]圖4是由包括手術器械和圖案產(chǎn)生部件的組裝套件的手術器械組件的實施例所產(chǎn)生的光圖案的示意圖，
[0199]圖5是由包括手術器械和圖案產(chǎn)生部件的組裝套件的手術器械組件的實施例所產(chǎn)生的光圖案的示意圖，
[0200]圖6是根據(jù)手術器械組件的實施例投射的光圖案的示意圖，
[0201]圖7示出包括手術器械和圖案產(chǎn)生部件的本發(fā)明實施例的關聯(lián)套件，在此所述圖案產(chǎn)生部件距投射件有一定距離布置，
[0202]圖8示出包括外科手術系統(tǒng)、人工手術位點和用于人工手術位點的罩蓋的本發(fā)明實施例的培訓套件，
[0203]圖9示出在微創(chuàng)手術中使用期間的外科手術系統(tǒng)，
[0204]圖10示出包括手術器械和圖案產(chǎn)生部件的本發(fā)明實施例的另一關聯(lián)套件，和
[0205]圖11示出包括手術器械和圖案產(chǎn)生部件的本發(fā)明實施例的另一關聯(lián)套件。
【具體實施方式】
[0206]這些圖是示意性的而未按比例繪制。圖1披露了一種手術器械組件I，在這里是腹腔鏡檢器械。手術器械組件I包括手術器械，具有手柄部2和帶有手術工具4的主體部3，手術工具在此是手術鉗。該主體部將設置在手術器械近端的手柄部2與設置在手術器械遠端的手術工具4相連。該主體部布置在遠端方向/近端方向上。
[0207]在另一個實施方式中，手術工具4可以是其它的手術工具如剪子或是如上所述的。外科醫(yī)生握持手柄部2并能通過這種方式控制手術器械組件，并且通過按壓或操縱該手柄部，手術鉗可被控制。
[0208]手術器械組件I還包括圖案產(chǎn)生部件5，其包括圖案光源6和引導光至投射件8(發(fā)光部)的光纖7，光纖7結束于投射件處并且光自投射件8按照期望圖案被投射。圖案光源6被安放在或集成到手術器械的手柄部2中，因此未在手術過程中被插入體腔。在一個實施例中，圖案光源6被連接至電池，電池也被安放或集成到手柄部2中。在一個實施例中，圖案光源6被連接至外電源如電池，其是遠離手術器械組件布置的外電池。
[0209]投射件8有利地具有球形周面形狀并被構造用于發(fā)射光圖案，該光圖案包含多條斜線和多條平行線。在一個實施例中，投射件8例如呈球形且成形為發(fā)射具有球形周面的光圖案，在此，該光圖案形成與由球形反光鏡產(chǎn)生的光圖案相像的光圖案。應該理解，與球形反光鏡相像的圖案最好只是一段普通球形反光鏡圖案，例如并非360度圖案，而最好只是一段90度圖案和/或相對于主體部3的軸線具有達到85度的角度。
[0210]該光圖案使得手術器械組件I的使用者可以推斷出手術器械組件I的和進而手術工具4相對于所述表面如光圖案投射于此的手術位點的位置和運動。
[0211]在光源6內(nèi)產(chǎn)生的光可以通過使用如上所述的一個或多個發(fā)光二極管和/或激光器或者其組合來產(chǎn)生。
[0212]—個部段即如圖1所示的手術器械組件I的主體部3的遠端適于經(jīng)小切口被插入患者體腔。于是，外科醫(yī)生用他或她的手握住手柄部2以完成手術作業(yè)。未示出的內(nèi)窺鏡如腹腔檢查鏡也可被插入體腔中以讓外科醫(yī)生看到要做手術的手術區(qū)。該內(nèi)窺鏡可以包括照明器械和相機部件如攝影機，從而外科醫(yī)生能在手術過程中通過監(jiān)視器看到手術區(qū)和手術工具4。圖案產(chǎn)生部件5的投射件8連同手術工具4被插入體腔。投射件8于是將光圖案投射到手術區(qū)。光圖案將幫助外科醫(yī)生理解手術區(qū)的位置和輪廓。該光圖案幫助外科醫(yī)生將其基于觀看監(jiān)視器的對手術區(qū)的視覺感知(二維)與他或她用來控制在體腔內(nèi)被移動的手術工具的運動系統(tǒng)(三維)關聯(lián)起來。
[0213]圖案產(chǎn)生部件5或其零部件可以作為可選地可移除的夾持裝置來制造和/或它可以被永久附接至主體部3。在一個實施例中，整個圖案產(chǎn)生部件5安裝在主體部3上且適于被插入體腔。
[0214]圖2示出了手術器械組件11的主體部13。主體部13具有呈手術鉗形式的手術工具14，其可以由手術器械組件11的未示出的手柄操作。在主體部13上可以看到具有一個或多個投射件16的圖案產(chǎn)生部件15，所述投射件在手術器械I前方以一個角度發(fā)射光，該角度如虛線所示。在此實施方式中，圖案產(chǎn)生部件15具有多個投射件6，它們發(fā)射出的光線產(chǎn)生點狀光圖案。投射件16可以在光學上耦聯(lián)至圖案產(chǎn)生部件15的一個或多個圖案光源。通過以期望角度布置這個或這些投射件，手術器械運動和投射圖案變化之間的關聯(lián)可以被調整。
[0215]圖3示出安裝在手術器械21的主體部23上的圖案產(chǎn)生部件25的替代實施例。圖案產(chǎn)生部件25包括具有圓柱形形狀和多個發(fā)光區(qū)26的投射件28，所述發(fā)光區(qū)發(fā)出形成光圖案的光。發(fā)光區(qū)26成行布置并且均勾分布在投射件28上。投射件28的發(fā)光區(qū)26可以從相同的或不同的未示出的圖案光源發(fā)光。來自發(fā)光區(qū)26的光線相對于主體部23的軸線成一定角度，從而最靠近手術工具24的光線以比遠離手術工具24的光線更小的角度被投射。這樣一來，光圖案能覆蓋期望的大面積。
[0216]該光源可如此構成，基本不會有光被投射向腹腔鏡方向，從而防止光照中它而干擾視線。這例如可以通過關掉或擋住朝向內(nèi)窺鏡的所述光來做到。也可以通過將手術器械構造成沒有朝向腹腔鏡的光來做到。
[0217]圖4是通過由根據(jù)本發(fā)明的手術器械和圖案產(chǎn)生部件的關聯(lián)套件所組裝的手術器械組件31的實施例產(chǎn)生的光圖案39的視圖，手術器械組件31如示意所示。光圖案39形成網(wǎng)格，其為了示范性目的如圖所示投射于在左上角具有隆起30的板37上?？梢钥吹?，該網(wǎng)格使得所述隆起清晰可見，因為其輪廓突顯。于是，包括將光圖案投射于手術區(qū)上的圖案產(chǎn)生部件的手術器械31可以被用于增強手術區(qū)三維輪廓的視覺感知。換句話說，操作者可以基于手術區(qū)的二維目視推斷手術區(qū)三維輪廓。
[0218]圖5示出在板47上的光圖案40的示意圖，圖案49由手術器械組件41產(chǎn)生。光圖案40包括自投射件48投射到手術器械組件41上的多個點。按照針對如圖4所示的光圖案的相同的方式，操作者可以依照被投射有所述光圖案的表面的變化解讀光圖案的變化和/或依照圖案40的關聯(lián)變化解讀手術器械組件41的運動。
[0219]光圖案40(或圖4所例舉出的30)將根據(jù)手術器械的位置改變形狀。例如在圖4中，如果手術器械組件31被轉動，則圖案30的線條將變?yōu)椴黄叫小Ａ硗?，如果手術器械被移動靠近所述板37，則線條之間的距離將變小，并且如果手術器械移動遠離所述板37，則線條之間的距離變大。于是，操作者可以推斷出手術工具的相對于表面如基于該幾何光圖案投射光圖案于其上的手術位點的位置和取向。
[0220]圖6示出手術器械組件51的實施例的主體部53，包括手術工具54和圖案產(chǎn)生部件
55。該圖示出圖案產(chǎn)生部件55在一個實施例中具有投射件58，投射件能相對于主體部53的軸線以在30°至65°之間的角度投射光圖案。相對于主體部53的軸線，角度α是30°并且角度β是65°。光圖案在手術器械前方被投射并且可以具有圓柱形形狀，從而當該器械以其遠端方向垂直于圖案被投射于此的表面被保持時，所投射的光圖案將占據(jù)基本呈圓形的恰好在器械前方的區(qū)域。應該理解，用于光圖案的角度可以是任何角度并且將取決于手術器械的具體應用。
[0221]如圖7所示的手術器械組件包括關聯(lián)套件，其包括手術器械和圖案產(chǎn)生部件。手術器械包括在其近端的手柄部62、在其遠端的手術工具64和將手柄部62與手術工具64互連的主體部63。圖案產(chǎn)生部件包括圖案光源66和投射件68。圖案光源66通過圖案光源控制單元69被有效連接至投射件68。圖案光源66包括一個或多個按鈕66’如用于調節(jié)圖案光源66。在所示的實施例中，圖案光源控制單元69距手術器械有一段距離布置，如在地面上呈帶有控制按鈕69’的踏板狀，控制按鈕可被外科醫(yī)生操作。圖案光源66通過光纖67b被連接至圖案光源控制單元69，圖案光源控制單元69通過光纖67a被連接至投射件68。投射件68被至少暫時固定至手術器械的主體部63，從而手術工具64的運動導致投射件68的關聯(lián)運動。投射件68發(fā)射如上所述的光圖案P。投射件68通過套管63a被固定至手術器械的主體部63，該套管包圍手術器械的主體部63。套管同時保持并保護光纖67a。
[0222]在一個替代實施例中，圖案光源控制單元69安裝到手柄62上或與手柄62集成在一起。
[0223]如圖8所示的培訓套件包括外科手術系統(tǒng)、人工手術位點73和用于人工手術位點的罩蓋7 6 ο罩蓋76包括后側75和對置的未不出的前側，前側朝向人工手術位點73。外科手術系統(tǒng)包括安放在罩蓋76前側上的未示出的照明部件以照亮人工手術位點，未示出的相機部件也布置在罩蓋76的前側上以采集人工手術位點73的圖像。該外科手術系統(tǒng)還包括用于顯示采集圖像的監(jiān)視器77和至少一個例如如圖7所示的手術器械組件71。監(jiān)視器77通過線77a被連接至該相機部件。罩蓋76包括用于手術器械組件71的通孔75a。通孔75a包括由彈性材料制成的周邊75c以提供彈性密封給手術器械組件71。罩蓋76包括用于外科手術系統(tǒng)的另一手術器械72的附加通孔75b。通孔75b也包括由彈性材料制成的周邊75d以提供彈性密封給手術器械組件72。
[0224]照明部件用寬帶寬的光照亮人工手術位點。該外科手術系統(tǒng)還包括未示出的例如與照明部件集成在一起的標記部件。該標記部件產(chǎn)生標記圖案79，該標記圖案固定不變且被用于標記手術位點且例如被用作基準圖案。該標記圖案最好是例如人眼不可見的窄帶寬光圖案。該標記圖案最好可以由外科醫(yī)生接通和關閉。
[0225]投射件68產(chǎn)生當手術器械組件71是如上所述時改變的圖案70。
[0226]該相機部件有利地被連接至例如集成有監(jiān)視器77的計算機，該計算機被編程來監(jiān)視手術器械組件71的手術工具64的運動。
[0227]如圖9所示的外科手術系統(tǒng)包括集成在內(nèi)窺鏡88中的相機部件和照明部件。該內(nèi)窺鏡可以附加包括標記部件。內(nèi)窺鏡88包括用于照明手術靶位83的照明光源。該照明光源例如可以被集成到內(nèi)窺鏡或者它可以布置在內(nèi)窺鏡88外面。內(nèi)窺鏡88的相機部件設置用于采集手術靶位83的圖像。
[0228]該外科手術系統(tǒng)還包括通過線87a連接至內(nèi)窺鏡的監(jiān)視器87。或者，監(jiān)視器87和內(nèi)窺鏡之間的連接是無線連接。監(jiān)視器87設置用于顯示內(nèi)窺鏡88所采集的圖像。該監(jiān)視器可以附加包括用于圖像分析的計算機。該外科手術系統(tǒng)還包括例如如圖7所示的手術器械組件81。內(nèi)窺鏡88和手術器械組件81布置成使其各自遠端經(jīng)過切口插入患者皮膚86中。在患者皮膚86下方形成通向如包括腸I的手術靶位83的體內(nèi)結構。手術器械組件81如此布置，即，投射件68產(chǎn)生至手術靶位83的光圖案80，由此，手術工具64的運動導致投射件68的關聯(lián)運動，所述圖案由此將以關聯(lián)方式變化。外科醫(yī)生能理解在監(jiān)視器87上的圖案80的變化，由此他獲得很好的空間視覺感知以在微創(chuàng)手術中操縱該手術器械組件81。
[0229]如圖10所示的手術器械組件是圖7的手術器械組件的變型，它包括關聯(lián)套件，該關聯(lián)套件包括手術器械和圖案產(chǎn)生部件。該手術器械包括在其近端上的手柄部62、在其遠端上的手術工具64和將手柄部62連接至手術工具64的主體部63。該圖案產(chǎn)生部件包括被集成到殼體90中的圖案光源。殼體90或是直接安裝到主體63上，或是通過附接至套管63a，該套管圍繞手術器械的主體部63。投射件68通過套管63a被固定至手術器械的主體部63。投射件68例如如上所述被附接至該套管。該套管同時保持并保護未示出的光纖，該光纖將該圖案產(chǎn)生部件連接至投射件68以提供光。投射件68如上所述發(fā)出光圖案P。
[0230]殼體90內(nèi)的圖案光源通過插頭90a被連接至電源。在所示實施例中，電源呈電池盒91的形式，其通過導電線97a被連接至圖案光源以便供電。電池盒91包括開關按鈕91’。外科醫(yī)生可以在手術器械組件使用(培訓或手術)過程中使用開關按鈕91’，但為了安全且為了保護電池盒91，最好只在操作過程開始和結束時使用該開關按鈕91’。因此，該手術器械組件包括附加控制源控制單元92，它距手術器械有一定距離地布置，例如以具有控制按鈕92 ’的踏板形式布置在地面上，控制按鈕可以在使用過程中被外科醫(yī)生操作以通斷電源并由此接通和關閉光圖案。附加控制源控制單元92可以通過任何方式被有效連接以控制供電，例如通過借助如圖所示的線97b被連接至電池盒91。殼體90優(yōu)選可以包括用于例如就強度、波長和類似參數(shù)調節(jié)圖案光源的未示出的附加機構。
[0231]圖11所示的手術器械組件是圖10的手術器械組件的變型，其與圖10的實施例的區(qū)別在于圖案產(chǎn)生部件連同電源和最好是控制單元被集成到殼體99中，該殼體按照與針對殼體90所述的相同的方式被安裝到主體63上。在此實施例中期望設有未示出的開關按鈕以供在使用中人工控制。
【主權項】
1.一種用于微創(chuàng)手術的關聯(lián)套件，包括手術器械和圖案產(chǎn)生部件，所述手術器械具有遠端和近端并包括在其近端的手柄部、在其遠端的手術工具和將該手柄部連接至該手術工具的主體部，所述圖案產(chǎn)生部件包括圖案光源和投射件，其中該圖案光源有效連接至該投射件以投射光圖案，所述圖案產(chǎn)生部件的至少所述投射件被構造用于至少暫時固定至所述手術器械的所述主體部，從而所述手術工具的運動導致所述投射件的關聯(lián)運動，最好是所述手術工具的任何非轉動運動導致所述投射件的關聯(lián)運動。2.根據(jù)權利要求1所述的關聯(lián)套件，其中，所述圖案產(chǎn)生部件能從所述手術器械上拆下，優(yōu)選是所述圖案產(chǎn)生部件的至少所述投射件被構造成通過碰合鎖、套管鎖合、螺紋鎖合、旋轉鎖合、楔形鎖合或者其組合被暫時固定至所述手術器械。3.根據(jù)權利要求1所述的關聯(lián)套件，其中，所述圖案產(chǎn)生部件的至少所述投射件被永久固定至所述手術器械，最好所述圖案產(chǎn)生部件與所述手術器械集成在一起而形成一體式手術器械組件。4.根據(jù)前述權利要求之一所述的關聯(lián)套件，其中，所述手術器械是腹腔鏡檢器械、關節(jié)鏡檢器械、胸腔鏡檢器械、胃鏡檢器械、結腸鏡檢器械、喉鏡檢器械、支氣管鏡檢器械、細胞鏡檢器械或其組合。5.根據(jù)前述權利要求之一所述的關聯(lián)套件，其中，所述手術器械的所述主體部在所述手柄部和所述手術工具之間提供剛性互連，最好所述主體部是剛性的，所述主體部最好具有從所述手柄部延伸至所述手術工具的長度，所述主體部最好沿其長度是筆直的。6.根據(jù)前述權利要求之一所述的關聯(lián)套件，其中，所述手術器械的所述主體部在所述手柄部和所述手術工具之間提供柔性互連，最好所述主體部是柔性的，所述主體部最好具有從所述手柄部延伸至所述手術工具的達到約200厘米的長度。7.根據(jù)前述權利要求之一所述的關聯(lián)套件，其中，所述手術工具適于執(zhí)行手術靶位的手術介入，所述手術工具最好選自抓具、縫線抓具、訂合器、手術鉗、解剖器、剪子、抽吸器械、夾持器械、電極、耳匙、燒蝕器、手術刀、活體檢視器和牽引器械或者其組合。8.根據(jù)前述權利要求之一所述的關聯(lián)套件，其中，所述圖案光源是相干光源，最好所述光源是半導體光源如激光二極管和/或VCSEL光源。9.根據(jù)前述權利要求之一所述的關聯(lián)套件，其中，所述圖案光源是非相干光源，最好所述光源是半導體光源例如發(fā)光二極管(LED)。10.根據(jù)前述權利要求之一所述的關聯(lián)套件，其中，所述圖案光源具有包含可見光的帶寬，可見光的波長在從約400納米至約900納米范圍之間，最好在從約450納米至約700納米范圍之間，優(yōu)選在從約500納米至約650納米范圍之間。11.根據(jù)前述權利要求之一所述的關聯(lián)套件，其中，所述圖案光源具有包含不可見光的帶寬，如波長大于約900納米和/或小于約450納米的光。12.根據(jù)前述權利要求之一所述的關聯(lián)套件，其中，所述圖案光源具有高達約50納米的、例如從約I納米至約40納米的帶寬(半峰全寬FWHM)。13.根據(jù)前述權利要求之一所述的關聯(lián)套件，其中，所述圖案產(chǎn)生部件包括兩個或更多的具有相同或不同的帶寬的圖案光源，其中所述兩個或更多的圖案光源最好被有效連接至所述投射件。14.根據(jù)前述權利要求之一所述的關聯(lián)套件，其中，所述圖案產(chǎn)生部件的所述投射件包括相位光學元件、空間光調制器、多階衍射透鏡、全息透鏡、菲涅爾透鏡和/或計算機控制光學元件。15.根據(jù)前述權利要求之一所述的關聯(lián)套件，其中，所述圖案產(chǎn)生部件的所述投射件在所述圖案產(chǎn)生部件被固定至所述手術器械的所述主體部且所述主體部處于筆直姿態(tài)時具有垂直于所述近端方向的最大伸展面積，所述最大伸展面積高達約4平方厘米，例如高達約2平方厘米，例如從約0.0l平方厘米至約I平方厘米，例如從約0.1平方厘米至約0.5平方厘米。16.根據(jù)前述權利要求之一所述的關聯(lián)套件，其中，所述圖案光源被有效連接至所述投射件以傳遞光至所述投射件，所述有效連接包括至少一根光纖。17.根據(jù)前述權利要求之一所述的關聯(lián)套件，其中，所述圖案光源適于距所述投射件有一定距離布置，所述圖案光源最好被集成到圖案光源殼體中，所述圖案光源殼體布置成距所述手術器械有一定距離并且通過連接機構被有利地連接至所述投射件，所述連接機構包括光纖，最好所述光纖被聚合物罩蓋保護。18.根據(jù)前述權利要求之一所述的關聯(lián)套件，其中，所述圖案產(chǎn)生部件包括用于所述圖案光源的電池。19.根據(jù)前述權利要求之一所述的關聯(lián)套件，其中，所述圖案產(chǎn)生部件的所述投射件被構造成至少暫時固定至所述手術器械的所述主體部且發(fā)射包括多個投射方向的圖案，所述投射方向相對于遠端方向的角度從約5度至約85，例如從約10度至約60度，例如從約15度至約50度。20.根據(jù)前述權利要求之一所述的關聯(lián)套件，其中，所述圖案產(chǎn)生部件的所述投射件被構造成至少暫時固定至所述手術器械的所述主體部且發(fā)射圖案，從而所述手術工具的運動導致所述圖案的關聯(lián)變化。21.根據(jù)前述權利要求之一所述的關聯(lián)套件，其中，所述圖案產(chǎn)生部件的所述投射件被構造成至少暫時固定至所述手術器械的所述主體部且發(fā)射圖案，從而所述手術工具的任何非轉動運動導致所述圖案的關聯(lián)變化。22.根據(jù)前述權利要求之一所述的關聯(lián)套件，其中，所述圖案產(chǎn)生部件的所述投射件被構造成發(fā)射圖案，所述圖案在被投射至垂直于所述遠端方向的表面時最多是10重旋轉對稱，最好所述圖案最多是8重旋轉對稱。23.根據(jù)前述權利要求之一所述的關聯(lián)套件，其中，所述圖案產(chǎn)生部件的所述投射件被構造成發(fā)射圖案，所述圖案在被投射至垂直于所述遠端方向的表面時包括多條斜線，最好所述圖案包括由線條組成的網(wǎng)格，所述線條可選地包含基本平行線條。24.根據(jù)前述權利要求之一所述的關聯(lián)套件，其中，在安裝狀態(tài)下的所述投射件被構造成發(fā)射圖案，所述圖案在被投射至接近所述手術工具遠端且垂直于所述遠端方向的投射面時具有依照內(nèi)切所述圖案的圓的直徑被確定的圖案光束尺寸，所述圖案光束尺寸從至少約0.5厘米至例如約60厘米，優(yōu)選從約I厘米至約25厘米。25.根據(jù)權利要求24所述的關聯(lián)套件，其中，當所述手術器械被移至在所述手術工具和所述投射面之間的一定距離時，所述圖案光束尺寸按比例增大，最好是在I厘米距離情況下所述圖案光束尺寸比零距離時大了至少約5%。26.—種用于執(zhí)行的微創(chuàng)手術的外科手術系統(tǒng)，所述外科手術系統(tǒng)包括包含用于照明手術靶位的照明光源的照明部件、用于采集所述手術靶位的圖像的相機部件、用于顯示所采集的圖像的監(jiān)視器和至少一個手術器械組件，其中所述手術器械組件包括手術器械和圖案產(chǎn)生部件，所述手術器械具有遠端和近端并且包括在其近端的手柄部、在其遠端的手術工具和將所述手柄部連接至所述手術工具的主體部，所述圖案產(chǎn)生部件包括圖案光源和投射件，其中所述圖案光源被有效連接至所述投射件以投射光圖案，所述圖案產(chǎn)生部件的至少所述投射件被至少暫時固定至所述手術器械的所述主體部，從而所述手術工具的運動導致所述投射件的關聯(lián)運動，最好從而所述手術工具的任何非轉動運動導致所述投射件的關聯(lián)運動。27.根據(jù)權利要求26所述的外科手術系統(tǒng)，其中，所述手術器械組件是根據(jù)權利要求1至25之一所述的組裝的關聯(lián)套件。28.根據(jù)權利要求26或27所述的外科手術系統(tǒng)，其中，所述相機部件是內(nèi)窺鏡如剛性內(nèi)窺鏡或柔性內(nèi)窺鏡。29.根據(jù)權利要求25至28之一所述的外科手術系統(tǒng)，其中，所述照明部件被集成在所述相機部件中或者是單獨部件，最好所述外科手術系統(tǒng)包括內(nèi)窺鏡，所述內(nèi)窺鏡包括照明部件和相機部件。30.根據(jù)權利要求25至29之一所述的外科手術系統(tǒng)，其中，所述相機部件是內(nèi)窺鏡，包括用于所述手術器械組件的通道。31.根據(jù)權利要求25至30之一所述的外科手術系統(tǒng)，其中，所述相機部件可選地通過計算機和/或通過互聯(lián)網(wǎng)被有效連接至所述監(jiān)視器。32.根據(jù)權利要求25至31之一所述的外科手術系統(tǒng)，其中，所述照明部件包括照明器械和被有效連接至所述照明器械的照明光源，所述照明光源最好適于距所述照明器械有一定距離就位并且最好通過光纖被有效連接至所述照明器械。33.根據(jù)權利要求25至32之一所述的外科手術系統(tǒng)，其中，所述照明光源是相干光源或非相干光源，最好所述照明光源是相干光源或非相干光源例如齒素燈、弧光燈和/或發(fā)光二極管燈。34.根據(jù)權利要求25至33之一所述的外科手術系統(tǒng)，其中，所述照明光源具有包括可見光的帶寬，所述可見光的波長在從約400納米至約900納米的范圍內(nèi)，優(yōu)選在從約450納米至約700納米的范圍內(nèi)，優(yōu)選在從約500納米至約650納米的范圍內(nèi)。35.根據(jù)權利要求25至34之一所述的外科手術系統(tǒng)，其中，所述照明光源具有至少約50納米的、例如從約60納米至約800納米的帶寬(半峰全寬FWHM)。36.根據(jù)權利要求25至35之一所述的外科手術系統(tǒng)，其中，所述照明光源和所述圖案光源彼此不同，最好所述圖案光源具有相對于所述照明光源的帶寬的窄帶寬，例如所述圖案光源具有約為所述照明光源的帶寬的一半或更小的帶寬，例如所述圖案光源具有所述照明光源的帶寬的1/10或更小的帶寬。37.根據(jù)權利要求25至36之一所述的外科手術系統(tǒng)，其中，所述圖案光源包括在其帶寬內(nèi)的具有比在所述照明光的帶寬內(nèi)更高的強度的波長。38.根據(jù)權利要求25至37之一所述的外科手術系統(tǒng)，其中，所述圖案光源包括在其帶寬內(nèi)的、未被包含在所述照明光源的帶寬中的波長，最好所述圖案光源包括小于550納米的波長，并且所述照明光源不包括小于550納米的波長。39.根據(jù)權利要求25至38之一所述的外科手術系統(tǒng)，其中，所述照明光源包括濾光器例如可調諧的濾光器。40.根據(jù)權利要求25至39之一所述的外科手術系統(tǒng)，其中，所述外科手術系統(tǒng)還包括標記部件，所述標記部件包括標記器械和標記光源，所述標記光源不同于所述圖案光源和所述照明光源，最好所述標記光源具有高達約50納米、例如從約I納米至約20納米的帶寬(半峰全寬FWHM)。41.一種培訓微創(chuàng)手術執(zhí)行的培訓套件，所述培訓套件包括根據(jù)權利要求25至40之一所述的外科手術系統(tǒng)、人工手術位點和用于人工手術位點的罩蓋，其中所述罩蓋包括一個或多個用于所述手術器械組件的通孔。42.根據(jù)權利要求41所述的培訓套件，其中，所述相機部件被構造成采集所述人工手術位點的圖像，所述相機部件可選地被固定至所述罩蓋或者所述相機部件被布置成穿過所述一個或多個通孔。43.根據(jù)權利要求41或42所述的培訓套件，其中，所述照明部件被構造成向所述人工手術位點發(fā)射光，所述照明部件可選地被固定至所述罩蓋或者所述照明部件布置成穿過所述一個或多個通孔。44.根據(jù)權利要求41至43之一所述的培訓套件，其中，可選地呈組合式照明部件/相機部件形式的所述照明部件和所述相機部件具有近端和遠端，其中所述相機部件和所述照明部件在其遠端上裝有相機鏡頭和照明發(fā)射器，其中所述一個或多個通孔被調整，從而所述手術器械的遠端和所述相機部件/照明部件的遠端能被穿過所述一個或多個孔。45.根據(jù)權利要求41至42之一所述的培訓套件，其中，所述相機部件被連接至計算機，所述計算機被編程以監(jiān)視所述手術器械的手術工具的運動，最好所述計算機被編程以監(jiān)視與時間相關的光圖案的形狀、位置、尺寸和/或顏色并基于此確定所述手術工具的運動，所述計算機有利地還被編程以評估使用者的表現(xiàn)。46.—種用于執(zhí)行微創(chuàng)手術的培訓方法，所述方法包括培訓手術器械的操作，所述方法包括: ?提供手術器械組件，其中所述手術器械組件包括手術器械和圖案產(chǎn)生部件，所述手術器械具有遠端和近端并包括在其近端的手柄部、在其遠端的手術工具和將所述手柄部連接至所述手術工具的主體部，所述圖案產(chǎn)生部件包括圖案光源和投射件，其中所述圖案光源被有效連接至所述投射件以投射光圖案，所述圖案產(chǎn)生部件的至少所述投射件被至少暫時固定至所述手術器械的所述主體部，從而所述手術工具的運動導致所述投射件的關聯(lián)運動，和 ?執(zhí)行多個培訓步驟，每個步驟包括將所述手術器械的遠端布置成指向培訓表面，從所述投射件發(fā)射光圖案，從而光圖案從所述表面被反射，移動所述手術器械并觀察所述光圖案的相應變化。47.根據(jù)權利要求46所述的培訓方法，其中，至少一個培訓步驟包括移動所述手術工具至所述培訓表面且相對于所述培訓表面來回移動并觀察所述光圖案的相應變化。48.根據(jù)權利要求46或47所述的培訓方法，其中，至少一個培訓步驟包括通過相對于所述培訓表面扭曲和/或傾斜來移動所述手術工具和觀察所述光圖案的相應變化。49.根據(jù)權利要求46至48之一所述的培訓方法，其中，所述手術器械組件是根據(jù)權利要求26至44之一所述的外科手術系統(tǒng)的一部分，并且所述方法包括利用所述外科手術系統(tǒng)執(zhí)行至少一個培訓步驟。50.根據(jù)權利要求46至49之一所述的培訓方法，其中，所述手術器械組件是根據(jù)權利要求41至45之一所述的培訓套件的一部分，并且所述方法包括利用所述培訓套件執(zhí)行至少一個培訓步驟。51.根據(jù)權利要求46至50之一所述的培訓方法，其中，所述方法包括朝向所述人工手術位點將所述相機部件的和所述照明部件的遠端穿過所述罩蓋的所述一個或多個孔，通過所述照明部件照明所述人工手術位點，通過所述相機部件采集所述人工手術位點的圖像，傳送所采集的圖像至所述監(jiān)視器以顯示所采集的圖像，將所述手術器械的所述手術工具穿過所述罩蓋的孔，向所述人工手術位點發(fā)射光圖案，相對于所述人工手術位點移動所述手術器械，并且觀察在所述監(jiān)視器上成像的所述光圖案及其對應于所述手術器械的所述各個運動的變化。52.根據(jù)權利要求46至51之一所述的培訓方法，其中，所述方法還包括通過監(jiān)視與時間相關的所述光圖案的形狀、位置、尺寸和/或顏色來評估受訓人員的表現(xiàn)并基于此確定所述手術工具的一連串運動且評估所述表現(xiàn)，所述表現(xiàn)有利地通過根據(jù)預定的一連串運動基準化分析所述手術器械的運動來評估。53.—種執(zhí)行在患者皮膚區(qū)下方的體內(nèi)結構中的手術靶位的微創(chuàng)手術的方法，所述方法包括提供接近所述手術靶位的進口，包括提供穿過皮膚區(qū)的切口，穿過所述切口插入用于照明手術靶位的照明部件、用于采集所述手術靶位的圖像的相機部件和至少一個手術器械組件，其中所述相機部件被有效接合至用于顯示采集圖像的監(jiān)視器，其中所述腹腔鏡檢器械組件包括帶有手術工具的手術器械和帶有圖案光源和用于投射光圖案的投射件的圖案產(chǎn)生部件，所述投射件與所述手術工具相關聯(lián)，從而所述手術工具的運動導致所述圖案光源的圖案的變化，并且所述方法包括至少部分基于通過所采集的圖像使所述光圖案在所述監(jiān)視器上可見來操作所述手術器械。54.根據(jù)權利要求58所述的方法，其中，所述手術器械組件是根據(jù)權利要求1至25之一所述的組裝的關聯(lián)套件。55.根據(jù)權利要求53或559所述的方法，其中，所述照明部件、相機部件、監(jiān)視器呈根據(jù)權利要求26至44之一所述的外科手術系統(tǒng)的形式。
【文檔編號】A61B1/313GK106028930SQ201580009012
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年2月20日
【發(fā)明人】S·M·漢森, H·S·基爾克高
【申請人】3D集成公司