集成数字外科手术系统的制作方法

本发明普遍涉及一种外科手术集成辅助系统，更具体地涉及用于简化和加强医学治疗和分析的外科手术集成辅助系统。

背景技术：

1、在该背景技术部分讨论的主题不应该仅仅因为其在背景技术部分提及而被假定为现有技术。同样地，在该背景技术部分提到的技术问题或与该背景技术部分的主题相关的技术问题也不应被假定为先前已在现有技术中被认识到的。该背景技术部分的主题只是代表不同的方法，这些方法本身也可能对应于所要求保护的技术的具体实施。

2、几个世纪以来，机械工具一直被用于各种开放式外科手术。这种工具成为外科医生的手的自然延伸，以执行治疗病变组织和器官的特定功能。常见进行的外科手术有不同类型，包括腹腔镜、内窥镜、关节镜、支气管镜、胃镜等。腹腔镜或腹腔镜手术被普遍使用，因为它是一种适用于广泛手术的微创的解决方案，如胆囊切除术、阑尾切除术、疝气，以及其它更复杂的普通外科/结直肠/妇科/减肥手术。为了支持外科医生进行手术切割、解剖、凝固、组织操作和管理的工作，对机械工具进行了广泛的改进。因此，能量驱动设备，例如先进的rf双极和超声刀系统，由于这种改进而得到普及。

3、目前，机器人辅助手术作为最新增加的手术工具在泌尿外科和其它外科手术中变得很普遍。即使经过几十年的发展，机器人系统的功能仍然是外科医生手臂的延伸。在这些系统中，机器人手臂被用来握持器械进行外科手术，而控制系统则根据用户对主操纵器的操纵来控制手臂及其器械的运动。控制系统在其前向路径中包括过滤器，以减弱可能导致器械尖端振动的主输入命令，以及控制系统在到主操纵器的反馈路径中包括反过滤器，该反过滤器被配置为补偿由前向路径过滤器引入的延迟。为了加强控制，在控制系统中还插入了主命令和从动关节观测器，以利用接收到的从动关节位置命令和扭矩反馈来估计从动关节位置、速度和加速度命令，并利用感应到的从动关节位置和命令的从动关节电机扭矩来估计实际从动关节位置、速度和加速度。然而，这些系统可能在屏幕上提供多个能量设备的有限的能力或有限的信息。

4、此外，该机器人系统提供了将内窥镜与机械和能量外科手术工具集成的可能性。通过这种集成和电子驱动系统，不仅可以提供单独的切割和凝固工具，而且还可以整合每个工具的数据，包括手术成像、组织相互作用和工具相互依赖的意识，以帮助外科医生做出决策。随着数据的不断积累，这有助于外科医生有效地处理复杂的手术，做出正确的决定，并减少术中并发症。在传统的非机器人腹腔镜手术中，单个工具，如能量和机械工具，没有能力整合数据以实现这种先进的功能和外科支持。即使是外科机器人，由于历史上个体化的工具设计理念，仍然缺乏这种有效的整合。它只能在现有工具的基础上提供有限的整合和智能。而且机器人系统的高资本成本将其益处局限于某些手术和医院。

5、鉴于现有技术的差异，需要一种与能量系统、成像接口、其它数据收集接口相集成的外科手术系统，以实现数据整合、成像融合和关键信息交换。

技术实现思路

1、根据一个方面，本发明公开了一种外科手术集成辅助系统。该外科手术集成辅助系统包括集成外科手术设备。该集成外科手术设备包括壳体，该壳体在其一侧集成有一个或多个端口。该一个或多个端口被配置为将该集成外科手术设备与一个或多个能量器械相联接。该集成外科手术设备在壳体的另一侧具有至少一个外部图像输入端口、至少一个输出端口、电源端口和至少一个外部智能模块端口。这里，一个或多个能量器械包括双极和高级双极剪切器、单极剪切器、超声波剪切器、微波消融设备、激光消融设备、腹腔镜设备、机器人控制单元和内窥镜中的至少一种。可以注意到，一个或多个能量器械的每一个都被控制在集成外科手术设备的高压和高频能量输出之间。进一步说，集成外科手术设备包括成像镜连接器，其被制作在壳体的一侧，并被配置为输入至少一个光学图像或超声图像。在一个实施例中，显示单元可拆卸地连接到壳体上，并被配置为提供与一个或多个能量器械相关的合并输出。显示单元以倾斜一个或多个角度的方式为操作者提供便利。可以注意到，显示单元可以使用以太网无线连接到壳体。进一步地，显示控制单元被设置在壳体的一侧，并与显示单元联接，并被配置为控制一个或多个能量器械中的每一个的操作机构。此外，外科手术集成辅助系统包括集成在壳体内的人工智能和机器学习(ai/ml)启用模块，以自动优化一个或多个能量器械的多个参数。其中，ai/ml启用模块与云网络通信联接，用于训练ai/ml启用模块的模型，并用以收集与一个或多个能量器械相关的实时信息。

2、在一个实施例中，ai/ml启用模块被配置为使用术前磁共振成像(mri)或计算机断层扫描(ct)图像作为参考点，生成多器官模型的三维(3d)重建。此外，ai/ml启用模块通过腹腔镜的实时视频流收集实时推理，以突出显示诊断的位置。在另一个实施例中，ai/ml启用模块计算一个或多个能量器械的每一个的操作曲线，以显示在显示单元上。该曲线提供与诊断进展有关的信息。此外，ai/ml启用模块显示一个或多个能量器械的操作状态提示，供外科医生参考。

3、在另一个实施例中，ai/ml启用模块被配置为：从运行中的一个或多个能量器械中的每一个检索实时流视频；计算用于病变定位和外科手术导航的机器学习推理；处理术中实时外科手术视频；以及在云网络中上传和存储外科手术视频和与术中采用的一个或多个能量器械中的每一个相关的数据。

4、根据第二方面，基于soc的电路板被集成在集成外科手术设备内。该基于soc的电路板包括在基于soc的电路板上制作的一个或多个主要连接端口。该一个或多个主要连接端口与一个或多个能量器械建立连接。在此，一个或多个主要连接端口被制作以建立与包括一个或多个能量器械在内的输入设备的高速连接。此外，基于soc的电路板包括处理单元，该处理单元在基于soc的电路板上制作。该处理单元将从一个或多个能量器械检索的输入数据分成并处理成小数据包。可以注意到，输入数据包括音频、图像、视频和/或信号数据。此外，基于soc的电路板包括视频处理单元(vpu)，该视频处理单元(vpu)与处理单元通信联接。vpu检索输入数据并转换为高分辨率的输出信号。此外，基于soc的电路板包括一个或多个二级连接端口，该二级连接端口在基于soc的电路板上制作。一个或多个二级连接端口与显示单元连接，以显示从处理单元和/或vpu检索的高分辨率的输出信号。在此，一个或多个二级连接端口被制作用以与包括显示单元的输出设备建立高速连接。

技术特征：

1.一种外科手术集成辅助系统，包括：

2.根据权利要求1所述的外科手术集成辅助系统，其中所述一个或多个能量器械包括双极和高级双极剪切器、单极剪切器、超声波剪切器、微波消融设备、激光消融设备、腹腔镜设备、机器人控制单元和内窥镜中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的外科手术集成辅助系统，其中所述一个或多个能量器械中的每一个能量器械被控制在所述集成外科手术设备的高压和高频能量输出之间。

4.根据权利要求1所述的外科手术集成辅助系统，其中显示单元可拆卸地安装在所述壳体上并被配置为提供与所述一个或多个能量器械有关的合并输出。

5.根据权利要求1所述的外科手术集成辅助系统，其中所述集成外科手术设备在所述壳体的另一侧具有至少一个外部图像输入端口、至少一个输出端口、电源端口，以及至少一个外部智能模块端口。

6.根据权利要求5所述的外科手术集成辅助系统，其中所述至少一个输出端口被配置成用于传输输出能量设备数据、外科手术器械图像数据、器械信息和组织智能信息。

7.根据权利要求4所述的外科手术集成辅助系统，其中所述显示单元被配置为显示综合显示、器械信息、组织智能信息和至少一个光学图像或超声图像。

8.根据权利要求1所述的外科手术集成辅助系统，其中所述ai/ml启用模块被配置用于数据获取、计算、自动化、多模态设备连接和数据存储。

9.根据权利要求1所述的外科手术集成辅助系统，其中所述ai/ml启用模块与云网络通信联接，用于训练所述ai/ml启用模块的模型，并收集与所述一个或多个能量器械相关的实时信息。

10.根据权利要求1所述的外科手术集成辅助系统，其中所述ai/ml启用模块被配置为：

11.根据权利要求10所述的外科手术集成辅助系统，其中所述ai/ml启用模块被配置为：

12.一种基于系统集成芯片(soc)的电路板，其集成在集成外科手术设备中，其中所述基于soc的电路板包括：

13.根据权利要求12所述的基于soc的电路板，其中所述处理单元被配置为在处理所述输入数据时通过消除由连接的一个或多个能量器械造成的可能的干扰和延迟来提供稳定性。

14.根据权利要求12所述的基于soc的电路板，其中所述处理单元将所述输入数据分成并处理成小包，以消除所述一个或多个能量器械之间的所述输入数据的延迟和干扰。

15.根据权利要求12所述的基于soc的电路板，其中所述处理单元被配置为向操作者提供定制，以提高在进行手术时的可用性和形状因数。

16.根据权利要求12所述的基于soc的电路板，其中所述输入数据包括音频、图像、视频和/或信号数据。

17.根据权利要求12所述的基于soc的电路板，其中所述vpu被配置为输入和输出4k60hz视频。

18.根据权利要求12所述的基于soc的电路板，其中所述一个或多个主要连接端口被制作成与所述一个或多个能量器械建立高速连接。

19.根据权利要求12所述的基于soc的电路板，其中所述一个或多个二级连接端口被制作成与所述显示单元建立高速连接。

技术总结
本发明公开了一种外科手术集成辅助系统，包括集成外科手术设备，该集成外科手术设备具有壳体，在该壳体的一侧集成有一个或多个端口。该一个或多个端口被配置为将该集成外科手术设备与一个或多个能量器械相联接。此外，显示控制单元与一个显示单元相联接，并被配置为控制一个或多个能量器械中的每一个的操作机构。此后，人工智能和机器学习(AI/ML)启用模块集成在壳体内，以自动优化一个或多个能量器械的多个参数。

技术研发人员：万山,李宁,畅洋洋,赵斌
受保护的技术使用者：天津瑞奇外科器械股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15