用于在外科手术期间提供协助的系统和方法

摘要

一种执行外科手术的方法包括将软件应用程序存储在与计算机相关联的存储器上，当由处理器执行所述软件应用程序时，使得所述软件应用程序：开发患者解剖结构的模型；处理所述患者解剖结构的图像；在与所述计算机相关联的用户界面上显示所述患者解剖结构的所述图像；将所述患者体内的关键结构叠加在所显示的所述患者解剖结构的图像上方；确定所述患者体腔内拍摄所述患者解剖结构的所述图像的位置；以及在所述用户界面上显示所述患者解剖结构的所述模型，所显示的模型指示所确定的拍摄所述患者解剖结构的所述图像的位置。

说明书

技术领域

本公开涉及外科手术系统，更具体地，涉及用于向执行外科手术的临床医生提供协助的系统和方法。

背景技术

随着技术的进步，外科医生已开始用微创技术(如腹腔镜和胸腔镜外科手术)替代传统的开放式手术技术，以最大程度地减少对周围组织的损伤，减轻疼痛，减少疤痕并减少患者住院所需的时间。微创外科手术(如19世纪中期开创的胸腔镜手术)涉及使用小切口(从一个到若干个)，通常不超过3-10mm。最初使用膀胱镜执行，医学技术的进步开发了在胸腔中使用的专用器械，如胸腔镜，以在执行外科手术时观察胸腔内的解剖结构。在20世纪后期，视频协助胸腔镜外科手术(VATS)是利用光纤内窥镜开发的，以进一步减小执行切口所需的切口尺寸，并提供更清晰、更明确的胸腔图像。

同时，医学成像的进步使临床医生能够更准确地描绘患者的解剖结构，从而更准确地识别疾病和任何患病组织的位置。这些进步使临床医生能够更有效地利用微创外科技术，如上述胸腔镜手术。使用医学成像，如CT(包括X射线CT、计算机轴向断层摄影(CAT)扫描、正电子发射断层扫描(PET)和单光子发射CT(SPECT))，临床医生能够准确地识别病变或其他医学状况，而不需要侵入性外科手术(如开放手术或开胸手术)。此外，解剖结构(例如，器官、骨骼、组织)的三维重建使用以上述成像模态中的一种获得的图像来开发。使用三维模型，临床医生能够将各种组织彼此分割，并评定病变在胸腔内或在一个特定实例中在肺内的准确位置。这种分割还使临床医生能够确定具有其附属血管和支气管分支的精确组织片段，并确定VATS手术(例如，节段切除术、肺叶切除术、肺切除术等)的理想切口水平。肺病变及其相关联血管和支气管分支的三维模型和精确识别，使临床医生能够确定理想的端口放置位置，并开发到达病变位置的路径，在胸腔镜手术期间可沿所述路径引导外科器械。通常，使用荧光检查或其他成像方式将信标或其他标记物(例如，线圈或电线)植入在受影响的组织附近或周围。此后，使用成像检查信标相对于病变的位置，并执行VATS手术。然而，信标可能会在组织内迁移，导致在VATS手术期间无法准确识别病变的位置，从而导致效果欠佳。

为了缓解这一问题，开发了图像引导式VATS(iVATS)，其结合了术中成像(如荧光检查)以帮助将外科工具引导至已识别的病变部位。以这种方式，临床医生在术前规划外科工具(信标、镊子、缝合器、活检装置等)的轨迹，并使用术中成像监视它们在胸腔内的位置。

可理解，如上述的高级医学成像以及前述的视频协助外科手术的激增已产生了存储大量电子数据的需求。信息技术和基于计算机的应用程序的进一步发展使医疗保健提供商能够更有效地管理患者数据，如通过实施健康信息学。根据国家医学图书馆的定义，健康信息学是“对医疗保健服务提供、管理和规划中基于IT的创新的设计、开发、采用和应用的跨学科研究”，涉及优化医院环境中信息的获取、存储、检索和使用所需的资源、装置和方法。医疗保健信息学的一种这类实施方式是医院信息系统(HIS)，它由专用于特定部门(如放射科、实验室、电子病历等)的若干个子系统组成。HIS促进了每个子系统之间的通信，并且可由临床医生经由Intraweb或VPN访问。

尽管HIS供临床医生在术前规划和术后分析期间使用，但患者数据通常分散在图片存档和通信系统(PACS)、放射科信息系统(RIS)、电子病历系统中(EMR)、实验室信息系统(LIS)等中。可理解，单独访问每个系统可能很耗时，并且妨碍了健康信息学的目标，即提供更高质量和更有效的医疗保健。

发明内容

本公开针对一种执行外科手术的方法。所述方法包括将软件应用程序存储在与计算机相关联的存储器上，当由处理器执行所述软件应用程序时，使得软件应用程序：开发患者解剖结构的模型；处理患者解剖结构的图像；在与计算机相关联的用户界面上显示患者解剖结构的图像；将患者体内的关键结构叠加在所显示的患者解剖结构的图像上方；确定患者体腔内拍摄患者解剖结构的图像的位置；以及在用户界面上显示患者解剖结构的模型，所显示的模型指示所确定的拍摄患者解剖结构的图像的位置。

在各方面中，当由处理器执行时，软件应用程序可在用户界面上显示外科器械和患者体腔内的关键结构之间的距离。

在其他方面，当由处理器执行时，软件应用程序可在用户界面上显示预定手术步骤的状态。

在某些方面，当由处理器执行时，软件应用程序可在用户界面上显示患者的生命体征。在各方面中，当由处理器执行时，软件应用程序可显示与拍摄患者解剖结构的图像的位置相关联的CT图像。

在其他方面，当由处理器执行时，软件应用程序可显示与外科手术的持续时间相关联的计时器。在某些方面，当由处理器执行时，软件应用程序可使临床医生选择要在用户界面上显示的与外科手术有关的数据。

在其他方面，患者解剖结构的模型可为患者肺的模型。

在各方面中，当由处理器执行时，软件应用程序可识别患者肺内的淋巴结的位置，并且基于所识别的淋巴结的位置来生成淋巴结图。

在某些方面，当由处理器执行时，软件应用程序使用患者数据识别扩大的淋巴结。

在其他方面，当由处理器执行时，软件应用程序可在用户界面上显示每个淋巴结的状态。与每个淋巴结的位置以及临床医生已去除的淋巴结有关的状态。

在各方面中，患者解剖结构的模型可为选自由肝、脾、肾和肾上腺组成的组的解剖结构。

根据本公开的另一方面，执行外科手术的方法包括将软件应用程序存储在与计算机相关联的存储器上，当由处理器执行所述软件应用程序时，使得软件应用程序：开发患者解剖结构的塌陷模型；显示患者解剖结构的图像；在与计算机相关联的用户界面上显示患者解剖结构的图像；将患者体内的关键结构叠加在所显示的患者解剖结构的图像上方；确定患者体腔内拍摄患者解剖结构的图像的位置；以及在用户界面上显示患者解剖结构的塌陷模型，所显示的模型指示所确定的拍摄患者解剖结构的图像的位置。

在各方面中，当由处理器执行时，软件应用程序可在用户界面上显示外科器械和患者体腔内的关键结构之间的距离。

在其他方面，当由处理器执行时，软件应用程序可在用户界面上显示预定手术步骤的状态。在某些方面，当由处理器执行时，软件应用程序可在用户界面上显示患者的生命体征。

在各方面中，当由处理器执行时，软件应用程序可显示与拍摄患者解剖结构的图像的位置相关联的CT图像。

在其他方面，患者解剖结构的塌陷模型可为患者肺的塌陷模型。

在某些方面，当由处理器执行时，软件应用程序可识别患者肺内的淋巴结的位置，并基于所识别的淋巴结的位置来生成淋巴结图。

在其他方面，患者解剖结构的塌陷模型可为选自由肝、脾、肾和肾上腺组成的组的解剖结构。

附图说明

下文中参考图式描述本公开的各种方面和特征，其中：

图1是根据本公开提供的被配置用于向执行外科手术的临床医生提供协助的系统的透视图；

图2是示出图1的系统的计算机和医院信息系统的集成的框图；

图3是示出使用图1的系统执行外科手术的方法的流程图；

图4是患者胸腔的截面图，示出了用于外科器械到达患者肺内感兴趣区域的路径；

图5是图1的系统的用户界面的图示，显示了患者胸腔的截面图，示出了外科工具和在其中推进的胸腔镜；

图6是图1的系统的用户界面的图示，显示了患者肺的模型，所述模型示出了已被选择性去除的患者肺的一部分；

图7是图1的系统的用户界面的图示，显示了患者肺的模型，所述模型示出了多个用户定义的肺容量以及已被选择性去除的患者肺的一部分；

图8A是图1的系统的用户界面的图示，显示了具有肺叶切除术训练模块相关联的解剖结构的患者肺的模型；

图8B是图1的系统的用户界面的图示，显示了具有与节段切除术训练模块相关联的解剖结构的患者肺的模型；

图8C是图1的系统的用户界面的图示，显示了具有与楔形训练模块相关联的解剖结构的患者肺；

图9是根据本公开提供的具有设置在其上的结构化光扫描仪的胸腔镜的透视图；

图10是患者胸腔的侧视截面图，示出了图9的胸腔镜在其中推进；

图11A是图1的系统的用户界面的图示，显示了处于塌陷状态的患者肺，并在其上覆盖有塌陷肺的3D模型；

图11B是图1的系统的用户界面的图示，显示了处于塌陷状态的患者肺，并在其上覆盖有塌陷肺的另一3D模型；

图11C是图1的系统的用户界面的图示，显示了处于塌陷状态的患者肺，并在其上覆盖有塌陷肺的又一3D模型；

图12是图1的系统的用户界面的图示，显示了患者胸腔的3D模型的横截面图，示出了肺及其附着的粘连物；

图13是图1的系统的用户界面的图示，示出了来自图9的胸腔镜的相机视图和覆盖在其上的塌陷肺的3D模型的画中画视图；

图14是图1的系统的用户界面的另一图示，示出了来自图9的胸腔镜的相机视图和覆盖在其上的塌陷肺的3D模型的画中画视图；

图15是图1的系统的用户界面的图示，示出了已覆盖在来自图9的胸腔镜的相机视图上的肺内的关键结构；

图16是图1的系统的用户界面的图示，示出了临床医生操纵患者的肺时从图9的胸腔镜观察的相机视图；

图17是图1的系统的用户界面的图示，示出了覆盖在塌陷肺的3D模型上的患者肺的淋巴结系统图；

图18是图1的系统的用户界面的图示。示出了当临床医生从肺去除淋巴结时从图9的胸腔镜观察的相机视图；

图19是图1的系统的用户界面的图示，示出了当临床医生执行外科手术时从图9的胸腔镜观察的相机视图和指示在术前规划期间开发的外科手术状态的文本框；

图20A是图1的系统的用户界面的图示，示出了来自图9的胸腔镜的相机视图和覆盖在其上的患者的生命体征；

图20B是图1的系统的用户界面的图示，示出了来自图9的胸腔镜的相机视图和与叠加在其上的患者相关联的CT图像；

图20C是图1的系统的用户界面的图示，示出了来自图9的胸腔镜的相机视图以及与覆盖在其上的外科手术相关联的时间；

图21是图1的系统的用户界面的图示，示出了来自图9的胸腔镜的相机视图和临床医生在相机视图上绘制的感兴趣区域；

图22是图1的系统的用户界面的图示，示出了来自图9的胸腔镜的相机视图，并且当相机视图改变时，临床医生定义的感兴趣区域维持其在患者解剖结构上的位置；以及

图23是图1的系统的用户界面的图示，示出了来自图9的胸腔镜的相机视图和在文本框中示出的器械跟踪信息，所述信息通知临床医生外科器械距关键结构或感兴趣区域的距离。

具体实施方式

本公开针对用于向执行外科手术的临床医生提供协助(例如，经由系统的用户界面)的方法和系统。本文所述的系统将患者信息与术中和术后数据集成在一起。所述系统将集成的数据与临床医生正在执行的手术相关联，以提供关键决策因素的智能说明，如术前规划以及术中和术后趋势及结果。应当理解，本文所述的方法和系统使临床医生能够减少外科手术的持续时间并改进手术结果。

现在参考附图详细描述本公开的实施例，在附图中，相同的附图标记在若干个视图中的每一个中指示对应的元件。如本文所用，术语“临床医生”指代医生、护士或任何其他医护人员，且可包括辅助人员。贯穿本说明书，术语“近侧”将是指更接近临床医生的装置的部分或其部件，并且术语“远侧”将是指更远离临床医生的装置的部分或其部件。另外，在下面的附图和描述中，如前、后、上、下、顶、底和类似方向性的术语仅是为了描述的方便而使用，并不旨在限制本公开。在下面的描述中，本领域技术人员将理解公知的功能或构造，并且可不对其进行详细描述，以避免在不必要的细节上使本公开模糊。

参考图1，所述系统包括具有耦合到医院信息系统(HIS)的用户界面的计算机，以使临床医生能够复查患者信息。这样，计算机包括合成器，所述合成器直接或通过云计算网络经由硬连线连接或无线地与HIS通信。系统可访问的信息包括存储在图片存档和通信系统(PACS)、放射科信息系统(RIS)、电子病历系统(EMR)、实验室信息系统(LIS)以及在实施例中的成本和库存系统(CIS)上的信息，其中的每一个均与HIS通信，这将在下文中进一步详细描述。

所述系统包括患者/外科医生界面系统或合成器，使临床医生能够与HIS及其相关联的数据库进行通信。使用从HIS收集的信息，临床医生能够识别示出肺疾病影响的感兴趣区域(“AOI”)，并且在实施例中，与合成器相关联的软件应用程序可能能够自动识别感兴趣区域，并且经由用户界面将这些识别的区域呈现给临床医生以供复查。从HIS收集的图像数据由软件应用程序处理，以生成患者肺的三维(3D)重建，并使用从HIS收集的医学信息，例如先前的外科手术、常见肺疾病(如COPD)的诊断以及患者体腔内常见结构的位置，软件应用程序会生成处于塌陷状态的患者肺的模型，从而形成显示给临床医生的计算肺模型(CLM)。

软件应用程序使临床医生能够围绕CLM制定术前规划，以实现最佳的术后效果。来自PACS、EMR、LIS的信息和其他合适信息源的信息，如肺功能测试(PFT)的结果和其他患者生命体征，均被软件应用程序用来协助临床医生制定术前规划。软件应用程序可协助临床医生确定外科工具可在患者体腔内导航的路径以及接入点的最佳位置。

使用从HIS收集的信息以及前面收集和/或生成的数据，软件应用程序建议在患者肺上的切口或切除线以获得最佳手术效果。软件应用程序显示切口或切除线以供临床医生复查，并估计完成外科手术所需的外科紧固件的数量(例如，外科钉、外科夹等)和/或与应用电外科能量相关联的参数(例如，应用次数、占空比、功率、持续时间等)来完成外科手术。在一个非限制性实施例中，软件应用程序估计完成外科手术所需的手术盒的数量。使用切口或切除线，软件应用程序使临床医生能够选择性地去除患者肺的部分，此时，软件应用程序会估计剩余的肺容量和呼吸功能，并将此信息呈现给临床医生。可理解，在临床医生选择要去除的患者肺的一部分或几部分之后，软件应用程序会更新估计完成手术所需的紧固件数量、电外科能量应用等。

一旦术前规划已制定，软件应用程序就能使临床医生虚拟地执行外科手术。以这种方式，临床医生能够预演外科手术和/或训练临床医生人员或其他外科医生。软件应用程序使临床医生能够使用多种模式来模拟外科手术，特别是楔形模式、肺叶切除术模式和节段切除术模式；每个均示出了不同数量的肺解剖结构，如下面参照图8A、8B和8C进一步详细描述。

临床医生确定术前规划是否令人满意，如果临床医生对术前规划感到满意，则临床医生将按照术前规划期间制定的步骤开始外科手术。软件应用程序使用具有结构化光扫描仪或其他合适装置的胸腔镜来促进患者肺的3D表面图的生成。软件应用程序经由用户界面向临床医生显示患者肺的多个生成的3D表面模型，使得临床医生能够选择最准确地描绘患者的实际解剖结构的肺3D表面模型。使用由结构化光扫描仪获得的位置数据，基于外科医生通过胸腔镜相机的视图实时更新CLM的取向，并且软件应用程序将关键结构叠加在临床医生对患者肺的实时视图上。软件应用程序经由用户界面(例如，画中画(PIP)视图)向临床医生显示CLM，并示出相机视图在CLM上的位置。在某些情况下，当临床医生操纵患者肺时，软件应用程序会更新CLM上重叠的关键结构的位置。人们可理解3D扫描技术的进步，并且在这一方面，结构化光扫描仪可被后续创建手术领域的表面图的手段所替代。软件应用程序使临床医生能够在用户界面的一部分上选择性地覆盖与外科手术有关的信息。这样，临床医生可选择显示在术前规划期间确定的外科步骤的状态，显示与外科器械相对于患者体腔内的关键结构或AOI的距离有关的信息，显示患者的生命体征，显示与用户界面上显示的患者肺实时视图的位置相关联的CT图像，显示与外科手术的持续时间相关联的计时器等。

软件应用程序使用从HIS收集的患者信息来生成淋巴结图，所述淋巴结图作为淋巴结图在CLM上的覆盖图呈现给临床医生。软件应用程序识别扩大的淋巴结，分配对应于淋巴结大小的标识符(例如，颜色、强度等)，跟踪哪些淋巴结已被临床医生去除，并在外科手术期间向临床医生显示此信息。软件应用程序还跟踪术前规划中开发的每个外科步骤的状态，并在外科手术期间向临床医生显示每个步骤的状态(例如，已完成、待定等)。

为了协助临床医生遵循术前规划期间生成的路径，软件应用程序可使用例如VATS、iVATS或电磁导航系统跟踪患者体腔内的外科器械。以这种方式，软件应用程序显示外科器械的远侧尖端相对于患者体腔和/或AOI内的关键结构的位置。如果外科器械接近关键结构或AOI，则软件应用程序会提供警告和/或决策支持，以帮助临床医生在避开关键结构的同时将外科器械引导至AOI。

使用在外科手术期间收集的信息，软件应用程序促进数据库的生成，所述数据库可存储在本地或在HIS上。数据库含有如但不限于患者数据、术后生命体征与预测的术后生命体征的比较等信息，并使临床医生能够访问数据以跟踪趋势、简化术前规划或其他有益用途。

尽管本文详细描述的系统和方法一般是针对肺和胸腔进行描述的，但可设想，以下系统和方法可应用于患者解剖结构的任何合适的器官或部分(例如，肝、脾、肾、肾上腺等)，并且可应用于其他外科技术，如腹腔镜外科手术、支气管镜外科手术等。

现在参考图1，本公开总体上针对用于向执行外科手术的临床医生提供协助的系统100。系统100包括计算机110和显示在与计算机110相关联的合适的显示器120上或在任何合适的监视设备130(如手术室监视器)上的用户界面112。可设想，计算机110可为任何合适的计算装置，例如台式机、膝上型计算机、平板电脑、智能手机等，并且在实施例中，显示器120可为触敏的(例如，电容式、电阻式、表面声波等)、语音激活的或者虚拟触摸屏兼容的。另选地，计算机110可与任何合适的用户输入装置如键盘、鼠标、机器人外科系统等对接。

图2描绘了计算机110与医院信息系统(HIS)200的集成。尽管在本文中总体上描述为与HIS 200对接，但可设想，计算机110可与任何合适的电子数据库或系统对接。计算机110包括与存储器116相关联的一个或多个处理器114。存储器116可包括用于存储可由处理器114执行的数据和/或软件(例如，固态、易失性、非易失性、可移动和不可移动)的任何非暂时性计算机可读存储介质。网络模块108耦合到计算机110，并且使计算机110和网络之间能够通信，这将在下文中更详细地描述。可设想，网络模块108可为硬连线或无线路由器，并且可以通过硬连线连接(未示出)如光学、RS-232、RS485、SPI/I2C等，或者使用能够实时或按需无线传输数据的任何合适的无线协议，如符合IEEE 802、Zigbee、蓝牙等的协议。

软件应用程序存储在存储器116上，并且可由一个或多个处理器114执行。软件应用程序使临床医生能够经由如健康等级-7(HL7)协议或医学数字成像和通信(DICOM)协议的安全网络通过网络模块108访问HIS 200，尽管可设想，可利用合适的协议。可理解，软件应用程序可在专用工作站处或者经由使用任何合适的计算装置如笔记本电脑、平板电脑、智能手机、远程工作站等访问的虚拟专用网(VPN)来远程访问。

继续参考图2，HIS 200经由安全网络并且优选地经由HL7和DICOM协议与多个数据库对接并管理多个数据库，尽管可设想可利用任何合适的在数据库之间通信的手段。HIS200与图片存档和通信系统(PACS)202、放射科信息系统(RIS)204、电子病历系统(EMR)206，实验室信息系统(LIS)208以及在实施例中与成本和库存系统(CIS)210对接。可设想，HIS200可与医院可采用的任何合适的数据库或管理系统对接。可理解，HIS和多个数据库之间的通信使用HL7协议传输，而包括数字成像(例如，医学图像)的通信使用DICOM协议传输。

PACS 202存储和/或存档使用任何合适的成像系统(未示出)如X射线CT、计算机轴向断层扫描(CAT)扫描、正电子发射断层扫描(PET)、单光子发射CT(SPECT)、磁共振成像(MRI)、超声(US)等获得的各种患者的图像。RIS 204是对HIS 200和PACS 202的补充，并用作医院成像部门的电子管理系统。特别地，RIS 204使临床医生和支持人员能够通过HIS200与PACS 202对接，以访问患者的数字图像，并将来自EMR 206的患者信息与存储在PACS202中的数字图像相关联。LIS 208支持医院实验室与HIS 200，特别是EMR 206之间的数据交换。

患者/外科医生界面系统或合成器300包括与存储器116对接的软件应用程序，并且可由与计算机110相关联的一个或多个处理器114执行。如本文所述，合成器300与HIS200对接并提供一种介质，在所述介质中，临床医生能够收集与患者有关的数据并利用这些数据来提供全面的训练工具，协助术前规划，提供术中协助和术中数据收集，协助术后数据收集和预测结果趋势，并提供实践改进数据，这将在下文中进一步详细描述。合成器300可使用如上文所述的硬连线或无线连接经由内联网直接与HIS 200通信，或者在实施例中，可经由如合成器云302的云计算与HIS 200通信。合成器300直接使用硬连线连接或通过虚拟专用网络(VPN)304与合成器云302对接，使得合成器300可远程(例如，经由未连接到内联网的装置)访问HIS 200。

合成器300与HIS 200通信以从EMR 206获得患者信息。合成器300使用从EMR 206获得的患者信息，利用临床趋势和医学知识来预测粘连物的存在(来自先前的外科手术或放射治疗)、肺放气能力(来自患者的肺功能测量和其他肺疾病(如COPD等)，或可能影响术前规划和/或术中决策的其他关键特征或困扰。使用合成器300，临床医生可从PACS 202获得患者的术前图像。术前图像与从EMR 206获得的患者信息相结合，由合成器300用于构建患者肺的容量重建。

另外参考图3，描述了在合成器300的协助下执行外科手术的方法。具体地，在步骤S100中，合成器300使得能够对图像数据进行交互复查以识别示出肺疾病(例如，肺气肿、COPD、哮喘、癌症等)的影响的感兴趣区域(“AOI”图4)，并协助自动地或通过临床医生的输入来确定AOI在患者肺内的位置。

设想了若干种识别AOI的方法，如超声、CT扫描、代谢扫描等。这些方法的结果存储在RIS 204中，并由合成器从HIS 200获得。在一个非限制性实施例中，在患者“P”没有患有容易识别的肺病变或癌症的情况下，可分析从先前获取的CT扫描生成的图像结果以识别低密度区域。肺“L”的低密度部分是组织密度小于周围组织的区域。这对于患有肺气肿患者的临床医生而言特别有用，因为扩大的肺泡或鼓膜将提供具有比周围组织明显更暗或更黑的区域的图像，表明它们在很大程度上是空气，很少或没有组织分隔这些扩大的肺泡。由于这种低密度，使用3D图像处理的图像分析在识别图像密度(以HU的Hounsfield单位测量)低于特定阈值(例如，950HU)的区域时特别有用。在替代实施例中，可利用PET成像来识别肺“L”内的低代谢活动的区域(其应紧密对应于过度膨胀的肺泡的区域。这些区域的新陈代谢活动很少，因为它们主要由空气组成。可理解，可利用能够执行组合的PET/CT成像技术的装置。以这种方式，可利用PET图像集来识别导航和治疗应针对的低密度区域。在适当的分析之后，使用上述技术中的一种，可识别肺“L”内的感兴趣区域“AOI”的位置，并将其位置存储在PACS 202、RIS 204、EMR 206或与计算机110相关联的存储器116内。

应当理解，可利用本文所述的生成3D模型的方法来识别感兴趣区域“AOI”，并且在实施例中，合成器300可自动识别感兴趣区域，并将这些识别的感兴趣区域呈现给临床医生，此时，临床医生可复查每个感兴趣区域，并选择那些需要进一步研究的区域，或者通过进一步的研究或者通过外科干预。

在步骤S102中，合成器300处理上述图像数据，并使用本领域已知的任何合适的方法生成图像数据的3D重建。在一个非限制性实施例中，使用于2015年8月10日提交的授予Bharadwaj等人的题为“治疗手术规划系统和方法”的美国专利申请公开第2016/0038248号中描述的技术来生成3D重建，其全部内容通过引用并入本文。可理解，在如以下所述的胸腔镜手术期间，有必要对患者的肺的一部分进行放气(例如，诱发肺不张)，以便在胸腔内为手术工具的操纵提供必要的空间。如上文所描述，3D重建必然是完全充气的肺的重建。因此，一旦外科手术已开始，肺的几何形状就会发生变化，导致在肺和胸腔内所识别的感兴趣区域“AOI”的位置发生变化。因此，如下文详细描述的那样制定的术前规划必须补偿外科手术期间肺的几何形状的改变。

为了补偿这种改变的几何形状，合成器300的软件应用程序对处于塌陷状态的患者“P”的肺“L”进行建模。具体而言，软件应用程序采用分割算法来定义各种类型的组织的边界，并基于其密度和连续性以及其他因素将相似类型的组织分组在一起。可设想，软件应用程序可利用本领域已知的任何合适的分割算法，如二元掩蔽、确定分离组织和背景的最佳阈值、自适应区域生长、波前传播等。在一个非限制性实施例中，软件应用程序可利用在先前通过引用并入本文的授予Bharadwaj等人的美国专利申请公开第2016/0038248号中描述的任何分割技术。

可理解，合成器300可能无法区分所有不同的组织类型。这样，软件应用程序能够选择性地切换动脉、静脉、支气管等，以校正任何不准确性。以这种方式，软件应用程序将每个分割的组呈现为不同的颜色或不同的透明度级别，其可由临床医生选择性地调整，以便使临床医生能够更好地识别每个分割的或区分的组，或者在实施例中，可将识别的结构呈现为不透明的，将未识别的结构呈现为半透明的，反之亦然。

为了进一步增强塌陷的肺的重建的准确性，合成器300的软件应用程序调整3D重建以考虑重力的影响(例如，患者在手术台140上的取向)和患者的脊柱在冠状面或额状面(例如，将患者“P”体分成腹侧和背侧部分的平面)中的曲率。胸腔内的其他结构影响肺容量和肺在患者胸腔内的位置，如粘连物、病变等。软件应用程序经由合成器300从PACS 202获得的图像识别这类结构，并通过在存在粘连物的情况下迫使肺“L”位于胸腔中更高的位置、通过将粘连物固定到胸腔处的固定边界并应用弹性模型来确定位移或其组合来说明这些结构的存在。在替代方案中，软件应用程序可识别出粘连物的去除，或者临床医生可将粘连物的去除手动输入到合成器中，并且软件应用程序将相应地重新调整模型(例如，肺“L”将向氦气坐得更低)。

合成器300访问EMR 204以估计更可能的肺放气水平，因为肺组织的弹性将受到常见的肺疾病如COPD、患者的年龄、患者的吸烟状态等的影响。因此，合成器300从EMR 204获得关于患者“P”可能已经历的会影响整体肺容量的任何先前外科手术的信息。在识别了肺“L”内的各种结构之后，软件应用程序采用有限元分析算法对肺“L”进行建模，并在显示器120上向临床医生呈现塌陷的肺模型。所得到的塌陷肺的3D模型计算肺模型(CLM)，所述3D模型在术前规划、术中协助和术后复查期间在显示器120或与计算机110相关联的监控设备上显示给临床医生。

对于用于对塌陷的肺进行建模的示例性系统的详细描述，可参考2017年7月26日提交的授予Sartor等人的题为“使用CT数据对塌陷的肺进行建模”的美国专利申请序列第16/045,996号，其全部内容通过引用并入本文。

一旦开发了CLM，在步骤S104(图3)中，软件应用程序就使临床医生能够使用来自PACS 202、EMR 204、LIS 206和任何其他合适的患者信息源的信息，如在外科手术之前检查的生命体征等(例如，肺功能测试(PFT)，如呼气前一秒钟的用力呼气量(FEV

合成器300的软件应用程序协助临床医生确定路径，用于治疗感兴趣区域“AOI”的外科工具可通过所述路径在患者“P”体内推进。另外，软件应用程序可使用外科工具400(图1)和/或胸腔镜510来识别套管针或端口可被引入以最容易到达感兴趣区域“AOI”的最佳位置，并且确定手术工具应该被引入体腔内以避免接触障碍物(例如，骨骼等)或关键结构(例如，器官、静脉、动脉等)。在实施例中，软件应用程序可协助临床医生选择最适合治疗感兴趣区域“AOI”的外科工具。

参考图4，软件应用程序使临床医生能够虚拟地将外科工具400导航到建模的胸腔中并在其内。软件应用程序突出显示或以其他方式在用户界面中示出手术工具400和/或胸腔镜510在建模的胸腔内遵循的路径502，并且在实施例中，可建议替代路径以优化手术工具400在胸腔内的导航。可设想，软件应用程序可提示临床医生选择建议的路径502或忽略所述建议，并允许临床医生继续绘制定制路径。

合成器300的软件应用程序促进了在CLM上虚拟放置切口线504(图5)、切除线等，其在CLM上使用虚线或用于在用户界面112内示出切口线504的任何其他合适的方式示出。一旦临床医生将切口线504放置在CLM上，软件应用程序就会估计完成闭合切口和/或完成外科手术所需的紧固件的数量(例如，外科钉、外科夹、缝合线、网片等)。在实施例中，软件应用程序可估计需要施加电外科能量的次数、应施加电外科能量的持续时间等。在一个非限制性实施例中，软件应用程序估计完成外科手术所需的外科盒的数量。

以类似于为胸腔内的外科工具400开发建议的路径的方式，软件应用程序基于从EMR 204收集的信息来建议替代切口或切除线。可设想，临床医生可选择由软件应用程序建议的替代方案，或者完全无视所述提示。在实施例中，临床医生可在CLM上放置多个切口线以定义要切除的多个离散的肺容量，如第一肺容量506、第二肺容量508等。(图6和7)。软件应用程序分析切口线504在CLM上的放置，并基于从EMR 204收集的信息或基于关于肺内敏感结构和/或脉管系统的一般医学知识来识别它们的放置的潜在问题。如可理解，这种一般医学知识可作为数据存储在存储器116、局域网、EMR 204等中。

使用临床医生在CLM上定义的多个肺容量，并使用从HIS 200收集的患者信息，软件应用程序估计在肺的选定部分被去除后肺的剩余肺容量和/或肺的呼吸功能参数(例如FEV

转向图8A、8B和8C，一旦完成术前规划，则在步骤S106(图3)中，合成器300的软件应用程序包括用于模拟外科手术的模块，使得临床医生可预演外科手术，训练或培训临床工作人员或其他外科医生。为了能够进行更详细的分析和更全面的培训/预演，所述模块包括多种模式，每种模式均显示不同数量的肺解剖结构。特别地，所述模块包括肺叶切除模式(图8A)、节段切除模式(图8B)和楔形切除模式(图8C)，尽管可设想其他模式。肺叶切除模式示出了肺动脉、肺静脉和/或支气管及其组合(“PA”)的病变、结节、小叶、裂隙和主要叶分支。节段切除模式示出了感兴趣的叶中的病变、结节、裂隙、分段、感兴趣的叶中的肺动脉、肺静脉和/或支气管的叶分支、感兴趣的叶中的突出分段(“B”)的肺动脉、肺静脉和/或支气管的分段分支或其组合。楔形模式示出了感兴趣的叶(例如，上叶、下叶等)中的病变、结节、裂隙、病变周围的节段及其组合(“F”)。在虚拟地执行规划的外科手术之后，在步骤S108中，临床医生确定术前规划是否令人满意。如果临床医生确定术前规划不令人满意，则临床医生会重新进入术前规划阶段并进行任何必要的调整。在这一点上，临床医生可再次使用修改后的术前规划虚拟地执行外科手术。另一方面，如果临床医生确定术前规划是令人满意的，则在步骤S110中，临床医生使用在术前规划期间制定的术前规划开始外科手术。可理解，设想模拟外科手术可为任选的，使得临床医生可选择在没有最初模拟外科手术的情况下开始外科手术。以这种方式，临床医生可从步骤S104进行到步骤S108，或者在实施例中，可从步骤S104进行到步骤S110以开始外科手术。

在手术的术中部分期间，临床医生在术前规划期间识别的预定位置处将一个或多个套管针(未示出)插入患者体内，外科器械400(例如，镊子、外科缝合器、电外科器械、夹具施放器等)通过所述预定位置推进并进入患者体腔。可理解，第二外科工具在患者的体腔内推进以在外科手术期间捕获患者解剖结构的实时图像。在一个非限制性实施例中，第二外科工具是能够在患者“P”的胸腔内推进并且具有设置在其上结构化光扫描仪512(图9)的胸腔镜510或其他合适的装置，如内窥镜或腹腔镜。可设想，胸腔镜510可包括本领域中已知的任何合适的结构化光扫描器512，如LED或LED红外激光器或可见光LED激光器，其以合适的方式设置在胸腔镜510上，以通过旋转镜、分光镜或衍射光栅来扫描图案(线、网或点)，或者可为数字光处理(DLP)投影仪。在一个非限制性实施例中，结构化光扫描仪512是具有准直光的LED激光器。胸腔镜510还包括设置在其上的能够检测IR光的IR相机514(图9)。可设想，IR相机514可为本领域中已知的热成像相机，如铁电、硅微辐射热计或未冷却的焦平面阵列(UFPA)。进一步设想，设置在胸腔镜510上的各种传感器可为具有相关联的硬件和/或软件的单独且不同的部件，或者可为如

对于具有结构化光扫描器的示例性胸腔镜或内窥镜的详细描述，可参考于2017年3月24日提交的授予Sartor等人的题为“用于表面扫描的胸腔内窥镜”的美国专利申请第15/468,981号，其全部内容通过引用并入本文。

使用由胸腔镜510收集的信息，合成器300的软件应用程序生成患者“P”塌陷肺的3D表面模型。塌陷肺的3D表面模型由软件应用程序用来更新CLM，并提供处于塌陷状态的患者“P”肺“L”的更准确模型。在步骤S112(图3)中，软件应用程序经由用户界面112向临床医生显示患者肺的多个生成的3D表面模型。在步骤S114中，软件应用程序使临床医生能够选择最准确地描绘处于塌陷状态的患者的“P”肺“L”的肺放气模型(图11A、11B和11C)。举例来说，图11A示出了在塌陷状态下叠加在患者肺的扫描上的CLM。图11B示出了在塌陷状态下最准确地匹配患者肺的扫描的所选CLM。图11C示出了临床医生使用手势来改变CLM的形状以更紧密地匹配处于塌陷状态的患者肺的扫描。

参考图9，进一步设想，与其将CLM与由结构化光扫描器512获得的扫描进行比较，不如可将CLM与由医生通过胸腔镜510获得的患者“P”塌陷肺“L”的实时视图进行比较。以这种方式，胸腔镜510包括相机516或设置在其远侧部分处的用于捕获视频图像的其他合适装置。可理解，胸腔镜510可为能够在VATS手术或iVATS手术期间使用的任何合适的胸腔镜。在实施例中，相机516可为光学扫描系统(未示出)，如DLP系统，可利用所述DLP系统准确地确定处于塌陷状态的患者“P”肺“L”的大小。

使用由结构化光扫描器512或光学扫描系统获得的位置数据，可在结构化光扫描器数据中检测各种特征点或信标，如裂缝、韧带附着物、粘连物“A”、患者“P”肺“L”的表面高度或位于胸腔内的任何其他合适的特征点(图12)。一旦识别出特征点，就计算出这些检测到的特征点相对于塌陷CLM中对应特征点的偏移量。可设想，可使用任何合适的特征匹配算法来计算结构化光扫描仪数据和CLM数据之间的特征点偏移量，如尺度不变特征变换(SIFT)、旋转不变特征变换(RIFT)、广义鲁棒不变特征(G-RIF)、加速鲁棒特征(SURF)、主成分分析SIFT(PCA-SIFT)、梯度位置-取向直方图(GLOH)、高斯-SIFT等。软件应用程序使用计算出的特征点偏移量并且再生成CLM，以更准确地反映患者“P”塌陷肺“L”的观察状态。可理解，当胸腔镜510在胸腔内相对于患者“P”肺“L”推进时，CLM可实时再生成。以这种方式，合成器300的软件应用程序监视视觉界标的位置，如裂缝、病变等，或者可使用内部界标，如先前已放置在患者“P”肺“L”中的结节(通过使用病变检测技术可识别)或信标(未示出)。在实施例中，软件应用程序可检测患者“P”肺“L”中的病变，并且将病变作为自然信标来处理，使得患者“P”肺“L”中的关键结构可在CLM中被识别。

对于使用结构化光扫描仪更新患者塌陷的肺的详细描述，可参考美国专利申请序列第16/045,996号，所述申请先前通过引用并入本文。

随着胸腔镜510在胸腔内推进，视频图像将被捕获并传输到与计算机110或监视器设备130相关联的监视器(图1)，从而提供患者“P”肺“L”塌陷的实时视图。塌陷的肺的3-D模型叠加在肺“L”的实时视图上，使得病变和肺“L”内的其他结构在实时视图中得到示出，以使临床医生能够更准确地治疗感兴趣区域“AOI”，并避开位于肺“L”内的关键结构。如图13和14所示，在步骤S116(图3)中，设想软件应用程序可应临床医生的请求将CLM示出为画中画(PIP)视图或在手术室监视器的侧面示出CLM。另选地，取决于执行所述手术的临床医生的需要，CLM的图示可显示为并排视图等。CLM的PIP图示示出了胸腔镜510的相机视图在CLM上的位置。

可理解，参考图15和16，当患者“P”肺“L”在胸腔内处于静止位置时(例如，没有被临床医生使用镊子或类似的东西操纵)，已在CLM中重建的患者“P”肺“L”的解剖特征可相对于胸腔镜510的相机视图显示在正确的位置。以这种方式，肺“L”必须处于先前由软件应用程序通过信标、界标或裂缝和/或仪器跟踪(如电磁跟踪系统，将在下文中进一步详细描述)生成的坐标所识别和匹配的位置。如果临床医生使用工具或装置(如外科器械400)操纵肺“L”，则示出CLM的PIP将显示为不可用(如用X或其他识别手段)，直到肺“L”恢复到其先前的状态。

在实施例中，合成器300的软件应用程序使用光学扫描仪(未示出)，如上文所述的DLP系统，以评估肺“L”的肺和肺门结构，因为它由临床医生操纵，并将肺和肺门结构关联为3D表面。软件应用程序从CLM的对应肺和肺门结构中识别出来自3D肺和肺门结构的偏移量，将识别出的偏移量应用为位移，并重新生成CLM以对应于肺“L”的实时取向。特别地，软件应用程序可根据肺“L”内的血管和气道在肺门处的弯曲方式建模，并且在CLM内重建围绕这些结构的放气肺实质的模型。

参考图17和18，在步骤S118(图3)中，使用从HIS 200收集的患者信息，软件应用程序从存储在PACS 202内的CT图像重建淋巴结图。特别地，软件应用程序使用各种已知的解剖情况预测CLM中每个淋巴结的位置，并生成多个淋巴结图。软件应用程序通过用户界面112将每个淋巴结图呈现给临床医生，此时，临床医生选择最类似于患者“P”实际解剖结构的淋巴结图。所选的淋巴结图覆盖在CLM上，并使用任何合适的手段(如通过HIS 200获得的图像、通过EMR 204上存储的患者信息等)识别扩大的淋巴结。在一个非限制性实施例中，软件应用程序对应于例如淋巴结大小、其是否扩大等为每个淋巴结分配颜色。在实施例中，软件应用程序识别出扩大的淋巴结，并呈现文本框520或标题为“扩大的淋巴结”等的其他类似特征，并识别分配给淋巴结的编号(图20)。软件应用程序进一步识别出哪些淋巴结已被去除，并在用户界面112中向临床医生显示此信息(图18)。对于追踪淋巴结标本的详细描述，可参考于2017年5月19日提交的授予Sartor等人的美国临时专利申请第62/508,724号的题为“用于淋巴标本追踪、引流确定、可视化和治疗的系统、装置和方法”，其全部内容通过引用并入本文。

在步骤S120(图3)中，合成器300的软件应用程序监视在预手术规划内识别出的每个手术步骤的完成。特别地，软件应用程序监视通过用户手势识别、通过外科器械400或在用户界面112上的触觉反馈，或用于识别手术步骤是否已完成的任何其它合适的手段来监视哪些分支已被划分或泄漏测试是否已完成。在实施例中，软件应用程序显示要完成的手术步骤、手术步骤的状态(例如，未分割、分割、结扎等)、手术步骤完成的时间、手术步骤完成的时间、完成每个手术步骤所需的持续时间等。(图19)以文本框522或任何其他合适的方式显示。尽管通常示出为显示在显示屏120的上角，但可设想，手术步骤信息可显示在显示屏120内的任何位置，使得临床医生可容易地观察每个步骤的状态，但不妨碍对由胸腔镜510(图19)捕获的图像的查看。软件应用程序使临床医生能够在外科手术的选择性部分期间捕获静止图像(例如，图像)和/或视频图像，并将图像和视频存储在与计算机110相关联的存储器116中。可设想，软件应用程序将每个图像或视频与捕获图像的时间相关联(例如，应用时间戳)。在实施例中，临床医生可以实时速度或慢动作选择性地快进、倒带或以其他方式重放捕获的视频。

在步骤S122(图3)中，使用VATS或iVATS跟踪胸腔镜和/或外科器械400的位置，或者在实施例中，可通过跟踪胸腔内的预先插入的信标(未示出)或其他预先识别的视觉界标并将其在胸腔内的位置与CLM中的对应位置相关联来实现对胸腔镜510和/或外科器械400的跟踪，从而实现相机视图。在实施例中，可设想，软件应用程序可跟踪外科器械400远侧尖端相对于患者“P”肺“L”或AOI的位置。在跟踪外科器械400的远侧尖端期间，外科器械400的远侧尖端相对于病变(例如，远侧尖端与病变的距离)或其他关键结构的相对位置可显示在显示屏120上(图1)。可设想，关于外科器械400的远侧尖端相对于病变或其他关键结构的位置的附加信息可呈现在显示屏120上，如从HIS 200或PACS 202获得的图像，从外科器械400获得的实时术中超声图像、患者的生命体征(如从麻醉监测设备获得的生命体征)、计时器等(图20A、20B和20C)。具体地，图20A示出了在患者的肺的实时视图上的患者的生命体征“V”的覆盖图，如用于麻醉的那些。图20B示出了叠加在患者肺的实时视图上的CT图像“CT”，以提供关于临床医生正在治疗的患者肺的特定部分的解剖结构的附加细节。在另一个实施例中，图20C示出了计时器“T”或其他类似的手段，用于在外科手术期间向临床医生显示经过的时间(例如，手术的总持续时间)。可理解，临床医生可在外科手术期间根据需要选择性地访问每个显示器。

对于在外科手术期间在显示器上显示医学图像的详细描述，可参考于2017年5月3日提交的授予Rossetto等人的题为“来自外科医生相机的医学图像查看器控制”的美国专利申请第15/585,592号，其全部内容通过引用并入本文。

参考图21，合成器300的软件应用程序使临床医生能够在显示屏120上注释或以其他方式远程显示，以在患者“P”肺“L”的实时视图上选择性地识别感兴趣区域。临床医生在患者“P”肺“L”的实时视图上放置注释“AN”的位置由软件应用程序关联到CLM上的位置。以这种方式，将所选位置锁定在CLM内(例如，识别并存储CLM内的位置)，使得随着外科医生视图的取向改变，注释“AN”的位置仍保持在CLM上的正确位置。在实施例中，注释“AN”可在CLM上突出显示，使得临床医生能够观察注释“AN”相对于外科器械400的位置(图22)。软件应用程序还协助临床医生使用导航系统将外科器械400导航到注释“AN”的位置。

软件应用程序可使用任何合适的手段来跟踪患者“P”体腔内的外科器械400的远侧尖端。以这种方式，外科器械400的远侧部分包括设置在其上的传感器402(图18)，其能够使用跟踪模块404、参考传感器406和发射器垫408(图1)进行跟踪。在实施例中，外科器械400的远侧尖端的位置可使用机器人手术系统(未示出)等来跟踪。再次参考图1，示出了跟踪系统410，其包括能够将胸腔内的外科器械400和患者“P”肺“L”引导至AOI的导航系统。如图所示，患者“P”躺在手术台140上，其中外科器械400在胸腔内使用能够允许外科器械通过患者“P”胸部的任何合适的外科装置，如进入端口、套管针等(未示出)推进。

在一个非限制性实施例中，导航系统可为六自由度电磁跟踪系统，例如，类似于在2015年6月29日提交的授予Brown等人的题为“用于在肺内导航的系统和方法”的美国专利申请公开第2016/0000302号以及公开的PCT申请第WO 00/10456号和第WO 01/67035号中公开的那些，每个申请的全部内容通过引用并入本文，或者另一种合适的定位测量系统，用于执行配准和导航，尽管也可设想其他配置。跟踪系统410包括跟踪模块404、多个参考传感器406和发射器垫408。跟踪系统410被配置为与外科器械410和/或具有传感器402和510a(分别见图19和9)的胸腔镜510一起使用，所述传感器设置在其远侧部分，使得能够在六个自由度上相对于参考坐标系监控外科器械400和/或胸腔镜510的远侧部分的位置和取向。对于示例性导航系统的构造的详细描述，可参考于2014年12月9日提交的授予Costello等人的题为“用于将活检工具导航到目标位置并使用其获得组织样本的系统和方法”的美国专利申请公开第2015/0265257号，其全部内容通过引用并入本文。

发射器垫408位于患者“P”下方(图1)，并且是电磁辐射的发射器，并且包括被配置为连接至驱动电路(未示出)的三个基本上为平面的矩形环形天线(未示出)的堆叠。对于示例性发射器垫(也可称为定位板)的构造的详细描述，可参考于2009年4月2日授予Zur的题为“磁干扰检测系统和方法”的美国专利第9,575,140号，其全部内容通过引用并入本文。

发射器垫408和多个参考传感器406在跟踪模块404内互连，所述跟踪模块以六个自由度得出每个传感器406的位置。一个或多个参考传感器406附接到患者“P”的胸部。参考传感器406的六个自由度坐标被发送到计算机110(其包括适当的软件)，在那里它们被用于计算患者坐标系以供参考。通常通过识别3D模型和患者“P”胸腔和/或肺“L”中的位置并测量两个系统中的坐标来执行配准。然后将这些坐标关联起来，并将两个坐标系统对准。

在使用中，外科器械400在患者“P”的胸腔内推进。通过移动外科器械400穿过胸腔来执行自动配准。更具体地，使用跟踪模块404、参考传感器406和发射器垫408来记录与在外科器械400穿过胸腔移动时传感器402的位置有关的数据。将由此位置数据得到的形状与CLM的胸腔和/或肺“L”的内部几何形状进行比较，并且例如利用计算机110上的软件来确定基于此比较的形状和CLM之间的位置相关性。可设想，可在CLM上显示外科器械400的远侧部分的位置，使得临床医生可识别出外科器械400在患者“P”的胸腔和/或肺“L”内的位置。此外，如果外科器械400被引导得太靠近患者“P”体腔或肺“L”内的关键结构，则合成器300的软件应用程序经由用户界面112向临床医生提供提示或警告。以类似的方式，如果临床医生试图治疗(例如，分割、结扎等)错误的结构(或在术前规划期间未识别的结构)，软件应用程序经由用户界面112向临床医生提供提示或警告。当外科器械400在体腔或患者“P”肺“L”内导航时，软件应用程序显示外科器械400的远侧尖端与关键结构(如结节或血管)的距离(图23)。为了适应此功能，软件应用程序可能要求临床医生识别CLM中感兴趣的关键结构。在外科手术期间，软件应用程序监视外科器械400的远侧尖端相对于这些识别出的关键结构的位置。尽管通常被描述为使用电磁跟踪系统410进行监视，但可设想，可使用例如光学估计(经由光学相机516、3D相机等)、结构化光扫描仪514等来监测外科器械400的远侧尖端相对于识别的关键结构的距离。可理解，可利用先前描述的提示、警告、位置信息等来帮助引导机器人手术系统等，并且特别是随着机器人手术系统获得越来越大的自主性。

由发射器垫408生成的电磁波被配置用于外科器械400的各种传感器元件接收，并被转换为经由参考传感器406感测的电信号。跟踪系统410还包括接收电路(未示出)，其具有适当的放大器和A/D转换器，用于从参考传感器406接收电信号并处理这些信号以确定和记录设置在外科器械400上的传感器402的位置数据。计算机110可被配置为从跟踪系统410接收位置数据，并且在CLM上并且相对于在规划阶段期间生成的所选路径，在例如显示屏120、监控设备130或其他合适的显示器上显示传感器402的当前位置。因此，如上所述，可容易地实现外科器械400到AOI的导航和/或外科器械400相对于AOI的操纵。

一旦外科器械400已成功导航到AOI，临床医生就可使用外科器械400去除或以其他方式治疗(例如，消融、切除、活检、结扎等)AOI。对于外科工具的示例性规划和导航的详细描述，可参考授予Brown等人的美国专利申请公开第2016/0000302号，其先前通过引用并入本文。

可理解，电磁导航系统410可被用来导航胸腔镜510穿过胸腔并且在患者“P”肺“L”内到达AOI。为了促进这类导航，显示屏120、监视设备130和/或任何其他合适的显示器可被配置为显示包括从设置在胸腔镜510的远侧部分上的传感器510a的当前位置到AOI的选定路径的CLM。使用跟踪系统410将胸腔镜510导航到AOI类似于上面详述的导航，因此，为了简洁起见，下文不再详述。

在步骤S124中，可使用在每个医疗程序期间获得的数据来随时间建立数据库。特别地，合成器300的软件应用程序将术后患者信息存储在HIS 200中，并将这类信息与对其执行特定手术的特定患者相关联。以这种方式，数据库根据特定手术或在实施例中以任何合适的值(例如，年龄、性别、种族、结果等)为每个患者进行索引，使得临床医生可复查从相似患者获得的数据，以更好地预测手术的结果以及正在执行的手术的效果。可理解，一旦在数据库中填充了许多手术和/或患者，临床医生将能够预测或以其他方式确定规划的手术是否会产生期望的临床效果。举例来说，患有影响位于右叶上部的肺的一部分的肺气肿的患者可与患有影响位于右叶上部的肺的一部分的肺气肿的类似患者相关，后者的数据已被输入数据库。以这种方式，临床医生能够预测执行特定手术或治疗患者肺的特定部分是否会产生所需的临床效果。实际上，通过预测患者是否将从特定手术或治疗中受益，临床医生能够减少治疗患者所需的手术数量(例如，消除或大大减少试错方法)，从而减少痛苦、恢复时间和费用。此外，此预测模型提供了确定患者的结果是否符合预测或未达到预测的基础，如果未达到预测，临床医生可能能够识别一个或多个先前未设想的加重因素并执行进一步的手术。可理解，在每个手术期间获得的数据对于将来可能正在执行类似手术或治疗相似患者的临床医生而言是可用的。

可设想，可利用数据库来存储与在手术期间使用的器械的类型、所使用的外科紧固件(例如，夹子、钉、缝合线等)的数量有关的数据、与所利用的每种外科器械有关的位置信息。临床医生可利用此信息来更好地预测完成外科手术所需的外科钉仓(或其他紧固件)的数量，减少外科手术浪费，并提供一种手段，使临床医生可通过自我教育或彼此教育如何改进给定外科手术的工具选择。

在实施例中，合成器300的软件应用程序能够跟踪患者结果，并与其他患者和/或其他机构(例如，使用与本文详细描述的系统不同或相似的系统的医院或诊所)相比发展趋势。此外，软件应用程序促进收集实际外科手术持续时间和预测外科手术持续时间、所使用的器械及它们的使用量、消耗的资源和/或周转时间之间的比较。使用此信息，临床医生和管理人员能够跟踪资源利用率、所执行的每个手术的成本，并提供度量标准，通过这些指标，临床医生和管理人员能够跟踪或开发对外科医生和组织(例如，医院或医院网络)的改进。

虽然已在附图中示出了本公开的若干个实施例，但并不旨在将本公开限制于此，而在于使本公开与本领域所允许的范围一样广泛，并且应以同样的方式阅读本说明书。因此，上述描述不应被解释为限制，而仅仅是特定实施例的范例。