用于预测单极电外科工具的电流路径并评估电烧伤风险的方法和系统与流程

本公开整体涉及单极电外科，并且更具体地涉及用于预测从单极电外科工具的有源电极到该单极电外科工具的返回电极的潜在电流路径并且评估和消除与所预测电流路径相关联的组织烧伤风险的系统、装置和技术。

背景技术

一般来讲，存在两种主要类型的电外科工具：双极电外科工具和单极电外科工具。双极电外科工具通常包括一对钳状电极：电流从钳状工具的一个尖端(即，第一电极)穿过两个尖端之间的靶组织流到钳状工具的另一个尖端(即，第二电极)，使得电流实际上不进入患者的身体中。相比之下，在单极电外科工具中，单极电外科工具的有源电极被放置在患者的手术部位处。单极电外科工具的返回电极(也称为“分散垫”或“接地垫”)被放置在患者的身体上的其他地方，该其他地方通常位于患者的身体的与手术部位和有源电极所在位置的相对侧上。因此，随着单极电外科工具的主电流完成完整电路，它沿电阻最小的路径穿过患者的身体从有源电极流回电极/接地垫。

虽然在一些电外科规程中仍然使用双极电外科工具，但可能很难找到足够的空间来围绕小手术部位放置两个电极。相比之下，仅在手术部位处使用有源电极的单极电外科工具可能更容易地放置并便于工作。然而，因为患者的身体被用作单极电外科手术中的电流返回路径的一部分，因此必须注意防止患者的身体内部的意外组织烧伤，尤其当患者的身体内部存在金属物体诸如金属植入物时。

技术实现要素：

本专利公开提供了各种实施方案，这些实施方案基于分析患者的身体内部组织的电特性来预测从单极电外科工具的有源电极到该单极电外科工具的返回电极/接地垫的潜在电流路径，并且评估和消除与所预测电流路径相关联的组织烧伤风险。在一些实施方案中，本发明所公开的电流路径预测技术被设计成针对患者的身体上的两个电极的任何给定几何构型来预测从有源电极到接地垫的一组潜在电流路径。可随后在患者的身体的三维(3D)扫描或患者的身体的内窥镜视图上并且相对于患者的身体内部的任何现有金属植入物的显示以图形方式显示这些所预测电流路径，从而允许将患者的身体内部的组织烧伤风险点可视化。例如，当所预测电流路径与患者的身体内部的金属植入物的位置相交时，识别出潜在组织烧伤风险，并且可加亮电流路径与金属植入物交汇的位置。

基于所预测电流路径和被加亮的组织烧伤风险位置的显示，外科工作人员可选择重新定位单极电外科工具的接地垫以改变潜在电流路径。可随后将本发明所公开的电流路径预测技术应用于新电极配置，以生成从有源电极到新接地垫位置的另一组潜在电流路径。接下来，可针对患者的身体内部的一组新的潜在电流路径重新评估潜在组织烧伤风险。如果针对一组新的潜在电流路径识别出一个或多个组织烧伤风险，则可再次重新定位接地垫，并且可重复该电流预测评估过程。此外，所预测电流路径还可揭示患者的身体的一部分与接地金属物体(诸如手术台或金属搁板)的任何意外接触。此类身体/金属接触可致使电流绕过接地垫并流向身体/金属接触位置，从而引起意外组织烧伤。因此，基于评估输出和加亮此类烧伤风险位置的所预测电流路径的显示，手术人员可重新定位患者的身体以防止患者的身体与接地金属物体之间的意外接触。

在一个方面，公开了一种用于当在患者上使用单极电外科工具时预测患者的身体内的潜在电流路径的方法。该方法可首先接收单极电外科工具的有源电极和返回电极在患者的身体上的位置。该方法接下来识别在有源电极的位置和返回电极的位置之间的一组组织。该方法随后利用电特性的对应值诸如介电常数值增强所识别的一组组织中的每个组织。接下来，该方法使用电流路径模型、所识别的一组组织和电特性的一组对应值来预测在有源电极和返回电极之间的一组潜在电流路径。

在一些实施方案中，该方法通过以下步骤识别在有源电极的位置和返回电极的位置之间的一组组织：接收患者的身体的三维(3D)扫描；基于所接收的3D扫描，分割在有源电极的位置和返回电极的位置之间的解剖结构；以及从所分割的解剖结构中识别一组组织。

在一些实施方案中，该方法通过以下步骤识别在有源电极的位置和返回电极的位置之间的一组组织：接收内窥镜视频，该内窥镜视频沿有源电极和返回电极之间的途径捕获患者的身体内部的解剖结构；以及分割所捕获的解剖结构以识别一组组织。

在一些实施方案中，该方法还基于所分割的解剖结构来识别用于所识别的一组组织中的每个组织的一组尺寸。

在一些实施方案中，该方法还包括以下步骤：从3D扫描中提取患者的身体内部的一个或多个金属植入物的位置和尺寸；以及将一个或多个金属植入物的所提取的位置和尺寸提供给电流路径模型以作为用于预测该一组潜在电流路径的输入。

在一些实施方案中，该方法使用包含人身体内的各种类型组织的估计介电常数的查找表，用对应的介电常数值增强所识别的一组组织中的每个组织。

在一些实施方案中，用对应的介电常数增强所识别的一组组织中的每个组织还包括以下步骤：沿有源电极和返回电极之间的途径，从患者的身体内部的解剖结构的内窥镜视频图像中提取所识别的一组组织中的所识别组织的颜色信息；将颜色信息转换成修饰符以修改来自查找表的与所识别组织相关联的对应介电常数值；以及利用经修改的介电常数值来增强所识别组织。

在一些实施方案中，该方法还计算用于该一组潜在电流路径中的每条潜在电流路径的概率值，其中该一组潜在电流路径中具有较低总电阻的潜在电流路径与较高概率值相关联。

在一些实施方案中，该方法还包括以下步骤：显示该一组潜在电流路径中具有最高概率值的一条或多条潜在电流路径；以及对于所显示的潜在电流路径中的每条潜在电流路径，加亮由于潜在电流路径流过金属植入物和/或潜在电流路径流过患者的身体的接触接地金属物体的一部分而引起的潜在组织烧伤损伤的一个或多个位置。

在另一方面，公开了一种用于当在患者上使用单极电外科工具时预测患者的身体内的潜在电流路径的系统。该系统可包括：一个或多个处理器以及耦合到该一个或多个处理器的存储器。此外，一个或多个处理器被配置成：接收单极电外科工具的有源电极和返回电极在患者的身体上的位置；识别在有源电极的位置和返回电极的位置之间的一组组织；利用电特性的对应值来增强所识别的一组组织中的每个组织；以及基于电流路径模型、所识别的一组组织和电特性的一组对应值来预测在有源电极和返回电极之间的一组潜在电流路径以及与该一组潜在电流路径中的每条潜在电流路径相关联的潜在组织烧伤。

在一些实施方案中，该系统通过以下步骤识别在有源电极的位置和返回电极的位置之间的一组组织：接收患者的身体的三维(3D)扫描；基于所接收的3D扫描，分割在有源电极的位置和返回电极的位置之间的解剖结构；以及从所分割的解剖结构中识别一组组织。

在一些实施方案中，该系统通过以下步骤识别在有源电极的位置和返回电极的位置之间的一组组织：接收内窥镜视频，该内窥镜视频沿有源电极和返回电极之间的途径捕获患者的身体内部的解剖结构；以及分割所捕获的解剖结构以识别一组组织。

在一些实施方案中，该一个或多个处理器进一步被配置成：从3D扫描中提取患者的身体内部的一个或多个金属植入物的位置和尺寸；以及将一个或多个金属植入物的所提取的位置和尺寸提供给电流路径模型以作为用于预测该一组潜在电流路径的输入。

在一些实施方案中，该系统还包括显示装置，并且该一个或多个处理器进一步被配置成：在显示装置上显示该一组潜在电流路径中具有最高概率值的一条或多条潜在电流路径；以及对于所显示的潜在电流路径中的每条潜在电流路径，加亮由于潜在电流路径流过金属植入物和/或潜在电流路径流过患者的身体的接触接地金属物体的一部分而引起的潜在组织烧伤损伤的一个或多个位置。

在又一方面，公开了一种用于当在患者上使用单极电外科工具时使用电流路径预测规程来消除意外组织烧伤风险的方法。该方法可首先接收单极电外科工具的有源电极和返回电极在患者的身体上的初始位置。接下来，该方法使用电流路径预测模型来生成患者的身体内部的在有源电极的初始位置和返回电极的初始位置之间的第一组所预测电流路径。该方法接下来确定第一组所预测电流路径中的任何所预测电流路径是否能够由于所预测电流路径流过金属植入物和/或所预测电流路径流过患者的身体的接触接地金属物体的一部分而引起潜在组织烧伤损伤。如果能够引起潜在组织烧伤损伤，则该方法向外科工作人员发送第一警告消息，并且在显示器上加亮第一组所预测电流路径之中的一条或多条所识别电流路径上的潜在组织烧伤损伤的一个或多个位置。

在一些实施方案中，在发送第一警告消息之后，该方法还包括以下步骤：接收单极电外科工具的返回电极在患者的身体上的新位置；使用电流路径预测模型来生成患者的身体内部的在返回电极的新位置和有源电极的初始位置之间的第二组所预测电流路径；确定第二组所预测电流路径中的任何所预测电流路径是否仍然能够由于所预测电流路径流过金属植入物和/或所预测电流路径流过患者的身体的接触接地金属物体的一部分而引起潜在组织烧伤损伤；以及如果能够引起潜在组织烧伤损伤，则向外科工作人员发送第二警告消息，并且在显示器上加亮第二组所预测电流路径之中的一条或多条所识别电流路径上的潜在组织烧伤损伤的一个或多个位置。

附图说明

通过查看以下具体实施方式和附图将理解本公开的结构和操作，在附图中类似的附图标号是指类似的部件，并且其中：

图1示出了根据本文所述的一些实施方案的对患者使用单极电外科工具的示例性电外科装备。

图2呈现的是流程图，示出了根据本文所述的一些实施方案的用于在电外科手术期间使用单极电外科工具时预测患者的身体内的潜在电流路径的示例性方法。

图3呈现的是流程图，示出了根据本文所述的一些实施方案的用于在使用单极电外科工具进行电外科手术时使用潜在电流路径预测规程来消除意外组织烧伤风险的示例性方法。

图4概念性地示出了可用以实现本主题技术的一些实施方案的计算机系统。

具体实施方式

下文列出的具体实施方式旨在作为本主题技术的各种配置的描述，并非旨在表示可实践本主题技术的唯一配置。附图并入本文并构成具体实施方式的一部分。具体实施方式包括特定细节，其目的在于提供对本主题技术的透彻理解。然而，本主题技术不限于本文列出的特定细节，并且可在没有这些特定细节的情况下被实践。在一些情况下，结构和部件在框图中示出，以避免模糊本主题技术的概念。

本专利公开提供了各种实施方案，这些实施方案基于分析患者的身体内部组织的电特性来预测从单极电外科工具的有源电极到单极电外科工具的返回电极/接地垫(术语“返回电极”和“接地垫”在整个本专利公开中可互换使用)的潜在电流路径，并且评估和消除与所预测电流路径相关联的组织烧伤风险。在一些实施方案中，本发明所公开的电流路径预测技术被设计成针对患者的身体上的两个电极的任何给定几何构型来预测从有源电极到接地垫的一组潜在电流路径。可随后在患者的身体的三维(3D)扫描或患者的身体的内窥镜视图上并且相对于患者的身体内部的任何现有金属植入物的显示以图形方式显示这些所预测电流路径，从而允许将患者的身体内部的组织烧伤风险点可视化。例如，当所预测电流路径与患者的身体内部的金属植入物的位置相交时，识别出潜在组织烧伤风险，并且可加亮电流路径与金属植入物交汇的位置。

基于所预测电流路径和被加亮的组织烧伤风险位置的显示，外科工作人员可选择重新定位单极电外科工具的接地垫以改变潜在电流路径。可随后将本发明所公开的电流路径预测技术应用于新电极配置，以生成从有源电极到新接地垫位置的另一组潜在电流路径。接下来，可针对患者的身体内部的一组新的潜在电流路径重新评估潜在组织烧伤风险。如果针对一组新的潜在电流路径识别出一个或多个组织烧伤风险，则可再次重新定位接地垫，并且可重复该电流预测评估过程。此外，所预测电流路径还可揭示患者的身体的一部分与接地金属物体(诸如手术台或金属搁板)的任何意外接触。此类身体/金属接触可致使电流绕过接地垫并流向身体/金属接触位置，从而引起意外组织烧伤。因此，基于评估输出和加亮此类烧伤风险位置的所预测电流路径的显示，手术人员可重新定位患者的身体以防止患者的身体与接地金属物体之间的意外接触。

图1示出了根据本文所述的一些实施方案的对患者110使用单极电外科工具的示例性电外科装备100。如图1所示，电外科装备100中的单极电外科工具包括电外科发生器102、手持件104和附接到手持件104的端部的有源电极106。电外科发生器102和手持件104连同在手持件104的尖端处的有源电极106通常被称为电外科单元(ESU)。电外科发生器102被配置成生成各种波形的电流(例如，电流120)并且将电流递送到手持件104以及递送到有源电极106的尖端。外科医生可握持手持件104以将有源电极106施加到患者110的腹部上的手术部位。可以看出，当使用图1中描绘的单极电外科工具时，有源电极106与患者的组织在手术部位处直接接触，以利用电外科发生器102实现外科效果，诸如切割或烧灼。虽然图1示出手术部位在患者110的腹部上，但潜在手术部位可定位在患者110的身体上除患者腹部之外的不同部分处。

同样如图1所示，所描绘的单极电外科工具还包括被放置在患者的身体上远离有源电极106的其他位置的患者返回电极/接地垫112。例如，返回电极/接地垫112通常被放置在患者110的身体的相对于手术部位(即，有源电极106的位置)的相对侧上。需注意，接地垫112也连接到电外科发生器102。此外，在通过有源电极106将电外科电流120递送到手术部位之后，电外科电流将随后流过患者110的身体到达接地垫112，这使得患者的身体成为完整电流回路的一部分。因此，由电外科发生器102生成的电外科电流120从电外科发生器102流到有源电极106，通过患者的身体到达接地垫112，并且从接地垫112返回到电外科发生器102以完成完整的电流回路。

当电外科电流120流过患者110的身体时，可沿患者的身体内部的电流路径产生热量。除了形成电流回路的一部分之外，接地垫112的另一个重要功能是耗散在患者的身体内部生成的热量。如果随时间推移产生的热量不能通过接地垫112的尺寸和/或传导性安全地耗散，则将发生返回电极燃烧。因此，接地垫112通常被设计成具有显著较大的尺寸(例如，不小于2英寸×2英寸)和足够高的传导性。如果未正确地配置接地垫112的尺寸和/或传导性，则在患者的身体内部生成的热量可在接地垫112处积聚，从而引起潜在的返回电极燃烧。

为了进一步降低潜在烧伤的风险，在一些实施方案中，应将接地垫112的位置选择为尽可能靠近手术部位。此类接地垫配置可显著缩短患者110的身体内的电流路径的长度，这继而降低潜在烧伤风险。可有助于降低潜在烧伤风险的放置接地垫112的一些其他规则包括使接地垫112保持清洁、干燥、供血良好和在大肌肉块上。此外，接地垫112应避免骨突、脂肪组织、疤痕组织、所植入金属假体上方的皮肤、有毛发表面和压力点。

本领域的技术人员将会理解，当电外科电流120流过有源电极106和接地垫112之间的患者110的身体时，电流趋于沿循电阻最小的路径。因此，如果患者110在其身体内部有一个或多个金属植入物，则通过这些金属植入物的高传导性的促进，电外科电流120可找到流过这些金属植入物中的一个或多个金属植入物的途径。这种情形显然是不期望的，因为穿过金属植入物的电外科电流不仅可能损坏功能金属植入物诸如心脏起搏器，而且如果金属植入物随时间推移变热还可能导致组织/器官烧伤损伤。此外，如果金属植入物是心脏起搏器，则电外科电流120可被引导穿过心脏，从而导致严重的心源性休克风险。

因此，在电外科规程期间，如果在向患者施加电外科电流之前不分析以下情形，则可能发生潜在烧伤和损伤。

■金属植入物：如果患者110在其身体内部有一个或多个金属植入物，诸如心脏起搏器或金属矫形植入物，则需要先验地确定此类金属植入物。如果未正确地确定现有的金属植入物，则如果金属植入物中的一个或多个金属植入物变成电流路径的一部分，则可发生前述电烧伤损伤。例如，如果图1中的接地垫112恰好被放置在患者110的皮肤上，位于患者110的金属植入物的正上方，则电外科电流120非常可能流过该金属植入物。

■患者接触接地金属物体：图1中患者110所在的金属手术台108通常接地。因此，如果患者110的身体的任何部分诸如手或臂意外地接触金属台108，则电外科电流120可从有源电极106直接流到患者110的身体的接触金属台108的位置，同时完全绕过接地垫112(例如，在其中接地垫112被放置在比患者110的身体接触金属台108的位置更远离有源电极106的位置处的配置中)。因此，有必要定位和隔离患者110，以使得其不接触任何接地金属物体。

■需注意，对于有一个或多个金属植入物的患者，如果此类患者在电外科手术期间意外地接触接地金属物体，则此类患者所面临的电烧伤损伤的风险变得显著高于没有任何金属植入物的其他患者。

需注意，对于每位唯一的患者110，如果可在对患者执行电外科手术之前预测从有源电极106到接地垫112的潜在电流路径，则可评估所预测电流路径中的每条电流路径，以确定任何潜在电流路径是否具有沿给定电流路径对组织造成烧伤损伤或其他电损伤的潜在风险。具体地讲，可以高优先级评估与高概率相关联的潜在电流路径中的一条或多条潜在电流路径，因为它们是电流可流经的更可能的路径。基于该评估，例如，如果确定给定潜在电流路径流过患者110的身体内部的金属植入物，则可警示外科工作人员经确定具有电烧伤风险的任何给定潜在路径。因此，得到通知的外科工作人员可对患者110的电外科配置作出改变，例如，通过将接地垫112重新定位在患者110的身体上或通过将患者110重新定位在手术台108上。对电外科装备100的改变将导致潜在电流路径被改变。接下来，可在对患者110执行电外科规程之前重新确定和重新评估从有源电极106到接地垫112的潜在电流路径。通过预测(潜在电流路径)/评估(组织烧伤风险)/调整(接地垫和/或患者)的这种递归过程，可策略性地避免电外科规程期间的潜在烧伤和其他电损伤。

虽然通常假设电流将沿循从点A到点B的电阻最小的路径，但电流实际上将流经多条路径以从点A流到点B。因此，电外科电流120还可流经多条潜在路径122(示出为有源电极106和接地垫112之间的一组虚线)以从有源电极106流到接地垫112。因为电外科工具使用高频电流，所以患者110的身体内的各种组织的阻抗/介电特性在确定电流路径方面起到重要作用。已经发现，人身体中组织的介电特性可为组织中水含量的直接函数。换句话讲，如果可确定给定组织内的水含量，则可唯一地确定组织的介电特性。一旦确定患者110的身体内的各种组织的介电特性，就可以预测从有源电极106到接地垫112的电阻最小的一条或多条路径。在一些实施方案中，对于多条所预测电流路径122中的每条电流路径，也确定给定电流路径的概率值，例如，该概率值可部分地基于给定电流路径的总电阻。下文诸如结合图2提供了确定每条所预测电流路径的概率的更多细节。

可合理地假设，各种组织的水含量在患者之间没有太大差异。因此，在一些实施方案中，给定类型组织的水含量的平均值可由给定类型组织的不同样品确定并且用作所有患者的水含量的共同值。在其他实施方案中，可基于某个标准诸如年龄组将患者分类，并且因此对于属于该标准的不同类别诸如不同的年龄组的患者而言可确定相同类型组织具有略微不同的水含量值。需注意，年龄组仅为将患者分类成不同类别并且将略微不同的水含量值分配给不同类别的可能标准中的一个标准。可用于将患者分类的其他可能标准可包括性别、种族/族群和身体质量指数(BMI)等等。

因此，在一些实施方案中，在预测患者110的身体中的电外科电流120的潜在电流路径122之前，可构建包含人身体中各种类型组织的估计水含量的查找表。例如，已经从科学研究中获得这些水含量值中的一些水含量值。此外，因为介电常数是水含量的直接函数，因此一些实施方案可构建包含人身体中各种类型组织的估计介电常数的查找表，而不是构建包含估计水含量的查找表。

在一些实施方案中，在预测潜在电流路径122之前，需要识别患者110的身体中沿从有源电极106到接地垫112的途径的组织。在一些实施方案中，为了识别这些组织，可使用内窥镜来捕获患者的身体内部的解剖结构的视频图像，并且可对所捕获的解剖结构应用分割技术以识别有源电极106和接地垫112之间的各种组织。

在许多情形中，由于相比于实际感兴趣区域内窥镜相机的视野有限，因此不能仅基于内窥镜视图来完全确定有源电极和接地垫之间的完整组织结构。因此，在一些实施方案中，可执行患者110的身体的三维(3D)扫描以确定患者的身体的必要解剖结构，包括有源电极106和接地垫112之间的器官和组织，以及患者的身体内部的一个或多个金属植入物(例如，心脏起搏器)的存在。需注意，基于3D扫描，可确定有源电极106和接地垫112之间的组织的尺寸(例如，组织在竖直方向上的厚度以及组织在水平方向上的长度和宽度)以及金属植入物(如果有的话)的尺寸。在一些实施方案中，当执行患者的身体的3D扫描选项不可用时，可使用标准人体解剖结构模型来补充内窥镜视频数据，使得可构建有源电极和接地垫之间的完整组织结构。然而，在这些实施方案中，金属植入物信息不能由标准人体解剖结构模型补充，因此必须先验地获取，例如通过询问患者的病史，然后手动输入到患者的身体的模型中。

需注意，有时给定组织的颜色可用作组织内水含量的指标。例如，较深颜色的组织通常指示组织中的水含量低于具有较亮颜色的另一组织中的水含量。因此，来自给定组织的所分割内窥镜视频图像的颜色信息可用于增强已经可用于给定类型组织的水含量或介电常数信息(即，平均值)。更具体地讲，假定查找表具有人身体组织的平均值。可将稍后例如从内窥镜视频获得的给定组织的颜色信息转换成Δ值/修饰符，以增大或减小存储在查找表中的给定组织的对应平均值。在一些实施方案中，可从内窥镜视频图像中自动提取组织的颜色信息，然后自动处理以确定对组织平均值的调整量。

基于上述信息，即，(1)介电常数和/或水含量的查找表；(2)识别有源电极和接地垫之间的各种组织的患者的身体的所分割3D解剖结构；以及(3)所识别组织的补充颜色信息，可预测从有源电极106到接地垫112的潜在电流路径122。更具体地讲，可构建电流路径模型，该电流路径模型接收以下输入中的一些或全部输入：(1)有源电极106的位置和接地垫112的位置；(2)识别有源电极106和接地垫112之间的各种组织的患者110的身体的所分割3D解剖扫描；以及(3)患者110的身体内部的内窥镜视图，其示出所识别组织中的一些或全部所识别组织的补充颜色信息。电流路径模型还可接收金属植入物信息(如果有的话)，该信息可基于3D解剖扫描或通过询问患者病史来获得。基于所分割3D解剖扫描和包含人身体中各种类型组织的估计介电常数的查找表，电流路径模型可构建有源电极106和接地垫112之间的3D电阻图，并且随后预测从有源电极106到接地垫112的(电阻最小的)多条潜在电流路径122。

所公开的电流路径模型可生成多条潜在电流路径的一个原因在于，电流并不总是沿循电阻最小的路径，而是可流经概率与路径的电阻成反比的其他路径。对于由电流路径模型生成的每条所预测电流路径，可沿电流路径基于所识别组织和相关联的介电常数来估计有源电极和接地垫之间的总电阻。可使用沿每条所预测电流路径的估计电阻来生成给定电流路径的概率，即，可为较低电阻电流路径分配较高概率值，而可为高电阻电流路径分配较低概率值。例如，如果在多条潜在电流路径之中，存在具有最低总电阻的一条电流路径，则该电流路径将可能在多条潜在电流路径之中获得最高概率。在一些实施方案中，多条潜在电流路径可被识别为与前N个(例如，N＝5)最低电阻相关联的一组电流路径。

所生成的潜在电流路径122可具有不同的相关联概率的另一个原因在于，所公开的电流路径模型的输入值中的一些输入值是统计值，即，不是单个值，而是一系列值。例如，组织的查找表中的估计介电常数中的每个估计介电常数可以平均值和平均值附近的一系列值的置信区间来表示。又如，每个所提取的物理尺寸(诸如有源电极106和接地垫112之间的竖直距离或水平距离)可具有与测量相关联的不确定性。因此，电流路径模型可通过考虑计算中的这些统计值、变化和不确定性来生成具有不同概率的多条所预测电流路径122。

在一些实施方案中，在生成多条所预测电流路径之后，具有最高概率的所预测电流路径的子集可以图形方式显示在屏幕上。例如，这些所预测电流路径可例示性地显示在描绘患者的身体的3D“透视”视图上，其中3D视图可基于患者的身体的3D扫描。更具体地讲，患者的身体的3D视图可示出手术部位/有源电极106和接地垫112的位置以及患者的身体内部的一个或多个金属植入物(如果存在的话)的位置和尺寸。所预测电流路径122可在3D视图中示出为连接有源电极106和接地垫112的线，如图1所示。在一些实施方案中，可在该电流路径上示出与每条所显示电流路径相关联的概率值。因此，外科工作人员可例如通过旋转患者的身体的3D视图从不同视角观察所示电流路径来接收每条所示电流路径的完整图像。在一些实施方案中，所预测电流路径可用于增强示出围绕手术部位的解剖结构的3D图像的内窥镜视频。

除了以图形方式显示所预测电流路径中的一些电流路径之外，由于电流流过金属植入物和/或接触接地金属物体的身体部分而引起的潜在组织烧伤损伤的位置可在显示器上加亮，以帮助外科工作人员确定处于风险中的位置。在一些实施方案中，可加亮包括一个或多个处于风险中的位置的整条电流路径。基于所显示和被加亮的电流路径，对于外科工作人员显而易见的是，高概率电流路径中的任一条电流路径是穿过患者的身体内的金属植入物还是绕过接地垫112而穿过患者意外接触的接地金属物体。

一旦外科工作人员知晓所预测电流路径和与电流路径相关联的潜在烧伤风险，外科工作人员就可对是否需要将接地垫112移动到不同位置或者是否需要调整患者的位置作出合理决定。需注意，在外科工作人员对接地垫112作出改变之后，可将电流路径模型应用于新的/经修改的电外科装备，以基于新的接地垫放置来预测另一组潜在电流路径。因此，可重复所预测电流路径和风险以及对电外科装备100作出改变的上述方法。然而，如果在多次迭代之后，通过接地垫调整不能消除与金属植入物相关联的烧伤风险，则外科工作人员可决定是否应在给定规程中避免使用单极电外科工具本身，并且应探究替代单极电外科工具的另选电外科工具。

图2呈现的是流程图，示出了根据本文所述的一些实施方案的用于在电外科手术期间使用单极电外科工具时预测患者的身体内的潜在电流路径的示例性方法200。在一个或多个实施方案中，可省略、重复和/或以不同顺序执行图2中的步骤中的一个或多个步骤。因此，图2所示的步骤的具体布置不应被理解为限制本技术的范围。

如在图2中可见，方法200首先接收单极电外科工具的有源电极和单极电外科工具的接地垫在患者的身体上的位置(步骤202)。方法200还接收患者的身体的3D扫描(步骤204-1)。例如，患者的3D扫描可为CT扫描或X射线扫描。在一些实施方案中，可将3D扫描限制在患者的身体的在有源电极位置和接地垫位置之间的一部分，因为这是最可能包含潜在电流路径的区域。如图2所示，方法200还接收内窥镜视频图像，该内窥镜视频图像沿有源电极和接地垫之间的途径捕获患者的身体内部的解剖结构(步骤204-2)。接下来，方法200基于所接收的3D扫描和内窥镜视频图像分割在有源电极位置和接地垫位置之间的解剖结构，以提取在有源电极和接地垫之间的各种组织的尺寸/维度(步骤206)。在一些实施方案中，如果3D扫描可用，则该方法还可从3D扫描中提取患者的身体内部的一个或多个金属植入物的位置和尺寸。

需注意，在一些实施方案中，患者的身体的3D扫描在电外科规程之前不可用(即，没有步骤204-1)。在此类实施方案中，步骤206仅使用得自步骤204-2的内窥镜视频图像来提取在有源电极和接地垫之间的各种组织的尺寸/维度。在一些其他实施方案中，患者的身体内部的在有源电极和接地垫之间的内窥镜视频图像不可用或仅部分可用(即，仅覆盖有源电极和接地垫之间的距离的一部分)。这可能是由于难以进入有源电极和接地垫之间的整个距离或难以将内窥镜相机放置在手术部位附近。在此类实施方案中，步骤206仅使用得自步骤204-1的3D扫描数据或3D扫描数据与部分内窥镜数据的组合来提取在有源电极和接地垫之间的各种组织的尺寸/维度。

如上所述，在执行方法200之前，已构建包含人身体中各种类型组织的估计介电常数的查找表。因此，可用对应的估计介电常数增强基于3D扫描和内窥镜视频图像的所提取的组织解剖结构。在一些实施方案中，可使用来自所识别组织的内窥镜视频图像的颜色信息来修改可从查找表获得的对应组织的平均介电常数值。为此，可从内窥镜视频图像中自动提取每个所识别组织的颜色信息，然后自动处理以确定对所识别组织的平均介电常数值的调整量。例如，给定的所识别组织具有比该给定组织的平均颜色显著更亮的颜色通常表明组织中的水含量更高，这将需要进行正向调整以增大给定的所识别组织的平均介电常数值。相比之下，给定的所识别组织具有比该给定组织的平均颜色显著更暗的颜色通常表明组织中的水含量更低，这将需要进行负向调整以减小给定的所识别组织的平均介电常数值。

接下来，方法200使用电流路径模型以及(1)用所估计介电常数增强的各种组织的所提取尺寸；和(2)有源电极和接地垫的位置作为对电流路径模型的输入，以生成从有源电极到接地垫的多条潜在电流路径以及与这些潜在电流路径相关联的概率(步骤208)。例如，方法200可使用针对人身体构建的电流模型，该电流模型基于电阻最小的路径的概念来计算人身体内部的电流路径。需注意，作为多种因素的结果，每条所生成潜在电流路径可具有一个概率值。例如，相关联的概率值可为对电流路径模型的输入值的不确定性的结果。例如，组织的查找表中的估计介电常数中的每个估计介电常数可以平均值和平均值附近的一系列值的置信区间来表示。又如，每个所提取的物理尺寸(诸如有源电极106和接地垫112之间的竖直距离或水平距离)可具有与对应测量相关联的不确定性。

可影响所生成电流路径的概率值的另一个因素是，电流并不总是沿循电阻最小的路径，而是可流经概率与路径的电阻成反比的其他路径。在一些实施方案中，多条潜在电流路径可被识别为与最低电阻相关联的一组电流路径，并且可为多条电流路径中的每条电流路径分配与该电流路径的电阻成反比的概率值。例如，如果在多条潜在电流路径之中，存在具有最低总电阻的一条电流路径，则该电流路径将可能在多条潜在电流路径之中获得最高概率。然而，如果存在均具有几乎相同的最低总电阻的两条最低电阻电流路径，则这两条潜在电流路径将可能获得非常近似的概率。

在生成潜在电流路径之后，方法200可将所预测电流路径以图形方式显示在监视器上，例如显示在患者的身体的3D视图上，该监视器还可显示患者的身体内部的一个或多个金属植入物(如果存在的话)的位置和尺寸。在一些实施方案中，所预测电流路径也可显示在内窥镜视频上。如果外科医生使用头盔式显示器来查看内窥镜视频，则所预测电流路径也可以增强现实的方式呈现在视图中。无论所预测电流路径是结合患者的身体的3D视图显示还是结合患者的身体的内窥镜视图显示，所显示的电流路径还可识别/加亮由于金属植入物和/或身体/金属物体接触而引起的意外组织烧伤的潜在位置(步骤210)。在一些实施方案中，不是在患者的身体的3D视图或内窥镜视图中显示全部所生成的潜在电流路径，而是仅显示与最高概率相关联的所预测电流路径中的少数电流路径(例如，前3至5条电流路径)。

图3呈现的是流程图，示出了根据本文所述的一些实施方案的用于在使用单极电外科工具进行电外科手术时使用潜在电流路径预测规程来消除意外组织烧伤风险的示例性方法。在一个或多个实施方案中，可省略、重复和/或以不同顺序执行图3中的步骤中的一个或多个步骤。因此，图3所示的步骤的具体布置不应被理解为限制本技术的范围。

方法300可首先接收单极工具的有源电极和接地垫在患者的身体上的初始位置(步骤302)。方法300还可接收患者的身体的接触接地金属物体的一部分的位置(步骤304)。接下来，方法300可采用上述方法200来生成在有源电极的初始位置和接地垫的初始位置之间的一组潜在电流路径以及一组相关联的概率(步骤306)。得自步骤306的输出可在显示器上以图形方式呈现给外科工作人员，如上所述。基于所预测电流路径，方法300接下来确定所预测电流路径中的任何所预测电流路径是否可能由于电流流过金属植入物和/或身体的接触金属物体的一部分而引起意外组织烧伤(步骤308)。在一些实施方案中，当分析电烧伤风险时，方法300确定最高概率的前几条电流路径(例如，前3至5条最高概率电流路径)中的任一条电流路径是否流过金属植入物和/或流到身体/金属物体接触的位置。

如果在步骤308处识别出电烧伤风险，则方法300例如通过发送警告消息/警报和/或在显示器上加亮一条或多条所识别高风险电流路径上的潜在烧伤风险的位置来通知外科工作人员潜在烧伤风险(步骤310)。基于得自步骤310的警告/警报消息，外科工作人员可作出关于是否重新定位接地垫和/或是否需要改变患者位置的合理决定，以便消除或显著降低所预测的电烧伤风险。因此，方法300接下来接收单极工具的接地垫在患者的身体上的新位置和/或关于患者的身体的接触接地金属物体的任何部分的更新信息(步骤312)。接下来，方法300返回到步骤306以生成一组更新的潜在电流路径和一组相关联的概率，并且随后重新评估潜在电流路径的该更新组的电烧伤风险(步骤308)。

因此，如果在步骤308处重复识别出电烧伤风险，则步骤306至312可作为一个循环重复。返回到步骤308，如果方法300确定当前所预测电流路径不具有电烧伤风险，则方法300可向外科工作人员发送消息，以通知当前的单极工具配置是安全的并且任选地在显示器上显示具有最高概率的一些所预测电流路径(步骤314)。随后，可在不存在潜在电烧伤风险的情况下进行电外科规程。然而，在一些实施方案中，如果步骤306至312的调整/重新评估循环已经重复预定次数，但步骤308继续识别出电烧伤风险，则外科工作人员可以推断，对于给定的电外科规程而言应避免使用单极工具并且应考虑另选的工具。

图4概念性地示出了可用以实现本主题技术的一些实施方案的计算机系统。计算机系统400可为客户端、服务器、计算机、智能电话、PDA、膝上型电脑或其中嵌入有或其上耦合有一个或多个处理器的平板电脑，或任何其他类型的计算装置。此类计算机系统包括各种类型的计算机可读介质和用于各种其他类型的计算机可读介质的接口。计算机系统400包括总线402、处理单元412、系统存储器404、只读存储器(ROM)410、永久性存储装置408、输入装置接口414、输出装置接口406和网络接口416。在一些实施方案中，计算机系统400是机器人外科系统的一部分。

总线402共同表示通信地连接计算机系统400的多个内部装置的所有系统总线、外围总线和芯片组总线。例如，总线402将处理单元412与ROM 410、系统存储器404和永久性存储装置408通信地连接。

处理单元412从这些各种存储器单元检索要执行的指令和要处理的数据，以便执行本专利公开中描述的各种方法，包括结合图2和图3所示在使用单极电外科工具时预测潜在电流路径以及在使用单极电外科工具时使用潜在电流路径预测规程来消除意外组织烧伤风险的上述方法。处理单元412可包括任何类型的处理器，包括但不限于微处理器、图形处理单元(GPU)、张量处理单元(TPU)、智能处理器单元(IPU)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)和专用集成电路(ASIC)。在不同具体实施中，处理单元412可为单个处理器或多核处理器。

ROM 410存储处理单元412和计算机系统的其他模块需要的静态数据和指令。在另一方面，永久性存储装置408是读写存储器装置。该装置是即使在计算机系统400关闭时也存储指令和数据的非易失性存储器单元。本主题公开内容的一些具体实施使用海量存储装置(诸如磁盘或光盘及其对应的盘驱动器)作为永久性存储装置408。

其他具体实施使用可移除存储装置(诸如软盘、闪存驱动器及其对应的盘驱动器)作为永久性存储装置408。与永久性存储装置408类似，系统存储器404是读写存储器装置。然而，与存储装置408不同的是，系统存储器404是易失性读写存储器，诸如随机存取存储器。系统存储器404存储处理器在运行时需要的指令和数据中的一些指令和数据。在一些具体实施中，在本专利公开中描述的各种方法，包括结合图2和图3所示在使用单极电外科工具时预测潜在电流路径以及在使用单极电外科工具时使用潜在电流路径预测规程来消除意外组织烧伤风险的上述方法存储在系统存储器404、永久性存储装置408和/或ROM 410中。处理单元412从这些各种存储器单元检索要执行的指令和要处理的数据，以便执行一些具体实施的方法。

总线402还连接到输入装置414和输出装置406。输入装置414使得用户能够向计算机系统传送信息并选择用于计算机系统的命令。输入装置414可包括例如字母数字键盘和指向装置(也称为“光标控制装置”)。输出装置406使得能够例如显示由计算机系统400生成的图像。输出装置406可包括例如打印机和显示装置，诸如阴极射线管(CRT)或液晶显示器(LCD)。一些具体实施包括既用作输入装置又用作输出装置的装置，诸如触摸屏。

最后，如图4所示，总线402还通过网络接口416将计算机系统400耦合到网络(未示出)。这样，计算机可为计算机的网络(诸如局域网(“LAN”)、广域网(“WAN”)、内联网)或网络群的网络(诸如互联网)的一部分。计算机系统400的任何或所有部件都可与本主题公开内容结合使用。

结合本专利公开中所公开的实施方案描述的各种例示性逻辑块、模块、电路和算法步骤可被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地例示硬件和软件的这种可互换性，上文已就其功能性而言一般性地描述了各种例示性部件、块、模块、电路和步骤。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整个系统的设计约束。技术人员可针对每个具体应用以不同方式实现所描述的功能性，但此类具体实施决策不应被解释为导致脱离本公开的范围。

用于实现结合本文所公开的方面描述的各种例示性逻辑、逻辑块、模块和电路的硬件可利用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件、离散栅极或晶体管逻辑部件、离散硬件部件或它们的被设计成执行本文所述的功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可为微处理器，但在另选方案中，处理器可为任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可被实现为接收器装置的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP内核结合的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。另选地，一些步骤或方法可由特定于给定功能的电路来执行。

在一个或多个示例性方面，所述功能可在硬件、软件、固件或它们的任何组合中实现。如果在软件中实现，则功能可被存储为非暂态计算机可读存储介质或非暂态处理器可读存储介质上的一个或多个指令或代码。本文所公开的方法或算法的步骤可体现在可驻留在非暂态计算机可读或处理器可读存储介质上的处理器可执行指令中。非暂态计算机可读或处理器可读存储介质可为可由计算机或处理器访问的任何存储介质。通过示例但非限制，此类非暂态计算机可读或处理器可读存储介质可包括RAM、ROM、EEPROM、闪存存储器、CD-ROM或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁存储装置、或可用于存储为指令或数据结构的形式的期望的程序代码并且可由计算机访问的任何其他介质。如本文所用，磁盘和光盘包括压缩盘(CD)、激光盘、光盘、数字通用光盘(DVD)、软盘和蓝光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘利用激光以光学方式再现数据。上述组合也包括在非暂态计算机可读和处理器可读介质的范围内。另外，方法或算法的操作可作为代码和/或指令中的一者或任何组合或集合驻留在非暂态处理器可读存储介质和/或计算机可读存储介质上，从而可结合到计算机程序产品中。

虽然本专利文档包含许多细节，但这些细节不应被理解为对任何所公开的技术或可受权利要求书保护的内容的范围的限制，而是应理解为可能特定于具体技术的具体实施方案的特征的描述。在该专利文档中在单独实施方案的上下文中描述的某些特征也可以组合形式在单个实施方案中实现。反之，在单个实施方案的上下文中描述的各种特征也可单独地或以任何子组合形式在多个实施方案中实现。此外，虽然特征可能在上文中被描述为以某些组合起作用并且甚至最初是如此受权利要求书保护的，但来自受权利要求书保护的组合的一个或多个特征可在一些情况下从该组合中去除，并且受权利要求书保护的组合可能涉及子组合或子组合的变型。

类似地，虽然在附图中以特定顺序描绘了操作，但这不应被理解为要求以所示的特定顺序或按顺序执行此类操作，或者要求执行所有例示的操作才能实现期望的结果。此外，在本专利文档中描述的实施方案中的各种系统部件的分离不应被理解为在所有实施方案中要求此类分离。

仅描述了几个具体实施和示例，但可基于本专利文档中描述和例示的内容得到其他具体实施、增强和变型。