JP7282816B2 - ナビゲートされたロボット外科手術のためのエクステンデッドリアリティ器具相互作用ゾーン - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

この出願は、２０１９年１２月１０日に出願された米国特許出願第１６／７０９，１８５号の一部の継続であり、その全体が本明細書に組み込まれている。

本開示は、医療デバイスおよびシステム、より具体的には、ロボット外科手術システムを使用する外科手術におけるコンピュータ支援ナビゲーションに関する。

外科手術におけるコンピュータ支援ナビゲーションは、患者の生体構造の放射線写真画像に関して、外科医に手術器具の強化された視覚化を提供する。ナビゲートされた手術は、通常、単一の近赤外線（ＮＩＲ）ステレオカメラセットアップを使用して、ディスクまたは球のアレイを介して外科器具の位置および向きを追跡するためのコンポーネントを含む。このシナリオでは、（１）精度、（２）堅牢性、および（３）人間工学という最適化をめぐって共同で競合する３つのパラメータがある。

既存のナビゲーションシステムを使用したナビゲートされた外科手術手順は、人員および／またはオブジェクトが患者、ロボット、および外科器具の姿勢を追跡する追跡コンポーネントの能力を妨害する間、断続的な一時停止を引き起こすイベントを起こしやすい。ナビゲーションシステムの追跡性能を改善する必要がある。

本明細書に開示される様々な実施形態は、外科手術中のコンピュータ支援ナビゲーションの改善を対象とする。１つ以上のエクステンデットリアリティ（ＸＲ）ヘッドセットは、別のＸＲヘッドセット、補助追跡バー、または他の機器の一部とすることができる他の追跡カメラからの追跡情報と組み合わせるために、カメラ追跡システムに追跡情報を提供する追跡カメラを装備することができる。本明細書に開示される様々な姿勢連鎖動作を通じて、カメラ追跡システムは、より高い堅牢性によっておよび広範囲の動きを通じて、器具および他のオブジェクトを追跡することができる。

一実施形態では、外科手術システムは、外科手術中に着用されるように構成されたエクステンデットリアリティ（「ＸＲ」）ヘッドセット、追跡システム、およびＸＲヘッドセットコントローラを含む。ＸＲヘッドセットは、世界位置合わせＸＲ画像を表示するように、且つ実世界シーンの少なくとも一部分がユーザによる視認を可能にするように構成されたシースルー表示画面を含む。追跡システムは、ＸＲヘッドセットの実世界姿勢と実世界要素の実世界姿勢とを判定するように構成される。ＸＲヘッドセットの実世界姿勢と実世界要素の実世界姿勢は、実世界座標系を基準にして判定される。ＸＲヘッドセットコントローラは、ＸＲヘッドセットの実世界姿勢と実世界要素の実世界姿勢とに基づいて、世界位置合わせＸＲ画像を生成するように構成される。世界位置合わせＸＲ画像は、実世界要素の特性に基づいて生成された仮想要素を含む。

外科手術システムによる関連する方法と関連するロボット外科手術システムが開示される。

実施形態にかかる他の外科手術システム、方法、およびコンピュータプログラム製品は、以下の図面および詳細な説明を検討する際に当業者にとって明らかであるか、または明らかになるであろう。そのような全ての外科手術システム、方法、およびコンピュータプログラム製品は、本説明に含まれ、本開示の範囲内にあり、添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。さらに、本明細書に開示される全ての実施形態が別々に実装されても、任意の方法および／または組み合わせで組み合わされてもよいことが意図される。

本開示のさらなる理解を提供するために含まれ、且つ本出願に組み込まれてその一部を構成する添付の図面は、本発明の概念の特定の非限定的な実施形態を例示する。図面では、以下のとおりである。

図１は、本開示のいくつかの実施形態にかかる外科手術システムの実施形態を示している。 図２は、本開示のいくつかの実施形態にかかる、図１の外科手術システムの外科手術ロボットコンポーネントを示している。 図３Ａは、本開示のいくつかの実施形態にかかる、図１の外科手術システムのカメラ追跡システムコンポーネントを示している。 図３Ｂは、本開示のいくつかの実施形態にかかる、図１の外科手術システムとともに使用されることができる別のカメラ追跡システムコンポーネントの正面図を示している。 図３Ｃは、本開示のいくつかの実施形態にかかる、図１の外科手術システムとともに使用されることができる別のカメラ追跡システムコンポーネントの等角図を示している。 図４は、ロボットアームに接続可能であり、且つ本開示のいくつかの実施形態にしたがって構成されたエンドエフェクタの実施形態を示している。 図５は、外科手術ロボットおよびカメラシステムが患者の周りに配設されている医療手術を示している。 図６は、医療手術に使用される図５の外科手術システムのコンポーネントのブロック図を示している。 図７は、外科手術システムのナビゲーション機能を使用するときに図５および図６のディスプレイに表示されることができる様々な表示画面を示している。 図８は、本開示のいくつかの実施形態にかかる、外科手術ロボットのいくつかの電気的コンポーネントのブロック図を示している。 図９は、本開示のいくつかの実施形態にかかる、カメラ追跡システムおよび／または外科手術ロボットに動作可能に接続できるコンピュータプラットフォームに接続された撮像デバイスを含む外科手術システムのコンポーネントのブロック図を示している。 図１０は、本開示のいくつかの実施形態にしたがって外科手術ロボットと組み合わせて使用できるＣアーム撮像デバイスの実施形態を示している。 図１１は、本開示のいくつかの実施形態にしたがって外科手術ロボットと組み合わせて使用できるＯアーム撮像デバイスの実施形態を示している。 図１２は、本開示のいくつかの実施形態にしたがって動作する１対のＸＲヘッドセットおよび補助追跡バーを含む外科手術システムのコンポーネントのブロック図を示している。 図１３は、本開示のいくつかの実施形態にしたがって構成されたＸＲヘッドセットを示している。 図１４は、本開示のいくつかの実施形態にしたがってコンピュータプラットフォーム、撮像デバイス（単数または複数）、および／または外科手術ロボットに動作可能に接続できるＸＲヘッドセットの電気的コンポーネントを示している。 図１５は、本開示のいくつかの実施形態にかかる、ＸＲヘッドセットの光学部品の配置を示すブロック図を示している。 図１６は、本開示のいくつかの実施形態にしたがって医療処置中に外科手術器具を操作するためにナビゲーション支援を提供するためのＸＲヘッドセットの表示画面を介した例示的な図を示している。 図１７は、本開示のいくつかの実施形態にしたがって構成された２対のステレオカメラを有する補助追跡バーの例示的な構成を示している。 図１８は、本開示のいくつかの実施形態にかかる、医療処置において使用される外科手術器具のナビゲーション支援中に導入されるエラーの例を示している。 図１９は、本開示のいくつかの実施形態にかかる、医療処置において使用される外科手術器具のナビゲーション支援中に導入されるエラーの例を示している。 図２０は、本開示のいくつかの実施形態にかかる、医療処置において使用される外科手術器具のナビゲーション支援中に導入されるエラーの例を示している。 図２１は、本開示のいくつかの実施形態にかかる、医療処置において使用される外科手術器具のナビゲーション支援中に導入されるエラーの例を示している。 図２２は、本開示のいくつかの実施形態にかかる、医療処置において使用される外科手術器具のナビゲーション支援中に導入されるエラーの例を示している。 図２３は、本開示のいくつかの実施形態にかかる、ナビゲーション支援を使用する医療処置の例を示している。 図２４は、本開示のいくつかの実施形態にかかる、図３７のナビゲーション支援を操作する例を示している。 図２５は、本開示のいくつかの実施形態にかかる、図３７のナビゲーション支援を操作する例を示している。 図２６は、本開示のいくつかの実施形態にかかる、図３７のナビゲーション支援を操作する例を示している。 図２７Ａは、本開示のいくつかの実施形態にかかる、図３７のナビゲーション支援を操作する例を示している。 図２７Ｂは、本開示のいくつかの実施形態にかかる、図３７のナビゲーション支援を操作する例を示している。 図２８Ａは、本開示のいくつかの実施形態にかかる、図３７のナビゲーション支援を操作する例を示している。 図２８Ｂは、本開示のいくつかの実施形態にかかる、図３７のナビゲーション支援を操作する例を示している。 図２９Ａは、本開示のいくつかの実施形態にかかる、図３７のナビゲーション支援を操作する例を示している。 図２９Ｂは、本開示のいくつかの実施形態にかかる、図３７のナビゲーション支援を操作する例を示している。 図３０Ａは、本開示のいくつかの実施形態にかかる、図３７のナビゲーション支援を操作する例を示している。 図３０Ｂは、本開示のいくつかの実施形態にかかる、図３７のナビゲーション支援を操作する例を示している。 図３０Ｃは、本開示のいくつかの実施形態にかかる、図３７のナビゲーション支援を操作する例を示している。 図３１Ａは、本開示のいくつかの実施形態にかかる、図３７のナビゲーション支援を操作する例を示している。 図３１Ｂは、本開示のいくつかの実施形態にかかる、図３７のナビゲーション支援を操作する例を示している。 図３２は、本開示のいくつかの実施形態にかかる、図３７のナビゲーション支援を操作する例を示している。 図３３は、本開示のいくつかの実施形態にかかる外科手術システムの例のブロック図を示している。 図３４は、本開示のいくつかの実施形態にかかる外科手術システムによって実行されるプロセスの例であるフローチャートを示している。

ここで、本発明の概念の例示的な実施形態が示されている添付の図面を参照して、本発明の概念を以下でより完全に説明する。しかしながら、本発明の概念は、多くの異なる形態で具体化されてもよく、本明細書に記載される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的且つ完全であり、様々な本発明の概念の範囲を当業者に完全に伝えるように提供される。これらの実施形態が相互に排他的ではないことにも留意されたい。１つの実施形態からのコンポーネントが、別の実施形態に存在するか、または別の実施形態で使用されると暗に想定され得る。

本明細書に開示される様々な実施形態は、外科手術中のコンピュータ支援ナビゲーションの改善を対象とする。エクステンデットリアリティ（ＸＲ）ヘッドセットは、外科手術システムに動作可能に接続され、外科医、助手、および／または他の従事者が患者の画像を視認し、および患者の画像内から選択し、コンピュータで生成された外科手術ナビゲーション情報を視認し、および外科手術ナビゲーション情報内から選択し、および／または手術室内の外科器具を制御することができるインタラクティブな環境を提供するように構成されている。以下に説明するように、ＸＲヘッドセットは、コンピュータで生成されたＸＲ画像によって実世界シーンを増強するように構成されることができる。ＸＲヘッドセットは、コンピュータで生成されたＸＲ画像を、実世界シーンからの光が通過してユーザによって組み合わせて視認することができるシースルー表示画面に表示することにより、拡張現実（ＡＲ）表示環境を提供するように構成されることができる。あるいは、ＸＲヘッドセットは、ユーザがコンピュータで生成されたＡＲ画像を表示画面上で視認している間、実世界シーンからの光がユーザによって直接視認されるのを防止または実質的に防止することによって、仮想現実（ＶＲ）表示環境を提供するように構成されることができる。ＸＲヘッドセットは、ＡＲおよびＶＲ表示環境の双方を提供するように構成されることができる。一実施形態では、ＡＲおよびＶＲ表示環境の双方は、ＶＲ表示環境が不透明度の高いバンドに位置合わせされたＸＲ画像に提供され、ＡＲ表示環境が不透明度の低いバンドに位置合わせされたＸＲ画像に提供されるように、シースルー表示画面と実世界シーンとの間に配置された実質的に異なる不透明度の横方向バンドによって提供される。別の実施形態では、ＡＲおよびＶＲ表示環境の双方は、ユーザによって視認されるＸＲ画像と組み合わせるために、実世界シーンからの光がシースルー表示画面を通過する量を可変的に制限する不透明度フィルタのコンピュータ調整可能な制御によって提供される。したがって、ＸＲヘッドセットはまた、ＡＲヘッドセットまたはＶＲヘッドセットと呼ばれることもできる。

図１は、本開示のいくつかの実施形態にかかる外科手術システム２の実施形態を示している。整形外科手術または他の外科的処置の実施前に、例えば、図１０のＣアーム撮像デバイス１０４または図１１のＯアーム撮像デバイス１０６を使用して、またはコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像もしくはＭＲＩなどの別の医療撮像デバイスから、患者の計画された外科手術エリアの三次元（「３Ｄ」）画像スキャンを行うことができる。このスキャンは、術前（例えば、最も一般的には処置の数週間前）または術中に行うことができる。しかしながら、外科手術システム２の様々な実施形態にしたがって、任意の既知の３Ｄまたは２Ｄ画像スキャンを使用することができる。画像スキャンは、カメラ追跡システムコンポーネント６、外科手術ロボット４（例えば、図１のロボット２）、撮像デバイス（例えば、Ｃアーム１０４、Ｏアーム１０６など）、および患者の画像スキャンを保存するための画像データベース９５０を含むことができる外科手術システム９００（図９）のコンピュータプラットフォーム９１０などの、外科手術システム２と通信するコンピュータプラットフォームに送信される。コンピュータプラットフォーム９１０（図９）のディスプレイデバイス上で画像スキャン（単数または複数）をレビューする外科医は、患者の解剖学的構造に対する外科的処置中に使用される手術道具の目標姿勢を定義する外科手術計画を生成する。器具とも呼ばれる例示的な外科手術器具として、ドリル、スクリュードライバ、開創器、および、スクリュー、スペーサ、椎体間固定デバイス、プレート、ロッドなどのインプラントを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。いくつかの実施形態では、ターゲット平面を画定する外科手術平面は、ディスプレイデバイスに表示される３Ｄ画像スキャンで計画される。

本明細書で使用される場合、「姿勢」という用語は、別のオブジェクトおよび／または定義された座標系に対する、あるオブジェクト（例えば、動的参照アレイ、エンドエフェクタ、手術道具、解剖学的構造など）の位置および／または回転角度を指す。したがって、姿勢は、別のオブジェクトおよび／または定義された座標系に対するあるオブジェクトの多次元位置のみに基づいて、別のオブジェクトおよび／または定義された座標系に対するオブジェクトの多次元回転角度のみに基づいて、または多次元位置と多次元回転角度との組み合わせに基づいて定義されることができる。したがって、「姿勢」という用語は、位置、回転角度、またはそれらの組み合わせを指すために使用される。

図１の外科手術システム２は、例えば、器具を保持すること、使用するために器具を位置合わせすること、器具を使用すること、器具を誘導すること、および／または器具を位置決めすることによって、医療処置中に外科医を支援することができる。いくつかの実施形態では、外科手術システム２は、外科手術ロボット４と、カメラ追跡システムコンポーネント６と、を含む。外科手術ロボット４とカメラ追跡システムコンポーネント６とを機械的に結合する機能により、外科手術システム２を単一のユニットとして操作し、移動することが可能になり、外科手術システム２は、面積の小さいフットプリントを有することが可能になり、狭い通路および曲がり角を通る動きをより容易にすることが可能になり、ならびにより狭い面積内のストレージを可能にすることができる。

外科的処置は、外科手術システム２を医療ストレージから医療処置室まで移動させることで開始することができる。外科手術システム２は、出入口、ホール、およびエレベータから医療処置室に到達するまでずっと操作されることができる。部屋の中で、外科手術システム２は、２つの分離した別個のシステム、外科手術ロボット４およびカメラ追跡システムコンポーネント６に、物理的に分離されることができる。外科手術ロボット４は、医療従事者を適切に支援するために、任意の好適な場所で患者に隣接して位置決めされることができる。カメラ追跡システムコンポーネント６は、患者の基部、患者の肩、または、外科手術ロボット４および患者の部分の現在の姿勢と追跡位置の姿勢の移動とを追跡するのに好適な任意の他の場所に位置決めされることができる。外科手術ロボット４およびカメラ追跡システムコンポーネント６は、オンボード電源によって電力供給され、および／または外部壁コンセントに差し込まれることができる。

外科手術ロボット４を使用して、医療処置中に用具を保持および／または使用することによって外科医を支援することができる。器具を適切に利用および保持するために、外科手術ロボット４は、適切に機能する複数のモータ、コンピュータ、および／またはアクチュエータに依存することができる。図１に示されるように、ロボット本体８は、複数のモータ、コンピュータ、および／またはアクチュエータが外科手術ロボット４内に固設されることができる構造として作用することができる。ロボット本体８はまた、ロボット伸縮式支持アーム１６のための支持を提供することができる。ロボット本体８のサイズは、取り付けられたコンポーネントを支持する強固なプラットフォームを提供することができ、且つ取り付けられたコンポーネントを動作させることができる複数のモータ、コンピュータ、および／またはアクチュエータを収容し、隠し、且つ保護することができる。

ロボット基部１０は、外科手術ロボット４の下部支持として作用することができる。いくつかの実施形態では、ロボット基部１０は、ロボット本体８を支持することができ、且つロボット本体８を複数の動力付きホイール１２に取り付けることができる。ホイールへのこの取り付けにより、ロボット本体８は空間内を効率的に移動することができる。ロボット基部１０は、ロボット本体８の長さおよび幅方向に延びていてもよい。ロボット基部１０は、約２インチ～約１０インチの高さとすることができる。ロボット基部１０は、動力付きホイール１２を被覆、保護、および支持することができる。

いくつかの実施形態では、図１に示されるように、少なくとも１つの動力付きホイール１２をロボット基部１０に取り付けることができる。動力付きホイール１２は、任意の場所でロボット基部１０に取り付けられることができる。各個々の動力付きホイール１２は、任意の方向に垂直軸を中心として回転することができる。モータは、動力付きホイール１２の上、その中、またはそれに隣接して配設されることができる。このモータにより、外科手術システム２を任意の場所へと操作し、外科手術システム２を安定化し、および／または水平にすることができる。動力付きホイール１２内またはそれに隣接して位置するロッドは、モータによって表面に押し込まれることができる。図示されていないロッドは、外科手術システム２を持ち上げるのに好適な任意の金属で作製されることができる。ロッドは、外科手術システム２を持ち上げることができる動力付きホイール１２を、患者に対して外科手術システム２の向きを水平にするか、または別様に固定するのに必要な任意の高さまで持ち上げることができる。外科手術システム２の重量は、各ホイール上のロッドによって小さい接触面積で支持され、医療処置中に外科手術システム２が移動することを阻止する。この堅固な位置決めは、オブジェクトおよび／または人々が偶発的に外科手術システム２を移動させることを阻止することができる。

外科手術システム２の移動を、ロボットレール材１４を使用して容易にすることができる。ロボットレール材１４は、ロボット本体８を把持することなく、外科手術システム２を移動させる能力を人に提供する。図１に示されるように、ロボットレール材１４は、ロボット本体８の長さ方向にロボット本体８よりも短く延びていてもよく、および／またはロボット本体８の長さよりも長く延びていてもよい。ロボットレール材１４は、ロボット本体８に対する保護をさらに備え、オブジェクトおよび／または従事者がロボット本体８に接触すること、ぶつかること、または衝突することを阻止することができる。

ロボット本体８は、以後「スカラ」と称する水平多関節ロボットのための支持を提供することができる。スカラ２４は、ロボットアームの同時再現性およびコンパクトさゆえに、外科手術システム２内で使用するのに有益であり得る。スカラのコンパクトさは、医療処置内に追加の空間を提供することができ、それにより、医療専門家は、過度な乱雑さと制限されたエリアなしに、医療処置を実施することが可能になる。スカラ２４は、ロボット伸縮式支持１６、ロボット支持アーム１８、および／またはロボットアーム２０を含むことができる。ロボット伸縮式支持１６は、ロボット本体８に沿って配設されることができる。図１に示されるように、ロボット伸縮式支持１６は、スカラ２４およびディスプレイ３４のための支持を提供することができる。いくつかの実施形態では、ロボット伸縮式支持１６は、垂直方向に延在および収縮することができる。ロボット伸縮式支持１６の本体は、本体に加えられる応力および重量を支持するように構成された任意の幅および／または高さとすることができる。

いくつかの実施形態では、医療従事者は、医療従事者によって提出されたコマンドを介してスカラ２４を移動させることができる。コマンドは、以下にさらに詳細に説明するように、ディスプレイ３４、タブレット、および／またはＸＲヘッドセット（例えば、図９のヘッドセット９２０）で受信された入力から発信されることができる。ＸＲヘッドセットは、医療従事者がディスプレイ３４またはタブレットなどの任意の他のディスプレイを参照する必要性を排除することができ、これにより、ディスプレイ３４および／またはタブレットなしでスカラ２４を構成することが可能になる。コマンドは、スイッチの押し下げおよび／または複数のスイッチの押し下げによって生成されることができ、および／または以下にさらに詳細に説明するように、ＸＲヘッドセットによって感知されるハンドジェスチャコマンドおよび／またはボイスコマンドに基づいて生成されることができる。

図５に示されるように、起動アセンブリ６０は、スイッチおよび／または複数のスイッチを含むことができる。起動アセンブリ６０は、移動コマンドをスカラ２４に送信して、オペレータがスカラ２４を手動で操作することを可能にするように動作可能であり得る。スイッチまたは複数のスイッチが押し下げられると、医療従事者は、加えられた手の移動を介してスカラ２４を移動させる能力を有することができる。これに代えて、またはこれに加えて、オペレータは、以下にさらに詳細に説明するように、ＸＲヘッドセットによって感知されるハンドジェスチャコマンドおよび／またはボイスコマンドを介してスカラ２４の移動を制御することができる。さらに、スカラ２４が移動させるためのコマンドを受信していないとき、スカラ２４は、従事者および／または他のオブジェクトによる偶発的な移動を阻止するように所定の位置にロックすることができる。所定の位置にロックすることにより、スカラ２４は、エンドエフェクタ２６が医療処置中に外科手術器具を誘導することができる堅固なプラットフォームを提供する。

ロボット支持アーム１８は、様々な機構によってロボット伸縮式支持１６に接続されることができる。いくつかの実施形態では、図１および図２に最もよく見られるように、ロボット支持アーム１８は、ロボット伸縮式支持１６に対して任意の方向に回転する。ロボット支持アーム１８は、ロボット伸縮式支持１６の周りで３６０度回転することができる。ロボットアーム２０は、任意の好適な位置で、ロボット支持アーム１８に対して任意の方向への回転を可能にする様々な機構によって、ロボット支持アーム１８に接続することができる。一実施形態では、ロボットアーム２０は、ロボット支持アーム１８に対して３６０度回転することができる。この自由回転により、オペレータは、外科手術計画にしたがってロボットアーム２０を位置決めすることができる。

図４および図５に示されるエンドエフェクタ２６は、任意の好適な場所でロボットアーム２０に取り付けられることができる。エンドエフェクタ２６は、外科手術ロボット４によって位置決めされたロボットアーム２０のエンドエフェクタカプラ２２に取り付けられるように構成されることができる。例示的なエンドエフェクタ２６は、外科的処置が実施される解剖学的構造に対して挿入された外科手術器具の移動を誘導する管状ガイドを含む。

いくつかの実施形態では、動的参照アレイ５２は、エンドエフェクタ２６に取り付けられている。本明細書で「ＤＲＡ」とも呼ばれる動的参照アレイは、患者の解剖学的構造（例えば、骨）、手術室内の従事者によって着用されている１つ以上のＸＲヘッドセット、エンドエフェクタ、外科手術ロボット、ナビゲートされる外科的処置における外科手術器具上に配設されることができる剛性体である。カメラ追跡システムコンポーネント６または他の３Ｄ位置特定システムと組み合わされるコンピュータプラットフォーム９１０は、ＤＲＡの姿勢（例えば、位置および回転の向き）をリアルタイムで追跡するように構成されている。ＤＲＡは、例示されるボールの配列などの基準を含む。ＤＲＡの３Ｄ座標のこの追跡により、外科手術システム２は、図５の患者５０の目標の解剖学的構造に関連する任意の多次元空間におけるＤＲＡの姿勢を判定することができる。

図１に示されるように、光インジケータ２８は、スカラ２４の頂部上に位置決めされることができる。光インジケータ２８は、外科手術システム２が現在動作している「状況」を示すために、任意のタイプの光として照明することができる。いくつかの実施形態では、光は、光インジケータ２８の周りにリングを形成することができるＬＥＤ電球によって生成されることができる。光インジケータ２８は、光インジケータ２８の全体にわたって光を輝かせることができる完全に透過性の材料を含むことができる。光インジケータ２８は、下部ディスプレイ支持３０に取り付けられることができる。図２に示されるように、下部ディスプレイ支持３０により、オペレータは、ディスプレイ３４を任意の好適な場所まで操作することが可能になる。下部ディスプレイ支持３０は、任意の好適な機構によって光インジケータ２８に取り付けられることができる。いくつかの実施形態では、下部ディスプレイ支持３０は、光インジケータ２８を中心として回転することができるか、または光インジケータ２８に堅固に取り付けられることができる。上部ディスプレイ支持３２は、任意の好適な機構によって下部ディスプレイ支持３０に取り付けられることができる。

いくつかの実施形態では、タブレットをディスプレイ３４と併せて、および／またはディスプレイ３４なしで使用することができる。タブレットは、ディスプレイ３４の代わりに上部ディスプレイ支持３２上に配設されてもよく、医療手術中に上部ディスプレイ支持３２から取り外し可能であってもよい。さらに、タブレットは、ディスプレイ３４と通信することができる。タブレットは、任意の好適な無線および／または有線接続によって外科手術ロボット４に接続することができ得る。いくつかの実施形態では、タブレットは、医療手術中に外科手術システム２をプログラムおよび／または制御することができ得る。タブレットを用いて外科手術システム２を制御しているとき、全ての入力および出力コマンドをディスプレイ３４上で複製することができる。タブレットの使用により、オペレータは、患者５０の周りを移動し、および／または外科手術ロボット４まで移動する必要なしに、外科手術ロボット４を操作することができる。

以下に説明するように、いくつかの実施形態では、外科医および／または他の従事者は、ディスプレイ３４および／またはタブレットと組み合わせて使用されることができるＸＲヘッドセットを着用することができるか、またはＸＲヘッド（単数または複数）は、ディスプレイ３４および／またはタブレットの使用の必要性を排除することができる。

図３Ａおよび図５に示されるように、カメラ追跡システムコンポーネント６は、有線または無線の通信ネットワークを介して外科手術ロボット４と協働する。図１、図３、および図５を参照すると、カメラ追跡システムコンポーネント６は、外科手術ロボット４と同様のいくつかのコンポーネントを含むことができる。例えば、カメラ本体３６は、ロボット本体８に見られる機能を提供することができる。ロボット本体８は、カメラ４６が取り付けられる補助追跡バーを提供することができる。ロボット本体８内の構造も、カメラ追跡システムコンポーネント６を動作させるために使用される電子機器、通信デバイス、および電源のための支持を提供することができる。カメラ本体３６は、ロボット本体８と同じ材料で作製されることができる。カメラ追跡システムコンポーネント６は、無線および／または有線のネットワークによってＸＲヘッドセット、タブレット、および／またはディスプレイ３４と直接通信して、ＸＲヘッドセット、タブレット、および／またはディスプレイ３４がカメラ追跡システムコンポーネント６の機能を制御することを可能にすることができる。

カメラ本体３６は、カメラ基部３８によって支持される。カメラ基部３８は、ロボット基部１０として機能することができる。図１の実施形態では、カメラ基部３８は、ロボット基部１０よりも広くてもよい。カメラ基部３８の幅は、カメラ追跡システムコンポーネント６が外科手術ロボット４と接続することを可能にすることができる。図１に示されるように、カメラ基部３８の幅は、ロボット基部１０の外側に嵌合するのに十分な大きさとすることができる。カメラ追跡システムコンポーネント６と外科手術ロボット４とが接続されているとき、カメラ基部３８の追加の幅は、外科手術システム２の追加の操作性と外科手術システム２の支持を可能にすることができる。

ロボット基部１０と同様に、複数の動力付きホイール１２がカメラ基部３８に取り付けられることができる。動力付きホイール１２により、カメラ追跡システムコンポーネント６は、ロボット基部１０および動力付きホイール１２の動作と同様に、患者５０に対して固定された向きを安定化して水平にするか、またはそれを設定することができる。この安定化により、カメラ追跡システムコンポーネント６が医療処置中に移動することを防止することができ、図３Ａおよび図５に示されるように、補助追跡バー上のカメラ４６が、ＸＲヘッドセットおよび／または外科手術ロボット４に接続されたＤＲＡの軌跡を見失うこと、および／または指定されたエリア５６内の解剖学的構造５４および／または器具５８に接続された１つ以上のＤＲＡ５２の軌跡を見失うことを阻止することができる。追跡のこの安定性と維持は、カメラ追跡システムコンポーネント６で効果的に動作する外科手術ロボット４の能力を強化する。さらに、広いカメラ基部３８は、カメラ追跡システムコンポーネント６に追加の支持を提供することができる。具体的には、図３Ａおよび図５に示されるように、幅広のカメラ基部３８により、カメラ４６が患者の上に配設されたときに、カメラ追跡システムコンポーネント６が転倒するのを防止することができる。

カメラ伸縮式支持４０は、補助追跡バー上のカメラ４６を支持することができる。実施形態では、伸縮式支持４０は、カメラ４６を垂直方向に上下に移動させる。カメラハンドル４８は、任意の好適な位置でカメラ伸縮式支持４０に取り付けられることができ、オペレータが医療手術の前にカメラ追跡システムコンポーネント６を計画された位置に移動させることを可能にするように構成されることができる。実施形態では、カメラハンドル４８を使用して、カメラ伸縮式支持４０を下降および上昇させる。カメラハンドル４８は、ボタン、スイッチ、レバー、および／またはそれらの任意の組み合わせの押し下げによって、カメラ伸縮式支持４０の上昇および下降を実施することができる。

下部カメラ支持アーム４２は、任意の好適な場所でカメラ伸縮式支持４０に取り付けることができ、実施形態では、図１に示されるように、下部カメラ支持アーム４２は、伸縮式支持４０の周りで３６０度回転することができる。この自由な回転により、オペレータはカメラ４６を任意の好適な場所に位置決めすることができる。下部カメラ支持アーム４２は、任意の好適な機構によって伸縮式支持４０に接続することができる。下部カメラ支持アーム４２を使用して、カメラ４６のための支持を提供することができる。カメラ４６は、任意の好適な機構によって下部カメラ支持アーム４２に取り付けられることができる。カメラ４６は、カメラ４６と下部カメラ支持アーム４２との間の取り付け面積で任意の方向に旋回することができる。実施形態では、湾曲レール４４は、下部カメラ支持アーム４２上に配設されることができる。

湾曲レール４４は、下部カメラ支持アーム４２上の任意の好適な場所に配設されることができる。図３Ａに示されるように、湾曲レール４４は、任意の好適な機構によって下部カメラ支持アーム４２に取り付けられることができる。湾曲レール４４は、任意の好適な形状とすることができ、好適な形状は、三日月形、円形、卵形、楕円形、および／またはそれらの任意の組み合わせとすることができる。カメラ４６は、湾曲レール４４に沿って移動可能に配設されることができる。カメラ４６は、例えば、ローラ、ブラケット、ブレース、モータ、および／またはそれらの任意の組み合わせによって、湾曲レール４４に取り付けられることができる。例示されていないモータおよびローラを使用して、湾曲レール４４に沿ってカメラ４６を移動させることができる。図３Ａに示されるように、医療処置中に、カメラ４６が１つ以上のＤＲＡを視認することをオブジェクトが阻止している場合、モータは、それに応答して湾曲レール４４に沿ってカメラ４６を移動させることができる。この電動化された動きにより、カメラ４６は、カメラ追跡システムコンポーネント６を移動させることなく、オブジェクトによってもはや妨げられない新たな位置に移動することができる。カメラ４６が１つ以上の追跡されるＤＲＡを視認することが妨げられている間、カメラ追跡システムコンポーネント６は、停止信号を外科手術ロボット４、ＸＲヘッドセット、ディスプレイ３４、および／またはタブレットに送信することができる。停止信号は、カメラ４６が追跡されるＤＲＡ５２を再取得するまで、および／またはＸＲヘッドセットを着用しているおよび／またはディスプレイ３４および／またはタブレットを視認しているオペレータに警告することができるまで、スカラ２４が移動することを防止することができる。このスカラ２４は、カメラ追跡システムがＤＲＡの追跡を再開することができるまで、ベースおよび／またはエンドエフェクタカプラ２２のさらなる移動を停止することによって、停止信号の受信に応答するように構成されることができる。

図３Ｂおよび図３Ｃは、図１の外科手術システムとともに使用されることができるか、または外科手術ロボットとは独立して使用されることができる別のカメラ追跡システムコンポーネント６’の正面図および等角図を示している。例えば、カメラ追跡システムコンポーネント６’は、ロボットガイダンスの使用を伴わないナビゲートされる外科手術を提供するために使用されることができる。図３Ｂおよび図３Ｃのカメラ追跡システムコンポーネント６’と図３Ａのカメラ追跡システムコンポーネント６との違いの１つは、図３Ｂおよび図３Ｃのカメラ追跡システムコンポーネント６’が、コンピュータプラットフォーム９１０を運搬するハウジングを含むことである。コンピュータプラットフォーム９１０は、カメラ追跡動作を実行してＤＲＡを追跡し、外科手術ナビゲーション情報をディスプレイデバイス、例えば、ＸＲヘッドセットおよび／または他のディスプレイデバイスに提供するナビゲートされる外科手術動作を実行し、本明細書に開示される他の計算動作を実行するように構成されることができる。したがって、コンピュータプラットフォーム９１０は、図１４の１つ以上のナビゲーションコンピュータなどのナビゲーションコンピュータを含むことができる。

図６は、医療手術に使用される図５の外科手術システムのコンポーネントのブロック図を示している。図６を参照すると、補助追跡バー上のナビゲーションカメラ４６は、ナビゲーション視野６００を有し、ここで、患者に取り付けられた参照アレイ６０２の姿勢（例えば、位置および向き）、外科手術器具に取り付けられた参照アレイ６０４、およびロボットアーム２０が、追跡される。ナビゲーションカメラ４６は、以下に記載される動作を実行するように構成されたコンピュータプラットフォーム９１０を含む、図３Ｂおよび図３Ｃのカメラ追跡システムコンポーネント６’の一部とすることができる。参照アレイは、既知のパターンで光を反射することによって追跡を可能にし、既知のパターンがデコードされて、外科手術ロボット４の追跡サブシステムによってそれぞれの姿勢を判定する。患者の参照アレイ６０２と補助追跡バー上のナビゲーションカメラ４６との間の視線が（例えば、医療従事者、器具などによって）遮断された場合、外科手術器具のさらなるナビゲーションを実行することができない可能性があり、応答通知は、ロボットアーム２０および外科手術ロボット４のさらなる移動を一時的に停止し、ディスプレイ３４に警告を表示し、および／または医療従事者に可聴警告を提供することができる。ディスプレイ３４は、外科医６１０および助手６１２がアクセス可能であるが、視認するには、患者から顔をそらし、眼の焦点を異なる距離および場所に変化させる必要がある。ナビゲーションソフトウェアは、外科医からの音声指示に基づいて、技術従事者６１４によって制御されることができる。

図７は、外科手術システム２のナビゲーション機能を使用するときに、外科手術ロボット４によって図５および図６のディスプレイ３４に表示されることができる様々な表示画面を示している。表示画面は、開発された外科手術計画に基づいて、および／または追跡される参照アレイの姿勢に基づいて、解剖学的構造に対して表示画面に位置決めされた器具のモデルのグラフィック表現がオーバーレイされた患者の放射線写真、外科的処置の異なる段階および仮想的に投影されたインプラントの寸法パラメータ（例えば、長さ、幅、および／または直径）を制御するための様々なユーザ選択可能なメニューを含むことができるが、これに限定されるものではない。

ナビゲートされる外科手術のために、外科手術の術前計画、例えば、インプラント配置、および計画された外科的処置中の１人または複数のユーザにナビゲーション情報を提供するためのコンピュータプラットフォーム９１０への計画の電子転送を可能にする、以下に記載される様々な処理コンポーネント（例えば、コンピュータプラットフォーム９１０）および関連付けられたソフトウェアが提供される。

ロボットナビゲーションのために、外科手術の術前計画、例えば、インプラント配置、および外科手術ロボット４への計画の電子転送を可能にする、以下に記載される様々な処理コンポーネント（例えば、コンピュータプラットフォーム９１０）および関連付けられたソフトウェアが提供される。外科手術ロボット４は、計画を使用して、ロボットアーム２０および接続されたエンドエフェクタ２６を誘導して、計画された外科的処置のステップのための患者の解剖学的構造に対する外科手術器具の目標姿勢を提供する。

以下の様々な実施形態は、外科医６１０、助手６１２、および／または他の医療従事者が着用できる１つ以上のＸＲヘッドセットを使用して、外科手術ロボット、カメラ追跡システム６／６’、および／または手術室の他の医療機器から情報を受信し、および／またはこれらに制御コマンドを提供するための改善されたユーザインターフェースを提供することを対象とする。

図８は、本開示のいくつかの実施形態にかかる、外科手術ロボット４のいくつかの電気的コンポーネントのブロック図を示している。図８を参照すると、ロードセル（図示せず）は、エンドエフェクタカプラ２２に加えられた力を追跡するように構成されることができる。いくつかの実施形態では、ロードセルは、複数のモータ８５０、８５１、８５２、８５３、および／または８５４と通信することができる。ロードセルが力を感知する際、加えられた力の量に関する情報が、スイッチアレイおよび／または複数のスイッチアレイからコントローラ８４６に配信されることができる。コントローラ８４６は、ロードセルから力情報を取得し、力情報をスイッチアルゴリズムで処理することができる。スイッチアルゴリズムは、コントローラ８４６によって使用されて、モータドライバ８４２を制御する。モータドライバ８４２は、モータ８５０、８５１、８５２、８５３、および８５４のうちの１つ以上の動作を制御する。モータドライバ８４２は、特定のモータに、例えば、モータを介してロードセルによって測定された等しい量の力を生成するように指示することができる。いくつかの実施形態では、生成される力は、コントローラ８４６の指示どおりに、複数のモータ、例えば、８５０～８５４から生じることができる。さらに、モータドライバ８４２は、コントローラ８４６から入力を受信することができる。コントローラ８４６は、ロードセルによって感知された力の方向に関してロードセルから情報を受信することができる。コントローラ８４６は、運動コントローラアルゴリズムを使用して、この情報を処理することができる。このアルゴリズムを使用して、特定のモータドライバ８４２に情報を提供することができる。力の方向を複製するために、コントローラ８４６は、特定のモータドライバ８４２を起動および／または起動解除することができる。コントローラ８４６は、１つ以上のモータ、例えば８５０～８５４のうちの１つ以上を制御して、ロードセルによって感知された力の方向にエンドエフェクタ２６の運動を誘起することができる。この力によって制御される運動により、オペレータは、スカラ２４および受動的なエンドエフェクタ２６を楽に、および／またはほとんど抵抗なく移動させることができる。エンドエフェクタ２６の移動は、医療従事者が使用するために、エンドエフェクタ２６を任意の好適な姿勢（すなわち、規定された三次元（３Ｄ）直交基準軸に対する場所および角度の向き）に位置決めするように実行されることができる。

図５に最もよく例示されている起動アセンブリ６０は、エンドエフェクタカプラ２２を包むブレスレットの形態をなすことができる。起動アセンブリ６０は、スカラ２４の任意の部分、エンドエフェクタカプラ２２の任意の部分に位置することができ、医療従事者および／またはそれらの任意の組み合わせによって着用される（および無線で通信する）ことができる。起動アセンブリ６０は、一次ボタンおよび二次ボタンを備えることができる。

一次ボタンを押し下げることにより、オペレータは、スカラ２４およびエンドエフェクタカプラ２２を移動させることができ得る。一実施形態によれば、一旦設置されると、スカラ２４およびエンドエフェクタカプラ２２は、オペレータがスカラ２４およびエンドエフェクタカプラ２２を移動させるように外科手術ロボット４をプログラムするまで移動しないことが可能であるか、または一次ボタンを使用して移動される。いくつかの例では、スカラ２４およびエンドエフェクタカプラ２２がオペレータコマンドに応答する前に、少なくとも２つの隣接しない一次起動スイッチを押し下げることを必要とすることができる。少なくとも２つの一次起動スイッチを押し下げることにより、医療処置中のスカラ２４およびエンドエフェクタカプラ２２の偶発的な移動を防止することができる。

一次ボタンによって起動されると、ロードセルは、オペレータ、すなわち、医療従事者によってエンドエフェクタカプラ２２に及ぼされる力の大きさおよび／または方向を測定することができる。この情報は、スカラ２４およびエンドエフェクタカプラ２２を移動させるために使用されることができる、スカラ２４内の１つ以上のモータ、例えば８５０～８５４のうちの１つ以上に転送されることができる。ロードセルによって測定された力の大きさおよび方向に関する情報は、１つ以上のモータ、例えば８５０～８５４のうちの１つ以上に、ロードセルによって感知されるのと同じ方向にスカラ２４およびエンドエフェクタカプラ２２を移動させることができる。この力制御型の動きにより、モータがスカラ２４およびエンドエフェクタカプラ２２を移動させるのと同時に、オペレータがスカラ２４およびエンドエフェクタカプラ２２を移動させるため、オペレータは、楽に、且つ大きな労力なしに、スカラ２４およびエンドエフェクタカプラ２２を移動することが可能になり得る。

いくつかの例では、二次ボタンは、「選択」デバイスとしてオペレータによって使用されることができる。医療手術中、外科手術ロボット４は、ＸＲヘッドセット（単数または複数）９２０、ディスプレイ３４および／または光インジケータ２８によって特定の状況を医療従事者に通知することができる。ＸＲヘッドセット（単数または複数）９２０は各々、シースルー表示画面上に画像を表示して、シースルー表示画面を通して視認可能な実世界のオブジェクト上にオーバーレイされるエクステンデットリアリティ画像を形成するように構成されている。医療従事者は、外科手術ロボット４によって、機能、モードを選択し、および／または外科手術システム２の状況を評価するように促されることがある。二次ボタンを１回押し下げることにより、特定の機能、モードが起動され、および／またはＸＲヘッドセット（単数または複数）９２０、ディスプレイ３４、および／もしくは光インジケータ２８を介して医療従事者に伝達される情報が確認されることができる。これに加えて、二次ボタンを素早く連続して複数回押し下げると、追加の機能、モードを起動し、および／またはＸＲヘッドセット（単数または複数）９２０、ディスプレイ３４、および／もしくは光インジケータ２８を介して医療従事者に伝達される情報を選択することができる。

図８をさらに参照すると、外科手術ロボット４の電気的コンポーネントは、プラットフォームサブシステム８０２、コンピュータサブシステム８２０、運動制御サブシステム８４０、および追跡サブシステム８３０を含む。プラットフォームサブシステム８０２は、バッテリ８０６、配電モジュール８０４、コネクタパネル８０８、および充電ステーション８１０を含む。コンピュータサブシステム８２０は、コンピュータ８２２、ディスプレイ８２４、およびスピーカ８２６を含む。運動制御サブシステム８４０は、ドライバ回路８４２、モータ８５０、８５１、８５２、８５３、８５４、スタビライザ８５５、８５６、８５７、８５８、エンドエフェクタコネクタ８４４、およびコントローラ８４６を含む。追跡サブシステム８３０は、位置センサ８３２、およびカメラコンバータ８３４を含む。外科手術ロボット４はまた、取り外し可能なフットペダル８８０、および取り外し可能なタブレットコンピュータ８９０を含むことができる。

入力電力は、配電モジュール８０４に提供されることができる電源を介して外科手術ロボット４に供給される。配電モジュール８０４は、入力電力を受け取り、且つ外科手術ロボット４の他のモジュール、コンポーネント、およびサブシステムに提供される異なる電源電圧を生成するように構成されている。配電モジュール８０４は、コンピュータ８２２、ディスプレイ８２４、スピーカ８２６、ドライバ８４２などの他のコンポーネントに、例えば、動力モータ８５０～８５４およびエンドエフェクタカプラ８４４に提供され、且つカメラコンバータ８３４および外科手術ロボット４の他のコンポーネントに提供されることができる、異なる電圧供給をコネクタパネル８０８に提供するように構成されることができる。配電モジュール８０４はまた、バッテリ８０６に接続されてもよく、バッテリは、配電モジュール８０４が入力電力から電力を受信しない場合の一時的な電源として役立つ。他の場合には、配電モジュール８０４は、バッテリ８０６を充電するのに役立つ場合がある。

コネクタパネル８０８は、異なるデバイスおよびコンポーネントを外科手術ロボット４ならびに／または関連付けられたコンポーネントおよびモジュールに接続するのに役立つことができる。コネクタパネル８０８は、異なるコンポーネントからの配線または接続部を受容する１つ以上のポートを含むことができる。例えば、コネクタパネル８０８は、外科手術ロボット４を他の機器に接地することができる接地端子ポートと、フットペダル８８０を接続するポートと、位置センサ８３２、カメラコンバータ８３４、およびＤＲＡ追跡カメラ８７０を含むことができる追跡サブシステム８３０に接続するポートと、を有することができる。コネクタパネル８０８はまた、コンピュータ８２２などの他のコンポーネントへのＵＳＢ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、ＨＤＭＩ通信を可能にする他のポートを含むことができる。いくつかの実施形態に従えば、コネクタパネル８０８は、１つ以上のＸＲヘッドセット９２０を追跡サブシステム８３０および／またはコンピュータサブシステム８２０に動作可能に接続するための有線および／または無線インターフェースを含むことができる。

制御パネル８１６は、外科手術ロボット４の動作を制御し、および／またはオペレータが観察するための外科手術ロボット４からの情報を提供する、様々なボタンまたはインジケータを提供することができる。例えば、制御パネル８１６は、外科手術ロボット４の電源を入れたり切ったりするため、垂直支柱１６を持ち上げたり下降させたりするため、ならびにキャスタ１２と係合して外科手術ロボット４を物理的に移動しないようにロックするように設計されることができるスタビライザ８５５～８５８を持ち上げたり下降させたりするための、ボタンを含むことができる。他のボタンは、緊急事態の際に外科手術ロボット４を停止することができ、これにより、全てのモータ電力を取り除いて、機械的ブレーキを適用して、全ての運動の発生を停止することができる。制御パネル８１６はまた、配線電力インジケータまたはバッテリ８０６の充電状態などの特定のシステムの状況をオペレータに通知するインジケータを有することができる。いくつかの実施形態によれば、１つ以上のＸＲヘッドセット９２０は、例えばコネクタパネル８０８を介して通信して、外科手術ロボット４の動作を制御し、および／またはＸＲヘッドセット９２０を着用している人による観察のために外科手術ロボット４によって生成された情報を受信および表示することができる。

コンピュータサブシステム８２０のコンピュータ８２２は、外科手術ロボット４の割り当てられた機能を動作させるためのオペレーティングシステムおよびソフトウェアを含む。コンピュータ８２２は、情報をオペレータに表示するために、他のコンポーネント（例えば、追跡サブシステム８３０、プラットフォームサブシステム８０２、および／または運動制御サブシステム８４０）から情報を受信して処理することができる。さらに、コンピュータサブシステム８２０は、スピーカ８２６を介してオペレータに出力を提供することができる。スピーカは、外科手術ロボットの一部とすることができるか、ＸＲヘッドセット９２０の一部とすることができるか、または外科手術システム２の別のコンポーネント内にあることができる。ディスプレイ８２４は、図１および図２に示されるディスプレイ３４に対応することができる。

追跡サブシステム８３０は、位置センサ８３２、およびカメラコンバータ８３４を含むことができる。追跡サブシステム８３０は、図３のカメラ追跡システムコンポーネント６に対応することができる。ＤＲＡ追跡カメラ８７０は、位置センサ８３２とともに動作して、ＤＲＡ５２の姿勢を判定する。この追跡は、ＬＥＤまたは反射マーカなどのＤＲＡ５２の能動的または受動的な要素の場所をそれぞれ追跡する赤外線または可視光技術の使用を含む、本開示に矛盾しない様式で行うことができる。

追跡サブシステム８３０およびコンピュータサブシステム８２０の機能的動作は、図３Ａおよび図３Ｂのカメラ追跡システムコンポーネント６’によって運搬できるコンピュータプラットフォーム９１０に含めることができる。追跡サブシステム８３０は、姿勢、例えば、追跡されるＤＲＡの位置および角度の向きを判定するように構成されることができる。コンピュータプラットフォーム９１０はまた、判定された姿勢を使用して、計画された外科的処置中に、位置登録された患者画像および／または追跡される解剖学的構造に対する追跡される器具の動きを誘導するナビゲーション情報をユーザに提供するように構成されたナビゲーションコントローラを含むことができる。コンピュータプラットフォーム９１０は、図３Ｂおよび図３Ｃのディスプレイ、および／または１つ以上のＸＲヘッドセット９２０に情報を表示することができる。コンピュータプラットフォーム９１０は、外科手術ロボットとともに使用される場合、コンピュータサブシステム８２０および図８の他のサブシステムと通信して、エンドエフェクタ２６の移動を制御するように構成されることができる。例えば、以下に説明するように、コンピュータプラットフォーム９１０は、表示されるサイズ、形状、色、および／または姿勢を有する、患者の解剖学的構造、外科手術器具、ユーザの手などの、１つ以上の追跡されるＤＲＡの判定された姿勢（単数または複数）に基づいて制御されるグラフィック表現を生成することができ、および表示されるそのグラフィック表現を動的に修正して、判定された姿勢の経時的な変化を追跡することができる。

運動制御サブシステム８４０は、垂直支柱１６、上部アーム１８、下部アーム２０を物理的に移動させるか、またはエンドエフェクタカプラ２２を回転させるように構成されることができる。物理的な動きは、１つ以上のモータ８５０～８５４を使用することによって行うことができる。例えば、モータ８５０は、垂直支柱１６を垂直に持ち上げるまたは下降させるように構成されることができる。モータ８５１は、図２に示されるように、垂直支柱１６との係合点の周りで上部アーム１８を横方向に移動させるように構成されることができる。モータ８５２は、図２に示されるように、上部アーム１８との係合点の周りで下部アーム２０を横方向に移動させるように構成されることができる。モータ８５３および８５４は、エンドエフェクタカプラ２２を移動させて、三次元軸の周りに沿って並進の動きおよび回転を提供するように構成されることができる。図９に示されるコンピュータプラットフォーム９１０は、エンドエフェクタカプラ２２の移動を誘導するコントローラ８４６に制御入力を提供して、エンドエフェクタカプラに接続された受動的なエンドエフェクタを、計画された外科的処置中に手術される解剖学的構造に対して、計画された姿勢（すなわち、定義された３Ｄ直交基準軸に対する場所および角度の向き）で位置決めすることができる。運動制御サブシステム８４０は、統合された位置センサ（例えば、エンコーダ）を使用して、エンドエフェクタカプラ２２および／またはエンドエフェクタ２６の位置を測定するように構成されることができる。

図９は、カメラ追跡システムコンポーネント６（図３Ａ）または６’（図３Ｂ、図３Ｃ）、および／または本開示のいくつかの実施形態にかかる外科手術ロボット４に動作可能に接続されることができるコンピュータプラットフォーム９１０に接続された撮像デバイス（例えば、Ｃアーム１０４、Ｏアーム１０６など）を含む外科手術システムのコンポーネントのブロック図を示している。これに代えて、コンピュータプラットフォーム９１０によって実行されるものとして本明細書に開示される少なくともいくつかの動作は、追加的または代替的に、外科手術システムのコンポーネントによって実行されることができる。

図９を参照すると、コンピュータプラットフォーム９１０は、ディスプレイ９１２、少なくとも１つのプロセッサ回路９１４（簡潔にするためにプロセッサとも呼ばれる）、コンピュータ可読プログラムコード９１８を内包する少なくとも１つのメモリ回路９１６（簡潔にするためにメモリとも呼ばれる）、および少なくとも１つのネットワークインターフェース９０２（簡潔にするためにネットワークインターフェースとも呼ばれる）を含む。ディスプレイ９１２は、本開示のいくつかの実施形態にかかるＸＲヘッドセット９２０の一部とすることができる。ネットワークインターフェース９０２は、図１０のＣアーム撮像デバイス１０４、図１１のＯアーム撮像デバイス１０６、別の医療撮像デバイス、患者の医療画像を内包する画像データベース９５０、外科手術ロボット４のコンポーネント、および／または他の電子機器に接続するように構成されることができる。

外科手術ロボット４とともに使用される場合、ディスプレイ９１２は、図２のディスプレイ３４、および／または図８のタブレット８９０、および／または外科手術ロボット４に動作可能に接続されたＸＲヘッドセット９２０に対応することができ、ネットワークインターフェース９０２は、図８のプラットフォームネットワークインターフェース８１２に対応することができ、プロセッサ９１４は、図８のコンピュータ８２２に対応することができる。ＸＲヘッドセット９２０のネットワークインターフェース９０２は、有線ネットワーク、例えば、シンワイヤＥｔｈｅｒｎｅｔを介して、および／または１つ以上の無線通信プロトコル、例えば、ＷＬＡＮ、３ＧＰＰ ４Ｇおよび／または５Ｇ（新無線）セルラー通信規格などにしたがって無線ＲＦ送受信リンクを介して通信するように構成されることができる。

プロセッサ９１４は、汎用および／または専用プロセッサ、例えば、マイクロプロセッサおよび／またはデジタル信号プロセッサなどの１つ以上のデータ処理回路を含むことができる。プロセッサ９１４は、メモリ９１６内のコンピュータ可読プログラムコード９１８を実行して、外科手術計画、ナビゲートされる外科手術、および／またはロボット外科手術のために実行されるものとして本明細書に記載される動作の一部または全てを含むことができる動作を実行するように構成されている。

コンピュータプラットフォーム９１０は、外科手術計画機能性を提供するように構成されることができる。プロセッサ９１４は、撮像デバイス１０４および１０６のうちの一方から、および／またはネットワークインターフェース９０２を介して画像データベース９５０から受信された解剖学的構造、例えば椎骨の画像をディスプレイ９１２および／またはＸＲヘッドセット９２０に表示するように動作することができる。プロセッサ９１４は、計画された外科的処置のためにオペレータタッチがディスプレイ９１２上の場所を選択することによって、または計画された外科的処置のための場所を定義するためにマウスベースのカーソルを使用することなどによって、１つ以上の画像で示される解剖学的構造が、外科的処置、例えばスクリュー配置を受ける場所のオペレータの定義を受信する。画像がＸＲヘッドセット９２０に表示される場合、ＸＲヘッドセットは、着用者によって形成されたジェスチャベースのコマンドで感知するように、および／または着用者によって話されたボイスベースのコマンドを感知するように構成されることができ、これを使用してメニュー項目間の選択を制御し、および／または以下にさらに詳述するように、ＸＲヘッドセット９２０にオブジェクトがどのように表示されるかを制御することができる。

コンピュータプラットフォーム９１０は、股関節の中心、角度の中心、天然の目印（例えば、トランス上顆線、ホワイトサイド線、後顆線など）などを決定する様々な角度の測定のような、膝の外科手術に特に有用であり得る生体構造の測定を可能にするように構成されることができる。いくつかの測定は、自動とすることができる一方で、いくつかの他の測定は、人間の入力または支援を伴うことができる。コンピュータプラットフォーム９１０は、オペレータが、サイズおよび整列の選択を含む、患者のための正しいインプラントの選択を入力することを可能にするように構成されることができる。コンピュータプラットフォーム９１０は、ＣＴ画像または他の医療画像に対して自動または半自動（人間の入力を伴う）のセグメンテーション（画像処理）を実行するように構成されることができる。患者の外科手術計画は、外科手術ロボット４による検索のために、データベース９５０に対応することができるクラウドベースのサーバに記憶されることができる。

例えば、整形外科手術中に、外科医は、コンピュータ画面（例えば、タッチ画面）または例えばＸＲヘッドセット９２０を介したエクステンデットリアリティ（ＸＲ）インタラクション（例えば、ハンドジェスチャベースのコマンドおよび／またはボイスベースのコマンド）を使用して、どのカットを作成するか（例えば、後部大腿骨、近位脛骨など）を選択することができる。コンピュータプラットフォーム９１０は、外科的処置を実行するために外科医に視覚的ガイダンスを提供するナビゲーション情報を生成することができる。外科手術ロボット４とともに使用される場合、コンピュータプラットフォーム９１０は、外科手術ロボット４がエンドエフェクタ２６を目標姿勢に自動的に移動させて、外科手術器具が目標場所に整列されて解剖学的構造に対する外科的処置を実行するようにすることを可能にするガイダンスを提供することができる。

いくつかの実施形態では、外科手術システム９００は、２つのＤＲＡを使用して、患者の脛骨に接続されたもの、および患者の大腿骨に接続されたものなど、患者の生体構造の位置を追跡することができる。システム９００は、位置合わせおよび確認のための標準のナビゲート器具（例えば、脊椎外科手術のためにＧｌｏｂｕｓ ＥｘｃｅｌｓｉｕｓＧＰＳシステムで使用されるものと同様のポインタ）を使用することができる。

ナビゲートされる外科手術で特に難しい作業は、３Ｄ解剖学的構造の２Ｄ表現であるコンピュータ画面上で外科医が作業を実行するのに苦労する脊椎、膝、および他の解剖学的構造におけるインプラントの位置を計画する方法である。システム９００は、ＸＲヘッドセット９２０を使用して、解剖学的構造および候補インプラントデバイスのコンピュータで生成された三次元（３Ｄ）表現を表示することによって、この問題に対処することが可能である。コンピュータで生成された表現は、コンピュータプラットフォーム９１０のガイダンスの下で、表示画面上で互いに対してスケーリングおよび姿勢決めされ、ＸＲヘッドセット９２０を介して視認される間、外科医によって操作されることができる。外科医は、例えば、ＸＲヘッドセット９２０によって感知されるハンドジェスチャベースのコマンドおよび／またはボイスベースのコマンドを使用して、解剖学的構造、インプラント、外科手術器具などの、表示された、コンピュータで生成された表現を操作することができる。

例えば、外科医は、仮想インプラント上の表示された仮想ハンドルを視認することができ、仮想ハンドルを操作し（例えば、つかんで移動させ）て、仮想インプラントを所望の姿勢に移動させ、解剖学的構造のグラフィック表現に対する計画されたインプラントの配置を調整することができる。その後、外科手術中に、コンピュータプラットフォーム９１０は、ＸＲヘッドセット９２０を介してナビゲーション情報を表示することが可能であり、これにより、インプラントを挿入するための外科的計画により正確に追従し、および／または解剖学的構造に対する別の外科的処置を実行する外科医の能力が増進される。外科的処置が骨除去を伴う場合、骨除去の進行、例えば切込みの深さを、ＸＲヘッドセット９２０を介してリアルタイムで表示することができる。ＸＲヘッドセット９２０を介して表示されることができる他の特徴として、関節運動の範囲に沿った間隙または靭帯のバランス、関節運動の範囲に沿ったインプラントの接触線、色または他のグラフィックレンダリングによる靭帯の緊張および／または弛緩などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。

いくつかの実施形態では、コンピュータプラットフォーム９１０は、標準の外科手術器具および／またはインプラント、例えば、後方安定化インプラントおよび十字型保持インプラント、セメント固定およびセメントレスインプラント、例えば、膝関節全置換もしくは部分置換術、および／または股関節置換術、および／または外傷に関連した外科手術のための是正システムの使用を計画することを可能にすることができる。

自動撮像システムをコンピュータプラットフォーム９１０と連携して使用して、解剖学的構造の術前、術中、術後、および／またはリアルタイムの画像データを取得することができる。例示的な自動撮像システムが、図１０および図１１に例示されている。いくつかの実施形態では、自動撮像システムは、Ｃアーム１０４（図１０）撮像デバイスまたはＯアーム（登録商標）１０６（図１１）である。（Ｏアーム（登録商標）は、米国コロラド州ルイスビルに事業所を置くＭｅｄｔｒｏｎｉｃ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ，Ｉｎｃ．が著作権を所有している）。Ｘ線システムで必要とされることができる、患者の頻繁な手動による再位置決めを必要とすることなく、いくつかの異なる位置から患者のＸ線を撮像することが望ましい場合がある。Ｃアーム１０４のＸ線診断機器は、頻繁な手動による再位置決めの問題を解決することができ、外科手術および他の介在する処置の医療分野でよく知られている場合がある。図１０に示されるように、Ｃアームは、「Ｃ」形状の対向する遠位端１１２で終端する細長いＣ形状の部材を含む。Ｃ形状の部材は、Ｘ線源１１４および画像受信器１１６に取り付けられている。アームのＣアーム１０４内の空間は、Ｘ線支持構造からの干渉が実質的にない状態で医師が患者に付き添う余地を提供する。

Ｃアームは、２つの自由度における（すなわち、球面運動における２つの直交軸を中心とする）アームの回転の動きを可能にするように装着されている。Ｃアームは、Ｘ線支持構造に摺動可能に装着され、これにより、Ｃアームの曲率中心を中心とした周回回転方向の動きが可能になり、Ｘ線源１１４および画像受信器１１６を垂直および／または水平方向に選択的に向けることを可能にすることができる。Ｃアームはまた、横方向（すなわち、患者の幅および長さの双方に対するＸ線源１１４および画像受信器１１６の選択的に調節可能な位置決めを可能にする周回方向に対して直交方向）に回転可能であってもよい。Ｃアーム装置の球面回転の態様により、医師は、撮像されている特定の解剖学的状況に関して決定された最適な角度で患者のＸ線を撮像することができる。

図１１に示されているＯアーム（登録商標）１０６は、例示されていない画像キャプチャ部分を取り囲むことができるガントリハウジング１２４を含む。画像キャプチャ部分は、Ｘ線源および／または放射部分と、Ｘ線受信および／または画像受信部分と、を含み、これらを互いに約１８０度に配設し、画像キャプチャ部分の追跡に対してロータ（例示せず）上に装着することができる。画像キャプチャ部分は、画像取得中に３６０度回転するように動作可能であってもよい。画像キャプチャ部分は、中心点および／または軸を中心として回転することができ、患者の画像データが複数の方向から、または複数の平面で取得されることを可能にする。

ガントリハウジング１２４を備えたＯアーム（登録商標）１０６は、撮像される物体の周りに位置決めするための中央開口部と、ガントリハウジング１２４の内部の周りで回転可能な放射線源と、を有し、放射線源は、複数の異なる投影角度から放射線を投影するように適合されることができる。検出器システムは、各投影角度で放射線を検出して、物体画像を複数の投影面から擬似的に同時に取得するように適合されている。ガントリは、カンチレバー様式で、ホイールを有するホイール付き移動式カートなどの支持構造Ｏアーム（登録商標）支持構造に取り付けることができる。位置決めユニットは、好ましくはコンピュータ化された運動制御システムの制御下で、ガントリを計画された位置および向きに並進および／または傾斜させる。ガントリは、ガントリ上で互いに対向して配設された供給源および検出器を含むことができる。供給源および検出器は、供給源および検出器を互いに協調させてガントリの内部の周りで回転させることができる電動ロータに固設されることができる。供給源は、ガントリの内側に位置する目標オブジェクトの多平面撮像のために、部分的および／または完全に３６０度の回転にわたって複数の位置および向きでパルス化されることができる。ガントリは、ロータが回転するときにロータを誘導するためのレールおよび支承システムをさらに備えることができ、これは、供給源および検出器を搬送することができる。Ｏアーム（登録商標）１０６およびＣアーム１０４の双方および／またはいずれかを自動撮像システムとして使用して、患者をスキャンし、情報を外科手術システム２に送ることができる。

撮像システムによってキャプチャされた画像は、ＸＲヘッドセット９２０および／またはコンピュータプラットフォーム９１０の別のディスプレイデバイス、外科手術ロボット４、および／または外科手術システム９００の別のコンポーネントに表示されることができる。ＸＲヘッドセット９２０は、例えば、コンピュータプラットフォーム９１０を介して、撮像デバイス１０４および／または１０６のうちの１つ以上、および／または画像データベース９５０に接続されて、画像データベース９５０からの画像を表示することができる。ユーザは、ＸＲヘッドセット９２０を介して制御入力、例えば、ジェスチャおよび／またはボイスベースのコマンドを提供して、撮像デバイス１０４および／または１０６および／または画像データベース９５０のうちの１つ以上の動作を制御することができる。

図１２は、図１３に示されるＸＲヘッドセット９２０に対応し、且つ本開示のいくつかの実施形態にしたがって動作することができるＸＲヘッドセット１２００および１２１０（ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ１およびＨＭＤ２）の対を含む外科手術システムの構成要素のブロック図を示している。

図１２の例示的なシナリオを参照すると、助手６１２および外科医６１０は、双方とも、それぞれＸＲヘッドセット１２００および１２１０を着用している。助手６１２がＸＲヘッドセット１２１０を着用することは任意である。ＸＲヘッドセット１２００および１２１０は、着用者が、以下にさらに記載するように、外科的処置に関連した情報を視認し、および情報とインタラクトすることができるインタラクティブな環境を提供するように構成されている。このインタラクティブなＸＲベースの環境は、技術従事者６１４が手術室に存在する必要性を排除することができ、図６に示されるディスプレイ３４の使用の必要性を排除することができる。各ＸＲヘッドセット１２００および１２１０は、器具、解剖学的構造、エンドエフェクタ２６、および／または他の機器に取り付けられたＤＲＡまたは他の参照アレイの追加の追跡ソースを提供するように構成された１つ以上のカメラを含むことができる。図１２の例では、ＸＲヘッドセット１２００は、ＤＲＡおよび他のオブジェクトを追跡するための視野（ＦＯＶ）１２０２を有し、ＸＲヘッドセット１２１０は、ＤＲＡおよび他のオブジェクトを追跡するためのＦＯＶ１２０２と部分的に重なるＦＯＶ１２１２を有し、ナビゲーションカメラ４６は、ＤＲＡおよび他のオブジェクトを追跡するために、ＦＯＶ１２０２および１２１２と部分的に重複する別のＦＯＶ６００を有する。

１つ以上のカメラが、追跡されるオブジェクト、例えば外科手術器具に取り付けられたＤＲＡを視認するのを妨げられているが、ＤＲＡが１つ以上の他のカメラを視野に入れている場合、追跡サブシステム８３０および／またはナビゲーションコントローラ８２８は、ナビゲーションを喪失せずにシームレスにオブジェクトを追跡し続けることができる。これに加えて、１つのカメラの観点からＤＲＡが部分的に隠れているが、ＤＲＡ全体が複数のカメラソースを介して視認可能である場合、カメラの追跡入力を統合して、ＤＲＡのナビゲーションを続けることができる。ＸＲヘッドセットおよび／またはナビゲーションカメラ４６のうちの１つは、ＸＲヘッドセットの別の１つでＤＲＡを表示および追跡して、コンピュータプラットフォーム９１０（図９および図１４）、追跡サブシステム８３０、および／または別のコンピューティングコンポーネントを有効にし、１つ以上の定義された座標系、例えば、ＸＲヘッドセット１２００／１２１０、ナビゲーションカメラ４６、および／または患者、テーブル、および／または部屋に対して定義された別の座標系に対するＤＲＡの姿勢を判定することができる。

ＸＲヘッドセット１２００および１２１０は、神経モニタリング、顕微鏡、ビデオカメラ、および麻酔システムを含むがこれらに限定されない手術室内の様々な機器から受信されたビデオ、写真、および／または他の情報を表示するように、および／またはこれらの機器を制御するコマンドを提供するように動作可能に接続されることができる。様々な機器からのデータは、例えば、患者のバイタルサインまたは顕微鏡フィードの表示など、ヘッドセット内で処理および表示されることができる。

例示的なＸＲヘッドセットコンポーネントと、ナビゲートされた外科手術、外科手術ロボット、およびその他の機器への統合
図１３は、本開示のいくつかの実施形態にしたがって構成されたＸＲヘッドセット９２０を示している。ＸＲヘッドセットは、ＸＲヘッドセットを着用者の頭に固定するように構成されたヘッドバンド１３０６、ヘッドバンド１３０６によって支持される電子的コンポーネントエンクロージャ１３０４、および電子的コンポーネントエンクロージャ１３０４を横切って下向きに延びる表示画面１３０２を含む。表示画面１３０２は、シースルーＬＣＤディスプレイデバイス、またはディスプレイデバイスによって着用者の目に向けて投影された画像を反射する半反射レンズとすることができる。ヘッドセットの片側または両側に配置された既知の間隔を空けて、例えばドットなどのＤＲＡ基準のセットがペイントされるかまたは取り付けられる。ヘッドセットのＤＲＡは、補助追跡バー上のナビゲーションカメラがヘッドセット９２０の姿勢を追跡することを可能にし、および／または別のＸＲヘッドセットがヘッドセット９２０の姿勢を追跡することを可能にする。

表示画面１３０２は、ディスプレイデバイスのディスプレイパネルからユーザの眼に向けて光を反射する、コンバイナとも呼ばれるシースルー表示画面として動作する。ディスプレイパネルを、電子的コンポーネントエンクロージャとユーザの頭との間に位置させることができ、ユーザの眼に向けた反射のために、表示画面１３０２に向けて仮想コンテンツを投影するように角度付けすることができる。表示画面１３０２が半透明および半反射であることにより、ユーザに、実世界シーンのユーザのビューに重畳された反射された仮想コンテンツが見えるようになる。表示画面１３０２は、下側横方向バンドよりも高い不透明度を有する図示の上側横方向バンドなど、異なる不透明度領域を有することができる。表示画面１３０２の不透明度は、実世界シーンからユーザの眼に通過する光の量を調整するために電子的に制御されることができる。表示画面１３０２の高不透明性構成は、実世界シーンの薄暗いビュー上にオーバーレイされた高コントラストの仮想画像をもたらす。表示画面１３０２の低不透明性構成は、実世界シーンのよりクリアなビュー上にオーバーレイされた、よりかすかな仮想画像をもたらすことができる。不透明度は、表示画面１３０２の表面に不透明な材料を適用することによって制御されることができる。

いくつかの実施形態によれば、外科手術システムは、ＸＲヘッドセット９２０およびＸＲヘッドセットコントローラ、例えば、図１４のコントローラ１４３０または図３４のコントローラ３４１０を含む。ＸＲヘッドセット９２０は、外科手術中にユーザが着用するように構成されており、ＸＲ画像を表示するように、且つ実世界シーンの少なくとも一部分がユーザによる視認のために通過できるように構成されたシースルー表示画面１３０２を有する。ＸＲヘッドセット９２０はまた、ユーザがシースルー表示画面１３０２を視認するときに、ユーザの眼のうちの少なくとも１つと実世界シーンとの間に配置される不透明フィルタを含む。不透明フィルタは、実世界シーンからの光に対する不透明性を提供するように構成されている。ＸＲヘッドセットコントローラは、ナビゲーションコントローラ、例えば、図１４のコントローラ（単数または複数）８２８Ａ、８２８Ｂ、および／または８２８Ｃと通信して、解剖学的構造に対する外科的処置中にユーザにガイダンスを提供するナビゲーションコントローラからナビゲーション情報を受信するように構成されており、シースルー表示画面１３０２に表示するためのナビゲーション情報に基づいてＸＲ画像を生成するようにさらに構成されている。

表示画面１３０２の不透明度は、表示画面１３０２の上部から下向きの距離でより連続的に変化する不透明性を有する勾配として構成されることができる。勾配の最も暗い点は、表示画面１３０２の上部に位置することができ、不透明度が透明になるか、または存在しなくなるまで、表示画面１３０２上でさらに下方へと徐々に不透明度が低くなる。例示的なさらなる実施形態では、勾配は、表示画面１３０２のほぼ眼の中央のレベルで、約９０％の不透明度から完全に透明に変化することができる。ヘッドセットが適切に調整および配置されている場合、眼の中央のレベルは、ユーザが真っ直ぐに見るポイントに対応し、勾配の端部は、眼の「水平」線に位置する。勾配の暗い部分は、仮想コンテンツの鮮明でクリアなビジュアルを可能にし、頭上の手術室ライトの邪魔な輝度を遮断するのに役立つ。

このように不透明フィルタを使用することにより、ＸＲヘッドセット９２０は、表示画面１３０２の上部に沿って実世界シーンからの光を実質的または完全に遮断することによって仮想現実（ＶＲ）能力を提供し、且つ表示画面１３０２の中央または下部に沿ってＡＲ能力を提供することが可能になる。これにより、ユーザは、必要に応じてＡＲを半透明にできるようになり、処置中における患者の生体構造のクリアな光学系が可能になる。表示画面１３０２を、より一定の不透明性バンドに代えて勾配として構成することにより、着用者は、実世界シーンの輝度と、上向きのビューと下向きのビューとの間のより急速なシフト中などに、なければ眼を緊張させ得る被写界深度と、の急峻な変化を経験することなく、よりＶＲタイプのビューからよりＡＲタイプのビューへのより自然な遷移を体験できるようになる。

ディスプレイパネルおよび表示画面１３０２は、広視野のシースルーＸＲディスプレイシステムを提供するように構成されることができる。例示的な一構成では、それらは、ユーザが仮想コンテンツを視認するための５５°の垂直範囲を備えた８０°の対角視野（ＦＯＶ）を提供する。他の対角ＦＯＶ角度および垂直カバレッジ角度は、異なるサイズのディスプレイパネル、異なる曲率レンズ、および／またはディスプレイパネルと湾曲表示画面１３０２との間の異なる距離および角度の向きを介して提供されることができる。いくつかの実施形態では、広い視野を有するＸＲヘッドセットを有することにより、ＸＲヘッドセットは、ユーザの視野が実世界位置合わせＸＲ画像に関連する実世界座標を中心としていないときに、実世界位置合わせＸＲ画像をユーザに表示することができる。

図１４は、コンピュータプラットフォーム９１０に、Ｃアーム撮像デバイス１０４、Ｏアーム撮像デバイス１０６などの撮像デバイスのうちの１つ以上および／または画像データベース９５０に、および／または本開示の様々な実施形態にかかる外科手術ロボット８００に動作可能に接続されることができるＸＲヘッドセット９２０の電気的コンポーネントを例示している。

ＸＲヘッドセット９２０は、ナビゲートされる外科的処置を実行するための改善されたヒューマンインターフェースを提供する。ＸＲヘッドセット９２０は、例えば、コンピュータプラットフォーム９１０を介して、以下のうちの１つ以上を含むがこれらに限定されない機能を提供するように構成されることができる：ハンドジェスチャベースのコマンドおよび／または音声ベースのコマンドの識別、ディスプレイデバイス１４５０上のＸＲグラフィカルオブジェクトの表示。ディスプレイデバイス１４５０は、表示されたＸＲグラフィックオブジェクトを表示画面１３０２に投影するビデオプロジェクタ、フラットパネルディスプレイなどとすることができる。ユーザは、ＸＲグラフィカルオブジェクトを、表示画面１３０２（図１３）を介して見られる特定の実世界のオブジェクトに固定されたオーバーレイとして見ることができる。ＸＲヘッドセット９２０は、追加的または代替的に、１つ以上のＸＲヘッドセット９２０に取り付けられたカメラおよび他のカメラからのビデオフィードを表示画面１３０２に表示するように構成されることができる。

ＸＲヘッドセット９２０の電気的コンポーネントは、複数のカメラ１４４０、マイクロフォン１４４２、ジェスチャセンサ１４４４、姿勢センサ（例えば、慣性測定ユニット（ＩＭＵ））１４４６、ディスプレイデバイス１４５０を含むディスプレイモジュール１４４８、および無線／有線通信インターフェース１４５２を含むことができる。以下に説明するように、ＸＲヘッドセットのカメラ１４４０は、可視光キャプチャカメラ、近赤外線キャプチャカメラ、または双方の組み合わせとすることができる。

カメラ１４４０は、カメラ（単数または複数）１４４０の視野内で実行されるユーザのハンドジェスチャの識別のためにキャプチャすることによって、ジェスチャセンサ１４４４として動作するように構成されることができる。これに代えて、ジェスチャセンサ１４４４は、近接センサ、および／またはジェスチャセンサ１４４４に近接して実行されるハンドジェスチャを感知し、および／または物理的接触、例えばセンサまたはエンクロージャ１３０４をタッピングすることを感知するタッチセンサとすることができる。姿勢センサ１４４６、例えばＩＭＵは、１つ以上の定義された座標軸に沿ったＸＲヘッドセット９２０の回転および／または加速度を感知することができる多軸加速度計、傾斜センサ、および／または別のセンサを含むことができる。これらの電気的コンポーネントのいくつかまたは全ては、コンポーネントエンクロージャ１３０４に内包されることができるか、または腰もしくは肩などの他の箇所で着用されるように構成された別のエンクロージャに内包されることができる。

上で説明したように、外科手術システム２は、カメラ追跡システムコンポーネント６／６’と、コンピュータプラットフォーム９１０の一部とすることができる追跡サブシステム８３０とを含む。外科手術システムは、撮像デバイス（例えば、Ｃアーム１０４、Ｏアーム１０６、および／または画像データベース９５０）および／または外科手術ロボット４を含むことができる。追跡サブシステム８３０は、解剖学的構造、エンドエフェクタ、外科手術器具などに取り付けられたＤＲＡの姿勢を判定するように構成される。ナビゲーションコントローラ８２８は、例えば、解剖学的構造上で外科手術器具を使用して且つ追跡サブシステム８３０によって判定された解剖学的構造の姿勢に基づいて外科的処置がどこで実行されるかを定義する、図９のコンピュータプラットフォーム９１０によって実行される外科的計画機能からの外科的計画に基づいて、解剖学的構造に対する外科手術器具の目標姿勢を判定するように構成される。ナビゲーションコントローラ８２８は、さらに、外科手術器具の目標姿勢、解剖学的構造の姿勢、および外科手術器具および／またはエンドエフェクタの姿勢に基づいて操舵情報を生成するように構成されることができ、ここで、操舵情報は、外科手術計画を実行するために外科手術器具および／または外科手術ロボットのエンドエフェクタが移動される必要がある場合を示す。

ＸＲヘッドセット９２０の電気的コンポーネントは、有線／無線インターフェース１４５２を介してコンピュータプラットフォーム９１０の電気的コンポーネントに動作可能に接続されることができる。ＸＲヘッドセット９２０の電気的コンポーネントは、例えば、様々な撮像デバイス、例えば、Ｃアーム撮像デバイス１０４、Ｉ／Ｏアーム撮像デバイス１０６、画像データベース９５０に、および／または有線／無線インターフェース１４５２を介して他の医療機器に対して、コンピュータプラットフォーム９１０を介して動作可能に接続されることができるかまたは直接接続されることができる。

外科手術システム２は、さらに、ＸＲヘッドセット９２０、コンピュータプラットフォーム９１０、および／または有線ケーブルおよび／または無線通信リンクで接続された別のシステムコンポーネントに常駐することができる少なくとも１つのＸＲヘッドセットコントローラ１４３０（簡潔にするために「ＸＲヘッドセットコントローラ」とも呼ばれる）を含む。様々な機能は、ＸＲヘッドセットコントローラ１４３０によって実行されるソフトウェアによって提供される。ＸＲヘッドセットコントローラ１４３０は、解剖学的構造に対する外科的処置中にユーザにガイダンスを提供するナビゲーションコントローラ８２８からナビゲーション情報を受信するように構成されており、シースルー表示画面１３０２での投影のためのディスプレイデバイス１４５０での表示のためにナビゲーション情報に基づいてＸＲ画像を生成するように構成されている。

表示画面（「シースルー表示画面」とも呼ばれる）１３０２に対するディスプレイデバイス１４５０の構成は、ＸＲヘッドセット９２０を着用しているユーザが、実世界にあるように見えるＸＲ画像を、表示画面１３０２を介して見るようにＸＲ画像を表示するように構成されている。表示画面１３０２は、ユーザの眼の前のヘッドバンド１３０６によって位置決めされることができる。

ＸＲヘッドセットコントローラ１４３０は、表示画面１３０２を視認する間、ユーザの頭またはユーザの身体の他の箇所に着用されるように構成されたハウジング内にあることができるか、または表示画面１３０２に通信可能に接続されている間に表示画面１３０２を視認しているユーザから遠隔に位置することができる。ＸＲヘッドセットコントローラ１４３０は、カメラ１４４０、マイクロフォン１４２、および／または姿勢センサ１４４６からの信号伝達を動作可能に処理するように構成されることができ、表示画面１３０２上で視認するユーザのためにディスプレイデバイス１４５０にＸＲ画像を表示するように接続されている。したがって、ＸＲヘッドセット９２０内の回路ブロックとして例示されるＸＲヘッドセットコントローラ１４３０は、ＸＲヘッドセット９２０の他の例示されるコンポーネントに動作可能に接続されているが、必ずしも共通のハウジング（例えば、図１３の電子的コンポーネントエンクロージャ１３０４）内に存在しないか、またはユーザによって運搬可能ではないことを理解されたい。例えば、ＸＲヘッドセットコントローラ１４３０は、ひいては図３Ｂおよび図３Ｃに示されるカメラ追跡システムコンポーネント６’のハウジング内に存在することができるコンピュータプラットフォーム９１０内に存在することができる。

ＸＲヘッドセットを介したユーザビューの例
ＸＲヘッドセットの動作は、２Ｄ画像および３Ｄモデルの双方を表示画面１３０２に表示することができる。２Ｄ画像は、好ましくは、表示画面１３０２のより不透明なバンド（上側バンド）に表示されることができ、３Ｄモデルは、より好ましくは、環境領域として別途知られる、表示画面１３０２のより透明なバンド（下側バンド）に表示されることができる。表示画面１３０２が終了する下側バンドの下方において、着用者は、手術室の遮るもののないビューを有する。ＸＲコンテンツが表示画面１３０２に表示されている場合、流動的であり得ることに留意されたい。３Ｄコンテンツが表示されている場合、コンテンツに対するヘッドセットの位置に応じて、不透明なバンドに移動することができ、２Ｄコンテンツが表示されている場合、透明なバンドに配置されて実世界に安定することができる。これに加えて、表示画面１３０２の全体は、ヘッドセットを外科手術計画のための仮想現実に変換するために電子制御下で暗くされることができるか、または医療処置中に完全に透明にされることができる。上記で説明したように、ＸＲヘッドセット９２０および関連付けられた動作は、ナビゲートされる処置をサポートするだけでなく、ロボットにより支援される処置と組み合わせて実行されることができる。

図１６は、本開示のいくつかの実施形態にかかる、医療処置中に外科手術器具１６０２を操作しているユーザにナビゲーション支援を提供するためのＸＲヘッドセット９２０の表示画面１３０２を介した例示的なビューを示している。図１６を参照すると、外科手術器具１６０２に接続された動的参照アレイ１６３０および１６３２がカメラ１４４０（図１５）および／または４６（図６）の視野内になるように、外科手術器具１６０２が追跡される解剖学的構造の近傍にもたらされると、器具のグラフィック表現１６００は、解剖学的構造のグラフィック表現１６１０に関連して２Ｄおよび／または３Ｄ画像で表示されることができる。ユーザは、視認されたグラフィック表現を使用して、器具のグラフィック表現２０００から解剖学的構造のグラフィック表現１６１０を通って延在するものとして例示されることができる外科手術器具１６０２の軌跡１６２０を調整することができる。ＸＲヘッドセット９２０はまた、テキスト情報および他のオブジェクト１６４０を表示することができる。表示された表示画面を横切って延びる破線１６５０は、異なる不透明度レベルの上側バンドと下側バンドとの間の分割例を表す。

表示画面１３０２に表示されることができる他のタイプのＸＲ画像（仮想コンテンツ）は、これらに限定されるものではないが、以下のいずれか１つ以上を含むことができる：
１）患者の生体構造の２Ｄの身体軸ビュー、矢状ビュー、および／または冠状ビュー、
２）計画された器具と現在追跡されている器具との対比と、外科手術インプラント場所と、のオーバーレイ、
３）術前画像のギャラリー、
４）顕微鏡および他の同様のシステム、またはリモートビデオ会議からのビデオフィード、
５）オプションならびに構成の設定およびボタン、
６）外科手術計画情報を有する患者の生体構造の浮遊３Ｄモデル、
７）浮遊する患者の生体構造に関連する外科手術器具のリアルタイム追跡、
８）指示およびガイダンスを有する患者の生体構造の拡張オーバーレイ、および
９）外科手術機器の拡張オーバーレイ。

追跡システムコンポーネントのためのカメラの構成例
図１７は、本開示のいくつかの実施形態にしたがって構成された２対のステレオナビゲーションカメラを有する補助追跡バー４６の例示的な構成を示している。補助追跡バー４６は、図３Ａ、図３Ｂ、および図３Ｃのカメラ追跡システムコンポーネントの一部である。一実施形態にかかる、ステレオナビゲーションカメラは、間隔を置いて配置された可視光キャプチャカメラのステレオ対と、間隔を空けて配置された近赤外線キャプチャカメラの別のステレオ対とを含む。あるいは、可視光キャプチャカメラの１つのステレオ対のみ、または近赤外線キャプチャカメラの１つのステレオ対のみが補助追跡バー４６において使用されることができる。任意の複数の近赤外線および／または可視光カメラを使用することができる。

姿勢測定連鎖
上で説明したように、ナビゲートされた外科手術は、例えば、既知の方法で配置されたディスクまたは球などの間隔を空けた基準を含む取り付けられたＤＲＡの姿勢を判定することなどによる、外科手術器具のコンピュータビジョン追跡および姿勢（例えば、６自由度座標系における位置および向き）の判定を含むことができる。コンピュータビジョンは、近赤外線および／または可視光をキャプチャするように構成された、間隔を空けて配置されたナビゲーションカメラ、例えばステレオカメラを使用する。このシナリオでは、（１）精度、（２）堅牢性、および（３）外科手術中のユーザの人間工学という最適化をめぐって共同で競合する３つのパラメータがある。

本開示のいくつかのさらなる態様は、１つ以上のＸＲヘッドセットに取り付けられた追加のナビゲーションカメラを組み込むことによって、上記の３つのパラメータの１つ以上の最適化を改善することができる方法で測定された姿勢を組み合わせる（連鎖する）コンピュータ動作に関する。図１７に示されるように、本開示のいくつかの実施形態にしたがって、可視光追跡カメラのステレオ対および近赤外線追跡ナビゲーションカメラの別のステレオ対を、カメラ追跡システムコンポーネントの補助追跡バーに取り付けることができる。完全に観察された、または部分的に観察された（例えば、ＤＲＡの全ての基準未満が１対のステレオカメラによって見られる場合）ＤＲＡの姿勢を分析し、観察された姿勢または部分的な姿勢を、ナビゲートされた外科手術中の精度、堅牢性、および／または人間工学を向上させることができる方法で組み合わせる動作アルゴリズムが開示される。

上で説明したように、ＸＲヘッドセットは、コンピュータで生成されたＸＲ画像によって実世界シーンを補強するように構成されることができる。ＸＲヘッドセットは、コンピュータで生成されたＸＲ画像をシースルー表示画面に表示することによってＸＲ表示環境を提供するように構成されることができ、これにより、実世界シーンからの光がそこを通過してユーザによる複合表示を可能にする。あるいは、ＸＲヘッドセットは、実世界シーンからの光が、表示されたＸＲ画像の表示経路に沿ってユーザによって直接見られるのを防止または実質的に防止することによって、ＶＲ表示環境を提供するように構成されることができる。ＸＲヘッドセットは、ＡＲおよびＶＲ表示環境の双方を提供するように構成されることができる。一実施形態では、ＡＲおよびＶＲ表示環境の双方は、不透明度の高いバンドに位置合わせされたＸＲ画像のためにＶＲ表示環境が提供され、不透明度の低いバンドに位置合わせされたＸＲ画像のためにＡＲ表示環境が提供されるように、シースルー表示画面と実世界シーンとの間に配置された実質的に異なる不透明度の横方向バンドによって提供される。別の実施形態では、ＡＲおよびＶＲ表示環境の双方は、ユーザによって見られるＸＲ画像と組み合わせるために実世界シーンからの光がシースルー表示画面を通過する量を可変的に制限する不透明度フィルタのコンピュータ調整可能な制御によって提供される。したがって、ＸＲヘッドセットはまた、ＡＲヘッドセットまたはＶＲヘッドセットと呼ばれることもできる。

上でも説明したように、ＸＲヘッドセットは、外科手術器具、患者の解剖学的構造、他のＸＲヘッドセット、および／またはロボットエンドエフェクタに接続されたＤＲＡの基準を追跡するように構成された近赤外線追跡カメラおよび／または可視光追跡カメラを含むことができる。ＸＲヘッドセットで近赤外線追跡および／または可視光追跡を使用すると、単一の補助追跡バー上のカメラが提供することができる範囲を超える追加の追跡ボリュームカバレッジを提供する。既存の補助追跡バーに近赤外線追跡カメラを追加すると、ヘッドセットの位置を可視光よりも確実に追跡することができるが、精度は低くなる。可視および近赤外線追跡座標系を機械的に較正することにより、座標系を十分に位置合わせして、ステレオマッチングを使用して３Ｄ ＤＲＡ基準三角測量動作を実行し、可視および近赤外線追跡座標系間のＤＲＡ基準の姿勢を共同で識別することができる。可視および近赤外線追跡座標系の双方を使用すると、以下のいずれか１つ以上を有効にすることができる：（ａ）単一の座標系を使用して識別されない器具の識別、（ｂ）姿勢追跡精度の向上、（ｃ）外科手術器具、患者の解剖学的構造、および／またはロボットエンドエフェクタの追跡を失うことなく、より広い範囲の動きを可能にすること、および（ｄ）ナビゲートされた外科手術器具と同じ座標系でＸＲヘッドセットを自然に追跡すること。

実世界座標系におけるＸＲヘッドセットの姿勢に基づくＸＲ画像の生成
次に、図１８～図２６の例示的な実施形態を参照して、医療処置中に外科手術器具のためにＸＲヘッドセットを介してナビゲーション支援を提供するための外科手術システム２によって実行されることができる様々な動作が記載される。

ナビゲートされた外科医の場合、一部の外科医は、患者の解剖学的構造を複数回スキャンし、２Ｄ画面に表示された画像を使用して器具を正しい位置および向きにナビゲートするなどの技術を採用している。外科手術器具は、スキャンした画像にオーバーレイとして追跡および表示されることができるため、外科医は、患者の解剖学的構造を物理的に露出する必要なしに（すなわち、低侵襲手術（「ＭＩＳ」）を介して）、器具追跡システムが許容する限りの精度で、解剖学的構造に対する器具の位置および向き（姿勢とも呼ばれる）を確認することができる。このプロセスは、低侵襲手術を可能にするが、これらの技術は、さらなる困難を提示する可能性がある。

いくつかの例では、フリーハンドおよびロボットでナビゲートされる外科手術は、２Ｄディスプレイ（コンピュータモニタなど）との相互作用を必要とする可能性がある。ディスプレイを使用して、スキャンした患者の画像を表示したり、インプラントの配置を計画したり、ロボットによってナビゲートされる外科手術の場合にはロボットを制御したりすることができる。滅菌ドレープをタッチスクリーンモニタまたはコンピュータのマウスインターフェースの上に配置すると、正確でスムーズな物理的制御を妨げることがある。さらにまた、患者を見ているときにモニタが外科医の視野外にある場合、外科医は、画像を見るために手術部位から繰り返し目をそらすことを余儀なくされる可能性がある。

追加のまたは代替の例では、ナビゲートされた器具は、軸方向および矢状方向ビューなど、スキャンからの２Ｄスプライス画像を使用して表示されることができる。しかしながら、複数の２Ｄ画像を同時にナビゲートすることは、直感的でなく、新たな外科医が学ぶのが難しい可能性がある。プロセスは、ＣＴおよびＸ線スキャンを使用してスキャンされた解剖学的構造の再構成を作成し、コンピュータ化された３Ｄモデルを生成することができるが、３Ｄモデルのナビゲート、表示、および操作は、２Ｄディスプレイによっては実施することができない。

外科手術環境においてＸＲディスプレイを使用すると、実世界の患者情報を３Ｄで表示することができる。しかしながら、外科手術ナビゲーションのコンテキストにおいてＸＲコンテンツを表示することは、さらなる課題を提示する。例えば、乗り物酔いは、広い視野のＸＲディスプレイを使用する場合の一般的な問題であるが、ユーザインターフェースの慎重な計画によって最小限に抑えることができる。頭に位置合わせされたコンテンツの大きな視野は、乗り物酔いの一般的な原因であることが知られており、本明細書の様々な実施形態に記載されるように、世界位置合わせまたはオブジェクト位置合わせコンテンツを使用することによって回避されることができる。

さらにまた、図１８～図２２に示すように、ＸＲヘッドセットを介して患者位置合わせ代替現実（ＡＲ）コンテンツを使用すると、その性質上、エラーが発生しやすくなる可能性がある。器具の追跡（現在の外科用ディスプレイにおいて最も重大なエラーの原因の１つ）から発生するエラーに加えて、ＸＲヘッドセットの追跡、ヘッドセットの光学系の較正、および外科医の視線に対するヘッドセットの姿勢からエラーが導入される可能性がある。視覚的な閉塞を追跡しないと、画像がディスプレイの背後にあるオブジェクトを適切に閉塞せず、外科医の手術部位の視界を妨げる可能性がある。さらに、患者の解剖学的構造が露出されていないかまたはＸＲコンテンツによって閉塞されている場合、画像のエラーがすぐに明らかにならない可能性があり、これにより、外科医を誤った情報に過度に依存させることがある。

図１８は、外科手術中に器具および／またはインプラントの位置決めを支援するために外科医によって参照されることができる２Ｄ画面の例を示している。図１９は、図１８に関連する実際の外科的処置の例を示している。外科医の器具の位置は、患者に対する物理的な器具の位置を追跡することにより、スキャンされた画像に対して表示されることができる。ディスプレイは、器具１８１０の表示された位置および位置１８２０におけるインプラントの理想的な位置を示すことができる。しかしながら、追跡が完全ではないことがあり、この不完全性によって生じるエラーにより、器具の表示位置がずれてしまう可能性がある。図１８～図１９の例では、器具は、実際には、解剖学的構造に対して位置１８５０にあることができ、結果として生じるインプラントは、解剖学的構造に対して位置１８６０にあることができる。器具追跡によって与えられた姿勢がエラーオフセット１８９０によって不正確である場合、ディスプレイ内の器具１８１０は、実際の器具位置１８５０に対してエラーオフセット１８９０によってオフセットされる。外科医は、オフセットディスプレイを使用してそれらの器具をインプラントの位置に誘導することから、インプラントは、外科医の計画において理想的に移動するはずの場所からのエラーオフセット１８９０によって僅かにずれる。

図２０～図２２は、図１８～図１９と同じ外科的処置中に使用されることができるＸＲ画像の例と、対応する外科的処置の別の図を示している。ＸＲディスプレイを使用して外科手術をナビゲートすることは、器具の追跡をさらに必要とし、これは、エラーオフセット１８９０を形成する。しかしながら、ＸＲヘッドセットの追跡やＸＲディスプレイの較正のエラーなど、他のエラーの原因は、ＸＲディスプレイオフセットエラー２０９２によって表される別のかなりのオフセットを累積的に生成する。患者位置合わせまたは解剖学的位置合わせされたＸＲコンテンツを表示するとき、ＸＲディスプレイオフセットエラー２０９２は、ＸＲコンテンツ２０７０を解剖学的構造の実際の位置２０３０から視覚的に変位させる。ＸＲコンテンツは、患者の外科医の視界を妨げるので、彼らは、ＸＲコンテンツに対して実際の位置２１１０に器具を配置する。さらに、追跡された器具位置に基づいてガイダンスが提供されるため、理想的なインプラント位置と実際の結果のインプラント位置との合計差は、エラーオフセット１８９０およびＸＲディスプレイオフセットエラー２０９２の合計と同じになることができる。

ここに開示されているように、世界位置合わせされたＸＲコンテンツが使用される場合、ＸＲディスプレイオフセットエラー２０９２は、依然として存在する。しかしながら、ＸＲコンテンツは、患者から切り離されており、外科医の視界を妨げないため、ＸＲディスプレイオフセットエラー２０９２は、外科医の器具の配置やスキャンされた解剖学的構造に対するガイダンスの表示に影響を与えない。代わりに、理想的なインプラント位置１８２０と結果として生じるインプラント位置１８６０との間の差は、現在の外科手術ナビゲーション表示方法と同じように、エラーオフセット１８９０に制限される。

本明細書で説明される様々な実施形態は、図２３に示されるように、ＸＲディスプレイのための３Ｄ再構成された解剖学的モデルビューを使用する。情報は、頭部位置合わせまたは患者位置合わせの方法からナビゲーションおよび相互作用を提供するのではなく、患者の上に「浮いている」患者の解剖学的構造２３２０の世界位置合わせ３Ｄモデルに対して示される。ＸＲディスプレイ２３１０を手の動きを追跡する機能と組み合わせることは、別のレベルの双方向性を追加する。仮想患者の解剖学的構造２３２０に対する仮想器具２３３３および仮想インプラントの位置を表示することに加えて、ＸＲ ３Ｄ解剖学的ビューは、インタラクティブとすることができ、外科手術ロボットを制御するために使用されることができる。

図２３では、外科医２３９０は、脊椎手術中のナビゲーションに３Ｄ解剖学的ビューを使用しており、これは、手術台全体でＸＲヘッドセットを使用している別の人の視点から示されている。患者２３８０がスキャンされ、画像は、ＸＲ領域２３１０に示される脊椎２３２０の３Ｄモデルを構築するために使用された。外科手術計画は、フローティングモデルに表示される理想的な器具の位置を決定する。外科医の器具２３３５の３Ｄモデル表現はまた、実世界のインプラント位置２３２２における実世界器具２３３５の追跡された物理的位置に基づいて、脊椎モデル２３２０に対する仮想器具２３３３として示されている。実世界ＸＲ画像は、仮想解剖学的構造２３２０に対する仮想器具２３３３の所望の位置を示す仮想ガイダンス２３３０を含むことができる。

患者から医用画像を取得した後、３Ｄモデルの再構成が作成されることができる。このモデルは、ＸＲディスプレイのユーザインターフェースに提示される。ＸＲに示されているように、モデルは、世界位置合わせされており（ディスプレイの着用者が頭を動かしても、モデルは所定の位置に留まることを意味する）、デフォルトでは、患者の約０．５メートル上方に配置される。手の追跡をＸＲシステムと融合することで、ユーザは、手を使用してジェスチャを実行する３Ｄモデルと相互作用することができる。このレベルの相互作用により、モデルを計画、ナビゲーション、およびクロスプラットフォームハードウェア制御の制御インターフェースとして使用することができる。以下は、解剖学的ビューと相互作用するための可能な用途のいくつかの例である。

いくつかの実施形態では、外科医は、解剖学的ビューと相互作用して、安定化オプションを判定することができる。安定化オプションは、ビューが患者安定化（患者が移動するとコンテンツが移動する）か、世界安定化（患者が移動してもコンテンツが静止したまま）かを含むことができる。

追加のまたは代替の実施形態では、外科医は、解剖学的ビューと相互作用して、ビューの調整を決定することができる。例えば、図２４～図２５は、外科医が手を使用してモデルを回転させて他の角度から見やすくしたり、傾けることなくモデルを拡大して詳細を確認したりすることができることを示している。

追加のまたは代替の実施形態では、外科医は、解剖学的ビューと相互作用して、インプラントの配置を判定することができる。ＧＰＳおよび同様のソフトウェアによって提供される既存の２Ｄスライスビューおよび操作に加えて、外科用インプラントを３Ｄで計画または調整することができる。

追加のまたは代替の実施形態では、外科医は、解剖学的ビューと相互作用して、器具のナビゲーションを制御することができる。追跡された外科手術器具の３Ｄ表現は、患者の解剖学的構造に対して相対的なスケールおよび姿勢でディスプレイに示され、インジケータは、計画で指示された正しい位置に外科医を導くことができる。

追加のまたは代替の実施形態では、外科医は、解剖学的ビューと相互作用して、外科手術ロボットを制御することができる。例えば、図２６は、ロボットによってナビゲートされる外科手術において、外科医２３９０が、手のジェスチャを使用して、ＸＲ ３Ｄ解剖学的ビュー２３１０上の個々のインプラント２６１０、２６２０、２６２６、２６３０を選択して、ロボット２６９０にそのインプラント２６１２、２６２２、２６３２の正しい配置のための位置に移動するように指示できることを示している。この例では、仮想インプラント２６１０は、完成した実世界のインプラント２６１２に対応する。仮想インプラント２６２０は、現在配置されている実世界のインプラント２６２２に対応し、仮想インプラント２６３０は、次の実世界のインプラント２６３２に対応し、外科的処置の一部として計画された仮想インプラント２６２６に対応する。

追加のまたは代替の実施形態では、外科医は、解剖学的ビューと相互作用して、外科的プロセスの概要を記録または表示することができる。いくつかの例では、図２６に示すように、外科医は、手のジェスチャを使用して解剖学的ビューでインプラントを選択し、それを完了としてマークして、外科医に全体的な進行状況の視覚的な表現を与えることができる。

追加のまたは代替の実施形態では、外科医は、解剖学的ビューと相互作用して、２Ｄスキャンを選択することができる。例えば、外科医は、３Ｄモデルに沿ったスキャンの場所ごとに整理された２Ｄ画像のギャラリーを表示し、手のジェスチャを使用してそれらを選択することができる。

図２４～図２５は、手の追跡を使用すると、３Ｄ解剖学的ビューがインタラクティブになることができることを示している。外科医は、手を使用して患者の解剖学的構造のビューを制御および操作し、モデルをより詳細に表示することができる。図２４では、ビューのセクションを選択することにより、外科医は、その領域を拡大することができる。状況に応じて、この拡大図を使用して、インプラントの配置を計画したり、手術をより詳細にナビゲートしたりすることができる。図２５では、外科医は、直感的なジェスチャによって拡大ビューを回転させることができる。

図２６は、外科医が手を使用してＸＲ ３Ｄ解剖学的ビューにおいて次に計画されているインプラント位置を選択する様子を示しており、これは、外科手術ロボットに次の位置に移動するように信号を送る。実世界ＸＲ画像はまた、どのインプラントが完了したか、どのインプラント部位が現在手術されているか、およびどれがまだ開始されていないかを示す進行状況オーバーレイも含む。例えば、完了した仮想インプラントは、黒として表示されることができ、現在手術中の仮想インプラントは、濃い灰色で表示されることができ、開始されていない仮想インプラントは、白で表示されることができる。

ＸＲ ３Ｄ解剖学的ビューをナビゲーション、計画、およびインタラクティブメニューとして使用することは、いくつかの利点を提供する。いくつかの例では、一般的なモデルではなく、患者のスキャンから派生した３Ｄモデルを使用することは、外科手術の計画およびナビゲーションに使用されることができる患者の正確なビューを提供する。これはまた、あらゆる種類の医用画像から派生したあらゆる３Ｄモデルを使用することができることも意味し、そのため、ビューは、最終的にあらゆる種類の外科手術に使用されることができる。ビューは、事前にまたは手術中に生成されることができる。

追加のまたは代替の実施形態では、コンテンツを世界位置合わせされた状態に保つことは、世界位置合わせまたはオブジェクト位置合わせされた代替現実コンテンツのエラーの不一致が、ＸＲナビゲート外科手術の精度に影響を与えるのを防ぐ。これにより、システムは、２Ｄモニタディスプレイの場合と同様に、器具追跡の精度に効果的に依存することができる。

追加のまたは代替の実施形態では、ＸＲによって提供される浸漬、および複数の２Ｄビューを使用する現在の方法と比較して３Ｄビューを有する能力により、外科医は、より直感的な方法でナビゲートすることができ、これは、ナビゲートされた外科手術を実行するために新たな外科医を訓練するために特に重要である。

追加のまたは代替の実施形態では、頭部位置合わせ安定化を使用する代わりに、世界安定化または患者安定化追跡を伴う世界位置合わせコンテンツを使用することにより、外科医は、手動で操作する必要なしに、モデルのより良いビューを得るために頭を使用して傾けることができる。これはまた、自身のＸＲディスプレイによって外科手術を見ている他の人が、外科医との相互作用を確認することを可能にし、大きな頭部安定化／位置合わせディスプレイに関連する乗り物酔いをユーザが経験する機会を低減する。

追加のまたは代替の実施形態では、コンテンツは、患者位置合わせではなく世界位置合わせされていることから、外科医は、自身にとって快適な個人化された位置にモデルを操作および移動して、所望の安定化オプションを選択することができる。外科医はまた、直感的な手のジェスチャを使用して、必要に応じてビュー自体を回転または拡大し、デフォルトまたは個人化された位置に容易に戻すこともできる。

追加のまたは代替の実施形態では、手術部位の視野内で患者の上に３Ｄビューを提供することにより、外科医は、より快適な方法で画像およびナビゲーションを見ることができ、患者から目をそらす必要がないようにする。いくつかの実施形態では、広い視野を有するＸＲヘッドセット（例えば、図１３の湾曲表示画面１３０２）は、外科医が周辺視野において３Ｄビューを維持することを可能にする。

追加のまたは代替の実施形態では、画像は、「マルチプレーヤー」の観点から手術部位の上に位置するため、外科医は、ＸＲディスプレイを着用している観察者に患者の解剖学的構造を自由に指差して説明することができ、滅菌されていない表面や患者に誤って当たったり触れたりする機会が低くなる。

追加のまたは代替の実施形態では、外科医は、単一の直感的なディスプレイを介して外科手術ロボットを計画、ナビゲート、および制御することができ、ワークフローを劇的に改善する。

追加のまたは代替の実施形態では、ＸＲにおけるＸＲ ３Ｄ解剖学的ビューとの相互作用は、ディスプレイに物理的に触れることを必要とせず、滅菌の懸念を低減し、それらの上のドレープによってタッチディスプレイまたはマウス／キーボードと相互作用することによってもたらされる困難を排除する。

エクステンデットリアリティ器具相互作用ゾーン
次に、図２７～図３２の例示的な実施形態を参照して、医療処置中に外科手術器具のためにＸＲヘッドセットを介してナビゲーション支援を提供するための外科手術システム２によって実行されることができる様々な動作が記載される。

いくつかの実施形態では、外科手術器具の動き追跡をエクステンデットリアリティにおける頭および手の追跡と組み合わせることにより、「相互作用ゾーン」を使用して、拡張現実ＵＩの要素を非表示、表示、無効化、および相互作用させることができる。これらの相互作用ゾーンは、追跡された器具および手の追跡制御を使用して、外科手術中に事前に決定または定義されることができる３Ｄ追跡ボリュームのセクションとすることができる。これらの相互作用ゾーンを使用して、外科医は、例えば、外科手術中に指定された器具を許可してはならない領域を定義し、意図しない動作を防ぐためにＵＩを無効化または非表示にし、手術器具を使用してＵＩ要素と相互作用し、ＯＲの他の場所からの器具および手からの追跡データを無視することができる。

いくつかの実施形態では、相互作用ゾーンは、リアルタイムで定義されることができる。外科医または医療専門家は、患者に対して監視マーカを移動し、ＸＲヘッドセットにおいてその位置を確認することができる。この監視マーカの位置は、追跡および更新されることができる。デフォルトのボックスが定義されることができる。手の追跡コントロールを使用して、位置を変更することができる。ロック位置を調整するために、微調整コントロールダイヤルを使用することができる場合もある。ヘッドセットの着用者は、ヘッドセットの着用者が満足するまでこの手順を繰り返し、後で再度編集することができる。ヘッドセットの着用者はまた、ロック位置を異なるボックスに並べ替えるための代替の手のコントロールも有する。１つのロックされたポイントは、結合された相互作用領域を定義するための複数の境界ボックスの一部とすることができる。ロックされたポイントは、複数の相互作用ゾーンを定義するために複数のボックスに並べられることができる。領域をクリアするためのコントロールを利用することができる。どの器具が相互作用ゾーンと相互作用すべきかを定義するためのコントロールを利用することができる。

追加のまたは代替の実施形態では、相互作用ゾーンは、相対的な測定値を使用してソフトウェアによって事前に構成されることができる。例えば、ユーザインターフェース（「ＵＩ」）は、手または器具が頭に対して特定の高さを超えている場合にのみ表示されたり、相互作用を許可したりすることができる。デフォルトの相互作用ゾーンは、ＵＩ設定において調整されることができる。定義すると、種類およびユーザ設定に応じて、ゾーンを非表示にしたり、かすかに表示したり、状況に応じて表示したりすることができる。

本明細書の様々な実施形態は、外科的処置中に相互作用ゾーンを使用することを説明している。相互作用ゾーンは、一般に、個別に説明されるが、ＸＲヘッドセットは、独立した、および／またはオーバーラップする複数の相互作用ゾーンを表示することができる。以下は、外科医によって使用されることができるほんの数例である。

いくつかの実施形態では、相互作用ゾーンは、ナビゲーションゾーンを含むことができる。エクステンデットリアリティディスプレイは、低侵襲で、フリーハンドで、およびロボットによってナビゲートされる外科手術を可能にする。患者の近くにナビゲーションゾーンを形成することにより、外科医は、エクステンデットリアリティのモデルを使用して、外科手術計画にしたがって適切な位置および向きに誘導されたり、または現在の器具の軌跡および位置に基づいて新たな計画を作成したりすることができる。ナビゲーションゾーンは、ゾーン内の器具のみがナビゲートされ、トリガーとして使用されて、エクステンデットリアリティにおいてナビゲーション表示をもたらすことを可能にすることができる。これはまた、ナビゲーションゾーンの外側で検出された器具が正確にまたは全く追跡される必要がないことを意味し、これにより、コンピュータビジョンベースの外科手術器具追跡の性能を向上させることができる。

図２７Ａ～Ｂは、実世界の外科的処置２７５２に関連する３Ｄ ＸＲ解剖学２７５０によって使用されるナビゲーションゾーンの例を示している。実世界器具２７５４は、図２７Ｂの実世界のナビゲーションゾーン２７９０内に存在し、実世界のナビゲーションゾーン２７９０内には存在しない。したがって、図２７ＡのＸＲディスプレイは、計画モードＸＲ画像２７１０であり、計画された場所にある仮想計画器具２７１２を示している。図２７Ｂに示されるように、ナビゲーションゾーン２７９０内に配置されている実世界器具２７５４を検出する追跡システムに応答して、計画モードＸＲ画像２７１０は、ナビゲーションモードＸＲ画像２７３０によって置き換えられる。ナビゲーションモードＸＲ画像２７３０では、仮想器具２７６０は、定義されたナビゲーションゾーン２７１０によって実世界器具２７５４を移動するのを助けるために、仮想計画器具２７１２とともに実世界器具２７５４に対応して表示される。

いくつかの実施形態では、相互作用ゾーンは、遷移ゾーンを含むことができる。エクステンデットリアリティディスプレイは、情報が多すぎるという問題を引き起こす可能性があり、これは、広い視野のディスプレイや、手術台などの敏感な作業領域においてすぐに動作を起こす必要がある設定において特に問題になる可能性がある。外科医がＵＩ要素によって視力が妨げられることなく作業することができることが重要である。フェイルセーフのように、特定の領域を使用して、器具または手がその領域に持ち込まれたときに、全てのＵＩ要素を自動的に折り畳むことができる。追跡対象のアイテムをそのエリアから削除するか、別のゾーンを使用することで、ＵＩを元に戻すことができる。同様に、遷移ゾーンを使用して、前述のナビゲーションビューの呼び出しや、器具が手術領域に持ち込まれたときに計画ビューを非表示にするなど、状況に応じてデータを表示または非表示にすることができる。（ナビゲーションゾーンは、特殊な遷移ゾーンと考えることができる）。

いくつかの実施形態では、相互作用ゾーンは除外ゾーンを含む。動作環境の一部の領域が常に明確に表示され、ＸＲオーバーレイがないことが重要な場合がある。除外ゾーンは、ＵＩ要素がどの角度から見てもゾーンの表示を妨げるのを防ぐ。

いくつかの実施形態では、相互作用ゾーンは警告ゾーンを含む。外科手術スペースの特定の領域が追跡された外科手術ロボットまたは外科手術器具の立ち入りが禁止されている場合は、警告ゾーンを定義することができる。これらの器具の１つが、相互作用ゾーンを含む境界ボックスの１つと交差すると、１つ以上の構成可能な警告イベントが発生する。外科手術ロボットと併用すると、投影された動き経路によって形成された警告ゾーンを３Ｄ空間にエクステンデットリアリティで表示することができる。ロボットは、器具、手、または追跡されたヘッドセットがその投影された経路を遮ったときに、その動きを強制的に停止することもでき、安全性をさらに高める。相互作用ゾーンを超えた場合に発行されるアラートまたは警告の種類も構成可能である。ヘッドセットおよびモニタにビープ音、ＸＲ閉塞、またはテキストによる警告を含めることができる。

図２８Ａ～Ｂは、外科医によって定義された警告ゾーン２８８０を示している。器具が図２８Ｂの警告ゾーン２８８０に入ると、外科医が却下することができる警告２８９２がＸＲ ＵＩ２８９０に表示される。

図２９Ａ～Ｂは、実世界のロボットアーム２９３０および該ロボットアーム２９３０の将来の位置２９４０、ならびに提案された経路２９３２を伝達し、実世界のロボットアーム２９３０は、将来の位置に到達するために移動することができる。図２９Ｂでは、器具２９２０は、提案された経路２９３２に移動したときに検出され、警告メッセージ２９９２がＸＲ ＵＩ２９９０に追加される。さらに、ロボットがその移動途中に器具が警告ゾーンに入ると、ロボットは、停止するかまたは将来の場所への新たな経路を判定する。

いくつかの実施形態では、相互作用ゾーンは、器具選択ゾーンを含むことができる。外科手術追跡ボリュームの指定された領域を使用して、ＵＩによってフォーカスを与えるべき器具を選択することができる。ゾーンに器具を配置し、外科医に確認してもらうことで（ＵＩを介して、さらには単に頭を少しの間その方向に向けることによって）、外科医は、現在使用している器具を選択することができる。そして、エクステンデットリアリティディスプレイは、現在選択されているものとは関係のない器具情報を除外し、選択された器具のジオメトリに基づいてロボット計算を行うことができる。このシンプルな器具選択ゾーンにより、外科医は、関連データのみを受信し、エクステンデットリアリティ領域をクリーンに保つことを確実にする。

器具選択プロセスの例が図３０Ａ～Ｃに示されている。図３０Ａでは、外科医は、彼らの器具３０２４を彼らの助手に渡した。しかしながら、ＵＩ ３０９０は、その器具３０２４のデータを引き続き表示し、外科医の新たな器具３０２２は表示しない。図３０Ｂでは、外科医は、新たな器具３０２２を選択ゾーン３０２０に持ち込み、チェックマークの周りの円が完了するのを待つか、または手のジェスチャを使用して選択を確認する。図３０Ｃでは、新たな器具３０２２が位置合わせされた。ここで、ＵＩデータ３０９０は、外科医の器具３０２２を示し、他の器具３０２４からデータを除外する。

いくつかの実施形態では、相互作用ゾーンは、ＵＩゾーンを含む。エクステンデットリアリティディスプレイによって器具追跡が使用される場合、器具を使用することによってＵＩ自体を変更することができる。外科手術器具は、他の使用のうち、ペンとして使用されて、３Ｄ空間にメモを書き込んだり、ＵＩ要素をアクティブにしたり、ネジやその他の外科手術用インプラントの３Ｄモデルを配置したり、既存の３Ｄモデルを回転または移動したり、シェーダーを変更したりすることができる。

図３１Ａ～Ｂでは、患者のスキャンを使用して生成された３Ｄモデル３１１０が、それ自体のＵＩゾーン３１９０とともに示されている。外科医がゾーンを介して器具３１２０を持ってくるとき、彼らは、外部シェーダーを「はがし」、代わりに２Ｄスキャンを断面３１５０として見ることができる。彼らは、解剖学的構造の異なる断面を素早く分類する方法として、これを任意の角度から行うことができる。

図３２に示されるＵＩゾーンの別の例では、外科医は、外科手術中の滅菌メモ記録に使用されるＵＩゾーン３２９０を形成する。外科手術器具３２１０は、定義されたＵＩゾーン３２９０に持ち込まれたときに仮想ペンとして使用されることができる。器具の追跡されたトリガーポイントは、単語間に「インク」または「リフトオフ」をいつ適用するかを示すために使用される。さらに、器具を使用して画像アイコン３２５０を選択し、ＸＲヘッドセットのカメラをトリガーして、メモに関連付けることができる画像を記録することができる。これらの支援は、外科医が術後メモを作成するのに役立つことができる。

相互作用ゾーンは、エクステンデットリアリティＵＩの変更をトリガーしたり、ロボットコマンドを発行したりするために使用されることができる追跡ボリュームのセクションである。いくつかの実施形態は、３Ｄ相互作用ゾーンを定義するためのアプローチを説明し、それらの使用に帰する。

いくつかの実施形態では、追跡ボリュームから相互作用ゾーンを形成することにより、ＸＲインターフェースまたはロボット制御スキームにおける文脈上の相互作用／変更を可能にする。手と器具の追跡を使用することは、滅菌環境において相互作用ゾーンを簡単な方法で定義および変更することを可能にする。相互作用ゾーンは、追跡された外科手術器具または手を使用してユーザ定義されることができるため、手術室に追加の器具は必要としない。

追加のまたは代替の実施形態では、相互作用ゾーンは、追跡されたオブジェクトに関連してＸＲソフトウェアによって文脈的に定義されることができる（例えば、追跡された患者基準点の近くにナビゲーションゾーンを配置するか、ロボットエンドエフェクタの近くに警告ゾーンを配置する）。相互作用ゾーンは、例えばＸＲでゾーンを表示したり、エッジにピッチポイントを使用したりすることにより、いつでも変更されることができる。

追加のまたは代替の実施形態では、相互作用ゾーンは、安全予防策として外科環境において実用的であり、直感的なＵＩの使用を可能にし、ＵＩ領域を清潔に保ち、外科医の患者の視界を明確に保つことができる。

いくつかの実施形態では、相互作用ゾーンは、様々な用途を有することができ、相互作用ゾーンの種類は、その挙動を決定する。例えば、ナビゲーションゾーンは、ＵＩが状況に応じてユーザにナビゲーションガイダンスを提供することを可能にする。また、ナビゲーションゾーンの器具に対してのみ精度を最適化することにより、オブジェクト追跡アルゴリズムを支援する。遷移ゾーンは、追跡対象のオブジェクトがＵＩ内にある場合に、ＵＩを表示、非表示、または変更することにより、豊富な器具および機能を提供しながら、患者の明確なビューを有する能力をユーザに与える。それらはまた、外科医が作業中に意図せずにＵＩをアクティブにする可能性を制限する。除外ゾーンは、ＸＲユーザインターフェースが外科医の重要な領域のビューを妨げるのを防ぐ。警告ゾーンは、外科医に特別なレベルの認識を提供し、患者の身体との意図しない接触を回避し、外科手術ロボットの動きに対して経路が明確であることを保証する。例えば、フリーハンド手術では、器具が危険な位置に配置された場合、外科医は、フィードバックの邪魔にならない。警告ゾーンは、即座に読みやすいフィードバックを可能にする。器具選択ゾーンは、複数の器具が追跡されているときにＵＩがクリーンに保たれるのを確実にする。ＵＩゾーンは、ＵＩを簡単で直感的な使用を可能にするため、エクステンデットリアリティにより、その外科的ガイダンスの可能性を完全に実現することを可能にする。

図３３は、外科手術システム３３００の例のブロック図である。図示のように、外科手術システム３３００は、ＸＲヘッドセット３３２０、コンピュータプラットフォーム９１０、カメラ追跡システム６、６’、撮像デバイス、および外科手術ロボット８００を含む。コンピュータプラットフォーム９１０は、追跡サブシステム８３０、ナビゲーションコントローラ８２８、ＸＲヘッドセットコントローラ３３３０、および相互作用ゾーンコントローラ３３９０を含む。追跡サブシステム８３０は、カメラ追跡システム６、６’からのデータに基づいて、実世界座標系に対するＸＲヘッドセット３３２０、外科手術ロボット８００、および他の実世界要素の実世界姿勢を追跡することができる。ナビゲーションコントローラ８２８は、外科手術器具のような実世界要素の実世界姿勢と実世界要素の計画された位置との間の差を判定することができる。ＸＲヘッドセットコントローラ３３３０は、実世界ＸＲ画像が実世界座標系に結び付けられるように、ＸＲヘッドセットの実世界姿勢に基づいて、ＸＲヘッドセットによって表示するための実世界ＸＲ画像を生成することができる。相互作用ゾーンコントローラ３３９０は、実世界座標系に対する相互作用ゾーンの姿勢および種類を判定し、外科医が相互作用ゾーンと相互作用しているときを判定するために、相互作用ゾーンに関する情報をＸＲヘッドセットコントローラ３３３０に提供することができる。いくつかの実施形態では、外科手術システムは、これらの特徴の一部のみを含むことができる。例えば、外科手術システムは、ＸＲヘッドセット３３２０、追跡サブシステム８３０、およびＸＲヘッドセットコントローラ３３３０を含むことができる。

図３４は、外科手術システム（例えば、外科手術システム３３００）によって実行されるプロセスのフローチャートである。ブロック３４１０において、追跡サブシステム８３０は、実世界座標系に対する実世界要素の実世界姿勢を判定する。いくつかの実施形態では、追跡サブシステムは、ＸＲヘッドセットの実世界姿勢と実世界要素の実世界姿勢とを判定する。

ブロック３４２０で、ＸＲヘッドセットコントローラ３３３０は、実世界の座標系の一部を相互作用ゾーンとして定義する。いくつかの実施形態では、ヘッドセットコントローラは、相互作用ゾーンを、ナビゲーションゾーン、遷移ゾーン、警告ゾーン、除外ゾーン、器具選択ゾーン、およびユーザインターフェース（「ＵＩ」）ゾーンのうちの１つであると定義する。

いくつかの実施形態では、外科手術システムは、実世界要素の種類および／または実世界姿勢に基づいて、相互作用ゾーンの寸法、姿勢、および／または種類を定義するように構成された相互作用ゾーンコントローラをさらに含む。

ブロック３４３０において、ＸＲヘッドセットコントローラは、実世界要素が相互作用ゾーン内にあるかどうかを判定する。

ブロック３４４０において、ＸＲヘッドセットコントローラ３３３０は、実世界要素の実世界姿勢の追跡データに基づいてユーザ入力を判定する。

ブロック３４５０において、ＸＲヘッドセットコントローラ３３３０は、ＸＲヘッドセットの実世界姿勢に基づいて、世界位置合わせＸＲ画像を生成する。いくつかの実施形態では、ＸＲヘッドセットコントローラは、ＸＲヘッドセットの実世界姿勢と実世界要素の実世界姿勢とに基づいて、世界位置合わせＸＲ画像を生成する。世界位置合わせＸＲ画像は、実世界要素の特性に基づいて生成された仮想要素を含む。仮想要素は、ＸＲヘッドセットの実世界姿勢に基づいて提示され、ユーザの視野内のシースルー表示画面に表示される。いくつかの実施形態では、ＸＲヘッドセットは、広い視野を有するディスプレイ（例えば、図１３の湾曲表示画面１３０２）を含み、これにより、外科医が僅かに異なる方向を見ている間、世界位置合わせＸＲ画像が表示され続けることを可能にする。

追加のまたは代替の実施形態では、ＸＲヘッドセットコントローラは、シースルー表示画面に表示される世界位置合わせＸＲ画像の仮想要素と、ＸＲヘッドセットの実世界姿勢に関係なく、実世界座標系に対して一定の姿勢で維持される仮想要素とを備えたＸＲヘッドセットの実世界姿勢に基づいて世界位置合わせＸＲ画像を生成するように構成される。

追加のまたは代替の実施形態では、ＸＲヘッドセットコントローラは、シースルー表示画面に表示される世界位置合わせＸＲ画像の仮想要素と、ＸＲヘッドセットの実世界姿勢に関係なく、実世界要素の実世界姿勢から一定のオフセットになるように維持される姿勢を有する仮想要素とを備えたＸＲヘッドセットの実世界姿勢に基づいて世界位置合わせＸＲ画像を生成するように構成される。

追加のまたは代替の実施形態では、ＸＲヘッドセットコントローラは、実世界要素の実世界姿勢の追跡データに基づいてユーザ入力を判定するようにさらに構成される。ＸＲヘッドセットコントローラは、ユーザ入力に基づいて、世界位置合わせＸＲ画像をさらに生成するようにさらに構成される。

追加のまたは代替の実施形態では、ＸＲヘッドセットコントローラは、世界位置合わせＸＲ画像内に仮想要素を生成することにより、実世界要素の実世界姿勢が相互作用ゾーン内にあるという判定に応答するように構成される。

ブロック３４６０において、ＸＲヘッドセットコントローラ３３３０は、世界位置合わせＸＲ画像を表示する。いくつかの実施形態では、世界位置合わせＸＲ画像は、外科的処置中にユーザによって着用されるように構成されたＸＲヘッドセットのシースルー表示画面に表示される。シースルー表示画面は、ＸＲ画像を表示し、実世界シーンの少なくとも一部がユーザによる視認のためにシースルーを通過することを可能にするように構成される。

いくつかの実施形態では、ＸＲヘッドセットコントローラ３３３０は、さらに、ナビゲーションコントローラと通信して、解剖学的構造の外科的処置中にユーザにガイダンスを提供するナビゲーションコントローラからナビゲーション情報を受信するように構成される。ＸＲヘッドセットコントローラは、シースルー表示画面に表示するためのナビゲーション情報に基づいてユーザインターフェース（「ＵＩ」）データをさらに含むように、世界位置合わせＸＲ画像を生成するように構成される。

追加のまたは代替の実施形態では、相互作用ゾーンは、ナビゲーションゾーンである。追跡システムは、さらに、ナビゲーションゾーン内にある間、実世界要素の実世界姿勢のみを判定するように構成される。ＸＲヘッドセットコントローラは、ナビゲーションゾーン内にあると判定された実世界要素に応答して、実世界要素に対応する仮想要素に関連付けられたＵＩデータを含むように、世界位置合わせＸＲ画像を生成するように構成される。

追加のまたは代替の実施形態では、相互作用ゾーンは遷移ゾーンである。ＸＲヘッドセットコントローラは、遷移ゾーン内にあると判定された実世界要素に応答して、ＵＩデータの一部をさらに除外するように、世界位置合わせＸＲ画像を生成するように構成される。ＸＲヘッドセットコントローラは、遷移ゾーンの外側にあると判定された実世界要素に応答して、ＵＩデータの一部をさらに含むように、世界位置合わせＸＲ画像を生成するように構成される。

追加のまたは代替の実施形態では、相互作用ゾーンは警告ゾーンである。ナビゲーションコントローラは、さらに、警告ゾーンが実世界座標系でのロボットアームの投影された動き経路を含むことを判定するように構成される。ナビゲーションコントローラは、さらに、実世界要素が警告ゾーン内にあるかどうかを判定するように構成される。実世界要素が警告ゾーン内にあると判定したことに応じて、投影された経路に沿ったロボットアームの動きが防止される。ＸＲヘッドセットコントローラは、ロボットアームの投影された動き経路に関連する仮想経路が表示されるように、世界位置合わせＸＲ画像を生成するように構成される。ＸＲヘッドセットは、実世界要素が警告ゾーン内にあることに応答して、ユーザに警告を出力するようにさらに構成される。

追加のまたは代替の実施形態では、相互作用ゾーンは、除外ゾーンであり、ＸＲヘッドセットコントローラは、ユーザによる除外ゾーンのビューがＸＲ画像によって遮られないように、世界位置合わせＸＲ画像を生成するように構成される。

追加のまたは代替の実施形態では、相互作用ゾーンは器具選択ゾーンである。追跡システムは、さらに、器具選択ゾーン内にあると判定される第１の実世界要素に基づいて、第１の実世界要素が選択および／または選択解除されるかどうかを判定するように構成される。追跡システムは、選択された実世界要素のみの器具選択ゾーンの外側の実世界姿勢を判定するように構成される。

追加のまたは代替の実施形態では、相互作用ゾーンは、ユーザインターフェース（「ＵＩ」）ゾーンである。ＸＲヘッドセットコントローラは、さらに、実世界要素の実世界姿勢がＵＩゾーン内内にあると判定されることに応答して、実世界要素の実世界姿勢の操作に基づいて世界位置合わせＸＲ画像を変更するように構成される。

追加のまたは代替の実施形態では、ＸＲヘッドセットは、さらに、ユーザによって形成された手のジェスチャの表示をＸＲヘッドセットコントローラに出力するように構成されたジェスチャセンサを含む。ＸＲヘッドセットコントローラは、ユーザによって形成された手のジェスチャの表示に基づいて、相互作用ゾーンの寸法、姿勢、および／または種類を定義および／または変更するようにさらに構成される。

追加のまたは代替の実施形態では、外科手術システムは、外科手術ロボットおよびナビゲーションコントローラをさらに含む。外科手術ロボットは、ロボット基部と、ロボット基部に接続されたロボットアームと、少なくとも１つのモータと、を含む。ロボットアームは、外科手術器具の動きを案内するように構成されたエンドエフェクタを配置するように構成される。少なくとも１つのモータは、ロボット基部に対してロボットアームを移動させるように動作可能に接続する。ナビゲーションコントローラは、解剖学的構造上で外科手術器具を使用して外科的処置が実行される場所を定義する外科手術計画に基づいて、および解剖学的構造の姿勢に基づいて、外科手術器具の目標姿勢を判定するように構成される。ナビゲーションコントローラは、さらに、外科手術器具の目標姿勢、解剖学的構造の姿勢、および外科手術器具の姿勢に基づいて、操舵情報を生成するように構成される。操舵情報は、少なくとも１つのモータの制御下で外科手術器具が移動される必要がある場所を示す。

追加のまたは代替の実施形態では、ＸＲヘッドセットは、外科的処置中に第１のユーザによって着用されるように構成された第１のＸＲヘッドセットであり、第１の世界位置合わせＸＲ画像を表示し、少なくとも実世界シーンの第１の部分が第１のユーザによって視認するためにシースルーを通過することを可能にするように構成されたシースルー表示画面を含む。第１の世界位置合わせＸＲ画像は、実世界要素に対応する第１の仮想要素を含む。外科手術システムは、外科的処置中に第２のユーザによって着用するように構成され、第２の世界位置合わせＸＲ画像を表示し、少なくとも実世界シーンの第２の部分が第２のユーザによって視認するためにシースルーを通過するように構成されたシースルー表示画面を含む第２のＸＲヘッドセットをさらに含むことができる。第２の世界位置合わせＸＲ画像は、実世界要素に対応する第２の仮想要素を含む。追跡システムは、さらに、第１のＸＲヘッドセットの実世界姿勢および第２のＸＲヘッドセットの実世界姿勢を判定するように構成される。ＸＲヘッドセットコントローラは、少なくとも１つのＸＲヘッドセットコントローラを含み、さらに、第２のＸＲヘッドセットの実世界姿勢に基づいて、第２の世界位置合わせＸＲ画像を生成するように構成される。第１の世界位置合わせＸＲ画像と第２の世界位置合わせＸＲ画像は異なる。

図３４のフローチャートからの様々な動作は、外科手術システムおよび関連する方法のいくつかの実施形態に関して任意とすることができる。

さらなる規定および実施形態：
本発明の概念の様々な実施形態の上記の説明において、本明細書において使用される用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的とし、本発明の概念を限定することを意図しないことを理解されたい。別様に定義されない限り、本明細書において使用される全ての用語（技術用語および科学用語を含む）は、本発明の概念が属する技術の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。一般的に使用される辞書に定義されるような用語は、本明細書および関連する技術分野の文脈におけるそれらの意味に矛盾しない意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書で明確にそのように定義された理想化された、または過度に形式的な意味では解釈されないことがさらに理解されよう。

ある要素が別の要素に対して「接続された（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「結合された（ｃｏｕｐｌｅｄ）」、「応答する（ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ）」、またはそれらの変異型であるように参照される場合、その要素は、他の要素に直接接続、結合、もしくは応答することができるか、または介在する要素が存在してもよい。対照的に、ある要素が別の要素に対して「直接接続された（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「直接結合された（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）」、「直接応答する（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ）」、またはそれらの変異型であるように参照される場合、介在する要素は存在しない。同様の符号は、全体を通して同様の要素を指す。さらにまた、本明細書において使用される場合、「結合された（ｃｏｕｐｌｅｄ）」、「接続された（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「応答する（ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ）」、またはそれらの変異型は、無線で結合、接続、または応答することを含むことができる。本明細書において使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、複数形も含むことを意図している。周知の機能または構造は、簡潔さおよび／または明確さのために詳細に説明されない場合がある。「および／または」という用語は、関連する列挙された項目のうちの１つ以上のいずれかおよび全ての組み合わせを含む。

本明細書では、第１、第２、第３などの用語を使用して様々な要素／動作を説明することがあるが、これらの要素／動作は、これらの用語によって限定されるべきではないことが理解される。これらの用語は、ある要素／動作を他の要素／動作から区別するためにのみ使用される。したがって、いくつかの実施形態における第１の要素／動作は、本発明の概念の教示から逸脱することなく、他の実施形態における第２の要素／動作と呼ぶことができる。同じ参照番号または同じ参照符号は、明細書全体を通して同じまたは類似の要素を示す。

本明細書において使用される場合、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「有する（ｈａｖｅ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語、またはそれらの変異型は、限定がなく、１つ以上の記された特徴、整数、要素、ステップ、コンポーネント、または機能を含むが、１つ以上の他の特徴、整数、要素、ステップ、コンポーネント、機能、またはそれらのグループの存在もしくは追加を排除するものではない。さらにまた、本明細書において使用される場合、ラテン語の「例えば（ｅｘｅｍｐｌｉ ｇｒａｔｉａ）」から派生した一般的な略語「例えば（ｅ．ｇ．）」は、前述の項目の全般的な例（複数可）を紹介または指定するために使用されてもよく、かかる項目を限定することを意図するものではない。ラテン語の「すなわち（ｉｄ ｅｓｔ）」から派生した一般的な略語「すなわち（ｉ．ｅ．）」は、より全般的な列挙から特定の項目を指定するために使用されてもよい。

例示的な実施形態は、コンピュータ実装方法、装置（システムおよび／もしくはデバイス）、ならびに／またはコンピュータプログラム製品を示すブロック図および／またはフローチャート図を参照して本明細書において説明される。ブロック図および／またはフローチャート図のブロック、ならびにブロック図および／またはフローチャート図におけるブロックの組み合わせは、１つ以上のコンピュータ回路によって実行されるコンピュータプログラム命令によって実装されることができることが理解される。これらのコンピュータプログラム命令を汎用コンピュータ回路、専用コンピュータ回路、および／または他のプログラム可能なデータ処理回路のプロセッサ回路に提供して機械を生成することができ、それにより、コンピュータのプロセッサおよび／または他のプログラム可能なデータ処理装置を介して実行される命令は、トランジスタ、メモリの場所に記憶された値、およびかかる回路網内の他のハードウェアコンポーネントを変換および制御して、ブロック図および／またはフローチャートブロック（複数可）において指定された機能／作用を実装し、且つそれによって、ブロック図および／またはフローチャートブロック（複数可）において指定された機能／作用を実装するための手段（機能）および／または構造を作り出す。

これらのコンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ可読媒体に記憶された命令がブロック図および／またはフローチャートブロックまたは複数のブロックにおいて指定された機能／作用を実装する命令を含む製造物品を製造するように、コンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置が特定の方法で機能するように指示することができる有形のコンピュータ可読媒体に記憶されてもよい。したがって、本発明の概念の実施形態は、集合的に「回路網」、「モジュール」、またはそれらの変異型と称されることができる、デジタル信号プロセッサなどのプロセッサで動作するハードウェアおよび／またはソフトウェア（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）で具体化されることができる。

また、いくつかの代替実装形態では、ブロックに記載されている機能／作用が、フローチャートに記載されている順序とは異なる順序で発生する場合があることにも留意されたい。例えば、連続して示されている２つのブロックは、関与する機能／作用に応じて、実際には実質的に同時に実行されてもよいかまたはブロックが逆の順序で実行されてもよい。さらに、フローチャートおよび／またはブロック図の所与のブロックの機能は、複数のブロックに分離されてもよく、および／またはフローチャートおよび／またはブロック図の２つ以上のブロックの機能は、少なくとも部分的に統合されてもよい。最後に、本発明の概念の範囲から逸脱することなく、図示されているブロックの間に他のブロックが追加／挿入されてもよく、および／またはブロックまたは動作が省略されてもよい。さらに、いくつかの図は、通信の主要な方向を示すために通信経路上に矢印を含んでいるが、通信は、描かれた矢印と反対の方向で発生する場合があることを理解されたい。

本発明の概念の原理から実質的に逸脱することなく、実施形態に対して多くの変更および修正を行うことができる。全てのかかる変更および修正は、本発明の概念の範囲内で本明細書に含まれることが意図されている。したがって、上記で開示された主題は、限定的ではなく例示的であると見なされるべきであり、添付の実施形態の例は、本発明の概念の趣旨および範囲内にある全てのかかる修正例、強化例、および他の実施形態を網羅することを意図するものである。したがって、法律で許容される最大限の範囲で、本発明の概念の範囲は、以下の実施形態の例およびそれらの均等物を含む本開示の最も広い許容可能な解釈によって決定されるべきであり、前述の詳細な説明によって制限または限定されるべきではない。

Claims (16)

1. 外科手術システムであって、
   外科的処置中にユーザによって着用されるように構成され、患者の解剖学的構造の３Ｄモデルを表す世界位置合わせＸＲ画像を表示し、実世界シーンの少なくとも一部がそこを通って前記ユーザに視認されることを可能にするように構成されたシースルー表示画面を含むエクステンデッドリアリティ（「ＸＲ」）ヘッドセットと、
   前記ＸＲヘッドセットの実世界姿勢と追跡された外科手術器具を表す実世界要素の実世界姿勢とを判定するように構成され、前記ＸＲヘッドセットの前記実世界姿勢と前記実世界要素の前記実世界姿勢が実世界座標系を基準にして判定される追跡システムと、
   前記ＸＲヘッドセットの前記実世界姿勢と前記実世界要素の前記実世界姿勢とに基づいて、前記ＸＲヘッドセットを着用した前記ユーザが前記ユーザの頭を動かしたときに、前記実世界座標系を基準にして固定されたままである前記世界位置合わせＸＲ画像を生成するように構成されたＸＲヘッドセットコントローラと、を備え、
   前記ＸＲヘッドセットコントローラが、前記実世界要素の前記実世界姿勢の追跡データに基づいてユーザ入力を判定するようにさらに構成され、
   前記ＸＲヘッドセットコントローラが、さらに前記ユーザ入力に基づいて、前記世界位置合わせＸＲ画像を生成するように構成される、外科手術システム。
2. 前記ＸＲヘッドセットコントローラが、前記実世界要素の特性に基づいて生成された仮想要素を有する前記世界位置合わせＸＲ画像を生成するようにさらに構成され、前記仮想要素が、前記ユーザの視野内の前記シースルー表示画面に表示される前記ＸＲヘッドセットの前記実世界姿勢に基づいて提示される、請求項１に記載の外科手術システム。
3. 前記ＸＲヘッドセットコントローラが、前記ＸＲヘッドセットの前記実世界姿勢に関係なく、前記仮想要素が前記実世界座標系に対して一定の姿勢で維持されている、前記シースルー表示画面に表示された前記世界位置合わせＸＲ画像の前記仮想要素を有する前記ＸＲヘッドセットの前記実世界姿勢に基づいて、前記世界位置合わせＸＲ画像を生成するように構成される、請求項２に記載の外科手術システム。
4. 前記実世界座標系の一部が、相互作用ゾーンを定義するものとして前記ＸＲヘッドセットコントローラによって解釈され、
   前記ＸＲヘッドセットコントローラが、前記実世界要素の前記実世界姿勢が前記相互作用ゾーン内にあるかどうかを判定するようにさらに構成され、
   前記ＸＲヘッドセットコントローラが、前記世界位置合わせＸＲ画像内に前記仮想要素を生成することによって、前記実世界要素の前記実世界姿勢が前記相互作用ゾーン内にあるという判定に応答するように構成される、請求項２に記載の外科手術システム。
5. 前記ＸＲヘッドセットコントローラが、解剖学的構造の前記外科的処置中に前記ユーザにガイダンスを提供するナビゲーションコントローラからナビゲーション情報を受信するように前記ナビゲーションコントローラと通信するようにさらに構成され、
   前記ＸＲヘッドセットコントローラが、前記シースルー表示画面に表示するための前記ナビゲーション情報に基づいてユーザインターフェース（「ＵＩ」）データをさらに含むように前記世界位置合わせＸＲ画像を生成するように構成される、請求項４に記載の外科手術システム。
6. 前記相互作用ゾーンがナビゲーションゾーンであり、
   前記追跡システムが、前記ナビゲーションゾーン内にある間、前記実世界要素の前記実世界姿勢のみを判定するようにさらに構成され、
   前記ＸＲヘッドセットコントローラが、前記ナビゲーションゾーン内にあると判定された前記実世界要素に応答して、前記実世界要素に対応する前記仮想要素に関連付けられた前記ＵＩデータを含むように前記世界位置合わせＸＲ画像を生成するように構成される、請求項５に記載の外科手術システム。
7. 前記相互作用ゾーンが遷移ゾーンであり、
   前記ＸＲヘッドセットコントローラが、前記遷移ゾーン内にあると判定された前記実世界要素に応答して、前記ＵＩデータの一部をさらに除外するように、前記世界位置合わせＸＲ画像を生成するように構成され、
   前記ＸＲヘッドセットコントローラが、前記遷移ゾーンの外側にあると判定された前記実世界要素に応答して、前記ＵＩデータの前記一部をさらに含むように、前記世界位置合わせＸＲ画像を生成するように構成される、請求項５に記載の外科手術システム。
8. 前記相互作用ゾーンが警告ゾーンであり、
   前記ナビゲーションコントローラが、さらに、
   前記警告ゾーンが前記実世界座標系でのロボットアームの投影された動き経路を含むことを判定し、
   前記実世界要素が前記警告ゾーン内にあるかどうかを判定し、
   前記実世界要素が前記警告ゾーン内にあると判定したことに応答して、前記投影された経路に沿った前記ロボットアームの動きを防ぐように構成され、
   前記ＸＲヘッドセットコントローラが、前記ロボットアームの前記投影された動き経路に関連する仮想経路が表示されるように、前記世界位置合わせＸＲ画像を生成するように構成され、
   前記ＸＲヘッドセットが、前記警告ゾーン内にある前記実世界要素に応答して前記ユーザに警告を出力するようにさらに構成される、請求項５に記載の外科手術システム。
9. 前記相互作用ゾーンが警告ゾーンであり、
   前記ＸＲヘッドセットが、前記実世界要素が前記警告ゾーン内にあると判定されたことに応答して、前記ユーザに警告を出力するようにさらに構成される、請求項４に記載の外科手術システム。
10. 前記相互作用ゾーンが除外ゾーンであり、
    前記ＸＲヘッドセットコントローラが、前記ユーザによる前記除外ゾーンのビューが前記ＸＲ画像によって遮られないように、前記世界位置合わせＸＲ画像を生成するように構成される、請求項４に記載の外科手術システム。
11. 前記相互作用ゾーンが器具選択ゾーンであり、
    前記追跡システムが、前記器具選択ゾーン内にあると判定される第１の実世界要素に基づいて、前記第１の実世界要素が選択および／または選択解除されるかどうかを判定するようにさらに構成され、
    前記追跡システムが、選択された前記実世界要素のみの前記器具選択ゾーンの外側の前記実世界姿勢を判定するように構成される、請求項４に記載の外科手術システム。
12. 前記相互作用ゾーンがユーザインターフェース（「ＵＩ」）ゾーンであり、
    前記ＸＲヘッドセットコントローラが、前記実世界要素の前記実世界姿勢が前記ＵＩゾーン内にあると判定されることに応答して、前記実世界要素の前記実世界姿勢の操作に基づいて、前記世界位置合わせＸＲ画像を変更するようにさらに構成される、請求項４に記載の外科手術システム。
13. 前記ＸＲヘッドセットが、前記ユーザによって形成された手のジェスチャの表示を前記ＸＲヘッドセットコントローラに出力するように構成されたジェスチャセンサをさらに含み、
    前記ＸＲヘッドセットコントローラが、前記ユーザによって形成された前記手のジェスチャの前記表示に基づいて、前記相互作用ゾーンの寸法、姿勢、および／または種類を定義および／または変更するようにさらに構成される、請求項４に記載の外科手術システム。
14. 前記実世界要素の種類および／または前記実世界姿勢に基づいて、前記相互作用ゾーンの寸法、姿勢、および／または種類を定義するように構成された相互作用ゾーンコントローラをさらに備える、請求項４に記載の外科手術システム。
15. さらに、
    外科手術ロボットであって、
    ロボット基部と、
    前記ロボット基部に接続され、外科手術器具の動きを案内するように構成されたエンドエフェクタを位置決めするように構成されたロボットアームと、
    前記ロボット基部に対して前記ロボットアームを移動させるように動作可能に接続された少なくとも１つのモータと、を含む外科手術ロボットと、
    ナビゲーションコントローラであって、
    解剖学的構造上で前記外科手術器具を使用して実行される外科的処置の場所を定義する外科手術計画に基づいて、および前記解剖学的構造の姿勢に基づいて、前記外科手術器具の目標姿勢を判定し、
    前記外科手術器具の前記目標姿勢、前記解剖学的構造の前記姿勢、および前記外科手術器具の前記姿勢に基づいて、前記外科手術器具が前記少なくとも１つのモータの制御下で移動される必要がある場所を示す操舵情報を生成するように構成されたナビゲーションコントローラと、を備える、請求項１に記載の外科手術システム。
16. 前記ＸＲヘッドセットが、前記外科的処置中に第１のユーザによって着用されるように構成され、第１の世界位置合わせＸＲ画像を表示し、前記実世界シーンの少なくとも第１の部分がそこを通って前記第１のユーザによって視認されることを可能にするように構成されたシースルー表示画面を含み、前記第１の世界位置合わせＸＲ画像が前記実世界要素に対応する第１の仮想要素を含む第１のＸＲヘッドセットであり、
    前記外科手術システムが、前記外科的処置中に第２のユーザによって着用されるように構成され、第２の世界位置合わせＸＲ画像を表示し、前記実世界シーンの少なくとも第２の部分がそこを通って前記第２のユーザによって視認されることを可能にするように構成されたシースルー表示画面を含む、第２のＸＲヘッドセットをさらに備え、前記第２の世界位置合わせＸＲ画像が、前記実世界要素に対応する第２の仮想要素を含み、
    前記追跡システムが、前記第１のＸＲヘッドセットの実世界姿勢および前記第２のＸＲヘッドセットの実世界姿勢を判定するようにさらに構成され、
    前記ＸＲヘッドセットコントローラが、少なくとも１つのＸＲヘッドセットコントローラを含み、前記第２のＸＲヘッドセットの前記実世界姿勢に基づいて、前記第２の世界位置合わせＸＲ画像を生成するようにさらに構成され、
    前記第１の世界位置合わせＸＲ画像と前記第２の世界位置合わせＸＲ画像が異なる、請求項１に記載の外科手術システム。

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