手术系统技术方案

本发明专利技术公开了一种手术系统，其包括XR头戴式受话器、跟踪系统和XR头戴式受话器控制器。所述XR头戴式受话器可以在手术程序期间由用户佩戴并且包括透视显示屏，所述透视显示屏被配置成显示世界配准XR图像并且允许真实世界场景的至少一部分穿过其中以供所述用户观看。所述跟踪系统可以确定所述XR头戴式受话器的真实世界姿势和真实世界元件的真实世界姿势。所述XR头戴式受话器的所述真实世界姿势和所述真实世界元件的所述真实世界姿势是相对于真实世界坐标系确定的。所述XR头戴式受话器控制器可以基于所述XR头戴式受话器的所述真实世界姿势和所述真实世界元件的所述真实世界姿势来生成所述世界配准XR图像。所述世界配准XR图像包括基于所述真实世界元件的特性生成的虚拟元件。

【技术实现步骤摘要】
手术系统相关申请的交叉引用本申请是于2019年12月10日提交的美国专利申请序列号16/709,185的部分继续，所述申请在此全文引入。
本公开涉及医疗装置和系统，并且更具体地，涉及使用机器人手术系统进行的手术中的计算机辅助导览。
技术介绍
手术中的计算机辅助导览为外科医生提供关于患者的解剖的放射照相图像的手术仪器的增强可视化。导览手术通常包括用于通过使用单个近红外(NIR)立体摄像机设置的盘或球体阵列来跟踪手术仪器的方位和定向的组件。在这种场景下，有三个参数共同竞争优化：(1)精度、(2)稳健性和(3)人体工程学。当人员和/或对象阻碍跟踪组件跟踪患者、机器人和手术仪器的姿势的能力时，使用现有导览系统的导览手术程序易于发生触发间歇暂停的事件。需要改进导览系统的跟踪性能。
技术实现思路
本文所公开的各个实施例涉及计算机辅助导览在手术期间的改进。一个或多个扩展现实(“XR”)头戴式受话器可配备有跟踪摄像机，所述跟踪摄像机向摄像机跟踪系统提供跟踪信息以与来自其它跟踪摄像机的跟踪信息组合，所述其它跟踪摄像机可以是另一XR头戴式受话器的一部分、辅助跟踪棒或其它设备。通过在此公开的各种姿势链操作，摄像机跟踪系统能够以更大的稳健性并通过大范围的运动来跟踪工具和其它对象。在一个实施例中，手术系统包括被配置成在手术程序期间佩戴的扩展现实(“XR”)头戴式受话器、跟踪系统和XR头戴式受话器控制器。XR头戴式受话器包括透视显示屏，所述透视显示屏被配置成显示世界配准XR图像并且允许真实世界场景的至少一部分穿过其中以供用户观看。跟踪系统被配置成确定XR头戴式受话器的真实世界姿势和真实世界元件的真实世界姿势。XR头戴式受话器的真实世界姿势和真实世界元件的真实世界姿势是相对于真实世界坐标系确定的。XR头戴式受话器控制器被配置成基于XR头戴式受话器的真实世界姿势和真实世界元件的真实世界姿势来生成世界配准XR图像。世界配准XR图像包括基于真实世界元件的特性生成的虚拟元件。公开了手术系统的相关方法、一种相关的机器人手术系统。在审阅以下附图和详细描述之后，根据实施例的其它手术系统、方法和计算机程序产品对于本领域技术人员来说将是显而易见的。所有此类手术系统、方法和计算机程序产品旨在包括在本说明书中、在本公开的范围之内并且受所附权利要求的保护。此外，本文中公开的所有实施例旨在可以以任何方式和/或组合来单独实施或组合。附图说明附图绘示了专利技术概念的某些非限制性实施例，所述附图被包括在内以提供对本公开的进一步理解，并且结合在本申请内并构成本申请的一部分。在附图中：图1绘示了根据本公开的一些实施例的手术系统的实施例；图2绘示了根据本公开的一些实施例的图1的手术系统的手术机器人组件；图3A绘示了根据本公开的一些实施例的图1的手术系统的摄像机跟踪系统组件；图3B和图3C绘示了根据本公开的一些实施例的可以与图1的手术系统一起使用的另一个摄像机跟踪系统组件的正视图和等距视图；图4绘示了可连接到机器人臂并且根据本公开的一些实施例配置的末端执行器的实施例；图5绘示了医疗操作，其中手术机器人和摄像机系统被安置在患者周围；图6绘示了用于医疗操作的图5的手术系统的组件的框图视图；图7绘示了在使用手术系统的导览功能时可以在图5和图6的显示器上显示的各种显示屏；图8绘示了根据本公开的一些实施例的手术机器人的一些电组件的框图；图9绘示了根据本公开的一些实施例的手术系统的组件的框图，所述手术系统包括连接到可以可操作地连接到摄像机跟踪系统和/或手术机器人的计算机平台的成像装置；图10绘示了根据本公开的一些实施例的可以与手术机器人组合使用的C形臂成像装置的实施例；图11绘示了根据本公开的一些实施例的可以与手术机器人组合使用的O形臂成像装置的实施例；图12绘示了包括根据本公开的一些实施例进行操作的一对XR头戴式受话器和辅助跟踪棒的手术系统的组件的框图视图；图13绘示了根据本公开的一些实施例配置的XR头戴式受话器；图14绘示了根据本公开的一些实施例的可以可操作地连接到计算机平台、成像装置和/或手术机器人的XR头戴式受话器的电组件；图15绘示了根据本公开的一些实施例的示出XR头戴式受话器的光学组件的布置的框图。图16绘示了根据本公开的一些实施例的通过用于在医疗程序期间提供导览辅助以操纵手术工具的XR头戴式受话器的显示屏的示例性视图；图17绘示了根据本公开的一些实施例配置的具有两对立体摄像机的辅助跟踪棒的示例性配置；图18至图22绘示了根据本公开的一些实施例的在医疗程序中使用的手术工具的导览辅助期间引入的错误的实例；图23绘示了根据本公开的一些实施例的使用导览辅助的医疗程序的实例；图24至图32绘示了根据本公开的一些实施例的操纵图37的导览辅助的实例。图33绘示了根据本公开的一些实施例的手术系统的实例的框图。图34绘示了根据本公开的一些实施例的由手术系统执行的过程的实例的框图。具体实施方式现将参考附图在下文中更全面地描述专利技术概念，在附图中示出了专利技术概念的实施例的示例。专利技术概念可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为限于本文列出的实施例。而是这些实施例被提供为使得本公开更完全和完整，并且将各个本专利技术概念的范围完全地转达给所属领域技术人员。还应当注意，这些实施例并不相互排斥。一个实施例中的组件可以被默认为存在于或用于另一个实施例。本文所公开的各个实施例涉及计算机辅助导览在手术期间的改进。一种扩展现实(XR)头戴式受话器可操作地连接到手术系统并且被配置成提供外科医生、助理和/或其它人员可以通过其观看患者图像并且在其中进行选择、观看计算机生成的手术导览信息并在其中进行选择和/或控制手术室中的手术设备的交互式环境。如下所述，XR头戴式受话器可以被配置成利用计算机生成的XR图像来增强真实世界场景。XR头戴式受话器可以被配置成通过在透视显示屏上显示计算机生成的XR图像来提供增强真实(AR)观看环境，所述透视显示屏允许来自真实世界场景的光穿过其中以供用户组合观看。可替换地，XR头戴式受话器可以被配置成通过在用户观看显示屏上的计算机生成的AR图像时防止或基本上防止来自真实世界场景的光被用户直接观看、来提供虚拟真实(VR)观看环境。XR头戴式受话器可被配置成提供AR和VR观看环境。在一个实施例中，AR和VR观看环境都由布置在透视显示屏和真实世界场景之间的不透明度基本上不同的横向带提供，从而为与高不透明度带对准的XR图像提供VR观看环境，并且为与低不透明度带对准的XR图像提供AR观看环境。在另一个实施例中，AR和VR观看环境都由计算机可调节的不透明度滤光器的控制来提供，所述不透明度滤光器可变地约束来自真实世界场景的多少光穿过透视显示屏以便与用户观看的XR图像组合。因此，XR头戴式受话器也可以被称为AR头戴式受话器或VR头戴式受话器。图1绘示了本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种手术系统，其包含：/n扩展现实(“XR”)头戴式受话器，其被配置成在手术程序期间由用户佩戴并且包括透视显示屏，所述透视显示屏被配置成显示世界配准XR图像并且允许真实世界场景的至少一部分穿过其中以供所述用户观看；以及/n跟踪系统，其被配置成确定所述XR头戴式受话器的真实世界姿势和真实世界元件的真实世界姿势，所述XR头戴式受话器的所述真实世界姿势和所述真实世界元件的所述真实世界姿势是相对于真实世界坐标系确定的；以及/nXR头戴式受话器控制器，其被配置成基于所述XR头戴式受话器的所述真实世界姿势和所述真实世界元件的所述真实世界姿势来生成所述世界配准XR图像。/n

【技术特征摘要】
20200204 US 16/781,2001.一种手术系统，其包含：
扩展现实(“XR”)头戴式受话器，其被配置成在手术程序期间由用户佩戴并且包括透视显示屏，所述透视显示屏被配置成显示世界配准XR图像并且允许真实世界场景的至少一部分穿过其中以供所述用户观看；以及
跟踪系统，其被配置成确定所述XR头戴式受话器的真实世界姿势和真实世界元件的真实世界姿势，所述XR头戴式受话器的所述真实世界姿势和所述真实世界元件的所述真实世界姿势是相对于真实世界坐标系确定的；以及
XR头戴式受话器控制器，其被配置成基于所述XR头戴式受话器的所述真实世界姿势和所述真实世界元件的所述真实世界姿势来生成所述世界配准XR图像。


2.根据权利要求1所述的手术系统，其中所述XR头戴式受话器控制器还被配置成生成具有虚拟元件的所述世界配准XR图像，所述虚拟元件是基于所述真实世界元件的特性生成的，其中所述虚拟元件是基于所述XR头戴式受话器的所述真实世界姿势来摆姿势的，以在所述用户的视场内显示在所述透视显示屏上。


3.根据权利要求2所述的手术系统，其中所述XR头戴式受话器控制器被配置成基于所述XR头戴式受话器的所述真实世界姿势来生成所述世界配准XR图像，其中所述世界配准XR图像的所述虚拟元件被显示在所述透视显示屏上，所述虚拟元件被维持在相对于所述真实世界坐标系的恒定姿势，而不管所述XR头戴式受话器的所述真实世界姿势。


4.根据权利要求2所述的手术系统，其中所述XR头戴式受话器控制器被配置成基于所述XR头戴式受话器的所述真实世界姿势来生成所述世界配准XR图像，其中所述世界配准XR图像的所述虚拟元件被显示在所述透视显示屏上，所述虚拟元件具有与所述真实世界元件的所述真实世界姿势维持恒定偏移的姿势，而不管所述XR头戴式受话器的所述真实世界姿势。


5.根据权利要求4所述的手术系统，其中所述XR头戴式受话器控制器还被配置成基于所述真实世界元件的所述真实世界姿势的跟踪数据来确定用户输入，
其中所述XR头戴式受话器控制器被配置成进一步基于所述用户输入来生成所述世界配准XR图像。


6.根据权利要求4所述的手术系统，其中所述真实世界坐标系的一部分被所述XR...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·卡洛韦，I·达林，松田计一，C·拉斯，K·卡纳加塞加，A·拉斐尔森，
申请(专利权)人：格罗伯斯医疗有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US