(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
医療装置であって、
手術部位のビデオ画像を取得するように構成される少なくとも１つのビデオカメラであって、当該少なくとも１つのビデオカメラは、前記手術部位を含むように構成されうる視野を有する手術用顕微鏡カメラであり、前記手術用顕微鏡カメラは、前記手術部位の手術用顕微鏡視界を提供するように構成される、少なくとも１つのビデオカメラと、
ディスプレイハウジングと、
前記ディスプレイハウジング内に配置される複数の電子ディスプレイであって、前記複数の電子ディスプレイの各々は、２次元画像を生成するように構成される複数のピクセルを含み、前記複数の電子ディスプレイのうちの少なくとも１つは、前記手術用顕微鏡カメラから２次元画像を生成するように構成される、複数の電子ディスプレイと、
前記ディスプレイハウジングに対して前記少なくとも１つのビデオカメラを移動させるように構成された移動制御システムであって、前記移動制御システムに動作可能に結合された少なくとも１つの電子機械装置を制御するように構成された制御システムを含む移動制御システムと、を備え、
前記少なくとも１つの電子機械装置は、オペレータの入力に基づいて、移動、ピッチ−ヨー、及び／又は作動距離のうちの少なくとも１つを調整するように構成され、
前記少なくとも１つの電子機械装置は、オペレータによって特定された位置に、前記少なくとも１つのビデオカメラを向けるように構成され、
前記複数の電子ディスプレイは、人間の眼の視野において重複された画像を提示するように構成され、前記重複された画像は、前記複数の電子ディスプレイのうちの第１の電子ディスプレイからの少なくとも１つの画像、及び前記複数の電子ディスプレイのうちの第２の電子ディスプレイからの少なくとも１つの画像を含み、前記第２の電子ディスプレイは、前記第１の電子ディスプレイとは異なり、
前記手術用顕微鏡カメラは、直接視手術用顕微鏡と結合されない、
医療装置。
【請求項２】
前記複数の電子ディスプレイのうちの少なくとも１つは、透過型ディスプレイパネルを備える、請求項１に記載の医療装置。
【請求項３】
前記重複された画像は、前記手術部位の第２の部位のビデオに重複された手術部位の第１の部位のビデオを含み、前記第１の部位は、前記第２の部位内に含まれる、請求項１に記載の医療装置。
【請求項４】
前記第１の部位のビデオは、前記第２の部位のビデオに対して拡大される、請求項３に記載の医療装置。
【請求項５】
前記ディスプレイハウジングを含む両眼閲覧アセンブリを更に備える、請求項１に記載の医療装置。
【請求項６】
前記両眼閲覧アセンブリは、複数の接眼レンズを更に備え、前記複数の接眼レンズは、前記ディスプレイハウジング内に配置される前記複数の電子ディスプレイの視界を提供するように構成され、前記複数の接眼レンズは、左接眼レンズ及び右接眼レンズを備え、各接眼レンズは、管状である、請求項５に記載の医療装置。
【請求項７】
閲覧多関節アームであって、前記両眼閲覧アセンブリは、前記閲覧多関節アームに配置され、前記閲覧多関節アームは、前記両眼閲覧アセンブリの一部を調整するように構成される、閲覧多関節アームと、
第２の多関節アームであって、前記手術用顕微鏡カメラは、前記第２の多関節アームに配置され、前記手術用顕微鏡カメラは、前記両眼閲覧アセンブリとは独立に配置されうる、第２の多関節アームと、
を更に備える、請求項５に記載の医療装置。
【請求項８】
前記手術用顕微鏡カメラは、前記両眼閲覧アセンブリよりも小さい、請求項５に記載の医療装置。
【請求項９】
前記両眼閲覧アセンブリは、前記手術部位への経路を形成する前記ディスプレイハウジングにおいて開口部を通じて前記複数の接眼レンズのうちの１つの接眼レンズからの光学経路を介して手術用顕微鏡視界を提供しないように構成される、請求項６に記載の医療装置。
【請求項１０】
前記手術用顕微鏡カメラは、前記手術部位からの光を受け付ける光学入力を有し、前記複数の接眼レンズから前記手術用顕微鏡カメラの前記光学入力への距離は、前記両眼閲覧アセンブリのサイズよりも大きくなく、使用時には、外科医は、前記複数の電子ディスプレイに表示される画像を、前記複数の接眼レンズを通じて閲覧しながら、前記手術用顕微鏡カメラ下の手術部位において人間工学的に手術を行う、請求項６に記載の医療装置。
【請求項１１】
外部モニタを更に備える、請求項１に記載の医療装置。
【請求項１２】
前記外部モニタは、アームに配置される、請求項１１に記載の医療装置。
【請求項１３】
２つの外部モニタを更に備える、請求項１に記載の医療装置。
【請求項１４】
前記２つの外部モニタの少なくとも一方は、アームに配置される、請求項１３に記載の医療装置。
【請求項１５】
前記移動制御システムは、制御部材の移動を検出するように構成されたセンサを介して前記移動制御システムと動作可能に結合された前記制御部材を備え、
前記センサは、前記移動制御システムの１つまたは複数の部品と接続される、請求項１に記載の医療装置。
【請求項１６】
前記移動制御システムの粗い制御が、前記少なくとも一つの電子機械装置を使用せずに実現されうる一方で、前記移動制御システムの精密な制御は、前記少なくとも１つの電子機械装置を使用により実現されうる、請求項１に記載の医療装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１３年９月２０日に提出された、発明の名称「ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＶＩＳＵＡＬＩＺＡＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭＳ」の米国仮出願番号第６１／８８０，８０８号、２０１３年９月２３日に提出された、発明の名称「ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＶＩＳＵＡＬＩＺＡＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭＳ」の米国仮出願番号第６１／９２０，４５１号、２０１３年１２月２６日に提出された、発明の名称「ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＶＩＳＵＡＬＩＺＡＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭＳ」の米国仮出願番号第６１／９２１，０５１号、２０１３年１２月２７日に提出された、発明の名称「ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＶＩＳＵＡＬＩＺＡＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭＳ」の米国仮出願番号第６１／９２１，３８９号、２０１３年１２月３０日に提出された、発明の名称「ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＶＩＳＵＡＬＩＺＡＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭＳ」の米国仮出願番号第６１／９２２，０６８号、及び２０１４年１月２日に提出された、発明の名称「ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＶＩＳＵＡＬＩＺＡＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭＳ」の米国仮出願番号第６１／９２３，１８８号、の優先権の利益を主張するものである。
【０００２】
本開示の実施形態は、手術中に使用するための手術可視化システム及びディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００３】
いくつかの外科手術は、大規模な切開の使用を含む。これらの開腹手術処置は、手術具及び外科医の片方又は両方の手のための素早いアクセスを提供し、ユーザが、直接、又は手術用顕微鏡又は拡大鏡の助けにより、手術部位を視覚的に観察することができ、かつ手術部位で作業することを可能にする。開腹手術は、非常に大きな欠点と関連するが、相対的に大きな開腹は、痛み、瘢痕化及び感染症のリスクと共に長い回復時間をもたらす。これらの有害な効果を低減するために、低侵襲手術を提供するための技術が開発されている。内視鏡検査、腹腔鏡検査、関節鏡検査、咽頭−喉頭鏡検査のような低侵襲手術技術と共に、可視化のための手術用顕微鏡を用いる小切開処置は、典型的な開腹手術よりも非常に小さな切開を用いる。そして、特別なツールは、小切開を通じて手術部位へアクセスするために用いられることができる。しかし、小さなアクセス開口部のため、外科医の視界及び手術部位の作業スペースは限定される。いくつかの場合、内視鏡、腹腔鏡等のような可視化装置は、ユーザが手術部位を閲覧することを可能にするために、切開を通じて経皮的に挿入されることができる。
【０００４】
腹腔鏡、内視鏡又は手術用顕微鏡を通じてユーザに利用可能な視覚情報は、アプローチのトレードオフを含む。よって、低侵襲手術で使用するための改善された可視化システムの需要が存在する。
【発明の概要】
【０００５】
本開示のシステム、方法及び装置は、それぞれいくつかの革新的な態様を有し、その１つが本明細書で開示される所望の特性に単独で関与するものではない。
【０００６】
第１の態様では、ディスプレイハウジングと、ディスプレイハウジング内に開口部とを含む医療装置が提供される。前記医療装置は、また、前記ディスプレイハウジング内に配置され、二次元画像を生成するように構成される複数のピクセルを含む電子ディスプレイを含む。前記医療装置は、また、前記ディスプレイハウジング内に配置され、光学経路に沿って配置される複数のレンズ素子を備えるディスプレイ光学系を含む。前記ディスプレイ光学系は、前記電子ディスプレイから前記二次元画像を受信し、前記光学経路に沿ってほぼ一定に維持する断面を有するビームを生成し、前記ディスプレイハウジングの前記開口部を出るコリメートされたビームを生成するように構成される。
【０００７】
第１の態様の一部の実施形態では、前記ディスプレイ光学系は、前記光学経路を折り曲げるように構成される光学再方向付け素子を更に備える。第１の態様の別の実施形態では、前記光学再方向付け素子は、ミラー又はプリズムを含む。第１の態様の別の実施形態では、前記ディスプレイ光学系は、迷光（ｓｔｒａｙ  ｌｉｇｈｔ）を低減しつつ、前記電子ディスプレイから受信された光を前記ディスプレイハウジングの前記開口部へ向けるように構成される。
【０００８】
第１の態様の一部の実施形態では、前記ディスプレイ光学系は、迷光を低減するように構成されるバッフルを更に備える。別の実施形態では、前記ディスプレイ光学系は、４つ以下のバッフルを備える。別の実施形態では、前記ディスプレイ光学系は、４つ以下のミラーを備える。別の実施形態では、第１のバッフルは、前記電子ディスプレイと前記光学経路に沿う第１のバッフルとの間に配置され、第１のミラーは、前記ディスプレイから前記開口部への前記光学経路に沿う前記複数のレンズ素子の前に配置される。更に別の実施形態では、少なくとも３つのバッフルは、前記ディスプレイから前記開口部への前記光学経路に沿う前記複数のレンズ素子の前に配置される。更に別の実施形態では、少なくとも２つのミラーは、前記ディスプレイから前記開口部への前記光学経路に沿う前記複数のレンズ素子の前に配置される。
【０００９】
第１の態様の一部の実施形態では、前記ディスプレイ光学系は、射出瞳を有し、前記電子ディスプレイは、前記射出瞳と平行ではない。第１の態様の一部の実施形態では、前記ディスプレイハウジングの前記開口部は、手術用顕微鏡用の両眼アセンブリと一致するように構成される搭載インターフェースを含む。別の実施形態では、前記ディスプレイ光学系の射出瞳は、前記両眼アセンブリの接眼レンズの入射瞳と同じ大きさ又は前記両眼アセンブリの接眼レンズの入射瞳よりも小さい。
【００１０】
第１の態様の一部の実施形態では、前記医療装置は、第２の電子ディスプレイと、ステレオ視を提供するように構成される第２の電子ディスプレイ光学系と、を更に備える。第１の態様の一部の実施形態では、医療装置は、前記電子ディスプレイと通信し、前記電子ディスプレイに画像を提供するように構成される処理電子機器を更に備える。別の実施形態では、前記処理電子機器は、外科装置上の１以上のカメラからの画像を受信するように構成される。別の実施形態では、前記処理電子機器は、手術用顕微鏡視界（ｓｕｒｇｉｃａｌ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ  ｖｉｅｗ）を提供する１以上のカメラからの画像を受信するように構成される。
【００１１】
第１の態様の一部の実施形態では、前記光学経路は、１６．２インチ以下であり、前記電子ディスプレイの発光部は、５インチ以上の対角線寸法（ｄｉａｇｏｎａｌ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）を有する。第１の態様の一部の実施形態では、前記光学経路は、１８．７インチ以下であり、前記電子ディスプレイの発光部は、８インチ以上の対角線寸法を有する。第１の態様の一部の実施形態では、前記ディスプレイ光学系は、集光鏡を更に備える。第１の態様の一部の実施形態では、対物レンズ、ビームポジショニング光学系及び接眼レンズを含む閲覧アセンブリを更に備え、前記閲覧アセンブリは、前記ディスプレイハウジングの前記開口部を出る前記コリメートされたビームを受信するように構成される。第１の態様の一部の実施形態では、前記電子ディスプレイは、４インチから９インチの対角線発光部（ｄｉａｇｏｎａｌ  ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｐｏｒｔｉｏｎ）を有する。第１の態様の一部の実施形態では、前記電子ディスプレイから、前記ディスプレイ光学系の最後の素子への光学経路長は、少なくとも９インチである。別の実施形態では、前記電子ディスプレイから、前記ディスプレイ光学系の最後の素子への光学経路長は、２０インチ未満である。
【００１２】
第２の態様では、ハウジング及び接眼レンズを含む閲覧アセンブリであって、前記接眼レンズは、前記ハウジング内に配置される電子ディスプレイに視界（ｖｉｅｗ）を提供するように構成される、閲覧アセンブリを含む医療装置が提供される。前記医療アセンブリは、前記閲覧アセンブリに配置され、手術部位の手術用顕微鏡視界を提供するように構成される光学アセンブリを含む。前記光学アセンブリは、補助ビデオカメラと、前記補助ビデオカメラを前記閲覧アセンブリと結合し、前記補助ビデオカメラの方向を前記閲覧アセンブリに対して変更するように構成されるジンバルと、を含む。前記医療装置は、前記光学アセンブリ及び前記電子ディスプレイと接続され、少なくとも１つの物理プロセッサを含む画像処理システムを含む。前記画像処理システムは、前記補助ビデオカメラにより取得されるビデオ画像を受信し、受信された前記ビデオ画像に基づいて出力ビデオ画像を提供し、前記出力ビデオ画像が前記接眼レンズを通じて閲覧できるように前記出力ビデオ画像を前記電子ディスプレイ上に提示するように構成される。前記ジンバルは、第１の位置と第２の位置との間で前記補助ビデオカメラのピッチを調整するように構成され、前記補助ビデオカメラは、前記第１の位置において床に垂直な第１の閲覧角度と、前記第２の位置において前記床と約１０度以内に平行である第２の閲覧角度と、を有する。
【００１３】
第２の態様の一部の実施形態では、前記ジンバルは、２つの旋回軸を含む。別の実施形態では、前記補助ビデオカメラのピッチを調整するように構成される第１の旋回軸と、前記床に垂直な軸に周りに前記補助ビデオカメラを回転するように構成される第２の旋回軸と、を含む。
【００１４】
第２の態様の一部の実施形態では、前記ジンバルは、前記第１の位置と第３の位置との間で前記補助ビデオカメラのピッチを調整するように構成され、前記補助ビデオカメラは、前記第１の閲覧角度から１８０度以下である前記第３の位置における第３の閲覧角度を有する。第２の態様の一部の実施形態では、前記ジンバルは、電子制御される。第２の態様の一部の実施形態では、前記光学アセンブリは、患者の一部の斜位像（ｏｂｌｉｑｕｅ  ｖｉｅｗ）を提供するように構成される。別の実施形態では、前記閲覧アセンブリの前記接眼レンズの方向は、前記補助ビデオカメラの方向が、前記患者の一部の前記斜位像を提供するために変化したときに、固定されたままであるように構成される。
【００１５】
第２の態様の一部の実施形態では、前記ジンバルは、前記第１の位置と前記第２の位置との間で前記補助ビデオカメラの前記閲覧角度を滑らかに調整するように構成される。第２の態様の一部の実施形態では、前記補助ビデオカメラは、ステレオビデオカメラを含み、前記接眼レンズは、一対の接眼レンズを含む。第２の態様の一部の実施形態では、前記医療装置は、前記閲覧アセンブリに取り付けられたカメラアームを更に備える。
【００１６】
第３の態様では、ディスプレイハウジングを含む医療装置が提供される。前記医療装置は、前記ディスプレイハウジング内に配置される複数の電子ディスプレイを含み、前記複数の電子ディスプレイの各々は、二次元画像を生成するように構成される複数のピクセルを含む。前記複数の電子ディスプレイは、人間の眼の視界に重複された画像を提示するように構成される。
【００１７】
第３の態様の一部の実施形態では、前記医療装置は、前記ディスプレイハウジングに結合された両眼閲覧アセンブリを更に備える。第３の態様の一部の実施形態では、前記複数の電子ディスプレイの少なくとも１つは、透明ディスプレイパネルを備える。第３の態様の一部の実施形態では、前記重複された画像は、手術部位の第２の部分のビデオに重複される手術部位の第１の部分のビデオを含み、前記第１の部分は、前記第２の部分内に含まれる。別の実施形態では、前記第１の部分のビデオは、前記第２の部分のビデオに対して拡大される。
【００１８】
一部の実施形態では、医療装置は、手術部位を含むように構成されうる視野（ｆｉｅｌｄ  ｏｆ  ｖｉｅｗ）を有するカメラを含むことができ、前記カメラは、前記手術部位の手術用顕微鏡視界を提供するように構成される。一部の実施形態では、前記医療装置は、ハウジング及び複数の接眼レンズを含む両眼閲覧アセンブリを含むことができ、前記複数の接眼レンズは、前記ハウジング内に配置される少なくとも１つのディスプレイに視界を提供するように設計される。一部の実施形態では、前記医療装置は、前記カメラにより取得される画像を受信し、少なくとも１つのディスプレイ上に出力ビデオ画像を提示するように設計される画像処理システムを含みうる。一部の実施形態では、前記医療装置は、前記カメラを前記両眼閲覧アセンブリに対して移動するように設計される移動制御システムを含むことができ、前記移動制御システムは、、前記カメラを少なくとも第１の軸及び第２の軸に沿って前記両眼閲覧アセンブリに対して移動し、かつ前記カメラを前記両眼閲覧アセンブリに対して回転するために、前記移動制御システムに対して動作可能に結合された制御部材を含む。
【００１９】
第４の態様では、前記移動制御システムは、前記カメラが取り付けられた可動プラットフォームを含む移動システムを含むことができ、前記可動プラットフォームは、前記両眼閲覧アセンブリと前記カメラとの間に配置され、かつ少なくとも第１の軸及び第２の軸に沿って前記両眼閲覧アセンブリに対して移動可能である、医療装置が提供される。一部の実施形態では、前記移動システムは、前記可動プラットフォームに動作可能に結合された電子機械装置を含みうる。
【００２０】
第４の態様の一部の実施形態では、前記移動制御システムは、前記カメラが取り付けられた電子機械装置を含むピッチ−ヨー調整システム（ｐｉｔｃｈ−ｙａｗ  ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ  ｓｙｓｔｅｍ）を含むことができ、前記ピッチ−ヨー調整システムは、前記カメラを、前記第１の軸に平行な軸に周りに前記両眼閲覧アセンブリに対して回転するように構成され、かつ前記カメラを前記第２の軸に平行な軸に周りに回転するように設計される。一部の実施形態では、前記制御部材は、前記制御部材の移動を検出するように設計されるセンサを介して前記移動制御システムと動作可能に結合され、前記センサは、前記移動制御システムの１以上の部品と接続される。一部の実施形態では、前記制御部材は、前記制御部材の移動を検出するように設計される１以上のセンサを有するジンバルを介して前記移動制御システムと動作可能に結合され、前記センサは、前記移動制御システムの１以上の部品と接続されうる。
【００２１】
第４の態様の一部の実施形態では、前記移動制御システムは、前記両眼閲覧アセンブリに取り付けられうる。一部の実施形態では、前記移動制御システムは、多関節アームに取り付けられうる。一部の実施形態では、前記カメラは、アームを介して前記移動制御システムに取り付けられうる。一部の実施形態では、前記医療装置は、前記移動制御システムに動作可能に結合された１以上の電子機械装置を制御するための制御システムを含みうる。一部の実施形態では、前記制御システムは、前記移動制御システムのための１以上のプリセット位置を含みうる。
【００２２】
第５の態様では、ディスプレイと、複数のカメラと、プロセッサと、を含む医療装置が提供され、前記カメラの少なくとも１つは、手術用顕微鏡視界を提供し、前記複数のカメラは、手術野の蛍光発光を撮像するように構成される第１のカメラと、前記手術野の非蛍光画像を生成するように構成される第２のカメラと、を備え、前記プロセッサは、前記複数のカメラからのビデオを受信し、前記カメラの前記第１のカメラからの第１の蛍光発光ビデオ及び前記カメラの前記第２のカメラからの非蛍光発光ビデオを前記ディスプレイに表示する構成される。
【００２３】
第５の態様の一部の実施形態では、前記第１及び第２のカメラは、異なるスペクトル応答を有する。第５の態様の特定の実施形態では、前記第１及び第２のカメラは、赤外を検知し、それ以外を検知しない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
図面を通して、参照番号は、参照要素間の一般的な対応を示すために再度用いられうる。図面は、本明細書に記載される例示的な実施形態を示すために提供され、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。
【００２５】
【図１】図１は、直接視手術用顕微鏡と同様の画像を提供するように構成されうる画像化システテムを有する手術視覚化システムの実施形態を示す。
【図２】図２は、多関節アームに取り付けられた一例の手術閲覧システムを示し、当該システムは、両眼閲覧プラットフォーム上に搭載される１以上のカメラを含む。
【図３Ａ】図３Ａ及び３Ｂは、両眼閲覧プラットフォームに取り付けられたアイソセンターポジショニングシステムを含む一例の手術閲覧システムを示す。
【図３Ｂ】図３Ａ及び３Ｂは、両眼閲覧プラットフォームに取り付けられたアイソセンターポジショニングシステムを含む一例の手術閲覧システムを示す。
【図４Ａ】図４Ａ及び４Ｂは、両眼閲覧プラットフォームの下に搭載された光学画像化システムを有する手術視覚化システムの実施形態を示す。
【図４Ｂ】図４Ａ及び４Ｂは、両眼閲覧プラットフォームの下に搭載された光学画像化システムを有する手術視覚化システムの実施形態を示す。
【図５Ａ】図５Ａ−５Ｅは、図４Ａ及び４Ｂに示されるもののような、立体手術閲覧システムで使用するための光学画像化システムの実施形態を示す。
【図５Ｂ】図５Ａ−５Ｅは、図４Ａ及び４Ｂに示されるもののような、立体手術閲覧システムで使用するための光学画像化システムの実施形態を示す。
【図５Ｃ】図５Ａ−５Ｅは、図４Ａ及び４Ｂに示されるもののような、立体手術閲覧システムで使用するための光学画像化システムの実施形態を示す。
【図５Ｄ】図５Ａ−５Ｅは、図４Ａ及び４Ｂに示されるもののような、立体手術閲覧システムで使用するための光学画像化システムの実施形態を示す。
【図５Ｅ】図５Ａ−５Ｅは、図４Ａ及び４Ｂに示されるもののような、立体手術閲覧システムで使用するための光学画像化システムの実施形態を示す。
【図６Ａ】図６Ａは、手術視覚化システム、移動制御システム及びイメージャの実施形態の前面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、移動制御システム及びイメージャを有する図６Ａの実施形態の前面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、図６Ａの移動制御システムの実施形態の部分断面図である。
【図７】図７は、手術視覚化システム、移動制御システム及びイメージャの実施形態の側面図である。
【図８】図８は、移動制御システムの実施形態の背面図である。
【図９Ａ】図９Ａ−９Ｄは、接眼レンズを通じて１つのディスプレイ又は一対のディスプレイに視界を提供するように構成される一例のディスプレイ光学系を示す。
【図９Ｂ】図９Ａ−９Ｄは、接眼レンズを通じて１つのディスプレイ又は一対のディスプレイに視界を提供するように構成される一例のディスプレイ光学系を示す。
【図９Ｃ】図９Ａ−９Ｄは、接眼レンズを通じて１つのディスプレイ又は一対のディスプレイに視界を提供するように構成される一例のディスプレイ光学系を示す。
【図９Ｄ】図９Ａ−９Ｄは、接眼レンズを通じて１つのディスプレイ又は一対のディスプレイに視界を提供するように構成される一例のディスプレイ光学系を示す。
【図１０Ａ】図１０Ａ−１０Ｇは、ディスプレイの接眼レンズ画像を伝えるように構成される一例のディスプレイ光学系を示し、閲覧アセンブリと交わる光路は、バッフルを通じて低減又は排除される。
【図１０Ｂ】図１０Ａ−１０Ｇは、ディスプレイの接眼レンズ画像を伝えるように構成される一例のディスプレイ光学系を示し、閲覧アセンブリと交わる光路は、バッフルを通じて低減又は排除される。
【図１０Ｃ】図１０Ａ−１０Ｇは、ディスプレイの接眼レンズ画像を伝えるように構成される一例のディスプレイ光学系を示し、閲覧アセンブリと交わる光路は、バッフルを通じて低減又は排除される。
【図１０Ｄ】図１０Ａ−１０Ｇは、ディスプレイの接眼レンズ画像を伝えるように構成される一例のディスプレイ光学系を示し、閲覧アセンブリと交わる光路は、バッフルを通じて低減又は排除される。
【図１０Ｅ】図１０Ａ−１０Ｇは、ディスプレイの接眼レンズ画像を伝えるように構成される一例のディスプレイ光学系を示し、閲覧アセンブリと交わる光路は、バッフルを通じて低減又は排除される。
【図１０Ｆ】図１０Ａ−１０Ｇは、ディスプレイの接眼レンズ画像を伝えるように構成される一例のディスプレイ光学系を示し、閲覧アセンブリと交わる光路は、バッフルを通じて低減又は排除される。
【図１０Ｇ】図１０Ａ−１０Ｇは、ディスプレイの接眼レンズ画像を伝えるように構成される一例のディスプレイ光学系を示し、閲覧アセンブリと交わる光路は、バッフルを通じて低減又は排除される。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下の説明は、本開示の革新的な態様を説明する目的の特定の実施形態に関するものである。しかし、当業者は、本明細書での開示が、多数の異なる手法に適用されうることを明示的に理解するであろう。説明される実施形態は、手術部位の可視化を提供するように構成されうる任意の装置又はシステムに実装されてもよい。よって、本開示は、単に図面に図示され、かつ本明細書に記載される実施形態に限定されるものではなく、当業者にとって明示的に明らかな広い適用性を有する。
【００２７】
手術可視化システム手術部位の改善された視覚化を提供するために、手術装置は、複数の集積カメラを備えうる。カメラのそれぞれは、手術部位のはっきりと見える視界（ｖｉｅｗ）をキャプチャする。一部の実施形態では、複数のカメラからの画像は、手術部位の操作を容易にするために表示されてもよい。複数のカメラからの、タイル化、個別化及び／又はステッチ化された画像は、ユーザに手術部位の視界を提供しうる。ユーザは、表示される画像を選択し、手術時に有用性が向上されて表示される。本明細書で用いられるような用語「画像（ｉｍａｇｅｒｙ及びｉｍａｇｅｓ）」は、１以上のビデオカメラからキャプチャされたビデオ及び／又は画像を含む。ビデオからの画像は、しばしば、ビデオ画像又は単に画像とも呼ばれる。用語「画像（ｉｍａｇｅｓ）」は、スチール画像又はスナップショットとも呼ばれる。ビデオフィード又はビデオストリームは、また、カメラからのビデオ画像のようなビデオ画像を説明するために用いられてもよい。
【００２８】
ビデオカメラは、例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサアレイ又は他のタイプの検出器アレイを含んでもよい。フレームグラバー（ｆｒａｍｅ  ｇｒａｂｂｅｒ）は、カメラからのデータをキャプチャするように構成されてもよい。例えば、フレームグラバーは、Ｍａｔｒｏｘ  Ｓｏｌｉｏｓ  ｅＡ／ＸＡ，  ４入力アナログフレームグラバーボードであってもよい。キャプチャされた画像の画像処理がなされてもよい。このような画像処理は、例えば、ＤＤＲ３−１３３３ＳＤＲＡＭを有する２つのＩｎｔｅｌ  Ｓｉｘ  Ｃｏｒｅ  Ｘｅｏｎ  Ｅ５６４５  ２．４  ＧＨｚプロセッサを有するＭａｔｒｏｘ  Ｓｕｐｅｒｓｉｇｈｔ  ＳＨＢ−５５２０によるＭａｔｒｏｘ  Ｓｕｐｅｒｓｉｇｈｔ  Ｅ２により行われうる。このシステムは、２つのＭａｔｒｏｘ  Ｓｏｌｉｏｓ  ｅＡ／ＸＡ，  ４入力、アナログフレームグラバーボードを用いて８又はそれ以上のカメラ入力をサポートするように設計されうる。より多い又はより少ないカメラが採用されてもよい。一部の実施形態では、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）は、カメラから受信されるイメージをキャプチャ及び／又は処理するために用いられうる。例えば、画像処理は、Ｘｉｌｉｎｘ  ｓｅｒｉｅｓ  ７  ＦＰＧＡボードにより行われうる。他のハードウェアデバイスは、同様に、用いられることができ、ＡＳＩＣ，  ＤＳＰ，コンピュータプロセッサ、グラフィックボード等を含む。ハードウェアデバイスは、スタンドアローンデバイスであることができ、又は例えば、ＰＣＩカード又はＰＣＩｅカードのようなローカルコンピュータバスを通じてコンピューティングシステムへ集積される拡張カードであってもよい。
【００２９】
図１は、手術可視化システムの一例の実施形態を示す。図示されるように、システム１は、３つのアーティキュレーティングアーム５、７及び７ｂが延びるコンソール及び電子機器３を含む。第１のアーティキュレーティングアーム５は、閲覧プラットフォーム９をその遠位端に搭載する。閲覧プラットフォームは、２つの接眼レンズ１１を含んでもよく、標準的な手術用顕微鏡閲覧プラットフォームと同様に構成されてもよい。しかし、一部の実施形態では、従来の手術用顕微鏡又はヘッドマウントディスプレイとは異なり、閲覧プラットフォーム９は、外科医又は他のユーザが、プラットフォーム、例えば、プラットフォームのアパーチャを介して直接的に見る閲覧装置に方向付けられない。一部の実施形態では、ユーザが、閲覧プラットフォームを通じて直接的に閲覧可能であるかどうかに関わらず、手術視覚化システム１は、表示されるビデオが、手術用顕微鏡カメラの移動から切り離されるようにビデオを表示するように構成されることができ、ユーザは、接眼レンズ１１又はユーザ調整位置を移動せずに、手術用顕微鏡カメラの位置及び／又は方向を調整することができる。以下により詳細に説明されるように、閲覧プラットフォーム９は、外科医又はユーザが手術部位を閲覧するために用いるカメラからの信号を受信したディスプレイを含んでもよい。
【００３０】
一部の実施形態では、カメラは、閲覧プラットフォーム９に搭載されることができ、カメラは、手術部位のイメージを提供するように構成されうる。よって、カメラは、従来の手術用顕微鏡と同様のイメージを提供するために用いられることができる。例えば、閲覧プラットフォーム９上のカメラは、ズームを用いて変更可能な、作業距離又は閲覧プラットフォームから患者への距離を提供するように構成されうる。バーチャル作業距離は変更することができ、ここで、作業距離は、少なくとも約１５０ｍｍ及び／又は約４５０ｍｍ以下、少なくとも約２００ｍｍ及び／又は約４００ｍｍ以下、又は少なくとも２５０ｍｍ及び／又は約３５０ｍｍ以下であることができる。作業距離は、外科医によって選択及び／又は変更されうる。一部の実施形態では、作業距離は、ユーザ又は外科医に対して接眼レンズ１１の位置及び／又は方向に影響しない。一部の実施形態では、本明細書により詳細に説明されるように、閲覧プラットフォーム９に搭載されるカメラは、外科医が、外科医の手、手術具又はその両方を用いるディスプレイにより提供されるイメージと仮想的な相互作用することを可能にするために、ジェスチャ認識を提供するようにために用いられうる。
【００３１】
第２のアーティキュレーティングアーム５は、その遠位端に、入力及びディスプレイ装置１３を搭載している。一部の実施形態では、入力及びディスプレイ装置１３は、ユーザが使用可能な各種メニュー及びコントロールオプションを有するタッチスクリーンディスプレイを備える。一部の実施形態では、タッチスクリーンは、１０本の指からのマルチタッチ入力を受け付けるように構成されることができ、ユーザが、ディスプレイ上のバーチャルオブジェクトと相互作用することを可能にする。例えば、術者は、表示された画像の各種態様を調節するために入力装置１３を使用してもよい。各種実施形態では、手術用顕微鏡視界を提供するビデオカメラを組み込む外科医用ディスプレイは、フリースタンディングのアーティキュレーティングアームに搭載されてもよい。フラットパネルディスプレイタッチスクリーン１３は、電気／流体コンソールの上部の傾斜／回転装置に位置付けられてもよい。
【００３２】
手術具１７は、両方とも電気ケーブル１９によりコンソール３に接続されうる。手術具１７は、例えば、切断具、洗浄具、患者を切除するために用いられる装置、又は他のこのような装置を含む。他の実施形態では、手術具１７は、例えば、ＷｉＦｉ（ＩＥＥＥ  ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ、ＷｉＧｉｇ（ＩＥＥＥ  ８０２．１１  ａｄ）等により、コンソール３と無線通信されてもよい。手術具１７は、例えば、画像及び／又はビデオデータのような画像を提供するように構成される１以上のカメラを含んでもよい。各種実施形態では、ビデオデータは、例えば、ベース３内に位置付けられる、ビデオスイッチャー、カメラコントロールユニット（ＣＣＵ）、ビデオプロセッサ又は画像処理モジュールへ送信されうる。ビデオスイッチングモジュールは、閲覧プラットフォーム９へディスプレイビデオを出力してもよい。術者は、閲覧プラットフォーム９の接眼レンズ１１を通じて表示されたビデオを閲覧してもよい。一部の実施形態では、双眼鏡は、表示されたビデオの３Ｄ視を可能にする。以下により詳細に説明されるように、閲覧プラットフォーム９を通じて閲覧される、表示されたビデオは、手術具１７上のカメラの２又はそれ以上から形成される（例えば、ステッチ又はタイル化）合成ビデオを含んでもよい。
【００３３】
使用時には、術者は、低侵襲手術を実行するために手術具１７を使用してもよい。術者は、閲覧プラットフォーム９において表示されたイメージにより手術部位を閲覧してもよい。よって、閲覧プラットフォーム（外科医ディスプレイシステム）９は、上述したような標準的な手術用顕微鏡と同様の態様で使用してもよいが、閲覧プラットフォームは、ユーザが、プラットフォーム９を通じて、閲覧プラットフォーム９の底部におけるアパーチャを介して接眼レンズから光学経路を介して手術部位を直接見る直接閲覧装置である必要はない。各種実施形態では、そうではなく、閲覧プラットフォーム９は、接眼レンズを覗くことによりユーザに閲覧可能な画像を形成する液晶又は発光ダイオードディスプレイ（例えば、ＬＣＤ、ＡＭＬＣＤ、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ等）のような複数のディスプレイを含む。したがって、１つ異なる点は、閲覧プラットフォーム９自体が、顕微鏡対物レンズ又は検出器又は他の画像キャプチャ機構を必要としないことである。そうではなく、画像データは、手術具１７のカメラを通じて取得される。画像データは、コンソール３内のカメラコントロールユニット、ビデオプロセッサ、ビデオスイッチャー又は画像プロセッサにより処理され、表示されたイメージは、閲覧プラットフォーム９に含まれる、表示装置、例えば、液晶又はＬＥＤディスプレイを通じて閲覧プラットフォーム９において術者により閲覧可能となってもよい。一部の実施形態では、閲覧プラットフォーム９は、カメラ及びディスプレイを用いて標準的な手術用顕微鏡と同様の視野を提供することができ、閲覧プラットフォームの標準的な手術用顕微鏡光学経路に加えて又は閲覧プラットフォームの標準的な手術用顕微鏡光学経路と共に用いられることができる。特定の実施形態では、閲覧プラットフォーム９は、手術用顕微鏡視界を提供することができ、ここで、閲覧角度、閲覧距離、作業距離、ズーム設定、焦点設定等の変更は、閲覧プラットフォーム９の移動から切り離される。特定の実施形態では、画像化システム１８の位置、ピッチ（ｐｉｔｃｈ）、ヨー（ｙａｗ）及び／又はロール（ｒｏｌｌ）は、閲覧プラットフォーム９から切り離されており、画像化システム１８は、移動及び／又は再度方向付けることができる一方で、外科医は、接眼レンズ１１を通じてビデオを閲覧しつつ、固定されたままでありうる。
【００３４】
第３のアーム７ｂは、直接視手術用顕微鏡と同様のビデオを提供するように構成されうる画像化システム１８を含みうる。画像化システム１８は、その後、部位の上の位置（例えば、手術部位の約１５−４５ｃｍ上）又は所望の角度からの作業部位又は操作部位のビデオを含みうる電子顕微鏡のような視野（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ−ｌｉｋｅ  ｖｉｅｗ）を提供するように構成される手術画像化システムを提供するように構成されうる。ディスプレイからのイメージャ１８を切り離すことにより、外科医は、閲覧接眼レンズを調整することなく、所望又は選択された視点を提供するために手術画像化システムを操作することができる。これは、従来の直接視操作顕微鏡システムと比べて、外科医にとって心地良さ、高い機能及び一貫性をより向上されたレベルで有利に提供することができる。本明細書に記載されるように一部の実施形態では、イメージャ１８は、オーバーヘッド構造から支持される、天井又は壁から支持される、又は他のシステムから外される、閲覧プラットフォーム９、専用アーム７ｂ、ディスプレイアーム５、別のポスト、別のスタンド上に配置されうる。イメージャ１８は、大きさのレベルの変更、閲覧角度、単眼又は立体画像、輻輳角、作業距離、又はこれらの組み合わせを提供するために調整可能に構成されるカメラを含みうる。
【００３５】
閲覧プラットフォーム９は、屈折誤差及び老眼用に調整可能である広視野接眼レンズ（ｗｉｄｅ  ｆｉｅｌｄ−ｏｆ−ｖｉｅｗ  ｏｃｕｌａｒｓ）１１を備えうる。一部の実施形態では、接眼レンズ１１又は眼鏡は、立体視を提供するために、追加で、偏光板を含んでもよい。閲覧プラットフォーム９は、アーム７又は７ｂによって支持されることができ、手術を行うための場所にいながら、接眼レンズ１１を通じてディスプレイ１３をユーザにとって心地良く閲覧するために配置される。例えば、ユーザは、閲覧プラットフォーム９を再度方向付ける及び／又は再度位置付けるために、アーム７又は７ｂを旋回及び移動することができる。
【００３６】
一部の実施形態では、画像処理システム及びディスプレイシステムは、ディスプレイを閲覧するときに、調節及び／又は輻輳を低減又は排除するために、ほぼ無限遠に配置される画像を表示するように構成される。ディスプレイ光学系は、１以上のレンズ及び１以上の再方向付け素子（ｒｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ）（例えば、ミラー、プリズム）を含むことができ、一対の接眼レンズ、対物レンズ及び／又はチューニングプリズム又はミラーを含む両眼閲覧アセンブリにより画像化されうるディスプレイから光を提供するように構成されるうる。液晶ディスプレイのようなディスプレイデバイスは、対物レンズ、並びに閲覧プラットフォーム９内の一対の接眼レンズ及びディスプレイ光学系で画像化されうる。両眼アセンブリ及びディスプレイ光学系は、無限遠にディスプレイの画像を生成するように構成されるうる。このような配置は、外科医による調節の量を潜在的に低減する。接眼レンズは、また、外科医の近視又は遠視を解決するために（例えば、焦点又はパワーの）アジャストメントを有してもよい。よって、外科医又は他のユーザは、日常処方眼鏡を他の活動用に装着しているときであっても、眼鏡を装着せずに、接眼レンズを通じてディスプレイを閲覧してもよい。
【００３７】
一部の実施形態では、閲覧プラットフォーム９は、電子顕微鏡のような画像化性能を提供するように構成される１以上のイメージャを含みうる。図２は、アーティキュレーティングアーム７に取り付けられた手術画像化システム５１の一例を示し、システム５１は、閲覧プラットフォーム９に搭載された１以上のカメラ１８を含む。カメラ１８は、作業部位のイメージを提供するように構成されうる。画像データは、ユーザが閲覧プラットフォーム９に搭載された接眼レンズ１１を用いて閲覧可能であるディスプレイに提示されうる。このデザインは、他の直接視顕微鏡に似せるために用いられうるが、追加の機能を提供するように構成されることもできる。例えば、手術画像化システム５１は、閲覧プラットフォーム９又はアーティキュレーティングアーム７なしで、可変作業距離を有するように構成されうる。手術画像化システム５１は、電子ズーム及び／又は倍率、画像回転、画像強調、ステレオ画像等のような画像処理機能を提供するように構成されうる。また、カメラ１８からのイメージは、開創器からのイメージ、手術具カメラからのイメージ等と組み合わせられうる。一部の実施形態では、手術画像化システム５１は、蛍光画像を提供しうる。
【００３８】
説明は、開創器からの画像を考慮しているが、多くの実施形態は、開創器上に配置されないが、他の医療装置に配置される少なくとも１つの補助カメラ及び１以上の他のカメラを含んでもよい。これらの医療装置は、内視鏡、腹腔鏡、関節鏡等のような身体へ導入される装置を含んでもよい。
【００３９】
よって、閲覧プラットフォーム９に含まれる少なくとも１つのディスプレイのような一又はそれ以上のディスプレイは、補助カメラ１８のような一又はそれ以上のカメラを用いる手術用顕微鏡視界を提供すると共に、開創器ではないこのような医療装置に配置される一又はそれ以上のカメラからの視界を表示するために使用されてもよい。一部の実施形態では、例えば、開創器、手術具及び他の医療装置のような任意の組み合わせにおける各種のソースからのカメラは、手術プラットフォームと共に補助カメラ１８からの手術用顕微鏡視界上のディスプレイで閲覧されてもよい。本明細書に記載されるように、ディスプレイは、３Ｄを提供してもよく、それにより、画像及びグラフィックのいずれかが３Ｄで提供されてもよい。
【００４０】
各種実施形態では、バーチャルタッチスクリーンは、補助カメラ１８又は閲覧プラットフォーム９に搭載された他のバーチャルタッチスクリーンカメラによって提供されてもよい。したがって、一部の実施形態では、ユーザは、補助カメラ及び／又はバーチャルタッチスクリーンカメラの視野におけるジェスチャを提供してもよく、処理モジュールは、入力としてジェスチャを認識するように構成されることができる。バーチャルディスプレイが、補助カメラ１８の記載で説明されるが、他のカメラ、例えば、バーチャルリアリティ入力カメラに補助カメラ１８を追加して用いられてもよい。これらのカメラは、閲覧プラットフォーム９又は第３のアーム７ｂのようなものに配置されてもよい。本明細書に記載されるように、ディスプレイは、３Ｄを提供してもよく、よって、バーチャルリアリティインターフェースは、３Ｄで現れる。これは、閲覧体験の没入品質を向上させ、ディスプレイ上のビデオ情報の詳細及び／又はリアルな表現を促進する。
【００４１】
一部の実施形態では、図３Ａに示されるように、手術画像化システム５１は、閲覧プラットフォーム９に取り付けられるアイソセンタポジショニングシステム５２を含む。アイソセンタポジショニングシステム５２は、単一のポイント５３、すなわち、アイソセンタで実質的に指し示されるように、カメラを移動及び方向付けるように構成される単一のトラック又はガイドを含みうる。一部の実施形態では、第２のトラック又はガイドは、２次元に沿って移動を提供する直交する第１のガイドに取り付けられうる一方で、アイソセンタ５３へ向かう指示角度を実質的に維持する。他の構成は、また、アーティキュレーティングアーム、電気機械エレメント、湾曲摩擦板等のようなアイソセンタを指し示す機能を提供するために用いられうる。一部の実施形態では、図３Ｂに示されるように、画像化システムは、アイソセンタに移動するように構成される。手と眼の連携を向上又は最大限にするため、これは、システムのユーザの器用さを向上されるために用いられうる。このような向上された器用さは、長い及び／又は困難な手術にとって必須となりうる。表示された実施形態では、取得システムの視野は、ディスプレイシステム及びユーザの視野と一致するために水平となるように構成される。図３Ｂに示されるように、各種実施形態では、ステレオ画像化システムは、ステレオカメラからのビデオを閲覧するユーザの混乱を回避するために、位置の範囲に亘って移動されたときに、水平な構成に維持されてもよい。ディスプレイと取得システムとの間の共通の相対的な水平を維持することにより、ユーザは、ディスプレイにおける物体を操作するために、相対的に容易にハンドモーションを変換することができ、これは、ディスプレイと取得システムとの間の共通の相対的な水平により取得の変換がなされる場合でなくてもよい。
【００４２】
図３Ａ及び３Ｂに示される実施形態では、アイソセンタアセンブリは、ディスプレイシステム又は別の独立したシステムの一部であることができる。例えば、閲覧プラットフォーム９は、カメラ１８から別のアーティキュレーテッドアームに搭載されることができる。よって、手術画像化システムのディスプレイ及び画像取得は、図１に示される実施形態と同様に切り離されうる。ディスプレイからアイソセンタカメラ１８を切り離すことにより、例えば、外科医が、長時間又は心地良くない位置又は角度で両眼を通じて見る必要がないという人間工学的な利点が提供される。各種実施形態では、ディスプレイ及び取得システムの両方に対する共通の相対的な水平も用いられる。
【００４３】
一部の実施形態では、対象の手術部位と画像との間の距離、例えば、作業距離は、少なくとも２０ｃｍ及び／又は約４０ｃｍ以下、少なくとも１０ｃｍ及び／又は約５０ｃｍ以下、少なくとも約５ｃｍ及び／又は約１ｍ以下でありうる。
【００４４】
ユーザは、作業距離を選択するために手術画像化システム５１とやりとりすることができ、これは、処置を通じて固定されうる又は任意の時点で調整されうる。作業距離の変更は、グラフィカルユーザインタフェースのようなユーザインタフェース上のエレメントを用いて、又は回転可能なリング、ノブ、ペダル、レバー、ボタン等のような物理的なエレメントを用いて実現されうる。一部の実施形態では、作業距離は、手術可視化システムで用いられるケーブル及び／又はチュービング上の少なくとも一部に基づくシステムにより選択される。例えば、ケーブル及び／又はチュービングは、実行される処置の種類についての手術画像化システム５１に対する情報を伝えるように構成されるＲＦＩＤチップ又はＥＥＰＲＯＭ又は他のメモリストレージを含みうる。ＥＮＴ／Ｈｅａｄ／Ｎｅｃｋ処置については、典型的な作業距離は、約４０ｃｍに設定されうる。一部の実施形態では、ユーザの過去の好みは、作業距離を選択するために、少なくとも部分的に薦められ、かつ使用される。
【００４５】
一部の実施形態では、焦点調整の総計は、カメラ１８及びアーム７を位置付けることにより手動で実現されうる。精密な焦点調整は、ファインフォーカスリングのような他の物理的な素子を用いてなれることができる、又は電子的に実現することができる。
【００４６】
一部の実施形態では、手術画像化システム５１の倍率は、物理的又は仮想的なユーザインタフェースエレメントにより選択されうる。倍率は変更されることができ、倍率は、約１×から約６×の範囲、約１×から約４×の範囲、又は約１×から約２．５×の範囲でありうる。実施形態は、２．５×から６×のいずれか又は２．５×から６×の間で変更されることができてもよい。これらの範囲外の値も可能である。例えば、システム５１は、約−２×から約１０×の範囲、約−２×から約８×の範囲、約−２×から約４×の範囲、−０．５×から約４×の範囲、又は−０．５×から約１０×の範囲で拡大縮小及び画像反転を提供するように構成されうる。手術画像化システム５１は、従来の手術室顕微鏡の問題を解決するために、ズーム構成及び焦点調整を切り離すように構成されうる。一部の実施形態では、手術画像化システム５１は、手術用顕微鏡視界を提供するために用いられる。一部の実施形態では、手術画像化システム５１は、シーンを直接視することに替えて、電子ディスプレイを提供することにより、器械近視（ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ  ｍｙｏｐｉａ）を切り離すことができる。電子ディスプレイは、倍率調整間で接眼レンズを調整せずに、ユーザがディスプレイを閲覧できる、変更した倍率において焦点合わせされるように構成されうる。また、各種実施形態では、接眼レンズは、無限遠で連続的な視界を提供するように構成されうる。しかし、一部の実施形態では、手術画像化システムの主体的なユーザは、電子ディスプレイにより提供される弛緩した視界を用いるのではなく、接眼レンズの調節レベルを選択してもよい。しかし、電子ディスプレイは、各種実施形態では、焦点を維持することができ、接眼レンズ調整は、各種ビデオ取得システムの焦点に影響を与えない。よって、主体的なユーザによる調整は、例えば、カメラ／取得システムが焦点を維持できるときに、ビデオを表示する他のディスプレイを閲覧するシステムの他のユーザの閲覧に影響を与えない。一部の実施形態では、手術画像化システム５１は、画像が、より大きな作業距離（例えば、広い被写界深度による距離）を移動するときに、焦点合わせを維持するように、相対的に閉じた作業距離に焦点合わせされることができる（例えば、相対的に狭い被写界深度による距離）。よって、手術画像化システム５１は、全体の作業距離に亘って焦点合わせされることができ、拡大又はズーム調整がなされた後に、システムの再焦点合わせの必要を低減又は排除することができる。
【００４７】
図４Ａ及び４Ｂは、閲覧プラットフォーム９の下に搭載される光学システム５３を有する手術画像化システム５１の実施形態を示す。図示されるように、光学コンポーネントは、コンポーネントの構造を示すためにフリースタンディングのように示されるが、実際には、光学コンポーネント５３は、閲覧プラットフォームに取り付けられる構造内又は構造上に搭載される。一部の実施形態では、光学システム５３及び／又は（上述した）カメラ１８は、モジュール形式であることができ、かつ手術画像化システム５１による使用のために選択及び交換されうる。米国特許仮出願第６１／８８０，８０８号、米国特許仮出願第６１／９２１，０５１号、米国特許仮出願第６１／９２１，３８９号、米国特許仮出願第６１／９２２，０６８号、及び米国特許仮出願第６１／９２３，１８８号のそれぞれからの段落［０４８９］は、参照により本明細書に組み込まれる。
【００４８】
光学システム５３は、ステレオ画像データを画像化システム５１へ提供するように構成される。光学システム５３は、閲覧プラットフォーム９の下の画像化システムの物理的な拡張（例えば、長さ）を減少させるために、閲覧プラットフォーム９の下に光学経路を折り畳むために旋回プリズム（ｔｕｒｎｉｎｇ  ｐｒｉｓｍ）５４を含む。
【００４９】
一部の実施形態では、光学システム５３は、グリノー式システムを含み、ここで、各眼の光学経路は、別々の光学コンポーネントを有する。一部の実施形態では、光学システム５３は、グリノー式システムを含み、ここで、各眼の光学経路は、共通の対物レンズを通過する。グリノー式システムであることが好ましく、ここで、画像化センサは、ガリレイ式システムと比較して、画像データをキャプチャ及び伝達するために用いられる。ガリレイ式システムは、対物レンズの周辺を通過する各眼の光学経路に対する光線により、イメージに収差をもららしうる。これは、各光学経路がその独自の光学系を有するときには、グリノー式では発生しない。また、ガウス式システムは、使用される対物レンズが、レンズの所望の広角品質及びそのサイズに少なくとも部分的に基づいて相対的に高価であるため、より高価となりうる。
【００５０】
光学システム５３は、２つの右角度プリズム５４と、２つのズームシステム５５と、２つの画像センサ５６と、を含みうる。これは、従来の手術室顕微鏡とは異なる。なぜなら、光学経路は、直接視光学システムではなく画像センサへ導くためである。
【００５１】
一部の実施形態では、光学システム５３は、相対的に一定のＦナンバー（Ｆ−ｎｕｍｂｅｒ）を有しうる。これは、例えば、作業距離及び／又は倍率に基づいてシステムの焦点距離及び／又はアパーチャを変更することにより実現されることができる。一部の実施形態では、焦点距離が変化すると、眼の経路は、側方に離れて（又は一緒に）移動することができ、プリズム５４は、適切な輻輳角を提供するために回転することができ、アパーチャは、焦点距離と直径との比を相対的に一定な値に維持するために、直径を変更することができる。これは、画像センサ５６における相対的に一定の輝度を生成することができ、これは、表示される相対的に一定な輝度をユーザにもたらすことができる。これは、本明細書に記載される手術可視化システムのようなシステムにおいて有利となることができ、複数のカメラが用いられ、焦点長さ、倍率、作業距離及び／又はアパーチャを補償するための照明を変化させることは、システムにおける他のカメラで取得されるイメージに不利な影響を与えうる。一部の実施形態では、照明は、画像センサ５６における相対的に一定な輝度を提供するように、焦点長さ及び／又はアパーチャにおける変化を補償するために変化されることができる。
【００５２】
光学アセンブリ５３は、可変焦点距離及び／又はズーム機能を提供するように構成されるズームシステム５５を含みうる。ガリレイ式立体視システムは、通常、共通の、２つの眼の経路に対する対物レンズを含む。この光学システムが、画像センサ５６で画像化されるとき、補償が困難となる収差、ウェッジ効果等を生成しうる。一部の実施形態では、手術画像化システム５１は、ステレオ経路の少なくとも１つを、対物レンズを通じて１つの中央位置に再度中央に配置するように構成されるガリレイ式光学システムを含むことができ、これは、いくつかのアプリケーションで有利となりうる。
【００５３】
一部の実施形態では、リアルタイム可視化システムは、グリノー式システムを使用する。これは、各ステレオ経路のための別々の光学コンポーネントを有しうる。光学アセンブリ５３は、可変倍率及び／又はアフォーカルズームを提供するように構成され、かつ約１×から約６×の範囲、約１×から約４から約４×の範囲、又は約１×から約２．５の範囲の倍率で動作するように構成されうる。
【００５４】
グリノー式アセンブリ５３の最も遠い部分は、典型的には、焦点距離のものに適切に設定された作動距離を有する直接視手術室顕微鏡の対物レンズと同様の機能であることができる。作動距離及び一部の実施では焦点長さは、例えば、約２０ｃｍから約４０ｃｍの間であり得る。一部の実施形態では、作業距離は、１５ｃｍから４０ｃｍ又は４５ｃｍで調整可能となってもよい。これらの範囲外の別の値も可能である。一部の実施形態では、手術画像化システム５１は、光学アセンブリ５３の一部又は光学アセンブリ５３全体の焦点長さを変化させるように構成されるオプト−メカニカルフォーカスエレメントを含む。
【００５５】
図５Ａ−５Ｅは、図４Ａ−４Ｂを参照して本明細書で説明されるような立体視手術画像化システムで使用するための光学アセンブリ５３の実施形態を示す。図５Ａは、閲覧プラットフォーム９の近傍に又は隣接して置かれているレンズトレイン５５に沿う組織５７からセンサ５６への光学経路を折り曲げるための回転プリズム５４を使用するように構成される光学アセンブリ５３の一例の側面図を示す。これは、相対的にコンパクトな距離において相対的に長い光学経路を有利に提供しうる。
【００５６】
図５Ｂは、立体視画像化システムにおいて輻輳角を変化させるように構成される光学アセンブリの実施形態の正面図を示す。プリズム５４は、図５Ａに示される回転プリズム５４であることができる。プリズム５４は、輻輳角を変化させるために回転されるように構成されることができ、その結果、輻輳点及び／又は作業距離をを変化させる。プリズム５４から対象５７（例えば、組織）への距離でありうる作業距離は、ユーザが選択可能又は調整可能でありうる。各種実施形態では、対象５７への作業距離が増加することにより、輻輳角は減少する。その逆に、作業距離が小さくなると、輻輳角は増加する（例えば、θ１＞θ２）。これは、レンズ経路５５が固定され、作業距離が調整可能な場合に有利となりうる。ステレオイメージは、ユーザによりディスプレイ５９で閲覧されることができる。
【００５７】
図５Ｃは、ほぼ一定の輻輳角を維持するように構成される光学アセンブリ５３の実施形態の正面図を示す。光学アセンブリ５３は、各光学経路に対する２つのプリズム５４ａ及び５４ｂを含むことができ、プリズム５４ａ及び５４ｂは、移動及び／又は回転することができる。例えば、作業距離が減少するとき、プリズムの第１のセット５４ａは、プリズムの第２セット５４ｂの間の実効距離を減少させるために互いに向かって回転することができる。次に、プリズムの第２セット５４ｂは、共通の対象で収束するように、変化した角度に対して補償するために回転することができる。プリズムの第２セット５４ｂは、固定されたレンズ経路５５（例えば、ビューファインダに対するそれらの位置を固定した）の下に光を方向付けうるプリズムの第１のセット５４ａへ光を方向付けることができる。相対的に固定された輻輳角を提供することにより、作業距離の変化は、ユーザが再度焦点合わせをする必要がなくなる。一定の輻輳角、特に心地良い角度を維持することは、外科医が、長時間の困難な処置を行うようなユーザの負担を軽減する。
【００５８】
図５Ｄは、狭い挿入チューブ６０（例えば、処置時に身体に部分的に挿入されるチューブ）を通じて立体視イメージを閲覧可能である実質的に狭い輻輳角を提供するように構成される光学アセンブリ５３の実施形態の正面図を示す。同様のアセンブリ５３は、図５Ｃを参照して説明されるときに使用されることができ、輻輳角は、挿入チューブ６０を通じて閲覧するために、ほぼ一定又は少なくとも充分に狭く維持されることができる。
【００５９】
図５Ｅは、レンズ経路５５を側方、例えば、互いに向かう又は離れる方向に移動することにより、ほぼ一定の輻輳角を提供するように構成される光学アセンブリ５３の実施形態の正面図を示す。プリズム５４は、ほぼ一定の向きを有するようにさせることができ（例えば、作業距離の変更のために回転しない）、作業距離の変更のための補償は、光学経路を分離する又は結合するために光学経路を横方向に移動することにより実現されうる。光学経路の移動は、例えば、電気−機械アクチュエータ、スライド、アーティキュレーティングアーム等を含む適切な手段を用いて実現されうる。これは、レンズ経路が移動するように構成されるときに、プリズムの１つのセットのみが用いられるので、プリズムの２つのセットを有する実施形態よりも光学アセンブリを簡素化することができる。
【００６０】
充分に狭い輻輳角を維持するように構成される光学アセンブリ５３の実施形態は、角度を減少させ、かつステレオ経路の１つのクリッピングを回避することを可能にすることにより、ステレオアクセスが、外科的な挿入を狭くすることができるため、有利となりうる。例えば、左及び右レンズ経路は、互いに近接して移動することができ、プリズムは、その距離に対して適切な輻輳角を調整することができる。別の例として、左及び右レンズ経路は、固定されて維持されることができ、ほぼ一定に輻輳角を維持しながらレンズ経路に沿って光を向けるように構成される各経路に対してプリズムのセットが設定されることができる。一部の実施形態では、ズームが変更されるとき、例えば、深さキューを変更することは、ユーザの眼及び／又は脳を混乱させないため、輻輳角を一定に維持することは、ユーザにとって視覚的な補助となりうる。また、一定の輻輳はユーザのストレスを少なくする。
【００６１】
移動制御システム
図６Ａ−Ｃは、医療プロフェッショナル又はアシスタントのような手術視覚化システム１のオペレータが、１以上のイメージャ１８の移動を制御することを可能にするように構成されるうる移動制御システム１０１００の構成要素の実施形態を示す。このようなイメージャは、両眼ディスプレイユニット９の接眼レンズ１１又は眼鏡を通じて手術顕微鏡視を提供するカメラを含んでもよい。各種実施形態では、移動制御システムは、接眼レンズ１１の位置を変えずにイメージャ１８を移動することを可能にし、それにより、オペレータは、イメージャ１８により提供される視野を変更しつつ、人間工学に基づく位置（ｅｒｇｏｎｏｍｉｃ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ）のままにすることができる。イメージャ１８は、両眼ディスプレイユニット９上、又は別々のプラットフォーム又は多関節アーム上のような他の場所上に配置されうる。追加して、手術視覚化システム１で移動制御システム１０１００を使用する、一般的に扱いにくく、複雑であり、光学収差を導入する可能性のある、異なる従来の多関節光学系は、より大きな光学明瞭性及び移動の範囲を有する簡素化されたシステムをもたらしうる。なお、移動制御システム１０１００の説明は、本明細書では医療処置の状況で説明されるが、移動制御システム１０１００は、他の種類の視覚化及び画像化システムで使用されうることが当業者によって理解されるべきである。イメージャ１８の移動は、手術処置、歯科処置等のような活動前及び／又は活動時に行われうる。イメージャ１８の移動は、医療プロフェッショナル又は他のオペレータが接眼レンズ１１を通じて変更することを有利に可能にし、例えば、医療処置の経過又は異なる外科処置用の経過時に有益となる異なる手術顕微鏡のような電子視覚化を提供する。
【００６２】
一部の実施形態では、イメージャ１８の移動の制御は、１０１００のような単一の制御部材を用いて実現されうる。これは、移動制御システム１０１００の片手操作を可能にすることの利点を提供し、これは、例えば、医療プロフェッショナルが、外科技術を行うこと等のような他のタスクのために第２の手を用いながら、第１の手のみを用いて１以上のイメージャ１８を移動することを可能にする。なお、移動制御システム１０１００の説明は、本明細書では医療処置の状況で説明されるが、移動制御システム１０１００は、他の種類の視覚化及び画像化システムで使用されうることが理解されるべきである。
【００６３】
操作
図６Ａ−Ｃに示されるように、一部の実施形態では、ジョイスティックのような制御部材１０１１０は、イメージャ１８を移動する、イメージャ１８のピッチ、ヨー及び／又はロールを調整する、及び／又はイメージャ１８の作業距離を調整するために用いられうる。一部の実施形態では、接眼レンズ１１は、イメージャ１８を移動する、イメージャ１８のピッチ、ヨー及び／又はロールを調整する、及び／又はイメージャ１８の作業距離を調整するときに、移動しないままでありうる。移動、ピッチ、ヨー及び／又はロールの調整、及び／又は作業距離の調整を制御するための単一制御部材１０１１０の機能は、オペレータが、その操作の複数の態様を制御するために、制御部材１０１１０を離す必要がないときに、装置の動作を有益に簡素化することができる。例えば、オペレータは、イメージャ１８を移動し、続いて、制御部材１０１１０を離さないで、ピッチ及び／又はヨーを調整することができ、それにより、システムの使いやすさを向上させ、このシステムを使用するときの効率を向上させる。
【００６４】
図６Ｃに示されるように、制御部材１０１１０のような移動制御システム１０１００の１以上の制御部材、及び／又は１以上のイメージャアーム（図７参照）は、各種のジョイントを用いて移動制御システム１０１００の構成要素に取り付けられることができる、及び／又はリモートジョイスティック又はトグルのような移動制御システム１０１００から隔てられうる。一部の実施形態では、制御部材１０１１０は、移動制御システム１０１００へのアタッチメントのためのジョイントを含みうる。例えば、図示される実施形態に示されるように、制御部材１０１１０は、ジョイント１０１１１を含みうる。一部の実施形態では、ジョイントの１以上は、制御部材及び／又はイメージャアームの移動を検出するための部品を含みうる。例えば、ジョイントの１以上は、制御部材及び／又はジョイントの周りのイメージャアームの回転及び／又は移動を検出するための１以上のセンサを含みうる。これらのセンサからの信号は、１以上の電子機械部品のような移動制御システムの他の部品を制御するために用いられうる。
【００６５】
本開示の目的のために、ｘ軸の周りのジョイント１０１１１のようなジョイントについての回転は、以下、「ピッチ（ｐｉｔｃｈ）」又は「チルト（ｔｉｌｔ）」と呼ばれ、ｙ軸の周りのジョイント１０１１１のようなジョイントについての回転は、以下、「ヨー（ｙａｗ）」又は「パン（ｐａｎ）」と呼ばれる。
【００６６】
図示される実施形態に示されるように、ジョイント１０１１１は、部材１０２２０に形成されるソケットに受け入れられる球体ジョイントであり、それにより、ボール−アンド−ソケットアタッチメントを形成する。当業者にとって明らかであるように、他の種類の搭載機構は、制御部材１０１１０を取り付けると共に、イメージャアームを移動制御システム１０１００の部品へ取り付けるためにに用いられてもよい。例えば、ジンバルのようなジョイントは、ジンバルの周りの回転自由度を制限するように用いられうる。他の種類のジョイントは、移動の種類に応じて用いられ、移動制御システムは、可能となるように設計される。例えば、ヨーを除き、ピッチのみが必要な場合、一つの回転自由度を有するジョイントを使用することができる。一部の実施形態では、制御部材１０１１０は、移動制御システム１０１００から離れて配置されうる。
【００６７】
一般的な実施形態
一部の実施形態では、図６Ａ及び６Ｂの参照を続けると、移動制御システム１０１００は、両眼ディスプレイユニット９のようなアタッチメント構造に取り付けられ、１以上のイメージャ１８を支持することができる。図示される実施形態に示されるように、移動制御システム１０１００は、一般的に両眼ディスプレイユニット９の下に方向づけられ、一部の実施形態では、移動制御システム１０１００が、両眼ディスプレイユニット９の外側ハウジングをあまり超えないような大きさでありうる。これは、より小さいフォームファクター（ｆｏｒｍ  ｆａｃｔｏｒ）を有利に提供することができ、それにより、移動制御システム１０１００が医療処置時に医療プロフェッショナル及びアシスタントと干渉する可能性を低減する。他の実施形態では、アタッチメント構造は、これに限定されないが、専用多関節アーム又はディスプレイアームのような手術視覚化システム１の他の構成要素でありうる。一部の実施形態では、移動制御システム１０１００は、両眼ディスプレイユニット９又は取り付けられる他のプラットフォームの外側ハウジングを大きく超えることができる。これは、イメージャ１８の大きな移動の自由度が、望まれる状況で、又は制御部材１０１１０が、移動制御システム１０１００と両眼ディスプレイユニット９との間の取付点の上に配置される実施形態において有利となりうる。
【００６８】
図６Ａ及び６Ｂの参照を続けると、上記の一部で説明されたように、移動制御システム１０１００は、両眼ディスプレイユニット９に対する面に沿って１以上の取り付けられたイメージャ１８の移動を可能にするように構成されうる。一部の実施形態では、両眼ディスプレイユニット９は、固定されるが、１以上のイメージャ１８は、移動される。例えば、操作テーブル１０１０１に平行な移動制御システム１０１００で両眼ディスプレイユニット９に取り付けられるとき、１以上のイメージャ１８は、操作テーブル１０１０１に平行な面に沿って移動されうる。図示される実施形態に示されるように、移動制御システム１０１００は、ｘ軸及びｙ軸の両方に沿って移動されうる（これは、シートを通じて垂直に投影する）。これは、医療プロフェッショナルが、外科医による心地良い閲覧のための接眼レンズ１１の視野に配置することを有利に可能にし、それにより、長時間の処置時の外科医の身体的な負担を低減する。
【００６９】
一部の実施形態では、移動制御システム１０１００上の中央にあるイメージャ１８をｘ軸、ｙ軸及びｚ軸のゼロとして定義し、移動制御システム１０１００は、完全に延伸した（ａｔ  ｆｕｌｌ  ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）ｘ軸及びｙ軸に沿って約±５００ｍｍ、完全に延伸したｘ軸及びｙ軸に沿って約±４００ｍｍ、完全に延伸したｘ軸及びｙ軸に沿って約±３００ｍｍ、完全に延伸したｘ軸及びｙ軸に沿って約±２００ｍｍ、又は完全に延伸したｘ軸及びｙ軸に沿って約±１００ｍｍの両眼ディスプレイユニット９に対する移動の範囲を有しうる。一部の実施形態では、１つの軸に沿う完全な延伸は、他の軸に沿う完全な延伸よりも大きくなりうる。例えば、一部の実施形態では、ｘ軸に沿う完全な延伸は、約±１７５ｍｍである一方、ｙ軸延伸は、ｘ軸の完全な延伸の４分の３、ｘ軸の完全な延伸の２分の１、ｘ軸の完全な延伸の４分の１、又は１と０との間の任意の他の比でありうる。一部の実施形態では、ｙ軸に沿う両眼ディスプレイユニット９に対する移動の範囲は、約±８７．５ｍｍでありうる。これは、ｙ軸がモーションの全範囲を有することを可能にすることが、医療プロフェッショナル及び／又はアシスタントと干渉する場合に、有利となりうる。
【００７０】
これらの比は、ｘ軸の移動の範囲が、ｙ軸の完全な延伸の４分の３、ｙ軸の完全な延伸の２分の１、ｙ軸の完全な延伸の４分の１、又は１と０との間の任意の比でありうるように、反転されることができる。更に、一部の実施形態では、イメージャ１８は、「負」の方向よりも「正」の方向に更に移動することができる。例えば、ｘ軸に沿って、イメージャ１８は、−１００ｍｍから５００ｍｍへ移動してもよい。これらの範囲外のモーション範囲も可能である。当業者に明らかであるように、ｘ軸及びｙ軸に沿う両眼ディスプレイユニット９に対する最大移動は、より高い操縦性、ヨー及び／又はピッチ角度、作業距離、サイズ制約、及び他のこのような要因の間でバランスを提供するように選択されうる。
【００７１】
上記の一部で説明され、以下でより詳細に説明されるように、一部の実施形態では、イメージャ１８の移動は、所望の方向において、制御部材１０１１０のような１以上の制御部材を移動することにより行われうる。一部の実施形態では、制御部材１０１１０は、ステッパーモータ、リニアモータ等を用いる電子機械システムを介して移動を提供するために、移動制御システム１０１００と電気的に結合されうる。例えば、制御部材１０１１０のジョイントは、制御部材１０１１０の移動を検出するための部品を含みうる。これらのセンサからの信号は、イメージャ１８を移動するためにステッパーモータ、リニアモータ等のような１以上の電子機械部品のような移動制御システムの他の部品を制御するために用いられうる。電子機械部品は、イメージャ１８が取り付けられうる可動プラットフォームに結合されうる。一部の実施形態では、制御部材１０１１０は、電子機械的なアシストなしで、移動制御システム１０１００と物理的に接続されうる。
【００７２】
当業者に理解されるべきように、移動制御システム１０１００は、図示される実施形態で説明されるように、操作テーブル１０１０１に平行な面又はｘｙ面に沿って単に移動する必要はない。一部の実施形態では、移動の面は、移動制御システム１０１００が接続される量の方向によって定義されうる。一部の実施形態では、移動制御システム１０１００は、非平面移動及び／又は１より多い面に沿う移動のために構成されうる。一部の実施形態では、例えば、ティップ（ｔｉｐ）及びチルト（ｔｉｌｔ）段階は、角度モーションを提供する。ロータリー（ｒｏｔａｒｙ）ステージは、また、ロータリーモーションを提供するために用いられうる。
【００７３】
図６Ａ及び６Ｂの参照を続けると、上記の一部で説明されるように、移動制御システム１０１００は、１以上の取り付けられたイメージャ１８の回転をジョイントの周りで可能にするように構成されることができ、ジョイントは、移動制御システム１０１００の部品及び／又は移動制御システム１０１００から隔てられた部品に取り付けられうる。一部の実施形態では、移動制御システム１０１００は、制御部材１０１１０のような制御部材と共にイメージャ１８及び／又はイメージャアームを、両眼ディスプレイユニット９に対して「ピッチ」又は「チルト」及び「ヨー」又は「パン」することを可能にするように設計されることができる。一部の実施形態では、両眼ディスプレイユニット９は、固定されうる一方で、１以上のイメージャ１８の「チルト」及び「ヨー」又は「パン」は、調整される。ピッチ又はヨーは、イメージャ１８が移動された後に、イメージャ１８が、手術部位上の中央にある視線を有することを可能にしうる。これは、医療プロフェッショナル又はアシスタントが医療処置時に閲覧角度を調整することを有利に可能にしうる。これは、医療プロフェッショナルが、視野を妨げる別の要素によって物体を直ぐに閲覧できない状況で有益となりうる。このような状況下では、医療プロフェッショナルは、イメージャ１８を移動することができ、同一の通常領域が異なる角度から閲覧されるように、イメージャの閲覧角度を調整することができる。
【００７４】
一部の実施形態では、移動制御システム１０１００（図６Ａに示されるように）に垂直な方向にイメージャ１８をピッチ及びヨーのゼロとして定義し（すなわち、図６Ａ）、移動制御システム１０１００は、それぞれ約±６０度の範囲内、それぞれ約±５０度の範囲内、それぞれ約±４０度の範囲内、それぞれ約±３０度の範囲内、それぞれ約±２０度の範囲内、又はそれぞれ約±１０度の範囲内の両眼ディスプレイユニット９に対するピッチ及びヨーの両方を可能にすることができる。一部の実施形態では、ピッチ及びヨーは、異なる調整範囲を有しうる。例えば、一部の実施形態では、ヨーは、約±４０度の調整範囲を有することができる一方で、ピッチは、ヨーの約４分の３、ヨーの約２分の１、ヨーの約４分の１又は１から０の他の比の調整範囲を有することができる。一部の実施形態では、ピッチは、約±２０度の調整範囲を有しうる。
【００７５】
ヨー及びピッチの調整範囲は、ｘ軸及びｙ軸両方に沿う完全な延伸での距離に対応しうる。例えば、一部の実施形態では、ピッチ及びヨーは、移動制御システム１０１００が任意の方向に完全に延伸されるとき、イメージャ１８が手術部位上の中央にあるままであるように、選択されうる。一部の実施形態では、イメージャ１８と手術部位との間の作業距離は、約±１７５ｍｍのｘ軸に沿う移動の範囲及び約±８７．５ｍｍのｙ軸に沿う移動の範囲で、約２００ｍｍでありうる。手術部位を中央にあるままにするために、ピッチ調整範囲は、±２０度であり、ヨー調整範囲は、±４０度でありうる。このように、完全な延伸が両方の方向に同一である必要はないため、ピッチ及びヨー調整範囲は、また、延伸の差を一致させるために異なりうる。作業距離が調整されうるような別の実施形態では、ピッチ及びヨー調整範囲は、移動制御システム１０１００が少なくとも１つの作業距離において任意の方向に完全に延伸されるとき、イメージャ１８が手術部位上の中央にあるままであるように、選択されうる。例えば、作業距離が約２００ｍｍから４００ｍｍの間で調整されうる実施形態では、ヨー及びピッチ調整範囲は、それぞれ約±２０度及び約±１０度であり、４００ｍｍの作業距離で中央に位置することを可能にする。
【００７６】
また、一部の実施形態では、イメージャ１８は、更に「負」の角度よりも「正」の角度で調整しうる。例えば、ヨーは、−５度から１５度の間で変動してもよい。
【００７７】
上記の一部で説明され、以下に更に詳細に説明されるように、一部の実施形態では、両眼ディスプレイユニット９に対するイメージャ１８のピッチ及び／又はヨーを増加又は減少させることは、制御部材１０１１０のような１以上の制御部材のピッチ及び／又はヨーを増加又は減少させることにより実現されうる。一部の実施形態では、制御部材１０１１０は、ステッパーモータ、リニアモータ等を用いて電子機械システムを介してピッチ及びヨーを提供するために、移動制御システム１０１００に電気的に結合されうる。例えば、制御部材１０１１０のジョイントは、制御部材１０１１０のピッチ及び／又はヨーを検出するための部品を含みうる。一部の実施形態では、制御部材１０１１０のジョイントは、制御部材１０１１０のピッチ及び／又はヨーを検出しうるジンバルでありうる。これらのセンサからの信号は、イメージャ１８のピッチ及び／又はヨーを調整するために、ステッパーモータ、リニアモータ等のような１以上の電子機械部品のような移動制御システムの他の部品を制御するために用いられうる。当業者に理解されるべきように、一部の実施形態では、移動制御システム１０１００は、ｚ軸のような他の軸に沿って回転を可能にするように構成されうる。一部の実施形態では、移動制御システム１０１００は、電子機械アシストなしで、移動制御システム１０１００と物理的に接続されうる。
【００７８】
また、一部の実施形態では、移動制御システム１０１００は、イメージャ１８と手術部位との間の作業距離を調整するように構成されうる。一部の実施形態では、両眼ディスプレイユニット９は、固定されたままであり、一方で、イメージャ１８の作業距離は、調整される。一部の実施形態では、作業距離は、約１ｍから約１０ｍｍ、約８００ｍｍから約５０ｍｍ、約６００ｍｍから約１００ｍｍ、又は約４００ｍｍから約２００ｍｍの間で変動しうる。一部の実施形態では、制御部材１０１１０は、ステッパーモータ、リニアモータ等を用いて１以上の電子機械部品を介して作業距離調整を提供するために、移動制御システムと電気的に結合されうる。例えば、制御部材１０１１０のジョイントは、長手軸の周りの制御部材１０１１０の回転を検出するための部品を含みうる。これらのセンサからの信号は、イメージャ１８のピッチ及び／又はヨーを調整するために、ステッパーモータ、リニアモータ等のような１以上の電子機械部品のような移動制御システムの他の部品を制御するために用いられうる。一部の実施形態では、移動制御システム１０１００は、電子機械アシストなしで、移動制御システム１０１００と物理的に接続されうる。
【００７９】
一部の実施形態では、移動制御システム１０１００は、イメージャ１８及び／又はイメージャアームを移動するための移動システム、イメージャ１８及び／又はイメージャアームのピッチ及び／又はヨーを調整するためのピッチ−ヨー調整システム、制御部材１０１１０のような制御部材、及びイメージャ１８が取り付けられうる１以上のイメージャアームを含みうる。一部の実施形態では、作業距離調整システムは、イメージャ１８及び／又はイメージャアームの作業距離の調整を可能にしうるように含まれうる。なお、移動システム、ピッチ−ヨーシステム及び／又は作業距離調整システムは、別々に又は組み合わせて用いられうることが当業者によって理解されるべきである。
【００８０】
移動、ピッチ−ヨーシステム及び／又は作業距離調整システムの操作は、制御部材１０１１０のような制御部材を用いて行われうる。一部の実施形態では、制御部材１０１１０は、移動、ピッチ−ヨーシステム及び／又は作業距離調整システムと動作可能に結合されうる。例えば、上述したように一部の実施形態では、制御部材は、移動、ピッチ−ヨーシステム及び／又は作業距離調整システムを制御するために電子機械システムに結合されうる。制御部材は、移動制御システム１０１００の部品に直接取り付けられうる、又は隔てて配置されうる（例えば、セパレートモジュール上のトグル又はジョイスティック）。一部の実施形態では、制御部材は、電子機械装置を用いないように、移動、ピッチ−ヨーシステム及び／又は作業距離調整システムに直接結合されうる。一部の実施形態では、オペレータは、電子機械装置あり又はなしで、移動、ピッチ−ヨーシステム及び／又は作業距離調整システムを制御することのオプションを与えられうる。例えば、オペレータは、処置の特定の部分について電子機械装置なしで、移動、ピッチ−ヨーシステム及び／又は作業距離調整システムを制御し、処置の他の部分において移動、ピッチ−ヨーシステム及び／又は作業距離調整システムを制御するためにこのような電子機械装置を用いることができる。別の例として、一部の実施形態では、移動制御システム１０１００の粗い制御は、電子機械装置を使用せずに実現されうる一方で、移動制御システム１０１００の精密な制御は、電子機械装置の使用により実現されうる、その逆、又は２つの組み合わせも実現されうる。
【００８１】
一部の実施形態では、移動制御システム１０１００は、電子機械装置の機能を制御する制御システムを含みうる。一部の実施形態では、電子機械部品は、電子機械構成部品が、移動、ピッチ−ヨーシステム及び／又は作業距離調整システムをオペレータの入力に基づいて特定の位置に向けるようにプログラムされうる。例えば、電子機械部品は、電子機械部品が、オペレータからのコマンドを受信すると、プリセットされた位置又は以前の位置へ戻るようにプログラムされうる。別の例として、電子機械部品は、オペレータがイメージャ１８について所望の位置を特定し、制御システムが所望の位置に移動、ピッチ−ヨーシステム及び／又は作業距離調整システムと結合される電子機械装置を制御するように、プログラムされうる。
【００８２】
図７を参照すると、一部の実施形態では、イメージャアーム１０１２０及びイメージャ１８は、イメージャ１８が患者の頭部の側に向けられるように取り付けられうる。例えば、一部の実施形態では、イメージャ１８は、ヨーク１０１２５を用いてイメージャアーム１０１２０に取り付けられ、ヨーク１０１２５は、イメージャ１８のピッチ、ヨー及び／又はロールの粗い及び／又は精密な制御を可能にするように設計されうる。一部の実施形態では、ヨーク１０１２５は、１以上の旋回軸を有し、１以上の旋回軸は、オペレータが頭部の側を閲覧しうるように手術室の床に平行な閲覧角度をイメージャ１８が有することを可能にするように構成されうる。一部の実施形態では、ヨーク１０１２５は、イメージャが頭部の後ろの部分に向けられるようにイメージャ１８が回転することを可能にするように構成されうる。
【００８３】
一部の実施形態では、イメージャ１８は、少なくとも２つの回転自由度及び／又は少なくとも１つの移動自由度を提供する移動制御システム１０１３０上に配置されうる。一部の実施形態では、移動制御システム１０１３０は、２つの回転自由度及び少なくともつの移動自由度を提供しうる。例えば、図８に示されるように、移動制御システム１０１３０は、移動制御システム１０１３０の軸１０１３５に沿って回転を可能にする、及び／又は軸１０１４０に沿って回転を可能にすることができる。また、図示される実施形態に示されるように、移動制御システムは、ｘ軸及びｙ軸の両方に沿って移動することが可能でありうる。一部の実施形態では、装置１０１３０は、少なくとも１つの移動自由度を提供しうる。
【００８４】
図示される実施形態に示されるように、移動制御システム１０１３０は、制御部材１０１４５のような１以上の制御部材を含みうる。制御部材１０１４５は、制御部材１０１４５の長手軸が軸１０１３５と平行及び／又は一直線上にあるように配置されうる。これは、制御部材１０１４５を回転することにより、イメージャ１８が軸１０１３５の周りを回転することを有利に可能にしうる。一部の実施形態では、制御部材１０１４５は、イメージャ１８と機械的に結合されうる。一部の実施形態では、制御部材１０１４５は、電子機械システムを介してイメージャ１８と結合されうる。例えば、制御部材１０１４５は、制御部材１０１４５の回転を検出するためのセンサを含み、ステッパーモータ、リニアモータ等のような電子機械部品を介してイメージャ１８を回転するためにセンサから受信されるデータを用いることができる。
【００８５】
図示される実施形態に示されるように、移動制御システム１０１３０は、回転可能に結合されうる第１のプレート要素１０１５０及び第２のプレート要素１０１５５を含みうる。第２のプレート要素１０１５５は、イメージャ１８が取り付けられうる第１及び第２の支持体１０１６０，１０１６５を含みうる。一部の実施形態では、第１及び第２のプレート要素１０１５０，１０１５５は、２つのプレート要素１０１５０，１０１５５の回転軸が軸１０１４０と平行及び／又は一直線上にあるように回転可能に結合されうる。
【００８６】
一部の実施形態では、制御部材１０１４５は、装置の移動を制御するための１以上のスイッチ及び／又はアクチュエータを含みうる。例えば、アクチュエータ１０１７０は、移動制御システム１０１３０がイメージャ１８を回転及び／又は移動するために操作されるように、装置１０１３０を解除することができる機構と結合されうる。一部の実施形態では、スイッチ及び／又はアクチュエータは、移動制御システム１０１３０を回転及び／又は移動するために電子機械システムと結合されうる。
【００８７】
ディスプレイのための光学系
図９Ａ−９Ｄは、ディスプレイ光学系１１００５の最後のレンズ１１０１５からの光を受け付ける接眼レンズ（図示せず）を通じてディスプレイ１１０１０の視界を提供するように構成される例示的なディスプレイ光学系１１００５を示す。ディスプレイ光学系１１００５は、外科医の両眼の入射瞳（ｅｎｔｒａｎｃｅ  ｐｕｐｉｌ）又はその近傍に出射瞳（ｅｘｉｔ  ｐｕｐｉｌ）を形成する。これらの入射瞳及び出射瞳は、例えば、サイズ及び形状がかなり一致される。一部の実施形態では、ディスプレイ光学系１１００５の出射瞳は、ディスプレイを閲覧するために用いられる接眼レンズの入射瞳と同じサイズ又はそれよりも小さいサイズでありうる。接眼レンズは、外科医の眼の入射瞳と（例えば、サイズ及び形状が）一致される出射瞳を形成する。一部の実施形態では、ディスプレイ光学系１１００５は、第１のレンズ素子１１０１２と最後のレンズ素子１１０１５との間の相対的に一定な断面を有するビームを生成するように構成され、ここで、当該断面は、相対的に小さい。有利には、これは、ディスプレイ光学系１１００５が、相対的に小さい又はコンパクトなパッケージに含まれることを可能にし、相対的に小さい光学素子を使用することを可能にする。一部の実施形態では、最後のレンズ１１０１５は、ディスプレイ光学系１１００５を出るビームをコリメートする。図１１Ａに示される光線のレンズ１１０１５の左への終端は、ディスプレイ光学系１１００５の出射瞳である。一部の実施形態では、ディスプレイ光学系１１００５の出射瞳は、ユーザがディスプレイ１１０１０を閲覧することを可能にするように構成される両眼閲覧アセンブリの入射瞳として、同じサイズ又はより小さくなるように構成され、同じ位置に配置される。
【００８８】
ディスプレイ光学系１１００５のレンズは、ユーザ及び両眼に対して好ましく配置される位置に入射瞳を形成することにより、ディスプレイの高度に色補正された視界を形成する。一重項及び結合レンズの組み合わせは、このような補正を提供する。ディスプレイ光学系１１００５は、小さいビームカラム又は光線束を維持しつつ、このような補正を提供するように設計されてもよく、これは、ミラーの追加及びコンパクトなパッケージの取得を許容する。各種実施形態では、歪みのない画像を生成することは、このような補正を提供するために、適切に設計されたこのようなレンズ群なしでは困難である。この補正は、色補正と共に歪み補正も含む。
【００８９】
ディスプレイ光学系１１００５は、有利には、相対的に小さく、コンパクトなレンズアセンブリが、相対的に大きなディスプレイ１１０１０の視界を提供することを可能にする。ディスプレイ光学系１１００５は、これに限定されないが、約０．８６インチ（２２ｍｍ）以下、少なくとも０．８６インチ（２２ｍｍ）及び／又は約１０インチ以下、少なくとも約１インチ及び／又は約９インチ以下、少なくとも約２インチ及び／又は約８インチ以下、又は少なくとも４インチ及び／又は約６インチ以下である対角線を有するディスプレイを含む、変更したサイズのディスプレイ１１０１０で動作するように構成されうる。ディスプレイは、一部の実施形態では、例えば、約５インチ又は約８インチの対角線を有してもよい。ディスプレイ光学系１１００５の総光学経路長は、約９インチ以下、少なくとも約９インチ及び／又は約２０インチ以下、少なくとも約１０インチ及び／又は約１９インチ以下、少なくとも約１４インチ及び／又は約１８インチ以下でありうる。ディスプレイ光学系１１００５は、レンズ、ミラー、プリズム及び光路に沿って光を方向付ける及び操作するように構成される他の光学素子を含みうる。ディスプレイ光学系１１００５は、プライマリディスプレイ、外科医ディスプレイ、アシスタントディスプレイ、可能な他のディスプレイ又はこれらの組み合わせと共に用いることができる。
【００９０】
図９Ａに示される例示的なディスプレイ光学系１１００５は、約１６．２インチ（４１２  ｍｍ）の総光学経路長を有する。これは、５インチのディスプレイ１１０１０の画像を提供するように構成される。ディスプレイ光学系１１００５は、経路に沿ってディスプレイ１１０１０からの光を方向付けるように構成されるレンズ１１０１２を含むことができ、ここで、ディスプレイ１１０１０からの光は、相対的に狭い断面を有する経路に沿って方向付けられる。各種実施形態では、ディスプレイから受け付けられる光は、例えば、レンズ１１０１２又はディスプレイに最も近いレンズによって、初めに、ビームサイズに実質的に低減され、より狭いビームが生成される。特定の実施形態では、例えば、レンズ１１０１２又はディスプレイに最も近いレンズは、２０°，２５°，３０°を超える角度（半角）で光を収集し、光のビームサイズを低減する。ディスプレイ光学系１１００５の素子を相対的に小さくかつコンパクトになることを可能にするため、この設計は、有利である。一部の実施形態では、ディスプレイ光学系１１００５のレンズ１１０１２の後の光学ビームの断面は、相対的に一定となるように構成されうる。この構成は、光学経路に存在する折り畳み又は再方向付けミラーを小さく維持することを可能にする。
【００９１】
図９Ｂは、一対の接眼レンズを通じてステレオディスプレイ１１０１０ａ，１１０１０ｂの視界を提供するように構成される両眼ディスプレイ光学系１１００５を示す。両眼ディスプレイ光学系１１００５は、図９Ａに示される光学設計に基づくことができ、レンズ１１０１２の前の光学経路の１以上の素子１１０１４を含むことができ、光学経路の長さを維持しつつ、光学系の物理サイズを低減する。これらの素子は、ディスプレイ１１０１０ａ，１１０１０ｂからレンズ１１０１２への光を再度方向付けるように構成されるミラー、プリズム、及び／又は他の光学素子を含みうる。一部の実施形態では、素子１１０１４は、光学経路を再度方向付け、ディスプレイ１１０１０ａ，１１０１０ｂからの光線を収束する湾曲ミラーを含む。一部の実施形態では、素子１１０１４は、光線の輻輳に実質的に影響を与えないが、光学経路を再度方向付ける（例えば、平坦な反射面を有する）ミラー又はプリズムを含む。一部の実施形態では、例えば、ミラーのような反射面上のビーム入射の形状のため、ミラーの反射面又は断面は、非円形であり、例えば、楕円である。よって、各種実施形態では、ミラー又は他の反射面の断面は、別の、例えば、直交方向よりも長い方向となる可能性がある。これらの素子は、よりコンパクトなシステムに提供するために光学経路を折り曲げてもよい。このようなシステムは、したがって、ディスプレイから接眼レンズへの、それらの組み合わせの閲覧プラットフォームの長さ及び／又は幅よりも長い光学経路長を有してもよい。
【００９２】
一部の実施形態では、ディスプレイ光学系１１００５は、少なくとも４つのミラー又は４以下のミラーを含みうる。特定の実施形態では、２つのミラーは、ディスプレイ１１０１０から出射瞳への光学経路を折り曲げるために用いられ、２つの見らは、第１のレンズ１１０１２とディスプレイ１１０１０との間に配置される。一部の実施形態では、ディスプレイ光学系１１００５は、少なくとも４つのレンズ又は４以下のレンズを含む。
【００９３】
図９Ｃに示されるディスプレイ光学系１１００５は、約１８．７インチ（４７５ｍｍ）の総光学経路長を有する。これは、８インチのディスプレイ１１０１０の画像を提供するように構成される。ディスプレイ光学系１１００５は、経路に沿ってディスプレイ１１０１０からの光を方向付けるように構成されることができ、ここで、ディスプレイ１１０１０からの光は、相対的に狭い断面を有する経路に沿って方向付けられ、ディスプレイ光学系１１００５を相対的に小さくかつコンパクトにすることを可能にする。一部の実施形態では、（例えば、両眼閲覧アセンブリへの入口前の出射瞳への）ディスプレイ光学系１１００５のレンズ１１０１２の後の光学ビームの断面は、相対的に一定となるように構成されうる。この構成は、光学経路に存在する折り曲げ又は再度方向付けミラーを小さく維持することを可能にする。ディスプレイ光学系１１００５は、相対的に高い解像度を有するディスプレイ１１０１０と共に使用されるように構成されうる。
【００９４】
図９Ｄに示されるディスプレイ光学系１１００５は、約９．３インチ（２３７ｍｍ）の総光学経路長を有する。これは、この場合、０．９インチ（２２ｍｍ）の小さなディスプレイ１１０１０の画像を提供するように構成される。当該ディスプレイが、図９Ａ−９Ｃに関連して説明された実施形態のディスプレイよりも小さいため、光学経路は、より短くなり、小さなスペースに適合する。ディスプレイ光学系１１００５は、経路に沿ってディスプレイ１１０１０からの光を再度方向付けるように構成されることができ、ここで、ディスプレイ１１０１０からの光は、相対的に狭い断面を有する経路にそって方向付けられ、ディスプレイ光学系１１００５を相対的に小さくかつコンパクトにすることを可能にする。一部の実施形態では、ディスプレイ光学系１１００５のレンズ１１０１２の後の光学経路の断面は、相対的に一定となるように構成されうる。この構成は、光学経路に存在する折り曲げ又は再度方向付けミラーを小さく維持することを可能にする。相対的に短い光学経路長に少なくとも部分的に基づいて、ディスプレイ光学系１１００５は、第２のディスプレイ又はアシスタントディスプレイと共に用いられるように構成されうる。
【００９５】
図１０Ａ−１０Ｇは、ディスプレイ１１３１０の視界を提供するように構成される例示的なディスプレイ光学系１１３００を示し、ディスプレイ光学系１１３００は、出射瞳１１３０５を有し、ここで、閲覧アセンブリハウジング１１３１５と交差する光路は、バッフル又はアパーチャ１１３２０を通じて低減又は排除され、バッフルは、アパーチャを有するパネルを含む。図１０Ａは、ディスプレイ１１３１０から出射瞳１１３０５への光を方向付けるように構成される他の光学素子と共に、ディスプレイ１１３１０を含むディスプレイ光学系１１３００の例示的な実施形態を示す。光路は、黒線でトレースされ、ディスプレイ１１３１０から出射瞳１１３０５への光路の束の末端を示す。図１０Ｂは、一例の閲覧アセンブリハウジング１１３１５に置かれるようなこの同一のディスプレイ光学系１１３００を示す。ディスプレイ光学系１１３００がこのように構成されるとき、ディスプレイ１１３１０からの光１１３２０の部分は、ハウジング１１３１５の外側に有り、これは、経路に沿うハウジングの側壁に反射及び／又は散乱される光を、出射瞳１１３０５に導く。これは、例えば、コントラストを低減することによる、接眼レンズで閲覧されるディスプレイ１１３１０の画像の質の劣化のような望まれない結果を招く。ディスプレイ光学系１１３００は、出射瞳１１３０５で、コリメートされたビームを提供するように構成され、対物レンズ及び接眼レンズを含む両眼閲覧アセンブリは、閲覧アセンブリハウジング１１３１５に一致し、ディスプレイ１１３０を閲覧する。
【００９６】
一部の実施形態では、１以上のバッフル又はアパーチャ１１３２５は、ディスプレイ光学系１１３００に組み込まれ、ハウジング１１３１５と交差する光の量を低減又は排除する。アパーチャは、接眼レンズにより側壁の視界を低減するように配置され、それにより、側壁で反射される、収集された光を低減する。図１０Ｃは、アパーチャのないディスプレイ光学系１１３００の一例の実施形態を示す。ディスプレイ光学系は、閲覧アセンブリ内の光路を再度方向付けるためのミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３及びＭ４を含む。ミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３及びＭ４は、航路を折り曲げ、ディスプレイ光学系１１３００は、小さいフットプリントを有するよりコンパクトなハウジングに含まれることができる。また、各種実施形態では、ミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３及びＭ４は、アーム上のハウジングを支持するように構成されるサポーティングカラムの周りの光学経路ラップ（ｏｐｔｉｃａｌ  ｐａｔｈ  ｗｒａｐｓ）を折り曲げる。各種実施形態では、カラムは、電気信号、電力及び照明ファイバのための導管である。例えば、ＦＰＧＡ等を有する電子基板は、ディスプレイの上部に配置されうる。（例えば、ＭＩＰＩ２信号）の信号インテグリティ（ｓｉｇｎａｌ  ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）が、短いケーブルルーティングで維持されうるため、このような構成は、有益である。その周りに光学経路が包まれるサポートカラムに対する開口部１１３０７は、図１０Ｂで見られる。ディスプレイ光学系は、ディスプレイ１１３１０から出射瞳１１３０５への経路に沿って光路を形成（例えば、コリメート）するために、レンズチューブＬ１のレンズを含む。レンズチューブＬ１は、ディスプレイ１１３１０から出射瞳１１３０５へほぼ全ての光伝達を含む相対的に狭い光学経路を維持するために用いられうる。図１０Ｄは、ミラーＭ４とディスプレイ１１３１０との間に追加されるアパーチャ１１３２５を有する図１０Ｃからのディスプレイ光学系１１３００の例示的な実施形態を示す。図１０Ｅは、ミラーＭ３とデ最後のミラーＭ４との間に追加されるアパーチャ１１３２５を有する図１０Ｃからのディスプレイ光学系１１３００の例示的な実施形態を示す。図１０Ｆは、レンズチューブＬ１とミラーＭ３との間に追加されるアパーチャ１１３２５を有する図１０Ｃからのディスプレイ光学系１１３００の例示的な実施形態を示す。
【００９７】
図１０Ｇは、レンズチューブＬ１とミラーＭ３との間、ミラーＭ３とミラーＭ４との間、及びミラーＭ４とディスプレイ１１３１０との間の、図１０Ｄから１０Ｆに示される全ての位置で追加されるアパーチャ１１３２５を有する、図１０Ｃからのディスプレイ光学系１１３００の例示的な実施形態を示す。この構成の性能のシミュレーションは、望まれない光、例えばハウジング１１３１５の内部ハウジングから反射又は散乱された後に到達する光の放射強度が約３．６倍低減されたが、ディスプレイ１１３１０からの出射瞳１１３０５での放射強度は、放射強度の変化が１０％未満であることを実質的に意味するほぼ一定に保持されたままであることを示している。
【００９８】
一部の実施形態では、ディスプレイ光学系１１３００は、少なくとも４つのバッフル又は４つ以下のバッフルを含みうる。特定の実施では、４つのバッフルは、第１のレンズとディスプレイ１１３１０との間の光学経路に含まれうる。一部の実施では、２つのミラーは、、第１のレンズとディスプレイ１１３１０との間の光学経路に含まれうる。一部の実施形態では、光学経路は、ディスプレイ１１３１０から、第１のバッフル、第１のミラー、第２のバッフル、第２のミラー及び第１のレンズの前のだい３のバッフルの順で含まれうる。
【００９９】
一部の実施形態では、ディスプレイは、例えば、投影ディスプレイ又は高解像度（例えば、３００ｐｐｉを超える）の最新のフレキシブルＬＣＤ又はＯＬＥＤディスプレイののいずれかの湾曲面であることができる。湾曲ディスプレイは、以下の２つの利点を提供する。ディスプレイのための画像化光学系は、フラットパネルよりも複雑さが低減される、及びディスプレイの各ピクチャエレメントの円錐又は開口数は、閲覧光学系及びディスプレイの周辺に向かって方向付けられることができ、それにより、口径食（ｖｉｇｎｅｔｔｉｎｇ）を受けにくい輝いた画像を提供する。
【０１００】
一部の実施形態では、ディスプレイは、単一のバックライトを有する２又はそれ以上の透過型ディスプレイを備える立体ディスプレイであることができ、ここで、透過型ディスプレイパネルは、外科医の焦点の異なる平面を提供するために積層される。透過型ディスプレイは、アクティブマトリクス液晶ディスプレイ（ａｃｔｉｖｅ  ｍａｔｒｉｘ  ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｄｉｓｐｌａｙｓ（“ＡＭＬＣＤ”））又は他のタイプの透過型ディスプレイでありうる。バックライトは、蛍光性ランプ、ＬＥＤのまた他の適切な光源でありうる。異なる焦点面に位置付けられるディスプレイを有することにより、異なる焦点面からの画像データは、データを複数の焦点面から単一の画像へ組み合わせるシステムと比べて、相対的に少ない画像処理及び／又は圧縮で外科医に提示されてもよい。一部の実施形態では、多数のカメラは、変化する深さ又は変化する焦点距離を有して位置付けられ、異なる焦点面におけるディスプレイは、表示された画像内の特徴の位置を識別する際に外科医を補助する表示を形成するために、異なる深さに位置付けられる又は焦点合わせされるカメラからの画像データを表示するように構成される。
【０１０１】
ディスプレイは、オーバーレイ、術前ＣＴ、ＭＲ又は例えば、従来の手術ナビゲーションシステム（例えば、Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ  ＳｔｅａｌｔｈＳｔａｔｉｏｎ  又はＴｒｅｏｎ，  Ｓｔｒｙｋｅｒ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ，又はＢｒａｉｎｌａｂ）からの他の３Ｄ画像データセットとして示すことができる。各種実施形態では、画像に加えて、ディスプレイは、数値データ及び／又はテキストを提供することができる。例えば、各種実施形態では、ディスプレイは、距離又はツール測定、透明ツールレンダリング、カメラ認識情報（例えば、特定の光学センサに起因する合成画像の位置が、その部位の周囲の境界の認識を生成してもよい）、上下方向、経過時間、及び／又は手術において前回からの１以上の光学センサからのキャプチャされた１以上のスチール画像のような情報をオーバーレイすることができる。トラッキングシステムは、従来の手術ナビゲーションシステムに５−ＤＯＦ（ｄｅｇｒｅｅｓ  ｏｆ  ｆｒｅｅｄｏｍ）又は６−ＤＯＦ位置及び方向情報を提供することができる。他の情報、グラフィック、英数字又は他のものが提供されうる。
【０１０２】
ツール画像は、広い視界の画像に対して拡大されることができ、画像スケーリングの変化は、手術具が内及び外に移動すると、発生する。一部の実施形態では、ディスプレイの実施形態のためのビジュアルメタファーは、小さな領域で検査及び作業を行うためのハンドヘルド拡大眼鏡のものであり、一方で、状況認識を提供するために視野のより周辺の領域において低倍率（必要な場合）で大きなワークピースを見る。手術具の画像は、例えば、背景画像に重畳されることができ、それにより、背景画像の一部をブロックすることができる。各種実施形態では、手術具の画像は、ステレオであってもよい。
【０１０３】
一部の実施形態では、蛍光情報が表示されうる。赤外のような異なる波長で撮像するカメラは、手術部位又はそこに含まれる物体を撮像することができる。一部の実施形態では、例えば、蛍光物質を注入し、蛍光を誘起する光で領域を照射することにより、構成は、蛍光からなりうる。このような技術は、腫瘍等のような対象の特定の構成の位置及び／又は境界を識別及び／又は強調するために有益である。蛍光又は対象の他の波長は、手術用顕微鏡視界を提供する１以上のカメラのような手術野を画像化する１以上のカメラにより検出されてもよい。一部の実施形態では、蛍光又は対象の他の波長により生成される画像は、他のカメラからの１以上の画像に重ね合わせられる。フィルタリングは、望まれない波長を除去し、可能であればコントラストを増加させるために提供されうる。フィルタは、励起光を除去しうる。一部の実施形態では、放出画像コンテンツ（例えば、蛍光組織）は、放出しない（例えば、蛍光ではない組織）画像コンテンツに解析及び重ね合わせられうる。蛍光波長が不可視である（例えば、赤外の蛍光発光）ような各種実施形態では、蛍光コンテンツの人口色演出は、蛍光発光する組織を可視化するように、実際の蛍光色に置き換えて用いられうる。
【０１０４】
本開示に記載される実施の各種変更は、当業者にとって明らかであり、本明細書に定義される一般原理は、本開示の趣旨又は範囲を逸脱しない限り他の実施に適用されてもよい。よって、特許請求の範囲は、本明細書に示される実施に限定されることを意図するものではないが、本開示、本明細書に開示される原理及び新規な構成と一致する最も広い範囲と合致するものである。
【０１０５】
別々の実施形態の文脈において本明細書で説明された特定の構成は、単一の実施形態と組み合わせて実施されることもできる。その逆に、単一の実施形態の文脈で説明される各種構成は、別々の複数の実施形態又は任意の適切なサブコンビネーションで実施されてもよい。また、構成は、特定の実施形態で機能するように上記で説明され、このように初めにクレーム化されているが、クレーム化された組み合わせからの一又はそれ以上構成は、一部の場合には、組み合わせから削除されることができ、クレーム化された組み合わせは、サブコンビネーション又はサブコンビネーションのバリエーションに関するものであってもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１０Ｇ】
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