【手続補正書】
【提出日】平成29年6月21日(2017.6.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジャイロスコープ、複数の加速度計、および磁力計を有する第１の慣性測定ユニット（ＩＭＵ）と、
前記第１のＩＭＵに通信可能に結合された制御装置であり、複数の手術器具の予めロードされたコンピュータ支援設計モデルおよびコンピュータ支援設計表面モデルの少なくとも一方を有するソフトウェアを含む、制御装置と、
ジャイロスコープ、複数の加速度計、および磁力計を有する第２のＩＭＵと、
前記第１のＩＭＵおよび前記第２のＩＭＵに通信可能に結合された第１の信号受信機と、
を備えた、手術ナビゲーションシステム。
【請求項２】
前記第１のＩＭＵが、少なくとも３つのジャイロスコープ、少なくとも３つの加速度計、および少なくとも３つの磁力計を具備した、請求項１に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項３】
前記第１のＩＭＵが、単一の回路基板および複数の回路基板の少なくとも一方を備えた、請求項１に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項４】
前記第１のＩＭＵが、当該第１のＩＭＵの位置および配向を算出するように動作する、請求項１に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項５】
前記第１のＩＭＵが、互いに垂直な３つの方向の位置および配向の計算を可能とする相対速度および時間を出力する、請求項１に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項６】
前記第１のＩＭＵが、前記３つのジャイロスコープ、前記３つの加速度計、および前記３つの磁力計から、少なくとも２１個の数値出力を生成するように動作する、請求項２に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項７】
前記３つのジャイロスコープ、前記３つの加速度計、前記および３つの磁力計が、統合センサ基板の第１の検知モジュールを備え、前記統合センサ基板が、それぞれ３つの加速度計および３つのジャイロスコープを備えた第２および第３の検知モジュールも具備した、請求項６に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項８】
前記第１のＩＭＵが、少なくとも３つの軸について、空間の回転変化を測定する複数の角運動量センサを具備した、請求項１に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項９】
前記少なくとも３つの磁力計がそれぞれ、３次元座標系内の空間点における印加磁界に比例した電圧を出力するように構成された、請求項２に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項１０】
前記少なくとも３つの磁力計のうちの第１が、Ｘ、Ｙ、およびＺ方向の第１の位置における印加磁界に比例した電圧を出力するように構成されており、
前記少なくとも３つの磁力計のうちの第２が、Ｘ、Ｙ、およびＺ方向の第２の位置における印加磁界に比例した電圧を出力するように構成されており、
前記少なくとも３つの磁力計のうちの第３が、Ｘ、Ｙ、およびＺ方向の第３の位置における印加磁界に比例した電圧を出力するように構成された、請求項９に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項１１】
前記少なくとも３つの磁力計がそれぞれ、局所または環境磁界を基準として用いることにより、磁北からの配向逸脱を決定する、請求項９に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項１２】
前記少なくとも３つの磁力計から出力された前記電圧への校正アルゴリズムの適用によって、磁界歪みを捉える、請求項９に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項１３】
前記第１のＩＭＵが、再充電可能なエネルギー蓄積装置を具備した、請求項１に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項１４】
前記第１のＩＭＵが、複数の検知モジュールを具備しており、それぞれが、信号調整回路およびアナログ・デジタル変換器に通信可能に結合された、請求項１に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項１５】
前記第１のＩＭＵが、複数の検知モジュールを具備しており、それぞれが、マイクロコントローラおよび無線送信機に通信可能に結合された、請求項１に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項１６】
前記マイクロコントローラが、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）対応である、請求項１５に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項１７】
前記第１のＩＭＵおよび前記第２のＩＭＵがそれぞれ、前記第１の信号受信機が利用していずれのＩＭＵから前記信号を受信しているか識別する一意の識別番号を含む、請求項１に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項１８】
前記第１の信号受信機が、前記第１のＩＭＵおよび前記第２のＩＭＵから実時間で信号を受信する、請求項１に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項１９】
前記第１の信号受信機が、受信ＩＭＵデータを用いて、前記第１のＩＭＵおよび前記第２のＩＭＵそれぞれの位置を連続的に算出する、請求項１８に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項２０】
前記第１のＩＭＵが、異なっている磁力計が磁北の方向に関する異なるデータを提供している場合、追跡アルゴリズムが磁力計データを使用することを一時的に不可とするようにプログラムされた、請求項１に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項２１】
前記第１のＩＭＵが、取り付けられた手術器具を識別するようにプログラムされた、請求項１に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項２２】
前記第１のＩＭＵが、前記手術器具の一意の印を利用するように構成された、請求項２１に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項２３】
前記一意の印が、電気スイッチパターンおよび電気コンタクトグリッドの少なくとも一方を含む、請求項２２に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項２４】
前記予めロードされたコンピュータ支援設計モデルおよび前記コンピュータ支援設計表面モデルの少なくとも一方が、前記複数の手術器具それぞれの外部寸法を含む、請求項１に記載の手手術ナビゲーションシステム。
【請求項２５】
前記予めロードされたコンピュータ支援設計モデルおよび前記コンピュータ支援設計表面モデルの少なくとも一方が、Ｘ方向の長さ、Ｙ方向の幅、およびＺ方向の高さ、ならびに各方向における前記長さ、前記幅、および前記高さの変化の様子を含む、請求項１に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項２６】
前記制御装置が、前記ジャイロスコープおよび前記複数の加速度計からのデータを使用するとともに、前記第１のＩＭＵが取り付けられた手術器具に関する位置および配向情報を定めるようにプログラムされた、請求項１に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項２７】
第１の手術器具をさらに備えた、請求項１に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項２８】
前記第１の手術器具が、当該第１の手術器具を他の異なる手術器具から識別する一意の印を含む、請求項２７に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項２９】
前記一意の印が、電気スイッチパターンおよび電気コンタクトグリッドの少なくとも一方を含む、請求項２８に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項３０】
前記第１の手術器具が、単一の配向および位置のみで前記第１のＩＭＵに取り付けられるように構成された、請求項２８に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項３１】
前記第１の慣性測定ユニットが、ｖｏｎ  Ｍｉｓｅｓ−Ｆｉｓｈｅｒ密度アルゴリズムとともにシーケンシャルモンテカルロ法を利用するようにプログラムされた、請求項１に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項３２】
前記ジャイロスコープおよび前記複数の加速度計が、第１のジャイロデータセットおよび複数の加速度データセットを生成するように構成された、請求項１に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項３３】
前記第１のジャイロデータセットが、３つの垂直軸を捉える、請求項３２に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項３４】
前記複数の加速度データセットが、３つの垂直軸を捉え、前記複数の加速度データセットがそれぞれ、前記３つの垂直軸の個々を捉える、請求項３２に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項３５】
前記第１の慣性測定ユニットが、複数の磁界データセットを生成するように構成された複数の磁力計を具備した、請求項１に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項３６】
前記複数の磁界データセットが、３つの垂直軸を捉え、前記複数の磁界データセットがそれぞれ、前記３つの垂直軸の個々を捉える、請求項３５に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項３７】
前記第１の慣性測定ユニットが、磁力計を具備しており、位置データの生成に利用されるＸ、Ｙ、Ｚ軸に関する第１のジャイロデータセット、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸に関する第１の加速度データセット、およびＸ、Ｙ、Ｚ軸に関する第１の磁界データセットを生成するように構成された、請求項１に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項３８】
前記第１のジャイロデータセット、前記第１の加速度データセット、および前記第１の磁界データセットを用いることにより、第１の配向のｖｏｎ  Ｍｉｓｅｓ−Ｆｉｓｈｅｒ密度の所定の分散係数によって、中立位置周りのＮ個の粒子の第１の集合を生成するように構成されたソフトウェアを含み、各粒子が、前記位置データの生成の一部として、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸周りの４つ組形態の配向を表す、請求項３７に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項３９】
前記粒子が、同じ確率密度空間から引き出された独立かつ一様分布したランダム変数の集合を含む、請求項３８に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項４０】
前記粒子が、観測配向の統計学的に制約された変形である、請求項３８に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項４１】
前記ソフトウェアが、前記第１の加速度データセットおよび前記第１の磁界データセットを用いて、前記第１の慣性測定ユニットの第１の配向を推定するように構成された、請求項３８に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項４２】
前記第１の配向の推定が、前記第１の慣性測定ユニットの傾きの把握を含む、請求項４１に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項４３】
前記傾きが、前記第１の加速度データセットによって決まる、請求項４２に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項４４】
前記ソフトウェアが、前記第１の慣性測定ユニットの前記傾きを用いて、前記第１の磁界データセットを数学的に補正するように構成された、請求項４３に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項４５】
前記第１の配向の推定が、前記第１の加速度データセットおよび前記第１の磁界データセットを用いた前記第１の慣性測定ユニットの前記第１の配向の推定を含む、請求項４１に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項４６】
前記第１の慣性測定ユニットの前記第１の配向の推定が、ガウス・ニュートン最適化法を使用する、請求項４５に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項４７】
前記第１の慣性測定ユニットの前記第１の配向の推定が、前記第１の加速度データセットおよび前記第１の磁界データセットからの傾きおよび進行データの許容誤差範囲内の傾きおよび進行を用いた配向の反復的決定を含む、請求項４５に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項４８】
前記ソフトウェアが、前記中立位置の前記Ｎ個の粒子の第１の集合を回転させることにより、前記第１の配向推定値を用いた平均を中心に置くように構成された、請求項４１に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項４９】
前記ソフトウェアが、前記第１のジャイロデータセットを用いて、前記Ｎ個の粒子の第１の集合を先行して推定するように構成された、請求項４１に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項５０】
前記ソフトウェアが、前記先行推定したＮ個の粒子の第１の集合からの２つの４つ組について、一方のみが残るまで反復的に補間することにより、前記先行推定したＮ個の粒子の第１の集合を平均化するように構成された、請求項４９に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項５１】
前記第１の慣性測定ユニットが、位置データの生成に利用されるＸ、Ｙ、Ｚ軸に関する第２のジャイロデータセット、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸に関する第２の加速度データセット、およびＸ、Ｙ、Ｚ軸に関する第２の磁界データセットを生成するように構成された、請求項３８５に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項５２】
前記ソフトウェアが、前記第２のジャイロデータセット、前記第２の加速度データセット、および前記第２の磁界データセットを用いることにより、第２の配向のｖｏｎ  Ｍｉｓｅｓ−Ｆｉｓｈｅｒ密度の所定の分散係数によって、中立位置周りのＮ個の粒子の第２の集合を生成するように構成されており、各粒子が、前記位置データの生成の一部として、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸周りの４つ組形態の配向を表す、請求項５１に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項５３】
前記ソフトウェアが、前記第１の慣性測定ユニットの第２の配向を前記第１の配向と比較するように構成された、請求項５２に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項５４】
前記比較が、第１の状態からの前記Ｎ個の粒子の第１の集合の先行推定による前記Ｎ個の粒子の第１の集合に対する、第２の状態からの前記Ｎ個の粒子の第２の集合の比較を含む、請求項５３に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項５５】
前記比較が、前記先行推定行為による前記Ｎ個の粒子の第１の集合に最も近い前記Ｎ個の粒子の第２の集合をより重視する加重精度を含む、請求項５４に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項５６】
前記比較が、前記Ｎ個の粒子の第２の集合からの特定の低加重粒子の除外を含む、請求項５５に記載の手術ナビゲーションシステム。
【請求項５７】
前記ソフトウェアが、中立位置周りのＮ個の粒子の後続集合の生成を繰り返すとともに、過去状態からのＮ個の粒子の過去集合の先行推定による前記Ｎ個の粒子の過去集合に対する、後続状態からの前記Ｎ個の粒子の後続集合の比較によって、現在の観測配向を直近の配向予測に基づく配向の計算と比較するように構成された、請求項５２に記載の手術ナビゲーションシステム。