JP2010516401A - 解剖学的構造及び神経モニタリング情報の統合表示のための方法と装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、一体型手術ナビゲーション神経モニタリングシステムに関する。一体型システムは、患者の解剖学的構造の視覚化物に関連させて器具のリアルタイム視覚化を提供している。一体型システムは、更に、神経モニタリング情報を取得し、同情報を患者の解剖学的構造の視覚化物に組み込む。一体型システムは、更に、神経伝導情報の様な神経学的情報を、解剖学的構造及び器具の位置情報と統合して、神経完全性の変化を評価し、治療方針を発展させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一体型手術ナビゲーション神経モニタリングシステムに関する。

外科手術、特に、神経に関係した手術では、外科医は、手術道具又はプローブを並進移動させ、位置決めする際に、しばしば手術ナビゲーションシステムの支援を受ける。従来の手術ナビゲーションシステムでは、患者の解剖学的構造の術前レンダリングに対する手術道具の位置情報を提供するために、反射体及び／又はマーカーが用いられている。しかしながら、手術ナビゲーションシステムは、神経構造の完全性又は当該神経構造に対する手術道具の近接性を判断するための神経モニタリング機能を果たしてはいない。他方、神経完全性モニタリング及び神経診断システムは、電気刺激を用いて神経の所在位置を確認し、神経学的障害を予測し神経構造全体の健全性を評価するように設計されている。しかしながら、神経完全性モニタリングシステムは、視覚的ナビゲーション支援を提供してはいない。更に、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）及び磁気共鳴法（ＭＲ）撮像システムの様な従来の撮像システムは、解剖学的及び機能的画像を提供するが、神経モニタリング又は手術ナビゲーション情報を提供してはいない。従って、外科医が手術道具又はプローブを操縦するのを視覚的に支援することができると共に、神経構造に対する手術道具の近接性、神経構造の完全性、及び神経構造全体の健全性と機能を評価するため神経モニタリングを行うことのできる、一体型神経モニタリング手術ナビゲーション撮像システムが必要とされている。外科医が、手術術式と治療計画を特注設計するのを支援するため、神経構造健全性を術前、術中、及び術後に評価することのできる様なシステムを有するのが更に望ましい。

本開示の１つの態様では、患者の解剖学的構造を評価する方法が開示されている。本方法は、第１位置と第２位置で解剖学的構造の画像を取得する段階と、第１位置と第２位置の解剖学的構造を有する神経学的情報を取得する段階と、を含んでいる。本方法は、更に、神経学的情報の視覚化物を含んでいる、第１位置と第２位置の解剖学的構造の表示を示す段階を含んでいる。本発明のもう１つの態様によれば、本開示は、脊椎の状態を評価するための方法に着眼している。本方法は、脊椎運動中に画像データを捕捉する段階と、脊椎運動中に神経学的情報を取得する段階を含んでいる。方法は、更に、脊椎運動の解剖学的表示を示す段階と、脊椎運動の解剖学的表示を有する取得された神経学的情報のグラフィック表示を示す段階を含んでいる。

別の態様によれば、本開示は、患者の解剖学的構造に対する神経学的プローブのリアルタイムでの視覚化を提供する表示を閲覧する段階と、神経学的プローブを用いて、神経から神経学的情報を取得する段階を備えている、手術方法に着眼している。本方法は、更に、リアルタイム視覚化と取得された神経学的情報から、神経の所在位置を識別する段階と、その所在位置とそこから取得された神経学的情報から、当該神経に対する治療法を確定する段階を備えている。

本開示の別の態様によれば、一体型手術ナビゲーション神経モニタリングシステムは、モニターと、患者の解剖学的構造の地理的表示を表示するようにプログラムされているコンピュータを含んでいる。コンピュータは、更に、患者の解剖学的構造に対する神経学的プローブの動きを追跡し、神経学的プローブ位置の表示を含めるよう地理的表示を更新するようにプログラムされている。コンピュータは、更に、神経学的プローブ位置で神経学的情報を取得し、神経学的プローブ位置で取得された神経学的情報の表示を含めるように地理的表示を更新するようにプログラムされている。本発明の、上記及びこの他の態様、形態、目的、特徴、及び利点は、以下の詳細な図面及び説明から明らかになるであろう。

一体型手術ナビゲーション神経モニタリングシステムの絵図である。 図１の一体型手術ナビゲーション神経モニタリングシステムが組み込まれた手術室の絵図である。 図１の一体型手術ナビゲーション神経モニタリングシステムのブロック図である。 図１−図３の一体型手術ナビゲーション神経モニタリングシステムにより表示されたＧＵＩの正面図である。 図４に示したＧＵＩの一部分の正面図である。 図１−図３の一体型手術ナビゲーション神経モニタリングシステムと共に使用される無線器具追跡システムのブロック図である。 本開示の１つの態様による手術用プローブの側面図である。 本開示の１つの態様による、電気刺激を印加することができるコードレス開創器の側面図である。 本開示の１つの態様による、電気刺激を印加することができるコード付き開創器の側面図である。 本開示の１つの態様による、電気刺激を印加することができるコードレス骨用ねじ回しの側面図である。 本開示の別の態様による、電気刺激を印加することができる手術用タップの側面図である。 本開示の別の態様による、手術用プローブの側面図である。 図１２の手術用プローブの、線１３−１３に沿う断面図である。 図１２−図１３に示されている手術用プローブの端面図である。 本開示の１つの態様による、解剖学的構造に対する器具の近接性を信号送信するステップを説明しているフローチャートである。 本開示の１つの態様による、技術リソースにアクセスし、同リソースを公開する段階を説明しているフローチャートである。 本発明の１つの態様による、神経構造の完全性を確定する段階を説明しているフローチャートである。

本開示は、概括的には、神経に関係した手術の分野に関し、より厳密には、手術ナビゲーションと神経モニタリングを一体化したシステムと方法に関する。発明の原理の理解を促すことを目的として、これより図面に示す実施形態又は実施例を参照してゆくが、それらを説明するのに特定の用語を使用することになる。しかしながら、これにより本発明の範囲に制限を加える意図は何ら無いものと理解頂きたい。説明されている実施形態の修正及び更なる変更、及びここに説明されている本発明の原理の更なる応用は、どの様なものであれ、本開示が関係する分野の当業者であれば普通に想起されるものと考えられる。

図１には、手術ナビゲーション及び神経モニタリング情報の共生的表示のための装置が示されている。一体化された画像ベースの手術ナビゲーション神経モニタリングシステム１０は、外科医が、器具１４の軌跡を生成してモニター１２上に表示することができるようにしており、この器具１４は、患者の解剖学的構造の視覚化物に関連した神経学的情報の取得をやり易くすることができる手術器具であるのが望ましい。１つ又はそれ以上の事前に取得された画像１６を表しているデータが、コンピュータ１８に給送される。コンピュータ１８は、検出器２０を利用して、器具１４の位置をリアルタイムで追跡する。コンピュータ１８は、次に、器具１４の位置をリアルタイムで登録し画像１６で表示する。器具１４の軌跡を表すアイコンが、事前取得画像１６上に重ねられ、モニター１２に表示される。外科医からのコマンドがあれば、器具１４のリアルタイム軌跡をコンピュータ１８に記憶させることができる。このコマンドにより、更に、外科医のコマンドが発令された時のディスプレイ１２上の器具の軌跡を表す新しい静止アイコンが作成される。外科医には、追加のコマンドを発令するという選択肢があり、デフォルトで、コマンド発令毎に、リアルタイムの軌跡が記憶され、新しい静止アイコンが作成される。外科医は、このデフォルトをオーバーライドし、静止アイコンを表示させないように選定することができる。外科医には、更に、リアルタイムの及び記憶された器具の軌跡を使用して、多くの幾何学的測定を実行するという選択肢もある。

患者の解剖学的構造に対する器具１４の軌跡を表示及び記憶することに加え、コンピュータシステム１８は、更に、ディスプレイ１２に表示されている患者の解剖学的構造の視覚化物を、患者から取得した神経学的情報を表す標識を用いて更新する。後でより詳細に説明するが、神経学的標識としては、或る特定の解剖学的構造の色分け、それらの事前取得画像又は視覚化物に重ね置かれるテキスト的又はグラフィック的注釈、又は他の識別用マーカーが挙げられる。患者の解剖学的構造の視覚化物を指すものとして、ここでは、事前取得画像、１つ又はそれ以上の事前取得画像から導出されたグラフィック表示、アトラス情報、又はそれらの組み合わせが挙げられる。

図２には、画像ベースの手術ナビゲーション神経モニタリングシステム１０が組み込まれた手術室２２が示されている。患者２４が、台２６の上に寝かされた状態でＣ型アーム撮像装置２８内に置かれると、患者２４の事前取得画像が収集される。ここで使用されている「事前取得」という用語は、どの様な特定の時系列をも示唆していない。しかしながら、画像は、手術ナビゲーションを行う前の何れかの時期に撮影するのが望ましい。通常、画像は、関心対象の解剖学的構造の、前後（Ａ−Ｐ）方向と横方向の様な２つの実質的に直交する向きから撮影される。撮像装置２８は、Ｘ線源３０とＸ線受光部３２を含んでいる。受光部３２は、ターゲット追跡マーカー３４を含んでいる。Ｃ型アーム撮像装置２８のオペレーションは、医師又は他のユーザーによってＣ型アーム制御コンピュータ３６で制御される。

患者２４から画像を取得するものとして、Ｃ型アーム撮像装置２８を示しているが、患者の解剖学的構造及び／又は機能の画像を取得するのに、他の撮像装置を使用してもよいものと理解頂きたい。例えば、画像は、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）、磁気共鳴法（ＭＲ）、陽電子放出断層撮影法（ＰＥＴ）、超音波、及び単光子放出コンピュータ断層撮影法（ＳＰＥＣＴ）を用いて取得してもよい。画像取得には、Ｏ型アーム撮像システムも使用することができる。更に、画像は、術前に手術室２２から離れた或る種類の画像診断方式を用いて取得し、術前及び術中に手術室２２で別の種類の画像診断方式を用いて取得してもよいと考えられる。これらの多重画像診断方式による画像は、既知の登録技法を用いて記録することができる。

取得された画像は、コンピュータ３６に送信され、そこから、手術ナビゲーションコンピュータ１８へ転送される。コンピュータ１８は、モニター１２を介して受信画像を表示する能力を提供している。画像を表示するのに、他の装置、例えば、ヘッドアップディスプレイなども使用できる。

更に、図２に示す様に、システム１０は、一般に、器具１４のリアルタイム追跡を行い、更に、受光部３２及び基準フレーム３８の位置を追跡してもよい。検出器２０は、追跡される各物体上の追跡マーカーの存在を感知する。検出器２０は、検出器２０によって送信された信号を分析して検出器空間の中の各物体の位置を割り出すソフトウェアモジュールがプログラムされたコンピュータ１８に連結されている。検出器が物体の位置を突き止めるやり方は当技術では既知である。一般に、器具１４は、その三次元位置を検出器空間内で割り出せるようにするために、反射体の様な貼り付けられた追跡マーカー４０を使用する、光学的追跡システム（図示せず）の一部である検出器によって追跡される。コンピュータ１８は、光学追跡システムと通信可能に連結されており、この情報を患者２４の事前取得画像と統合して、外科手術を行う際に外科医４２を支援する画像を作成する。患者２４の事前取得画像上には、同時に、器具１４の軌跡のアイコン表示が重ね置かれ、モニター１２に表示される。このやり方では、外科医４２は、患者の解剖学的構造に対する器具の軌跡をリアルタイムで見ることができる。

更に図２に示す様に、本発明によるシステムは、器具１４の動的でリアルタイムの軌跡を保存する能力を有しているのが望ましい。例えば、足踏みスイッチ４４を用いてコマンドを発令することによって、コンピュータ１８は、器具のリアルタイムの軌跡をコンピュータ１８のメモリに記憶するという信号を受信する。或いは、外科医又は他のユーザーは、器具側の押しボタン、音声コマンド、タッチパッド／タッチスクリーン入力などの様な、他の入力機器を使用してコマンドを発令してもよい。この「記憶コマンド」は、更に、コンピュータ１８に命令して、器具の保存された軌跡を表す新しい静止アイコンを生成させ、基本的には、入力が受信された時点のアイコンが「フリーズ」されることになる。静止アイコンは、器具のリアルタイム軌跡を表している画像共々、事前取得画像上に同時に重ね置くことができる。多数の画像が表示されている場合には、静止及びリアルタイム、両方のアイコンが、表示画像全ての画像上に重ね置かれることになる。記憶コマンドを発令する他の手段、例えば、ＧＵＩを介するなどのやり方も用いることができる。外科医には、更に、多数の器具軌跡を記憶させるという選択肢がある。所望の記憶コマンドが発令される度に、器具のリアルタイム軌跡は、記憶され、記憶された軌跡を表す新しい静止アイコンが事前取得画像上に表示されるか、又は２つ以上の画像が表示されている場合には、全ての事前取得画像上に表示される。

本発明によるシステムは、米国特許第６，９２０，３４７号に記載されている方法と同様の方法で、リアルタイム軌跡と１つ又はそれ以上の記憶されている軌跡の間で、又は記憶されている軌跡同士の間で、角度を測定する付加的な能力を有していることが望ましく、前出の米国特許の開示を参考文献としてここに援用する。

器具軌跡を追跡すること及び記憶することに加え、後述する様に、患者からは神経学的情報を取得することができ、同情報は、視認可能な形式で表現されたものが、ディスプレイ１２上に表示される。例えば、事前取得画像と軌跡情報の支援を受けて、外科医４２は、誘導方式により器具１４を神経構造が含まれている解剖学的領域まで動かし、器具１４又は他の神経学的刺激印加装置を電極（図示せず）と共に用いて、当該神経構造から神経学的情報を取得してもよい。取得された神経学的情報は、次に、コンピュータ１８に送られ、コンピュータは、神経学的情報を、それが取得された神経構造と共に登録する。コンピュータ１８は、器具１４の位置に基づいて、刺激を受けた神経構造の所在位置を確定し、次に、ディスプレイ１２上の当該神経構造の視覚化物を、取得された神経学的情報を表すマーカー又は他の指標を含むように更新することができる。例えば、所在位置、向き、及び神経学的応答に基づき、コンピュータ１８は、刺激を受けた神経構造のクラスを確定し、ディスプレイ１２上の神経構造の視覚化物に注釈を加えることができる。或いは、神経構造には、そのクラス又は他の定義特徴に基づき、ディスプレイ１２上の視覚化物の中で指定された色を割り当ててもよい。刺激を受けた神経構造を特徴付けることに加え、コンピュータ１８は、神経構造の位置情報と共に、更に、神経の構造を予測し、その予測された構造をディスプレイ１２上にグラフィック的に表示してもよい。その際、神経の一部が刺激されることになるが、神経構造全体が予測され、グラフィック的に表示される。更に、事前取得画像及び／又はその視覚化物が、外科医が追跡されている器具に対する患者の解剖学的構造を全般的に理解できるようにする一方で、取得された神経学的情報は、この理解を、神経構造に対しより高い精度で補完する。而して、神経構造の位置を突き止めることによって、この一体型システムは、特定の患者の解剖学的構造についての外科医の理解を高める。神経構造の位置を突き止めることを介して外科医を更に支援するため、器具１４が神経構造に近接している時には、視認可能又は可聴的標識が、コンピュータ１８によって自動的に外科医に提供される。更に、標識は、クラス、位置、又は神経構造の他の特徴と符号する様に特注仕様化してもよい。

音声認識ソフトウェア及びハードウェア、又は他の入力装置を使用して、外科医４２又は他のユーザーは、更に、神経学的応答が測定された神経構造に関してメモを追加してもよい。その後、それらのメモをコンピュータ１８のメモリに記憶してもよい。１つの実施形態では、外科医４２は、外科手術の間、手を使わずにメモを作成することが容易になるように、ヘッドフォン４６とマイクロフォン４８を装着している。後段で更に詳しく説明するが、コンピュータ１８は、ヘッドフォン又は他のスピーカーに接続された音声システムを介して、オンデマンド型の音声情報を外科医に流すようにしてもよい。

図３には、一体型手術ナビゲーション神経モニタリングシステム１０が示されている。コンピュータ１８は、表示モニター１２の表示画面と連動して作動するＧＵＩシステムを含んでいる。ＧＵＩシステムは、コンピュータ１８を動かしているオペレーティングシステム４６に関係付けて実施されている。ＧＵＩは、キーボード、マウス、ライドワンド、タッチパッド、タッチスクリーン、音声認識モジュール、足踏みスイッチ、ジョイステックなどの様な、ユーザーインターフェース４７からの入力データ及びコマンド受信する、コンピュータ１８の部分として実施されている。図面及び説明を分かり易くするために、従来のコンピュータの多くの構成要素、例えば、アドレスバッファ、メモリバッファ、及び他の標準的な制御回路などは図示していないが、それらは当技術ではよく知られており、その詳細な説明は本発明を理解する上で必要でないからである。

本発明の様々なステップを実施するのに使用されるコンピュータプログラムは、一般に、メモリユニット４８の中に置かれ、本発明のプロセスは、中央演算処理装置（ＣＰＵ）５０を使用することにより実施される。メモリユニット４８は、読み取り専用メモリとランダムアクセスメモリの両方を表している。メモリユニットは、更に、本発明と併せて使用されるデータ、例えば、記憶されている器具位置、拡張値、及び幾何学変換パラメータの様な情報を含めた画像データ及び表、を記憶しているデータベース５２も保有している。データベース５２は、更に、例えば、神経診断システムを用いて取得されたモニタリング対象の神経学的構造の量的及び質的評価の様なデータを記憶するのにも使用することができる。例えば、データベースは、神経伝導、運動誘発電位（ＭＥＰ）、及び体感覚性誘発電位（ＳＳＥＰ）などに関する診断データを保有していてもよい。メモリユニットは、更に、例えば、外科手術、一般的な解剖学的構造情報、映像、出版物、指導書、プレゼンテーション、解剖学的図解、手術手引書などに属するデータを記憶する技術データベース５３を保有しており、同データベースは、診断及び治療を支援するため、外科医又は他のユーザーが、術前、術中、又は術後に、アクセスすることができるようになっている。メモリ４８の中には、更に、コンピュータ１８が、モデム６２を介して、遠隔データベース、例えば、技術データデータベース６４と、通信するのをやり易くする通信ソフトウェアモジュール６０が含まれている。

画像アーカイバルデータベース及び技術データデータベースの１つの表示は、例証のみを目的としたものであると理解されるべきであり、その様なシステムには多数のデータベースが必要になることもあると想定される。また、コンピュータ１８は、ネットワーク（図示せず）を介してデータベースにアクセスしてもよい。本発明によれば、パブリック、オープン、プライベートなど、受容可能などの様なネットワークを採用してもよい。ネットワークへの通信リンクは、従来の電話回線、光ファイバー、ケーブルモデムリンク、デジタル加入者回線、無線データ転送システムなどを含め、受容可能などの様な種類のものでもよい。これに関し、コンピュータ１８には、一般的に知られている設計の通信インターフェースハードウェア６２及びソフトウェア６０が設けられており、ネットワークリンクの確立とデータベースとのデータ交換ができるようになっている。ＣＰＵ５０は、オペレーティングシステム４６、追跡ソフトェアモジュール５４、較正ソフトェアモジュール５６、表示ソフトェアモジュール５８、通信モジュール６０、及び神経モニタリングソフトェアモジュール６６を備えたコンピュータソフトウェアと共に、システム１０のオペレーションとプロセスを制御する。ＣＰＵ５０によって実施されたプロセスは、電気信号として、バス６８に沿って、Ｉ／Ｏインターフェース７０及び映像インターフェース７２まで伝達される。Ｉ／Ｏインターフェースは、ユーザーインターフェース４７に接続されており、外に、プリンタ７４、画像アーカイブ（遠隔又は局所）７６、及び音声（スピーカー）システム７８にも接続されている。

追跡ソフトェアモジュー５４は、ここで説明し、当業者に既知である、画像誘導型システム内で物体を追跡するために必要なプロセスを実行する。較正ソフトェアモジュール５６は、画像の歪みを補正し、画像を解剖学的基準フレーム３８に、従って患者の解剖学的構造に正確に整合させる、幾何学的変換を算出する。

表示ソフトェアモジュール５８は、画像に重ね置かれる、器具の軌跡を表すアイコンを生成するために、誘導追跡マーカー４０と器具１４の間にオフセットを適用し、必要であればこれを算出する。固定された長さと角度を有する器具では、これらのオフセットは、一度測定されると、データベース５２に記憶される。ユーザーは、そこで、器具の一覧から、手術に使用されているものを選択すれば、表示ソフトェアモジュール５８によって正しいオフセットが適用される。可変長さ及び角度を有する器具では、オフセットは手作業で測定し、キーボード４７を介して入力するか、又は追跡されたポインター（図示せず）又は追跡された登録治具（図示せず）を併用して測定することができる。

局所的に画像データベース５２に記憶されているか又は遠隔的に画像アーカイブ７６に記憶されている事前取得画像データは、デジタル式にＩ／Ｏインターフェース７０を通してコンピュータ１８に直接給送することもできるし、又は映像データとして映像インターフェース７２を通して供給してもよい。更に、メモリに記憶されるものとして示されている項目も、メモリリソースが限られている場合には、少なくとも部分的にハードディスク（図示せず）又はフラッシュメモリの様な他のメモリ装置に記憶させることができる。更に、明示的には示していないが、画像データは、ネットワーク上で、ハードドライブ、光学ディスク、テープドライブ、又は他の種類のデータ伝送／記憶装置の様な大容量記憶装置を通して供給してもよい。

上で説明したモジュール及びインターフェースに加えて、コンピュータ１８は、神経モニタリングインターフェース８０と、器具ナビゲーションインターフェース８２を含んでいる。神経モニタリングインターフェース８０は、患者２４に近接している電極８４から電気信号を受信する。電気信号は、器具１４又は他の電気刺激印加用プローブ（図示せず）によって患者の神経構造に印加された電気刺激に応じ、電極８４によって検出される。この例では、電極は、筋電図法（ＥＭＧ）電極であり、神経刺激に対する筋肉応答を記録する。代わりに、運動誘発電位（ＭＥＰ）神経モニタリングや体感覚性誘発電位（ＳＳＥＰ）神経モニタリング、神経伝導性、及び皮膚ＳＳＥＰの様な他の神経モニタリング及び神経診断技法を使用してもよい。代わりに、運動誘発電位（ＭＥＰ）神経モニタリングや体感覚性誘発電位（ＳＳＥＰ）神経モニタリングの様な他の神経モニタリング技法を使用してもよい。刺激印加装置制御部８６は、器具１４とインターフェースしており、器具１４によって印加される刺激の強度、方向、及びパターンを制御する。所望の刺激特性を設定する入力は、入力インターフェース４７を介して外科医又は他のユーザーが受信してもよいし、又は器具１４自体で受信してもよい。

上で説明した様に、一体型システム１０は、更に、マーカー、反射体、又は他の追跡装置を用いて、器具１４（及び患者２４）のリアルタイム追跡を実施する。１つの例では、器具１４は、その動きが器具追跡部８８によって追跡されるマーカー４０を含んでおり、器具追跡部８８はカメラ又は他の既知の追跡装備を含んでいてもよい。同様に、患者は、患者の動きを追跡できるようにマーカー又は反射体を含んでいてもよい。電気刺激の印加を有効にするために、器具１４は、電源装置９０にも接続されている。後段で示すが、器具１４は、器具自身の中に収納されているバッテリー又はコンピュータキャビネット内に収容されている電源装置によって電力供給してもよいし、又は誘導電動的に電力供給してもよい。

一体型手術ナビゲーション神経モニタリングシステムは、外科医が、器具、例えば、手術道具、プローブ、又は他の器具を操縦するのを、患者の解剖学的構造に対する器具の視覚化を通して支援するように設計されている。ここで説明している様に、追跡用道具及び技法を用いて、患者の解剖学的構造に対する器具に関したリアルタイムの位置及び方向情報を、患者の解剖学的、機能的、又は、導き出された画像に重ね置くことができる。器具を追跡することで外科医を支援することに加えて、一体型システム１０は、神経構造の位置及び完全性を評価するために神経モニタリングも実行する。これに関し、外科医は、器具を所望の場所まで動かし、ディスプレイ１２上の患者の解剖学的構造に対する器具の配置を見て、器具に近接している神経構造に電気刺激を印加し、当該電気刺激に対する応答を測定することができる。収集されたこの神経情報は、次に、グラフィック的又はテキスト的注釈、神経構造の色分け又は他のコード化、又は、電気刺激の印加によって収集された神経情報を人が識別できる形態で伝達するための他のラベル付け技法を介して、患者の解剖学的構造の視覚化物に加えることができる。一体型システムは、外科医が、重要な神経構造の様な患者の解剖学的構造を視覚化すること、及び位置と完全性を患者の解剖学的構造と関係付けることも支援する。後段で図４−図５に関して示すが、手術ナビゲーション及び神経モニタリング情報を伝達し、それらとの対話をやり易くするのに、ＧＵＩが使用されている。

次に、図４には、外科医又は他のユーザーが、プローブ又は骨用ねじ回しの様な手術道具を操縦するのを支援するために設計されたＧＵＩ９２が示されている。図示の例では、ＧＵＩ９２は、画像部分９４とメニュー部分９６の２つに分けられている。画像部分には、図示の例では、患者の解剖学的構造の冠状方向、矢状方向、及び軸方向の画像それぞれが含まれた３つの画像枠９８、１００、１０２が入っている。画像部分には、レンダリング枠１０４も入っている。メニュー部分９６は選択可能なリンクを提供しており、外科医が選択すると、画像枠９８、１００、１０２に表示されているもの又は患者から取得された他のデータとインターフェースできるようになる。画像枠は、外科医が器具を追跡するための解剖学的地図又は枠組を提供しており、器具は、代表的にポインタ１０６で表示することができる。ここで説明している一体型システムは、器具の動きを追跡し、枠９８、１００、１０２に含まれた画像上に重ね置かれたポインタの位置のリアルタイムの視覚化物を提供する。なお、表示画像は、患者の取得された１つ又はそれ以上の診断画像、アトラスモデル、又はそれらの組合せから導き出すことができることを指摘しておく。器具が患者の解剖学的構造に対して動かされると、画像枠に表示される画像は自動的にリフレッシュされるので、ポインタによる器具の瞬時位置により医師は位置情報を得ることができる。

更に、一体型システムは手術器具ナビゲーションと神経モニタリングの両方を支援しているので、画像枠及びポインタ１０６によって提供される位置的フィードバックは、或る神経構造を神経モニタリングのために隔離する際に、外科医を支援することができる。即ち、神経の所在位置の大まかな理解は、画像枠９８、１００、１０２に含まれている画像から判定することができる。枠を目視で調べながら、外科医は、次に、神経構造の付近に器具を動かし、電気刺激を印加し、神経応答を測定することができる。この神経学的応答は、既知の神経モニタリング研究と矛盾しないやり方で神経構造の完全性を評価するのに用いることができる。その上、神経学的情報は、刺激を受けた神経構造の位置をより正確に突き止めるのにも使用することができる。例えば、患者の解剖学的構造の視覚化物、例えば、枠９８、１００、１０２に含まれる画像は、解剖学的構造の位置、方向、及び所在位置についての大まかな視覚的理解を提供する。この時、刺激を受けた神経構造の神経学的応答を利用し、色分け又は他の表示を用いて患者の解剖学的構造視覚化物上の当該神経構造の位置及び向きをピンポイントで示すことができる。

更に、神経構造の大まかな所在場所とその突き止められた位置に基づいて、神経構造の評価を向上させることができる。即ち、コンピュータは、神経構造の測定された応答、及び、医師が器具を神経構造に近接して配置することにより表示される当該構造の位置を用いて、測定された応答をデータベースに保有されているデータと比較し、測定された応答が、所与の予想応答と一致しているかどうかを判定することができる。

完全性の評価及び位置を突き止めることに加えて、ナビゲーション情報と神経モニタリング情報の一体化によって、神経地図の作成が可能になる。即ち、器具を動かすことと神経学的モニタリングを繰り返し行うことにより、組み合わされた情報を統合し、神経構造位置を突き止め、位置及び／又は応答を基にそれら構造を分類し、患者の神経学的並びに解剖学的に導き出された地図を、色又は他の表示によりコード化することができるようになる。

なお、図示の例では、器具の先端はポインタ１０６によって表されていることを指摘しておく。しかしながら、ナビゲーションを支援するのに、器具先端、器具後部、又は器具全体の表示を使用することができるものと考えられる。更に、同じ解剖学的構造の３つの画像が、但し、異なる図で、示されているが、他の画像表示方法を使用してもよい。

更に図４を参照すると、画像枠１０４の１つは、例示的に、神経構造束１０８の様な患者の解剖学的構造の三次元レンダリングに使用されている。レンダリングは、アトラス情報又はそれらの組み合わせから導出された患者の解剖学的構造の多角画像を登録することにより形成することができる。実用する際、外科医は、ターゲットの解剖学的構造に近接して器具を位置決めする。次に、外科医は、所望に応じて、メニュー９６の「３Ｄレンダリング」タブ１１０を選択する。この様な選択があると、コンピュータは、次に、ポインタ１０６の位置を確定し、ポインタによって「指し示されている」解剖学的構造の３Ｄレンダリングを生成する。この様にして、外科医は、解剖学的特徴を選択し、次にＧＵＩ９２上の３Ｄレンダリング内の解剖学的特徴を目視で調べることができる。

更に、上で言及した様に、一体型システムは、１つ又はそれ以上のデータベース上に保有されている技術ライブラリへのアクセスを維持するか又は有している。外科医は、「技術データ」タブ１１２を選択することによって技術データにアクセスすることができる。その様に選択すると、コンピュータは、メニュー９６に利用可能なリソース（図示せず）を表示させる。別のウィンドウを表示することも考えられるが、或る好適な実装では、ナビゲーション画像の上に画面やウィンドウが重なり合うのを防ぐため、単一のＧＵＩが使用されている。技術リソースとしては、インターネットのウェブページ、イントラネットのウェブページ、論文、出版物、プレゼンテーション、地図、指導書などへのリンクを挙げることができる。その上、１つの好適な例では、リソースの一覧は、外科医がタブ１１２を選択した時の器具の所与の位置に合わせて特注仕様化される。而して、技術リソース情報へのアクセスは、外科手術中に効率的にアクセスできるよう合理化できると考えられる。

メニュー９６は、更に、追跡サブメニュー１１４と注釈サブメニュー１１６を含んでいる。追跡サブメニュー１１４は、図示の例では、「現在」タブ１１８と、「過去軌跡」タブ１２０と、そして「予想軌跡」タブ１２２を含んでおり、これらのタブは、器具ナビゲーション情報を表示させる場合にオンデマンド式閲覧の選択肢を提供している。ユーザーがタブ１１８を選択すると、器具の現在位置が画像枠に表示される。ユーザーがタブ１２０を選択すると、器具の移動した軌跡が画像枠に表示される。ユーザーがタブ１２２を選択すると、器具のヘッドの現在位置に基づく予想軌跡が画像枠に表示される。複数のタブが同時にアクティブにされるか又は選択されることもあり得ると考えられる。

注釈サブメニュー１１６は、「新規」タブ１２４と、「閲覧」タブ１２６と、「編集」タブ１２８を含んでいる。タブ１２４、１２６、１２８は、外科手術並びに解剖学的観察及び神経観察に関する注釈の作成、閲覧、及び編集をやり易くする。これに関し、外科医は、特定の外科手術、又は神経構造、その位置、完全性、又は神経学的応答に関する観察の様な解剖学的観察、に関する一般的な注釈を作成しメモを記録することができる。１つの好適な例では、コンピュータは、注釈が作成されると、注釈を器具の位置と自動的に関係付ける。而して、外科手術が進行している間、注釈を作成し、神経又は他の構造と関係付けることができる。更に、「閲覧」タブ１２６を押すと、コンピュータは、注釈の一覧が枠１１６内に表示されるようにする。代替的又は追加的に、作成されて神経構造に関係付けられた注釈は、器具を神経構造に近接して位置決めすることによって閲覧可能になるようになっている。マウスオーバー技法と同様に、器具を既に注釈が付けられている神経構造に近接して位置決めすると、その様な特徴が利用可能ならば、以前の注記が自動的に現れる。他のタブ及びセレクタは、患者の情報タブ１３０の様な一般的なもの或いは特定的なものを問わず、メニュー枠９６に組み込むことができるものと理解頂きたい。更に、メニュー枠９６の中のタブの提示及び配列は、考えられる一例に過ぎないものと理解頂きたい。

次に図５には、器具の追跡を更に詳しく説明するために画像枠１０２が示されている。上で説明した様に、ユーザーが適切な入力タブを選択することによって、器具の瞬時位置を、ポインタ１０６の位置を突き止めることを介し患者の解剖学的な構造に関連付けて見ることができる。更に、図４のメニュー９６の「過去軌跡」タブ１２０を選択すれば、器具の過去の又は移動した軌跡が、破線の軌跡線１３２で示される。同様に、器具の先端又は先導的部分の瞬時位置及び向きに基づき、予想軌跡１３４も、患者の解剖学的構造に関連付けて見ることができる。

また、軌跡経路を保存し、この保存された軌跡を呼び出し、患者の解剖学的構造に関連付けて見るようにしてもよいと考えられる。これに関し、現在又はリアルタイムの器具軌跡を過去軌跡と比較してもよい。更に、器具の動き全てを記録させる必要はないと考えられる。これに関し、外科医又は他のユーザーは、所望により、器具追跡機能をオンにしたりオフにしたりすることができる。更に、上で説明した将来予測技法では、器具のグラフィック表示が画像の中に投影されるが、器具のグラフィック表示が、画像の中へ投影される画像空間内に存在せねばならないという要件は無い。換言すれば、例えば、外科医が、患者の上方で画像の空間の外に器具を保持している場合もあり、その様な場合には、従って、器具の表示は画像の中には現れない。しかしながら、手術の計画をやり易くするために、それでも、固定長さを画像の中へ投影することが望ましい。

図示の例では、軌跡は方向線で表されている。しかしながら、他の表示を使用してもよいと考えられる。例えば、軌跡には、異なる色又は固有の番号ラベルが自動的に割り当てられるようにすることもできる。更に、他の種類の方向標識を使用することもできるし、軌跡同士を区別するために、異なる形状、様式、大きさ、及び肌理を採用してもよい。外科医には、所望により、任意の軌跡についてはラベルを示さないという選択肢もある。外科医には、どの様な軌跡に対しても、メニュー９６に含まれている適切な制御を通してデフォルト色又はラベルテキストを変更するという選択肢もある。１つの例では、過去軌跡に１つの色が割り当てられ、予想又は将来予測軌跡には異なる色が割り当てられる。更に、図５では、軌跡は１つしか示されていないが、同時に複数の器具を追跡することができ、それらの軌跡を追跡し、予測し、そして画像上に表示することができるものと認識頂きたい。図１−図５に関して説明した様に、一体型システム１０は、マーカー、反射体などを使用して、患者の解剖学的構造に対する手術道具又はプローブの様な器具の位置を追跡する。１つの態様では、器具は、電気刺激を神経構造に印加することもできるので、別の器具を患者の解剖学的構造に導入する必要無しに、神経位置及び神経完全性の様な神経学的情報を確定することができる。器具は、刺激印加装置制御インターフェース８６及び電源装置９０を介して、コンピュータ１８に繋ぐことができ、又は或る代わりの実施形態では、器具は、刺激印加装置制御インターフェース８６に無線接続し、誘導電動的に又は内蔵バッテリーによって電力供給することができる。

図６は、器具に誘導電動的に電力供給する場合、及びマーカーや反射体を使用するのではなくて、器具の位置情報を無線式に確定する場合の、演算回路を示している。演算回路１３６は、電磁界を生成するための信号発生器１３８を含んでいる。信号発生器１３８は、多数のコイル（図示せず）を含んでいるのが望ましい。信号発生器１３８の各コイルを連続的に駆動して多数の磁界を誘導し、それにより対応する電圧信号が感知コイルに誘導されるようにしてもよい。

信号発生器１３８は、伝達された時間依存性磁界に対応して感知コイル１４０に誘導された電圧が、器具の所在、即ち、位置と向きを記述するのに十分な情報を生成するように、独特な磁気アッセンブリを採用している。ここで使用される場合、コイルとは、時間経過に伴って変化する磁界に応答し、印加された時間経過に伴って変化する磁界に応じた又は同磁界を表す誘導電圧信号を生成する、導電性磁気感受性要素を指す。信号発生器１３８によって生成された、器具の位置を記述するのに十分な情報を保有している信号を、以下、基準信号と呼ぶことにする。

信号発生器は、更に、神経刺激印加ユニット１４２及び送信器１４４の様な器具の電気的構成部品に電力供給するのに十分な電圧を感知コイル１４０に生じさせるように構成されている。好適な実施形態では、装置に電力供給するために信号発生器１３８によって送信される信号を、以下、電力供給信号と呼ぶことにするが、同信号は、基準信号で周波数多重化されている。基準信号及び電力供給信号の周波数範囲は、互いに排他的な周波数間隔を占めるように変調される。この技法は、信号が互いに干渉しないように、両信号を隔てた状態に保ちながら、無線チャネルの様な共通チャネルで同時に送信できるようにする。基準及び位置信号は、周波数変調（ＦＭ）されるのが望ましいが、振幅変調（ＡＭ）も使用できる。

或いは、電力供給信号は、それぞれ異なる周波数の別々の信号発生器によって送信されてもよい。ここで具体化されている様に、基準信号を受信する部分は、更に、感知ユニット１４６と電力供給回路１４８を含んでいる。感知ユニット１４６と電力供給回路１４８は、それぞれ、感用知／電力供給用コイル１４０上の周波数多重化基準信号及び電力供給信号による誘導電圧信号を受信してもよい。感知ユニット１４６と電力供給回路１４８は、共に、多重化磁気信号によって誘導された電圧信号を位置信号と電力供給信号に分離する。

感知ユニット１４６は、基準信号に対応する誘導電圧信号部分を、器具の現在位置を示す位置信号として測定する。位置信号は、送信器１４４によって送信される。同様に、電力供給回路１４８は、送信器１４４に電力供給し電気刺激を神経構造に印加するのに十分な電力を生成するための、電力供給信号に対応する誘導電圧信号を維持している。電力供給回路１４８は、電力供給信号によってコイル１４０に生成される誘導電圧を整流し、送信器１４４と神経刺激印加ユニット１４２に電力供給するために使用されるＤＣ電力を発生させる。電力供給回路１４８は、コンデンサ、小型バッテリー、又は後の使用に備えた他の蓄電装置を用いてＤＣ電力を蓄えてもよい。

一体型システム１０は、信号発生器１３８の運転を調整し、送信器１４４によって無線送信される位置情報を受信するための受信器（図示せず）を含んでいる、電磁制御ユニット１５０を含んでいる。これに関し、制御ユニット１５０は、磁界モード位置信号を受信し、それらの位置信号を、器具の位置及び／又は向きを確定する処理を施すためＣＰＵに送るようになっている。ＣＰＵは、最初に、感知コイル１４０の角度方向を確定し、次に、コイル１４０の向きを用いて器具の位置を確定するやり方で、器具の位置を確定する作業を始めるのが望ましい。しかしながら、本発明は、器具の位置を確定するどの様な特定の方法にも限定されるものではない。感知用／電力供給用コイル１４０は１つしか示されていないが、別個の感知用及び／又は電力供給用コイルを使用してもよいと考えられる。

ここで説明している様に、本開示の１つの態様では、プローブ、開創器、又は骨用ねじ回しの様な手術道具は、神経構造に電気刺激を印加するのにも使用される。図７−図１４は、一体化された手術及び電気刺激印加道具の様々な例を示している。

図７は、近位端部１５６と遠位端部１５８を有する、細長く、望ましくは肌理を有するハンドル１５４を含んでいる、手術用プローブ１５２を示している。手術用プローブ１５２は、ハンドル近位端１５６から延びているジャック１６０で、図３の神経モニタリングインターフェース８０に接続することができる。ハンドルは、遠位方向に突き出たステンレス鋼のシャフト１６６を支持するハンドル遠位端１５８で終端している先細の遠位セグメント１６４付近に、横方向に突き出たアクチュエータ１６２を含んでいる。シャフト１６６は先細であり、望ましくは、ハンドル遠位端１５８付近が大径部で、シャフト遠位端１５８近接の小径部へと徐々に細くなり、ハンドル遠位端１５８からシャフト遠位端１６８までの遠位方向に突き出ている長さ部分は、透明なプラスチック製の薄壁の収縮性のあるチューブに包まれている。ハンドル１５４からは、陽極１７２と陰極１７４が延びて、導体１７０に電気的に接続されている。陽極と陰極１７２、１７４は、シャフト遠位端１６８より僅かに先まで延びており、神経構造に電気刺激を印加するのに使用される。
代わりに、陽極及び陰極電極２３２、２３４は、代表的な手術用タップについて図１２−図１４に示している様に、互いに同軸になる向きに配置してもよい。

ハンドル１５４の外面には、プローブ１５２の位置と向きを追跡し易くする反射体／マーカーネットワーク１７６も含まれている。プローブ１５２は、永久的にでも又は取り外し可能にでもよいが、ハンドル１５４に固定された３つの反射体１７６を有するものとして示されている。従来の手術器具追跡システムでは既知である様に、反射体１７６の大きさ、形状、及び位置は、手術ナビゲーションシステムには知られているので、カメラで捕捉すれば、プローブ１５２の位置と向きを容易に確定することができる。使用される反射体は３つより多くても少なくてもよいと認識頂きたい。

アクチュエータ１６２は、外科医が、外科手術の間に、患者の解剖学的構造に電気刺激を選択的に印加できるようにする。従って、プローブ１５２は、電気刺激を適用しない手術目的に使用することもできるし、外科医が望めば、神経構造からの神経学的応答を禁制とするのに使用することができる。図７に示す実施形態では、プローブ１５２は、プローブ１５２の外の電源装置（図示せず）から、ジャック１６０を介して電力供給を受ける。

図８では、本発明の別の実施形態による、バッテリーにより電力供給を受ける開創器を示している。開創器１７８は、近位端１８２と遠位端１８４を有し、細長く、望ましくは肌理を有するハンドル１８０を含んでいる。遠位端１８４からは先細のシャフト１８６が延び、互いに同一平面上にある陽極先端１９０と陰極先端１９２を含んでいる湾曲ヘッド１８８で終端している。代わりに、陽極及び陰極電極２３２、２３４は、代表的な手術用タップについて図１２−図１４に示している様に、互いに同軸になる向きに配置してもよい。ハンドル１８０は、外科医が望めば、神経構造に電気刺激を印加するのに十分な電力を供給するバッテリー１９６を保持できる大きさ及び形状を有する内部容積１９４を提供している。１つの実施形態では、バッテリー１９６は、体液や洗浄液と接触しないように、ハンドル１８０の内部容積１９４の中に永久的に密閉されている。ここでは示していないが、別の実施形態では、バッテリーは取り外し可能であり、従って、ハンドルのキャップ部分を回して取り外すことにより交換できるようになっている。充電式バッテリーを使用してもよいし、バッテリーをハンドルから取り外さずに充電してもよいと考えられる。ハンドル１８０は、開傷器の位置と向きを確定するために、カメラ（図示せず）又は他の検出装置に視覚的フィードバックを提供する３つの反射体１９８も含んでいる。図７に関して説明したものと同様に、開創器１７８は、更に、外科医が、開創器１７８の電気刺激印加機能を選択的にオンにして、神経構造に電気刺激を印加することができるようにするアクチュエータ２００を含んでいる。

図９は、本開示によるコード付き開創器２０２を示している。この例では、開創器２０２は、離れているバッテリー又は他の電源装置から、ジャック２０４を用いた従来のジャック接続により電力供給を受けている。図８に関して説明したもの同様、開創器２０２のハンドル２０６は、手術ナビゲーションハードウェア／ソフトウェアが、開創器２０２の位置と向きを追跡できるようにするための反射体２０８を含んでいる。開創器２０２は、選択的に電気刺激を神経構造に加えるためのアクチュエータ２１０も含んでいる。電気刺激は、シャフトより先まで延びている陽極導体２１２と陰極導体２１４によって容易に行える。陽極導体２１２と陰極導体２１４は、シャフト２１６の全長に沿って延びており、ジャックコネクタ２１７との接続部を介して電源装置に繋がっている。代わりに、陽極及び陰極電極２３２、２３４は、代表的な手術用タップについて図１２−図１４に示している様に、互いに同軸になる向きに配置してもよい。

図１０に示す別の例では、骨ねじ回し２１８は、骨スクリューをねじ込むことに加え、電気刺激を提供するように構成されている。ねじ回し２１８は、その遠位端から延びている駆動シャフト２２２を備えたハンドル２２０を含んでいる。ハンドル２２０は、電気刺激用の電力を提供するためのバッテリー２２４を収容できる大きさを有している。ハンドル２０は、永久的でも取り外し可能な様式でもよいが、ハンドルに固定された反射体２２６も含んでいる。駆動シャフト２２２は、ハンドル２２０の遠位端２２８から、骨スクリューのねじ込みに対応できる大きさと形状を有する駆動ヘッド２３０まで延びている。駆動シャフト２２２と平行に、シース付き陽極及び陰極電極２３２、２３４が延びている。シース付き電極２３２、２３４は、延ばすと、駆動シャフト２２２の駆動ヘッド２３０より先まで延びている。シース付き陽極及び陰極電極２３２、２３４は、骨スクリューをねじ込み中に、外科医の邪魔にならない様に、引き込み可能であるのが望ましい。代わりに、陽極及び陰極電極２３２、２３４は、代表的な手術用タップについて図１２−図１４に示している様に、互いに同軸になる向きに配置してもよい。

シース付き電極２３２、２３４は、外科医が、アイレット２３６を使用して手動で引き伸ばし、引き込む。アイレットは、外科医が、ハンドル２２０を保持しながら電極２３２、２３４を引き伸ばし、引き込むことができ、且つアクチュエータ２３８を押して電気刺激を印加することができるように、ハンドル２２０に十分に近接して配置されているのが望ましい。従って、ハンドルは、電極の並進移動範囲を画定する適切なストッパによって画定されている空洞（図示せず）を含んでいる。

図１１は、本開示の別の態様による手術用タップの立面図である。この例では、手術用タップ２４０は、椎弓根穴前処理用に構成されているが、神経刺激印加とナビゲーション情報の提供も行うことができる。これに関し、手術用タップ２４０は、導電シャフト２４４が延びているハンドル２４２を含んでいる。電気刺激が導電先端２４８に限定されるように、絶縁シース２４６がシャフトの一部だけを取り囲んでいる。導電先端２４８は、タップを挿入する間、椎弓根又は他の骨構造に係合する一連のねじ山２５０を含んでいる。ねじ部２５０は、長手方向凹部又は溝２５２が先端の長さに沿って画定されるように形成されている。

ハンドル２４２は、ユーザーが、先端を挿入している間は、選択的に電気刺激を印加することができるアクチュエータスイッチ２５４を有している。よって、手術用タップで椎弓根スクリュー用パイロット穴を形成しながら又は椎弓根を探りながら、電気刺激を印加することができる。エネルギーは、図１の神経モニタリングシステムのエネルギー供給源に接続できる、導体２５６を介して導電先端２４８に印加される。代わりに、バッテリーは、ハンドルの中に配置し、導電先端２４８に電気刺激エネルギーを供給するために使用することができる。

ハンドル２４２は、更に、タップの位置と向きを確定するために、カメラ（図示せず）又は他の検出装置に、視覚的フィードバックを提供する３つの反射体２５８を有している。当業者には理解頂けるように、タップの位置を追跡するのに、ハンドルの電子位置センサーの様な他の技法を使用してもよい。

図１２は、本開示の別の実施形態による外科プローブ２６０を示している。上記の例と同様に、プローブ２６０はハンドル２６２を有しており、ハンドルには一連の反射体２６４が連結されているか又は他の方法でハンドル上に形成されている。ハンドルの近位端からは、プローブ２６０を図２の神経モニタリングシステムのエネルギー源に接続するためのジャック２６６が延びている。ハンドル２６２の遠位端からは、絶縁シース２７０によって部分的に被覆されている導電シャフト２６８が延びている。シャフト２６８の非被覆部は、椎弓根又は他の骨組織を探ることができる導電先端２７２である。ハンドルは、更に、探っている最中に電気刺激を印加するために、導電先端２７２に選択的にエネルギー供給するためのアクチュエータ２７４も有している。

図１３は、導電先端２７２の断面図である。図示のように、導電シャフト２６８は、陽極導電部分２７４と、絶縁体２７８によって陽極導電部分２７４から切り離されている陰極導電部分２７６を含んでいる。これは、更に図１４に示している。この構成では、電気刺激は、陽極導電部分２７６と電気的に隔離されている陰極導電部分２７４の間に印加され、双極電気刺激が提供される。

上で説明している例示的な道具は、手術機能を行うだけでなく、患者の神経構造に電気刺激を印加するようにも設計されている。ここで説明している様に、支援画像ベースのナビゲーションを用いれば、外科医は、器具を動かし、その動きをリアルタイムで視認し、別の刺激印加器具を必要とすること無く、様々な器具位置で所望の電気刺激（双極又は単極）を印加することができる。更に、電気刺激は、先導電気刺激パターンを与えることによりナビゲーションを強化するのにも用いることができる。これに関し、器具に患者の解剖学的構造の中を横断させてゆくと、器具の先端の前方に、電気刺激が自動的に印加される。よって、器具を動かしてゆくと神経学的情報は自動的に取得され、患者の解剖学的構造の視覚化物は、当該神経学的情報が組み込まれるように自動的に更新される。更に、神経学的情報は、特定性がより向上した状態で、神経構造の実際の所在位置と向きを突き止めるのに使用することができる。例えば、器具を動かすと、広い範囲に電気刺激を印加することができる。神経学的応答が測定されなければ、その様な広範な電気刺激が継続される。しかしながら、神経学的応答が測定されれば、対象範囲を狭めてピンポイント的電気刺激を繰り返し印加し、刺激を受ける神経構造の位置を突き止めることができる。

次に図１５に示す様に、更に別の例では、先導電気刺激は、更に、器具が神経又は他の神経構造に接近していることを外科医に信号で知らせるために使用することもできる。信号は、ＧＵＩ上の視覚的な識別子、又はここで説明している音声システムによる可聴式警告放送の形態であってもよい。これに関して、一体型システムは、ステップ２８０で、器具の瞬時的位置を確定する。次に、システムは、ステップ２８２で、解剖学的視覚化物上では容易に目視できない神経構造への器具の近接を判定するため、器具の位置と患者の解剖学的体格に関する情報を比較する。器具が、神経構造の近くにない場合、ステップ２８２の２８４、プロセスはステップ２８０に戻る。器具が、それまでに識別された神経構造又はそれらの近くにある場合、ステップ２８２の２８６、神経構造は、患者の解剖学的骨格及び／又は構造の神経学的応答から識別又は分類される。ステップ２８８で、神経構造が識別されると、ステップ２９０で、適切な信号が出力され、器具が神経構造の付近にあることを信号で知らせる。信号を提供する場合の強度と識別は、器具に近接していると識別された神経構造の種類に基づくと考えられる。例えば、可聴式警報の音量とパターンが、神経構造の種類によって変化するようになっていてもよい。更に、可聴式近接標識の例では、可聴式警報の音量及び／又はパターンは、器具が神経構造に近付き又は遠のくと変化するようになっていてもよい。而して、可聴信号は、外科医に、神経構造に対する器具の位置に関して、リアルタイムのフィードバックを提供する。適切な信号が出力された後、プロセスは、２８０の器具の位置を判定するステップに戻る。

上で説明した様に、一体型システムは、更に、軌跡同士又は器具同士の間で測定を行うこともできる。而して、例えば、特定の外科手術にとって十分な骨が除去されたか否かを判断するのに、骨測定を行うことができる。一例として、器具に、除去されるべき骨の部分の輪郭を横断させて追跡することができる。この時、輪郭を横断した軌跡を、軌跡として記憶させることができる。１つ又はそれ以上の骨除去処置に続き、再度、器具に、この時点で一部が除去されてしまっている骨を横断させて追跡する。この時、システムは、それらの軌跡同士の間の差を算出し、定量値を、例えば、ＧＵＩを介して、外科医に提供し、特定の外科手術にとって十分な骨が除去されたか否かを外科医が判断するのを支援する。

また、電気刺激の特性は、器具の追跡された瞬時位置に基づいて自動的に調節することができる。即ち、外科医が電気刺激の印加を指示すると、一体型システムは、器具をリアルタイムで追跡すること、及び、画像、アトラスモデルなどから患者の解剖学的構造のレイアウトを大まかに理解することによって、器具に近接した解剖学的構造に基づいて、電気刺激の強度、範囲、及び種類を自動的に設定することができる。システムは、電気刺激特性を自動的に設定するのではなく、ＧＵＩ上に、システムから導出された電気刺激値を外科医の検討材料として同様に表示してもよい。これに関し、外科医は、ＧＵＩへの適切な入力を介して、提案された特性を採用してもよいし、又はシステムによって提案された特性と異なる値を画定してもよい。更に、器具は、骨の粉砕又は除去に使用することができるので、電気刺激、神経学的応答を、実際に粉砕又は骨除去が行われている最中に測定することができる。

プローブ、開創器、ねじ回し、及びタップを示し、説明してきたが、例えば、鈍拡張器、突錐、椎弓根アクセス針、生検針、薬剤送出針、ボール先端プローブ、椎体内拡張器、脊椎円板除去道具、椎体内スペーサ道具、軟組織開創器、その他など、本開示に基づく他の手術道具を、手術機能の実施のみならず電気刺激を印加するのにも使用することができると考えられる。更に、椎弓根スクリューの様なインプラントを、手術道具の導電部分に連結すると、同様に導電性を持つので、インプラントの植え込み時に電気刺激を印加するのに使用することができる。例えば、骨スクリューも、ねじ回しの駆動される導電性端部と係合させると、電気刺激を印加するのに使用することができる。また、器具の位置と向きを光学的に確定するための反射体を有する手術器具を例示的に示してきたが、手術器具は、器具の位置と向きを電磁気学的に確定するため、及び、電気刺激印加回路と送信器回路に誘導電動的に電力供給するために、図６に関連して説明したものの様な回路を含んでいてもよい。ここで説明している手術器具は、本開示を実施することができる様々な例を示している。上記以外の他の器具も使用することができるものと認識頂きたい。更に、器具は、ステンレス鋼の様な生体適合性材料で形成されているのが望ましい。しかしながら、他の生体適合性材料も使用することができるものと認識頂きたい。

更に、一体型手術ナビゲーション及び神経モニタリングシステムを説明してきたが、独立型システムをハンドシェイク様式で互いに通信可能に連結してもよいと認識頂きたい。而して、ここで説明しているものの様なソフトウェアモジュールを介し、独立型神経モニタリング用プローブ及びシステムによって提供される神経モニタリング情報を、独立型手術ナビゲーションシステムに提供して、ナビゲーション及び神経モニタリング情報の統合的視覚化を図ることができる。ここで説明している様に、一体型システムは、技術リソースへのオンデマンド型アクセスを外科医に提供することができる。更に、一体型システムは、オンデマンド型のリソース一覧を、器具の位置、神経構造の位置、又は神経構造の神経学的応答に基づいて提供するよう設計されている。図１６に説明している様に、一体型システムは、外科医又は他のユーザーから、技術リソースの公開を要求するユーザー入力を受け入れる、ステップ２９２、ように設計されている。この入力に応答して、一体型システムは、要求があれば、器具の瞬時位置を確定する、ステップ２９４。器具の位置に基づき、次に、器具に近接した解剖学的構造が確定される、２９６。器具の位置、識別された近接の解剖学的構造、及び該当する場合には、近接した神経構造の神経学的応答から、システムは、技術リソースデータベースの対応する部分にアクセスし、ステップ２９８、そしてステップ３００で、外科医への公開に利用できる関係のある技術リソースの一覧を導出し表示する。一覧は、外科医が選択できるようにＧＵＩ上に表示される選択可能なコンピュータデータリンクの形式をとっていることが望ましく、例えば、論文、出版物、指導書、地図、プレゼンテーション、映像、使用説明書、及び取扱説明書にリンクしていてもよい。ＧＵＩ上のユーザーの選択に応答して、ステップ３０２、選択された技術リソースが、ステップ３０４で、データベースからアップロードされ、外科医又は他のユーザーに公開される。一体型システムは、局所又は遠隔データベースから技術リソースをアップロードすることもできると考えられる。

ここで説明している一体型システムによって実施できる別のプロセスを図１７に示している。図１７は、神経完全性を評価中の外科医他にフィードバックを提供するための予測プロセスのステップを説明している。プロセスは、ステップ３０６の、電気刺激を印加した時の電気刺激印加器具の位置を確定するステップで開始される。更に、刺激を受けた神経構造の所在位置がステップ３０８で確定される。神経構造の所在位置に基づき、神経構造が識別される、ステップ３１０。神経構造の識別は、患者の解剖学的情報を、これまでの神経地図、アトラスモデル、解剖学的地図などと比較することにより確定することができる。神経構造の識別、例えば、クラスに基づき、電気刺激に対する神経構造の神経学的応答が予測される、３１２。予測された神経学的応答は、次に３１４で、実際の、測定された神経学的応答と比較される。この比較の結果は、３１６で、ＧＵＩにより外科医他に伝えられ、刺激を受けた神経構造の神経完全性の判定を支援する。更に、刺激を受け、測定された神経構造の視覚化物を、この比較に基づいて、自動的に更新することができ、例えば、神経学的応答が予測されたものと一致していないことを示すために色分けされるか又は注釈が付けられるようになっていてもよい。

解剖学的情報と神経モニタリング情報の一体化された表示を容易にすることに加え、一体化システムは、更に、医師が神経構造を術前、術中、及び術後に診断的に評価するのを支援する。例えば、ＣＴ又は他の解剖学的画像は、神経構造を隔離するために取得してもよい。そこで、神経伝導性の様な診断情報は、神経構造から取得するようにしてもよい。その相対応答に基づき、医師は、当該神経構造又は同神経構造の機能に影響する他の神経構造の治療にとって適切な手術術式の選択の適正さを向上させることができる。もう１つの例では、神経診断情報は、外科手術中に取得され、ここで説明している様に、これも取得されたものである位置情報と共に、神経構造の神経応答が予想応答と比較されることになる。当該応答が、予想されたものと一致しておれば、患者の所在位置と状態に鑑みて、医師は、術中に、当該手術術式の実演映像にアクセスすればよい。つまり、脊椎又は椎骨減圧を意図した術式の有効性を、手術中に患者から取得した診断的測定に基づいて、術中に評価することができる。測定された（単数又は複数の）応答が、当該術式が効果的でないことを示している場合、外科医は、手術術式を更に効果が発揮されるように調整するか又は別に修正することができる。同じく、術後の診断的評価を実施することができ、同様に患者から取得された位置情報と解剖学的情報に鑑みて、手術術式の有効性を術後に判定することができる。

従って、本開示の１つの例では、解剖学的情報と神経モニタリング情報は、取得され、単一のユーザーインターフェース内に表示される。該当する場合には、神経診断情報も取得し、同ユーザーインターフェース上に視覚化することができる。１つの例では、解剖学的情報、即ち、解剖学的画像は、ＣＴシステムを使用して取得される。これに関し、本開示は、術前、術後、術中のＣＴ神経モニタリング（神経診断試験を含む）と手術ナビゲーション試験を可能にする単一システムにも着眼している。その様なシステムは、術前ＣＴと神経診断試験を使用して、解剖学的構造にとって望ましい外科的変更を設定することができる。更には、その様なシステムは、術中のＣＴ画像、神経モニタリング、手術ナビゲーション情報、及び神経診断試験を使用して、解剖学的構造に対する現状対望ましい変更を評価すると共に、ＣＴ、神経モニタリング、又は手術ナビゲーションの予想された及び予想されなかった応答に基づいて、外科医への術中誘導を提供することができる。その様な、一体型システムは、撮影されたもの同様モニターされた解剖学的構造に対する変更に基づく術後評価にも効果を発揮する。例えば、術前の画像及び神経診断情報を患者から取得し、それらを使用して、理想的な又は望ましい術後応答はどうあるべきかを判断しておき、その後、開示されている一体型システムを使用し、手術の進み具合と処置の範囲を評価するための術中フィードバックを得ることができる。

１つの代表的なＣＴシステムは、米国特許第７，００１，０４５号に記載されているＯ型アームシステムであり、同特許を参考文献としてここに援用する。上で引用した特許に開示されているＯ型アームシステムは、脊臥位又は腹臥位並びに立位の解剖学的位置で患者のＣＴ画像を取得することができる。本発明のもう１つの例では、患者のＣＴ画像は、脊椎屈曲位置と脊椎伸展位置で取得される。これらの画像は、収集されて、解剖学的運動範囲情報を提供する。よって、屈曲及び伸展中に神経学的情報も取得することにより、解剖学的情報（画像）及び神経学的情報を単一のディスプレイ内で組み合わせて、神経学的情報が解剖学的情報と共に協調的に表示されるようにすることができる。この組み合わされた情報は、そこで、最も適正な術式を判定すること及び特定の外科的治療の有効性を評価することを含め、術前、術中、又は術後治療を支援するのに使用することができる。例えば、組み合わされた情報は、運動範囲及び神経情報シミュレーション地図を生成するのに使用してもよい。また、組み合わされた情報は、医師が、除去すべき骨の所在位置及び除去量を、例えば、地図から、識別するのに使用されてもよい。情報は、多数の既知又は開発される見込みのある神経診断技法、例えば、ＳＳＥＰ、ＭＥＰ、及びＥＭＧ試験など、の内の１つを使用して取得される神経診断情報も含めるか又はその様な情報を追加してより充実させることもできる。

当業者には理解頂けるように、患者の実際の解剖学的画像に関係付けた、神経モニタリングと手術ナビゲーションの組み合わされたリアルタイムの視覚化物を利用することができる外科的方法は、他にも多数ある。１つの代表的な外科的方法は、脊椎側弯症手術中の神経の動きを術前に追跡するのに特に適している。この代表的な方法では、神経モニタリングと神経診断情報は、神経根の所在位置を変化させる脊椎回旋時に取得される。脊椎回旋中に、ＥＭＧ事象モニタリングが実施される。ＥＭＧ事象が検出された場合は、脊椎回旋が過剰であったということであり、脊椎を回して、より受容可能な回旋範囲まで戻す。これは、脊椎回旋中に取得された解剖学的画像をリアルタイムで表示することを通して視覚化され、そして、上で説明した様に、視覚化は、脊椎回旋中に取得された神経情報を含めることによって更に充実したものとなる。椎骨圧縮の様な他の脊椎状態も、同様に、解剖学的情報、ナビゲーション情報、及び神経診断情報の一体化により評価することができる。

上記では、数例の代表的な実施形態のみについて詳細に説明してきたが、当業者には容易に理解頂ける様に、それら代表的な実施形態では、本開示の新規性のある教示及び利点から実質的に逸脱すること無く、多くの変更が可能である。従って、全てのその様な変更及び代替は、特許請求の範囲で定義されている本発明の範囲内に含まれるものとする。当業者には更に認識頂ける様に、その様な変更及び等価的な構造又は方法は、本開示の精神及び範囲を逸脱しておらず、また、それらは、ここで、本開示の精神及び範囲を逸脱すること無く、ここでは、様々な変更、置き換え、及び修正を加えることができる。なお、「水平」、「垂直」、「頂」、「上側」、「下側」、「底」、「左」、「右」、「頭側」、「尾側」、「上部」、「下部」の様な全ての空間的言及は、単に説明を目的としたものであり、本開示の範囲内で変えることができる。更に、本開示の実施形態は、単独で、又は、複数の脊椎レベル及び椎骨運動体節を対象とする場合には組み合わせて、機能を発揮するように改造してもよい。また、実施形態は、脊椎、より厳密には、椎骨運動体節に関して説明してきたが、本開示は、身体の他の運動体節及び部分に対しても同様に適用することができる。請求項において、手段に機能が加わった項は、列挙されている機能を実行するものとしてここに説明されている要素、並びに、構造的等価物のみならず等価的要素も、その対象に含めるものとする。

１０ 一体型手術ナビゲーション神経モニタリングシステム
１２ モニター
１４ 器具
１６ 事前取得画像
１８ コンピュータ
２０ 検出器
２２ 手術室
２４ 患者
２６ 台
２８ Ｃ型アーム撮像装置
３０ Ｘ線源
３２ Ｘ線受光部
３４ ターゲット追跡マーカー
３６ Ｃ型アーム制御コンピュータ
３８ 基準フレーム
４０ 追跡マーカー
４２ 外科医
４４ 足踏みスイッチ
４６ ヘッドフォン
４６ オペレーティングシステム
４８ マイクロフォン
４７ ユーザーインターフェース、キーボード
４８ メモリユニット
５０ ＣＰＵ
５２ データベース、画像データベース
５３ 技術データデータベース
５４ 追跡ソフトェアモジュール
５６ 較正ソフトェアモジュール
５８ 表示ソフトェアモジュール
６０ 通信モジュール
６２ モデム
６４ 遠隔技術データデータベース
６６ 神経モニタリングソフトェアモジュール
６８ バス
７０ Ｉ／Ｏインターフェース
７２ 映像データインターフェース
７４ プリンタ
７６ 画像アーカイブ
７８ 音声システム
８０ 神経モニタリングインターフェース
８２ 器具ナビゲーションインターフェース
８４ 電極
８６ 刺激印加装置制御部
８８ 器具追跡部
９０ 電源装置
９２ ＧＵＩ
９４ 画像部分
９６ メニュー部分
９８、１００、１０２ 画像枠
１０４ レンダリング枠
１０６ ポインタ
１０８ 神経構造束
１１０ 「３Ｄレンダリング」タブ
１１２ 「技術データ」タブ
１１４ 追跡サブメニュー
１１６ 注釈サブメニュー
１１８ 「現在」タブ
１２０ 「過去軌跡」タブ
１２２ 「予想軌跡」タブ
１２４ 「新規」タブ
１２６ 「閲覧」タブ
１２８ 「編集」タブ
１３０ 情報タブ
１３２ 過去軌跡線
１３４ 予想軌跡線
１３６ 回路
１３８ 信号発生器
１４０ 感知コイル
１４２ 神経刺激印加ユニット
１４４ 送信器
１４６ 感知ユニット
１４８ 電力供給回路
１５０ 電磁制御ユニット
１５２、２６０ 手術用プローブ
１５４、１８０、２０６、２２０、２４２、２６２ ハンドル
１５６、１８２ 近位端
１５８、１８４ 遠位端
１６０、２０４、２６６ ジャック
１６２、２００、２１０、２３８ アクチュエータ
１６４ 遠位区分
１６６、１８６、２１６ シャフト
１６８ シャフト遠位端
１７０、２５６ 導体
１７２ 陽極
１７４ 陰極
１７６、１９８、２０８、２２６、２５８、２６４ 反射体
１７８、２０２ 開創器
１８８ ヘッド
１９０ 陽極先端
１９２ 陰極先端
１９４ 内部容積
１９６、２２４ バッテリー
２１２ 陽極導体
２１４ 陰極導体
２１７ ジャックコネクタ
２１８ 骨用ねじ回し
２２２ 駆動シャフト
２２８ 遠位端
２３０ 駆動ヘッド
２３２ シース付き陽極
２３４ シース付き陰極
２３６ アイレット
２４０ 手術用タップ
２４４、２６８ 導電シャフト
２４６、２７０ 絶縁シース
２４８ 導電先端
２５０ ねじ山
２５２ 溝
２５４ アクチュエータスイッチ
２７２ 導電先端
２７４ 陽極導電部分
２７６ 陰極導電部分
２７８ 絶縁体

Claims (19)

1. 患者の解剖学的構造を評価するためのシステムにおいて、
   第１位置と第２位置で取得された解剖学的構造の画像と、
   前記第１位置と前記第２位置で取得された前記解剖学的構造の前記画像を有する神経学的情報であって、神経伝導情報を含んでいる、神経学的情報と、
   前記神経学的情報の視覚化物を含んでいる、前記第１位置と前記第２位置で示された前記解剖学的構造の表示と、を備えているシステム。
2. 前記画像の取得物は、コンピュータ断層診断法（ＣＴ）撮像システムの撮像視野内に配置されている解剖学的構造と、前記ＣＴ撮像システムを用いて取得された画像を含んでいる、請求項１に記載のシステム。
3. 前記解剖学的構造は脊椎であり、前記第１位置は脊椎屈曲位置と定義され、前記第２位置は脊椎伸展位置と定義されている、請求項１に記載のシステム。
4. 前記脊椎の前記第１位置と前記第２位置の間の運動中に取得された画像と、前記脊椎の前記第１位置と前記第２位置の間の運動中に取得された神経学的情報と、を更に備えている、請求項３に記載のシステム。
5. 前記取得された画像と前記取得された神経学的情報から生成された運動範囲シミュレーションを更に備えている、請求項４に記載のシステム。
6. 前記解剖学的構造は脊椎であり、脊椎の前記第１位置と前記第２位置の間の運動中に追跡された、術前の神経の動きと伝導性を更に備えている、請求項１に記載のシステム。
7. 前記脊椎運動中に取得された神経学的情報と、前記脊椎のリアルタイムの運動をグラフィック的に示すよう更新された前記視覚化物と、を更に備えている、請求項６に記載のシステム。
8. 前記解剖学的構造に対して追跡された手術器具と、前記手術器具の視覚化物を含めるように更新された前記表示と、を更に備えている、請求項１に記載のシステム。
9. 脊椎の状態を評価するためのシステムにおいて、
   脊椎運動中に捕捉された画像データと、
   脊椎運動中に取得された神経学的情報であって、神経状態情報を含んでいる、前記神経学的情報と、
   表示された前記脊椎運動の解剖学的表示と、
   前記脊椎運動の前記解剖学的表示と共に示される、取得された神経学的情報のグラフィック表示と、を備えているシステム。
10. 捕捉された画像データと、同時発生的に取得された前記神経学的情報と、を更に備えている、請求項９に記載のシステム。
11. Ｘ線撮影システムを用いて捕捉された前記画像データを更に備えている、請求項９に記載のシステム。
12. コンピュータ断層撮影システムによる前記画像データを更に備えている、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記脊椎運動には、脊椎屈曲と脊椎伸展が含まれる、請求項９に記載のシステム。
14. 前記脊椎運動には、脊椎回旋が含まれる、請求項９に記載のシステム。
15. 脊椎運動中にＥＭＧ事象の検出が行われ、ＥＭＧ事象が検出された場合は、前記脊椎運動の結果、ＥＭＧ事象が生じたことが表示される、請求項９に記載のシステム。
16. 前記神経学的情報は、神経学的プローブを用いて取得され、前記追跡された神経学的プローブの運動と、前記神経学的プローブの位置を示しているマーカーを含めるように更新された前記解剖学的表示と、を更に備えている、請求項９に記載御システム。
17. 一体型手術ナビゲーション神経モニタリングシステムにおいて、
    モニターと、
    コンピュータであって、
    患者の解剖学的構造の地理的表示を示し、
    前記患者の解剖学的構造に対する神経学的プローブの運動を追跡し、
    神経学的プローブ位置の表示を含めるよう前記地理的表示を更新し、
    前記神経学的プローブ位置で、神経伝導情報を含めた神経学的情報を取得し、
    前記神経学的プローブ位置の前記取得された神経学的情報の視覚化物を含めるよう前記地理的表示を更新するように、プログラムされている、コンピュータと、を備えているシステム。
18. 前記コンピュータは、前記患者の解剖学的構造の運動中に、前記患者の解剖学的構造の画像データを捕捉し、前記患者の解剖学的構造の前記運動を反映するよう前記地理的表示を更新するように、更にプログラムされている、請求項１９に記載のシステム。
19. 前記患者の運動は、脊椎屈曲位置と脊椎伸展位置の間での患者運動を含んでいる、請求項１９に記載のシステム。

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