專利名稱：帶有自動手術(shù)輔助和控制設(shè)備的手術(shù)導(dǎo)航和神經(jīng)監(jiān)視集成系統(tǒng)的制作方法
帶有自動手術(shù)輔助和控制設(shè)備的手術(shù)導(dǎo)航和神經(jīng)監(jiān)視集成系統(tǒng)
背景技術(shù)：
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手術(shù)操作，特別是神經(jīng)相關(guān)的操作，通常由幫助外科醫(yī)生移
動和定位手術(shù)工具或探針的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)來輔助。傳統(tǒng)的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)使用反射鏡和/或標(biāo)記來提供手術(shù)工具相對于患者解剖結(jié)構(gòu)手術(shù)前透視圖的位置信息。然而，手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)沒有執(zhí)行神經(jīng)監(jiān)視功能以確定神經(jīng)結(jié)構(gòu)的完整性或手術(shù)工具對于該神經(jīng)結(jié)構(gòu)的接近性。另一方面，
10設(shè)計神經(jīng)完整性監(jiān)視系統(tǒng)以使用電刺激法來鑒定神經(jīng)位置，從而預(yù)測
和防止神經(jīng)損傷。然而，神經(jīng)完整性監(jiān)視系統(tǒng)不提供視覺導(dǎo)航輔助。因此，需要這樣的神經(jīng)監(jiān)視和手術(shù)導(dǎo)航集成系統(tǒng)，其在導(dǎo)航手術(shù)工具或探針方面以及在能夠神經(jīng)監(jiān)視以評估手術(shù)工具對于神經(jīng)結(jié)構(gòu)的接近性和/或神經(jīng)結(jié)構(gòu)完整性方面，能夠在視覺上輔助外科醫(yī)生。
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發(fā)明內(nèi)容
在一個方面，本公開涉及裝置，其包括器械追蹤系統(tǒng)，其被配置來跟蹤器械的移動，以及數(shù)據(jù)庫，其包含關(guān)于手術(shù)操作和患者解剖學(xué)的技術(shù)信息。裝置還包括計算機，所述計算機與器械追蹤系統(tǒng)和20數(shù)據(jù)庫可操作地連接。計算機被設(shè)定程序以測定靠近器械的解剖結(jié)構(gòu)并且確定數(shù)據(jù)庫包含的與解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的一部分技術(shù)信息。計算機進一步被設(shè)定程序，以用戶可選擇的方式產(chǎn)生并顯示所述一部分技術(shù)信息的標(biāo)識符，以允許用戶選擇性地獲得與手術(shù)操作和解剖結(jié)構(gòu)之一相關(guān)的技術(shù)信息。
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在另一方面，本公開涉及一種方法，所述方法包括追蹤手術(shù)
器械并且在給定的手術(shù)器械位置施加電刺激。該方法還包括從神經(jīng)結(jié)構(gòu)對電刺激的神經(jīng)響應(yīng)確定與手術(shù)器械位置相關(guān)的神經(jīng)結(jié)構(gòu)的位置。在進一步的方面，本公開包括具有計算機的裝置，所述計算機被設(shè)定程序以確定神經(jīng)監(jiān)視探針的位置，所述神經(jīng)監(jiān)視探針被設(shè)計
30以將電刺激施加到患者上。計算機被進一步設(shè)定程序以比較所確定的位置與患者的解剖框架，其中所述解剖框架提供神經(jīng)結(jié)構(gòu)的一般位置。 計算機還被設(shè)定程序，以基于神經(jīng)監(jiān)視探針和神經(jīng)結(jié)構(gòu)的位置自動確 定電刺激神經(jīng)結(jié)構(gòu)的電刺激強度和電刺激模式之一。在還有另一方面，本公開涉及計算機可讀存儲介質(zhì)，其上具 5有當(dāng)被計算機執(zhí)行時使計算機訪問患者的解剖顯像的指令。指令也使 計算機訪問從患者獲得的神經(jīng)學(xué)信息并且更新解剖顯像以合并該神經(jīng) 學(xué)信息。在進一步的方面，本發(fā)明涉及手術(shù)方法，所述手術(shù)方法包括
相對于包含神經(jīng)結(jié)構(gòu)的患者解剖結(jié)構(gòu)移動手術(shù)工具以及利用手術(shù)工具
io 將電刺激施加到神經(jīng)結(jié)構(gòu)上。該手術(shù)方法還包括通過GUI的檢査確定 神經(jīng)結(jié)構(gòu)相對于患者解剖結(jié)構(gòu)的其它解剖結(jié)構(gòu)的位置，所述GUI顯示 患者解剖結(jié)構(gòu)和手術(shù)工具的顯像。從下面詳細(xì)的附圖和描述，本發(fā)明的這些和其他方面、形式、 目的、特征和益處將變得明顯。
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圖1是手術(shù)導(dǎo)航和神經(jīng)監(jiān)視集成系統(tǒng)的示意圖。
圖2是并入了圖1的手術(shù)導(dǎo)航和神經(jīng)監(jiān)視集成系統(tǒng)的手術(shù)間 的示意圖。
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圖3是圖1的手術(shù)導(dǎo)航和神經(jīng)監(jiān)視集成系統(tǒng)的方框圖。圖4是圖1-3的手術(shù)導(dǎo)航和神經(jīng)監(jiān)視集成系統(tǒng)顯示的GUI 的前視圖。圖5是圖4中示出的GUI的一部分的前視圖。
圖6是用于圖1-3的手術(shù)導(dǎo)航和神經(jīng)監(jiān)視集成系統(tǒng)的無線器 25械追蹤系統(tǒng)的方框圖。圖7是根據(jù)本公開的一個方面的手術(shù)探針的側(cè)視圖。
圖8是根據(jù)本公開一個方面的能施加電刺激的無繩牽開器 的側(cè)視圖。圖9是根據(jù)本公開一個方面的能施加電刺激的塞繩牽開器 30 的側(cè)視圖。圖IO是根據(jù)本公開一個方面的能施加電刺激的無繩骨螺絲刀的側(cè)視圖。圖11是根據(jù)本公開另一個方面的能施加電刺激的手術(shù)螺絲 攻的側(cè)她閣-圖12是根據(jù)本公開的另一個方面的手術(shù)探針的側(cè)視圖。 5
圖13是圖12的手術(shù)探針沿其13-13線的截面圖。圖14是圖12-13示出的手術(shù)探針的端視圖。
圖15是闡述根據(jù)本公開的一個方面的發(fā)射儀器接近解剖結(jié) 構(gòu)的信號的步驟的流程圖。圖16是闡述根據(jù)本公開的一個方面存取和公開技術(shù)資源的 io 步驟的流程圖。圖17是闡述根據(jù)本發(fā)明的一個方面確定神經(jīng)結(jié)構(gòu)完整性的 步驟的流程圖。
具體實施例方式
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本公開一般涉及神經(jīng)相關(guān)外科的領(lǐng)域，并且更具體地涉及集
成手術(shù)導(dǎo)航和神經(jīng)監(jiān)視的系統(tǒng)和方法。出于促進對本發(fā)明原理的理解 的目的，現(xiàn)在對在附圖中圖解的實施方式或?qū)嵗M行參考，并且特定 語言被用于對其描述。然而，應(yīng)該理解，沒有因而打算對本發(fā)明的范 圍進行限定。描述的實施方式的任何改變和進一步的修改，以及本文
20 所述發(fā)明原理的任何進一步應(yīng)用將被考慮，如本公開涉及領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員通常會想到的。參考圖l，其示出用于共生顯示手術(shù)導(dǎo)航和神經(jīng)監(jiān)視信息的 儀器。集成的基于圖像的手術(shù)導(dǎo)航和神經(jīng)監(jiān)視系統(tǒng)10能使外科醫(yī)生在 監(jiān)視器12上產(chǎn)生和顯示器械14的軌跡，所述器械14優(yōu)選地是也能促
25進神經(jīng)學(xué)信息獲得的手術(shù)器械，與患者解剖結(jié)構(gòu)的可視化相關(guān)。將表 示一個或多個預(yù)先獲得的圖像16的數(shù)據(jù)傳送到計算機18。計算機18 利用檢測器20實時追蹤器械14的位置。然后，計算機18寄存和實時 用圖像16顯示器械14的軌跡。表示器械14的軌跡的圖標(biāo)附加到預(yù)先 獲得的圖像16上，并且顯示在監(jiān)視器12上。根據(jù)外科醫(yī)生的命令，
30 器械14的實時軌跡可以被儲存在計算機18中。在外科醫(yī)生的命令發(fā) 出時，該命令也在顯示器12上產(chǎn)生表示器械軌跡的新的靜態(tài)圖標(biāo)。外
8科醫(yī)生可選擇發(fā)出附加命令，每一個命令儲存實時軌跡和產(chǎn)生新的靜 態(tài)圖標(biāo)以進行缺省顯示。外科醫(yī)生可以不顧該缺省，并且選擇不顯示 仵何靜茶圖壇 外封疾牛也可選檉伸用定時的和儲存的器械軌跡講行
多個幾何學(xué)測量。
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除顯示和儲存器械14相對于患者解剖結(jié)構(gòu)的軌跡之外，計
算機系統(tǒng)18也用代表從患者獲得的神經(jīng)學(xué)信息的指示物更新在顯示器 12上顯示的患者解剖結(jié)構(gòu)顯像。如在下面更詳細(xì)描述的，神經(jīng)學(xué)指示 物可以包括某些解剖結(jié)構(gòu)的彩色編碼、附加在預(yù)獲得的圖像或其顯像 上的文字或圖形注解、或其他的識別標(biāo)記。本文對患者解剖結(jié)構(gòu)顯像
io的提及可包括預(yù)獲得的圖像、源自一個或多個預(yù)獲得的圖像的圖示、 圖片信息、或它們的組合。參考圖2，示出了并入基于圖像的手術(shù)導(dǎo)航和神經(jīng)監(jiān)視系統(tǒng) 10的手術(shù)間22。當(dāng)躺在工作臺26上的患者被置于C型臂成像裝置28 中時，收集患者24的預(yù)獲得圖像。如本文使用的術(shù)語"預(yù)獲得"不意
15 指任何給定時間順序。然而，優(yōu)選地，在進行手術(shù)導(dǎo)航時之前一些時 間，拍攝圖像。通常地，從兩個基本上正交的方向，例如目標(biāo)解剖結(jié) 構(gòu)的前-后(A-P)和側(cè)面，拍攝圖像。成像裝置28包括X射線源30和 X射線接收部分32。接收部分32包括目標(biāo)追蹤標(biāo)記34。由醫(yī)師或其 他用戶通過C型臂控制計算機36控制C型臂成像裝置28的操作。
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盡管顯示C型臂成像裝置28用于從患者24獲得圖像，但是
應(yīng)該理解，其他的成像裝置可用于獲得患者的解剖學(xué)圖像和/或功能圖 像。例如，可以使用計算機斷層攝影術(shù)(CT)、磁共振(MR)、正電子發(fā) 射斷層攝影(PET)、超聲和單光子發(fā)射計算機斷層攝影(SPECT)獲得圖 像。也可使用O型臂成像系統(tǒng)進行圖像獲取。此外考慮，可以在手術(shù)
25 前用一種遠(yuǎn)離手術(shù)間22的成像形式獲得圖像，并且可以在手術(shù)間22 用另一類型的成像形式在手術(shù)前或手術(shù)期間獲得圖像?？梢允褂靡阎?的寄存技術(shù)寄存這些多形式圖像。將獲得的圖像傳輸?shù)接嬎銠C36，在那里圖像可被發(fā)送到手 術(shù)導(dǎo)航計算機18。計算機18提供通過監(jiān)視器12顯示接收的圖像的能
30力。也可使用其他的裝置例如仰視顯示器來顯示圖像。進一步參考圖2，系統(tǒng)10通常進行器械14的實時追蹤，并且也可追蹤接收器部分32和參照系38的位置。檢測器20檢測待被追 蹤的每個對象上追蹤標(biāo)記的存在。檢測器20與計算機18相連，該計 笪機18田欽件臘協(xié)編親.聽述欽件模塊分析由松測l惡20傳綸的佶號.
以確定每個對象在檢測器空間中的位置。檢測器定位對象的方法是本
5 領(lǐng)域已知的。通常，器械14由檢測器追蹤，檢測器是光學(xué)追蹤系統(tǒng)(沒有 顯示)的一部分，其使用附著的追蹤標(biāo)記40，例如反射鏡，以便在檢測 器空間中確定其三維位置。計算機18與光學(xué)追蹤系統(tǒng)通訊連接，并且 將該信息與患者24的預(yù)獲得圖像整合，以產(chǎn)生當(dāng)外科醫(yī)生42進行手
io 術(shù)操作時，輔助外科醫(yī)生42的顯示。器械14的軌跡的圖示同時地疊 加在患者24的預(yù)獲得的圖像上和顯示在監(jiān)視器12上。用這樣的方式， 外科醫(yī)生42能實時看到器械相對于患者解剖結(jié)構(gòu)的軌跡。進一步參考圖2，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)優(yōu)選地具有儲存器械14 的動態(tài)實時軌跡的能力。通過使用腳踏開關(guān)44發(fā)出命令，例如，計算
15機18接收在計算機18的存儲器中存儲器械的實時軌跡的信號?？蛇x 地，外科醫(yī)生或其他用戶可使用其他的輸入裝置例如儀器上的按鈕、 聲音命令、觸摸墊/觸摸屏輸入等等，發(fā)出命令。該"儲存命令"也指 示計算機18產(chǎn)生表示器械的存儲軌跡的新的靜態(tài)圖標(biāo)，基本上將該圖 標(biāo)"凍結(jié)"在接收輸入時的點上。靜態(tài)圖標(biāo)連同表示器械實時軌跡的
20圖標(biāo)，可同時地附加到預(yù)獲得的圖像上。如果正在顯示多個圖像，靜 態(tài)和實時圖標(biāo)都可以附加到所有顯示的圖像上。也可以使用發(fā)出存儲 命令的其他方法，舉例來說，例如通過GUI。外科醫(yī)生也可選擇儲存 多個器械軌跡。每一次發(fā)出希望的存儲命令時，器械的實時軌跡得以 儲存，并將表示儲存軌跡的新的靜態(tài)圖標(biāo)顯示在預(yù)獲得的圖像上，或
25者如果正在顯示一個以上圖像，那么顯示在所有預(yù)獲得的圖像上。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)優(yōu)選地具有測量實時軌跡和一個或多個 儲存的軌跡之間的角度或測量儲存的軌跡之間的角度的能力，其與在 美國專利第6,920,347號中描述的方式相類似，其公開內(nèi)容被并入本文。
除將描述的追蹤和儲存器械軌跡之外，神經(jīng)學(xué)信息可以從患進行引導(dǎo)的方式移動器械14至包含神經(jīng)結(jié)構(gòu)的解剖學(xué)區(qū)域，然后，使 用器械14或其他的神經(jīng)學(xué)刺激裝置連同電極(沒有顯示)可從神經(jīng)結(jié)構(gòu)
獲得神經(jīng)學(xué)信息。然后，將獲得的神經(jīng)學(xué)信息傳送至計算機18，所述 計算機18寄存神經(jīng)結(jié)構(gòu)的神經(jīng)學(xué)信息，其中從該神經(jīng)結(jié)構(gòu)獲得神經(jīng)學(xué)
5信息。基于器械14的位置，計算機18可以確定被刺激的神經(jīng)結(jié)構(gòu)的 位置，然后在顯示器12上更新該神經(jīng)結(jié)構(gòu)的顯像，以包括表示獲得的 神經(jīng)學(xué)信息的標(biāo)記或其他指示物。例如，基于位置、方向和神經(jīng)響應(yīng)， 計算機18可以確定被刺激神經(jīng)結(jié)構(gòu)的類型，并且給顯示器12上的神 經(jīng)結(jié)構(gòu)的顯像加上注解?？蛇x地，基于其分類或其它限定特征，可以
io在顯示器12的顯像中分配給神經(jīng)結(jié)構(gòu)指定的顏色。除表征被刺激的神經(jīng)結(jié)構(gòu)之外，計算機18連同神經(jīng)結(jié)構(gòu)的 位置信息也可預(yù)測神經(jīng)的結(jié)構(gòu)，并在顯示器12上給外科醫(yī)生圖形顯示 該預(yù)測的結(jié)構(gòu)。在這點上，可以刺激一部分神經(jīng)，但是預(yù)測完全的神 經(jīng)結(jié)構(gòu)并進行圖形顯示。此外，盡管預(yù)獲得的圖像和/或其顯像提供給
15外科醫(yī)生對與被追蹤器械相關(guān)的患者解剖結(jié)構(gòu)以一般了解，但是獲得 的關(guān)于神經(jīng)結(jié)構(gòu)的神經(jīng)學(xué)信息對該了解進行了更精確的補充。因此， 通過定位神經(jīng)結(jié)構(gòu)的位置，集成系統(tǒng)增強外科醫(yī)生對特定患者的解剖 學(xué)了解。為了進一步輔助外科醫(yī)生，通過定位神經(jīng)結(jié)構(gòu)，當(dāng)器械14接 近神經(jīng)結(jié)構(gòu)時，計算機18可以自動給予外科醫(yī)生可視或可聽的指示物。
20而且，可以調(diào)節(jié)指示物以與神經(jīng)結(jié)構(gòu)的類型、位置或其他特征相符合。
使用聲音識別軟件和硬件或其他的輸入裝置，外科醫(yī)生42 或其他的用戶也可以增加關(guān)于神經(jīng)結(jié)構(gòu)的注解——神經(jīng)響應(yīng)從該神經(jīng) 結(jié)構(gòu)測量。然后，可以將那些注解儲存在計算機18的存儲器中。在一 個實施方式中，外科醫(yī)生42戴耳機46和話筒48，以幫助在手術(shù)操作
25期間進行不用手的注釋。如將在下面進一步解釋的，在需要時，計算 機18也可通過連接到耳機的音頻系統(tǒng)或其他揚聲器，給外科醫(yī)生廣播 聲音信息?，F(xiàn)在參考圖3，示出手術(shù)導(dǎo)航和神經(jīng)監(jiān)視集成系統(tǒng)10的方 框圖。計算機18包括與顯示監(jiān)視器12的顯示屏協(xié)同操作的GUI系統(tǒng)。 30連同運行計算機18的操作系統(tǒng)46，執(zhí)行GUI系統(tǒng)。GUI作為計算機 18的一部分執(zhí)行，以接收來自用戶界面47例如鍵盤、鼠標(biāo)、光棒、觸摸板、觸摸屏、語音識別模塊、腳踏開關(guān)、控制桿等的輸入數(shù)據(jù)和命 令。為了附圖和說明的簡單化，沒有圖解傳統(tǒng)計算機的許多部件例如 地址緩沖器、存儲緩沖器及其他標(biāo)準(zhǔn)控制電路，這是因為這些元件是 本領(lǐng)域熟知的，并且其詳細(xì)說明對于理解本發(fā)明不是必需的。
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用于執(zhí)行本發(fā)明的多個步驟的計算機程序通常位于存儲器
48中，并且通過使用中央處理器(CPU)50進行本發(fā)明的過程。存儲器 48代表只讀存儲器和隨機存取存儲器。存儲器也包含儲存數(shù)據(jù)例如圖 像數(shù)據(jù)和表格的數(shù)據(jù)庫52，其包括例如儲存的器械位置、延伸值和幾 何變換參數(shù)這些信息，它們與本發(fā)明一起使用。數(shù)據(jù)庫52也可用于儲
io 存數(shù)據(jù)，例如監(jiān)測的神經(jīng)學(xué)結(jié)構(gòu)的定量和定性評估。存儲器進一步包 含技術(shù)資料數(shù)據(jù)庫53，其儲存與例如手術(shù)操作、 一般的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)信 息、視頻、出版物、指南、報告、解剖學(xué)圖解、手術(shù)指導(dǎo)等相關(guān)的資 料，可被外科醫(yī)生或其他用戶在手術(shù)前、手術(shù)期間或手術(shù)后訪問，以 輔助診斷和治療。也包含在存儲器48中的是通信軟件模塊60，其幫助
15 通過計算機18的調(diào)制解調(diào)器62與遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)庫，例如技術(shù)資料數(shù) 據(jù)庫64通訊。應(yīng)該理解單一表示的圖像檔案數(shù)據(jù)庫和技術(shù)資料數(shù)據(jù)庫僅 僅是用于說明目的，并且認(rèn)為這樣的系統(tǒng)可能需要多個數(shù)據(jù)庫。另外， 計算機18可通過網(wǎng)絡(luò)(沒有顯示)訪問數(shù)據(jù)庫。根據(jù)本發(fā)明，可以使用
20 任何可接受的網(wǎng)絡(luò)，無論其是公共的、開放的、專用的、私人的、等 等。與網(wǎng)絡(luò)的通訊聯(lián)系可為任何可接受的類型，包括傳統(tǒng)的電話線、 光纖、電纜調(diào)制解調(diào)器連接、數(shù)字用戶線路、無線數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)等等。 在這點上，計算機18裝備有公知設(shè)計的通信接口硬件62和軟件60， 其許可建立與數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)交換。
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CPU 50，連同包含操作系統(tǒng)46、追蹤軟件模塊54、校準(zhǔn)軟
件模塊56、顯示軟件模塊58、通信模塊60和神經(jīng)監(jiān)視軟件模塊66的 計算機軟件，控制系統(tǒng)10的操作和進程。CPU 50執(zhí)行的進程可作為 電信號沿著總線68通信到I/O接口 70和視頻接口 72。除連接到用戶 界面47之外，1/0接口還連接到打印機74、圖像儲存器(遠(yuǎn)程的或本地
30的)76、和音頻系統(tǒng)78 (揚聲器)。追蹤軟件模塊54在本文所述的圖像引導(dǎo)系統(tǒng)中進行追蹤目標(biāo)所需的進程，并且是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的。校準(zhǔn)軟件模塊56
計算修正圖像失真的幾何變換，并將該圖像記錄到解剖學(xué)參照系38， 并因此記錄患者解剖結(jié)構(gòu)。顯示軟件模塊58運用，并且如果要求的話，計算導(dǎo)向追蹤 5 標(biāo)記40和器械14之間的偏移量，以便產(chǎn)生表示器械軌跡的圖標(biāo)，將 其附加在圖像上。對于具有固定長度和角度的器械，這些偏移量可以 測量一次，并儲存在數(shù)據(jù)庫52中。然后，用戶從一系列器械進行選擇， 一個用于本方法，所以由顯示軟件模塊58運用適當(dāng)?shù)钠屏?。對于?有可變長度和角度的器械，可手動測量偏移量，并通過鍵盤47輸入，
io 或者結(jié)合追蹤指示器(沒有示出)或追蹤記錄導(dǎo)桿(沒有示出)測量。在圖像數(shù)據(jù)庫52中本地儲存的預(yù)獲得圖像數(shù)據(jù)或在圖像存 儲器76中遠(yuǎn)程儲存的預(yù)獲得圖像數(shù)據(jù)可以數(shù)字地通過I/0接口 70，直 接地輸入計算機18，或者可通過視頻接口 72作為視頻數(shù)據(jù)供給。另外， 如果存儲器資源有限，那么顯示為在存儲器儲存的項目也可儲存——
15 至少部分地儲存——在硬盤(沒有顯示)或者其他存儲器件例如閃速存 儲器中。而且，盡管沒有明確地顯示，但是圖像數(shù)據(jù)也可通過大容量 存儲器件例如硬盤驅(qū)動器、光盤、磁帶驅(qū)動器或任何其他類型的數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)移和存儲儀器，提供到網(wǎng)絡(luò)上。除上面描述的模塊和接口之外，計算機18包括神經(jīng)監(jiān)視接
20口 80，以及器械導(dǎo)航接口 82。神經(jīng)監(jiān)視接口 80接收靠近患者24的電 極84的電信號。響應(yīng)于通過器械14或其他電刺激探針(沒有顯示)施加 到患者神經(jīng)結(jié)構(gòu)的電刺激，電信號通過電極84被檢測。在該實例中， 電極是肌電圖描記法(EMG)電極，并記錄肌肉對神經(jīng)刺激的響應(yīng)。可 選地，可以使用其他的神經(jīng)監(jiān)視技術(shù)，例如運動誘發(fā)電位(MEP)神經(jīng)監(jiān)
25 視和體感誘發(fā)電位(SSEP)神經(jīng)監(jiān)視。刺激器控制器86與器械14接口 ， 并且控制器械14施加的刺激的強度、方向和模式。外科醫(yī)生或其他用 戶通過輸入接口 47或在器械14本身上，可接收確立了期望刺激特征 的輸入。如上所述，集成系統(tǒng)10也使用標(biāo)記、反射鏡或其他追蹤器 30件進行器械14 (和患者24)的實時追蹤。在一個實例中，器械14包括 標(biāo)記40，其運動被器械追蹤器88追蹤，所述器械追蹤器可包括照相機
13或其他已知的追蹤儀器。同樣地，患者可包含標(biāo)記或反射鏡，以便患
者運動可以被追蹤。為了實現(xiàn)電剌激的施加，器械14也連接到電源90。 力n您更云.屮的.製城14"51"誦:!寸仿午哭*#本身內(nèi)的由她.祖由-仿干計算
機箱內(nèi)的電源供電，或感應(yīng)供電。
5
設(shè)計手術(shù)導(dǎo)航和神經(jīng)監(jiān)視集成系統(tǒng)，以通過器械相對于患者
解剖結(jié)構(gòu)的顯像，來輔助外科醫(yī)生導(dǎo)航器械例如手術(shù)工具、探針或其 他器械。如本文所述的，使用追蹤工具和技術(shù)，可以將器械相對于患 者解剖結(jié)構(gòu)的實時位置和方向信息附加到患者的解剖、功能或?qū)С鰣D 像上。除輔助外科醫(yī)生進行器械追蹤之外，集成系統(tǒng)10也進行神經(jīng)監(jiān) io 視，以評定神經(jīng)結(jié)構(gòu)的位置和完整性。在這點上，外科醫(yī)生可將器械 移動到希望位置，在顯示器12上觀察器械相對于患者解剖結(jié)構(gòu)的放置， 運用電刺激到靠近器械的神經(jīng)結(jié)構(gòu)，和測量對該電刺激的響應(yīng)。然后， 收集的該神經(jīng)學(xué)信息可通過圖形或文字的注解、神經(jīng)結(jié)構(gòu)的顏色或其 他編碼、或其他的標(biāo)記技術(shù)加到患者解剖結(jié)構(gòu)的顯像上，以以人可辨
15別的形式輸送從施加電剌激所收集的神經(jīng)學(xué)信息。集成系統(tǒng)也幫助外
科醫(yī)生可視化患者解剖結(jié)構(gòu)，例如關(guān)鍵神經(jīng)結(jié)構(gòu)和患者解剖結(jié)構(gòu)的相
關(guān)位置或完整性。如圖4-5所示的，使用GUI輸送和促進與手術(shù)導(dǎo)航 和神經(jīng)監(jiān)視信息的交互作用。現(xiàn)在參考圖4，示出設(shè)計用來輔助外科醫(yī)生或其他用戶導(dǎo)航
20 手術(shù)工具如探針或骨螺絲刀的GUI92。在圖解的實例中，GUI92被分 為圖像部分94和菜單部分96。圖像部分包含三個圖像區(qū)98、 100、 102， 在圖解的實例中，其分別包括患者解剖結(jié)構(gòu)的冠狀、矢狀和軸圖像。 圖像部分也包括透視圖區(qū)104。菜單部分96提供可選擇的連接，當(dāng)外 科醫(yī)生對其選擇時，其能連接在圖像區(qū)98、 100、 102展現(xiàn)出的或連接
25從患者獲得的其他數(shù)據(jù)。圖像區(qū)提供外科醫(yī)生用來追蹤器械的解剖圖或框架，所述器 械可以由指示器106象征性地顯示。本文描述的集成系統(tǒng)追蹤器械的 運動，并提供指示器位置的實時顯像，將其附加到包含在區(qū)98、 100、 102中的圖像上。注意，顯示的圖像可以來自從患者獲得的一個或多個
30診斷圖像、圖片模型、或其組合。當(dāng)器械相對于患者解剖結(jié)構(gòu)移動時， 在圖像區(qū)顯示的圖像自動地刷新，以便經(jīng)由指示器106，器械的瞬時位置提供位置信息給外科醫(yī)生。而且，因為集成系統(tǒng)支持手術(shù)器械導(dǎo)航和神經(jīng)監(jiān)視，所以圖
像區(qū)和指示器106提供的位置反饋可以輔助外科醫(yī)生隔離神經(jīng)結(jié)構(gòu)，以進行神經(jīng)監(jiān)視。也就是說，從包含在圖像區(qū)98、 100、 102的圖像可
5以確定對神經(jīng)位置的一般了解。通過所述區(qū)的肉眼檢查，外科醫(yī)生可隨后移動器械靠近神經(jīng)結(jié)構(gòu)，施加電刺激并測量神經(jīng)響應(yīng)。可以以與已知的神經(jīng)監(jiān)視研究一致的方式，使用那些神經(jīng)響應(yīng)來評定神經(jīng)結(jié)構(gòu)的完整性。另外，神經(jīng)學(xué)信息也可用于更精確地定位刺激神經(jīng)結(jié)構(gòu)的位置。例如，患者解剖結(jié)構(gòu)的顯像例如在區(qū)98、 100、 102中包含的圖
io像提供對解剖位置、方向和定位的總的視覺了解。然后，刺激神經(jīng)結(jié)構(gòu)的神經(jīng)學(xué)響應(yīng)可被用于在患者解剖結(jié)構(gòu)顯像上定點該神經(jīng) 結(jié)構(gòu)的位置和方向，其使用顏色編碼或其他指示物。而且，基于神經(jīng)結(jié)構(gòu)的通常位置和它的定位位置，可以增強神經(jīng)結(jié)構(gòu)的評定。也就是說，使用神經(jīng)結(jié)構(gòu)的測量的響應(yīng)和它的位置
15信息，如定位器械靠近結(jié)構(gòu)的外科醫(yī)生所指出的，計算機可以比較測量的響應(yīng)與在數(shù)據(jù)庫中包含的數(shù)據(jù)，并確定測量的響應(yīng)是否與期望給出的相一致。除完整性評定和位置定位之外，導(dǎo)航和神經(jīng)監(jiān)視信息的集成能形成神經(jīng)地圖。也就是說，通過反復(fù)移動器械和神經(jīng)學(xué)監(jiān)視，可以
20 綜合組合的信息以定位神經(jīng)結(jié)構(gòu)位置，基于位置和/或響應(yīng)分類那些神經(jīng)結(jié)構(gòu)，和通過顏色或其他指示物編碼患者的神經(jīng)學(xué)、解剖學(xué)導(dǎo)圖。注意，在該圖解的實例中，器械的尖端由指示器106表示。然而，考慮尖端、后部或整個器械表示可用于幫助導(dǎo)航。同時，盡管同一解剖的三個圖像在不同的視圖示出，可使用其他的圖像顯示方法。仍然參考圖4， 一個圖像區(qū)104是用來圖解患者解剖結(jié)構(gòu)的
三維透視圖，例如神經(jīng)結(jié)構(gòu)束108。該透視圖可以通過記錄患者解剖結(jié)構(gòu)的多角度圖像形成，源自圖片信息，或它們的組合。在實踐中，外科醫(yī)生定位器械靠近目標(biāo)解剖結(jié)構(gòu)。然后，如果需要的話，外科醫(yī)生選擇菜單96的"3D透視圖"標(biāo)號110。在這樣的選擇后，計算機則確
30定指示器106的位置，并產(chǎn)生指示器"指明"的解剖結(jié)構(gòu)的3D透視圖。這樣，外科醫(yī)生可以選擇解剖特征，然后在GUI 92上的3D透視圖中目視檢査該解剖特征。此外，如上述提及的，集成系統(tǒng)保持或能訪問在一個或多個
數(shù)據(jù)庫上包含的技術(shù)庫。外科醫(yī)生可以通過選擇"技術(shù)資料"標(biāo)號112訪問技術(shù)資料。在這樣的選擇后，計算機引起在菜單96中顯示可用資5源(沒有示出)?？紤]可以顯示另一個窗；然而，在優(yōu)選的實施中，單一GUI被用于防止屏和窗附加到導(dǎo)航圖像上。技術(shù)資源可包括與互聯(lián)網(wǎng)
網(wǎng)頁、內(nèi)部網(wǎng)網(wǎng)頁、文章、出版物、報告、地圖、指南等的連接。而
且，在一個優(yōu)選的實例中，當(dāng)外科醫(yī)生選擇標(biāo)號112時，使資源清單
改變到器械的給定位置。因此，考慮可以使對技術(shù)資源信息的訪問流
10 水線化，以在手術(shù)操作期間進行有效訪問。菜單96也包括追蹤器子菜單114和注釋子菜單116。在圖解的實例中，追蹤器子菜單114包括"當(dāng)前"標(biāo)號118、"過去軌跡"標(biāo)號120、和"預(yù)期軌跡"標(biāo)號122，其在需要時提供對顯示器械導(dǎo)航信息的視圖選項。用戶選擇標(biāo)號118使器械的當(dāng)前位置在圖像區(qū)顯示。
15用戶選擇標(biāo)號120使器械的移動軌跡被顯示。用戶選擇標(biāo)號122使預(yù)期軌跡被顯示，其基于器械頭部的當(dāng)前位置。考慮，不止一個標(biāo)號可以是激活的，或者可以被同時選擇。注釋子菜單116包含"新的"標(biāo)號124、"查看"標(biāo)號126、和"編輯"標(biāo)號128。標(biāo)號124、 126、 128幫助產(chǎn)生、查看和編輯關(guān)于手術(shù)操
20 作和解剖與神經(jīng)觀測的注釋。在這點上，對于具體的手術(shù)操作或解剖觀測，例如對于神經(jīng)結(jié)構(gòu)、它的位置、完整性或神經(jīng)響應(yīng)的觀測，外科醫(yī)生可以進行一般的注釋或記錄注解。在一個優(yōu)選的實例中，當(dāng)進行注釋時，計算機自動地關(guān)聯(lián)注釋與器械位置。因此，在手術(shù)操作期間，可以進行注釋，并將注釋與神經(jīng)或其他結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)。而且，通過
25按下"查看"標(biāo)號126，計算機將在區(qū)116中產(chǎn)生注釋清單?？蛇x地，或另外地，通過將器械定位靠近神經(jīng)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生的并與神經(jīng)結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的注釋將是可査看的。與鼠標(biāo)移動上去會變化(mouse-over)技術(shù)相類似，定位器械靠近注釋的神經(jīng)結(jié)構(gòu)將使任何先前的注釋自動地出現(xiàn)，如果啟用這樣的特征的話。
30
應(yīng)當(dāng)理解，其他的標(biāo)號和選擇器--般菜單標(biāo)號例如患者
信息標(biāo)號130，或特定菜單標(biāo)號——可并入菜單區(qū)96。也應(yīng)當(dāng)理解，在菜單區(qū)96中標(biāo)號的顯示和排列僅僅是一個考慮的實例?，F(xiàn)在參考圖5，示出圖像區(qū)102以進一步圖解器械追蹤。如 上所述，通過用戶選擇適當(dāng)?shù)妮斎霕?biāo)號，通過定位指示器106，可以査 看器械相對于患者解剖結(jié)構(gòu)的瞬時位置。另外，選擇圖4的菜單96上 5 的"過去軌道"標(biāo)號120，使器械的過去的或移動的軌跡由虛線軌跡線 132示出。相似地，基于器械的尖端或前段的瞬時位置和方向，也可以 查看相對于患者解剖結(jié)構(gòu)的預(yù)期軌跡134。另外，考慮可以儲存軌跡途徑，并且可以取回儲存的軌跡并 相對于患者解剖結(jié)構(gòu)查看。在這點上，當(dāng)前或?qū)崟r的器械軌跡可以與
io過去的軌跡相比較。此外，應(yīng)該認(rèn)識到，不必記錄所有的器械移動。 在這點上，外科醫(yī)生或其他用戶可以根據(jù)需要打開或關(guān)閉器械追蹤。 同樣，盡管上面描述的前瞻技術(shù)將器械的圖形表示投影到圖像，但是 不要求器械的圖形表示在待被投影入圖像的圖像空間中。換句話說， 例如外科醫(yī)生可把握器械在患者上方并且在圖像的空間外，以便器械
15的表示不出現(xiàn)在圖像中。然而，可能仍然希望將固定長度向前投影入 圖像中，以幫助設(shè)計該過程。在圖解的實例中，軌跡由方向線表示。然而，考慮可以使用 其他的表示。例如軌跡可以被自動地分配不同的顏色或獨特的數(shù)字標(biāo) 記。也可以使用其他類型的方向指示器，并且可以使用不同的形狀、
20 類型、大小和紋理以區(qū)別軌跡。如果需要，外科醫(yī)生也可選擇不示出 任何軌跡的標(biāo)記。外科醫(yī)生也可選擇通過在菜單96中包含的適當(dāng)控制， 改變?nèi)魏诬壽E的缺省顏色或標(biāo)記文本。在一個實例中，過去軌跡被分 配一種顏色，而預(yù)期或前瞻軌跡被分配不同的顏色。同樣，盡管在圖5 中對單一軌跡進行圖解，但是應(yīng)認(rèn)識到，可以一次追蹤多個器械，它
25們的軌跡被追蹤、預(yù)測并在圖像上顯示。如對于圖l-5所描述的，集成系統(tǒng)10使用標(biāo)記、反射鏡等， 追蹤器械例如手術(shù)工具或探針相對于患者解剖結(jié)構(gòu)的位置。在一方面， 該器械也能將電刺激運用到神經(jīng)結(jié)構(gòu)，以便可以確定神經(jīng)學(xué)信息，例 如神經(jīng)位置和神經(jīng)完整性，而不需要將另一個器械引入到患者解剖結(jié)
30構(gòu)中。器械可以通過激發(fā)器控制接口 86和電源90連接到計算機18， 或者在可選的實施方式中，器械可以被無線連接到激發(fā)器控制接口 86，并且被感應(yīng)供電或通過自備電池供電。圖6圖解用于感應(yīng)供電給器械和用于無線而不是使用標(biāo)記 和反射鏡確定器械位置信息的操作線路。操作線路136包括用于產(chǎn)生 電磁場的信號發(fā)生器138。信號發(fā)生器138優(yōu)選地包括多個線圈(沒有 5 示出)。信號發(fā)生器138的每一線圈在感應(yīng)大量磁場后被激活，從而在 感應(yīng)線圈中感應(yīng)相應(yīng)的電壓信號。信號發(fā)生器138使用不同的磁組件，以便相應(yīng)于傳輸?shù)臅r間 依賴性磁場的感應(yīng)線圈140中感生的電壓，產(chǎn)生描述器械位置即定位 與方向的充分信息。如本文使用的，線圈指導(dǎo)電、磁敏感元件，其響 io應(yīng)于隨時間變化的磁場，以產(chǎn)生感生電壓信號，其為所施加的隨時間 變化的磁場的函數(shù)，并且代表所施加的隨時間變化的磁場。信號發(fā)生 器138產(chǎn)生的、含有描述器械位置的充分信息的信號下文被稱為參考 信號。也配置信號發(fā)生器以在感應(yīng)線圈140中感生足夠給器械的 15 電子器件例如神經(jīng)刺激元件142和發(fā)射機144供電的電壓。在優(yōu)選的 實施方式中，信號發(fā)生器138傳輸?shù)?、給器件供電的信號——下文稱 為供電信號，是對于參考信號頻率倍增的。調(diào)整參考信號和供電信號 的頻率范圍，以占據(jù)互斥的頻率間隔。該技術(shù)使信號同時在公共信道 例如無線電信道上進行傳輸，同時保持信號分開，所以它們沒有彼此 20 干擾。參考信號和位置信號優(yōu)選地是調(diào)頻的(FM);然而，也可使用 調(diào)幅(AM)。可選地，可通過單獨的信號發(fā)生器——每一個在不同的頻率 下——傳輸供電信號。如本文具體化的，接收參考信號的部分進一步 包括傳感器146和電源電路148。傳感器146和電源電路148每一個在
25傳感/供電線圈140上可接收由于頻率倍增的參考信號和供電信號感生 的電壓信號。傳感器146和電源電路148都可以將倍增的磁性信號感 生的電壓信號分離為位置信號和供電信號。傳感器146測量相應(yīng)于參考信號的感生電壓信號部分作為 指示器械當(dāng)前位置的位置信號。通過發(fā)射機144傳輸位置信號。相似
30地，電源電路148可保持相應(yīng)于供電信號的感生電壓信號部分，其用 于產(chǎn)生足夠給發(fā)射機144供電并將電刺激施加到神經(jīng)結(jié)構(gòu)的動力。電
18源電路148整流供電信號在線圈140上產(chǎn)生的感生電壓，以產(chǎn)生直流 電源，其被用于給發(fā)射機144和神經(jīng)刺激元件142供電。電源電路148 使用電容器、小電池或其他儲存器件可儲存直流電源，用于以后使用。
集成系統(tǒng)IO包括電磁控制元件150，其調(diào)節(jié)信號發(fā)生器138 5的操作，并且包括接收器(沒有示出)以接收發(fā)射機144無線傳輸?shù)奈恢?信息。在這點上，控制元件150適合于接收磁場模式位置信號，并發(fā) 射那些位置信號給CPU，以進行處理來確定器械位置和/或方向。CPU 優(yōu)選地通過首先確定感應(yīng)線圈140的角取向，然后使用線圈140的方 向來確定器械位置，開始確定器械位置。然而，本發(fā)明不局限于任何
io具體的確定器械位置的方法。盡管示出單一的傳感/供電線圈140，但 是考慮可使用分離的傳感和供電線圈。如本文描述的，在本公開的一方面中，也使用手術(shù)器械例如 探針、牽開器或骨螺絲刀，以將電刺激施加到神經(jīng)結(jié)構(gòu)。圖7-14圖解 集成的手術(shù)工具和電刺激工具的各種實例。
15
圖7圖解手術(shù)探針152，其包括長的并且優(yōu)選地具有紋理的
柄154，所述柄154具有近端156和遠(yuǎn)端158。手術(shù)探針152通過從柄 近端156延伸出的插口 160可連接到圖3的神經(jīng)監(jiān)視接口 80。柄包括 靠近錐形遠(yuǎn)端部分164的橫向突出致動器162，所述錐形遠(yuǎn)端部分164 終結(jié)于帶有遠(yuǎn)側(cè)伸出不銹鋼軸166的柄遠(yuǎn)端158。軸166是錐形的，并
20優(yōu)選地在靠近柄遠(yuǎn)端158的位置具有較大的外徑，逐漸減小為靠近軸 遠(yuǎn)端168的較小外徑，其中從柄遠(yuǎn)端158到軸遠(yuǎn)端168的遠(yuǎn)側(cè)伸出長 度被透明塑膠、薄壁、可收縮管材圍繞。從柄154伸出并電連接到導(dǎo) 體170的是陽極172和陰極174。陽極和陰極172、 174略微地延伸超 過軸遠(yuǎn)端168，并被用來將電刺激施加到神經(jīng)結(jié)構(gòu)。
25
柄154外表面也包括反射鏡/標(biāo)記網(wǎng)絡(luò)176，以幫助追蹤探針
152的位置與方向。顯示探針152為具有三個反射鏡176，其永久地或 可去除地固定到柄154。如傳統(tǒng)的手術(shù)器械追蹤系統(tǒng)已知的，反射鏡 176的大小、形狀和位置通過手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)可以知道，因此，當(dāng)由照相 機捕獲時，探針152的位置與方向可以容易地確定。應(yīng)該認(rèn)識到，可
30以使用多于或少于三個的反射鏡。致動器162能使外科醫(yī)生在手術(shù)操作期間有選擇地施加電刺激到患者解剖結(jié)構(gòu)。如此，探針152可在沒有施加電刺激的情況下 被用于手術(shù)目的，并且當(dāng)外科醫(yī)生需要時，用于禁止來自神經(jīng)結(jié)構(gòu)的
神經(jīng)響應(yīng)。在圖7圖解的實施方式中，探針152由探針152外部的電 源(沒有示出)通過插口 160供電。 5
在圖8中，示出根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的電池供電牽開
器。牽開器178包括長的并且優(yōu)選地具有紋理的柄180，所述柄180 具有近端182和遠(yuǎn)端184。從遠(yuǎn)端184伸出的是錐形軸186，其終止于 彎曲頭188，所述彎曲頭188包括陽極尖端190和陰極尖端192，它們 是彼此共面的。柄180提供內(nèi)部體積194，其大小與形狀適于容納電池
io196，當(dāng)外科醫(yī)生需要時，電池196提供足以電刺激神經(jīng)結(jié)構(gòu)的能量。 在一個實施方式中，電池196被永久地密封在柄180的內(nèi)部體積194 內(nèi)，以便防止與體液和干凈流體接觸。在另一個實施方式中，其沒有 在本文圖解，電池是可拆卸的，因此通過旋轉(zhuǎn)地拆卸柄的蓋部分，電 池可替換?？紤]可以使用可充電電池，并且電池可在不用將它們從柄
15 拆卸的情況下被充電。柄180也包括三個反射鏡198，其對照相機(沒有示出)或其 他的檢測裝置提供視覺反饋，以確定牽開器的位置與方向。與圖7描 述的相類似，牽開器178進一步包括致動器200，其使外科醫(yī)生有選擇 地打開牽開器178的電刺激功能，以對神經(jīng)結(jié)構(gòu)施以電刺激。
20
圖9圖解根據(jù)本公開的塞繩牽開器202。在該實例中，牽開
器202由遠(yuǎn)處的電池或其他的電源，通過使用插口 204的傳統(tǒng)插孔連 接供電。像圖8描述的，牽開器202的柄206包括反射鏡208，以能使 手術(shù)導(dǎo)航硬件和軟件追蹤牽開器202的位置與方向。牽開器202也包 括致動器210，以有選擇地對神經(jīng)結(jié)構(gòu)施以電刺激。電刺激由陽極導(dǎo)體
25 212和陰極導(dǎo)體214促進，所述陽極導(dǎo)體212和陰極導(dǎo)體214延伸超過 軸216。陽極和陰極導(dǎo)體212、 214沿著軸216的全部長度延伸，并且 通過與插口連接器217連接，連接到電源。在另一實例中，如在圖10所示的，配置骨螺絲刀218以除 驅(qū)動接骨螺釘之外提供電刺激。螺絲刀218包括柄220，其具有從其遠(yuǎn)
30 端伸出的驅(qū)動軸222。調(diào)節(jié)柄220大小以容納給電刺激法提供能量的電 池224。柄20也包括以永久的或者可拆卸的方式固定于其上的反射鏡226。驅(qū)動軸222延伸出柄220的遠(yuǎn)端228到驅(qū)動頭230，所述驅(qū)動頭 230的大小和形狀適合容納接骨螺釘?shù)耐七M。與驅(qū)動軸222平行延伸的 是裝鞘的陽極和陰極電極232、 234。裝鞘的電極232、 234當(dāng)延伸時， 延伸超過驅(qū)動軸222的驅(qū)動頭230。裝鞘的陽極和陰極電極232、 234 5優(yōu)選是可收縮的，以便在接骨螺釘推進期間不干擾外科醫(yī)生。外科醫(yī)生使用眼孔(eyelet) 236，手動地延伸和收回裝鞘的 電極232、 234。優(yōu)選地，眼孔位于充分接近柄220的位置，這樣外科 醫(yī)生可以伸出和收回電極232、 234，同時把持柄220并且能按下致動 器238，以施加電剌激。因此，柄包括由限定電極平移范圍的適當(dāng)制動
io裝置所限定的腔(沒有示出)。圖11是根據(jù)本公開的另一方面的手術(shù)螺絲攻的正視圖。在 該實例中，手術(shù)螺絲攻240被構(gòu)造用于制備椎弓根孔，但是其也能夠 進行神經(jīng)刺激，并提供導(dǎo)航信息。在這點上，手術(shù)螺絲攻240包括柄 242，其具有在其中延伸的傳導(dǎo)軸244。絕緣護套246僅僅圍繞軸的一
15部分，以便限定電刺激于傳導(dǎo)尖端248。傳導(dǎo)尖端248包括一系列螺紋 250，其在插入螺絲攻期間嚙合椎弓根或其他的骨結(jié)構(gòu)。形成螺紋250， 以便縱向凹進部分或溝道252沿著尖端的長度限定。柄242具有致動器開關(guān)254，其允許用戶在插入尖端期間有 選擇地施加電刺激。如此，當(dāng)手術(shù)螺絲攻形成椎弓根螺釘引導(dǎo)孔或探
20 測椎弓根時，可以施加電刺激。能量通過導(dǎo)體256施加到傳導(dǎo)尖端248， 所述導(dǎo)體256可連接到圖1的神經(jīng)監(jiān)視系統(tǒng)的能量源上?？蛇x地，可 以在柄中布置電池，并使用電池給傳導(dǎo)尖端248供應(yīng)電刺激能量。柄242也具有三個反射鏡258，其給照相機(沒有示出)或其 他檢測裝置提供視覺反饋，以確定螺絲攻的位置與方向。本領(lǐng)域普通
25技術(shù)人員將理解，可以使用其他的技術(shù)追蹤螺絲攻的位置，例如柄中 的電子位置傳感器。圖12示出根據(jù)本公開的另一實施方式的手術(shù)探針260。類 似于上面描述的實例，探針260具有柄262，其具有一系列連接到其上 或其它方式形成于其上的反射鏡264。從柄的近端伸出的是用于將探針
30 2 60連接到圖2的神經(jīng)監(jiān)視系統(tǒng)的能量源的插口 266。從柄262的遠(yuǎn)端 伸出的是部分被絕緣護套270覆蓋的傳導(dǎo)軸268。軸268的未裝鞘部分
21是能夠探測椎弓根或其他的骨結(jié)構(gòu)的傳導(dǎo)尖端272。柄也具有致動器 274，用于有選擇地激勵傳導(dǎo)尖端272以在探測期間應(yīng)用電刺激法。圖13是傳導(dǎo)尖端272的截面圖。如所示，傳導(dǎo)軸268包括 陽極傳導(dǎo)部分274和陰極傳導(dǎo)部分276，陰極傳導(dǎo)部分276通過絕緣體 5278與陽極傳導(dǎo)部分274分開。這進一步在圖14中圖解。對于該結(jié)構(gòu)， 在陽極傳導(dǎo)部分276和電絕緣陰極傳導(dǎo)部分274之間施以電刺激，進 行雙極電刺激。上面描述的圖解性工具被設(shè)計不僅僅進行手術(shù)功能，而且對 患者的神經(jīng)結(jié)構(gòu)施加電刺激。如本文所述的，在基于圖像的導(dǎo)航的幫
io助下，外科醫(yī)生可移動器械，實時顯現(xiàn)該移動，并且根據(jù)需要在各種 器械位置施加電刺激，而不需要單獨的刺激器械。此外，電刺激也可 以被用于通過應(yīng)用主要的電刺激模式來增強導(dǎo)航。在這點上，當(dāng)器械 橫向通過患者解剖結(jié)構(gòu)時，電刺激被自動地施加到器械尖端的前面。 如此，當(dāng)器械移動時，自動地獲得神經(jīng)學(xué)信息，并且患者解剖結(jié)構(gòu)的
15 顯像自動地更新以整合神經(jīng)學(xué)信息。此外，神經(jīng)學(xué)信息可用于定位一 —以更好的特定性——神經(jīng)結(jié)構(gòu)的實際位置和方向。例如，可以在器 械移動時施加廣范圍的電刺激。如果沒有測量到神經(jīng)響應(yīng)，那么繼續(xù) 這種廣的電刺激。然而，如果測量到神經(jīng)響應(yīng)，可以重復(fù)地施加覆蓋 范圍減小的精確電刺激，以定位受刺激的神經(jīng)結(jié)構(gòu)的位置。
20
現(xiàn)在參考圖15，在又一個實例中，主要電刺激也可以用于
給外科醫(yī)生發(fā)信號器械正在接近神經(jīng)或其他的神經(jīng)結(jié)構(gòu)。該信號可 以是GUI上的視覺標(biāo)識符或者為本文所述的通過音頻系統(tǒng)的可聽警告 廣播的形式。在這點上，集成系統(tǒng)在280處確定器械的瞬時位置。然 后，系統(tǒng)將器械的位置與關(guān)于患者的解剖組成的信息進行比較，以確
25 定器械與神經(jīng)結(jié)構(gòu)的接近性，在282這可能在解剖顯像上不是明顯可 見的。如果器械沒有靠近神經(jīng)結(jié)構(gòu)282、 284，過程返回步驟280。如 果器械在或靠近先前鑒定的神經(jīng)結(jié)構(gòu)282、 286，則從患者的解剖結(jié)構(gòu) 和/或結(jié)構(gòu)的神經(jīng)響應(yīng)，鑒定或分類神經(jīng)結(jié)構(gòu)。在鑒定神經(jīng)結(jié)構(gòu)288后， 在290輸出適當(dāng)?shù)男盘?，其發(fā)信號器械接近神經(jīng)結(jié)構(gòu)?？紤]信號提
30 供的強度和鑒定可基于確定為接近器械的神經(jīng)結(jié)構(gòu)的類型。例如，依 賴于神經(jīng)結(jié)構(gòu)的類型，可聽報警信號的音量和模式可以改變。此外，在可聽的接近指示器的實例中，可聽報警的音量和/或模式可隨著器械 移動靠近或遠(yuǎn)離神經(jīng)結(jié)構(gòu)而變化。因此，可聽的信號給外科醫(yī)生提供 關(guān)于器械相對于神經(jīng)結(jié)構(gòu)的位置的實時反饋。在輸出適當(dāng)?shù)男盘柡螅?過程回到步驟280:確定器械的位置。 5
如上所述，集成系統(tǒng)也能夠在軌跡之間或器械位置之間進行
測量。因此，例如，可以進行骨骼測量以確定對于具體的手術(shù)操作是 否足夠的骨骼已經(jīng)移去。例如，可以跨越待被移去的骨骼的一部分的 輪廓，追蹤器械。然后，跨越該輪廓的軌跡可儲存為軌跡。在一個或 多個骨骼移去步驟之后，可再一次跨越現(xiàn)在其一部分已被移去的骨骼，
io追蹤器械。然后，系統(tǒng)可計算那些軌跡之間的差異，并例如通過GUI
給外科醫(yī)生提供數(shù)值，以幫助外科醫(yī)生確定對于具體的手術(shù)操作是否 足夠的骨骼已經(jīng)移去。同樣地，電刺激的特性可以基于器械的被追蹤瞬時位置自動 地調(diào)整。也就是說，當(dāng)外科醫(yī)生指導(dǎo)施加電刺激時，通過實時追蹤器
15械和從圖像、圖片模型等總的了解患者解剖結(jié)構(gòu)布局，集成系統(tǒng)可以
基于接近器械的解剖而自動地設(shè)定電刺激的強度、范圍和類型。代替
自動地設(shè)定電刺激特性，系統(tǒng)可以在GUI上相似地顯示，來自該系統(tǒng) 的電刺激值用于外科醫(yī)生考慮。在這點上，外科醫(yī)生可以通過到GUI 的適當(dāng)輸入，采用建議的特性，或限定與系統(tǒng)建議的不同的值。同樣 20 地，因為器械能被用于骨粉磨或移去和電刺激，神經(jīng)響應(yīng)可以在有效 粉磨或骨除去期間測量。雖然己經(jīng)示出并描述了探針、牽開器、螺絲刀和螺絲攻，但 是考慮，按照本公開的其他手術(shù)工具可用來執(zhí)行手術(shù)功能以及施加電 刺激，如鈍性擴張器、鉆子、椎弓根進出針、活組織檢査針、藥物輸
25送針、球尖探針、體內(nèi)擴張器、椎盤移去工具、體內(nèi)間隔工具、軟組
織牽開器和其他工具。此外考慮，植入物如椎弓根螺釘，在連接到手 術(shù)工具的傳導(dǎo)部分時，其也可以是傳導(dǎo)的，且因此在植入物植入時用 于施加電刺激。例如，當(dāng)接骨螺釘在與螺絲刀的驅(qū)動和導(dǎo)電端嚙合時， 也可用于施加電刺激。同樣，雖然圖解示出具有用于任選地光學(xué)確定
30 器械位置和方向的反光鏡的手術(shù)器械，但是手術(shù)器械可包括電路，諸
如關(guān)于圖6描述的電路，用于電磁確定器械位置和方向并為電剌激和發(fā)射機電路進行感應(yīng)供電。本文所述的手術(shù)器械圖解了本公開可在其中執(zhí)行的不同的 實例?？烧J(rèn)識到，可以使用除了所述儀器外的其他儀器。進一步，優(yōu) 選地，器械由生物相容的材料如不銹鋼制成。然而，可以理解其他生 5物相容材料可以使用。進一步，盡管已經(jīng)描述手術(shù)導(dǎo)航和神經(jīng)監(jiān)視集成系統(tǒng)，但是
應(yīng)該認(rèn)識到，獨立系統(tǒng)也可以以同步交換方式彼此通訊連接。因此， 通過軟件模塊例如本文描述的那些，獨立神經(jīng)監(jiān)視探針和系統(tǒng)提供的 神經(jīng)監(jiān)視信息可被提供給獨立的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，用于導(dǎo)航和神經(jīng)監(jiān)視
10信息的集成顯像。如本文所述，在要求時，集成系統(tǒng)也能給外科醫(yī)生提供對技 術(shù)資源的訪問。而且，設(shè)計集成系統(tǒng)以基于器械位置、神經(jīng)結(jié)構(gòu)位置 或神經(jīng)結(jié)構(gòu)神經(jīng)響應(yīng)提供需要資源的列表。如在圖16中提出的，在 292，集成系統(tǒng)被設(shè)計來接收來自外科醫(yī)生或其他用戶請求公開技術(shù)資 15 源的用戶輸入。在294，在進行請求時，響應(yīng)該輸入，集成系統(tǒng)確定器 械的瞬時位置。在296，然后基于器械位置確定靠近器械的解剖結(jié)構(gòu)。 從器械的位置；被識別的接近解剖；和如果適用的話，接近神經(jīng)結(jié)構(gòu) 的神經(jīng)響應(yīng)；系統(tǒng)訪問相應(yīng)部分的技術(shù)資源數(shù)據(jù)庫298，從而在300
導(dǎo)出并顯示可向外科醫(yī)生公開的相關(guān)技術(shù)資源的列表。該列表優(yōu)選為 20用于外科醫(yī)生選擇的在GUI上顯示的可選擇計算機數(shù)據(jù)鏈接的形式， 并可鏈接到例如文章、出版物、指南、地圖、報告、視頻、說明書和 手冊。在302，響應(yīng)于用戶在GUI上的選擇，從數(shù)據(jù)庫上傳選擇的技 術(shù)資源，并在304向外科醫(yī)生或其他用戶公開?？紤]集成系統(tǒng)可從本 地或遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫上傳技術(shù)資源。 25
能夠由本文所述的集成系統(tǒng)進行的另一過程如圖17所示。
圖17描述預(yù)測過程的步驟，用于提供反饋給正在評估神經(jīng)完整性的外 科醫(yī)生或其它人。該過程開始于步驟306，確定施加電刺激時電刺激器 械的位置。被刺激的神經(jīng)結(jié)構(gòu)的位置也在308測定?；谏窠?jīng)結(jié)構(gòu)的 位置，在310鑒定神經(jīng)結(jié)構(gòu)。通過比較患者的解剖信息與先前的神經(jīng) 30 地圖、圖片模型、解剖地圖等，可以確定神經(jīng)結(jié)構(gòu)的情況?；谏窠?jīng) 結(jié)構(gòu)的鑒定結(jié)果，例如類型，在312預(yù)測神經(jīng)結(jié)構(gòu)對電刺激的神經(jīng)學(xué)響應(yīng)。然后，在314將預(yù)測的神經(jīng)學(xué)響應(yīng)與實際的、測得的神經(jīng)學(xué)響
應(yīng)進行比較。該比較的結(jié)果然后在316傳輸至外科醫(yī)生或其他用戶， 利用GUI幫助確定被刺激神經(jīng)結(jié)構(gòu)的神經(jīng)完整性。另外，被刺激的和 測量的神經(jīng)結(jié)構(gòu)的顯像可以基于該比較例如編碼或注釋的顏色自動更
5 新，以表明神經(jīng)學(xué)響應(yīng)與預(yù)測的不一致。雖然上面僅詳細(xì)描述了幾個示例性實施方式，但是本領(lǐng)域技 術(shù)人員可容易理解，不實質(zhì)偏離本公開的新穎性教導(dǎo)和優(yōu)點的情況下， 示例性實施例的許多修改都是可能的。因此，所有這些修改和替代都 擬包括在所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)
io 認(rèn)識到，這樣的修改和等效構(gòu)造或方法不偏離本公開的精神和范圍， 且它們可做出不同改變、替換和變化而不偏離本公開的精神和范圍。 可以理解所有空間提及，如"水平的"、"垂直的"、"頂部"、"上面"、 "下面"、"底部"、"左邊"、"右邊"、"向頭部"、"向尾部"、"上部" 和"下部"都僅是為了說明性目的，并可在本公開的范圍內(nèi)改變。進
15 —步，本公開實施方式可適于單獨或在多個脊柱水平和椎骨運動段上 結(jié)合工作。同樣地，雖然已經(jīng)參考脊骨，和更具體地參考椎骨運動部 分說明了實施方式，但是本公開可類似應(yīng)用到其他運動段和身體部分。 在權(quán)利要求書中，裝置加功能條款擬用來涵蓋這里所述的、執(zhí)行所述 功能的元件，其不僅結(jié)構(gòu)等效而且是等效的元件。
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權(quán)利要求
1.一種裝置，其包括器械追蹤系統(tǒng)，其被配置來跟蹤器械的移動；數(shù)據(jù)庫，其包含關(guān)于手術(shù)操作和患者解剖學(xué)的技術(shù)信息；和計算機，其與所述器械追蹤系統(tǒng)和所述數(shù)據(jù)庫可操作地連接并且被設(shè)定程序以測定靠近所述器械的解剖結(jié)構(gòu)；確定所述數(shù)據(jù)庫包含的與所述解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的部分技術(shù)信息；并且以用戶可選擇的方式產(chǎn)生并顯示所述部分技術(shù)信息的標(biāo)識符，以允許用戶選擇性地獲得與所述手術(shù)操作和所述解剖結(jié)構(gòu)之一相關(guān)的技術(shù)信息。
2. 權(quán)利要求1的裝置，其中所述技術(shù)信息包括在數(shù)據(jù)庫上以電子形式包含的視頻、文章、出版物和地圖。
3. 權(quán)利要求l的裝置，其進一步包括GUI，并且其中所述計算機 被進一步設(shè)定程序以確定所述器械的預(yù)期軌跡和將所述預(yù)期軌跡顯示 在GUI上。
4. 權(quán)利要求3的裝置，其中所述數(shù)據(jù)庫進一步包含所述患者解剖 結(jié)構(gòu)的解剖圖象，并且其中所述計算機被進一步設(shè)定程序以顯示附加 在所述患者解剖結(jié)構(gòu)的解剖圖象上的所述預(yù)期軌跡。
5.權(quán)利要求1的裝置，其進一步包括神經(jīng)監(jiān)視系統(tǒng)，所述神經(jīng)監(jiān)視系統(tǒng)被配置來誘導(dǎo)和測量神經(jīng)響應(yīng)，并且其中所述計算機被進一步 設(shè)定程序以確定神經(jīng)結(jié)構(gòu)相對于所述器械的位置。
6.權(quán)利要求5的裝置，其中所述器械能施加電刺激，并且其中所 30 述計算機被進一步設(shè)定程序以控制所述神經(jīng)監(jiān)視系統(tǒng)和所述器械施加所述電刺激，以便在所述器械運動之前施加電刺激。
7. 權(quán)利要求6的裝置，其中所述計算機被進一步設(shè)定程序以在所 述器械正在接近神經(jīng)結(jié)構(gòu)的條件下使指示物公布。
8. 權(quán)利要求5的裝置，其中所述計算機被進一步設(shè)定程序以由神 經(jīng)結(jié)構(gòu)的位置自動確定電刺激模式和控制所述神經(jīng)監(jiān)視系統(tǒng)以根據(jù)所 確定的電刺激模式電刺激所述神經(jīng)結(jié)構(gòu)。
9.權(quán)利要求5的裝置，其中所述計算機被進一步設(shè)定程序以由所述神經(jīng)結(jié)構(gòu)的位置預(yù)測所述神經(jīng)結(jié)構(gòu)的神經(jīng)響應(yīng)，以及比較測量的神 經(jīng)響應(yīng)與預(yù)測的神經(jīng)響應(yīng)，并且由所述比較確定所述神經(jīng)結(jié)構(gòu)的完整性。
10. —種方法，其包括追蹤手術(shù)器械；在給定的手術(shù)器械位置施加電刺激；和從神經(jīng)結(jié)構(gòu)對所述電刺激的神經(jīng)響應(yīng)確定所述神經(jīng)結(jié)構(gòu)相對于所 述手術(shù)器械位置的位置。
11.權(quán)利要求10的方法，其進一步包括確定手術(shù)器械運動的軌跡， 以及通過將電刺激施加到所述神經(jīng)結(jié)構(gòu)和測量神經(jīng)結(jié)構(gòu)沿所述軌跡的 神經(jīng)響應(yīng)而產(chǎn)生沿所述軌跡的神經(jīng)結(jié)構(gòu)地圖。
12.權(quán)利要求11的方法，其進一步包括顯示附加在包含所述神經(jīng)結(jié)構(gòu)的患者解剖結(jié)構(gòu)的顯像上的軌跡。
13. 權(quán)利要求12的方法，其進一步包括從解剖結(jié)構(gòu)圖片中形成患 者解剖結(jié)構(gòu)的所述顯像。
14. 權(quán)利要求12的方法，其進一步包括從所述患者解剖結(jié)構(gòu)的圖 像中形成患者解剖結(jié)構(gòu)的所述顯像。
15.權(quán)利要求10的方法，其進一步包括基于所述手術(shù)器械位置自 動設(shè)定電刺激強度和電刺激模式之一。
16.權(quán)利要求10的方法，其進一步包括從所述神經(jīng)響應(yīng)自動鑒定所述神經(jīng)結(jié)構(gòu)。
17. 權(quán)利要求16的方法，其進一步包括基于其鑒定更新所述神經(jīng) 結(jié)構(gòu)的顯像。
18. 權(quán)利要求16的方法，其進一步包括基于所鑒定的神經(jīng)結(jié)構(gòu)， 顯示可得到的所要求資源的列表以供外科醫(yī)生查看。
19. 權(quán)利要求18的方法，其進一步包括當(dāng)所述手術(shù)器械從一種所 15 鑒定的神經(jīng)結(jié)構(gòu)移動至另一所鑒定的神經(jīng)結(jié)構(gòu)時更新所述列表。
20. 權(quán)利要求10的方法，其進一步包括基于所述手術(shù)器械的移動 改變電刺激的方向。
21. —種裝置，其包括計算機，所述計算機被設(shè)定程序以確定神經(jīng)監(jiān)視探針的位置，所述神經(jīng)監(jiān)視探針被設(shè)計來將電刺激 施加到患者上；比較所確定的位置與患者的解剖框架，所述解剖框架提供神經(jīng)結(jié) 構(gòu)的一般位置；和 基于所述神經(jīng)監(jiān)視探針和所述神經(jīng)結(jié)構(gòu)的位置，自動確定電刺激所述神經(jīng)結(jié)構(gòu)的電刺激強度和電刺激模式之一。
22.權(quán)利要求21的裝置，其包括具有所要求的技術(shù)資源且包含在 數(shù)據(jù)庫的技術(shù)資源庫，并且其中所述計算機被進一步設(shè)定程序以基于 30 所述神經(jīng)檢測探針的位置產(chǎn)生可得到的所要求資源的列表以供外科醫(yī)生査看。
23. 權(quán)利要求21的裝置，其包括神經(jīng)監(jiān)視和手術(shù)導(dǎo)航集成系統(tǒng)， 該系統(tǒng)包括所述計算機。
24. 權(quán)利要求23的裝置，其中所述神經(jīng)監(jiān)視和手術(shù)導(dǎo)航集成系統(tǒng) 5包括顯示器，所述顯示器被設(shè)計來顯示表明所述解剖結(jié)構(gòu)的顯像的GUI，并且其中所述計算機使位置標(biāo)記附加在所述解剖結(jié)構(gòu)的顯像上， 顯示所述神經(jīng)監(jiān)視探針的位置。
25. 權(quán)利要求24的裝置，其中所述計算機被進一步設(shè)定程序以在 io所述GUI上顯示手術(shù)器械移動的預(yù)期軌跡。
26. 計算機可讀存儲介質(zhì)，其上具有當(dāng)被計算機執(zhí)行時使所述計算 機進行如下的指令訪問患者的解剖顯像； 15 訪問從患者獲得的神經(jīng)學(xué)信息；禾口更新所述解剖顯像以并入所述神經(jīng)學(xué)信息。
27. 權(quán)利要求26的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中所述指令進一步使 所述計算機基于所述神經(jīng)信息給所述解剖顯像作上彩色標(biāo)記。
28. 權(quán)利要求26的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中所述指令進一步使 所述計算機從解剖圖象和圖片模型中至少一個得到所述解剖顯像。
29. 權(quán)利要求26的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中所述指令進一步使 25 所述計算機在神經(jīng)學(xué)信息獲得期間實時更新所述解剖顯像。
30. —種手術(shù)方法，其包括相對于包含神經(jīng)結(jié)構(gòu)的患者解剖結(jié)構(gòu)，移動手術(shù)工具； 利用手術(shù)工具將電刺激施加到神經(jīng)結(jié)構(gòu)上；禾口30 通過GUI的檢査確定所述神經(jīng)結(jié)構(gòu)相對于患者解剖結(jié)構(gòu)的其它解剖結(jié)構(gòu)的位置，所述GUI顯示所述患者解剖結(jié)構(gòu)和所述手術(shù)工具的顯像。
全文摘要
本發(fā)明涉及手術(shù)導(dǎo)航和神經(jīng)監(jiān)視集成系統(tǒng)，其具有自動手術(shù)輔助和控制設(shè)備。該集成系統(tǒng)給外科醫(yī)生或其它用戶提供實時手術(shù)中輔助。該集成系統(tǒng)也可基于神經(jīng)監(jiān)視探針的位置自動控制神經(jīng)監(jiān)視。
文檔編號A61B19/00GK101677778SQ200880007403
公開日2010年3月24日 申請日期2008年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月25日
發(fā)明者E·J·里托斯基, W·K·阿德考科斯 申請人:華沙整形外科股份有限公司