JP7053596B2 - Nerve positioning and mapping - Google Patents
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Description
(関連出願の相互参照)
本願は、2016年10月5日に出願され、米国特許出願公開第2017/0020611号として公開された「Method of Mapping a Nerve」と題する米国特許出願第15/286,317号、2016年10月5日に出願され、米国特許出願公開第2017/0020450号として公開された「Nerve Mapping System」と題する米国特許出願第15/286,323号、2016年10月5日に出願され、米国特許出願公開第2017/0020451号として公開された「Neural Locating Method」と題する米国特許出願第15/286,328号、2016年10月5日に出願された「Neural Locating Method」と題する米国特許出願第15/286,333号に対する優先権を主張する。
(Mutual reference of related applications)
This application was filed on October 5, 2016, and was published as US Patent Application Publication No. 2017/0020611. US Patent Application No. 15 / 286,317, October 2016, entitled "Method of Mapping a Nerve". US Patent Application No. 15 / 286,323, filed October 5, 2016, entitled "Nerve Mapping System" filed on 5th and published as US Patent Application Publication No. 2017/0020450, US Patent Application US Patent Application No. 15 / 286,328 published as Publication No. 2017/0020451, entitled "Neural Locating Method", US Patent Application No. 15 entitled "Neural Locating Method" filed October 5, 2016. Claim priority over / 286,333.
(発明の分野)
本発明は、概して、1つ以上の神経の存在を検出するための外科用診断システムに関する。
(Field of invention)
The present invention generally relates to a surgical diagnostic system for detecting the presence of one or more nerves.
従来の外科的慣行は、神経の位置を認識又は検証して、神経の損傷を回避することを重要視している。外科的技術の進歩には、低侵襲性外科手術や、更に複雑な医療装置の挿入など、露出がずっと小さい技術の開発を含む。 Traditional surgical practices place importance on recognizing or verifying the location of nerves and avoiding nerve damage. Advances in surgical technology include the development of much less exposed techniques, such as minimally invasive surgery and the insertion of more complex medical devices.
こうした外科技術の進歩により、それに応じて手術中に神経を検出及び/又は回避する方法の改良が必要とされている。 These advances in surgical techniques require corresponding improvements in methods for detecting and / or avoiding nerves during surgery.
一実施形態では、対象者の体内治療領域における神経の位置判定方法は、体内治療領域内の第1の位置において第1の「探索」電気刺激を提供することから開始される。第1の電気刺激は、神経に支配される筋肉の閾値反応を誘発しない第1の電流の大きさを有する。刺激プローブが前進すると、第2の探索電気刺激が、体内治療領域内の第2の位置に提供される。第2の電気刺激は、第1の刺激と同じ電流の大きさを有し、閾値よりも大きい筋肉の反応を誘発する。 In one embodiment, the method of locating a nerve in a subject's in-vivo treatment area begins with providing a first "search" electrical stimulus at a first position in the in-body treatment area. The first electrical stimulus has a magnitude of the first current that does not elicit a threshold response in the nerve-controlled muscle. As the stimulus probe advances, a second exploratory electrical stimulus is provided at a second location within the therapeutic area within the body. The second electrical stimulus has the same current magnitude as the first stimulus and provokes a muscle response greater than the threshold.
第2の誘発刺激の印加後、1つ以上の追加の「位置判定」電気刺激が、第2の位置に提供され、各刺激は第1の刺激よりも小さい電流の大きさを有する。これらの1つ以上の追加の電気刺激から、第2の位置における筋肉の閾値反応を誘発するのに必要な最小の電流の大きさが判定される。次いで、この最小の電流の大きさを使用して、第2の位置から神経までの距離を判定する。 After application of the second evoked stimulus, one or more additional "positioning" electrical stimuli are provided at the second location, each stimulus having a smaller current magnitude than the first stimulus. From these one or more additional electrical stimuli, the magnitude of the minimum current required to elicit a threshold response of the muscle at the second position is determined. This minimum current magnitude is then used to determine the distance from the second position to the nerve.
別の実施形態では、第1の探索電気刺激は、体内治療領域内の第1の位置に印加されてもよい。第1の位置は、神経からの閾値距離よりも大きく、閾値距離は、第1の電気刺激が神経に支配される筋肉の閾値反応を誘発することができる最大距離である。 In another embodiment, the first exploratory electrical stimulus may be applied to a first location within the therapeutic area within the body. The first position is greater than the threshold distance from the nerve, and the threshold distance is the maximum distance at which the first electrical stimulus can elicit a threshold response in the nerve-controlled muscle.
次いで、第2の位置判定電気刺激を、体内治療領域内の第2の位置に印加することができる。第2の位置判定刺激の電流の大きさは、第1の探索刺激の電流の大きさよりも小さく、第2の位置は、第1の位置よりも神経に近い。位置判定電気刺激に対する筋肉の反応の大きさを監視してもよく、この反応の大きさは、位置判定刺激の大きさと共に、第2の位置から神経までの距離を判定するために使用されてもよい。 A second position determination electrical stimulus can then be applied to the second position within the treatment area within the body. The magnitude of the current of the second position determination stimulus is smaller than the magnitude of the current of the first search stimulus, and the second position is closer to the nerve than the first position. The magnitude of the muscle response to the positioning electrical stimulus may be monitored, and the magnitude of this response is used to determine the distance from the second position to the nerve, along with the magnitude of the positioning stimulus. May be good.
第1の位置及び第2の位置のそれぞれは、仮想ワークスペース内に位置合わせされてもよく、第1の位置を囲んでいる仮想ワークスペースの部分は、神経を含まないものとして示され、仮想ワークスペース内の神経の存在は、第2の位置からの判定された距離において示されてもよい。 Each of the first and second positions may be aligned within the virtual workspace, and the portion of the virtual workspace surrounding the first position is shown as nerve-free and virtual. The presence of nerves in the workspace may be indicated at a determined distance from the second position.
一実施形態では、患者の体内治療領域内に位置する神経のモデリング方法は、仮想ワークスペース内の複数の位置に電極を配置することを含み、複数の位置のそれぞれは、体内治療領域内の異なる位置に対応する。電気刺激が、電極から体内治療領域内の異なる位置のそれぞれにおいて体内組織に提供され、提供された電気刺激のそれぞれに対する筋肉の反応は、筋肉と通信するセンサによって監視される。異なる位置のそれぞれから神経までの距離は、それぞれの位置に提供される電気刺激の大きさと、提供された刺激に対する筋肉の監視された反応とを使用して判定される。仮想ワークスペース内のこれらの距離及び既知の/位置合わせされた電極位置から、神経の仮想モデルが仮想ワークスペース内に構築される。次いで、この仮想モデルは、ディスプレイに提供されてもよく、仮想モデルは、他の解剖学的画像と共に表示及び/又はマージされてもよく、又は体内治療領域内に配設されたツール及び/又はエンドエフェクタを制御する目的でロボットコントローラに提供されてもよい。 In one embodiment, a method of modeling a nerve located within a patient's in-vivo treatment area comprises placing electrodes at multiple locations within the virtual workspace, each of which is different within the in-vivo treatment area. Corresponds to the position. Electrical stimuli are delivered from the electrodes to body tissues at different locations within the body's therapeutic area, and the muscle response to each of the delivered electrical stimuli is monitored by sensors that communicate with the muscles. The distance from each of the different locations to the nerve is determined using the magnitude of the electrical stimulus provided at each location and the monitored response of the muscle to the stimulus provided. From these distances in the virtual workspace and known / aligned electrode positions, a virtual model of the nerve is constructed in the virtual workspace. The virtual model may then be provided on the display and the virtual model may be displayed and / or merged with other anatomical images, or tools and / or disposed within the body treatment area. It may be provided to the robot controller for the purpose of controlling the end effector.
別の実施形態では、神経の存在に関して患者の体内治療領域をモデリングする方法は、体内治療領域内の1つ以上の電極の位置を監視することと、1つ以上の電極を介して複数の電気刺激を体内治療領域に提供することと、を含む。複数の電気刺激のそれぞれは、体内治療領域内の異なる各位置に提供され、神経に支配される筋肉は、複数の電気刺激のそれぞれに対する反応に関して監視される。 In another embodiment, a method of modeling a patient's in-vivo therapeutic area with respect to the presence of nerves is to monitor the location of one or more electrodes within the in-vivo therapeutic area and to have multiple electricity through one or more electrodes. Includes providing stimulation to the therapeutic area within the body. Each of the multiple electrical stimuli is provided at different locations within the body's therapeutic area, and the nerve-controlled muscles are monitored for their response to each of the multiple electrical stimuli.
この方法は続いて、異なる位置のうちの少なくとも1つに提供された電気刺激の大きさと、提供された電気刺激に対する筋肉の監視された反応とから、神経と異なる位置のうちの少なくとも1つとの間の距離を判定する。次に、体内治療領域の仮想モデルは、異なる位置のうちの少なくとも1つから判定された距離にある神経を表す第1の部分と、神経を含まない体内治療領域内の空間を表す第2の部分とを含むように構築され得る。上記の実施形態と同様に、この仮想モデルは、ディスプレイに提供されてもよく、仮想モデルは、他の解剖学的画像と共に表示及び/又はマージされてもよく、又は、体内治療領域内に配設されたツール及び/又はエンドエフェクタを制御する目的でロボットコントローラに提供されてもよい。 The method then follows the magnitude of the electrical stimulus provided to at least one of the different locations and the monitored response of the muscle to the electrical stimulus provided to at least one of the nerve-different positions. Determine the distance between them. Next, the virtual model of the in-vivo treatment area has a first portion representing a nerve at a distance determined from at least one of the different positions and a second portion representing a space within the in-vivo treatment area that does not contain a nerve. Can be constructed to include parts and. Similar to the above embodiments, the virtual model may be provided on a display, the virtual model may be displayed and / or merged with other anatomical images, or placed within the therapeutic area of the body. It may be provided to the robot controller for the purpose of controlling the installed tools and / or end effectors.
別の実施形態では、神経のモデリング方法は、1つ以上の電極から患者の体内治療領域に複数の電気刺激を提供することと、非侵襲性機械センサを使用して、複数の電気刺激のそれぞれに対する筋肉の機械的反応を監視することと、を含む。複数の電気刺激のそれぞれは、電流の大きさを有し、体内治療領域内の異なる各位置に提供される。提供された複数の電気刺激のそれぞれの電流の大きさと、筋肉の監視された機械的反応とを用いて、神経と異なる各位置のそれぞれとの間の距離が判定される。最後に、神経の仮想モデルは、神経と異なる各位置のそれぞれとの間の判定された距離を使用して、仮想ワークスペース内に構築される。 In another embodiment, the method of modeling the nerve is to provide multiple electrical stimuli from one or more electrodes to the therapeutic area of the patient's body and to use a non-invasive mechanical sensor to each of the multiple electrical stimuli. Includes monitoring the mechanical response of muscles to. Each of the plurality of electrical stimuli has a magnitude of electric current and is provided at different locations within the therapeutic area within the body. The magnitude of the current of each of the multiple electrical stimuli provided and the monitored mechanical response of the muscle are used to determine the distance between the nerve and each of the different positions. Finally, a virtual model of the nerve is constructed within the virtual workspace using the determined distance between the nerve and each of the different positions.
一実施形態では、神経マッピングシステムは、複数の電極と、センサと、複数の電極のそれぞれ及びセンサと通信するプロセッサと、を含む。複数の電極のそれぞれは、対象者の体内治療領域内に延びるように構成された1つ以上の細長い医療装置の遠位端部に配設され、センサは、筋肉の監視された反応に対応する出力信号を提供するように構成されている。 In one embodiment, the neural mapping system comprises a plurality of electrodes, a sensor, and a processor that communicates with each of the plurality of electrodes and the sensor. Each of the electrodes is located at the distal end of one or more elongated medical devices configured to extend within the subject's body treatment area, and the sensor responds to the monitored response of the muscle. It is configured to provide an output signal.
プロセッサは、体内治療領域内の複数の電極のそれぞれの位置の示度を受信し、刺激が複数の位置のそれぞれにおいて体内組織に伝達され得るように、各電極に電気刺激を提供するように構成される。次いで、プロセッサは、センサからの筋肉の監視された反応の大きさの示度を受信することができ、筋肉の反応は、提供された電気刺激によって誘発されている。次いで、プロセッサは、提供された電気刺激の大きさと、提供された刺激に対する筋肉の監視された反応とを用いて、複数の電極のそれぞれの位置から神経までの距離を判定してもよい。プロセッサは、複数の位置のそれぞれにおいて神経までの判定された距離を使用して、神経の仮想モデルを構築することができ、この仮想モデルは、ディスプレイに出力されてもよく、又は体内治療領域内のツール及び/又はエンドエフェクタを制御する目的でロボットコントローラに提供されてもよい。 The processor is configured to receive the indication of each position of multiple electrodes within the therapeutic area of the body and provide electrical stimulation to each electrode so that the stimulus can be transmitted to internal tissues at each of the multiple positions. Will be done. The processor can then receive an indication of the magnitude of the muscle's monitored response from the sensor, and the muscle response is triggered by the electrical stimulation provided. The processor may then use the magnitude of the electrical stimulus provided and the monitored response of the muscle to the stimulus provided to determine the distance from each position of the plurality of electrodes to the nerve. The processor can build a virtual model of the nerve using the determined distance to the nerve at each of the multiple positions, which may be output to the display or within the therapeutic area of the body. It may be provided to the robot controller for the purpose of controlling the tools and / or end effectors of.
別の実施形態では、神経マッピングシステムは、1つ以上の電極と、センサと、1つ以上の電極のそれぞれ及びセンサと通信するプロセッサと、を含む。1つ以上の電極のそれぞれは、対象者の体内治療領域内に延びるように構成された細長い医療装置の遠位端部に配設され、センサは、筋肉の監視された反応に対応する出力信号を提供するように構成されている。 In another embodiment, the neural mapping system comprises one or more electrodes and a sensor and each of the one or more electrodes and a processor that communicates with the sensor. Each of the one or more electrodes is disposed at the distal end of an elongated medical device configured to extend within the subject's body treatment area, and the sensor is an output signal corresponding to the monitored response of the muscle. Is configured to provide.
プロセッサは、刺激が体内治療領域内の複数の位置のそれぞれで体内組織に伝達され得るように、1つ以上の電極のそれぞれに電気刺激を提供するように構成されている。プロセッサは、センサから出力信号を受信することができ、出力信号は、複数の位置のそれぞれにおいて提供された電気刺激に対する筋肉の反応の示度を提供する。プロセッサは、複数の位置のそれぞれにおいて提供された電気刺激の大きさと、受信された出力信号とを用いて、第1の部分及び第2の部分を含む体内治療領域の仮想モデルを構築することができる。第1の部分は、筋肉を支配する神経を表し、神経を含まない体内治療領域内の空間を表す第2の部分。第1の実施形態と同様に、この仮想モデルは、ディスプレイに出力されてもよく、又は体内治療領域内のツール及び/又はエンドエフェクタを制御する目的でロボットコントローラに提供されてもよい。 The processor is configured to provide an electrical stimulus to each of the one or more electrodes so that the stimulus can be transmitted to the body tissue at each of the plurality of locations within the body therapeutic area. The processor can receive an output signal from the sensor, which provides an indication of the muscle's response to the electrical stimuli provided at each of the multiple locations. The processor can use the magnitude of the electrical stimulus provided at each of the multiple locations and the received output signal to build a virtual model of the in-vivo treatment area containing the first and second parts. can. The first part represents the nerves that innervate the muscles, and the second part represents the space within the therapeutic area that does not contain nerves. Similar to the first embodiment, this virtual model may be output to a display or provided to a robot controller for the purpose of controlling tools and / or end effectors within the treatment area.
一実施形態では、体内空間内の神経の位置判定方法は、刺激装置の遠位端部を体内空間内の解剖学的ターゲットに向かって前進させることと、刺激装置が解剖学的ターゲットに向かって前進している間に、刺激装置の中心軸上に配設された第1の電極から第1の電気刺激を周期的に印加することと、を含む。第1の電気刺激に対する体内空間内の神経に支配された筋肉の反応が検出された場合、位置判定電気刺激は、刺激装置の中心軸からオフセットされた複数の位置から印加することができる。この方法は続いて、複数の位置のそれぞれにおける位置判定電気刺激に対する筋肉の反応の大きさを監視し、神経と複数の位置のそれぞれとの間の距離を判定することができる。判定された距離を使用して、複数の位置のそれぞれにおける判定された距離から神経の位置を判定する。 In one embodiment, the method of locating a nerve in the body space is to advance the distal end of the stimulator towards an anatomical target in the body space and the stimulator towards the anatomical target. Includes periodic application of a first electrical stimulus from a first electrode disposed on the central axis of the stimulator while advancing. When a nerve-controlled muscle response to a first electrical stimulus is detected, the position-determining electrical stimulus can be applied from multiple positions offset from the central axis of the stimulator. This method can subsequently monitor the magnitude of the muscle response to position determination electrical stimulation at each of the plurality of positions and determine the distance between the nerve and each of the plurality of positions. The determined distance is used to determine the position of the nerve from the determined distance at each of the plurality of positions.
本発明の上記の特徴及び利点並びに他の特徴及び利点は、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の態様に関する以下の詳細な説明から容易に明らかである。 The above features and advantages of the invention as well as other features and advantages are readily apparent from the following detailed description of the best embodiments for carrying out the invention with reference to the accompanying drawings.
「a」、「an」、「the」、「少なくとも1つ」、及び「1つ以上」は、項目のうちの少なくとも1つが存在することを示すために互換的に使用される。そのような項目は、別途明瞭に記載のない限り、複数存在してもよい。添付の特許請求の範囲を含む、本明細書におけるパラメータの全数値(例えば、数量又は条件)は、実際に数値の前に「約」があるか否かに関わらず、全ての例において、「約」という用語によって修飾されているものとして理解されるべきである。「約」は、記載された数値がわずかな不正確さ(正確な値に近い、概ねこの値であるか又は値に十分に近い、おおよそ)を許容することを示す。「約」によって提供される不正確さが本技術分野において異なる意味で理解されない場合、本明細書で使用されるときの「約」は、そのようなパラメータを測定及び使用する通常の方法から生じ得る変動を少なくとも示す。更に、範囲の開示は、全ての値及び全範囲内で更に分割された範囲の開示を含む。これにより、範囲内の各値及び範囲の端点は全て、別個の実施形態として開示される。 "A", "an", "the", "at least one", and "one or more" are used interchangeably to indicate that at least one of the items is present. There may be more than one such item, unless otherwise stated explicitly. All numerical values (eg, quantities or conditions) of the parameters herein, including the appended claims, are, in all examples, "about" whether or not they actually precede the numerical value. It should be understood as being modified by the term "about". "About" indicates that the numbers given allow for slight inaccuracies (close to the exact value, approximately this value or close enough to the value, approximately). If the inaccuracies provided by "about" are not understood differently in the art, "about" as used herein arises from the usual methods of measuring and using such parameters. At least show the variation you get. Further, the disclosure of the range includes the disclosure of all the values and the range further divided within the whole range. Thereby, each value within the range and all endpoints of the range are disclosed as separate embodiments.
図面を参照すると、同様の参照番号は様々な図における同様又は同一の構成要素を指すために使用され、図1は、対象者14の体内治療領域12内の1つ以上の神経の存在を特定するために使用され得る神経監視システム10を概略的に示す。以下により詳細に記載されるように、1つの構成では、システム10は、機械的運動に関して対象者14の1つ以上の筋肉を監視して、機械的運動が、提供された刺激に対して人工的に誘発された筋肉の機械的反応(「人工的に誘発された機械的筋肉反応」とも称される)であるか、又は別の因子(例えば、対象者が意図する筋収縮/弛緩及び/又は環境に起因する運動)によって引き起こされる運動であるかを判定することができる。処置中に人工的に誘発された機械的筋肉反応が検出された場合、システム10は、ディスプレイを介してなどユーザに表示する、又は別の適切な動作を実行することができる。
Referring to the drawings, similar reference numbers are used to refer to similar or identical components in various figures, FIG. 1 identifying the presence of one or more nerves within subject 14's in-
本明細書で使用される場合、人工的に誘発された機械的筋肉反応は、天然の知覚手段(例えば、視覚、聴覚、味覚、嗅覚、及び触覚)を通じて知覚されない刺激に反応した筋肉の収縮又は弛緩を指す。むしろ、筋肉を支配する神経に刺激を直接加えることによって誘発されるのが筋肉の収縮/弛緩である。「人工的に誘発された」筋肉反応を引き起こし得る刺激の例としては、神経又は神経を直接囲む体内組織若しくは流体に直接印加される電流を挙げることができる。本例では、印加された電流が十分に強い及び/又は神経に十分に近い場合、神経を人工的に脱分極させる(その結果、これに応じて神経によって支配される筋肉を収縮させる)ことができる。このような「人工的刺激」の他の例は、機械的に誘発された脱分極(例えば、組織レトラクタなどを用いて神経を物理的に伸張又は圧縮させる)、熱誘発性脱分極(例えば、超音波焼灼を通じて)、又は化学的に誘発された脱分極(例えば、神経を囲む組織への化学薬品の適用を通じて)を含むことができる。 As used herein, an artificially evoked mechanical muscle response is the contraction or contraction of muscles in response to stimuli that are not perceived through natural sensory means (eg, vision, hearing, taste, smell, and touch). Refers to relaxation. Rather, it is muscle contraction / relaxation that is triggered by direct stimulation of the nerves that innervate the muscle. Examples of stimuli that can cause an "artificially induced" muscle response include a current applied directly to a nerve or body tissue or fluid that directly surrounds the nerve. In this example, if the applied current is strong enough and / or close enough to the nerve, the nerve can be artificially depolarized (resulting in contraction of the muscles innervated by the nerve). can. Other examples of such "artificial stimuli" include mechanically induced depolarization (eg, physically stretching or compressing nerves using tissue retractors, etc.), heat-induced depolarization (eg, eg). It can include (through ultrasonic ablation) or chemically-induced depolarization (eg, through application of chemicals to the tissue surrounding the nerve).
人工的に誘発された機械的筋肉反応中、人工的に脱分極された神経に支配される筋肉は、物理的に収縮又は弛緩し得る(すなわち、機械的反応)。このような機械的反応は、主に筋肉の長手方向(すなわち、筋肉の構成繊維と並んだ方向)に沿って生じ得るが、横方向(ほとんどの骨格筋の場合、皮膚に対して実質的に垂直であり得る)の筋肉の膨張/弛緩をそれぞれ更にもたらすこともある。人工的に誘発された機械的筋肉反応中の筋肉の局所的運動は、非刺激状態での筋肉の位置に対して測定することができ、筋肉の他の全体的な並進運動と区別される。 During an artificially evoked mechanical muscle response, the muscles dominated by artificially depolarized nerves can physically contract or relax (ie, mechanical response). Such mechanical reactions can occur primarily along the longitudinal direction of the muscle (ie, alongside the muscle's constituent fibers), but substantially laterally (for most skeletal muscles, to the skin). It may also result in further expansion / relaxation of the muscles (which can be vertical). Local movement of the muscle during an artificially evoked mechanical muscle response can be measured relative to the position of the muscle in the unstimulated state, distinguishing it from other overall translations of the muscle.
神経監視システム10は、少なくとも1つの機械センサ22と通信するプロセッサ20を含んでもよい。機械センサ22は、例えば、歪みゲージ、力変換器、位置エンコーダ、加速度計、圧電材料、又は物理的運動を可変電気信号に変換し得る任意の他のトランスデューサ若しくはトランスデューサの組み合わせを含んでもよい。
The
各機械センサ22は、対象者14の筋肉の局所機械的運動を監視するように特別に構成されてもよい。例えば、各センサ22は、センサ22を対象者14の皮膚に接着する、包帯する、又はその他の方法で貼付することができる(すなわち、皮膚外面上に固着する)接着剤/パッチなどの固定手段を含んでもよい。好適な固定手段の他の例としては、包帯、スリーブ、又は対象者14と物理的に接触してセンサ22を保持し得る他の弾性固定手段を含むことができる。あるいは、機械センサ22(及び/又は結合装置)は、その物理的設計によって筋肉の局所機械的運動を監視するように構成されてもよい。例えば、センサ/結合装置は、対象者の内腔若しくは天然の開口内に配設して、内腔若しくは開口の反応、又は内腔若しくは開口に直接隣接する及び/又は接続される筋肉の反応を監視し得るカテーテル、バルーン、咬合ガード、開口プラグ、又は気管内チューブを含んでもよい。好ましい実施形態では、機械センサは非侵襲装置であり、「非侵襲」という用語は、センサが対象者の体内に外科的に(すなわち、その配設を達成するため組織切開を介して)配設されていないことを意味すると意図される。本開示の目的のために、非侵襲センサは、切開を必要とせずにアクセス可能な、天然の内腔内に配設されるセンサを含んでもよい。
Each
一構成では、センサ22は、センサ22が対象者14の皮膚と物理的に接触している場合、それを表示することができる接触検出デバイスを含んでもよい。接触検出デバイスは、例えば、センサ22が適切に位置付けられたときに対象者14の皮膚に接触するように構成された一対の電極を含んでもよい。次いで、センサ22及び/又は接触検出デバイスは、電極間のインピーダンスを監視して、電極が皮膚と接触しているか否かを判定してもよい。好適な接触検出デバイスの他の例としては、センサの表面をわずかに越えて突出する容量性タッチセンサ又はボタンを含むことができる。
In one configuration, the
システム10は、対象者14の体内治療領域12内に刺激を選択的に提供することができる1つ以上の細長い医療機器30(すなわち、刺激装置30とも称される)を更に含んでもよい。例えば、一構成では、細長医療機器30は、遠位端部36に配設された1つ以上の電極34を有するプローブ32(例えば、ボール形先端プローブ、k-ワイヤ、又は針)を含んでもよい。電極34は、ユーザ/医師の要求、又はプロセッサ20のコマンドのいずれかに応じて選択的に通電されて、対象者14の体内組織に電気刺激38を加えてもよい。いくつかの処置では、細長医療機器30は、拡張器、レトラクタ、クリップ、焼灼プローブ、椎弓根スクリュー、又は侵襲性医療処置で使用され得る任意の他の医療機器を含んでもよい。機器にかかわらず、意図された人工刺激が電流である場合、機器30は、処置中に体内治療領域12内の組織に接触することを意図した器具の一部に配設された1つ以上の選択的に通電可能な電極34を含んでもよい。
The
外科的処置中、ユーザ/外科医は、治療領域12内の体内組織に刺激を選択的に加えて、1つ以上の神経束又は繊維の存在を特定することができる。電気刺激38の場合、ユーザ/外科医は、例えば、システム10と通信する、より具体的には刺激装置30と通信するボタン又はフットペダルを押すと、刺激を提供することができる。電気刺激38は、例えば、約30μs~約500μsの範囲内のパルス幅を有する離散的パルス(例えば、ステップパルス)であってもよい。他の実施例では、離散的パルスは、約50μs~約200μsの範囲内、又は約75μs~約125μsの範囲内のパルス幅を有してもよい。離散的パルスは、例えば、約1Hz~約10Hzの周波数で周期的に印加されてもよい。
During the surgical procedure, the user / surgeon can selectively apply a stimulus to the body tissue within the
神経が電極34の所定の距離内に延びている場合、電気刺激38が神経を脱分極させることで、神経に支配される筋肉の機械的攣縮(すなわち、人工的に誘発された機械的筋肉反応)をもたらすことができる。一般に、反応/攣縮の大きさは、電極と神経との間の距離、及び刺激電流の大きさに直接相関し得る。図2は、これらの関係を示すグラフ50であり、感知された反応の大きさ52が、刺激装置と神経との間の距離54と印加された電流刺激の大きさ56との関数として示される。一構成では、図2に示す関係(又はその変形)は、プロセッサ20に関連付けられたルックアップ表に記憶されてもよい。次いで、ルックアップ表がプロセッサ20によって用いられて、既知の刺激の大きさ56と測定された機械的筋肉反応の大きさ52が与えられた場合、電極34と神経との間の近似距離54を提供することができる。
When the nerve extends within a predetermined distance of the
再び図1を参照すると、外科的処置を開始する前に、1つ以上の機械センサ22は、対象者14の1つ以上の筋肉と機械的に連通して配設されてもよい。本文脈では、センサ22は、筋肉との直接接触、又は1つ以上の中間材料及び/又は組織(例えば、皮膚及び/又は皮下組織)を通じた機械的関係のいずれかを介して、筋肉の運動、速度、加速度、歪み、又はその他の物理的反応を物理的に検出することができる場合、筋肉と機械的に通信することができる。
Referring again to FIG. 1, one or more
図3は、腰椎(図4に概略的に示す)のL2、L3、及び/又はL4椎骨に近接して行う場合がある外科的処置用の複数の機械センサ22の配設例を示す。したがって、L2、L3及びL4の孔66、68、70を出る神経60、62、及び64は、治療領域12内(すなわち、L2、L3、及び/又はL4の椎骨を囲む領域)にあるか、又はこの領域に直接隣接するかのいずれかであってよい。一般的な解剖学的知識により、外科医は、これらの神経60、62、64の損傷が、脛側広筋及び前脛骨筋の機能に影響を及ぼし得ると理解することができる。したがって、外科医は、処置中に神経を不注意に操作するのを防ぐために、脛側広筋及び前脛骨筋の上又はその近傍に機械センサ22a~22dを配設してもよい。例えば、機械センサ22a及び22bは、L2及びL3の孔66、68を出る神経60、62に支配される脛側広筋上に配設され、センサ22c及び22dは、L4の孔70を出る神経64に支配される脛骨前脛骨筋上に配設される。
FIG. 3 shows an example of the arrangement of a plurality of
一般に、各機械センサ22は、隣接する筋肉の感知された機械的運動/反応に対応する筋音図(MMG)出力信号(図1に72として概略的に示す)を生成することができる。MMG出力信号72は、デジタル又はアナログ信号のいずれであってもよく、典型的には、有線又は無線通信手段のいずれかを介して(例えば、物理的ワイヤにより、又はIEEE 802.11によるものなどの無線周波数通信プロトコル若しくはBluetoothなどの別のプロトコルを使用して)プロセッサ20に提供することができる。特定の信号として、MMG出力信号72は、筋肉又は皮膚の任意の電位(筋電図(EMG)信号と称される場合が多い)と別個であり区別されると意図される。電気的(EMG)筋肉反応と機械的(MMG)筋肉反応は関連し得るが、それらの関係は複雑であり、説明が難しい(例えば、電位は非常に位置特異的であり、対象となる筋肉の体積全体にわたって電位が潜在的に変動し得る)。
In general, each
再び図1を参照すると、プロセッサ20は、刺激装置30及び機械センサ22と通信してもよく、機械センサ22からMMG出力信号72を受信するように構成されてもよい。プロセッサ20は、1つ又は複数のデジタルコンピュータ、データ処理装置、及び/又は1つ以上のマイクロコントローラ又は中央処理装置(CPU)を有するデジタル信号処理装置(DSP)、読出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、電気的消去可能プログラム可能読出し専用メモリ(EEPROM)、高速クロック、アナログ-デジタル(A/D)回路、デジタル-アナログ(D/A)回路、入出力(I/O)回路、及び/又は信号調整及びバッファリング電子機器のうちの1つとして具体化することができる。
Referring to FIG. 1 again, the
プロセッサ20は、1つ以上の信号処理アルゴリズム80又は方法を自動的に実行して、感知された機械的運動(すなわち、MMG出力信号72を介して)が、人工的に誘発された機械的筋肉反応を表すものか、又は単に対象者が意図する筋肉運動及び/又は環境に起因する運動を表すものかを判定するように構成することができる。これらの処理アルゴリズム80は、ソフトウェア又はファームウェアとして具体化されてもよく、プロセッサ20にローカルに記憶されてもよく、又はプロセッサ20によって容易に割当可能のいずれかであってもよい。
The
上記のように、侵襲性処置中、プロセッサ20は、既知の又は測定可能な電流の大きさで電極34に電気刺激38を提供し、機械的筋反応の大きさを測定することによって、電気刺激電極34と神経との間の距離を判定することができる。一構成では、外科医は、刺激装置30をディザリングし、反応の大きさの変化を監視することによって、神経の相対位置を推測することができる(すなわち、刺激装置30を神経に近づけるほど、反応が大きくなる)。別の実施形態では、システム10は、機械的ディザリングを必要とせずに、刺激装置30に対する神経の位置を自動的に判定するように構成されてもよい。例えば、刺激装置30は、神経の位置を三角測量するために集合的に使用され得る複数の電極を備えてもよい。
As mentioned above, during the invasive procedure, the
刺激装置30に配設された任意の電極は、プローブが長手方向に前進している間、体内組織と最初に接触するように構成されていることが好ましい。これにより、各電極が組織との接触を維持する可能性が最大化される。先端面上に電極を配設する設計の例としては、電極をプローブの先端上に配置すること、傾斜又は円錐前進面上に電極を配置すること、及び/又は電極を周面から半径方向外方に延在/突出させることが挙げられる。
Any electrode disposed on the
上述の技術は、ユーザにリアルタイム方向基準を提供するのに有用であるが、更なる拡張において、プロセッサ20は、図5に示すような3次元神経モデル100を作成及び維持するように構成されてもよい。
The techniques described above are useful for providing real-time directional references to the user, but in further expansion, the
図6は、3D神経モデルを作成及び利用するためのデータフロー図を概略的に示す。図示するように、プロセッサ20は、電極34の既知の位置104と共に、位置センサ、位置判定装置、又は運動学的アルゴリズム(概して106で示す)によって判定される刺激装置電極34と神経との間の判定距離54を利用して、108で3D神経確率モデルを構築することができる。上述のように、判定距離54は、刺激強度56とMMG反応52の振幅の関数であってもよく、図2に示すような確立された関係を使用して110で判定されてもよい。一構成では、プロセッサ20は、可変刺激電流56及び可変MMG反応52を与えられて、これらの関係を用いて距離54を直接解くことができる。別の構成では、プロセッサ20は、「反応」を示す閾値MMG反応レベルを確定し、次いで、この閾値反応を誘発するために必要な最小刺激電流56を判定してもよい。この最小電流から、距離は容易に計算及び/又は推測され得る。
FIG. 6 schematically shows a data flow diagram for creating and using a 3D neural model. As shown, the
いったん作成されると、神経モデル100は、112でディスプレイを介して出力されてもよく、114でロボットコントローラに提供されてもよく、又は進入経路計画モジュール116に送られてもよい(次に、ディスプレイ112及び/又はロボットコントローラ114に出力されてもよい)。表示されたモデルは、例えば、独立モデルとして見られるか、他の画像とマージされることのいずれかであってよい。ロボットコントローラ114に直接送られる場合、モデル100は、例えば、フィードフォーワードロボット制御技術を利用して、神経の近傍でより正確かつ動的なツール制御を提供することができる。進入経路計画モジュール116は、ソフトウェアで実装され、神経モデル100を別個の解剖学的モデルとマージして、解剖学的ターゲットに向かう理想的なツール経路/外科的進入経路を最適化することができる。最後に、いくつかの構成では、判定された神経距離54も、112で情報メトリックとしてユーザに表示されてもよい。
Once created, the
一構成では、プロセッサ20は、体内空間内の異なる位置でサンプリングして/刺激を加えて、神経位置を三角測量し、神経モデル100を漸進的に構築及び/又は精緻化することによって、3次元神経モデル100を構築することができる(108)。一構成では、この三角測量は、幾何方程式を用いて実施してもよい(すなわち、神経と2つの既知の刺激位置との間に三角形を構築することができ、神経の位置は、三角形の3つの全頂点間の距離を知ることによって解明することができる)。別の実施形態では、図7、図9A~図9D、及び図10A及び図10Bに概略的に示すように、モデルベースの三角測量法を実施してもよい。このモデルベースの三角測量法は、幾何方程式に基づく代替例ほど、モデル構築に関して計算集約的ではないと立証することができる。
In one configuration, the
図7に概略的に示す方法120は、一般に、刺激装置電極34が周囲組織に略均一に全方向的に電流を伝送するという仮定の下で動作する。このように、神経が刺激され、(上記の方法で)距離が判定される場合、神経は、判定された距離において電極を囲むシェル上のいくつかの位置に存在し得る。逆に、閾値の筋肉反応が検出されない場合、刺激の大きさによって定義される電極の半径内に神経が存在しないと仮定することができる。複数の電極位置から構築されたシェルを集約することによって、このシステムは、記録されたシェルの密度に基づき、神経を表している可能性が高い領域を画定することができる。実際には、これはモデルベースの三角測量法である。
方法120は、仮想3Dワークスペース150(図5に示す)を複数のボクセルにセグメント化することから開始することができる(122)。コンピュータグラフィックス及びモデリングにおいて十分理解されているように、「ボクセル」は、大きい体積の画定された下位区分である3次元体素である(すなわち大きい2D領域又は画像の定義された下位区分である2D画素と同様)。各ボクセルは、周囲ボクセルに対する空間的位置を有し、割り当てられた値を保持することができる。仮想3Dワークスペース150は、体内部位12を含む対応する物理的3Dワークスペース152(図1に示す)と位置合わせされてもよい。位置合わせは一般的に、直接対応するように2つのワークスペースの座標空間同士の関係を確立することを含む。ロボット外科的処置の場合、仮想ワークスペース150は、例えば、ロボットによってアクセス可能な物理ワークスペース152と一致させてもよい。
いったん仮想ワークスペース150が作成され、物理ワークスペース152に位置合わせされると、物理ワークスペース内の1つ以上の刺激電極34を仮想ワークスペース150内に位置合わせ/位置決定することができる(124)。一構成では、物理3Dワークスペース152内の電極位置は、位置判定デバイス106及び/又は運動学的アルゴリズムによって判定されてもよい。
Once the
一実施形態では、物理ワークスペース152内の1つ以上の電極34の位置を検出するために使用される位置判定デバイス106は、刺激装置30に固定され得る、及びモデリング手順全体を通じて刺激装置の位置を監視し得る多軸の空間入力装置154を含んでもよい。空間入力装置154の一実施形態を、図8に概略的に示す。この設計では、空間入力装置154は、3つの空間寸法(x、y、及びz)及び3つの配向(ロール、ピッチ、及びヨー)で刺激装置30の物理的位置を監視し得る複数の器具付き回転可能継手156を含んでもよい。このようにして、遠位端部の位置を調整し、プロセッサ20に提供することができる。このような性質の空間入力装置の市販品の例としては、いずれもGeomagic Solutions社製のTouch Haptic Input Device又はPhantom Haptic Input Deviceが挙げられる。同様に、1つ以上の電極34の位置は、処置全体を通じて刺激装置30の位置及び姿勢を能動的に制御する外科用ロボットの関節運動/運動学によって判定されてもよい。
In one embodiment, the
更に他の実施形態では、1つ以上の電極34は、非接触位置決め装置を使用して刺激装置30の遠位端部の位置を監視することによって、物理的3Dワークスペース152内に位置決めされてもよい。非接触位置決め装置の例は、3次元空間内の刺激装置(すなわち、刺激装置の遠位端部)を配置するために、超音波、電界、磁場、蛍光透視法、又は光学的認識を利用することができる。
In yet another embodiment, the one or
再び図7を参照すると、いったん1つ以上の電極34の相対位置が仮想ワークスペース内に位置合わせされると(124)、刺激装置30の遠位端が体内位置まで前進していると仮定して、電流38は、電極34を介して周囲の体内組織に印加することができる(126)。閾値MMG反応が検出される場合(128)、プロセッサ20は、電極34と神経との間の距離を判定し(130)、神経モデルを更新してもよい(132)。あるいは、閾値MMG反応が検出されない場合(128)、プロセッサ20は直接、神経モデルの更新に進んでもよい(132)。上述のように、一構成では、距離を判定すること(130)は、可変の刺激の大きさ及び可変のMMG反応の大きさから、距離を直接判定することを含んでもよい。別の構成では、距離を判定すること(130)は、刺激位置における閾値反応を誘発するために必要な最小の刺激電流を判定することと、その最小誘発電流を使用して距離を判定することと、を含んでもよい。上記実施形態では、最小刺激電流を判定することは、閾値反応がもはや誘発されなくなるまで、漸進的に強度が減少する1つ以上の追加の「位置判定」電気刺激を提供することを含んでもよい。
Referring again to FIG. 7, once the relative positions of one or
概して、モデルを更新するプロセス(132)は、ボクセルモデルを漸進的に精緻化して、「安全な」領域と神経であり得る領域とを区別することを含む。図9A~図9Dは、このプロセスを概略的に示す。図示するように、ワークスペース100内の各ボクセル160は、情報なし、神経なし(すなわち、「安全」)、及び神経、の3つの状態のうちの1つを有することができる。一構成では、情報なしは空又は「ヌル」値によって表されてもよく、神経なしはゼロで表されてもよく、「神経」は1以上の整数値によって表されてもよい。
In general, the process of updating the model (132) involves progressively refining the voxel model to distinguish between "safe" and potentially neural areas. 9A-9D schematically show this process. As shown, each
最初に、全ボクセル160は、「情報なし」に初期化されてもよい。刺激が送達され(126)、閾値の筋肉反応が測定/検出されない場合(128)、プロセッサ20は、電極の所定の半径内に神経が存在しないと結論づけることができる。したがって、プロセッサは、この領域162内の全ボクセルを、図9Aに示し、図7の134に表すように「神経なし」に変更することができる。いったんボクセル160が「安全」(すなわち、神経なし)として塗装されると、このボクセルはその状態に無期限に留まるべきである。刺激が送達され、神経164が図9Bに示すような特定の距離で検出される場合、シェル166は、判定された距離に等しい半径で構築されてもよく、シェル166と一致する全てのボクセル160は、「1」(図7の136で表される)に変更される(すなわち、既に安全と特定されたボクセルを除く)。更に、判定された距離は概ね、神経164までの最小距離を表すので、シェルの内側の全ボクセル160は「安全」と見なされ、「神経なし」に変更してもよい(図7の138で表される)。
First, all
図7を参照すると、各試験後、更なるモデルの細分化が必要とされる場合(140)、電極34は、物理的3Dワークスペース/体内領域内に再配置されてもよく(142)、MMG刺激ルーチンを介して別の位置が試験されてもよい。図9Cに示すような多くの異なる位置でサンプリングを行うことによって、後続のシェル166を構築することができ、2つ以上のシェルを有するボクセルは、その点におけるシェルの数を反映する値に増分させることができる。いったん十分な数の点が試験されると、特定の閾値を上回る値を有するボクセルのみが残る(概ね図9Dに表される)ように、ボクセルモデルを平滑化及びフィルタリングすることができる(144)。この残りの構造168は、実際の神経構造を表す3D確率神経モデル100を提供する。
Referring to FIG. 7, after each test, if further model subdivision is required (140), the
一構成では、この同じ技術を使用して、複数の異なる神経を同時にマッピングすることができる。この複数神経モデルという概念は、図3に概略的に示されるような各種筋肉群と通信する、身体の周囲に分散させた複数の機械センサに頼る。各センサは、それぞれの群を主に支配する神経までの距離を判定するのに使用可能な独自のチャネルと見なすことができる。神経は、プロセッサ20によって特定及び位置判定されると、モデル100の異なる各「層」に記憶させてもよい。マッピングが完了すると、様々な別個の層を一緒にマージして、最終的な神経マップ100を形成してもよい。
In one configuration, this same technique can be used to map multiple different nerves at the same time. This concept of a multi-nerve model relies on multiple mechanical sensors dispersed around the body to communicate with various muscle groups as schematically shown in FIG. Each sensor can be viewed as a unique channel that can be used to determine the distance to the nerve that primarily controls each group. The nerve may be stored in different "layers" of the
図10A及び図10Bは、2つの異なる神経束170、172を特定するために使用される多神経技術を概略的に示す。図示されるように、本システムは、第1の神経束170(図10Aに示す)の刺激に対する筋肉の機械的反応を特定することによって、第1の複数のシェル174を構築することができる。第1の複数のシェル174の作成に続き、又は作成と同時に、システムは、第2の神経束176の刺激に対する筋肉の機械的反応を特定することによって、第2の複数のシェル176を構築してもよい。一構成では、これらの神経はそれぞれ、第1の神経束170の読取り値が第2の神経束172の読取り値に誤って影響を及ぼすこと(又は逆も同様に)を回避するため、モデル内で別々に維持されてもよい。
FIGS. 10A and 10B schematically show a multineural technique used to identify two different nerve bundles 170, 172. As illustrated, the system can construct a first plurality of
再び図6を参照すると、いったん3次元神経モデル100が作成されると、独立したモデルとして、又は他の画像/解剖学的モデルのいずれかとマージして、112でディスプレイ装置に出力することができる。例えば、一構成では、神経モデル100は、解剖学的目標/基準点、既知の座標変換、又は異なる解剖学的撮像様式をマージするその他の手法を使用して、3次元CT又はMRIモデルと整合させてマージすることができる。別の構成では、モデルの2D図は、例えば、2D蛍光画像又は超音波画像に重ね合わされてもよい。明瞭さ/可視性を強化するため、神経モデル100のグラフィカルな重ね合わせは色で提供されてもよく、これは従来の白黒2D画像と全く異なる。
Referring to FIG. 6 again, once the 3D
別の実施形態では、神経モデル100は、リアルタイム誘導目的でロボットコントローラ114に出力されてもよい。より具体的には、神経モデル100は、ロボットコントローラ114に体内環境を通知してもよく、及び/又はエンドエフェクタの運動を拘束する1つ以上の境界又は制約領域を画定してもよい。この意味で、モデル100は、任意のフィードフォワード制御を支援することができる(一方、任意のリアルタイムMMG検知はフィードバック制御として機能し得る)。
In another embodiment, the
更に別の実施形態では、神経モデル100を解剖学的モデルと共に使用して、解剖学的ターゲットに向かう最適な外科的進入経路を計算することができる。より具体的には、神経モデル100は、体内治療領域を表す解剖学的モデルとマージされてもよく、解剖学的モデルの一部が「解剖学的ターゲット」として特定されてもよい。このターゲットは、外科用器具及び/又は処置の最終目的地であってもよく、一般的には椎間板などの構造を特定してもよいか、又は処置の特定部位のいずれかをより狭く特定してもよい。
In yet another embodiment, the
いったん解剖学的ターゲットが特定されると、プロセッサ20は、1つ以上の最適化ルーチンを使用して、解剖学的モデルの外面から解剖学的ターゲットまでの最適な進入経路を判定し、神経モデル100内に表された神経と接触する可能性を最小限にすることができる。加えて、最適化は、モデルの外面と解剖学的ターゲットとの間に位置する少なくとも1つの拘束/遮断解剖学的構造との接触を考慮し、最小限に抑えることができる。遮断構造の例としては、腸、腎臓、肝臓などの臓器、又は肋骨若しくは骨盤/腸骨稜などの骨を含むことができる。具体的な意味では、「最適な」進入経路は、神経又は他の拘束物理的構造との接触の可能性を最小限に抑えながら、解剖学的ターゲットに到達する最も短い線形(又は非線形)の進入経路であってもよい。このような経路計画能力は、腰筋内など、不明確及び/又は複雑に画定された神経路を有する領域を通過しようと試みるとき、Kambin三角形(神経根によって部分的に画定された椎間板への小さなアクセス窓)への連結など、重要な神経に隣接する非常に特異的な位置にアクセスしようと試みるとき、又はL5-S1椎関節など、遮断解剖学のために従来はアクセスが困難であった位置に接近するとき、特に有用であり得る。
Once the anatomical target is identified, the
いったん最適な経路が画定されると、単独で表示されるか、又は解剖学的モデルと重ね合わされる/マージされるかのいずれかであってよく、アクセス手順を実行する外科医を誘導することができる。例えば、プローブの画像(例えば、蛍光画像又はコンピュータ画像)は、プローブが最適経路上にある場合には第1の様式(例えば、緑色)で表すことができ、プローブが最適経路から外れている場合には第2の様式(例えば、赤色)で表すことができる。加えて(又は代わりに)、最適経路は、ロボットコントローラに送られて、経路の所定の許容誤差内でロボット制御されたツール及び/又はエンドエフェクタの運動を拘束してもよく、又は経路に沿って完全に自動化された手法を提供してもよい。一構成では、ロボットコントローラ114は、外科医の主要な(手動)制御下にあるツールの運動を単純に拘束するように動作することができる。
Once the optimal route is defined, it can either be displayed alone or superimposed / merged with the anatomical model to guide the surgeon to perform the access procedure. can. For example, an image of a probe (eg, a fluorescent image or a computer image) can be represented in the first mode (eg, green) if the probe is on the optimal path and if the probe is off the optimal path. Can be represented in a second mode (eg, red). In addition (or instead), the optimal path may be sent to the robot controller to constrain the movement of the robot-controlled tool and / or end effector within a given tolerance of the path, or along the path. May provide a fully automated approach. In one configuration, the
一般的に、本モデリングルーチンの目的は、従来の手順で可能であるものよりも迅速かつ安全な外科的アクセスを円滑にすることである。この目的を更に進めるため、一構成では、システムは、可能な限り迅速に体内組織を分類するため、低解像度の「探索電流」と高解像度の「位置判定電流」とを交互に入れ替えることができる適応刺激技術を利用することができる。概して、探索電流刺激が、大きな領域をより迅速に特徴付けることができる高電流である一方、位置判定電流は、神経の特定の位置により正確に集中させることができる低電流刺激であってもよい。これらの適応刺激技術は、様々な異なるサイズのブラシで壁を塗装するようなものである。制御を確実にするために最も小さく最も細かいブラシで壁全体を塗装することは確かに可能だが、大きいブラシ(又はローラ)で大きな領域の中心を塗装し、制御性と精度が更に要求される場合にのみ細かいブラシに切り換える方が効率的であろう。 In general, the purpose of this modeling routine is to facilitate faster and safer surgical access than is possible with conventional procedures. To further this end, in one configuration, the system can alternate between low resolution "search currents" and high resolution "positioning currents" to classify body tissues as quickly as possible. Adaptive stimulus technology can be used. In general, the exploratory current stimulus may be a high current that can characterize a large area more quickly, while the position determination current may be a low current stimulus that can be more accurately focused on a particular location of the nerve. These adaptive stimulus techniques are like painting walls with a variety of different sized brushes. It is certainly possible to paint the entire wall with the smallest and finest brushes to ensure control, but when painting the center of a large area with a large brush (or roller) and further control and precision are required. It would be more efficient to switch to a finer brush only.
図11~図13は、大きい刺激電流によって提供される検出速度と、小さい刺激電流によって可能となる精度とのバランスをとるように試みる適応刺激技術の3つの実施形態を概略的に示す。具体的には、図11は、根拠ベースの適応刺激方法180の第1の実施形態を示し、図12は、根拠ベースの適応刺激方法181の第2の実施形態を示し、図13は、モデルベースの適応刺激方法182を示す。
11-13 schematically show three embodiments of adaptive stimulus techniques that attempt to balance the detection rate provided by the large stimulus current with the accuracy enabled by the small stimulus current. Specifically, FIG. 11 shows a first embodiment of the evidence-based
図11を参照すると、証拠ベースの適応刺激方法180の第1の実施形態は通常、MMG反応が検出されるまで、手技中に大きな探索電流で刺激するごとに動作する。このようにして、プロセッサ20は、最小数の刺激/サンプルを用いて、可能な限り最大の領域を「安全」として塗装することができる。いったん反応が検出されると、プロセッサ20は、より小さい位置判定電流にシフトダウンして、神経の位置をより正確に(すなわち、速度を犠牲にして)判定することができる。
Referring to FIG. 11, the first embodiment of the evidence-based
図11に示すように、方法180は、体内治療領域12に入る際に探索刺激電流を印加することによって184から開始される。MMG反応が検出されない場合(186)、プロセッサ20は、図7に関して上述したようにモデルを更新してもよい(132)。電極は再配置されてもよく(142)、プロセッサ20は検索刺激を再度印加してもよい(184)。いくつかの点で、印加された検索刺激に応じてMMG反応が検出された場合、プロセッサ20は次に、神経までの距離をより正確に判定するため(130)、小さい位置判定刺激電流を印加してもよい(188)。いったん位置判定刺激に反応して距離が判定されると、プロセッサは、モデルを更新し(132)、電極を再配置し(142)、次いで、小さい位置判定電流のみを使用して再度刺激することができる(188)。
As shown in FIG. 11,
図12に示す実施形態では、「探索刺激」の目的は安全な領域を特定することであり、「位置判定刺激」の目的は神経の位置を特定することである。概して、この技術では、神経が刺激装置に近接している場合にのみ神経の正確な位置を見極めるものであり、そうでなければ、神経が位置していない場所を知ることがより重要である。方法181は、検索刺激の印加後にMMG反応が検出された場合(186)、刺激レベルが低減され(190)、次いで閾値と比較される(192)ことを除いては、図11に示す方法180と同様である。低減された探索電流レベルが閾値よりも未だに大きい場合(すなわち、依然として十分に大きい)場合、低減された探索電流は、神経反応が残っているか否かを確認するために再度印加されてもよい(184)。低減された探索電流レベルが閾値を下回る場合(192)、方法181は位置判定モードにダウンシフトし、神経の位置を判定するために高分解能の位置判定刺激を印加することができる。概して、閾値(192)は、2つのモード間と、「探索刺激」と「位置判定刺激」との間の差を定義する電流レベルである。一構成では、閾値は、処置で知覚される快適性に基づきユーザによって設定されてもよい。別の構成では、閾値は、約6mA~約12mAの範囲内であってもよい。刺激を低減すること(190)と、閾値と比較する(192)ことの順序はさほど重要ではなく、逆であってもよいこともまた理解すべきである。
In the embodiment shown in FIG. 12, the purpose of the "search stimulus" is to identify a safe area, and the purpose of the "position determination stimulus" is to specify the position of the nerve. In general, this technique only determines the exact location of a nerve if it is in close proximity to the stimulator, otherwise it is more important to know where the nerve is not located.
図13に示すモデルベースの適応刺激方法182は、プロセッサ20が、近接神経の可能性を考慮して検索刺激又は位置判定刺激を印加するか否かを選択するため、ヒト解剖学の一般的な理解と共に、電極34の位置の示度を用いることを除いて、図12の方法181とよく似ている。例えば、神経が予測されない領域では、プロセッサ20は、より大きい探索電流を使用して安全な領域を特定するように試みることができる。逆に、刺激装置/電極が(解剖学的モデルに基づいて)神経が予想される領域に近づくにつれて、プロセッサ20は電流を低減して、より精細な分解能で領域の塗装を開始する、及び/又はより正確に神経の位置を判定することができる。
The model-based
図13に示すように、方法182は、電極位置104を神経構造194のモデルと比較して電極34と神経との間の距離を推定する(196)ことから開始される。本実施形態では、神経構造194のモデルは、実際の患者の事前に取得されたモデル(例えば、CT又はMRIから)であってもよく、又は「平均的な」人のより一般的モデルであってもよい。
As shown in FIG. 13,
いったん神経距離が推定されると(196)、推定値は閾値と比較され(198)、探索電流を印加するか(200)又は位置判定電流を印加するか(202)を判定する。閾値は、例えば、図12の192で使用されるものと同様の閾値(及び/又は図12の刺激閾値に対応する距離閾値)であってもよい。 Once the nerve distance is estimated (196), the estimated value is compared to the threshold (198) to determine whether a search current is applied (200) or a position determination current is applied (202). The threshold may be, for example, a threshold similar to that used in 192 of FIG. 12 (and / or a distance threshold corresponding to the stimulus threshold of FIG. 12).
推定距離が閾値よりも大きく(198)、探索電流が印加される場合(200)、プロセッサ20は次に、MMG反応が刺激によって誘発されたかどうかを検査する(204)。MMG反応が検出されない場合、方法182は、神経が検索半径内にないため、モデルを更新するように進む(132)。しかしながら、反応が検出された場合、プロセッサ20は、予想外に存在する神経までの距離を判定するために位置判定刺激を印加してもよい(198)。
If the estimated distance is greater than the threshold (198) and a search current is applied (200), the
推定距離が閾値未満であり(198)、位置判定電流が印加される場合(202)、プロセッサ20は次に、位置判定刺激によってMMG反応が誘発されたかどうかを検査する(206)。反応が検出されない場合、プロセッサ20は、領域を更に探索するために検索刺激を印加することを選択してもよい(200)。しかしながら、位置判定刺激に対する反応が検出される場合、プロセッサ20は、神経までの距離を判定し(130)、モデルを更新してもよい(132)。モデルの更新に続いて、電極を再配置することができ(142)、プロセスを繰り返すことができる。プロセッサ20が、204又は206において予想されるMMG反応を感知できない場合、プロセッサ20は、解剖学的モデル194を調節して、新たに取得された神経反応情報を考慮する(208)ように試みることができる。例えば、プロセッサ20は、神経モデル100とより良好に一致するように、解剖学的モデルの部分を伸張、歪曲、縮小拡大、又は回転させるように試みることができる。
If the estimated distance is less than the threshold (198) and a position determination current is applied (202), the
図11~図13(又はその変形)に関連して説明される適応刺激技術のいずれかは、上述の神経モデリング技術において使用され得ると理解すべきである。具体的には、神経モデル100は、1つ以上の神経の存在を動作可能にモデリングしてもよく、及び/又は任意の神経の不在をモデリングしてもよい。
It should be understood that any of the adaptive stimulation techniques described in connection with FIGS. 11-13 (or variants thereof) can be used in the neural modeling techniques described above. Specifically, the
図9C、図10A、及び図10Bに概略的に示すように、神経モデルを適切に構築するため、電極は、体内治療領域12全体にわたって複数の位置で刺激することができなければならない。単一挿入軸に沿った刺激だけでは、神経位置を正確に三角測量する能力を提供できない場合がある。したがって、図14A及び図14Bに示すように、第1の実施形態では、各プローブがその遠位端に電極を有する複数の薄い刺激装置プローブ210(例えば、K-ワイヤ型プローブ)を用いて、体内治療領域12全体にわたる刺激を行うことができる。
As schematically shown in FIGS. 9C, 10A, and 10B, the electrodes must be able to be stimulated at multiple locations throughout the
図14Aに示すように、第1の構成では、各プローブは、異なる各位置で患者の皮膚212に挿入されてもよい。様々な挿入にもかかわらず、プローブ210はそれぞれ、ターゲット位置/領域214に向かって収束する各自の軌道に沿って延びてもよい。この概念に関するわずかな変形として、図14Bは、近接して離して配設されたプローブアレイ216内に延びる複数の薄い刺激装置プローブ210を示し、各プローブ210は、他のプローブに対して平行である。このプローブアレイ216は、総アクセス点を最小限にするため、皮膚の単一の切開部を通じてまとめて挿入されてもよい。
As shown in FIG. 14A, in the first configuration, each probe may be inserted into the patient's
図14A又は図14Bに示す構成では、各プローブ210は、独立した運動及び独立した刺激を可能にすることができる。このようにして、1つのプローブの軌跡が神経と交差し得ることが分かる場合、残りのプローブを前進させることができる一方で、このプローブの長手方向の進行が停止され得る。
In the configuration shown in FIG. 14A or FIG. 14B, each
別の実施形態では、1つ以上の多電極刺激装置を使用してマッピングを実行してもよい。図15A及び図15Bと図16A及び図16Bは、本マッピングプロセスで使用することができる多電極刺激装置220、222の2つの実施形態を示す。各実施形態220、222は、概して、刺激装置の長手方向軸230からオフセットされた1つ以上の電極228と共に遠位先端部226上に配設された先端電極224を示す。より具体的には、図15A及び図15Bに示す刺激装置220は単一のオフセット電極228を有して描かれ、図16A及び図16Bに示す刺激装置222は複数のオフセット電極228を備えて描かれている。
In another embodiment, the mapping may be performed using one or more multi-electrode stimulators. 15A and 15B and FIGS. 16A and 16B show two embodiments of the
いずれの実施形態でも、各電極224、228は、プロセッサ20の方向に選択的かつ独立的に通電されてもよく、対象者14の組織に電気刺激38を提供するように構成されてもよい。同様に、電極224、228は、プローブが長手方向に前進しているときに体内組織と最初に接触するように、刺激装置上に配設されることが好ましい。これにより、各電極が組織との接触を維持する可能性が最大化される。
In either embodiment, each
マッピング手順の間、一構成では、図15A及び図15Bに示す刺激装置220は、刺激装置が長手方向に前進している間に回転させることによって、3D刺激アレイを生成することができる。このようにして、先端電極224及びオフセット電極228は、螺旋パターンを横断してもよい。状況によってより高速のマッピング手順を提供し得る別の実施形態では、先端電極224は神経「探索電極」と見なされてもよく、オフセット電極228は「三角電極」であってもよい。この実施形態では、先端/探索電極224は、刺激装置を前進させている間に使用される唯一の電極(すなわち、探索電流を提供する唯一の電極)であってもよい。しかしながら、いったん神経が検出されると、刺激装置220は、オフセット/三角測量電極228と共に回転されて、回転全体にわたって複数の点に位置判定刺激を提供してもよい。オフセット/三角測量電極のこのような使用を、図10A及び図10Bに概略的に示す(すなわち、複数の刺激部位が中央電極の周囲の弧を横断する)。
During the mapping procedure, in one configuration, the
別の実施形態では、刺激装置を回転させる必要性は、図16A及び図16Bに示すような複数のオフセット電極228を含むことによって低減又は排除され得る。
In another embodiment, the need to rotate the stimulator can be reduced or eliminated by including a plurality of offset
図15A及び図15Bと図16A及び図16Bの刺激装置を利用する方法の一実施形態は、刺激装置32の遠位端部36を、体内空間内の解剖学的ターゲットに向かって前進させることを含む。刺激装置32が解剖学的ターゲットに向かって前進している間に、刺激装置32の中心軸230上に配設された先端電極224から第1の(探索)電気刺激を印加することができる。プロセッサ20が、検索電気刺激に対する体内空間内の神経に支配される筋肉の反応を検出する場合、刺激装置32の中心軸230からオフセットされた複数位置から位置判定電気刺激を印加してもよい。次いで、プロセッサ20は、複数の位置のそれぞれにおける位置判定電気刺激に対する筋肉の反応の大きさを監視し、反応の大きさと、複数の位置のそれぞれに提供される位置判定電気刺激の大きさとを用いて、神経と複数の位置のそれぞれとの間の距離を判定し、複数位置のそれぞれにおける判定された距離から神経の位置を三角測量することができる。図15A及び図15Bに示す刺激装置220が本方法で使用される場合、プロセッサ20は、刺激装置220の連続的な回転間で刺激を与えることによって、単一のオフセット電極228を使用して複数のオフセット位置で刺激を印加することができる。
One embodiment of the method of utilizing the stimulators of FIGS. 15A and 15B and FIGS. 16A and 16B is to advance the
図17は、本神経検出/モデリング技術を使用し得るロボット外科用システム250の実施形態を概略的に示す。そのようなシステムは、2012年3月23日に出願され「ROBOTIC SURGICAL SYSTEM WITH MECHANOMYOGRAPHY FEEDBACK」と題された米国特許出願第13/428,693号に更に記載されており、参照することによりその開示の全文を本明細書に組み込む。
FIG. 17 schematically illustrates an embodiment of a robotic
図示されるように、ロボット外科用システム250の例示の実施形態は、神経検出プロセッサ20及びロボットコントローラ114を含む。ロボットコントローラ114は、近位端部254及び遠位端部256を含む細長い外科用器具252の運動を制御するように構成されている。
As illustrated, an exemplary embodiment of the robotic
外科的処置中、外科用器具252は、対象者14の体内の開口部258を通って延びてもよく、遠位端部256は体内治療領域12内に配設され、近位端部254は対象者14の外側に配設されてもよい。一構成では、外科用器具252は通常、器具252の近位端部254の移動が遠位端部256の予測可能な運動をもたらし得るように、剛性の細長本体260によって画定されてもよい。別の構成では、外科用器具252は、内視鏡などの制御可能な可撓性本体によって画定されてもよい。
During the surgical procedure, the
外科用器具252は、遠位端部256に配設されたエンドエフェクタ262を更に含んでもよい。エンドエフェクタ262は、1つ以上の切断、把持、焼灼、又は切除機能を実行することに関与してもよく、少なくとも1つの自由度(すなわち、回転などの可動自由度、又は切除エネルギーの選択的送達などの電気自由度)で選択的に作動可能であってもよい。加えて、エンドエフェクタ262は、外科用器具252の遠位端部256の周りを選択的に回転及び/又は関節運動し、処置中のより広い可動域/敏捷性を可能にするように構成されてもよい。器具252のエンドエフェクタ262及び/又は遠位端部256は、複数の電極を含んでもよい(概ね上述したように、各電極は治療領域12内の組織にそれぞれの電気刺激38を提供するように構成され得る)。
The
図17に概略的に示すような一実施形態では、エンドエフェクタ262は鉗子に類似するように構成されてもよく、ヒンジ付き継手を中心に関節運動するように適合された1つ以上の制御可能な可動ジョーを有してもよい。1つ以上のジョーの選択的な関節運動は、例えば、器具252の剛性の細長本体260を通ってロボットコントローラに延びるケーブル又はプルワイヤによって可能にされてもよい。
In one embodiment, as schematically shown in FIG. 17, the
ロボットコントローラ114は、遠位端部256の制御運動をもたらすように、外科用器具252の近位端254を制御可能に操作することによって、対象者14の身体内で低侵襲外科的処置を制御可能に実行する役割を担うことができる。図18に概略的に示すように、一構成では、ロボットコントローラ114は、運動コントローラ270、位置検出モジュール272、及び監視プロセッサ274を含んでもよい。運動コントローラ270は、複数のモータ、リニアアクチュエータ、又は、外科用器具252の近位端254を6以上の自由度(例えば、自由度3の並進、自由度3度の回転、及び/又は自由度1度以上の始動)で操作するのに必要な他の構成要素を含んでもよい。加えて、運動コントローラ270は、受信された動作コマンドをモータ又はアクチュエータの物理的始動に変換するために必要な1つ以上のプロセッサ又はデジタルコンピュータ及び/又は電力電子機器を含んでもよい。
The
位置検出モジュール272は、例えば、1つ以上の外部基準フレームに対して、外科用器具252の遠位端部256の位置/運動を判定するように構成され得る1つ以上のデジタルコンピュータ又は処理装置を含んでもよい。一構成では、位置検出モジュール272は、外科用器具252の運動学的関係を使用して遠位端部256の運動を判定するために、運動コントローラ270の挙動を監視してもよい。別の構成では、位置検出モジュール272は、例えば、符号化継手/連結装置、超音波エネルギー、磁気エネルギー、又は対象者14を通って伝播され得る電磁エネルギーを利用して、外科用器具252の遠位端部256の位置を解明し得る位置信号276を外部位置判定装置106から受信してもよい。
The
監視プロセッサ274は、1つ以上のデジタルコンピュータ又はデータ処理装置として具現化されてもよく、それぞれが1つ以上のマイクロプロセッサ又は中央処理装置(CPU)、読み取り専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、電気的消去可能プログラム可能読み取り専用メモリ(EEPROM)、高速クロック、アナログデジタル(A/D)回路、デジタル-アナログ(D/A)回路、入出力(I/O)回路、パワーエレクトロニクス/変圧器、及び/又は信号調整及びバッファリング電子機器を有する。監視プロセッサ274に常駐する、又は容易にアクセス可能な個々の制御ルーチン/システムは、ROM又は他の好適な有形メモリ位置及び/又はメモリデバイスに記憶され、プロセッサ274の関連するハードウェア構成要素によって自動的に実行されて、それぞれの制御機能を提供することができる。一実施形態では、監視プロセッサ274は、位置検出モジュール272によって提供される位置フィードバックを用いて、閉鎖ループ方式で始動コマンドを運動コントローラ270に提供してもよい。監視プロセッサ274は、外科用器具252の遠位端部256の運動及び/又は始動を正確に制御するため、フィードフォワード、フィードバック、及び/又は予測制御スキームの任意の組み合わせを実行してもよい。
The
加えて、ロボットコントローラ114は、ユーザ入力装置282と、ディスプレイ284などのユーザフィードバック装置(例えば、図6に提供されるディスプレイ112と同様であり得る)とを含むマスターステーション280と通信してもよい。ユーザ入力装置282は、外科用器具252の遠位端部256の意図された移動に対応する入力286をユーザから受信してもよい。次に、マスターステーション280は、受信された入力286に対応するロボットコントローラ114に動作コマンドを提供してもよい。同様に、マスターステーション280は、ロボットコントローラから視覚情報288を受信し、この視覚情報を、ディスプレイ284を介してユーザに伝えることができる。
In addition, the
図18は、ロボットコントローラ114の一実施形態を提供するが、他の実施形態、構成、及び又は制御スキームを同様に使用して、遠位端部256の制御及び意図された運動を生じるように外科用器具252を操作することができる。上述したロボットコントローラ114及び外科用器具12は、一般にロボット腹腔鏡検査に使用される種類のものであるが、このような説明は例示目的であり、限定的であるべきではない。細長い外科用器具の遠位端の運動を制御するためにロボットコントローラ114を使用する他の低侵襲外科用システムは、例えば、ロボットカテーテルシステム及び/又はロボット内視鏡システムを含んでもよい。
FIG. 18 provides one embodiment of the
再び図17を参照すると、ロボット外科用システム250は、ロボットコントローラ114とデジタル的に通信し得る神経監視システム10を含む(及び/又は神経監視システムと通信してもよい)。上述したように、神経監視システム10は、少なくとも1つの機械センサ22と、機械センサ22と通信する神経モニタリングプロセッサ20を含むことができる。神経監視システム10は、外科用器具252の遠位端部256に隣接し得る神経の認識状態をロボットコントローラ114に提供してもよい。このように、ロボットシステム250は、(エンドエフェクタ262の並進運動又は作動のいずれかを介した)神経の完全性を危うくする恐れのある組織の操作を回避することができる。
Referring again to FIG. 17, the robotic
神経監視プロセッサ20が、(機械センサ22を介して)細長器具252に近接する神経の存在を検出する場合(すなわち、機械センサ22を介して)、制御信号290をロボットコントローラ114に提供してもよい。制御信号290は、神経の相対位置/方向の示度を含んでもよく、外科用器具252の遠位端部256と神経との近接性の示度を更に含んでもよい。
If the
制御信号290を受信すると、ロボットコントローラ114は、近位神経との不注意な接触を回避するため、外科用器具252の遠位端部256の運動を人為的に拘束してもよい。例えば、一構成では、ロボットコントローラ114は、受信された制御信号290に反応して外科用器具252の遠位端部256の全ての運動を防止するように構成されてもよい。したがって、遠位端部256が動作している場合、受信された制御信号290は、コントローラ114に上記動作を停止させ、ユーザからの更なるコマンドを待つことができる。加えて、ロボットコントローラ114は、制御信号290の受信時にエンドエフェクタ262の作動を制限又は防止するように構成されてもよい。反対に、特定の治療処置では、ロボットコントローラ114は、制御信号290の受信時に(例えば、神経に近接する組織に切除エネルギーを選択的に送達する際に)エンドエフェクタ262を作動させるように構成されてもよい。
Upon receiving the
図19に概略的に示すような別の構成では、制御信号290を受信すると、ロボットコントローラは、神経292に向かう方向に移動する器具の能力を制限することができる。更に別の構成では、ロボットコントローラ114は、神経292の周囲に仮想バリア294を構築し、器具252が神経292の所定の距離内で移動するのを防止することができる。仮想バリア294は、ロボットコントローラ114の関連するメモリ内に保持されてもよく、及び/又は神経監視プロセッサ20によって保持され得る3D神経モデル100と関連付けられてもよい。概して、仮想バリア294は、外科用器具252が仮想バリア294を横断するのを人為的に制限するように、外科用器具252の許容運動範囲を制限することができる。図20に概略的に示すように、外科用器具252が移動し、追加の神経方向情報を取得すると、仮想バリア294を緻密化することができる。
In another configuration, as schematically shown in FIG. 19, upon receiving the
更に別の構成では、いったん神経が検出されると、ロボットコントローラ114は、器具252のリアルタイム位置と神経の推定相対位置との間の示された近接度の関数として、外科用器具252の遠位端部256の許容速度を変化させるように構成されてもよい。したがって、器具252は、神経から遠いとき、より迅速かつ/又はより速い速度で移動することが可能となり得る。このようにして、1つ以上の神経が近接するにつれて、運動の精度を向上させることができる。
In yet another configuration, once the nerve is detected, the
近接神経の存在が検出される場合、及び/又はロボットコントローラ114が外科用器具252の許容運動を調節又は制限する動作を実行する場合、ロボットコントローラ114は同様に、マスターステーション280を介してユーザにアラート(すなわち、視覚アラート又は聴覚アラート)を送信してもよい。
If the presence of a proximity nerve is detected and / or if the
上述の技術は、主に刺激装置30に対する神経の位置を判定し、神経確率モデルを作成することに重点を置いているが、神経監視プロセッサ20は、システム10が、患者の意図した反応から人工的に誘発された機械的筋肉反応、及び/又は患者の一部の全体的な並進を区別し得る1つ以上のフィルタリングアルゴリズムを更に含んでもよい。好適なフィルタリングアルゴリズムは、参照により全文が本明細書に組み込まれる米国特許第8,343,079号に記載されるようなアナログフィルタリングアルゴリズム、及び/又は参照により全文が本明細書に組み込まれる、2013年8月13日に出願された米国特許出願公開第2015/0051506号「Neural Event Detection」に記載されるようなデジタルフィルタリングアルゴリズムを含んでもよい。これらのフィルタリングアルゴリズムは、印加された刺激と検出された反応との間の時間相関、監視された反応の立ち上がり時間/勾配、及び/又は検出された機械的筋肉運動が提供された刺激に起因するか否かを識別する監視された反応に関する周波数特性に着目することができる。一構成では、このようなフィルタリングは、任意の近接検出及び/又は位置三角測量に先行してもよい。
Although the above-mentioned technique mainly focuses on determining the position of the nerve with respect to the
本発明を実施するための最良の態様を詳細に説明したが、本発明が関連する技術の当業者であれば、添付の特許請求の範囲内で本発明を実施するための様々な代替的な設計及び実施形態を認識するであろう。上記の説明に含まれる、又は添付の図面に示される全ての事項は、単に例示であり限定的ではないと解釈されるべきであると意図される。 Although the best embodiments for carrying out the present invention have been described in detail, those skilled in the art relating to the present invention will have various alternatives for carrying out the present invention within the scope of the appended claims. You will recognize the design and embodiments. It is intended that all matters contained in the above description or shown in the accompanying drawings should be construed as merely exemplary and not limiting.
上記の技術の様々な特徴、使用方法、及び利点を、以下の条項に更に記載する。
第1項:患者の体内治療領域内に位置する神経をモデリングする方法であって、仮想ワークスペース内の複数位置に電極の位置を位置合わせすることであって、複数位置のそれぞれが体内治療領域内の異なる位置に対応する、ことと、体内治療領域内の異なる位置のそれぞれにおいて、電極から体内組織に電気刺激を提供することと、提供された電気刺激のそれぞれに対する、神経に支配される筋肉の反応を監視することと、それぞれの位置に提供された電気刺激の大きさと、提供された刺激に対する筋肉の監視された反応とを用いて、異なる位置のそれぞれから神経までの距離を判定することと、異なる位置のそれぞれから神経までの判定された距離と、仮想ワークスペース内の複数位置とを用いて、仮想ワークスペース内の神経の仮想モデルを構築することと、を含む、方法。
The various features, uses, and advantages of the above techniques are further described in the following clauses.
Item 1: A method of modeling a nerve located in a patient's internal treatment area, in which the positions of electrodes are aligned with multiple positions in a virtual workspace, and each of the multiple positions is in the internal treatment area. Nerve-controlled muscles that correspond to different locations within, and that provide electrical stimulation from electrodes to internal tissues at different locations within the therapeutic area within the body, and for each of the provided electrical stimulation. Using the magnitude of the electrical stimulus provided at each location and the monitored response of the muscle to the stimulus provided to determine the distance from each of the different locations to the nerve. A method comprising constructing a virtual model of a nerve in a virtual workspace using the determined distance from each of the different positions to the nerve and multiple positions in the virtual workspace.
第2項:神経までの距離を判定することが、筋肉の反応を誘発するために必要な電気刺激の最小の大きさを判定することと、判定された最小の大きさから神経までの距離を判定することと、を含む、第1項に記載の方法。 Item 2: Determining the distance to the nerve determines the minimum magnitude of the electrical stimulus required to elicit a muscle response, and determines the distance from the determined minimum magnitude to the nerve. The method according to paragraph 1, comprising determining.
第3項:神経モデルを、体内治療領域を表す解剖学的画像とマージすることと、マージされた神経モデル及び解剖学的画像をディスプレイ上に表示することと、を更に含む、第1項に記載の方法。 Section 3: Merging the neural model with an anatomical image representing the area of treatment in the body and displaying the merged neural model and anatomical image on a display, further provided in Section 1. The method described.
第4項:解剖学的画像が3D解剖学的モデルを含む、第3項に記載の方法。
4. The method of
第5項:解剖学的画像がリアルタイム2D画像を含む、第3項に記載の方法。
5. The method of
第6項:神経モデルを、体内治療領域を表す解剖学的モデルとマージすることと、解剖学的モデル内の解剖学的ターゲットを特定することであって、解剖学的モデルが、解剖学的モデルの外面と解剖学的ターゲットとの間に少なくとも1つの遮断構造を含む、ことと、神経及び遮断構造との接触を回避する外面から解剖学的ターゲットまでの最短経路を判定することと、判定された経路をディスプレイ又はロボットコントローラに提供することと、を更に含む、第1項に記載の方法。 Item 6: Merging the neural model with an anatomical model representing the therapeutic area in the body and identifying the anatomical target within the anatomical model, where the anatomical model is anatomical. Determining the inclusion of at least one blocking structure between the outer surface of the model and the anatomical target and determining the shortest path from the outer surface to the anatomical target to avoid contact with nerves and blocking structures. The method of paragraph 1, further comprising providing the route provided to the display or robot controller.
第7項:最短経路が非線形である、第6項に記載の方法。
第8項:ロボットコントローラに神経の仮想モデルを提供することであって、ロボットコントローラが、体内治療領域内に配設されたエンドエフェクタの運動を制御するように動作可能である、ことと、提供された仮想モデルに従って、ロボットコントローラを介してエンドエフェクタの運動を拘束することと、を更に含む、第1項に記載の方法。 Item 8: Providing a virtual model of a nerve to a robot controller, wherein the robot controller can operate to control the movement of an end effector disposed in an in-vivo treatment area. The method of paragraph 1, further comprising constraining the motion of the end effector via a robotic controller according to a virtualized model.
第9項:筋肉の反応を監視することが、非侵襲機械センサを使用して筋肉の機械的反応を感知することを含む、第1項に記載の方法。 9. The method of paragraph 1, wherein monitoring the muscle response comprises sensing the mechanical response of the muscle using a non-invasive mechanical sensor.
第10項:神経の仮想モデルを構築することが、複数位置のうちの少なくとも2つの空間的配置と、少なくとも2つの位置のそれぞれについての体内治療領域内の対応位置から神経までの判定された距離とを用いて、神経の位置を三角測量することを含む、第1項に記載の方法。
第11項:神経の仮想モデルを構築することが、体内処理領域内の対応位置から神経までの判定された距離に等しい距離で、仮想ワークスペース内の複数位置のそれぞれの周囲に3Dシェルを作成することと、仮想ワークスペースをフィルタリングして、所定の閾値を超えるシェル密度を有する領域を特定することとによって、神経の位置を三角測量することを含む、第1項に記載の方法。 Item 11: Building a virtual model of a nerve creates a 3D shell around each of multiple positions in the virtual workspace at a distance equal to the determined distance from the corresponding position in the internal processing area to the nerve. The method of paragraph 1, comprising triangulating the position of the nerve by filtering the virtual workspace to identify areas with shell densities above a predetermined threshold.
第12項:複数の電気刺激のうちの1つ以上に対する筋肉の反応が存在しない場合に、仮想ワークスペースの部分を、神経を含まないものとして特定することを更に含む、第1項に記載の方法。
第13項:複数の位置のそれぞれからの判定された距離よりも小さい仮想ワークスペースの部分を、神経を含まないものとして特定することを更に含む、第12項に記載の方法。
13. The method of
第14項:電極が複数の電極である、第1項に記載の方法。
第15項:神経の存在に関して患者の体内治療領域をモデリングする方法であって、体内治療領域内の1つ以上の電極の位置を監視することと、1つ以上の電極を介して体内治療領域に複数の電気刺激を提供することであって、複数の電気刺激のそれぞれが、体内治療領域内の異なる各位置に提供される、ことと、複数の電気刺激のそれぞれに対する反応について、神経に支配されている筋肉を監視することと、異なる場所のうちの少なくとも1つにおいて提供された電気刺激の大きさと、提供された電気刺激に対する筋肉の監視された反応とから、神経と異なる位置のうちの少なくとも1つとの間の距離を判定することと、異なる場所のうちの少なくとも1つから判定された距離で神経を表す第1の部分と、神経を含まない体内治療領域内の空間を表す第2の部分とを含む、体内治療領域の仮想モデルを構築することと、を含む、方法。 Item 15. A method of modeling a patient's internal therapeutic area with respect to the presence of nerves, monitoring the location of one or more electrodes within the internal therapeutic area and the internal therapeutic area via one or more electrodes. Is to provide multiple electrical stimuli to each of the different locations within the therapeutic area of the body, and to control the nerves about the response to each of the multiple electrical stimuli. From the monitoring of the muscle being performed and the monitored response of the muscle to the electrical stimulus provided, the magnitude of the electrical stimulus provided at at least one of the different locations, and the location different from the nerve. Determining the distance to at least one, the first portion representing the nerve at the distance determined from at least one of the different locations, and the second representing the space within the therapeutic area that does not contain the nerve. A method of constructing a virtual model of an in-vivo therapeutic area, including parts of the body.
第16項:神経と異なる位置のうちの少なくとも1つとの間の距離を判定することが、異なる場所のうちの少なくとも1つで提供されるときに筋肉の反応を誘発するために必要な最小の電気刺激の大きさを判定することと、判定された最小の大きさから、神経と異なる場所のうちの少なくとも1つとの間の距離を判定することと、を含む、第15項に記載の方法。 Item 16: Determining the distance between a nerve and at least one of different locations is the minimum necessary to elicit a muscle response when provided at at least one of the different locations. 13. The method of paragraph 15, comprising determining the magnitude of the electrical stimulus and determining the distance between the nerve and at least one of the different locations from the determined minimum magnitude. ..
第17項:仮想モデルを、体内治療領域を表す解剖学的画像とマージすることであって、解剖学的画像が3D解剖学的モデル又は2D画像を含む、ことと、マージされた仮想モデル及び解剖学的画像をディスプレイ上に表示することと、を更に含む、第15項に記載の方法。 Clause 17: Merging the virtual model with an anatomical image representing the area of treatment in the body, wherein the anatomical image comprises a 3D anatomical model or a 2D image, and the merged virtual model and 15. The method of paragraph 15, further comprising displaying an anatomical image on a display.
第18項:仮想モデルを、体内治療領域を表す解剖学的モデルとマージすることと、解剖学的モデル内の解剖学的ターゲットを特定することであって、解剖学的モデルが、解剖学的モデルの外面と解剖学的ターゲットとの間に少なくとも1つの遮断構造を含む、ことと、神経を表す仮想モデルの部分と遮断構造とを回避する、外面から解剖学的ターゲットまでの最短経路を判定することと、判定された経路をディスプレイ又はロボットコントローラに提供することと、を更に含む、第15項に記載の方法。 Section 18: Merging a virtual model with an anatomical model that represents an area of treatment within the body and identifying an anatomical target within the anatomical model, where the anatomical model is anatomical. Determine the shortest path from the outer surface to the anatomical target, including at least one blocking structure between the outer surface of the model and the anatomical target, and avoiding the portion of the virtual model representing the nerve and the blocking structure. 15. The method of paragraph 15, further comprising: and providing the determined path to the display or robot controller.
第19項:体内治療領域内に配設されたエンドエフェクタの運動を制御するように動作可能なロボットコントローラに仮想モデルを提供することと、提供された仮想モデルを使用してエンドエフェクタの運動を拘束することと、を更に含む、第15項に記載の方法。 Item 19: Providing a virtual model to a robot controller that can operate to control the movement of the end effector disposed in the treatment area of the body, and using the provided virtual model to perform the movement of the end effector. 15. The method of paragraph 15, further comprising binding.
第20項:筋肉の反応を監視することが、非侵襲機械センサを使用して筋肉の機械的反応を感知することを含む、第15項に記載の方法。 20: The method of paragraph 15, wherein monitoring the muscle response comprises sensing the mechanical response of the muscle using a non-invasive mechanical sensor.
第21項:神経のモデリング方法であって、1つ以上の電極から患者の体内治療領域に複数の電気刺激を提供することであって、複数の電気刺激のそれぞれが電流の大きさを有し、体内治療領域内の異なる各位置に提供される、ことと、非侵襲機械センサを使用して、複数の電気刺激のそれぞれに対する筋肉の機械的反応を監視することと、複数の提供された電気刺激のそれぞれの電流の大きさと、監視された筋肉の機械的反応とを使用して、神経と異なる各位置のそれぞれとの間の距離を判定することと、神経と異なる各位置のそれぞれとの間の判定された距離を使用して仮想ワークスペース内に神経の仮想モデルを構築することと、を含む方法。 Item 21: A method of modeling a nerve, in which a plurality of electrical stimuli are provided from one or more electrodes to a treatment area in a patient's body, and each of the plurality of electrical stimuli has a magnitude of electric current. It is provided at different locations within the body's therapeutic area, and non-invasive mechanical sensors are used to monitor the mechanical response of the muscle to each of multiple electrical stimuli, and multiple provided electricity. The magnitude of each current of the stimulus and the mechanical response of the monitored muscles are used to determine the distance between each of the nerves and each of the different positions, and of each of the nerves and each of the different positions. A method that includes building a virtual model of a nerve within a virtual workspace using the determined distance between them.
第22項:神経と異なる各位置のそれぞれとの間の距離を判定することが、異なる各位置のそれぞれに提供されたときに筋肉の反応を誘発するために必要な最小の電流の大きさを判定することと、判定された最小の大きさから、神経と異なる位置のうちの少なくとも1つとの間の距離を判定することと、を含む、第21項に記載の方法。 Item 22: Determining the distance between the nerve and each of the different positions determines the amount of minimum current required to elicit a muscle response when provided to each of the different positions. 21. The method of paragraph 21, comprising determining and determining the distance between the nerve and at least one of the different positions from the determined minimum size.
第23項:複数の電気刺激のうちの少なくとも1つに対する監視された反応が非反応であること、又は、仮想ワークスペースの部分が、異なる各位置のうちの1つ以上からの判定された距離よりも小さいことと、のうちの少なくとも一方に基づき、仮想ワークスペースの部分を、神経を含まないものとして特定することを更に含む、第21項に記載の方法。 Item 23: The monitored response to at least one of the plurality of electrical stimuli is unresponsive, or the portion of the virtual workspace is the determined distance from one or more of the different locations. 21. The method of paragraph 21, further comprising identifying a portion of the virtual workspace as non-nervous, based on being smaller than and at least one of them.
第24項:神経の仮想モデルを構築することが、仮想ワークスペース内に異なる各位置のそれぞれを位置合わせすることと、仮想ワークスペース内の異なる各位置のそれぞれの周囲に、異なる各位置のそれぞれから神経までの判定された距離に等しい距離で3Dシェルを作成することと、仮想ワークスペースをフィルタリングして、所定の閾値を超えるシェル密度を有する領域を特定することと、によって、神経の位置を三角測量することを含む、第21項に記載の方法。 Item 24: Building a virtual model of the nerve is to align each of the different positions in the virtual workspace and to each of the different positions around each of the different positions in the virtual workspace. By creating a 3D shell at a distance equal to the determined distance from the nerve to the nerve, and by filtering the virtual workspace to identify areas with shell densities above a given threshold, the location of the nerve can be determined. 21. The method of paragraph 21, comprising triangulation.
第25項:体内治療領域内に配設されたエンドエフェクタの運動を制御するように動作可能なロボットコントローラに仮想モデルを提供することと、提供された仮想モデルを用いてエンドエフェクタの運動を拘束することと、を更に含む、第21項に記載の方法。 Item 25: Providing a virtual model to a robot controller that can operate to control the movement of the end effector disposed in the internal treatment area, and constraining the movement of the end effector using the provided virtual model. 21. The method of paragraph 21, further comprising:
第26項:神経マッピングシステムであって、それぞれが対象者の体内治療領域内に延びるように構成された1つ以上の細長い医療用装置の遠位端部に配設された複数の電極と、監視された筋肉の反応に対応する出力信号を提供するように構成されたセンサと、複数の電極のそれぞれ及びセンサと通信するプロセッサと、を備え、プロセッサが、体内治療領域内の複数の電極のそれぞれの位置の示度を受信し、複数の位置のそれぞれで刺激が体内組織に伝達され得るように、各電極に電気刺激を提供し、センサから監視された筋肉の反応の大きさの示度を受信し、筋肉の反応が、提供された電気刺激によって誘発され、提供された電気刺激の大きさと、提供された刺激に対する筋肉の監視された反応と用いて、複数の電極のそれぞれの位置から神経までの距離を判定し、複数の位置のそれぞれで神経までの判定された距離を用いて神経の仮想モデルを構築する、ように構成されている、神経マッピングシステム。 Item 26: Multiple electrodes disposed at the distal end of one or more elongated medical devices, each of which is a neural mapping system configured to extend within the subject's body treatment area. It comprises a sensor configured to provide an output signal corresponding to the monitored muscle response, each of the plurality of electrodes and a processor that communicates with the sensor, wherein the processor is a plurality of electrodes within the therapeutic area of the body. An electrical stimulus is provided to each electrode so that it receives the reading at each position and the stimulus can be transmitted to the body tissue at each of the multiple positions, and the reading of the magnitude of the muscle response monitored by the sensor. The response of the muscle is evoked by the provided electrical stimulus, and the magnitude of the provided electrical stimulus and the monitored response of the muscle to the provided stimulus are used from the respective positions of multiple electrodes. A nerve mapping system configured to determine the distance to a nerve and build a virtual model of the nerve using the determined distance to the nerve at each of multiple positions.
第27項:プロセッサが、筋肉の反応を誘発するために必要な最小の電気刺激の大きさを判定し、判定された最小の大きさから神経までの距離を判定することによって、神経までの距離を判定するように構成されている、第26項に記載のシステム。 Item 27: Distance to nerve by the processor determining the magnitude of the minimum electrical stimulus required to elicit a muscle response and determining the distance from the determined minimum magnitude to the nerve. 26. The system according to paragraph 26, which is configured to determine.
第28項:プロセッサが、神経モデルを、体内治療領域を表す解剖学的画像とマージし、マージされた神経モデル及び解剖学的画像をディスプレイに表示するように更に構成されている、第26項に記載のシステム。 28: The processor is further configured to merge the neural model with an anatomical image representing the therapeutic area in the body and display the merged neural model and anatomical image on the display. The system described in.
第29項:解剖学的画像が3D解剖学的モデルを含む、第28項に記載のシステム。 29: The system according to 28, wherein the anatomical image comprises a 3D anatomical model.
第30項:解剖学的画像がリアルタイム2D画像を含む、第28項に記載のシステム。 30: The system according to 28, wherein the anatomical image comprises a real-time 2D image.
第31項:体内治療領域内に配設されたエンドエフェクタの運動を制御するように動作可能なロボットコントローラを更に備え、プロセッサが、神経の仮想モデルをロボットコントローラに提供するように更に構成され、ロボットコントローラが、提供された仮想モデルを用いてエンドエフェクタの運動を拘束するように構成されている、第26項に記載のシステム。 Clause 31: Further configured to provide a robotic controller capable of operating to control the movement of end effectors disposed within the in-vivo treatment area, the processor is further configured to provide a virtual model of the nerve to the robotic controller. 26. The system of paragraph 26, wherein the robot controller is configured to constrain the motion of the end effector using the provided virtual model.
第32項:センサが非侵襲機械センサであり、出力信号が筋肉の機械的反応に対応する、第26項に記載のシステム。 32: The system of paragraph 26, wherein the sensor is a non-invasive mechanical sensor and the output signal corresponds to the mechanical response of the muscle.
第33項:プロセッサが、複数の電極のうちの少なくとも2つの位置と、複数の電極のうちの少なくとも2つから神経までの判定された距離の示度を用いて神経の位置を三角測量することによって、神経の仮想モデルを構築するように構成されている、第26項に記載のシステム。 Item 33: The processor triangulates the position of the nerve using the position of at least two of the electrodes and the indicated distance reading from at least two of the electrodes to the nerve. 26. The system according to paragraph 26, which is configured to construct a virtual model of the nerve by.
第34項:プロセッサが、神経の位置を三角測量することによって神経の仮想モデルを構築するように構成され、神経の位置を三角測量することが、体内治療領域内の複数の電極のそれぞれの位置の受信された示度を用いて、対応する仮想ワークスペース内に複数の電極のそれぞれの位置を位置合わせすることと、仮想ワークスペース内の複数の位置のそれぞれの周囲に、それぞれの位置について判定された神経までの距離に等しい距離で3Dシェルを作成することと、仮想ワークスペースをフィルタリングして、所定の閾値を超えるシェル密度を有する領域を特定することと、を含む、第26項に記載のシステム。 Item 34: The processor is configured to construct a virtual model of the nerve by triangulating the position of the nerve, and triangulating the position of the nerve is the position of each of the multiple electrodes within the therapeutic area of the body. Aligns the respective positions of multiple electrodes within the corresponding virtual workspace and determines for each position around each of the multiple positions within the virtual workspace using the received readings of. 26, comprising creating a 3D shell at a distance equal to the distance to the nerve, and filtering the virtual workspace to identify areas with shell densities above a predetermined threshold. System.
第35項:仮想モデルが仮想ワークスペース内にプロセッサによって構築され、プロセッサが、筋肉の監視された反応の大きさが閾値の大きさ未満である場合、仮想ワークスペースの部分を、神経を含まないものとして特定するように更に構成されている、第26項に記載のシステム。 Item 35: If the virtual model is built by the processor in the virtual workspace and the processor is less than the threshold magnitude of the monitored response of the muscle, then the portion of the virtual workspace is nerve-free. 26. The system according to paragraph 26, which is further configured to identify as.
第36項:プロセッサが、神経を含まない複数の電極のそれぞれからの判定された距離よりも小さい仮想ワークスペースの部分を、神経を含まないものとして特定するように更に構成されている、第35項に記載のシステム。 Item 36: The processor is further configured to identify a portion of the virtual workspace that is less than the determined distance from each of the nerve-free electrodes as non-nerve. The system described in the section.
第37項:プロセッサが、体内治療領域内の第1の位置において第1の電気刺激を提供し、第1の電気刺激が、神経に支配される筋肉の閾値反応を誘発しない第1の電流の大きさを有し、体内治療領域内の第2の位置において第2の電気刺激を提供し、第2の電気刺激が第1の電流の大きさを有し、閾値よりも大きい筋肉の反応を誘発し、第2の位置において1つ以上の追加の電気刺激を提供し、1つ以上の追加の刺激がそれぞれ、第1の電流の大きさよりも小さい電流の大きさを有し、1つ以上の追加の電気刺激から、第2の位置で筋肉の閾値反応を誘発するのに必要な最小の電流の大きさを判定するように更に構成されており、プロセッサが、判定された最小電流の大きさを用いて、第2の位置から神経までの距離を判定する、ように構成されている、第26項のシステム。 Item 37: The processor provides a first electrical stimulus at a first location within the treatment area of the body, and the first electrical stimulus does not elicit a threshold response in the nerve-controlled muscle of the first current. It has a magnitude and provides a second electrical stimulus at a second location within the therapeutic area of the body, the second electrical stimulus has a magnitude of the first current and a muscle response greater than the threshold. Trigger and provide one or more additional electrical stimuli in the second position, each with one or more current magnitudes smaller than the first current magnitude. From the additional electrical stimulation of the 26. The system of paragraph 26, which is configured to use the current to determine the distance from the second position to the nerve.
第38項:神経の仮想モデルが仮想ワークスペース内に位置し、プロセッサが、仮想ワークスペース内の第1の位置及び第2の位置のそれぞれを位置合わせし、第1の位置を囲んでいる仮想ワークスペースの部分を、神経を含まないものとして示し、第2の位置からの判定された距離でワークスペース内に神経の仮想モデルを構築する、ように更に構成されている、第37項に記載のシステム。 Item 38: A virtual model of a nerve is located in a virtual workspace, and a processor aligns each of the first and second positions in the virtual workspace and surrounds the first position. Section 37, further configured to show a portion of the workspace as non-nerve and to build a virtual model of the nerve within the workspace at a determined distance from a second position. System.
第39項:プロセッサが、体内治療領域内の解剖学的ターゲットの示度を受信し、神経モデルを用いて解剖学的ターゲットまでの進入経路を判定するように更に構成されており、この進入経路は、モデリングされた神経との接触の可能性を最小化する、第26項に記載のシステム。 Clause 39: The processor is further configured to receive the readings of the anatomical target within the therapeutic area of the body and use a neural model to determine the route of entry to the anatomical target. 26. The system according to paragraph 26, which minimizes the possibility of contact with the modeled nerve.
第40項:神経マッピングシステムであって、それぞれが対象者の体内治療領域内に延びるように構成された細長い医療装置の遠位端部に配設された1つ以上の電極と、監視された筋肉の反応に対応する出力信号を提供するように構成されたセンサと、1つ以上の電極のそれぞれ及びセンサと通信するプロセッサと、を備え、プロセッサが、刺激が体内治療領域内の複数の位置のそれぞれにおいて体内組織に伝達され得るように、1つ以上の電極のそれぞれに電気刺激を提供し、各刺激が電流の大きさを有し、センサから出力信号を受信し、出力信号が、複数の位置のそれぞれに提供された電気刺激に対する筋肉の反応の示度を提供し、複数の位置のそれぞれに提供された電気刺激の大きさと、受信された出力信号とから体内治療領域の仮想モデルを構築し、仮想モデルが、筋肉を支配する神経を表す第1の部分と、神経を含まない体内治療領域内の空間を表す第2の部分とを含む、ように構成されている、神経マッピングシステム。 Item 40: A neural mapping system, monitored with one or more electrodes placed at the distal end of an elongated medical device, each configured to extend within the subject's internal therapeutic area. It comprises a sensor configured to provide an output signal corresponding to the muscle response and a processor that communicates with each of one or more electrodes and the processor, where the stimulus is located at multiple locations within the therapeutic area of the body. Each of one or more electrodes provides an electrical stimulus so that each of them can be transmitted to internal tissues, each stimulus has a magnitude of current, receives an output signal from a sensor, and has multiple output signals. Provides an indication of the muscle's response to the electrical stimuli provided at each of the locations, and provides a virtual model of the therapeutic area in the body from the magnitude of the electrical stimuli provided at each of the multiple locations and the output signal received. A neural mapping system constructed and configured such that a virtual model contains a first part that represents the nerves that innervate the muscle and a second part that represents the space within the internal therapeutic area that does not contain nerves. ..
第41項:プロセッサが、体内治療領域内の解剖学的ターゲットの示度を受信し、モデルの第2の部分を通ってのみ延びる体内治療領域の仮想モデルを用いて解剖学的ターゲットまでの進入経路を判定するように更に構成されている、第40項に記載のシステム。 Item 41: The processor receives the reading of the anatomical target within the in-vivo treatment area and enters the anatomical target using a virtual model of the in-vivo treatment area that extends only through the second part of the model. 40. The system of paragraph 40, further configured to determine a route.
第42項:判定された進入経路に対する体内治療領域内に延びるツールの運動を拘束するように構成されたロボットコントローラを更に備える、第41項に記載のシステム。 42: The system of paragraph 41, further comprising a robotic controller configured to constrain the movement of a tool extending within the treatment area within the body with respect to the determined approach path.
第43項:プロセッサが、解剖学的モデルを、体内治療領域の仮想モデルとマージするように更に構成され、解剖学的モデルが、骨、腸、肝臓、又は腎臓の少なくとも一部を含む遮断部と、骨、腸、肝臓、又は腎臓のいずれも含まない非遮断部とを有し、進入経路が、非遮断部のみを通って延在する、第41項に記載のシステム。 Item 43: The processor is further configured to merge the anatomical model with a virtual model of the area of treatment in the body, where the anatomical model is a block containing at least part of the bone, intestine, liver, or kidney. 41. The system according to paragraph 41, wherein the system has a non-blocking portion that does not contain any of bone, intestine, liver, or kidney, and the entry route extends only through the non-blocking portion.
第44項:進入経路が非線形である、第41項に記載のシステム。 44: The system of paragraph 41, wherein the approach path is non-linear.
第45項:プロセッサが、判定された進入経路に対するツールの位置を監視し、ツールが進入経路の所定の許容誤差内にある場合、第1のインジケータを表示し、ツールが進入経路から所定の許容誤差よりも大きい場合、第2のインジケータを表示する、ように更に構成されている、第41項に記載のシステム。 Item 45: The processor monitors the position of the tool with respect to the determined approach path, displays a first indicator if the tool is within a predetermined tolerance of the approach path, and the tool has a predetermined tolerance from the approach path. 41. The system of paragraph 41, further configured to display a second indicator if greater than the error.
第46項:体内空間内の神経の位置判定方法であって、刺激装置の遠位端部を、体内空間内の解剖学的ターゲットに向かって前進させることと、刺激装置が解剖学的ターゲットに向かって前進している間に、刺激装置の中心軸上に配設された第1の電極から第1の電気刺激を周期的に印加することと、第1の電気刺激に対する体内空間内の神経に支配された筋肉の反応を検出することと、第1の電気刺激に対する筋肉の反応を検出した後に、刺激装置の中心軸からオフセットされた複数の位置から位置判定電気刺激を印加することと、複数の位置のそれぞれで位置判定電気刺激に対する筋肉の反応の大きさを監視することと、複数の位置のそれぞれで位置判定電気刺激に対する筋肉の反応の大きさと、複数の位置のそれぞれに提供された位置判定電気刺激の大きさとから、神経と複数の位置のそれぞれとの間の距離を判定することと、複数の位置のそれぞれにおける判定された距離から位置を三角測量することによって神経の位置を判定することと、を含む方法。 Item 46: A method for determining the position of a nerve in an internal space, in which the distal end of the stimulator is advanced toward an anatomical target in the internal space, and the stimulator becomes an anatomical target. While advancing toward, the first electrical stimulus is periodically applied from the first electrode disposed on the central axis of the stimulator, and the nerve in the body space to the first electrical stimulus. Detecting the response of the muscle dominated by, and after detecting the response of the muscle to the first electrical stimulus, applying the position determination electrical stimulus from multiple positions offset from the central axis of the stimulator. Monitoring the magnitude of the muscle response to the position determination electrical stimulus at each of the multiple positions, the magnitude of the muscle response to the position determination electrical stimulus at each of the multiple positions, and provided for each of the multiple positions. Position determination The nerve position is determined by determining the distance between the nerve and each of the multiple positions from the magnitude of the electrical stimulus, and by triangulating the position from the determined distance at each of the multiple positions. And how to include.
第47項:オフセット電極が複数の位置のそれぞれを通って回転するように、刺激装置を回転させることを更に含み、位置判定電気刺激を印加することが、オフセット電極から刺激を印加することを含む、第46項に記載の方法。 Clause 47: Further includes rotating the stimulator such that the offset electrode rotates through each of the plurality of positions, and applying the position determination electrical stimulus includes applying the stimulus from the offset electrode. , The method according to paragraph 46.
第48項:神経と複数の位置のそれぞれとの間の距離を判定することが、複数の位置のそれぞれにおける筋肉の反応を誘発するために必要とされる最小の電気刺激の大きさを判定することと、複数の位置のそれぞれにおける神経までの距離を、それぞれの位置における判定された最小の大きさから判定することと、を含む、第46項に記載の方法。 Item 48: Determining the distance between a nerve and each of a plurality of positions determines the magnitude of the minimum electrical stimulus required to elicit a muscle response at each of the multiple positions. 46. The method of claim 46, comprising: determining the distance to the nerve at each of the plurality of positions from the determined minimum magnitude at each position.
第49項:刺激装置と神経の三角測量位置との間の相対方向を表示することを更に含む、第46項に記載の方法。 49: The method of paragraph 46, further comprising displaying the relative direction between the stimulator and the triangulation position of the nerve.
第50項:体内治療領域内の刺激装置の位置を監視することと、神経の三角測量位置及び監視された刺激装置の位置を使用して仮想ワークスペース内の神経の仮想モデルを維持することと、を更に含む、第46項に記載の方法。 Item 50: Monitoring the location of the stimulator within the treatment area of the body and maintaining a virtual model of the nerve within the virtual workspace using the triangulation position of the nerve and the position of the monitored stimulator. , A method according to paragraph 46, further comprising.
第51項:印加された第1の電気刺激に応答して、仮想ワークスペースの部分を、神経を含まないものとして特定することを更に含む、第50項に記載の方法。
51: The method of
第52項:複数の位置のそれぞれにおける位置判定電気刺激の大きさが、第1の刺激の大きさよりも小さい、第46項に記載の方法。 52: The method of claim 46, wherein the magnitude of the position determination electrical stimulus at each of the plurality of positions is smaller than the magnitude of the first stimulus.
第53項:神経の三角測量位置に向かって刺激装置が前進することを防止することを更に含む、第46項に記載の方法。 53: The method of paragraph 46, further comprising preventing the stimulator from advancing towards the triangulation position of the nerve.
第54項:筋肉が第1の筋肉であり、神経が第1の神経であり、この方法が、複数の位置のそれぞれにおける位置判定電気刺激に対する第2の筋肉の反応の大きさを監視することと、複数の位置のそれぞれにおける位置判定電気刺激に対する第2の筋肉の反応の大きさと、複数の位置のそれぞれに提供される位置判定電気刺激の大きさとから、第2の神経と複数の位置のそれぞれとの間の距離を判定することと、複数の位置のそれぞれにおける判定された距離から第2の神経の位置を三角測量することによって第2の神経の位置を判定することと、を更に含む、第46項に記載の方法。 Item 54: The muscle is the first muscle and the nerve is the first nerve, and this method monitors the magnitude of the response of the second muscle to the position determination electrical stimulus at each of the multiple positions. And, from the magnitude of the response of the second muscle to the position determination electrical stimulus at each of the plurality of positions and the magnitude of the position determination electrical stimulus provided at each of the plurality of positions, the second nerve and the plurality of positions Further including determining the distance between each and determining the position of the second nerve by triangulating the position of the second nerve from the determined distances at each of the plurality of positions. , The method according to paragraph 46.
第55項:第1の電気刺激の大きさを、第1の電気刺激に対する筋肉の検出された反応後の閾値と比較することと、第1の電気刺激の大きさが閾値を下回る場合にのみ、位置判定電気刺激を印加することと、を更に含む、第46項に記載の方法。 Item 55: Comparing the magnitude of the first electrical stimulus with the threshold after the detected response of the muscle to the first electrical stimulus and only if the magnitude of the first electrical stimulus is below the threshold. 46. The method of claim 46, further comprising applying a position determination electrical stimulus.
第56項:第1の電気刺激の大きさが閾値を上回る場合、第1の電気刺激の大きさを低減することを更に含む、第55項に記載の方法。 56: The method of paragraph 55, further comprising reducing the magnitude of the first electrical stimulus when the magnitude of the first electrical stimulus exceeds a threshold.
第57項:刺激装置の遠位端部の位置を監視することと、監視された位置と神経との間の距離を推定することと、推定された距離を閾値距離と比較することと、推定距離が閾値距離より大きい場合には、筋肉の反応を誘発しないように第1の電気刺激の大きさを選択することと、を更に含む、第46項に記載の方法。 Item 57: Monitoring the position of the distal end of the stimulator, estimating the distance between the monitored position and the nerve, and comparing the estimated distance to the threshold distance, estimation. 46. The method of paragraph 46, further comprising selecting the magnitude of the first electrical stimulus so as not to elicit a muscle response if the distance is greater than the threshold distance.
第58項:体内空間内の神経の位置判定方法であって、刺激装置の遠位端部を、体内空間内の解剖学的ターゲットに向かって前進させることと、刺激装置が解剖学的ターゲットに向かって前進している間に、刺激装置の中心軸上に配設された第1の電極から第1の電気刺激を周期的に印加することと、第1の電気刺激に対する体内空間内の神経に支配された筋肉の反応を検出することと、第1の電気刺激に対する筋肉の反応を検出した後に、刺激装置の中心軸からオフセットされた複数の位置から位置判定電気刺激を印加することと、複数の位置のそれぞれで位置決定電気刺激に対する筋肉の反応の大きさを監視することと、複数の位置のそれぞれにおける筋肉の反応を誘発するために必要な最小の電気刺激の大きさを判定することと、複数の位置のそれぞれにおける判定された最小の電気刺激の大きさから神経の位置を三角測量することによって神経の位置を判定することと、を含む方法。 Item 58: A method for determining the position of a nerve in an internal space, in which the distal end of the stimulator is advanced toward an anatomical target in the internal space, and the stimulator becomes an anatomical target. While advancing toward, the first electrical stimulus is periodically applied from the first electrode disposed on the central axis of the stimulator, and the nerve in the body space to the first electrical stimulus. Detecting the response of the muscle dominated by, and after detecting the response of the muscle to the first electrical stimulus, applying the position determination electrical stimulus from multiple positions offset from the central axis of the stimulator. Monitoring the magnitude of the muscle response to the positioning electrical stimulus at each of the multiple locations and determining the minimum electrical stimulation required to elicit the muscle response at each of the multiple locations. And, a method including determining the position of a nerve by triangulating the position of the nerve from the magnitude of the determined minimum electrical stimulus at each of the plurality of positions.
第59項:オフセット電極が複数の位置のそれぞれを通って回転するように、刺激装置を回転させることを更に含み、位置判定電気刺激を印加することが、オフセット電極から刺激を印加することを含む、第58項に記載の方法。 Item 59: Further comprising rotating the stimulator such that the offset electrode rotates through each of the plurality of positions, and applying the position determination electrical stimulus includes applying the stimulus from the offset electrode. , 58.
第60項:刺激装置と神経の三測量位置との間の相対方向を表示することを更に含む、第58項に記載の方法。 60: The method of 58, further comprising displaying the relative direction between the stimulator and the triad of nerves.
第61項:複数の位置のそれぞれにおける判定された最小の電気刺激の大きさから神経の位置を三角測量することが、複数の位置のそれぞれにおける判定された最小の大きさから、神経と複数の位置のそれぞれとの間の距離を判定することを含み、この方法が、体内治療領域内の刺激装置の位置を監視することと、神経の三角測量位置及び監視された刺激装置の位置を用いて、仮想ワークスペース内の神経の仮想モデルを維持することと、を更に含む、第58項に記載の方法。 Item 61: Triangulation of the nerve position from the determined minimum electrical stimulus magnitude at each of the multiple positions is possible from the determined minimum magnitude at each of the multiple positions. This method involves monitoring the position of the stimulator within the therapeutic area of the body and using the triangulation position of the nerve and the position of the monitored stimulator, including determining the distance between each of the positions. 58. The method of paragraph 58, further comprising maintaining a virtual model of nerves within a virtual workspace.
第62項:複数の位置のそれぞれにおける位置判定電気刺激の大きさが、第1の刺激の大きさよりも小さい、第58項に記載の方法。 62: The method of claim 58, wherein the magnitude of the position determination electrical stimulus at each of the plurality of positions is smaller than the magnitude of the first stimulus.
第63項:第1の電気刺激の大きさを、第1の電気刺激に対する筋肉の検出された反応後の閾値と比較することと、第1の電気刺激の大きさが閾値を下回る場合にのみ、位置判定電気刺激を印加することと、を更に含む、第58項に記載の方法。 Item 63: Comparing the magnitude of the first electrical stimulus with the threshold after the detected response of the muscle to the first electrical stimulus and only if the magnitude of the first electrical stimulus is below the threshold. 58. The method of claim 58, further comprising applying a position determination electrical stimulus.
第64項:第1の電気刺激の大きさが閾値を上回る場合、第1の電気刺激の大きさを低減することを更に含む、第63項に記載の方法。 64: The method of paragraph 63, further comprising reducing the magnitude of the first electrical stimulus when the magnitude of the first electrical stimulus exceeds a threshold.
第65項:刺激装置の遠位端部の位置を監視することと、監視された位置と神経との間の距離を推定することと、推定された距離を閾値距離と比較することと、推定距離が閾値距離より大きい場合には、筋肉の反応を誘発しないように第1の電気刺激の大きさを選択することと、を更に含む、第58項に記載の方法。 Item 65: Monitoring the position of the distal end of the stimulator, estimating the distance between the monitored position and the nerve, comparing the estimated distance with the threshold distance, and estimating. 58. The method of claim 58, further comprising selecting the magnitude of the first electrical stimulus so as not to elicit a muscle response if the distance is greater than the threshold distance.
〔実施の態様〕
(1) 対象者の体内治療領域における神経の位置判定方法であって、
前記体内治療領域内の第1の位置において第1の電気刺激を提供することであって、前記第1の電気刺激が、前記神経に支配された筋肉の閾値反応を誘発しない第1の電流の大きさを有する、ことと、
前記体内治療領域内の第2の位置において第2の電気刺激を提供することであって、前記第2の電気刺激が前記第1の電流の大きさを有し、前記閾値よりも大きい前記筋肉の反応を誘発する、ことと、
前記第2の位置において1つ以上の追加の電気刺激を提供することであって、前記1つ以上の追加の刺激がそれぞれ、前記第1の電流の大きさよりも小さい電流の大きさを有する、ことと、
前記1つ以上の追加の電気刺激から、前記第2の位置における前記筋肉の前記閾値反応を誘発するために必要な最小の電流の大きさを判定することと、
判定された前記最小の電流の大きさを用いて、前記第2の位置から前記神経までの距離を判定することと、
を含む、方法。
(2) 非侵襲機械センサを使用して、前記第1、第2、及び1つ以上の追加の電気刺激のそれぞれに対する前記筋肉の反応を監視することを更に含む、実施態様1に記載の方法。
(3) 前記第1、第2、及び1つ以上の追加の電気刺激のそれぞれが、細長い刺激装置の遠位端部から提供され、
前記第1及び第2の電気刺激が、前記刺激装置の中心軸上に配設された電極から提供され、
前記1つ以上の追加の電気刺激が、前記刺激装置の前記中心軸から離れたオフセット電極から提供される、実施態様1に記載の方法。
(4) 前記刺激装置の前記中心軸を中心とした複数の角度位置にわたって前記オフセット電極を回転させることを更に含み、
前記第2の位置から前記神経までの距離を判定することが、前記複数の角度位置のそれぞれから前記神経までの距離を判定することを含み、
前記複数の角度位置のそれぞれからの判定された前記距離を用いて、前記刺激装置の前記中心軸に対する前記神経の前記位置を三角測量することを更に含む、
実施態様3に記載の方法。
(5) 前記第1の電気刺激が、刺激装置の前記遠位端部に配設された電極から提供され、
前記方法が、
前記刺激装置の前記遠位端部の位置を監視することと、
予め取得した解剖学的モデルを用いて、監視された前記位置と前記神経との間の推定距離を推定することと、
前記推定距離を用いて前記第1の電流の大きさを選択することと、
を更に含む、実施態様1に記載の方法。
[Implementation mode]
(1) A method for determining the position of a nerve in a subject's internal treatment area.
By providing a first electrical stimulus at a first location within the body therapeutic area, the first electrical stimulus does not elicit a threshold response of the nerve-controlled muscle of a first current. It has a size and
The provision of a second electrical stimulus at a second position within the body treatment area, wherein the second electrical stimulus has the magnitude of the first current and is greater than the threshold. To induce the reaction of
By providing one or more additional electrical stimuli at the second position, each of the one or more additional stimuli has a current magnitude smaller than the first current magnitude. That and
From the one or more additional electrical stimuli, determining the magnitude of the minimum current required to elicit the threshold response of the muscle at the second position.
Using the determined minimum current magnitude to determine the distance from the second position to the nerve,
Including, how.
(2) The method of embodiment 1, further comprising monitoring the muscle response to each of the first, second, and one or more additional electrical stimuli using a non-invasive mechanical sensor. ..
(3) Each of the first, second, and one or more additional electrical stimuli is provided from the distal end of the elongated stimulator.
The first and second electrical stimuli are provided by electrodes disposed on the central axis of the stimulator.
The method of embodiment 1, wherein the one or more additional electrical stimuli are provided from an offset electrode away from the central axis of the stimulator.
(4) Further comprising rotating the offset electrode over a plurality of angular positions about the central axis of the stimulator.
Determining the distance from the second position to the nerve includes determining the distance from each of the plurality of angular positions to the nerve.
Further comprising triangulating the position of the nerve with respect to the central axis of the stimulator using the determined distance from each of the plurality of angular positions.
The method according to the third embodiment.
(5) The first electrical stimulus is provided by an electrode disposed at the distal end of the stimulator.
The above method
Monitoring the position of the distal end of the stimulator and
Using a pre-acquired anatomical model, the estimated distance between the monitored position and the nerve can be estimated.
Using the estimated distance to select the magnitude of the first current,
The method according to embodiment 1, further comprising.
(6) 前記第1の電流の大きさが、有界電流範囲から選択され、前記神経からの前記推定距離において印加されたときに前記筋肉の反応を誘発しないと予想される前記範囲内の最大電流である、実施態様5に記載の方法。
(7) 前記選択された電流の大きさが前記筋肉の反応を誘発する場合、前記解剖学的モデルを調節することを更に含む、実施態様6に記載の方法。
(8) 前記解剖学的モデルが、前記対象者の取得されたモデルである、実施態様5に記載の方法。
(9) 仮想ワークスペース内に前記第1の位置及び前記第2の位置のそれぞれを位置合わせすることと、
前記第1の位置を囲んでいる前記仮想ワークスペースの部分を、前記神経を含まないものとして示すことと、
を更に含む、実施態様1に記載の方法。
(10) 前記第2の位置からの前記判定された距離において、前記ワークスペース内の神経の存在を示すことを更に含む、実施態様9に記載の方法。
(6) The magnitude of the first current is selected from the bounded current range and is the maximum within the range that is not expected to elicit the muscle response when applied at the estimated distance from the nerve. The method according to embodiment 5, which is an electric current.
(7) The method of
(8) The method according to embodiment 5, wherein the anatomical model is an acquired model of the subject.
(9) Aligning each of the first position and the second position in the virtual workspace,
The portion of the virtual workspace surrounding the first position is shown as not containing the nerve.
The method according to embodiment 1, further comprising.
(10) The method of embodiment 9, further comprising showing the presence of nerves in the workspace at the determined distance from the second position.
(11) 前記仮想ワークスペースの第2の部分を前記神経を含まないものとして示すことを更に含み、前記第2の部分が、前記判定された距離まで前記第2の位置を囲んでいる、実施態様10に記載の方法。
(12) 前記仮想ワークスペースを、前記体内治療領域内に配設されたエンドエフェクタの運動を制御するように動作可能なロボットコントローラに提供することと、
前記ワークスペースの前記神経を含まないものとして示された部分、及び前記ワークスペース内の示された前記神経の存在のうちの少なくとも1つに従って前記エンドエフェクタの前記運動を制限するように前記ロボットコントローラを拘束することと、
を更に含む、実施態様10に記載の方法。
(13) 対象者の体内治療領域における神経の位置決定方法であって、
第1の電流の大きさを有する第1の電気刺激を、前記体内治療領域内の第1の位置において印加することであって、前記第1の位置が前記神経からの閾値距離よりも大きく、前記閾値距離は、前記第1の電気刺激が前記神経に支配される筋肉の閾値反応を誘発することができる最大距離である、ことと、
第2の電流の大きさを有する第2の電気刺激を、前記体内治療領域内の第2の位置において印加することであって、前記第2の位置が前記神経からの前記閾値距離未満であり、前記第2の電流の大きさが前記第1の電流の大きさよりも小さい、ことと、
前記第2の電気刺激に対する、前記神経に支配される筋肉の反応の大きさを監視することと、
前記第2の電流の大きさと、前記筋肉の監視された前記反応の大きさとから、前記第2の位置から前記神経までの距離を判定することと、
仮想ワークスペース内に前記第1の位置及び前記第2の位置のそれぞれを位置合わせすることと、
前記第1の位置を囲んでいる前記仮想ワークスペースの部分を、前記神経を含まないものとして示すことと、
前記第2の位置からの前記判定された距離において、前記仮想ワークスペース内の神経の存在を示すことと、
を含む、方法。
(14) 前記第2の電流の大きさが、前記第2の位置における前記筋肉の反応を誘発するのに必要な最小の電流の大きさである、実施態様13に記載の方法。
(15) 前記第1及び第2の電気刺激が、前記体内治療領域内に配設された電極によってそれぞれ印加され、
前記方法が、前記電極を前記第1の位置から前記第2の位置に前進させることを更に含む、実施態様13に記載の方法。
(11) Further comprising showing the second portion of the virtual workspace as non-nerve, wherein the second portion surrounds the second position up to the determined distance. The method according to
(12) To provide the virtual workspace to a robot controller capable of operating to control the movement of an end effector disposed in the in-vivo treatment area.
The robot controller to limit the movement of the end effector according to at least one of the nerve-free portion of the workspace and the presence of the nerve indicated in the workspace. To restrain and
10. The method of
(13) A method for determining the position of nerves in a subject's internal therapeutic area.
A first electrical stimulus with a magnitude of a first current is applied at a first position within the treatment area of the body, wherein the first position is greater than a threshold distance from the nerve. The threshold distance is the maximum distance at which the first electrical stimulus can induce a threshold response of the nerve-controlled muscle.
A second electrical stimulus with a magnitude of a second current is applied at a second position within the treatment area within the body, wherein the second position is less than the threshold distance from the nerve. The magnitude of the second current is smaller than the magnitude of the first current.
To monitor the magnitude of the response of the nerve-controlled muscle to the second electrical stimulus,
Determining the distance from the second position to the nerve from the magnitude of the second current and the magnitude of the monitored reaction of the muscle.
Aligning each of the first position and the second position in the virtual workspace,
The portion of the virtual workspace surrounding the first position is shown as not containing the nerve.
To indicate the presence of a nerve in the virtual workspace at the determined distance from the second position.
Including, how.
(14) The method according to embodiment 13, wherein the magnitude of the second current is the magnitude of the minimum current required to elicit the reaction of the muscle at the second position.
(15) The first and second electrical stimuli are applied by electrodes arranged in the in-vivo treatment area, respectively.
13. The method of embodiment 13, wherein the method further comprises advancing the electrode from the first position to the second position.
(16) 前記仮想ワークスペースの第2の部分を前記神経を含まないものとして示すことを更に含み、前記第2の部分が、前記判定された距離まで前記第2の位置を囲んでいる、実施態様13に記載の方法。
(17) 前記第1の電気刺激が、刺激装置の前記遠位端部上に配設された電極から提供され、
前記方法が、
前記刺激装置の前記遠位端部の位置を監視することと、
予め取得した解剖学的モデルを用いて、監視された前記位置と前記神経との間の推定距離を推定することと、
前記推定距離を用いて前記第1の電流の大きさを選択することと、
を更に含む、実施態様13に記載の方法。
(18) 前記第1の電流の大きさが、有界電流範囲から選択され、前記神経からの前記推定距離において印加されたときに前記筋肉の反応を誘発しないと予想される前記範囲内の最大電流である、実施態様17に記載の方法。
(19) 前記選択された電流の大きさが前記筋肉の反応を誘発する場合、前記解剖学的モデルを調節することを更に含む、実施態様18に記載の方法。
(20) 前記仮想ワークスペースを、前記体内治療領域内に配設されたエンドエフェクタの運動を制御するように動作可能なロボットコントローラに提供することと、
前記ワークスペースの前記神経を含まないものとして示された部分、及び前記ワークスペース内の示された前記神経の存在のうちの少なくとも一方に従って前記エンドエフェクタの前記運動を制限するように前記ロボットコントローラを拘束することと、
を更に含む、実施態様13に記載の方法。
(16) The implementation further comprises showing the second portion of the virtual workspace as non-nervous, wherein the second portion surrounds the second position up to the determined distance. The method according to aspect 13.
(17) The first electrical stimulus is provided by an electrode disposed on the distal end of the stimulator.
The above method
Monitoring the position of the distal end of the stimulator and
Using a pre-acquired anatomical model, the estimated distance between the monitored position and the nerve can be estimated.
Using the estimated distance to select the magnitude of the first current,
The method according to embodiment 13, further comprising.
(18) The magnitude of the first current is selected from the bounded current range and is the maximum within the range that is not expected to elicit the muscle response when applied at the estimated distance from the nerve. 17. The method of embodiment 17, which is an electric current.
(19) The method of embodiment 18, further comprising adjusting the anatomical model, where the magnitude of the selected current evokes the muscle response.
(20) To provide the virtual workspace to a robot controller capable of operating to control the movement of an end effector disposed in the in-vivo treatment area.
The robot controller is configured to limit the movement of the end effector according to at least one of the nerve-free portion of the workspace and the presence of the nerves shown in the workspace. Restraining and
The method according to embodiment 13, further comprising.
Claims (9)
対象者の体内治療領域を探索するように構成された遠位端部を含む細長い医療装置であって、前記遠位端部が電極を含む、細長い医療装置と、
神経に支配された筋肉の監視された機械的反応に対応する筋音図出力信号を提供するように構成された非侵襲機械センサと、
前記電極及び前記非侵襲機械センサと通信するプロセッサと、を備え、前記プロセッサは、
複数の電気刺激を前記電極に提供することであって、前記複数の電気刺激のそれぞれが、それぞれの大きさを有し、前記電極が前記対象者の前記体内治療領域内部の異なるそれぞれの位置に位置すると前記複数の電気刺激のそれぞれが提供される、ことと、
前記筋音図出力信号を介して、前記複数の電気刺激のそれぞれに対する前記筋肉の反応を検出することと、
前記複数の電気刺激それぞれの前記それぞれの大きさ、及び前記複数の電気刺激のそれぞれに対する前記筋肉の検出された前記反応を用いて、前記体内治療領域内部の特定の地点に神経が存在する可能性を判定することと、を行うように構成されており、
前記複数の電気刺激は、
前記電極が前記体内治療領域内の第1の位置にあるときに提供される第1の電気刺激であって、前記第1の電気刺激が、前記筋肉の閾値機械的反応を誘発しない第1の電流の大きさを有する、第1の電気刺激と、
前記電極が前記体内治療領域内の第2の位置にあるときに提供される第2の電気刺激であって、前記第2の電気刺激が、前記第1の電流の大きさを有する、第2の電気刺激と、
前記電極が前記第2の位置にあるときに提供される1つ以上の追加の電気刺激であって、前記1つ以上の追加の電気刺激がそれぞれ、前記第1の電流の大きさよりも小さい電流の大きさを有する、1つ以上の追加の電気刺激と、を含む、神経マッピングシステム。 It ’s a neural mapping system.
An elongated medical device comprising a distal end configured to explore a subject's body treatment area, wherein the distal end comprises an electrode.
With non-invasive mechanical sensors configured to provide mechanomyogram output signals corresponding to the monitored mechanical response of nerve-controlled muscles,
The processor comprises a processor that communicates with the electrode and the non-invasive machine sensor.
Providing a plurality of electrical stimuli to the electrodes, each of the plurality of electrical stimuli having a magnitude of each, the electrodes at different positions within the subject's internal therapeutic area. When positioned, each of the multiple electrical stimuli is provided, and
To detect the reaction of the muscle to each of the plurality of electrical stimuli via the mechanomyogram output signal, and
Using the respective magnitudes of each of the plurality of electrical stimuli and the detected response of the muscle to each of the plurality of electrical stimuli, the nerve may be present at a particular point within the therapeutic area within the body. Is configured to determine and do
The plurality of electrical stimuli are
A first electrical stimulus provided when the electrode is in a first position within the therapeutic area of the body, wherein the first electrical stimulus does not elicit a threshold mechanical response of the muscle. The first electrical stimulus, which has the magnitude of the electric current,
A second electrical stimulus provided when the electrode is in a second position within the in-vivo treatment area, wherein the second electrical stimulus has the magnitude of the first current. Electrical stimulation and
One or more additional electrical stimuli provided when the electrode is in the second position, each of which is less than the magnitude of the first current. A neural mapping system, including one or more additional electrical stimuli, having a size of .
前記プロセッサは、前記位置判定装置と通信しており、前記複数の電気刺激のそれぞれが提供されたときに前記電極の検出された前記位置を更に用いて、前記体内治療領域内部の特定の地点に神経が存在する可能性を判定するように動作可能である、請求項1に記載の神経マッピングシステム。 Further equipped with a position determination device that can operate to detect the position of the electrode inside the treatment area in the body.
The processor is communicating with the position determination device and further uses the detected position of the electrode when each of the plurality of electrical stimuli is provided to a specific point within the treatment area within the body. The nerve mapping system according to claim 1, wherein the nerve mapping system can operate to determine the possibility that a nerve is present.
前記プロセッサは、
前記複数の電気刺激それぞれが提供されたときに前記仮想ワークスペース内に前記電極の前記位置を位置合わせすることと、
その位置で提供された前記電気刺激の大きさ、及びその位置で提供された前記電気刺激に対する前記筋肉の前記検出された反応を用いて、それぞれの位置で前記電極と前記神経との間の距離を判定することと、
位置合わせされた前記位置から判定された前記距離である各ボクセルと関連付けられたカウンタを増分させることと、
前記位置合わせされた位置から前記判定された距離未満である各ボクセルと関連付けられた前記カウンタをリセットすることと、
神経モデルを生成するために所定の閾値を下回るカウンタの全ボクセルをフィルタリングすることと、
によって、前記体内治療領域内部の特定の地点に神経が存在する可能性を判定するように構成されている、請求項1に記載の神経マッピングシステム。 The processor is configured to maintain a virtual workspace containing a plurality of three-dimensional boxels, wherein the virtual workspace represents the subject's internal treatment area.
The processor
To align the position of the electrode within the virtual workspace when each of the plurality of electrical stimuli is provided.
The distance between the electrode and the nerve at each position using the magnitude of the electrical stimulus provided at that location and the detected response of the muscle to the electrical stimulus provided at that location. To judge and
Incrementing the counter associated with each voxel, which is the distance determined from the aligned position,
To reset the counter associated with each voxel that is less than the determined distance from the aligned position.
Filtering all voxels of counters below a given threshold to generate a neural model,
The nerve mapping system according to claim 1, wherein the nerve mapping system is configured to determine the possibility that a nerve is present at a specific point inside the treatment area in the body.
前記プロセッサは、
予め取得した解剖学的モデルを用いて、監視された前記位置と前記神経との間の推定距離を推定することと、
前記推定距離を用いて前記第1の電流の大きさを選択することと、
前記1つ以上の追加の電気刺激から、前記第2の位置における前記筋肉の前記閾値機械的反応を誘発するために必要な最小の電流の大きさを判定することと、
判定された前記最小の電流の大きさを用いて、前記第2の位置から前記神経までの距離を判定することと、
を行うように更に構成されている、請求項1に記載の神経マッピングシステム。 Further equipped with a positioning device capable of operating to monitor the position of the distal end of the elongated medical device.
The processor
Using a pre-acquired anatomical model, the estimated distance between the monitored position and the nerve can be estimated.
Using the estimated distance to select the magnitude of the first current,
From the one or more additional electrical stimuli, determining the magnitude of the minimum current required to elicit the threshold mechanical response of the muscle at the second position.
Using the determined minimum current magnitude to determine the distance from the second position to the nerve,
The neural mapping system according to claim 1 , further configured to perform the above.
前記電極が、前記細長い医療装置の端部の第1の位置で前記中心軸上に配設された第1の電極であり、
前記第1の電極から離れ、第2の位置において前記中心軸から半径方向にオフセットされた、少なくとも1つの第2の電極を更に備え、
前記複数の電気刺激のうちの少なくとも1つの電気刺激が、前記第1の電極に提供され、前記複数の電気刺激のうちの少なくとも1つの電気刺激が、前記少なくとも1つの第2の電極に提供される、請求項1に記載の神経マッピングシステム。 The elongated medical device comprises a central axis that intersects the distal end and extends through the center of the elongated medical device.
The electrode is a first electrode disposed on the central axis at a first position at the end of the elongated medical device.
Further comprising at least one second electrode away from the first electrode and radially offset from the central axis at the second position.
At least one of the plurality of electrical stimuli is provided to the first electrode, and at least one of the plurality of electrical stimuli is provided to the at least one second electrode. The neural mapping system according to claim 1.
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