(57)【要約】  本発明は、脳のライブ画像の上に誘導脳刺激（ＮＢＳ）機能データを重ねる方法を開示する。本方法は、脳のライブ画像を取得するステップと、前記脳の解剖モデルと前記脳に関連付けられた誘導脳刺激機能データとを含む前記脳の機能マップを取得するステップと、前記脳の前記ライブ画像から前記脳の少なくとも１つの解剖学的ランドマークを特定するステップと、前記脳の前記解剖モデル上の前記特定された解剖学的ランドマークのうちの少なくとも１つを特定するステップと、前記モデルの前記特定された少なくとも１つの解剖学的ランドマークが前記脳の前記ライブ画像における対応する少なくとも１つの解剖学的ランドマークと大きさ及び向きが対応するように前記機能マップを変更するステップと、前記対応する位置合わせされた解剖学的ランドマークに従って前記脳の前記ライブ画像上に少なくとも前記誘導脳刺激機能データをデジタルで重ねるステップと、を含む。【選択図】図１
2014522274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脳のライブ画像の上に誘導脳刺激機能データを重ねる方法であって、該方法は、
脳のライブ画像を取得するステップと、
前記脳の解剖モデルと前記脳に関連付けられた誘導脳刺激機能データとを含む前記脳の機能マップを取得するステップと、
前記脳の前記ライブ画像から前記脳の少なくとも１つの解剖学的ランドマークを特定するステップと、
前記脳の前記解剖モデル上の前記特定された解剖学的ランドマークのうちの少なくとも１つを特定するステップと、
前記モデルの前記特定された少なくとも１つの解剖学的ランドマークが前記脳の前記ライブ画像における対応する少なくとも１つの解剖学的ランドマークと大きさ及び向きが対応するように前記機能マップを変更するステップと、
前記対応する位置合わせされた解剖学的ランドマークに従って前記脳の前記ライブ画像上に少なくとも前記誘導脳刺激機能データをデジタルで重ねるステップと、
を含む、脳のライブ画像の上に誘導脳刺激機能データを重ねる方法。
【請求項２】
前記特定された解剖学的ランドマークを連続して追跡するステップと、
前記デジタルで重ねられた誘導脳刺激機能データを連続して更新して、前記機能マップの前記特定された解剖学的ランドマークが前記ライブ画像の前記対応する解剖学的ランドマーク上に重ね合わされたままであることを確実にする、連続して更新するステップと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ライブ画像からの少なくとも２つの解剖学的ランドマーク間の距離の変化を求めるステップと、
前記求められた距離の変化に基づいて前記誘導脳刺激機能データの前記位置の信頼性表示を求めるステップと、
を更に含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記信頼性表示を図式的に表示するステップを更に含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ライブ画像から静止画を取得するステップと、前記静止画から前記解剖学的ランドマークを特定するステップと、前記静止画上に前記変更された機能マップをデジタルで重ねるステップと、前記静止画と前記ライブ画像との間の任意の変化を求めるステップと、前記求められた変化に基づいて、前記少なくとも誘導脳刺激機能データと前記ライブ画像との前記重なりを更新するステップと、を更に含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記機能マップの少なくとも一部分の透過性を変更するステップを更に含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記機能マップの前記解剖モデル部分の前記透過性のみが調整される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記機能マップを前記変更することは、ズームするステップ、パンするステップ、傾けるステップ、調整するステップ、向きを合わせるステップ及び動かすステップのうちの少なくとも１つを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記脳の前記機能マップ及び前記ライブ画像をスクリーン上に表示するステップと、
オペレーターが、前記モデルの前記特定された少なくとも１つの解剖学的ランドマークと前記脳の前記ライブ画像における前記少なくとも１つの解剖学的ランドマークとを位置合わせするように前記機能マップを変更することを可能にするＧＵＩを提供するステップと、
を更に含む、請求項１〜８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ステップのうちの少なくとも１つは自動的に行われる、請求項１〜９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ステップの組合せは自動的に行われる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ステップのうちの少なくとも１つはコンピューターソフトウェアの助けにより行われる、請求項１〜１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ステップのうちの任意の１つ又は複数において光学認識ソフトウェアが用いられる、請求項１〜１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ステップのうちの少なくとも１つの正確性が検証される、請求項１〜１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記検証はユーザーによって又はソフトウェアを用いて自動的に行われる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
コンピューター可読媒体上に記憶されるコンピュータープログラム製品であって、プロセッサに、
脳のライブ画像から前記脳の少なくとも１つの解剖学的ランドマークを特定するステップと、
前記脳の機能マップ上の前記特定された解剖学的ランドマークのうちの少なくとも１つを特定するステップであって、前記機能マップは前記脳の解剖モデルと前記脳に関連付けられた誘導脳刺激機能モデルとを含む、ステップと、
前記モデルの前記特定された少なくとも１つの解剖学的ランドマークが前記脳の前記ライブ画像における解剖学的ランドマークと大きさ及び向きが対応するように前記機能マップを変更するステップと、
前記対応する位置合わせされた解剖学的ランドマークに従って前記脳の前記ライブ画像上に少なくとも前記変更された誘導脳刺激機能データをデジタルで重ねるステップと、
を実行させる、コンピューター可読媒体上に記憶されるコンピュータープログラム製品。
【請求項１７】
前記コンピューター可読媒体は一時的媒体である、請求項１６に記載のコンピュータープログラム製品。
【請求項１８】
前記コンピューター可読媒体は非一時的媒体である、請求項１６に記載のコンピュータープログラム製品。
【請求項１９】
方法請求項１〜１５のいずれか１項に記載のステップのうちの任意のものを更に含む、請求項１６〜１８のいずれか１項に記載のコンピュータープログラム製品。
【請求項２０】
方法請求項１〜１５のいずれか１項に記載のステップのうちの少なくともいくつかを実行するように構成されるコンピューティングデバイスのプロセッサ。
【請求項２１】
方法請求項１〜１５のいずれか１項に記載のステップを自動的に実行するように構成されるコンピューティングデバイスのプロセッサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導脳刺激（ＮＢＳ：Navigated Brain Stimulation）機能データを脳のライブ画像上に重ねる方法及びシステムに関する。より詳細には、外科手術の前に脳のＮＢＳ機能データ及び脳の解剖モデルを含む機能マップが構築され、それによって外科手術中、解剖モデルにおける解剖学的ランドマークを、脳のライブ画像における対応する解剖学的ランドマークと位置合わせすることができる。
【背景技術】
【０００２】
現代の脳外科手術において、外科医は多くの場合に光学顕微鏡及び／又は専用撮像デバイスを用いて脳を見る。しかしながら、局所的な脳機能を外科医に対し高度に正確にかつタイムリーに表示する方法が長い間必要とされてきた。現在のところ、正確な方法は手術開始時に多大な時間を要し、患者に課されるリスクが増大する。逆に、手術中に構成にあまり時間を要しない方法はより正確度が低く、それに応じたリスクを課す。
【０００３】
脳に手術を行う際、手術部位における脳のいずれの部分が脳機能上重要な領域（eloquent area）であるか、いずれの除去が運動機能、感覚機能、言語機能、視覚等の損失につながるかを外科医が知ることが不可欠である。現在のところ、これらの局所的な脳機能を求める一般的な方法は、露出した脳の複数の位置を、通常はグリッドの形態で、短い電流パルスを送達するプローブを用いて物理的に刺激し、次に患者からそれに応じた視覚的又は測定可能な反応があるか否かを判断することである。反応が生じる場合、脳内のその点は機能点であるとしてタグ付けされる。反応が生じない場合、その点は切り開いても安全であるとみなされる。
【０００４】
より最近では、手術前に、患者は機能マッピングを行うようにＮＢＳを受ける場合がある。マッピング範囲は、差し迫った手術の詳細事項に基づいて画定することができる。例えば、腫瘍が患者の脳から除去される場合、ＮＢＳ機能マッピングは、腫瘍のごく近傍内の脳の機能をマッピングすることに限定することができる。診査手術又はより侵襲的な手術の場合、機能マッピングはより広範囲にすることができる。
【０００５】
ＮＢＳ機能マッピングは、誘導された経頭蓋磁気刺激（ＴＭＳ：Transcranial Magnetic Stimulation）を用いることによって患者の脳機能を正確にマッピングする非侵襲的方法である。患者の脳上又は脳内の位置に電磁刺激を加え、それに応じた患者の反応を測定及び／又は判断することによって、非滅菌環境において患者の脳の正確な２次元又は３次元マップを提供することが可能である。２次元及び３次元ＮＢＳ機能マッピングのより詳細な説明は、例えば米国特許出願公開第２００８／０５８５８２号「Transcranial magnetic stimulation induction coil device with attachment portion for receiving tracking device」、同第２００５／０７５５６０号「Stereotactic frame and method for supporting a stereotactic frame」、米国特許第７，７２０，５１９号「Method for three-dimensional modeling of the skull and internal structures thereof」、米国特許出願第１１／８５３，２３２号「A method for visualizing electric fields on the human cortex for the purpose of navigated brain stimulation」、同第１１／８５３，２５６号「Improved accuracy of navigated brain stimulation by online or offline corrections to co -registration」、米国特許出願公開第２００８／０５８５８２号「Transcranial magnetic stimulation induction coil device with attachment portion for receiving tracking device」、同第２００８／０５８５８１号「Transcranial magnetic stimulation induction coil device and method of manufacture」、米国特許第６，８４９，０４０号「Method and apparatus for dose computation of magnetic stimulation」、同第７，４４０，７８９号「Electrode structure for measuring electrical responses from the human body」に見ることができ、これらの全てが引用により本明細書の一部をなす。
【０００６】
上述した参考文献のうちの少なくともいくつかにおいてより詳細に記載されているように、ＮＢＳ機能マッピングの開始時又はＮＢＳ機能マッピングの前に、患者の脳のモデルがマッピング用に取得又は選択される。それらの文献において記載されているように、複数のオプションが利用可能であるが、本発明の一実施形態によれば、患者の脳のＭＲＩ又はＣＴがマッピング用の解剖モデルとして利用される。ＭＲＩデータが集計されると、患者の頭部及び各ＴＭＳパルスの正確な位置及び向きがわかっていることにより、患者の脳の機能を解剖モデルに正確にマッピングすることが可能である。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、脳のライブ画像の上に誘導脳刺激機能（ＮＢＳ）データを重ねる方法が提供される。
【０００８】
本発明の或る特定の実施形態によれば、脳のライブ画像の上に誘導脳刺激機能データを重ねる方法であって、該方法は、以下のステップ、すなわち、
脳のライブ画像を取得するステップと、
前記脳の解剖モデルと前記脳に関連付けられた誘導脳刺激機能データとを含む前記脳の機能マップを取得するステップと、
前記脳の前記ライブ画像から前記脳の少なくとも１つの解剖学的ランドマークを特定するステップと、
前記脳の前記解剖モデル上の前記特定された解剖学的ランドマークのうちの少なくとも１つを特定するステップと、
前記モデルの前記特定された少なくとも１つの解剖学的ランドマークが前記脳の前記ライブ画像における対応する少なくとも１つの解剖学的ランドマークと大きさ及び向きが対応するように前記機能マップを変更するステップと、
前記対応する位置合わせされた解剖学的ランドマークに従って前記脳の前記ライブ画像上に少なくとも前記誘導脳刺激機能データをデジタルで重ねるステップと、
のうちのいくつか又は全てを含む、方法が本明細書において説明される。
【０００９】
さらに、或る特定の実施形態によれば、本方法は、
前記特定された解剖学的ランドマークを連続して追跡するステップと、
前記デジタルで重ねられた誘導脳刺激機能データを連続して更新して、前記機能マップの前記特定された解剖学的ランドマークが前記ライブ画像の前記対応する解剖学的ランドマーク上に重ね合わされたままであることを確実にする、連続して更新するステップと、
を更に含む。
【００１０】
またさらに、或る特定の実施形態によれば、本方法は、
前記ライブ画像からの少なくとも２つの解剖学的ランドマーク間の距離の変化を求めるステップと、
前記求められた距離の変化に基づいて前記誘導脳刺激機能データの前記位置の信頼性表示を求めるステップと、
を更に含む。
【００１１】
本方法は、前記信頼性表示を図式的に表示するステップを含むことが有利である。
【００１２】
代替的に又は付加的に、本方法は、前記ライブ画像から静止画を取得するステップと、前記静止画から前記解剖学的ランドマークを特定するステップと、前記静止画上に前記変更された機能マップをデジタルで重ねるステップと、前記静止画と前記ライブ画像との間の任意の変化を求めるステップと、前記求められた変化に基づいて、前記少なくとも誘導脳刺激機能データと前記ライブ画像との前記重なりを更新するステップと、を含む。
【００１３】
或る特定の実施形態によれば、本方法は、前記機能マップの少なくとも一部分の透過性を変更するステップを含む。一例のバージョンでは、前記機能マップの前記解剖モデル部分の前記透過性のみが調整される。
【００１４】
前記機能マップを前記変更するステップは、ズームするステップ、パンするステップ、傾けるステップ、調整するステップ、向きを合わせるステップ及び動かすステップのうちの少なくとも１つを含む。
【００１５】
或る特定の実施形態によれば、本方法は、
前記脳の前記機能マップ及び前記ライブ画像をスクリーン上に表示するステップと、
オペレーターが、前記モデルの前記特定された少なくとも１つの解剖学的ランドマークと前記脳の前記ライブ画像における前記少なくとも１つの解剖学的ランドマークとを位置合わせするように前記機能マップを変更することを可能にするＧＵＩを提供するステップと、
を更に含む。
【００１６】
本発明の第２の態様によれば、コンピューター可読媒体上に記憶されるコンピュータープログラム製品であって、プロセッサに、
脳のライブ画像から前記脳の少なくとも１つの解剖学的ランドマークを特定するステップと、
前記脳の機能マップ上の前記特定された解剖学的ランドマークのうちの少なくとも１つを特定するステップであって、前記機能マップは前記脳の解剖モデルと前記脳に関連付けられた誘導脳刺激機能モデルとを含む、ステップと、
前記モデルの前記特定された少なくとも１つの解剖学的ランドマークが前記脳の前記ライブ画像における解剖学的ランドマークと大きさ及び向きが対応するように前記機能マップを変更するステップと、
前記対応する位置合わせされた解剖学的ランドマークに従って前記脳の前記ライブ画像上に少なくとも前記変更された誘導脳刺激機能データをデジタルで重ねるステップと、
を実行させる、コンピュータープログラム製品が提供される。
【００１７】
本発明の第３の態様によれば、上記で規定された方法ステップのうちの少なくともいくつかを実行するように構成されるコンピューティングデバイスのプロセッサが提供される。
【００１８】
本発明を添付の図面を参照して例示としてのみ説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の使用時の高レベル概略図である。
【図２】本発明の一実施形態による、脳のライブ画像上にＮＢＳ機能データを重ねる方法を要約する流れ図である。
【図３】患者の機能マップを生成する一般的な術前マッピング手順の概略図であり、機能マップは脳の解剖モデルと脳に関連付けられたＮＢＳ機能データとを含む。
【図４】既に記録された機能マッピングを確認する直接皮質刺激（ＤＣＳ：Direct Cortical Stimulation）手順を辿る画像を示す図である。
【図５】機能マップと対応するライブ画像とを位置合わせする自動プロセスの概略図である。
【図６】ＮＢＳ手順からの３Ｄエクスポートを示す図であり、セグメンテーションツールによって、オペレーター（operator：手術者）が、顕微鏡のライブ画像に従ってＮＢＳ画像が変更及び位置合わせされることを可能にするのに必要なセグメントを作成することが可能になる。
【図７】本発明の使用時の様々な態様を要約する様々な写真及び図である。
【図８】本発明の使用時の様々な態様を要約する様々な写真及び図である。
【図９】本発明の使用時の様々な態様を要約する様々な写真及び図である。
【図１０】本発明の使用時の様々な態様を要約する様々な写真及び図である。
【図１１】本発明の使用時の様々な態様を要約する様々な写真及び図である。
【図１２】本発明の使用時の様々な態様を要約する様々な写真及び図である。
【図１３】本発明の使用時の様々な態様を要約する様々な写真及び図である。
【図１４】本発明の使用時の様々な態様を要約する様々な写真及び図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
広義において、特に図１を参照して、本発明は基本的な実施形態において、通常は顕微鏡１４を用いて外科手術中に脳１２のライブ光学ビュー１０を取得することを含む。次に本発明は、患者１８の機能マップ１６を位置合わせすることを含む。機能マップ１６は患者１８の脳１２の解剖モデル２０及び誘導脳刺激（ＮＢＳ）機能データを、脳１２のライブビュー１０とともに含む。この位置合わせステップは、点線２２によって概略的に示されている。患者のＮＢＳ機能データは通常、術前に取得され集計されているが、この態様については明細書内で以下でより詳細に説明する。
【００２１】
特に、２つのビュー１０、１６の位置合わせは、機能マップ１６からの静脈２４、脳溝及び脳回等の解剖学的ランドマーク（単一の参照符号２６によって示される）を、ライブ顕微鏡画像１０からの対応する解剖学的ランドマーク２４、２６の上に重ね合わせることによって達成される。機能マップ１６がライブビュー１０と位置合わせされると、２つのビューを実質的に互いに張り合わせて位置合わせされたビュー２８を規定することができる。
【００２２】
次に図２を参照すると、ＮＢＳ機能データを脳のライブ画像上に重ねる方法が参照符号４０によって示されている。方法４０は、ブロック４２によって示されているように、図１に示すライブ画像１０等の脳のライブ画像を取得することを含む。
【００２３】
方法４０は、ブロック４４に示されているように、脳の解剖モデルと脳に関連付けられたＮＢＳ機能データとを含む脳の機能マップを取得することを更に含む。上記で説明したように、機能マップは通常、ＭＲＩ撮像技術又はＣＴ撮像技術を用いて外科手術の前に構築されており、機能マップは後に外科手術中に用いるようにデータベースレポジトリに記憶されている。図７は、機能マップを構築することができる１つの方法を示している。このプロセス１２０は、患者のＭＲＩ画像をロードすること（矢印１２２）と、ＭＲＩ画像を患者の頭部と位置合わせすること（矢印１２４）とを含む。標的刺激は、脳の３Ｄマッピング（矢印１２６）を可能にし、いずれのエリア（area：野）が反応を生じたか（したがって回避するべきエリア）に関する結果（矢印１２８）が出力され、データベースレポジトリに記憶される（矢印１３０）。
【００２４】
ＭＲＩを用いることの利点は、解剖学的ランドマーク（静脈、脳溝、脳回等）が画像内で容易に目に見えることである。これは、解剖学的ランドマークが裸眼で容易に目に見える開頭術中に特に有用である。したがって、ＮＢＳマッピングセッション中にタグ付けられた機能的位置は、３Ｄ位置としてタグ付けされるのみでなく、解剖学的ランドマークに対する位置としてもタグ付けすることができる。例えば、患者の運動機能は、患者の頭部の向きに基づいて或る特定の３Ｄ位置においてタグ付けすることができる。付加的に又は代替的に、同じ運動機能を、例えば特定の静脈及び脳回から離れた或る特定の距離としてタグ付けすることができる。同様に、特定の静脈と脳回との間の距離が知られているとき、運動機能は、例えば上記静脈から上記脳回への距離のパーセンテージ又は割合としてタグ付けすることができる。例えば、外科医ががん組織を切除するとき、近傍の脳組織は脳移動（brain shift）現象に起因して径方向の圧迫又は伸張を受ける場合がある。しかしながら、そのような状況では通常、静脈等の解剖学的ランドマークは、機能皮質に対するそれぞれの位置を維持する。
【００２５】
ここで、この術前マッピングについて図３を参照してより詳細に説明する。
【００２６】
図３に示すように、患者５０はＮＢＳによって導かれたＴＭＳを含む術前マッピングプロセスを受け、結果が筋電図検査（ＥＭＧ：electromyography）を用いて測定される。この場合、この患者５０は、人の発話における役割を果たす脳のブローカ野５４の近くに腫瘍５２を有する。Ｍｌ（遠隔転移）エリア５６も示されている。この特定の例では、術前マッピングプロセスの一部は発話マッピングであり、その間、例えば患者５０はスクリーン５８上に現れる物体の名称を言う等のタスクを与えられ、刺激前、刺激中及び刺激後の患者の反応が監視され比較される。
【００２７】
ＥＭＧの後、術前マッピングプロセスは、矢印６０によって概略的に示される術前計画段階を含む。この段階中、通常は３ＤオブジェクトであるＮＢＳマップ、及び同様に通常は３Ｄオブジェクトである腫瘍マップが構築される。この術前計画段階は、外科手術の経路を決定することも含む。
【００２８】
術前マッピングプロセスは、外科手術の開始時に、上記で得られた記録済みの機能マップを確認するＤＣＳ（直接皮質刺激）手順を実行することによって二重チェックすることができる。これは、外科医６４が顕微鏡６６とともに患者の脳に対して用いるＤＣＳ刺激プローブ６２により達成することができる。スクリーン６８は、上記で説明したように患者５０が表示された物体の名称を言うのを可能にし、機能マッピングプロセスの正確性の確認／検証を容易にするように提供される。顕微鏡６６からのライブビューと上に重ねられた機能マップとを含むビュー７０がスクリーン７２上に表示される。構成要素７６及び７８を含む追跡システム７４を用いて、機能マップの正確性を確保し、３Ｄ機能マップが構築されることを可能にする。コントローラー８０は、ＥＭＧ入力８２、ＤＣＳ刺激プローブ６２、顕微鏡６６及びスクリーン６８、７０上のディスプレイ等の様々な構成要素からの入力を受信し、及び／又はそれらの構成要素を制御する。
【００２９】
図４は、記録済みの機能マップを確認するＤＣＳ手順の後の画像９０、９２を示している。特に、画像９０は、異なる色で示された、ＤＣＳが反応を生じるエリア９４を示している。画像９２に示されているような追加の色ツールを提供することができ、このとき腫瘍９６はマーカー液が注入された後、蛍光で見えるようになる。
【００３０】
図２に戻ると、方法４０は、ブロック４６によって示されているように、脳のライブ画像から脳の少なくとも１つの解剖学的ランドマークを特定し、次に、ブロック４８によって示されているように、脳の解剖モデルにおいて上記特定された解剖学的ランドマークのうちの少なくとも１つを特定することを更に含む。これらのステップは、手動で（すなわち外科医又は助手又は技術者によって）行うこともできるし、例えば画像内の主要な特徴を特定する、例えば光学認識ソフトウェアを用いることによって、自動的に行うこともできる。特定される（又は特定するようにソフトウェアをプログラムすることができる）通常のランドマークは、静脈、脳溝及び脳回を含む。
【００３１】
方法４０は、ブロック５０によって示されているように、モデルの特定された少なくとも１つの解剖学的ランドマークが、脳のライブ画像における対応する少なくとも１つの解剖学的ランドマークに大きさ及び向きが対応する（すなわち位置合わせされている）ように機能マップを変更することを更に含む。通常、機能マップを変更するステップは、マップをズームイン又はズームアウトするステップ、機能マップをパンするステップ、傾けるステップ、調整するするステップ、向きを合わせるステップ及び動かすステップのうちの少なくとも１つを含む。
【００３２】
一実施形態では、変更するステップ５０は脳の機能マップ及びライブ画像をスクリーン上（通常は外科医が見ている顕微鏡スクリーン上）に表示するステップと、オペレーター（外科医又は助手）が特定されたランドマークを位置合わせするように機能マップを変更することを可能にするＧＵＩを設けるステップとを含む。
【００３３】
代替的に、例えば光学認識ソフトウェアの使用により、２つの画像の向き及び位置合わせは人間のインタラクションが一切関与することなく完全に自動で行うことができる。そのような実施形態では、光学認識ソフトウェアは、例えば、２つの画像を解析して、対応する解剖学的ランドマークを特定することができる。解剖学的ランドマークが特定されると、位置合わせソフトウェアは、機能マップを、顕微鏡ライブ画像と正確に位置合わせされるように変更することができる。そのような実施形態では、助手又は技術者が正確性を求めて最終的な合成画像を手元で検証し及び／又は見直すことができる。
【００３４】
自動位置合わせの別のオプションはスキャニングとすることができ、図５に示されているように、例えばスキャンレーザー９８を用いて頭蓋骨及び開頭術をスキャンする。次に、正確に機能マップを変更し、顕微鏡画像に位置合わせするために、３Ｄ機能マップ、２Ｄ機能マップ及び／又はセグメント化された脳画像間の形状比較及び／又は面マッチングを行うことができる。当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、部分的に又は完全に自動化された位置合わせのための他の同様の方法を認識するであろう。図６は、例えば、ＮＢＳ手順に続く３Ｄエクスポート１００を示しており、セグメンテーションツールによって、オペレーターはＮＢＳビュー１０２がライブ顕微鏡画像に従って変更及び位置合わせされることを可能にするのに必要なセグメントを作成することが可能になる。
【００３５】
図２のように、次に方法４０は、ブロック５２によって示されているように、対応する位置合わせされた解剖学的ランドマークに従って脳のライブ画像上に少なくともＮＢＳ機能データ（及びいくつかの事例では解剖モデル及びＮＢＳ機能データの双方）をデジタルで重ねることにより終了することができる。
【００３６】
解剖学的ランドマークが位置合わせされると、コンピューターソフトウェアは２つのビューを合わせて効果的にロックすることができる。したがって、広義において、顕微鏡が動くと、機能マップは対応する量だけ自動的に動く（又は動かされる）。同様に、顕微鏡がズームイン又はズームアウトする場合、機能マップは対応する量だけ自動的にズームする（又はズームされる）ことができる。逆に、機能マップが任意の方法で（すなわちズーム、傾き、回転等）で調整される場合、それに従ってライブ画像を調整して、画像の位置合わせを維持することができる（これには患者の頭部及び／又は顕微鏡の向きの調整が必要となる場合がある）。
【００３７】
このため、本発明は或る種の追跡構成を構想し、ここでこれをより詳細に説明する。この追跡特徴は、外科手術中に患者の脳が腫脹等の歪みを受けやすいという点で重要である。それに加えて、患者の脳は心臓と同様に、絶えず拡張及び収縮している。このため、実際の解剖学的ランドマーク間及び／又はその回りの脳物質の実際の比率の変化に応じて、特定された解剖学的ランドマーク間及び／又はその回りの機能マップの比率を周期的に又は絶えず変更することが望ましく、更には必要である。そのような実施形態では、外科医又は技術者は、脳の移動／歪みの範囲及び／又は個人的選好に基づいて、この機能を選択的にオン及びオフにすることができる。
【００３８】
上記に続いて、図示されていないが、本発明の方法は１つの実施形態において、（図２の方法ステップ４６のように）特定された解剖学的ランドマークを連続的に追跡するステップを含む。このステップは、患者の頭部に対する顕微鏡の相対的ポジションが監視／追跡される追跡構成（図３の追跡構成７４に類似することができる）を用いて行うことができる。その後、この追跡方法はデジタルで上に重ねられたＮＢＳ機能データを連続的に更新して、機能マップの特定された解剖学的ランドマークがライブ画像の対応する解剖学的ランドマーク上に重ね合わされた／位置合わせされたままであることを確実にする。このため、顕微鏡に位置追跡システム又は表面スキャンセンサーが設けられている限り、手術中に顕微鏡が動くと、それに応じて「貼り合わされた」ＭＲＩ機能マップも動くことができる。
【００３９】
本発明の方法は、ライブ画像からの少なくとも２つの解剖学的ランドマーク間の距離の変化を求めるステップと、求められた距離の変化に基づいてＮＢＳ機能データの位置の信頼性表示を求めるステップとを含むことができる。一実施形態では、信頼性表示は、色又は英数字の値によって図式的に表示することができる。そのような図式的表現によって、脳移動を定量化し、任意の所与の時点において信頼性表示及び／又は術前マッピングの指標を提供することができる。そのような図式的表現は、ユーザーの裁量でオン及びオフにトグル切り換えすることができる。それに加えて、ソフトウェアは、距離の十分大きな変化が生じたか又は生じることが予期され、それにより外科医が対応する機能エリアの位置が不正確である可能性があることを認識すべきであることをオペレーターに警告する警告機能を備えることができる。
【００４０】
付加的に又は代替的に、追跡方法はライブ画像から静止画を取得するステップと、その静止画から解剖学的ランドマークを特定するステップと、静止画の上に変更された機能マップをデジタルで重ねるステップと、静止画とライブ画像との間の任意の変化を求めるステップと、求められた変化に基づいて、少なくともＮＢＳ機能データ及びライブ画像の重なりを更新するステップとを含むことができる。
【００４１】
本発明は、機能マップの少なくとも一部分の透過性を変更するステップを更に含むことができる。１つのバージョンでは、機能マップの解剖モデル部分の透過性のみが調整される。このため、機能マップ上の機能データ位置及び解剖モデル自体は別個とすることができ及び／又は分離可能である。例えば、解剖モデルは単に位置合わせのガイドとしてのみ用いることができ、その地点のみにおいて機能データがライブ顕微鏡ビュー上に重ね合わされる。さらに、機能マップの解剖モデル部分の透過性は機能マッピングデータの透過性と別個に調整することができる。したがって、ビューが位置合わせされると、機能マップの解剖モデル部分は、外科手術の期間中、ライブ顕微鏡撮像上でほとんど見えないか又は僅かにしか見えないように調整することができる。それに加えて、解剖学的ランドマークの位置合わせを調べるために、解剖モデル部分の透過性を下げる（すなわち、より透明でないようにする）ことができる。同様に、機能データの透過性も同じく、機能マップの解剖モデル部分と一緒に調整することも、それとは別個に調整することもできる。
【００４２】
上記で示したように、上記で説明したステップのうちの少なくとも１つ（又はそれらの組合せ）は、通常はコンピューターソフトウェアの助けにより自動的に行われる。
【００４３】
本発明の一実施形態によれば、顕微鏡撮像は手術室の外側の遠隔位置に送ることができる。この位置において、助手、技術者及び／又は自動ソフトウェアは機能マップをライブ顕微鏡画像と位置合わせし、次に組み合わされたビューを顕微鏡に返送して外科医に表示するステップを実行することができる。この構成は、手術室において必要とされる機器及び人員の数を低減するという点で特に有利である。本明細書における実施形態は初期位置合わせを実行する助手又は技術者を用いて説明されてきたが、明らかに、助手又は技術者の実際のインタラクションは、完全なものから全く存在しないものまで任意の様々な度合いとすることができる。
【００４４】
機能マップをライブ顕微鏡画像に位置合わせする際に解剖学的ランドマークを用いることによって、ＮＢＳ機能データをニューロナビゲーターにインポートする必要性を回避することができる。ニューロナビゲーターをプロセスから取り除くことによって、遠隔の非滅菌位置からＮＢＳデータを迅速に位置合わせし、脳移動を補うことが可能である。本発明は、より正確で効率的な手術計画ツールも提供する。ＮＢＳマッピングは開頭術を必要とすることなく機能マップを生成するので、外科医は計画中に機能マップを見直して、機能エリアを回避するように最良のコース及び更には開頭位置をマッピングすることができる。次に、外科医は手術室内に移動すると、ライブ顕微鏡画像上に重ねられた全く同じ熟知した機能マップを見ることができる。本発明の一実施形態では、外科医は機能マップ上に注釈を付け、更には３Ｄコースを描くことができ、それによってその注釈及びコースは重ねられた組み合わされたビューに表示される。上記の透過性に関する説明と同じく、外科医のマークアップは、説明した解剖モデル及び機能データ等とともに所望の透過性で選択的に表示することができる。
【００４５】
上記で説明された実施形態は、顕微鏡オーバーレイに関して説明されてきたが、同じ方法及びシステムを任意の撮像デバイス及びディスプレイが存在するときに用いることができる。例えば、カメラを開頭術の回りの固定又は可動のポジションに配置することができ、１つ又は複数のコンピューターディスプレイ又はＴＶスクリーンを、手術室の中又は外の１つ又は複数の位置に、重ねられた情報とともに配置することができる。
【００４６】
さらに、本発明の或る特定の実施形態によれば、機能マップは３Ｄマップである。したがって、外科医が３Ｄ手段（例えば３Ｄ表示ゴーグル又は３Ｄ表示スクリーン）を用いる場合、３Ｄ空間において機能マップとインタラクトすることができる。例として、外科医は手術中又は計画中に、脳の層を通過して移動して、上面の下に何の生体構造及び機能が存在するかを知ることができる。付加的に又は代替的に、特定の深さにおいて、又は更には表面において、計画又は手術のソフトウェアが、現在のポジションにおける機能点のみでなく、現在の深さよりも下にあるが、現在の深さにおける切断によって干渉を受ける可能性がある機能点等の、現在のポジションから或る特定の深さに位置する任意の機能点も示すことができる。
【００４７】
図８〜図１４は、使用時の本発明の様々な態様を要約する様々な写真及び図を示している。例えば、図８及び図１０は、それぞれ２つの臨床フロー１４０、１６０を示している。フロー１４０、１６０は、ＭＲＩステップ１４２、１６２と、ＮＢＳステップ１４４、１６４と、ＮＢＳ解析１４６、１６６と、エクスポートステップ１４８、１６８と、ＮＢＳデータのＭＲＩ機能マップへの融合１５０、１７０と、（図８に示すような）データ投影１５２又は（図１０に示すような）ワークステーションにおける表示１７２とを含む。
【００４８】
図９は、顕微鏡スクリーン１８２上に表示されたＮＢＳ結果１８０の例を示している。特に、腫瘍境界は、腫瘍に近いＭ１のＮＢＳ局在に対し示される。
【００４９】
図１１は、脳のライブ画像の上に重ね合わされたスクリーン上に示されたＮＢＳ機能データを示している。特に、この図は機能マップをズームし、パンし、傾け、調整し、向きを合わせ、及び／又は動かすことによって、関連する機能マップを変更する機能を示している。
【００５０】
図１２はＮＢＳデータと重ねられたＤＣＳを示しており、これは上記で説明したようにＮＢＳデータを確認するのに用いられる。
【００５１】
図１３は、上記で説明したように、セグメント化されたビューを用いることによってＮＢＳ機能データを対応するライブビューと自動的に位置合わせすることを示している。この特定の場合には、術前ＮＢＳの結果が、単極皮質内刺激を用いて行われた手術中マッピングの結果と一致した。腫瘍の切除に成功し、腫瘍の近くのエリアによって制御される運動機能は、術後正常に機能した。
【００５２】
最後に、図１４は、外科的手術戦略を変更する驚くべき結果をもたらした術前ＮＢＳを示している。術中に直接皮質刺激（ＤＣＳ）が行われた。ＤＣＳの結果は術前ＮＢＳと比較可能であり、外科手術の臨床的成功は予測を超えた。この事例は、ＮＢＳを麻痺患者における術前マッピングに用いることができることを示している。さらにより重要なことには、この事例報告は、ＮＢＳに基づく腫瘍切除外科手術が、場合によってはｆＭＲＩに従って計画された外科手術よりも実質的に良好な臨床結果をもたらす場合があることを実証している。
【００５３】
機能マッピングにおいて解剖学的ランドマークを利用する利点は、解剖学的ランドマークを裸眼で容易に見ることができる開頭術中に現れる。脳の最も外側の表面に関する限り、外科医は解剖学的ランドマークを容易に理解し、それらを患者の頭部の向きにかかわらずＭＲＩ画像と位置合わせすることができる。
【００５４】
このように、本発明は、予想外の運動障害を回避し、それによって患者の安全性を増大させる信頼できる脳マッピング解決法を提供する。本発明はまた、外科医に正確なデータを提供し、それによって結果的に、主要な運動皮質に隣接した病理組織の信頼性の或る除去をもたらす。本発明はまた、外科手術中に費やされる時間を低減し、それによって患者の安全性を更に増大させる。
【００５５】
ＮＢＳをＤＣＳと比較するとき、ＮＢＳは非侵襲性であるのに対し、ＤＣＳは非常に侵襲性である。ＮＢＳは術前に実行される（それによって神経技術者及び／又は非手術室人員が必要となる）のに対し、ＤＣＳは患者が覚醒していることを必要とする。訓練を受けた人員によって、ＮＢＳは６０分未満を要する可能性がある（多くの場合は４５分〜６０分、より難解な事例では最大９０分かかる場合がある）のに対し、ＤＣＳは手術室で２時間かかる可能性がある。ＮＢＳは通常、１００％の成功率を有するのに対し、ＤＣＳの成功率は通常、８０％〜８５％である。最後に、ＮＢＳは既知の有害作用を有しないのに対し、ＤＣＳにより感染及び／又は出血が生じる可能性がある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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