(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の人体部分の第１の解剖構造（３）への手術器具の侵入点（１０）を参照し、前記第１の解剖構造（３）内の前記手術器具（１０）の経路を特定するための医療システム（１）であって、前記人体部分は前記第１の解剖構造（３）をカバーする部分を有する第２の解剖構造（５、８）をさらに含み、前記第１の解剖構造（３）および第２の解剖構造（５、８）はそれぞれ少なくとも１つの境界面（７、９）を定義する接触面を有し、前記第１の解剖構造（３）は外部面（４）を有し、前記第２の解剖構造（５）は前記第１の解剖構造（３）の前記外部面（４）と接する内部面、および前記第１の解剖構造（３）に対向する外部面（６）を有し、前記第１の解剖構造（３）および第２の解剖構造（５、８）はそれぞれ第１の音響インピーダンスおよび第２の音響インピーダンスを有し、前記第１の音響インピーダンスは前記第２の音響インピーダンスより大きく、前記手術器具は挿入端と外部面とを有し、前記医療システム（１）は、
−前記第２の解剖構造（５）の前記外部面（６）の参照領域の複数の部位において、
前記人体部分内を伝播し、前記第１の解剖構造（３）と第２の解剖構造（５）の間の前記境界面（７）で少なくとも部分的に反射されるように構成された少なくとも１つの超音波参照信号（ＵＳＶ）を送出し、
前記超音波参照信号（ＵＳＶ）の部分の前記反射に対応する少なくとも１つの反射参照信号（ＳＲＶ）を受信する
ように構成されたビュー測定装置（３０）であって、前記反射参照信号（ＳＲＶ）は時間とともに変化する振幅の複数のエコーの形である、ビュー測定装置（３０）と、
−前記ビュー測定装置（３０）に接続されたビュー処理装置（４０）と、
を備え、
前記ビュー処理装置は、各部位で
前記超音波参照信号が送出されたときにクロックを起動し、
前記反射参照信号において（ＳＲＶ）、前記参照領域の隣の前記第１の解剖構造（３）および第２の解剖構造（５）の間の前記境界面（７）に対応する１つのターゲット・ビュー・エコー（ＥＶ）が検出されたらすぐに前記クロックを停止し、前記ターゲット・ビュー・エコー（ＥＶ）は、定義された参照閾値（ＳＶ）を超過する振幅を有し、前記手術器具の前記外部面に対応する機器エコーは前記反射参照信号において検出され、前記機器エコーは定義された機器閾値を超える振幅を有し、
前記超音波参照信号（ＵＳＶ）の送出と前記ターゲット・ビュー・エコー（ＥＶ）の検出の間の飛行の境界面時間と、前記超音波参照信号の送出と前記機器エコーの検出の間の飛行の機器時間のうちの１つを測定し、
前記境界面（７）が配置される深度を、前記測定された飛行の境界面時間に基づいて決定する
ように構成され、
前記ビュー処理装置は、前記複数の部位に対して決定された前記深度に基づいて、前記参照領域の隣の前記第１の解剖構造（３）の前記外部面（４）の部分と、前記測定された飛行の機器時間に基づいて、前記第１の解剖構造の前記外部面の前記挿入端の近傍の前記手術器具の前記外部面の少なくとも一部とを表現するように構成される、
医療システム（１）。
【請求項２】
前記ビュー処理装置（４０）は、
−各部位に参照システム内の座標を割り当て、
−各部位で、前記参照システム内の境界点を前記部位の前記座標と前記決定された深度とに基づいて定義し、
−前記参照システムにおいて前記参照領域の隣の前記第１の解剖構造（３）の前記外部面（４）の前記部分を、前記定義された境界点に基づいて表現する
ように構成される、請求項１に記載の医療システム（１）。
【請求項３】
前記ビュー処理装置（４０）は、前記測定された飛行時間の各々を参照パラメータの値に関連付けるように構成されたプロセッサと、前記第１の解剖構造（３）の前記外部面（４）を、各部位で測定された前記飛行時間に対応する前記参照パラメータの前記値を表示することによって表現するように構成された表示装置とを備える、請求項１または２に記載の医療システム（１）。
【請求項４】
前記ビュー測定装置（３０）は、支持（３２）と前記支持（３２）に配置された少なくとも１つの超音波トランスデューサ（３１）とを備え、前記支持は、前記超音波トランスデューサと接し、前記超音波参照信号（ＵＳＶ）を送出し前記反射参照信号（ＳＲＶ）を受信するように構成された送受信面（３３）を有し、前記送受信面（３３）は、前記第２の解剖構造（５）の前記外部面（６）と接するように配置される、請求項１乃至３の何れか１項に記載の医療システム（１）。
【請求項５】
前記ビュー測定装置（３０）は超音波トランスデューサ（３１）のアレイを備え、前記支持（３２）は、前記送受信面（３３）と前記送受信面（３３）に対向する外部面（３４）との間で延伸する開口部（３５）を備え、前記開口部（３５）は前記手術器具（１０）の部分の通過を可能とするように構成された、請求項４に記載の医療システム（１）。
【請求項６】
前記第１の解剖構造の役割を果たす骨構造（３）への前記手術器具（１０）の侵入点を参照するために、前記人体部分はさらに、前記第２の解剖構造の役割を果たす軟組織構造（５）を備え、前記ビュー測定装置（３０）は、１００ｋＨｚと１０ＭＨｚの間の周波数の超音波を送出するように構成される、請求項１乃至５の何れか１項に記載の医療システム（１）。
【請求項７】
前記機器閾値（Ｓｉ）は前記参照閾値（ＳＶ）に等しい、請求項１乃至６の何れか１項に記載の医療システム（１）。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１項に記載の医療システム（１）と、骨構造のような、患者の人体部分の第１の解剖構造（３）を貫通するように構成された手術器具（１０）とを備える、組立品。
【請求項９】
患者の人体部分の第１の解剖構造（３）への手術器具（１０）の侵入点を参照するための方法であって、前記人体部分は前記第１の解剖構造（３）をカバーする部分を有する第２の解剖構造（５、８）をさらに含み、前記第１の解剖構造（３）および第２の解剖構造（５、８）はそれぞれ少なくとも１つの境界面（７、９）を定義する接触面を有し、前記第１の解剖構造（３）は外部面（４）を有し、前記第２の解剖構造（５）は前記第１の解剖構造（３）の前記外部面（４）と接する内部面、および前記第１の解剖構造（３）に対向する外部面（６）を有し、前記第１の解剖構造（３）および第２の解剖構造（５、８）はそれぞれ第１の音響インピーダンスおよび第２の音響インピーダンスを有し、前記第１の音響インピーダンスは前記第２の音響インピーダンスより大きく、前記方法は、請求項１乃至７の何れか１項に記載の医療システム（１）を利用し、
−前記第２の解剖構造（５）の前記外部面（６）の参照領域の複数の部位で、前記人体部分内を伝播し、前記第１の解剖構造（３）と第２の解剖構造（５）の間の前記境界面（７）で少なくとも部分的に反射されるように構成された少なくとも１つの超音波参照信号（ＵＳＶ）を送出し、前記超音波参照信号が送出されたときにクロックを起動する、ステップと、
−前記超音波参照信号（ＵＳＶ）の部分の反射に対応する少なくとも１つの反射参照信号（ＳＲＶ）を受信するステップであって、前記反射参照信号（ＳＲＶ）は時間とともに変化する振幅の複数のエコーの形であり、前記参照領域の隣の前記第１の解剖構造（３）と第２の解剖構造（５）の間の前記境界面（７）に対応する１つのターゲット・ビュー・エコー（ＥＶ）が、前記反射参照信号において（ＳＲＶ）検出されたらすぐに前記クロックを停止し、前記ターゲット・ビュー・エコー（ＥＶ）は、定義された参照閾値（ＳＶ）を超過する振幅と、前記測定された飛行の機器時間に基づいて、前記第１の解剖構造の前記外部面の前記挿入端の前記近傍の前記手術器具の前記外部面の少なくとも一部とを有する、ステップと、
−前記超音波参照信号（ＵＳＶ）の送出と前記ターゲット・ビュー・エコー（ＥＶ）の検出との間の飛行の境界面時間と、前記超音波参照信号の送出と前記機器エコーの検出の間の飛行の機器時間のうちの１つを測定する、ステップと、
−前記測定された飛行の境界面時間に基づいて、前記境界面（７）が配置される深度を決定するステップと、
−前記複数の部位に対して決定された前記深度に基づいて、前記参照領域の隣の前記第１の解剖構造（３）の前記外部面（４）の部分と、前記測定された飛行の機器時間に基づいて、前記第１の解剖構造の前記外部面の前記挿入端の前記近傍の前記手術器具の前記外部面の少なくとも一部とを表現するステップと、
を含む、方法。
【請求項１０】
前記第１の解剖構造は骨構造（３）であり、前記第２の解剖構造は軟組織構造（５）である、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、解剖構造への手術器具の侵入点を参照するための医療システムおよび方法、ならびに、かかる医療システムおよび手術器具を備える組立品に関する。
【０００２】
本発明はより具体的には、患者の人体部分の第１の解剖構造への手術器具の侵入点を参照し、当該解剖構造内の当該手術器具の経路を特定するための医療システムに関する。当該人体部分はさらに、第１の解剖構造をカバーする部分を有する第２の解剖構造を備える。
【背景技術】
【０００３】
本発明は特に、骨構造を再構築し、損傷した人体部分を強化し、または失われた解剖学的機能を復元するために、第１の解剖構造の役割を果たす骨構造にインプラントを配置するための整形外科手術の分野に適用される。
【０００４】
神経系組織のような骨構造付近の機能的組織の損傷のリスクを低下させ、当該骨構造内のインプラントの堅固で耐久性のある保持を確保するためには、当該インプラントを含むか、または、インプラントが固定される締結孔のような部位を骨構造に形成するための適切な工具を含む、手術器具を正確に配置することが重要である。手術器具を正確に配置する重要性は、脊髄、神経終末、および血管構造の機能的組織のすぐ隣の椎骨の椎弓根内にインプラントを取り付けるときにさらに高まる。
【０００５】
特許文献１で説明されＰｅｄｉＧｕａｒｄ（登録商標）として販売されている手術器具は、インプラントの挿入、または、インプラントを固定すべき部位を形成するのに適切な工具の挿入のリアルタイムな監視を有効かつ安全に提供するとして知られている。
【０００６】
しかし、手術器具の正確な位置決めは、当該手術器具の骨構造への侵入点の正確な決定を前提とする。しかし、この骨構造は、通常、最も侵襲的または経皮的でないと言われるアプローチにおいて（第２の解剖構造としての役割を果たす）軟組織構造により覆われ、インプラントの配置を担当する医師には直接見えない。
【０００７】
骨構造への侵入点、より具体的には椎弓根への侵入点を決定するために、経験のある医師は触診に頼るかもしれない。
【０００８】
かかる決定は経験的であり、一般化し再現するのは困難である。さらに、当該決定は、脊柱と同程度に敏感な人体部分への介入に必要な全ての精度を提供しない。
【０００９】
侵入点を位置決めする精度を高めるために、Ｘ線医療撮像技術が一般に使用される。Ｘ線画像は、手術中に得られるか（１つの一般的な例はＣアーム透視の利用である）、または、（ナビゲーション用の）術中レジストレーションを有するスキャナにより手術前に得られる。
【００１０】
しかし、かかる決定は、患者と、骨構造への侵入点を決定するために使用される画像の捕捉を担当するスタッフを、過度な量の危険な放射線に晒すこととなる。
【００１１】
特許文献２および特許文献３に説明されているもののような他の医療システムは、手術器具またはインプラントの位置を決定するために超音波撮像技術を使用している。これらの医療システムは、
−複数の部位で、異なる音響インピーダンスの異なる解剖構造の間の不均質性および境界面に関する超音波信号の部分の反射に対応する反射信号を受信するように構成された測定装置と、
−当該不均質性と当該異なる解剖構造を表現するための、当該測定装置に接続された処理装置と
を備える。
【００１２】
これらの医療システムにより実現される超音波撮像技術は、超音波信号によりその部位で遭遇した解剖構造の断面の二次元表現を決定するために、１組の可変振幅エコーが各部位で処理される、従来型の超音波診断技術である。
【００１３】
しかし、これらの医療システムは、手術器具の位置決めに関して使用するのに時間を浪費し複雑である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】国際特許公開第０３／０６８０７６号
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１３／０３２４９８９号
【特許文献３】米国特許第５，９５７，８４７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は上述の課題を克服することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この目的のため、第１の態様では、本発明では、患者の人体部分の第１の解剖構造への手術器具の侵入点を参照するための医療システムを提供する。当該人体部分は、第１の解剖構造をカバーする部分を有する第２の解剖構造をさらに備え、第１の解剖構造および第２の解剖構造はそれぞれ、少なくとも１つの境界面を定義する接触面を有し、第１の解剖構造は外部面を有し、第２の解剖構造は第１の解剖構造の外部面と接する内部面と第１の解剖構造に対向する外部面とを有し、第１の解剖構造および第２の解剖構造はそれぞれ第１の音響インピーダンスおよび第２の音響インピーダンスを有し、第１の音響インピーダンスは第２の音響インピーダンスより大きく、当該医療システムは、
−第２の解剖構造の外部面の参照領域の複数の部位において、
当該人体部分内を伝播し、第１の解剖構造と第２の解剖構造の間の境界面で少なくとも部分的に反射されるように構成された少なくとも１つの超音波参照信号を送出するステップと、
当該超音波参照信号の部分の反射に対応する少なくとも１つの反射参照信号を受信するステップであって、当該反射参照信号は時間とともに変化する振幅の複数のエコーの形である、ステップと、
を行うように構成されたビュー測定装置と、
−当該ビュー測定装置に接続されたビュー処理装置と、
を備え、
当該ビュー処理装置は、各部位で、
当該参照領域の隣にある第１の解剖構造と第２の解剖構造の間の境界面に対応するターゲット・ビュー・エコーを当該反射参照信号において検出するステップであって、当該ターゲット・ビュー・エコーは定義された参照閾値を超える振幅を有する、ステップと、
当該超音波参照信号の送出と当該ターゲット・ビュー・エコーの検出の間の飛行時間を測定するステップと、
当該測定された飛行時間に基づいて、当該境界面が配置される深度を決定するステップと、
を行うように構成され、
当該複数の部位に対して決定された深度に基づいて、当該参照領域の隣にある第１の解剖構造の外部面の部分を表現するように構成される。
【００１７】
本発明はしたがって、危険な放射線なしの非侵襲的技術を通じて、医師は、手術器具が貫通する第１の解剖構造の外部面の部分を参照することができる。第１の解剖構造の外部面のビューは、第１の解剖構造と第２の解剖構造の間の音響インピーダンスの差異、および、例えば、骨構造と当該軟組織構造の間の音響インピーダンスの差異のみを用いた、第１の解剖構造と第２の解剖構造の間の境界面の検出に基づき、当該骨構造の音響インピーダンスは当該軟組織構造のものより明らかに高い。関連する境界面の検出は専ら、当該境界面を表すターゲット・ビュー・エコーの単純かつ高速な処理からもたらされる。「解剖学的ビュー」という表現は、医師が介入すべき解剖構造の外部面の部分の、レフィーフの３次元表現を意味し、手術器具の侵入点と位置決めの単純かつ直感的な決定を可能とする。かかる医療システムは、このように、第１の解剖構造への手術器具の侵入点の効率的かつ安全でリアルタイムな決定を提供する。
【００１８】
当該ビュー処理装置が、
−各部位に参照システム内の座標を割り当てるステップと、
−各部位で、当該参照システム内の境界点を、当該部位の座標と当該決定された深度に基づいて定義するステップと、
−当該参照システムにおいて、当該参照領域の隣にある第１の解剖構造の外部面の当該部分を、当該定義された境界点に基づいて表現するステップと、
を行うように構成されてもよい。
【００１９】
当該ビュー処理装置が、当該測定された飛行時間の各々を色またはコントラストのような参照パラメータの値と関連付けるように構成されたプロセッサと、各部位で測定された飛行時間に対応する当該参照パラメータの値を表示することによって第１の解剖構造の外部面を表現するように構成された表示装置とを備えてもよい。
【００２０】
当該ビュー測定装置が、支持および当該支持に配置された少なくとも１つの超音波トランスデューサを備えてもよい。当該支持は、（直接的または間接的に）当該超音波トランスデューサと接する（連続的または不連続的な）送受信面を有し、当該超音波参照信号を送出し当該反射参照信号を受信するように構成され、当該送受信面は、第２の解剖構造の外部面と接して配置されるように意図されている。
【００２１】
特に、当該ビュー測定装置が超音波トランスデューサのアレイを備えてもよく、当該支持が、当該送受信面および当該送受信面に対向する外部面の間で延伸する開口部を備えてもよい。当該開口部は手術器具の部分の通過を可能とするように構成される。
【００２２】
第１の解剖構造の役割を果たす骨構造への手術器具の侵入点を参照するために、人体部分はさらに、第２の解剖構造の役割を果たす軟組織構造を備える。当該ビュー測定装置が、１００ｋＨｚと１０ＭＨｚの間の周波数の超音波を送出するように構成されてもよい。
【００２３】
挿入端と外部面を有する手術器具の侵入点を参照するために、当該ビュー処理装置が、
−反射参照信号において、当該手術器具の外部面に対応する機器エコーを検出するステップであって、当該機器エコーは定義された機器閾値を超える振幅を有する、ステップと、
−当該超音波参照信号の送出と当該機器エコーの検出の間の飛行時間を測定するステップと、
−当該挿入端近傍の当該手術器具の外部面の少なくとも一部を、第１の解剖構造の外部面に、当該測定された飛行時間に基づいて表現するステップと、
を行うように構成されてもよい。
【００２４】
当該機器閾値が当該参照閾値と等しくてもよい。
【００２５】
当該医療システムは、第１の解剖構造への手術器具の侵入点の位置を決定し、第１の解剖構造内の手術器具の経路を特定するのを可能とすることができる。この目的のため、当該医療システムはさらに、
−対向する近位端と遠位端の間の中心軸に沿って延伸し、外部面を有する胴体と、
−第１の解剖構造の外部面の少なくとも１つの部位において、
第１の解剖構造内で伝播し第１の解剖構造と第２の解剖構造の間の境界面で少なくとも部分的に反射されるように構成された当該胴体の少なくとも１つの超音波位置信号の遠位端から送出するステップと、
当該超音波位置信号の部分の反射に対応する少なくとも１つの反射位置信号を受信するステップであって、当該反射位置信号は時間とともに変化する振幅の複数のエコーの形である、ステップと、
を行うように構成された、位置測定装置と、
−当該位置測定装置に接続され、
各部位で、当該反射位置信号のエコーの各々を定義された位置閾値と比較するステップと、
第１の解剖構造と第２の解剖構造の間の境界面に対応するターゲット位置エコーが分析時間ウィンドウ内に特定されなかった場合、情報信号を送出するステップであって、当該ターゲット位置エコーは当該位置閾値を超える振幅を有する、ステップと、
を行うように構成された、位置処理装置と、
を備えた工具を備えてもよい。
【００２６】
当該分析時間ウィンドウが、当該超音波位置信号の送出または第１のターゲット位置エコーの検出のような開始点により定義されてもよく、期間、特に１μｓおよび１００μｓの間の期間により定義してもよい。
【００２７】
侵入点を位置決めし、第１の解剖構造を果たす骨構造内の手術器具の経路を特定するために、当該人体部分はさらに、第２の解剖構造の役割を果たす軟組織構造を備える。当該位置測定装置が、１００ｋＨｚと１０ＭＨｚの間の周波数の超音波を送出するように構成されてもよい。
【００２８】
当該位置測定装置が、胴体に配置された少なくとも１つの超音波トランスデューサを備えてもよい。当該胴体は、当該超音波トランスデューサと接する送受信面を有し、当該超音波位置信号を送出し、当該反射位置信号を受信するように構成され、当該送受信面は、当該胴体の外部面上の当該胴体の遠位端に配置される。
【００２９】
特に、当該超音波トランスデューサが、当該胴体の遠位端から離れた距離に配置されてもよい。当該胴体は、超音波位置信号と反射位置信号を送信するように構成された送信部を有し、当該送信部は、当該超音波トランスデューサと接し、送受信面を提供する。
【００３０】
１実施形態では、当該工具はさらに、
−第１の解剖構造と接するように胴体の外部面上の当該胴体の遠位端に配置された第１の接触面を有する、少なくとも１つの第１の電極と、
−第１の接触面から離れた距離にある第１の解剖構造と接するように当該胴体の外部面上の当該胴体の遠位端に配置された第２の接触面を有する、少なくとも１つの第２の電極と、
−第１の電極と第２の電極の間に挟置された電気的絶縁材料層と、
−第１の接触面と第２の接触面の間で電流を流すための第１の解剖構造の容量を表す電気的特性を連続的かつリアルタイムに測定するように構成された電気測定装置と、
を備えてもよく、当該電気的絶縁材料層は送信部を形成し、当該送受信面は第１の接触面と第２の接触面の間に配置される。
【００３１】
第１の電極が円筒形であり中心軸に沿って延伸してもよく、第２の電極が環状であり第１の電極周りの当該中心軸に沿って延伸してもよく、当該電気的絶縁材料層は、環状であり、第１の電極周りの当該中心軸に沿ってかつ第２の電極内部で延伸する。
【００３２】
追加または代替として、胴体が、内部部材と、当該内部部材を受けるように構成された外部部材とを備えてもよい。当該胴体は、当該内部部材が当該外部部材内部に配置される組立状態と、当該内部部材と外部部材が互いから分離される取外し状態とを有し、当該超音波トランスデューサは、当該内部部材と外部部材のうち少なくとも１つに搭載される。
【００３３】
当該工具はさらに、ユーザの手により握られ当該胴体から延伸するように構成されたハンドルを備えてもよい。当該ハンドルは、当該位置測定装置と当該位置処理装置のうち少なくとも１つの装置の少なくとも一部を受けるように構成された筐体を備える。
【００３４】
第２の態様では、本発明は、上で定義した医療システムと患者の人体部分の骨構造のような第１の解剖構造を貫通するように構成された手術器具とを備えた組立品を提供する。
【００３５】
当該医療システムが侵入点を位置決めし第１の解剖構造内の手術器具の経路を特定するのを可能とするとき、当該工具の胴体が、第１の解剖構造を貫通するように構成されてもよく、当該工具は当該手術器具を形成する。
【００３６】
３の態様では、本発明は、患者の人体部分の第１の解剖構造への手術器具の侵入点を参照するための方法を提供する。当該人体部分はさらに、第１の解剖構造をカバーする部分を有する第２の解剖構造を備える。第１の解剖構造および第２の解剖構造はそれぞれ少なくとも１つの境界面を定義する接触面を有し、第１の解剖構造は外部面を有し、第２の解剖構造は第１の解剖構造の外部面と接する内部面と第１の解剖構造に対向する外部面とを有し、第１の解剖構造および第２の解剖構造はそれぞれ第１の音響インピーダンスおよび第２の音響インピーダンスを有し、第１の音響インピーダンスは第２の音響インピーダンスより大きく、当該方法は、上述の医療システムを利用し、
−第２の解剖構造の外部面の参照領域の複数の部位で、当該人体部分内を伝播し、第１の解剖構造と第２の解剖構造の間の境界面で少なくとも部分的に反射されるように構成された少なくとも１つの超音波参照信号を送出し、当該超音波参照信号の部分の反射に対応する少なくとも１つの反射参照信号を受信するステップであって、当該反射参照信号は時間とともに変化する振幅の複数のエコーの形である、ステップと、
−各部位で、当該反射参照信号において、当該参照領域の隣にある第１の解剖構造と第２の解剖構造の間の境界面に対応するターゲット・ビュー・エコーを検出し、当該超音波参照信号の送出と当該ターゲット・ビュー・エコーの検出の間の飛行時間を測定し、当該境界面が配置される深度を、当該測定された飛行時間に基づいて決定するステップであって、当該ターゲット・ビュー・エコーは定義された参照閾値を超過する振幅を有する、ステップと、
−当該参照領域の隣にある第１の解剖構造の外部面の部分を、当該複数の部位に対して決定された深度に基づいて表現するステップと、
を含む。
【００３７】
挿入端と外部面を有する手術器具の侵入点を参照するために、当該方法はさらに、
−当該反射参照信号において、当該手術器具の外部面に対応する機器エコーを検出するステップであって、当該機器エコーは定義された機器閾値を超える振幅を有する、ステップと、
−当該超音波参照信号の送出と当該機器エコーの検出の間の飛行時間を測定するステップと、
−当該挿入端近傍の当該手術器具の外部面の少なくとも一部を、第１の解剖構造の外部面で、当該測定された飛行時間に基づいて表現するステップと、
を含んでもよい。
【００３８】
第１の解剖構造が骨構造であってもよく第２の解剖構造が軟組織構造であってもよい。
【００３９】
当該医療システムが、手術器具の侵入点を位置決めし第１の解剖構造内の当該手術器具の経路を特定するのを可能とするとき、当該方法はさらに、
−第１の解剖構造の外部面の少なくとも１つの部位において、当該胴体の遠位端から、第１の解剖構造内で伝播し第１の解剖構造と第２の解剖構造の間の境界面で少なくとも部分的に反射されるように構成された超音波位置信号を送出し、当該超音波位置信号の部分の反射に対応する少なくとも１つの反射位置信号を受信するステップであって、当該反射位置信号は時間とともに変化する振幅の複数のエコーの形である、ステップと、
−各部位で、当該反射位置信号のエコーの各々を定義された位置閾値と比較するステップと、
−第１の解剖構造と第２の解剖構造の間の境界面に対応するターゲット位置エコーが分析時間ウィンドウ内に特定されなかった場合に情報信号を送出するステップであって、当該ターゲット位置エコーは当該位置閾値を超える振幅を有する、ステップと、
を含んでもよい。
【００４０】
本発明の他の目的と利点は、非限定的な例により与えられた本発明の特定の実施形態の以下の説明を読むことから明らかである。当該説明は添付図面を参照して行われる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】骨構造のような第１の解剖構造への手術器具の侵入点を参照するための方法のステップの略表現を示す図であり、当該方法は医療システムを利用し、当該医療システムは、超音波参照信号を送出し、当該超音波参照信号の部分の反射に対応する反射参照信号を受信するように構成されたビュー測定装置と、当該超音波参照信号の送出と第１の解剖構造と骨構造を覆う軟組織構造のような第２の解剖構造との間の境界面に対応する反射参照信号のターゲット・ビュー・エコーの検出との間で測定された飛行時間に基づいて、第１の解剖構造の面を表現するように構成されたビュー処理装置とを備える。
【図２】図１の医療システムの変形の略表現を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に従う、第１の解剖構造を貫通するように構成された手術器具の略表現を示す図であり、当該手術器具は、侵入点を位置決めし第１の解剖構造内の当該手術器具の経路を特定するように構成された工具を形成し、当該工具は、超音波位置信号を送出し、反射位置信号を受信するように構成された位置測定装置と、第１のターゲット位置エコーを検出してから閾値時間が経過した後に、第１の解剖構造と第２の解剖構造の間の境界面に対応する反射位置信号の第２のターゲット位置エコーが特定されなかった場合に、情報信号を送出するように構成された位置処理装置とを備える。
【図４】図３の手術器具の胴体の略表現を示す図であり、胴体の近位端での超音波トランスデューサと、第１の電極と第２の電極の間に配置され超音波位置信号と反射位置信号を当該胴体の遠位端に配置された送受信面に送信するように構成された電気的絶縁材料層との配置を示す。
【図５】侵入点を位置決めし第１の解剖構造内の手術器具の経路を特定するための方法のステップの略表現を示す図であり、当該方法は図３および４の手術器具を利用する。
【図６】侵入点を位置決めし第１の解剖構造内の手術器具の経路を特定するための方法のステップの略表現を示す図であり、当該方法は図３および４の手術器具を利用する。
【図７】侵入点を位置決めし第１の解剖構造内の手術器具の経路を特定するための方法のステップの略表現を示す図であり、当該方法は図３および４の手術器具を利用する。
【図８】本発明の第２の実施形態に従う、第１の解剖構造を貫通するように構成された手術器具の略表現を示す図であり、当該手術器具は、侵入点を位置決めし第１の解剖構造内の当該手術器具の経路を特定するのに適切な工具を形成する。
【図９】本発明の第２の実施形態の変形に従う、第１の解剖構造を貫通するように構成された手術器具の略表現を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図面では、同一の参照番号は同一または類似の要素を示す。
【００４３】
図１は、患者の人体部分の第１の解剖構造への手術器具１０の侵入点を決定するための医療システム１を概略的に表す。
【００４４】
表示した実施形態では、第１の解剖構造は患者の脊柱の脊椎２の骨構造３である。骨構造３は、第２の解剖構造により覆われる外部面４、即ち、筋肉、脂肪、および皮膚を含む外部軟組織構造５を有する。外部軟組織構造５は、骨構造３の外部面４と接する内部面と、骨構造３に対向する外部面６とを有する。骨構造３の外部面４と外部軟組織構造５の内部面は外部境界面７を定義する。脊椎２はまた、脊髄を含む、図５および６で可視な内部軟組織構造８を囲む。骨構造３と内部軟組織構造８はしたがって、内部境界面９を定義する内部接触面および外部接触面をそれぞれ有する。
【００４５】
しかし、それぞれ骨構造３および外部５および内部軟組織構造８により構成された第１の解剖構造および第２の解剖構造に関連して説明される本発明はかかる解剖構造に限定されず、任意の種類の第１の解剖構造および第２の解剖構造に適用してもよい。第１の解剖構造は、第２の解剖構造の第２の音響インピーダンスより大きい第１の音響インピーダンスを有する。
【００４６】
図３および４で概略的に表す第１の実施形態では、手術器具１０を、特許文献１で開示されＰｅｄｉＧｕａｒｄ「登録商標」の名前で販売されているタイプの、骨構造３に穴を空けるのに適した手工具によって構成してもよい。かかる工具に関連して説明するが、本発明はこの種の手術器具には限定されない。特に、本発明を、他種の手術器具、特に、カテーテル、突きぎり、ドリル・ビット、へら、キュレット、ロボットアームにより支持可能な任意の他の工具、またはネジおよび特に椎弓根ネジのようなインプラントとともに実装することができる。
【００４７】
工具１０は、骨構造３を貫通するように構成された胴体１１と、胴体１１に確保されユーザの手により保持するように構成されたハンドルを形成する筐体２０とを備える。適用例に応じて、筐体２０をロボットアームの端に確保するように構成してもよい。
【００４８】
胴体１１は、図４で概略的に表され、外部面１２を有し、互いから離れた距離で骨構造３と接するように配置された第１の接触面１６ａおよび第２の接触面１７ａをそれぞれ有する第１の電極１６および第２の電極１７を支持する役割を果たす。
【００４９】
示した実施形態では、胴体１１は、円形断面を有する中心軸Ａに沿って円筒形であり、ハンドル２０に確保された近位端１３から、挿入端を定義する遠位端１４へと延伸する。しかし、胴体１１は、多角形断面を有する円筒形または他の何らかの形状のような任意の他の形状を有しうる。
【００５０】
第１の電極１６は、円筒形で、導電材料から成り、中心軸Ａと平行に胴体１１内部で延伸する。特に、第１の電極１６は、胴体１１の中央ボア内に配置され、中心軸Ａに対して同軸的に、第１の接触面１６ａを提供する自由端に延伸する。第１の接触面１６ａは胴体１１の外部面１２とその遠位端１４で同一平面にある。第２の電極１７は、環状で、導電材料から成り、第１の電極１６周りの中心軸Ａに沿って延伸する。第２の電極１７は、特に胴体１１自体により形成されてもよく、導電材料から形成される。第２の電極１７の第２の接触面１７ａは、胴体１１の水平面に対応して中心軸に平行な円筒形部分と、胴体１１の遠位面に対応して中心軸Ａに対して横方向に環状である部分とから成る。
【００５１】
電気的絶縁材料層１５は第１の電極１６と第２の電極１７の間に挟置される。電気的絶縁材料層１５は、胴体１１に沿って、胴体１１の近位端１３から、自由端面１５ａと同一平面にある胴体１１の遠位端１４に延伸する。表示する実施形態では、環状電気的絶縁材料層１５は第１の電極１６周りの中心軸Ａに沿ってかつ第２の電極１７内部で延伸する。
【００５２】
しかし、本発明は胴体１１、第１の電極１６および第２の電極１７、および電気的絶縁材料層１５に関して上述した実施形態および配置には限定されない。より一般的には、第１の電極１６および第２の電極１７は必ずしも同軸的に配置されない。特に、これらの第１の電極１６および第２の電極１７をそれぞれ、胴体１１に埋め込まれた導電材料のロッドとして実装してもよい。さらに、第１の電極１６および第２の電極１７はそれぞれ、胴体１１の水平面または遠位面と同一平面にある絶縁接触面１６ａ、１７ａを有してもよい。胴体１１はまた、２つ以上の第１の電極１６および２つ以上の第２の電極１７を支持してもよい。
【００５３】
ハンドル２０は、回転的に対称であり、実質的に胴体１１の中心軸Ａと同軸的に延伸する。ハンドル２０は、工具１０の握りと操作を促進する形状を有する。ハンドル２０は、プラスチックから成り、胴体１１の外部面１２の一部の上で延伸するプラスチック・スリーブ１８と統合される。
【００５４】
ハンドル２０は、発電機２２、電気測定装置２３、および電力を発電機２２と測定装置２３に提供する電源装置２４を受けるように構成された筐体２１を備える。発電機２２、電気測定装置２３、および電源装置２４は、例えば、胴体１１に対向するハンドル２０の端に提供された開口部を通じて筐体２１に挿入された回路基盤２５に配置される。取外し可能なキャップ２６が筐体２１を閉じる。
【００５５】
電気測定装置２３は、第１の接触面１６ａと第２の接触面１７ａの間で電流を流すための解剖構造、特に骨構造３の容量を表す、インピーダンスまたはコンダクタンスのような電気的特性を連続的かつリアルタイムに測定するように構成される。適切な処理装置に接続されたかかる電気測定装置２３により、測定された電気的特性の変動に基づいて組織変化を相対的に受信し、または、測定された電気的特性の値に基づいて組織を絶対的に特定することができる。
【００５６】
図１では、医療システム１は、支持３２に配置され各々が１つまたは複数の超音波参照信号ＵＳＶを送出するように構成された１つまたは複数の超音波トランスデューサ３１を備えたビュー測定装置３０を備える。各超音波参照信号ＵＳＶは、人体部分内を伝播し、骨構造３と外部軟組織構造５の間の外部境界面７で少なくとも部分的に反射されるように構成される。さらに、各超音波トランスデューサ３１は、異なる音響インピーダンスの解剖構造上の超音波参照信号ＵＳＶの一部の反射に対応する１つまたは複数の反射参照信号ＳＲＶを受信するように構成される。
【００５７】
表示する特定の実施形態では、各超音波参照信号ＵＳＶは、１００ｋＨｚと１０ＭＨｚの間の周波数で適切な振幅の超音波縦波、正弦波または矩形波である。各超音波トランスデューサ３１を、１Ｖと１０，０００Ｖの間のピーク・トゥ・ピーク電圧を発生させる発電機に接続することができる。
【００５８】
表示する特定の実施形態では、これらに限られないが、その２つが図１で可視である複数の超音波トランスデューサ３１が、外部軟組織構造５の外部面６と接して配置される送受信面３３を定義するように、支持３１に配置される。図１では、送受信面３３は、超音波トランスデューサ３１の１組の送受信面と直接接触するか、または、それにより構成される。支持３２は、送受信面３３と送受信面３３に対向する外部面３４との間で延伸して、以下の説明から明らかなように、工具１０の胴体１１の通過を可能とする開口部３５を有する。
【００５９】
送受信面３３はしたがって、外部軟組織構造５の外部面６の複数の部位で、
−各超音波ＵＳＶを送信し、
−各反射参照信号ＳＲＶを受信する
ことを可能とする。
【００６０】
図１に表すように、各反射参照信号ＳＲＶは、時間とともに変化する振幅の複数のエコーの形である。実際、超音波ＵＳＶが伝わると、それが横切る構造は完全に均一ではないので、多数のエコーが現れ得る。しかし、当該不均質性は、外部軟組織構造５と比較して非常に高い骨構造３の音響インピーダンスのため、骨構造３と外部軟組織構造５の間の外部境界面７でより著しい。外部境界面７を特定するために、対応するターゲット・ビュー・エコーＥＶがしたがって検出される。
【００６１】
各反射参照信号ＳＲＶを処理するために、医療システム１はまた、ビュー測定装置３０に接続されたビュー処理装置４０を備える。ビュー処理装置４０は、各部位で反射参照信号ＳＲＶの１組のエコーから、骨構造３と外部軟組織構造５の間の外部境界面７に対応するターゲット・ビュー・エコーＥＶを検出するように構成された電子プロセッサを備える。これを行うために、ビュー処理装置４０の当該プロセッサは、定義された参照閾値ＳＶより大きい振幅を有するターゲット・ビュー・エコーＥＶを検出する。参照閾値ＳＶが、横断した異なる解剖構造の音響インピーダンスに従い、様々な解剖構造の通過中に超音波ＵＳＶの減衰を考慮し当該減衰を補償して、自動的にまたは手動で調節可能であってもよい。
【００６２】
ビュー処理装置４０の当該プロセッサはまた、超音波参照信号ＵＳＶの送出とターゲット・ビュー・エコーＥＶの検出の間の飛行時間を測定するように構成される。特に、送出された超音波ＵＳＶの立ち上がりエッジは、ターゲット・ビュー・エコー信号ＥＶの立ち上がりエッジにより停止されるクロックを起動する。そのように測定された飛行時間は、超音波トランスデューサ３１と骨構造３および外部軟組織構造５の間の外部境界面７との間の距離を反映する。したがってそれは、外部境界面７が送受信面３３に対して配置され、そこから、測定が行われる外部軟組織構造５の外部面６に対して配置される深度に対応する。当該飛行時間を、幾つかの測定値にわたって平均して精度を高めてもよい。当該飛行時間内の変動を測定することもできる（相対的な測定値）。
【００６３】
当該飛行時間は、一旦測定されると、骨構造３と外部軟組織構造５の間の外部境界面７の「解剖学的ビュー」を取得し、したがって、測定された飛行時間に基づいて骨構造３の外部面４の３次元レンダリングによる表現を取得するために表現されることができる。特に、ビュー処理装置４０は、参照システム内の座標を各部位に割り当てるように構成される。当該座標がデカルト参照フレーム内で互いに直交する第１の方向および第２の方向に沿った横軸および縦座標、第１の方向および第２の方向に直交する第３の方向の新たな座標を提供する深度を含んでもよい。各部位の座標とその部位で決定された深度とから、ビュー処理装置４０は、当該部位に対応する参照システム内の境界点を定義し保存することができる。測定が行われた全ての部位を含む参照領域の隣にある第１の解剖構造３の外部面４の部分を、１組の定義された境界点に基づいて当該参照システムにおいて表すことができる。
【００６４】
特に、ビュー処理装置４０のプロセッサは、測定された飛行時間の各々を色またはコントラストのような参照パラメータの値と関連付けるように構成される。ビュー処理装置４０はまた、当該プロセッサに接続され、各部位で測定された飛行時間に対応する参照パラメータの値を表示することによって骨構造３の外部面４を表現するように構成された表示装置を備える。３次元レンダリングによる任意の形式の表現、即ち、色、コントラスト、高度等が可能である。
【００６５】
上述の医療システムを実装する手術器具１０の侵入点を参照するための方法を、図１と関連して説明する。当該方法は、ビュー測定装置３０の２つの表された超音波トランスデューサ３１に関連して説明され、当該方法を、３つ以上の超音波トランスデューサ３１を含むビュー測定装置３０に適用できることは理解される。
【００６６】
超音波トランスデューサ３１のアレイの送受信面３３が、撮像される脊椎２の近くに配置された患者の皮膚の参照領域と接して配置される。超音波トランスデューサ３１の位置の各々で、１つまたは複数の超音波ＵＳＶが脊椎に送出される。超音波ＵＳＶが、超音波参照信号ＵＳＶと反射参照信号ＳＲＶの間の重複を回避するのに十分に長い時間間隔で生成されたパルスの形で送出されてもよい
【００６７】
各超音波ＵＳＶは、人体部分内を伝播し、それが部分的に反射される不均質性に遭遇し、対応する超音波トランスデューサ３１に戻るエコーを生じさせる。超音波トランスデューサ３１は、それらを受信し、対応する反射参照信号ＳＲＶをビュー処理装置４０のプロセッサに送信する。
【００６８】
特に、第１の超音波トランスデューサ３１ａは、外部軟組織構造５が第１の厚さを有する部位に配置される。第１の超音波トランスデューサ３１ａにより受信されプロセッサに送信された１組のエコーのうち、プロセッサは、第１の飛行時間ｔ１の後に参照閾値ＳＶを超えるターゲット・ビュー・エコーＥＶ１を検出する。第２の超音波トランスデューサ３１ｂは、外部軟組織構造５が第１の厚さより大きい第２の厚さを有する部位に配置される。第２の超音波トランスデューサ３１ｂにより受信されプロセッサに送信された１組のエコーのうち、プロセッサは、第１の飛行時間ｔ１を超える第２の飛行時間ｔ２の後に参照閾値ＳＶを超えるターゲット・ビュー・エコーＥＶ２を検出する。図１では、参照閾値ＳＶは一定値で表され、当該反射参照信号のエコーの振幅を次いで、その異なる解剖構造の通過の間に超音波ＵＳＶの可能な減衰を補償するように調節された値で表現できることに留意されたい。あるいは、当該反射参照信号のエコーの振幅を、実際に検出された値で表現でき、参照閾値ＳＶは、それが異なる解剖構造を伝わる際に超音波ＵＳＶの可能な減衰を補償するように調節された（減少）値で表現される。
【００６９】
それぞれ第１のｔ１飛行時間および第２のｔ２飛行時間に対応する第１の深度および第２の深度を次いで決定し、それぞれ、第１の座標および第２の座標に関連付けて、参照パラメータの２つ異なる値により表示装置で表現される第１の境界点および第２の境界点を定義することができる。
【００７０】
超音波トランスデューサ３１のアレイを患者の皮膚の隣接参照領域に移動させてもよい。
【００７１】
このように得られた骨構造３の外部面４の表現から、医師は、手術器具１０の胴体１１の挿入端１４を適用するための適切な侵入点を特定でき、手術器具１０の挿入を開始することができる。
【００７２】
特定された侵入点での挿入端１４の実際の位置決めを改善するために、ビュー処理装置４０はさらに、骨構造３の外部面４上に、手術器具１０の外部面１２の少なくとも一部を挿入端１４にまたはその近傍に表現するように構成してもよい。手術器具１０の当該表現を、特に上述のように、超音波参照信号ＵＳＶの送出と、反射参照信号ＳＲＶにおける、当該手術器具の外部面１０に対応する機器エコーＥｉの検出との間で測定された飛行時間を用いて、実行してもよい。機器エコーＥｉを、定義された機器閾値Ｓｉを超える、例えば、参照閾値ＳＶに等しい反射参照信号エコーＳＲＶとして特定することができる。胴体１１が、例えば、超音波参照信号ＵＳＶおよび反射参照信号ＳＲＶにより識別可能な参照マークを運搬してもよい。例えば胴体１１の残りと異なる材料から成る当該マークを、挿入端１４、または、挿入端１４に対する配置が知られている部分に配置してもよい。
【００７３】
手術器具１０の挿入端１４をしたがって、胴体１１を送受信面３３の下で開口部３５を通じてまたは支持３２の周縁部の外部から挿入することによって、送受信面３３の下に配置することとができる。骨構造３の外部面４に重ねられた挿入端１４を、表示装置で参照し、特定された侵入点に移動させることができる。
【００７４】
医療システム１および方法を、それぞれ、同時にまたは連続的に、超音波参照信号ＵＳＶを送出し外部軟組織構造５の外部面６の複数の別々の部位で反射参照信号ＳＲＶを受信できる超音波トランスデューサのアレイ３１を備える、ビュー測定装置３０に関連して説明した。これらの配置により、直接、観察される領域をマップすることができる。しかし、本発明はかかる医療システム１およびかかる方法には限定されない。
【００７５】
あるいは、医療システム１のビュー測定装置３０が、超音波参照信号ＵＳＶを送出し外部軟組織構造５の外部面６の部位で反射参照信号ＳＲＶを受信できる単一の超音波トランスデューサ３１を備えてもよい。超音波トランスデューサ３１は次いで、外部軟組織構造５の外部面６をスイープして、幾つかの別々の部位での連続的な測定値を取得することができる。支持３２の送受信面３３は、超音波トランスデューサ３１自体の送受信面と直接接触するか、または、それにより構成される。当該変形により、図１は次いで、同一の超音波トランスデューサの２つの異なる位置を示すことができる。
【００７６】
図２に示す別の変形によれば、医療システム１のビュー測定装置３０が、１つまたは複数の組の超音波トランスデューサ３１を備えてもよい。各組の超音波トランスデューサ３１ａ’の１つは超音波参照信号ＵＳＶを送出するように構成され、各組のその他の超音波トランスデューサ３１ｂ’は反射参照信号ＳＲＶを受信するように構成される。支持３２の送受信面３３は、互いから分離された複数の送出面および複数の受信面と直接接触し、または、それらにより構成される。
【００７７】
他の変形では、支持３２の送受信面３３は、間接的に接触する連続的または不連続的な面であることができ、これは、超音波を送信するように構成された１つまたは複数の部材により、１つまたは複数の超音波トランスデューサ３１の送出面および／または受信面が支持３２の送受信面３３から離れた位置に配置されることを意味する。
【００７８】
侵入点を位置付け、骨構造３内の胴体の経路を特定できるようにする上述の工具１０に関する具体的な配置を次に説明する。ビュー測定装置３０およびビュー処理装置４０による侵入点の参照に関する以前の配置に対する補完として説明するが、工具１０に関するこれらの特定の配置を独立に提供してもよい。
【００７９】
図３および４では、工具１０は、胴体に配置され各々が１つまたは複数の超音波位置信号ＵＳＬを送出するように構成された１つまたは複数の超音波トランスデューサ５１を備えた位置測定装置５０を備える。各超音波位置信号ＵＳＬは、骨構造３内を伝播し、骨構造３および外部５および内部８軟組織構造の間の外部７および内部９境界面の各々で少なくとも部分的に反射されるように構成される。各超音波トランスデューサはまた、超音波位置信号ＵＳＬの部分の反射に対応する１つまたは複数の反射位置信号ＳＲＬを異なる音響インピーダンスの解剖構造で受信するように構成される。
【００８０】
表示する当該実施形態では、各超音波位置信号ＵＳＬは、１００ｋＨｚと１０ＭＨｚの間の適切な振幅の周波数を有する、超音波縦波、正弦波または矩形波である。各超音波トランスデューサ５１を次いで、例えばハンドル２０の筐体２１に配置され、１Ｖおよび１０，０００Ｖの間のピーク・トゥ・ピーク電圧を提供する、発電機５２に接続することができる。
【００８１】
表示する当該実施形態では、これに限られないが、超音波トランスデューサ５１は、遠位端から離れた位置に、例えば胴体１１の近位端１３の近くに配置される。電気的絶縁材料層１５は、各超音波位置信号ＵＳＬおよび各反射位置信号ＳＲＬを送信するように構成された送信部を形成する。電気的絶縁材料層１５は次いで、胴体１１の近位端１３で超音波トランスデューサ５１と接し、連続的に、送受信面を形成するその自由端面１５ａを介して、骨構造３の外部面４の１つまたは複数の部位で、
−各超音波ＵＳＬを送信し、
−各反射位置信号ＳＲＬを受信する
ことができる。
【００８２】
これを行うために、電気的絶縁材料層１５が、第１の電極１６および第２の電極１７を電気的に絶縁し音響インピーダンスを有するのに適し、超音波を送信するように構成された任意の材料、例えばセラミック、ガラス、（ＰＥＥＫのようなおそらく帯電した）ポリマから成っていてもよい。当該材料とその特性の選択は、特に、電気的絶縁材料層１５のジオメトリ、超音波トランスデューサ５１の音響特性、および手術器具１０の挿入端１４、特に電気的絶縁材料層１５の送受信面１５ａが接触する解剖構造に依存しうる。
【００８３】
円錐台面で表されているが、送受信面１５ａが、任意の他の適切な方位を有する面、特に、超音波位置信号ＵＳＬの送出を軸方向に簡略化する中心軸Ａに沿った方位を有する、中心軸Ａを横断する平面から構成されてもよい。
【００８４】
図５乃至７に表すように、各反射位置信号ＳＲＬは、時間とともに変化する振幅の複数のエコーの形である。実際、超音波ＵＳＬが伝わると、それが横切る構造は完全に均一ではないので、多数のエコーが現れ得る。
【００８５】
各反射位置信号ＳＲＬを処理するために、医療システム１はまた、位置測定装置５０に接続された位置処理装置５５を備える。ビュー処理装置５５は、各部位ごとの反射位置信号ＳＲＬの１組のエコーにおいて、骨構造３および外部５および内部８軟組織構造の間の外部７および内部９境界面のうち１つに対応するターゲット位置エコーＥＬを検出するように構成された電子プロセッサを備える。これを行うために、位置処理装置５５のプロセッサは、定義された位置閾値ＳＬより大きい振幅を有するターゲット位置エコーＥＬを検出する。実際、ターゲット位置エコーＥＬは、骨構造３および外部５および内部８軟組織構造の間の外部７および内部９境界面での大きな不均質性のため他のエコーよりも大きな振幅を有する。ターゲットエコー位置ＥＬの検出において、位置処理装置５５のプロセッサは、ターゲット位置エコーＥＬの近くの大きな振幅を有しうる隣接エコー、特に、当該骨構造内部の海綿質骨と皮質骨の間の境界面に対応する隣接エコーを考慮するように構成される。位置閾値ＳＬが、横断した異なる解剖構造の音響インピーダンスに従って、様々な解剖構造を通過するときに超音波ＵＳＬの減衰を考慮し当該減衰を補償して、自動的にまたは手動で調節可能であってもよい。
【００８６】
位置処理装置５５のプロセッサはまた、反射位置信号ＳＲＬのエコーの各々を位置閾値ＳＬと比較し、骨構造３および外部５および内部８軟組織構造の間の外部７および内部９境界面のうち１つに対応するターゲット位置エコーＥＬが分析時間ウィンドウＦ内に特定されていない場合に情報信号を送信するように構成される。ターゲット位置エコーＥＬは位置閾値ＳＬを超過する振幅を有する。
【００８７】
適切な侵入点の位置と適切な経路の識別は、したがって、特定の閾値（位置閾値ＳＬ）より下かつ分析時間ウィンドウＦにおける、超音波位置信号ＵＳＬの「消失」に基づく。当該消失は、当該分析時間ウィンドウにおける、骨構造３および外部５および内部８軟組織構造の間の外部７および内部９境界面のうち１つを表すエコーの不存在によって特徴付けられる。当該分析時間ウィンドウＦは開始点と期間によって定義される。分析時間ウィンドウＦが、骨構造３（頸椎、胸椎、または腰椎）の大きさおよび骨構造３の品質、特に密度に従って調節可能であってもよい。分析時間ウィンドウＦは、境界面、特に椎孔の境界面を横断するリスクなしに手術器具を挿入できるのに十分な骨構造３の厚さを表すように決定される。十分な厚さは、骨構造３の品質、特に密度に依存しうる。一旦決定されると、分析時間ウィンドウＦおよび位置閾値ＳＬを、位置処理装置５５のプロセッサに接続されたメモリに格納してもよい。
【００８８】
当該開始点の位置は、超音波トランスデューサ３１の特性に依存しうる。当該開始点が、当該超音波位置信号の送出であってもよい。あるいは、当該開始点を、送出された超音波ＵＳＬに起因するグレアを回避するように選択してもよい。例えば、当該開始点を、骨構造３の外部面４および外部軟組織構造５の内部面の間の外部境界面７でのグレアに対応する第１のターゲット位置エコーＥＬの立下りエッジにより定義してもよい。当該期間が特に１μｓと１００μｓの間であってもよく、これは、約３ｍｍから１５０ｍｍの深度、例えば約２０マイクロ秒に対応する。分析時間ウィンドウＦ内のターゲット位置エコーＥＬの存在または不存在を医師に知らせる情報信号が、任意の適切な形態、即ち、表示装置上のオシログラム、対比色曲線、音声信号、または他の何らかの形態であってもよい。
【００８９】
図５乃至７と関連して、手術器具１０の侵入点を位置決めし、手術器具１０の胴体１１の経路を特定するための方法を次に説明する。
【００９０】
胴体１１の遠位端１４に配置され超音波トランスデューサ５１に接続された送受信面１５ａは、幾つかの部位で、処理すべき脊椎２の外部面４の隣に連続的に配置される。送受信面１５ａが配置される部位の各々では、１つまたは複数の超音波ＵＳＬが送出される。超音波ＵＳＬが、超音波位置信号ＵＳＬと反射位置信号ＳＲＬの間に重複がないように十分に離れた時間間隔で生成されるパルスの形で送出されてもよい。
【００９１】
超音波ＵＳＬの各々は脊椎２内を伝播し、それが部分的に反射される場所で不均質性に遭遇し、送受信面１５ａに返され超音波トランスデューサ５１に送信されるエコーの立上りをもたらす。超音波トランスデューサ５１は、それらを受信し、次いで対応する反射位置信号ＳＲＬを位置処理装置５５のプロセッサに送信する。
【００９２】
図５では、送受信面１５ａは、脊髄７を囲む椎孔の隣の第１の部位に配置される。超音波トランスデューサ５１により受信されプロセッサに送信された全てのエコーのうち、プロセッサは、骨構造３と内部軟組織構造８の間の内部境界面に起因する、分析時間ウィンドウＦにおいて位置閾値ＳＬを超過するターゲット位置エコーＥＬ１を検出する。
【００９３】
同様に、図６では、横行棘突起のうち１つの隣の第２の部位に配置された送受信面１５ａが、分析時間ウィンドウＦにおいて、骨構造３および第２の部位に対向する脊椎２の外部面４上の外部軟組織構造５の間の外部境界面７に起因して、プロセッサにより検出されたターゲット・ビュー・エコーＥＬ２を含む反射位置信号ＳＲＬ２を受信する。
【００９４】
対照的に、図７では、送受信面１５ａは、椎弓根のうち１つの隣の第３の部位に配置される。骨構造３および第３の部位に対向する脊椎２の外部面４上の外部軟組織構造５の間の外部境界面７に起因する反射位置信号ＳＲＬ３のターゲット位置エコーＥＬ３が、分析時間ウィンドウＦの外で受信される。分析時間ウィンドウＦ内のターゲット位置エコーＥＬと対応する情報信号との不存在は、手術器具１０が椎弓根に沿っていること、したがって、適切な侵入点および経路が特定されていることを医師に示す。
【００９５】
図５乃至７では、位置閾値ＳＬが一定値で表されるので、当該反射位置信号のエコーの振幅を、骨構造３内を伝わるときの超音波ＵＳＬの可能な減衰を補償するように調節された値で表すことができる。あるいは、当該反射位置信号のエコーの振幅を実際に検出された値で表現でき、位置閾値ＳＬは次いで、骨構造３を通過する際の超音波ＵＳＬの可能な減衰を補償するように調節された（減少）値で表される。
【００９６】
手術器具１０および当該方法を、超音波位置信号ＵＳＬを送出し反射位置信号ＳＲＬを受信できる単一の超音波トランスデューサ５１と関連して説明した。手術器具１０は、複数の別々の部位で連続的な測定を実施するために骨構造３の外部面４をスイープする。しかし、本発明はかかる医療システム１には限定されず、かかる方法に限定されない。
【００９７】
特に、位置測定装置５０が、複数の超音波トランスデューサ５１を備えてもよく、各々は、同時にまたは連続的に、超音波位置信号ＵＳＬを送出し、骨構造３の外部面４の複数の別々の部位で反射位置信号ＳＲＬを受信することができる。
【００９８】
別の変形によれば、当該位置測定装置が、１つまたは複数の組の超音波トランスデューサ５１を備えてもよい。各組の超音波トランスデューサ５１の１つは、超音波位置信号ＵＳＬを送出するように構成され、各組のその他の超音波トランスデューサは反射位置信号ＳＲＬを受信するように構成される。
【００９９】
当該手術器具を、インプラントまたは任意の他の適切な工具から構成しうる。
【０１００】
したがって、図８で概略的に表す第２の実施形態では、当該手術器具は、内部部材１１ａ’と取外し可能に内部部材１１ａ’を受けるように構成された外部部材１１ｂ’とを有する胴体１１’を備えた穴あけ工具１０’である。内部部材１１ａ’および外部部材１１ｂ’の各々は、当該２つの端の間の胴体の中心軸Ａに沿って延伸する。表示する当該実施形態では、内部部材１１ａ’は骨構造３に穴を空けるように構成される。
【０１０１】
図８では、胴体１１’は、内部部材１１ａ’が外部部材１１ｂ’内部にある組立状態にある。内部部材１１ａ’および外部部材１１ｂ’の反対側は対応して対にされ、胴体１１’の近位端１３’と遠位端１４’を定義することができる。内部部材１１ａ’および外部部材１１ｂ’を、圧入、ねじ止め、または組立部材、特に、胴体１１’の近位端１３’に配置されたハンドルのような、任意の適切な反転可能組立手段により一緒に組み立ててもよい。図８では、内部部材１１ａ’は、外部部材１１ｂ’の内部面に面する外部面を有する。内部部材１１ａ’の外部面は外部部材１１ｂ’の内部面から離れた距離にあるとして表されているが、これらの面が互いに接していてもよいことは理解される。当該組立品手段を適切に操作することにより、胴体１１’は、内部部材１１ａ’および外部部材１１ｂ’が互いから分離された取外し状態に遷移することができる。
【０１０２】
図８では、超音波トランスデューサ５１’は、組立状態にある胴体１１’の遠位端１４’に対応する端で、外部部材１１ｂ’上に配置される。超音波トランスデューサ５１’が次いで、胴体１１’の外部面１２’上の胴体１１’の遠位端１４’に直接配置された送受信面５１ａ’を有してもよい。
【０１０３】
胴体１１’の組立状態において、外部部材１１ｂ’は、上述のように、骨構造３への適切な侵入点を位置決めし、手術器具１０’の適切な経路を決定するために使用される。内部部材１１ａ’は次いで、適切な位置および方位で骨構造３を穴あけするために使用される。骨構造３で穴があけられると、内部部材１１ａ’を、別の手術器具に対するガイド・チューブの役割を担う外部部材１１ｂ’のみを離れるように除去することができる。
【０１０４】
図９で図示した変形では、超音波トランスデューサ５１’’は、組立状態にある胴体１１’の遠位端１４’に対応する端で、内部部材１１ａ’上に配置される。上述のように、外部部材１１ｂ’が別の手術器具に対するガイド・チューブとしての役割を果たせるように、外部部材１１ｂ’が適切な位置に適切な方位で配置されたときに内部部材１１ａ’および外部部材１１ｂ’を互いから離すことができる。
【０１０５】
第２の実施形態では、トランスデューサ５１’、５１’’が、第１の実施形態と同様に、胴体１１’の遠位端１４’から離れた距離に配置されてもよい。胴体１１’が次いで、超音波位置信号ＵＳＬおよび反射位置信号ＳＲＬを送信するように構成された送信部を有してもよい。当該送信部は次いで、当該超音波トランスデューサに接続され、胴体１１’の外部面１２’上の胴体１１’の遠位端１４’に配置された送受信面へと、胴体１１’に沿って延伸する。
【０１０６】
外部部材１１ｂ’により形成されたガイド・チューブに挿入するのに適した手術器具が、適切な場合にはその超音波トランスデューサなしで図３で示したものであってもよい。
【０１０７】
あるいは、内部部材１１ａ’および外部部材１１ｂ’はそれぞれ、上述の手術器具の第１の電極および第２の電極を備えてもよい。
【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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