(57)【要約】【課題】  医療処置中の脳内にある医療器具の位置及び向きをリアルタイムに決定するための改良された装置を提供する。【解決手段】  脳内に挿入されるように適合された器具と、脳の電気活性を検出して、その電気活性に応じた電気活性信号を送るように適合された、その器具に取り付けられた１或いは複数の一連の電極と、器具に取り付けられてその器具の位置を示す信号を送るように適合された位置センサと、電気活性信号及び位置信号を分析し、その分析に応じて脳のイメージに対する器具の位置、並びにその位置における組織の電気生理学的な情報を決定するように適合された制御ユニットとを含む患者の脳に用いられる装置。【選択図】        図１
2004261569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の脳に使用する装置であって、
脳内に挿入するように適合された器具と、
前記脳の電気活性を検出して、前記電気活性に応じた電気活性信号を送るように適合された、前記器具に取り付けられた１或いは複数の一連の電極と、
前記器具の位置を示す位置信号を送るように適合された、前記器具に取り付けられた位置センサと、
前記電気活性信号及び前記位置信号を分析して、前記分析に応じて前記脳のイメージに対する前記器具の位置、並びに前記位置における組織の電気生理学的な情報を決定するように適合された制御ユニットとを含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
患者の脳において医療処置を実施するための方法であって、
器具を脳に挿入するステップと、
前記器具上の電気活性検出部位近傍の前記脳の電気活性を検出して、検出された電気活性に応じた電気活性信号を送るステップと、
前記器具上の位置検出部位において前記器具の位置を検出し、その検出された位置に応じた位置信号を送るステップと、
前記位置信号に応じて、前記脳のイメージに対する前記器具の位置を決定するステップと、
前記電気活性信号及び前記器具の決定された位置に応じて、前記位置における組織についての電気生理学的な情報を決定するステップとを含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は体内トラッキングシステムに関し、特に、脳内の医療器具の位置及び向きをトラッキングする方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの外科的、診断的、治療的、及び予防的な医療処置は、センサ、治療ユニット、チューブ、カテーテル、インプラント、及びその他の装置等の物体を一時的或いは永久的に体内に正確に配置する必要がある。特に、新技術の進展により神経科学の分野が進歩した。新技術の多くは、脳の神経活動及び形態学に関連した様々な異常な症状を治療するため、移植用装置の使用や他の侵襲性処置を必要とする。このような進歩には、脳深部刺激（Deep Brain Stimulation：ＤＢＳ）療法、視床切開術、淡蒼球切断、及び胎児神経移植（即ち、黒質移植）が含まれる。脳深部刺激は、望ましくない影響を及ぼす脳の信号を変えるために弱い電気刺激を用いる心ペースメーカーに類似した移植された医療装置によって送られる。標的細胞は、電極により視床下核（ＳＴＮ）で刺激される。このような電極は、脳に外科移植され、体内の他の部位に移植された神経刺激装置に接続されている。視床切開術では、視床（振戦を発生させる脳の領域）に外傷が形成される。視床切開術は、一部の患者の振戦を効果的に低減できることが分かっている。淡蒼球切断は、淡蒼球を破壊する外科手術である。この処置の目的は、例えばパーキンソン病などの不随意運動や筋硬直を緩和することである。胎児神経移植は、変性した神経と置換するために脳内に胎児組織を移植することを含む実験技術である。
【０００３】
１００Ｈｚ或いはそれ以上の高周波数での脳深部刺激（ＤＢＳ）は、振戦、硬直、運動不能（随意活動の喪失或いは障害）、または片側バリスム（体の片側の制御不能な激しい運動）の症状を緩和、低減、或いは完全に解消できることが実証されている。言及することを以って本明細書の一部とする特許文献１及び特許文献２に、異常な運動行動を起こす運動障害を治療するために脳を刺激する技術が開示されている。センサを用いて、運動障害から生じる症状が検出され、アルゴリズムにより、脳に送られる刺激を制御するためにセンサからの出力が分析される。
【０００４】
言及することを以って本明細書の一部とする特許文献３及び特許文献４に、癲癇を含む神経障害を治療するための薬物及び電気刺激を使用する技術が開示されている。電気刺激は、移植用信号発生器や、移植用ポンプ及びカテーテルに接続された電極によって生成される。センサが、発作、或いは発作の発症による症状を検出するために用いられる。マイクロプロセッサが、神経組織に送られる刺激及び薬剤投与を制御するためにセンサからの出力を分析する。
【０００５】
言及することを以って本明細書の一部とする特許文献５に、癲癇患者の発作を予防するための方法が開示されている。高周波電気刺激パルスが、電極によりＳＴＮに送られる。このような電極は、脳内に外科的に移植され、体内の他の部位に移植された神経刺激装置に接続されている。
【０００６】
言及することを以って本明細書の一部とする特許文献６に、移植用信号発生器、電極、移植用ポンプ、カテーテルを用いて、分裂病の治療のために薬物及び／または電気刺激を送る技術が開示されている。カテーテルが薬物を注入するために脳に外科的に移植され、１或いは複数の電極が電気的刺激を与えるために脳に外科的に移植される。
【０００７】
言及することを以って本明細書の一部とする特許文献７に、特許文献６の要領と同様の要領で薬物、電気刺激、またはその両方を用いて耽溺を治療する技術が開示されている。言及することを以って本明細書の一部とする特許文献８に、特許文献６の技術に類似した、不安障害を治療するための技術が開示されている。
【０００８】
言及することを以って本明細書の一部とする特許文献９及び特許文献１０に、神経変性疾患を治療するために、移植用ポンプ及びカテーテルを用いて脳に薬物を注入するための技術が開示されている。このような薬物は、脳における神経の興奮のレベルを変えることができる。センサが、変性神経細胞を起こす神経細胞の過興奮をもたらす神経系の性状を検出するために用いられる。マイクロプロセッサのアルゴリズムが、脳に送られる薬物の量を制御するために、センサからの出力を分析する。
【０００９】
診断的及び治療的な処置のための脳用インプラントの使用及び他の侵襲性の処置には、周囲組織への損傷及び有害な副作用を低減するために高いレベルの精度が必要である。言及することを以って本明細書の一部とする特許文献１１に、複数の電極を有する高い空間分解能の先端部を含む刺激リードが開示されている。これらの電極は、脳の小さな神経標的の刺激に用いることができる。言及することを以って本明細書の一部とする特許文献１２に、脊椎や脳などの体の器官に治療薬及び／または電気信号を送るための神経学的リードが開示されている。具体的には、このようなリードを人体に取り付けるための機構及び方法が開示されている。
【００１０】
本出願の譲受人に譲渡された、言及することを以って本明細書の一部とする特許文献１３に、Ｘ線ガイド下外科手術中に外科器具の位置を決定するための装置が開示されている。
【００１１】
言及することを以って本明細書の一部とする特許文献１４に、手術中に患者の頭部に対するプローブの位置を決定して、頭部の同じ位置の対応するスキャンイメージを表示するためのシステムが開示されている。
【００１２】
言及することを以って本明細書の一部とする特許文献１５及び特許文献１６に、３Ｄトラッキング及びイメージングシステムを用いて、脳等における医療処置を実施するための方法が開示されている。
【００１３】
言及することを以って本明細書の一部とする特許文献１７に、案内具、及びカメラ等の遠隔検出装置を用いて、定位手術中に外科器具を位置合わせするための方法が開示されている。
【００１４】
言及することを以って本明細書の一部とする特許文献１８に、外科器具を患者に当てる位置及び軌跡を指定するガイドと共に用いられる定位ワンド（stereotaxic wand）の使用方法が開示されている。システムの使用中は、ワンドの位置及び軌跡がモニター上の診断イメージに重ね合わせて表示される。
【００１５】
言及することを以って本明細書の一部とする特許文献１９に、基準トランスデューサを用いて体内のカテーテルの位置を求め、トラッキングするためのカテーテルトラッキングシステムが開示されている。
【００１６】
非特許文献１〜非特許文献６は、言及することを以って本明細書の一部とする。
【特許文献１】米国特許第５，７１６，３７７号明細書
【特許文献２】米国特許第５，８３３，７０９号明細書
【特許文献３】米国特許第５，７１３，９２３号明細書
【特許文献４】米国特許第５，９７８，７０２号明細書
【特許文献５】米国特許第５，８００，４７４号明細書
【特許文献６】米国特許第５，９７５，０８５号明細書
【特許文献７】米国特許第６，１０９，２６９号明細書
【特許文献８】米国特許第６，１２８，５３７号明細書
【特許文献９】米国特許第５，７３５，８１４号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，８１４，０１４号明細書
【特許文献１１】米国特許第５，８４３，１４８号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，８６５，８４３号明細書
【特許文献１３】米国特許第６，３１４，３１０号明細書
【特許文献１４】米国特許第６，０７６，００８号明細書
【特許文献１５】米国特許第６，２４６，８９８号明細書
【特許文献１６】米国特許第５，７９７，８４９号明細書
【特許文献１７】米国特許第６，２９８，２６２号明細書
【特許文献１８】米国特許第５，５１７，９９０号明細書
【特許文献１９】米国特許第６，２２６，５４７号明細書
【非特許文献１】フッチソン・ダブリューディー（Hutchison WD）ら著、「パーキンソン病の外科手術における視床下核の神経学的識別（Neurophysiological identification of the subthalamic nucleus in surgery for Parkinson's disease）」、１９８８年、Ann Neurol、４４、６２２頁〜６２８頁
【非特許文献２】グロス・アールイー（Gross RE）ら著、「運動障害に用いる神経刺激の進歩（Advances in neurostimulation for movement disorders,）」、２０００年、Neurol Res、２２、２４７頁〜２５８頁
【非特許文献３】モントゴメリー・イービー（Montgomery EB）ら著、「脳深部刺激のメカニズム及び将来の技術進歩（Mechanisms of deep brain stimulation and future technical developments,）」、２０００年、Neurol Res、２２、２５９頁〜２６６頁
【非特許文献４】ベナビド・エーエル（Benavid AL）ら著、「脳刺激の将来の見通し（Future prospects of brain stimulation,）」、２０００年、Neurol Res、２２、２３７頁〜２４６頁
【非特許文献５】クプッシュ・エー（Kupsch A）ら著、「特発性パーキンソン病の治療における神経処置（Neurological interventions in the treatment of idiopathic Parkinson’s disease）」、１９９９年、J Mol Med、７７、１７８頁〜１８４頁
【非特許文献６】アレッシュ・エフ（Alesch F）ら著、「重度振戦パーキンソン病及び本態性振戦における視床中間腹側核の刺激（Stimulation of the ventral intermediate thalamic nucleus in tremor dominated Parkinson’s disease and essential tremor,）」、１９９５年、Acta Neurochi (wien)、１３６、７５頁〜８１頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の一部の態様の目的は、医療処置中の脳内にある医療器具の位置及び向きをリアルタイムに決定するための改良された装置及び方法を提供することである。
【００１８】
本発明の一部の態様の更なる目的は、医療処置中に脳内の標的部位に医療器具を正確に配置するための改良された装置及び方法を提供することである。
【００１９】
本発明の一部の態様の更に別の目的は、既存の販売されているマッピング支援システムと一体化できる、脳内に医療器具を正確に配置するための装置及び方法を提供することである。
【００２０】
本発明の一部の態様の更なる目的は、脳の電気生理学的データ及び解剖学的データの両方を同時に利用できる装置及び方法を提供することである。
【００２１】
本発明の一部の態様の更に別の目的は、神経障害をより効果的かつ安全に治療できるようにする装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の好適な実施形態では、患者の脳内で医療処置を実施するための装置及び方法は、プローブ、カテーテル、針、または心ペースメーカーリード等の医療器具を含む。このような医療器具は、複数の位置センサ及び脳内の電気活性を検出するための１或いは複数の電極を含む。好ましくは、医療器具には、治療要素及び診断要素が設けられる。通常は処置の前に得たイメージを用いて、器具を脳内の標的組織の近傍に挿入する。絶対位置情報、解剖学的位置情報、及び電気活性情報を用いて、器具を標的組織の位置に正確に案内し、続いて治療要素及び診断要素を用いて処置を行う。
【００２３】
通常は、処置を行う脳内の標的領域の大きさは、２ｍｍ〜３ｍｍ程度である。標的領域及び脳内のその境界の位置を正確に特定する実施形態では、電気生理学的データと解剖学的データとの組合せが好ましい。解剖学的情報単独では、通常は不十分である。なぜなら、多くの場合、異なる電気生理学的領域間の境界が、ＣＴやＭＲＩ等の標準的な映像装置では特定できないためである。標的領域における測定された電気活性を用いることにより、標的組織の正確な識別が可能となる。従って、本発明のこれらの適用例は、プローブの位置及びその位置の電気活性をリアルタイムでフィードバックして、その位置における局所電気生理学的活性に対するプローブの位置を決定することができ、極めて有利である。即ち、具体的なプローブのｘ−ｙ−ｚ座標を示す技術を用いて得られるデータは、たとえＣＴイメージ上に重ね合わせたとしても、プローブが標的組織と接触していることを示すのに必ずしも十分ではない。同様に、プローブのｘ−ｙ−ｚ座標を伴わない局所電気生理学的活性を示す技術を用いて得られるデータは、特にプローブが柔軟なカテーテルに取り付けられている時に標的領域に容易に案内することができない。しかしながら、本発明のこれらの実施形態に用いられるこれらの座標と電気生理学的データとを組合せることにより、器具が所望の標的に向かって移動し、最終的にその標的に接触することを医師が確信できる。
【００２４】
脳内にあるプローブに取り付けられている位置センサ及び電極から受け取る信号のリアルタイムの分析により、脳の異なる生理学的領域を示す電気地図の作成が可能となる。この電気地図をＣＴにより生成された解剖学的地図に重ね合わせることにより、プローブの正確な位置及び向きが分かり、医師が所望の治療部位或いは診断部位に要素を案内することができる。これは、従来技術と比べて極めて有利である。なぜなら、従来技術には、ＣＴイメージに対してプローブの先端部の位置及びプローブの位置における電気活性の両方を連続的に更新する手段が設けられていない。本発明の一部の好適な実施形態はＣＴイメージを用いて説明するが、他のイメージ方式（例えば、ＭＲＩ等）と組み合わせた前記技術の適用もまた、本発明の範囲内と考えられることに留意されたい。
【００２５】
器具の位置情報と器具の周囲環境を示すイメージとを一致させるには、上記した特許文献１３〜特許文献１６に開示されているような当分野で周知の方法及び装置を用いるのが好ましい。好適な実施形態では、定位フレームが患者の頭部に固定され、処置前或いは処置中にこのフレームに対して位置が測定される。通常は、処置を行う標的領域の位置を決定するために外科手術の前に、一連のＣＴイメージを得ておく。上記した一致を可能にするために、イメージにおけるフィーチャを位置検出システムの座標で表わすのが好ましい。通常は、トランスデューサを含み得るフレーム上の基準位置が、位置合わせプロセスを容易にするために、１或いは複数のイメージのフィーチャとして用いられる。
【００２６】
器具の絶対位置を決定するため及び所望の部位に器具を配置するのを容易にするために、上記した２００１年１２月２１日出願の同時係属の米国特許出願第１０／０２９，４７３号（名称「無線位置センサ（Wireless position sensor）」）及び／または２００１年１２月２１日出願の同時係属の米国特許出願第１０／０２９，５９５号（名称「移植用挿入タグ（Implantable and insertable tags）」）に開示されている方法及び装置を用いるのが好ましい。しかしながら、必ずしもこれらの方法及び装置を用いる必要はない。これらの出願は本願の譲受人に譲渡されており、言及することを以って本明細書の一部とする。好ましくは、１或いは複数の外部電磁界或いは超音波トランスデューサが、定位フレームに対して固定された位置に配置される。トランスデューサは、制御ユニットによって駆動され、フレームに対する器具及びその器具に取り付けられた要素の位置及び方位を計算し易いように、器具上のセンサに向かってエネルギーを送る、或いはセンサにより送られたエネルギーを受け取る。この要素は、診断及び治療目的に用いられる。これに加えて或いは別法では、当分野で周知の方法及び装置を用いて位置の検出を容易にする。
【００２７】
本発明の或る適用例では、診断機能或いは治療機能を果たす要素は、脳内に長期に亘って移植しておくことができるように適合されており、別の適用例では、要素は処置の最後に取り除かれる。
【００２８】
従って、本発明の好適な実施形態に従って患者の脳で使用される装置が提供される。この装置は、脳内に挿入するように適合された器具と、脳の電気活性を検出して、その電気活性に応じた電気活性信号を送るように適合された、その器具に取り付けられた１或いは複数の一連の電極と、その器具の位置を示す位置信号を送るように適合された、その器具に取り付けられた位置センサと、電気活性信号及び位置信号を分析して、その分析に応じて脳のイメージに対する器具の位置並びにその位置における組織の電気生理学的な情報を決定するように適合された制御ユニットとを含む。
【００２９】
好ましくは、器具が、電気生理学的な情報及びその器具の決定された位置に応じて脳の標的位置に案内されるように適合されている。
【００３０】
或る適用例では、制御ユニットが、電気活性信号及び位置信号に応じて、脳の少なくとも２つの生理学的な領域を示す電気地図を作成するように適合されている。
【００３１】
好適な実施形態では、位置センサは、無線通信によって前記位置信号を送信するように適合されている。
【００３２】
好適な実施形態では、少なくとも１つの電極が器具の先端部に取り付けられるように適合されている。これに加えて或いは別法では、位置センサが、器具の先端部近傍に取り付けられるように適合されている。別法では、位置センサが、器具の基端部に取り付けられるように適合されている。
【００３３】
或る適用例では、器具が、その位置における組織の電気生理学的な情報を決定する制御ユニットに応答し、胎児神経移植を容易に実施できるように適合されている。
【００３４】
好適な実施形態では、制御ユニットが、脳に器具を挿入する前に得た脳のイメージに対して器具の位置を決定するように適合されている。これに加えて或いは別法では、制御ユニットが、脳に器具が挿入されている最中に得た脳のイメージに対して器具の位置を決定するように適合されている。
【００３５】
或る適用例では、脳のイメージがＣＴスキャンを含み、制御ユニットがそのＣＴスキャンに対する器具の位置を決定するように適合されている。或る適用例では、脳のイメージがＭＲＩイメージを含み、制御ユニットがそのＭＲＩイメージに対する器具の位置を決定するように適合されている。
【００３６】
好ましくは、制御ユニットが、イメージにおける１或いは複数の識別可能な解剖学的フィーチャの位置を求め、その位置に応じて器具の位置をイメージに対応させるように適合されている。
【００３７】
好適な実施形態では、器具が送達要素を含み、電気信号及び位置信号に応じて標的位置に医薬品を送達するように適合されている。
【００３８】
通常は、位置センサは電磁トランスデューサを含む。このような場合、本装置は、好ましくは、患者の外部のそれぞれの位置に配置され、位置センサに向けてエネルギーを放射するように適合された１或いは複数の外部電磁放射器を含む。別法では、位置センサは超音波トランスデューサを含み、本装置は、患者の外部のそれぞれの位置に配置され、前記位置センサに向けて超音波エネルギーを送るように適合された１或いは複数の外部超音波トランスデューサを含む。
【００３９】
好適な実施形態では、本装置は、器具に取り付けられた診断要素を含む。
【００４０】
或る適用例では、器具はカテーテルを含む。本発明の好適な実施形態に従えば、カテーテルが血管カテーテルを含み、その血管カテーテルが、位置信号に応じて、患者の脳血管系を介して脳の標的位置に案内されるように適合されている。例えば、カテーテルは、位置信号に応じて、脳の静脈循環を経て脳の組織を通って脳の標的位置に案内されるように適合されている。
【００４１】
本装置は通常、患者の頭部に固定されるように適合された定位フレームを含み、制御ユニットがそのフレームに対する器具の位置を決定する。
【００４２】
好ましくは、本装置は、器具によって脳の標的位置に配置され、その標的位置に治療用電流を流すように適合された電流駆動電極を含む。好適な実施形態では、制御ユニットが、電流駆動電極を駆動して治療用電流を流すように適合されている。好適な適用例では、電流駆動電極が、標的位置に対して脳深部刺激療法を施すように適合されている。これに加えて或いは別法では、電流駆動電極が、運動障害或いは精神障害の治療に適した電流を流すように適合されている。更に、これに加えて或いは別法では、例えば視床切開術や淡蒼球切断術の実施を容易にするべく、電流駆動電極が、標的位置においてアブレーションを実施するのに適した電流を流すように適合されている。
【００４３】
好適な実施形態では、電流駆動電極が、脳内に長期に亘って移植しておくことができるように適合されている。
【００４４】
更に、本発明の好適な実施形態に従って、患者の脳において医療処置を実施するための方法が提供される。この方法は、器具を脳に挿入するステップと、器具上の電気活性検出部位近傍の脳の電気活性を検出して、検出された電気活性に応じた電気活性信号を送るステップと、器具上の位置検出部位において器具の位置を検出し、その検出された位置に応じた位置信号を送るステップと、その位置信号に応じて、脳のイメージに対する器具の位置を決定するステップと、電気活性信号及び器具の決定された位置に応じて、その位置における組織についての電気生理学的な情報を決定するステップとを含む。
【００４５】
本発明は、添付の図面を用いた好適な実施形態の詳細な説明から十分に理解できよう。
【発明の効果】
【００４６】
医療処置中の脳内にある医療器具の位置及び向きをリアルタイムに決定するための改良された装置及び方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
図１は、本発明の好適な実施形態に従ったシステム１８の模式的な絵画図である。このシステム１８は、患者の脳２０において、プローブ、カテーテル、針、医薬送達要素、またはペースメカーリード等の器具５０の位置及び向きをトラッキングするために用いられる。器具５０は、その先端部の位置座標及び方位座標を決定するために、好ましくはその先端部或いはその近傍に配置された１或いは複数の位置センサ４０と、脳組織などの組織の電気活性を検出して、解剖学的マッピング及び／または生存度マッピングを行うために器具５０に設けられた１或いは複数の電極２８とを含む。好ましくは、１或いは複数の位置センサは、以下の説明に従った電磁界発生器２６等のトランスデューサによって生成される電磁界に応答する少なくとも１つの電磁誘導コイルを含む。本明細書では、用語「トランスデューサ２６」は、電磁界発生器及び／または電磁界受信機、或いは超音波送信機及び／または超音波受信機の何れかとする。好ましくは、器具５０はまた、目的の標的組織３０に対して治療及び／または診断をするために、器具５０に取り付けられた治療要素或いは診断要素２４を含む。器具５０は、目的の標的組織３０付近の脳に挿入される。位置センサ４０によって生成された絶対位置情報（位置座標及び方位座標から導かれる）と電極２８によって生成された電気活性情報とを組合せ、これを用いて、器具５０が標的組織３０の正確な位置に案内される。この標的組織３０の正確な位置は、例えば、標的組織３０で示される電気生理学的データによって決定される、或いは脳２０や標的組織３０のイメージ上で確認できる所定の位置とすることができる所望の位置座標である。通常は、治療或いは診断は、要素２４を用いて標的組織に対して実施される。このような処置は、例えば本明細書の背景技術の部分で言及した任意の参考文献に記載されている処置とすることができる。
【００４８】
器具５０の周囲環境を示すイメージと器具５０の絶対位置情報とを一致させるために、上記した特許文献１３〜特許文献１６に開示されているような当分野で周知の方法及び装置が用いられる。好適な実施形態では、定位フレーム２２が患者の頭部３２に固定され、処置前或いは処置中にフレーム２２に対する位置が測定される。通常は、処置を行う脳内の標的組織３０の領域の位置を決定するために、外科手術の前にＣＴ、ＭＲＩ、ＳＰＥＣＴ、超音波、或いは他の映像様式による一連のイメージを得ておく。上記したような一致を可能にするために、イメージにおけるフィーチャの位置を位置検出システムの位置座標及び方位座標で表わすのが好ましい。一般に、フレーム２２上の基準位置、或いはトランスデューサ（図示せず）を含み得るフレーム２２上の基準位置センサが、位置合わせプロセスを容易にするための１或いは複数のイメージのフィーチャとして用いられる。或る適用例では、基準位置センサは、１或いは複数の誘導コイルを備えた電磁位置センサを含む。
【００４９】
言及することを以って本明細書の一部とする上記した米国特許出願第１０／０２９，４７３号及び同第１０／０２９，５９５号に開示されている方法及び装置を用いて、器具５０の絶対位置を決定して、所望の部位即ち標的組織３０への器具５０の配置を容易にするのが好ましい。好ましくは、１或いは複数の外部電磁界発生器２６（別法では、位置センサ４０が１或いは複数の超音波トランスデューサの場合は超音波トランスデューサ）が、定位フレーム２２に対して固定された位置（患者の体の外部）に配置され、位置センサ４０が、好ましくは器具５０の先端部に配置される。トランスデューサ２６は、好ましくは複数の周波数で制御ユニット９０によって駆動され、電磁界の実施形態の場合は電磁界の生成により、超音波の実施形態の場合は超音波の送信により、別の実施形態の場合は適当なエネルギーの場の生成により、エネルギーが器具５０上の位置センサ４０に送られる。制御ユニット９０が、受け取ったエネルギーに応じて、フレーム２２に対する位置、即ち位置センサ４０、器具５０の先端部、及び器具５０に取り付けられた要素２４の位置座標及び方位座標を計算する。これに加えて或いは別法では、位置検出を容易にするために当分野で周知の方法及び装置が用いられる。これらの或る方法に従えば、位置センサ４０が器具５０の基端部に配置される。これに加えて或いは別法では、トランスデューサ２６が器具５０上の位置センサ４０によって送られたエネルギーを受け取る。すなわち、トランスデューサ２６は、電磁界の実施形態の場合は位置センサ４０によって生成された電磁界を受け取る電磁界受信機として機能し、超音波の実施形態の場合は位置センサ４０によって送られる超音波を受け取る超音波受信機として機能する。
【００５０】
一部の適用例では、図示されているように器具５０は、当分野で一般的であるように全体的に硬質であるが、別の適用例では、器具５０は、例えば柔軟な材料から形成されて全体的に柔軟である。一部の適用例では、器具は血管カテーテルを含み、この血管カテーテルが、イメージ（例えば、ＣＴイメージやＭＲＩイメージ）上の位置データの重ね合わせにより、好ましくは脳血管系を通って標的組織３０に案内され、続いて器具５０が標的組織３０に配置されているかが、１或いは複数の電極２８によって制御ユニット９０に送られた電気生理学的データによって確認される。好都合にも、ここに開示された技術を用いることにより、定位フレーム２２に取り付けなくても柔軟な器具５０を使用することが可能となり、これにより標的組織３０に到達させる時に、器具５０を脳２０の中間脳組織に相当な程度に亘って通す必要がなくなる。或る処置では、器具５０を脳２０の静脈循環に通して、標的組織３０に近接した部位に送り、次に静脈循環を通過させて標的部位３０に到達させる。この場合、器具５０が、静脈循環から突き出て標的組織に至るまでに脳を貫通する程度が小さい。この最終ステップにより局所出血が予想される場合は、当分野で周知の技術、好ましくは、例えば薬剤、電気メス、または機械要素等を用いて、静脈循環から器具が付き出た部位を一時的或いは永久的にブロックする。
【００５１】
例えば慢性脳深部刺激等の本発明の一部の適用例では、要素２４が、脳２０に長期亘って移植できる刺激装置や別の要素を含み、生検などの別の適用例では、要素２４は、処置の最後に脳から取り除かれる。
【００５２】
処置を行う脳２０内の標的領域３０の大きさは、通常は２ｍｍ〜３ｍｍ程度である。従って、１或いは複数の位置センサ４０によって生成される位置座標及び方位座標の信号並びに情報（位置座標及び方位座標）は、この目的に極めて有用である。脳２０内の標的領域３０及びその境界の正確な位置を求める実施形態では、電気生理学的データと解剖学的データの両方の組合せが好ましい。多くの場合、ＣＴやＭＲＩ等の標準的な映像装置では異なる電気生理学的領域間の境界を決定することができないため、解剖学的情報単独では十分ではない。標的領域の測定された電気活性を加えることにより、標的組織の正確な特定が可能となる。本発明のこれらの実施形態に従ったこれらの適用例に用いられるシステム１８は、器具即ちプローブ５０の位置（位置座標及び方位座標を含む）及びその位置における電気活性（１或いは複数の電極２８によって得られる）をリアルタイムでフィードバックすることができ、これによりその位置における局所電気生理学的活性に対するプローブの位置を決定することができるため特に好都合である。すなわち、例えばＣＴやＭＲＩ等のイメージ上にたとえ重ね合わせたとしても、特定のｘ−ｙ−ｚの位置座標、並びにピッチ、ヨー、ロール等の方位座標を表わす技術を用いて得られたデータは、プローブが実際に所望の組織に接触していることを示すのに必ずしも要十分であるとは言えないであろう。同様に、ｘ−ｙ−ｚの位置及びピッチ、ヨー及び／またはロールの方位座標を含まない局所電気生理学的活性を表わす技術を用いて得られたデータは、特に器具５０が柔軟なカテーテルの場合、標的領域３０に容易に案内することができない。しかしながら、本発明のこれらの実施形態で得られるこれらの位置座標及び方位座標と電気生理学的データ（１或いは複数の電極により提供される）とを組合せることにより、器具５０が所望の標的３０に向かって移動して、最終的にその標的３０に接触することを医師が確信できる。
【００５３】
制御ユニット９０が、脳２０内の器具５０に設けられた１或いは複数の位置センサ４０及び１或いは複数の電極２８からの信号を受け取り、その信号をリアルタイムで分析することにより、標的組織３０を含む脳２０の様々な生理学的領域を示す電気地図等の解剖学的地図及び／または電気生理学的地図を作成することができる。この電気地図をＣＴやＭＲＩで生成されたイメージ（解剖学的イメージ地図）などのイメージ上に重ね合わせることにより、器具５０の正確な位置、即ち器具５０の先端部の位置及び方位を得ることができる。従って、医師が、要素２４を所望の治療部位或いは診断部位、即ち標的組織３０に案内することができる。これは、従来技術と比べて極めて有利である。なぜなら、従来技術には、標的組織及びＣＴイメージに対する器具の先端部の位置及びその位置における電気活性の両方を連続的に更新する手段が設けられていない。本明細書では本発明の一部の好適な実施形態はＣＴイメージを用いて説明するが、他のイメージ方式（例えば、ＭＲＩ等）と組み合わせた前記技術の適用例もまた、本発明の範囲内に含まれることに留意されたい。
【００５４】
器具５０の周囲環境を示すイメージと器具の位置情報とを一致させるために、上記した特許文献１３〜特許文献１６に開示されているような当分野で周知の方法及び装置が用いられるのが好ましい。好適な実施形態では、定位フレーム２２が患者の頭部に固定され、処置前或いは処置中にこのフレーム２２に対する位置が測定される。通常は、処置を行う標的領域３０の位置を決定するために、外科手術の前にＣＴイメージ等の一連のイメージを得ておく。上記したような一致を可能にするために、イメージにおけるフィーチャを位置検出システムの座標で表わすのが好ましい。通常は、基準位置即ち上記したような基準位置センサがフレーム２２に設けられ、位置合わせプロセスを容易にするために、１或いは複数のイメージのフィーチャとして用いられる。
【００５５】
上記した２００１年１２月２１日出願の同時係属の米国特許出願第１０／０２９，４７３号（名称「無線位置センサ（Wireless position sensor）」）及び／または２００１年１２月２１日出願の同時係属の米国特許出願第１０／０２９，５９５号（名称「移植用挿入タグ（Implantable and insertable tags）」）に開示されている方法及び装置を用いて、器具５０の絶対位置を決定して、所望の部位即ち標的組織３０への器具５０の配置を容易にするのが好ましい。しかしながら、必ずしもこれらの方法及び装置を用いる必要はない。これらの出願は本願の譲受人に譲渡されており、言及することを以って本明細書の一部とする。好ましくは、これらの方法には、定位フレーム２２に対して固定された位置に配置された１或いは複数の外部電磁界或いは超音波トランスデューサ（発生器）２６を使用することが含まれる。トランスデューサ２６は上記したように制御ユニット９０によって駆動され、フレームに対する器具５０及びその器具５０に取り付けられた要素２４の位置即ち位置座標及び方位座標を計算し易いように、実施形態によって、器具上のセンサに向かってエネルギーを送る、或いはセンサによって送られたエネルギーを受け取る。要素２４は、診断機能或いは治療機能を果たす。本発明の或る適用例では、診断機能或いは治療機能を果たす要素２４は、脳内に長期に亘って移植できるように適合されていて、別の適用例では、要素２４は処置の最後に取り除かれる。好適な実施形態では、１或いは複数の位置センサ４０は、無線によってエネルギーを受け取り、かつ／または制御ユニット９０に位置信号を送信できるように適合されており、遠隔システム１８として機能する。
【００５６】
一部の好適な実施形態では、少なくとも１つの電極２８が、当分野で周知の取付け技術によって器具５０の先端部に接続されるように適合されている。これに加えて或いは別法では、１或いは複数の位置センサ４０が、当分野で周知の取付け技術によって器具５０の先端部或いはその近傍に取付け或いは接続できるように適合されている。別法では、位置センサ４０は、器具５０の基端部に取付け或いは接続できるように適合されている。
【００５７】
一部の適用例では、器具５０を制御ユニット９０と共に用い、電気生理学的な情報（１或いは複数の電極２８からの）及び胎児組織の移植部位或いはその近傍の標的組織３０についての位置情報（位置座標及び方位座標）の両方を利用して胎児神経移植を容易にする。
【００５８】
更に、或る適用例では、制御ユニット９０が、イメージにおける例えば脳２０の組織等の組織の１或いは複数の識別可能な解剖学的フィーチャの位置を決定して、その位置に応じて、その位置に合わせて器具５０の位置（位置座標及び方位座標）をイメージに対応させことができるように適合されている。
【００５９】
好適な実施形態では、器具５０は、要素２４を注入針や注入ポート等の送達要素として用いる。要素２４は、電気信号（１或いは複数の電極２８からの）及び位置信号（１或いは複数の位置センサ４０からの）に応じて標的部位３０に治療用ペプチド、タンパク質、核酸、或いは他の生体分子を含む医薬即ち治療薬を送達するように適合されている。
【００６０】
通常は、位置センサ４０は、１或いは複数の誘導コイルを用いる電磁トランスデューサを含む。このような場合、本装置は、１或いは複数の外部電磁放射器を含む。この放射器は、患者の外部のそれぞれの位置に配置され、位置センサ４０に向けて、異なったそれぞれの電磁界の形態でエネルギーを送るように構成されている。別法では、位置センサ４０は超音波トランスデューサを含み、システム１８は、患者の外部のそれぞれの位置に配置されて位置センサ４０に向かって超音波エネルギー（超音波の形態）を送るように構成された１或いは複数の外部超音波トランスデューサを含む。
【００６１】
本発明の好適な実施形態では、システム１８は、標的位置３０に治療用の電流を流すために、器具５０によって脳２０の標的位置３０に配置された電流駆動電極（図示せず）を含む。好適な実施形態では、制御ユニット９０が電流駆動電極と機能的に通信して、その電流駆動電極を駆動して治療用電流を流すように構成されている。好適な適用例では、電流駆動電極は、標的位置３０に「脳深部刺激」を与えるように適合されている。これに加えて或いは別法では、電流駆動電極は、運動障害や精神障害の治療用に適した電流を加えるように適合されている。更に、これに加えて或いは別法では、電流駆動電極は、例えば視床切開術或いは淡蒼球切断術の実施を容易にするように、標的位置にアブレーションを実施するために適した電流を加えるように適合されている。
【００６２】
一部の好適な実施形態では、電流駆動電極は、脳に長期間移植しておくことができるように適合されている。
【００６３】
当業者であれば、本発明のこれらの実施形態を、限定するものではないが先述したような脳の活性及び形態学に関連する様々な神経疾患や他の疾患の治療に適用できることを理解できよう。
【００６４】
従って、当業者であれば、本発明が上記した説明及び添付の図面に限定されるものではないことを理解できよう。むしろ、本発明の範囲には、上記説明から当業者が想到し得る、従来技術ではない上記した様々な特徴の組合せ及び二次的な組合せ、並びにそれらの変形形態や変更形態が含まれる。
【００６５】
本発明の実施態様は以下の通りである。
（１）前記器具が、前記電気生理学的な情報及び前記器具の決定された位置に応じて前記脳の標的位置に案内されるように適合されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
（２）前記制御ユニットが、前記電気活性信号及び前記位置信号に応じて、前記脳の少なくとも２つの生理学的領域を示す電気地図を作成するように適合されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
（３）前記位置センサが、無線通信によって前記位置信号を送信するように適合されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
（４）前記少なくとも１つの電極が、前記器具の先端部に取り付けられるように適合されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
（５）前記位置センサが、前記器具の先端部近傍に取り付けられるように適合されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【００６６】
（６）前記位置センサが、前記器具の基端部に取り付けられるように適合されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
（７）前記器具が、前記位置における前記組織の前記電気生理学的な情報を決定する前記制御ユニットに応答し、胎児神経移植を容易に実施できるように適合されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
（８）前記制御ユニットが、前記脳に前記器具を挿入する前に得た前記脳のイメージに対する前記器具の位置を決定するように適合されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
（９）前記制御ユニットが、前記脳に前記器具が挿入されている時に得た前記脳のイメージに対する前記器具の位置を決定するように適合されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
（１０）前記脳のイメージがＣＴスキャンを含み、前記制御ユニットが、前記ＣＴスキャンに対する前記器具の位置を決定するように適合されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【００６７】
（１１）前記脳のイメージがＭＲＩイメージを含み、前記制御ユニットが、前記ＭＲＩイメージに対する前記器具の位置を決定するように適合されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
（１２）前記制御ユニットが、前記イメージにおける１或いは複数の識別可能な解剖学的フィーチャの位置を求め、前記位置に応じて前記器具の位置を前記イメージに対応させるように適合されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
（１３）前記器具が送達要素を含み、前記電気信号及び前記位置信号に応じて標的位置に医薬品を送達するように適合されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
（１４）前記位置センサが電磁トランスデューサを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
（１５）更に、１或いは複数の外部電磁放射器を含み、前記電磁放射器が、前記患者の外部のそれぞれの位置に配置され、前記位置センサに向けてエネルギーを放射するように適合されていることを特徴とする実施態様（１４）に記載の装置。
【００６８】
（１６）前記位置センサが超音波トランスデューサを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
（１７）更に、１或いは複数の外部超音波トランスデューサを含み、前記超音波トランスデューサが、前記患者の外部のそれぞれの位置に配置され、前記位置センサに向けて超音波エネルギーを送るように適合されていることを特徴とする実施態様（１６）に記載の装置。
（１８）更に、前記器具に取り付けられた診断要素を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
（１９）前記器具がカテーテルを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
（２０）前記カテーテルが血管カテーテルを含み、前記血管カテーテルが、前記位置信号に応じて、前記患者の脳血管系を介して前記脳の標的位置に案内されるように適合されていることを特徴とする実施態様（１９）に記載の装置。
【００６９】
（２１）前記カテーテルが、前記位置信号に応じて、前記脳の静脈循環を経て前記脳の組織を通って前記脳の標的位置に案内されるように適合されていることを特徴とする実施態様（１９）に記載の装置。
（２２）更に、前記患者の頭部に固定されるように適合された定位フレームを含み、前記制御ユニットが前記フレームに対する前記器具の位置を決定することを特徴とする請求項１に記載の装置。
（２３）更に、電流駆動電極を含み、前記電流駆動電極が、前記器具によって前記脳の標的位置に配置され、前記標的位置に治療用電流を流すように適合されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
（２４）前記制御ユニットが、前記電流駆動電極を駆動して前記治療用電流を流すように適合されていることを特徴とする実施態様（２３）に記載の装置。
（２５）前記電流駆動電極が、前記標的位置に対して脳深部刺激療法を施すように適合されていることを特徴とする実施態様（２３）に記載の装置。
【００７０】
（２６）前記電流駆動電極が、運動障害の治療に適した電流を流すように適合されていることを特徴とする実施態様（２３）に記載の装置。
（２７）前記電流駆動電極が、精神障害の治療に適した電流を流すように適合されていることを特徴とする実施態様（２３）に記載の装置。
（２８）前記電流駆動電極が、前記標的位置においてアブレーションを実施するのに適した電流を流すように適合されていることを特徴とする実施態様（２３）に記載の装置。
（２９）前記電流駆動電極が、前記標的位置において視床切開術を実施するのに適した電流を流すように適合されていることを特徴とする実施態様（２８）に記載の装置。
（３０）前記電流駆動電極が、前記標的位置において淡蒼球切断術を実施するのに適した電流を流すように適合されていることを特徴とする実施態様（２８）に記載の装置。
【００７１】
（３１）前記電流駆動電極が、前記脳内に長期に亘って移植しておくことができるように適合されていることを特徴とする実施態様（２３）に記載の装置。
（３２）更に、前記電気生理学的な情報及び前記器具の決定された位置に応じて、前記脳の標的位置に前記器具を案内するステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
（３３）更に、前記電気活性信号及び前記位置信号に応じて、前記脳の少なくとも２つの生理学的領域を示す電気地図を作成するステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
（３４）前記位置信号を送る前記ステップが、無線通信によって前記位置信号を送信することを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
（３５）前記位置信号を送る前記ステップが、前記器具の先端部近傍の前記器具の位置を検出することを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【００７２】
（３６）前記組織についての電気生理学的な情報の決定に応じて、前記組織近傍において胎児神経移植を実施するステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
（３７）前記器具の位置を決定する前記ステップが、前記器具が前記脳内に挿入される前に得た前記脳のイメージに対して前記位置を決定することを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
（３８）前記器具の位置を決定する前記ステップが、前記器具が前記脳内に挿入されている最中に得た前記脳のイメージに対して前記位置を決定することを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
（３９）前記器具の位置を決定する前記ステップが、ＣＴスキャンに対して前記位置を決定することを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
（４０）前記器具の位置を決定する前記ステップが、ＭＲＩイメージに対して前記位置を決定することを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【００７３】
（４１）前記器具の位置を決定する前記ステップが、前記イメージにおける識別可能な１或いは複数の解剖学的フィーチャの位置を決定し、前記位置決定に応じて前記イメージに前記器具の前記位置を対応させることを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
（４２）更に、前記組織についての電気生理学的な情報の決定に応じて、前記組織の近傍に医薬品を送達するステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
（４３）前記器具の位置の前記検出が、前記位置検出部位の近傍において電磁界を検出することを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
（４４）更に、前記患者の外部の供給源から前記位置検出部位に向けて電磁エネルギーを放射するステップを含むことを特徴とする実施態様（４３）に記載の方法。
（４５）前記器具の位置の前記検出が、前記位置検出部位の近傍において超音波エネルギーを検出することを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【００７４】
（４６）更に、前記患者の外部の供給源から前記位置検出部位に向けて超音波エネルギーを放射するステップを含むことを特徴とする実施態様（４５）に記載の方法。
（４７）更に、前記組織についての電気生理学的な情報の決定に応答して、前記組織の近傍における診断処置を容易にするステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
（４８）前記器具を挿入する前記ステップが、前記器具の前記位置決定に応じて、前記患者の脳血管系から前記脳内の標的部位に血管カテーテルを案内することを特徴とする請求項２に記載の方法。
（４９）前記カテーテルの案内が、前記脳の静脈循環を経て前記脳の組織を通って前記脳の標的部位に前記カテーテルを案内することを含むことを特徴とする実施態様（４８）に記載の方法。
（５０）前記器具の位置を決定する前記ステップが、前記患者の頭部に固定された定位フレームに対する前記器具の位置を決定することを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【００７５】
（５１）更に、前記電気生理学的な情報の決定に応じて、前記脳の標的位置に治療用電流を流すステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
（５２）前記治療用電流を流す前記ステップが、前記患者の外部の供給源により前記電流が流れるようにすることを含むことを特徴とする実施態様（５１）に記載の方法。
（５３）前記治療用電流を流すステップが、前記標的位置に対して脳深部刺激療法を施すために前記治療用電流を調整するステップを含むことを特徴とする実施態様（５１）に記載の方法。
（５４）前記治療用電流を流すステップが、運動障害の治療のために前記治療用電流を調整するステップを含むことを特徴とする実施態様（５１）に記載の方法。
（５５）前記治療用電流を流すステップが、精神障害の治療のために前記治療用電流を調整するステップを含むことを特徴とする実施態様（５１）に記載の方法。
【００７６】
（５６）前記治療用電流を流すステップが、前記標的位置でアブレーションを実施するために前記治療用電流を調整するステップを含むことを特徴とする実施態様（５１）に記載の方法。
（５７）前記電流を調整するステップが、前記標的位置で視床切開術を実施するために前記電流を調整することを含むことを特徴とする実施態様（５６）に記載の方法。
（５８）前記電流を調整するステップが、前記標的位置で淡蒼球切断術を実施するために前記電流を調整することを含むことを特徴とする実施態様（５６）に記載の方法。
（５９）前記治療用電流を流すステップが、前記脳内に移植された電流駆動電極により前記治療用電流を流すことを特徴とする実施態様（５１）に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の好適な実施形態に従った、脳内の医療器具の電気生理学的な位置をトラッキングするためのシステムの模式的な絵画図である。
【符号の説明】
【００７８】
１８  トラッキングシステム
２０  脳
２２  定位フレーム
２４  診断要素
２６  トランスデューサ
２８  電極
３０  標的組織
４０  位置センサ
５０  器具
９０  制御ユニット
【図１】
2004261569.tif 000003
【外国語明細書】
2004261569000001.pdf