(57)【要約】  本発明は、骨組織に埋込型デバイスを移植するためのシステムと、このようなシステム用の処理ユニットと、埋込型デバイスを移植する方法と、埋込型デバイスを移植するための情報を提供する方法とに関する。海綿骨の脂肪含有量が緻密骨の脂肪含有量よりも高いという知見を考慮して、光学的手段、例えば分光法によって決定され得る脂質比は、健康な骨における正しいスクリュ配置を決定するために使用され得る。
2018529452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨組織に埋込型デバイスを移植するためのシステムであって、前記埋込型デバイスは、光伝送デバイスを受容する内部チャンバを有し、前記システムは、
前記埋込型デバイスの前方の組織によって反射された及び／又は組織内で散乱された光を受信しそのスペクトルの少なくとも一部を検出するように、前記埋込型デバイスの前記内部チャンバに受容された前記光伝送デバイスに結合される、光検出器と、
検出されたスペクトルから前記組織の脂肪含有量を示すパラメータを計算する計算ユニットと、
前記脂肪含有量を示す計算された前記パラメータを所定値と比較し、前記比較の結果を示す信号を出力するナビゲーションユニットと
を含む、システム。
【請求項２】
前記脂肪含有量を示す前記計算されたパラメータが前記所定値未満であることを前記比較の前記結果が示す場合、前記ナビゲーションユニットは、骨の硬質シェル部分に到達したことを示す警告を、前記システムのユーザに出力する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記骨組織タイプが既知である前記埋込型デバイスの位置で検出されたスペクトルに基づき、前記所定値を設定する決定ユニット
をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記埋込型デバイスに隣接する組織の電気インピーダンスを測定するためのプローブアレンジメントと、
前記プローブアレンジメントを操作するための操作ユニットとをさらに含み、
前記ナビゲーションユニットは、さらに、前記操作ユニットの前記操作から前記組織の特徴及び／又は前記組織のタイプを決定する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記埋込型デバイスは、椎弓根スクリュであり、
前記システムは、前記椎弓根スクリュを回転させるために、椎弓根スクリュに結合される螺着具をさらに含み、
前記螺着具は、光導波路が受容される凹部又はチャネルを含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
光導波路を通って前記組織を照射するために、前記光導波路に結合された光源
をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記埋込型デバイスと結合される流体分配ユニットをさらに含み、前記流体分配ユニットは、前記埋込型デバイスを通って前記組織内に液体を分配する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
光導波路と光学的に接続する前記光伝送デバイスの遠位端に提供された感圧部をさらに含み、前記感圧部は、前記埋込型デバイスの外面の一部を形成し、
前記感圧部は、前記感圧部に加えられる圧力の量を示す光学応答を示し、
前記光検出器は、前記光学応答を検出し、
前記システムは、前記感圧部に加えられる圧力を計算し前記圧力を示す信号を出力する圧力決定ユニットをさらに含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記システムは、前記埋込型デバイスをさらに含み、前記感圧部は前記埋込型デバイスの一部であり、及び／又は
前記光伝送デバイスを前記埋込型デバイス内に挿入すると、前記感圧部が前記埋込型デバイスの外面の一部を形成するように前記光伝送デバイスは設けられる、
請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記感圧部は、ピエゾクロミック及び／又はピエゾルミネセンス材料を含む、
請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
骨組織に埋込型デバイスを移植するためのシステム用の処理ユニットであって、
組織によって反射された及び／又は組織内で散乱された光の検出されたスペクトルから前記組織の脂肪含有量を示すパラメータを計算する計算ユニットと、
前記脂肪含有量を示す計算された前記パラメータを所定値と比較し、前記比較の結果を示す信号を出力するナビゲーションユニットと
を含む、処理ユニット。
【請求項１２】
埋込型デバイスの移植を補助する方法であって、前記方法は、
前記埋込型デバイスの内部チャンバに光導波路を提供するステップであって、前記光導波路は、組織を照射するために光伝送デバイスの近位端から遠位端に光を伝送し、組織によって反射された及び／又は組織内で散乱された光を前記光伝送デバイスの前記遠位端から前記近位端に伝送する、ステップと、
組織を照射するために前記光伝送デバイスの近位端から遠位端に光を伝送するステップと、
組織によって反射された及び／又は組織内で散乱された光を、前記光伝送デバイスの前記遠位端から前記近位端に伝送するステップと、
前記組織によって反射された及び／又は組織内で散乱された光を受信しそのスペクトルの少なくとも一部を検出するステップと、
前記検出されたスペクトルから前記組織の脂肪含有量を示すパラメータを計算するステップと、
前記脂肪含有量を示す計算された前記パラメータを所定値と比較するステップと、
前記比較の結果を示す信号を出力するステップと
を含む、方法。
【請求項１３】
埋込型デバイスを移植するための情報を提供する方法であって、
組織によって反射された及び／又は組織内で散乱された光のスペクトルの少なくとも一部を検出するステップと、
検出された前記スペクトルから前記組織の脂肪含有量を示すパラメータを計算するステップと、
前記脂肪含有量を示す計算された前記パラメータを所定値と比較するステップと
前記比較の結果を示す信号を出力するステップと
を含む、情報を提供する方法。
【請求項１４】
埋込型デバイスを移植するための情報を提供するソフトウェアであって、前記ソフトウェアは、前記ソフトウェアが処理ユニット上で実行される時に、請求項１３に記載の情報を提供する方法のステップを、請求項１１に記載の処理ユニットに実行させる、ソフトウェア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送デバイスを受容する内部チャンバを有する埋込型デバイスを骨組織に移植するためのシステムと、骨組織に埋込型デバイスを移植するためのこのようなシステム用の処理ユニットと、埋込型デバイスの移植を補助する方法と、埋込型デバイスを移植するための情報を提供する方法と、埋込型デバイスを移植するための情報を提供するソフトウェア製品とに関する。
【背景技術】
【０００２】
いくつかの医療処置及びコンテキストにおいて、埋込型デバイスは、例えば、骨組織を他の骨組織に対して固定するため、又は骨組織を外部周囲に対して固定するために、骨組織に一時的に移植される。
【０００３】
このような臨床用途の例は、頸椎、胸椎及び腰椎への椎弓根スクリュの挿入、様々な骨の外傷における骨折固定、並びに股関節及び膝関節形成術におけるプレートの位置決めを含む。
【０００４】
椎弓根スクリュ固定（例えば、Ｒ．Ｊ．Ｍｏｂｂｓ、Ｐ．Ｓｉｖａｂａｌａｎ、及びＪ．Ｌｉらの、“経皮的椎弓根スクリュ固定の技術、課題、及び適応症”ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｌｉｎｉｃａｌＮｅｕｒｏｓｃｉｅｎｃｅ１８（２０１１）、ｐｐ．７４１‐７４９参照）は、脊椎変性疾患、椎間板疾患、脊椎外傷、又は脊椎変形の治療における主力である。椎弓根スクリュ固定は、運動セグメントの保存及び背骨の安定化を可能にする、短くて堅固なセグメント安定化を提供する。胸腰部骨折の治療における融合率及び臨床転帰は、他の形態の治療を使用する場合よりも優れている。医療研究・品質調査機構（ＡＨＲＱ）の報告によると、２０１１年の米国における入院中（人口１０，０００人当たり１５．７の滞在率）、約４８８，０００の脊椎固定が実行され、これは全手術室処置の３．１％を占める。
【０００５】
脊椎の安定化の強化のために世界中で使用されているにも関わらず、脊椎の椎弓根スクリュ器具類の安全性及び有効性は疑問視されている。椎弓根スクリュの配置に関する以下の２つの大きな問題がある。
【０００６】
１、椎弓根スクリュの正確な位置決め‐椎弓根スクリュは、盲目的に又はしばしば不良な透視下に挿入される。今までのところ限られた臨床成果を有する、いくつかの最近のナビゲーション技術が用いられる。
【０００７】
２、椎弓根スクリュの緩み‐多くの場合、椎弓根スクリュは、骨粗鬆症が一般的な状態である脊椎変性疾患を有する高齢者に配置される。スクリュの緩みは、外科治療後２年以内に約３分の１の患者で起こる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、特に精度及び信頼性の観点から、骨組織における埋込型デバイスの移植の改善を提供することである。特に、このような埋込型デバイスの例として、スクリュを挿入している間に組織感知を包囲する能力を用いて人間の脊柱における椎弓根スクリュの正確な配置を提供することが望ましい。重要な構造（脊髄、脊髄神経）に近づくこと又は横方向（筋肉束）に誤配置されていることは、適時検出され、防止される。スクリュを固定するために追加の手段が必要かどうかを判断するために、配置中に骨の硬度を測定することを可能にする検出システムを提供することをさらに目的とする。
【０００９】
本発明の第1の態様において、骨組織に埋込型デバイスを移植するためのシステムが提示され、埋込型デバイスは、光伝送デバイスを受容する内部チャンバを有し、システムは、埋込型デバイスに隣接する組織によって反射された及び／又は組織内で散乱された光を受信しそのスペクトルの少なくとも一部を検出するように、少なくとも前記デバイスが埋込型デバイスの内部チャンバに受容された時に光伝送デバイスに結合される光検出器と、検出されたスペクトルから組織の脂肪含有量を示すパラメータを計算する計算ユニットと、脂肪含有量を示す計算されたパラメータを所定値と比較し、比較の結果を示す信号を出力するナビゲーションユニットとを含む。
【００１０】
例えば、光伝送デバイスは、組織を照射するために光伝送デバイスの近位端から遠位端に光を伝送し、組織によって反射された及び／又は組織内で散乱された光を光伝送デバイスの遠位端から近位端に伝送する、少なくとも１つの光導波路を含む。これにより、光導波路が埋込型デバイスの内部チャンバに受容された時、デバイスの前方部分と導波路の遠位端との間に光接続が確立され、好ましくは光検出器に接続可能である。したがって、移植中にデバイスの移動方向に見られるように、光検出器は、埋込型デバイスの前方の組織によって反射された及び／又は組織内で散乱された光を受信する。検出された光、特にそのスペクトルから、デバイスの前方の組織の脂肪含有量を示すパラメータが決定される。
【００１１】
同様に、本発明の第２の態様において、骨組織に埋込型デバイスを移植するためのシステム用の処理ユニットが提供され、当該処理ユニットは、組織によって反射された及び／又は組織内で散乱された光の検出されたスペクトルから組織の脂肪含有量を示すパラメータを計算する計算ユニットと、脂肪含有量を示す計算されたパラメータを所定値と比較し、比較の結果を示す信号を出力するナビゲーションユニットとを含む。
【００１２】
本発明の第３の態様において、埋込型デバイスの移植を補助する方法が提供され、当該方法は、埋込型デバイスの内部チャンバに光導波路を提供するステップであって、光導波路は、組織を照射するために光伝送デバイスの近位端から遠位端に光を伝送し、組織によって反射された及び／又は組織内で散乱された光を光伝送デバイスの遠位端から近位端に伝送する、ステップと、組織を照射するために光伝送デバイスの近位端から遠位端に光を伝送するステップと、組織によって反射された及び／又は組織内で散乱された光を、光伝送デバイスの遠位端から近位端に伝送するステップと、組織によって反射された及び／又は組織内で散乱された光を受信しそのスペクトルの少なくとも一部を検出するステップと、検出されたスペクトルから組織の脂肪含有量を示すパラメータを計算するステップと、脂肪含有量を示す計算されたパラメータを所定値と比較するステップと、比較の結果を示す信号を出力するステップとを含む。
【００１３】
本発明のさらなる第４の態様において、埋込型デバイスを移植するための情報を提供する方法が提供され、組織によって反射された及び／又は組織内で散乱された光のスペクトルの少なくとも一部を検出するステップと、検出されたスペクトルから組織の脂肪含有量を示すパラメータを計算するステップと、脂肪含有量を示す計算されたパラメータを所定値と比較するステップと、比較の結果を示す信号を出力するステップとを含む。
【００１４】
海綿骨（すなわち、骨の内側部分、柔らかい（又はより柔らかい）部分）の脂肪含有量が緻密骨（すなわち、骨の外側部分、硬い（又はより硬い）部分）の脂肪含有量よりも高いことが、本発明者によって見出された。換言すれば、光学的手段、例えば分光法によって決定され得る脂質比は、健康な骨における正しいスクリュ配置を決定するために使用され得る。これは、埋込型デバイスが海綿骨に依然として所定の値を脂質比が超える時に、骨の脂質比に関するパラメータを決定する時に見出された。値がカットオフ値を下回る時、緻密骨に到達し、埋込型デバイスのさらなる前進は、骨の周囲の軟組織に損傷を与える。
【００１５】
好ましい実施形態において、比較の結果が、脂肪含有量を示す計算されたパラメータが所定値未満であることを示す場合、ナビゲーションユニットは、骨の硬質シェル部分に到達したことを示す警告を、システムのユーザに出力する。
【００１６】
好ましい実施形態において、システムは、骨組織タイプが既知である埋込型デバイスの位置で検出されたスペクトルに基づき、所定値を設定する決定ユニットをさらに含む。
【００１７】
例えば、患者の特定のパラメータに依存する一組の値に対して選択された、標準化された所定値が提供されることも企図されるが、所定値は、各患者について別個に決定されることに留意されたい。所定値は、骨の既知の内側部分に存在する値に対する相対値ではなくむしろ相対値を反映するように提供することも可能である。
【００１８】
海綿骨（軟骨）から緻密骨（硬骨）への移行を検出するための１つの選択肢は、脂肪含有量が所定の絶対値以下を下回ることに基づく。上記の選択肢と組み合わせられる別の選択肢は、埋込型デバイス（例えば、光学スタイレット／スクリュの組み合わせ）が海綿骨にある（すなわち、脂肪含有量が比較的高い）時の脂肪含有量（又はそれを示すパラメータ）の決定を含む。埋込型デバイスを前進する時、デバイスの前方部分（具体的にはデバイスの先端、すなわち、そこに配置された光伝送デバイスの視点）が緻密骨に近づくと脂肪含有量が低下する。
【００１９】
例示的な実施形態において、デバイスの前方部分に隣接する組織の脂肪含有量（又はそれを示すパラメータ）が海綿骨の値に比べて２０％以上低下すると、埋込型デバイスの先端が緻密骨の近くにあるとみなされ、医師への警告信号が与えられる。より好ましい実施形態において、低下は４０％以上である。さらにより好ましい実施形態において、低下は５０％以上である。
【００２０】
好ましい実施形態において、システムは、埋込型デバイスに隣接する組織の電気インピーダンスを測定するためのプローブアレンジメントと、プローブアレンジメントを操作するための操作ユニットとをさらに含み、ナビゲーションユニットは、操作ユニットの操作から組織の特徴及び／又は組織のタイプをさらに決定する。
【００２１】
周囲組織に関する情報を得るためのさらなる手段として、電気インピーダンスは、適切なプローブアレンジメントによって測定され得る。
【００２２】
好ましい実施形態において、埋込型デバイスは、椎弓根スクリュであり、システムは、椎弓根スクリュを回転させるために、椎弓根スクリュに結合される螺着具をさらに含み、螺着具は、光導波路が受容される凹部又はチャネルを含む。
【００２３】
さらに好ましくは、光導波路又は光伝送デバイスは、光伝送デバイス又は光導波路と埋込型デバイスとの間の相対的な回転運動が許容される間に、軸方向の移動（すなわち、その長手軸に沿った埋込型デバイスの内外の移動又は組織内への挿入の方向）が防止されるように、埋込型デバイスに固定される。すなわち、埋込型デバイスは、光導波路の周囲を自由に回転する。したがって、光伝送デバイス又は光導波路は、光伝送デバイス又は光導波路がねじれないように、移植に伴うねじ込み動作の回転面に追従する必要はない。
【００２４】
好ましい実施形態において、システムは、光導波路を通って組織を照射するために光導波路に結合される光源を、さらに含む。
【００２５】
好ましい実施形態において、システムは、埋込型デバイスと結合される流体分配ユニットをさらに含み、流体分配ユニットは、埋込型デバイスを通って組織内に液体を分配する。
【００２６】
分配される流体は、例えば、生体適合性セメントであり、埋込型デバイスを骨内にさらに固定するために、及び／又は埋込型デバイスを包囲する骨組織を強化するために使用される。
【００２７】
好ましい実施形態において、システムは、光導波路と光学的に接続する光伝送デバイスの遠位端に提供された感圧部をさらに含み、感圧部は、埋込型デバイスの外面の一部を形成し、感圧部は、感圧部に加えられる圧力の量を示す光学応答を示し、光検出器は、光学応答を検出し、システムは、感圧部に加えられる圧力を計算し前記圧力を示す信号を出力する圧力決定ユニットをさらに含む。
【００２８】
感圧部を用いて、埋込型デバイスでの又はその周囲の圧力に関する情報が導出され得、骨自体、埋込型デバイスの位置決め（例えば、圧力は周囲組織の特性に依存する）、及び（生体適合性セメントのような）移植された液体の硬化に関する情報をも得るために使用され得る。
【００２９】
上記実施形態の変形例において、システムは、埋込型デバイスをさらに含み、感圧部は埋込型デバイスの一部であり、及び／又は光伝送デバイスは、光伝送デバイスを埋込型デバイス内に挿入すると、感圧部が埋込型デバイスの外面の一部を形成するように配置される。
【００３０】
感圧部は、埋込型デバイスの一部として、及び／又は光伝送デバイスの一部として（次いで埋込型デバイスに固定されて）提供される。
【００３１】
上記実施形態の更なる変形例において、感圧部は、ピエゾクロミック及び／又はピエゾルミネセンス材料を含む。
【００３２】
ピエゾルミネセンス材料の場合、圧力に応じてこのような材料によって光が放出されるので、圧力を決定するために、埋込型デバイスの外部に光源を提供する必要さえもない。
【００３３】
本発明のさらなる態様において、埋込型デバイスを移植するための情報を提供するコンピュータプログラムが提示され、ソフトウェア製品は、ソフトウェア製品が処理ユニット上で実行される時に、本発明による情報を提供する方法のステップを、本発明による処理ユニットに実行させる、プログラムコード手段を含む。
【００３４】
（骨）組織の脂肪含有量を示すパラメータに基づくナビゲーションとは独立して、本発明及び本開示の一部として、感圧部が埋込型デバイス及び／又は光導波路に提供され、その場の圧力の決定を可能にすることも企図される。
【００３５】
特に、骨組織に移植される埋込型装置が提供され、光導波路の遠位端から光導波路の近位端に光を伝送する光導波路と、光導波路が受容される内部チャンバを有する埋込型デバイスと、移植すると組織と接触する埋込型デバイスの外面部分に提供される感圧部とを含み、感圧部は、感圧部に加えられる圧力の量を示す光学応答を示し、感圧部及び光導波路は、感圧部と光導波路の遠位端との間に見通し線が存在するように配置される。
【００３６】
好ましくは、感圧部は、ピエゾクロミック及び／又はピエゾルミネセンス材料を含む。ピエゾルミネセンス材料、すなわち、圧力が加えられた場合に光を発する材料では、外部からの照射の必要はない。
【００３７】
好ましくは、光導波路は、内部チャンバに取り外し可能に受容される。
【００３８】
好ましくは、このコンテキストにおいても、埋込型デバイスは、椎弓根スクリュである。
【００３９】
好ましくは、埋込型デバイスは、組織内に流体を導入するための少なくとも１つのチャネルを含む。
【００４０】
好ましくは、光導波路は、組織を照射するために近位端から遠位端に光を伝送し、組織から反射された光を遠位端から近位端に伝送する。
【００４１】
好ましくは、埋込型装置は、埋込型デバイスに隣接する組織の電気インピーダンスを測定するためのプローブアレンジメントをさらに含む。
【００４２】
追加的に、骨組織に移植される埋込型デバイスが提供され、光伝送デバイスを受容する内部チャンバと、移植すると組織と接触する埋込型デバイスの外面部分に提供された感圧部とを含み、感圧部は、感圧部に加えられる圧力の量を示す光学応答を示し、内部チャンバ及び感圧部は、感圧部への、内部チャンバに受容された光伝送デバイスの見通し線が存在するように配置される。
【００４３】
さらに、光伝送デバイスは、埋込型デバイスの内部チャンバに受容されるように提供され、埋込型デバイスは、骨組織に移植され、光伝送デバイスは、光伝送デバイスの遠位端から光伝送デバイスの近位端に光を伝送する光導波路と、光導波路と光学的に接続する光伝送デバイスの遠位端に提供された感圧部とを含み、感圧部は、感圧部に加えられる圧力の量を示す光学応答を示し、光伝送デバイスは、埋込型デバイス内に光伝送デバイスに挿入すると、感圧部が埋込型デバイスの外面の一部を形成するように配置される。
【００４４】
さらにまた、骨組織に埋込型デバイスを移植するためのシステムが提供され、上記の埋込型装置の少なくとも１つを含み、感圧部への光伝送デバイスの見通し線が存在するように埋込型デバイスの内部チャンバに受容された光導波路を含む光伝送デバイスを有する、上記の埋込型デバイスと、感圧部が埋込型デバイスの外面の一部を形成するようにその中に光伝送デバイスが受容される内部チャンバを有する埋込型デバイスに受容された、上記の光伝送デバイスとであって、システムは、感圧部の光学応答を検出するために光導波路に結合された光検出器と、感圧部に加えられる圧力を計算し、前記圧力を示す信号を出力するために光検出器に結合された処理ユニットとをさらに含む。
【００４５】
好ましくは、システムは、光導波路を通って組織を照射するために、光導波路に結合された光源を含む。ここで、光検出器は、照射された組織から反射された光をさらに検出することが特に好ましく、処理ユニットは、光検出器によって検出された反射光から組織の特徴及び／又は組織のタイプをさらに決定する。
【００４６】
好ましくは、システムは、埋込型デバイスに隣接する組織の電気インピーダンスを測定するためのプローブアレンジメントと、プローブアレンジメントを操作するための操作ユニットとをさらに含み、処理ユニットは、操作ユニットの操作から組織の特徴及び／又は組織のタイプをさらに決定する。
【００４７】
好ましくは、埋込型デバイスは、椎弓根スクリュであり、システムは、椎弓根スクリュを回転させるために、椎弓根スクリュに結合される螺着具をさらに含み、螺着具は、光導波路が受容される凹部又はチャネルを含む。
【００４８】
追加的に、埋込型デバイスの移植を補助する方法が提供され、当該方法は、埋込型デバイスの内部チャンバに光導波路を提供するステップであって、光導波路は、光伝送デバイスの遠位端から光伝送デバイスの近位端に光を伝送する、ステップと、光導波路の遠位端に感圧部を提供するか、又は感圧部に光導波路の遠位端を提供する、ステップとを含み、部分は、感圧部に加えられる圧力の量を示す光学応答を示し、感圧部は埋込型デバイスの外面の一部を形成し、埋込型デバイスの移植中に、感圧部の光学応答が検出され、感圧部に加えられる圧力が、検出された応答に基づき計算される。
【００４９】
請求項１に記載の移植システム、請求項１１に記載の処理ユニット、請求項１２に記載の移植を補助する方法、請求項１３に記載の情報提供の方法、及び請求項１４に記載のコンピュータプログラムは、特に、従属請求項に規定されるように、同様の及び／又は同一の好ましい実施形態を有することを理解されたい。
【００５０】
本発明の好ましい実施形態は、従属請求項又は上記の実施形態のそれぞれの独立請求項との任意の組み合わせであり得ることを理解されたい。
【００５１】
本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下に記載される実施形態を参照して明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】椎弓根スクリュの原理概念を示す。
【図２】椎骨に配置された２つの椎弓根スクリュを示す。
【図３】本発明の一実施形態による、椎弓根スクリュと、光伝送デバイスと、処理ユニットとの組み合わせを示す。
【図４】本発明の別の実施形態による、椎弓根スクリュの一部を示す。
【図５】本発明の別の実施形態による、埋込型デバイスを移植するためのシステムを示す。
【図６】血液、水、及び脂肪の吸収スペクトルの対数プロットを示す。
【図７】コラーゲン、エラスチン、ＮＡＤＨ、及びＦＡＤの固有の蛍光曲線を示す。
【図８】組織インピーダンスを測定するための等価回路を示す図である。
【図９】本発明の別の実施形態による、椎弓根スクリュと、感圧部を有する光伝送デバイスと、隣接する組織とを含む配置の一部を示す。
【図１０】本発明の一実施形態による、埋込型デバイスの移植を補助する方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
図１は、椎弓根スクリュ１の原理概念を示す。椎弓根スクリュ１は、本体２と、首部３と、頭部４とを含む。本体２は、ピッチ５を有するねじ山と、外径６と、内径７とが提供され、ねじ山の深さは外径６と内径７との差である。
【００５４】
図２は、スクリュ１を骨内にねじ込む工具１１と共に椎骨１０に配置された２つの椎弓根スクリュ１を示す。
【００５５】
当業者は、骨組織内及び他のこのような骨組織用の埋込型デバイス内に移植されている埋込型デバイスの例としての椎弓根スクリュの一般的な概念に精通しているので、このようなコンテキストにおいて既に従来使用された器具、及び埋込型デバイスを骨組織内に配置する従来の概念について、ここではさらなる説明は提供されない。
【００５６】
図３は、本発明の一実施形態による、椎弓根スクリュ１００と、光伝送デバイス１０１と、処理ユニット１０２との組み合わせを示す。
【００５７】
椎弓根スクリュ１００は中空軸１０３を有し、光学スタイレット１０４がスクリュ１００の遠位端まで延在するように、光伝送デバイス１０１の光学スタイレット１０４が挿入される。スタイレット１０４及び光伝送デバイス１０１全体は、光を送受信可能な処理ユニット１０２（光学コンソール）に接続される光ファイバ等の導波路を含む。受信された光は、スペクトル的に分析され、スクリュ１００の先端での組織識別を可能にする。例えば、拡散反射分光法、蛍光分光法、ＲＡＭＡＮ分光法、ＯＣＴのような技術が適用され得る。
【００５８】
具体的には、受信された光は、スクリュ１００の先端及び光学スタイレット１０１の前方の（骨）組織の脂肪含有量を示すパラメータの決定に使用され、順に、骨組織が骨の軟部の骨組織であるか又は骨の硬部の骨組織であるかを決定するために使用され、それによりスクリュ１００を配置する際のナビゲーション補助を可能にする。
【００５９】
図４は、本発明の別の実施形態による、椎弓根スクリュ１１０の一部を示す。図３に関して既に説明したように、椎弓根スクリュ１１０は中空軸を含み、椎弓根スクリュ１１０の内側に椎弓根スクリュ１１０を貫通する内部チャンバ１１１がある。このような内部チャンバ１１１内に光伝送デバイス又は光導波路が挿入され（ここでは図示せず）、椎弓根スクリュ１１０の先端（又は他の部分）での光学的測定が実行され得る。椎弓根スクリュ１１０は、内部チャンバ１１１から分岐する開口部１１２がさらに提供される。開口部１１２は、例えば、流体が椎弓根スクリュ１１０を通って周囲（骨）組織（図示せず）内に注入されることを可能にする。
【００６０】
さらに好ましい実施形態において（図示せず）、内部チャンバ１１１は、例えばその後ろの部分に隣接してノッチが提供される。ノッチには、小さなネジ等の固定要素が提供される。スタイレット１０４が内部チャンバ１１１内に導入された時、固定要素は、スタイレットを軸方向に固定するために使用される。しかし、固定は、スタイレット１０４の周囲の椎弓根スクリュ１１０の自由な回転運動が依然として可能であるように、したがって、スクリュの移植中にスタイレット０４のねじれを回避する。
【００６１】
図５は、本発明の別の実施形態による、埋込型デバイス（図示せず）を移植するためのシステム１２０を示す。
【００６２】
プローブ１２４は、２つの光ガイド１２８を含む。プローブ１２４のこれらの光ガイド１２８は、光学コンソール１２１に接続される。これらの光ガイドは、例えば光ファイバ又は他の光導波路であると理解される。具体的には、本実施形態において、システムは、シャッターが埋め込まれたハロゲンブロードバンド光源の形態の光源１２２と、埋込型デバイス（図示せず）に挿入されるプローブ１２４（又は光伝送デバイス）と、光検出器１２３とを含む。光検出器１２３は、４００ｎｍ乃至１７００ｎｍ等の波長スペクトルの可視及び赤外領域において実質的に波長を有する光を分解し得る。光源１２２と光検出器１２３との組み合わせは、導波路１２８の遠位端の前方の組織１２７の拡散反射（ＤＲＳ）及び蛍光測定を可能にする。ＤＲＳ測定の詳細な議論については、Ｒ．Ｎａｃｈａｂｅ、Ｂ．Ｈ．Ｗ．Ｈｅｎｄｒｉｋｓ、Ｍ．Ｖ．Ｄ．Ｖｏｏｒｔ、Ａ．Ｅ、及びＨ．Ｊ．Ｃ．Ｍ．Ｓｔｅｒｅｎｂｏｒｇらの、“拡散光学分光法を使用する生物発色団の推定：１０００乃至１６００ｎｍを含むようにＵＶ‐ＶＩＳ波長範囲を拡大する利点”（ＯｐｔｉｃｓＥｘｐｒｅｓｓ、ｖｏｌ．１８、２０１０、ｐｐ．８７９‐８８８）と、Ｒ．Ｎａｃｈａｂｅ、Ｂ．Ｈ．Ｗ．Ｈｅｎｄｒｉｋｓ、Ａ．Ｅ．Ｄｅｓｊａｒｄｉｎｓ、Ｍ．ｖａｎｄｅｒＶｏｏｒｔ、Ｍ．Ｂ．ｖａｎｄｅｒＭａｒｋ、及びＨ．Ｊ．Ｃ．Ｍ．Ｓｔｅｒｅｎｂｏｒｇらの、“９００乃至１６００ｎｍの拡散光学分光法による散乱媒質の脂質及び水の濃度の推定”（ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＯｐｔｉｃｓ、ｖｏｌ．１５、Ｍａｙ．２０１０、ｐｐ．０３７０１５‐１０）とが参照により組み込まれる。これらのＤＲＳ測定から、組織遷移が推定され得、さらに具体的には、組織の脂肪含有量を示すパラメータが得られ得る。
【００６３】
拡散反射分光法は、組織特性を抽出するために上記に記載されるが、複数の光ファイバ、微分光路長分光法、蛍光分光法、及びラマン分光法を用いることにより、拡散光トモグラフィのような他の光学的方法も想定され得る。追加的に、光学データの取得は、組織と接触するプローブを介して又は非接触プローブを介して行われ得る。
【００６４】
データストレージ１２５が接続されるプロセッサ１２５は、検出器１２３における測定されたスペクトルを、光源‐検出器ファイバの組み合わせについての組織状態を示す生理的パラメータに変換する。特定の組織がプローブ（又は埋込型デバイス）の前方にあるかどうかを判断するために、光源‐検出器ペア用の信号はルックアップテーブルと比較され得る。別の方法は、測定されたパラメータを生理的パラメータに変換し、各組織タイプについてこれらのパラメータの範囲を定義することである。Ｄｕｃｋ，Ｆ．Ａ．の、“組織の物理的性質：包括的参考書”（１９９０、ＡｃａｄｅｍｉｃＰｒｅｓｓ、ＨａｒｃｏｕｒｔＢｒａｃｅＪｏｖａｎｏｖｉｃｈ、Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ）が参照により組み込まれ、これらの生理的パラメータに基づき組織を分類するために、分類及び回帰ツリー（ＣＡＲＴ）分析に基づく方法が記載される。
【００６５】
組織感知とは別に、照射ファイバ１２８は、圧力変色材料（図示せず、図９参照）によって一部が覆われる。照射ファイバ１２８の光の一部は、この変色材料によって反射され、コンソール１２１によって受信される。反射された波長は、加えられた圧力に依存する。例えば、反射光のピーク強度が位置する波長を測定することにより、圧力変化材料上で作用された圧力がここで推定され得る。このように、組織特性が推定され得るだけでなく、挿入されている間にスクリュに作用する圧力が決定され得る。スクリュの前方の組織に情報を提供する光学分光測定とは別に、この圧力感知材料は、追加の確認として使用され得る情報も提供する。スクリュが骨の柔らかい内部にある時、スクリュが骨の近く又は骨の境界にある時よりも、圧力は低くなる。さらに、骨髄の硬度が測定され得る。測定された圧力に基づき、例えば、骨の内側を強化するスクリュのポートを介して材料を注入する等、医師は追加の手段が必要とされるかどうかを決定し得る（図４参照）。
【００６６】
生理的パラメータを抽出する一例は、カスタムメイドのＭａｔｌａｂ７．９．０（Ｍａｔｈｗｏｒｋｓ、Ｎａｔｉｃｋ、ＭＡ）アルゴリズムを使用して取得されたスペクトルをフィッティングすることによるものである。このアルゴリズムにおいて、広く受け入れられた解析モデル、すなわち、Ｔ．Ｊ．Ｆａｒｒｅｌ、Ｍ．Ｓ．Ｐａｔｔｅｒｓｏｎ、及びＢ．Ｃ．Ｗｉｌｓｏｎらの、“組織光学特性の非侵襲的決定のための空間分解された定常状態の拡散反射の拡散理論モデル”（Ｍｅｄ．Ｐｈｙｓ．１９（１９９２）ｐ．８７９‐８８８）によって導入されたモデルが実装され、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。Ｆａｒｒｅｌらのモデルの入力引数 は、吸収係数μα（λ）、低減した散乱係数
【数１】
2018529452.tif 000003
、及びプローブの先端での発光ファイバと収集ファイバとの間の中心間距離である。拡散理論モデルの完全な説明については、Ｆａｒｒｅｌらの論文が参照される。
【００６７】
以下において、モデルが簡単に説明される。この式は、主に上記のＮａｃｈａｂｅらの研究（Ｒ．Ｎａｃｈａｂｅ、Ｂ．Ｈ．Ｗ．Ｈｅｎｄｒｉｋｓ、Ｍ．Ｖ．Ｄ．Ｖｏｏｒｔ、Ａ．Ｅ、及びＨ．Ｊ．Ｃ．Ｍ．Ｓｔｅｒｅｎｂｏｒｇらの“拡散光学分光法を使用する生物発色団の推定：１０００乃至１６００ｎｍを含むようにＵＶ‐ＶＩＳ波長範囲を拡大する利点”（ＯｐｔｉｃｓＥｘｐｒｅｓｓ、ｖｏｌ．１８、２０１０、ｐｐ．８７９‐８８８））に基づき、その全体が参照により本明細書に組み込まれ、さらにこのコンテキストにおいては、Ｒ．Ｎａｃｈａｂｅ、Ｂ．Ｈ．Ｗ．Ｈｅｎｄｒｉｋｓ、Ａ．Ｅ．Ｄｅｓｊａｒｄｉｎｓ、Ｍ．ｖａｎｄｅｒＶｏｏｒｔ、Ｍ．Ｂ．ｖａｎｄｅｒＭａｒｋ、及びＨ．Ｊ．Ｃ．Ｍ．Ｓｔｅｒｅｎｂｏｒｇらの、“９００乃至１６００ｎｍの拡散光学分光法による散乱媒質の脂質及び水の濃度の推定”（ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＯｐｔｉｃｓ、ｖｏｌ．１５、Ｍａｙ．２０１０、ｐｐ．０３７０１５‐１０）も参照され、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００６８】
二倍冪乗則関数は、低減した散乱係数の波長依存性を表すために使用され得、波長λはｎｍで表され、λ０＝８００ｎｍの波長値に規格化される。パラメータαは、この特定の波長で低減した散乱振幅に対応する。
【数２】
2018529452.tif 000004
【００６９】
この式において、低減した散乱係数は、Ｍｉｅ及びＲａｙｌｅｉｇｈ散乱の和として表され、ρＭＲは、Ｍｉｅ‐ｔｏ‐ｔｏｔａｌ低減した散乱比である。Ｍｉｅ散乱の低減した散乱勾配は、ｂとして示され、粒子サイズに関する。
【００７０】
吸収材の均質な分配のために、全光吸収係数μα（λ）は、吸収材の吸光係数と体積分率との積として計算され得る（図６参照、血液（ヘモグロビン（線１３０）、酸素化ヘモグロビン（線１３１）、水（線１３２）、及び脂肪（線１３３）の吸収スペクトルの対数プロットを示し、横軸はｎｍ単位の波長を示し、縦軸はｃｍ−１単位のμａ（λ）を示す）。
【数３】
2018529452.tif 000005
【００７１】
対象の４つの発色団のそれぞれの濃度によって重み付けされた吸収係数の和として吸収係数μα（λ）をモデル化する代わりに、組織吸収係数は以下のように表され、
【数４】
2018529452.tif 000006
【数５】
2018529452.tif 000007
は血液による吸収に対応し、
【数６】
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はプローブされた体積における水及び脂質による吸収に対応する。水及び脂質の体積分率はｖＷＬ＝［Ｌｉｐｉｄ］＋［Ｈ２Ｏ］であり、ｖＢｌｏｏｄは１５０ｍｇ／ｍｌの全血中のヘモグロビン濃度に対する血液体積分率を表す。
【００７２】
因子Ｃは、顔料パッケージングの効果を考慮し、吸収スペクトルの形状を変化する波長依存補正因子である。この効果は、組織内の血液が全体積の非常に小さな部分、すなわち血管に制限されるという事実によって説明され得る。したがって、血管の中心付近の赤血球は、周辺部よりも少ない光を吸収する。事実、組織内に均一に分配された時、より少ない赤血球は、別個の血管に分配された赤血球の実際の数と同じ吸収を生成する。補正因子は、以下のように記載され、
【数７】
2018529452.tif 000009
Ｒはｃｍで表される平均血管半径を示す。血液に関する吸収係数は以下の通りであり、
【数８】
2018529452.tif 000010
【数９】
2018529452.tif 000011
及び
【数１０】
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はそれぞれ、酸素化ヘモグロビンＨｂＯ２及び脱酸素化ヘモグロビンＨｂの基本吸光係数スペクトルを表す。ヘモグロビンの総量における酸素化ヘモグロビン比は、αＢＬ＝［ＨｂＯ２］／（［ＨｂＯ２］＋［Ｈｂ］）として示され、血中酸素飽和度として一般に知られる。測定組織における水及び脂質の存在による吸収は、以下のように定義される。
【数１１】
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【００７３】
この場合、脂質及び水が一緒の総濃度に関する脂質の濃度は、αＷＦ＝［Ｌｉｐｉｄ］／（［Ｌｉｐｉｄ］＋［Ｈ２Ｏ］）として表され得、［Ｌｉｐｉｄ］及び［Ｈ２Ｏ］はそれぞれ、脂質（密度０．８６ｇ／ｍｌ）及び水の濃度に対応する。
【００７４】
吸収係数の表現における水及び脂質パラメータを関連付けるこのやり方は、式６で定義され、フィッティングのための基本関数の共分配の最小化に対応する水分及び脂質の体積分率を別々に推定するのではなく、したがってより安定したフィットをもたらす（Ｒ．Ｎａｃｈａｂｅらによる上記の論文のこの定理のさらなる説明及び検証についても参照）。
【００７５】
リコピン、ビタミンＡ、β‐カロチン、胆汁、又は黒タール（又は喫煙に関する吸収性物質）等の他の光吸収剤もこのアルゴリズム内に組み込まれ得る。
【００７６】
スペクトルの違いを区別する別の方法は、主成分分析を使用することである。この方法は、スペクトルの差の分類を可能にし、ひいては、組織間の識別を可能にする。スペクトルから特徴を抽出することも可能である。
【００７７】
拡散反射とは別に、蛍光スペクトルの測定もし得る。次いで、例えば、コラーゲン、エラスチン、ＮＡＤＨ、及びＦＡＤのようなパラメータも測定され得る（図７参照、コラーゲン（線１４０）、エラスチン（線１４１）、ＮＡＤＨ（線１４２）、及びＦＡＤ（線１４３）の固有の蛍光曲線を示し、横軸はｎｍ単位の波長を提供し、縦軸は任意の単位で蛍光強度を与える）。光学酸化還元パラメータと呼ばれる比ＮＡＤＨ／ＦＡＤは、それが組織の代謝状態の指標であり（Ｍ．Ｍｏｕｌｌｅｒ及びＢ．Ｈ．Ｗ．Ｈｅｎｄｒｉｋｓ、“ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏモデリングによる固有蛍光の回収”、（Ｊ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｏｐｔｉｃｓｖｏｌ．１８（２０１３）ｐ．０２７００９‐１〜０２７００９‐１３、及びその中の参考文献参照）、組織を識別するためにも使用され得るため、重要である。
【００７８】
図８は、組織インピーダンスを測定するための等価回路を示す図である。
【００７９】
未知試料（例えば、椎弓根、椎体、脊椎神経、及び脊髄）の誘電特性（誘電率ε’及び導電率σ）は、ε０が自由空間の誘電率である以下の関係式を使用して、未知試料に対するプローブのインピーダンスの測定値から計算され得、
【数１２】
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Ｃ及びＧはプローブのフリンジ容量及びコンダクタンスである。プローブの特性パラメータは、空気中及び標準試料中（水又は食塩水）のプローブのインピーダンス成分の測定値から計算され得る。
【００８０】
生物学的試料の場合、材料の誘電特性は電磁場との相互作用の尺度であり、組織のタイプに基づき著しく変化する（Ｄｕｃｋ，Ｆ．Ａ．“組織の物理的性質：包括的参考書”（１９９０ＡｃａｄｅｍｉｃＰｒｅｓｓ、ＨａｒｃｏｕｒｔＢｒａｃｅＪｏｖａｎｏｖｉｃｈ、Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ）、及び、Ｃ．Ｇａｂｒｉｅｌらの、“ＲＦ及びマイクロ波周波数での身体組織の誘電特性の編集”（ＲａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙＲａｄｉａｔｉｏｎＳｔａｎｄａｒｄｓＮＡＴＯＡＳＩＳｅｒｉｅｓＶｏｌｕｍｅ２７４、１９９５、ｐｐ１８７‐１９６）に基づく、以下の表参照）。組織の周波数依存誘電特性は、いくつかのインピーダンス整合技術、すなわちウィーンブリッジ発振器を使用して測定され得る。適切に較正されたプローブは、１０Ｈｚ乃至２０ＧＨｚの周波数範囲で組織インピーダンスを測定するために使用され得る。この現象は、抵抗と直列の周波数依存性のコンデンサに相当する（図８参照、さらなる抵抗１５４と別の一定の位相要素１５５との並列の供給と直列の抵抗１５３を含む組織成分と直列の一定の位相要素１５１を有する電極成分１５０を示す）。両方の成分は、周波数の負の電力関数によって近似され得、すなわちその絶対値は周波数の増加とともに低減する。
【表１】
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【００８１】
図９は、本発明の別の実施形態による、椎弓根スクリュ１６０、感圧部１６２を有する光伝送デバイス１６１、及び隣接する組織１６３を含む、アレンジメントの一部を示す。
【００８２】
先端のみが示される椎弓根スクリュ１６０の挿入又は移植により、光伝送デバイス１６１（ねじ１６０の軸方向移動に対して固定される）の感圧部１６２と隣接する組織１６３（例えば、骨）との間に圧力が存在する。
【００８３】
圧力は、例えばフォトニック結晶を使用して光信号で感知され得る。フォトニック結晶は、少なくとも２つの材料タイプの組み合わせによって形成され、一方は高い誘電率を有し、及び他方は低い誘電率（例えば、空気）を有する。材料は、屈折率に周期的なパターンを有し、典型的な長さスケールは１００乃至１０００ｎｍであり、可視光との相互作用を可能にし、ブラッグ反射によって記載される。この周期的なパターンを、例えば圧力又は伸張によって変化させると、この相互作用は変化し、反射波長（色）の差によって観察され得る。材料クラスは高度に調整可能であるため、範囲及び感度はアプリケーションの要件に合わせて調整され得る（例えば、Ｅ．Ｙａｂｌｏｎｏｖｉｔｃｈの、“フォトニック結晶：光半導体”（ＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＡｍｅｒｉｃａｎＩＳＳＮ：００３６‐７３３  Ｖｏｌ：２８５（６）２００１  ４６‐５５頁）、Ｃ．Ｇ．Ｓｃｈａｆｅｒらの、“可逆的ライト、サーモ、及びメカノレスポンスエラストマーポリマオパールフィルム” （ＣｈｅｍｉｓｔｒｙｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ、２０１３、２５、ｐｐ２３０９‐２３１８）、及びＯ．Ｌ．Ｊ．Ｐｕｒｓｉａｉｎｅｎらの、“ポリマオパールからナノ粒子調整された構造色”（ＯｐｔｉｃｓＥｘｐｒｅｓｓＩＳＳＮ：１０９４‐４０８７、Ｖｏｌ：１５  ２００７、９５５３頁）参照）。
【００８４】
感圧フォトニック結晶材料の例は、ポリママトリクス中の空気で満たされたナノ細孔、例えばカナダ企業Ｏｐａｌｕｘによって商品化された、高度に秩序化されたパターンの単分配球状ナノ細孔を有するポリ（アルキル‐メタクリル樹脂）マトリクスと、また、ポリママトリクス中のナノスフェア、例えば軟質ポリエチルアクリレート（ＰＥＡ）から構成される外殻を固定する薄いポリメチルメタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）中間層で覆われた硬質架橋ポリスチレン（ＰＳ）球とを含む（Ｏ．Ｌ．Ｊ．Ｐｕｒｓｉａｉｎｅｎらの、“ポリマオパールからナノ粒子調整された構造色”（ＯｐｔｉｃｓＥｘｐｒｅｓｓＩＳＳＮ：１０９４‐４０８７、Ｖｏｌ：１５  ２００７、９５５３頁）参照）。
【００８５】
圧力誘起変色材料はまた、例えばフラウンホーファー研究所によって開発された液晶で作られ得る（Ａ．Ｓｅｅｂｏｔｈら、“バーレンジの圧力変化を示すピエゾクロミックポリマ材料”（ＡｍｅｒｉｃａｎＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ２０１１、ｖｏｌｕｍｅ１、１３９‐１３４頁）参照）。しかし、現在のところ、この材料はまだ商品化されていない。
【００８６】
さらに、光学圧力検出は、色素ドープポリマ（Ｙ．Ｓａｇａｒａら、“分子集合体における機械的に誘発された発光変化”（Ｎａｔｕｒｅｃｈｅｍｉｓｔｒｙ２００９、ｖｏｌｕｍｅ１、６０５‐６１０頁）参照）又は発光材料（Ｍ‐Ｊ．Ｔｅｎｇら、“可逆的チューニング発光色及び発光強度：ジペプチドベースの発光材料”（Ａｄｖａｎｃｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓ２０１２、ｖｏｌｕｍｅ２４、１２５５‐１２６１頁）参照）を使用することによって行われ得る。
【００８７】
いかなる場合でも、感圧部１６２がピエゾクロミック及びピエゾルミネセンス材料を含む任意の適切な手段によって提供されることを、当業者は理解する。
【００８８】
このように圧力感知を使用することは、利点として高い単純性（電子部品なし、労働集約型電子アセンブリなし）を含み、したがってコスト削減を可能にし、さらなる小型化（電気ケーブル又は相互接続による制限なし）、機械的柔軟性、並びにＭＲ、ＥＭ及びＲＦ適合性の可能性がある。
【００８９】
さらに、介入デバイスに複数の感知モダリティを統合する可能性がある。これは、介入デバイスシャフトに沿った分配型センシングをもたらし、１つのデバイスのみで様々なパラメータを感知するか、又は両方の組み合わせを感知する。図１０は、本発明の一実施形態による埋込型デバイスの移植を補助する方法を示すフロー図を示す。
【００９０】
準備ステップ２０１において、埋込型デバイスの内部チャンバに光導波路が提供され、光導波路は、組織を照射するために光伝送デバイスの近位端から遠位端に光を伝送し、組織によって反射された及び／又は組織内で散乱された光を光伝送デバイスの遠位端から近位端に伝送する。
【００９１】
実際の移植処置中、照射ステップ２０３において、組織を照射するために、光は、光伝送デバイスの近位端から遠位端に伝送される。
【００９２】
反射ステップ２０５において、組織によって反射された及び／又は組織内で散乱された光は、光伝送デバイスの遠位端から近位端に伝送される。受信ステップ２０７において、組織によって反射された及び／又は組織内で散乱された光は受信され、そのスペクトルの少なくとも一部が検出される。
【００９３】
検出されたスペクトルに基づき、計算ステップ２０９において、組織内の脂肪含有量を示すパラメータが計算される。
【００９４】
比較ステップ２１１において、脂肪含有量を示す計算されたパラメータが所定値と比較され、出力ステップ２１３において、比較の結果を示す信号が出力される。
【００９５】
処置中、ステップ２０３乃至２１３を含むループが必要なだけ繰り返される。
【００９６】
挿入又は移植が提供された後、光伝送デバイスは移植されたデバイスから取り外される。
【００９７】
本発明の一実施形態において、少なくとも１つの光センサは、ねじの近くの測定を実行可能な椎弓根スクリュ内に組み込まれる（挿入される）。センサは、感知されたデータに基づきスクリュの近くの組織タイプを決定し得るコンソールと通信する。このように、スクリュが前進される時、組織感知は、医師がスクリュの誤配置を回避することを可能にする。
【００９８】
センサとしての実施形態の好ましい変形例において、光学スタイレットは、光学分光法に基づきスクリュの先端での組織識別を可能にする、スクリュの先端で光を送受信可能な導波路を含む、椎弓根スクリュの中心の内側に提供される。この組織情報は、スクリュ配置中に医師に提供され、これによりスクリュの誤配置が回避され得る。
【００９９】
実施形態のさらなる態様は、組織と接触する繊維の遠位端の少なくとも１つが、圧力を加えると変色する感圧性材料によって覆われていることである。先端の材料に対する圧力負荷は、圧力が推定され得る明確な色の変化をもたらす。色の変化は、組織識別のための光学分光法を実行するために使用される光学コンソールによって検出される。
【０１００】
実施形態のさらなる態様において、椎弓根スクリュは、椎弓根スクリュの頂部に接続される側部への開口部を含む。このように、生体適合性のセメントのような流体が、スクリュを通って周囲組織内に注入され得る。このような流体は、注入すると硬化するセメント又は硬化性樹脂である。硬化は、例えば熱、化学的、又は光（例えばＵＶ硬化等）によって行われ得る。この注入された流体の硬化により、ねじの固定が改善され得る。硬化段階中に、硬化性樹脂の硬度は、繊維先端での圧力による変色材料で調べられ得る。
【０１０１】
さらなる変形例において、感知部は、Ｋワイヤ等の椎弓根スクリュアレンジメントシステムの任意の他の部分に統合され得る。当技術分野で既知のように、特定の処置において、最初に骨にＫワイヤを配置する必要があり、その後、移植される椎弓根スクリュは、スクリュが配置された後に取り外され得るこのＫワイヤ上に摺動される。
【０１０２】
特に、及び有利な実施形態のコンテキストにおいて、本発明は、椎弓根スクリュシステムに関し、生体適合性材料から成り、少なくとも１つの光導波路を含む、スクリュと、
光導波路と統合された生体適合性ｋワイヤであって、光導波路の遠位端がスクリュの先端付近に位置し、導波路の近位端が光を送受信可能な光学コンソールに接続される、生体適合性ｋワイヤと、導波路の遠位端に少なくとも部分的に覆われた、圧力を加えると色が変わる感圧性材料と、導波路に光を送信可能で、変色材料とスクリュ先端付近の組織と相互作用した光を受信し得るコンソールと、コンソールに接続されたモニタであって、コンソールは、変色材料の色に基づき、受信した光を（１）組織特異的パラメータに変換可能で、（２）スクリュ先端で作用される圧力の量に変換可能である、モニタとを含む。
【０１０３】
実施形態のより好ましい変形例において、椎弓根スクリュは、流体がスクリュを通って注入されることを可能にする開口部を有する。これらの流体は、例えば、自硬性セメント又はＵＶ硬化樹脂等の硬化性樹脂であり得るが、これに限定されない。
【０１０４】
実施形態のさらに好ましい変形例において、椎弓根スクリュシステムには、組織識別用のインピーダンスセンサが備えられる。
【０１０５】
さらなる実施形態において、本発明は、椎弓根スクリュと、スクリュドライバと、スクリュの先端で組織感知を可能にする椎弓根スクリュ内のスタイレットと、光学信号を分析し、スクリュの前方の組織を示すフィードバック信号を医師に提供可能な光学コンソールとを含む、椎弓根スクリュアレンジメントデバイスを提供する。
【０１０６】
本発明は、図及び上記の記載において詳細に図示及び記載されてきたが、このような図及び記載は、例示的又は代表的であって制限的ではないとみなされるべきであり、 本発明は開示された実施形態に限定されない。
【０１０７】
開示された実施形態に対する他の変更は、図、開示、及び添付の請求項の研究から、請求された発明を実施する際に当業者によって理解され、達成され得る。
【０１０８】
請求項において、“含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）”という単語は他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞“ａ”又は“ａｎ”は複数を除外しない。
【０１０９】
単一のプロセッサ、デバイス又は他のユニットが、請求項に列挙されたいくつかの項目の機能を果たす。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。
【０１１０】
決定、計算、比較及び出力（例えば、信号の出力）のような動作は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段及び／又は専用ハードウェアとして実施され得る。
【０１１１】
コンピュータプログラムは、他のハードウェアと一緒に又は他のハードウェアの一部として供給される、光学記憶媒体又は固体媒体等の適切な媒体上に記憶及び／又は分配されるが、インターネット又は他の有線若しくは無線電気通信システム等の他の形態で配布されてもよい。
【０１１２】
請求項における参照符号は、その範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【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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【図１０】
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【国際調査報告】
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