JP2005137489A - 脳手術用頭部固定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 患部位置をＭＲ画像によりリアルタイムで確認しながら精度の高い手術を行うための脳手術用頭部固定装置を提供する。
【解決手段】 脳手術用頭部固定装置１は、ＭＲＩの磁場において使用され得る材料により形成し、ＭＲＩ装置３の制約空間内に配置され得る大きさのものとしている。頭部固定部材８と穿刺針の操作用保持部材とを含め、それらを、位置および角度の調整を可能にして寝台２の端部に取り付けている。
【選択図】 図１

Description

請求項に係る発明は、脳手術の際に患者の頭部を固定するための脳手術用頭部固定装置に関するものである。

脳手術では、頭部が動かないよう頭部固定装置が使用される。従来の頭部固定装置として、たとえば特許文献１に記載のもの（頭部３点固定支持器）がある。当該装置では、支持腕に支持された半円弧状の固定枠の両端に、３本のヘッドピン（固定釘）が、その半円弧の中心方向にねじによって進退できるように取り付けられている。患者の頭部にそのような固定枠を嵌め、ヘッドピンを患者の頭部に押し当てることにより、頭部を固定する。

従来、このような頭部固定装置を用いた脳の手術、とくに脳の深い個所にある患部に穿刺針（またはカテーテル等）を挿入する手術は、つぎのように行われていた。すなわち、1)患部位置を脳の表面から知ることはできないため、解剖学に基づく脳の図譜を利用して患部位置をあらかじめ推定しておく。2)固定装置で固定した患者の頭部に、目盛りのついた大きなアーチ状のフレームを装着する。3)推定した患部位置に穿刺針が到達するよう、目盛りを利用して位置や角度、送りを決めたうえ穿刺針を挿入する。

最近ではＭＲＩ（magnetic resonance imaging：核磁気共鳴映像法）が普及したため、図譜の代わりに手術前に撮った患者の脳のＭＲ画像を用い、患者ごとに患部位置を特定している。上記のフレームを装着した状態でＭＲ画像の撮影を行い、手術はＭＲＩ装置の外で行っている。あらかじめ特定した患部位置に向けて、フレームの目盛りを利用して穿刺針を入れる点は上記と同様である。そのほか、たとえば開頭して脳の深部にある病巣を切除する手術の場合、術者は表面しか目視できないので、術前のＭＲ画像を見て病巣の位置を推定しながら、徐々に脳の深部に到達するようにしている。
実開昭５１−６９３９３号公報

患部位置の推定に使う脳の図譜は、患者自身の脳の構造を示すものではないため、脳の構造の個人差に基づいて、推定個所と実際の患部位置とがずれる場合がある。
また、撮影したＭＲ画像は患者自身の脳の構造を示すが、手術前のＭＲ画像に基づいて特定した患部位置と手術中の患部位置との間にはやはり多少のずれが生じることがある。
治療のために開頭したり頭蓋に穿刺したりすると、脳脊髄液が流れ出したり空気が入ったりするために患者の脳が数ｍｍ程度変形する場合があるからである。
以上のような事情から、脳画像を明瞭に示すＭＲＩによって脳を撮影しながら行える手術、つまりＭＲＩガイド下での手術が望まれている。しかし、そのような手術をたとえばオープン型ＭＲＩ装置の空間部（一般的には２個のマグネットの間の６０ｃｍ前後の隙間等）で行うには、従来の頭部固定装置は、フレーム等が大きすぎることや磁場の影響を受けること等の理由で使えなかった。

請求項に係る発明は、以上の点を考慮して、精度の高い脳手術が行えるようにする脳手術用頭部固定装置を提供するものである。

請求項１に記載の脳手術用頭部固定装置は、ＭＲＩを使用しながら脳の手術（穿刺針を刺入等する定位手術、または開頭手術など）を行うことを可能にするよう構成したものである。

この固定装置によれば、患者の頭部を固定した状態で、ＭＲＩによりその患者の脳の構造をリアルタイムで観察しながら脳手術を行うことができる。開頭等の手術によって変形または変位した脳の構造を確認できるため、正確な患部位置を手術中に特定することが可能になり、手術の精度が向上する。

請求項２に記載の脳手術用頭部固定装置は、ＭＲＩの磁場において使用され得る材料で形成されていてＭＲＩの制約空間内に配置され得る大きさを有するとともに、穿刺針（電極やカテーテル等の処置器具を含む）の操作用保持部材を有することを特徴とする。

ＭＲＩの磁場において使用され得る材料とは、磁場の影響を受けない材料（非磁性材料）をさし、たとえば、樹脂や非磁性の金属、セラミックス等が含まれる。操作用保持部材とは、操作のために穿刺針（電極やカテーテル等の処置器具を含む）の位置・角度および送りの調整が可能であるものをいう。また、装置の大きさについては、患者がこの頭部固定装置を装着した状態でオープン型ＭＲＩ装置等に挿入され得る程度のものをいう。
こうした発明によって、請求項１の発明がもつ機能を満たす装置が構成され、上記の作用効果がもたらされる。

請求項３に記載の脳手術用頭部固定装置は、穿刺針の操作用保持部材が頭部固定部材に取り付けられていて、当該頭部固定部材が、位置および角度（向き）の調整を可能にして寝台の端部に取り付けられることを特徴とする。図１〜図４に示す固定装置１、および図５に示す固定装置５１は、この請求項に係る脳手術用頭部固定装置の一例である。

この請求項の脳手術用頭部固定装置によれば、寝台の端部に取り付けられる頭部固定部材および操作用保持部材の作用により、脳手術を円滑に行える。すなわち、頭部固定部材の位置・角度が調整可能であるため、患者や術者に合わせた好ましい姿勢に頭部を固定できるうえ、穿刺針の操作用保持部材により、固定した頭部における必要な個所（リアルタイムで確認した患部位置）に適切な手術を行える。操作用保持部材が頭部固定部材に取り付けられているため、頭部固定部材に対して患者の頭部と操作用保持部材（穿刺針を含む）との位置関係を固定したのちは、頭部固定装置の位置や角度を変更する際にも、操作用保持部材の位置等を再度調整する必要がない。

請求項４に記載の脳手術用頭部固定装置は、寝台の端部に支持板が固定され、その支持板上に立てられた支持柱に対して頭部固定部材と穿刺針の操作用保持部材とが取り付けられ、支持柱の位置（固定板に対する位置）と向き（支持柱の中心線まわりの回転向きをいう）とが変更可能であることを特徴とする。図１〜図４に示す固定装置１は、この請求項に係る脳手術用頭部固定装置の一例である。

この請求項の頭部固定装置も、請求項３の固定装置と同様の作用効果をもたらすものである。ただし、頭部固定部材と操作用保持部材とは、支持柱を介して一体的に位置と角度の調整が可能である。つまり、支持柱の位置や向きを変更すると、頭部固定部材と操作用保持部材との双方が位置または角度を変える。したがって、支持柱を操作することにより上記各部材の位置調整を簡単に行うことができる。

請求項５に記載の脳手術用頭部固定装置は、とくに、上記の支持柱に取り付けられた頭部固定部材が、頭部を両側の３個所以上で直接支持するヘッドピンとそれを保持する二股型のアームとを有し、当該アームと上記の支持柱および支持板が樹脂により形成されていて、穿刺針およびその操作用保持部材が非磁性の金属により形成されていることを特徴とする。

この固定装置によれば、樹脂を使用して低コストかつ軽量に装置を構成することが可能である。また、穿刺針や操作用保持部材は金属で構成するので、剛性が高いうえに高精度の機械加工を施しやすいという金属の性質を利用して、正確な定位手術のための位置および動作上の高い精度を実現できる。なお、上記したヘッドピンについては、非磁性の金属で構成しても高硬度のプラスチック類などで構成してもよい。

請求項６に記載の脳手術用頭部固定装置は、さらに、上記した二股型のアームが一体の部品であるうえ、当該アームから寝台までの間に、接触する二部品が鉛直面内での相対変位を起こし得る連結部分（つまり、水平ピンを用いたピンジョイントなど）を含まないことを特徴とする。

この脳手術用頭部固定装置では、アームが一体の部品であるため、その剛性がつねに高く維持されやすい。たとえば仮に２部品の結合によってアームが構成されていると、その幅（アームの長さ）を調整する機能をもたせることも可能だが、そのような機能と引き換えにアームがガタつき等の変位を起こしやすい。上記のようにアームが一体の部品であれば、そのような変位が防止されて安定的に剛性が発揮される。アームによる幅の調整ができなくとも、アームに対して位置変更ができるようにヘッドピンを取り付ければ（図２等を参照）、実質上は幅の調整が可能になる。
また、鉛直面内での相対変位を起こす連結部分を含まないので、上下方向の荷重によって装置の一部が変位する事態が生じにくい。したがって、患者の頭部を術者が上から押さえたとき等にも変位しない（下がらない）ようしっかりと固定するうえで有利である。

請求項１および請求項２に記載した脳手術用頭部固定装置によれば、ＭＲＩを利用して患者の脳をリアルタイムで観察しながら手術できるので、患部の位置を正確に特定して高精度の脳手術を行える。

請求項３および４の脳手術用頭部固定装置では、さらに、患者の頭部を好ましい位置および角度に調整して固定することができるので、迅速で精度の高い手術が可能になる。請求項４の装置なら、頭部固定部材と操作用保持部材の位置調整がとくに簡単に行える。

請求項５の脳手術用頭部固定装置は、低コストかつ軽量に構成でき、しかも精度の高い定位手術を実施可能である。

請求項６の脳手術用頭部固定装置によれば、頭部固定部材が不意に変位することが避けられるので、円滑で精度の高い脳手術を行いやすい。

発明による脳手術用頭部固定装置の実施形態を図１〜図４（第一の例）および図５（第二の例）に基づき説明する。

脳手術用頭部固定装置１は、図１に示すようにベッド（寝台）２の先端部に固定し、その状態でオープン型ＭＲＩ装置３のドーナツ型マグネット４の開口部５（直径が約６０ｃｍ）に挿入できるよう大きさを定めたものである。手術時には、この固定装置１で患者の頭部６（図２を参照）をベッド２に固定し、その頭部６と固定装置１とをドーナツ型マグネット４の開口部５に送り入れ、さらには一対のマグネット４の間（約５６ｃｍの幅をもつ空間部７）にその頭部６を位置させる。また、手術の内容によっては、開口部５を通さずに横から空間部７に頭部６と装置１とを入れる。

固定装置１は概ねつぎのように構成している。ベッド２の先端部に、ボルト４１および斜めステイ４２によって水平の支持板１２を固定し、その支持板１２に対し鉛直に支持柱１１を取り付けたうえ、患者の頭部６を保持する頭部固定部材８と、定位手術を行うための穿刺針（プローベ）９（図３を参照）の操作用保持部材１０（同）とを支持柱１１上に取り付けている。ＭＲＩ装置３の磁場と影響し合わないことと軽量化とを考慮して、支持柱１１や支持板１２、頭部固定部材８の二股型アーム１３（後述）などはジュラコンまたはユニレート等の樹脂で形成し、精度の必要な操作用保持部材１０などはチタンやステンレス、アルミニウムなどの非磁性の金属で形成している。

頭部固定部材８は、図２に示すように、上記樹脂による一体部品として形成した二股型アーム１３の両端部に、非磁性金属で形成した３本のヘッドピン１４ａ・１４ｂ・１４ｃを取り付けたものである。１本のヘッドピン１４ａは、二股型アーム１３の一端に固定したガイド１５ａに挿入し、２本のヘッドピン１４ｂ・１４ｃは、二股型アーム１３の他方端部のガイド１５ｂに設けたヘッドピン保持部材１６に固定している。ヘッドピン１４ａおよびヘッドピン保持部材１６は、ガイド１５ａ・１５ｂの外方に設けた押し付けねじ１７ａ・１７ｂの操作により、ガイド１５ａ・１５ｂ内をそれぞれ前後（幅方向）に移動可能である。ねじ１７ａ・１７ｂを操作してヘッドピン１４ａ・１４ｂ・１４ｃを前後させることにより、それらを患者の頭部６に押し付けて頭部６を固定する。なお、ヘッドピン１４ａとヘッドピン保持部材１６は、適宜に交換して使用できる。

二股型アーム１３には、図３（ａ）・（ｂ）に示すとおり、穿刺針９とその操作用保持部材１０とを取り付けている（定位手術を行わない場合にはこれらを取り外すことも可能である）。操作用保持部材１０は、連結具２０を介して二股型アーム１３に取り付けた２本のアーム１９の先端の間に案内ロッド１８ｂを架け渡し、このロッド１８ｂ上に、穿刺針９（またはカテーテルなどの処置器具）を保持するスライド部材２３を装着したものである。スライド部材２３は、案内ロッド１８ｂに沿って左右へ移動可能（固定も可能）であり、同ロッド１８ｂを中心に鉛直面内で回転もできる（やはり固定可能）ほか、穿刺針９を図３（ｂ）のとおり左右に±α（≒±３０°）の範囲で角度変更させることができる（やはり固定も可能）。

操作用保持部材１０における上記一対のアーム１９間には、案内ロッド１８ｂと平行にロッド１８ａを架け渡し、このロッド１８ａを介して案内ロッド１８ｂの高さを調整できるようにした。すなわち、二股型アーム１３に取り付けた上記の連結具２０からＬ字状アーム２１を延ばし、その先端部からロッド１８ａまでをターンバックル２２にてつないでいる。ターンバックル２２を操作することにより、ロッド１８ａとともにアーム１９が変位するので、案内ロッド１８ｂの高さ、すなわちスライド部材２３の高さを変更できる。以上のように構成した操作用保持部材１０によって、穿刺針９は、頭部６に向ける角度、高さ、左右の位置、左右の角度について調整できることになる。

頭部固定部材８の二股型アーム１３は、図２および図４のように支持柱１１の上に取り付けている。すなわち、アーム１３の基部を、連結ねじ２７を使用することにより凹凸部２８（相互の移動および回転を防止するもの）を結合させた状態で支持柱１１の最上部に連結している。

そして支持柱１１は、ベッド２に固定した支持板１２に対して図４（ａ）・（ｂ）のように取り付けている。まず、支持柱１１の外側に台形ねじ２４を形成し、それを水平位置調整プレート３０の穴に通すとともに、プレート３０の上下両位置に止めナット４０をはめる。ねじ２４における止めナット４０の位置を変更すると、プレート３０上に突出する支持柱１１の高さを変更することが可能である。

そのようにした水平位置調整プレート３０を支持板１２の上面に重ね、支持板１２の穴１２ａにプレート３０のボス部３０ａを差し入れる。ボス部３０ａの外径に比べて穴１２ａは大きいので、プレート３０は、支持板１２上で図示のｘ（≒４０ｍｍ）およびｙ（≒４０ｍｍ）の移動をすることができる。

水平位置調整プレート３０には、図４のとおりｙ方向に長い穴３０ｂを２個所に設けておき、この穴３０ｂ内に下方から固定ボルト３９を通したうえ、Ｔ字状のヘッドをもつＴナット３８を穴３０ｂ内でそのボルト３９のねじ部に結合させる。固定ボルト３９の通る部分において、支持板１２にはｘ方向に長い穴１２ｂを形成してあるため、ボルト３９を緩めたとき、水平位置調整プレート３０は上記したｘおよびｙの範囲内で両方向に水平移動することができる。その一方、ボルト３９を締め込むと、支持板１２に対して水平位置調整プレート３０の位置を固定することが可能である。

水平位置調整プレート３０を支持板１２に固定したうえ、前述のように止めナット４０の位置（高さ）を変更すると、支持板１２に対する支持柱１１の高さ（したがって頭部固定部材８の高さ）を図示ｚ（≒４０ｍｍ）の範囲で調整することができる。

台形ねじ２４を形成した支持柱１１には、その中心線回りの向き（すなわち頭部固定部材８の向き）を調整可能に固定するための回転位置調整プレート２９をも装着している。そのプレート２９は、水平位置調整プレート３０と上側の止めナット４０との間で支持柱１１の外にはめたもので、このプレート２９の角度（水平面内の角度）を固定するか否かにより支持柱１１等の上記の向きを固定状態または可変状態にする。具体的には、支持柱１１の側面の一部に長さ方向に延びた縦溝２４ａを形成する一方、回転位置調整プレート２９には、この縦溝２４ａに入り込む突起を設け、また図のように円弧状の長穴２９ａを形成する。その長穴２９ａには、水平位置調整プレート３０に結合させる止めねじ３４を通す。止めナット４０を緩めて支持柱１１とともに頭部固定部材８の向きを任意に変更したのち、止めナット４０を締め込むとともに止めねじ３４を用いて回転位置調整プレート２９の角度を固定すれば、同時に支持柱１１および頭部固定部材８の向きをも定めることができる。その向きの変更可能域は長穴２９ａの長さ等によって決まり、この例では図示の角度β（≒５０°）の範囲である。

以上により、患者の頭部６を固定する固定装置１では、当該固定位置をｘ・ｙ・ｚの３方向に位置調整できるほか水平面内での角度調整が可能で、患者および施術者にとって好ましい位置および向きに頭部６を固定することができる。また、前述のように穿刺針９の位置および角度も調整可能であることから、この装置１は、ＭＲＩガイド下において高精度の手術（たとえば位置決め精度が±０．５ｍｍ程度の脳定位手術）を行いやすい構成を有しているといえる。

つづく図５は、別の実施形態としての脳手術用頭部固定装置５１を示す正面図（図５（ａ））および側面図（同（ｂ））である。図１〜図４の固定装置１と一致する部分には同一の符号を付け、その部分の詳しい説明は省略する。

固定装置５１においては、頭部固定部材５２の二股型アーム５３を、片側ずつの一対のアーム５３ａ・５３ｂによる左右連結型のものとして構成している。一方のアーム５３ｂの下部にギヤ状の凹凸部５４を形成し、他方のアーム５３ａに設けた調整ねじ５６ａ・５６ｂを操作することにより、当該凹凸部５４を介したアーム５３ａ・５３ｂ間の結合位置を変更し、もって両者間の幅および左右位置を調整する。
また、二股型アーム５３は、水平ピンを含むジョイント部５７で連結した２本の支持フレーム５８・５９を介してベッド２に取り付けている。ベッド２に固定した支持フレーム５９に対する二股型アーム５３側の支持フレーム５８の角度を変更することにより、二股型アーム５３の高さを変更して、頭部固定部材５２が定める患者の頭部６の高さを調整することが可能である。
なお、この固定装置５１でも、支持フレーム５８・５９や二股型アーム５３（５３ａ・５３ｂ）などはジュラコンまたはユニレート等の樹脂で形成し、操作用保持部材１０や穿刺針９などはチタンやステンレス、アルミニウムなどの非磁性の金属で形成している。

発明の実施形態としての脳手術用頭部固定装置１をベッド２およびＭＲＩ装置３とともに示す側面図である。 上記の固定装置１についての正面図である。 図３（ａ）は、図２の固定装置１に穿刺針９の操作保持部材１０を取り付けた状態を示す正面図で、同（ｂ）は、そのｂ−ｂ矢視図（平面図）である。 図４（ａ）は、固定装置１のうち支持柱１１および支持板１２等を示す平面図で、同（ｂ）はそれらの側面図である。 図５（ａ）は、別の実施形態としての脳手術用頭部固定装置５１を示す正面図で、同（ｂ）はその側面図（ｂ−ｂ矢視図）である。

符号の説明

１・５１ 脳手術用頭部固定装置
２ ベッド（寝台）
３ ＭＲＩ装置
６ 頭部
８・５２ 頭部固定部材
９ 穿刺針
１０ 操作用保持部材
１１ 支持柱
１２ 支持板
１３・５３ 二股型アーム
１４ ヘッドピン
１８ｂ 案内ロッド
１９ アーム
２２ ターンバックル
２３ スライド部材
２９ 回転位置調整プレート
３０ 水平位置調整プレート

Claims (6)

1. ＭＲＩを使用しながら脳の手術を行うことを可能にする脳手術用頭部固定装置。
2. ＭＲＩの磁場において使用され得る材料で形成されていてＭＲＩの制約空間内に配置され得る大きさを有するとともに、穿刺針の操作用保持部材を有することを特徴とする請求項１に記載の脳手術用頭部固定装置。
3. 穿刺針の操作用保持部材が頭部固定部材に取り付けられていて、当該頭部固定部材が、位置および角度の調整を可能にして寝台の端部に取り付けられることを特徴とする請求項１または２に記載の脳手術用頭部固定装置。
4. 寝台の端部に支持板が固定され、その支持板上に立てられた支持柱に対して頭部固定部材と穿刺針の操作用保持部材とが取り付けられ、支持柱の位置と向きとが変更可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の脳手術用頭部固定装置。
5. 上記の支持柱に取り付けられた頭部固定部材が、頭部を両側の３個所以上で直接支持するヘッドピンとそれを保持する二股型のアームとを有し、
   当該アームと上記の支持柱および支持板が樹脂により形成されていて、穿刺針およびその操作用保持部材が非磁性の金属により形成されている
   ことを特徴とする請求項４に記載の脳手術用頭部固定装置。
6. 上記した二股型のアームが一体の部品であるうえ、当該アームから寝台までの間に、接触する二部品が鉛直面内での相対変位を起こし得る連結部分が存在しないことを特徴とする請求項５に記載の脳手術用頭部固定装置。
   

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