JP5050244B2 - 立体構造物を制御するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、立体構造物（ｃｏｒｐｏｒｅａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を制御するための機器、特に穿刺針または手術用プローブを差し込むための機器に関する。

かかる機器は、本発明者の国際公開第９７／２０５１５号パンフレットの基本的構想から知られている。この位置合わせ装置（ｔａｒｇｅｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）は、身体上または身体内のポイントを正確に制御することを伴う多くの外科手術または定位手術においてその価値が証明されてきた。特に、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）などの最先端のコンピュータ技術を組み込むことによって、医療器具の挿入（ｅｎｔｒａｎｃｅ）位置、挿入深さおよび挿入方向を正確に決定することが可能になったため、これらの医療器具の案内用の位置合わせ装置も向上した精度を達成するであろう。例えばＣＴによって決定された患者のデータおよびパラメータを用いて、身体上または身体内の所定の標的ポイントに器具を導くことが可能になるはずである。

医療器具の案内用のかかる位置合わせ装置に関連する側面は、高い目標精度と迅速な再現性である。これまで実用されている位置合わせ装置は、例えば、米国特許第５２５７９９８Ａ号明細書、米国特許第５１７６６８９Ａ号明細書または米国特許第５２０１７４２Ａ号明細書によれば、金属製のブラケットまたはベンドでできた定位フレームに結合された大きなガイドチューブから主に構成されている。これらの機器は上記の要件を完全には満たさないが、その理由は、重い定位フレームを備えたかかる位置合わせ装置では再現可能な位置決めが極めて難しくなるからである。患者ごとに機器を設定し直す必要があるため、外科手術を繰り返した後では、定位精度が悪くなる。従来の位置合わせ装置は大きなフレームに結合されるため、可変性が制限されることが多い。このことは、特に定位手術の場合に、このフレームに懸架される位置合わせ装置を用いて、異なる挿入位置へ移動したりまたは近づけたりする場合にも当てはまる。個々の患者の身体の断層は、それぞれの定位空間座標を用いて３次元物体に再構成され、手術室のモニターに伝送される。手術室において、この仮想画像は、モニターに連結されかつ端部にプローブを備えた受動メカニカルアームによって、患者に対してキャリブレーションされる。

この患者に対するキャリブレーションは、いくつかのポイント、例えば解剖学的に重要なポイントに近づけることによって、または患者またはキャリブレーション機器のＸ線キャリブレーションポイント（マーカー）に近づけることによって行われる。コンピュータは、スクリーン上の再構成された３次元物体に対するそれぞれの相互関係にしたがって、この仮想空間にこの３次元物体を合わせることが可能である。医師は、再構成された３次元物体およびプローブの先端を常に示す複数の２次元画像を利用して手術中の自分の配置を決定できる。放射線治療においても、穿刺針（いわゆるピン）が、照射対象の腫瘍組織に直接差し込まれる。その後、針の先端から発せられる放射性物質によって腫瘍を直接照射する。この場合、１つのポイント（例えば腫瘍の中心）に針を正確に差し込み、健常な組織を避けて保護する必要がある。プローブの先端の位置ではなく、身体の中または身体の上における針の先端の位置が表示されるため、コンピュータ支援されたナビゲーションシステムを用いて、この分野における決定的な改良を実現することが可能になったが、迅速で簡単な再現性に対する要求があるため、３つの空間平面全てにおける正確な保持を可能にするために、位置合わせ装置の改良がさらに求められている。これは、手のわずかな不意の動きがあるため、熟練した医師にとっても非常に難しい。このため、針を引き抜いて再び入れ直す必要があることがしばしばある。したがって、極細の針のわずかな屈曲が生じ得ることから、時間的な制約が大きいことも針の入れ直しも患者にとって煩わしい。針の屈曲をコンピュータによって記録したりまたは計算したりすることはできないため、コンピュータは空間における針の先端の瞬間的な位置についての誤った情報を提供し、これが重大な結果につながることがある。

したがって、本発明は、構造が簡単であることに加えて、医療器具の正確で再現可能かつ可変な案内を特に提供する、上記の要件を満たす立体構造物を制御するための機器を提供するという目的に基づくものである。

上記目的は、請求項１の特徴を備えた機器によって達成される。

位置合わせ装置の望ましい空間位置決めおよび正確な位置合わせは、好ましくは互いに上下に直接重ねて配置され、かつＸ−Ｙ平面で可動な調整アームを各々備えた２つの作動駆動装置を結合することによって可能になる。該作動駆動装置は、それらのＸ軸および／またはＹ軸で別々にまたは交互に、起動または遠隔制御することが可能であり、それにより、空間軸における位置合わせ装置の意図した通りの設置を可能にするべく前記作動駆動装置によって位置合わせ装置を正確かつ迅速に調整することが可能である。これにより、手術室に隣接した部屋から、（例えばＣＴによって）予め決定された手術位置または標的位置の非常に正確な位置をとることが可能になり、器具、特に穿刺針または外科手術用プローブの正確な案内によって脳神経外科で通常行われる手術が容易になると共に、手術スタッフの放射線曝露が大幅に軽減される。

好ましい実施形態は、従属項の主題である。特に好適なのは、重ねられた平坦な箱としての作動駆動装置の配置構成および患者に対して曲がっている調整アームの構成である。この方式で、系座標の所望の空間ポイントに、例えば画像法などで基準平面として近づけることができる。位置合わせ装置は特に、できるだけ遠くまで器具を支持できるように、端部側面にボール頭の付いたガイドチューブを備えている。このため、この位置合わせ装置によって、互いに正確な位置設定で器具を差し込むことが可能になる。一旦、ホルダを例えば腫瘍の中心に手動で予め設定すれば、放射線治療中のスタッフの放射線曝露を有利に軽減するために、他の部屋から遠隔制御される作動駆動装置によって、器具の精密位置決めを行うことが可能である。一旦、位置合わせ装置を予め調整すれば、仮想患者の中または仮想患者の上の位置をモニターで監視しながら、例えば作動駆動装置によって定位空間の領域の付近に針またはプローブの先端が案内されるように、シミュレーションを行うことも可能である。

好ましい実施形態を図面を参照して説明する。

位置合わせ装置１０を固定するために、磁化可能なステンレス鋼製のベースプレート１は、例えば、該ベースプレート１にネジ留めされる金属製の爪によって、その裏側が手術台に接合される。ベースプレート１は、高強度を確保しながら、手術台に対して水平方向および垂直方向に調整可能である。位置合わせ装置１０を支えるホルダの部分は各々、ベースホルダ２と、保持ロッド３および４とからなり、該保持ロッド３および４は、ベースホルダ２に連結され、各々自由端に位置合わせ装置１０用の作動駆動装置６を固締するための軸受５を備えている。ベースホルダ２は、機械的に、磁気式または空気圧式にベースプレート１の任意の位置に固定可能である。このため、患者を覆う骨格状のフレーム１ａが設けられている。保持ロッド３および４の連結された接続部は各々、この場合ここで示されるようにかんざしスパナである拘束装置によって固定可能であり、それによって、Ｘ−Ｙ平面で可動な調整アーム７を備えた作動駆動装置６の動力伝達および位置の固定が確保される。

標的組織Ｚに近づけるための、医療器具８用のガイドチューブ９は、ボール頭９ａが２つの曲がった調整アーム７の自由端で保持される。ここで示されるように、使用される器具８（特に、軸方向に設置するための、ストッパを備えた穿刺針８）に対して調整するためのプローブまたは挿入チューブが、ガイドチューブ９に差し込み可能である。また、器具８の軸方向位置をクランプ装置で正確に固定することも可能である。位置合わせ装置１０の予備調整のために、２つのベースホルダ２またはフレーム１ａは印１ｂを利用してベースプレート１上に予備位置決めされる。その後、例えばプローブがガイド手段９内に挿入され、次にプローブは、プローブ先端が大体所望の挿入ポイントに位置するまでの時間、仮想空間内で案内され、突出線（すなわち、プローブの軸に沿ったプローブ先端の伸張部）が、前方送り方向（モニターで見ることができる）と適合される。

その際、スタッフは放射線室から離れることができ、作動駆動装置６を遠隔制御することによって所望の標的ポイントＺに正確に近づけることができる。このプロセスでは、調整アーム７をＸ−Ｙ平面で微調整することによって、位置合わせ装置１０の挿入ポイントおよび挿入方向が微調整される。位置合わせ装置１０全体は、定位フレーム１ａに対して、ひいてはキャリブレーション機器および患者に対して、（患者抜きの）シミュレーションによって予め正確に設定可能である。手術中、患者は、ＣＴでスキャンされるときと全く同じようにフレーム１ａに適合される。このとき、ナビゲーションシステムがキャリブレーションされ、位置合わせ装置１０は、定位的に適切に取り付けられる。検査のために、プローブは、既に調整された位置合わせ装置１０に再び差し込むことが可能である。必要に応じて、プローブは再調整可能である。プローブは予備調整によって既にほぼ適切な位置にあり、作動駆動装置６によって標的位置Ｚに対して迅速かつ正確に器具を再調整することが可能であるため、再調整は必要に応じて迅速に行うことが可能である。

針の先端が標的ポイントＺに達した後、腫瘍の実際の照射を開始できる。プローブの一回だけのシミュレーションおよび予備調整の後、患者に対して手術を所望の回数行うことができる。重ねられた作動駆動装置６の２つの調整アーム７による、ガイドチューブ１０を備えた位置合わせ装置１０の位置が、本明細書では関連して重要である。複合スライドの形態で、Ｘ方向駆動要素およびＹ方向駆動要素（好ましくはネジ留め式スピンドル）を各々備えたこれらの作動駆動装置６は、互いに直接上下に重ねて配置される（図２も参照のこと）。したがって、作動駆動装置６は、調整アーム７を長手方向および／または横方向に変位することが可能であり、それによってガイドチューブ９は任意の角度位置まで回転可能であるように配置され、さらに、作動駆動装置によって位置合わせ装置１０をＸ方向および／またはＹ方向に変位するため、また、位置合わせ装置１０をその回転軸を中心に回転させるために変位可能なように配置される。図２は左上に傾斜した位置に回転された位置合わせ装置１０を示している。また、ガイドチューブ９に挿入される器具８を回転させて、元々予定していた標的Ｚから別の標的に近づけることも可能である。このため、下側の作動駆動装置６は、ガイドチューブをより勾配をつけて位置決めして、それによってミリメートル単位の比較的細い穿刺針に正確に合わせて標的方向の微調整を実現するために横方向に左側に変位可能でありうる。

図２の右側部分は、作動駆動装置６の固定をより詳細に示している。作動駆動装置６は玉継手を備えた保持ロッド３および４を介してベースホルダ６に接続されている。玉継手は、かんざしスパナによってロック装置が作動される形で拘束可能である。位置合わせ装置１０を２つの作動駆動装置６に配置することによって、作動駆動装置６による微調整が可能となり、器具８を案内するためのガイドチューブ９の空間位置が意図した通りに設定可能となることに留意されたい。したがって、位置合わせ装置１０を任意の所望の空間位置に調整することが可能となる。保持ロッド３および４を下げることによって、位置合わせ装置１０を患者に対して下げて、標的位置Ｚにできるだけ近づけ、細い針の屈曲を防ぐことができる。

ベースプレートと、ベースを備えた２つのベースホルダと、玉継手によって接続された保持ロッドとを備えた機器の斜視図を示している。 位置合わせ装置をわずかに拡大した図を含む、図１と反対方向から見た斜視図を示している。

Claims (6)

1. ベースプレートと、
   ベースプレートに取り付けられる少なくとも１つのベースホルダと、
   ベースホルダに回転を拘束する手段を有する玉継手を介して結合され、先端の位置が移動制御される保持ロッドと、
   保持ロッドの先端側に、回転を拘束する手段を有する玉継手を介して接続され、保持ロッドの変位に応じ、所定の位置に保持され、それぞれ独立してＸ平面及びＹ平面方向に移動制御される２つの調整アームを具備する作動駆動装置と、
   作動駆動装置の各調整アームの先端にそれぞれ設けられるボール頭と、２つのボール頭の間に設けられるガイドチューブとを有する位置合わせ装置と、
   位置合わせ装置のガイドチューブによって案内される医療器具と
   を具備する医療器具を位置決めするための機器。
2. 前記調整アームが患者に対して曲がっていることを特徴とする請求項１に記載の機器。
3. 前記ベースプレートが、骨格状または門形のフレームを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の機器。
4. 前記ベースプレートが、磁気式、空気圧式または機械的に前記ベースプレートに固締可能な前記フレームを再位置決めするための印を備えていることを特徴とする請求項３に記載の機器。
5. 前記２つの作動駆動装置が、互いに上下に直接重ねて配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の機器。
6. 前記作動駆動装置が各々、遠隔制御可能なネジ留め式スピンドルを備えた、前記それぞれの調整アームをＸ−Ｙ平面で調整するための複合スライドを含むこと
   を特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の機器。

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