KR102092583B1 - 수술용 도구에 의한 환자 신경 조직의 전방향 바이폴라 자극 시스템 - Google Patents

수술용 도구에 의한 환자 신경 조직의 전방향 바이폴라 자극 시스템 Download PDF

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매튜 엘. 캔트웰
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메드트로닉 좀드 인코퍼레이티드
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Abstract

제 1 연결 요소, 접촉 요소 및 전도성 요소들을 포함하는 수술용 도구가 개시된다. 접촉 요소는 환자의 조직과 접촉하도록 구성된다. 전도성 요소들은 연결 요소로부터 접촉 요소들까지 연장된다. 전도성 요소들은 각각 절연 외부 층을 구비한다. 절연성 외부 층들은 전도성 요소들을 서로 격리시킨다. 제 1 연결 요소는 모듈러 자극 모듈상의 제 2 연결 요소들로부터 단일 위상 자극 펄스에 연결되고 이를 수신하도록 구성된다. 모듈러 자극 모듈은 제 2 연결 요소를 통해 도구 및 다른 도구들에 연결되도록 구성된다. 전도성 요소들은 단일 위상 자극 펄스를 연결 요소들로부터 접촉 요소들로 전달하도록 구성된다.

Description

수술용 도구에 의한 환자 신경 조직의 전방향 바이폴라 자극 시스템
본 발명은 대리인 번호 5074X-000026-US 이며, 본원과 동시에 출원된 "바이폴라 자극 프로브에 의한 환자의 신경 조직의 전방향 바이폴라 자극 시스템 및 방법" 이라는 제목의 미국 특허 출원과 관련된다. 이 출원의 전체 개시 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
본원에 제공된 배경기술 설명은 일반적으로 본 발명의 맥락을 제시하기 위한 것이다. 현재 지명된 발명자들의 작업은, 본 배경 기술란에 기재된 범위 내에서, 출원시 선행 기술로서의 자격을 갖지 않을 수도 있는 설명의 측면일 뿐 아니라, 본 개시에 대한 선행 기술로서 명시적으로 또는 암시적으로 인정되지 않는다.
환자의 신경은 모노-폴라 자극 프로브를 통해 신경에 전류를 가함으로써 자극될 수 있다. 모노-폴라 자극 프로브는 자극 전극 팁을 포함할 수 있다. 외과의사는 전극 팁으로 환자 부위를 만질 수 있어 환자 부위에 전압, 전류, 또는 전압 및 전류를 제공하고 신경 활동을 자극하여 결과적으로 근육 반응(또는 근육 활동)을 일으킬 수 있다. 리턴(return)(또는 양극) 바늘이 와이어를 통해 모노-폴라 자극 프로브에; 및 (i) 센서 및 (ii) 자극받는 영역에서 멀리 떨어진 환자에게 부착될 수 있다. 센서들은 환자에게 부착되어 근육 활동을 모니터링하도록 사용되는 전극을 포함할 수 있다. 모노-폴라 자극 프로브는 신경에 인가된 전류의 깊은 집중 침투를 제공할 수 있지만, 모노-폴라 자극 프로브는 리턴 바늘에 모노-폴라 자극 프로브가 부착되어 있기 때문에 외과 의사의 손 움직임을 제한한다.
와이어 및 리턴 니들의 사용을 제거하기 위해, 동심 프로브, 병렬(side-by-side) 바이폴라 자극 프로브 또는 트리-폴라 자극 프로브가 사용될 수 있다. 동심 프로브는 음극 전극 내에서 연장되는 양극(또는 중심) 전극을 포함한다. 양극 전극은 양극 전극 주위의 절연 실드를 통해 음극 전극으로부터 절연된다. 동심 프로브가 모노-폴라 자극 프로브와 연관된 와이어 및 리턴 바늘의 필요성을 없애지만 전류 밀도 및 전류 조직 침투가 낮다. 병렬 바이폴라 자극 프로브와 트리-폴라 자극 프로브는 유사하다. 병렬 바이폴라 자극 프로브는 두 개의 팁(양극 전극 및 음극 전극)을 포함한다. 트리-폴라 자극 프로브는 세 개의 팁(두 개의 음극 전극과 단일 양극 전극)을 갖는다. 양극 전극은 2개의 음극 전극 사이에 위치한다. 트리-폴라 자극 프로브는 여분의(또는 제3의) 전극으로 인해 병렬 바이폴라 자극 프로브보다 크기가 약 30% 더 크다.
병렬 바이폴라 자극 프로브는 단일 양극 전극 및 단일 음극 전극을 가진다. 두 전극을 통해 흐르는 전류는 신경을 자극하기 위해 신경에 직접적으로 또는 간접적으로 인가될 수 있다. 음의 전류는 음극(cathodal) 전극(음극 또는 음의 전극이라고 함)을 통해 신경에 인가될 수 있다. 신경은 양극 전극(양극 또는 양의 전극이라고 함)에서 여기에 저항한다. 이는 음극 전류가 음극으로부터 신경 세포의 신경 세포 막 외부로 전압을 감소시켜서 탈극 및 활동 전위를 유발한 결과이다. 양극은 신경 세포막 외부에 양극 전류를 주입하여 과분극을 유도한다. 선호 음극 자극은 음극이 자극 전극으로 사용될 때 근육의 운동 반응을 이끌어 내기 위해 필요한 전류의 양을 줄이는 것(1/3에서 1/4)을 의미한다. 음극이 사용될 때 인가되는 전류의 양은 음극이 자극 전극으로 사용될 때 근육의 운동 반응을 유도하는데 필요한 전류의 양보다 적다. 음극을 사용하여 신경을 자극하기 위하여 음극이 자극 바늘이나 카테터에 부착될 수 있다; 및 양극은 전류 복귀 전극으로 사용될 수 있고 리턴 와이어를 통해 환자의 피부에 부착되거나 접촉할 수 있다.
외과의사가 병렬 바이폴라 자극 프로브를 사용하는 경우, 신경에 대한 병렬 바이폴라 자극 프로브의 전극 배향은 신경 자극과 관련된 유발된 반응에 영향을 미친다. 자극에 의해 유발되는 신경 작용 전위는 신경에 대한 전극의 방향에 따라 다르다. 바이폴라 자극 프로브의 음극은 적절한 반응을 유발하기 위해 신경을 따라 원위로 위치되어야 한다. 음극을 신경을 따라 원위로 위치시키는데 있어, 양극에 비하여 음극은 신경의 축삭 머리(axonal head)(또는 세포체)로부터 떨어져 신경의 축삭 말단(axon terminals), 표적 근육, 또는 축삭 말단 및 표적 근육으로 향한다. 적절하게 방향이 지정되지 않으면 응답이 없거나 부적절한 응답(예를 들어, 잘못된 신호 또는 신호 강도가 낮은 신호)이 생성될 수 있다.
병렬 바이폴라 자극 프로브의 전극은 적절한 응답을 얻고 적절한 응답을 수신하기 위해 가해진 전류의 양을 최소화하도록 신경에 대해 적절하게 배향되어야하지만 전극은 여러 가지 이유로 부적절하게 배향될 수 있다. 예를 들어, 외과의사는 병렬 바이폴라 자극 프로브의 전극들이 신경에 대해 적절하게 배향될 필요가 있다는 것을 알지 못할 수도 있다. 또 다른 예로, 외과 의사는 신경의 방향을 인식하지 못하고 결과적으로 축삭 머리 또는 신경 말단이 어디에 있는지 알지 못할 수 있다. 이러한 이유로, 외과의사는 병렬 바이폴라 자극 프로브의 전극들의 적절한 배향을 결정할 수 없을 수도 있다. 또 다른 예로서, 외과의사는 환자 신경의 해부학적 변형으로 인하여 신경상의 바이폴라 자극기의 전극의 방향을 인식하지 못할 수 있다. 또한, 외과 의사는 외과 의사의 손에 있는 양극 바이폴라 자극 프로브를 단순히 회전시킴으로써 병렬 바이폴라 자극 프로브의 전극의 방향을 부주의하게 변경할 수 있다. 이러한 인적 요소로 인하여 양극 바이폴라 자극 프로브가 신경에서 적절한 반응을 유발하지 못할 수 있다. 결과적으로, 외과의사는 무시해도 될만한 근육 반응 또는 검출된 근육 반응의 결핍으로 인해 신경 조직이 아닌 것으로 생각되는 신경 조직을 부주의하게 절제할 수 있다.
외과용 도구가 제공되며, 제1 연결 요소, 접촉 요소 및 전도성 요소를 포함한다. 접촉 요소는 환자의 신경 조직에 접촉하도록 구성된다. 전도성 요소는 연결 요소부터 접촉 요소까지 연장된다. 전도성 요소는 각각 절연 외부층을 갖는다. 절연 외부층은 전도성 요소를 서로 격리시킨다. 제1 연결 요소는 모듈러 자극 모듈상의 제2 연결 요소에 연결되어 단일 위상(monophasic) 자극 펄스를 수신하도록 구성된다. 모듈러 자극 모듈은 제2 연결 요소를 통해 도구 및 다른 도구에 연결되도록 구성된다. 전도성 요소는 단일 위상 자극 펄스를 연결 요소로부터 접촉 요소로 전달하도록 구성된다.
다른 특징으로, 모듈러 자극 모듈이 제공되며, 제1 연결 요소, 제어 모듈, 바이폴라 자극 모듈 및 스위칭 모듈을 포함한다. 제1 연결 요소는 수술 도구 상의 제2 연결 요소에 연결되도록 구성된다. 제1 연결 요소는 제1 연결 요소 및 제2 연결 요소를 포함한다. 제어 모듈은 (i) 제어 신호를 생성하고, 및 (ii) 제1 펄스 및 제2 펄스를 생성함으로써 환자의 신경 조직을 자극하도록 구성된다. 바이폴라 자극 모듈은 제1 펄스 및 제2 펄스에 기초하여 단일 위상 자극 펄스를 생성하도록 구성된다. 바이폴라 자극 모듈은 제1 연결 요소 및 제2 연결 요소를 통해 도구상의 접촉 요소에 단일 위상 자극 펄스를 출력하도록 구성된다. 단일 위상 자극 펄스는 제3 펄스 및 제4 펄스를 포함한다. 스위칭 모듈은 제어 신호 및 단일 위상 자극 펄스에 기초하여, (i) 제1 연결 요소 상에 제3 펄스 및 (ii) 제2 연결 요소 상에 제4 펄스를 출력하도록 구성된다.
본 발명의 적용 범위는 상세한 설명, 청구항 및 도면으로부터 명백해질 것이다. 상세한 설명 및 특정예는 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 자극 프로브를 포함하는 무선 신경 무결성 모니터링(wireless nerve integrity monitoring, WNIM) 시스템의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자극 프로브의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 자극 프로브, 콘솔 인터페이스 모듈(console interface module) 및 NIM 장치의 기능 블록도이다.
도 4는 도 3의 자극 프로브의 기능 블록도 및 본 발명에 따른 또 다른 NIM 장치를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 모듈러 자극 모듈을 포함하는 도 3의 자극 프로브 일부의 기능 블록도이다.
도 6은 본 발명에 따른 모듈러 자극 모듈의 일부의 기능 블록 및 개략도이다.
도 7은 본 발명에 따른 자극 프로브를 작동시키는 방법을 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 자극 프로브에 의해 생성된 신호의 바이폴라 신호 플롯이다.
도 9는 본 발명에 따른 기구의 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 다른 기구의 사시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 모듈러 자극 모듈에 연결되도록 구성된 도구의 사시도이다.
도 12는 도 11의 도구 일부분의 측면도이다.
도 13은 도 11의 도구 일부분의 사시단면도이다.
도 14는 도 11의 도구의 힌지 부분의 사시단면도이다.
도 15는 도 11의 도구의 힌지 부분의 사시조립도이다.
도 16A-D는 본 개시에 따라 노출된 팁 패치들을 구비한 도구의 사시팁도(perspective tip views)이다
도 17a 내지 도 17d는 본 발명에 따른 노출된 나선형 트레이스들(traces)을 구비한 도구의 사시팁도이다.
도 18A-D는 본 발명에 따른 바늘 코 패치들(needle nose patches)을 구비한 도구의 사시도이다.
도 19a 내지 도 19e는 본 발명에 따른 내부 노출되고 오프셋된 트레이스들 및 외부 노출된 패치들을 구비한 도구의 사시팁도이다.
도면에서, 참조 번호들은 유사한 또는 동일한 요소들을 식별하기 위해 재사용될 수 있다.
모노-폴라 자극 프로브, 동심 자극 프로브, 병렬 바이폴라 자극 프로브 및 트리-폴라 자극 프로브와 관련된 단점을 극복하기 위해 바이폴라 자극 프로브 및 대응 시스템 및 방법들이 본원에 개시된다.
하기에 개시된 바이폴라 자극 프로브의 실시예들은: 리턴 바늘 및 대응 와이어의 필요성을 제거하고; 바이폴라 자극 프로브와 관련된 자극된 신경 침투를 제공하고; 안정적인 근육 반응을 갖는 선호 음극 자극을 제공한다. 개시된 실시예는 바이폴라 자극 프로브의 전극을 적절히 배향시킬 필요없이 종래의 바이폴라 자극 프로브 설계와 관련된 위음성(false negatives)을 방지한다. 개시된 실시예들은 동심원 프로브 설계보다 더 깊은 조직 침투를 제공하면서도 전통적인 트리-폴라 프로브 팁 설계보다 약 30% 더 작은 프로브 팁 설계를 제공한다. 실시예들은 휴대용, 배터리 전원 및 와이어 중 하나 이상이 없는 바이폴라 자극 프로브들을 포함한다. 이러한 예는 전선의 감소, 제거 또는 전선의 감소 및 제거, 및 부적절한 신경 자극과 관련된 부적절한 반응을 예방하여 수술실의 혼란 또는 시간의 비효율을 최소화한다. 하기에 개시된 자극은 또한 신경을 자극하는 것과 관련된 전력 소비를 최소화한다.
하기 도면들에 다양한 자극 프로브들이 개시된다. 자극 프로브들은 주로 신경 무결성 모니터링 시스템과 무선으로 통신할 수 있는 무선 장치로 설명되지만, 자극 프로브는 (i) 신경 무결성 모니터링 시스템에 배선될 수 있거나 (ii) 신경 무결성 모니터링 시스템과 분리되어 사용될 수도 있고 신경 무결성 모니터링 시스템과 통신하지 않을 수 있다.
도 1은 무선 신경 무결성 모니터링(WNIM) 시스템(10)을 도시한다. WNIM 시스템(10)은 도시된 바와 같이 센서(12,13), 바이폴라 자극 프로브(이하, "자극 프로브"라 함)(14), 무선 인터페이스 어댑터(WIA)(16) 및 NIM 장치(18)를 포함한다. 병렬 바이폴라 자극 프로브가 도시되어 있지만, 바이폴라 자극 프로브(14)는 바이폴라 자극 프로브로 사용되는 동심원 또는 트리-폴라형 안정화 프로브일 수 있다. 따라서, 바이폴라 자극 프로브의 전극들은 병렬 배열, 동심 배열 또는 트리-폴라 배열일 수 있다. 예를 들어, 동심 자극 프로브는 내부 전극과 내부 전극을 둘러싸는 외부 전극을 포함한다. 내부 전극 및 외부 전극이 신경 조직에 대해 예각을 이룰 경우, 동심 자극 프로브는 바이폴라 자극 프로브로 사용될 수 있는데, 이는 외부 전극이 신경 조직에 수직하지 않고 따라서 신경 조직에 완전히 접촉되지 않기 때문이다. 다른예로, 내부 전극과 트리-폴라 프로브의 2개의 외부 전극 중 하나만이 신경 조직과 접촉하는 경우, 제2 외부 전극이 신경 조직과 접촉하지 않기 때문에 바이폴라 프로브로서 트리-폴라 프로브가 사용될 수 있다.
(WIA)(16)는 NIM 장치(18)의 뒷면에 막혀있는 것으로 도시된다. WIA(16)가 인터페이스(20)를 통해 NIM 장치(18)에 플러그된 것으로 도시되지만, WIA(16)는 NIM 장치(18)와는 별개이고 NIM 장치(18)와 무선 통신할 수 있다. 센서들(12, 13) 및 자극 프로브(14)는 CIM, NIM 장치(18), 또는 CIM 및 NIM 장치(18)와 무선으로 통신한다. 일 실시예에서, WIA(16)는 NIM 장치(18)에 연결되고 센서(12, 13) 및 자극 프로브(14)와 무선 통신한다. 이하에서 NIM 장치(18)로부터 CIM으로 송신되는 것으로 설명되는 정보는 CIM으로부터 센서(12, 13), 자극 프로브(14), 또는 센서(12, 13) 및 자극 프로브(14)로 전달될 수 있다. 센서(12, 13), 자극 프로브(14), 또는 센서(12, 13) 및 자극 프로브(14)로부터 CIM으로 전송되는 것으로 후술되는 정보 또는 데이터는 CIM으로부터 NIM 장치(18)로 전달될 수 있다.
WIA(16)는 (i) NIM 장치(18)와 (ii) 센서(12, 13) 및 자극 프로브(14) 사이에서 신호들을 전송한다; 또는 후술되는 바와 같이 신호를 센서(12, 13), 자극 프로브(14), 또는 센서(12, 13) 및 자극 프로브(14)로 전송하기 전에 NIM 장치(18)로부터 수신된 신호에 부가적인 정보를 추가한다. WIA(16)는 필수적으로 패스 스루 장치(pass through device)로 작동할 수 있다; 스마트 장치로서 작동할 수 있고, 수신된 신호들에 제공된 정보를 추가 또는 대체할 수 있다. WIA(16)는 NMI 장치(18)가 레거시 하드웨어(legacy hardware)와 호환되도록 한다. WIA(16)는 NIM 장치(18)로부터 플러깅되지 않고, 종래의 전극 접속 박스는 WIA(16)와 같은 NIM 장치(18)의 동일한 인터페이스를 사용하여 WIA(16)에 접속될 수 있다. WIA(16)는 (i) NIM 장치(18)와 (ii) 센서(12, 13) 및 자극 프로브(14) 사이에 전통적으로 연결된 케이블을 대체한다. 이것은 환자가 있는 살균 필드(sterile field)를 가로지르는(내부에서 외부로 연장되는) 와이어를 제거한다.
다른 예로서, WIA(16)는 센서(12, 13), 자극 프로브(14), 또는 센서(12, 13) 및 자극 프로브(14)로부터 신호를 수신할 수 있다. 센서(12, 13), 자극 프로브(14), 또는 센서(12, 13) 및 자극 프로브(14)로부터의 신호는 전압, 전류 레벨, 지속 시간, 진폭 등을 지시할 수 있다. WIA(16)는 예를 들어, 수신된 신호에 기초하여 지속 시간 및 진폭을 결정할 수 있다. 자극 프로브(14) 로부터의 신호들은 예를 들어, 전압, 전류 레벨, 기간, 환자에게 제공되는 자극 펄스의 진폭 등을 포함할 수 있다. 수신된 신호들 또는 결정된 정보는 평가를 위해 또는 NIM 장치(18)의 스크린 상에 디스플레이하기 위해 NIM 장치(18)로 전송될 수 있다. WIA(16), NIM 장치(18), 또는 WIA(16) 및 NIM 장치(18)는 자극 프로브(14)와 통신할 수 있고; 자극 프로브(14)의 작동을 제어할 수 있다; 또는 자극 프로브(14)로부터 수신된 신호들/파라미터에 기초하여 자극 프로브(14)에 응답할 수 있다. WIA(16), NIM 장치(18), 또는 WIA(16) 및 NIM 장치(18)는 펄스의 수, 펄스 지속 시간, 펄스의 방향(음극 전극 또는 양극 전극을 통해 인가됨), 펄스의 진폭, 자극 프로브(14), 또는 펄스의 진폭 및 자극 프로브(14)에 의해 생성된 펄스의 주파수를 제어할 수 있다.
2개의 유형의 센서(12, 13)가 도 1에 도시되어 있지만, 다른 유형의 센서가 WNIM 시스템(10)에 통합될 수 있다. 제1 타입의 센서(12)는 핀 센서로 지칭되며, 예를 들어 환자의 근육 조직에 삽입되는 핀(21)(또는 바늘)의 각각의 쌍을 포함한다. 제2 유형의 센서(13)는 표면 센서로 지칭되며, 예를 들어 근육 조직을 통해 환자의 피부에 부착된다. 핀 센서(12)는 예를 들어, 핀 센서(12)의 각 쌍의 핀(21) 사이의 전위를 검출하는데 사용될 수 있다. 표면 센서(13)는 예를 들어, 표면 센서(13)의 각 패드 사이의 전위를 검출하는데 사용될 수 있다. 핀 센서(12)는 도시된 바와 같이 각각 2개의 핀을 포함할 수 있거나 다른 개수의 핀을 포함할 수 있다. 핀은 전극으로 지칭될 수 있다. 각각의 표면 센서(13)는 2개 이상의 패드를 포함할 수 있다. 패드는 전극으로 지칭될 수 있다.
센서(12, 13)는 전극(34)을 통해 환자의 조직에 발생된 근전도 신호를 검출한다. 근전도 신호는 전압 전위를 갖는 전압 신호의 형태일 수 있다. 센서(12, 13)는 신경, 근육, 또는 신경 및 근육 활동을 디지털화(digitize)하고 이 정보를 CIM, NIM 장치(18), 또는 CIM 및 NIM 장치(18)에 무선으로 전송하는데 사용된다. 센서(12, 13)는 신경, 근육, 또는 신경 및 근육 활동에서 버스트들(bursts)(예를 들어, 유발된 응답 신호의 전압 증가)의 CIM, NIM 장치(18), 또는 CIM 및 NIM 장치(18)에 경고할 수 있다. 유발된 응답 신호는 자극 프로브(14)에 의해 생성된 자극 신호의 결과로서 환자의 조직에서 생성된 신호를 지칭한다.
자극 프로브(14)는 환자의 신경, 근육, 또는 신경 및 근육을 자극하는 데 사용된다. 자극 프로브(14)는 다음을 포함한다: 그립(32)을 갖는 하우징(30); 2개의 전극(34); 하나 이상의 스위치들(36)(도 2에 다른 예가 도시); 및 제어 모듈(이들의 예는 도 3 내지 도 6에 도시됨). 전극(34)은 서로 분리되어 절연되며 튜브(44) 내에서 하우징(30)으로 연장될 수 있다. 스위치(36)는 자극 프로브(14)를 켜고(turn ON), 또는 자극 펄스를 전극(34)에 인가하는데 사용될 수 있다. 자극 펄스의 예가 도 8에 도시된다. 자극 펄스는 스위치(36)를 작동시킴으로써 수동으로 생성될 수 있거나 CIM을 통해 NIM 장치(18), WIA(16), 또는 NIM 장치(18) 및 WIA(16)를 통해 생성될 수 있다. NIM 장치(18), CIM, 또는 NIM 장치(18) 및 CIM은 자극 프로브(14)의 제어 모듈에 신호를 보내 자극 펄스를 생성하여 전극(34) 근방의 하나 이상의 신경, 근육, 또는 신경 및 근육을 자극할 수 있다. 전극(34) 사이의 전위는 자극 프로브(14)의 제어 모듈; NIM 장치(18)의 제어 모듈(이의 예는 도 3 내지 도 4에 도시); 또는 CIM의 제어 모듈(이의 예는 도 3에 도시)에 의해 결정될 수 있다.
자극 프로브(14)는 정보를 CIM, NIM 장치(18), 또는 CIM 및 NIM 장치(18)에 무선으로 전송할 수 있다. 정보는 타이밍 정보; 전극들(34) 사이의 전압 전위들; 자극 펄스의 수; 펄스 식별자(ID); 생성된 자극 펄스의 전압 및 전류 레벨; 및 생성된 자극 펄스의 진폭, 피크 크기 및 지속 시간 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 타이밍 정보는 자극 펄스의 시작 및 종료 시간; 자극 펄스의 지속 시간; 서로 다른 전극의 자극 펄스 사이의 시간; 또는 동일한 전극의 자극 펄스 사이의 시간을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, WIA(16)는 WNIM 시스템(10)에 포함되지 않는다. 이 실시예에서, NIM 장치(18)는 센서(12, 13) 및 자극 프로브(14)와 직접 무선 통신한다. 이는 도 1에 도시된 센서(12, 13) 및 자극 프로브(14)와의 통신 또는 다른 센서 또는 자극 장치와의 통신을 포함할 수 있다. WNIM 시스템(10)은 임의의 개수의 센서 및 자극 프로브 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 도 2는 도 1의 자극 프로브(14)를 대체할 수 있는 자극 프로브(46)를 도시한다. 병렬 바이폴라 자극 프로브가 도시되어 있지만, 바이폴라 자극 프로브(46)는 바이폴라 자극 프로브로 사용되는 동심원 또는 트리-폴라형일 수 있다. 자극 프로브(46)는 하우징(47); 2개의 전극(48); 스위치(49); 빛(50) 및 제어 모듈(예들은 도 3 내지 도 6에 도시)을 포함한다. 전극(48)은 서로 분리되어 절연되어 튜브(51) 내에서 하우징(47)으로 연장될 수 있다. 스위치(49)는 자극 프로브(14)를 켜거나 자극 펄스를 전극(48)에 인가하는데 사용될 수 있다. 스위치(49)는 또한 자극 동안 전극(48)에 공급되는 전류의 양을 증가(또는 상승) 또는 감소(또는 하락)시키는데 사용될 수 있다. 자극 프로브(46)는 또한 전극이 언제 접촉하는지 또는 전류를 조직에 공급하는지를 지시하기 위해(예를 들어, 빛(50)을 통한) 시각적 및 청각적 중 하나 이상의 알람을 포함할 수 있다. 일례로서, 전극(48)이 접촉하고 있는지 또는 조직에 전류를 공급하고 있는지에 기초하여, 빛(50)은 색을 점멸(blink) 또는 색을 변화시킬 수 있다. 자극 프로브(46)에 의해 제공될 수 있는 자극 펄스의 실시예가 도 8에 도시된다. 자극 펄스는 스위치(49) 중 하나 이상을 작동시킴으로써 수동으로 생성될 수 있거나 CIM을 통해 NIM 장치(18) 및 WIA(16) 중 하나 이상을 통해 생성될 수 있다. NIM 장치(18) 및 CIM 중 하나 이상은 자극 프로브(14)의 제어 모듈에 신호를 보내 자극 펄스를 생성하여 전극(34)의 인접한 하나 이상의 신경 및 근육 중 하나 이상을 자극할 수 있다.
이제 도 1 내지 도 3을 참조하면, 도 3은 자극 프로브(53), CIM(54) 및 NIM 장치(55)를 도시한다. 자극 프로브(53)는 CIM(54) 및 CIM(54) 중 하나 이상을 통해 NIM 장치(55)와 무선으로 통신할 수 있다. 자극 프로브(53)는 전술한 자극 프로브(14 및 46) 중 임의의 것으로 대체하거나 유사하게 작동할 수 있다. CIM(54)은 도 1의 WIA(16)에 포함될 수 있다.
자극 프로브(53)는 제어 모듈(56)(예를 들어, 마이크로 프로세서), 메모리(58), 물리적 층(physical layer)(PHY) 모듈(60)(예를 들어, 트랜시버 및 라디오 중 하나 이상), 자극 및 모니터링 모듈(62), 전극(68), 전력 모듈(70) 및 전원(72)을 포함한다. 전극(68)은 자극 프로브(53)의 팁에 연결되거나 자극 프로브(53)의 팁을 포함할 수 있다. 자극 및 모니터링 모듈(62)은 전력 모듈(70)로부터 전력을 수신하고, 환자의 조직과 접촉하거나 환자의 조직에 전류를 공급하는 전극(68)을 통해 자극 신호를 생성한다. 비록 모듈(60, 62, 70)이 제어 모듈(56)과 분리되어 도시되어 있지만, 하나 이상의 모듈(60, 62, 70) 또는 그 일부가 제어 모듈(56)에 통합될 수 있다. 비록 전극(68)이 자극 프로브(53) 내에 있는 것으로 도시되어 있지만, 전극(68)은 자극 프로브(53)로부터 연장될 수 있고; 환자의 조직에 직접 접촉할 수 있고; 또는 수술 도구(예를 들어, 도 5, 도 9 및 도 10 참조)에 연결될 수 있고 도구를 통해 조직에 전류를 간접적으로 공급할 수 있다. 본원에 개시된 도구는 수술 도구로 언급될 수 있다. 외과용 도구는 포셉(forceps), 족집게(tweezers), 펜치(pliers), 클램프(clamps) 등 또는 본원에 개시된 다른 도구와 같은 수술 중에 사용되는 임의의 도구일 수 있다.
자극 및 모니터링 모듈(62)은 전극(68)에 공급된 전압 또는 전극(68) 중 2개에 인가된 전압 전위를 검출하고 이를 나타내는 자극 정보 신호를 생성할 수 있다. 자극 및 모니터링 모듈(62)은 (i) 하나 이상의 전극(68)에 공급된 전류를 측정하고, 및 (ii) 이를 지시하는 자극 정보 신호를 생성한다. 자극 정보 신호는 제어 모듈(56)에 제공될 수 있다.
자극 및 모니터링 모듈(62)은 전극(68)의 상태를 교대하는 바이폴라 자극 모듈(74)을 포함한다. 바이폴라 자극 모듈(74)은 양극 상태 및 음극 상태 사이에서 전극(68)의 상태를 변화시킨다. 예를 들어, 제1 모드 및 제1 펄스의 생성 중에, 전극(68) 중 제1 전극은 양극으로 작동할 수 있고 전극(68) 중 제2 전극은 음극으로 작동할 수 있다. 제2 모드 및 제2 펄스의 생성 동안, 제1 전극은 음극으로서 작동할 수 있고 제2 전극은 양극으로 작동할 수 있다. 자극 프로브(53)의 팁에 양극 및 음극의 물리적 연결을 교대시키는 전기적 스위칭의 사용은 양방향으로 이중 펄스를 발생시키는데, 각각의 펄스는 동일한 극성을 갖는다. 예를 들어, 양 펄스는 양의 극성(예를 들어, 5V) 또는 양 펄스는 음의 극성(-5V)을 가질 수 있다. 이는 단일 극성을 갖는 단일 출력 전압을 가지거나 공급하는 단일 전원의 사용을 허용한다. 모드/전극 상태 사이의 전기적 스위칭은 제어 모듈(56)에 의해 타이밍될 수 있다. 스위칭은 도 6-8을 참조하여 이하 더 설명된다. 양극 상태와 음극 상태 사이의 스위칭 및 신경의 이중 방향에서의 이중 펄스 발생의 결과, 신경 활동 전위는 외과 의사의 손에서 자극 프로브(53)의 배향; 또는 신경의 해부학적 변형(또는 신경의 배향)에 의존하지 않는다. 맥박이 신경을 따라 원위 및 근위 방향으로 보내지므로 음극을 신경을 따라 배향시킬 필요가 없다. 자극 프로브(53)의 음극 배향은 신경이 음극 자극 펄스를 수신하는 것을 보장하도록 전기적으로 교호된다.
제어 모듈(56)은 PHY 모듈(60) 및 안테나(76)를 통해 CIM(54) 및 NIM 장치(55) 중 하나 이상과 무선 통신한다. 제어 모듈(56)은 필터링 모듈(78) 및 BB 모듈(80)을 포함한다. 필터링 모듈(78)은 대역 통과(bandpass) 필터로 작동할 수 있고 미리 결정된 주파수 범위 및 직류(DC) 전압 외부의 증폭된 신호의 주파수를 걸러낼 수 있다. 이는 60Hz 노이즈와 같은 노이즈를 제거 또는 최소화할 수 있다. 필터링 모듈(78)은 자극 및 모니터링 모듈(62)로부터 자극 정보 신호를 수신하고 자극 정보 신호에 기초하여 생성된 자극 정보 신호 또는 신호를 BB 신호로 변환할 수 있다. 자극 및 모니터링 모듈(62)은 자극 정보 신호를 통해 자극 펄스의 실제 전압, 전류 레벨, 진폭 및 지속 시간을 모니터링하고 제어 모듈(56)에 지시할 수 있다. 자극 및 모니터링 모듈(62)은 자극 정보 신호를 통해 자극 펄스의 실제 전압, 전류 레벨, 진폭 및 지속 시간을 모니터링하고 제어 모듈(56)로 지시할 수 있다. 제어 모듈(56)은 이 정보를 PHY 모듈(60)을 통해 CIM(54) 및 NIM 장치(55) 중 하나 이상에 전송할 수 있다.
BB 모듈(80)은 아날로그 - 디지털(A/D) 변환기를 포함할 수 있고 BB 신호를 필터링 모듈(78)로부터 디지털 BB 신호로 변환할 수 있다. BB 모듈(80) 및 A/D 변환기 중 하나 이상은 미리 결정된 속도로 필터링 모듈(78)의 출력을 샘플링하여 디지털 BB 신호에 포함되는 프레임을 생성할 수 있다. BB 모듈(80)은 디지털 BB 신호를 중간 주파수(IF) 신호로 상향 변환(upconvert)할 수 있다. BB 모듈(80)은 디지털 BB 신호로부터 IF 신호로 상향 변환하는 동안 DSSS 변조를 수행할 수 있다. BB 모듈(80)은 상향 변환을 위한 믹서(mixer) 및 오실레이터(oscillator)를 포함할 수 있다. BB 모듈(80) 및 제어 모듈(56) 중 하나 이상은 IF 신호들로 상향 변환하기 전에 PHY 모듈(60)로 전송된 BB 신호들을 압축 또는 암호화할 수 있거나 PHY 모듈(60)로부터 수신된 신호들을 압축 해제 또는 복호화할 수 있다.
메모리(58)는 제어 모듈(56)에 의해 액세스되고 예를 들어, 파라미터(82)를 저장한다. 파라미터(82)는 전극(68)을 통해 생성된 자극 펄스와 관련된 파라미터를 포함할 수 있다. 자극 펄스와 관련된 파라미터는 전압, 파장, 전류 레벨, 진폭, 피크 크기, 펄스 지속 시간 등을 포함할 수 있다.
PHY 모듈(60)은 송신 경로(84)(또는 송신기) 및 수신 경로(86)(또는 수신기)를 포함한다. 송신 경로(84)는 변조 모듈(88) 및 증폭 모듈(90)을 포함한다. 변조 모듈(88)은 IF 신호를 변조하여 IF 신호를 RF 신호로 상향 변환한다. 이는 GFSK 변조를 포함할 수 있다. 변조 모듈(88)은 예를 들어, 필터, 믹서 및 오실레이터를 포함할 수 있다. 증폭 모듈(90)은 RF 신호를 증폭하고 안테나(76)를 통해 RF 신호를 전송하는 전력 증폭기(92)를 포함할 수 있다.
수신 경로(86)는 제2 증폭 모듈(94) 및 복조 모듈(demodulation module)(96)을 포함한다. 제2 증폭 모듈(94)은 LNA(98)를 포함할 수 있다. 제2 증폭 모듈(94)은 CIM으로부터 수신된 RF 신호를 증폭한다. 복조 모듈(96)은 증폭된 RF 신호를 복조하여 IF 신호를 생성한다. IF 신호는 BB 모듈(80)에 제공되고, 이어서 IF 신호를 BB 신호로 하향 변환(downconverts)시킨다.
전력 모듈(70)은 전원(72)으로부터 전력을 수신하고 그 전력을 자극 및 감시 모듈(62), 제어 모듈(56) 및 PHY 모듈(60)에 공급한다. 전력 모듈(70)은 스위치(99)를 포함할 수 있다. 스위치(99)는 자극 펄스를 발생시키도록 작동될 수 있다. 스위치(99)가 폐쇄 또는 토글링될(toggled) 때 또는 제어 모듈(56)이 하나 이상의 자극 펄스의 생성을 명령하는 제어 신호를 생성할 때, 전력 모듈(70) 및 제어 모듈(56) 중 하나 이상은 자극 및 모니터링 모듈(62)에 신호를 보내 하나 이상의 자극 펄스를 생성한다. 각각의 자극 펄스의 타이밍, 진폭 및 지속 시간 중 하나 이상은 CIM(54) 및 NIM 장치(55) 중 하나 이상으로부터 수신된 정보에 기초할 수 있다. 자극 펄스의 주파수 또는 자극 펄스 간의 시간은 또한 제어될 수 있고 CIM(54) 및 NIM 장치(55) 중 하나 이상으로부터 수신된 대응 정보에 기초할 수 있다. 자극 프로브(53)는 CIM(54) 및 NIM 장치(55) 중 하나 이상과 동기화될 수 있다. 메모리(104)에 저장된 것으로 도시된 동기화 요구(Synchronization(SYNC) requests)(132)는 (i) 자극 프로브(53)와 (ii) CIM(54) 및 NIM(55) 사이에서 전송될 수 있다. CIM(54) 및 NIM(55) 중 하나 이상은 자극 펄스를 생성할 시기를 자극 프로브(53)에 지시하는 명령 신호를 생성할 수 있고,이 타이밍에 기초하여 센서들(예를 들어, 도 1의 센서들(12, 13))에 의해 검출된 응답들을 모니터링할 수 있다. 대안으로, 자극 프로브(53)는 자극 펄스가 언제 생성되는지 또는 생성되어야 하는지를 나타내는 신호를 CIM(54) 및 NIM(55) 중 하나 이상에 전송할 수 있다. 이러한 방식으로, 자극 펄스 생성은 검출된 응답과 동기화된다. 이는 CIM(54), NIM(55) 및 외과의사 중 하나 이상이 각각의 자극 펄스와 반응을 연관시킬 수 있게 해주는데, 이는 제1 자극 펄스와 관련된 응답 또는 아티팩트(artifacts)가 다른 자극 펄스의 결과인 것으로 혼동되지 않도록 방지한다. 이것은 또한 자극 펄스 응답과 근전도 검사(EMG) 신호 사이의 혼동을 방지하여 위 양성(false positives)을 예방할 수 있다. 이는 CIM 및 NIM 중 하나 이상과 무선으로 통신하지 않는 무선 자극 프로브와는 다르다. 후술하는 바와 같이, CIM(54) 및 NIM(55) 중 하나 이상은 예정되거나 선택된 모니터링 기간 외의 아티팩트, 응답 또는 EMG 신호를 걸러낼 수 있다. 모니터링 기간은 자극 펄스 각각에 대응하고 자극 펄스가 생성된 후에 발생한다.
CIM(54)은 PHY 모듈(100), 제어 모듈(102), 메모리(104), 및 NIM 인터페이스(106)(예를 들어, 32 핀 커넥터)를 포함한다. PHY 모듈(100)은 수신 경로(또는 수신기)(108) 및 송신 경로(또는 송신기)(110)를 포함한다. 수신 경로(108)는 증폭 모듈(112) 및 복조 모듈(114)을 포함한다. 증폭 모듈(112)은 자극 프로브(53) 및 센서(12, 13) 중 하나 이상으로부터 수신된 RF 신호를 증폭한다. 증폭 모듈(112)은 LNA(115)를 포함할 수 있다. 복조 모듈(114)은 증폭된 RF 신호를 복조 및 하향 변환하여 IF 신호를 생성한다. 복조 모듈(114)은 필터, 믹서 및 오실레이터(집합적으로 117)를 포함할 수 있다. 송신 경로(110)는 변조 모듈(116) 및 증폭 모듈(118)을 포함한다. 변조 모듈(116)은 제어 모듈(102)로부터의 IF 신호를 변조 및 상향 변환하여 RF 신호를 생성한다. 이는 GFSK(Gaussian frequency-shift keying) 변조가 포함될 수 있다. 변조 모듈(116)은 예를 들어 필터, 믹서 및 오실레이터(집합적으로 119)를 포함할 수 있다. 증폭 모듈(118)은 RF 신호를 안테나(120)를 통해 자극 프로브(53)로 전송한다. 증폭 모듈(118)은 전력 증폭기(121)를 포함할 수 있다.
제어 모듈(102)은 BB 모듈(124) 및 필터링 모듈(126)을 포함한다. BB 모듈(124)은 PHY 모듈(100)로부터 수신된 IF 신호를 BB 신호로 변환하고 BB 신호를 필터링 모듈(126)로 전송한다. 또한, BB 모듈(124)은 필터링 모듈(126)로부터의 BB 신호를 IF 신호로 변환하며, IF 신호는 변조 모듈(116)에 전송된다. BB 모듈(124)은 D/A 변환 모듈(128)을 포함할 수 있다. D/A 변환 모듈(128)은 필터링 모듈(126)로부터의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기를 포함할 수 있다. D/A 변환 모듈(128)은 PHY 모듈(100)로부터의 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, BB 모듈(124)은 D/A 변환 모듈(128)을 포함하지 않고 디지털 신호는 필터링 모듈(126)과 PHY 모듈(100) 사이를 통과한다. BB 모듈(124)은 복조 모듈(114)로부터 수신된 신호를 감쇠시켜, 자극 프로브(53)의 이득 모듈(63) 및 필터링 모듈(64) 중 하나 이상에서 수신된 신호의 진폭과 유사한 진폭을 가질 수 있다.
필터링 모듈(126)은 대역 통과 필터일 수 있으며 미리 결정된 범위 또는 DC 신호들 외부의 신호들의 주파수를 제거할 수 있다. 이는 60Hz 잡음과 같은 잡음을 제거 또는 최소화할 수 있다. BB 모듈(124) 및 제어 모듈(102) 중 하나 이상은 변조 모듈(116)에 전송된 신호를 압축 또는 암호화하거나 복조 모듈(114)로부터 수신된 신호를 압축 해제 또는 복호화할 수 있다. CIM(54)이 NIM 인터페이스(106)를 통해 NIM 장치(55)에 연결되는 것으로 도시되어 있지만, CIM(54)는 NIM 장치(55)와는 별개이며 PHY 모듈(100)을 통해 NIM 장치(55)와 무선 통신할 수 있다.
메모리(104)는 제어 모듈(102)에 의해 액세스되고 예를 들어 파라미터(130)를 저장한다. 파라미터(130)는 전술한 바와 같이 자극 펄스의 생성과 관련된 파라미터를 포함할 수 있다. 파라미터(130)는 전압, 전류 레벨, 진폭, 피크 크기, 펄스 지속 시간 등을 포함할 수 있으며, 파라미터(82)를 포함하거나 파라미터(82)와 동일할 수 있다.
NIM 장치(55)는 제어 모듈(140), PHY 모듈(142), CIM 인터페이스(144), 디스플레이(146) 및 메모리(148)를 포함할 수 있다. 제어 모듈(140)은: CIM(54)을 통해 자극 프로브(53) 및 센서(12, 13) 중 하나 이상으로 요구 신호를 송신하고 이로부터 정보를 수신한다; 및 디스플레이(146) 상에 전자기 신호 또는 다른 관련 정보를 디스플레이한다. PHY 모듈(142)은 도시된 바와 같이 인터페이스(106, 144)를 통해 또는 안테나(미도시)를 통해 무선으로 제어 모듈(140)로 신호를 송신하고 이로부터 신호를 수신할 수 있다. 메모리(148)는 제어 모듈(140)에 의해 액세스되고 파라미터(130)를 저장한다.
제어 모듈들(56,102), BB 모듈들(80,128), PHY 모듈들(60,100), 및 이들 중 하나 이상의 모듈들은 자극 프로브(53)와 CIM(54) 사이에서 전송되는 신호의 타이밍을 제어한다. PHY 모듈들(60, 100)은 미리 결정된 주파수 범위에서 서로 통신할 수 있다. 예로서, PHY 모듈(60, 100)은 2.0-3.0 기가-헤르쯔(GHz) 범위에서 서로 통신할 수 있다. 일 실시예에서, PHY 모듈들(60, 100)은 2.4-2.5GHz 범위의 신호들을 송신한다. PHY 모듈(60, 100)은 하나 이상의 채널을 통해 서로 통신할 수 있다. PHY 모듈들(60, 100)은 미리 결정된 속도들(예를 들어, 2 메가-비트/초(Mbps))로 데이터를 송신할 수 있다.
이제 도 4를 참조하면, 자극 프로브(53) 및 NIM 장치(162)를 도시한다. 자극 프로브(53)는 NIM 장치(162)와 직접 통신할 수 있다. 자극 프로브(53)는 제어 모듈(56), 메모리(58), PHY 모듈(60), 자극 및 모니터링 모듈(62), 전극(68), 전원 모듈(70), 전원(72) 및 안테나(76)를 포함한다. 제어 모듈(56)은 필터링 모듈(78) 및 기저 대역 모듈(80)을 포함한다. 메모리(58)는 파라미터(82)를 저장한다. 자극 및 모니터링 모듈(62)은 바이폴라 자극 모듈(74)을 포함한다. 전력 모듈(70)은 스위치(99)를 포함한다. PHY 모듈(60)은 경로(84, 86) 및 모듈(88, 92, 94, 96)을 포함한다.
NIM 장치(162)는 제어 모듈(164), 메모리(166), PHY 모듈(168) 및 디스플레이(146)를 포함한다. CIM(54)의 기능성은 NIM 장치(162)에 포함된다. PHY 모듈(168)은 수신 경로(또는 수신기) 및 송신 경로(또는 송신기)를 포함한다. 수신 경로는 증폭 모듈(174) 및 복조 모듈(176)을 포함한다. 증폭 모듈(174)은 LNA(175)를 통해, 자극 프로브(53) 및 센서(12, 13) 중 하나 이상으로부터 수신된 RF 신호를 증폭시킨다. 복조 모듈(176)은 증폭된 RF 신호를 복조 및 하향 변환하여 IF 신호를 생성한다. 송신 경로는 변조 모듈(178) 및 증폭 모듈(180)을 포함한다. 변조 모듈(178) 및 증폭 모듈(180)은 변조 모듈(116) 및 증폭 모듈(118)과 유사하게 작동할 수 있다. 증폭 모듈(118)은 전력 증폭기(182)를 포함할 수 있고 RF 신호를 안테나(183)를 통해 자극 프로브(53) 및 센서(12, 13) 중 하나 이상으로 전송할 수 있다.
제어 모듈(164)은 BB 모듈(184) 및 필터링 모듈(186)을 포함한다. BB 모듈(184)은 PHY 모듈(168)로부터 수신된 IF 신호를 BB 신호로 변환하고 BB 신호를 필터링 모듈(186)로 전송한다. BB 모듈(184)은 또한 필터링 모듈(186)로부터 BB 신호를 IF 신호로 변환하며, IF 신호는 변조 모듈(178)에 전송된다. BB 모듈(184)은 D/A 변환 모듈(188)을 포함할 수 있다. D/A 변환 모듈(188)은 필터링 모듈(186)로부터 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기를 포함할 수 있다. D/A 변환 모듈(188)은 PHY 모듈(168)로부터의 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, BB 모듈(184)은 D/A 변환 모듈(188)을 포함하지 않고, 디지털 신호는 필터링 모듈(186)과 PHY 모듈(168) 사이를 통과한다. BB 모듈(184)은 복조 모듈(176)로부터 수신된 신호를 감쇠시켜, 자극 프로브(53)의 이득 모듈(63) 및 필터링 모듈(64) 중 하나 이상에서 수신된 신호의 진폭과 유사한 진폭을 가질 수 있다. 필터링 모듈(186)은 대역 통과 필터일 수 있고, 미리 결정된 범위 또는 DC 신호들 외부의 신호들의 주파수를 제거할 수 있다. 이는 60Hz 잡음과 같은 잡음을 제거 또는 최소화할 수 있다. BB 모듈(184) 및 제어 모듈(164) 중 하나 이상은 변조 모듈(178)에 송신된 신호를 압축 또는 암호화하거나 복조 모듈(176)로부터 수신된 신호를 압축 해제 또는 복호화할 수 있다.
도 3-4의 CIM(54) 및 NIM(162)의 필터링 모듈들(126, 186)은 미리 결정되거나 선택된 모니터링 기간 외의 아티팩트, 응답 또는 EMG 신호를 걸러낼 수 있다. 모니터링 기간은 자극 프로브에 의해 생성되고 자극 펄스가 생성된 후에 발생하는 자극 펄스에 각각 대응한다. 예를 들어, 필터링 모듈(126, 186)은, 자극 펄스의 결과로 자극 아티팩트가 발생할 때, 자극 펄스가 생성되어 한주기를 지나서 연장될 때 시작되는 조정 거부 기간(adjustable rejection period)을 설정할 수 있다. 거부 기간 이후 및 대응 모니터링 기간 동안 모니터링된 추적이 모니터링되는데, 이것은 EMG 데이터를 판독하기 전에 자극 펄스에 의해 야기된 모든 전자 노이즈가 안정화(settle)되도록 한다. 거부 기간이 끝나면 모니터링 기간이 시작될 수 있다. 거부 기간들 각각 및 모니터링 기간들 각각은 하나 이상의 자극 펄스들에 대응할 수 있다. 각각의 거부 기간은 하나 이상의 자극 펄스가 발생되는 하나 이상의 기간을 포함할 수 있다. 각각의 모니터링 기간들은 하나 이상의 자극 펄스들에 후속될 수 있다. 하나 이상의 일련의 자극 펄스가 제공되면, 거부 기간은 제1 시리즈 의 제1 자극 펄스의 시작에서 시작할 수 있고, (i) 제1 시리즈의 마지막 자극 펄스 다음에 종료되거나, (ii) 제2 또는 그 이상의 번호가 매겨진 일련의 마지막 자극 펄스 다음에 종료될 수 있다.
도 5는 모듈러 자극 모듈(202)을 포함하는 자극 프로브(53)의 부분(200)을 도시한다. 모듈러 자극 모듈(202)은 메모리(58), 제어 모듈(56), PHY 모듈(60), 자극 및 모니터링 모듈(62), 전력 모듈(70) 및 전원(72)을 포함한다. 자극 및 감시 모듈(62)은 바이폴라 자극 모듈(74), 디지털 - 아날로그(D/A) 변환기(204) 및 피드백 모듈(206)을 포함한다. 파워 모듈(70)은 스위치(99)를 포함한다. D/A 변환기(204)는 (i) 제어 모듈(56)로부터 제어 신호 CTRL을 수신하고, (ii) 제어 신호를 디지털 신호로부터 아날로그 신호로 변환한다. 제어 신호는 전극(68)을 통해 인가될 전류의 양을 포함 또는 표시할 수 있다. 제어 모듈(56)로부터 D/A 변환기(204)로 공급되는 전류의 양은 전극(68)에 실제로 공급되는 전류량에 비례할 수 있다. 제어 신호(CTRL)는 NIM 장치들(55, 162) 중 하나 및 도 3-4의 CIM(54) 중 하나 이상으로부터 수신된 요구 신호에 기초하여 생성될 수 있다. D/A 변환기(204)에 전류를 공급하는 제어 모듈(56)에 대한 대안으로서, 제어 모듈(56)은 D/A 변환기(204)에 전류를 공급하도록 전력 모듈(70)을 제어할 수 있다.
작동시, 바이폴라 자극 모듈(74)은 D/A 변환기(204)의 출력 및 제어 모듈(56)로부터의 스위치 제어 신호(SW)에 기초하여 펄스를 생성한다. 스위치 제어 신호(SW)는 2개의 자극이 신경 및 신경 조직 중 하나 이상을 따라 반대 방향으로 제공되도록 바이폴라 자극 모듈(74)에서 스위치들의 상태를 변경한다. 피드백 모듈(206)은 전극(68)에 공급되는 전류를 모니터링하고, (ii) 제어 모듈(56)에 제공되는 피드백 신호(FB)를 생성한다. 그 후, 제어 모듈(56)은 피드백 신호에 기초하여 자극 프로브(200)에 의해 생성된 펄스(예를 들어, 펄스 전압, 전류 레벨, 진폭, 지속 시간, 타이밍 등을 변경)를 조정하거나 바이폴라 자극 모듈(74) 내의 스위치 상태를 변경시킬 수 있다. 피드백 신호(FB)는 PHY 모듈(60)로부터 NIM 장치들(55, 162) 중 하나 또는 도 3-4의 CIM(54)으로 전송될 수 있다. NIM 장치들(55, 162) 및CIM(54) 중 하나 이상은 이어서 요구 신호를 제어 모듈(56)로 전송하여 자극 프로브(200)에 의해 생성된 펄스(예를 들어, 펄스 전압, 전류 레벨, 진폭, 지속 시간, 타이밍 등을 변경)를 조정하거나 바이폴라 자극 모듈(74) 내의 스위치 상태를 변경시킬 수 있다. 피드백 신호(FB)와 관련된 정보는 메모리(58)에 저장되고 제어 모듈(56)에 의해 액세스될 수 있다.
전극(68)은 커넥터(210, 211)(연결 요소로 언급될 수 있음)를 통해 도구(208)에 연결될 수 있다. 커넥터(210)는 커넥터(211)에 연결된다. 도구(208)의 몇 가지 실시예가 도 9-19E에 도시된다. 도구(208)는 예를 들어, 포셉, 클램프, 가위, 펜치, 스프레더(spreaders), 또는 환자의 조직에 접촉하기 위한 2개의 전기 접촉점을 갖는 다른 도구일 수 있다. 전극(68)은 모듈러 자극 모듈(202) 내부에 있거나 모듈러 자극 모듈(202)로부터 연장될 수 있다. 전극(68)이 모듈러 자극 모듈 내에 있는 경우, 전극은 도체, 트레이스, 또는 도구(208)에 전류를 제공하거나 도구(208)로부터 전류를 수용하기 위한 다른 적절한 전기 전도성 요소의 형태일 수 있다. 전극(68)이 모듈러 자극 모듈(202)로부터 연장되면, 전극(68)은 핀, 커넥터, 와이어 등의 형태일 수 있다. 이중 펄스가 전극(68)을 통해 양방향(양극 및 음극 방향)으로 생성되기 때문에, 전극(68) 상에 극성 표시자가 제공될 필요가 없다. 이것은 일반적으로 전극이 음극으로 작동한다는 사실을 외과 의사에게 시각적으로 표시하기 위해 음극 전극에 극성 마커를 포함하는 전통적인 바이폴라 자극 프로브와 다르다.
도 6은 도 5의 모듈러 자극 모듈(202)의 일부분(220)의 예를 도시한다. 부분(220)은 제어 모듈(56), D/A 변환기(204), 피드백 모듈(206), 전압 팔로워 모듈(209), 필터/이득 모듈(211), 전력 증폭 모듈(212) 및 스위치 모듈들(214, 216)을 포함한다. 제어 모듈(56)은 제어 신호(CTRL), 스위치 제어 신호(SW)를 생성하고 피드백 모듈(206)로부터 피드백 신호(FB)를 수신한다. D/A 변환기(204)는 제어 신호(CTRL)를 명령 신호(218)로 변환한다.
전압 팔로워 모듈(209)은 제1 연산 증폭기(first operational amplifier)(220) 및 제1 커패시턴스(CI)를 포함한다. 제1 연산 증폭기(220)는 비-반전 입력 및 반전 입력을 포함한다. 비-반전 입력은 D/A 변환기(204)의 출력에 연결되고 D/A 변환기(204)의 출력을 수신한다. 반전 입력은 제1 연산 증폭기(220)의 출력에 연결된다. 전압 팔로워 모듈(209)의 출력에서의 전압은 제1 연산 증폭기(220)의 비-반전 입력에서의 전압에 비례한다. 제1 연산 증폭기(220)는 전력 단자(222)로부터 전력을 수신하고 접지 또는 기준 단자(224)에 연결된다. 전력 단자(222)는 기준 단자(224)에 연결된 커패시턴스(CI)에 연결된다.
필터/이득 모듈(211)은 다음을 포함한다: 저항 R1, R2, R3, R4; 커패시턴스 C2, C3; 및 비-반전 입력 및 반전 입력을 갖는 제2 연산 증폭기(230). 저항들(R1, R2)은 제1 연산 증폭기(220)의 출력과 제2 연산 증폭기(230)의 비-반전 입력 사이에 직렬로 연결된다. 제2 커패시턴스(C2)와 저항(R4)은 (i) 저항 R1과 R2 사이의 접속점과 (ⅱ) 제2 연산 증폭기(230)의 출력 사이에 직렬로 연결된다. 커패시턴스(C3)는 제2 연산 증폭기(230)의 비-반전 입력과 기준 단자(224) 사이에 연결된다. 저항(R3)은 제2 연산 증폭기(230)의 반전 입력과 기준 단자(224) 사이에 연결된다. 저항(R3)은 제2 연산 증폭기(230)의 반전 입력과 기준 단자(224) 사이에 연결된다. 제2 연산 증폭기(230)는 전력 단자(222)로부터 전력을 수신하고 기준 단자(224)에 연결된다.
전력 증폭 모듈(212)은 저항 R5 및 제3 연산 증폭기(240)를 포함한다. 저항 R5는 제2 연산 증폭기(230)의 출력과 제3 연산 증폭기(240)의 비-반전 입력 사이에 연결된다. 제3 연산 증폭기(240)의 반전 입력은 전압 분배기(242) 및 스위치 모듈(214, 216)의 피드백 출력(244, 246)에 연결된다. 제3 연산 증폭기(240)는 도시된 바와 같이 트랜스 컨덕턴스(transconductance) 증폭기 또는 전압 증폭기로 구성되어 제3 연산 증폭기(240)는 전압 대 전류 변환기를 수행한다. 제3 연산 증폭기(240)는 전력 단자(222)로부터 전력을 수신하고 기준 단자(224)에 연결된다.
스위치 모듈들(214, 216)은 각각의 스위치들(250, 252) 및 버퍼들(254, 256)을 포함한다. 스위치들(250, 252) 각각은 제1 단자, 중앙 단자 및 제2 단자를 포함한다. 중심 단자는 전극(68)에 각각 연결된다. 스위치(250, 252)의 제1 단자는 제3 연산 증폭기(240)와 분압기(242)의 반전 입력(inverting input)에 연결된다. 스위치(250, 252)의 제2 단자는 서로 연결되고 제3 연산 증폭기(240)의 출력에 연결된다. 스위치들(250, 252)은 버퍼들(254, 256)을 통해 스위치들 모두에 제공되는 스위치 제어 신호(SW)를 통해 제어된다. 스위치 제어 신호(SW)는 (i) 제3 연산 증폭기(240) 및 분압기(242)의 반전 입력 및 (ii) 제3 연산 증폭기(240)의 출력에 접속되는 스위치의 상태를 변경한다. 임의의 시간에서, 스위치들(250, 252)의 제1 단자 중 하나만이 제3 연산 증폭기(240) 및 전압 분할기(242)의 반전 입력에 연결된다. 임의의 시간에서, 스위치들(250, 252)의 제1 단자들 중 하나만이 제3 연산 증폭기(240)의 출력에 연결된다. 그 결과, 전류가 스위치들(250, 252) 중 하나를 통해 전극들(68) 중 하나에 공급되는 동안, 전류는 전극들(68) 중 다른 하나에 의해 수신되고 스위치들(250, 252) 중 다른 하나를 통해 제3 연산 증폭기(240) 및 전압 분할기(242)의 반전 입력으로 제공된다.
피드백 모듈(206)은 저항 R6, R7을 갖는 전압(242); 제4 연산 증폭기(260); 및 저항 R8을 포함할 수 있다. 저항(R6, R7)은 제3 연산 증폭기(240)의 반전 입력과 기준 단자(224) 사이에 직렬로 접속된다. 저항 R6과 R7 사이의 중앙 단자(262)는 제4 연산 증폭기(260)의 비-반전 입력에 접속된다. 제4 연산 증폭기(260)의 출력은 제4 연산 증폭기(260)의 반전 입력에 접속된다. 제4 연산 증폭기(260)는 전력 단자(222)로부터 전력을 수신하고 기준 단자(224)에 접속된다. 제4 연산 증폭기(260)는 도시된 바와 같이 트랜스컨덕턴스 증폭기로서 구성되어 제4 연산 증폭기(260)가 전압 대 전류 변환기를 수행할 수 있다. 저항(R8)은 제4 연산 증폭기(260)의 출력과 제어 모듈(56) 사이에 접속된다.
본원에 개시된 시스템, 장치 및 모듈은 많은 방법을 사용하여 작동될 수 있으며, 예시적인 방법이 도 7에 도시된다. 도 7을 참조하면, 자극 프로브를 작동시키는 방법이 도시된다. 다음의 작업들이 도 1 내지 도 6의 구현들에 관하여 우선 설명되지만, 이 작업들은 본 개시의 다른 구현들에 적용되도록 쉽게 변경될 수 있다. 작업은 반복적으로 수행될 수 있다.
방법은 단계 300에서 시작할 수 있다. 단계 302에서, 제어 모듈(56)은 스위치 제어 신호(SW)를 생성하여 스위치들(250, 252)을 제1 모드에 대한 각각의 제1 상태들에 위치시킨다. 단계 304에서, 제어 모듈(56)은 제1 펄스에 대한 제어 신호(CTRL)를 생성한다. 제어 신호(CTRL)를 생성하는 제어 모듈(56)은 제1 펄스의 진폭 및 지속 시간을 제어한다. 제어 신호(CTRL)는 제1 펄스의 전압 기반 버전을 포함한다.
단계 306에서, D/A 변환기(204)는 제어 신호 CTRL을 명령 신호(218)로 변환한다. 단계 308에서, 필터/이득 모듈(211)은 명령 신호(218) 및 전압 팔로워 모듈(209) 중 하나 이상의 출력을 필터링 또는 증폭한다.
단계 310에서, 전력 증폭 모듈(212)은 필터/이득 모듈(211)의 출력의 전압 대 전류 변환을 증폭하고 수행한다. 단계 312에서, 전력 증폭 모듈(212) 외부의 전류는 스위치(250)에 제공된다. 제1 펄스(311)의 일 실시예가 도 8에 도시된다. 제1 펄스가 특정 진폭 및 지속 기간을 갖는 것으로 도시되었지만, 제1 펄스는 상이한 진폭 및 지속 기간을 가질 수 있다. 단계 314에서, 제1 펄스는 스위치(250)로부터 전극(68) 또는 제1 팁(도 8의 팁 A) 중 제1의 하나에 공급된다.
단계(316)에서, 제어 모듈(56)은 스위치 제어 신호(SW)를 생성하여 스위치(250, 252)를 제2 모드에 대한 제2 상태로 위치시킨다. 단계 317에서, 제어 모듈(56)은 작업(318)으로 진행하기 전에 미리 결정된 시간주기(예를 들어, 100-300 마이크로 초)를 대기할 수 있다. 이는 제1 펄스를 적용한 후에 발생할 수 있는 신경 조직의 불응 기간(refractory period)을 설명한다. 318에서, 제어 모듈(56)은 미리 결정된 기간 경과 후에 제2 펄스에 대한 제어 신호(CTRL)를 생성한다. 제어 신호(CTRL)를 생성하는 제어 모듈(56)은 제2 펄스의 진폭 및 지속 시간을 제어한다. 제어 신호(CTRL)는 제2 펄스의 전압 기반 버전을 포함한다.
단계 320에서, D/A 변환기(204)는 제어 신호 CTRL을 명령 신호(218)로 변환한다. 단계 322에서, 필터/이득 모듈(211)은 명령 신호(218) 및 전압 팔로워 모듈(209) 중 하나 이상의 출력을 필터링 또는 증폭한다.
단계 324에서, 전력 증폭 모듈(212)은 필터/이득 모듈(211)의 출력의 전압 대 전류 변환을 증폭하고 수행한다. 단계 326에서, 전력 증폭 모듈(212) 외부의 전류는 스위치(252)에 제공된다. 제2 펄스(325)의 실시예가 도 8에 도시된다. 제2 펄스는 소정 진폭 및 지속 기간을 갖는 것으로 도시되었지만, 제2 펄스는 상이한 진폭 및 지속 기간을 가질 수 있다. 단계 328에서, 제2 펄스는 스위치(252)로부터 전극(68) 중 제2 전극 및 제2 팁(도 8의 팁 B) 중 하나 이상에 공급된다. 제1 펄스 및 제2 펄스 출력(314, 328)은 단일 위상이다.
상기 방법을 통해 신경 조직에 제공되는 이중 펄스의 결과로서, 근전도 신호가 생성되고, 예를 들어, 도 1의 센서(12, 13)에 의해 근전도 신호가 생성되고 검출될 수 있다. 이 방법은 단계 330에서 종료될 수 있거나 추가 펄스가 생성되어야하는 경우 작업 302로 복귀할 수 있다. 예로서, 제어 모듈(56)은 피드백 신호(FB)에 기초하여 펄스의 파라미터를 조정하고 조정된 파라미터에 기초하여 방법의 또 다른 반복을 수행할 수 있다.
종래의 바이폴라 자극 프로브를 사용하여 신경 조직을 자극하기 위하여, 음극 자극과는 반대로 양극 자극에는 5배의 전류가 필요할 수 있다. 신경 조직을 자극하기 위한 전류 레벨 또는 임계값은 최대 신경 반응이 검출될 때까지 전류 레벨을 인가하고 전류 레벨을 증가시킴으로써 결정될 수 있다. 최대 신경 반응이 감지되면 전류 레벨은 더 이상 증가하지 않는다. 예로서, 음극 자극 전류는 1 밀리 암페어(mA)일 수 있고, 양극 자극은 최대 5 mA를 요구할 수 있다. 대조적으로, 상술한 도 7의 방법에서 인가된 제1 및 제2 펄스의 전류 레벨은, 각각 1 mA일 수 있다. 결과적으로, 상술한 방법의 단일 반복 동안 총 2 mA의 전류가 조직에 공급될 수 있다. 따라서, 상술한 방법은 양극 펄스 및 음극 펄스가 모두 생성되기 때문에 신경 조직을 자극하는데 사용되는 전류의 양을 감소시킬 수 있고(예를 들어, 5mA가 아닌 2mA), 신경 조직이 음극적으로 자극되는 것을 보장한다. 신경 조직은 전극(68)의 배향에 관계없이 자극된다. 또한, 이중으로 생성된 펄스는 단일 양극 또는 음극 펄스를 적용하는 것보다 안정적인(또는 덜 이상한) 응답을 제공할 수 있다. 이것은 제1 펄스가 처음에 신경 조직을 자극(excite)(또는 "프라임(prime)") 할 수 있고 제2 펄스가 신경 조직을 자극할 수 있기 때문이다. 또한, 상술한 방법은 신경 조직에 대한 전극(68)의 배향에 관계없이 낮은 신경 임계치(낮은 전류 레벨)에서 신경 조직을 자극시킬 수 있다.
전술한 방법은 주로 이중 펄스의 생성을 포함하는 것으로 설명되지만(예를 들어, 제1 방향의 제1 펄스 및 제2 방향의 제2 펄스), 상기 방법은 임의의 수의 펄스의 생성을 포함할 수 있다. 이 방법은 제1 모드로 동작하는 동안 제1 방향으로 일련의 제1 연속 펄스(예를 들어, 음극 및 이중 팁 프로브 중 하나 이상의 제1 프로브 팁을 통해 전송)를 생성하는 단계 및 제2 모드로 동작하는 동안 제2 방향으로 일련의 제2 연속 펄스(양극 프로브 및 이중 팁 프로브 중 하나 이상의 제2 프로브 팁을 통해 전송)를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 펄스 시리즈는 제1 펄스 시리즈 이전에 생성될 수 있다. 연속 펄스 사이에는 미리 결정된 대기 시간이 제공될 수 있다. 대기 시간은 길이가 같거나 길이가 다를 수 있다. 제1 방향으로 다수의 연속적인 펄스를 제공한 다음 제2 방향으로 다수의 연속적인 펄스를 제공함으로써, 제1 방향으로 단일 펄스만을 제공하고 제2 방향으로 단일 펄스를 제공하는 경우보다 펄스 당 더 적은 전류가 공급될 수 있다. 이는 신경 또는 신경 합병(neuro summation)의 촉진을 향상시킨다. 특정 신경 및 피질 구조 중 하나 이상은 방향 당 단일 펄스보다 방향 당 복수의 연속 펄스로 더 잘 자극된다. 특정 신경 및 피질 구조 중 하나 이상은 피질 모터 트랙(cortical motor tracks)의 맵핑과 같이 방향 당 단일 펄스만 제공되는 경우에는 자극 또는 적절하게 자극되지 않을 수 있다. 따라서, 방향마다 다수의 연속적인 펄스를 제공함으로써, 이러한 유형의 구조가 적절하게 자극된다. 다른 실시예에서, 방법은 양극 및 음극 펄스들 사이에서 교호하는 단계를 포함한다.
전술한 작업은 예시적인 실시예를 의미한다; 작업은 응용에 따라 겹치는 시간주기 동안 또는 상이한 순서로, 순차적으로, 동기적으로(synchronously), 동시에, 연속적으로 수행될 수 있다. 또한, 구현 또는 사건의 연속에 따라 임의의 작업이 수행되거나 생략될 수 없다.
도 9는 도구(351) 및 모듈러 자극 모듈(352)을 포함하는 기구(350)를 도시한다. 도구(351)는 도 5의 도구(208)를 대체할 수 있다. 기구(350)는 이중 목적을 갖는다. 기구(350)는 도구로서 기능하며, 병렬 바이폴라 자극 프로브로서 작동한다. 모듈러 자극 모듈(352)은 도 5의 모듈러 자극 모듈(202)의 실시예를 도시한다. 도구(351)가 포셉인 것으로 도시되어 있지만, 다른 도구가 사용될 수 있다. 도구(351)는 각각의 사용 사이에 재사용 가능하고 멸균되도록 설계될 수 있다. 모듈러 자극 모듈(352)은 일회 사용 후에 처리되도록 설계될 수 있다. 모듈러 자극 모듈(352)은 (i) 도구(351)상의 제1 커넥터(356)에 연결되는 제1 커넥터(354) 및 (ii) 제2 커넥터(360)를 통해 도구(351)상의 제2 커넥터(359)에 연결되는 와이어(358)를 포함한다. 커넥터(354, 360)는 도 5의 커넥터(210)의 일 실시예이다. 도구(351)의 커넥터(356, 359)의 실시예가 도 11의 다른 도구 상에 도시된다.
도구(351)는 절연 물질로 코팅된 전도성 내부 코어를 갖는다. 도구(351)의 팁(362)은 노출된 전도성 부분을 갖는다. 노출된 전도 부분들의 실시예가 도 11, 12 및 도 16A-19E에 도시된다. 절연 재료는 예를 들어 플라스틱, 세라믹 또는 다른 적절한 재료를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 절연 재료는 내마모성 다이아몬드와 같은 탄소(DLC) 코팅이다. 또한, 절연 물질은 폴리아미드 11, 나일론 11, 폴리 아미드 바이오 플라스틱, 중합체, 폴리테트라플루오르에틸렌 및 다른 적절한 물질들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 절연 물질은 화학 기상 증착 중합체 층, 플루오르 중합체 코팅 및 다른 적합한 코팅 중 하나 이상일 수 있다. 절연 재료는 도구(351)의 작용부(예를 들어, 팁(362) 및 암(366))를 격리시킨다. 도구(351)는 링 형상의 핑거 유지 부재(364), 가위 스타일 암(366) 및 팁(362)을 갖는 포셉으로 도시된다.
모듈러 자극 모듈(352)은 하우징(367), 다기능 버튼(368), 전류 조정 버튼(369) 및 발광 다이오드(LED)(370)를 갖는다. 다기능 버튼은 사건들 및 스크린 샷을 캡처하기 위한 캡처 버튼(capture button)(368)으로 사용될 수 있다. 다기능 버튼(368)은 사건을 캡처하기 위해 눌려질 수 있고 스크린 샷은 캡처된 사건에 대응하는 디스플레이 상에 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 다기능 버튼(368)은 모듈러 자극 모듈(352)을 켜고 끄기 위해 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 임의의 버튼들(364, 368)이 눌려지면 모듈러 자극 모듈(352)이 활성화된다. 다기능 버튼(368)의 서로 다른 푸시 다운(pushing down) 및 홀딩 다운(holding down) 중 하나 이상의 패턴은 다기능 버튼(368)의 상이한 가능한 기능들을 제공하는데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 전력은 다음과 같은 경우에 자동으로(즉, 버튼(364, 368) 중 임의의 버튼을 누르지 않고) 활성화될 수 있다: 모듈러 자극 모듈(352)은 패키징으로부터 제거된다; 도구(351)는 모듈러 자극 모듈(352) 내로 플러깅되고, 모듈러 자극 모듈(352)은 도구(351) 내로 플러깅되고, 또는 모듈러 자극 모듈(352)은 도구(351)에 연결된다. 전류 조절 버튼(369)은 도구(351)에 공급된 펄스의 전류를 증가 또는 감소시키는데 사용될 수 있다. LED(370)는 다음을 지시할 수 있다: 모듈러 자극 모듈(352)이 ON 인지 여부; 모듈러 자극 모듈(352)은 도구(351)에 전류를 공급한다; 무선 자극 모듈(352)의 상태 또는 활동; 또는 도구(351)의 팁(362)이 조직과 접촉하고 있는지 여부.
도 10은 도구(381) 및 다른 실시예의 모듈러 자극 모듈(382)을 포함하는 다른 실시예의 기구(380)를 도시한다. 기구(380)는 도구로서 기능하며, 병렬 바이폴라 프로브로서 작동한다. 도구(381)는 포셉으로 도시되어 있지만, 다른 유형의 기구 일 수 있다. 모듈러 자극 모듈(382)은 도 9의 모듈러 자극 모듈(352)과 유사하지만, 도구(381)의 가위형 암(384) 사이에 부분적으로 배치되도록 형성된다. 모듈러 자극 모듈(382)은 또한 기구(380)를 사용할 때 외과 의사의 손가락 사이의 간섭을 최소화하도록 형성된다. 모듈러 자극 모듈(382)은 (i) 도구(381)에 연결되는 제1 부분(386), 및 (ii) 가위형 암(384)들 사이에서 연장되는 제2 부분(388)을 포함한다. 모듈러 자극 모듈(382) 내에 포함된 하드웨어의 대부분은 제2 부분(388)에 위치할 수 있다.
도 11 내지 도 15는 모듈러 자극 모듈(예를 들어, 도 5 및 도 9 내지 도 10의 모듈러 자극 모듈(202, 352, 382) 중 하나)에 연결되도록 구성된 다른 예시적인 도구(390)를 도시한다. 도구(390)는 링 - 형상 핑거 유지 부재(394) 상에 커넥터(356, 359)를 갖는 포셉으로 도시된다. 도구(390)는 팁(396)의 측면 상에 노출된 전도성 요소(398)를 구비한 팁(396)을 갖는다. 각각의 전도성 요소들(398)이 단일(단일-피스) 아이템으로 도시되어 있지만, 각각의 전도성 요소(398)는 직렬로 연결된 다수의 전도성 요소들을 포함할 수 있다. 전도성 요소의 노출된 부분은 예를 들어, 조직과 접촉하기 위한 접촉 요소로서 기능한다. 대안으로, 전도성 요소(398)는 전도성 요소(398)의 도시된 노출 부분과 동일한 접촉 표면 영역을 갖는 접촉 요소에 연결될 수 있다. 도구(390)는 힌지 영역(404) 내의 패스너(402)를 통해 연결된 가위형 암(400)을 포함한다. 패스너(402)는 암(400)의 구멍을 통해 연장된다. 패스너(402)는 암(400), 와셔(410, 412), 인서트(insert)(414) 내의 구멍을 통해 연장되어 너트(416)에 나사결합될 수 있다. 인서트(414)는 하나의 암(400)의 구멍 내에 배치될 수 있다. 와셔(410)는 암(400) 사이에 배치될 수 있다. 와셔(412)는 너트(416) 및 암(400) 중 하나(예를 들어, 인서트(414)에 대한 구멍을 갖는 암) 사이에 배치될 수 있다. 와셔(410, 412) 및 인서트(414)는 절연성 부싱(bushings)으로 칭해질 수 있다. 일 실시예에서, 패스너(402)는 전도성이며(예를 들어, 하나 이상의 전도성 및 금속성 재료 중 하나 이상으로 제조), 암(402) 및 절연성 부싱(410, 412, 414) 상의 절연 피복으로 인하여 암(402)으로부터 격리된다. 다른 실시예에서, 패스너(402)는 하나 이상의 절연성 재료(예컨대, 세라믹 또는 폴리머 재료)로 형성된다.
상술된 도구는 상이한 노출된 표면(또는 전도성 요소들)을 갖는 다양한 상이한 스타일의 팁들을 가질 수 있다. 노출된 표면들은 절연 재료로 코팅되지 않은 팁들 및 도구들의 부분들 중 하나 이상; 또는 커넥터를 통해 모듈러 자극 모듈에 전기적으로 연결된 도구의 노출된 전도성 부분을 지칭할 수 있으며, 여기서 커넥터는 도구의 다른 곳에 있다. 후술하는 도 16A-19E는 사용될 수 있는 상이한 스타일의 팁의 일부 실시예를 개시한다.
도 16A-D는 노출된 팁 패치(452)를 갖는 도구의 팁(450)을 도시한다. 팁 패치(452)는 서로 마주 보지 않고, 팁(450)의 대향하는 외부 측면 상에 있다. 각각의 팁 패치(452)는 팁(450) 중 대응하는 하나의 외부 부분 주위로 연장된다. 팁(450)이 폐쇄 상태일 때(즉, 팁(450)이 서로 접촉하고 있을 때), 팁 패치(452)는 서로 접촉하지 않고 팁 패치(452) 사이에 미리 결정된 거리가 존재한다. 미리 결정된 거리는 팁 패치(452)들 사이의 전류의 단락 또는 션팅(shunting)을 방지하도록 설계된다. 예로서, 팁 패치(452)는 팁(450)이 폐쇄 상태에 있을 때 서로 1 - 2 밀리미터(mm) 떨어져 있을 수 있다. 팁 패치(452)는 팁(450)의 내 측면(454) 상에 있지 않다.
도 17A-D는 노출된 나선형 트레이스(472)를 갖는 도구의 팁(470)을 도시한다. 나선형 트레이스(472)는 팁(470)의 외부 측면 주위로 연장된다. 팁(470) 중 제1 팁상의 나선형 트레이스(472) 중 하나는 팁(470) 중 제2 팁상의 나선형 트레이스(472) 중 하나로부터 오프셋된다. 예로서, 제1 팁상의 나선형 트레이스는 제2 팁상의 나선형 트레이스보다 더 원위에 위치한다. 나선형 트레이스(472)는 다음과 같이 교호 관계에 있다: 제1 팁상의 제1 트레이스는 제2 팁상의 제1 트레이스보다 더 원위에 위치한다; 제2 팁상의 제1 트레이스는 제1 팁상의 제2 트레이스보다 더 원위에 위치한다; 및 제1 팁상의 제2 트레이스는 제2 팁상의 제2 트레이스보다 더 원위에 위치한다.
도 18A-D는 니들 노즈 패치(482)를 구비한 도구의 팁(480)을 도시한다. 팁 패치(482)는 서로 마주 보지 않고 팁(480)의 대향 외부 측면에 있다. 각각의 팁 패치(482)는 팁(480) 중 대응하는 하나의 외부 부분 주위로 연장된다. 팁(480)이 폐쇄 상태일 때(즉, 팁(480)이 서로 접촉하고 있을 때), 팁 패치(482)는 서로 접촉하지 않고 팁 패치(482) 사이에 미리 결정된 거리가 존재한다. 미리 결정된 거리는 팁 패치(482)들 사이의 전류의 단락 또는 션팅을 방지하도록 설계된다. 팁 패치(482)는 팁(480)의 내부 측면(484) 상에 있지 않다.
도 19a 내지 도 19e는 외부 노출 패치(494)에 추가하여 내부에 노출되고 오프셋된 트레이스(492)를 구비한 도구의 팁(490)을 도시한다. 외부 노출 패치(494)는 서로 마주 보지 않고 팁(490)의 대향 측면 상에 있다. 각각의 팁 패치(494)는 팁(490) 중 대응하는 하나의 외부 부분 주위로 연장된다. 트레이스들(492)은 패치들(494)로부터 및 팁들(490)의 내부 면들(496) 둘레로 연장된다. 팁(490)이 폐쇄 상태일 때(즉, 팁(490)이 서로 접촉하고 있을 때), 트레이스(492)는 서로 접촉하지 않고 팁 패치(494)는 서로 접촉하지 않는다. 팁(490)이 닫힐 때, 트레이스(492) 및 팁 패치(494)는 서로로부터 미리 결정된 거리이다. 미리 결정된 거리는 트레이스(492, 492) 사이, 팁 패치(494) 사이 또는 트레이스(492)와 팁 패치(494) 사이의 전류의 단락 또는 션팅을 방지하도록 설계된다. 팁 패치(494)는 또한 (i) 제1 팁 상에 있는 각각의 트레이스(들)와 제2 팁 상에 있는 팁 패치 및 (ii) 제2 팁 상에 있는 각각의 트레이스(들)와 제1 팁 상에 있는 팁 패치 사이의 최소 미리 결정된 거리를 유지하도록 형성된다. 예를 들어, 팁 패치(494)는 트레이스(492)의 대향하고 대응하는 트레이스(492)와 정렬되는 노치(498)를 갖는다. 팁 패치(494)는 팁(480)의 내부 측면(496) 상에 있지 않다.
상술한 도구의 노출 흔적 및 패치의 크기는 전류에 노출된 조직의 양을 제한하기 위해 최소화된다. 트레이스 및 패치의 크기는 또한 특정 표적 조직 영역에 인가되는 전류를 집중시키도록 최소화될 수 있다. 사용시 제1 팁이 신경 조직에 접촉할 수 있고 다른 팁이 동일한 신경 조직의 다른 조직 또는 동일한 환자의 다른 해부학적 요소(조직, 근육, 피부, 혈액 등)와 접촉할 수 있도록, 각각의 도구의 노출 표면(예를 들어, 트레이스 또는 패치)의 팁들이 성형된다.
상술한 패치들(452, 482, 492) 및 도 16A-19E의 트레이스들(472) 각각은 전류가 팁의 길이 방향 축에 대해 180°까지 대응 팁으로부터 멀어지는 방향으로 향하게 한다. 이는 대응 팁의 외부 부분 주위로 연장되는 패치(452, 482, 492) 및 트레이스(472) 때문이다. 그 결과, 패치(452, 482, 492) 및 트레이스(472)는 360°의 가능한 전류 방출을 제공한다. 또한, 팁의 도구는 모듈러 자극 모듈(예를 들어, 모듈러 자극 모듈(202, 352, 382) 중 하나)에 연결될 수 있고 펄스가 팁 각각으로부터 송신될 수 있기 때문에, 팁은 전방향 도구/기구들을 제공한다. 도 19A-E의 팁(490)의 트레이스(492) 및 패치(494)는 각각의 팁(490)에 의해 360°의 가능한 전류 방출을 제공한다.
종래의 전극 배향 문제를 해결하기 위한 또 다른 현안은 2상(biphasic) 자극 파형을 생성하는 것을 포함한다. 이는 각각의 전원을 통해 제1(예를 들어, 양극) 방향의 제1 펄스 및 제2(예를 들어, 음극) 방향의 제2 펄스를 생성하는 것을 포함한다. 제1 펄스는 예를 들어 +5 볼트(V) 펄스일 수 있고, 제2 펄스는 -5V 펄스일 수 있다. 2상 파형을 생성하려면 이중 전원 회로 및 이중 전원 중 하나 이상이 필요한데, 이는 이중 단일 위상 파형(예를 들어, 도 5의 모듈러 자극 모듈(202) 및 도 7의 방법을 사용하여 생성된 파형)을 생성하는 회로보다 더 복잡한 회로 및 전력 소모를 필요로 한다. 단일 위상 파형은 양극 또는 음극 펄스인 펄스들을 갖는 파형을 의미하지만, 양의 및 음의 펄스 둘 다는 아니다. 즉, 두 펄스의 극성이 동일하다. 이중 단일 위상 파형 구현은 2상 파형 구현보다 덜 복잡하고, 전력을 덜 소비하며, 적은 공간을 필요로 한다. 따라서 이중 단일 위상 파형 구현은 소형 핸드헬드(handheld) 배터리 구동 자극기에 더 적합하다.
전술된 실시예는 양극(또는 기준 접지) 전극을 종결시키기 위한 양극 바늘 및 와이어에 대한 필요성을 제거한다. 전술된 실시예는 신경 해부학에 대한 프로브 배향의 우려를 없애고 신경 작용 전위를 유발하는데 필요한 더 낮은 신경 임계값을 달성한다.
본 명세서에서 설명된 무선 통신은 IEEE 표준 802.11-2012, IEEE 표준 802.16-2009, 또는 IEEE 표준 802.20-2008을 전부 또는 일부 준수하여 수행될 수 있다. 다양한 구현에서, IEEE 802.11-2012는 드래프트 IEEE 표준 802.11ac, 드래프트 IEEE 표준 802.11ad, 또는 드래프트 IEEE 표준 802.11ah에 의해 보충될 수 있다.
상술한 설명은 본질적으로 단지 예시적인 것이며, 본 발명의 개시, 그 적용 또는 용도를 결코 제한하고자 하는 의도는 아니다. 본 발명의 폭넓은 교시는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 따라서 본 명세서는 특정한 예를 포함하지만, 본 발명의 진정한 범위는 다양한 변형들이 도면, 명세서, 및 하기 특허청구범위의 연구 시에 명백해질 것이므로 상기 특정한 예로 한정되는 것은 아니다. 본 명세서에 사용되는 경우에, A, B 및 C 중 적어도 하나라는 구는 비배타적 논리합(OR)을 사용하는 논리 연산자(A 또는 B 또는 C)를 의미하는 것으로 해석되어야 하며, "적어도 하나의 A. 적어도 하나의 B 및 적어도 하나의 C“를 의미하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 방법 내의 하나 이상의 단계들은 본 개시의 원리를 변경하지 않고 상이한 순서(또는 동시에)로 실행될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
본 명세서는 이하의 정의를 포함하는데, 본 출원에서, 용어 "모듈" 또는 용어 "제어기"는 용어 "회로"로 대체될 수 있다. "모듈"이라는 용어는 주문형 집적 회로(Application Specific Integrated Circuit, ASIC); 디지털, 아날로그 또는 혼합 아날로그/디지털 이산 회로; 디지털, 아날로그 또는 혼합 아날로그/디지털 집적 회로; 조합 논리 회로; 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA); 코드를 실행하는 프로세서 회로(공유, 전용 또는 그룹); 프로세서 회로에 의해 실행되는 코드를 저장하는 메모리 회로(공유, 전용 또는 그룹); 기술된 기능을 제공하는 다른 적당한 하드웨어 구성 요소; 또는 시스템-온칩(system-on-chip)과 같은 상술한 것들의 일부 또는 전부의 조합을 의미하거나, 일부이거나, 포함할 수 있다.
모듈은 하나 이상의 인터페이스 회로들을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 인터페이스 회로는 근거리 통신망(LAN), 인터넷, 광역 통신망(WAN) 또는 이들의 조합에 연결된 유선 또는 무선 인터페이스를 포함할 수 있다. 본 명세서의 임의의 주어진 모듈의 기능은 인터페이스 회로들을 통해 연결된 다수의 모듈들로 분산될 수 있다. 예를 들어 복수의 모듈들이 로드 밸런싱을 허용할 수 있다. 또 다른 예에서, 서버(원격 또는 클라우드로도 알려진) 모듈은 클라이언트 모듈을 대신하여 일부 기능을 수행할 수 있다.
위에서 사용된 바와 같은, 용어 코드는 소프트웨어, 펌웨어 및 마이크로 코드 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 프로그램, 루틴(routines), 기능, 클래스, 데이터 구조 및 객체 중 하나 이상을 의미할 수 있다. 공용 프로세서 회로라는 용어는 복수의 모듈들로부터의 일부 또는 전체 코드를 실행하는 단일의 프로세서 회로를 포함한다. 그룹 프로세서 회로라는 용어는 추가 프로세서 회로와 결합하여 하나 이상의 모듈들로부터의 일부 또는 전체 코드를 실행하는 프로세서 회로를 포함한다. 다중 프로세서 회로에 대한 언급은 개별 다이 상의 다중 프로세서 회로들, 단일 다이 상의 다중 프로세서 회로들, 단일의 프로세서 회로의 다중 코어들, 단일의 프로세서 회로의 다중 스레드들 또는 상술한 것들의 조합을 포함한다. 공유 메모리 회로라는 용어는 복수의 모듈들의 일부 또는 전체 코드를 저장하는 단일의 메모리 회로를 포함한다. 그룹 메모리 회로라는 용어는 추가 메모리들과 결합하여 하나 이상의 모듈들로부터의 일부 또는 전체 코드를 저장하는 메모리 회로를 포함한다.
메모리 회로라는 용어는 컴퓨터 판독가능 매체라는 용어의 부분집합이다. 용어 "컴퓨터 판독가능 매체"는 본 명세서에서 사용될 때, 매체(반송파 상의 것과 같은)를 통해 전파되는 일시적인 전기 또는 전자기 신호를 포함하지 않는다; 따라서 컴퓨터 판독가능 매체라는 용어는 유형적이고 일시적이지 않은 것으로 간주될 수 있다. 비일시적이고, 유형적인 컴퓨터 판독가능 매체의 비제한적인 예들은 비휘발성 메모리 회로들(플래시 메모리 회로, 또는 마스크 ROM 회로와 같은), 휘발성 메모리 회로들(예를 들어, 정적 랜덤 액세스 메모리 회로 및 동적 랜덤 액세스 메모리 회로), 자기 저장 매체(자기 테이프 또는 하드 디스크 드라이브와 같은), 및 광학 저장 매체를 포함할 수 있다.
본 출원에 설명된 장치 및 방법들은 컴퓨터 프로그램에 구현된 하나 이상의 특정 기능들을 실행하도록 범용 컴퓨터를 구성함으로써 생성된 전용 컴퓨터에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 적어도 하나의 비일시적인, 유형의 컴퓨터 판독가능 매체에 저장되는 프로세서-실행가능(processor-executable) 명령들을 포함한다. 컴퓨터 프로그램들은 또한 저장된 데이터를 포함하거나 의존할 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 전용 컴퓨터의 하드웨어, 전용 컴퓨터의 특정 장치들과 상호 작용하는 장치 드라이버들, 하나 이상의 운영 체계들, 사용자 어플리케이션들, 백그라운드 서비스들, 백그라운드 어플리케이션들 등과 상호작용하는 기본 입출력 시스템(BIOS)을 포함할 수 있다.
컴퓨터 프로그램은 (i) 어셈블리 코드; (ii) 컴파일러에 의해서 소스 코드로부터 생성된 물체 코드;(iii) 인터프리터에 의한 실행을 위한 소스 코드;(iv) Just-In-Time 컴파일러에 의한 컴파일 및 실행을 위한 소스 코드;(v) HTML(HyperText Markup Language) 또는 XML(Extensible Markup Language) 과 같은 파싱될 설명 텍스트 등을 포함할 수 있다. 단지 예로서, 소스 코드는 C, C++, C#, 오브젝티브-C, Haskell, Go, SQL, Lisp, Java®, ASP, Perl, Javascript®, HTML5, Ada, ASP(active server page), Perl, Scala, Erlang, Ruby, Flash®, Visual Basic®, Lua 및 Python®을 포함하는 언어로부터의 구문을 이용하여 기록될 수 있다.
특허청구범위에 인용된 구성 요소 중 어느 것도 명시적으로 “means for”, 라는 구를 이용해서 한정된 구성요소, 또는 “operation for” 또는 “step for”라는 구를 이용하는 방법 청구항이 아니라면 35 U.S.C. §112(f)에서 의미하는 "기능식 청구항(means-plus-function)“으로 의도되는 것은 아니다.

Claims (26)

  1. 제 1 복수의 연결 요소들(first plurality of connecting elements);
    신경의 근방에서 전류를 전달하기 위해 환자의 조직과 접촉하도록 구성된 복수의 접촉 요소들(plurality of contacting elements)로서, 상기 복수의 접촉 요소들은 전도성인, 복수의 접촉 요소들; 및
    상기 제 1 복수의 연결 요소들로부터 상기 복수의 접촉 요소들로 연장되는 복수의 전도성 요소들(plurality of conductive elements)을 포함하는 수술용 도구(surgical tool)로서,
    상기 복수의 전도성 요소들은 각각 절연 외부 층을 구비하고, 상기 절연 외부 층들은 상기 복수의 전도성 요소들을 서로 격리시키고,
    상기 제 1 복수의 연결 요소들은 모듈러 자극 모듈상의 제 2 복수의 연결 요소들에 분리가능하게 연결되도록 구성되고,
    상기 모듈러 자극 모듈은 도구에 연결되고, 도구 상에 배치되고, 도구에 의해 운반 및 지지되도록 구성되며, 및
    복수의 전도성 요소들은 모듈러 자극 모듈로부터 및 제 1 복수의 연결 요소들로부터 복수의 접촉 요소들로 전류가 흐르도록 구성되고,
    복수의 접촉 요소들은 모듈러 자극 모듈상의 사용자 인터페이스에 의해 조정된 전류를 환자의 조직으로 전달하도록 구성되는, 수술용 도구.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 복수의 연결 요소들은 제 1 연결 요소 및 제 2 연결 요소를 포함하고;
    상기 복수의 접촉 요소는 제 1 접촉 요소 및 제 2 접촉 요소를 포함하며;
    복수의 전도성 요소들의 제 1 부분은 제 1 연결 요소에서 제 1 접촉 요소로 연장되며; 및
    상기 복수의 전도성 요소들의 제 2 부분은 제 2 연결 요소에서 제 2 접촉 요소로 연장되는, 수술용 도구.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 복수의 연결 요소들은 오직 두 개의 연결 요소만 포함하고; 및 상기 복수의 접촉 요소들은 오직 두 개의 접촉 요소만을 포함하는, 수술용 도구.
  4. 제1항에 있어서, 상기 도구는
    제 1 암(arm) 및 제 2 암;
    제 1 암으로부터 연장되고 제 1 내측 및 대향하는 제 1 외측을 구비한 제 1 팁(tip);
    제 2 암으로부터 연장되고 제 2 내측 및 대향하는 제 2 외측을 구비한 제 2 팁; 을 구비한 포셉(forceps)이고,
    상기 제 1 팁의 제 1 내측은 상기 제 2 팁의 제 2 내측을 향하고,
    복수의 접촉 요소들의 제 1 접촉 요소는 제 1 팁의 제 1 외측에 있고 복수의 접촉 요소들의 제 2 접촉 요소는 제 2 팁의 제 2 외측에 있어, 제 1 및 제 2 접촉 요소는 제 1 및 제 2 팁의 대향하는 외부 측면 상에 있고 서로 마주 보지 않는, 수술용 도구.
  5. 제1항에 있어서, 상기 절연 외부 층은 다이아몬드 유사 탄소(diamond like carbon, DLC) 코팅 재료를 포함하는, 수술용 도구.
  6. 제1항에 있어서, 상기 절연 외부 층은 폴리아미드 바이오 플라스틱(polyamide bioplastic) 물질, 붕소 유리(boron glass), 중합체 물질 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluroethylene)을 포함하는, 수술용 도구.
  7. 제1항에 있어서, 상기 절연 외부 층은 복수의 연결 요소들의 영역 및 복수의 접촉 요소들의 영역을 제외하고 복수의 전도성 요소들을 피복하는, 수술용 도구.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 접촉 요소들은 상기 복수의 전도성 요소들의 노출된 부분들이고; 및
    상기 노출된 부분은 절연 외부 층에 의해 코팅되지 않는, 수술용 도구.
  9. 제1항에 있어서, 복수의 접촉 요소들은 팁 패치(tip patch) 또는 나선형 트레이스(helical trace)를 포함하는, 수술용 도구.
  10. 제1항에 있어서, 상기 복수의 접촉 요소들은 복수의 전도성 요소들의 팁의 대향하는 외부 측면 상에 있고 서로 마주하지 않는, 수술용 도구.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 접촉 요소들은 복수의 전도성 트레이스를 포함하며; 및
    상기 복수의 전도성 트레이스는 상기 복수의 전도성 요소들의 팁의 내부 측면 둘레로 연장되고, 서로 절연되는, 수술용 도구.
  12. 제1항에 의한 도구; 및
    복수의 단일 위상 자극 펄스를 생성하도록 구성된 모듈러 자극 모듈(modular stimulation module)을 포함하는, 기구(instrument).
  13. 제12항에 있어서, 상기 모듈러 자극 모듈은 상기 제 1 복수의 연결 요소들에 연결되도록 구성된 제 2 복수의 연결 요소들(second plurality of connecting elements); 및
    복수의 단일 위상 자극 펄스를 생성하도록 구성된 바이폴라 자극 모듈을 포함하는, 기구.
  14. 제13항에 의한 기구; 및
    제 1 요구 신호를 생성하도록 구성된 신경 무결성 모니터링 장치를 포함하는 시스템으로서, 바이폴라 자극 모듈은 제 1 요구 신호에 기초하여 복수의 단일 위상 자극 펄스를 생성하도록 구성된, 시스템.
  15. 제12항에 있어서, 상기 모듈러 자극 모듈은
    (ⅰ) 제어 신호를 생성하고, (ⅱ) 제 1 펄스 및 제 2 펄스를 생성함으로써 환자의 신경 조직을 자극하도록 구성된 제어 모듈(control module)로서, 제 2 펄스는 제 1 펄스에 후속하여 생성되는, 제어 모듈;
    상기 제 1 펄스 및 상기 제 2 펄스에 기초하여, 복수의 단일 위상 자극 펄스를 발생시키도록 구성된 바이폴라 자극 모듈(bipolar stimulation module)로서, 상기 바이폴라 자극 모듈은 상기 도구 상의 복수의 접촉 요소들 상에 복수의 단일 위상 자극 펄스를 출력하도록 구성되고, 복수의 단일 위상 자극 펄스는 제 3 펄스 및 제 4 펄스를 포함하는, 바이폴라 자극 모듈; 및
    제어 신호 및 복수의 단일 위상 자극 펄스에 기초하여, (i) 제 1 연결 요소에 제 3 펄스, 및 (ii) 제 2 연결 요소에 제 4 펄스를 출력하도록 구성된 스위칭 모듈(switching module)을 포함하는, 기구.
  16. 제15항에 있어서,
    제3 펄스는 제1 펄스의 형태(version)이고; 및
    제4 펄스는 제2 펄스의 형태인, 기구.
  17. 제15항에 있어서,
    스위칭 모듈은 복수의 스위치들을 포함하며; 및
    상기 복수의 스위치들은 상기 바이폴라 자극 모듈로부터 (i) 제 3 펄스 및 ii) 제 4 펄스를 출력하도록 구성된, 기구.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 복수의 스위치들은 제 1 스위치 및 제 2 스위치를 포함하고;
    제어 모듈은 제어 신호를 통해 (i) 모듈러 자극 모듈의 작동 모드를 변경하고, (ii) 복수의 스위치들의 상태를 제어하도록 구성되며;
    제 1 모드 동안, (i) 제 1 스위치는 제 1 상태에 있고 제 3 펄스를 제 1 연결 요소에 제공하고, 및 (ⅱ) 제 2 스위치는 제 1 상태에 있고, 제 3 펄스의 결과로서 환자로부터 리턴 전류(return current)를 수신하고; 및
    제 2 모드 동안, (i) 제 2 스위치는 제 2 상태에 있고, 제 4 펄스를 제 2 연결 요소에 제공하고, 및 (ii) 제 1 스위치는 제 2 상태에 있고, 제 4 펄스의 결과로서 환자로부터 리턴 전류를 수신하는, 기구.
  19. 제15항에 있어서, 상기 제어 모듈은 제 1 펄스와 제 2 펄스를 생성하는 사이의 미리 결정된 기간 동안 대기하도록 구성되어, 상기 신경 조직의 불응 기간(refractory period of time)을 구성하는, 기구.
  20. 제15항에 있어서, 상기 모듈러 자극 모듈은
    상기 제 1 펄스에 기초하여 제 1 입력을 수신하고;
    상기 제 1 입력을 증폭하여 제 3 펄스를 생성하고;
    상기 제 2 펄스에 기초하여 제 2 입력을 수신하고; 및
    상기 제 2 입력을 증폭하여 제 4 펄스를 생성하도록 구성된 증폭 모듈(amplification module)을 더 포함하는, 기구.
  21. 제15항에 있어서, 상기 모듈러 자극 모듈은
    상기 제1 펄스에 기초하여 제1 입력을 수신하고;
    상기 제1 입력을 필터링하여 제1 필터링된 출력(first filtered output)을 생성하고;
    상기 제2 펄스에 기초하여 제2 입력을 수신하고; 및
    상기 제2 입력을 필터링하여 제2 필터링된 출력(second filtered output)을 생성하도록 구성된 필터(filter)를 더 포함하며,
    상기 복수의 스위치들은 (i) 제1 필터링된 출력에 기초한 제3 펄스를 제1 연결 요소에 제공하고, 및 (ⅱ) 제2 필터링된 출력에 기초한 제4 펄스를 제2 연결 요소에 제공하도록 구성된, 기구.
  22. 제15항에 있어서, 상기 모듈러 자극 모듈은
    (i) 상기 제 3 펄스의 출력 동안 제 1 연결 요소 및 제 2 연결 요소를 가로 지르는 제 1 전압을 검출하고, (ⅱ) 상기 제 4 펄스의 발생 동안 제 1 연결 요소 및 제 2 연결 요소를 가로지르는 제 2 전압을 검출하고, 및 (iii) 제 1 전압 또는 제 2 전압에 기초하여 피드백 신호를 생성하도록 구성된 피드백 모듈(feedback module)을 더 포함하는, 기구.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 피드백 모듈은 트랜스컨덕턴스 증폭기(transconductance amplifier)를 포함하고;
    상기 트랜스컨덕턴스 증폭기는 (i) 상기 제1 전압을 제1 전류로 변환하고, 및 (ii) 상기 제2 전압을 제2 전류로 변환하도록 구성된, 기구.
  24. 삭제
  25. 제15항에 의한 기구; 및
    제 1 요구 신호를 생성하도록 구성된 신경 무결성 모니터링 장치(nerve integrity monitoring device)를 포함하는 시스템으로서, 제어 모듈이 제 1 요구 신호에 기초하여 제 1 펄스 또는 제 2 펄스를 생성하도록 구성된, 시스템.
  26. 제25항에 있어서, 상기 모듈러 자극 모듈은
    (i) 제 1 연결 요소 및 제 2 연결 요소 양단의 전압을 모니터링하고, 및 (ii) 전압에 기초하여 피드백 신호를 생성하도록 구성된 피드백 모듈, 및
    상기 신경 무결성 모니터링 장치와 무선 통신하도록 구성된 물리 층 모듈(physical layer module)을 더 포함하고,
    제어 모듈은 (i) 피드백 신호의 파라미터를 결정하고, (ii) 상기 물리 층 모듈을 통해 상기 파라미터를 상기 신경 무결성 모니터링 장치로 무선으로 송신하도록 구성되고; 및
    신경 무결성 모니터링 장치는 (i) 파라미터에 기초하여 제2 요구 신호를 생성하고, 및 (ii) 제2 요구 신호를 물리 층 모듈에 무선으로 다시 송신하도록 구성된, 시스템.
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