KR20090112728A - 수술용 내비게이션 및 신경감시 통합시스템 - Google Patents

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윌리엄 케이. 애드콕스
에릭 제이. 라이터스키
토마스 에이. 칼스
존 비. 클레이튼
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워쏘우 오르쏘페딕 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 수술용 내비게이션 및 신경검사 통합시스템에 관한 것이다. 상기 통합시스템은 환자의 해부구조의 시각화에 대한 기구의 실시간 시각화를 제공한다. 또한 통합시스템은 신경감시 정보를 획득하여 이를 환자의 해부구조의 시각화로 통합시킨다.
수술용 내비게이션 및 신경감시 통합시스템, 신경 완전성, 컴퓨터단층촬영술, 수술전 렌더링

Description

수술용 내비게이션 및 신경감시 통합시스템{INTEGRATED SURGICAL NAVIGATIONAL AND NEUROMONITORING SYSTEM}
본 발명은 신경-관련수술 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수술용 내비게이션(surgical navigation) 및 신경감시(neuromonitoring)를 위한 통합시스템 및 방법에 관한 것이다.
외과의가 수술용 도구 또는 프로브(probe)를 이동하고 이것의 위치를 정하는 것을 돕기 위해 외과수술 및 특히 신경-관련 시술들에 종종 수술용 내비게이션 시스템(surgical navigational system)이 사용된다. 종래의 수술용 내비게이션 시스템은 반사체들(reflectors) 및/또는 마커들(markers)을 사용하여 환자의 해부구조(patient anatomy)의 수술전 렌더링(preoperative rendering)에 대한 수술용 도구의 위치 정보를 제공한다. 그러나 수술용 내비게이션 시스템은 신경구조체(neural structure)의 완전성 또는 이러한 신경구조체에 대한 수술용 도구의 근접성을 판정하기 위한 신경감시 기능이 없다. 다른 한편으로는, 신경 완전성 감시시스템들(neural integrity monitoring systems)은 신경 손상을 예측하고 방지하기 위하여 신경 위치를 확인하는 전기자극(electrostimulation)을 이용하도록 설계된다. 그러나, 신경 완전성 감시시스템들은 시각적 내비게이션(visual navigation)에는 도움이 되지 않는다. 따라서 외과의가 수술용 도구 또는 프로브를 조종하는 것을 시각적으로 도울 뿐 아니라 신경구조체에 대한 수술용 도구 근접성, 신경구조체의 완전성 및 신경구조체의 총체적 건강상태 및 기능을 평가하기 위하여 신경감시할 수 있는 신경감시 및 수술용 내비게이션 통합시스템이 요구되고 있다.
[발명의 요약]
하나의 양상에서, 본 발명은 환자의 신경구조체(neural structure)에 대한 실시간 신경 정보(real-time neurological information)를 제공하도록 설계된 수술중 신경감시시스템(intraoperative neurological monitoring system)을 포함하는 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 상기 수술중 신경검사시스템과 통신 연결되고 신경구조체의 위치 표현(geographical representation)을 제공하도록 설계된 수술용 내비게이션 시스템(surgical navigational system)을 더 포함한다.
다른 양상에서, 본 발명은 신경외과수술 안내방법에 관한 것이다. 본 방법은 환자의 신경구조체에 전기자극(electrostimulation)을 인가하는 단계 및 상기 전기자극에 대한 신경구조체의 반응을 판정하는 단계를 포함한다. 본 방법은 상기 반응으로부터 신경구조체의 위치 정보를 판정하는 단계 및 신경구조체의 위치 정보로부터 신경구조체의 위치 표현을 그래픽 사용자 인터페이스(graphical user interface: GUI) 상에 표시하는 단계를 더 포함한다.
다른 양상에 의하면, 본 발명은 신경구조체에 자극을 인가하는 단계 및 자극된 신경구조체의 전체배치상의 위치(geographical position)를 보여주는 그래픽 사용자 인터페이스의 시각적 검사(visual inspection)로부터 신경구조체의 위치를 시각적으로 판정하는 단계를 포함하는 수술방법에 관한 것이다.
또 다른 양상에서, 본 발명은 환자의 해부구조의 수술전 시각화(preoperative visulization)를 표시하는 단계 및 환자 내 기구의 배치를 추적하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 환자의 해부학적 피처(anatomical feature)에 자극을 인가하는 단계 및 상기 자극에 대한 해부학적 피처의 반응을 판정하는 단계를 더 포함한다. 본 방법은 자극에 대한 해부학적 피처의 반응에 기초하여 상기 해부학적 피처의 시각화를 변화시키기 위해 수술전 시각화를 변경하는 단계를 역시 포함한다.
본 발명의 이러한 및 기타의 양상들, 형태들, 목적들, 특징들 및 이점들은 상세한 도면 및 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
본 발명은 신경-관련수술 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수술용 내비게이션 및 신경감시를 위한 통합시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 원리에 대한 이해를 증진하기 위하여, 도면들에 도시된 구현예들 및 실시예들을 참조할 것이며 상기 구현예들 및 실시예들을 설명하기 위해 특수한 용어가 사용될 것이다. 그러나 이것에 의해 청구범위의 보호범위를 제한할 의도가 아니라는 것을 이해할 것이다. 설명된 구현예들에서의 임의의 개조 및 추가적인 변경들, 그리고 본 명세서에 설명된 본 발명의 원리들에 대한 임의의 추가적인 응용들도 본 발명이 속하는 기술분야의 기술자에게 통상적으로 가능한 것으로 고려된다.
도 1을 참조하면 수술용 내비게이션 정보 및 신경감시 정보를 종합적으로 표시하기 위한 장치가 도시된다. 영상-기초의 수술용 내비게이션 및 신경감시 통합시스템(10)으로 인하여 외과의는, 바람직하게는 신경 정보의 획득을 용이하게 할 수 있는 수술기구인 기구(14)의 궤도를 모니터(12) 상에 환자의 해부구조의 시각화에 대하여 생성하고 표시할 수 있다. 하나 이상의 사전-획득된 영상들(pre-acquired images: 16)을 나타내는 데이터는 컴퓨터(18)로 입력된다. 컴퓨터(18)는 디텍터(detector: 20)를 이용하여 실시간으로 기구(14)의 위치를 추적한다. 그리고 나서 컴퓨터(18)는 사전-획득된 영상들(16)과 함께 기구(14)의 궤도를 실시간으로 등록하고 표시한다. 기구(14)의 궤도를 나타내는 아이콘(icon)은 사전-획득된 영상들(16)에 중첩되고 모니터(12) 상에 표시된다. 외과의의 명령에 따라, 기구(14)의 실시간 궤도는 컴퓨터(18)에 저장될 수 있다. 본 명령에 따라 외과의 명령이 있었던 순간의 도구의 궤도를 나타내는 새로운 정지 아이콘이 디스플레이(12) 상에 생성된다. 외과의는 추가적인 명령들을 내릴 수 있고, 각각의 명령으로 디폴트(default)에 의해 실시간 궤도를 저장하고 디스플레이에 새로운 정지 아이콘 생성된다. 외과의는 이러한 디폴트를 무시하고 임의의 정지 아이콘이 표시되지 않도록 선택할 수 있다. 또한 외과의는 실시간 및 저장된 기구 궤도들을 이용하여 다수의 기하학적 측정들을 수행할 수 있다.
또한 환자의 해부구조에 대하여 기구(14)의 궤도를 표시하고 저장하는 것 외에도, 컴퓨터 시스템(18)은 환자로부터 획득된 신경 정보를 나타내는 지시자(indicator)에 의해 디스플레이(12) 상에 보이는 환자의 해부구조의 시각화를 업데이트한다. 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 신경 지시자들(neurological indicators)은 특정한 해부학적 구조들의 컬러 코딩(color coding), 사전-획득된 영상들 또는 그 시각화에 중첩되는 문자 또는 그래픽 주석들, 또는 기타의 식별 마커들(identifying markers)을 포함할 수 있다. 본원에서 언급되는 환자의 해부구조의 시각화는 사전-획득된 영상들, 하나 이상의 사전-획득된 영상들로부터 유도되는 그래픽 표시(graphical representation), 도해정보(atlas information) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 영상-기초의 수술용 내비게이션 및 신경감시 시스템(10)이 갖추어진 수술실(surgical suite: 22)이 도시된다. 테이블(26)에 누운 환자(24)가 C-암 영상화 장치(C-arm imaging device: 28)에 놓이면 환자(24)의 사전-획득된 영상들이 수집된다. 본원에서 사용되는 용어 "사전-획득된(pre-acquired)"은 임의의 지정된 시간 순서(time sequence)를 의미하지 않는다. 그러나, 바람직하게 상기 영상들은 수술 내비게이션이 수행되기 이전의 어떤 시점에 얻어진다. 통상적으로, 영상들은 해당되는 해부구조의 두 개의 실질적으로 직교하는 방향들, 예컨대 전-후방(anterior-posterior: A-P) 및 측방(lateral)에서 얻어진다. 상기 영상화 장치(28)는 x선 소스(x-ray source: 30) 및 x선 수용부(x-ray receiving section: 32)를 포함한다. x선 수용부(32)는 표적추적마커들(target tracking markers: 34)을 포함한다. C-암 영상화 장치(28)의 작동은 의사 또는 기타의 사용자에 의해 C-암 제어컴퓨터(C-arm control computer: 36)로 조절된다.
C-암 영상화 장치(28)는 환자(24)로부터 영상들을 획득하는 것으로 도시되지만, 기타의 영상화 장치들도 환자의 해부학적 및/또는 기능적 영상들을 획득하기 위하여 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 컴퓨터단층촬영술(computed tomography: CT), 자기공명(magnetic resonance: MR), 양전자방출단층촬영술(positron emission tomography: PET), 초음파, 및 단일광자방출컴퓨터단층촬영술(single photon emission computed tomography: SPECT)을 이용하여 영상들을 획득할 수 있다. O-암 영상화 시스템(O-arm imaging system)도 영상 획득용으로 사용될 수 있다. 또한 수술전에는 한 타입의 영상화 기법(imaging modality)에 의해 수술실(22)이 아닌 곳에서 영상들이 획득되고 수술전 또는 수술중에는 다른 타입의 영상화 기법에 의해 수술실(22)에서 영상들이 획득될 수 있다는 것을 고려하여야 한다. 이러한 다중-기법 영상들은 공지된 등록기술들(registration techniques)을 이용하여 등록될(registered) 수 있다.
획득된 영상들은 컴퓨터(36)로 전송되며 다시 수술용 내비게이션 컴퓨터(18)로 전송될 수 있다. 컴퓨터(18)는 모니터(12)를 통해 수신된 영상들을 표시할 수 있다. 예를 들어 헤드 업 디스플레이(heads up displays)와 같은 기타의 장치들 역시 상기 영상들을 표시하기 위해 사용될 수 있다.
도 2를 더욱 참조하면, 시스템(10)은 일반적으로 기구(14)의 실시간 추적을 수행하고 또한 수용부(32)의 위치 및 기준 프레임(reference frame: 38)의 위치를 추적할 수 있다. 디텍터(20)는 추적될 각각의 물체 상의 추적마커들의 존재를 탐지한다. 디텍터(20)는 이로부터 전송되는 신호들을 분석하여 디텍터 공간(detector space) 내에 각각의 물체의 위치를 판정하는 소프트웨어 모듈(software modules)에 의해 프로그램되는 컴퓨터(18)와 연결된다. 디텍터가 물체를 지정하는 방식은 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려져 있다.
일반적으로, 반사체들과 같은 부착되는 추적마커들(40)을 이용하는 광학 추적시스템(optical tracking system) (도시되지 않음)의 일부인 기구(14)가 디텍터에 의해 추적되어 디텍터 공간 내에서 3차원 위치가 판정된다. 컴퓨터(18)는 광학 추적시스템과 통신 연결되어 이러한 정보를 환자(24)의 사전-획득된 영상들과 통합하여, 외과수술이 시술될 때 외과의(42)에게 도움이 되는 디스플레이를 형성한다. 기구(14)의 궤도의 아이콘 표시는 사전-획득된 환자(24)의 영상과 동시에 겹쳐 모니터(12) 상에 표시된다. 이러한 방식으로, 외과의(42)는 환자의 해부구조에 대하여 실시간으로 기구의 궤도를 볼 수 있다.
도 2를 더욱 참조하면, 본 발명에 의한 시스템은 바람직하게는 동적인 기구(14)의 실시간 궤도를 저장할 수 있는 능력을 갖는다. 예를 들어 풋-스위치(foot-switch: 44)를 이용하여 명령을 내리면, 컴퓨터(18)는 신호를 수신하여 컴퓨터(18)의 기억장치에 기구의 실시간 궤도를 저장한다. 대안으로, 외과의 또는 기타의 사용자는 기구의 누름-버튼(push-button), 음성명령, 터치패드/터치스크린 입력 등과 같은 다른 입력장치들을 이용하여 명령을 내릴 수 있다. 이러한 "저장 명령(storage command)"은 또한 컴퓨터(18)가 저장된 기구의 궤도를 나타내는 새로운 정지 아이콘을 생성하게 하는데, 특히 입력이 수신된 때의 지점에 상기 아이콘을 "멈추게(freezing)" 한다. 정지 아이콘은 기구의 실시간 궤도를 나타내는 아이콘과 함께 사전-획득된 영상 위에 동시에 중첩될 수 있다. 다중 영상들이 표시된다면, 정지 및 실시간 아이콘 모두가 모든 표시 영상들에 중첩될 수 있다. 예를 들어 그래픽 사용자 인터페이스를 통한 저장명령을 내리는 기타의 수단이 역시 이용될 수 있다. 외과의는 다중 기구 궤도들을 저장할 수도 있다. 원하는 저장명령이 내려질 때 마다, 기구의 실시간 궤도들이 저장되고 상기 저장된 궤도를 나타내는 새로운 정지 아이콘이 사전-획득된 영상에 표시되고, 하나 이상의 영상이 표시된다면 사전-획득된 모든 영상들 상에 표시된다.
본 발명에 의한 시스템은 바람직하게 미국특허 제6,920,347호에 설명된 것과 유사한 방식으로, 실시간 궤도와 하나 이상의 저장된 궤도들 사이, 또는 저장된 궤도들 사이의 각도들을 추가로 측정할 수 있고, 상기 특허의 전체내용은 참조에 의해 본원에 편입된다.
기구 궤도의 추적 및 저장 외에도, 설명되는 바와 같이, 환자로부터 신경 정보가 얻어지며, 본 정보는 디스플레이(12) 상에 도시될 수 있는 볼 수 있는 형태로 나타날 수 있다. 예를 들어 사전-획득된 영상들 및 궤도 정보를 이용하여, 외과의(42)는 신경구조체를 포함하는 해부학적 부위로 안내되는 방식으로 기구(14)를 이동시킬 수 있고 그리고 나서 전극들 (도시되지 않음)과 함께 기구(14) 또는 기타의 신경자극장치(neurologically stimulating device)를 이용하여 신경구조체로부터 신경 정보를 획득할 수 있다. 상기 획득된 신경 정보는 컴퓨터(18)로 전송되고 신경구조체와 함께 신경 정보를 등록하는데, 여기서 상기 신경 정보는 신경구조체로부터 획득된 것이다. 기구(14)의 위치에 기초하여, 컴퓨터(18)는 자극되는 신경구조체의 위치를 판정하고 그리고 나서 디스플레이(12) 상에 상기 신경구조체의 시각화를 업데이트하여 획득된 신경 정보를 나타내는 마커 또는 기타의 색인(indices)을 포함할 수 있다. 예를 들어 위치, 방향 및 신경 반응에 기초하여, 컴퓨터(18)는 자극된 신경구조체 군(class)을 판정하고 디스플레이(12) 상의 신경구조체의 시각화에 주석을 붙일 수 있다. 대안으로, 신경구조체는 이들 군 또는 기타의 정의된 특성들에 따라 디스플레이(12)의 시각화에 특정 컬러로 지정될 수 있다.
자극된 신경구조체를 특징짓는 것 외에도, 컴퓨터(18)는 신경구조체의 위치 정보와 함께, 신경의 구조를 예측할 수 있고 디스플레이(12)에 상기 예측된 구조를 외과의에게 그래픽으로 표시할 수 있다. 이러한 점에서, 신경 일부가 자극되지만 전체 신경구조체가 예측되고 그래픽으로 표시된다. 또한, 사전-획득된 영상들 및/또는 이들의 시각화들은 외과의에게 추적되는 기구에 대한 환자의 해부구조의 총괄적인 이해를 제공하고, 획득된 신경 정보는 이러한 이해를 보충하여 신경구조체에 대한 더 정확한 이해를 돕는다. 따라서 신경구조체 위치를 측정함으로써 통합시스템은 특정 환자의 해부구조에 대한 외과의의 이해를 높인다. 외과의를 더욱 돕기 위하여, 신경구조체들의 국소화(localizing)를 통하여, 기구(14)가 신경구조체에 근접할 때 볼 수 있거나 또는 들을 수 있는 지시자들이 자동으로 컴퓨터(18)에 의해 외과의에게 주어질 수 있다. 또한, 상기 지시자들은 신경구조체의 군(class), 위치, 또는 기타의 특성과 일치하도록 맞추어질 수 있다.
음성인식 소프트웨어 및 하드웨어 또는 기타의 입력장치들을 이용하여 외과의(42) 또는 기타의 사용자는 신경 반응이 측정된 신경구조체에 관한 기록들(notes)을 추가할 수 있다. 그리고 나서 이러한 기록들은 컴퓨터(18)의 기억장치에 저장될 수 있다. 일구현예에서, 외과의(42)는 헤드폰(headphone: 46) 및 마이크(microphone: 48)을 착용하여 손을 쓰지 않고 외과수술에서 기록할 수 있다. 이하에서 더욱 설명되는 바와 같이, 컴퓨터(18)는 헤드폰 또는 기타의 스피커들에 연결된 오디오 시스템을 통하여 외과의에게 주문형 오디오 정보(on-demand audio information)를 제공할 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 수술용 내비게이션 및 신경감시 통합시스템(10)의 블록도가 도시된다. 컴퓨터(18)는 디스플레이 모니터(12)의 디스플레이 스크린(display screen)과 함께 운영되는 그래픽 사용자 인터페이스 시스템을 포함한다. 그래픽 사용자 인터페이스 시스템은 컴퓨터(18)를 작동시키는 운영체제(operating system: 46)와 함께 구현된다. 그래픽 사용자 인터페이스는 컴퓨터(18)의 일부분으로서 구현되어 키보드, 마우스, 광봉(lightwand), 터치패드, 터치스크린, 음성인식 모듈, 풋 스위치, 조이스틱(joystick) 등과 같은 사용자 인터페이스(user interface: 47)로부터 입력 데이터 및 명령들을 수신한다. 도면 및 설명의 간결성을 위하여, 어드레스 버퍼(address buffer), 메모리 버퍼(memory buffer) 및 기타의 표준제어회로들(standard control circuits)과 같은 종래 컴퓨터의 다수의 구성요소들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 구성이며 이들에 관한 설명은 본 발명을 이해함에 있어 필요하지 않으므로 설명되지 않을 것이다.
본 발명의 다양한 단계들을 구현하기 위한 컴퓨터 프로그램은 일반적으로 기억장치(memory unit: 48)에 위치되고, 본 발명의 프로세스들은 중앙처리장치(central processing unit: CPU)(50)에 의해 수행된다. 기억장치(48)는 롬(read-only memory)과 램(random access memory)을 나타낸다. 상기 기억장치는 본 발명에서 사용되는 저장된 기구의 위치들, 확장수치들(extension values), 및 기하학적 변환 파라미터들(geometric transform parameters)과 같은 정보를 포함하는, 예를 들어 영상 데이터 및 테이블들과 같은 데이터를 저장하는 데이터베이스(database: 52)를 역시 포함한다. 또한 데이터베이스(52)는, 감시된 신경구조체의 정량적 및 정성적 평가와 같은 데이터를 저장하는데 이용될 수 있다. 상기 기억장치는, 외과의 또는 기타의 사용자가 진단 및 치료에 활용할 수 있도록 수술전, 수술중, 또는 수술후에 이용할 수 있는 예를 들어 외과수술, 전반적인 해부학적 구조 정보, 비디오, 공개물, 설명서, 발표물, 해부학적 설명도, 수술 안내서 등과 관련된 데이터를 저장하는 기술 데이터 데이터베이스(technical data database: 53)를 더 포함할 수 있다. 또한 통신 소프트웨어 모듈(communication software module: 60)이 기억장치(48)에 포함되어 모뎀(modem: 62)을 통해 원격 데이터베이스, 예컨대 기술 데이터 데이터베이스(64)와 컴퓨터(18)가 용이하게 통신될 수 있다.
영상 보관 데이터베이스(image archival database) 및 기술 데이터 데이터베이스의 단일한 표현들은 단지 예시적인 목적으로 이해되고, 이러한 시스템에 다중 데이터베이스들이 요구된다고 가정된다. 또한, 컴퓨터(18)는 네트워크 (도시되지 않음)을 통하여 데이터베이스에 액세스할 수 있다. 본 발명에 의하면, 공중의, 개방형, 전용, 사설 네트워크 등 임의의 허용가능한 네트워크가 적용될 수 있다. 상기 네트워크에 대한 통신 회선(communications links)은 종래의 전화선, 광섬유, 케이블 모뎀 회선(cable modem links), 디지털 가입자 회선(digital subscriber lines), 무선데이터 전송시스템(wireless data transfer systems) 등을 포함하는 임의의 허용가능한 타입일 수 있다. 이러한 점에서, 컴퓨터(18)에는 공지 디자인의 통신 인터페이스(communications interface) 하드웨어(62) 및 소프트웨어(60)가 제공되어 네트워크를 연결하고 데이터베이스들 사이에 데이터를 교환한다.
운영체계(46), 추적 소프트웨어 모듈(tracking software module: 54), 보정소프트웨어 모듈(calibration software module: 56), 디스플레이 소프트웨어 모듈(display software module: 58), 통신 모듈(communication module: 60) 및 신경감시 소프트웨어 모듈(neuromonitoring software module: 66)을 포함하는 컴퓨터 소프트웨어와 조합되어 CPU(50)는 시스템(10)의 작동 및 프로세스를 제어한다. CPU(50)에 의해 구현되는 프로세스들은 전기 신호로서 버스(bus: 68)를 따라 I/O 인터페이스(70) 및 비디오 인터페이스(video interface: 72)로 통신될 수 있다. 사용자 인터페이스(47)로 연결되는 것에 더하여, I/O 인터페이스는 프린터(printer: 74), (원격 또는 로컬) 영상 보관소(image archive: 76), 및 오디오 (스피커) 시스템(78)과 연결된다.
추적 소프트웨어 모듈(54)은 본원에 설명되고 본 발명이 속하는 기술분야의 기술자들에게 공지된 영상 유도 시스템(image guided system)에서 물체들을 추적하기 위한 프로세스들을 수행한다. 보정 소프트웨어 모듈(56)은 기하학적 변환을 계산하여 영상 왜곡들을 보정하고 영상들을 해부학적 기준 프레임(38), 및 결국에는 환자의 해부구조에 등록한다.
디스플레이 소프트웨어 모듈(58)은 가이드 추적마커들(guide tracking markers: 40)과 기구(14) 사이의 오프셋(offsets)을 적용하고, 필요하다면 상기 오프셋을 계산하여 영상들 위에 중첩되는 기구의 궤도를 나타내는 아이콘을 생성한다. 길이와 각도가 고정된 기구에 대하여, 이러한 오프셋은 한번 측정되어 데이터베이스(52)에 저장될 수 있다. 그리고 나서 사용자는 어느 하나가 시술에 이용되는 기구들의 리스트로부터 선택하고 적합한 오프셋이 디스플레이 소프트웨어 모듈(58)에 의해 적용된다. 길이와 각도가 가변인 기구에 대하여, 오프셋은 수작업으로 측정되어 키보드(47)에 의해 입력되거나, 추적 포인터(tracked pointer) (도시되지 않음) 또는 추적 등록 지그(tracked registration jig) (도시되지 않음)와 함께 측정될 수 있다.
영상 데이터베이스(52)에 로컬로 저장되거나 영상보관소(76)에 원격으로 저장된 사전-획득된 영상 데이터는 I/O 인터페이스(70)를 통하여 디지털화되어 컴퓨터(18)로 직접 전송되거나 비디오 인터페이스(72)를 통하여 비디오 데이터로서 공급될 수 있다. 또한, 기억장치에 저장되는 것으로 도시된 아이템들 역시, 기억장치 용량이 부족하면 적어도 부분적으로 하드디스크 (도시되지 않음) 또는 플래시 메모리(flash memory)와 같은 기타의 기억장치에 저장될 수 있다. 또한 명백하게 도시되지 않았으나, 영상 데이터는 네트워크를 거쳐, 하드 드라이브, 광디스크들, 테이프 드라이브들(tape drives) 또는 임의의 다른 타입의 데이터 전송 및 저장 장치들과 같은 대용량 저장장치를 통하여 제공될 수 있다.
상술된 모듈들 및 인터페이스들 이외에, 컴퓨터(18)는 기구 내비게이션 인터페이스(instrument navigation interface: 82) 뿐만 아니라 신경감시 인터페이스(neuromonitoring interface: 80)를 포함한다. 신경감시 인터페이스(80)는 환자(24)에 근접된 전극들(electodes: 84)로부터 전기신호들을 수신한다. 상기 전기신호들은 기구(14) 또는 기타의 전기자극 프로브(electrostimulating probe) (도시되지 않음)에 의해 환자의 신경구조체에 인가된 전기자극에 반응하는 전극들(84)에 의해 탐지된다. 본 실시예에서, 전극들은 근전도검사(electromyography: EMG) 전극들이며 신경자극에 대한 근육반응들을 기록한다. 대안으로, 기타의 신경감시 기법들, 예를 들어 운동유발전위(motor evoked potentials: MEP) 신경감시 및 체성감각유발전위(somatosensory evoked potentials: SSEP) 신경감시 기법을 이용할 수 있다. 자극 제어기(stimulator control: 86)는 기구(14)와 인터페이스로 연결되어 기구(14)에 의해 인가되는 자극의 강도, 방향 및 패턴을 제어한다. 원하는 자극 특성을 정하는 입력은 입력 인터페이스(input interface: 47)를 통해 또는 기구(14) 자체에서 외과의 또는 기타의 사용자에 의해 주어질 수 있다.
상술된 바와 같이, 통합시스템(10) 역시 마커, 반사체 또는 기타의 추적장치들을 이용하여 기구(14) (및 환자(24))의 실시간 추적을 수행한다. 일실시예에서, 기구(14)는 마커들(40)을 포함하고 이의 운동은 카메라 또는 기타의 공지된 추적장비를 포함하는 기구 추적기(instrument tracker: 88)에 의해 추적된다. 유사하게, 환자는 마커 또는 반사체를 포함하여 환자의 운동이 추적될 수 있다. 전기자극을 인가하기 위하여, 기구(14)는 전력공급장치(power supply: 90)에 연결된다. 도시되는 바와 같이, 기구(14)는 자체 수용된 배터리에 의해, 컴퓨터 캐비닛(computer cabinet)에 수용된 전력공급장치에 의해 또는 유도되어 전력이 공급될 수 있다.
수술용 내비게이션 및 신경감시 통합시스템은 외과의가 환자의 해부구조에 대한 기구의 시각화를 통하여 기구 예컨대 수술용 도구, 프로브 또는 기타의 기구를 조종하는 것을 돕도록 설계된다. 본원에 설명된 바와 같이, 추적 도구들 및 기법들을 이용하여, 환자의 해부구조에 대한 기구의 실시간 위치 및 방향 정보가 환자의 해부학적, 기능적 또는 유도된 영상에 중첩될 수 있다. 외과의가 기구 추적하는 것을 돕는 것에 더하여, 통합시스템(10)은 신경구조체의 위치 및 완전성을 평가하기 위한 신경감시 역시 수행한다. 이러한 점에서, 외과의는 기구를 바람직한 지점으로 이동시키고 디스플레이(12)로 환자의 해부구조에 대한 기구의 배치를 보면서 기구에 근접된 신경구조체에 전기자극을 인가하여 전기자극에 대한 반응을 측정한다. 수집된 이러한 신경 정보는 그래픽 또는 문자 주석, 신경구조체의 컬러 또는 기타의 코딩, 또는 전기자극의 인가로부터 수집된 신경 정보를 사람이 식별할 수 있는 형태로 전달할 수 있는 표지법(labeling techniques)을 통하여 환자의 해부구조의 시각화에 추가될 수 있다. 또한 통합시스템은 예를 들어 주요 신경구조체와 같은 환자의 해부구조를 시각화하고 상기 환자의 해부구조를 위치 또는 완전성과 관련하여 외과의에게 도움을 준다. 도 4-5에 대하여 도시된 바와 같이, 그래픽 사용자 인터페이스는 수술용 내비게이션 정보 및 신경감시 정보와의 상호작용을 용이하게 전달하기 위하여 사용된다.
이제 도 4를 참조하면, 외과의가 예를 들어 프로브 또는 뼈 드라이버와 같은 수술용 도구를 조종하는 것을 돕도록 설계된 그래픽 사용자 인터페이스(92)가 도시된다. 도시된 실시예에서, 그래픽 사용자 인터페이스(92)는 영상부(image portion: 94) 및 메뉴부(menu portion: 96)로 두갈래진다(bifurcate). 도시된 실시예에서, 영상부는 각각 환자의 해부구조의 관상 영상(coronal image), 시상 영상(sagittal image) 및 축 영상(axial image)을 가지는 3개의 영상 구획들(image panes: 98, 100, 102)을 포함한다. 영상부는 렌더링 구획(rendering pane: 104)을 역시 포함한다. 메뉴부(96)는 선택적 링크를 제공하며, 외과의에 의해 선택되면 영상 구획들(98, 100, 102)에 표시되는 것들 또는 환자로부터 획득된 기타의 데이터와의 연결을 가능하게 한다.
영상 구획들은 외과의가 기구를 추적하도록 해부학적 지도(map) 및 구조(framework)를 제공하고, 포인터(pointer: 106)에 의해 표현되어 표시될 수 있다. 본원에 설명된 통합시스템은 기구의 움직임을 추적하여 구획들(98, 100, 102)에 포함된 영상들에 중첩되는 포인터의 위치의 실시간 시각화를 제공한다. 표시된 영상들은 환자로부터 획득된 하나 이상의 진단 영상들, 도해 모델(atlas model) 또는 이들의 조합에서 유도될 수 있음을 유의한다. 기구가 환자의 해부구조에 대하여 이동되면 영상 구획들에 표시되는 영상들은 자동으로 업데이트되어 상기 기구의 순간 위치는 포인터(106)를 통해 외과의에게 위치 정보를 제공한다.
더욱이, 통합시스템은 수술기구 내비게이션 및 신경감시 양자 모두를 제공하므로, 영상 구획들 및 포인터(106)에 의해 제공되는 위치 피드백(positional feedback)을 통하여 신경감시를 위한 신경구조체를 분리시켜 외과의에게 도움을 줄 수 있다. 즉, 영상 구획들(98, 100, 102)에 포함된 영상들로부터 신경 위치에 대한 전체적 이해가 가능하다. 구획들을 시각적으로 관찰하여, 외과의는 신경구조체에 근접하게 기구를 이동시켜 전기자극을 인가하고 신경 반응을 측정한다. 이러한 신경 반응은, 공지된 신경감시기법과 동일한 방식으로 신경구조체의 완전성을 평가하기 위하여 이용될 수 있다. 또한 신경 정보는 자극된 신경구조체의 위치를 보다 정확하게 지정하기 위하여 이용될 수 있다. 예를 들어 환자의 해부구조의 시각화, 예컨대 구획들(98, 100, 102)에 포함된 영상들은 해부학적 위치, 방향 및 지점에 대한 전반적인 이해를 제공한다. 이후 자극된 신경구조체의 신경 반응은 컬러-코딩(color-coding) 또는 기타의 색인을 이용하여 환자의 해부구조에 신경구조체의 위치 및 방향을 정확하게 나타내기 위하여 이용될 수 있다.
더욱이, 신경구조체의 전반적인 지점 및 그의 국부적 위치에 기초하여, 신경구조체의 평가가 개선될 수 있다. 즉, 컴퓨터는 외과의가 신경구조체에 근접하게 기구를 이동시킴에 따라 나타나는 신경구조체의 측정된 응답 및 그의 위치 정보를 이용하여, 측정된 응답과 데이터베이스에 포함된 데이터를 비교하여 측정된 응답이 예상과 일치하는지를 판정할 수 있다.
완전성 평가 및 위치 국소화(positional localization) 이외에, 내비게이션 정보 및 신경감시 정보를 종합하면 신경 지도(neural maps)를 개발할 수 있다. 즉, 반복된 기구의 움직임 및 신경감시를 통하여, 조합된 정보는 통합되어 신경구조체 위치를 지정하고, 위치 및/또는 응답에 기초하여 이들 신경구조체들을 분류하고, 색 또는 기타의 색인을 통하여 환자의 신경학적, 해부학적으로 구동된 지도를 코딩할 수 있다.
도시된 실시예에서, 기구의 팁(tip)은 포인터(106)에 의해 표현됨을 유의한다. 그러나 팁, 후부(hind) 또는 전체의 기구 표현들 역시 내비게이션에서 사용될 수 있다. 또한 동일한 해부구조이지만, 상이한 관점에서 3개의 영상들이 도시되나, 다른 영상 디스플레이 접근들도 가능하다.
도 4를 참조하면, 영상 구획들(104) 중 하나는 신경구조체 다발(neural structure bundle: 108)과 같은 환자의 해부구조에 대한 3차원 렌더링(rendering)을 위한 것이다. 렌더링은 환자의 해부구조의 다-각도 영상들, 도해정보 또는 이들의 조합을 등록하여 형성될 수 있다. 실제로, 외과의는 기구를 표적(target) 해부학적 구조에 근접하게 위치시킨다. 그리고 외과의는 필요하다면 메뉴(96)의 "3D 렌더링" 탭(110)을 선택한다. 이러한 선택에 따라, 컴퓨터는 포인터(106)의 위치를 결정하고 포인터에 의해 "지정된(pointed at)" 해부학적 구조의 3D 렌더링을 생성한다. 이러한 방식으로, 외과의는 해부학적 특징을 선택하고 그래픽 사용자 인터페이스(92)에서 시각적으로 3D 렌더링으로 상기 해부학적 특징을 검사할 수 있다.
또한 상기에서 참조한 바와 같이, 통합시스템은 하나 이상의 데이터베이스들에 포함된 기술 라이브러리(technical library)를 유지하거나 이에 대해 액세스할 수 있다. 외과의는 "기술 데이터(technical data)" 탭(112)을 선택하여 기술 데이터에 액세스할 수 있다. 이러한 선택으로, 컴퓨터는 메뉴(96)에서 이용가능한 리소스들 (도시되지 않음)을 표시할 수 있다. 다른 창이 표시될 수도 있으나, 바람직한 구현으로는 단일 그래픽 사용자 인터페이스가 사용되어 내비게이션 영상 위에 스크린 및 창의 중첩을 피하는 것이다. 기술 리소스들(technical resources)은 인터넷 웹 페이지, 인트라넷 웹 페이지(intranet web pages), 게시물, 공개물, 발표물, 지도, 설명서 등과의 연결을 포함할 수 있다. 또한 바람직한 일실시예에서, 리소스들의 리스트는 외과의가 기술 데이터 탭(112)을 선택하는 경우 주어진 기구의 위치에 맞추어진다. 따라서 외과수술 과정에서 효율적으로 기술 리소스 정보에 대해 액세스될 수 있다.
메뉴(96)는 추적기 부-메뉴(tracker sub-menu: 114) 및 주석 부-메뉴(annotation sub-menu: 116)를 역시 포함한다. 도시된 실시예에서, 추적기 부-메뉴(114)는 "현재(current)" 탭(118), "과거 궤도(past trajectory) 탭(120) 및 "예측 궤도(anticipated trajectory)" 탭 122를 포함하며 기구 내비게이션 정보를 표시하는 주문형 보기 옵션들(on-demanded view options)을 제공한다. 사용자가 탭 118을 선택하면 도구의 현재 위치가 영상 구획들에 표시된다. 사용자가 탭 120을 선택하면 기구의 이동 궤도(traveled trajectory)가 표시된다. 사용자가 탭 122를 선택하면 기구의 헤드의 현재 위치에 기초하여 예측 궤도가 표시된다. 하나 이상의 탭들이 활성되거나 동시에 선택될 수 있음이 고려된다.
주석 부-메뉴(116)는 "새로 만들기(New)" 탭(124), "보기(View)" 탭(126) 및 "편집하기(Edit)" 탭(128)을 포함한다. 탭들(123, 126, 128)은 외과수술 및 해부학적 및 신경 관찰들과 관련한 주석들을 만들고, 보고 및 편집하는 것을 용이하게 한다. 이러한 점에서, 외과의는 특정 외과수술 또는 신경구조체, 그 위치, 완전성 또는 신경응답과 같은 해부학적 관찰에 대한 전반적인 주석을 달거나 기록을 할 수 있다. 바람직한 일실시예에서, 주석이 만들어질 때 컴퓨터는 자동으로 상기 주석을 기구의 위치와 관련시킨다. 따라서 외과수술 과정에서 주석이 만들어지고 신경구조체 또는 기타의 구조체와 관련될 수 있다. 또한 "보기" 탭(126)을 누름으로써 컴퓨터는 주석 리스트(list)가 구획(116)에 나타나도록 할 수 있다. 대안으로, 또는 이에 더하여, 신경구조체와 관련된 주석들은 신경구조체에 근접하게 기구를 위치시켜 보여질 수 있을 것이다. 마우스-오버 기법(mouse-over technique)과 유사하게, 주석이 달린 신경구조체에 근접하게 기구를 위치시키는 경우 이러한 특징이 활성된다면 임의의 이전 주석들이 자동으로 나타날 것이다.
일반적인 예를 들어 환자정보 탭(patient information tab: 130) 또는 특정 기타의 탭 및 셀렉터(selector)가 메뉴 구획(96) 내에 편입될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한 메뉴 구획(96)의 제시 및 배열은 단지 고려된 하나의 실시예일 뿐이라는 것을 이해하여야 한다.
이제 도 5를 참조하면, 기구 추적을 더욱 도시한 영상 구획(102)이 도시된다. 상술된 바와 같이, 사용자가 적절한 입력 탭을 선택하면 기구의 순간 위치가 포인터(106)의 국소화를 통해 환자의 해부구조에 대하여 보여질 수 있다. 또한 도 4의 메뉴(96)의 "과거 궤도(past trajectory)" 탭(120)이 선택되면 기구의 과거 또는 이동 궤도가 점선으로 된 궤도선(trajectory line: 132)로 도시된다. 유사하게, 예측 궤도(134) 역시 상기 기구의 팁부 또는 선단의 순간적인 위치 및 방향에 기초하여 환자의 해부구조에 대해 보여질 수 있다.
또한 궤도 경로들은 저장되고 상기 저장된 궤도들은 불려져(recall) 환자의 해부구조에 대하여 보여질 수 있다. 이러한 점에서, 현재 또는 실시간 기구 궤도는 과거 궤도들과 비교될 수 있다. 또한 모든 기구 움직임이 기록되지는 않는다. 이러한 점에서, 외과의 또는 기타의 사용자는 원하는 바대로 기구 추적 기능을 작동시키거나(on) 멈추게 할(off) 수 있다. 또한, 상술된 예견기법(look-ahead technique)이 영상들 내로 기구의 그래픽 표시를 투사시키지만, 기구의 그래픽 표시가 영상 내로 투사될 영상의 공간 내에 존재하는 것이 반드시 필요한 것은 아니다. 즉, 예를 들어 외과의는 기구를 환자 상부 및 영상의 공간 외부에 둘 수 있는데, 그러면 기구의 표현은 영상에 나타나지 않는다. 그러나, 시술의 용이한 계획을 위해 고정된 길이로 영상 내로 투사되는 것이 여전히 바람직할 수 있다.
도시된 실시예에서, 궤도는 방향선(directional line)으로 표현된다. 그러나 다른 표현들 역시 이용될 수 있다. 예를 들어 궤도는 자동으로 다른 컬러 또는 특이한 숫자 부호(numerical label)로 지정될 수 있다. 다른 타입들의 방향 지시자들은 역시 이용될 수 있고, 상이한 형상들, 스타일들, 크기들 및 텍스처들(texture)도 궤도들을 구분하기 위하여 적용될 수 있다. 또한 외과의는 원한다면 임의의 궤도에 대하여는 부호가 보이지 않도록 할 수 있다. 또한 외과의는 메뉴(96)에서 적절한 제어를 통하여 임의의 궤도에 대한 디폴트 컬러 또는 부호 문자(label text)를 변경할 수 있다. 하나의 실시예에서, 과거 궤도는 하나의 색상으로 지정되고 예측 또는 예견 궤도들은 상이한 색상으로 지정될 수 있다. 또한 도 5에는 단일 궤도가 도시되지만, 여러 기구들이 동시에 추적되어 이들 궤도들이 추적되고, 예측되고 영상에 표시될 수 있다.
도 1-5에 설명된 바와 같이, 통합시스템(10)은 환자의 해부구조에 대하여 마커들, 반사체들 등을 이용하여 수술용 도구 또는 프로브과 같은 기구의 위치를 추적한다. 하나의 양상에서, 상기 기구는 또한 전기자극을 신경구조체에 인가할 수 있어 신경 위치 및 신경 완전성(nerve integrity)과 같은 신경 정보는 환자의 해부구조에 다른 기구를 도입하지 않고도 판정될 수 있다. 상기 기구는 자극제어기 인터페이스(stimulator control interface: 86) 및 전력공급장치(90)를 통하여 컴퓨터에 연결될(thethered) 수 있고, 대안적인 구현예에서 기구는 무선으로 자극제어기 인터페이스(86)에 연결되고 유도적으로 또는 자체 배터리(self-contained battery)에 의해 전력이 공급될 수 있다.
도 6은 유도에 의해 도구에 전원을 공급하고 마커들 및 반사체들을 사용하지 않고 무선으로 기구의 위치 정보를 결정하기 위한 동작회로(operational circuitry)이다. 동작회로(136)는 전자기장을 생성하는 신호 생성기(signal generator: 138)를 포함한다. 신호 생성기(138)는 바람직하게는 다중 코일들 (도시되지 않음)을 포함한다. 신호 생성기(138)의 각각의 코일은 연속적으로 활성되어 다수의 자기장을 유도하고 이에 따라 감지코일(sensing coil)에서 대응되는 전압신호를 유도한다.
신호 생성기(138)는 개별적인 자기 어셈블리(magnetic assembly)를 적용하여 전송되는 시간-의존성 자기장((time-dependent magnetic field))에 대응되는 감지코일(140)의 유도 전압은 기구의 지점, 예를 들어 위치 및 방향을 설명하는 충분한 정보를 제공한다. 본원에서 사용되는 코일은 시변 자기장(time-varying magnetic fields)에 응하여 상기 인가된 시변 자기장의 함수로서 이를 나타내는 유도된 전압신호를 발생시키는 전기전도성의, 감자성(magnetically sensitive) 부재를 말한다. 신호 생성기(138)에서 생성되고 기구의 위치를 설명하기에 충분한 정보를 가지는 신호는 이하 기준신호(reference signals)라 한다.
또한 신호 생성기는 감지코일(140)에서 전압을 유도하도록 구성되며, 상기 전압은 신호자극유닛(nerve stimulation unit: 142) 및 송신기(transmitter: 144)와 같은 기구의 전자부품들에 전원을 공급하기에 충분하다. 바람직한 구현예에서, 장치에 전원을 공급하기 위해 신호 생성기(138)에 의해 전송되는 신호는 이하에서 전원신호라고 하고, 상기 기준신호와 함께 주파수 다중된다(frequency multiplexed). 기준신호 및 전원신호의 주파수 범위들은 변조되어 상호배타적인 주파수 간격(frequency intervals)을 차지한다. 이러한 기법으로 인하여 상기 신호들은 무선채널과 같은 공통채널을 거쳐 동시에 전송되면서 신호들이 서로 떨어져 상호 간섭하지 않는다. 상기 기준신호 및 위치신호는 바람직하게는 주파수 변조(frequency modulated: FM)되나, 진폭변조(amplitude modulation: AM) 역시 적용될 수 있다.
대안으로, 전원신호들은 별개의 신호 생성기들에 의해 각각 다른 주파수로 전송될 수 있다. 본원에서 구현되는 바와 같이 기준신호를 수신하는 부분은 감지유닛(sensing unit: 146) 및 전원회로(power circuit: 148)를 더 포함한다. 감지유닛(146) 및 전원회로(148) 각각은 감지/전원코일(140)의 주파수 다중화 기준신호 및 전원신호에 의해 유도된 전압신호를 수신할 수 있다. 감지유닛(146) 및 전원회로(148) 양자 모두는 다중화 자기신호들(multiplexed magnetic signals)에 의해 유도된 전압신호들을 위치신호 및 전원신호로 분리할 수 있다.
감지유닛(146)은 기구의 현재 위치를 나타내는 위치신호로서 기준신호에 대응하는 유도된 전압신호 부분을 측정한다. 상기 위치신호는 송신기(144)에 의해 전송된다. 유사하게 전원회로(148)는 전원신호에 대응하는 유도된 전압신호 부분을 보유하여 송신기(144)에 전력을 공급하기에 충분한 전력을 생성하고 신경구조체에 전기자극을 인가한다. 전원회로(148)는 전원신호에 의해 코일(140)에서 생성된 유도전압을 정류하여 DC 전원을 생성하고 이것은 송신기(144) 및 신호자극유닛(142)에 전원을 공급하기 위해 사용된다. 전원회로(148)는 DC 전원을 축전기, 소형전지 또는 기타의 저장장치를 이용하여 저장하여 후에 사용할 수 있다.
통합시스템(10)은 신호 생성기(138)의 동작을 조절하고 송신기(144)에 의해 무선 전송되는 위치 정보를 수신하기 위한 수신기 (도시되지 않음)를 포함하는 전자기제어유닛(electromagnetic control unit: 150)을 포함한다. 이러한 점에서, 제어유닛(150)은 자기장 모드 위치신호들을 수신하고 이들 위치신호들을 CPU로 전송하여 기구의 위치 및/또는 방향을 판정한다. 바람직하게 CPU는 기구의 위치를 판정하기 위해 먼저 감지코일(140)의 각 방향(angular orientation)을 판정하고 코일(140)의 방향을 이용하여 기구의 위치를 판정하기 시작한다. 그러나 본 발명은 기구의 위치를 판정하는 임의의 특정한 방법에 한정되지 않는다. 단일한 감지/전원코일(140)이 도시되지만 개별 감지코일 및 전원코일이 이용될 수 있다.
상술된 바와 같이 본 발명의 하나의 양상에서, 프로브, 견인기 또는 뼈 드라이버와 같은 수술기구도 신경구조체에 전기자극을 인가하기 위하여 이용될 수 있다. 도 7-14는 다양한 실시예의 수술 및 전기자극 통합도구들을 도시한다.
도 7에는 길고(elongated) 바람직하게는 표면처리되고(textured) 근위단부(proximal end: 156) 및 원위단부(distal end: 158)를 구비하는 핸들(handle: 154)을 포함하는 수술용 프로브(surgical probe: 152)가 도시된다. 수술용 프로브(152)는 핸들의 근위단부(156)로부터 연장되는 잭들(jacks: 160)에 의해 도 3의 신경감시 인터페이스(80)에 연결될 수 있다. 핸들은 횡방향으로 돌출된 작동기(transversely projecting actuator: 162)를 테이퍼진 원위 세그먼트(tapered distal segment: 164)에 근접하게 포함하며, 상기 원위 세그먼트는 핸들 원위단부(158)에서 종단되고(terminated), 원위로 돌출되는 스테인리스 강 샤프트(166)를 지탱한다. 샤프트(166)는 테이퍼지고 바람직하게는 핸들 원위단부(158)에 근접하게 더 큰 외경을 가지며, 샤프트 원위단부(168)에 근접할수록 더 작은 외경을 가지도록 테이퍼지고, 핸들 원위단부(158)로부터 샤프트 원위단부(168)까지의 원위로 돌출되는 길이는 투명 플라스틱의 얇은 벽을 가지는 수축 튜브에 싸여진다. 양극(anode: 172) 및 음극(cathode: 174)은 핸들(154)로부터 연장되고 전도체들(conductor: 170)과 전기적으로 연결된다. 양극 및 음극(172, 174)은 샤프트 원위단부(168)에서 약간 더 연장되고 신경구조체에 전기자극을 인가하기 위하여 사용된다.
또한 핸들(154)의 외표면(outer surface)은 프로브(152)의 위치 및 방향을 용이하게 추적하기 위해 반사체/마커 네트워크(reflector/marker network: 176)를 포함한다. 프로브(152)는, 영구식 또는 착탈식으로 핸들(154)에 고정되는 3개의 반사체들(176)을 구비하는 것으로 도시된다. 종래의 수술기구 추적시스템에서 공지된 바와 같이, 상기 반사체들(176)의 크기, 형상 및 위치는 수술용 내비게이션 시스템에 의해 인지되므로, 카메라에 캡쳐될 때 프로브(152)의 위치 및 방향은 즉시 확인될 수 있다. 3개 이상 또는 이하의 반사체들이 사용될 수 있다.
외과의는 외과수술에서 작동기(162)를 통하여 환자의 해부구조에 전기자극을 인가한다. 따라서 프로브(152)는 전기자극을 인가하지 않고 수술목적으로 사용될 수 있고, 의사의 판단 상 필요하다면 신경구조체로부터 신경 반응을 얻기 위하여 사용될 수 있다. 도 7에 도시된 구현예에서, 프로브(152)는 잭들(160)을 통해 프로브(152) 외부에 있는 전력공급장치 (도시되지 않음)에 의해 전력이 공급된다.
도 8은 본 발명의 다른 구현예에 의한 배터리에 의해 전력공급되는(battery powered) 견인기를 도시한 것이다. 견인기(178)는 길고 바람직하게는 표면 처리되고 근위단부(182) 및 원위단부(184)를 구비하는 핸들(180)을 포함한다. 원위단부(184)로부터 연장되는 테이퍼 샤프트(186)는 서로 동일 평면에 배치되는 양극 팁(anode tip: 190) 및 음극 팁(cathode tip: 192)을 포함하는 만곡 헤드(curved head: 188)에서 종단된다. 대안으로, 예시적 수술용 탭에 대하여 도 12-14에서 기재된 바와 같이 양극 및 음극 전극들(232, 234)은 서로에 대하여 동심으로 배향될 수 있다. 핸들(180)은 외과의가 원할 경우 신경구조체들을 전기자극하기에 충분한 전력을 공급하는 배터리들(196)이 수용되는 크기 및 형상으로 만들어진 내부 공간(interior volume: 194)을 제공한다. 일구현예에서, 상기 배터리들(196)은 체액 및 세척액과 접촉되는 것을 방지하기 위해 영구적으로 핸들(180)의 내부 공간(194) 내부에 밀폐된다. 본원에 도시되지 않은 다른 구현예에서, 핸들의 캡 부분을 나사식으로 돌려 배터리를 제거하여 대체할 수 있다. 충전식 배터리도 사용될 수 있고 핸들로부터 꺼내지 않고도 배터리가 충전될 수 있다고 고려된다.
또한 핸들(180)은 3개의 반사체들(198)을 포함하며 이것들은 견인기의 위치 및 방향을 판정하기 위해 카메라 (도시되지 않음) 또는 기타의 탐지장치에 시각적 피드백(visual feedback)을 제공한다. 도 7에서 설명된 것과 유사하게, 견인기(178)는 작동기(200)를 더욱 포함하여 외과의는 선택적으로 견인기(178)의 전기자극 기능을 작동시켜 신경구조체에 전기자극을 인가할 수 있다.
도 9는 본 발명에 의한 유선 견인기(corded retractor: 202)를 도시한 것이다. 본 실시예에서, 견인기(202)는 잭들(204)을 사용하는 종래의 잭 연결을 통하여 원격 배터리 또는 기타의 전력공급장치에 의해 전력이 공급된다. 도 8에 대하여 설명된 것처럼, 견인기(202)의 핸들(206)은 수술용 내비게이션 하드웨어 및 소프트웨어가 견인기(202)의 위치 및 방향을 추적가능하게 하는 반사체들(208)을 포함한다. 또한 견인기(202)는 선택적으로 신경구조체에 전기자극을 인가하는 작동기(210)를 포함한다. 샤프트(216)를 지나서 연장되는 양극 전도체(anode conductor: 212) 및 음극 전도체(cathode conductor: 214)에 의해 용이하게 전기자극된다. 양극 및 음극 전도체들(212, 214)은 샤프트(216)의 전체 길이를 따라 연장되어 잭 커넥터들(jack connectors: 217)과의 연결을 통해 전력공급장치에 연결된다.
도 10에 도시된 바와 같은 다른 실시예에서, 뼈 드라이버(bone screwdriver: 218)는 뼈 나사를 돌리는 것 외에 전기자극을 공급하도록 구성된다. 드라이버(218)는 핸들(220) 및 그 원위단부로부터 연장되는 구동 샤프트(driving shaft: 222)를 포함한다. 핸들(220)은 전기자극을 위한 전력을 제공하는 배터리들(224)을 수용할 수 있는 크기이다. 또한 핸들(20)은 영구적으로 또는 착탈식으로 부착된 반사체들(226)을 포함한다. 구동 샤프트(222)는 핸들(220)의 원위단부(228)로부터 뼈 나사를 돌릴 수 있는 크기 및 형상으로 만들어진 구동헤드(driving head: 230)까지 연장된다. 구동 샤프트(222)에 평행하게 양극 및 음극 전극들(232, 234)이 피복된다. 상기 피복된 전극들(232, 234)이 연장되는 경우 상기 전극들은 구동 샤프트(222)의 구동헤드(230)를 넘어 연장된다. 피복된 양극 및 음극 전극들(232, 234)은 바람직하게 외과의가 뼈 나사를 돌리는 동안 방해되지 않게 후퇴될 수 있다.
피복된 전극들(232, 234)은 아일릿(eyelet: 236)을 이용하는 외과의에 의해 수동으로 연장되거나 후퇴된다. 바람직하게는, 아일릿은 핸들(220)에 충분히 근접하게 배치되어 외과의는 핸들(220)을 잡고도 전극들(232, 234)을 연장하고 후퇴시키고 전기자극을 인가하기 위하여 작동기(238)를 누를 수 있다. 따라서 핸들은 전극들의 이동의 범위를 한정하는 적절한 정지구들(stops)에 의해 형성된 캐비티(cavity) (도시되지 않음)를 포함한다.
도 11은 본 발명의 다른 양상에 의한 수술용 탭의 정면도이다. 본 실시예에서, 수술용 탭(240)은 척추경 구멍(pedicle hole)을 만들기 위한 것이나 신경자극을 줄 수 있고 내비게이션 정보를 제공할 수도 있다. 이러한 점에서, 수술용 탭(240)은 핸들(242) 및 이로부터 연장되는 전도성 샤프트(conductive shaft: 244)를 포함한다. 절연 외장(insulating sheath: 246)은 전도성 팁(conductive tip: 248)으로만 전기자극을 제한하기 위해 샤프트의 일부분만을 둘러싼다. 전도성 팁(248)은 탭이 삽입되는 동안 척추경 또는 다른 뼈 구조체을 체결하는 일련의 나사산들(threads: 250)을 포함한다. 나사산들(250)은 길이방향 오목부 또는 채널(252)이 팁의 길이를 따라 형성되도록 구성된다.
핸들(242)은 팁이 삽입되는 동안 사용자가 선택적으로 전기자극을 인가하게 허용하는 작동기 스위치(actuator switch: 254)를 구비한다. 따라서 수술용 탭이 척추경 나사 파일럿 구멍(pedicle screw pilot hole)을 형성하거나 척추경을 검사하는 동안 전기자극이 인가될 수 있다. 에너지는 도 1의 신경감시시스템의 에너지원에 연결가능한 전도체(256)를 통해 전도성 칩(248)에 인가된다. 대안으로, 배터리들이 핸들 내에 배치되어 전도성 팁(248)에 전기자극 에너지를 공급하기 위해 사용될 수 있다.
핸들(242)은 탭의 위치 및 방향을 결정하기 위해 카메라 (도시되지 않음) 또는 기타의 탐지장치(detection device)에 시각적 피드백을 제공하는 반사체들(258)을 역시 구비한다. 본 발명이 속하는 기술분야의 기술자는 탭의 위치를 추적하기 위하여 다른 기술들, 예를 들어 핸들에 있는 전자 위치 센서들(electronic position sensors)을 이용할 수 있다는 것을 알 것이다.
도 12는 본 발명의 다른 구현예에 의한 수술용 프로브(260)를 도시한 것이다. 상술된 실시예와 유사하게, 프로브(260)는 일련의 반사체들(264)이 그 위에 연결되거나 이와 달리 형성되는 핸들(262)을 구비한다. 핸들의 근위단부로부터 잭들(266)이 연장되어 프로브(260)를 도 2의 신경감시시스템의 에너지원에 연결한다. 전도성 샤프트(268)는 핸들(262)의 원위단부로부터 연장되고 절연 외장(270)에 의해 부분적으로 덮인다. 샤프트(268)의 피복되지 않은 부분은 척추경 또는 기타의 뼈 구조체를 검사할 수 있는 전도성 팁(272)이다. 핸들은, 검사하는 동안 전기자극을 인가하기 위해 선택적으로 전도성 팁(272)에 전원을 공급하는 작동기(274)를 역시 구비한다.
도 13은 전도성 팁(272)의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 전도성 샤프트(268)는 양극 전도부(anode conductive portion: 274) 및 절연체(insulator: 278)에 의해 양극 전도부(274)와 분리되는 음극 전도부(cathode conductive portion: 276)를 포함한다. 도 14에 이것이 더욱 상세하게 도시된다. 본 구성에 따라, 전기자극은 양극성 전기자극(bipolar electrostimulation)을 위해 양극 전도부(276)와 전기적으로 절연된 음극 전도부(274) 사이에 인가된다.
상술된 예시적인 도구들은 수술기능을 수행할 뿐 아니라 환자의 신경구조체에 전기자극을 인가할 수 있도록 설계된다. 본원에 설명된 바와 같이, 영상 기초 내비게이션(image based navigation)의 도움으로, 외과의는 기구를 이동시키고 실시간으로 이러한 움직임을 보고 원한다면 다양한 기구 위치들에서 별도의 자극기구(stimulation instrument) 없이도 전기자극(단극성 및 양극성)을 인가할 수 있다. 또한 전기자극은 선행된 전기자극패턴을 적용하여 내비게이션을 개선하도록 인가될 수도 있다. 이러한 점에서, 기구가 환자의 해부구조를 횡으로 통과할 때, 기구의 팁 앞으로 전기자극이 자동으로 인가된다. 따라서 상기 기구가 움직일 때 신경 정보가 자동으로 획득되고 환자의 해부구조의 시각화는 자동으로 신경 정보가 편입되도록 업데이트된다. 또한 신경 정보는 더욱 특정하게 신경구조체들의 실제 위치 및 방향을 국소화하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 기구가 움직일 때 광범위한 전기자극이 인가될 수 있다. 신경 반응이 측정되지 않으면, 이러한 광범위 전기자극은 계속된다. 그러나 신경 반응이 측정되면, 정밀한 전기자극(pinpointing electrostimulation)이 적용범위(coverage)를 줄이면서 반복적으로 인가되어 자극된 신경구조체 위치를 국소화할 수 있다.
다른 실시예에서 도 15를 참조하면, 선행 전기자극은 외과의에게 기구가 신경 또는 신경구조체로 접근하고 있다는 신호를 보내기 위해 사용될 수 있다. 신호는 그래픽 사용자 인터페이스 상에서 시각적 식별자(visual identifier) 또는 본원에 설명된 오디오 시스템을 통한 가청 경고방송(audible warning broadcast)의 형태일 수 있다. 이러한 점에서, 단계 280에서 통합시스템은 기구의 순간 위치(instantaneous position)를 판정한다. 그리고 나서 단계 282에서 시스템은 기구의 위치를 환자의 해부학적 구조(anatomical makeup)에 대한 정보와 비교하여 해부학적 시각화에서 판독가능하게 보이지 않을 수 있는 신경구조체에 대한 도구의 근접성을 판정한다. 단계 282, 284에서 기구가 신경구조체에 인접하지 않으면, 프로세스 루프는 단계 280으로 돌아간다. 단계 282, 286에서 기구가 이미 확인된 신경구조체에 있거나 그에 인접되면, 신경구조체는 환자의 해부학적 골격(anatomical framework) 및/또는 구조체의 신경 반응으로부터 확인되거나 분류된다. 단계 288에서 신경구조체가 일단 확인되면, 단계 290에서 기구가 신경구조체에 인접하여 있다는 신호를 보내는 적절한 신호가 출력된다. 신호의 강도 및 식별력은 기구에 근접해 있는 것으로 확인된 신경구조체의 타입에 기초를 둘 수 있음이 고려된다. 예를 들어 가청 경고음(audible alarm)의 크기 및 패턴은 신경구조체의 타입에 따라 변할 수 있다. 또한 가청 근접성 지시자들(audible proximity indicators)의 실시예에서, 가청 경고음의 크기 및/또는 패턴은 상기 기구가 신경구조체로 접근하거나 이로부터 멀어짐에 따라 변할 수 있다. 따라서, 가청 신호들은 신경구조체에 대한 기구의 위치를 외과의에게 실시간 피드백(real-time feedback)을 제공한다. 적절한 신호가 출력된 이후에, 프로세스는 단계 280에서 기구의 위치를 판정하는 단계로 돌아간다.
상술된 바와 같이, 통합시스템은 궤도들 사이 또는 기구 위치들 사이의 측정을 수행할 수도 있다. 따라서, 예를 들어 뼈 측정을 통하여 특정한 외과수술에서 충분한 뼈가 제거되었는지를 판정할 수 있다. 예를 들어 기구는 제거될 뼈 부분의 프로파일을 거쳐 추적될 수 있다. 그리고 나서 상기 프로프일을 거친 궤도는 하나의 궤도로 저장될 수 있다. 하나 이상의 뼈 제거 시술 후, 기구는 일부분이 제거된 뼈를 거쳐 다시 추적될 수 있다. 그리고 나서 상기 시스템은 이들 궤도들 사이의 차이를 계산하고 정량적 수치를 예를 들어 그래픽 사용자 인터페이스를 통하여 외과의에게 제공하여 외과의가 특정한 외과수술에서 충분한 뼈가 제거되었는지를 판정하는 것을 도울 수 있다.
또한, 전기자극의 특성들은 추적된 기구의 순간 위치에 기초하여 자동으로 조정될 수 있다. 즉, 기구의 실시간 추적 및 영상들, 도해 모델들(atlas models) 등으로부터 환자의 해부구조 배치에 대한 전반적 이해를 통하여, 통합시스템은 외과의가 전기자극의 인가를 지시할 때 기구에 근접한 상기 해부구조에 기초하여 전기자극의 강도, 범위 및 타입을 자동으로 세팅할 수 있다. 전기자극 특성들을 자동으로 세팅하지 않고, 시스템은 외과의에 의해 고려되도록 그래픽 사용자 인터페이스에 시스템에 의해 유도된 전기자극 수치를 유사하게 표시할 수 있다. 이러한 점에서 외과의는, 그래픽 사용자 인터페이스에 적절한 입력들을 통하여, 제안된 특성들을 적용하거나 시스템에 의해 제안된 것들과는 다른 수치를 정의할 수 있다. 또한, 기구는 뼈 밀링(milling) 또는 제거 및 전기자극을 위하여 이용되기 때문에, 능동적 밀링 또는 뼈 제거가 이루어지는 동안 신경 반응들이 측정될 수 있다.
프로브, 견인기, 드라이버 및 탭이 도시되고 설명되었으나, 본 발명에 의한 기타의 수술용 도구도 수술 기능들을 수행할 뿐만 아니라 전기자극을 인가하기 위하여 사용될 수 있고 예를 들어 블런트 확장기(blunt dilators), 송곳, 척추경 액세스 니들(pedicle access needles), 생검바늘(biopsy needles), 약물전달바늘(drug delivery needles), 볼 팁 프로브(ball tip probes), 체간 확장기(inner body dilators), 척추디스크 제거도구(spinal disc removal tools), 체간 스페이서 도구(inner body spacer tools), 연조직 견인기(soft tissue retractors) 등을 포함한다. 또한, 척추경 나사와 같은 임플란트 역시 수술용 도구의 전도부에 연결될 때 전도성일 수 있고 따라서 임플란트가 이식되는 동안 전기자극을 인가하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 뼈 나사 역시 드라이버의 구동 단부(driving end) 및 전도성 단부(conductive end)와 체결될 때 전기자극을 인가하기 위하여 사용될 수 있다. 또한, 기구의 위치 및 방향의 광학적으로 판정하기 위해 반사체를 구비하는 수술기구들이 예시적으로 도시되었으나, 상기 수술기구들은 도 6에 대하여 기술된 것과 같은, 전자기적으로 기구의 위치 및 방향을 판정하고 유도적으로 전기자극 및 송신기 회로에 전력을 공급하는 회로를 포함할 수 있다.
본원에 설명된 수술기구들은 본 발명이 구현될 수 있는 다양한 실시예들을 보여준다. 설명된 것들 이외에 다른 기구들이 사용될 수 있음을 알 것이다. 또한, 바람직하게는, 도구는 생체적합성 재료, 예를 들어 스테인리스 강으로 형성된다. 그러나 다른 생체적합성 재료가 사용될 수 있음을 알 것이다.
또한 수술용 내비게이션 및 신경감시 통합시스템이 설명되었으나, 독립적인(stand-alone) 시스템들이 신호변경(handshake) 방식으로 서로 통신 연결될 수 있다. 따라서 본원에 설명된 것들과 같은 소프트웨어 모듈들을 통하여, 독립적인 신경감시 프로브 및 시스템에 의해 제공되는 신경 정보는 독립적인 수술용 내비게이션 시스템에 제공되어 내비게이션 정보 및 신경감시 정보의 통합된 시각화를 제공한다.
상술된 바와 같이, 통합시스템은 외과의에게 기술 리소스들(technical resources)에 대한 주문형 액세스(on-demand access)를 제공할 수도 있다. 또한, 통합시스템은 기구 위치, 신경구조체 위치 또는 신경구조체 신경 반응에 기초하여 주문형 리소스들의 리스트를 제공하도록 설계된다. 도 16에 보이는 바와 같이, 단계 292에서 통합시스템은 기술 리소스의 공개를 요청하는 외과의 또는 기타의 사용자로부터 사용자 입력을 수신한다. 단계 294에서, 상기 입력에 답하여, 통합시스템은 요청된 때의 기구의 순간 위치를 판정한다. 단계 296에서, 기구 위치에 기초하여 기구에 근접한 해부학적 구조를 판정한다. 기구의 위치, 확인된 근접한 해부구조 및 가능하다면 근접한 신경구조체의 신경 반응으로부터, 단계 298에서 시스템은 기술 리소스 데이터베이스의 대응하는 부분에 액세스하여 단계 299에서 외과의에게 공개될 수 있는 관련 기술 리소스의 리스트를 유도하고 표시한다. 바람직하게는 상기 리스트는 외과의가 선택할 수 있도록 그래픽 사용자 인터페이스에 표시되는 선택가능한 컴퓨터 데이터 링크들의 형태이며, 예를 들어 게시물, 공개물, 설명서, 지도, 발표물, 비디오, 지시서 및 매뉴얼에 연결될 수 있다. 단계 302에서 그래픽 사용자 인터페이스에서 사용자 선택에 응하여, 단계 304에서 선택된 기술 리소스는 데이터베이스로부터 업로드되어(uploaded) 외과의 또는 기타의 사용자에게 공개된다. 통합시스템은 로컬 또는 원격 데이터베이스로부터 기술 리소스를 업로드할 수 있다.
본원에 설명된 통합시스템에 의해 수행될 수 있는 다른 프로세스가 도 17에 도시된다. 도 17은 외과의 또는 다른 이에게 피드백을 제공하는 예측 프로세스가 신경 완전성을 평가하는 단계들을 개시한다. 프로세스는 단계 306에서 개시되고 전기자극이 인가될 때의 전기자극 기구의 위치를 판정한다. 단계 308에서 자극된 신경구조체의 위치도 판정한다. 상기 신경구조체의 위치에 기초하여, 단계 310에서 신경구조체를 확인한다. 신경구조체의 확인은 환자의 해부학적 정보를 이전의 신경 지도신경 지도델, 해부학적 지도 등과 비교하여 판정할 수 있다. 신경구조체, 예컨대 군(class)의 확인에 기초하여, 단계 312에서 전기자극에 대한 신경구조체의 신경 반응을 예측한다. 그리고 나서 단계 314에서 상기 예측된 신경 반응을 실제의, 측정된 신경 반응과 비교한다. 단계 316에서, 자극된 신경구조체의 완전성을 판정함에 도움이 되도록 상기 비교의 결과를 외과의 또는 기타의 사용자에게 그래픽 사용자 인터페이스에 의해 전달한다. 또한, 자극되고 측정된 신경구조체의 시각화는 상기 비교에 기초하여 자동으로 업데이트되어, 예컨대 컬러 코딩되거나(color coded) 주석이 달려(annotated) 신경 반응이 기대된 것과 일치하지 않는 것을 나타낸다.
단지 몇몇의 예시적인 구현예들이 상세하게 상술되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야의 기술자들은 본 명세서의 신규한 교시들 및 이점들에서 크게 벗어나지 않고도 예시적 구현예들 내에서 많은 변경들이 가능할 것이라는 것을 쉽게 이해할 것이다. 따라서, 모든 변경들 및 대안들은 하기 청구범위에 정의된 바와 같은 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 본 발명이 속하는 기술분야의 기술자들은 또한 이러한 변경들 및 균등한 구성들 또는 방법들은 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나지 않고, 상기 기술자들은 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나지 않고 본 명세서에서 다양한 변화들, 대체들 및 대안들을 이룰 수 있다는 점을 이해하여야 한다. "수평의", "수직의", "최상부", "상부", "하부", "바닥”, "좌", "우", "머리쪽(cephalad)", "꼬리쪽(caudal)", "상부" 및 "하부"와 같은 모든 공간적 표현들은 예시적 목적이며 본 발명의 범위 내에서 변할 수 있다는 점을 이해하여야 한다. 더욱이, 본 발명의 구현예들은 다중 척추 레벨들 및 척추 운동 분절들에 걸쳐 단독으로 또는 조합되어 작용하도록 될 수 있다. 또한, 구현예들이 척추, 및 더욱 상세하게는 척추 운동 분절들에 대해 설명되었으나, 본 발명은 신체의 다른 운동 분절들 및 부위들에 대해서도 유사하게 적용된다. 청구범위에서, 수단-플러스-기능(means-plus-function) 구들은 상기 언급된 기능을 수행하는 것으로 본원에 설명된 요소들, 및 구조적 균등물들 뿐 아니라 균등한 요소들을 포함하는 것으로 의도된다.
도 1은 수술용 내비게이션 및 신경감시 통합시스템의 도면이다.
도 2는 도 1의 수술용 내비게이션 및 신경감시 통합시스템이 있는 수술실의 도면이다.
도 3은 도 1의 수술용 내비게이션 및 신경감시 통합시스템의 블록도이다.
도 4는 도 1-3의 수술용 내비게이션 및 신경감시 통합시스템에 의해 표시되는 그래픽 사용자 인터페이스의 정면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 그래픽 사용자 인터페이스의 일부 정면도이다.
도 6은 도 1-3의 수술용 내비게이션 및 신경감시 통합시스템과 사용되는 무선 기구 추적시스템의 블록도이다.
도 7은 본 발명의 하나의 양상에 의한 수술용 프로브의 측면도이다.
도 8은 본 발명의 하나의 양상에 의한 전기자극을 인가할 수 있는 무선 견인기의 측면도이다.
도 9는 본 발명의 하나의 양상에 의한 전기자극을 인가할 수 있는 유선 견인기의 측면도이다.
도 10은 본 발명의 하나의 양상에 의한 전기자극을 인가할 수 있는 무선 뼈 드라이버의 측면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 양상에 의한 전기자극을 인가할 수 있는 수술용 탭의 측면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 양상에 의한 수술용 프로브의 측면도이다.
도 13은 도 12의 수술용 프로브의 13-13선 단면도이다.
도 14는 도 12-13에 도시된 수술용 프로브의 단부도(end view)이다.
도 15는 본 발명의 하나의 양상에 의한 해부학적 구조에 대한 기구 근접성을 신호로 알리는 단계들의 흐름도이다.
도 16은 본 발명의 하나의 양상에 의한 기술 리소스에 액세스하여 공개하는 단계들의 흐름도이다.
도 17은 본 발명의 하나의 양상에 의한 신경구조체 완전성을 판정하는 단계 들의 흐름도이다.

Claims (12)

  1. 환자의 신경구조체(neural structure)에 대한 실시간 신경 정보(real-time neurological information)를 제공하도록 구성된 수술중 신경감시시스템(intraoperative neurological monitoring system); 및
    상기 수술중 신경검사시스템과 통신 연결되고 상기 신경구조체의 위치 표현(geographical representation)을 제공하도록 구성된 수술용 내비게이션 시스템(surgical navigational system)을 포함하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수술중 신경감시시스템은 상기 실시간 신경 정보를 획득하고 이를 상기 수술용 내비게이션 시스템으로 전달하도록 구성되는 수술용 도구(surgical tool)를 포함하며, 상기 수술용 내비게이션 시스템은 상기 신경구조체의 상기 위치 표현 및 상기 신경구조체의 상기 위치 표현에 대해 상기 수술용 도구의 표시부(representative portion)를 표시하도록 구성되는 모니터를 포함하는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 수술용 도구는 신경구조체에 전기자극(electrical stimulus)을 인가하고 상기 전기자극에 대한 상기 신경구조체의 반응으로부터 상기 실시간 신경 정보를 획득하도록 구성되는 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 수술용 내비게이션 시스템은 상기 실시간 신경 정보를 탐지하는 전극을 포함하고 상기 수술용 도구는 상기 전기자극을 인가하기 위한 양극(anode)과 음극(cathode)을 포함하는 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 수술용 내비게이션 시스템은 상기 신경구조체를 포함하는 영상들을 저장하도록 구성된 영상 데이터베이스(image database)를 포함하는 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 영상들은 하나 이상의 해부학적 영상(anatomical images) 및 기능적 영상들(functional images)을 포함하는 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 영상들은 컴퓨터단층촬영술(computed tomography: CT) 영상들, 자기공명(magnetic resonance: MR) 영상들, 양전자방출단층촬영술(positron emission tomography: PET) 영상들, x선 영상들 및 초음파 영상들 중 하나 이상을 포함하는 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 장치가 수술중 신경감시시스템 및 상기 수술용 내비게이션 시스템과 작동적으로 연결되고, 그래픽 사용자 인터페이스(graphical user interface: GUI)에 표시하도록 상기 실시간 신경 정보 및 상기 신경구조체의 상기 위치 표현을 등록하도록 구성된 컴퓨터를 더 포함하는 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 수술용 내비게이션 시스템은 상기 신경구조체의 해부학적 세팅(anatomical setting)의 시각화(visualization)를 제공하고 상기 수술중 신경감시시스템은 상기 신경구조체에 대한 완전성 정보(integrity information)를 제공하며, 상기 컴퓨터는 상기 그래픽 사용자 인터페이스 상에 상기 신경구조체에 대한 완전성 정보를 시각적으로 전달하도록 더욱 구성되는 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 수술용 내비게이션 시스템은 주문형 수술 정보(on-demanded surgical information)를 제공하도록 구성되는 수술 보조 인터페이스(surgical assistance interface)를 더 포함하는 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 수술 보조 인터페이스는 주문형 비디오 기록(on-demanded video recording) 및 주문형 오디오 기록(on-demanded audio recording) 중 하나 이상을 재생하도록 더욱 구성되며, 여기서 상기 주문형 비디오 기록 및 주문형 오디오 기록 중 하나 이상은 외과의가 주어진 외과수술을 시술하기 위해 사용가능한 정보를 제공하는 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 수술용 내비게이션 시스템은 상기 환자의 도해 영상(atlas image)에 대하여 상기 신경구조체의 상기 위치 표현을 도시하도록 더욱 구성되는 장치.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101270935B1 (ko) * 2012-01-19 2013-06-11 서울대학교산학협력단 수술 중 신경계 감시 장치 및 방법
KR20180001407U (ko) * 2016-10-31 2018-05-11 (주)메가메디칼 틸팅 가능한 헤드부를 구비한 수술 내비게이션 시스템
KR20180072979A (ko) * 2016-12-22 2018-07-02 고려대학교 산학협력단 스마트 수술도구

Families Citing this family (78)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8560047B2 (en) 2006-06-16 2013-10-15 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Method and apparatus for computer aided surgery
US8052688B2 (en) * 2006-10-06 2011-11-08 Wolf Ii Erich Electromagnetic apparatus and method for nerve localization during spinal surgery
US8702677B2 (en) * 2008-10-31 2014-04-22 Warsaw Orthopedic, Inc. Device and method for directional delivery of a drug depot
CN102448398A (zh) * 2009-06-01 2012-05-09 皇家飞利浦电子股份有限公司 基于距离的位置跟踪方法和系统
JP5650732B2 (ja) 2009-06-29 2015-01-07 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ 外科的軌跡の視覚化
US8715223B2 (en) * 2009-07-22 2014-05-06 Warsaw Orthopedic, Inc. Device and method for delivery of a drug depot near the nerve
US8672837B2 (en) 2010-06-24 2014-03-18 Hansen Medical, Inc. Methods and devices for controlling a shapeable medical device
US10993678B2 (en) 2010-11-24 2021-05-04 Edda Technology Medical Solutions (Suzhou) Ltd. System and method for interactive three dimensional operation guidance system for soft organs based on anatomic map and tracking surgical instrument
US11911117B2 (en) 2011-06-27 2024-02-27 Board Of Regents Of The University Of Nebraska On-board tool tracking system and methods of computer assisted surgery
EP2723270B1 (en) 2011-06-27 2019-01-23 Board of Regents of the University of Nebraska On-board tool tracking system of computer assisted surgery
US9498231B2 (en) 2011-06-27 2016-11-22 Board Of Regents Of The University Of Nebraska On-board tool tracking system and methods of computer assisted surgery
WO2013040498A1 (en) * 2011-09-16 2013-03-21 Translucent Medical, Inc. System and method for virtually tracking a surgical tool on a movable display
JP5743329B2 (ja) * 2012-01-19 2015-07-01 ジーイー・メディカル・システムズ・グローバル・テクノロジー・カンパニー・エルエルシー 超音波診断装置及びその制御プログラム
US9566414B2 (en) 2013-03-13 2017-02-14 Hansen Medical, Inc. Integrated catheter and guide wire controller
US9057600B2 (en) 2013-03-13 2015-06-16 Hansen Medical, Inc. Reducing incremental measurement sensor error
US9629595B2 (en) 2013-03-15 2017-04-25 Hansen Medical, Inc. Systems and methods for localizing, tracking and/or controlling medical instruments
US9014851B2 (en) 2013-03-15 2015-04-21 Hansen Medical, Inc. Systems and methods for tracking robotically controlled medical instruments
US10105149B2 (en) 2013-03-15 2018-10-23 Board Of Regents Of The University Of Nebraska On-board tool tracking system and methods of computer assisted surgery
US9283046B2 (en) 2013-03-15 2016-03-15 Hansen Medical, Inc. User interface for active drive apparatus with finite range of motion
US10849702B2 (en) 2013-03-15 2020-12-01 Auris Health, Inc. User input devices for controlling manipulation of guidewires and catheters
US9271663B2 (en) 2013-03-15 2016-03-01 Hansen Medical, Inc. Flexible instrument localization from both remote and elongation sensors
US11020016B2 (en) * 2013-05-30 2021-06-01 Auris Health, Inc. System and method for displaying anatomy and devices on a movable display
EP3243476B1 (en) 2014-03-24 2019-11-06 Auris Health, Inc. Systems and devices for catheter driving instinctiveness
US10080877B2 (en) 2014-07-25 2018-09-25 Warsaw Orthopedic, Inc. Drug delivery device and methods having a drug cartridge
US9775978B2 (en) 2014-07-25 2017-10-03 Warsaw Orthopedic, Inc. Drug delivery device and methods having a retaining member
WO2016032931A1 (en) 2014-08-26 2016-03-03 Avent, Inc. Method and system for identification of source of chronic pain and treatment
US9936961B2 (en) 2014-09-26 2018-04-10 DePuy Synthes Products, Inc. Surgical tool with feedback
CN104486560A (zh) * 2014-12-30 2015-04-01 南京巨鲨显示科技有限公司 基于语音识别的多医疗影像显示和控制系统及其工作方法
US10013808B2 (en) 2015-02-03 2018-07-03 Globus Medical, Inc. Surgeon head-mounted display apparatuses
CN105030335A (zh) * 2015-06-19 2015-11-11 刘红军 神经外科手术监护显微操作装置
JP6824967B2 (ja) 2015-09-18 2021-02-03 オーリス ヘルス インコーポレイテッド 管状網のナビゲーション
US10076650B2 (en) 2015-11-23 2018-09-18 Warsaw Orthopedic, Inc. Enhanced stylet for drug depot injector
US10143526B2 (en) 2015-11-30 2018-12-04 Auris Health, Inc. Robot-assisted driving systems and methods
WO2017187676A1 (ja) * 2016-04-28 2017-11-02 ソニー株式会社 制御装置、制御方法、プログラム及び音出力システム
USD802757S1 (en) 2016-06-23 2017-11-14 Warsaw Orthopedic, Inc. Drug pellet cartridge
US11037464B2 (en) 2016-07-21 2021-06-15 Auris Health, Inc. System with emulator movement tracking for controlling medical devices
US11642182B2 (en) * 2016-09-27 2023-05-09 Brainlab Ag Efficient positioning of a mechatronic arm
US10434261B2 (en) 2016-11-08 2019-10-08 Warsaw Orthopedic, Inc. Drug pellet delivery system and method
US11653853B2 (en) * 2016-11-29 2023-05-23 Biosense Webster (Israel) Ltd. Visualization of distances to walls of anatomical cavities
US10244926B2 (en) 2016-12-28 2019-04-02 Auris Health, Inc. Detecting endolumenal buckling of flexible instruments
EP3600031A4 (en) 2017-03-31 2021-01-20 Auris Health, Inc. ROBOTIC NAVIGATION SYSTEMS IN LUMINAL NETWORKS COMPENSATION FOR PHYSIOLOGICAL NOISE
US10404093B2 (en) * 2017-04-26 2019-09-03 Biosense Webster (Israel) Ltd. Using location transmission signals for charging a wireless medical tool of an electromagnetic navigation system
US10022192B1 (en) 2017-06-23 2018-07-17 Auris Health, Inc. Automatically-initialized robotic systems for navigation of luminal networks
AU2018292281B2 (en) 2017-06-28 2023-03-30 Auris Health, Inc. Electromagnetic distortion detection
KR102558063B1 (ko) 2017-06-28 2023-07-25 아우리스 헬스, 인코포레이티드 전자기장 생성기 정렬
CN107657989B (zh) * 2017-09-11 2021-05-28 山东第一医科大学(山东省医学科学院) 基于稀疏学习与互信息的多模态医学图像平台
US10813657B2 (en) 2017-10-11 2020-10-27 Biosense Webster (Israel) Ltd. Debrider warning system
US10555778B2 (en) 2017-10-13 2020-02-11 Auris Health, Inc. Image-based branch detection and mapping for navigation
US11058493B2 (en) 2017-10-13 2021-07-13 Auris Health, Inc. Robotic system configured for navigation path tracing
EP3684281A4 (en) 2017-12-08 2021-10-13 Auris Health, Inc. SYSTEM AND PROCEDURE FOR NAVIGATION AND TARGETING OF MEDICAL INSTRUMENTS
JP7322026B2 (ja) 2017-12-14 2023-08-07 オーリス ヘルス インコーポレイテッド 器具の位置推定のシステムおよび方法
KR20200101334A (ko) 2017-12-18 2020-08-27 아우리스 헬스, 인코포레이티드 관강내 조직망 내 기구 추적 및 항행을 위한 방법 및 시스템
US20190254753A1 (en) 2018-02-19 2019-08-22 Globus Medical, Inc. Augmented reality navigation systems for use with robotic surgical systems and methods of their use
US10524866B2 (en) 2018-03-28 2020-01-07 Auris Health, Inc. Systems and methods for registration of location sensors
CN110913791B (zh) 2018-03-28 2021-10-08 奥瑞斯健康公司 用于显示所估计的器械定位的系统和方法
CN112218595A (zh) 2018-05-18 2021-01-12 奥瑞斯健康公司 用于机器人使能的远程操作的系统的控制器
KR102499906B1 (ko) 2018-05-30 2023-02-16 아우리스 헬스, 인코포레이티드 위치 센서-기반 분지부 예측을 위한 시스템 및 방법
JP7214757B2 (ja) 2018-05-31 2023-01-30 オーリス ヘルス インコーポレイテッド 生理学的ノイズを検出する管腔網のナビゲーションのためのロボットシステム及び方法
JP7371026B2 (ja) 2018-05-31 2023-10-30 オーリス ヘルス インコーポレイテッド 管状網の経路ベースのナビゲーション
CN110831538B (zh) 2018-05-31 2023-01-24 奥瑞斯健康公司 基于图像的气道分析和映射
EP3989793A4 (en) 2019-06-28 2023-07-19 Auris Health, Inc. CONSOLE OVERLAY ITS METHODS OF USE
EP4021331A4 (en) 2019-08-30 2023-08-30 Auris Health, Inc. SYSTEMS AND METHODS FOR WEIGHT-BASED REGISTRATION OF POSITION SENSORS
CN114340540B (zh) 2019-08-30 2023-07-04 奥瑞斯健康公司 器械图像可靠性系统和方法
KR20220056220A (ko) 2019-09-03 2022-05-04 아우리스 헬스, 인코포레이티드 전자기 왜곡 검출 및 보상
US11992373B2 (en) 2019-12-10 2024-05-28 Globus Medical, Inc Augmented reality headset with varied opacity for navigated robotic surgery
EP4084721A4 (en) 2019-12-31 2024-01-03 Auris Health Inc IDENTIFICATION OF AN ANATOMIC FEATURE AND AIMING
JP2023508525A (ja) 2019-12-31 2023-03-02 オーリス ヘルス インコーポレイテッド 経皮的アクセスのための位置合わせ技術
EP4084722A4 (en) 2019-12-31 2024-01-10 Auris Health Inc ALIGNMENT INTERFACES FOR PERCUTANE ACCESS
US11464581B2 (en) 2020-01-28 2022-10-11 Globus Medical, Inc. Pose measurement chaining for extended reality surgical navigation in visible and near infrared spectrums
US11382699B2 (en) 2020-02-10 2022-07-12 Globus Medical Inc. Extended reality visualization of optical tool tracking volume for computer assisted navigation in surgery
US11207150B2 (en) 2020-02-19 2021-12-28 Globus Medical, Inc. Displaying a virtual model of a planned instrument attachment to ensure correct selection of physical instrument attachment
US11607277B2 (en) 2020-04-29 2023-03-21 Globus Medical, Inc. Registration of surgical tool with reference array tracked by cameras of an extended reality headset for assisted navigation during surgery
US11510750B2 (en) 2020-05-08 2022-11-29 Globus Medical, Inc. Leveraging two-dimensional digital imaging and communication in medicine imagery in three-dimensional extended reality applications
US11382700B2 (en) 2020-05-08 2022-07-12 Globus Medical Inc. Extended reality headset tool tracking and control
US11153555B1 (en) 2020-05-08 2021-10-19 Globus Medical Inc. Extended reality headset camera system for computer assisted navigation in surgery
US11737831B2 (en) 2020-09-02 2023-08-29 Globus Medical Inc. Surgical object tracking template generation for computer assisted navigation during surgical procedure
US11779352B1 (en) * 2021-02-22 2023-10-10 Advance Research System, Llc Trans-facet oblique lateral lumbar interbody fusion
US11931052B2 (en) 2021-10-08 2024-03-19 Nuvasive, Inc. Assemblies, systems, and methods for a neuromonitoring drill bit

Family Cites Families (102)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2669986A (en) * 1950-02-01 1954-02-23 James B Crawley Apparatus for electronically locating nerve irritations
US2704064A (en) * 1952-09-10 1955-03-15 Meditron Company Neurosurgical stimulator
US3313293A (en) * 1964-01-13 1967-04-11 Hewlett Packard Co Multi-electrode needle
US3664329A (en) * 1970-03-09 1972-05-23 Concept Nerve locator/stimulator
US3785368A (en) * 1971-08-23 1974-01-15 Carthy T Mc Abnormal nerve pressure locus detector and method
US3800783A (en) * 1972-06-22 1974-04-02 K Jamshidi Muscle biopsy device
NL183221C (nl) * 1978-03-20 1988-09-01 Univ Groningen Inrichting voor het detecteren van de activiteit van de ademhalingsorganen en het hart van een levend wezen.
US4262676A (en) * 1979-08-24 1981-04-21 Khosrow Jamshidi Biopsy needle having integral stylet locking device
US4266555A (en) * 1979-11-09 1981-05-12 Khosrow Jamshidi Biopsy needle with stylet and cannula orientation
US4493327A (en) * 1982-07-20 1985-01-15 Neurometrics, Inc. Automatic evoked potential detection
DE3229466A1 (de) * 1982-08-06 1984-02-09 Sterimed Gesellschaft für medizinischen Bedarf mbH, 6600 Saarbrücken Punktier- und katheterisiervorrichtung fuer menschliche oder tierische koerper
US4515168A (en) * 1983-07-22 1985-05-07 Chester Martin H Clamp-on nerve stimulator and locator
US4892105A (en) * 1986-03-28 1990-01-09 The Cleveland Clinic Foundation Electrical stimulus probe
JPH02500410A (ja) * 1986-08-05 1990-02-15 ユニヴァーシティ　オブ　ウエイルズ　カレッジ　オブ　メディシン 接近検知器
US4934377A (en) * 1987-11-24 1990-06-19 The Cleveland Clinic Foundation Intraoperative neuroelectrophysiological monitoring system
DE8803153U1 (ko) * 1988-03-09 1988-06-23 B. Braun Melsungen Ag, 3508 Melsungen, De
US4920979A (en) * 1988-10-12 1990-05-01 Huntington Medical Research Institute Bidirectional helical electrode for nerve stimulation
US4955383A (en) * 1988-12-22 1990-09-11 Biofield Corporation Discriminant function analysis method and apparatus for disease diagnosis and screening
US5024228A (en) * 1989-11-29 1991-06-18 Goldstone Andrew C Electrode endotracheal tube
US5125406A (en) * 1989-11-29 1992-06-30 Eet Limited Partnership (Del) Electrode endotracheal tube
US5078147A (en) * 1990-01-25 1992-01-07 Vivo Corporation Method of noninvasive ultrasonic detection of nerve root inflammation
US5081990A (en) * 1990-05-11 1992-01-21 New York University Catheter for spinal epidural injection of drugs and measurement of evoked potentials
US5845639A (en) * 1990-08-10 1998-12-08 Board Of Regents Of The University Of Washington Optical imaging methods
US5215095A (en) * 1990-08-10 1993-06-01 University Technologies International Optical imaging system for neurosurgery
EP1690511B1 (en) * 1990-10-19 2010-07-14 St. Louis University Surgical probe locating system for head use
SE467561B (sv) * 1990-12-04 1992-08-10 Dorsograf Ab Apparat foer maetning av nervsignalers transporttid
US5388587A (en) * 1990-12-04 1995-02-14 Dorsograf Ab Method and apparatus for measuring the transport time of nerve signals excited in different dermatoms of a patient
US5203330A (en) * 1991-02-26 1993-04-20 Vickers Plc Disposable electrodes for electromyography (EMG) and nerve conduction velocity (NCV) and kit containing same
US5630839A (en) * 1991-10-22 1997-05-20 Pi Medical Corporation Multi-electrode cochlear implant and method of manufacturing the same
US5524338A (en) * 1991-10-22 1996-06-11 Pi Medical Corporation Method of making implantable microelectrode
US5201903A (en) * 1991-10-22 1993-04-13 Pi (Medical) Corporation Method of making a miniature multi-conductor electrical cable
US5284153A (en) * 1992-04-14 1994-02-08 Brigham And Women's Hospital Method for locating a nerve and for protecting nerves from injury during surgery
US5196015A (en) * 1992-04-30 1993-03-23 Neubardt Seth L Procedure for spinal pedicle screw insertion
US5421727A (en) * 1993-06-07 1995-06-06 Stevens; Barry H. Dental instrument with microwave/RF radiation and method of treating a tooth
US5524632A (en) * 1994-01-07 1996-06-11 Medtronic, Inc. Method for implanting electromyographic sensing electrodes
US5513651A (en) * 1994-08-17 1996-05-07 Cusimano; Maryrose Integrated movement analyzing system
EP0950379B1 (en) * 1994-10-07 2004-03-31 St. Louis University Device for use with a surgical navigation system
US5630422A (en) * 1995-09-08 1997-05-20 Zanakis; Michael F. Diagnostic system for detecting and indicating cranial movements
US6351659B1 (en) * 1995-09-28 2002-02-26 Brainlab Med. Computersysteme Gmbh Neuro-navigation system
US5779642A (en) * 1996-01-16 1998-07-14 Nightengale; Christopher Interrogation device and method
BR9708139A (pt) * 1996-03-21 2000-10-24 Jasao Corp Processo para verificação da eficácia de uma terapia de manipulação
US6132386A (en) * 1997-07-01 2000-10-17 Neurometrix, Inc. Methods for the assessment of neuromuscular function by F-wave latency
US6356783B1 (en) * 1997-11-20 2002-03-12 David R. Hubbard, Jr. Multi-electrode and needle injection device for diagnosis and treatment of muscle injury and pain
US6181961B1 (en) * 1997-12-16 2001-01-30 Richard L. Prass Method and apparatus for an automatic setup of a multi-channel nerve integrity monitoring system
US6011996A (en) * 1998-01-20 2000-01-04 Medtronic, Inc Dual electrode lead and method for brain target localization in functional stereotactic brain surgery
US6810281B2 (en) * 2000-12-21 2004-10-26 Endovia Medical, Inc. Medical mapping system
US6391005B1 (en) * 1998-03-30 2002-05-21 Agilent Technologies, Inc. Apparatus and method for penetration with shaft having a sensor for sensing penetration depth
US6337994B1 (en) * 1998-04-30 2002-01-08 Johns Hopkins University Surgical needle probe for electrical impedance measurements
US6224603B1 (en) * 1998-06-09 2001-05-01 Nuvasive, Inc. Transiliac approach to entering a patient's intervertebral space
US6027456A (en) * 1998-07-10 2000-02-22 Advanced Neuromodulation Systems, Inc. Apparatus and method for positioning spinal cord stimulation leads
US6173300B1 (en) * 1998-08-11 2001-01-09 Advanced Micro Devices, Inc. Method and circuit for determining leading or trailing zero count
US6745062B1 (en) * 1998-10-05 2004-06-01 Advanced Imaging Systems, Inc. Emg electrode apparatus and positioning system
US6564078B1 (en) * 1998-12-23 2003-05-13 Nuvasive, Inc. Nerve surveillance cannula systems
US6193715B1 (en) * 1999-03-19 2001-02-27 Medical Scientific, Inc. Device for converting a mechanical cutting device to an electrosurgical cutting device
US6224549B1 (en) * 1999-04-20 2001-05-01 Nicolet Biomedical, Inc. Medical signal monitoring and display
US6259945B1 (en) * 1999-04-30 2001-07-10 Uromed Corporation Method and device for locating a nerve
US6366805B1 (en) * 1999-05-26 2002-04-02 Viasys Healthcare Inc. Time frame synchronization of medical monitoring signals
US6674916B1 (en) * 1999-10-18 2004-01-06 Z-Kat, Inc. Interpolation in transform space for multiple rigid object registration
US6187018B1 (en) * 1999-10-27 2001-02-13 Z-Kat, Inc. Auto positioner
US6466817B1 (en) * 1999-11-24 2002-10-15 Nuvasive, Inc. Nerve proximity and status detection system and method
US6671538B1 (en) * 1999-11-26 2003-12-30 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Interface system for use with imaging devices to facilitate visualization of image-guided interventional procedure planning
US7386341B2 (en) * 2000-03-13 2008-06-10 Arrow International, Inc. Instrument and method for delivery of anaesthetic drugs
US7660621B2 (en) * 2000-04-07 2010-02-09 Medtronic, Inc. Medical device introducer
WO2001087154A1 (en) * 2000-05-18 2001-11-22 Nuvasive, Inc. Tissue discrimination and applications in medical procedures
WO2001093748A2 (en) * 2000-06-08 2001-12-13 Nuvasive, Inc. Relative nerve movement and status detection system and method
US6704736B1 (en) * 2000-06-28 2004-03-09 Microsoft Corporation Method and apparatus for information transformation and exchange in a relational database environment
US6533732B1 (en) * 2000-10-17 2003-03-18 William F. Urmey Nerve stimulator needle guidance system
US6560479B2 (en) * 2001-01-17 2003-05-06 Viasys Healthcare Inc. Electrode disconnect system and method for medical signal monitoring system
US6725086B2 (en) * 2001-01-17 2004-04-20 Draeger Medical Systems, Inc. Method and system for monitoring sedation, paralysis and neural-integrity
US6685729B2 (en) * 2001-06-29 2004-02-03 George Gonzalez Process for testing and treating aberrant sensory afferents and motors efferents
GB2379878B (en) * 2001-09-21 2004-11-10 Gyrus Medical Ltd Electrosurgical system and method
EP1435828A4 (en) * 2001-09-25 2009-11-11 Nuvasive Inc SYSTEM AND METHODS FOR EVALUATIONS AND SURGICAL ACTS
US6965794B2 (en) * 2001-10-05 2005-11-15 Fasstech, Inc. Apparatus for routing electromyography signals
US20030093007A1 (en) * 2001-10-17 2003-05-15 The Government Of The U.S.A., As Represented By The Secretary, Department Of Health And Human Serv Biopsy apparatus with radio frequency cauterization and methods for its use
ES2219470T3 (es) * 2001-10-24 2004-12-01 Brainlab Ag Microsonda con sistema de navegacion.
US6579244B2 (en) * 2001-10-24 2003-06-17 Cutting Edge Surgical, Inc. Intraosteal ultrasound during surgical implantation
US7664544B2 (en) * 2002-10-30 2010-02-16 Nuvasive, Inc. System and methods for performing percutaneous pedicle integrity assessments
US7214197B2 (en) * 2001-11-06 2007-05-08 Prass Richard L Intraoperative neurophysiological monitoring system
US20050010262A1 (en) * 2002-02-01 2005-01-13 Ali Rezai Modulation of the pain circuitry to affect chronic pain
US6741883B2 (en) * 2002-02-28 2004-05-25 Houston Stereotactic Concepts, Inc. Audible feedback from positional guidance systems
US6896675B2 (en) * 2002-03-05 2005-05-24 Baylis Medical Company Inc. Intradiscal lesioning device
US7206627B2 (en) * 2002-03-06 2007-04-17 Z-Kat, Inc. System and method for intra-operative haptic planning of a medical procedure
US20040010204A1 (en) * 2002-03-28 2004-01-15 Pearl Technology Holdings, Llc Electronic/fiberoptic tissue differentiation instrumentation
US6993374B2 (en) 2002-04-17 2006-01-31 Ricardo Sasso Instrumentation and method for mounting a surgical navigation reference device to a patient
BR0314328A (pt) * 2002-09-04 2005-07-05 William F Urmey Sistema de posicionamento para uma agulha estimuladora de nervo
US20040049121A1 (en) * 2002-09-06 2004-03-11 Uri Yaron Positioning system for neurological procedures in the brain
US7216001B2 (en) * 2003-01-22 2007-05-08 Medtronic Xomed, Inc. Apparatus for intraoperative neural monitoring
WO2004070573A2 (en) * 2003-02-04 2004-08-19 Z-Kat, Inc. Computer-assisted external fixation apparatus and method
WO2005000090A2 (en) * 2003-05-30 2005-01-06 Medi-Screw, Inc. Medical implant systems
CA2432810A1 (en) * 2003-06-19 2004-12-19 Andres M. Lozano Method of treating depression, mood disorders and anxiety disorders by brian infusion
EP1675508B1 (en) * 2003-08-05 2016-04-20 NuVasive, Inc. System for performing dynamic pedicle integrity assessments
US20050033393A1 (en) * 2003-08-08 2005-02-10 Advanced Neuromodulation Systems, Inc. Apparatus and method for implanting an electrical stimulation system and a paddle style electrical stimulation lead
EP1694403A2 (en) * 2003-11-20 2006-08-30 Advanced Neuromodulation Systems, Inc. Electrical stimulation system, lead, and method providing reduced neuroplasticity effects
US20050113659A1 (en) * 2003-11-26 2005-05-26 Albert Pothier Device for data input for surgical navigation system
US7873400B2 (en) 2003-12-10 2011-01-18 Stryker Leibinger Gmbh & Co. Kg. Adapter for surgical navigation trackers
US7346382B2 (en) * 2004-07-07 2008-03-18 The Cleveland Clinic Foundation Brain stimulation models, systems, devices, and methods
US10342452B2 (en) * 2004-07-29 2019-07-09 Medtronic Xomed, Inc. Stimulator handpiece for an evoked potential monitoring system
US7740631B2 (en) * 2004-10-15 2010-06-22 Baxano, Inc. Devices and methods for tissue modification
WO2006044727A2 (en) * 2004-10-15 2006-04-27 Baxano, Inc. Devices and methods for tissue removal
WO2006044868A1 (en) * 2004-10-20 2006-04-27 Nervonix, Inc. An active electrode, bio-impedance based, tissue discrimination system and methods and use
US8568331B2 (en) * 2005-02-02 2013-10-29 Nuvasive, Inc. System and methods for monitoring during anterior surgery
US7896815B2 (en) * 2005-03-01 2011-03-01 Checkpoint Surgical, Llc Systems and methods for intra-operative stimulation

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101270935B1 (ko) * 2012-01-19 2013-06-11 서울대학교산학협력단 수술 중 신경계 감시 장치 및 방법
KR20180001407U (ko) * 2016-10-31 2018-05-11 (주)메가메디칼 틸팅 가능한 헤드부를 구비한 수술 내비게이션 시스템
KR20180072979A (ko) * 2016-12-22 2018-07-02 고려대학교 산학협력단 스마트 수술도구

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010516399A (ja) 2010-05-20
WO2008091777A4 (en) 2009-02-12
KR101141898B1 (ko) 2012-05-03
US20080183188A1 (en) 2008-07-31
WO2008091777A2 (en) 2008-07-31
WO2008091777A3 (en) 2008-12-24
CN101616635A (zh) 2009-12-30
WO2008091777A9 (en) 2009-03-26
EP2120770A2 (en) 2009-11-25
AU2008209352A1 (en) 2008-07-31

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