CN101137332A - 相对于骨组织操作工具和检测神经元件的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于提供医学治疗的装置(60)，它包括：被构造成可相对于骨组织运作的工具部分(62)、用于操作工具部分(62)的手柄部分(61)和检测神经元件的神经监测系统(30)。工具部分(62)包括由导电元件(83)组成的绝缘杆(66)和非绝缘尖端(67)。杆(66)向非绝缘尖端(67)传输电信号。手柄部分(61)可脱卸地且可操作地连接于工具部分(62)，并包括用于操作工具部分(62)的操作系统。此外，神经监测系统(30)连接于尖端(67)，可根据尖端(67)上的电信号特征运行监测系统(30)以检测神经元件。一旦检测到神经元件，神经监测系统(30)即向手柄部分(61)的操作系统提供信号，指导操作系统改变工具部分(62)的运行模式。

Description

相对于骨组织操作工具和检测神经元件的装置和方法
背景技术
对患者进行手术是痛苦而创伤性的，尤其是在患者身体受患区域。为实现脊柱固定，必要的过程常常包括在患者脊柱椎弓根壁中形成孔和将脊柱椎弓根螺钉插入孔中。优选椎弓根螺钉是因为其坚固并且提供稳定性，但是，必须小心避免在形成孔和将椎弓根螺钉放置到脊柱中期间的神经侵害。采取措施同时监测和定位任何神经元件可有助于形成孔和插入螺钉。
定位诸如骨组织中使神经暴露出的开口之类的缺损是困难的。一些过程涉及监测肌肉对电刺激的反应，以在骨组织区域中定位神经。如果没有定位神经而螺钉接触暴露的神经，螺钉将损害神经或由于太接近神经根而导致患者疼痛或其它并发症。孔的形成和螺钉插入过程期间定位神经元件有利于这种外科手术。
仍然需要在椎弓根壁中形成孔和/或将螺钉插入其中的过程中可采用的装置和方法。本发明旨在满足这些及其它需要。
发明内容
根据一方面，提供了一种装置，其包括被构造成可相对于骨组织运作的工具部分，操作工具部分的手柄部分，和检测神经元件的神经监测系统。工具部分包括由导电元件组成的绝缘杆和非绝缘尖端。杆向非绝缘尖端传输电信号。可脱卸地且可操作地连接于工具部分的手柄部分结合有用于操作工具部分的操作系统。此外，神经监测系统连接于手柄部分，可根据尖端电信号的特征运行监测系统以检测神经元件。一旦检测到神经元件，神经监测系统向手柄部分的操作系统提供信号，指导操作系统改变工具部分的运行模式。
另一方面涉及一种装置，其包括被构造成可相对于骨组织运作的工具部分和可脱卸地且可操作地连接于工具部分的手柄部分，手柄部分包括旋转工具部分的系统。工具部分包括细长绝缘杆和在杆远端处的非绝缘尖端。杆由导电元件构成。可运行手柄部分中的操作系统，响应通过工具部分尖端处的电信号的神经元件的检测而改变工具部分的运行模式。
又一方面涉及一种方法，该方法包括：提供手柄部分，手柄部分结合有操作系统；和将工具部分连接于手柄部分。工具部分包括绝缘杆和非绝缘尖端。此外，可运行操作系统以围绕纵轴线旋转工具部分。该方法还包括提供可操作地连接于手柄部分的神经监测系统，向尖端提供电信号，和相对于骨组织转动工具部分。神经监测系统根据电信号提供神经元件的检测指示。一旦在骨组织中检测到神经元件，神经监测系统向手柄部分的操作系统发送信号以停止工具部分的转动。
另一方面涉及一种系统，其包括工具部分、手柄部分和神经监测系统。工具部分包括沿纵轴线延伸的绝缘杆和非绝缘尖端。手柄部分可操作地且可旋转地连接于工具部分，并被构造成使工具部分相对于手柄部分旋转。神经监测系统电耦合于工具部分，向尖端提供电信号以检测工具部分尖端附近的神经元件。
附图说明
图1是医疗系统的示意图。
图2A是一个实施方式的手柄装置附件的示意图。
图2B是另一实施方式的手柄装置工具附件的示意图。
图3是工具和手柄装置相对于一脊柱节段的局部示意图。
图4A是另一实施方式的手柄装置的示意图。
图4B是另一实施方式的手柄装置的示意图。
具体实施方式
为了促进对本发明原理的理解，现在将参考附图所示实施方式并用具体语言来描述这些实施方式。然而，应理解，这不是对本发明范围的限制，本发明所属领域技术人员通常会了解包括所示装置的改变和进一步改进，以及本文所示本发明原理的进一步应用。
一种用于提供医学治疗的装置包括：被构造成可相对于骨组织运作的工具部分、操作工具部分的手柄部分以及检测神经元件的神经监测系统。工具部分包括导电元件构成的绝缘杆和非绝缘尖端。杆向非绝缘尖端传输电信号。可脱卸地且可操作地连接于工具部分的手柄部分结合有用于操作工具部分的操作系统。此外，神经监测系统连接于手柄部分，并可根据尖端电信号的特征运行监测系统以检测神经元件。一旦检测到神经元件，神经监测系统向手柄部分的操作系统提供信号，指导操作系统改变工具部分的运行模式。
图1显示了系统20，它包括医疗装置及被设置成用来提供医学治疗的相关设备。系统20被设置成在脊柱B一个或多个椎骨的椎弓根壁中形成孔和插入骨螺钉。并且，系统20被设置成可提供神经监测，一旦检测到神经元件即改变装置形成孔或插入螺钉的运行模式。这种运行模式的改变包括停止转动工具部分和/或逆向转动工具部分，允许装置在检测到神经元件时从骨组织中退出。
系统20包括神经监测系统30、连接链路50和医疗装置60。装置60大致沿纵轴线L延伸，包括手柄部分61和工具部分62。神经监测系统30包括通过连接链路50与装置60耦合的设备31，或与装置60整合的设备31。装置60被构造成可相对于人体患者或对象的脊柱B的椎弓根壁运作，如图1示意性所示。合适的系统30的一个例子是Medtronic公司出品的NIM-SpineTM系统。
设备31可包括操作者输入装置32、操作者显示装置34以及使用期间在患者外部的系统20的多种其它操作者可采用的设备。输入装置32可包括字母数字键盘和鼠标或其它标准型点击装置。替代地或附加地，可采用一种或多种其它输入装置，例如本领域技术人员所知的语音输入子系统或其它类型。操作者显示装置34可以是阴极射线管(CRT)型、液晶显示(LCD)型、等离子型、有机发光二极管(OLED)型或其它类型，如本领域技术人员所知的那样。替代地或附加地，可采用一种或多种其它操作者输出装置，例如打印机、一个或多个扬声器、耳机或其它类型，如本领域技术人员所知的那样。神经监测系统30还可包括一个或多个通信接口，这些接口适合连接于计算机网络，例如局域网(LAN)、城域网(MAN)和/或广域网(WAN)如因特网；医疗诊断装置；另一个治疗装置；医疗成像装置；个人数字助理(PDA)装置；数字静止图像或摄像机；和/或音频设备等。神经监测系统30被设置成可在操作者的控制下显示其它信息。
设备31还可包括用于处理与系统20相关的信号和数据的处理子系统40。子系统40可包括模拟接口电路42、数字信号处理器(DSP)44、数据处理器46和储存器48。模拟接口电路42响应来自DSP44的控制信号，以向装置60提供相应的模拟刺激信号。模拟接口电路42和DSP44中至少一个可包括一个或多个数模拟转换器(DAC)及一个或多个模数转换器(ADC)，以便以后文更详细描述的方式运行系统20。处理器46可与DSP44耦合以实现其间的双向通讯，选择性地向显示装置34提供输出，并选择性地响应操作者输入装置32的输入。
DSP44和/或处理器46可以是可编程型；专用硬布线状态机(hardwired statemachine)；或其组合。DSP44和处理器46根据软件编程指令、固件、专用硬件、它们的组合所限定的运行逻辑运行，或以本领域技术人员所知的其它方式运行。对于可编程型DSP44或处理器46，至少一部分运行逻辑由储存在储存器48中的指令所限定。DSP44和/或处理器46的编程可以是标准静态型；神经网络、专家辅助认知、模拟逻辑等所提供的自适应型；或它们的组合。
储存器48被示为与处理器46结合；然而，储存器48也可独立于或至少部分地包括在一个或多个DSP44和处理器46中。储存器48包括至少一个可去除的储存装置(RMD)48a。储存器48可以是固态类型、电磁类型、光学类型或这些形式的组合。而且，储存器48可以是易失存储器、永久存储器、或这些类型的混合。储存器48至少部分地与电路42、DSP44和/或处理器46整合。RMD48a可以是软盘、磁盘、或磁带形式的可去除电磁记录介质；光盘，例如CD或DVD型；可电学重新编程的固态型永久储存器，和/或其它类型，如本领域技术人员所知的那样。在又一些实施方式中，不存在RMD48a。
电路42、DSP44和处理器46可由一个或多个适合如本文所述那样运行的任何类型的元件构成。并且，应理解，所有或任意部分的电路42、DSP44和处理器46可一起整合在同一装置中，和/或以多个处理单元的形式提供。对于多个处理单元形式的DSP44或处理器46，适当时可采用分布式、流水线式和/或平行式处理。在一个实施方式中，电路42是耦合于专用整合电路形式的DSP44的一个或多个元件的形式；处理器46是在标准总线连接上与DSP44接口的一个或多个通用目的中央处理单元的形式；储存器48包括整合在DSP44和处理器46内的专用储存器电路，和一个或多个外部储存元件，这些外部储存元件包括可除去盘形式的RMD48a。电路42、DSP44和/或处理器46可包括一个或多个信号过滤器、限制器、振荡器、模式转换器(例如DAC或ADC)、电源、或适合操作系统20的其它信号算子或调节器，如后文更详细所述。
在一个实施方式中，连接链路50包括柔性电缆形式的链路52，它具有近端52a和相对的远端52b。连接器54电连接于神经监测系统30的设备31。链路52从近端52a处的连接器54延伸至远端52b，在远端52b连接于装置60。连接链路50可包括除链路52之外的其它形式或其替代形式，包括一个或多个电线、电绳、无线链路、红外部件、蓝牙或其它通讯链路。并且，应理解，其它元件、装置和系统可整合到系统20中，例如内窥镜系统、导管插入系统、成像系统、照明系统和/或摄像系统等等。在包括牵引器、导管、插套、护罩、微小切口或其它元件中的一种或多种的外科手术过程中，连接链路50和装置60可靠近或远离脊柱B运动，所述元件为清楚起见未显示。
在图1和3中，工具部分62的构型适合用作钻孔器，以切割和切除骨材料而形成用于接纳骨锚件的孔。图2A和2B显示了工具部分62各组件的可选实施方式的视图。例如，工具部分62可以是丝锥63(图2A)或是改锥64(图2B)。各个工具部分62通常包括在其近端的通用连接件65、杆66和在远端的非绝缘尖端61。通用连接件65可包括能够与手柄部分61可释放地连接的任何合适的构型。在所示实施方式中，丝锥63包括在其远端的螺丝板牙68，它被构造形成螺纹孔模式以接纳骨锚件的螺纹部分。改锥64包括在其远端的驱动头69，它包括可通过施加旋转力而定位在植入椎弓根中的螺钉、螺栓或其它装置中或其周围的任何合适的构型。
应理解，尖端67可以是相对于脊柱B发挥作用的任何其它解剖或切除工具。在所示实施方式中，工具部分62围绕纵轴线L大致呈圆柱形。通用连接件65和杆66由导电材料构成，具有包裹该导电材料的绝缘元件或涂层以防止通过其传输的电向相邻组织或装置分流。尖端67不绝缘，使其暴露于邻近的骨组织并负载电信号以检测神经接近度。
图3显示了装置60的各个组件的一个实施方式以及装置60与脊柱B节段70中椎骨71的关系。手柄部分61大致为圆柱形且围绕纵轴线L伸长。手柄部分61通常包括一操作系统或一组操作设备，以在系统20的运作期间发挥作用。手柄部分61由包裹导电杆83的绝缘元件或涂层构成。用于包裹的绝缘元件或涂层允许操纵手柄部分61并防止通过其传输的电向相邻组织或装置分流。
在一个实施方式中，手柄部分61负载电路84和电动机85，可运行电动机以围绕纵轴线L旋转杆83及连接于杆83的工具部分62。杆83包括在其远端的可旋转联结元件86，联结元件86可操作地连接于工具部分62的通用连接件65。应理解，手柄部分61和工具部分62通过任何合适的方式可操作地、可旋转地电耦合在一起，这些方式包括例如干涉配合、紧固件、夹盘、球形定位机构。此外，可操作手柄部分61以提供当工具部分62连接于其时的指示。装置60可还包括光组件87以照亮椎骨71的骨组织区域或向椎骨71骨组织中的孔72提供光。光组件87可包括可脱卸式夹扣型元件，或者可与手柄部分61一体形成。
工具部分62可与电信号源电接合，用于定位工具部分62附近的神经元件。例如，电导线可从工具部分62延伸通过手柄部分61到达神经监测系统30，以独立于连接链路50或作为连接链路50的一部分与电流源耦合。电流向尖端67传输，从而可基于神经元件对电信号的接近度和反应来监测和检测神经元件。在图3所示实施方式中，工具部分62是钻孔器，该钻孔器被构造成在使用期间制备孔72。在制备孔72的过程中，尖端67负载电信号，该信号提供孔72形成期间骨组织中神经元件相对于尖端67的接近度的指示。其它实施方式考虑能够在孔72攻螺纹期间和将锚定件插入孔72期间检测神经接近度的工具部分。检测神经元件的外科探针及其过程的一个例子在Neubardt的美国专利5,474,558中提供，该专利的内容通过引用全文包括在此。在图2中，手柄部分61显示为圆柱形。图4A和4B显示了用于手柄部分61的手柄的替代构型。例如，手柄90具有手枪握把部分91，握把部分91可脱卸地接纳于手柄部分61或与其一体形成。手枪握把部分91包括可操作地连接于手柄部分61的板机93，以便使用者控制工具部分62的运作和便于在外科手术期间使手柄部分61定位和保持在所需位置中。在图4B中，手柄92包括手枪握把式构型，该构型具有枢轴连接于手柄部分61的手枪握把部分96。该枢轴连接允许改变手柄部分61相对于握把部分96的状态，便于在外科手术期间控制和重新定位装置，用于容纳外科路径、工具部分及手柄部分61所采用的装置。
广泛地参考图1-4，系统20的运行包括通过将通用连接件62接合于手柄部分61的联结元件86而使选定的工具部分62附连于手柄部分61。提供通往骨组织区域的外科路径，在一个实施方式中，所述区域是脊柱70椎骨71的椎弓根壁内的组织区域。神经监测系统30向工具部分62的尖端67提供电信号。可运行电路84和电动机85以围绕纵轴线L旋转工具部分62。在一个实施方式中，工具部分62以较高的扭矩低速转动，以便于清除骨组织，同时在形成、攻螺纹孔72或将锚定件插入孔72期间防止工具部分快速推进到骨组织中。
在一个实施方式中，尖端67中的电信号向孔72周围的组织提供电刺激，监测患者对神经刺激的反应以确定是否达到神经元件阈值。阈值对应于，例如，神经元件的存在及其相对于尖端67接近度的指示。在另一个实施方式中，当尖端67位于神经元件附近或邻近神经元件时，在某些情况下，神经元件的存在产生用于尖端67负载信号的电流通路。电流通路向神经监测系统30提供神经元件存在的指示，然后外科医生可基于该指示采取校正行为。换言之，神经元件阈值的检测是基于诱导患者反应的尖端67的电信号或在该阈值下的特定读数。阈值产生从神经监测系统30到装置60的信号，该信号改变装置60的运行模式。
在一个实施方式中，当在尖端67预定接近度内检测到神经元件时，可运行神经监测系统30向电路84发送信号，停止手柄部分61中电动机84的运作，停止工具部分62的旋转。这样，系统20运行以自动停止工具部分62的旋转和工作，防止工具部分或锚定件进一步推进到骨组织中。在另一个实施方式中，接收到停止信号后，电路84运行以自动逆转工具部分62的旋转方向，以便工具部分62从骨组织中退出或回缩。如果没有检测到神经元件，工具部分62继续运行直到成功完成制备孔和/或插入骨螺钉的过程。
在一个实施方式中，工具部分62能经受高压加热以在特定应用后重复使用。在另一个实施方式中，每次使用后就丢弃工具部分62，将另一工具部分62插入手柄部分61中以进一步运行系统20。在又一个实施方式中，整个装置60被丢弃。在另一个实施方式，系统20中没有神经监测系统30，可操作手柄部分61内的操作系统来检测神经元件和向电路84提供信号以停止工具部分62的运行。应理解，系统20的运行过程中可包括其它步骤或阶段，或者系统20的运行步骤可有不同的顺序以实现外科手术过程。
虽然在附图和上述说明中详细阐述和描述了本发明，认为这些内容是示例性而非限制性的。希望保护本发明精神内的所有改变和改进。

Claims (38)

1.一种装置，其包括：
被构造成可相对于骨组织运作的工具部分，所述工具部分包括沿纵轴线延伸、包含导电元件的绝缘杆与非绝缘尖端，所述杆向所述尖端传输电信号；
手柄部分，可脱卸地且可操作地连接于所述工具部分，结合有用于操作所述工具部分的操作系统；和
连接于所述手柄部分的神经监测系统，可根据所述电信号运行所述神经监测系统以检测神经元件阈值，并在检测到神经元件阈值时向所述手柄部分的所述操作系统提供信号以改变所述工具部分的运行模式。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述操作系统包括可操作地连接于所述手柄部分中的电动机的电路。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述手柄部分包括沿所述纵轴线延伸的细长圆柱形主体。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述运行模式包括停止所述工具部分的旋转。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述工具部分包括钻孔器，以在骨组织中形成孔。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述工具部分包括改锥，以使锚定件插入到骨组织的孔中。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述工具部分包括丝锥。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述运行模式的所述改变包括逆转所述工具部分围绕所述纵轴线的旋转方向。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述工具部分的所述绝缘杆包括近端和与所述近端相对的远端；
所述远端包括所述非绝缘尖端；和
所述绝缘杆包括在所述近端配合接纳在所述手柄部分中的通用连接件。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括可脱卸地且可操作地连接于所述手柄部分的光组件，以向所述骨组织区域提供光。
11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述骨组织在椎弓根壁内。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括连接链路，以使所述手柄部分电耦合于所述神经监测系统。
13.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述手柄部分包括从其延伸的手枪握把部分。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述手枪握把部分枢轴连接于所述手柄部分。
15.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述手枪握把部分可脱卸地连接于所述手柄部分。
16.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述手柄部分为圆柱形。
17.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述神经元件阈值包括神经元件与所述尖端的接近度。
18.一种装置，其包括：
被构造成可相对于骨组织运作的工具部分，所述工具部分包括细长导电绝缘杆和在所述杆远端的非绝缘尖端；和
可脱卸地且可操作地连接于所述工具部分的手柄部分，所述手柄部分包括用于围绕所述工具部分的纵轴线旋转所述工具部分的系统，可操作所述系统，从而响应根据所述电信号的指示神经元件阈值检测的信号以自动改变所述工具部分的运行模式。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述系统包括电动机，可运行电动机以转动所述工具部分。
20.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述工具部分是可啮合于骨锚定件的改锥。
21.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述工具部分是钻孔器，以在骨组织中形成孔。
22.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述装置还包括连接于所述手柄部分的光组件，以照亮骨组织区域。
23.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述工具部分是丝锥，以在骨组织的孔中形成螺纹。
24.一种方法，包括：
提供手柄部分，手柄部分结合有操作系统；
使工具部分连接于所述手柄部分，所述工具部分包括绝缘杆和非绝缘尖端，可运行所述操作系统以围绕所述工具部分的纵轴线旋转所述工具部分；
使神经监测系统可操作地连接于所述工具部分；
向所述尖端提供电信号；
相对于骨组织旋转所述工具部分；
根据所述电信号检测神经元件阈值，所述检测是通过所述神经监测系统进行的；以及
一旦在骨组织中监测到神经元件阈值则停止所述工具部分的旋转，所述停止旋转是所述神经监测系统向所述手柄部分中的所述操作系统发送信号的结果。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，
所述工具部分包括电路和电动机，可运行电动机以围绕纵轴线旋转所述工具部分。
26.如权利要求24所述的方法，其特征在于，
所述工具部分选自：钻孔器、丝锥和改锥；以及
所述工具部分包括与所述尖端相对、配合接纳在所述手柄部分中的通用连接件。
27.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括一旦检测到所述神经元件即逆转所述工具部分的旋转，所述逆转旋转是通过所述手柄部分中的所述操作系统进行的。
28.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述骨组织在椎弓根壁内。
29.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括提供光组件以照亮骨组织区域，所述光组件连接于所述手柄部分。
30.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述神经元件阈值包括所述尖端与所述神经元件的接近度。
31.一种系统，其包括：
工具部分，它包括沿纵轴线延伸的绝缘杆和非绝缘尖端；
可操作地连接于所述工具部分的手柄部分，它被构造成可使所述工具部分相对于所述手柄部分旋转；和
电耦合于所述工具部分的神经监测系统，向尖端提供电信号以检测工具部分附近的神经元件。
32.如权利要求31所述的系统，其特征在于，可操作所述手柄部分以使所述工具部分围绕所述纵轴线沿第一方向旋转，以使所述工具部分向骨组织推进。
33.如权利要求32所述的系统，其特征在于，可运行所述神经监测系统以提供信号，使得一旦检测到神经元件即停止所述工具部分的旋转。
34.如权利要求33所述的系统，其特征在于，可运行所述神经监测系统以提供信号，使得一旦检测到神经元件即使所述工具部分沿与所述第一方向相反的第二方向旋转。
35.如权利要求31所述的系统，其特征在于，所述尖端被构造成可啮合骨螺钉以向其传递旋转力。
36.如权利要求31所述的系统，其特征在于，所述尖端被构造成可在骨组织中钻孔。
37.如权利要求31所述的系统，其特征在于，所述神经元件阈值对应于所述尖端与神经元件的接近度，所述神经监测系统向所述手柄部分中的操作系统发送信号以在检测到所述神经元件阈值时停止所述工具部分的旋转。
38.如权利要求37所述的系统，其特征在于，所述操作系统包括可操作地连接于所述工具部分的电动机和可操作地连接于所述神经监测系统的电路。
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