KR101121387B1

KR101121387B1 - 경피적 척추후굴풍선복원술, 경피적 척추성형술, 척추골 몸통 생검 또는 나사 배치에서 척추골 몸통으로의 개량된 접근을 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101121387B1
Application number: KR1020117021219A
Authority: KR
Inventors: 헥터 오. 파체코
Original assignee: 헥터 오. 파체코
Priority date: 2005-03-07
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2012-03-09
Also published as: JP2008537496A; EP1861010B1; KR20110105879A; EP1861010A4; AU2006220664B2; CA2600387A1; WO2006096702A3; ES2784219T3; JP4976370B2; JP2012148086A; AU2010219346B2; WO2006096702A8; US20100100132A1; CA2816973C; US8167884B2; KR20080055747A; US20060235338A1; AU2010219346A1; US7623902B2; AU2006220664A1

Abstract

수술 중에 선택된 척추의 영역 내의 척추경(pedicle)들에 나사 또는 다른 기구들의 크기 및/또는 배치를 결정하는 방법으로서, 선택된 상기 척추의 영역 내의 척추골(bony spine)의 치수적으로 실제와 동일한 3차원 영상을 생성하는 단계; 수술을 수행하는 의사에 의해 선택된 피질벽의 두께로 3차원 영상에서 상기 척추를 공동화(hollow out)하는 단계; 각각의 척추경 내에서 가장 좁은 단면 영역(isthmus)를 결정하는 단계; 상기 협부의 중심에서 시작되어 반대 방향으로 연장됨으로써 상기 척추경의 벽들에 닿지 않고 척추경 내에 동심원적으로 배치되며, 전방의 내측 피질벽으로부터 소정 거리의 척추골 몸통 내에서 종결되고, 전방 피질 내의 중심에 있는 지점을 향해 안쪽으로 연장되어 후방의 척추경 피질을 침투하는 직선을 생성하는 단계; 협부보다 더 작은 단면 영역 크기로 직선을 동심원적 및 방사상으로 확대하고, 상기 직선이 원통으로 확장되도록 하여, 상기 직선의 어느 부분이라도 공동화된 척추골 몸통의 내부 피질벽에 접촉될 때 확장되는 것을 멈추도록 하는 단계; 상기 각각의 척추경에 대하여 생성된 치수들과 궤적(trajectory)들에 기초하여 이상적인 척추경 나사 또는 기구의 직경, 길이 및/또는 궤적을 계산하는 단계를 포함한다.
또한, 최적의 척추경 통과 방법을 위해 척추경의 내부에 대한 접근을 제공하기 위한 새로운 방법 및 개량된 방법, 그리고 새로운 척추경 캐뉼러 구조 및 개량된 척추경 캐뉼러 구조가 개시된다.

Description

경피적 척추후굴풍선복원술, 경피적 척추성형술, 척추골 몸통 생검 또는 나사 배치에서 척추골 몸통으로의 개량된 접근을 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHODS FOR IMPROVED ACCESS TO VERTEBRAL BODIES FOR KYPHOPLASTY, VERTEBROPLASTY, VERTEBRAL BODY BIOPSY OR SCREW PLACEMENT}

본 출원은 2005년 3월 7일에 출원된 미국 가명세서 출원 제60/658,576호에 대해 우선권을 주장한다.

본 발명은 척추 수술의 일반적인 분야에 관련된 것으로, 보다 상세하게는 척추 수술 과정 동안 척추경들(pedicles)에 기구들 또는 나사들의 정확한 크기 결정과 배치(sizing and placement)를 위한 수작업, 컴퓨터화된 또는 자동화된 방법에 관한 것이다.

많은 의학적 조건은 인체의 척추 해부 구조에 영향을 미친다. 노령 인구가 증가하면서, 발병률(morbidity) 및/또는 사망률(mortality)이 현저하게 증가하는 골감소(osteopenic) 또는 골감소성 척추골 몸통 압박 골절(osteoporotic vertebral body compression fractures)을 유지하는 환자들의 수가 증가하고 있다. 이러한 압박 골절을 취급하는 전통적인 방법은 언제나 그다지 효과적인 것은 아니다. 결과적으로, 척추골 몸통을 강화하기 위한 방법은 발병된 환자들을 현저한 임상적 개선과 함께 진화해왔다. 이를 위한 일반적인 과정으로 경피적 척추성형술이 있으며, 경피적 척추성형술에는 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethylmethacrylate), 수산화인회석(hydroxylapatite) 조성물 또는 다른 물질과 같은 골 대체물(bone substitute)이 척추경 통과 접근법(transpedicular approach), 척추골 몸통 추경(pedicle), 경우에 따라서는 척추경 주변 접근법(peripedicular approach)을 통해 척추골 몸통 내부로 주입된다. 경피적 척추성형술에 대한 개량은 경피적 척추후굴풍선복원술 과정으로서, 상기 경피적 척추후굴풍선복원술에서 풍선 카테터(balloon catheter)는 척추경 통과 접근법을 통해서 척추골 몸통 내부로 안내되며, 상기 카테터는 그 다음 팽창하여 원래 척추골 몸통 해부구조를 거의 복원한다. 상기 카테터가 수축하면서 빈 공간(cavitary void)가 남게 되고, 빈 공간은 척추성형술에 사용되는 것과 유사한 물질로 채워진다. 이러한 과정들은 모두 환자들에게 많은 이익을 주며, 경피적인 방법(percutaneous method)으로 수행되어 외래환자 관리를 가능하게 한다. 가끔은, 시술대상이 된 환자들은 하룻밤 정도 입원을 할 때도 있다.

척추성형술 및 척추후굴풍선복원술의 사용은 척추골 몸통 종양(tumor), 외상성 방출 골절(traumatic burst fractures), 경우에 따라서는 절박 골절(impending fractures)의 예비적 관리에도 포함될 수 있다. 어느 한 과정에서 적격 기준의 주요 요소는 척추골 몸통은 온전한 후방 척추골 몸통벽(posterior vertebral body wall)을 갖고 있어 주입된 물질의 누수에 의해 척수에 발생하는 속발성 의료 사고를 회피할 수 있다.

의료사고를 줄이기 위해서 많은 안전책이 소개되어 있다. 이들 안전책 중 일부는 주입되는 물질과 혼합되는 방사선비투과성 대조 물질(radioopaque contrast material)를 이용하여 방산선 사진 이미지(형광투과법)으로 표현하는 방법을 사용할 수 있으며, (전후 및 측면 이미지 등의) 양면 투과 이미지화를 포함한 조절된 환경에서 상기 과정의 수행할 수 있으며, 척추경 피질벽 깨짐, 주입 물질의 양을 증가시키기 위해 척추골 몸통으로 양측 척추경 통과 접근법을 시도할 수 있으며, 한 세팅에서 주입되는 척추골 몸통을 3개 이하로 제한할 수 있으며, 흉곽 영역 4 T4(thoracic level 4 T4) 아래의 척추골 몸통에만 척추후굴풍선복원술을 한정할 수 있으며, 다른 시술도 가능하다.

척추성형술, 척추후굴풍선복원술, 척추경 나사 배치 또는 다른 시술과 같은 과정에서 성공적인 성과의 본질은 상호 일치하며, 척추골 몸통으로의 재현가능한 접근이다. 이러한 접근은 척추경 통과 접근법이지만, 척추경 주변 접근법을 통해서도 수행될 수 있다.

본 발명은 어떠한 척추골 몸통에 대해서도 척추경 통과 접근법 및 척추경 주변 접근법으로 할 수 있는 안전하고 재현 가능한 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 척추성형술, 척추후굴풍선복원술, 척추골 몸통 생검 및 척추경 나사 배치와 관련된 종래의 방법을 개선할 수 있는 특정 실시예들을 포함한다. 본 발명은 이들 시술을 위한 전후면 투과 이미지화에 앞서 방사선 이미지를 형성하는 과정을 줄일 수 있으며, 척추경 나사 기구가 있던 없던 간에 경피적 또는 개방 외과적 환경에서 적용될 수 있다.

이들 시술을 수행하기 위한 중요한 변수로 척추경 지름, 길이 및 궤적(trajectory)의 파악이 있으며, 그 다음 실제로 기구 및/또는 나사의 배치가 있다. 이미지 안내 시스템에서 요소들을 정하는 것은 이들 요소에 대한 수작업 결정을 포함하며, 이들 시술의 수작업 수행을 개선할 수 있다. 그러나 이상적인 척추경 지름, 길이, 궤적 및 기구 또는 나사의 실제 배치를 자동적으로 결정할 수 있는 발명 및 시스템은 없다.

척추경(pedicle)의 최대 허용 지름과 길이, 궤적(trajectory)의 주요 데이터를 제공하는 표를 자동으로 생성하고, 각 척추경의 데이터를 명확히 하는 개략도도 생성할 수 있는 경피적 척추후굴풍선복원술, 경피적 척추성형술, 척추골 몸통 생검 또는 나사 배치에서 척추골 몸통으로의 개량된 접근을 위한 시스템 및 방법이 제공된다.

본 발명은 척추경(pedicle)의 최대 허용 지름과 길이, 궤적(trajectory)의 주요 데이터를 제공하는 표를 자동으로 생성할 것이며, 각 척추경의 데이터를 명확히 하는 개략도도 생성할 수 있을 것이다. 상기 수치 데이터는 다섯가지 방법 중 하나에 의해 실제 골내 척추경 통과 접근(intraosseous transpedicular access)에 적용하기 위해 의사에 의해 이용될 수 있다. (방법 A) 의사들이 선호하는 방법에 의한 수작업 기구 또는 나사 배치. (방법 B) 수술 중의 형광투시를 겸비한 길이 조절 가능한 송곳(awl)을 이용한 척추경 저부 원주 윤곽 방법(pedicle base circumference outline method), (방법 C) 이중 링 정렬 장치(two ring aligning apparatus) 및 드릴 가이드 방법을 이용한 자동화된 기구 또는 나사 배치 또는 (방법 D) 컴퓨터 단층촬영방법(tomography)/형광투시법(fluoroscopy)과 같이 상업적으로 이용할 수 있는 기록 소프트웨어. 또한 본 발명은 전방 피질(cortex)의 동일한 시작점에서 시작하지만 접선방향으로 편향(angled)된 직교 좌표에 기초하여 의사의 선호하는 소정 거리 또는 각도를 의사가 원하는 경우, 뼈의 외측에 또는 척추경 외측에 척추경 기구 또는 나사를 배치하는 것을 허용한다.(방법 E) 더욱이, 본 발명은 기구 또는 나사의 배치의 궤적이 척추경 통과법이지만 척추경 협부 내에 중심을 가지는 계획된 편심 배치를 따라 진행하는 것을 허용한다.(방법 F)

본 발명의 방법은 일반적으로 이하의 단계들을 포함한다.

1. 관심있는 척추 영역의 컴퓨터 단층촬영(computed tomography scan, CT), 자기 공명 영상(magnetic resonance image, MRI), 컴퓨터 단층이 가능한 형광투시법 또는 유사한 2차원 영상의 그림을 먼저 얻을 수 있다.

2. 척추뼈의 3차원 컴퓨터 영상이 CT, MRI 또는 다른 연구법 또는 다른 적절한 방식에 의해 생성된다.

3. 그 후 상기 컴퓨터에 의해 생성된 3차원의 각 척추는, 컴퓨터 또는 다른 장치에 의해, 예를 들어 척추골 몸통 내에 또는 척추경 벽에 남는(remaining) 피질벽 두께와 같이 의사가 원하는 사양에 따라, 달걀껍질 모양의 척추경 통과 척추체 제거술(eggshell transpedicular vertebral corpectomy)과 유사하게 제거된다.

4. 다음 컴퓨터는 의사가 선호하는 척추경 피질벽 직경에 기초하여 주어지는 척추경 내에서 최소 직경 또는 최소 단면적 영역(협부)을 결정함으로써 배치될 기구 또는 나사의 최대 허용가능한 직경을 자동적으로 결정한다.

5. 그리고 일반적인 척추골을 위해 컴퓨터는 협부(isthmus)의 중심에서 시작하는 긴 원통을 생성하며, 그와 동시에 이상적인 궤적(trajectory)을 결정하며 반대 방향, 예를 들어 협부의 평면에 수직한 방향으로 이어지는 직선을 생성한다. 상기 원통은 나머지의 밝게 표시된 피질에 닿지 않고 가능한 동심원적으로 척추경 내에 배치된다. 이 직선은 등쪽 척추경 또는 후방의 척추경 피질을 관통하도록 허용됨으로써 환자의 피부를 지나 원하는 길이에까지 연장될 수 있다. 상기 직선은 척추골 몸통 내에서 미리 구획된 전방의 내부 피질벽으로부터 의사가 미리 정한 거리 내에서 끝나므로 직선은 척추골 몸통을 관통할 수 없다.

6. 그리고 골절된 척추골을 위해 컴퓨터는 협부의 중심에서 직선과 같이 시작하여 형성된 긴 원통을 생성하며, 상기 직선은 이상적 궤적을 결정하기 위해 전방 척추골 몸통 내의 중심이 되는 지점을 향해 투영되고 후방으로 연장되며 나머지의 밝게 표시된 피질에 닿지 않는다. 이 직선은 등쪽 척추경 또는 후방의 척추경 피질을 관통하도록 허용됨으로써 환자의 피부를 지나 원하는 길이에까지 연장될 수 있다. 상기 직선은 척추골 몸통 내에서 미리 구획된 전방의 내부 피질벽으로부터 의사가 미리 정한 거리 내에서 끝나므로 직선은 척추골 몸통을 관통할 수 없다.

7. 그리고 컴퓨터는 직선을 방사 방향을 향해 동심원적으로 만들어 의사가 선호하는 척추경 피질벽 두께에 기초한 가장 좁게 형성된 척추경 직경을 초과하지 않는 최종적인 최대 직경에 이르게 한다. 이 동심원적인 구조는 눈에 보이는 원통으로 성장하며, 원통의 외측 면의 어느 지점이 밝게 표시된 내부 피질벽에 접촉할 때에 성장이 멈춘다. 그러나 이 규칙은 협부에서 발생하여 상기 존재하는 직선 궤적 라인에 인접한 후방의 피질에 적용되지 않는다.

8. 그리고 컴퓨터는 척추경 저부 원주에서 시작하여 등쪽/후방 피질과의 교점에 이르는 원통의 길이를 측정함으로써 나사의 길이를 결정한다.

9. 그리고 컴퓨터는 미리 정해진 전방의 내부 피질에서 시작하여 등쪽/후방 피질과의 교차점에 이르는 원통의 길이를 측정함으로써 나사의 길이를 결정한다. 이하에서 설명되는 자동화된 방법들의 어느 하나에 의해 기구 또는 나사들의 배치를 용이하게 하기 위해, 원통은 등쪽/후방 피질과의 교차점을 넘어 연장될 수 있다.

10. 그리고 컴퓨터는 각각의 개별 척추경을 위한 이상적인 척추경 기구 또는 나사 직경과, 길이와, 궤적을 표시하는 데이터 요약표와 척추경의 이상화된 개략도를 제공한다.

11. 그리고 표로 만들어진 데이터는 최대의 척추경 기구 또는 나사 직경과 길이에 기초한 척추경 기구 또는 나사들을 사용하는 실행 가능성을 결정하는데 이용되며, 후술하는 방법들의 어느 하나와 같이 의사들이 선호하는 방법에 의해 기구 또는 나사들을 배치하기 위해 이용된다.

도 1a 및 도 1b는 각각 관심있는 척추 영역의 척추뼈의 측면 및 후면의 3차원 컴퓨터 영상들로서, CT, MRI 또는 다른 연구들에 의해 만들어진 것이다.
도 2는 도 1a 및 도 1b에 도시된 척추 영역으로부터 수작업의 달걀껍질 모양의 척추체 제거술이 진행되는 각각의 척추골의 3차원 컴퓨터 영상들을 도시한다.
도 3은 척추경 내에서 가장 좁은 직경 또는 단면 영역(협부)을 도시하는 속이 제거된 각각의 척추골의 컴퓨터 영상이다.
도 4는 협부의 중심을 관통하며 후방의 척추경을 통과하여 반대방향을 향하여 전방의 내부 피질로 연장되는 직선의 생성을 나타내는, 속이 제거된 척추골의 컴퓨터 영상이다.
도 5는 방사 방향을 향하여 동심원적인 협부의 중심을 관통하여 연장되는 직선을 만들어 원통을 형성하는 것을 도시하는 개략도이다.
도 6a 및 도 6b는 각각 대칭적이며 비정형적인 형상을 갖는 속이 제거된 각각의 척추골의 개략도이다.
도 7a 및 도 7b는 직선 척추경과 만곡된 척추경의 협부를 각각 도시하는 개략도들이다.
도 8은 척추경 나사의 길이를 결정하기 위한 원통의 길이를 도시하는 속이 제거된 척추골의 개략도이다.
도 9는 척추경 나사를 설치하기 위해 의사에 의해 꼬리표가 붙은(labeled) 각각의 척추골의 개략적인 측면 입면도다.
도 10a는 척추경 나사의 최대 직경과 길이, 시상면과 횡단면에 대한 척추경 나사의 궤적 각도의 데이터의 컴퓨터에 의해 생성된 요약표이다.
도 10b는 도 10a의 시상면과 궤적 각도들의 성질을 나타내는 척추골의 개략적인 측면도이다.
도 10c는 도 10a의 횡단면과 궤적 각도들의 성질을 나타내는 척추골의 개략적인 평면도이다.
도 10d는 도 10a의 관상면과 궤적 각도들의 성질을 나타내는 척추골의 개략적인 평면도이다.
도 11은 관상의 궤적을 나타내는 AP 평면에서 도 10a의 데이터 요약표에서 식별된 이상적인 척추경 나사의 배치들에 대한 컴퓨터에 의해 생성된 개략적인 도면이다.
도 12는 도 10a의 요약표의 데이터에 대응되는 최대 가용 나사 크기 변수들의 표와, 척추경 저부 원주 윤곽들(관상면들)과 척추경 간격 지점들(A-B)이다.
도 13은 도 12의 표에 의해 식별된 나사 배치들의 컴퓨터에 의해 생성된 개략적인 도면이다.
도 14a는 협부와 척추경 저부의 원주를 도시하는 척추골의 개략적인 측면 입면도이다.
도 14b는 척추경 저부의 원주를 관통하여 연장되는 컴퓨터에 의해 생성된 척추경 원통을 횡단면과 관상면에서 도시하는 척추골의 개략적인 투시도이다.
도 14c, 14d와 14e는 협부와 각각의 척추골에서의 척추경 저부 원주 사이의 관계를 나타내는 요추, 등뼈, 목뼈의 각각 영역에서의 척추골의 투시도이다.
도 14f와 14g는 척추골 내에 척추경 안내 구멍을 생성시키기 위한 송곳의 배치를 도시하는 척추골의 개략적인 후방 입면도이다.
도 14h는 수작업으로 결정되어 척추경 저부 원주의 중심을 관통하여 연장되는 척추경 나사 안내선을 갖는 척추골의 개략적이며 정렬된 투시 입면도와 후방 입면도를 도시한다.
도 15a, 15c 및 15e는 척추경 저부 원주를 관통하여 연장되는 컴퓨터에 의해 생성된 척추경 나사 원통을 다른 각도들에서 본 척추골의 개략적인 후방 입면도들을 도시한다.
도 15b, 15d 및 15f는 도 15a, 15c 및 15e의 각각에 도시된 척추골의 개략적인 측면 입면도들을 도시한다.
도 16은 척추경 형태와, 협부와, 수술 중의 각각의 척추골들의 AP 형광투시 영상들과 관련된 척추경 안내공 입구 지점들의 결정을 나타내는 척추경들 T1, T2, T4 및 T5를 관통하는 CT 횡단면 도면들을 도시한다.
도 17a 및 17b는 본 발명의 조정 가능한 송곳의 다른 변형예들의 측면 입면도들이다.
도 18a는 각각의 척추골 및 척추경 저부의 원주들의 수술 중의 AP 형광투시 영상의 개략적인 도면이다.
도 18b는 컴퓨터에 의해 배치된 척추경 원통들과 척추경 저부 원주를 갖는 컴퓨터에 의해 생성된 척추골의 3차원 영상들의 개략도이다.
도 18c는 도 18a 및 18b에 기록된 영상들의 개략도이다.
도 19a는 본 발명에 따라 제작된 이중링 척추경 나사 정렬 장치의 개략적인 측면 입면도이다.
도 19b는 도 19a에 도시된 장치의 전방 입면도이다.
도 19c 및 19d는 경피적 환경과 외과적으로 개방된 환경에서 이중링 척추경 나사 정렬 장치의 사용을 도시한 척추골의 개략적인 평면도이다.
도 20은 변형된 이중링 척추경 나사 정렬 장치의 전방 입면도이다.
도 21a 및 도 21b는 도 19a 및 19b에 도시된 이중링 정렬 장치를 위한 천공 캐뉼러(cannula) 부재의 제1 실시예의 단부의 측면 및 전방 입면도들이다.
도 22a 및 도 22b는 도 19a 및 19b에 도시된 이중링 정렬 장치를 위한 천공 캐뉼러 부재의 제2 실시예의 단부의 측면 및 전방 입면도들이다.
도 23a는 도 19a 및 19b의 이중링 정렬 장치와 함께 사용되기 위한 슬롯이 형성된 외측 캐뉼러의 사시도이다.
도 23b는 도 23a에 도시된 내측에 배치되는 정렬링을 구비하는 슬롯이 형성된 캐뉼러의 전방 입면도이다.
도 24는 중심에 위치한 또는 이상적인 궤적 내에서의 다른 척추경 나사 궤적들과, 골외의 궤적 또는 중심에 위치한 궤적으로부터 접선방향으로 편심된 임시의 척추경 주변을 통과하는 궤적을 도시하는, 속이 제거된 척추골의 개략도이다.
도 25는 본 발명의 방법에 따라 척추경 나사를 설치하는 것을 도시하는 척추골의 개략적인 평면도이다.
도 26a, 도 26b 및 도 26c는 각각 척추경 저부 원주 및 협부를 통과하도록 컴퓨터에 의해 생성된 척추경 원통을 도시하는 척추골의 측 입면도, 평면도 및 후방 입면도이다.
도 27a, 도 27b 및 도 27c는, 도 26a, 도 26b 및 도 26c와 각각 유사하며, 골절 및 동반된 비정상적 해부구조를 갖는 척추골에서 편심 배치를 갖도록 컴퓨터에 의해 생성된 척추경 원통을 도시하는 개략도들이다.
도 28a, 도 28b 및 도 28c는, 도 27a, 도 27b 및 도 27c와 각각 유사하며, 척추골에서 수정된 편심 배치를 갖도록 컴퓨터에 의해 생성된 척추경 원통을 도시하는 개략도들이다.
도 29는 척추골 및 본 발명의 방법에 따른 송곳/가이드 와이어를 도시하는 개략 배면 입면도이다.
도 30은 도 29와 유사하며, 송곳/가이드 와이어가 척추골에 부분적으로 삽입된 것을 도시하는 개략도이다.
도 31은 도 29 및 도 30과 각각 유사하며, 송곳/가이드 와이어가 척추골에 전부 삽입된 것을 도시하는 개략도이다.
도 32는 도 31과 유사하며, 드릴 비트(drill bit)가 가이드 와이어를 통과하여 척추골로 삽입된 것을 도시하는 개략도이다.
도 33은 도 31과 유사하며, 제1 캐뉼러(cannula)가 가이드 와이어를 통과하여 척추골로 삽입된 것을 도시하는 개략도이다.
도 34는 도 33과 유사하며, 제1 캐뉼러(cannula)가 척추골에 삽입되고 제2 캐뉼러가 제1 캐뉼러 내에서 삽입되는 것을 도시하는 개략도이다.
도 35는 도 34와 유사하며, 제2 캐뉼러가 제1 캐뉼러 내에서 삽입되는 것을 도시하는 개략도이다.
도 36은 도 35와 유사하며, 카테터 또는 유사 기구가 제2 및/또는 제1 캐뉼러를 통해 척추골 내부로 삽입되는 것을 도시하는 개략도이다.
도 37은 도 36과 유사하며, 풍선 카테터가 제2 및/또는 제1 캐뉼러를 통해 척추골 내부로 삽입되는 것을 도시하는 개략도이다.
도 38a 및 도 38b는 제2 캐뉼러를 통해 기울어진 카테터가 척추골에 부분적으로 삽입된 것을 각각 도시하는 평면도 및 배면 입면도이다.
도 39a 및 도 39b는 도 38a 및 도 38b와 각각 유사하며, 제2 캐뉼러를 통해 기울어진 카테터가 척추골에 전부 삽입된 것을 도시하는 개략도이다.

본 발명에 따라 척추경 나사의 크기와 배치를 결정하는 방법들이 이하에서 더욱 상세히 기술된다.

단계 1

관심있는 척추 영역에서의 컴퓨터 단층촬영(computed tomography scan; CT), 자기 공명 영상(MIR), 단층 가능한 형광투시법 또는 유사한 2차원 영상의 그림이 먼저 얻어진다. 정확도와 상세성을 증대시키기 위해서는 얇은 단면이 바람직하다.

단계 2

치수적으로 실제와 동일한(dimensionally true) 척추뼈의 3차원의 컴퓨터 영상이 CT, MRI 또는 다른 연구들이나 다른 적절한 방식에 의해 도 1a 및 도 1b에 도시된 것처럼 만들어진다.

단계 3

도 2에 도시된 것과 같이, 3차원의 각각의 척추골은 그 다음, 달걀껍질 모양의 척추경 통과 척추체 제거술(eggshell transpedicular vertebral corpectomy)과 유사하게, 의사가 원하는 사양에 따라(즉 척추골 몸통 피질 또는 피질벽들에 남아 있는 피질벽의 두께) 컴퓨터에 의해 공동화(hollowed out)된다. 이와 같은 사양들은 비대칭의 두께들, 예를 들어 전방의 척추골 몸통 피질이 5 mm 의 두께가 될 수 있고, 측방 척추골 몸통벽이 7 mm 의 두께가 될 수 있고, 척추경 벽들이 겨우 1 mm 의 두께가 될 수 있는, 또는 그와 유사한 것을 고려한다. 각각의 척추골은 속이 찬(cored) 또는 속이 빈(hollowed out) 구조로 형상화될 수 있으며, 그 결과 남는 척추골 몸통은 전자화(electrified)되거나 적절한 방식에 의해 그 벽부를 따라 밝게 표시(highlighted)된다.

단계 4

그리고 컴퓨터는, 도 3에 도시된 바와 같이, 의사가 선택한 척추경 피질벽의 직경에 기초한 어떤 척추경 내에서 가장 좁은 직경 또는 단면 영역(협부 또는 isthmus)(X)를 결정함으로써 배치될 나사의 허용 가능한 최대 직경을 자동적으로 결정한다.

단계 5

그리고 컴퓨터는 이상적인 축/궤적을 결정하는 도 4에 도시된 직선(10)으로서 협부의 중심에서 시작하여 반대되는 방향으로, 예를 들어 척추경의 협부의 평면에 수직한 방향으로 연장됨으로써 협부의 중심이 지레 받침(fulcrum)이 되어 나머지 피질과 접촉하지 않으며 가능한 한 척추경 내에 동심원적으로 배치되는 연장된 원통을 형성한다. 이 직선은 등쪽 또는 후방의 척추경 피질을 관통함으로써 환자의 피부를 지나 약간의 원하는 길이에까지 연장될 수 있도록 허용된다. 직선은 의사에 의해 선택된 미리 정해진 후방의 내부 피질벽으로부터 미리 정해진 간격(예를 들어 5 mm) 내에 이르는 범위에서 척추골 몸통 내에서 끝난다. 그리하여 직선은 후방의 외부 피질을 관통하지 않으며, 후술하는 바와 같이 나사 직경을 최대화한다.

단계 6

그리고 컴퓨터는, 도 5에 개략적으로 도시된 바와 같이, 직선(10)을 방사 방향으로 동심원적으로 확장하여 최종 최대 직경(final maximum diameter)까지 이르게 할 수 있다. 직선의 최종적인 최대 직경은 의사가 선호하는 척추경 피질벽 두께에 기초하여 형성되는 가장 좁은 척추경 직경을 초과하지 않을 것이다. 이와 같은 동심원적인 형성은 궁극적으로는 눈에 보이는 원통(12)으로 성장하여, 원통의 외측면의 어떤 지점이 밝게 표시된 내부 피질벽과 접촉할 때 성장이 멈춘다. 형성된 원통은 중심에 동심원적으로 형성되며 원통(12)에 비해 다른 색이나 무늬로 식별될 수 있는 시작 직선(beginning line)(10)을 갖는다. 후술하는 바와 같이 원통(12)은 후술하는 자동화된 방법들의 어느 하나에 따라 나사들을 배치하는 것을 용이하게 하기 위하여 등쪽 피질/후방 피질과의 교차점을 넘어서 연장될 수 있다.

단계 7

도 6b에 도시된 것과 같은 비정형적인 해부 형태를 갖는 척추경들(pedicles which have irregular anatomy)이나 만곡된 척추경들(curved pedicles)(도 7b) 또는 유사한 기형을 갖는 척추경들에 대하여 허용된 최대의 직경은 사실상 최소 직경 방법(narrowest diameter method)에 의해 결정된 직경보다 작을 수도 있다. 이로 인해 피질 척추경 벽의 갈라짐이 방지된다.

단계 8

컴퓨터는 그 이후에 미리 정해진 후방의 내부 피질 근처의 도 8의 지점(D)에서 시작하여 등쪽 피질/후방 피질과의 교차점에까지 이르는 원통(12)의 길이를 측정함으로써 나사의 길이를 결정한다.

단계 9

컴퓨터는 그 이후에 각각의 개별적인 척추경을 위한 이상적인 척추경 나사 직경과, 길이와, 궤적(도 10b 및 10c에 도시된 것과 같이 기준면으로서 대응되는 상위의 단부 플레이트(20)를 갖는 횡단면과 시상단면에 대하여 각도로 측정됨)을 나타내는 도 10a에 도시된 것과 같은 데이터 요약표를 제공한다. 개별적인 척추골은 의사로 하여금 도 9에 도시된 바와 같이 어떤 특정 척추골을 식별(identify)하게 함으로써 꼬리표가 붙여지며, 그 이후에 의사가 정확한 척추골 몸통의 꼬리표를 확인함으로써 컴퓨터가 나머지 척추골 몸통들에 자동적으로 꼬리표를 붙인다.

단계 10

이와 같이 표로 나타낸 데이터는 이 시점에서 도 12에 도시된 바와 같이 최대의 척추경 나사 지름과 길이에 기초하여 척추경 나사를 이용하는 실행 가능성을 결정하기 위해 이용될 수 있으며, 의사가 선호하는 방법에 의한 나사의 배치를 위해서도 이용될 수 있다. 또한 도 12는 A에서 B 지점에 이르는 각각의 척추경 저부 원주 윤곽들(pedicle base circumference outlines)(관상 궤적(coronal trajectory))과 척추경의 각각의 길이들을 제공한다. 실제 이용되는 나사의 크기들은 상업적으로 이용할 수 있는 나사들에 대한 의사의 선택에 기초될 것이다. 일단 의사가 선택된 척추경 나사 시스템에서 이용 가능한 나사 크기의 범위를 제공한다면, 컴퓨터는 자동적으로 이 표를 결정하여 생성할 수 있고, 부수적으로는 도 13에 도시된 데이터에 의해 이상화된 개략적인 AP(관상), 측면 및 횡단면 도면들을 형성할 수 있다. 나아가 이와 같은 시스템은 의사에게 개벽적인 척추골을 기초로 한 최대 허용 가능한 직경과는 다른 직경을 선택할 수 있는 부수적 능력을 제공하고, 이와 같은 부수적인 변형들을 요약 데이터와 도식들에 병합한다.

단계 11 - 수동 척추경 나사 배치(Manual Pedicle Screw Placement)

의사는 그 이후에 의사의 선호하는 방법에 기초하여 척추경 나사를 배치하기 위해 이상화된 개략적인 도해와 요약 데이터를 이용할 수 있다.

단계 12a - 척추경 저부 원주 윤곽 방법 - 수동 결정(Pedicle Base Circumference Outline Method - Manual Determination)

이 방법은 이상적인 척추경 나사 궤적을 도 10d 및 도 11에 도시된 관상면(coronal plane)에서 일치시키기 위하여 X선 촬영 척추골 몸통의 해부적 경계표들을 이용한다. 구체적으로, 표준적인 앞뒤방향 X선 또는 형광투시 영상들(fluoroscopic images)에서 보이는 방사선 밀도 원형 선들은 척추경 저면 원주(pedicle base circumference)들과 일치한다. 척추경 저면 원주 B는 척추경 벽과 척추경 벽의 척추골 몸통에 대한 전이부(transition)의 사이의 피질 교차부(cortical junction)로 형성된다. 이 척추경 저부 원주는 척추경 협부와 명확히 다르다. 그러나 어떤 경우에는 일체가 되어 동일하거나 도 14a 내지 14e에 도시된 바와 같은 각각의 척추에 겹쳐질 수 있다.

척추경 저부 원주 기술의 수동 이용을 위해서는, 먼저 척추경 협부 X를 관통하는 이상적인 궤적이 도 14b에 도시된 것과 같은 척추경을 통과하는 횡단면의 대응되는 X선촬영 영상을 사용하여 수동으로 결정되어야 한다. 그 이후에 최대 직경 척추경 나사를 결정하기 위해서 척추경 협부(X)가 측정된다. 최대 척추경 나사 길이의 결정을 위하여 궤적이 이용된다. 그리고 척추경 저부 원주(B)는 도 14b에 도시된 것과 같이 척추경 벽의 척추골 몸통으로의 전이부(transition)를 식별함으로써 결정된다. 최종적으로 후방 피질(A) 상의 시작점에서 척추경 저부 원주(B)와의 교차점에 이르는 길이(A-B)가 측정되어, 후술하는 길이가 가변되는 송곳과 같이 적절한 공구의 조정을 위해 사용된다. 지점 A와 지점 B는 도 14h에 도시된 바와 같이 척추경 저부 원주의 상측(머리쪽(cephalad)) 가장자리와 바닥(꼬리쪽(caudad)) 가장자리로부터 저부 원주에 대해 중심이 맞추어져야 한다. 그 이후에 지점 A가 척추경 저부 원주의 앞뒤방향 돌출에 대하여 위치하는 곳과 지점 B가 척추경 저부 원주 내에 위치하는 곳을 결정하기 위해 척추경 저부 원주의 이상적인 궤적과 척추경 저부 원주가 병합된다. 이 척추경 저부 원주 윤곽은 각각의 척추골을 위한 앞뒤방향의 X선촬영 영상(radiographic image)을 닮은 원형의 형상(circular configuration)을 가질 것이다.

척추경 나사들의 수동 배치를 위하여, 각각의 척추골 몸통의 상위의 단부 플레이트를 형광투시 영상에 평행하게 정렬하기 위해 표준적인 형광투시 장치(standard fluoroscopy unit)가 사용될 수 있다. 나아가, 그 상위 단부 플레이트가 대칭인 디스크 공간(disc space)에 의해 형광투시적으로 형상화되었을 때, 그리고 형광투시 AP 영상 위에서 시각적으로 일치하는 척추경 저부 원주 윤곽들을 구비함으로써 척추골 몸통이 각각의 척추경으로부터 등거리에 있을 때, 척추골 몸통이 머리쪽의 척추골 몸통에 대해 중심이 맞추어진다. 이와 같은 중심 맞추기는, 선천성 기형(congenital anomalies), 종양(tumors), 골절(fractures)과 같이 척추골 몸통마다 두 개의 척추경들 이외의 것이 있을 때 여전히 발생할 수 있다. 그 이후에 적절히 조정된 가변 길이의 송곳이나 다른 적절한 공구(T)가 대응되는 척추골 몸통의 후방 피질의 형광투시 영상 하에서 척추경 안내 시작 구멍 지점 A에 배치되고, 도 14f 및 14g에 도시된 바와 같이, 지점 B에까지 전진한다. 이와 같은 배치는 형광투시적으로 확인되며 이상적인 궤적과 일치하는 직선상에서의 두 개의 지점들(A, B)을 나타낸다. 공구(T)는 연장하기 위해 재조정될 수 있고, 척추골 몸통 내로 지점(D)까지 더욱 전진하거나 다른 척추경 탐침 송곳이나 유사한 공구로 교체된다. 그리고 척추경은 뼈속 안전성(intraosseous integrity)을 위해 조사되고, 탭핑 가공된 구멍과 적절한 직경과 길이의 척추경 나사가 척추골 몸통 내에서 척추경을 통과하며 배치된다.

단계 12a에 따르면, 도 16에 도시된 바와 같이 척추경 T1, T2, T4, T4를 관통하는 CT 횡단면은 척추경 형태와, 협부와, 각각의 척추골의 수술 중의 AP 형광투시 영상들과 관련 있는 척추경 안내 구멍의 입구 지점들의 수동 결정을 나타낸다. 척추경 나사 길이와, 직경과, 궤적은 이미 결정된다. 척추경 저부 원주 윤곽은 바닥 오른쪽 구석에 원으로 표시되었고, 척추경 안내 구멍 시작점으로 식별하기 위한 수술 중의 표시(intraoperative marker)로 사용된다. 예를 들어 T1 및 T2의 척추경들을 위한 시작점 A는 각각 대략 2의 척추경 저부 원주들과 1.25 척추경 저부 원주들이다. (원내에서 점으로 표시되었다). T4 및 T5의 척추경 안내 구멍들은 각각 0.9 및 0.8 척추경 저부 원주들이다.

단계 12b - 척추경 저부 원주 윤곽 방법 - 반자동(Pedicle Base Circumference Outline Method -Semi-Automated)

이 방법은 컴퓨터에 의해 생성된 척추경 원통들이 동심원적으로 만들어진 이후에 지점들 A 및 B와 척추경 저부 원주 윤곽이 컴퓨터에 의해 정해지는 점을 제외하고는 단계 12a와 유사하다. 이 데이터는 도 12와 같이 요약된다. 또한 데이터는 상위의 단부 플레이트와 중간의 척추골 몸통에 대하여 각도로 측정된 시상(sagittal), 횡단면 궤적 각도들(transverse trajectory angles)을 포함한다. 가변 길이의 송곳 또는 다른 공구는 예를 들어 도 12에 요약된 특정 척추경 길이 A-B와, 단계 12a에 기술된 표준적인 형광투시법에 의해 배치된 나사들에 맞추어 적절하게 조절될 수 있다.

단계 12c - 척추경 저부 원주 윤곽 방법 - 완전 자동(Pedicle Base Circumference Outline Method - Fully' Automated)

이 방법은 척추경 나사의 배치를 위해 현재의 기술을 확장하여 실시간 영상과 복수 개의 척추골 몸통 형상화를 고려한다. 생성된 데이터는 척추경 저부 원주 윤곽들과 식별된 지점들(A, B)이 동적이어서 척추골 몸통이 중심이 맞추어지거나 상위의 단부 플레이트가 단계 12a 및 단계 12b에서와 같이 형광투시 영상에 평행하게 될 필요가 없는 점을 제외하고는 도 12와 동일하다. 형광투시적으로 촬영된 척추골 몸통들은 어떤 적절한 방법에 의해 컴퓨터에 의해 생성된 대응되는 척추경 원통들을 구비하며 컴퓨터에 의해 생성된 척추골 몸통들로 기록된다. 그리고 지점들 A 및 B는 도 15a, 15c 및 15e에 도시된 바와 같이 형상화되며, 도 12에서와 같이 갱신된 실시간 영상으로 표시된다. 가변 길이의 송곳 또는 다른 공구는 예를 들어 각각의 척추골에 대해 지점 A에서 시작하여 지점 B로 전진하기 위해 적절한 길이로 조정될 수 있다. 본 발명의 방법에 따르면 길이 조정 가능한 송곳 대신 길이 조정이 불가능한 송곳과 같이 어떤 적절한 공구가 사용될 수 있음도 주목하여야 한다.

단계 13 - 조정 가능한 가변 길이 송곳(Adjustable Variable Length Awl)

지점 A에서 지점 B에 이르는 간격(도 14b)인, 척추경 저부 원주와 교차하는 후방 피질이, 본 발명에 따라 제작된 조정 가능한 가변 길이의 송곳 상에서의 길이 A-B를 설정하기 위해 이용된다. 이 송곳은 형광투시 영상 하에서 척추경 안내 구멍을 설정하기 위해 사용된다. 척추경 안내 구멍은 척추경 나사를 실제로 배치하기 위한 일련의 단계들에서 제1 단계를 형성한다. 척추경 안내 구멍은 컴퓨터에 의해 표시되는 식별된 시작 지점 A에서 시작되어, 일단 안내 구멍이 완전히 안착되면 지점 B로 전진된다.

도 17a를 참조하면, 송곳(100)은 방사선 불투과성(radio opaque)의 송곳 부재(104)를 이동 가능하게 지지하는 개방 단부(open end)를 구비하는 방사선 투과성(radiolucent)의 캐뉼러가 형성되는 하우징(102)을 구비한다. 송곳(100)은 길이 A-B에 대응되도록 길이를 가변시키기 위해 완전히 조정 가능하며, 도 14b와 다른 도면들에 도시된 어떤 간격 A-B보다도 송곳이 더 전진하는 것을 방지하도록 형성된다.

일단 간격 A-B가 X선 촬영법적으로 확정되면, 의사는 지점 A로부터 지점 D에 이르는 길이, 도 14b의 최종 나사 길이로 송곳을 조정할 수 있다. 송곳(100)은 바람직하게는 나무망치 등으로 충격이 가해지는 것을 견딜 수 있는 구성으로 이루어지며 피부를 관통하여 이용되기에 충분할 정도로 좁은 직경으로 이루어진다. 깊이의 형상화(visualization)를 용이하게 하기 위하여 송곳 부재(104)는 색으로 또는 다른 방법에 의해 5 mm 또는 10 mm와 같이 고정된 증가량으로 표시될 수 있다.

송곳(100)은 외측 단부에 타격을 위한 견고한 머리부(108)와, 송곳 부재(104)를 하우징(102)에 대해 원하는 위치에 고정하기 위한 잠금 나사 기구와 같은 적절한 잠금 기구(110)를 구비할 수 있다. 또한 송곳은 송곳 부재(104)의 위치나 길이를 표시하기 위한 창문(112)이나 다른 표시부를 구비할 수 있다. 도 14f 및 도 14g는 나사 안내 구멍을 형성하기 위해 척추경내로 전진된 송곳을 도시한다.

도 17b는 캐뉼러가 형성되거나 또는 중공의 송곳 부재(304)와, 중앙 구멍(309)을 구비하는 헤드부(308)를 구비하는 개량된 조정 가능한 송곳(300)을 도시한다. 안내 와이어(311)는 헤드부를 관통하여 연장되며, 송곳 부재(304)를 관통하여 송곳 부재의 단부에까지 이를 수 있다. 안내 구멍이 송곳(300)에 의해 형성된 이후에, 안내 와이어(311)는 척추경 나사를 설치하기 위한 그 후의 단계들이 이루어지는 동안에 안내 와이어의 위치 결정을 위해 안내 구멍에 위치된 상태로 남겨질 수 있다.

단계 14 - 이중링 일치화 기술(Dual Ring Co- Aligned Technique)

수술 중의 척추경 나사의 자동화된 배치를 위해, 컴퓨터에 의해 자동화되어 길이와 직경과 궤적을 형성하는 척추경 나사 원통들을 구비하는 치수적으로 실제와 동일한 3차원 척추 모델이 이용될 수 있다. 부가적으로 수술 중의 영상의 기록을 용이하게 하기 위해 척추경 저부 원주 윤곽 데이터(pedicle base circumference outline data)가 이용된다.

각각의 척추골을 기초로 한 3차원 모델을 정확하게 기록하기 위해 실시간의 수술 중의 형광투시(fluoroscopy)가 사용된다. 이와 같은 형광투시 척추골 몸통 영상은 화면 상에 중심이 맞추어지고, 특정 척추골 몸통 식별자(vertebral body identifier)(예를 들어 T2, T3 등)를 위해 의사에 의해 식별된다. 대응되는 각각의 치수적으로 실제와 동일한 3차원 척추뼈 모델은 도 18a, 18b 및 18c에 개략적으로 도시된 것과 같이 이 형광투시 영상에 기록된다. 이 과정은 외과적으로 노출된 척추에 대해 수행되거나 피부를 통해서(percutaneously) 수행될 수 있다.

기록은 내부 척추골 몸통의 뼈 표시부들(bony landmarks)을 이용함으로써 발생한다. 이들 표시부들은 척추골 몸통에 연결되는 척추경 피질벽들의 합류부(confluence)로부터 발생하는 형광투시 영상에서 보이는 척추경 저부 원주들이다. 상술한 바와 같이, 이들 척추경 저부 원주들은 형광투시 영상에 대한 척추골 몸통의 회전에 기초하여 형상과 정사각형 영역(square area)을 변경시킬 수 있는 원형 형상이나 타원형 형상(elliptical shapes)을 형성한다.

그 이후에 수술 중의 형광투시 및 컴퓨터 척추에 의해 형성된 척추경 저부 원주 윤곽들이 기록된다. 윤곽들이 겹쳐지도록 하고 측정된 정사각형 영역들이 동일하도록 하고, 척추경들 사이의 간격이 동일하게 되도록 함으로써 정확한 기록을 얻을 수 있다. 이와 같은 기록 방법은 환자의 뼈대에 고정되는 방사선 표시(radiographic marker)를 할 필요가 없게 만든다. 방사선 표시는 피부를 경유하여 수행되는 시술에 대해서는 특별히 불리함을 갖는다. 이와 같은 방법은 또한 하나의 척추골 몸통의 다른 척추골 몸통에 대한 자유로운 운동(free independent movement)을 가능하게 한다. 이는 컴퓨터에 의해 생성된 모델의 순응도(compliance)를 나타내는 것으로, 불안정한 척추에 있어서 특별히 편리하다. 의사는 나사의 배치를 계속하기 위해 수술 중의 척추경 저부의 원주들의 기록의 적절성(adequacy)을 확인한다. 이 방법은 수술 중의 형광투시 영상에 맞추기 위해 컴퓨터에 의해 생성된 모델의 확대나 또는 축소를 고려한다.

이제 컴퓨터에 의해 생성된 척추경 저부 원주와 척추경 원통을 포함하는 완전한 3차원 영상이 수술 중의 형광투시 영상 위에 겹쳐진다. 그리고 도 19a 및 19b에 도시된 바와 같이 컴퓨터 척추경 원통(200)이 후방의 피질을 관통하여 환자의 신체로부터 돌출되고, 두 개의 독립되고 동일선 상의 링들(202, 204)에 의해 차단된다. 링들은 환자의 침상이나 다른 지지부(미도시)에 고정된 적절한 지지 프레임(206) 상에 장착되며, 컴퓨터 원통 영상의 차단을 허용할 수 있는 크기로 이루어지며, 천공 캐뉼러(drilling cannulas)를 배치할 수 있는 크기로 이루어진다. 제1 링(202)은 후방의 피질 영역(208) 또는 신체 바로 외측에서 컴퓨터 척추경 나사 원통을 차단한다. 그리고 제2 링(204)은 제1 링(202)으로부터 소정 간격 이격되어 컴퓨터 척추경 나사 원통을 차단한다. 두 개의 링들 사이의 간격이 커질수록 나사 배치의 정확도(accuracy)는 더 좋아진다. 링들(202, 204)에 의한 컴퓨터 척추경 실린더의 차단이 컴퓨터 척추경 원통(200)에 대한 링들의 이동을 표시하는 컴퓨터 화면 상에 표시된다.

도 19c 및 19d는 링들(202, 204)을 관통하여 외과적으로 개방된 환경(surgically open environment)과 피부를 관통하는 환경(percutaneous environment)에서 링들(202, 204)을 관통하여 척추골 몸통(VB)으로부터 돌출하는 컴퓨터에 의해 생성된 원통(200)과, 직선(21)을 각각 도시한다.

척추경 실린더들의 차단(Interception)은 두 개의 단계들로 발생한다. 컴퓨터 척추경 원통들(200)은 둘러싸는 원통을 구비하는 중심 직선(210)으로 구성된다. 첫째로, 링들(202, 204)은 중심 직선(210)과 척추경 원통(200)의 모두에 대해 중심이 맞추어져야 한다. 둘째로, 링들이 척추골 몸통에 기록됨으로써 LED 장치들을 통해 컴퓨터 화면 상에서 링들의 이동이 표시(followed)될 수 있다. 셋째로, 링들은 내부 직경들이 컴퓨터에 의해 생성되는 척추경 실린더들(200)의 대응되는 직경에 맞추도록 제작된다. 다른 직경들을 갖는 다양한 이동 가능한 링들이 제공되어 의사가 요구하는 어떤 척추경 나사 시스템도 이용할 수 있도록 한다. 넷째로, 링들은 도 2에 도시된 것과 같이 컴퓨터에 의해 생성된 척추경 원통의 직경에 대응되는 직경의 일치가 가능하도록 가변되는 직경을 고려하는 적절한 방식으로 조정 가능하게 제작될 수 있다. 링(202)은 직경을 변화시키도록 회전될 수 있는 이동 가능하게 연결된 부분들(212)로 형성된다. 컴퓨터 척추경 원통을 갖는 링들의 기록은 컴퓨터 화면 상에 식별되고 확인된다.

두 개의 일치하는 링들(202, 204)은 이제 천공 캐뉼러(214)(도 21a, 21b)를 배치하기 위한 통로(conduit)를 형성한다. 캐뉼러는 또한 환자의 침상이나 다른 지지부에 고정된 프레임(206)에 고정된다. 천공 캐뉼러(214)의 내부에는 단단한 캐뉼러 부재(216, 도 21a, 21b)가 배치되거나, 복수 개의 좁고 이동 가능한 길이 방향의 금속 평행 핀들(metal parallel pins)(220)을 내부에 구비하며 천공배치(drill placement)를 위해 중심이 개방되는 특수한 내부 캐뉼러 부재(218, 도 22a, 22b)가 사용될 수 있다. 복수 개의 핀들(220)은 내부 캐뉼러 부재(218)가 평평하지 않은 면에서도 평평하게 놓이도록 한다. 이와 같은 특성은 천공 비트의 움직임을 방지하도록 후방의 피질 천공 영역에서 부가적인 안정성을 제공한다.

부가적으로 특수한 내부 캐뉼러 부재(218)는, 척추경 내에서의 천공의 형광투시 영상화를 허용할 수 있도록 복수 개의 평행 핀들이 후퇴되도록 한다. 의사에 의해 어떤 방법도 사용될 수 있다.

그 이후에 척추경은 미리 정해진 척추경 나사 길이를 초과하지 않는 소정의 미리 조정된 깊이로 천공된다. 척추경은 뼈의 안전성을 확보하기 위해 척추경 탐침(pedicle probe)에 의해 조사된다.

나사를 실제로 배치하기 위해서 슬롯이 형성된 특수한 외측 캐뉼러(도 23a, 23b)가 동일한 선상에 배치되며, 지지 프레임(support frame)이 이동 가능하게 장착되는 서로 정렬된 두 개의 링들(202, 204) 위에 배치된다. 이와 같이 특수한 캐뉼러(230)는 또한 지지 프레임이나 다른 고정 장치에 고정된다. 그리고 링들을 대략 90도(미도시됨) 회전시킴으로써 링들을 제거할 수 있고, 캐뉼러(230)로부터 링들을 빼낼 수 있다. 슬롯이 형성된 캐뉼러의 조정 가능한 내부 직경은 나사면이 형성된 어떠한 척추경 나사 직경과 가변적인 헤드 크기(head size)를 수용하기에 충분하다. 적절한 척추경 나사(미도시됨)는 나사를 유지하는 스크류 드라이버(screwdriver)에 배치되며 슬롯이 형성된 캐뉼러 내에 배치되고, 그 이후에 각각의 척추경 내에 배치된다.

도 20에 도시된 변형된 조정 가능한 정렬된 링들을 위해서, 도 23a의 슬롯이 형성된 캐뉼러(230)가 사용될 수 있으며, 또는 선택적으로 링들(202, 204)이 위치에 유지되어 링들 내에 배치되며 링들을 관통하는 스크류 드라이버를 수용하기 위해 완전히 개방된 위치(fully open position)로 조정될 수 있다.

단계 15

수술 중의 형광투시 영상들을 수술 전의 환자의 척추의 3차원 영상들과 함께 수술 중에 기록하는 기능을 갖는 상업적으로 이용할 수 있는 소프트웨어 패키지가 현재 존재한다. 이와 같은 기능은 요약 수치 데이터(summary numerical data)와 이상적으로 도시된 도해들을 제공하기 위해 본 발명의 방법들과 통합될 수 있다. 도해들의 정보는 여기에서 설명되는 바와 같이 또는 의사가 선호하는 선택에 의해 실제 나사 배치를 위한 기초를 제공한다.

단계 16

척추경 나사 크기들이 너무 커서 이용할 수 있는 나사 크기나, 큰 척추경들 내에 계획된 편심 나사 배치나, 또는 해부적인 축에 대하여 앞서 계획된 직선 나사 배치를 수용할 수 없기 때문에, 나사들을 골외에 또는 임시로 척추경 주변을 통과하도록 배치하는 것을 선호하는 의사들을 위해서, 본 발명은 이와 같은 기능을 제공한다. 본 발명은 모든 이상화된 데이터를 수집함으로써 이 기능을 구현하고, 의사로 하여금 척추경 안내 구멍의 입구 배치를 이상적인 궤적으로부터 접선방향으로 소정 간격에 편심시키도록 허용한다. 즉 후방의 나사 위치는 도 24에 도시된 바와 같이 컴퓨터 척추경 원통(12)이 형성되는 피봇 지점(pivot point)이다.

나아가 이와 같은 변경들은 이와 같은 변경들을 병합하는 새로운 이상화된 AP와, 측면 및 횡단면의 개략적인 도해들을 형성하기 위해 자동적으로 기록될 것이다. 이들 데이터는 척추경 저부 원주 방법(pedicle base circumference method)이나, 자동화된 정렬 방법(automated aligning method)이나, 상업적으로 이용할 수 있는 CT/형광투시 기록 방법(CT/fluoroscopy registration method)에 의해 나사를 배치하기 위해 사용될 수 있다. 척추경 저부 원주 방법을 위해서는, 송곳 또는 다른 공구의 적절한 길이를 고려하기 위해 새로운 안내 구멍(pilot hole)의 길이들이 결정될 수 있다.

예시적인 실시예로서, 도 25는 스크류 드라이버(22) 또는 유사한 것에 의해 척추경 나사를 본 발명에 따른 협부(X)의 중심을 관통하여 설치하는 것을 개략적으로 도시한다.

단계 17

새로운 방법은 직선의 개량을 위해 지레 받침(fulcrum)인 척추경 협부(pedicle isthmus)를 이용하여 척추경 원통(pedicle cylinder)을 형성하기 위한 전술된 방법의 확장이다. 주된 차이점은 이 새로운 방법이 병리학적(pathologic) 또는 외상성(traumatic) 특성들(features) 및 동반된 척추골 몸통 비정상적 해부구조(abnormal anatomy)를 갖는 척추골을 위한 계획된 편심 배치(eccentric placement)를 특별히 진행함으로써 전술된 접근법을 수정하는 것이다. 도 26a, 26b 및 26c에 도시된 바와 같이, 단부 플레이트 골절(fractures) 또는 압박(compression)이 없는 일반적인 척추골 몸통을 위해 전술된 척추경을 통한 동심원적 궤적(concentric trajectory)은 척추경 원통 형성을 위해 선택된다.

단계 18

편심 배치를 갖는 척추경 원통 형성을 위해 개량될 직선을 위한 지렛점(fulcrum)은 척추골 몸통의 가장 좁은 부위, 척추경 협부(isthmus) (X)에 남아 있다. 그러나, 일단 협부가 결정되면, 다음 단계는 척추골 몸통 내부의 지점(D)의 결정이다. 지점(D)는 상위 및 하위의 단부 플레이트들로부터 등거리에 있으며, 척추골 몸통의 중심에서 전방 내부 피질 벽에 인접한다. 그리고 컴퓨터는 지점(D)로부터 후방 척추경 피질 외부로 나오는 척추경 협부의 중심으로 라인을 그린다. 도면 27a-c 및 도면 28a-c는 각각 상위 단부 플레이트 및 하위 단부 플레이트 압박 골절이 있는 척추골 몸통들을 위한 궤적 결정을 나타낸다. 도면 25a-c, 도면 27a-c 및 도면 28a-c는 시작점 A 및 B가 보여질 수 있는 시상단면 및 횡단면을 도시한다. 도면 12에 도시한 바와 같이, 관상 영상(coronal image)은 시작점 A 및 B를 정확하게 식별하기 위해 시상단면 및 횡단면 모두를 결합시키는 효과를 나타낸다.

단계 19

그리고 컴퓨터는 라인이 밝게 표시되는 피질에 접촉하게 될 때까지 방사 방향을 향해 동심원적으로 원통을 형성한다. 다음 컴퓨터는 이상적인 척추경 궤적, 직경 및 길이를 결정하고, 표(도면 12)에 기록한다. 척추경 저부 원주들은 척추경 내부에서 방사선 불투과성 및 방사선 투과성으로 이루어진 색 밴드 송곳/가이드 와이어의 정확한 배치를 위한 지점 A와 B를 식별한다. 색 밴드 송곳/가이드 와이어는 도 12에 기록된 적절한 깊이 거리 A-B로 전진된다.

단계 20

도면 17b의 300/311과 같은 방사선 불투과성 및 방사선 투과성으로 이루어진 색 밴드 송곳/가이드 와이어는 도 29에 도시된 것처럼 지점 A에 위치되고, 도면 30에 도시된 것처럼 지점 B로 전진된다. 이는 형광투시 영상에서 도시된 장치의 길이를 측정함으로써 전진된 양을 나타낸다. 일단 지점 A와 B가 정확하게 식별되면 송곳/가이드 와이어(300/311)는 지점 D로 전진된다.

단계 21

제1 캐뉼러는 방사선 불투과성 및 방사선 투과성으로 이루어지며, 색 밴드 드릴 비트(400)은 가이드 와이어(311)의 상부에서 전진되고, 지점 D의 깊이로 천공된다. 이는 도면 32에 도시된 것처럼 형광투시 영상 하에서 시각화 된다.

단계 22

제1 실시예에서, 제1 캐뉼러(500)는 가이드 와이어(311)의 상부에 위치되며, 후방 피질과 같은 높이인 척추경 내부로 전진된다. 상기 캐뉼러(500)은 방사선 투과성 센터(502), 후방 피질에 대해 인접한 방사선 불투과성 칼라(504), 및 적절한 길이 측정의 기초가 되는 지점 B에 해당되는 방사선 불투과성 내부 링(506)을 포함한다. 캐뉼러는 도면 33에 도시된 것처럼 후방 척추경 피질 표면에 안전하게 태핑(tapped)된다. 다음 가이드 와이어(311)은 제거되고, 최적화된 절차를 위해 카테터(catheter), 캐뉼러 또는 니들(needle)과 같은 적절한 기구는 제1 캐뉼러를 통해 척추경의 내부에 삽입된다.

단계 23

제2 실시예에서, 제2 하이브리드(hybrid) 캐뉼러(600)(도면 34,35)는 제1 캐뉼러(500)의 내부로 전진된다. 제2 캐뉼러(600)는 제1 캐뉼러(500)에 대응되는 단부들에 방사선 불투과성 링들(604)이 구비된 매칭 길이 방사선 투과성 코어 내부 섹션(matching length radiolucent core inner section) 또는 원통(602)를 포함한다. 또한, 제2 캐뉼러(600)는 경피적 시술(percutaneous applications)을 위해 피부를 지나서 연장되는 외부 슬롯 캐뉼러 섹션(606)을 포함한다. 더욱이, 도면 35에 도시된 것처럼 제2 캐뉼러는 제1 캐뉼러(500)의 적절한 배치와 제거를 용이하게 하기 위한 결속(interlocking) 메커니즘(미도시)을 포함한다. 결속 메커니즘은 스냅 피트(snap-fit), 스크류 피트(screw-fit) 또는 유사한 메커니즘일 수 있다.

그리고 도면 35에 도시된 것처럼, 가이드 와이어(311)는 제거되고, 제1 캐뉼러(500) 및 슬롯을 갖는 제2 캐뉼러(600)는 결속되어 경피적 척추후굴풍선복원술(kyphoplasty), 경피적 척추성형술(vertebroplasty) 또는 척추골 몸통 생검 기구(vertebral body biopsy instruments)를 위한 장치(unit), 작동 포털(working portal)의 기능을 수행한다. 척추경 나사 배치를 위해 의사는 전술된 방법에서 나사 배치를 위한 선택을 할 수 있다.

단계 24

제3 실시예에서, 제1 캐뉼러(500)은 생략될 수 있고, 제2 캐뉼러(600)은 드릴 비트(400)에 의해 형성된 개구부 내에서 직접적으로 가이드 와이어(311) 상부에 삽입될 수 있다. 그리고 도면 36-39에 도시된 방법으로, 가이드 와이어(311)는 제거되고, 적합한 기구는 최적화된 절차를 위해 척추경 내에 제2 캐뉼러(600)를 통해 삽입된다.

단계 25

그리고 최적의 척추경 통과 방법(transpedicular procedure)을 위한 접근은 전통적인 방법을 따라 진행된다. 종래 장치의 개선은 형광투시 영상을 위해 도면 36에 도시된 것처럼 방사선 불투과성 및 방사선 투과성으로 이루어진 색 밴드 경피적 척추후굴풍선복원술 풍선 카테터(color banded kyphoplasty balloon catheter), 경피적 척추성형술 캐뉼러(vertebroplasty cannula) 또는 척추골 몸통 생검 니들(vertebral body biopsy needles)(700)을 개량하는 것이다.

단계 26

도면 37에 도시된 것처럼, 경피적 척추후굴풍선복원술 절차를 위해 풍선 카테터(702)는 제1 캐뉼러(500)의 내부 또는 슬롯을 갖는 제2 캐뉼러(600)의 내부에 일직선으로 삽입될 수 있으며, 밴딩(bent)될 수 없다. 카테터(702)는 적절한 깊이로 전진되고, 적절한 압력으로 팽창된다. 시멘트(Cement) 또는 다른 주입 대체물(injected suitable material)은 풍선 카테터에 의해 형성된 빈 공간(cavitary void) 내에 채워진다.

단계 27

도면 38a-b 및 39a-b에 도시된 것처럼, 종래 풍선 카테터 또는 유사한 기구의 개선은 밴딩(bending) 뿐만 아니라 고정된 각도를 이루는 풍선 카테터 또는 기구(704)의 제공이기도 하다. 슬롯이 형성된 제2 캐뉼러(600)는 고정된 각도를 이루는 풍선 카테터(704)의 삽입 및 전진을 허용하고, 풍선 카테터(704)는 미리 밴딩된 길이로 형성될 수 있거나, 척추경 길이 (A-B)를 기초하여 최적화된 각도로 수동으로 밴딩될 수 있다. 일단 풍선 카테터(704)가 후방 척추경 피질에 대해 완전히 인접하게 되면, 제2 캐뉼러(600)의 측면 양상과 전방 압력(forward pressure)에 대해 동시에 지레(levering)로 사용됨으로써, 풍선 카테터(704)는 척추골 몸통 내에 더욱 전진될 수 있다. 이와 같은 상태는 도면 39a 및 39b에 도시된 것처럼, 형광투시 영상 상에 시각화될 수 있다. 이 새로운 방법 및 개량된 방법은 척추골 몸통 내에 풍선 카테터(704)의 더욱 집중화된 배치를 허용한다. 척추골 몸통 내에 완전히 삽입될 시, 풍선 카테터(704)의 외부 부위는 슬롯이 형성된 제2 캐뉼러(600) 내에 수용된다. 이는 감소된 수술 시간(reduced operative time), 감소된 형광투시 영상(decreased fluoroscopic imaging), 파열골절(burst fractures)을 위해 척추경 나사 수단과 결합하기 위한 능력, 오직 하나의 방사선 논리적 가시 척추경을 갖는 척추골 몸통들에서의 이용(utilization in vertebral bodies with only one radio logically visible pedicle)과 같은, 양측 척추경 통과 접근법(bilateral transpedicular approach)에 실질적인 장점을 제공하며, 작은 체적 척추골 몸통들에 사용된다.

본 발명의 방법들의 많은 단계들이 컴퓨터에 의해 형성되는 것으로 설명되었으나, 본 발명의 방법에 따른 이들 단계들을 구현하기 위해 어떠한 적절한 장치들이나 기구들이 사용될 수도 있음을 주목하기 바란다.

본 발명은 현재 가장 실용적이며 바람직한 실시예라고 여겨지는 것과 관련지어 설명되었다. 본 발명은 개시된 실시예들에 한정되지 아니하며, 오히려 첨부된 청구범위들의 범위와 사상의 범주에 포함된 다양한 변형에들과 동등한 배치들을 포함하도록 의도된 것으로 이해되어야 할 것이다.

Claims

최적의 척추경 통과 방법을 위해 척추경의 내부에 대한 접근을 제공하는 방법으로서,
미리 결정된 시작점에 있는 상기 척추경에 요구된 깊이에 대해 미리 결정된 궤적에서 분리할 수 있는 가이드 와이어와 함께 송곳을 삽입하는 단계;
상기 척추경에서 송곳을 제거하고 그 안에 상기 가이드 와이어를 남기는 단계;
상기 가이드 와이어 상부에 캐뉼러가 형성된 드릴 비트(drill bit)를 배치하고, 상기 척추경 내부에 요구된 깊이까지 연장된 개구부를 천공하는 단계;
상기 개구부와 상기 가이드 와이어로부터 상기 드릴 비트를 제거하는 단계;
상기 척추경의 후방 피질의 인접 부위와 같은 높이인 제1 캐뉼러의 외측 단부와 함께 상기 가이드 와이어의 상부에서 상기 개구부 내부로 상기 제1 캐뉼러를 삽입하는 단계; 및
최적화된 절차를 위해, 상기 척추경의 내부 안으로 상기 제1 캐뉼러를 통해 삽입할 수 있는 경피적 척추후굴풍선복원술 풍선 카테터(kyphoplasty balloon catheter), 경피적 척추성형술 캐뉼러(vertebroplasty cannula) 또는 척추골 몸통 생검 니들(vertebral body biopsy needle)에 의해 상기 가이드와이어를 제거하는 단계
를 포함하고,
상기 가이드 와이어를 상기 개구부로부터 제거하기 전에 제2 캐뉼러가 상기 제1 캐뉼러의 내부에 부분적으로 삽입되고,
상기 제2 캐뉼러는, 상기 제1 캐뉼러의 내부에 슬라이딩 가능하게 수용되는 내부 섹션 및 상기 제1 캐뉼러로부터 외측으로 연장되는 외부 섹션을 구비하고,
상기 외부 섹션은 그 몸체를 따라 대체로 종방향으로 형성된 슬롯을 포함하며, 상기 가이드 와이어가 제거된 후 상기 내부 섹션과 상기 외부 섹션 사이의 어떠한 상대적 움직임도 없는 상태에서 상기 슬롯은 직선(straight) 또는 꺾인(angled) 기구가 상기 슬롯을 통해 상기 슬롯의 내측 단부로부터 상기 슬롯의 외측 단부 방향으로 삽입되도록 하며, 상기 제1 및 제2 캐뉼러를 통해 상기 척추경으로 삽입되도록 하는 것을 특징으로 하는 최적의 척추경 통과 방법을 위해 척추경의 내부에 대한 접근을 제공하는 최적의 척추경 통과 방법을 위해 척추경의 내부에 대한 접근을 제공하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 송곳, 가이드 와이어, 및 드릴 비트 중 하나 이상은 식별 가능하도록 색 밴드가 구비되고, 형광투시 영상을 위한 방사선 투과성 및 방사선 불투과성 섹션들로 형성된 것을 특징으로 하는 최적의 척추경 통과 방법을 위해 척추경의 내부에 대한 접근을 제공하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 캐뉼러는 방사선 투과성이며, 외측 단부에 구비되어 후방 피질에 접속하는 방사선 불투과성 칼라(radiopaque collar), 내측 단부에 구비되는 방사선 불투과성 링(radiopaque ring)을 포함하는 것을 특징으로 하는 최적의 척추경 통과 방법을 위해 척추경의 내부에 대한 접근을 제공하는 방법.
제3항에 있어서,
상기 연장된 기구는 상기 척추경 내부에 상기 제1 캐뉼러를 통해 삽입되며, 식별 가능하도록 색 밴드가 구비되고, 형광투시 영상을 위한 방사선 투과성 및 방사선 불투과성 섹션들로 형성된 것을 특징으로 하는 최적의 척추경 통과 방법을 위해 척추경의 내부에 대한 접근을 제공하는 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 캐뉼러에 상기 제2 캐뉼러가 삽입되면서, 상기 제1 캐뉼러 및 제2 캐뉼러는 조립(constructed)되어 결속(interlock)되는 것을 특징으로 하는 최적의 척추경 통과 방법을 위해 척추경의 내부에 대한 접근을 제공하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 캐뉼러는 방사선 투과성이며, 외측 단부에 구비되어 후방 피질에 접속하는 방사선 불투과성 칼라(radiopaque collar), 내측 단부에 구비되는 방사선 불투과성 링(radiopaque ring)을 포함하고,
상기 제2 캐뉼러의 내부 섹션은 방사선 투과성이며, 상기 내부 섹션의 내측 단부 및 외측 단부에는 방사선 불투과성 링들이 구비되고, 상기 방사선 불투과성 링들은 형광투시 영상을 위해 제1 캐뉼러의 불투과성 링 및 불투과성 칼라와 함께 각각 일렬로 정렬되는 것을 특징으로 하는 최적의 척추경 통과 방법을 위해 척추경의 내부에 대한 접근을 제공하는 방법.
최적의 척추경 통과 방법을 위해 척추경의 내부에 대한 접근을 제공하는 방법으로서,
미리 결정된 시작점에 있는 상기 척추경에 요구된 깊이에 대해 미리 결정된 궤적에서 분리할 수 있는 가이드 와이어와 함께 송곳을 삽입하는 단계;
상기 척추경에서 송곳을 제거하고 그 안에 상기 가이드 와이어를 남기는 단계;
상기 가이드 와이어 상부에 캐뉼러가 형성된 드릴 비트(drill bit)를 배치하고, 상기 척추경 내부에 요구된 깊이까지 연장된 개구부를 천공하는 단계;
상기 개구부와 상기 가이드 와이어로부터 상기 드릴 비트를 제거하는 단계;
상기 가이드 와이어의 상부에서 상기 개구부 내부로 제1 캐뉼러를 삽입하는 단계를 포함하고,
상기 캐뉼러는 상기 개구부 내에 배치되는 내부 섹션 및 후방 피질로부터 외측으로 연장되는 외부 섹션을 구비하고, 상기 외부 섹션은 그 몸체를 따라 대체로 종방향으로 형성된 슬롯을 포함하며, 상기 가이드 와이어가 제거된 후 상기 내부 섹션과 상기 외부 섹션 사이의 어떠한 상대적 움직임도 없는 상태에서 상기 슬롯은 직선(straight) 또는 꺾인(angled) 기구가 상기 슬롯을 통해 상기 슬롯의 내측 단부로부터 상기 슬롯의 외측 단부 방향으로 삽입되도록 하며, 상기 제1 및 제2 캐뉼러를 통해 상기 척추경으로 삽입되도록 하는 것을 특징으로 하는 최적의 척추경 통과 방법을 위해 척추경의 내부에 대한 접근을 제공하는 방법.
제8항에 있어서,
상기 제2 캐뉼러의 내부 섹션은 방사선 투과성이며, 형광투시 영상을 위해 상기 내부 섹션의 내측 단부 및 외측 단부에는 방사선 불투과성 링들이 구비된 것을 특징으로 하는 최적의 척추경 통과 방법을 위해 척추경의 내부에 대한 접근을 제공하는 방법.
척추경에서 소정 깊이로 후방 피질로부터 연장되는 척추경에 있는 개구부에 삽입하기 위한 캐뉼러로서,
상기 캐뉼러는 상기 개구부 내부에 삽입되도록 조립되는 제1 섹션 및 상기 제1 섹션으로부터 외측으로 연장되는 제2 섹션을 구비하고,
상기 제2 섹션은 그 몸체를 따라 대체로 종방향으로 형성된 슬롯을 포함하며, 최적의 방법을 위해 상기 제1 섹션과 상기 제2 섹션 사이의 어떠한 상대적 움직임도 없는 상태에서 상기 슬롯은 직선(straight) 또는 꺾인(angled) 기구가 상기 슬롯을 통해 상기 슬롯의 내측 단부로부터 상기 슬롯의 외측 단부 방향으로 삽입되도록 하며, 상기 캐뉼러를 통해 상기 척추경으로 삽입되도록 하는 것을 특징으로 하는
척추경에서 소정 깊이로 후방 피질로부터 연장되는 척추경에 있는 개구부에 삽입하기 위한 캐뉼러.
제10항에 있어서,
상기 제1 섹션은 상기 척추경에서 상기 개구부의 길이와 동일한 길이로 형성되고, 상기 제1섹션은 방사선 투과성이며, 형광투시 영상을 위해 상기 제1섹션의 내측 단부 및 외측 단부에는 방사선 불투과성 링들이 구비된 것을 특징으로 하는
척추경에서 소정 깊이로 후방 피질로부터 연장되는 척추경에 있는 개구부에 삽입하기 위한 캐뉼러.