KR101158952B1 - 압력 감지를 수반하는 동적 무릎 평형 장치 - Google Patents

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마이클 지 피셔
안토니 케이 헤들리
마이클 하워드
케빈 코데스
도시노부 가츠야
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신베이시브 테크놀로지 인코포레이티드
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Abstract

무릎 수술 수행 장치로서 조정 가능한 대퇴골 부품과 경골 부품과 대퇴골 및/또는 경골에 연결되어 대퇴골 부품과 경골 부품이 서로에 대해 가하는 압력을 감지하는 하나 이상의 센서를 포함한다. 대퇴골 부품은, 대퇴골의 원위 단부에 분리가능하게 연결되어 무릎에 인접한 연질 조직에서의 장력을 조정하도록 구성되고, 대퇴골 부품이 조정됨에 따라 대퇴골의 원위 단부에 대하여 움직이도록 구성된 하나 이상의 위치 특징부를 가짐으로써, 대퇴골의 원위 단부 상의 대퇴골 보철물을 위치시키는 것을 돕는다. 센서는, 무릎의 내측 및 외측 측면에서 압력을 감지하도록 구성되고, 영상 표시 장치에서 데이터로 상대적인 압력이 표시될 수 있다. 대퇴골 부재에 대한 조정은 무릎을 구부린 상태 및 뻗은 상태에서의 압력을 평형으로 유지하도록 형성될 수 있다.

Description

압력 감지를 수반하는 동적 무릎 평형 장치{DYNAMIC KNEE BALANCER WITH PRESSURE SENSING}
본 발명은 대체로 의료/수술 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 무릎 수술 과정을 개선하기 위한 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.
전체 무릎 관절 성형술(TKA; total knee arthroplasty)로도 지칭되는 전체 무릎 치환 수술(total knee replacement surgery)은 만성 무릎 통증 및 관절 기능 장애에 있어서 점점 중요한 치료방법이 되고 있다. NIH(National Institutes of Health)의 합의 도출 회의(Consensus Development Conference)의 최근 토론회는 미국에서 매년 대략 300,000건의 TKA 수술이 말기의 무릎 관절염에 시술되고 있는 것으로 확인하고 있다. NIH의 토론회에서는, TKA 수술 장치 및 기술에 있어서 진보가 있었지만, 추가적인 혁신을 통하여 개선된 성과를 얻고자 여전히 부단히 노력해야 한다는 점에 동의하고 있다. 특히, 토론회는 보다 우수한 성과를 제공하고 보철물의 마모를 줄이기 위하여 인공 무릎 보철물을 위치시키는 기술을 개선함으로써, 반복적인 TKA 수술의 필요성을 감소시켜야 한다는 결론을 내렸다. TKA에의 계속적인 진보가 있다면, 수술 과정은 보다 어린 환자, 비만 환자 및 TKA를 필요로 하지만 통상적으로 60 내지 75세로 규정되는 "이상적인" 연령 범위에 속하지 않는 환자에게 더욱 유용하게 될 수 있다. 또한 개선된 기술 및 장치는 모든 TKA 환자를 위하여 무릎 관절의 양호한 기능성을 제공하고 무릎 보철물의 유효 수명을 증가시킴을 의미한다.
무릎은 일반적으로 대퇴골과 경골의 접합 지점으로서 정의된다. 무릎을 구성하는 구조는 원위 대퇴골, 근위 경골, 슬개골 및 무릎 관절 내에서 무릎 관절을 둘러싸는 연질 조직을 포함한다. 무릎의 기능성과 관련하여 4개의 인대, 즉, 전방 십자 인대, 후방 십자 인대, 내측 측부 인대, 외측 측부 인대가 특히 중요하다. 관절염이 있는 무릎에 있어서는, 대퇴골과 경골의 접합 지점에 있는 보호용 연골이 마모되어 대퇴골이 경골과 직접 접촉하게 될 수 있다. 뼈와 뼈의 이러한 접촉은 상당한 고통 및 불편함을 초래한다. TKA 과정의 주요 목적은 대퇴골의 원위 단부, 경골의 근위 단부 및 때로는 슬개골의 내면을 보철물 부품으로 대체하여, 뼈와 뼈의 접촉을 방지하고, 관절 운동을 위한 원활하며 잘 정렬된 표면을 제공하며, 동시에 넓은 운동 범위에 걸쳐 움직이는 안정적인 무릎 관절을 또한 형성하는 것이다.
TKA 수술에 있어서 가장 중요한 과제 중 하나는, 특히 내측 및 외측 측부 인대에서 무릎의 전체 운동 범위에 걸쳐 인대 장력을 평형으로 적절히 유지하는 것이다. 무릎의 내측 및 외측 측면에서 원위 대퇴골과 근위 경골을 연결하는 측부 인대가, 무릎의 안정성 및 이동성의 많은 부분을 담당한다. 측부 인대 중 하나가 다른 측부 인대에 대하여 너무 느슨하거나 너무 팽팽하면, 무릎은 통상적으로 불안정하게 되고, 운동 범위가 제한될 수 있으며, 슬개골이 부적절한 궤적을 그릴 수 있고, 대퇴골 및/또는 경골이 불균일하게 마모되어 관절염 및 고통을 유발할 수 있다. TKA 수술 후의 불균일한 인대 장력은 관절의 불안정성 및 열악한 슬개골의 궤적을 초래하며, 운동 범위를 제한하고, 무릎의 기능을 손상시킬 뿐만 아니라 보철물 장치의 불균일한 마모를 증가시켜 때로는 필수적으로 반복적인 수술이 필요하게 만든다. 따라서 운동 범위 전체에 걸쳐 평형으로 유지되는 무릎 인대 장력을 얻기 위한 TKA 과정의 단기간 및 장기간 성공이 필수적이다.
원래 무릎은 단일 축을 중심으로 움직이는 힌지와 유사하게 작동하지 않기 때문에 TKA 수술 중에 인대 장력을 평형으로 유지하는 것은 복잡하다. 무릎을 구부린 상태로부터 완전히 뻗은 상태로 움직임에 따라 무릎은 경골이 대퇴골에 대하여 동적으로 바깥쪽으로 회전하게 된다. 이러한 경골의 자동적인 회전은 무릎을 완전히 뻗은 상태에서 구부릴 때 반대 방향으로 일어나서 경골이 대퇴골에 대하여 안쪽으로 회전을 하게 한다. 따라서 본래의 무릎은 무릎을 구부리는 중에 경골이 제한된 안쪽 및 바깥쪽 호(arc)를 통해 회전할 수 있도록 하는 회전 이완(rotary laxity)을 행한다. 또한, 대퇴골은 경골이 그 대퇴골을 중심으로 구부러질 때에 전후방으로 병진 운동하여, 평형 상태에 또 다른 운동 변수를 가져온다. 따라서, 무릎의 인대는 대퇴골, 경골 및 슬개골과 함께 진정으로 동적인 바이오-메커니즘(truly dynamic bio-mechanism)을 생성하여, TKA 수술에서 인대 장력을 평형으로 유지하는 것을 극히 곤란하게 한다. TKA에서 인대 장력을 평형으로 유지하기 위하여 다음과 같은 많은 논문 및 연구가 있었다. Mihalko, WH 등의 "Comparison of Ligament-Balancing Techniques During Total Knee Arthroplasty", Jnl. Bone & Jt. Surg., Vol. 85-A Supplement 4, 2003, 132-135; Eckhoff, DG 등의 "Three-Dimensional Morphology and Kinematics of the Distal Part of the Femur Viewed in Virtual Reality, Jnl. Bone & Jt. Surg., Vol. 85-A Supplement 4, 2003, 97-104; Ries, MD 등의 "Soft-Tissue Balance in Revision Total Knee Arthroplasty", Jnl, Bone & Jt. Surg., Vol. 85-A Supplement 4, 2003, 38-42 참조.
TKA 과정 중에 측부 인대 장력을 평형으로 유지하는 한 가지 기술은 하나 또는 양쪽 인대의 섬유를 절단하여 인대 장력을 감소시키는 것을 포함하며, 이는 "인대 이완(ligament release)"으로 지칭되는 기술이다. 인대 이완 기술이 여전히 일반적으로 사용되고 있지만, 이러한 기술은 인대 조직을 실제로 절단할 필요가 있으며, 이에 따라 인대를 약화시키고 추후에 이완 또는 TKA 과정이 필요한 경우에 오류 수정을 위한 여지를 거의 남겨 놓지 않는다는 단점이 있다.
인대 이완 기술을 대신하거나 인대 이완 기술에 더하여 전체 무릎 보철물의 구성 요소는 인대 장력을 평형으로 유지하도록 선택되고 위치될 수 있다. 무릎 보철물의 대퇴골 요소 및 경골 요소는 원위 대퇴골 및 근위 경골의 절단면에 각각 부착되며, 뼈 절단부(bone cuts)의 위치 및 방위도 또한 매우 중요하다. 통상적으로, 무릎 보철물의 경골 요소는 근위 경골의 평탄한 수평 절단면 상에(경골의 장축에 대해 90°의 각도로) 위치하고, 경골 요소의 위치 및 방위는 통상적으로 무릎에 따라 크게 변하지 않는다. 따라서, 전체 무릎 보철물을 위치시킬 때 대부분의 편차는 통상적으로 대퇴골 요소 및 대퇴골 뼈 절단부를 위치시킬 때 생긴다. 수술의는 이러한 대퇴골 뼈 절단부로 하여금 대퇴골 보철 요소의 위치 및 방위를 갖도록 하여 무릎의 전체 운동 범위에 걸쳐 최적으로 인대 장력을 평형으로 유지하게 한다. 그러나, 인대 이완 기술에 있어서는, 운동 범위에 걸쳐 이상적인 인대 장력을 마련하기 위하여 대퇴골 뼈 절단부와 대퇴골 보철 요소를 위치시키는 것이 매우 어려운 경우가 종종 있다. 이는 주로 전술한 바와 같은 무릎 주변에서의 운동이 복잡하다는 점과, 전체 운동 범위에 걸쳐 바람직한 인대 장력을 유지하도록 대퇴골 요소를 배치하는 것이 곤란하다는 점에 기인한다. 구체적으로는, 대퇴골 요소의 근위/원위, 전방/후방 및 회전 방위와 위치 모두가 무릎의 운동학을 카피하는 데에 중요하다.
통상적인 TKA 과정에 있어서, 보철물의 대퇴골 요소를 부착하기 전에 원위 대퇴골에 복수의 절단부가 형성된다. 예컨대, 대부분의 과정은 대퇴골의 원위 단부를 가로지르는 원위 절단부, 전방 및 후방 절단부, 각진 전방 및 후방 모따기 절단부(chamfer cuts)를 형성하는 것을 포함하여 대퇴골 요소를 적소에 확실히 단단하게 유지하는 것을 돕는다. 이러한 절제술을 효과적이고 정확하게 실행하기 위하여, 정형외과 수술의는 통상적으로 절단 블록 또는 절단 가이드를 이용하는데, 블록 또는 가이드는 수술용 톱날 또는 회전 공구를 안내하는 데에 이용되며, 블록 또는 가이드는 대퇴골의 원위 단부에 일시적으로 부착된다. 따라서 이러한 절단 블록을 위치시키는 것은 양호하게 위치된 뼈 절단부를 형성하여 대퇴골 보철 요소를 부착하기 위한 결정적인 요인이다.
TKA 과정 중 인대를 평형으로 용이하게 유지하는 것에 대한 다수의 장치 및 기술이 개시되어 있다. 미국 특허 제5,733,292호에 개시된 것과 같은 몇몇 기술은 인대 장력을 산정하기 위하여 대퇴골 및 경골 뼈 절단부를 형성한 후에 사용되는 시험용 보철물 요소(trial prosthesis components)를 포함한다. 미국 특허 출원 제2003/0187452호에 개시된 것과 같은 몇몇 장치는, 무릎을 뻗은 상태에서 원위 대퇴골과 근위 경골 사이의 간격을 측정하고, 무릎이 구부러진 상태에서 수술의가 같은 간격을 재생하는 것을 돕는 데에 이용된다. 그 외의 다른 "간격 검사(gap checking)" 장치는 미국 특허 제6,575,980호에 개시되어 있다. 인대 장력의 크기를 측정하는 것을 돕기 위하거나 원하는 크기의 장력을 인대에 적용하기 위한 목적으로 다른 장치가 개발되었다. 예컨대 미국 특허 제4,501,266호는 원하는 크기의 장력을 인가하기 위한 무릎 신연 장치(knee distraction device)를 개시하고 있다. 무릎 관절을 가로질러 장력을 측정하거나 인가하는 많은 패들형 장치가, 예컨대 미국 특허 제5,597,379호; 제5,540,696호; 제5,800,438호; 제5,860,980호; 제5,911,723호; 제6,022,377호에 제안되어 있다.
원위 대퇴골 상에 뼈 절단부를 형성하기 위한 절단 블록 기술의 하나의 변형예는 원위 대퇴골 뼈 절단부를 형성하기 위하여 로봇 수술 시스템을 이용하는 것을 포함한다. 로봇 수술 및 수술용 내비게이션과 함께, 수술용 톱날 또는 버(bur)가 여전히 사용되고 있지만, 뼈 절단부는 환자의 해부학적 구조의 피듀셜-기반(fiducial-based) 또는 형상-기반(shape-based) 기록(registration)의 결과로서 위치된다. 피듀셜-기반을 이용한 방법에 있어서, 피듀셜 또는 마커가 이미징 전에 적절한 해부학적 구조에 부착된다. 수술 중에, 마커가 노출되고 감지 시스템이 이들의 위치를 컴퓨터에 전송한다. 광학 트래커(tracker), 전자기 트랜스시버, 관절형 프로브 아암, 초음파 및 레이저 범위 검출기를 포함한 다양한 감지 시스템을 이용할 수 있다. 형상-기반을 이용한 방법에 있어서, 해부학적 구조의 형상이 수술 전의 이미지 데이터에 적합된다. 환자에 대한 측정치는 전술한 감지 시스템 중 하나 또는 일부를 이용하여 곡선 추적, 거리 스캐닝 또는 이미지 처리를 포함한 다양한 감지 기술에 의해 얻을 수 있다. 무릎 수술 과정에 로봇 수술 시스템을 사용하고 있는 하나의 예는 Howe, RD 및 Matsuoka, Y의 "Robotics for Surgery", Annu. Rev. Biomed. Eng. 1999, 01:211-240에 설명되어 있다.
전술한 장치 및 기술 중 일부는 TKA 과정을 개선하고 용이하게 하는 데 도움이 되지만, 종래의 이용 가능한 장치 및 기술은 여전히 많은 문제점이 있다. 가장 중요하게는, 종래 이용 가능한 장치에 의해서는, 내과의사가 무릎의 인대 장력을 조정할 수 없고, 또한 TKA 수술의 완료를 용이하게 하기 위하여 이용될 수 있는 인대 장력 조정에 기초가 되는 위치 정보를 받을 수 없다. 예컨대, 종래의 많은 이용 가능한 장치는 단지 무릎을 뻗은 상태에서만 적용되거나 단지 무릎을 구부린 상태에서만 적용되거나, 또는 무릎이 뻗은 상태로부터 구부린 상태로 움직이는 경우 분리되고 교체되어야 한다. 따라서 종래의 많은 이용 가능한 장치를 이용해서는 전체 운동 범위에 걸쳐 인대 장력을 산정하는 것이 곤란하거나 불가능하다. 일부 장치는 뻗은 상태의 장력의 크기 또는 간격을 측정하고 구부린 상태의 간격 또는 장력을 재생하는 것에 의존한다. 다시, 이는 전체 운동 범위에 걸쳐 측부 인대 평형을 언제나 유도하지는 못한다. 또 다른 장치는 매우 번거롭고 및/또는 복잡하다. 많은 장치가 무릎 관절의 외부에 설치되는 대형 부품을 포함하며 슬개골이 TKA 과정의 측정 단계 또는 다른 단계 중에 측면으로 움직여지는 것을 필요로 한다. 또한, 종래 장치는 통상적으로 수술 과정 중에 관절 공간 내에 주로 머물지 않으므로, 무릎이 운동 범위에 걸쳐 구부러짐에 따라 경골과 대퇴골로 하여금 자연적 운동, 회전 및 병진 운동을 하게 한다. 일부 기술에서는, 인대 평형 유지를 달성하기 전에 뼈 절단부가 형성되어, 동일한 뼈 절단부를 재절단할 필요가 있다. 뼈 절단부가 많다는 것은, 환자로 하여금 더 많은 외상을 입게 하고, 회복 기간이 길어지며, 추후에 두 번째 TKA 과정이 필요한 경우에 작업할 뼈가 부족하게 되는 것을 의미한다.
로봇 수술이 전통적인 기술에 비하여 어느 정도 수준의 개량을 제공할 수 있지만, 종래의 로봇 기술을 이용해서는, 대퇴골 보철 요소를 부착하기 위하여 양호하게 배치된 차후의 뼈 절단부를 형성하도록 적절한 동적 위치를 동적으로 표시하거나 기록하고, 감지하는 것은 곤란하거나 불가능하다. 따라서 로봇 시스템을 이용하더라도, 무릎 안정성, 운동 범위 및 슬개골 트래킹을 개선하기 위한 원하는 인대 평형을 달성하는 것은 여전히 어렵다. 종래 이용 가능한 장치 및 방법의 이러한 단점 및 다른 단점은 인대의 평형, 구체적으로 측부 인대의 평형을 계속적으로 유지하는 것을 필요로 하는데, 이는 TKA수술에 있어서 가장 어려운 과제이다.
따라서 무릎 관절 보철물의 운동 범위, 안정성 및 슬개골 트래킹을 개선하도록 TKA 수술을 향상시키기 위한, 구체적으로 TKA 수술 중에 인대를 동적 평형 상태로 유지하기 위한 향상된 장치, 시스템 및 방법에 대한 요구가 존재한다. 이상적으로, 이러한 장치는 무릎의 전체 운동 범위에 걸쳐 수술의가 인대를 동적 평형 상태로 유지하는 것을 도와서, 경골이 그것을 중심으로 구부러져 있는 동안에 경골의 자연적 회전 및 대퇴골의 자연적 병진 운동을 허용한다. 또한, 이상적으로는, 이러한 장치 및 방법은 대퇴골에 인도되어 최종 뼈 절단부를 형성하기 전에 수술의가 원하는 인대 장력 평형을 달성할 수 있도록 한다. 이러한 장치는 또한 절단 가이드, 톱날 또는 버, 및 로봇 및 내비게이션 시스템과 함께 사용하기에 이상적으로 단순하여, 바람직하게는 인대 장력의 산정 중에 슬개골을 적소에 유지할 수 있다. 이들 목적 중 적어도 일부를 본원 발명에 의해 달성될 수 있다.
본 출원은 본원에 참조로 통합된 2004년 2월 6일에 출원된 미국 특허 출원 제10/773,608호(Attorney Docket No. 021976-000200US)의 일부 계속 출원이다.
본 발명은 무릎 수술 과정, 좀 더 구체적으로 전체 무릎 치환 수술("TKA" ; total knee arthroplasty)을 개선하기 위한 장치, 시스템 및 방법을 제공한다. 다양한 실시예가 일반적으로 대퇴골 부품, 경골 부품 및 대퇴골 부품과 경골 부품이 서로에 대해 가하는 압력 또는 힘을 감지하기 위한 하나 이상의 센서를 포함한다. 대퇴골 부품은 조정 가능하여, 이용자로 하여금 무릎에 인접한 연질 조직에서의 장력을 조정하도록 하고, 따라서 감지된 압력이나 힘에서의 변화를 야기한다. 조정 가능한 대퇴골 부품은 또한 이용자가 무릎 보철물의 적어도 일부의 위치라도 결정하도록 돕는다.
통상적으로, 조정 가능한 대퇴골 부품은 마주보는 외측부 상에서 개별적으로 조정 가능하여 외측 및/또는 내측 측부 인대와 같은 무릎의 한쪽 또는 양쪽 측부 상의 연질 조직에서의 장력을 조정하도록 한다. 조정가능한 대퇴골 부품이 인대 장력을 조정하기 위해 조정되는데, 대퇴골 부품의 하나 이상의 위치 특징부(feature)가 위치 정보를 제공하여 절삭 가이드, 수술용 톱날, 버, 밀, 수술용 내비게이션 시스템, 로봇 수술 시스템 또는 이와 비슷한 것의 위치 및/또는 방위를 결정하는 데 도움이 된다. 이러한 위치 정보는 그 후 통상적으로 원위 대퇴골에 차후의 뼈 절단부를 형성하기 위해, 또는 원위 대퇴골을 밀링하거나 어떤 형상을 형성하기 위해 이용되어서 대퇴골 보철 요소가 적용되는 경우 무릎이 바람직한 안정성과 운동 및/또는 슬개골 트래킹의 범위를 갖도록 한다. 장치의 센서(또는 복수의 센서)는 이용자가 무릎이 구부러진 상태에서의 대퇴골 부재와 경골 부재 사이의 압력을 무릎이 뻗어진 상태에서의 압력과 함께 평형으로 유지하는 데 도움이 된다. 무릎을 뻗은 상태에서의 압력이 무릎을 구부린 상태에서의 압력과 조화되지 않는 경우, 이용자는 대퇴골 부재를 조정하도록 선택할 수 있고, 따라서 연질 조직 장력을 조정하고 또한 장치의 대퇴골 부품 및 경골 부품 사이의 압력을 조정한다. 따라서, 본 발명의 장치 및 방법은 이용자로 하여금 인대 이완 없이도 TKA 수술 중에 무릎의 인대 장력을 동적으로 평형으로 유지하도록 도와주어서, 수술이 완료되고 난 후 동적으로 평형으로 유지되는 무릎을 제공하도록 한다.
본 설명의 목적을 위하여, "무릎의 인대", "무릎 내의 인대", "무릎에 인접한 인대"와 같은 용어는 모두 같은 뜻을 나타내고 일반적으로 무릎 관절 공간 내의 인대, 무릎 주변의 인대, 무릎에 인접한 인대 또는 무릎에 가까운 인대를 지시한다. 이러한 용어는 통상적으로 무릎의 기능성에 도움이 되는 인대를 지시하고, 지시된 인대는 때때로 내측 측부 인대, 외측 측부 인대, 전방 십자 인대 및 후방 십자 인대이다. "무릎에 인접한 연질 조직" 또는 "무릎의 연질 조직"은 전술한 인대 뿐만 아니라 근육, 힘줄 및 무릎에 인접하고/인접하거나 무릎에 존재하는 다른 연질 조직을 포함한다. 이하의 설명이 TKA 수술 과정에서의 다양한 장치와 방법의 사용에 중점을 두고 있기는 하지만, 몇몇 실시예는 적절하게 다른 무릎 수술 과정 및/또는 다른 정형외과 관절 수술 과정을 용이하게 하는 데 이용될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 무릎 상에서 수술 과정을 수행하는 장치는 조정 가능한 대퇴골 부품, 경골 부품 및 대퇴골 부품과 경골 부품이 서로에 대해 가하는 압력 또는 힘을 감지하기 위해 대퇴골 부품과 경골 부품 중 하나 이상에 연결되는 하나 이상의 센서를 포함한다. 대퇴골 부품은 대퇴골의 원위 단부에 분리가능하게 연결되도록 구성되어 무릎에 인접한 연질 조직에서의 장력을 조정하도록 하고, 대퇴골 부품이 조정되면서 대퇴골의 원위 단부에 대하여 움직이도록 구성된 하나 이상의 위치 특징부를 가지며, 이에 따라 대퇴골의 원위 단부 상의 대퇴골 보철물을 위치시키는 것을 돕는다. 경골 부품은 경골의 근위 단부에 분리가능하게 연결되도록 구성되고 대퇴골 부품에 이동가능하게 연결되도록 구성되어서 무릎에서 대퇴골 부품 및 경골 부품을 분리하지 않더라도 운동 범위에 걸쳐 무릎이 움직여질 수 있도록 한다. 통상적으로, 대퇴골 부품과 경골 부품이 서로에 대해 가하는 압력은 적어도 부분적으로 무릎에 인접한 연질 조직에 의해 야기된다. 몇몇 실시예에서, 무릎의 한쪽 또는 양쪽 측부에서 장치의 대퇴골 부품을 조정함으로써 압력이 증가되거나 감소될 수 있다.
다양한 실시예에서, 센서(들)는 경골 부품, 대퇴골 부품 또는 양쪽 모두에 연결될 수 있다. 바람직한 실시예에서 센서는 두 부품 중에 단 하나에 연결되어 장치의 구조와 기능을 단순화하지만, 다른 실시예는 양쪽 부품 모두에 센서를 포함할 수 있다. 센서는 어떤 적절한 형상, 크기 및 구성이라도 가질 수 있다. 일 실시예는 대퇴골 부품 또는 경골 부품의 표면을 따라 배치되어 원위 대퇴골 또는 근위 경골과 접촉하는 압력 감지 재료로 이루어진 층을 갖는 단일 센서를 포함한다. 다른 실시예에서, 복수의 센서가 이용된다. 선택적으로, 장치는 대퇴골 부품 또는 경골 부품에 연결되고 하나 이상의 센서를 수용하도록 구성된 센서 하우징 플레이트를 더 포함할 수 있다. 이러한 센서 하우징 플레이트는 대퇴골 부품 또는 경골 부품에 영구히 또는 분리가능하게 연결될 수 있다. 선택적으로, 또한 커넥터 플레이트가 대퇴골 부품 또는 경골 부품와 센서 하우징 플레이트를 연결하기 위해 포함될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 센서 하우징 플레이트는 대퇴골 또는 경골과 접촉되도록 구성되고, 따라서 뼈와 대퇴골 부품 또는 경골 부품의 나머지 부분 사이에 머문다. 다른 실시예에서, 플레이트는 뼈와의 접촉을 벗어나서 위치될 수 있다.
어느 적절한 압력 또는 힘 감지 재료나 재료의 조합이라도 센서(들)를 형성하는 데 이용될 수 있고, 센서는 그 자체로 다수의 구성, 형상 및 크기 중 어느 구성, 형상 및 크기라도 가질 수 있다. 압전 센서, 힘 감지 저항(force sensing resistor), 스트레인 게이지, 로드 셀, 다른 압력 센서 및 다른 힘 센서를 이용될 수 있는 센서의 예로 들 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에서, 장치는, 이용자에게 제공하기 위해 감지된 압력 데이터를 이용가능한 데이터로 처리하며 센서에 연결되는 처리 기기를 더 포함할 수 있다. 통상적으로, 필수적인 것은 아니지만, 이러한 실시예는 또한 처리 기기에 연결되는 영상 표시 기기를 포함하여 이용 가능한 데이터를 표시할 수 있다. 일 실시예에서, 예컨대, 영상 표시 기기는 이용자에게 문자 및 수치 데이터 중 하나 이상을 제공하기 위한 디지털 표시 기기를 포함하고, 상기 장치는 아날로그/디지털 컨버터를 더 포함한다. 몇몇 실시예에서, 영상 표시 기기는 무릎의 외측 측부 및 내측 측부 상의 압력을 나타내는 이용 가능한 데이터를 개별적으로 표시한다.
통상적으로, 무릎 수술 장치는 또한 센서를 영상 표시 기기 및/또는 처리 기기에 연결하기 위해 하나 이상의 커넥터를 포함할 것이다. 전기 케이블, 무선 적외선, 전자기 커넥터 및 광학 커넥터와 같은 커넥터뿐만 아니라 임의의 다른 적절한 커넥터가 이용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 영상 표시 기기는 대퇴골 부품 또는 경골 부품에 직접 부착되고, 따라서 상대적으로 짧은 커넥터(들)를 필요로 한다. 대안적인 실시예에서, 영상 표시 기기는 무릎 아래 또는 위에서 환자의 다리에 분리가능하게 연결될 수 있고, 따라서 더 긴 커넥터를 이용한다. 몇몇 실시예에서, 본 장치는 대퇴골 부품과 센서(들)에 연결되는 하나 이상의 압력 선택 부재(pressure selection member)를 더 포함한다. 압력 선택 부재(들)는 이용자로 하여금 대퇴골 부품과 경골 부품 사이에 가해지는 원하는 크기의 압력을 선택하게 하고, 선택된 크기의 압력을 얻도록 대퇴골 부품을 자동적으로 조정하도록 구성된다. 몇몇 실시예에서, 압력 선택 부재(들)는 이용자로 하여금 무릎의 내측 및 외측 측부에서 대퇴골 부품 및 경골 부품 사이에 가해지는 원하는 압력을 개별적으로 선택하도록 구성된다.
본 장치의 일 실시예에서, 대퇴골 부품은 대퇴골의 원위 단부에 고정된 위치로 분리가능하게 부착되는 고정 대퇴골 부재와 무릎에 인접한 연질 조직에서의 장력을 조정하기 위해 고정 대퇴골 부재에 이동가능하게 연결되는 가동 대퇴골 부재를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 가동 대퇴골 부재는 대퇴골 부품의 외측 반대 측부 상에서 개별적으로 조정 가능하다. 이러한 실시예에서, 반대 측부에 대한 어느 외측 측부 상에서의 조정은 가동 대퇴골 부재가 원위 대퇴골에 대하여 회전하도록 야기할 수 있다. 조정가능 대퇴골 부재의 위치 특징부는 개구(aperture), 드릴 날 가이드, 표면 마커, 표면 특징부, 측정 장치, 내장형 마커, 피듀셜(fiducial), 트랜스폰더, 트랜스시버 및/또는 센서를 포함할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 다양한 실시예에서, 위치 특징부(들)는 이용자를 위해 뼈 절단부를 형성하도록 원위 대퇴골 상에 절삭 가이드를 위치시키거나, 원위 대퇴골 상에 하나 이상의 뼈 절단부를 형성하거나, 또는 원위 대퇴골 상에 대퇴골 보철 요소를 위치시키는 것을 용이하게 하는 것과 같은 다수의 다양한 기능을 제공할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 경골 부품은 하나 이상의 쐐기(shim), 노(paddle), 플레이트, 바아(bar), 플랫폼 또는 막대(rod)를 포함한다. 일 실시예에서, 경골 부품은 서로 다른 두께와 높이를 갖는 복수의 경골 쐐기를 포함하며, 복수의 쐐기 중 어느 하나가 경골의 근위 단부에 결합하여 무릎에 인접한 연질 조직에서의 원하는 크기의 장력을 제공하도록 선택될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 대퇴골 부품과 경골 부품은 무릎에 인접한 연질 조직에 의해 제공되는 힘을 통해 이동가능하게 연결된다. 또한 몇몇 실시예에서, 대퇴골 부품과 경골 부품은 대퇴골의 원위 단부와 경골의 근위 단부 사이의 관절 공간 내에 주로 머물도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 대퇴골 부품과 경골 부품이 맞물리고 운동 범위에 걸쳐 무릎이 움직여지는 동안 무릎의 슬개골은 대체로 슬개골의 해부학적인 위치에 머문다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 무릎 상에서 수술 과정을 수행하기 위한 장치는 대퇴골의 원위 단부에 분리가능하게 연결하기 위한 대퇴골 부품, 경골의 근위 단부에 분리가능하게 연결하고 무릎에서 대퇴골 부품과 경골 부품을 분리하지 않고서도 무릎이 운동 범위에 걸쳐 움직여지도록 대퇴골 부품에 이동가능하게 연결하기 위한 경골 부품, 무릎에 인접한 연질 조직에서의 장력을 조정하기 위해 경골 부품에 대한 대퇴골 부품의 위치를 조정하는 수단, 및 대퇴골 부품과 경골 부품이 서로에 대해 가하는 압력 또는 힘을 감지하기 위해 대퇴골 부품과 경골 부품 중 하나 이상에 연결되는 하나 이상의 센서를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 무릎 상에서 수술 과정을 수행하기 위한 시스템은 조정 가능한 대퇴골 부품과 경골 부품을 포함하는 무릎 조정 장치, 및 대퇴골 부품 또는 경골 부품에 연결되는 센서 장치를 포함한다. 조정 장치는 전술한 어떤 특징부라도 포함할 수 있다. 센서 장치는 대퇴골 부품과 경골 부품이 서로에 대해 가하는 압력 또는 힘을 감지하기 위하여 대퇴골 부품 또는 경골 부품에 연결되는 하나 이상의 센서, 이용자에게 제공하기 위해 이용가능한 데이터로 감지된 압력을 처리하기 위해 센서에 연결되는 처리 기기, 및 이용가능한 데이터를 표시하기 위해 처리 기기에 연결되는 영상 표시 기기를 포함한다. 센서(들), 처리 기기 및 영상 표시 기기는 전술한 어떤 특징 및 조합이라도 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 무릎 상에서의 수술 과정 중에 무릎에서 압력 또는 힘을 감지하기 위한 방법은 무릎 조정 장치의 대퇴골 부품과 경골 부품을 무릎과 맞물리게 하는 단계, 대퇴골 부품과 경골 부품이 서로에 대해 가하는 압력을 감지하는 단계, 대퇴골 부품이나 경골 부품에 연결되는 하나 이상의 센서를 이용하는 단계, 감지된 압력을 나타내는 데이터를 표시하는 단계, 및 무릎 조정 장치가 무릎과 맞물려서 머무는 중에 운동 범위에 걸쳐 무릎을 움직이는 단계를 포함한다. 선택적으로, 본 방법은 무릎에 인접한 연질 조직에서의 장력을 조정하기 위해 무릎 조정 장치의 대퇴골 부품을 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 장력을 조정하는 것은 대퇴골 부품과 경골 부품이 서로에 대해 가하는 압력에 영향을 미친다. 다양한 실시예에서, 조정하는 단계는 움직이는 단계 전에, 움직이는 단계 후에 또는 움직이는 단계 전후에 모두 수행될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 조정하는 단계는 무릎을 구부리는 중에 표시된 압력 데이터를 무릎을 뻗은 중에 표시된 압력 데이터와 평형으로 유지하기 위해 한 번 이상 수행된다. 대안적인 실시예에서, 장력/압력 조정은 다양한 크기의 복수의 경골 부품을 삽입하고 분리함으로써 이루어진다. 이는 다시 무릎을 움직이기 전, 무릎을 움직인 후 또는 움직이기 전 및 후에 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 다양한 경골 부품이 무릎을 구부리는 경우의 압력을 무릎을 뻗은 경우의 압력과 평형으로 유지하기 위해 이용된다. 몇몇 실시예에서, 조정은 대퇴골 부재와 경골 부재 양쪽 모두에 이루어질 수 있다.
통상적으로, 필수적인 것은 아니지만, 본 방법은 또한 감지된 압력을 압력을 나타내는 데이터로 처리하는 단계를 포함한다. 예컨대 몇몇 실시예에서, 데이터를 처리하는 단계는 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 단계를 포함한다. 압력 감지는 다수의 다양한 방법에 의해 이루어질 수 있다. 예컨대 일 실시예에서, 압력을 감지하는 단계는 하나 이상의 센서에 전압을 전달하는 단계, 센서에 전달된 전압이 센서(들)를 통과하여 지나가고 난 후의 전압을 측정하는 단계, 센서에 전달된 전압에 대해 센서(들)를 통과하여 지나간 전압의 백분율을 결정하는 단계, 및 상기 백분율로부터 압력을 도출하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 감지하는 단계는 압전 센서, 힘 감지 저항, 스트레인 게이지, 로드 셀, 다른 압력 센서 또는 다른 힘 센서와 같은(다만, 이에 제한되지 않음) 하나 이상의 센서를 이용하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 데이터를 표시하는 단계는 적어도 조정 장치의 내측부의 압력을 나타내는 제1 숫자를 표시하는 단계 및 조정 장치의 외측부의 압력을 나타내는 제2 숫자를 표시하는 단계를 포함한다. 선택적으로, 본 방법은 대퇴골 부재와 경골 부재가 서로에 대해 가하는 원하는 크기의 압력에 대한 입력을 이용자로부터 수신하는 단계, 및 원하는 크기의 압력을 얻기 위해 조정 장치의 대퇴골 부품을 자동적으로 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 입력을 수신하는 단계는 무릎의 내측 측부에 대해 원하는 제1 압력과 무릎의 외측 측부에 대해 원하는 제2 압력을 받는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예는 선택적으로, 무릎을 구부리고 뻗는 중에 대퇴골 부재와 경골 부재가 서로에 대해 가하는 압력을 평형으로 유지하기 위하여 조정 장치를 자동적으로 조정하는 단계를 포함한다.
이러한 실시예 및 다른 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 상세히 설명한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 무릎 관절 내의 적소에 위치한 무릎 평형 장치를 이용하여 뻗은 상태의 무릎에 대한 정면도.
도 1b는 도 1a에 도시된 무릎 평형 장치와 뻗은 상태의 무릎에 대한 측면도.
도 1c는 구부린 상태의 무릎에 대한 도 1a 및 도 1b에 도시된 무릎 평형 장치와 무릎의 측면도.
도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 바람직한 인대 장력 평형을 얻도록 무릎 조절 장치가 조정된 경우로서, 도 1a 내지 1c에 도시된 무릎 평형 장치와 무릎의 측면도.
도 1e는 본 발명의 일 실시예에 따른 바람직한 인대 장력 평형을 얻도록 무릎 조절 장치가 조정된 경우로서, 도 1a 내지 1d에 도시된 무릎 평형 장치와 무릎의 정면도.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 무릎 평형 장치의 정면도.
도 2b는 도 2a에 도시된 무릎 평형 장치의 배면도.
도 2c는 도 2a 및 2b에 도시된 무릎 평형 장치의 측면도.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 무릎 평형 장치의 정면 투시도.
도 3b는 도 2a에 도시된 무릎 평형 장치의 배면 투시도.
도 3c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무릎 평형 장치의 정면 투시도.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 무릎 평형 장치의 분해 정면 투시도.
도 4b는 도 4a에 도시된 무릎 평형 장치의 분해 배면 투시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 평형 장치의 대퇴골 부품을 조정하기 위한 조정 부재를 가지며 영상 표시 기기를 포함하고 감지 기능을 가진 무릎 평형 장 치의 정면 투시도.
도 6은 경골 부품이 분해되어 도시된, 도 5의 장치의 경골 부품과 영상 표시 기기의 정면 투시도.
도 7은 도 5 및 도 6의 경골 부품과 영상 표시 기기의 상방 투시도.
도 8은 본 발명의 선택적인 실시예에 따른 영상 표시 기기에 연결되고 감지 기능을 가진 무릎 평형 장치의 경골 부품의 투시도.
전술한 바와 같이, 본 발명은 무릎 관절 성형술(TKA; total knee arthroplasty) 수술 과정을 개선하는 데 주로 초점을 맞춘 장치, 시스템 및 방법을 제공한다. 이러한 장치, 시스템 및 방법이 주로 TKA에서 쓰이기는 하지만, 몇몇 실시예는 다른 무릎 수술 과정 또는 팔꿈치 관절 같은 다른 관절 상의 수술 과정을 개선하기 위해 이용될 수 있다.
본 발명의 장치, 시스템 및 방법은 일반적으로 TKA 과정 중에 무릎에서의 인대 장력을 평형으로 유지하도록 수술의를 돕고, 이에 따라 수술이 완료되었을 때 바람직한 인대 평형을 얻을 수 있게 TKA를 수행하도록 수술의를 돕는다. 본 발명의 장치, 시스템 및 방법은 일반적으로 무릎 인대의 동적 평형을 용이하게 하여 이러한 인대가 무릎 주변의 운동 범위에 걸쳐 평형을 유지하며 남아 있도록 한다. 때때로, 이러한 동적 평형은 바람직한 정도의 안정성, 슬개골 트래킹 및 운동 범위를 가지는 무릎 보철물을 만드는 데 도움이 된다.
도 1a를 참조하면, 무릎 관절 공간 내에 적소에 위치한 무릎 평형 시스템(10)을 가지는 뻗은 상태의 오른편 무릎(K)의 전면도가 도시되어 있다. 본 발명을 설명하는 데 관계된 무릎(K)의 해부학적 구성 요소는 원위 대퇴골(F), 근위 경골(T), 내측 측부 인대(MCL), 및 외측 측부 인대(LCL)을 포함한다. [또한 LCL이 부착되는 근위 비골(Fi)이 표시되어있다.] 무릎(K)은 명확함을 위해 슬개골, 내측 측부 인대 또는 외측 측부 인대 없이 도시되었지만, 다수의 실시예는 슬개골이 무릎(K)의 전방면 상의 슬개골의 해부학적 위치에 있도록 이용될 수 있다. 도 1a에서, 원위 대퇴골(F)의 원위 단부 부분과 근위 경골(T)의 근위 단부 부분은 절삭되거나 깎아내어져서, 동적 무릎 평형 시스템(10)의 대퇴골 부재(12) 및 경골 부재(14)가 각각 위치하는 레벨 표면을 형성한다. 다양한 실시예에서, 무릎 평형 장치는 대퇴골 부재만으로서 제공될 수 있는데, 예컨대 규격화된 시범용 경골 삽입물과 함께 이용될 수 있다. 다른 실시예에서, 무릎 평형 시스템(10)은 대퇴골 부재(12) 및 경골 부재(14)를 포함하여 제공될 수 있다.
도시된 실시예에서, 대퇴골 부재(12)는 MCL, LCL 또는 양쪽 모두의 장력을 조정하기 위해 조정 가능하다. 조정은 어떠한 적합한 수단으로라도 이루어질 수 있는데, 이러한 수단 중 일부가 좀 더 자세하게 전술되었거나 이하에서 설명된다. 예컨대, 일 실시예에서 스크류, 핀, 레버, 스프링 장착 기구, 형상 기억 재료 또는 이와 유사한 것을 포함할 수 있는 하나 이상의 조정 부재(16)가 대퇴골 부재(12)에 연결되어 조정 가능성을 제공한다. 몇몇 실시예에서, 조정 부재(16)는 양쪽 측면에서 대퇴골 부재(12)를 개별적으로 조정하여 MCL 또는 LCL에서의 장력을 개별적으로 조정하도록 이용될 수 있다.
일반적으로, 대퇴골 부재(12), 경골 부재(14) 및 이들의 임의의 구성 부품은 현재 알려진 또는 장차 발견될 어떠한 적합한 재료로도 제조될 수 있다. 예컨대, 몇몇 실시예에서 대퇴골 부재(12) 및/또는 경골 부재(14)는 하나 이상의 플라스틱, 복합체 및/또는 알루미늄, 스테인리스 스틸, 복합체, 코발트 크롬, 티타늄 또는 이와 유사한 것 같은 금속으로부터 제조될 수 있다. 상기 재료 또는 어떠한 다른 적합한 재료 및 재료의 조합이라도 다양한 실시예에서 이용될 수 있다.
도 1a 및 이어지는 도면에 도시된 바와 같이, 무릎 평형 시스템(10)은 통상적으로 TKA 수술 중에 무릎(K)의 관절 공간에 주로 위치하고, 따라서 무릎, 수술 중의 슬개골의 해부학적 위치 및 이와 유사한 것의 더욱 편리한 조작을 제공한다. 하지만, 선택적인 실시예에서 무릎 평형 장치 또는 시스템은 무릎 관절 바깥쪽의 장소에서 무릎과 맞물릴 수 있다. 예컨대, 일 실시예에서, 본 장치는 본원에서 설명되는 장치와 같은 기능을 수행하며 바깥쪽에서 적용되는 프레임을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 무릎 평형 장치의 일부 또는 전부는 무릎 관절의 외부에 위치할 수 있고, 따라서 수술 과정 중에 무릎 관절 공간 내에서 조립되지 않는다.
도 1b를 참조하면, 무릎(K)의 측면도가 도시되어 있다. 도 1b 및 이어지는 도면에서, 측부 인대(MCL과 LCL), 후방 십자 인대(PCL) 같은 다른 인대, 및 비골(Fi)이 명확함을 위해 제거되어 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 대퇴골 부재(12)는 고정 대퇴골 부재(18) 및 조정 가능한 대퇴골 부재(17)을 적절하게 포함한다. 고정 대퇴골 부재(18)는 통상적으로 원위 대퇴골(F)의 표면, 종종 원위 대퇴골(F)의 원위 단부의 절단 표면에 분리가능하게 부착되고, 조정 가능한 대퇴골 부재(17)는 고정 대퇴골 부재(18)에 연결된다. 고정 대퇴골 부재(18)는, 후방으로 연장되어 원위 대퇴골(F)의 내측 및 외측 후방 관절(PC) 중 하나 이상과 접촉하는 하나 이상의 고정 후방 관절 부재(18')를 포함한다. 통상적으로, 고정 대퇴골 부재(18)는 각각의 후방 관절(PC)에 대하여 하나씩, 두 개의 고정 후방 관절 부재(18')를 포함한다. 유사하게, 조정 가능한 대퇴골 부재(17)는 두 개의 후방 관절(PC)과 후방으로 연장되는 하나 이상의(바람직하게는 두 개의) 조정 가능 후방 관절 부재(17')를 적절하게 포함한다. 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 후방 관절 부재(17', 18')는 대퇴골 부재(12)가 무릎(K)에서 인대 장력을 평형으로 유지하도록 조정되게 하고, 또한 무릎(K)이 운동 범위에 걸쳐 움직이는 동안에 무릎 평형 시스템(10)이 관절 공간 내에서 적소에 머물도록 한다. 다양한 실시예에서, 고정 대퇴골 부재(18)와 고정 후방 관절 부재(18')는 복수의 결합 부품이거나 단일 부품 또는 압출성형 부품일 수 있다. 유사하게, 조정 가능한 대퇴골 부재(17)와 조정 가능 후방 관절 부재(17')는 몇몇 실시예에서 전체적으로 단일 부품 또는 압출성형 부품이지만, 선택적으로 복수의 결합 부품일 수 있다.
통상적으로, 조정 가능한 대퇴골 부재(17)는 경골 부재(14)에 이동가능하게 맞물려져서 무릎(K)이 운동 범위에 걸쳐 움직여지는 중에 무릎 평형 시스템(10)이 무릎 관절 공간 내에서 적소에 머물도록 할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 도 1과 이어지는 도면에서 도시된 바와 같이, 조정 가능한 대퇴골 부재(17)와 경골 부재(14)는 무릎(K)의 인대, 특히 MCL과 LCL에 의해 인가되는 힘을 통해 서로 이동가능하게 맞물린다. 즉, 대퇴골 부재(12)와 경골 부재(14)는 인대 힘을 통해 이동/슬라이딩 가능하게 결합되는 두 개의 개별 구성 요소이다. 인대 힘을 통한 조정 가능한 대퇴골 부재(17)와 경골 부재(14)의 이러한 결합은 운동 범위 전체에 걸쳐 무릎의 동적 평형을 제공한다. 다양한 대안적인 실시예에서, 인대 힘은 대퇴골 부재(12)를 경골 부재(14)와 결합하는 데 이용되지 않을 수 있고, 그 대신에 수동적인 기계적 결합이 이용될 수 있다.
도 1c를 참조하면, 무릎 평형 시스템(10)이 무릎(K)을 구부린 상태로 도시되어 있다. 고정 후방 관절 부재(18')와 조정 가능 후방 관절 부재(17')가 경골 부재(14) 상의 상보적인 그루브(20)에 슬라이드 이동가능하게 맞물릴 수 있다는 것을 볼 수 있을 것이다. 따라서, 무릎 평형 시스템(10)은 무릎(K)의 거의 대부분의 운동 범위에 걸쳐, 즉 완전히 뻗은 상태에서 완전히 구부린 상태로 이동/슬라이딩 가능하며 그 역도 마찬가지다.
도 1d를 참조하면, 조정 가능한 대퇴골 부재(17)에 조정이 이뤄지고 난 후의 무릎 평형 시스템(10)이 도시되어 있다. 일 실시예에서, 조정 가능한 대퇴골 부재(17)는 MCL 및/또는 LCL에서의 장력을 개별적으로 조정하기 위하여 양 측면에서 개별적으로 조정 가능하다. 이러한 조정은 어떠한 적절한 수단으로라도 이루어질 수 있는데, 스크류 또는 다른 조정 부재를 통한 수동(manual) 조정, 스프링 장착 기구를 통한 자체 조정 또는 이와 유사한 것들과 같은 예를 들 수 있다. 도시된 실시예에서, 조정 부재(16)는 고정 대퇴골 부재(18)에 대하여 조정 가능한 대퇴골 부재(17)를 움직여서 조정된다. 조정 부재(16)가 조정되면서, 조정 가능한 대퇴골 부재(17)는 고정 대퇴골 부재(18)에 대하여 회전하고, 따라서 조정 가능 후방 관절 부재(17')가 고정 후방 관절 부재(18')로부터 멀어지도록 움직이게 한다. 이러한 움직임은 조정 측면에 더 넓은 관절 공간을 형성하고, 따라서 그 측면의 측부 인대를 죄인다. 한편, 조정 가능한 대퇴골 부재(17)의 원위 대퇴골 부품은 고정 대퇴골 부재(18)의 원위 대퇴골 부품에 대하여, 다시 말해 대체로 대퇴골(F)의 장축을 중심으로 회전한다. 조정 가능한 대퇴골 부재(17)의 양 측면에서 조정 부재(16)가 같은 방향으로 조정되면, 조정 가능한 대퇴골 부재(17)는 고정 대퇴골 부재(18)에 대하여 전방으로 또는 후방으로 움직이게 될 수 있다. 따라서, 조정 가능한 대퇴골 부재(17)는 회전하면서 조정될 수 있을 뿐 아니라 전방/후방으로 위치되면서 조정될 수도 있다.
도 1e를 참조하면, 도 1d의 무릎(K)과 무릎 평형 시스템(10)의 정면도가 도시되어 있다. 조정 부재(16)의 조정으로 인해 원위 대퇴골(F)의 외측 측면에서 외측 측면의 조정 가능 후방 관절 부재(17')가 외측 측면의 고정 후방 관절 부재(18')로부터 멀어지도록 움직이고, 따라서 외측 측면의 관절 공간의 높이를 증가시키며 원위 대퇴골에 대하여 조정 가능한 대퇴골 부재(17)를 약간 회전시킨다는 것을 알 수 있다. 조정 가능한 대퇴골 부재(17)는 TKA 과정을 용이하게 하기 위한 위치 정보를 제공하기 위하여 하나 이상의 위치 특징부를 포함한다. 전술한 바와 같이, 위치 특징부(들)는 개구, 표면 마커, 내장형 마커, 피듀셜, 트랜스미터, 트랜스폰더, 트랜스시버, 센서 및/또는 이와 비슷한 것과 같은 다수의 다양한 임의의 형상 중 어느 것이라도 포함할 수 있다. 이러한 위치 특징부는 TKA 과정을 용이하게 하기 위해 이용될 수 있는 위치 정보를 제공한다. 예컨대, 개구는 홀을 드릴링하여 절삭 가이드를 대퇴골(F)에 적용하여 차후의 뼈 절단부를 형성하기 위해 드릴 날 가이드로서 작동할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 개구는 위치 정보를 제공하여 차후의 뼈 절단부를 위치시키거나 원위 대퇴골(F)을 밀링, 버링 또는 이와 유사한 것을 통해 내비게이션 시스템 및/또는 로봇 수술 시스템에 어떤 형상을 형성시키기 위하여 피듀셜 또는 마커를 포함할 수 있다. 다양한 실시예가 설명되었고, 어떠한 적절한 위치 특징부 및 위치 정보라도 다양한 실시예에서 이용될 수 있다.
도시된 실시예에서, 조정 가능한 대퇴골 부재(17)는 두 개의 개구(24)를 위치 특징부로서 포함한다. 개구(24)는 조정 가능한 대퇴골 부재(17)를 통해 연장되고 또한 고정 대퇴골 부재(18)을 통해 연장되어 개구(24)로 하여금 드릴 날을 유도하여 드릴 날이 원위 대퇴골(F)에 홀을 형성하도록 이용될 수 있게 한다. 물론, 방금 설명한 대로, 개구(24)는 피듀셜, 센서, 마커 또는 이와 유사한 것이 수행하는 것과 같은 다수의 다른 임의의 기능에 이용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 고정 대퇴골 부재(18)의 대응 개구는 조정 가능한 대퇴골 부재(17) 상의 개구(24)가 원위 대퇴골(F)의 절단 표면으로 연장될 수 있도록 충분히 크다. 절삭 가이드를 위해 홀을 드릴링하는 데 개구(24)가 이용되는 경우, 평형 시스템(10)은 분리되고, 홀은 원위 대퇴골(F)에 절삭 가이드를 부착시키는 데 이용되며, 절삭 가이드는 대퇴골(F)에 차후의 뼈 절단부를 형성하기 위해 이용된다. 일단 이러한 뼈 절단부가 형성되면, 대퇴골 보철 요소는 절단된 대퇴골 부품의 원위 단부 상에 통상적으로 위치된다. 따라서 이러한 최종 뼈 절단부는 대퇴골 보철 요소의 위치와 방위를 결정한다. 대안으로, 위치 정보는 톱날, 회전 절삭기, 버(bur) 또는 뼈 절단부를 실제로 형성하기 위한 이와 유사한 것을 안내하는 것과 같은 몇몇 다른 수단(절삭 가이드를 이용하지 않는 수단)에 의해 뼈 절단부를 배향/위치시키는 데 이용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 위치 정보는 로봇 수술 시스템을 안내하여 내비게이션 시스템 또는 이와 유사한 것을 통해 과정을 개선하는 데 이용될 수 있다.
또한, 두 개의 고정 대퇴골 부재 부착 스크류(22)가 도 1e에 도시되어 있다. 이러한 스크류는 고정 대퇴골 부재(18)를 원위 대퇴골(F)에 분리가능하게 부착하는 데 이용된다. 원위 대퇴골(F)에 고정 대퇴골 부재(18)를 부착하기 위하여 부착 스크류(22)를 대신하거나 또는 부착 스크류(22)에 추가하여 어떠한 다른 적합한 부착 장치라 하더라도 이용될 수 있다. 예컨대, 접착제, 핀 및/또는 이와 유사한 것이 몇몇 실시예에서 이용될 수 있다.
도 2a 내지 2c는 각각 대퇴골 부재(12)의 실시예에 대한 전방, 후방 및 측면에서의 도면이다. 이 도면들은 원위 대퇴골에 고정 대퇴골 부재(18)를 부착하기 위해 이용되는 두 개의 스크류 홀(23)을 도시한다. 또한 조정 가능한 대퇴골 부재(17) 및 고정 대퇴골 부재(18)에 연결되는 부싱(26)에 의해 형성되는 드릴 가이드 개구(24)를 도시한다. 부싱(26)은 대퇴골 부재(12)가 조정될 때 고정 대퇴골 부재(17)의 슬롯(27)을 따라 움직인다.
도 3a 및 3b를 참조하면, 각각 무릎 평형 시스템(100)의 실시예에 대한 전방 및 후방 투시도가 도시되어 있다. 무릎 평형 시스템(100)은 대퇴골 부재(140) 및 경골 부재(120)를 적절하게 포함한다. 대퇴골 부재(140)는 조정 가능 후방 관절 부재(170')를 가지는 조정 가능한 대퇴골 부재(170)와 고정 후방 관절 부재(180')를 가지는 고정 대퇴골 부재(180)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 조정 가능한 대퇴골 부재(170)와 조정 가능 후방 관절 부재(170')는 단일 부품 또는 압출성형 부품일 것이지만, 다른 실시예에서는 두 개 이상의 결합 부품일 수 있다. 유사하게, 고정 대퇴골 부재(180)와 고정 후방 관절 부재(180')는 단일 부품 또는 복수 결합 부품일 수 있다. 도시된 실시예에서, 고정 대퇴골 부재(180)는 두 개의 고정 후방 관절 부재(180')에 연결된 원위 대퇴골 플레이트를 포함한다. 어떠한 적합한 구성, 조합 또는 제조 공정이라도 다양한 실시예에서 이용될 수 있다.
대퇴골 부재(140)는 조정 스크류(도시되지 않음), 부착 스크류(220), 드릴 가이드 개구(240), 부싱(260), 슬롯(270) 및/또는 전술한 다른 형상의 입구/출구를 위한 조정 스크류 홀(161)을 더 포함할 수 있다. 경골 부재(120)는 두 개의 그루브(200) 또는 오목부(depression)를 적절하게 포함하여 대퇴골 부재(140)와 슬라이드 이동가능한 결합을 제공할 수 있다. 일반적으로, 전술한 어떤 형상이라도 무릎 평형 시스템(100)에 적용될 수 있다.
도 3c를 참조하면, 전술한 바와 유사한 무릎 평형 시스템(300)의 정면 투시도가 도시되어 있다. 시스템(300)은 경골 부재(320)와 대퇴골 부재(340)를 포함하고, 대퇴골 부재(340)는 고정 부재(380)에 연결된 조정 가능 부재(370)를 포함한다. 조정 가능 부재(370)는 두 개의 조정 가능 후방 관절 부재(370')를 포함하고, 고정 부재(380)는 두 개의 고정 후방 관절 부재(380')를 포함한다. 도 3c에서, 하나의 조정 부재(360a)가 조정 가능 후방 관절부(370')를 고정 후방 관절 부재(380')로부터 그 측면에서 멀어지도록 이동시키기 위하여 조정되는데, 이는 장치가 무릎 관절에 존재하는 경우 그 측면에서 관절 공간의 높이를 증가시키고, 또한 조정 가능한 대퇴골 부재(370)를 원위 대퇴골에 대하여 약간 회전시킬 것이다. 도시된 실시예는 위치 특징부로써 두 개의 개구(345)를 포함하고, 컴퓨터 내비게이션 시스템 또는 로봇 수술 시스템에 위치 정보를 제공하기 위해 두 개의 피듀셜(390)(또는 마커, 센서 또는 이와 유사한 것)이 개구(345) 내에 배치되어 있다. 이러한 위치 정보는 예컨대 무릎의 동적 평형 방위를 포함하여 대퇴골(F)에 차후의 뼈 절단부를 형성할 수 있다.
도 4a 및 4b를 참조하면, 구성 부품을 더욱 명확히 도시하기 위해 도 3a 및 3b의 무릎 평형 시스템(100)의 실시예가 분해도로 도시되어 있다. 이 실시예에서, 무릎 평형 시스템(100)의 구성 부품은 도 3a 및 3b에서 전술되고 도시된 것과 동일하다. 도 4a 및 4b에서 고정 대퇴골 부재(180)가 세 개의 결합 부품을 포함할 수 있다는 것을 알 수 있다. 세 개의 결합 부품은 고정 대퇴골 부재 원위 플레이트(180)와 두 개의 고정 후방 관절 부재(180')이다. 이러한 부품은 유압 피팅, 플레이트(180)와 조정 가능한 대퇴골 부재(170) 사이로의 관절 부재(180')의 샌드위칭, 스크류, 접착제, 및/또는 이와 유사한 것과 같은 적절한 임의의 수단에 의해 결합될 수 있다. 대안으로, 고정 대퇴골 부재(180)는 하나의 단일 부품 또는 압출성형 부품일 수 있다.
도 4b에 도시된 추가적인 부품은 편향 스프링(392)이다. 편향 스프링(392)은 대퇴골 부재(140)로 통합되어 조정 가능한 대퇴골 부재(170)를 고정 대퇴골 부재(180)에 대하여 회전하도록 할 수 있다. 무릎 평형 시스템(100)의 변형예는 이러한 회전, 전후방 조정, 및/또는 임의의 다른 적합한 조정을 가능케 하는 어떤 다른 적절한 기구라도 포함할 수 있다.
TKA 과정을 개선하기 위한 예시적인 방법에서, 통상적으로 대퇴골 부재는 분리가능하게 무릎의 원위 대퇴골과 맞물린다. 보통, 원위 대퇴골은 절단되어서 대퇴골 부재와 맞물리기 위한 표면을 형성하지만, 모든 실시예에서 필요한 것은 아니다. 또한 경골 부재는 무릎의 근위 경골과 맞물리고, 보통 경골의 절단된 수평 표면과 맞물린다. 다양한 실시예에서, 이러한 경골 부재는 동적 무릎 평형 시스템의 일부로서 제공될 수 있거나 또는 규격화된 시범용 경골 삽입물일 수 있다. 다양한 실시예에서, 경골 부재는 대퇴골 부재에 앞서 위치될 수 있거나 또는 그 역도 가능하다. 일 실시예에서, 대퇴골 부재 및 경골 부재는 무릎을 완전히(거의 완전히) 뻗은 상태에서 대퇴골 및 경골과 맞물려지는데, 변형예에서는 구부린 상태에서 위치될 수 있다. 경골 부재의 높이, 두께, 또는 전체적인 형상은 종종 무릎을 뻗은 상태에서 인대 장력을 원하는 크기만큼 제공하고 인대 장력을 평형으로 유지하도록 선택될 수 있다.
일반적으로, 무릎은 그 후 뻗은 상태에서 구부린 상태로 움직여지고, 대퇴골 부재는 MCL, LCL, 후방 십자 인대 및/또는 다른 인대에서의 장력을 조정하여 무릎을 구부린 상태에서 바람직한 인장 평형을 얻도록 조정된다. 무릎은 그 후 운동 범위에 걸쳐 움직여질 수 있고, 운동 범위에 걸쳐 인대 장력을 조정하고 그 평형을 유지하기 위해 하나 이상의 차후의 조정이 대퇴골 부재에 이루어질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 전부는 아니더라도 대부분의 경우 무릎의 슬개골이 무릎에 걸쳐 대체로 일반적인 해부학적 위치에 남아있는 중에 이러한 조정과 움직임이 가능하다. 이는, 무릎 기능의 중요한 요소인 슬개골 트래킹이 TKA 과정 중에 산정되고 조정될 수 있기 때문에 유용하다. 통상적으로, 수술의 목표는 무릎의 운동 범위에 걸쳐 인대 장력의 동적 평형을 얻는 것일 것이다. 일단 적소에 놓인 대퇴골 부재 및 경골 부재로 이러한 평형을 얻고 나면, 조정 가능한 대퇴골 부재 상의 위치 특징부는 위치 정보를 수술의, 컴퓨터, 로봇 시스템 및/또는 이와 유사한 것에 제공하고, TKA 과정의 완료가 용이하게 이루어지도록 돕는다. 이러한 위치 정보를 이용하여, 차후의 절단(또는 드릴링, 버링 또는 다른 형상을 형성하는 방법)이 대퇴골에 적용되고, 이러한 절단/형상 형성은 원위 대퇴골 상에 인공적인 무릎 관절 보철물의 대퇴골 보철 요소의 위치와 방위를 결정한다. 대퇴골 보철 요소는 그 후 이에 따라 위치된다.
도 5를 참조하면, 무릎 수술 시스템(400)의 또 다른 실시예는 일반적으로 경골 부품(402), 조정 가능한 대퇴골 부품(404), 영상 표시 기기(420) 및 대퇴골 부품(404)을 조정하기 위한 조정 도구(410)를 포함한다. 경골(T)의 근위 단부와 맞물리는 경골 부품(402)은 센서 플레이트(412), 어댑터(414) 및 경골 삽입물(416)을 포함한다. 센서 플레이트(412)는 영상 표시 기기(420)에 코드(418)을 통해 연결된다. 영상 표시 기기(420)는 두 개의 LED 판독기(424)와, 영상 표시 기기(420)를 환자의 다리(L)에 분리가능하게 부착하기 위한 스트랩(422)을 포함한다. 대퇴골(F)의 원위 단부와 맞물리는 대퇴골 부품(404)은 두 개의 조정 스크류(408) 및 두 개의 위치 개구(406)를 포함한다. 감지 기능과 영상 표시 요소와 그 기능은 별개로 하고, 경골 부품(402)와 대퇴골 부품(404)의 일반적인 작용은 전술되었다.
도 6을 참조하면, 경골 부품(402)의 분해도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 몇몇 실시예에서 센서 플레이트(412)는 하나 이상의 센서(430)를 위한 하우징으로서 작동한다. 센서(430)는 압전 센서, 힘 감지 저항, 스트레인 게이지, 로드 셀 또는 이와 유사한 것과 같은 적합한 힘 또는 압력 센서일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에서, 두 개의 센서(430)가 이용되어 무릎의 전방 및 후방 측면에서 압력 또는 힘을 감지하도록 한다. 다른 실시예에서, 단 하나의 센서(430)가 이용될 수 있고, 두 개가 넘는 센서(430)가 이용될 수 있으며, 센서(430)는 경골 부품(402)과 대퇴골 부품(404) 양쪽 및/또는 이와 유사한 것에 연결될 수 있다. 한 가지 변형예에서, 예컨대 센서 플레이트(412)는 센서(430)를 위한 하우징이라기보다는 그 자체로 하나의 큰 압력 센서(430)이다. 압력 및/또는 힘 센서의 어떠한 적절한 조합, 형상, 크기 및 구성이라도 수용된다.
어댑터(414)는 일반적으로 센서 플레이트(412)에 연결된 플레이트이고 센서 플레이트(412)를 경골 삽입물(416)에 연결하도록 구성된다. 통상적으로, 어댑터 플레이트(414)는 경골 삽입물(416)에 분리가능하게 연결될 수 있는데, 이러한 복수의 다양한 크기를 가진 삽입물(416)은 동일한 센서 플레이트(412)와 어댑터(414)를 이용하면서 수술 과정 중에 무릎에서 삽입될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같은 몇몇 실시예에서, 어댑터(414)와 센서 플레이트는 서로 부착된 두 개의 물품이다. 변형예에서, 센서(430)를 수용하고 경골 삽입물(416)에 연결하기 위하여 단일 부품 플레이트가 이용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 경골 부품(402) 전부는 단일 부품일 수 있다. 또한, 센서 플레이트(412)가 경골(T)과 접촉하여 위치할 필요가 없다. 변형예에서, 예컨대 센서 플레이트(412)는 경골 삽입물(416) 내에 배치되어 경골(T)과 접촉하지 않도록 할 수 있다. 도시된 실시예에서, 센서(430)는 센서 플레이트(412)에 내장되어 있고, 어댑터(414)는 센서 플레이트(412)에 접착제, 용접 또는 임의의 다른 적절한 방법을 통해 부착되어 있다.
전술한 바와 같이, 센서(430)는 어떤 적합한 다수의 압력 및/또는 힘 센서라도 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 소정의 전압이 센서(430)에 전달되고, 센서(430)를 지나가는 전압이 측정되며, 센서(430)를 떠나는 전압의 상기 소정의 전압에 대한 백분율이 계산된다. 이러한 백분율로부터, 압력이 얻어진다. 압력을 나타내는 아날로그 시그널은 아날로그/디지털(A/D) 컨버터를 이용하여 디지털 시그널로 변환되고, A/D 컨버터는 압력(또는 힘)을 나타내는 표시값(들)을 결정하는 참조표에 디지털 시그널을 제공한다. 이용자는 표시값을 절대값으로 이용할 수 있거나 무릎을 움직일 수 있으며 구부린 상태와 뻗은 상태의 압력 값을 비교할 수 있다. A/D 컨버터뿐만 아니라 감지된 데이터를 이용 가능한 데이터로 처리하는 추가적인 처리 모듈은 처리 기기(도시되지 않음)에 모두 수용될 수 있다. 처리 기기는 차례로 센서 플레이트(412) 또는 영상 표시 기기(420)에 수용될 수 있다. 데이터를 감지하고 감지된 데이터를 표시하기 위한 선택적인 방법이 또한 허용된다.
센서 플레이트(412)는 영상 표시 기기(420)에 코드(418)를 통해 연결되거나, 대안으로 하나 이상의 다른 연결 장치를 통해 연결된다. 변형예에서, 예컨대 센서 플레이트(412)는 영상 표시 기기(420)에 무선 적외선, 전자기, 광학 또는 다른 원격 무선 연결을 통해 연결될 수 있다. 다양한 실시예에서, 센서(430)는 그 자체로 영상 표시 기기(420)에 연결될 수 있고, 또는 선택적으로 센서는 센서 플레이트(412)에 수용된 처리 기기에 연결될 수 있으며, 처리 기기(도시되지 않음)는 그 후 영상 표시 기기(420)에 코드(418) 또는 다른 장치를 통해 연결될 수 있다. 영상 표시 기기(420)는 그 자체로 센서 플레이트(412)에 직접 부착되거나 도시된 바와 같이 센서 플레이트(412)로부터 분리되어 존재할 수 있다. 다양한 실시예에서, 영상 표시 기기(420)는 환자의 종아리(L) 또는 허벅다리(도시되지 않음)에 스트랩(422) 또는 다른 결합 수단에 의해 연결될 수 있다. 전술한 바와 같이, 영상 표시 기기(420)는 센서(430)에서 전달된 감지된 데이터를 LED 판독기(424) 또는 다른 표시 수단 상에서 표시하기 위해 이용 가능한 데이터로 처리하는 처리 기기를 수용할 수 있다.
도 7은, 도 5 및 도 6에 도시된 경골 부품(402)와 시스템(400)의 다른 경골 요소의 투시도이다.
도 8에 변형예가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 경골 부품(402)은 몇몇 실시예에서 복수의 LED 판독기를 가진 바로 인접한 영상 표시 기기(440)에 부착될 수 있다. 센서, 처리 기기(모두 보이지 않음) 또는 양쪽 모두는 영상 표시 기기(440)에 연결된다. 몇몇 실시예에서, 영상 표시 기기(440)는 센서 플레이트(412)와 어댑터(414) 양쪽 모두에 연결된다. 일반적으로, 영상 표시 기기(440)는 어떠한 적절한 크기, 형상 및 전체적인 구성이라도 가질 수 있고 시스템(400)의 나머지 부분에 대하여 어떠한 적합한 위치에라도 위치될 수 있다.
전술한 임의의 장치, 시스템 및 방법이 현재 이용되거나 장래에 발견될 어떠한 적절한 무릎 수술 과정 또는 시스템과도 통합될 수 있다는 것을 고려할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 장치, 시스템 및 방법은 다수의 다양한 임의의 시각화 수단, 내비게이션 및/또는 TKA 과정을 수행하고 계획하며 개선하는 이미지 가이드 시스템 같이 무릎 수술을 수행하는 로봇 시스템, Intuitive Surgical Inc(Sunnyvale, CA)가 제공하는 da Vinci® Surgical System과 같은 로봇 수술 시스템, 또는 이와 유사한 것과 통합될 수 있다. 어떠한 적절한 이미징 또는 시각화 양식과 기술은 다양한 본 발명의 장치, 시스템 및 방법에 대한 실시예와 함께 이용될 수 있으며, 적외선 또는 초음파 이미징을 예로 들 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 범위를 벗어나지 아니하고 전술한 장치에 많은 적절한 변경과 추가가 이루어질 수 있다.
따라서, 본 발명의 예시적인 실시예에 대한 완전하고 정확한 설명이 전술되었지만, 전술한 장치, 시스템 및 방법에 대한 다양한 실시예는 임의의 다수의 변경 및 추가라도 포함할 수 있다. 일 실시예로부터의 요소, 특성 또는 작용은 본 발명의 범위 내에서 다수의 추가적인 실시예를 형성하기 위해 다른 실시예로부터의 하나 이상의 요소, 특성 또는 작용과 재결합 또는 교체될 수 있다. 또한, 다른 요소와 결합되는 것으로 도시되거나 설명된 요소는 다양한 실시예에서 단독으로 존재할 수 있다. 따라서, 첨부 청구항에 기술된 바와 같이 전술한 예시적인 설명은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 말아야 한다.

Claims (77)

  1. 무릎 수술 수행 시스템으로서,
    무릎 조정 장치 및
    센서 장치를 포함하고,
    상기 무릎 조정 장치는
    조정 가능한 대퇴골 부품; 및
    경골 부품
    을 포함하며,
    상기 대퇴골 부품은, 대퇴골의 원위 단부에 분리가능하게 연결되는 고정 대퇴골 부재와, 고정 대퇴골 부재에 이동 가능하게 연결되는 가동 대퇴골 부재를 구비하여, 상기 대퇴골 부품이 조정됨에 따라 상기 고정 대퇴골 부재에 대해 가동 대퇴골 부재를 이동시켜 장력을 조정하고, 이에 따라 상기 대퇴골의 원위 단부 상에 대퇴골 보철물을 위치시키는 것을 도움으로써 고정 대퇴골 부재에 대한 가동 대퇴골 부재의 회전 배향 또는 전후 배향 중 하나 이상을 조정하고,
    상기 경골 부품은, 경골의 근위 단부에 분리가능하게 연결되고 상기 가동 대퇴골 부재에 이동가능하게 연결되어, 대퇴골 부품과 경골 부품이 분리되지 않는 운동 범위에 걸쳐 무릎이 움직여지도록 하며,
    상기 센서 장치는 대퇴골 부품 또는 경골 부품과 연결되어 있으며, 상기 대퇴골 부품 또는 경골 부품에 연결되어 대퇴골 부품과 경골 부품이 서로에 대해 가하는 압력 또는 힘을 감지하는 하나 이상의 센서를 포함하고,
    상기 무릎 수술 수행 시스템이,
    상기 하나 이상의 센서에 연결되어 감지된 압력 또는 힘 데이터를 이용자에게 제공되는 이용 가능한 데이터로 처리하는 처리 기기;
    상기 처리 기기에 연결되어 상기 이용 가능한 데이터를 표시하는 영상 표시 기기; 및
    상기 하나 이상의 센서 및 상기 대퇴골 부품에 연결되는 하나 이상의 압력 선택 부재를 더 포함하며,
    상기 압력 선택 부재는 이용자가 상기 대퇴골 부품과 상기 경골 부품 사이에 가해지는 압력을 원하는 크기의 압력으로 선택할 수 있게 하며, 그 선택된 크기의 압력을 얻기 위하여 상기 대퇴골 부품을 자동적으로 조정하도록 구성된 것
    인 무릎 수술 수행 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 대퇴골 부품을 조정함으로써 무릎의 한쪽 외측 측면 또는 양쪽 외측 측면에서 압력 또는 힘이 증가 또는 감소되는 것인 무릎 수술 수행 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하나 이상의 센서는 상기 경골 부품에 연결되는 것인 무릎 수술 수행 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하나 이상의 센서는 상기 대퇴골 부품에 연결되는 것인 무릎 수술 수행 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 장치의 측방향으로 마주보는 측면에 배치되는 두 개 이상의 센서를 포함하는 것인 무릎 수술 수행 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하나 이상의 센서는, 상기 대퇴골 부품 또는 상기 경골 부품의 표면을 따라서 배치되어 원위 대퇴골 또는 근위 경골과 접촉하는 압력 감지 재료로 이루어진 층을 포함하는 것인 무릎 수술 수행 시스템.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하나 이상의 센서는 압전 센서, 힘 감지 저항, 스트레인 게이지 및 로드 셀로 구성된 그룹에서 선택되는 것인 무릎 수술 수행 시스템.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 영상 표시 기기는 상기 대퇴골 부품 또는 상기 경골 부품에 직접 부착되는 것인 무릎 수술 수행 시스템.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 영상 표시 기기는 환자의 다리에 분리가능하게 연결될 수 있는 것인 무릎 수술 수행 시스템.
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