KR101800125B1 - 골 고정 장치 및 이를 포함하는 시스템 - Google Patents

골 고정 장치 및 이를 포함하는 시스템 Download PDF

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최재석
김지훈
제민규
김준영
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재단법인대구경북과학기술원
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Abstract

이하, 골 고정 장치 및 이를 포함하는 시스템이 개시된다. 골 고정 시스템은, 타겟팅 가이드, 일 측에 상기 타겟팅 가이드와 연결되고, 타 측에 스크류 보어를 구비한 네일 및 상기 스크류 보어로 고정 나사를 주사하는 드릴을 포함할 수 있다. 상기 타겟팅 가이드 또는 상기 네일은, 네일의 자세 정보를 측정하는 골수내정 자세 감지부를 포함할 수 있다. 상기 드릴은, 드릴의 자세 정보를 측정하는 드릴 자세 감지부를 포함할 수 있다. 주사 정확도를 향상시키기 위한 골 고정 시스템은 측정된 네일의 자세 정보 및 측정된 드릴의 자세 정보에 기초하여 상기 스크류 보어에 대한 상기 드릴의 주사 방향을 보정할 수 있다.

Description

골 고정 장치 및 이를 포함하는 시스템{AN APPARATUS FIXING THE BONES AND A SYSTEM INCORPORATING THE SAME}
이하, 골 고정 장치 및 이를 포함하는 시스템이 개시된다.
정밀한 작업을 요구하는 분야에서 위치 표시 장치가 이용될 수 있다. 예를 들어, 협소한 구멍에 대해 정밀한 삽입 기술 등이 요구되는 분야에서는 약간의 오차가 발생하여도 목적하는 효과를 발생시킬 수 없을 뿐만 아니라 협소한 구멍에 삽입된 도구가 정밀한 공차로 인하여 다시 빠져나올 수 없게 되어 장비를 폐기해야 하는 상황까지 발생할 수 있다.
특히, 의학 분야에서도 위치 표시 장치가 이용될 수 있다. 일 예로, 골절로 인한 골 고정 수술시 골절된 뼈를 고정하기 위한 네일(nail)은 핸들(handle)에 부착되어 사용된다. 그러나, 환자의 골 속에 삽입된 네일은 술자(operator)가 시각적으로 삽입된 위치를 실시간으로 파악할 수 없기 때문에 방사선을 이용한 X-RAY 또는 CT 이미지 획득을 통해 골 내의 네일의 위치를 파악하고 있다. 이는 골 내 삽입물의 위치 정보를 정확하게 파악하기 위하여 이미지 획득을 위하여 방사선 기기의 사용을 반드시 필요로 하고, 이로 인하여 술자 및 환자 모두 방사선에 노출될 수 있음을 의미한다. 따라서, 수술시 방사선 피폭을 유발하는 실시간 X-RAY 이미지의 획득 없이 위치 표시를 할 수 있는 장치가 요구된다.
위치 표시 장치의 일 예로, 한국 공개특허공보 제10-2016-0010106호는 인체 수술용 위치 표시 장치를 개시한다.
또한, 일반적으로 환자의 수술을 위해 골수내정으로 고정된 골(bone)에 드릴링을 하는 경우, 드릴이 네일의 근위 구멍 또는 말단 구멍에 정확하게 주사되는 것이 요구될 뿐만 아니라, 드릴이 뼈를 관통하여 반대편 피질 골 외부로 돌출되지 않도록 정확하고 세밀한 주사가 요구된다. 이를 위하여 기존에는 수술 중에 드릴링을 중단하고 드릴 날의 위치 등을 수시로 확인해야 하므로 방사선 노출 및 수술 시간이 증가하였다.
예를 들어, 한국 공개특허공보 제10-2008-0014960호는 외과수술용 깊이 측정 기구를 개시한다.
일 실시예에 따른 목적은 건축, 의료, 정밀 기기 등 다양한 분야에서 원하는 위치를 빛을 사용하여 정확하게 표시할 수 있는 위치 표시 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 대상물에 직접적인 물리력을 가하지 않고 위치를 표시할 수 있는 위치 표시 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 골 내 드릴링이 요구되는 구멍의 위치에 대해 방사선 촬영없이 위치를 정확하게 표시할 수 있는 골 고정 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 공간이나 비용의 제약 없이 위치를 표시할 수 있는 골 고정 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 골수내정의 자세 및 드릴의 자세를 측정하여 인체로 주사하는 드릴의 주사 방향의 오차를 현저하게 감소시킬 수 있는 골 고정 장치 및 이를 포함하는 골 고정 시스템을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 술자에게 드릴의 주사 방향에 대해 직관적으로 인식할 수 있는 형태로 정보를 제공하는 골 고정 장치 및 이를 포함하는 골 고정 시스템을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 위치 표시 장치는, 본체, 상기 본체의 대칭축을 기준으로 일 측에 연결되는 제1 아암, 상기 본체의 대칭축을 기준으로 타 측에 연결되는 제2 아암, 상기 제1 아암의 일 단에 연결되고, 빛을 조사하는 제1 광 조사기 및 상기 제2 아암의 일 단에 연결되고, 빛을 조사하는 제2 광 조사기를 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 위치 표시 장치는, 상기 제1 광 조사기로부터 조사되는 빛과 상기 제2 광 조사기로부터 조사되는 빛이 만나 교선을 이룰 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 제1 광 조사기 및 상기 제2 광 조사기는, 각각 제1 광 조사기의 중심 및 제2 광 조사기의 중심을 기준으로 경도 방향 및 위도 방향으로 회전 가능할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 제1 아암 및 상기 제2 아암은, 상기 본체의 대칭축을 기준으로 각도 조절이 가능할 수 있다.
일 측에 따르면, 위치 표시 장치는, 상기 본체 및 상기 제1 아암 사이에 개재되고, 상기 제1 아암의 회전 각도를 미세 조절하는 제1 아암 조절 부재 및 상기 본체 및 상기 제2 아암 사이에 개재되고, 상기 제2 아암의 회전 각도를 미세 조절하는 제2 아암 조절 부재를 더 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 제1 광 조사기는, 상기 제1 아암의 길이 방향의 축을 기준으로 각도 조절이 가능하고, 상기 제2 광 조사기는, 상기 제2 아암의 길이 방향의 축을 기준으로 각도 조절이 가능할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 본체는, 내부에 배치된 결속 홀 및 상기 본체의 일 측면 및 상기 일 측면에 대립되는 타 측면에 배치된 잠금 가이드 홀을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 수술용 위치 표시를 위한 골 고정 장치는, 일 측에 관통 보어를 구비한 타겟팅 가이드, 상기 타겟팅 가이드의 타 측에 연결되고, 상기 관통 보어에 정렬된 제1 스크류 보어를 전단에 구비하고, 제2 스크류 보어를 후단에 구비한 네일 및 상기 타겟팅 가이드에 결합되고, 상기 제2 스크류 보어의 위치를 표시하는 마커 모듈을 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 마커 모듈은, 상기 타겟팅 가이드와 결합되는 본체 및 상기 본체의 대칭축을 기준으로 양 측에 이격되어 배치되고 각도 조절이 가능한 복수의 광 조사기를 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 제2 스크류 보어의 위치를 표시하도록 상기 복수의 광 조사기로부터 조사되는 빛이 만나 교선을 이루고, 상기 교선은 상기 제2 스크류 보어의 위치에 대응하는 주사 삽입점을 표시할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 복수의 광 조사기는 선형빔을 조사할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 마커 모듈은, 상기 타겟팅 가이드와 결합되는 본체, 상기 본체의 대칭축을 기준으로 각도 조절이 가능하도록 상기 본체와 회전 가능하게 결합되는 아암 및 상기 아암의 일 단에 배치되고, 상기 제2 스크류 보어를 향하여 광을 조사하는 레이저 조사기를 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 아암은, 상기 레이저 조사기를 수용하고, 상기 아암의 길이 방향을 기준으로 회전 가능한 틸팅 부재를 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 마커 모듈은, 3차원 스캐닝을 통하여 네일의 형상 데이터를 획득하고, 상기 네일의 형상 데이터에 기초하여 상기 아암 및 상기 틸팅 부재의 동작을 보정하는 조사 조절부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 주사 정확도를 향상시키기 위한 골 고정 시스템은, 타겟팅 가이드, 일 측에 상기 타겟팅 가이드와 연결되고, 타 측에 스크류 보어를 구비한 네일 및 상기 스크류 보어로 고정 나사를 주사하는 드릴을 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 타겟팅 가이드 또는 상기 네일은, 네일의 자세 정보를 측정하는 골수내정 자세 감지부를 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 드릴은, 드릴의 자세 정보를 측정하는 드릴 자세 감지부를 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 측정된 네일의 자세 정보 및 측정된 드릴의 자세 정보에 기초하여 상기 스크류 보어에 대한 상기 드릴의 주사 방향을 보정할 수 있다.
일 측에 따르면, 골 고정 시스템은, 상기 드릴의 주사 경로가 상기 스크류 보어에 정렬되도록 측정된 네일의 자세 정보로부터 주사 방향 정보로 변환하는 주사 방향 보정부를 더 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 주사 방향 보정부는, 네일의 자세 정보 중 요(yaw) 값과 드릴의 자세 정보 중 요(yaw) 값이 직각이 되도록 주사 방향을 보상할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 드릴 자세 감지부는, 실시간으로 주사 방향을 측정하고, 상기 주사 방향 보정부는, 실시간으로 측정된 주사 방향에 기초하여 주사 입사각 정보로 변환할 수 있다.
일 측에 따르면, 골 고정 시스템은, 측정된 네일의 자세 정보, 측정된 드릴 자세 정보, 변환된 주사 방향 정보 또는 변환된 주사 입사각 정보를 제공하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 주사 정확도를 향상시키기 위한 골 고정 장치는, 타겟팅 가이드 및 일 측에 상기 타겟팅 가이드와 연결되고, 타 측에 스크류 보어를 구비한 네일 및 중력가속도, 각속도 또는 자기장을 포함하는 네일의 자세 정보를 측정하는 관성 센서를 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 골 고정 장치는, 상기 관성 센서로부터 측정된 네일의 자세 정보에 기초하여, 드릴 주사 경로가 상기 스크류 보어에 정렬되도록 상기 스크류 보어에 대한 주사 입사각 정보로 변환하는 프로세서 유닛 및 상기 프로세서 유닛으로부터 변환된 주사 입사각 정보를 송신하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 골 고정 장치는, 상기 통신부로부터 주사 입사각 정보를 수신하고, 수신한 주사 입사각 정보를 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw) 값, 주사 유도 표시 또는 드릴 주사 방향을 표시하는 디스플레이를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 골 고정 시스템을 이용하는 외과적 수술 방법은, 타겟팅 가이드 및 상기 타겟팅 가이드의 일 측에 연결되고 말단에 스크류 보어를 구비한 네일을 포함하는 골수내정에 위치 표시 장치를 결합하는 단계, 복수의 광 조사기를 포함하는 위치 표시 장치를 사용하여 상기 복수의 광 조사기로부터 조사된 빛이 만나 이루는 교선이 상기 스크류 보어에 정렬되도록 보정하는 단계, 피부를 절개하고 절개된 부위에 상기 네일을 삽입하는 단계 및 상기 조사된 빛이 만나 이루는 교선이 가리키는 위치에 대하여 고정 나사를 주사하는 단계를 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 측정된 네일의 자세 정보와 측정된 드릴의 자세 정보에 기초하여 상기 스크류 보어에 대한 고정 나사를 주사하는 방향을 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 측정된 네일의 자세 정보인 롤(roll) 및 요(yaw) 값을 상기 측정된 드릴의 자세 정보 중 피치(pitch) 및 요(yaw) 값에 보상하여 드릴의 주사 경로가 상기 스크류 보어와 정렬되도록 드릴을 위치시키고 상기 고정 나사를 주사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 골수내정에 위치 표시 장치를 결합하는 단계 이전에, 3차원 스캐닝을 통하여 골수내정의 형상 데이터를 획득하는 단계 및 상기 골수내정의 형상 데이터에 기초하여 상기 광 조사기의 조사 각도 및 위치를 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 위치 표시 장치는 건축, 의료, 정밀 기기 등 다양한 분야에서 원하는 위치를 빛을 사용하여 정확하게 표시할 수 있다.
일 실시예에 따른 위치 표시 장치는 대상물에 직접적인 물리력을 가하지 않고 위치를 표시할 수 있다.
일 실시예에 따른 수술용 위치 표시를 위한 골 고정 장치는 골 내 드릴링이 요구되는 구멍의 위치에 대해 방사선 촬영없이 위치를 정확하게 표시할 수 있다.
일 실시예에 따른 수술용 위치 표시를 위한 골 고정 장치는 공간이나 비용의 제약 없이 위치를 표시할 수 있다.
일 실시예에 따른 주사 정확도를 향상시키기 위한 골 고정 장치 및 이를 포함하는 골 고정 시스템은 골수내정의 자세 및 드릴의 자세를 측정하여 인체로 주사하는 드릴의 주사 방향의 오차를 현저하게 감소시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 주사 정확도를 향상시키기 위한 골 고정 장치 및 이를 포함하는 골 고정 시스템은 술자에게 드릴의 주사 방향에 대해 직관적으로 인식할 수 있는 형태로 정보를 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 위치 표시 장치 및 이를 포함하는 수술용 위치 표시를 위한 골 고정 장치 및 일 실시예에 따른 주사 정확도를 향상시키기 위한 골 고정 장치 및 이를 포함하는 골 고정 시스템의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 위치 표시 장치를 포함하는, 수술용 위치 표시를 위한 골 고정 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 위치 표시 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 일 실시에에 따른 위치 표시 장치의 동작 방식을 개략적으로 나타낸 동작도이다.
도 4는 도 1의 일 실시예에 따른 위치 표시 장치를 포함하는, 수술용 위치 표시를 위한 골 고정 장치가 동작하는 모습을 나타낸 좌측면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 골 고정 장치의 광 조사기로부터 조사된 빛이 만나 이루는 교선을 이용하여 위치를 표시하는 모습 및 동작 원리를 나타낸 동작도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 골 고정 장치의 타겟팅 가이드 및 타겟팅 가이드에 연결된 네일을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 7은 일 실시에에 따른 골 고정 장치의 네일의 스크류 보어에 대해 고정 나사를 주사하는 모습을 나타낸 동작도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 골 고정 시스템에서 골수내정 자세 감지부, 드릴 자세 감지부, 주사 방향 보정부 및 표시부가 연결된 모습을 나타낸 블록도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 골 고정 시스템에서 드릴의 주사 방향에 따라 표시부에 도시된 네일의 자세 정보 또는 드릴의 자세 정보의 일 예를 나타낸 동작도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 골 고정 시스템을 이용하는 외과적 수술 방법에서 골 고정 장치를 이용하여 드릴의 주사 정확도를 측정한 실험예를 나타낸 X-Ray 사진이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1 및 도 6을 함께 참조하면, 수술용 위치 표시를 위한 골 고정 장치(1)는 일 측에 관통 보어(110)를 구비한 타겟팅 가이드(100), 상기 타겟팅 가이드(100)의 타 측에 연결되고, 상기 관통 보어(110)에 정렬된 제1 스크류 보어(210)를 전단에 구비하고, 제2 스크류 보어(220)를 후단에 구비한 네일(200) 및 상기 타겟팅 가이드(100)에 결합되고, 상기 제2 스크류 보어(220)의 위치를 표시하는 마커 모듈(300)을 포함할 수 있다.
타겟팅 가이드(100) 및 상기 타겟팅 가이드(100)에 연결되는 네일(200)을 포함하는 구성은 골수내정(intramedullary nail)인 것으로 고려될 수 있다.
네일(200)은 인체 내부로 삽입될 수 있으므로 제1 스크류 보어(210)의 위치가 인체 외부에서는 일반적으로 보이지 않을 수 있다. 이로 인하여, 관통 보어(110)의 위치는 타겟팅 가이드(100)의 어느 곳에 위치되어도 무방하지만, 제1 스크류 보어(210)에 고정 나사를 주사하기 위하여 관통 보어(110)를 통하여 제1 스크류 보어(210)에 고정 나사를 주사하는 방식을 사용하는 것이 일반적이므로, 관통 보어(110) 및 제1 스크류 보어(210)를 관통하여 고정 나사가 상기 제1 스크류 보어(210)에 결합되도록 주사 경로가 정렬될 수 있다.
마커 모듈(300)은 후술할 제2 스크류 보어를 향하여 광을 조사할 수 있는 일 실시예에 따른 위치 표시 장치가 마련될 수 있다. 이하, 마커 모듈(300)은 위치 표시 장치가 마련된 것으로 설명한다. 마커 모듈(300)은 타겟팅 가이드(100)에 일체화될 수 있으나, 탈부착이 가능하도록 마커 모듈(300)은 타겟팅 가이드(100)에 결합될 수 있다. 구체적으로, 후술할 결속 홀(350) 및 잠금 가이드 홀(360a, 360b, 360c, 360d)을 포함하는 마커 모듈(300)에 있어서, 결속 홀(350)이 타겟팅 가이드(100)를 따라 결합될 수 있고, 결속 홀(350)의 형상은 타겟팅 가이드(100)의 형상에 대응할 수 있다. 또한, 잠금 가이드 홀(360a, 360b, 360c, 360d)은 타겟팅 가이드(100)의 관통 보어(110)에 정렬될 수 있고, 이로 인하여 마커 모듈(300)은 잠금 가이드 홀(360a, 360b, 360c, 360d)과 관통 보어(110)를 관통하는 고정 부재(미도시)를 통하여 타겟팅 가이드(100)에 결합될 수 있다. 이 경우, 마커 모듈(300)이 타겟팅 가이드(100)에 결합되기 전에 제1 스크류 보어(210)에 고정 나사가 결합될 수 있고, 후술할 마커 모듈(300)의 보정 작업이 제1 스크류 보어(210)에 고정 나사가 결합되기 전에 이루어질 수 있다.
또한, 타겟팅 가이드(100)는 관통 보어(110) 외에 추가적으로 상기 잠금 가이드 홀(360a, 360b, 360c, 360d)에 정렬될 수 있는 구멍(미도시)을 구비할 수 있고, 상기 구멍은 관통 보어(110)를 관통할 수 있는 고정 나사의 주사 경로를 방해하지 않도록 상기 관통 보어(110)에 인접하게 구비될 수 있다. 이 경우, 마커 모듈(300)의 보정 작업이 선행될 필요 없이 관통 보어(110) 및 제1 스크류 보어(210)를 관통하여 고정 나사가 제1 스크류 보어(210)에 결합될 수 있다.
도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 마커 모듈(300)은, 본체(310), 상기 본체(310)의 대칭축(XX')을 기준으로 일 측에 연결되는 제1 아암(320a), 상기 본체(310)의 대칭축(XX')을 기준으로 타 측에 연결되는 제2 아암(320b), 상기 제1 아암(320a)의 일 단에 연결되고, 빛을 조사하는 제1 광 조사기(330a) 및 상기 제2 아암(320b)의 일 단에 연결되고, 빛을 조사하는 제2 광 조사기(330b)를 포함할 수 있다.
본체(310)는 전술한 타겟팅 가이드(100)와 결합할 수 있다. 구체적으로, 본체(310)는, 내부에 배치된 결속 홀(350) 및 상기 본체(310)의 일 측면 및 상기 일 측면에 대립되는 타 측면에 배치된 잠금 가이드 홀(360a, 360b, 360c, 360d)을 포함할 수 있다.
결속 홀(350)의 형상은 일반적으로 제한되지 않으나, 타겟팅 가이드(100)와 단단히 결합하기 위하여 결속 홀(350)의 형상은 타겟팅 가이드(100)의 형상에 대응할 수 있다. 또한, 결속 홀(350)은 본체(310)의 내부를 관통하도록 배치될 수 있다. 이 경우, 마커 모듈(300)은 타겟팅 가이드(100)의 일 단이 아닌 다른 일 측에도 결합될 수 있다.
잠금 가이드 홀(360a, 360b, 360c, 360d)은 본체(310)의 일 측면 및 상기 일 측면에 대립되는 타 측면에 배치될 수 있다. 잠금 가이드 홀(360a, 360b, 360c, 360d)의 개수에는 제한이 없으며, 타겟팅 가이드(110)에 단단히 결합될 수 있으면 충분하다. 또한, 잠금 가이드 홀(360a, 360b, 360c, 360d)은 어느 일 측면만 배치될 수도 있다. 잠금 가이드 홀(360a, 360b, 360c, 360d)은, 타겟팅 가이드(100)의 일 측에 구비된 관통 보어(110)에 정렬될 수 있거나, 타겟팅 가이드(100)가 관통 보어(110)에 인접하는 추가적인 구멍(미도시)을 구비한 경우 상기 구멍에 정렬될 수도 있다.
아암은 제1 아암(320a) 및 제2 아암(320b)을 포함할 수 있고, 상기 제1 아암(320a)은 본체(310)의 대칭축(XX')을 기준으로 일 측에 연결될 수 있고, 상기 제2 아암(320b)은 본체(310)의 대칭축(XX')을 기준으로 타 측에 연결될 수 있으며, 상기 제1 아암(320a) 및 상기 제2 아암(320b)은 본체(310)의 대칭축(XX')을 기준으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 대칭축(XX')의 길이 방향은 도시된 바와 같이 반드시 전술한 잠금 가이드 홀(360a, 360b, 360c, 360d)이 구비된 면에 수직인 방향일 필요는 없으며, 결속 홀(350)이 구비된 면에 수직인 방향일 수 있다.
제1 아암(320a) 및 제2 아암(320b)은, 후술할 광 조사기로부터 조사되는 빛의 위치를 조절하기 위하여 본체(310)의 대칭축(XX')을 기준으로 각도 조절이 가능할 수 있다. 또한, 제1 아암(320a) 및 제2 아암(320b)은 각도 조절이 가능하도록 본체(310)와 회전 가능하게 결합될 수 있다. 구체적으로, 본체(310) 및 제1 아암(320a) 사이에 제1 아암 조절 부재(340a), 본체(310) 및 제2 아암(320b) 사이에 제2 아암 조절 부재(340b)가 개재될 수 있다.
제1 아암 조절 부재(340a) 및 제2 아암 조절 부재(340b)는 힌지 형식의 조절 부재일 수 있다. 구체적으로, 제1 아암 조절 부재(340a) 및 제2 아암 조절 부재(340b)는 본체(310)의 일 측면에 배치된 경첩이 달린 조절 부재일 수 있고, 추가적으로 스프링과 같은 탄성체을 구비하여 제1 아암(320a) 및 제2 아암(320b)으로 하여금 본체(310)의 대칭축(XX')을 기준으로 각도 조절이 가능하게 할 수 있다.
또한, 제1 아암 조절 부재(340a) 및 제2 아암 조절 부재(340b)는 각각 제1 아암(320a) 및 제2 아암(320b)을 미세 조절할 수 있다. 구체적으로, 제1 아암 조절 부재(340a) 및 제2 아암 조절 부재(340b)는 스케일링 되어 눈금이 표시된 클립과 같은 조절 부재일 수 있다. 또한, 제1 아암 조절 부재(340a) 및 제2 아암 조절 부재(340b)는 본체(310)에 연결되고 각도를 조절하는 모터(예를 들어, 서보 모터)에 의하여 제어되는 조절 부재일 수 있다. 이 경우, 제1 아암(320a) 및 제2 아암(320b)의 더욱 정밀한 제어가 가능해지며, 정밀한 작업이 요구되는 분야에서 오차를 최소화시킬 수 있는 위치 표시가 가능할 수 있다.
광 조사기는 빛을 조사하는 제1 광 조사기(330a) 및 제2 광 조사기(330b)를 포함할 수 있다. 제1 광 조사기(330a) 및 제2 광 조사기(330b)는 각각 제1 아암(320a)의 일 단 및 제2 아암(320b)의 일 단에 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1 광 조사기(330a) 및 제2 광 조사기(330b)가 각각 제1 아암(320a)의 일 단 및 제2 아암(320b)의 일 단에 수용될 수 있도록 제1 아암(320a)의 일 단 및 제2 아암(320b)의 일 단은 수용부를 구비할 수 있고, 제1 아암(320a)의 일 단 및 제2 아암(320b)의 일 단에 단단히 수용되도록 상기 수용부의 형상은 제1 광 조사기(330a) 및 제2 광 조사기(330b)의 형상에 대응할 수 있다.
또한, 제1 광 조사기(330a) 및 제2 광 조사기(330b)는 제1 아암(320a)의 일 단 및 제2 아암(320b)의 각도 조절 없이 스스로 각도 조절이 가능한 광 조사기일 수 있다. 구체적으로, 제1 광 조사기(330a) 및 제2 광 조사기(330b)는, 각각 제1 광 조사기의 중심 및 제2 광 조사기의 중심을 기준으로 경도 방향 및 위도 방향으로 회전 가능할 수 있다. 또한, 본체(310)와 연결될 수 있고 제1 광 조사기(330a) 및 제2 광 조사기(330b)의 각도 조절이 가능하게 하는 모터가 구비되어, 제1 광 조사기(330a) 및 제2 광 조사기(330b)는 각각의 중심을 기준으로 경도 방향 및 위도 방향으로 회전 가능할 수 있다.
도 4를 함께 참조하면, 마커 모듈(300)은, 제1 광 조사기(330a)로부터 조사되는 빛과 제2 광 조사기(330b)로부터 조사되는 빛이 만나 교선을 이룰 수 있고, 후술하는 바와 같이 상기 교선은 네일(200)의 말단에 구비된 제2 스크류 보어(220)를 통과하도록 보정되면, 네일(200)의 말단에 구비된 제2 스크류 보어(220)가 시각적으로 보이지 않는 각도에서도 상기 교선은 항상 제2 스크류 보어(220)가 있는 위치를 가리킬 수 있다. 이로 인하여, 마커 모듈은 대상물에 직접적으로 물리력을 가하지 않고 정확하게 위치를 표시할 수 있다.
다시 도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 제1 광 조사기(330a)는, 제1 아암(320a)의 길이 방향의 축을 기준으로 각도 조절이 가능할 수 있고, 제2 광 조사기(330b)는, 제2 아암(320b)의 길이 방향의 축을 기준으로 각도 조절이 가능할 수 있다. 구체적으로, 제1 아암(320a) 및 제2 아암(320b)은, 제1 광 조사기(330a) 및 제2 광 조사기(330b)를 각각 수용할 수 있고 제1 아암(320a)의 길이 방향 및 제2 아암(320b)의 길이 방향을 기준으로 회전 가능한 틸팅 부재(370a, 370b)를 포함할 수 있다. 틸팅 부재(370a, 370b)는 각각 제1 광 조사기(330a) 및 제2 광 조사기(330b)를 수용할 수 있도록 수용부를 포함할 수 있고, 상기 수용부는 상술한 바와 같이 각각 제1 광 조사기(330a) 및 제2 광 조사기(330b)를 수용할 수 있도록 각각 제1 광 조사기(330a) 및 제2 광 조사기(330b)에 대응하는 형상일 수 있다. 또한, 틸팅 부재(370a, 370b)는 제1 아암(320a)의 일 단 및 제2 아암(320b)의 일 단에 회전 가능한 연결 부재(미도시)를 통하여 각각 배치될 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 광 조사기(330a) 및 제2 광 조사기(330b)는 본체(310)의 대칭축(XX')을 기준으로 각도 조절이 가능할 수 있고, 제1 아암(320a) 및 제2 아암(320b)의 길이 방향의 축을 기준으로 각각 각도 조절이 가능할 수 있으므로, 원하는 위치를 표시하기 위하여 보정 작업이 수행될 수 있다. 구체적으로, 상술한 네일(200)의 형상은 제조업자마다 다를 수 있고, 제조업자가 동일하더라도 고도의 정밀함을 요구하는 분야이고 항상 제2 스크류 보어(220)의 위치가 동일한 위치에 있다는 것을 보장할 수 없으므로, 제1 광 조사기(330a) 및 제2 광 조사기(330b)를 각도 조절이 가능하게 함으로써 작업을 수행하기 전 위치를 정확히 표시하는 보정을 수행함으로써 작업의 오차를 줄이고 정밀성을 도모할 수 있다.
또한, 광 조사기(330a, 330b)는 레이저 조사기가 마련될 수 있다. 즉, 광 조사기(330a, 330b)는 레이저를 조사함으로써 조사된 레이저가 만나 이루는 교선이 네일(200)의 말단에 구비된 제2 스크류 보어(220)의 위치를 표시할 수 있다. 레이저를 사용하는 경우, 주변 광의 영향을 받지 않기 때문에 항상 네일(200)을 삽입하기 전 보정하여 정해진 위치를 가리킬 수 있다.
또한, 광 조사기(330a, 330b)는 선형빔을 조사할 수 있다. 본원에서 사용하는 "선형빔"이란 일반적으로 직선으로 진행하는 광선을 말하지만, 더욱 구체적으로는 선형빔들이 만나 교선을 이루도록 평면을 이루는 광선을 말한다. 도 5를 참조하면, 제1 광 조사기(330a) 및 제2 광 조사기(330b)로부터 조사되는 선형빔이 만나 이루는 교선(YY')은 절개 부위(I)의 중심을 관통하도록 형성된다. 도시된 바와 같이, 드릴링을 통하여 제2 스크류 보어(220)를 향해 고정 나사가 삽입될 수 있도록 인체 조직이 절개 될 수 있다.
추가적으로, 마커 모듈(300)은, 3차원 스캐닝을 통하여 네일(200)의 형상 데이터를 획득하고, 상기 네일(200)의 형상 데이터에 기초하여 아암(320a, 320b) 및 틸팅 부재(370a, 370b)의 동작을 보정하는 조사 조절부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 골 고정 장치(1)의 위치 표시 오차를 야기할 수 있는 네일(200)의 구부러진 각도 또는 틀어진 각도와 같은 네일(200)의 형상 데이터를 3차원 스캐닝을 통하여 획득할 수 있다. 3차원 스캐닝을 통하여 획득된 네일(200)의 형상 데이터에 기초하여 조사 조절부는 아암(320a, 320b) 및 틸팅 부재(370a, 370b)의 동작, 즉 회전 각도를 제어함으로써 네일(200)에 맞는 광 조사기(330a, 330b)의 조사 각도 및 위치를 보정할 수 있다. 이를 위하여 아암(320a, 320b) 및 틸팅 부재(370a, 370b)에 각각 연결되는 모터(미도시)를 추가적으로 구비할 수 있고, 상기 조사 조절부는 상기 모터를 제어함으로써 네일(200)에 맞는 광 조사기(330a, 330b)의 조사 각도 및 위치를 보정할 수 있다.
이하, 도 6 내지 도 9를 참조하여 골 고정 장치(1)를 포함하는 골 고정 시스템을 설명한다.
도 6을 참조하면, 타겟팅 가이드(100) 또는 네일(200)은 네일의 자세 정보를 측정하는 골수내정 자세 감지부(120)를 더 포함할 수 있다. 이하, 스크류 보어는 제1 스크류 보어(210) 및 제2 스크류 보어(220)를 포함할 수 있지만, 설명의 편의를 위하여 스크류 보어는 제2 스크류 보어(220)를 가리키는 것으로 설명한다.
네일(200)이 인체에 삽입되고 골수내정 자세 감지부(120)의 위치를 조절할 필요성이 있는 경우에는, 골수내정 자세 감지부(120)가 타켓팅 가이드(100)의 일 측에 부착될 수 있다. 골수내정 자세 감지부(120)는 중력가속도, 각속도 또는 자기장을 포함하는 네일의 자세 정보를 측정할 수 있는 관성 센서를 포함할 수 있다. 구체적으로 관성 센서는 9축 관성 센서가 마련될 수 있다. 즉, 골수내정 자세 감지부(120)는 네일(200)의 3축에 대한 중력가속도, 각속도 또는 자기장을 측정할 수 있다.
골 고정 시스템은, 골수내정 자세 감지부(120)로부터 측정된 네일의 자세 정보에 기초하여, 드릴 주사 경로가 스크류 보어(220)에 정렬되도록 스크류 보어(220)에 대한 주사 입사각 정보로 변환하는 프로세서 유닛(미도시) 및 상기 프로세서 유닛으로부터 변환된 주사 입사각 정보를 송신하는 통신부(미도시)를 포함할 수 있다.
프로세서 유닛(미도시) 및 통신부(미도시)는 별도로 구비된 장치나 시스템에 포함될 수 있으나, 골수내정 자세 감지부(120)에 포함될 수도 있다. 이 경우, 관성 센서로부터 측정된 네일의 자세 정보가 프로세서 유닛으로 전달될 수 있고, 전달된 네일의 자세 정보에 기초하여 스크류 보어(220)와 주사 경로가 정렬되도록 후술할 드릴(400)의 주사 입사각 정보로 변환할 수 있으며, 변환된 주사 입사각 정보를 후술할 표시부(600) 또는 디스플레이(미도시)에 전달하여 술자(operator)로 하여금 직관적으로 주사 경로를 인식할 수 있도록 할 수 있다.
골 고정 시스템은, 추가적으로 디스플레이(미도시)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 디스플레이는 통신부(미도시)로부터 주사 입사각 정보를 수신할 수 있고, 수신한 주사 입사각 정보를 롤(roll), 피치(pitch) 또는 요(yaw) 값으로 표시할 수 있다. 또한, 디스플레이는 드릴의 주사 경로가 스크류 보어에 정확하게 정렬된 경우 주사 입사각 정보를 표시할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이에는, 네일의 자세 정보인 롤(roll) 또는 요(yaw) 값에 의해 보상된 주사 입사각 정보, 드릴의 자세 정보 중 피치(pitch) 또는 요(yaw) 값이 목표값(target value)에 근접한 경우 디스플레이에 표시되는 드릴의 일 단에 원이 나타날 수 있고, 목표값에 벗어나면 원이 사라지도록 표시할 수 있다. 따라서, 롤, 피치 또는 요에 대한 기본적인 정보 및 원의 유무만 파악하더라도 술자가 후술할 드릴(400)을 통하여 고정 나사를 스크류 보어(220)에 삽입할 때 스크류 보어(220)에 대한 드릴(400)의 주사 경로의 오차를 감소시킬 수 있고, 수술의 부작용을 감소시킬 수 있다.
도 7 내지 도 9를 함께 참조하여 일 실시예에 따른 주사 정확도를 향상시키기 위한 골 고정 시스템을 설명한다.
골 고정 시스템은, 타겟팅 가이드(100), 일 측에 상기 타겟팅 가이드(100)와 연결되고, 타 측에 스크류 보어(220)를 구비한 네일(200) 및 상기 스크류 보어(220)로 고정 나사를 주사하는 드릴(400)을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 타겟팅 가이드(100) 또는 네일(200)은, 네일의 자세 정보를 측정하는 골수내정 자세 감지부(120)를 포함할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 골수내정 자세 감지부(120)는 타켓팅 가이드(100)의 일 측에 부착될 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 골수내정 자세 감지부(120)는 중력가속도, 각속도 또는 자기장을 포함하는 네일의 자세 정보를 측정할 수 있는 관성 센서를 포함할 수 있다. 구체적으로 관성 센서는 9축 관성 센서가 마련될 수 있다. 즉, 골수내정 자세 감지부(120)는 네일(200)의 3축에 대한 중력가속도, 각속도 또는 자기장을 측정할 수 있다.
드릴(400)은, 드릴의 자세 정보를 측정하는 드릴 자세 감지부(410)를 포함할 수 있고, 측정된 네일의 자세 정보 및 측정된 드릴의 자세 정보에 기초하여 스크류 보어(220)에 대한 드릴(400)의 주사 방향을 보정할 수 있다.
드릴 자세 감지부(410)는, 상술한 바와 같은 골수내정 자세 감지부(120)와 같이, 중력가속도, 각속도 또는 자기장을 포함하는 드릴의 자세 정보를 측정할 수 있는 관성 센서를 포함할 수 있다. 또한, 관성 센서는 9축 관성 센서가 마련될 수 있고, 드릴(200)의 3축에 대한 중력가속도, 각속도 또는 자기장을 측정할 수 있다.
추가적으로 드릴 자세 감지부(410)는, 실시간으로 드릴(400)의 주사 방향을 측정할 수도 있다. 후술하는 바와 같이, 실시간으로 측정된 드릴(400)의 주사 방향은 드릴(400)의 주사 입사각 정보로 변환되는 기초 정보가 될 수 있다.
골 고정 시스템은 골수내정 자세 감지부(120)로부터 측정된 네일의 자세 정보 및 드릴 자세 감지부(410)로부터 측정된 드릴의 자세 정보에 기초하여 스크류 보어(220)에 대한 드릴(400)의 주사 방향을 보정하기 위하여 주사 방향 보정부(500)를 포함할 수 있다.
주사 방향 보정부(500)는 후술할 표시부(600)가 드릴(400)의 일 측에 배치되는 것을 고려하여, 드릴(400)의 일 측에 표시부(600)와 함께 배치될 수 있고, 일체화된 모듈로서 함께 포함될 수도 있다.
주사 방향 보정부(500)는 측정된 네일의 자세 정보로부터 주사 방향 정보로 변환할 수 있다. 이로 인하여, 드릴(400)의 주사 경로는 스크류 보어(220)에 정렬될 수 있고, 주사 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, 주사 방향 보정부(500)는 네일의 자세 정보 중 요(yaw) 값과 드릴의 자세 정보 중 요(yaw) 값이 직각이 되도록 주사 방향을 보상할 수 있다. 네일의 자세 정보 중 롤(roll) 및 요(yaw) 값은 스크류 보어(220)가 배치된 평면이 기울어진 정도와 방향을 나타낼 수 있고, 드릴의 자세 정보 중 피치(pitch) 및 요(yaw) 값은 드릴(400)의 주사 경로를 포함하는 평면이 기울어진 정도를 나타낼 수 있다. 따라서, 네일의 자세 정보 중 요(yaw) 값과 드릴의 자세 정보 중 요(yaw) 값이 직각이 된다는 것은, 스크류 보어(220)가 배치된 평면과 드릴(400)의 주사 경로가 서로 직교한다는 의미일 수 있으며, 이로 인하여 드릴(400)의 주사 경로가 스크류 보어(220)를 향하도록 정렬됨으로써 정확한 주사 정확도를 향상시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 드릴 자세 감지부(410)로부터 주사 방향이 실시간으로 측정되면, 주사 방향 보정부(500)는 실시간으로 측정된 주사 방향에 기초하여 드릴(400)의 주사 입사각 정보로 변환할 수 있다. 이는, 초기에 술자가 네일의 자세 정보 중 롤(roll) 및 드릴의 자세 정보 중 피치(pitch)를 이용하여 드릴의 진입점이 네일의 스크류 보어(220)에 정렬되도록 드릴을 위치시킨 후, 드릴의 자세 정보 중 요(yaw) 값이 네일의 자세 정보 중 요(yaw) 값과 직각이 되도록 고정 나사를 스크류 보어(220)로 향하여 주사하더라도, 로봇이 아닌 사람의 경우 오차가 실시간으로 발생할 수 있기 때문에 주사 방향을 실시간으로 측정될 필요성이 생긴다. 따라서, 드릴 자세 감지부(410)로부터 주사 방향이 실시간으로 측정됨으로써 술자가 변환된 주사 입사각 정보를 직관적으로 인식할 수 있고, 주사 정확도는 더욱 향상될 수 있다.
골 고정 시스템은 추가적으로 측정된 네일의 자세 정보, 측정된 드릴 자세 정보, 변환된 주사 방향 정보 또는 변환된 주사 입사각 정보를 제공하는 표시부를 더 포함할 수 있다. 표시부(600)는 디스플레이(미도시)가 마련될 수 있다. 또한, 표시부(600)는 술자가 스크류 보어(220)에 대해 고정 나사를 주사하는 도중에도 바로 인식할 수 있도록 드릴(400)의 일 측에 배치될 수 있다. 구체적으로, 도 9를 참조하면, 드릴(400)의 주사 경로와 만나는 가상의 평면 상에 두 개의 축 방향과 회전 방향에 대한 정보가 제시될 수 있다. 일 예로, 표시부(600)에는, 드릴(400)의 피치(pitch), 요(yaw) 또는 드릴의 주사 입사각 정보가 오차가 허용되는 범위인 미리 정해진 목표값에 도달하면 술자가 직관적으로 인식할 수 있는 형태인 주사 유도 원(circle) 또는 점 등이 표시부(600)에 나타날 수 있고, 드릴의 주사 입사각 정보 등이 오차가 허용되는 범위인 목표값에 도달할 수 있도록 드릴을 주사하는 자세를 유도하는 방향이 나타날 수도 있다. 상기 오차가 허용되는 범위 및 목표값은 사용자가 필요에 따라 미리 설정할 수 있다. 또한, 다른 일 예로, x, y, z와 같은 위치 정보(610) 또는 롤, 피치, 요와 같은 회전 정보(620) 또는 위치 정보와 회전 정보가 모두 표시 될 수 있다. 술자는 상기 위치 정보(610), 회전 정보(620) 또는 주사 유도 표시 등을 참조하여 드릴(400)의 주사 경로가 스크류 보어(220)에 정렬되도록 제어할 수 있게 된다.
또한, 드릴(400)은 드릴 자세 감지부(410), 주사 방향 보정부(500) 또는 표시부(600)를 포함하는 제어 유닛(420)을 더 포함할 수 있다. 즉, 드릴 자세 감지부(410), 주사 방향 보정부(500) 또는 표시부(600)는 드릴(400)과 별도로 구비될 수 있지만, 드릴(400)에 내장될 수도 있다.
일 실시예에 따른 수술용 위치 표시를 위한 골 고정 시스템을 이용하는 외과적 수술 방법을 설명한다. 이하, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
골 고정 시스템을 이용하는 외과적 수술 방법은, 타겟팅 가이드(100) 및 상기 타겟팅 가이드(100)의 일 측에 연결되고 말단에 스크류 보어(220)를 구비한 네일(200)을 포함하는 골수내정에 마커 모듈(300)을 결합하는 단계, 복수의 광 조사기(330a, 330b)를 포함하는 마커 모듈(300)을 사용하여 상기 복수의 광 조사기(330a, 330b)로부터 조사된 빛이 만나 이루는 교선이 상기 스크류 보어(220)에 정렬되도록 보정하는 단계, 피부를 절개하고 절개된 부위에 상기 네일(200)을 삽입하는 단계 및 상기 조사된 빛이 만나 이루는 교선이 가리키는 위치에 대하여 고정 나사를 주사하는 단계를 포함할 수 있다.
골 고정 시스템을 이용하는 외과적 수술 방법은, 측정된 네일의 자세 정보와 측정된 드릴의 자세 정보에 기초하여 상기 스크류 보어에 대한 고정 나사를 주사하는 방향을 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
골 고정 시스템을 이용하는 외과적 수술 방법은, 상기 측정된 네일의 자세 정보 중 요(yaw) 값과 상기 측정된 드릴의 자세 정보 중 요(yaw) 값이 직각이 되도록 상기 스크류 보어에 대한 고정 나사를 주사하는 방향이 보상되는 단계를 더 포함할 수 있다.
골 고정 시스템을 이용하는 외과적 수술 방법은, 상기 측정된 네일의 자세 정보인 롤(roll) 및 요(yaw) 값을 상기 측정된 드릴의 자세 정보 중 피치(pitch) 및 요(yaw) 값에 보상하여 드릴의 주사 경로가 상기 스크류 보어와 정렬되도록 드릴을 위치시키고 상기 고정 나사를 주사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
골 고정 시스템을 이용하는 외과적 수술 방법은, 상기 골수내정에 마커 모듈을 결합하는 단계 이전에, 3차원 스캐닝을 통하여 네일의 형상 데이터를 획득하는 단계 및 상기 네일의 형상 데이터에 기초하여 상기 광 조사기의 조사 각도 및 위치를 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 10을 참조하면, 대퇴골 모형뼈(femur sawbone)를 사용하는 일 실험예에서, 수술용 위치 표시를 위한 골 고정 장치를 이용하여 스크류 보어에 고정 나사를 주사하는 시술의 정확도를 측정하였다.
표 1 내지 표 3은 초보자 집단과 전문가 집단을 대상으로 스크류 보어에 고정 나사를 주사하는 시술을 수행한 실험예의 결과이다.
Figure 112016055159949-pat00001
표 1에서, 스크류 보어에 고정 나사를 주사할 때 초보자 집단과 전문가 집단 사이에 드릴의 주사 경로와 스크류 보어가 정렬되는 정도를 나타내는 척도인 angle 절대값이 비교하여 도시된다.
angle 절대값은 두 집단 간에 통계적으로 유의한 차이가 나는 경향성이 관찰되었다[t(29)=-1.733, p=.094] 또는 두 집단 간 차이가 관찰되지 않았다[t(29)=-1.733, p >.05]는 것을 나타낸다.
a 절대값은 두 집단 간 차이가 관찰되지 않았다[t(29)=.690, p=.495 or p >.05]는 것을 나타낸다.
b 절대값은 두 집단 간 차이가 관찰되지 않았다[t(29)=.553, p=.585 or p >.05]는 것을 나타낸다.
b-a 절대값은 두 집단 간에 통계적으로 유의한 차이가 나는 경향성이 관찰되었다[t(29)=-1.815, p=.080] 또는 두 집단 간 차이가 관찰되지 않았다[t(29)=-1.815, p >.05]는 것을 나타낸다.
상기 결과를 기초로, p>.05 에 해당되어 모두 두 집단 간 차이가 관찰되지 않았음을 알 수 있었다. 즉, 초보자 집단도 전문가 집단 못지 않게 골 고정 시스템을 이용함으로써 골 고정 시술을 수행할 수 있음을 나타낸다.
Figure 112016055159949-pat00002
표 2에서, 초보자 집단에서 드릴의 주사 경로와 스크류 보어가 정렬되는 정도를 나타내는 척도인 angle 절대값이 비교하여 도시된다.
angle 절대값은 두 초보자 간 차이가 관찰되지 않았다[t(29)=1.202, p=.239 or p >.05]는 것을 나타낸다.
a 절대값은 두 초보자 간 차이가 관찰되지 않았다[t(29)=-1.663, p=.107 or p >.05]는 것을 나타낸다.
b 절대값은 두 초보자 간 차이가 관찰되지 않았다[t(29)=-1.302, p=.203 or p >.05]는 것을 나타낸다.
b-a 절대값은 두 초보자 간 차이가 관찰되지 않았다[t(29)=1.267, p=.215 or p >.05]는 것을 나타낸다.
상기 결과를 기초로, p>.05 에 해당되어 초보자 집단 내에서도 차이가 관찰되지 않은 점에 비추어 골 고정 시스템을 이용하여 골 고정 시술을 수행하는 데 있어 필요한 술기 능력이 반드시 필요한 것은 아니라는 점을 나타낸다. 즉, 손 기술이 좋은 초보자 뿐만 아니라 손 기술이 나쁜 초보자도 골 고정 시스템을 이용하여 골 고정 시술을 충분히 수행할 수 있다는 점을 나타낸다.
Figure 112016055159949-pat00003
표 3에서, 전문가 집단에서 드릴의 주사 경로와 스크류 보어가 정렬되는 정도를 나타내는 척도인 angle 절대값이 비교하여 도시된다.
angle 절대값은 두 집단 간에 통계적으로 유의한 차이가 나는 경향성이 관찰되었다[t(29)=1.750, p=.091] 또는 두 집단 간 차이가 관찰되지 않았다[t(29)=1.750, p >.05]것을 나타낸다.
a 절대값은 두 집단 간 차이가 관찰되지 않았다[t(29)=.320, p=.751 or p >.05]는 것을 나타낸다.
b 절대값은 두 집단 간 차이가 관찰되지 않았다[t(29)=.526, p=.603 or p >.05]는 것을 나타낸다.
b-a 절대값은 두 집단 간에 통계적으로 유의한 차이가 나는 경향성이 관찰되었다[t(29)=1.709, p=.098] 또는 두 집단 간 차이가 관찰되지 않았다[t(29)=1.709, p >.05]는 것을 나타낸다.
상기 결과를 기초로, p>.05 에 해당되어 전문가 집단 내에서도 차이가 관찰되지 않은 점에 비추어 골 고정 시스템을 이용하여 골 고정 시술을 수행하는 데 있어 전문가 집단 사이의 전문적인 술기 능력이 필요하지 않음을 나타낸다.
종합하면, 시술의 정확도를 측정하는 실험은 총 45회 실시되었으며, 고정 나사 주사에 실패한 경우가 없었다. 결과적으로, 스크류 보어의 중심으로부터 거리 오차(distance error)는 ±1.3mm 이내였으며, 방향 오차(directional error)는 ±3° 이내 였다. 이로 인하여, 스크류 보어에 고정 나사를 주사하는 수술 시간이 대폭 감소하였고, 환자와 술자 모두에 대한 방사선 노출 시간을 현저하게 감소시킬 수 있었다.
이하, 일 실시예에 따른 골 고정 장치를 포함하는 골 고정 시스템의 작동을 설명한다.
술자(operator)는 3차원 스캐닝을 통하여 네일(200)의 형상 데이터를 획득할 수 있다.
획득한 네일(200)의 형상 데이터에 기초하여 마커 모듈(300)의 제1 광 조사기(330a) 및 제2 광 조사기(330b)로부터 조사되는 빛이 만나 이루는 교선으로부터 임의의 위치에 주사 삽입점이 표시된다.
제1 광 조사기(330a) 및 제2 광 조사기(330b)는, 제1 아암 조절 부재(340a) 및 제2 아암 조절 부재(340b)에 의한 제1 아암(320a) 및 제2 아암(320b)의 각도 조절과 제1 아암(320a)의 일 단 및 제2 아암(320b)의 일 단에 연결된 틸팅 부재(370a, 370b)의 각도 조절을 통하여, 3차원 스캐닝을 통하여 획득한 네일(200)의 형상 데이터로부터 네일(200)의 제2 스크류 보어(220)의 위치를 향하도록 광을 조사할 수 있다. 이로 인하여 임의의 위치에 표시된 주사 삽입점이 제2 스크류 보어(220)를 관통하도록 표시될 수 있다.
술자(operator)는 타겟팅 가이드(100)를 조절하여 네일(200)을 인체의 필요한 부위에 삽입할 수 있다.
이후, 술자는 타겟팅 가이드(100)의 관통 보어(110) 및 상기 관통 보어(110)에 정렬된 제1 스크류 보어(210)를 관통하는 고정 나사를 삽입할 수 있다.
이후, 인체 조직에 가려져 보이지 않는 제2 스크류 보어(220)를 향하여, 인체 조직 상의 피부 위에 표시된 주사 삽입점에 대하여 드릴(400)로 고정 나사를 삽입할 수 있다.
이후, 골수내정 자세 감지부(120) 및 드릴 자세 감지부(410)로부터 네일의 자세 정보 및 드릴의 자세 정보가 측정될 수 있고, 측정된 자세 정보에 기초하여 드릴(400)의 주사 경로가 제2 스크류 보어(220)에 정렬되도록 드릴(400)의 주사 방향이 보상될 수 있다. 이 때, 술자는 드릴(400)의 주사 경로가 제2 스크류 보어(220)에 정렬되고 있는지 표시부(600)를 통하여 측정된 드릴의 자세 정보를 실시간으로 확인할 수 있고, 이로 인하여 고정 나사의 정확한 주사가 가능할 수 있다.
일 실시예에 따른 위치 표시 장치는, 건축, 의료, 정밀 기기 등 다양한 분야에서 원하는 위치를 빛을 사용하여 정확하게 표시할 수 있다는 장점, 대상물에 직접적인 물리력을 가하지 않고 위치를 표시할 수 있다는 장점을 갖는다.
일 실시예에 따른 수술용 위치 표시를 위한 골 고정 장치는 골 내 드릴링이 요구되는 구멍의 위치에 대해 방사선 촬영없이 위치를 정확하게 표시할 수 있다는 장점, 공간이나 비용의 제약 없이 위치를 표시할 수 있다는 장점을 갖는다.
일 실시예에 따른 주사 정확도를 향상시키기 위한 골 고정 장치 및 이를 포함하는 골 고정 시스템은 골수내정의 자세 및 드릴의 자세를 측정하여 인체로 주사하는 드릴의 주사 방향의 오차를 현저하게 감소시킬 수 있다는 장점, 술자에게 드릴의 주사 방향에 대해 직관적으로 인식할 수 있는 형태로 정보를 제공할 수 있다는 장점을 갖는다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
1 : 골 고정 장치
100 : 타겟팅 가이드
200 : 네일
210 : 제1 스크류 보어
220 : 제2 스크류 보어
300 : 마커 모듈

Claims (8)

  1. 골 고정 시스템에 있어서,
    상기 골 고정 시스템은,
    타겟팅 가이드;
    상기 타겟팅 가이드에 연결되고, 스크류 보어를 구비한 네일; 및
    상기 스크류 보어로 고정 나사를 주사하는 드릴;
    을 포함하고,
    상기 골 고정 시스템은,
    상기 타겟팅 가이드 또는 상기 네일에 설치되고, 상기 네일의 자세 정보를 측정하는 골수내정 자세 감지부;
    상기 드릴에 설치되고, 상기 드릴의 자세 정보를 측정하는 드릴 자세 감지부; 및
    상기 드릴에 설치되고, 상기 네일의 자세 정보와 상기 드릴의 자세 정보에 기초하여 상기 드릴의 주사 경로가 상기 스크류 보어에 정렬되도록 상기 스크류 보어에 대한 드릴의 주사 방향 정보를 보정하는 주사 방향 보정부;
    를 더 포함하고,
    상기 주사 방향 보정부는, 상기 네일의 자세 정보 중 요(yaw) 값과 드릴의 자세 정보 중 요(yaw) 값이 직각이 되도록 상기 드릴의 주사 방향을 보상하고,
    상기 주사 방향 보정부는, 보정된 드릴의 주사 방향 정보를 주사 입사각 정보로 변환하고,
    상기 골 고정 시스템은,
    상기 드릴의 자세 정보 중 피치, 요 또는 상기 주사 입사각 정보가 설정 목표값에 도달하면, 드릴의 위치 정보, 드릴의 회전 정보 및 주사 유도 표시를 표시하는 표시부;
    를 더 포함하는, 주사 정확도를 향상시키기 위한 골 고정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 드릴 자세 감지부는, 실시간으로 주사 방향을 측정하고,
    상기 주사 방향 보정부는, 실시간으로 측정된 주사 방향에 기초하여 주사 입사각 정보로 변환하는, 주사 정확도를 향상시키기 위한 골 고정 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 골수내정 자세 감지부는, 상기 네일의 3축 방향에 대한 중력가속도, 각속도 또는 자기장을 포함하는 네일의 자세 정보를 측정하는 관성 센서를 포함하는, 주사 정확도를 향상시키기 위한 골 고정 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 타겟팅 가이드 또는 상기 네일에 설치되고, 상기 골수내정 자세 감지부로부터 상기 네일의 자세 정보를 상기 주사 방향 보정부로 전달하는 통신부를 더 포함하는, 주사 정확도를 향상시키기 위한 골 고정 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 표시부는, 상기 드릴의 주사 경로를 더 표시하고,
    상기 표시부는, 상기 주사 유도 표시를 상기 드릴의 주사 경로 중 말단 부분에 원 또는 점으로 표시하는, 주사 정확도를 향상시키기 위한 골 고정 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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