KR101910913B1

KR101910913B1 - 원위 표적화를 위한 정렬 장치

Info

Publication number: KR101910913B1
Application number: KR1020137022460A
Authority: KR
Inventors: 아드리안 바움가르트너
Original assignee: 신세스 게엠바하
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2012-01-17
Publication date: 2018-10-24
Also published as: JP6013369B2; BR112013018827A2; EP2667799B1; CN103338716A; CN106974702B; EP2667799A1; CN103338716B; CA2825983A1; US9924956B2; US20130018381A1; CN106974702A; WO2012102901A1; KR20140008352A; JP2014511208A; CA2825983C

Abstract

조준 장치의 조준 구멍을 골수내 못의 로킹 구멍과 정렬시키기 위한 장치이다. 정렬 장치는 골수내 못에 부착가능한 조준 장치의 조준 구멍을 통해 삽입되도록 크기 설정되고 형상화되는 감지 유닛을 포함한다. 감지 유닛은 자석에 의해 생성되는 자기장을 검출하고, 자석에 대한 제1 및 제2 위치들에서 자기장 파라미터에 기초하여 정렬 신호를 출력한다.

Description

원위 표적화를 위한 정렬 장치{ALIGNMENT DEVICE FOR DISTAL TARGETING}

우선권 주장

본 출원은, 그 전체 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함된, 2011년 1월 28일자로 출원되고 발명의 명칭이 "원위 표적화를 위한 정렬 장치(Alignment Device for Distal Targeting)"인 미국 가출원 제61/437,182호에 대한 우선권을 주장한다.

골절을 처치하기 위해 골수내 못(intramedullary nail)이 흔히 장골의 골수강(medullary canal) 내로 삽입되고, 못의 로킹 구멍(locking hole)을 통해 삽입되는 로킹 나사에 의해 골수강 내에 고정된다. 삽입 전에, 조준 구멍들을 포함하는 조준 장치(aiming device)가 골수내 못에 부착될 수 있는데, 이때 드릴 및/또는 로킹 나사들을 로킹 구멍들로 안내하기 위해 조준 장치의 조준 구멍들이 로킹 구멍들과 실질적으로 정렬된다. 그러나, 골수내 못을 뼈 내로 삽입하는 것은 흔히 골수내 못의 변형을 초래하여 로킹 구멍들을 조준 구멍들과의 정렬로부터 벗어나게 이동시킨다. 현재, 외과 의사 또는 다른 사용자는 조준 장치의 조준 구멍들을 골수내 못의 로킹 구멍들과 정렬시키는 데 필요한 조절을 결정하기 위해 X-선 이미지를 이용할 수 있다.

국제공개공보 WO 2010/123879 (2010.10.28) 국제공개공보 WO 2009/109371 (2009.09.11) 유럽 특허 공개 공보 EP 1 902 679 (2008.03.26) 미국 특허 공개 공보 US 5 127 913 (1992.07.07)

본 발명은 조준 장치의 조준 구멍을 골수내 못의 로킹 구멍과 정렬시키기 위한 정렬 장치에 관한 것이다. 정렬 장치는 골수내 못에 부착가능한 조준 장치의 조준 구멍을 통해 삽입되도록 크기 설정되고 형상화되는 감지 유닛(sensing unit)을 포함한다. 감지 유닛은 자석에 의해 생성되는 자기장을 검출하고, 자석에 대한 제1 및 제2 위치들에서 자기장 파라미터에 기초하여 정렬 신호를 출력한다.

<도 1>
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 시스템의 사시도.
<도 2>
도 2는 도 1의 시스템의 다른 사시도.
<도 3>
도 3은 도 1의 시스템의 또 다른 사시도.
<도 4>
도 4는 뼈 내로의 삽입 시 골수내 못의 변형을 도시하는 도면.
<도 5>
도 5는 도 1의 시스템에 따른 골수내 못에 결합된 조준 장치를 도시하는 도면.
<도 6>
도 6은 도 1의 시스템의 측단면도.
<도 7>
도 7은 도 1의 시스템에 따른 감지 유닛의 사시도.
<도 8>
도 8은 도 7의 센서에 의해 감지되는 예시적인 차동 전압을 예시한 그래프.
<도 9>
도 9는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 감지 유닛의 사시도.
<도 10>
도 10은 본 발명의 또 다른 대안적인 실시예에 따른 감지 유닛의 사시도.
<도 11>
도 11은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 시스템의 사시도.
<도 12>
도 12는 도 11의 시스템의 단면도.
<도 13>
도 13은 도 11의 시스템에 따른, 대칭 필드(field)를 갖는 차이 신호의 그래프.
<도 14>
도 14는 도 11의 시스템에 따른, 비대칭 필드 왜곡을 갖는 차이 신호의 그래프.
<도 15>
도 15는 도 11의 시스템의 감지 유닛의 대안적인 실시예를 도시하는 도면.
<도 16>
도 16은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 감지 유닛의 다른 실시예를 도시하는 도면.

본 발명은 하기의 설명 및 첨부 도면을 참조하여 추가로 이해될 수 있으며, 첨부 도면에서 유사한 요소들은 유사한 도면 부호로 지칭된다. 본 발명은 뼈를 처치하기 위한 장치, 특히 조준 장치의 하나 이상의 조준 구멍들과 골수내 못의 대응하는 로킹 구멍들의 정렬을 보장하는 장치에 관한 것이다. 본 발명의 예시적인 실시예들은 골수내 못 내로 삽입되는 자석과, 자석에 대한 센서의 변위를 결정하기 위해 자석에 의해 생성되는 자기장을 검출하는 적어도 하나의 센서를 기술한다. 변위는 이어서 조준 장치를 조절하여 그 조준 구멍들이 로킹 구멍과 정렬되게 하는 데 사용된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같은 용어 "근위(proximal)" 및 "원위(distal)"는 장치의 사용자를 향하는 방향(근위) 및 사용자로부터 멀어지는 방향(원위)을 말한다.

도 1 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 시스템(100)은 조준 장치(106)의 조준 구멍(104)과 골수내 못(110)의 로킹 구멍(108)의 정렬을 위한 정렬 안내 장치(102)를 포함한다. 로킹 구멍(108)은 예를 들어 골수내 못(110)의 원위 부분을 통해 횡방향으로 연장되고, 이를 통해 뼈 고정 요소를 수용하도록 크기 설정되고 형상화된다. 조준 장치(106)는 조준 구멍(104)과 로킹 구멍(108)이 실질적으로 정렬되도록(즉, 조준 구멍(104)의 중심축이 로킹 구멍(108)의 중심축과 동축임) 골수내 못(110)에 결합되어, 드릴 및/또는 뼈 고정 요소가 예를 들어 안내 슬리브(130)를 통해 로킹 구멍(108) 내로 안내될 수 있게 한다. 그러나, 뼈의 골수강 내로의 골수내 못(110)의 삽입 시, 도 4에 도시된 바와 같이, 골수내 못(110)이 변형되어, 로킹 구멍(108)의 중심축이 조준 구멍(104)의 중심축과 더 이상 정렬되지 않게 할 수 있다. 정렬 안내 장치(102)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 로킹 구멍(108)에 근접한 골수내 못(110)의 길이방향 채널(128) 내로 삽입되는 자석(116)을 포함하는 제1 구성요소(112)와, 로킹 구멍(108)에 대한 조준 구멍(104)의 변위를 결정하기 위해 조준 구멍(104) 및/또는 안내 슬리브(130)를 통해 삽입되는 감지 유닛(118)을 포함하는 제2 구성요소(114)를 포함한다. 정렬 안내 장치(102)는 조준 구멍(104)과 로킹 구멍(108)의 정렬 및/또는 조준 구멍(104)을 로킹 구멍(108)과 정렬시키기 위한 조준 장치(106)의 필요한 조절을 표시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 조준 장치(106)는 예를 들어 관통 연장되는 조준 구멍(104)을 포함하는 그의 원위 부분(120)을 그의 근위 부분(122)에 대해 피벗시킴으로써 조절될 수 있다. 원위 부분(120)은 정렬 안내 장치(102)가 조준 구멍(104)과 로킹 구멍(108)이 올바르게 재정렬되었음을 표시할 때까지 이동될 수 있다. 더욱 상세히 후술되는 바와 같이, 조준 장치(106)가 다수의 조준 구멍(104)들을 포함할 수 있고, 각각의 조준 구멍이 정렬 안내 장치(102)를 사용하여 골수내 못(110) 내의 각자의 로킹 구멍(108)과 정렬될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.

정렬 안내 장치(102)의 제1 구성요소(112)는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 근위 단부(도시되지 않음)로부터 자석(116)에 부착되는 원위 단부(126)로 길이방향으로 연장되는 로드(rod)(124)를 포함한다. 자석(116)과 로드(124)는 골수내 못(110)의 채널(128)을 통해 활주되도록 그리고 로킹 구멍(108)들 중 선택된 구멍 내에 또는 그에 근접하여 위치되도록 크기 설정되고 형상화된다. 자석(116)은 예를 들어 선택된 로킹 구멍(108)의 중심축과 교차하여 채널(128) 내에 위치된다(예컨대, 못(110)의 대향 측들의 선택된 로킹 구멍(108)의 개방부들 사이에 위치됨). 대안적으로, 자석(116)은 로킹 구멍(108) 부근에, 로킹 구멍(108)을 한정하는 개방부들에 대해 바로 근위에 또는 원위에 위치될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 자석(116)은 로킹 구멍(108)에 대해 바로 근위에 위치되어, 외과 의사가 뼈 및 로킹 구멍(108)을 통해 구멍을 드릴링하기 전에 제거될 필요가 없게 한다. 자석(116)은 예를 들어, 극성들이 로드(124)의 길이방향 축과 축방향으로 정렬된 상태로 배향되는 막대 자석일 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 자석(116)은 대략 10 ㎜의 길이와 4 ㎜의 폭을 가질 수 있다. 그러나, 자석(116)이 골수내 못(110)의 채널(128)을 통해 삽입가능한 한 자석(116)이 임의의 다양한 형상 및 크기일 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 로드(124)의 길이는, 제1 구성요소(112)가 못(110) 내로 삽입될 때, 자석(116)이 채널(128) 내에서 로킹 구멍(108)에 대응하는 하나 이상의 원하는 위치들로 삽입될 수 있게 골수내 못(110)의 길이에 대응하도록 선택된다. 다른 실시예에서, 로드(124)는 로드(124)가 로킹 구멍(108)에 대한 원하는 위치를 달성하기 위해 못(110) 내로 삽입되어야 하는 길이를 표시하도록 그 길이를 따라 마킹들을 포함할 수 있다.

제2 구성요소(114)는 근위 단부(134)로부터 원위 단부(136)로 길이방향으로 연장되는 그리고 감지 유닛(118)을 포함하는 프로브(probe)(132)를 포함한다. 예를 들어, 감지 유닛(118)은 프로브(132) 내에 고정되는 인쇄 회로 기판(PCB)(133)에 장착될 수 있다. 제2 구성요소(114)는 또한 프로브(132)의 근위 단부(134)에서 표시기(138)를 포함할 수 있다. 프로브(132)는 조준 장치(106)의 조준 구멍(104)을 통해 삽입되는 안내 슬리브(130)를 통해 삽입될 수 있다. 안내 슬리브(130)는 예를 들어 뼈의 드릴링 및/또는 못(110) 내로의 뼈 고정 요소의 삽입 동안에 사용되는 드릴 슬리브 또는 보호 슬리브일 수 있다. 안내 슬리브(130)는 그 원위 단부가 뼈와 접촉할 때까지 환자의 피부 및 연조직을 통해 밀어 넣어질 수 있다. 프로브(132)의 길이는, 작동 위치에서 그 원위 단부(136)가 안내 슬리브(130)의 원위 단부에 인접하거나 그를 지나 원위방향으로 연장되도록 선택되어, 안내 슬리브(130)가 뼈에 맞닿아 위치된 때 감지 유닛(118)이 못(110) 내의 자석(116)에 최대한 근접하게 한다. 예를 들어, 프로브(132)의 길이는 대략 160 ㎜일 수 있다. 프로브(132)의 폭은, 안내 슬리브(130)를 통한 프로브(132)의 활주가능한 삽입을 허용하면서 프로브(132)의 길이방향 축이 안내 슬리브(130)의 길이방향 축과 동축임을 보장하도록 선택된다. 예를 들어, 프로브(132)는 대략 8 ㎜의 폭(예컨대, 직경)을 가질 수 있다. 그러나, 프로브(132)가 조준 구멍(104) 및/또는 안내 슬리브(130)를 통해 동축으로 삽입가능한 한 프로브(132)가 임의의 다양한 길이 및 폭을 가질 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.

표시기(138)는 감지 유닛(118)으로부터 정렬 정보를 수신하는 입력 장치, 및 로킹 구멍(108)에 대한 조준 구멍(104)의 정렬 및/또는 오정렬을 표시하는 디스플레이(140)를 포함한다. 예를 들어, 디스플레이(140)는 2개의 방향 표시기들 및 정렬 표시기를 포함할 수 있다. 방향 표시기는 조준 장치(106)가 조준 구멍(104)을 로킹 구멍(110)과 정렬시키기 위해 이동되어야 하는 방향을 표시하는 포인터 또는 화살표일 수 있다. 정렬 표시기는 예를 들어 조준 구멍(104)과 로킹 구멍(108)의 정렬이 달성되었을 때 표시하는 형상체 또는 심볼일 수 있다. 디스플레이(140)는 예를 들어 조준 장치(106)의 조절이 필요한지를 그리고 만일 그렇다면 조준 장치(108)가 어느 방향으로 이동되어야 하는지를 보이기 위해 방향 표시기 또는 정렬 표시기 중 하나를 조명하도록 입력 장치로부터 정렬 정보를 수신할 수 있다. 디스플레이(140)가 조명가능한 표시기를 포함하는 것으로 기술되지만, 디스플레이(140)가 조준 구멍(104)과 로킹 구멍(108) 사이의 정렬을 표시하는 한 임의의 다양한 디스플레이 특징부가 사용될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 감지 유닛(118)은 자석(116)에 의해 생성되는 자기장을 검출한다. 감지 유닛(118)은 임의의 다양한 방식으로 프로브(132) 내에 배열될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 감지 유닛(118)은 정렬 정보를 제공하기 위한 각각 제1 및 제2 센서(118a, 118b)들과, 이상의 존재를 식별하기 위한 제3 센서(118c)를 포함한다. 제1 및 제2 센서(118a, 118b)들은 프로브(132)의 대향 측들에서 프로브(132)의 원위 단부(136)에서 그리고 프로브(132)를 따라 길이방향으로 동일한 길이방향 위치에서 감지 쌍을 형성한다. 예를 들어, 제1 및 제2 센서(118a, 118b)들은 동일한 길이방향 위치에서 그리고 그 대향 측들에서 PCB(133)에 납땜될 수 있다. PCB(133)는 감지 유닛(118)이 프로브의 원위 단부(136)에 위치되도록 프로브(132) 내에 고정될 수 있다. 제3 센서(118c)는 제1 및 제2 센서(118a, 118b)들로부터 근위방향으로 PCB(133) 상에 위치될 수 있다. 제3 센서(118c)는 그 중심축이 PCB(133)의 중심축과 정렬되도록 위치된다.

제1 및 제2 센서(118a, 118b)들은 상이한 위치들에서 (예컨대, 필드 벡터 또는 필드 강도와 같은) 자석(116)에 의해 생성되는 자기장의 파리미터를 감지하도록 구성된다. 센서(118a, 118b)들은 1차원 센서, 2차원 센서, 3차원 센서 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 제1 및 제2 센서(118a, 118b)들은 자기장 파라미터들에 대응하는 신호를 2차원 또는 3차원으로 출력하도록 배열된다. 센서(118a, 118b)들로부터의 이들 신호는 표시기(138)의 입력 장치에 의해 수신되고, 선택된 로킹 구멍(108)과의 원하는 정렬을 달성하기 위해 조준 장치(106)의 필요한 조절을 결정하도록 분석된다. 이러한 정보는 이어서 디스플레이(140) 상에 나타내어질 수 있다. 제3 센서(118c)는 골수내 못(110) 내의 자석(116)으로부터의 자기장과 간섭할 수 있는 감지 공간 내의 또는 감지 공간 주위의 이상 또는 자기 아티팩트(magnetic artifact)의 존재에 의해 영향을 받을 수 있다. 제3 센서(118c)는 자기장 파라미터, 예를 들어 자기장 강도에 대응하는 신호를 출력한다. 이상이 존재하지 않는 제1 상황에서, 제3 센서는 센서(118a, 118b)들이 원하는 정렬을 달성하였을 때, 원하는 수준의 파라미터, 예를 들어 최대 필드 강도에 도달된 것을 표시하는 신호를 출력한다. 이상이 존재하는 제2 상황에서, 센서(118a, 118b)들이 원하는 정렬이 달성되었음을 표시할 때, 제3 센서(118c)는 원하는 수준의 파라미터에 도달되지 않았음을 표시할 수 있다. 제2 상황에서, 조준 장치(106)는 원하는 정렬 신호와 원하는 수준 신호 사이에 불일치가 있기 때문에 이상이 존재함을 표시하는 신호를 출력할 수 있다. 따라서, 제3 센서(118c)는 신뢰성 있는 감지가 가능한지를 결정하기 위해 사용되는 표시기이다. 예를 들어, 제3 센서(118c)가 이상의 존재를 식별한 때, 신뢰성 있는 감지가 가능하지 않음이 결정될 수 있다.

도 8은 제1 및 제2 센서(118a, 118b)들에 의해 검출되는 필드 성분들에서의 예시적인 차이를 보여준다. 조준 장치(106)는, 센서(118a, 118b)들 각각이 자석(116)과의 정렬, 즉 조준 구멍(104)과 로킹 구멍(108)의 정렬을 표시하는 대향 방향들로의 동일한 벡터 또는 강도를 갖는 필드를 검출할 때까지 표시기(138)에 의해 지시되는 대로 조절된다. 따라서, 정렬은 제1 및 제2 센서(118a, 118b)들에 의해 출력되는 신호들 사이의 차이가 실질적으로 0(즉, 사전결정된 한계치 수준 미만)일 때 표시될 수 있다. 그러나, 예를 들어 제1 및 제2 센서(118a, 118b)들의 신호들의 가산, 증배, 분배를 통한 다른 분석들이 요구되는 대로 수행될 수 있다.

다른 실시예에서, 도 9에 도시된 바와 같이, 감지 유닛(118')은 프로브(132')의 원위 단부(136')에 실질적으로 유사한 방식으로 배치될 수 있는 제1 및 제2 센서(118a', 118b')들을 포함한다. 특히, 제1 및 제2 센서(118a', 118b')들은 PCB(133')를 따라 동일한 길이방향 위치에서 그의 대향 측들에 배열된다. PCB(133')는 프로브(132') 내에 고정된다. 그러나, 제1 및 제2 센서(118a', 118b')들은 센서(118a', 118b')들이 프로브(132')의 원위 단부(136')로부터 필드 성분의 거리를 측정하도록 하는 1차원 센서이다. 차동 전압이 방향 및 그의 올바른 정렬을 표시한다.

다른 실시예에서, 도 10에 도시된 바와 같이, 감지 유닛은 프로브(132")의 원위 단부(136") 내의 단일 센서(118")를 포함한다. 단 하나의 센서(118")만이 있기 때문에, 차동 신호(예컨대, 전압차)가 생성될 수 없다. 따라서, 이 실시예에서, 조준 구멍(104)을 통해 삽입된 프로브(132") 및 센서(118")를 포함한 조준 장치(106)는, 조준 구멍(104)이 로킹 구멍(108)과 정렬된 것을 표시기(138)가 표시할 때까지 이동된다. 프로브(132")가 이동될 때, 차동 신호는 올바른 정렬을 결정하기 위한 시간의 단위에 따라 이산적으로 관측된다.

시스템(100)을 사용하는 예시적인 수술 기술에 따르면, 조준 구멍(104)이 로킹 구멍(108)과 실질적으로 정렬되도록 조준 장치(106)가 골수내 못(110)에 부착된다. 이어서 골수내 못(110)이 뼈의 골수강 내로 삽입된다. 뼈 내로의 삽입 시, 골수내 못(110)이 변형되어 로킹 구멍(108)이 조준 구멍(104)과 더 이상 정렬되지 않게 할 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 조준 장치(106)는 임의의 변형을 보상하기 위해 조절되어야 한다. 조준 장치(106)의 필요한 조절을 결정하기 위해, 전술된 바와 같이, 자석(116)이 로킹 구멍(108)에 근접하게 위치되도록 정렬 안내 장치(102)의 제1 구성요소(112)가 골수내 못(110)의 채널(128) 내로 삽입된다. 이어서, 감지 유닛(118)이 로킹 구멍(108)의 예상 위치에 가까운 피부에 인접한 안내 슬리브(130)의 원위 단부에 근접하게 위치될 때까지, 조준 구멍(104)을 통해 삽입되었던 안내 슬리브(130)를 통해 제2 구성요소(114)의 프로브(132)가 삽입된다. 감지 유닛(118)은 전술된 센서 구성들 중 임의의 것일 수 있다.

감지 유닛(118)은 감지 유닛(118)이 자석(116)과 정렬되어 있는지, 즉 조준 구멍(104)이 로킹 구멍(108)과 정렬되는지를 결정하기 위하여 자석(116)에 의해 생성되는 자기장을 신체 내로부터 검출한다. 표시기(138)는 조준 구멍(104)과 로킹 구멍(108)이 정렬되어 있는지를 사용자에게 표시한다. 조준 구멍(104)과 로킹 구멍(108)이 정렬되지 않으면, 사용자는 원하는 정렬이 달성될 때까지 조준 장치(106)의 적어도 일부분을 골수내 못(110)에 대해 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 사용자는 원위 부분(120)을 근위 부분(122)에 결합시키는 노브(142)를 풀어 원위 부분(120)을 노브(142)의 핀 부분을 중심으로 피벗시킴으로써 조준 장치(106)의 원위 부분(120)을 근위 부분(122)에 대해 이동시킬 수 있다. 조준 장치(106)는 표시기(138)가 조준 구멍(104)과 로킹 구멍(108)이 정렬되어 있음을 표시할 때까지 이동된다. 이어서 골수내 못(110)에 대한 조준 장치(106)의 정렬 위치를 유지시키기 위해 노브(142)가 조여질 수 있다.

도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 시스템(200)은 시스템(100)과 실질적으로 유사할 수 있는데, 조준 장치의 조준 구멍 및/또는 안내 슬리브의 루멘(lumen)을 골수내 못(210)의 로킹 구멍(208)과 정렬시키기 위한 정렬 안내 장치(202)를 포함한다. 조준 장치 및 안내 슬리브는 시스템(100)에 관하여 전술된 조준 장치(106) 및 안내 슬리브(130)와 실질적으로 유사할 수 있다. 정렬 안내 장치(202)는 또한 정렬 안내 장치(102)와 실질적으로 유사할 수 있는데, 로킹 구멍(208)에 근접한 골수내 못(210)의 길이방향 채널(228) 내로 삽입되는 자석(216)을 포함하는 제1 구성요소(212)와, 로킹 구멍(208)에 대한 그 변위를 결정하기 위해 조준 구멍 및/또는 안내 슬리브를 통해 삽입되는 감지 유닛(218)을 포함하는 제2 구성요소(214)를 포함한다. 그러나, 감지 유닛(218)은 4개의 센서(218a-218d)들을 포함한다. 제1 및 제2 센서(218a, 218b)들은 프로브(232)의 대향 측들에서 프로브(232)의 원위 단부(236)에 그리고 프로브를 따라 실질적으로 동일한 길이방향 위치에 배치된다. 예를 들어, 제1 및 제2 센서(218a, 218b)들은 프로브(232) 내에 고정된 PCB(233)에 고정될 수 있다. 제3 및 제4 센서(218c, 218d)들은 서로에 대해 PCB(233)를 따라 실질적으로 동일한 길이방향 위치에서 제1 및 제2 센서(218a, 218b)들의 근위방향으로 위치된다. 제3 센서(218c)는 제1 센서(218a)와 동일 측에 위치되는 반면, 제4 센서(218d)는 제2 센서(218b)와 동일 측에 위치된다. 제3 및 제4 센서(218c, 218d)들의 중심들은 PCB(233)의 길이를 따라 제1 및 제2 센서(218a, 218b)들의 중심으로부터 대략 5 내지 20 ㎜에 위치될 수 있다.

프로브(232)는 조준 구멍 및/또는 안내 슬리브를 통해 통과되도록 크기 설정되고 형상화된다. 프로브(232)는 예를 들어 대략 8 ㎜의 직경을 가질 수 있다. 제1 및 제2 센서(218a, 218b)들은 센서 유닛(218)이 프로브(232)의 원위 단부(236)에 배치되도록 프로브 내에 고정된 PCB(233)의 대향 측들에 장착될 수 있다. PCB(233)는 1.6 ㎜ 내지 5.0 ㎜ 범위의 폭을 가질 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 예를 들어, 프로브는 3.2 ㎜의 폭을 갖는다. 다시 말하면, 제1 및 제2 센서(218a, 218b)들 사이의 횡방향 거리가 제1 및 제2 센서(218a, 218b)들이 따라서 장착되는 PCB(233)의 폭에 대응한다. 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, PCB(233)의 폭은 제1 및 제2 센서(218a, 218b)들 사이의 횡방향 거리가 제3 및 제4 센서(218c, 218d)들 사이의 횡방향 거리와 동일하도록 일정할 수 있다. 그러나, 제1 및 제2 센서(218a, 218b)들 사이의 횡방향 거리가 제3 및 제4 센서(218c, 218d)들 사이의 횡방향 거리와 동일하지 않도록 PCB(233)의 폭이 그의 길이를 따라 변할 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 예를 들어, 도 15에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 센서(218a, 218b)들이 장착되는 PCB(233)의 부분은 제3 및 제4 센서(218c, 218d)들이 장착되는 PCB(233)의 부분보다 작은 폭을 가져, 이들 사이의 횡방향 거리들이 변하게 할 수 있다. 제1 및 제2 센서(218a, 218b)들 사이의 횡방향 거리와 제3 및 제4 센서(218c, 218d)들 사이의 횡방향 거리가 이들 사이에서 연장되는 중심 평면(예컨대, 프로브(232)의 중심을 통해 그 길이를 따라 연장되는 중심 평면)이 동일하게 유지되는 한 변할 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 또한, 센서(218a-218d)들의 감도가 대체로 횡방향 거리가 커짐에 따라 증가할 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.

제1 및 제2 센서(218a, 218b)들은 자석(216)에 의해 생성되는 자기장의 파라미터를 제1 및 제2 센서(118a, 118b)들의 작동과 유사한 방식으로 감지하도록 구성된다. 제3 및 제4 센서(218c, 218d)들은 자기장의 왜곡을 검출한다. 감지 유닛(118)에 관하여 전술된 바와 같이, 센서(218a-218d)들은 1D, 2D 및 3D 센서들의 임의의 조합일 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 센서(218a-218d)들이 1 필드 성분으로 제한되지 않고 보다 큰 작동 체적이 이용가능하도록 3D 센서가 채용된다. 센서(218a-218d)들은 예를 들어, 하니웰(HONEYWELL)(등록상표) 3D 자기저항 센서, 예컨대 HMC1043 센서, 알레그로(ALLEGRO)(등록상표) 1D 센서, 예컨대 A1395 센서, 및/또는 오스트리아마이크로시스템즈(AUSTRIAMICROSYSTEMS)(등록상표) 1D 센서, 예컨대 AS5510을 포함할 수 있다. 제1 센서(218a)가 제2 센서(218b)와 평형 상태에 있고, 제3 센서(218c)가 제4 센서(218d)와 평형 상태에 있을 때, 시스템은 프로브(232)가 로킹 구멍(208)과 정렬되어 있음을 표시한다. 특히, 도 12에 도시된 바와 같이, 프로브(232)가 자석(216)의 Z-축과 정렬되고 제1 및 제2 센서(218a, 218b)들과 제3 및 제4 센서(218c, 218d)들 둘 모두가 자석(216)의 Y-축을 따라 대칭적으로 분포된 때(예컨대, 제1 센서(218a)의 Y 위치와 제2 센서(218b)의 Y 위치 사이의 차이가 0이고, 제3 센서(218c)의 Y 위치와 제4 센서(218d)의 Y 위치 사이의 차이가 0임), 시스템은 프로브(232) 및 이에 의한 안내 슬리브 및/또는 안내 슬리브가 관통 삽입되는 조준 구멍이 로킹 구멍(208)과 정렬되어 있음을 표시한다. 예를 들어, 도 13의 그래프에 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2 센서(218a, 218b)들과 제3 및 제4 센서(218c, 218d)들 둘 모두에 대한 차동 신호들이 Y=0에서 교차하는데, 이는 적당한 정렬이 달성되었음을 사용자에게 표시한다. 이 정렬은 예를 들어 프로브(232)의 근위 단부에 부착된 디스플레이 상에 표시될 수 있다.

그러나, 제1 및 제2 센서(218a, 218b)들이 평형 상태에 있지만, 제3 및 제4 센서(218c, 218d)들이 평형 상태에 있지 않을 때, 시스템은 이상이 존재하여 정렬을 적당하게 감지할 수 없음을 표시한다. 예를 들어, 도 14의 그래프에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 센서(218a, 218b)들의 차동 신호와 제3 및 제4 센서(218c, 218d)들의 차동 신호 사이의 0점이 동일한 Y-위치에 있지 않는데, 이는 이상이 존재함을 표시한다. 이상의 검출은 디스플레이 상의 점멸하는 LED와 같은 경고 신호를 통해 사용자에게 표시될 수 있다. 사용자는 이어서 경고 신호가 더 이상 표시되지 않을 때까지 이상을 제거하고자 시도할 수 있다. 일단 이상이 제거되었으면, 사용자는 전술된 기술을 사용하여 적당한 정렬을 찾아내고자 계속 시도할 수 있다.

프로브(232)와 로킹 구멍(208)의 정렬은 시스템(100)에 관하여 전술된 바와 실질적으로 유사한 방식으로 결정될 수 있다. 특히, 4개의 센서(218a-218d)들 모두에 대해 자기장의 Y-성분이 결정된다. 이어서 제1 및 제2 센서(218a, 218b)들 사이의 제1 신호 차이(예컨대, 제1 및 제2 센서(218a, 218b)들의 Y-성분들 사이의 차이)와 제3 및 제4 센서(218c, 218d)들 사이의 제2 신호 차이(예컨대, 제3 및 제4 센서(218c, 218d)들의 Y-성분들 사이의 차이)가 계산된다. 제1 및 제2 센서(218a, 218b)들 사이의 신호 차이가 제1 한계치 범위 밖에 있으면, 프로브(232)의 근위 단부에 부착된 디스플레이는 프로브(232)가 관통 삽입되는 조준 장치 및/또는 안내 슬리브가 이동되어야 함을 표시하고, 장치가 차이를 감소시키기 위해 이동되어야 하는 방향을 표시한다. 신호 차이가 범위의 상한보다 크면(즉, 차이가 범위 밖의 양의 값이면), 디스플레이는 장치가 이동되어야 하는 제1 방향을 표시하는 반면, 차이가 범위의 하한보다 작을 때(즉, 차이가 범위 밖의 음의 값일 때), 디스플레이는 조준 장치 및/또는 안내 슬리브가 제2 방향으로 이동되어야 함을 표시한다.

제1 및 제2 센서(218a, 218b)들 사이의 신호 차이가 제1 한계치 범위 내에 있고, 제3 및 제4 센서(218c, 218d)들 사이의 신호 차이가 제2 한계치 범위 내에 있으면, 시스템은 프로브(232)와 조준 장치 및/또는 안내 슬리브가 로킹 구멍(208)과 적당하게 정렬됨을 표시한다. 그러나, 제1 및 제2 센서(218a, 218b)들 사이의 신호 차이가 제1 한계치 범위 내에 있지만, 제3 및 제4 센서(218c, 218d)들 사이의 신호 차이가 제2 한계치 범위 내에 있지 않으면, 디스플레이는 아마도 이상의 존재를 예를 들어 디스플레이 상의 경고 신호를 통해 표시할 수 있다. 제1 및 제2 한계치 범위들은 목표 범위를 나타낸다. 신호 차이의 크기가 센서-자석 거리에 의존하기 때문에, 제1 및 제2 한계치 범위들이 일정하지 않은 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 오히려, 제1 및 제2 한계치 범위들은 자기 신호 강도에 의존하는 함수일 수 있다. 또한, 예시적인 실시예가 Y-성분을 사용한 신호 차이의 계산을 기술하지만, 센서 유닛(218)이 로킹 구멍(208)과의 정렬 및/또는 외란을 검출할 수 있는 한 다양한 다른 구성들이 또한 가능한 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.

센서 유닛(218)이 4개의 센서(218a-218d)들을 포함하는 것으로 구체적으로 기술되지만, 센서 유닛(218)이 4개 초과의 센서들을 포함할 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 예를 들어, 도 16에 도시된 바와 같이, 센서 유닛(318)은 6개의 센서(318a-318f)들을 포함할 수 있다. 센서(318a-318d)들은 시스템(200)에 관하여 전술된 센서(218a-218d)들과 실질적으로 유사할 수 있다. 그러나, 센서 유닛(318)은 제3 및 제4 센서(318c, 318d)들의 근위방향으로 동일한 길이방향 위치에 그리고 프로브(332) 내에 고정되는 PCB(333)의 대향 측들에 위치되는 제5 및 제6 센서(318e, 318f)들을 포함한다. 센서 유닛(318)이 다수의 추가의 센서들을 포함할 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 또한, 추가의 센서들이 정렬 결정의 정확도를 증가시킨다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.

본 발명의 사상 또는 범주로부터 벗어나지 않고서, 본 발명의 구조 및 방법에 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 본 발명의 수정 및 변형이 첨부된 특허청구범위 및 그 등가물의 범주 내에 있게 된다면 이들을 커버하는 것으로 의도된다.

Claims

조준 장치(aiming device)의 조준 구멍을 골수내 못(intramedullary nail)의 로킹 구멍(locking hole)과 정렬시키기 위한 정렬 장치로서,
상기 골수내 못에 부착가능한 상기 조준 장치의 조준 구멍을 통해 삽입되도록 크기 설정되고 형상화되는 프로브를 포함하는 감지 유닛(sensing unit)을 포함하며,
상기 감지 유닛은 자석에 의해 생성되는 자기장을 검출하고, 상기 자석에 대한 제1 및 제2 위치들에서 자기장 파라미터에 기초하여 정렬 신호를 출력하고,
상기 프로브의 폭 및 길이는 상기 프로브가 상기 조준 장치의 조준 구멍을 통해 동축으로 삽입가능하도록 선택되는, 정렬 장치.
제1항에 있어서, 상기 감지 유닛은 단일 센서를 포함하고, 상기 정렬 신호는 상기 감지 유닛을 상기 자석에 대한 상기 제1 및 제2 위치들 사이에서 이동시킴으로써 결정되는, 정렬 장치.
제1항에 있어서, 상기 감지 유닛은 서로로부터 분리되어 상기 프로브의 원위 단부에 부착된 제1 및 제2 센서들을 포함하고, 상기 제1 및 제2 센서들은 상기 프로브의 반대편 측들에 위치되는, 정렬 장치.
제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2 센서들은 목표 위치를 나타내기 위해 자기장 파라미터를 검출하기 위한 필드 센서(field sensor)들인, 정렬 장치.
제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 센서들은 다차원 센서들인, 정렬 장치.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감지 유닛은 상기 자기장에서의 이상을 식별하도록 상기 제1 및 제2 센서들에 대해 근위방향에 위치되는 제3 센서를 포함하는, 정렬 장치.
제6항에 있어서, 상기 감지 유닛은 제4 센서를 포함하고, 상기 제3 및 제4 센서들은 상기 자기장에서의 왜곡을 검출하도록 상기 제1 및 제2 센서들의 근위방향에 위치되는, 정렬 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 현재 위치에 대한 상기 감지 유닛의 목표 위치를 나타내는 표시 장치를 추가로 포함하며, 상기 표시 장치는 상기 감지 유닛이 부착되는 프로브의 근위 단부(proximal end)에 결합되고, 상기 감지 유닛이 상기 조준 구멍을 통해 원하는 거리를 지나 삽입되는 것을 방지하는, 정렬 장치.
제8항에 있어서, 상기 표시 장치는 상기 목표 위치의 방향을 나타내는 제1 표시기 및 상기 목표 위치와 상기 현재 위치의 정렬을 나타내는 제2 표시기 중 하나를 포함하는, 정렬 장치.
제8항에 있어서, 상기 표시 장치는 외란 오차(disturbance error)를 나타내는, 정렬 장치.
조준 장치의 조준 구멍을 골수내 못의 로킹 구멍과 정렬시키기 위한 시스템으로서,
골수내 못의 로킹 구멍에 근접하여 상기 골수내 못의 채널을 통해 삽입되도록 크기 설정되고 형상화되는 자석; 및
상기 골수내 못에 결합되는 조준 장치의 조준 구멍을 통해 삽입되도록 크기 설정되고 형상화되는 프로브를 포함하는 감지 유닛을 포함하며,
상기 감지 유닛은 환자의 신체 내로 삽입된 골수내 못을 통해 삽입되는 상기 자석에 의해 생성되는 자기장을 환자의 신체 밖으로부터 검출하고, 상기 자석에 대한 제1 및 제2 위치들에서 자기장 파라미터에 기초하여 정렬 신호를 출력하고,
상기 프로브의 폭 및 길이는 상기 프로브가 상기 조준 장치의 조준 구멍을 통해 동축으로 삽입가능하도록 선택되는, 시스템.
제11항에 있어서,
뼈의 골수강(medullary canal)을 통해 삽입되도록 크기 설정되고 형상화되는 상기 골수내 못으로서, 상기 골수내 못은 길이방향으로 상기 골수내 못을 통해 연장되는 채널 및 횡방향으로 상기 골수내 못을 통해 연장되는 로킹 구멍을 포함하고, 상기 로킹 구멍은 상기 로킹 구멍을 통해 뼈 고정 요소를 수용하도록 크기 설정되고 형상화되는, 상기 골수내 못;
상기 골수내 못에 결합가능한 조준 장치로서, 상기 조준 장치는 상기 조준 장치를 통해 연장되는 조준 구멍을 포함하여, 상기 조준 장치가 상기 골수내 못에 결합된 때, 상기 조준 구멍의 중심축이 상기 로킹 구멍의 중심축과 실질적으로 동축이도록 하는, 상기 조준 장치; 및
상기 조준 구멍을 통해 삽입되도록 크기 설정되고 형상화되는 안내 슬리브로서, 상기 안내 슬리브는 상기 안내 슬리브를 통해 연장되는 루멘(lumen)을 포함하고 근위 단부로부터 원위 단부로 길이방향으로 연장되는, 상기 안내 슬리브
를 추가로 포함하는, 시스템.
제11항에 있어서, 상기 프로브는 근위 단부로부터 원위 단부로 길이방향으로 연장되고, 상기 감지 유닛은 상기 프로브의 반대편 측들에서 상기 프로브의 상기 원위 단부에 부착되는 제1 및 제2 센서들을 포함하는, 시스템.
제13항에 있어서, 상기 감지 유닛은 상기 제1 및 제2 센서들의 근위방향에서 상기 프로브에 부착되는 제3 센서를 포함하는, 시스템.
제14항에 있어서, 상기 감지 유닛은 상기 제1 및 제2 센서들의 근위방향에서 상기 프로브에 부착되는 제4 센서를 포함하고, 상기 제3 및 제4 센서들은 상기 자기장의 왜곡을 검출하도록 상기 프로브의 반대편 측들에 부착되는, 시스템.
제11항에 있어서, 상기 감지 유닛은 상기 제1 및 제2 위치들 사이에서의 이동을 통해 상기 정렬 신호를 판단하는 단일 센서를 포함하는, 시스템.
제11항에 있어서, 상기 자석은 상기 골수내 못 내에서의 상기 자석의 원하는 위치에 대응하는 길이를 갖는 로드(rod)의 원위 단부에 부착되는, 시스템.
제1항에 있어서, 상기 프로브는 상기 조준 구멍을 통해 삽입되는 안내 슬리브의 루멘을 통한 삽입을 위해 크기 설정되고 형상화되는, 정렬 장치.
제11항에 있어서, 상기 프로브는 상기 조준 구멍을 통해 삽입되는 안내 슬리브의 루멘을 통한 삽입을 위해 크기 설정되고 형상화되는, 시스템.
조준 장치의 조준 구멍을 골수내 못의 로킹 구멍과 정렬시키기 위한 정렬 장치로서,
상기 골수내 못에 부착가능한 상기 조준 장치의 조준 구멍을 통해 삽입되는 안내 슬리브의 루멘을 통한 삽입을 위해 크기 설정되고 형상화되는 감지 유닛을 포함하며, 상기 감지 유닛은 자석에 의해 생성되는 자기장을 검출하고, 상기 자석에 대한 제1 및 제2 위치들에서 자기장 파라미터에 기초하여 정렬 신호를 출력하는, 정렬 장치.
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