KR102084534B1

KR102084534B1 - 컴퓨터 지원 로봇 수술을 위한 방법, 장치 및 시스템

Info

Publication number: KR102084534B1
Application number: KR1020157009317A
Authority: KR
Inventors: 데니스 에이 밀러; 로즈 에이 치프리아노; 루 리
Original assignee: 씽크 써지컬, 인크.
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2020-03-04
Also published as: KR20150127025A; US20190201214A1; US20160038243A1; US10441434B2; EP2967661B1; WO2014159924A1; JP2016512113A; US20240041614A1; JP6450741B2; EP2967661A1; EP2967661A4

Abstract

본 발명은 컴퓨터 지원 로봇 수술의 계획 및 실행을 위한 방법, 장치 및 시스템을 제공한다. 상기 방법은 뼈와 보철에 관한 정보를 수집하고, 이 정보를 이용하여 가상의 모델 및 시뮬레이션을 작성하며, 컷 파일을 생성함에 있어서 사용자 재량에 기초한 입력을 선택적으로 수신하고, 수술 중에 컷 경로의 실행을 위한 지시를 생성하는 방법을 포함한다. 상기 시스템 및 장치는 컴퓨터와 주변 장치를 포함하고 구성요소들을 기능적인 시스템에 함께 링크하도록 셋업한다.

Description

컴퓨터 지원 로봇 수술을 위한 방법, 장치 및 시스템{METHODS, DEVICES AND SYSTEMS FOR COMPUTER-ASSISTED ROBOTIC SURGERY}

본 출원은 2013년 3월 13일에 출원된 미국특허 가출원 제61/780,878호의 우선권을 주장하는 것으로, 참조로 본 명세서에 포함된다.

본 발명은 일반적으로 정형 보철 이식 수술에 관한 것으로, 보다 구체적으로 뼈에 대한 정형 보철의 이식 수술을 계획하고 실행하기 위한 신규의 유용한 방법 및 시스템에 관한 것이다.

평생 동안, 뼈와 관절은 정상적인 사용 및 충격적인 사건을 통해 손상되고 닳게 된다. 관절 연골 및 연골하골을 포함하는 관절의 이러한 저하는 관절염으로서 알려져 있고 관절 통증, 압통, 결림 및 잠재적인 록킹을 포함하는 증상을 초래한다.

관절 대체 관절성형술은 관절의 관절염 표면이 보철 요소로 대체되는 정형 절차이다. 이동을 제한할 수 있는 관절 통증 또는 기능 장애를 없애주기 위한 기본적인 형태의 치료가 고려되고 있다. 관절 성형술 절차 중에, 뼈와 관절 연골의 단부가 보수되거나 대체될 수 있다.

보철의 정확한 배치 및 정렬은 관절 성형술 절차의 성공을 결정하는 큰 인자이다. 약간의 오정렬은 피복 특성을 빈약하게 하고, 기능성을 감소시키며, 지속성을 감소시키는 것을 초래할 수 있다. 정확하고 내구성이 있는 이식을 얻기 위해서는, 뼈와 보철의 정확한 정렬 뿐만 아니라, 신뢰성 및 내구성이 있는 고정을 달성하도록 뼈 내에 보철의 정확한 위치맞춤을 달성해야만 한다.

이들 목적을 달성하기 위해서, 뼈의 3차원 모델, 보철의 모델 및 모델간(model-in-model) 시뮬레이션을 제공할 수 있는 컴퓨터 지원 방법 및 시스템이 개발되고 있다. 이들 모델 및 시뮬레이션에 기초하여, 상기 방법 및 시스템은 컴퓨터 지원 수술 절차에서 제거될 뼈 양(volume)의 3차원 모델을 생성할 수 있고, 뼈 내에 이들 제거된 양의 최적의 위치맞춤을 안내할 수 있다. 그러면 뼈 양을 제거하기 위한 컷(cut) 경로를 특정하는 커팅 파라미터를 갖는 컷 파일(cut-file)이 생성될 수 있고, 컴퓨터 지원 수술에 사용될 수 있다.

도 1은 공동 소유의 종래기술(Sahay 등에 의한 미국특허 제5,824,085호)에 따른 경로를 도시한다. 도 1에는, 뼈의 스캐닝된 이미지로부터 뼈 모델을 생성하는 단계 001로부터 시작해서, 보철 모델의 라이브러리로부터 보철 모델을 선택하는 단계 002, 보철 모델에 기초하여 캐비티 모델을 생성하는 단계 003, 및 뼈 모델 내에 캐비티 모델을 위치맞춤시키는 단계 004가 선형의 흐름으로 나타나 있다.

로봇 지원 정형 수술 도입 전에는, 계획부터 준비 실행의 모든 절차가 의사 및 그들의 스태프에 의해 수행되었다. 이러한 접근법의 강도는 의사의 개인적인 기술 및 경험의 최적 사용이었다. 그러나, 기계적인 제어 수준은 인간의 기술 및 솜씨의 한계에 의해 결정되었다.

1990년도에 컴퓨터 지원 로봇 수술의 도입으로, 기계적인 제어 수준이 크게 개선되고 있다. 불행하게도, 이 때의 컴퓨터 기술의 경계로 인해 부분적으로 컴퓨터에 의해 제공될 수 있는 지원 가능 범위는, 제한된 입력, 실례로 특정 보철에 대하여 보정하는 커팅 캐비티의 치수 및 뼈 모델 내의 그 위치에 제한되는 입력에 기초하는 커팅 파라미터를 갖는 컷 파일의 실행에 국한될 수 있다. 프리컴퓨터 시대, 의사의 기술 및 경험의 강도 중 하나의 사용은 기계적인 제어의 호감이 감소된다.

미국특허 제5,824,085호

그 결과의 예들은, 현재 가용한 기술에서, 보철의 디자인에 기초하는 기존의 컷 파일 세트는, 실제로 연조직과의 커팅 간섭을 일어나게 할 수 있거나, 의사가 지원 없이 소정의 영역을 커팅하는 것을 선호할 때에 로봇 지원을 이용하여 불필요한 에어리어를 커팅하는 것을 요구할 수 있는 것이 사실이다.

다른 예는, 의사가 개인적인 경험에 기초하거나, 나이, 기대 수명, 체중 및 예상되는 신체 활동과 같은 환자 특유의 인자에 기초하여 선호도를 입력하는 것을 불가능하게 한다.

따라서, 의사 특유의 입력이 컴퓨터 지원 로봇 수술의 계획 및 실행에 포함될 수 있게 함으로써 환자의 결과를 개선할 필요가 있다.

본 발명은 컴퓨터 지원 로봇 수술의 계획 및 실행을 위한, 방법, 장치 및 시스템을 제공한다. 상기 방법은, 뼈와 보철에 관한 정보를 수집하고, 그 정보를 이용하여 가상의 모델 및 시뮬레이션을 작성하고, 컷 파일을 생성함에 있어서 사용자 재량에 기초한 입력을 선택적으로 수신하고, 수술 중에 컷 경로의 실행을 위한 지시를 생성하는 방법을 포함한다. 상기 시스템 및 장치는 컴퓨터 및 주변 장치를 포함하고 기능적인 시스템 내에 구성요소를 함께 링크시키도록 셋업한다.

본 발명은 로봇 정형 수술의 컴퓨터 지원 제어와 맞춤형 의료 입력을 조합함으로써 환자 결과의 개선에 대한 활용성을 갖는, 뼈 내에 보철의 합체 등과 같은 수술 절차를 계획하고 실행하기 위한 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 이전에 개시된 기술에 따른 종래기술의 워크플로를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 고수준의 워크플로를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 상세한 워크플로를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 워크플로에서의 옵션의 라이브러리의 포함을 도시하는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 워크플로에서의 안정성 체크 박스의 포함을 도시하는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 워크플로에서의 컴퓨터 지원 수술용 로봇으로부터의 피드백의 포함을 도시하는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 컴퓨터 시스템의 실시예를 도시하는 도면.

본 발명은 로봇 정형 수술의 컴퓨터 지원 제어와 맞춤형 의사 입력을 조합함으로써 환자 결과의 개선에 대한 활용성을 갖는다. 본 발명의 실시예는 뼈 내에 보철의 합체 등과 같은 수술 절차를 계획하고 실행하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 본 발명은 대퇴골, 경골, 상완골, 척골, 및 요골과 같은 긴 뼈에 대한 보철의 결합을 계획함에 있어서 특히 유용하다. 이러한 긴 뼈에 보철의 위치맞춤을 계획하는 것은, 전체 고관절 대체, 무릎 관절 대체, 긴 뼈 골절술 등을 포함하는 특수 절차를 갖는 관절 대체와 같은 로봇 수술 절차와 함께 특히 유용할 것이다. 그러나, 본 발명은 이러한 로봇 절차에 한정되지 않고, 수술 공간과 같은 실제 좌표 공간 내에서 긴 뼈의 미리 얻어진 이미지를 정렬하는데 필요한 수동 수술, 진단 및 다른 의료 절차에서 동등하게 유용할 것이다. 이러한 수동 시스템 및 절차는 광학 수술 측정 툴, 수동 전자기계 장치 등을 채용하는 컴퓨터 지원 수술 절차를 포함한다.

개시된 기술의 발명의 방법은, 일반적으로 뼈의 스캐닝된 이미지로부터 뼈 모델을 생성하고, 보철 모델을 작성하며, 보철 모델 및/또는 뼈 모델에 기초하여 보철을 도모하기 위해서 뼈 내에 캐비티의 모델을 생성하고, 뼈 모델 내에 캐비티 모델을 위치맞춤시키는 단계를 포함한다.

증가된 연산 속도 및 인터페이스의 다용도의 개선에 따라, 현재 컴퓨터의 중앙 처리 유닛(CPU)에 제공된 입력 파라미터를 계획하는 수를 크게 증가시켜 최적의 수술용 출력 파라미터를 생성하도록 하는 것이 기술적으로 실현 가능하다. 이는, 컴퓨터 지원 계획 및 실행의 정확도 및 정밀도와 환자 및 의사 중심의 계획의 유연성의 혼합인 상당히 개선된 치료 패러다임을 도입할 가능성을 열어 두게 한다. 수술 절차 중에 컴퓨터 지원 제어와 최적의 개인화된 계획을 조합하는 것은 환자 결과를 상당히 향상시킬 수 있다.

본 발명은, 이하의 것을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다수의 고려사항에 기초하여 의사에 의해 추가적인 개인 맞춤화을 허용할 수 있는 방법, 장치 및 시스템을 개시한다:

ㅇ 보철 : 디자인 및 치수

ㅇ 뼈 : 해부학, 생리학, 병리학, 병력

ㅇ 환자 : 나이/기대 수명, 체중, 생활 방식/신체 활도

ㅇ 의사 : 경험, 특수 기술 세트, 개인적인 선호도

다음의 발명의 실시예의 설명은 이들 특정 실시예에 본 발명을 한정할 의도가 아니라, 오히려 당업자가 본 발명을 만들고 사용할 수 있게 한다.

본 발명의 범주 아래에 있는 고수준의 워크플로의 예를 도 2에 나타낸다. 사용자(100)는 데이터 파일(101), 환자(103), 계획용 컴퓨터(102), 및 컴퓨터 지원 수술 로봇(104)으로부터 정보가 수신될 수 있는 중앙 기능을 가질 수 있다. 사용자(100)는 계획용 컴퓨터(102) 및 컴퓨터 지원 수술 로봇(104)에 명령을 하달할 수도 있다. 계획용 컴퓨터(102) 및 컴퓨터 지원 수술 로봇(104)은 서로 직접 통신할 수 있다.

본 발명의 범주는, 도 2가 표현하거나 표현할 때 사용되는 모든 구성요소를 요구하지도 않으며, 이들 구성요소에 한정되는 범주가 아니다. 실례로, 사용자는 계획용 컴퓨터를 사용할 수 있지만, 컴퓨터 지원 로봇없이 수동으로 수술을 수행할 수 있다. 마찬가지로, 한명 이상의 사용자(100)가 존재할 수 있다. 실례로, 계획용 컴퓨터(102)는 컴퓨터 지원 수술 로봇(104)과는 다른 사용자에 의해 동작될 수 있다. 또한, 다양한 동작이 동시에 또는 서로 함께라도 실시되지 않는다. 실례로, 계획은 수술과는 다른 의료 시설에서 수행될 수 있고, 본 발명은 계획과 수술 간의 시간 주기를 전혀 한정하지 않는다.

도 3은 뼈에 대한 보철의 결합을 계획하기 위한 방법의 바람직한 실시예의 개략도를 도시한다. 이 방법은, 뼈에 대한 보철의 결합을 도모하기 위해서 하나 이상의 보철 모델(201), 뼈 모델(202), 및 "양 모델"로도 칭해지는 제거될 뼈 양의 모델(203)을 제공하는 단계, 제거될 뼈 양(203)을 작성하도록 구성된 적어도 하나의 컷 경로를 특정하기 위해서 커팅 파라미터를 갖는 컷 파일(206)을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 특정한 발명의 실시예에서는, 컷 파일(206)을 생성함에 있어서 사용자 재량에 기초하여 입력(234)을 수신하고 있다.

본 개시에서, 용어 "제거될 뼈 양의 모델"은 제거될 뼈 양의 양적인 측정 뿐만 아니라, 그 양의 3차원 기하학적인 형상도 칭하고 있다.

이러한 예시적인 실시예는 본 발명의 범주 아래에 있고 당업자가 과도한 실험 없이도 알 수 있는 다수의 옵션 중 하나이다.

도 3의 예시에서, 블럭(220)은 보철 라이브러리(221)로부터 그리고 CT(Computerized Tomography), 라디오그래피(디지털화된 X 레이 이미지), MRI(Magnetic Resonance Imaging), 또는 보철을 수신하려고 하는 뼈의 다른 의료 이미지 파일(222)로부터의 기계 판독 가능한 정보를 포함한다. 보철 모델(201)은 CD나 하드 드라이브와 같은 유형의 형태, 또는 클라우드 기반형 서비스 중 어느 하나의 적절한 매체를 사용하여 저장될 수 있는 상이한 보철(221)의 이식 디자인의 라이브러리 또는 데이터베이스로부터 생성되거나 선택될 수 있다. 이식 디자인은 제조자로부터 이용 가능한 CAD(Computer Aided Design) 형태일 수 있다.

뼈 모델(202)은 CT, 라디오그래피(디지털화된 X 레이 이미지), MRI 등과 같은 종래의 의료 영상 기술을 사용하여 얻어지거나 생성될 수 있다. 이미지(222)는 종래의 컴퓨터화된 이미지 처리 장비 및 소프트웨어를 사용하여 디지털 조작에 적합한 이미지 데이터 세트를 생성하도록 디지털 형태로 얻어지거나 변환될 수 있다.

블럭(200)은 계획용 컴퓨터(102) 내에서의 워크플로를 도시한다.

이 방법은 또한 보철 모델(201)로부터 제거될 뼈 양의 모델(203)을 생성할 수 있다.

이 방법은 뼈 모델(202)로부터 제거될 뼈 양의 모델(203)을 생성할 수도 있다.

이 방법은 제거될 뼈 양의 모델(203)과 함께 뼈 모델(202)의 시뮬레이션(205)을 생성할 수 있다.

이 방법은 또한 보철 모델(201)과 제거될 뼈 양의 모델(203)의 시뮬레이션(205)을 생성할 수도 있고, 구체적으로 보철 모델(201)이 제거될 뼈 양의 모델(203) 내에 적어도 부분적으로 위치하는 시뮬레이션을 생성할 수도 있다.

이 방법은 또한 보철 모델(201)과 뼈 모델(202)의 시뮬레이션을 생성할 수도 있고, 구체적으로 뼈 모델(202) 내에 적어도 부분적으로 위치하는 보철 모델(201)의 시뮬레이션을 생성할 수도 있다.

워크플로(200)에서 생성된 정보는 사용자(100)가 뼈에 보철의 계획된 위치를 최적화할 수 있게 한다. 이 정보는 뼈에 보철의 계획된 위치에 대응하는 뼈의 단면을 제거하도록 디자인된 컷 경로를 특정하는 커팅 파라미터를 갖는 컷 파일(206)를 생성하는데 사용될 수 있다.

이러한 예시적인 실시예에서, 이러한 컷 파일(206)은 하나 이상의 프리컷, 컷 깊이, 컷 길이, 컷 경로 직경, 커팅될 영역, 컷 경로 수, 평면의 치수, 컷 경로의 형상, 및 사용될 커터의 종류 및 사이즈를 위한 지시를 포함할 수 있다.

본 발명은 컷 파일을 생성함에 있어서 사용자 재량에 기초한 입력을 허용한다. 이는 박스(230)에 도시되어 있다.

박스(230)에서, 통상적으로 의사인 사용자(100)는 그들의 재량으로 생성된 사용자 특수 입력(234)과 계획 절차를 늘리도록 하는 옵션을 갖는다.

도 4에 도시된 바와 같이, 컷 파일(206)을 생성함에 있어서 사용자 재량에 기초한 입력(234)은 미리 채워진(pre-populated) 옵션의 라이브러리(235)로부터 선택될 수 있다. 사용자 특유 입력(234)을 미리 채워진 라이브러리(235)로부터의 아이템으로 한정하는 것은 적은 연산 전력을 요구하고, 비용을 저감하며, 응답 시간을 개선하고, 작동 시스템 유효성을 용이하게 하며, 환자 안전을 보호하는 측면에서 이점을 가질 수 있다. 실례로, 이는 드롭다운 메뉴 사용을 통해 달성될 수 있다

도 5에 도시된 바와 같이, 이 방법은 바운딩 볼륨(bounding volume)(209)을 생성할 수 있고, 여기서 바운딩 볼륨(209)은 제거될 뼈 양(203)을 제어하는데 사용될 수 있다. 이는 안전한 절차의 일부로서 수행될 수 있다.

안전성 고려는 의료 방법 및 시스템의 디자인에서 종종 주요한 인자이다. 안전성 제어는 본 발명의 방법에 다수의 방식으로 포함될 수 있다. 실례로, 소정의 실시예에서는, 미리 정해진 한정이 박스(220) 내의 워크플로로부터 컷 파일(206)로의 입력에 대하여 세트될 수 있고, 사용자 특유 입력(234)은, 드롭다운 메뉴로부터 선택된 선택권에 한정되는 도 4에 설명된 바와 같이 미리 정해진 한정으로 한정될 수 있다. 이러한 실시예에서는 절차의 안전성이 컷 파일에 대한 입력 제어의 유효성을 통해 확실하게 될 수 있다.

합체할 안전성 제어의 다른 방법은 컷 파일로부터의 출력을 제어하는 것에 의한 것이다. 이러한 접근법이 도 5의 예시적인 실시예에 도시되어 있다. 이 예에서는, 제거될 뼈 양을 위한 바운딩 볼륨(209)이 보철 모델(201)로부터 생성된다. 체크 박스(208)가 컷 파일(206)의 하류에서 합체되고, 바운딩 볼륨(209)으로부터의 정보가 체크 박스(208)에 제공된다.

컷 파일(206)에 의해 특정된 제거될 뼈 양이 보철 모델(201)로부터 유도된 바운딩 볼륨(209)을 초과하는 경우, 사용자 특유 입력(234)을 조정할 수 있는 사용자에 대하여 경고가 피드백(207)으로 보내진다.

당업자에게는, 다른 안전성 특징, 실례로 볼륨과는 다른 임계 2차원 평면 또는 길이에 기초한 특징, 및 뼈 모델 또는 뼈 자체의 모델에서 제거될 뼈 양의 모델의 시뮬레이션과 같은 다른 입력에 기초하는 특징을 설계하는 것이 용이하게 이루어질 수 있을 것이다.

하나보다 많은 안전성 특징이 포함될 수 있고, 안전성 특징을 유도하기 위한 하나보다 많은 소스가 사용될 수 있다.

이 방법은 사용자 재량(234)(도 3 내지 도 6)에 기초한 입력이 환자 특유 인자(231), 사용자 특유 인자(232), 및/또는 보철 특유 인자(236)에 기초하도록 허용할 수 있다. 실례로, 사용자(100)는 환자 나이, 체중, 기대 수명, 신체 활동, 운동학적인 관절 정렬 등과 같은 환자 특유 인자(231)에 기초하여 개인적인 판단을 고려하기를 원할 수 있다. 또한, 의사는 사용자 특유 인자(232)로서 도입될 수 있는 기술 또는 경험 수준에 기초하여 개인적인 선호도를 가질 수 있다. 이 입력은 사용자(100)의 재량으로 생성되기 때문에, 사용자(100)가 고려하기를 원하는 종류의 인자에 대하여 미리 설정된 한정이 아닐 수 있다. 비용, 절차 기간, 사용될 수술 로봇의 능력, 재유효화 프로그램의 가용성 등이 단지 사용자(100)가 고려해서 선택할 수 있는 다른 인자의 소수 예이다.

이 방법은 또한 사용자 재량(234)에 기초한 입력이 하나 이상의 프리컷, 컷 깊이, 컷 길이, 컷 경로 직경, 커팅될 영역, 컷 경로 수, 평면 치수, 컷 형상, 및 커터의 종류 및 사이즈에 대하여 수정을 행하는 것을 허용할 수도 있다.

그러면 이 방법은 하나 이상의 보철 모델(201), 뼈 모델(202), 커팅될 뼈 양의 모델(203), 모델간 시뮬레이션(205), 및 컷 파일(206)로부터 사용자(100)에 대한 피드백 루프(207)를 제공할 수도 있다. 사용자(100)는 이 피드백(207)을 사용하여 컷 파일(206) 최적화의 반복하는 프로세스에서 사용자 특유 입력(234)을 개선할 수 있다.

지금까지 도시한 예에서, 이 방법은 수술 전에 채용될 수 있다.

이 방법은 도 6에 도시된 바와 같이, 수술 중에 사용될 수도 있다.

도 6은 절차가 수행되고 있는 동안에 사용자(100)가 컷 파일(206)을 위한 입력(234)에 대한 조정을 행하는 것을 허용하는 수술중 계획을 수행하는 옵션을 갖는 예시적인 실시예를 도시한다.

본 실시예에서는, 컷 파일(206)로부터의 지시가 실행을 위한 컴퓨터 지원 수술 로봇(104)으로 보내질 수 있다. 로봇은 센서 또는 이미지 기반형 기술과 같은 측정 능력이 구비될 수 있다. 수술로부터의 진전에 관한 데이터가 실시간으로 피드백(105)으로서 사용자(100)에게 다시 보내지는 정보를 수집할 수 있다. 또한, 사용자(100)는 변경하기를 원할 수 있는 커팅 중에 무언가를 볼 수 있다. 사용자(100)는 로봇 수술을 중지 또는 정지하는 옵션을 가질 것이고, 사용자(100)는 컷 파일(206)로의 입력(234)을 수정할 수 있고 실시간으로 또는 최소의 지연으로 컷 경로를 특정하는 커팅 파라미터를 조정할 수 있다.

이 피드백 루프를 위한 옵션은 사용자(100)에 대한 직접 피드백(105)에 한정되지 않는다. 당업자에게는, 이 방법의 다른 부분, 실례로 모델간 시뮬레이션(205)에 피드백(105)을 제공할 수 있도록 하는 방법을 용이하게 구성할 수 있을 것이다. 이 경우, 시뮬레이션은 뼈 모델(202)에 위치하는 동안에, 실례로 절차의 진행을 실시간으로 표시할 수 있도록, 제거될 뼈 양(203)을 부분적으로 완료된 것을 나타내는 것을 생성할 수 있다. 다른 피드백 옵션은 절차가 보철용으로 특정된 바운딩 볼륨에 근접하는 것을 체크 박스(208)에 경고하는 경고 신호를 포함한다. 다수의 경고 및 피드백 경로는 동시에 합체될 수 있다.

본 발명은 보철을 뼈에 결합하기 위해서 제거될 뼈 양을 작성하기 위한 적어도 하나의 컷 경로를 특정하는 커팅 파라미터터를 갖는 컷 파일(206)을 생성하기 위한 방법도 제공한다. 이 방법은, 뼈에 대한 보철의 결합을 도모하기 위해서 적어도 하나의 보철 모델(201), 뼈 모델(202), 및 제거될 뼈 양의 모델(203)을 제공하는 단계 및/또는 컷 파일을 생성함에 있어서 사용자 재량(234)에 기초한 입력을 선택적으로 수신하는 단계를 포함할 수 있다.

시스템 및 장치

도 7은 상술한 방법을 위한 기능을 수행할 수 있는 컴퓨터 시스템의 예시적인 실시예를 나타낸다. 본 실시예에서의 컴퓨터 시스템은 입력 장치(301), 표시 장치(302), 출력 장치(304), 사용자 인터페이스 장치(303), 및 중앙 처리 유닛(300)을 포함한다. 일부 실시예에서, 입력 장치(301)는 뼈의 이미지 및/또는 뼈를 위한 보철의 디자인으로부터의 데이터(305)를 수신할 수 있다. 일부 실시예에서, 표시 장치(302)는 하나 이상의 뼈 모델, 보철 모델, 제거될 뼈 양의 모델, 제거될 뼈 양의 모델과 뼈 모델의 시뮬레이션, 보철 모델과 제거될 뼈 양의 모델의 시뮬레이션, 및 보철 모델과 뼈 모델의 시뮬레이션을 위한 데이터를 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 출력 장치(304)는 뼈에 대한 보철의 결합을 도모하고자 제거될 뼈 양을 위한 컷 경로를 특정하는 커팅 파라미터를 갖는 컷 파일을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 사용자 인터페이스 장치(303)는 컷 파일을 생성함에 있어서 사용자 재량에 기초한 입력을 수신할 수 있다. 일부 실시예에서, 중앙 처리 유닛(CPU)(300)은 뼈에 대한 보철의 결합을 도모하기 위해서 하나 이상의 보철 모델, 뼈 모델, 및 제거될 뼈 양의 모델을 제공하고, 제거될 뼈 양을 작성하도록 구성된 적어도 하나의 컷 경로를 특정하기 위해서 커팅 파라미터를 갖는 컷 파일을 생성하며, 컷 파일을 생성함에 있어서 사용자 재량에 기초한 선택적인 입력을 수신할 수 있다.

도 7에 나타낸 실시예는 다수의 가능한 실시예 중의 일례이며, 다른 실시예들이 다른 레이아웃으로 동일한 기능들을 수행할 수 있다. 실례로, 사용자 인터페이스 장치(303) 및 표시 장치(302)가 단일체로 조합되어 있는 태블릿 컴퓨터가 사용될 수 있다. 또한, 컴퓨터 시스템의 다양한 구성요소가 공동으로 국한되지는 않는다. 실례로, 데이터 파일(305)이 클라우드 기반형 서비스에 저장될 수 있고, 표시 장치(302) 및 사용자 인터페이스 장치(303)는 전화선 또는 인터넷 서비스를 통하여 접속되어 사용자(100)의 오프 사이트 참여를 허용한다.

컴퓨터 시스템은 본 발명의 방법에서 필요한 기능을 수행할 수 있지만, 모든 기능이 절차마다 사용되는 것이 요구되지는 않는다. 실례로, 사용자(100)는 데이터 파일(305)로부터의 입력이 절차를 계획하는데 충분한지를 결정하고, 사용자 특유 입력을 제공하기 위한 옵션의 사용을 선택하지 않을 수 있다.

일부 실시예에서, CPU(300)는 그 기능을 수행하도록 배타적으로 구성된 전용의 디자인일 수 있다. 다른 실시예에서, CPU(300)는 본 발명의 방법의 기능을 할 수 있는 것 외에 추가적인 작업을 수행할 수 있다. 유리하게는, 이러한 추가적인 작업은 인터넷 검색 능력, 문헌 검색, 이메일 및 다른 인터넷 가용 통신 수단을 통한 통신, 연산, 및 사용자(100)가 원한다고 간주될 수 있는 다른 작업을 포함할 수 있다. 대안으로, CPU(300)는 본 발명의 방법에 필요한 기능을 수행할 수 있는 임의의 다른 적절한 디자인일 수 있다.

본 발명은 특정 수 또는 종류의 CPU에 한정되지 않는다. 컴퓨터는, 단일 CPU, 또는 다수 CPU 또는 듀얼코어 CPU와 같은 특수 CPU를 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템은 단일 컴퓨터의 사용에 한정되지 않는다. 본 발명의 범주 하에서, 컴퓨터 시스템은 본 발명의 방법에 필요한 기능을 수행하도록 다수의 컴퓨터를 채용할 수 있다.

도 7의 예시적인 실시예에서, CPU(300)는 외부 데이터 파일(305)로부터의 입력을 수신할 수 있다. 입력은 기계 판독 가능한 코드, 및 기계 판독 가능한 코드로 변형될 수 있는 임의의 형태, 실례로 음성 또는 텍스트 입력으로 제공될 수 있다. 본 발명은 입력이 제공될 수 있는 형태에 대하여 한정하지 않는다. 입력 장치(301)의 예는 CD, DVD 또는 플래시 드라이브와 같은 유형 매체, 또는 클라우드 기반형 서비스와 같은 다른 컴퓨터 구동형 시스템 또는 다른 인터넷 가용 통신으로부터의 직접 입력을 포함한다. 유리하게는, 입력은 장치를 수신하도록, 절차를 위해 고려되는 보철과 같은 하나 이상의 장치에 관한 정보, 및 뼈와 같은 타깃 본체부에 관한 정보를 포함할 수 있다. 특정한 발명의 실시예에서는, 관련된 건강 기록, 문헌 데이터 등과 같은 추가적인 정보를 포함하는 외부 소스가 데이터 파일(305)에 포함될 수 있다.

사용자 인터페이스 장치(303)는 기계 판독 가능한 코드를 생성하는 임의의 기술에 기초할 수 있다. 이는, 마우스, 키보드, CD, DVD 또는 플래시 드라이브와 같은 유형 매체, 클라우드 기반형 서비스 또는 인터넷 가용 통신과 같은 다른 컴퓨터 구동형 시스템으로부터의 직접 입력, 또한 음성 또는 텍스트 입력의 사용을 포함할 수 있다.

표시 장치(302)는 CPU(300)가 수술 절차에 대한 가능한 접근법을 평가하는 수단을 사용자(100)에게 제공할 수 있다. 실례로, 뼈 모델, 보철 모델, 볼륨 모델의 3-D 표시 뿐만 아니라, 실례로 뼈 모델 내의 볼륨 모델의 다양한 배치의 3-D 시뮬레이션이 제공될 수 있다. 다른 표시 장치(302)는 치수 연산, 안정성 한정 등과 같은 결과를 나타낼 수 있다. 표시 장치(302)는 컴퓨터 스크린인 것이 유리할 수 있지만, 인쇄와 같은 다른 디스플레이가 본 발명의 범주에 포함된다.

CPU(300)의 기능의 결과는 USB, CD, DVD 및 무선 출력과 같은 임의 수의 출력 장치를 통해서 전달될 수 있다.

CPU(300)의 하나의 출력은 외부 데이터 파일(305)로부터의 입력 및 사용자 인터페이스 장치(303)를 통하여 수신된 사용자 특유 입력에 기초하여 생성된 컷 경로를 위한 커팅 시방서를 갖는 컷 파일(206)일 수 있다.

컴퓨터 지원 수술 로봇을 포함하는 수술을 지원하기 위해서 수행하거나, 수동으로 절차를 최적화하는 것을 원조하는 등의 다양한 목적을 위해서 정보가 사용될 수 있다.

CPU(300)가 도 5에 도시된 기능을 수행할 수 있는 실시예에서, CPU(300)는 보철 모델(201)로부터 바운딩 볼륨(209)(도 5에 나타냄)을 생성하고 체크 박스(208) 내의 컷 파일(206)의 내용과 바운딩 모델(209)을 비교할 수 있다. 비교 결과는 CPU(300)에 대한 입력의 일부가 될 수 있고 CPU(300)는 표시 장치(302)에 그 결과를 포함시킬 수 있다.

CPU(300)가 도 6에 도시된 기능을 수행할 수 있는 실시예에서, CPU는 입력의 일부로서 컴퓨터 지원 수술 로봇(104)으로부터의 정보를 수신할 수 있다.

다음의 예는 계획용 컴퓨터(102)의 능력의 바람직한 실시예의 하나를 도시한다.

계획용 컴퓨터(102)는 다음의 예시적인 워크플로(도 5 및 도 7)를 수행할 수 있도록 구성될 수 있다:

ㅇ 커팅될 뼈의 이미지 정보(222)를 수신

ㅇ 뼈에 합체될 보철의 디자인 정보(221)를 수신

ㅇ 뼈의 가상 3-D 모델(202)을 생성

ㅇ 보철의 가상 3-D 모델(201)을 생성

ㅇ 제거될 뼈 양의 가상 3-D 모델(203)("볼륨 모델")을 생성

ㅇ 모델간 시뮬레이션(205)을 생성

ㅇ 사용자가 시험하기 위한 다양한 모델 및 시뮬레이션을 표시 장치(302) 상에 표시

ㅇ 사용자가 시뮬레이션에서의 모델의 위치를 조작하는 것을 허용

ㅇ 컷 파일을 생성하고, 뼈에 보철을 합체하는데 요구되는 뼈 양을 제거하도록 컷 경로를 위한 커팅 파라미터를 특정

ㅇ 사용자(100)가 사용자의 재량으로 규정된 입력(234)에 기초한 컷 파일(206)의 생성 또는 수정에서의 입력을 제공하는 것을 허용

ㅇ 보철 모델(201)에 기초하여 볼륨 모델(203)을 위한 바운딩 볼륨(209)을 생성

ㅇ 볼륨 모델(203)과 바운딩 볼륨(209)을 비교하고, 안전 한계에 근접하거나 초과하는 경우에 사용자(100)에게 피드백(207)을 제공

ㅇ 수술 절차를 수행하거나 수행을 지원하도록 컴퓨터 지원 수술 로봇(104)에 컷 파일(206)을 제공

당업자가 상기한 상세한 설명 및 도면과 특허청구범위로부터 알 수 있는 바와 같이, 다음의 특허청구범위에 규정된 본 발명의 범주를 이탈하지 않고 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 수정 및 변경이 이루어질 수 있다.

Claims

뼈에 보철을 결합하기 위한 방법으로서,
상기 뼈에 대한 상기 보철의 결합을 도모하기 위해서 적어도 하나의 상기 보철의 모델, 상기 뼈의 모델, 및 제거될 뼈 양의 모델을 중앙 처리 유닛에서 표시장치를 통해 사용자에게 제공하는 단계;
상기 제거될 뼈 양을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 컷 경로를 특정하기 위해서 커팅 파라미터를 갖는 미리 설정된 컷 파일을 상기 중앙 처리 유닛에서 상기 표시장치를 통해 사용자에게 제공하는 단계;
사용자 인터페이스 장치를 통해 상기 중앙 처리 유닛에 사용자 특유의 입력이 제공되어 미리 설정된 컷 파일을 수정하는 단계로, 사용자 특유 입력이: 수정된 컷 파일에 사용될 프리컷, 컷 깊이, 컷 길이, 컷 경로 직경, 커팅될 영역, 컷 경로 수, 평면 치수, 컷 경로 형상, 및 사용될 커터의 종류 및 사이즈 중 적어도 하나에 대한 수정을 포함하는 단계;
수정된 컷 파일에 규정된 제거될 뼈 양이 미리 설정된 컷 파일에 규정된 제거될 뼈 양을 초과하면 수술 전에 상기 중앙 처리 유닛에서 사용자에게 피드백하는 단계;
수정된 컷 파일에 따라 뼈를 컴퓨터 지원 수술 로봇으로 커팅하는 단계;
사용자 특유 입력을 더 수정하기 위해 상기 컴퓨터 지원 수술 로봇의 커팅을 중지하는 단계; 및
상기 컴퓨터 지원 수술 로봇이 상기 뼈에 상기 보철을 결합하는 단계
를 포함하며,
상기 뼈를 컴퓨터 지원 수술 로봇으로 커팅하는 단계 및 상기 컴퓨터 지원 수술 로봇이 상기 뼈에 상기 보철을 결합하는 단계는 그 대상에서 인간은 제외되는 것을 특징으로 하는 뼈에 보철을 결합하기 위한 방법.
뼈에 보철이 결합되기 위한 방법으로서,
상기 뼈에 대한 상기 보철의 결합을 도모하기 위해서 적어도 하나의 상기 보철의 모델, 상기 뼈의 모델, 및 제거될 뼈 양의 모델이 중앙 처리 유닛으로부터 표시장치에 제공되는 단계;
상기 제거될 뼈 양을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 컷 경로를 특정하기 위해서 커팅 파라미터를 갖는 미리 설정된 컷 파일이 상기 중앙 처리 유닛으로부터 상기 표시장치에 제공되는 단계;
상기 중앙 처리 유닛에 사용자 인터페이스 장치로부터 사용자 특유의 입력이 제공되어 미리 설정된 컷 파일이 수정되는 단계로, 사용자 특유 입력이: 수정된 컷 파일에 사용될 프리컷, 컷 깊이, 컷 길이, 컷 경로 직경, 커팅될 영역, 컷 경로 수, 평면 치수, 컷 경로 형상, 및 사용될 커터의 종류 및 사이즈 중 적어도 하나에 대한 수정을 포함하는 단계;
수정된 컷 파일에 규정된 제거될 뼈 양이 미리 설정된 컷 파일에 규정된 제거될 뼈 양을 초과하면 수술 전에 상기 중앙 처리 유닛에서 사용자에게 피드백하는 단계;
수정된 컷 파일에 따라 뼈를 컴퓨터 지원 수술 로봇으로 커팅하는 단계;
사용자 특유 입력을 더 수정하기 위해 상기 컴퓨터 지원 수술 로봇의 커팅이 중지되는 단계; 및
상기 컴퓨터 지원 수술 로봇을 통해 상기 뼈에 상기 보철이 결합되는 단계를 포함하며,
상기 뼈를 컴퓨터 지원 수술 로봇으로 커팅하는 단계 및 상기 컴퓨터 지원 수술 로봇을 통해 상기 뼈에 상기 보철이 결합되는 단계는 그 대상에서 인간은 제외되는 것을 특징으로 하는 뼈에 보철을 결합하기 위한 방법.
뼈에 보철이 결합되기 위한 방법으로서,
상기 뼈에 대한 상기 보철의 결합을 도모하기 위해서 적어도 하나의 상기 보철의 모델, 상기 뼈의 모델, 및 제거될 뼈 양의 모델이 중앙 처리 유닛으로부터 표시장치에 제공되는 단계;
상기 제거될 뼈 양을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 컷 경로를 특정하기 위해서 커팅 파라미터를 갖는 미리 설정된 컷 파일이 상기 중앙 처리 유닛으로부터 상기 표시장치에 제공되는 단계;
상기 중앙 처리 유닛에 사용자 인터페이스 장치로부터 사용자 특유의 입력이 제공되어 미리 설정된 컷 파일이 수정되는 단계로, 사용자 특유 입력이: 수정된 컷 파일에 사용될 프리컷, 컷 깊이, 컷 길이, 컷 경로 직경, 커팅될 영역, 컷 경로 수, 평면 치수, 컷 경로 형상, 및 사용될 커터의 종류 및 사이즈 중 적어도 하나에 대한 수정을 포함하는 단계;
수정된 컷 파일에 규정된 제거될 뼈 양이 미리 설정된 컷 파일에 규정된 제거될 뼈 양을 초과하면 수술 전에 상기 중앙 처리 유닛에서 사용자에게 피드백하는 단계;
수정된 컷 파일에 따라 뼈를 컴퓨터 지원 수술 로봇으로 커팅하는 단계; 및
사용자 특유 입력을 더 수정하기 위해 상기 컴퓨터 지원 수술 로봇의 커팅이 중지되는 단계를 포함하며,
상기 뼈를 컴퓨터 지원 수술 로봇으로 커팅하는 단계는 그 대상에서 인간은 제외되는 것을 특징으로 하는 뼈에 보철을 결합하기 위한 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제거될 뼈 양의 모델은 상기 뼈의 모델로부터 생성되는 뼈에 보철을 결합하기 위한 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제거될 뼈 양의 모델과 이에 중첩된 뼈의 모델의 시뮬레이션을 상기 중앙 처리 유닛에서 생성하는 단계를 더 포함하는 뼈에 보철을 결합하기 위한 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보철의 모델과 상기 제거될 뼈 양의 모델의 시뮬레이션을 상기 중앙 처리 유닛에서 생성하는 단계를 더 포함하는 뼈에 보철을 결합하기 위한 방법.
제6항에 있어서,
상기 보철의 모델은 상기 제거될 뼈 양의 모델 내에 적어도 부분적으로 위치하는 뼈에 보철을 결합하기 위한 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보철의 모델과 상기 뼈의 모델의 시뮬레이션을 상기 중앙 처리 유닛에서 생성하는 단계를 더 포함하는 뼈에 보철을 결합하기 위한 방법.
제8항에 있어서,
상기 보철의 모델은 상기 뼈의 모델 내에 적어도 부분적으로 위치하는 뼈에 보철을 결합하기 위한 방법.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제