KR102161862B1 - 척추 하중 및 위치 감지용 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

전체 척추 정렬과 함께 척추뼈 상의 부하력을 평가하기 위하여, 부하 균형 및 정렬 시스템이 제공된다 시스템은 전자 어셈블리 및 센서화된 헤드를 가지는 척추 기구를 포함한다. 상기 센서화된 헤드는 척추뼈 사이에 삽입되어 힘, 압력, 방향 및 에지 부하와 같은 척추 상태를 알려준다. 이와 함께 GUI가 구비되어 척추 기구가 척추체에 대응하여 어디에 위치되는지를 보여주며, 상기 장치는 척추 사이의 공간에 위치한다. 상기 시스템은 결정된 삽입 궤도를 따르는 최적 방향, 회전 및 삽입 각도를 포함하는 위치 파라미터들과 센싱된 부하의 관점에서, 최적의 보철 크기 및 배치를 알려줄 수 있다.

Description

척추 하중 및 위치 감지용 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR VERTEBRAL LOAD AND LOCATION SENSING}
본 발명은 일반적으로 수술 전자기구에 관한 것이고, 특히 척추 수술 및 장기적인 이식 동안에 정렬 및 외과적 임플란트 파라미터를 평가하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
척추는 척추골로 지칭되는 많은 개별 뼈로 구성되어, 근육과 인대에 의해 서로 결합 된다. 척추골이 분리되기 때문에, 척추는 가요성이며 구부러질 수 있다. 척추, 디스크, 신경, 근육과 함께, 인대는 척주(vertebral column) 또는 척추를 구성한다. 척추는 환경 요인, 건강, 노화에 발생할 수 있는 변화로, 크기와 모양이 변한다. 건강한 척추는 전방에서 후방으로의 곡선이 있지만, 정상적인 자궁 경부 척추 전만, 흉추 후만 및 요추 전만 상태로부터의 기형은 움직임으로 통증, 불편 및 어려움을 유발할 수 있다. 이러한 상태는 탈장 디스크에 의해 악화될 수 있으며, 신경을 다칠 수 있다.
비정상적인 척추 곡선의 다양한 원인과 치료로부터 수술까지 다양한 치료 선택이 있다. 수술의 목적은 통상적으로 척추의 만곡부에 있는 고형 융합이다. 골유합은, 척추 수술에 뼈이식이 추가되고, 척추뼈와 이식된 뼈가 서서히 치유되어 단단한 뼈덩어리를 형성하도록 함으로써 달성된다. 대안적으로, 통상 척추골을 이격하고 융합하기 위하여 골 접목을 포함하는 척추 케이지가 사용된다. 뼈 접목은 뼈 은행이나 환자 자신의 엉덩이 뼈에서 올 수 있다. 척추는 실질적으로 계장화 도구와 기술을 통해 금속봉과 후크, 와이어 또는 나사로 바르게 될 수 있다. 융합이 치유할 기회를 가질 때까지, 봉 또는 때때로 버팀 쇠 또는 캐스트가 적소에서 홀딩된다.
시스템의 다양한 특징은 특히 이하의 특허 청구 범위에 기재된다. 본원에서 실시예들은 첨부된 도면과 함께 다음 설명을 참조하여 이해될 수 있다:
도 1은 일 실시예에 따른 척추 정렬 시스템을 도시하고;
도 2는 일 실시예에 따른 척추 정렬을 나타내는 유저 인터페이스와 투상도를 도시하며;
도 3은 일 실시예에 따른, 척추 정렬 시스템의 완드와 수신기를 도시하고;
도 4는 일 실시예에 따른, 척추 정렬을 측정하기 위한 다중 센서화된 장치를 도시하며;
도 5는 일 실시예에 따른, 척추 매개 변수를 측정하기 위해 센서화된 배치를 도시하고;
도 6은 일 실시예에 따른, 척추 조건을 측정하기 위한 여러 센서들의 위치를 도시하며;
도 7은 일 실시예에 따른, 센서화된 척추 기구를 도시하고;
도 8은 일 실시예에 따른, 통합된 센서화 척추 기구를 도시하며;
도 9는 척추 구성요소들을 갖춘 인서트 기구로서 비한정적인 예를 도시하고;
도 10은 일 실시예에 따른, 매개 변수 감지를 위해 척추 사이에 위치하는 척추 기구를 도시하며;
도 11은 일 실시예에 따른, 도 10의 센서화된 척추 기구의 사시도를 나타내는 유저 인터페이스를 도시하고;
도 12는 일 실시예에 따른, 척추뼈들 사이에 위치하여 추간 위치와 하중을 감지하는, 센서화된 척추 기구를 도시하며;
도 13은 일 실시예에 따른, 도 12의 센서화된 척추 기구를 나타내는 유저 인터페이스의 사시도를 도시하고;
도 14는 일 실시예에 따른, 척추 케이지의 배치를 위한 센서화된 척추 인서트 기구를 도시하며;
도 15는 일 실시예에 따른, 도 14의 센서화된 척추 인서트 기구를 나타내는 유저 인터페이스의 사시도를 도시하고;
도 16은 예시적인 실시예에 따른 척추 기구의 구성요소의 블록도이며;
도 17은 예시적인 실시예에 따른 단거리 원격 측정을 위한 예시적인 통신 시스템의 도면이며;
도 18은 예시적인 실시예에 따른 측정 및 보고를 위한 통신 네트워크를 도시하며;
도 19는 실행될 때, 한 세트의 명령이 기계가 본 명세서에 개시된 하나 이상의 방법을 수행하도록 유발할 수 있는 컴퓨터 시스템의 형태로 하는 기계의 예시적인 개략도를 도시한다.
본 명세서는 신규한 것으로 간주되는 본 발명의 실시예들의 특징을 정의하는 청구범위로 종료하지만, 이는 방법, 시스템 및 다른 실시예들이 동일한 참조 번호가 이월되는 도면과 함께 이하의 설명을 고려하면 더욱 잘 이해될 것으로 믿어진다.
요구되는 바와 같이, 본 발명의 방법 및 시스템의 상세한 실시예들이 본원에 개시된다. 그러나 여러 가지 형태로 실시될 수 있는 개시된 실시예들은 단지 예시적인 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 본원에 개시된 특정 구조 및 기능 세부 사항은 제한으로서 해석되지 않고, 단지 청구범위를 위한 기초로서 다양하게 거의 모든 적절한 자세한 구조에 본 발명의 실시예들을 사용하는 것을 당업자에게 교시하기 위한 대표적인 기초로서 해석되어야 한다. 또한, 본원에 사용된 용어 및 구문들은 제한하려는 것이 아니라, 본원 실시의 이해할 수 있는 설명을 제공하는 것이다.
대체로, 본 발명의 실시예들은 척추하중 및 위치를 감지하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 척추 측정 시스템은 수신기와, 시각적으로 위치 정보를 표시하는 원격 디스플레이에 연결된 복수의 완드로 구성된다. 완드는 척추뼈 상에 배치되거나, 척추뼈에 접촉되어 척추 정렬의 다양한 측면을 알려준다. 위치 정보는 완드와 이에 대응하는 척추 뼈의 방위와 위치를 식별한다. 상기 시스템은 외과 수술중에 전체의 정렬에 더하여 척추 움직임을 추적하는 기능을 제공한다. 이 시스템은 수술 절차 중에 파악된 위치 정보와, 수술전에 척추 상태와 관련하여 사전에 기록된 위치 데이터에 대응하여 수술중에 척추 교정 사항들을 제안하고 표시할 수 있다.
척추 측정 시스템은 또한, 전반적인 척추 정렬과 함께 척추 상의 하중의 힘을 평가하는 하중 균형 및 정렬 시스템을 포함한다. 이 시스템은 전자 조립체와, 척추 공간 안이라는 것을 명확하게 할 수 있는 센서화된 헤드 조립체를 갖는 척추 기구를 포함한다. 이 센서화된 헤드는 척추 사이에 삽입되어, 힘, 압력, 방위, 그리고 가장자리 하중 등의 척추 상태를 알려준다. 상기 센서화된 헤드와 함께 사용되는 GUI는, 척추 기구가 외과 수술 절차 중에 척추 간의 공간에 배치될 때, 척추 기구가 척추 몸체에 대해 상대적으로 어디에 위치하는지를 표시한다. 시스템은 감지된 하중과 인서트 결정된 궤적을 따라서 선택적인 정렬, 회전 및 삽입 각도를 포함하는 위치 파라미터의 관점에서 최적의 보철의 크기와 배치를 보고할 수 있다.
척추 케이지 또는 척추경 나사와 같은 척추골 구성요소를 삽입하기 위한 하중 밸런스 및 정렬 시스템을 구비한 인서트 기구는 또한 본 명세서에 제공된다. 이전에 포착된 파라미터 측정의 관점에서 시스템은 체크될 수 있으며, 삽입 동안 기구가 에지 하중인지를 보고할 수 있다. 이는 척추골 구성요소를 가진 인서트 기구의 추적을 도시하며, 위치 및 하중 감지 파라미터에 기초하여 시각적 안내 및 피드백을 제공한다. 시스템은 그 정렬과 위치가 또한 3D로 모델링 되는 하나 이상의 척추체들에 관련하여 인서트 기구의 3차원(3D)추적을 도시한다.
도 1은 비한정적인 실시예에서의 척추 정렬 시스템(100)을 도시한다. 이 시스템(100)은 완드(103)와, 원격 시스템(105)에 통신 가능하게 연결된 수신기(101)로 구성된다. 통상, 하나 이상의 완드는 수신기(101)와 통신하여, 척추 영역에 대한, 방위, 회전, 각도, 및 장소 중 하나를 포함하는 위치 정보를 측정한다. 수신기(101)는 막대 부재(103)에 관한 위치 정보 또는 데이터(107)를 원격 시스템(105)에 전송한다. 상기 위치 정보는 척추(112)의 정렬(또는 소정의 곡률)을 평가하는 데에 사용되는 방위 및 변환 데이터(translation data)를 포함한다. 상기 원격 시스템(105)은 그래픽 유저 인터페이스(GUI, 107)를 제공하는 휴대용 또는 모바일 워크 스테이션이다. 상기 GUI(107)은 척추(112)를 나타내고, 위치 정보의 관점에서 척추 정렬을 알려주는 워크 플로(workflow)를 포함한다. 일 예로서,유저 인터페이스는 수술후의 목표 배향상태(113)에 대하여 현재의 척추뼈의 배향상태(114)를 보여준다.
정렬 시스템(100)은 수술 전에 또는 수술 동안 포착된 3차원(3D)영상(예를 들어, 부드러운 조직) 및 3D 모델(예를 들어, 뼈)을 제공하는 서버(125)와 같은 데이터베이스(123)시스템에 통신으로 결합될 수 있다. 3D 영상 및 모델은 상대 위치 및 정렬을 설정하도록 위치 정보와 함께 사용될 수 있다. 서버(125)는 인근 근접하여 또는 원격으로 인터넷(121)을 통해 접근할 수 있다. 하나의 예로서, 서버(125)는 3차원 척추와 척추골 모델을 제공한다. CAT 스캐너(도시되지 않음)는 신체의 선택된 부분의 일련의 단면 x-레이 이미지의 생성하기 위하여 사용될 수 있다. 컴퓨터가 스캐너를 작동시키고, 결과적인 영상은 인체의 슬라이스를 나타낸다. 서버(125)는 슬라이스로부터 3차원(3D)모델을 생성한다. 서버(125)는 자기 공명 영상(MRI) 스캐너(도시되지 않음)로부터 발생 된 3차원 모델을 또한 제공할 수 있다. 서버(125)는 장치 X-레이 소스(도시되지 않음) 및 형광 스크린의 사용을 통해 척추 측정 시스템(100)에 대하여 환자의 내부 구조의 실시간 동화상을 제공하도록 형광 투시 이미지를 또한 지원할 수 있다.
척추 정렬 시스템(100)은 전체의 정렬 및, 기구(예를 들면 , 완드(103) 및 수신기(101)) 방위에 더하여, 고립된 척추의 움직임을 추적할 수있는 능력에 대해 알려준다. 상기 수신기(101)는 특정 척추뼈에서, 그리고 척추(112)와 나란한 완드(103)의 위치를 정확하게 추적하여 위치 정보를 측정한다. 수신기(101)가 천골(sacrum)에 (예를 들어, 핀고정, 나사고정, 부착에 의해) 연결된 것으로 나타나 있다. 그러나, 수신기(101)는 척추의 척추뼈와 나란하다면 어디에 위치해도 된다. 대안적으로, 수신기(101)는 척추(112) 근처의 스탠드에 장착될 수 있다. 상기 완드(103)와 수신기(101)는 센서화된 장치로서, 초음파 센서, 광학 센서, 또는 전자기 센서를 통해 자신의 위치를 송신할 수 있다. 이 실시예에서, 완드(103) 및 수신기(102)는 초음파 변환기(ultrasonic transducer)를 활용하고, 가시선 장치(line of sight device)이다. 상기 센서들은 막대 부재의 끝단에서 떨어진 막대 부재의 외부에 장착되거나, 또는 일부 경우에서는 완드의 끝단 안에 장착된다. 상기 완드(103)는 손으로 파지되거나, 또는 기계적 조립체를 통해 척추에 부착될 수 있다. 일 실시예에서, 모든 정렬 측정을 생성하기 위한 구성요소(예를 들면 수신기(101) 및 완드(103))는 수술실의 무균 부위(sterile field, 109) 내에 상주한다. 무균 부위(109)는 수술 부위라고도 한다. 보통, 원격 시스템(105)은 수술실의 무균 부위(109)의 바깥에 있다. 무균 부위 내에서 사용되는 구성 요소(109)는 일회용으로 설계된다. 이 실시예에서, 완드(103) , 수신기(102) , 또는 이 둘 모두는 수술중에 사용된 뒤에 폐기된다.
초음파 센서 장치의 일례가, 2007년 3월 7일 출원되었고, 발명의 명칭이 "3차원 감지 방법 및 장치"인 미국 특허출원 제11/683,410호에 개재되어 있으며, 그 전체 내용은 인용되어 여기에 통합된다. 광학 센서의 일례로서 광 추적용으로 수신기(101)상에 구비된 고속 카메라 부재에 대응하여 완드(103) 상에 구비된 3개 또는 4개의 활성 IR 반사기를 포함하거나, 또는 대안적으로 입사광의 각도를 검지한 다음 완드의 위치를 삼각측량(triangulate)하는 광전 다이오드(photo-diode)부재를 포함한다. 전자기센서의 일례로서, 수신기(103)상에서의, 생성 자기장의 강도 변화를 평가함에 의해 그 공간 위치가 측정되는, 완드상의 금속구(metallic sphere)의 포함한다.
물리적 시스템 또는 인체 내의 관심 대상의 많은 물리적 파라미터는 에너지파 또는 펄스의 특징에서의 변화를 평가하는 것에 의해 측정될 수 있다. 한 예로서, 변경 매체를 통해 전파하는 에너지파 또는 펄스의 체류 시간 또는 형상의 변화는 매체 상에서 작용하고 변화를 일으키는 힘을 결정하도록 측정될 수 있다. 매체의 에너지파 또는 펄스의 전파 속도는 매체의 물리적 변화에 의해 영향을 받는다. 관심 대상의 물리적 파라미터 또는 파라미터들은 하중, 힘, 압력, 변위, 밀도, 점도 및 국지적 온도의 측정을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 이러한 파라미터는 인체, 기구, 장비, 기타 기계적인 시스템상에 또는 내에 위치된 무선 감지 모듈에 의해 정렬, 정렬, 방향 또는 위치뿐만 아니라 축 또는 축들의 조합을 따르는 움직임, 회전, 또는 가속도에 대한 에너지 펄스 또는 파동의 전파 시간의 변화를 측정하는 것에 의해 평가될 수 있다. 대안적으로, 관심 대상의 측정은 몇 가지 예를 들어 필름 센서, 기계적 센서, 고분자 센서, MEMS 장치, 스트레인 게이지, 압전 저항성 구조 및 용량성 구조를 사용하여 취해질 수 있다.
도 2는 비한정적인 실시예에서 척추정렬과 투상도를 나타내는 시스템(100)의 그래픽 유저 인터페이스(GUI, 150)를 도시한다. 상기 투상도는 도 1의 수술 절차와 시스템 장치의 입체 시각화를 제공하는 것으로, 실시간으로 정량적 측정을 표시한다. 각각의 투상도는, 중첩된 척추의 정렬 정보로서 상이한 관점에서 척추를 나타내도록 개별적으로 구성된다. 제1 투상도(210)는 시상도(즉, 전후방)를 나타낸다. 제2 투상도(230)는 관상도(즉, 좌우)를 나타낸다. 시상도 및 관상도는 충분한 공간 정보를 제공하여 단 두 개의 투영도로서 척추의 정렬을 시각화할 수 있다. 투영도는 상이한 보기 각도와 씬 그래프(scene graph)로 정의될 수 있다.
일례로서, 의사는 완드(103)를 파지하여, 예를 들어, 척추 측만증 상태의 심각도(또는 교정)를 측정하기 위해 척추의 윤곽을 추적할 수 있다. 이는 수술에 앞서 환자를 세운 채로 환자의 자세와 척추 만곡의 징후를 제공한다. 의사는 완드를 파지하고 척추의 윤곽을 따라간다. GUI(108)는, 추적 중에 완드(103)로 파악된 위치 정보로부터 척추 윤곽을 시각적으로 나타낸다. 그런 다음, 정렬 각도가 첫 번째 순서 통계 및 형상으로부터 계산된다(예컨대, 각도 지점 R, P1, 및 P2를 참조하되, R은 기준 정렬이고, P1은 수신기(101)의 위치이며, P2는 완드(103)에 의해 등록된 지점이다). 정렬 각도는 척추 정렬의 오프셋을 나타내고, 또한, 평면도에 투상된 경우, 시상 평면 및 관상 평면상의 편차 에러(deviation error)를 나타낸다. 그런 다음, GUI(108)는 필요한 보상 교정을 보여준다. 현재의 예에서, 예를 들면, 라인(152)과 라인(154)간의 시상 편차각도를 보정하도록 표시 박스(146)에 전방으로 +4cm의 변위가 필요하다고 보여주고, 라인(158) 및 라인(156)간의 관상 편차각도를 보정하도록 표시 박스(148)에 우측으로 +2cm의 변위가 필요하다는 것을 보여준다. 이로써 의사에게, 수술 정렬 교정을 위한 최소한의 시각 정보가 제공된다.
대안적으로, 급속 지점등록 방법이 척추 정렬의 평가에 사용될 수 있다. 지점 등록 방법은 의사로 하여금 최소한의 등록으로서 신속하게 척추 정렬의 평가를 가능하게 한다. 사용자는 완드를 파지하고, 척추뼈상에 점을 찍고 클릭을 하여 점곡선을 생성하면, 이것은 선으로 변환된다. 제1 단계 A에서, 수신기(101)가 고정 위치, 예를 들어 수술대 근처 스탠드 상에 배치된다. 대안적으로, 수신기(101)는 도 1에 도시된 바와 같이 천골에 견고하게 핀고정된다. 제2 단계 B에서, 외과 의사가, 완드(103)의 끝단으로 기준 뼈상에서 세 개 이상의, 천골상의 후장골릉(posterior iliac crest) 또는 등쪽 표면에 나란한 지점들과 같은 해부학적 특징을 식별한다. 상기 시스템(100)은, 예컨대, 수신기(101) 원점을 기준으로 <x,y,z>직교 좌표계에서, 등록된 완드 끝단의 공간 위치로부터 기준 뼈 방위를 측정한다. 그런 다음, 상기 시스템(100)은 이미지 서버(125)로부터 관련 3D 모델 척추 구성요소(예를 들면, 천골, 척추 등)를 검색하고, 이것을, 상기 기준 뼈 방위에 따라 적절한 배율 및 방위(모핑 및 워핑)로서 GUI(108)에 표시한다. 일단 3D 모델의 등록이 완료되면, 환자가 고정되어 있는 동안, 의사는 이어지는 제 3 단계 C에서, 예를 들면 경추(C1-C7)와 같은 척추 하나를 등록한다. 그런 다음, 시스템(100)은 기준 뼈에 대한 로컬 좌표계를 생성하고, 곡선과 선분을 생성하며, 도 2에 도시된 바와 같은 전체 정렬을 보여주기에 충분한 등록 지점을 갖는다. 척추 정렬이 척추의 소정의 곡률 또는 직진도의 관점에서 보여지는데, 예를 들어, (수술 전 계획시) 요구된 라인(154)에 대한 라인(152)을 나타낸다.
도 3은, 완드(103) 및 수신기(101)의 비한정적인 실시예를 도시한 것으로, 비록 모든 구성요소의 도시가 필요하지 않지만, 필요한 기능에 따라 더 적은 구성요소들이 사용될 수 있다. 수신기(101)과 완드(103)와, 이들 간의 수술 통신 모드는, 2010년 10월 8일에 출원되고, 발명의 명칭이 "센서 피드백을 제공하는 항법장치"인 미국 특허출원 제12/900,662호에 개재되어 있으며, 그 전체 내용은 인용되어 여기에 통합된다. 요약하면, 현재 치수는 거리상 대략 2m를 상한으로, 1밀리미터 이하의 공간 정확도(<1㎜)로서 비접촉 추적을 가능하게 한다. 이들 장치는 다양한 기능(예를 들어, 휴대형, 개체 장착형)을 지원하도록 구성될 수 있으며, 어느 것도 아래에 설명된 수치로 제한되지 않는다.
완드(103)는 대략 10cm의 폭과, 2cm 깊이의 크기 치수를 갖는 휴대 장치로서, 18cm에서 20cm까지의 연장 길이를 갖는다. 상술한 바와 같이, 완드(103)는 예를 들어 객체의 윤곽 또는 표면에 나란하게 관심 지점(지점 A, B, C 참조)을 등록할 수 있는데, 유저 인터페이스(도 1의 GUI(107)에 표시될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 완드(103) 및 수신기(101)는 초음파, 적외선, 및 전자기 센서를 통해 통신하여, 서로에 대한 상대적인 위치 및 방위를 측정할 수 있다. 가속도계를 통합한 다른 실시예는 추가로 위치 정보를 제공한다.
완드(103)는 센서(201-203)와 완드의 끝단(207)을 포함한다. 센서에는 초음파 센서, 마이크로 전자 기계 소자(MEMS) 마이크, 전자석, 광학 요소(예를 들면, 적외선, 레이저) , 금속성 객체 또는, 신체의 움직임을 전압 또는 전류와 같은 전기 신호로 변환 또는 반송하는 그외의 변환기가 있다. 이들은 자체 전원 신호를 전송하는 자동 소자(active element)이거나, 반사적이거나 검출가능한 자기 특성을 나타내는 수동 소자(passive element)이다.
일 실시예에서, 완드(103)는, 그 각각이 공기 중으로 초음파 신호를 송신하는 세 개의 초음파 송신기(201-203)와, 이 세 개의 초음파 송신기(201-203)로의 구동 신호를 생성하여 초음파 신호를 생성하는 컨트롤러(또는 전자 회로)(214)와, 사용자의 입력치를 받아 근거리 위치 측정 및 정렬 측정을 행하는 유저 인터페이스(218)(예를 들면 , 버튼)와, 사용자의 입력치를 중계하고 타이밍 정보를 수신하여 전자 회로(214)를 제어하는 통신 모듈(216), 그리고 완드(103)상의 전자 회로(218) 및 관련 전자 장치에 전원을 공급하는 배터리(218)로 이루어진다. 상기 컨트롤러(214)는 초음파 송신기(201-203)를 작동시키도록 연결된다. 송신기(201-203)는 컨트롤러(214)에 의한 지시에 대응하여 센서 신호를 송신한다. 완드(103)에는 도시된 것보다 많거나 적은 구성요소들이 들어가는데, 특정 구성 요소의 기능성은 통합된 장치로서 공유된다.
추가적인 송신기 센서는 입체적인 센싱을 위한 과도 측정 시스템(over-determined system)을 제공하도록 포함될 수 있다. 일례로서, 각 초음파 변환기는 개별적인 송수신기능을 행할 수 있다. 이러한 초음파 센서의 일례는 미국 특허 제7,725,288호에 개재되어 있고 그 전체 내용은 인용되어 여기에 통합된다. 초음파 센서는, 파형을 구성하고 형상화하기 위한, 사용자 정의의 변환기의 물리적 특성에 따라 펄스 형상의 파형을 전송할 수 있다.
완드의 끝단(207)은 3차원 공간에서의 구조물, 예를 들어 조립체, 물건, 기구, 또는 지그 상에 관심 지점을 식별하지만, 이들에 한정되지 않는다. 상기 끝단은 3차원 공간에서의 그 공간 위치가, 교차하는 단부(cross end)에 배치된 세 개의 초음파 송신기(201-203)에 의해 확립되기 때문에 센서를 필요로 하지 않는다. 그러나, 끝단의 센서(219)는 끝단(207)에 통합되어 초음파 기능(예를 들어 , 구조의 경계, 깊이 등) 또는 접촉에 기초한 검출을 제공한다. 이 경우, 끝단(207)은 접촉 센서로 되어 물리적 행동에 반응하는 지점을 등록하는데, 예를 들어, 해부학적 또는 구조적 위치에 끝단을 접촉시킨다. 끝단은 이러한 조사 목적을 위해 기계적 또는 작동 스프링 조립체로 이루어질 수 있다. 또 다른 장치에서는 용량 접촉단(capacitive touch tip)이나 정전 조립체(electrostatic assembly)를 포함하여 접촉을 등록한다. 완드의 끝단(207)은 교환 가능한 분리식, 또는 멀티 헤드 스타일러스 팁(multi-headed stylus tip)을 포함하여, 송신기(201-203)가 수신기(101)와 함께 가시선에 남아 있는 동안(도 1 참조), 완드의 끝단에 의한 해부학적 특징의 식별이 가능하게 된다. 이들 스타일러스 끝단은 직각이거나 굽어있으며, 그렇지 않고 뾰족한 끝으로 찌르는 외곽형상이면 위치에 접촉하기 어렵다. 이로써, 손에 파지된 완드로서 그 끝단(207)을 통해, 구조, 뼈 또는 지그 상의 (해부학) 특징과 같은 관심 지점을 식별하는 것이 가능하게 된다.
유저 인터페이스(218)는 휴대 중의 조작 및 사용(예를 들면, 온/오프/리셋 버튼)을 가능하게 하는 하나 이상의 버튼과, 시각적인 피드백을 제공하는 조명부재를 포함할 수 있다. 하나의 구성에서, 8상(8-state) 탐색 누름 버튼(209)은 지시들을 주고받아 유저 인터페이스를 추가적으로 제어하거나 실행할 수 있다. 이 버튼은 완드의 일측에 인체 공학적으로 위치하여 한 손으로의 사용을 가능하게 한다. 완드(103)는 또한, 유저 인터페이스(218)를 갖춘 감각 모듈(haptic module)을 포함한다. 일례로서, 감각 모듈은 (증가/감소)진동수를 변경하여 부적절하거나 적절한 동작에 대해 신호한다. 완드(103)는, 소리(예를 들면 , 초음파 )와 빛(예를 들면, 적외선)을 투과하게 하고 물, 혈액 또는 조직와 같은 생물학적 물질은 투과하지 않는, 발신기(201-202)를 위한 물질 커버를 포함한다. 하나의 장치에 있어서, 투명 플라스틱 막(또는 메쉬)는 안내되어 뻗는데, 전송 주파수를 갖는 공진하에서 진동한다. 배터리(218)는 무선 에너지 충전(예를 들면, 자기 유도 코일 및 슈퍼 커패시터)를 통해 충전할 수 있다.
완드(103)는 구조, 개체 또는 지그에 연결하기 위한 기본 부착 장치(205)를 포함한다. 일례로서, 이러한 장치에는 임시 분리를 가능하게 하는 고정 인서트(예를 들면, 사각형 포스트 헤드)를 갖춘 자성 조립체가 있다. 다른 예로서, 래치형 확장물(latched increment)을 갖춘 자성 볼 및 조인트 소켓일 수 있다. 또 다른 예로서, 정형 외과용 나사에 끼워지는 스크류 포스트(screw post)나 핀이 될 수 있다. 다른 실시예는 슬라이딩, 변환, 회전, 앵글링(angling), 그리고 잠금 기능의 부착 및 분리가 가능하고, 기존의 노치, 능선(ridge)이나 구멍을 이용하여 표준 지그에 대해 연결이 가능하다.
완드(103)는 증폭기(213) 및 가속도계(217)를 더 포함할 수 있다. 증폭기는 송신 또는 수신된 신호의 신호 대 노이즈비를 증가시킨다. 가속도계(217)는 작동중과 정지중에서의 3번 축과 6번 축의 경사를 식별한다. 통신 모듈(216)은 수신기(101)로 신호를 보내는 구성요소(예를 들면 , 동기 시계, 라디오 주파수 'RF' 펄스, 적외선 'IR' 펄스, 광/음향 펄스)를 포함한다. 컨트롤러(214)는 카운터, 시계, 또는, 센서 신호, 가속도 정보 및 기타 데이터나 구성 요소의 상태에 관한 동기화 및 시퀀싱의 송신 및 수신을 제어하는 그외의 아날로그 또는 디지털 로직을 포함한다. 상기 배터리(218)는 각각의 회로 로직 및 구성요소에 전원을 공급한다. 적외선 송신기(209)는 (수신기로의) 초음파 신호의 전송과 동기화되는 적외선 타이밍 신호를 펄스로 한다.
컨트롤러(214)는, 플래시, ROM, RAM, SRAM, DRAM 또는 그외의 기술 등과 같은 관련 저장 메모리(208)를 갖춘 마이크로 프로세서(uP) 및/또는 디지털 신호 프로세서(DSP) 등의 컴퓨팅 기술을 활용하여 상기 장치의 구성 요소에 대한 작동을 제어한다. 또한 상기 지시들은, 다른 메모리 및/또는 프로세서가 또다른 프로세서나 컴퓨터 시스템에 의해 작동중인 프로세서 내에 완전히 또는 적어도 부분적으로 상주한다. 입력/출력 포트는, 예를 들어 범용 직렬 버스(USB)를 이용한, 휴대가능한 정보 또는 데이터의 교환을 가능하게 한다. 컨트롤러(214)의 전자 회로는 하나 이상의 주문형 집적회로(Application Specific Integrated Circuit) 또는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)로 이루어진다. 컨트롤러(214)는 하나 이상의 운영체제(OS) 모듈을 실행하는 내장형 플랫폼이다. 하나의 장치에서, 저장 메모리는, 여기에 기술된 하나 이상의 방법 또는 기능을 구현하는 하나 이상의 지시 세트(예를 들면, 소프트웨어)를 저장한다.
수신부(101)는, 타이밍 정보를 생성하고, 사용자 입력에 따라 지점 위치를 등록하며, 수신기(101)에 대한 완드(103)의 3개 또는 그 이상의 지점 위치로부터 근거리 위치 측정 및 정렬을 측정하는 프로세서(233)로 이루어진다. 수신기는 약 2cm의 폭, 2cm의 깊이, 그리고 10cm 내지 20cm의 길이의 크기 치수를 갖는다. 여기에는 제1, 제2 및 제 3 초음파 신호의 송신에 응답하여 완드(103)에 타이밍 정보를 전송하는 통신 모듈(235)을 포함한다. 초음파 신호는 진폭 변조, 주파수 변조 및 위상 변조의 조합으로부터 생성되는 펄스 모양의 신호가 될 수 있다. 세 개의 마이크(221-223)의 각각은 공기를 통해 전송된 제1, 제2 및 제 3 펄스 형상 신호를 수신한다. 수신기(101)는 직계 또는 더 컴팩트한 장치로 구성되고, 삼각 형상을 포함할 수 있다. 삼차원 센서 장치의 일례는 2007년 3월 7일에 출원되고, 발명의 명칭이 "3차원 감지를 위한 방법 및 장치"인 미국 특허출원 제11/683,410에 개재되어, 그 전체 내용은 인용되어 여기에 통합된다.
상기 메모리(238)는 초음파 신호를 저장하고, 또한 초음파 신호 또는 처리된 신호의 기록을 생성할 수 있다. 또한, 메모리는, 예를 들어 유저가 버튼을 눌러 위치를 등록하는 것에 대응하여 완드의 끝단 위치를 저장할 수 있다. 무선 통신 인터페이스(입력/출력)(239)는 무선으로 세 개 이상의 지점 위치에 관한 위치 정보 및 단거리 정렬을 원격 시스템에 전송한다. 원격 시스템은 컴퓨터, 노트북 또는 모바일 장치로서, 앞서 설명한 바와 같은 위치 정보나 정렬 정보를 실시간으로 표시한다. 배터리는 프로세서(233) 및 수신기(101)상의 관련 전자 장치에 전원을 공급한다. 상기 수신기(101)에는 도시된 것보다 많거나 적은 수의 구성요소가 들어가는데, 특정 구성 요소의 기능은 공유되거나 또는 거기에 통합될 수 있다.
부가적인 초음파 센서가 입체적인 센싱을 위한 과도 결정 시스템를 제공하기 위해 포함될 수 있다. 초음파 센서는 MEMS 마이크, 수신기, 초음파 송신기 또는 이들의 조합이 될 수 있다. 일례로서, 각 초음파 변환기는 개별적인 송신 및 수신 기능을 수행할 수 있다. 이러한 초음파 센서의 일례는 미국 특허 제7,414,705호에 개재되어 있으며, 그 전체 내용은 인용되어 여기에 통합된다. 수신기(101)는 또한, 핀(251)에 의해 뼈나 지그로의 연결을 위한 부착 기구(240)를 포함한다. 일례로서, 부착 기구(240)는 임시적인 분리를 가능하게 하는 고정형 인서트(예를 들어, 사각형 포스트 헤드)를 갖춘 자성 조립체일 수 있다. 또 다른 예로서, 래치형 확장기를 갖춘 자성 볼 및 조인트 소켓일 수 있다.
수신부(101)는 증폭기(232), 통신 모듈(235), 가속도계(236), 및 프로세서(233)를 더 포함할 수 있다. 상기 프로세서(233)는 펄스 성형기, 위상 검출기, 신호 압축기 및 기타 디지털 프로세서 코드 유틸리티 및 패키지 등의 소프트웨어 프로그램 모듈을 호스팅할 수 있다. 상기 증폭기(232)는 송신 또는 수신된 신호의 신호 대 노이즈를 증폭한다. 상기 프로세서(233)는 컨트롤러, 카운터, 시계, 및 센서 신호, 가속도계 정보 및 기타 데이터 또는 구성 요소의 상태에 대한 동기화 및 시퀀싱을 송신 및 수신 제어하기 위한 아날로그 또는 디지털 로직을 포함할 수 있다. 가속도계(236)는 작동 중 및 정지하는 동안의 축 방향 기울기(예를 들어, 3번 및 6번 축)를 확인한다. 상기 배터리(234)는 각각의 회로 로직 및 구성요소들에 전원을 공급한다. 상기 수신기는 적외선 신호의 검출, 그리고 초음파 신호의 송신 시간을 설정하여 완드와 무선 적외선 통신을 가능하게 하는 광전 다이오드(241)를 포함한다.
상기 통신 모듈(235)은 (완드(102)로의) 로컬 시그널링을 위한 구성 요소(예를 들면, 동기 시계, 라디오 주파수 'RF' 펄스, 적외선 'IR' 펄스, 광/음향 펄스)를 포함할 수 있다. 또한 여기에는 원격 장치(예를 들어, 노트북, 컴퓨터 등)와의 무선 통신을 위한 네트워크 및 데이터 구성요소(예를 들어, 블루투스, 지그비(ZigBee), 와이파이, GPSK, FSK, USB, RS232, IR 등)를 포함할 수 있다. 여기서는 네트워크 및 데이터 구성 요소를 통한 외부 통신을 고려될 수 있지만, 수신기(101)는 단독 작동을 가능하게 하는 유저 인터페이스(237)를 포함할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 일례로서, 여기에는 3개의 LED광(224)이 포함되어 셋 이상의 완드의 끝단 지점 위치 정렬 상태를 나타낸다. 유저 인터페이스(237)는 또한, 터치 스크린 또는, 위치 정보와 정렬을 보여주는 자체의 GUI를 갖춘 그외의 디스플레이를 포함한다.
프로세서(233)는, 플래시, ROM, RAM, SRAM, DRAM 또는 그외의 기술 등과 같은 관련 저장 메모리(208)를 갖춘 마이크로 프로세서(uP) 및/또는 디지털 신호 프로세서(DSP) 등의 컴퓨팅 기술을 활용하여 단말 장치의 상기 구성 요소에 대한 작동을 제어한다. 또한 상기 지시들은, 다른 메모리 및/또는 프로세서가 또다른 프로세서나 컴퓨터 시스템에 의해 작동중인 상기 프로세서 내에 완전히 또는 적어도 부분적으로 상주한다. 입력/출력 포트는, 예를 들어 범용 직렬 버스(USB)를 이용한, 휴대가능한 정보 또는 데이터의 교환을 가능하게 한다. 컨트롤러의 전자 회로는 하나 이상의 주문형 집적회로(Application Specific Integrated Circuit) 칩 또는, 예를 들어 코어 시그널 프로세싱 알고리즘 또는 제어로직에 특화된 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)로 이루어진다. 상기 프로세서는 하나 이상의 운영체제(OS) 모듈을 실행하는 내장형 플랫폼이다. 하나의 장치에서, 저장 메모리(238)는, 여기에 기술된 하나 이상의 방법 또는 기능을 구현하는 하나 이상의 지시 세트(예를 들면, 소프트웨어)를 저장한다.
제1 장치에서, 수신기(101)는 완드(103)로의 구속형 전기 연결(예를 들면, 전기선)을 통해 연결된다. 다시 말해, 완드(103)의 통신 포트는 타이밍 정보를 수신하는 수신기(101)의 통신 인터페이스에 물리적으로 유선 연결된다. 수신기(101)로부터의 타이밍 정보는 완드(103)가 언제 송신하는지를 말하며, 펄스 형상에 적용되는 선택적 매개 변수를 포함한다. 수신기(101)상의 프로세서(233)는 상기 타이밍 정보에 상기 타이밍 정보를 채용하여, 기준 시간 베이스에 대한 초음파 신호의 경우, 전파시간 측정치를 설정하도록 한다.
제2 장치에서, 수신기(101)는, 무선 I/O(239)에 의한 무선 신호 연결을 통해 완드(103)에 통신가능하게 연결된다. 시그널링 프로토콜은 2010년 10월 8일에 출원되고, 발명의 명칭이 "센서 피드백을 제공하는 네비게이션 장치"인 미국 특허출원 제12/900,662호에 개재되어 있으며, 그 전체 내용은 인용되어 여기에 통합된다. 완드(103)상의 적외선 송신기(209)는 각각 송신된 펄프 형상의 신호를 갖는 적외선 타이밍 신호를 송신한다. 적원선 송신기는 수신기로의 초음파 신호의 송신과 함께 동기화되는 적외선 타이밍 신호를 펄스로 한다. 수신기(101)는 적외선 타이밍 신호가 수신될 때의 측정용 광전 다이오드(241)를 포함할 수 있다. 이 경우, 완드(103)의 통신 포트는, 타이밍 정보를 마이크로 초의 정확도(- 1mm 분해능) 이내로 중계하는 적외선 송신기 및 광전 다이오드에 의해 수신기(101)의 통신 인터페이스에 무선으로 연결된다. 수신기(101)상의 프로세서(233)는 이 적외선 타이밍 정보를 채용하여 기준 송신 시간에 대한, 제1, 제2, 및 제3의 전파시간 측정치를 설정한다.
도 4는 비한정적인 예에서 척추 정렬(300)을 평가하기 위한 여러 센서화된 완드를 도시한다. 도시된 바와 같이, 다중 센서화된 완드(301-304)는 다른 추적 척추뼈에 대한 개별 척추뼈의 운동 및/또는 정렬을 추적하는 데 사용될 수 있다. 각각의 완드는 서로 다른 크기와 센서 구성으로 될 수 있다. 완드는 경량의 구성 요소로서, 4-12cm 범위에서, 그리고 1cm보다 작거나 동일한 폭의 크기로 확장될 수 있다. 일반적으로, 완드(301-304)는 손으로 용이하게 파지되거나 근육-골격 시스템에 부착 또는 지지될 수 있는 폼 팩터를 갖는다. 예를 들면, 제1 완드(301)는 다른 완드(303)보다 더 넓고 더 긴 센서 간격을 갖는다. 이로써, 완드(301-304)와 수신기(308)간의 통신이 확장된다. 각각의 완드는 다른 것과 구별할 수 있는 개별 ID를 갖는데, 예를 들면, 완드별로 특이한 특징적인 저주파수 자성파장으로 저장된다. 상기 시스템(100)은 수동적인 자기장 측정을 통해 완드를 식별하고, 하나 또는 그 이상의 초음파, 광학, 전자기 요소 , 또는 (수동/능동) 센서들을 통해 위치를 측정한다.
도 4의 도면과 함께, 여기서는 워크 플로 방법에 대해 고려된다. 제1 워크플로 단계(311)에서, 수신기(308)는 외과 영역에 근접하여 위치되는데, 거기서 완드가 사용되게 된다. 앞서 지적한 바대로, 수신기(308)는 스탠드 상에 위치하거나 천골(또는 다른 뼈 영역)에 부착되어 완드의 방위와 위치를 추적한다. 완드는 손으로 파지되어, 예를 들어, 완드의 끝단로 뼈의 특징부에 지점을 찍고 클릭하여 천골상의 해부학적 특징부를 등록함에 사용된다. 이 지점 등록은 해부학적 지점을 캡처링하여, 적절한 방위 및 치수를 갖는 3D 척추 모델을 검색하는 데 사용된다. 그런 다음, 단계(312)에서, 완드는 척추뼈상의 지점을 등록하여 그 척추뼈의 위치를 평가하는 데 사용된다. 제1 장치에서, 완드는 다른 완드 끝단의 지점 등록 없이 바로 척추뼈에 부착될 수 있다. 이것은 삽입 지점에서의 공간 위치를 평가하는 하나의 지점을 제공하는데 그러나 방위(입체 정보)는 필수적이지 않다.
제2 장치에서, 완드는 먼저 척추의 표면상에 지점을 등록하는 데 사용되고 이어서 삽입된다. 이 등록에서 해부학적 척추 지점이 캡처링되고, 그런 다음, 등록사항은 적절한 방위 및 치수를 갖는 3D 척추 모델을 검색하는 데 사용된다. 이로써, 상기 시스템(100)은 완드가 척수뼈에 삽입되었을 때 적절한 스케일링과 위치에 의해 척추를 추적하는 것이 가능하게 된다. 천골상에서의 수신기 및 척추뼈상에서의 각 완드의 등록과 위치 설정시에, 단계 313에 나타낸 바와 같이, 시스템(100)은, 기구의 실시간 추적도를 제공한다. 다시 말해, 시스템은 척추의 3차원 모델과, 센서화된 완드(301-304) 및 수신기(308)를 표시하는 가상 환경을 생성 한다
도 5는 비한정적인 실시예에서 척추 조건를 측정하기 위해 센서화된 배치를 도시한다. 앞서 지적한 바와 같이, 완드의 끝단은 또한, 생체 변환기 등의 센서를 포함한다. 완드의 끝단이 관심 지점의 등록에 사용될 때 또한, 삽입 부위와 직접 관련된 생체 데이터를 캡처링할 수 있다. 완드의 끝단은 또한, 생체 변환기를 분리하고 접촉 부위에서의 위치를 벗어날 수 있다. 도 5 및 도 6의 도면은 완드 끝단 센서의 배치를 도시한 것으로, 일부 구성에서 장기 이식을 위한 장소에서 끝단 센서가 배치된다. 상기 시스템(100)은 또한, 뼈상의 하중을 모방하여 개선된 뼈의 미네랄 함량과 밀도로 이어질 수 있는 진동 패턴에서의 에너지파의 전달을 가능하게 한다. 상기 센서들은 또한, 에너지파를, 임플란트를 통해 또는 가로질러 보냄으로써, 골절 치유에 도움이 된다.
따라서, 여기서는 생체 파라미터를 검출하기 위한 방법이 제공되고, 기능의 센서화된 배치에는 위치와 방위가 포함된다. 이 방법은 척추 관절의 움직이는 구성 요소에 생체 변환기를 제공하는 단계와, 에너지파(예를 들어, 초음파, 광학, 전자지 등)를 생체 변환기로부터, 척추뼈 관절이나 척추 운동중에 척추뼈 관절의 움직이는 구성요소와 다른 절차 영역으로 송신하는 단계와, 척추 조인트 운동 중에 에너지파의 거동을 평가하되, 평가된 거동과 척추 관절의 움직임에 의거하여 정량적으로 평가하는 단계와, 현재 상태 또는, 압력, 인장, 전단, 하중, 토크, 골밀도 및 지지 체중으로 이루어진 군으로부터 선택된 절차 영역 중 적어도 하나의 파라미터를 측정하는 단계를 포함한다. 대안적으로, 하나 이상의 센서를 통합하는 삽입가능한 헤드 조립체가 관심 생체 파라미터를 측정하는데 사용될 수 있다. 이 예에서, 생체 변환기는 척추뼈의 움직임과 하중에 관한 정보를 검출하여 전송할 수 있다. 일례로서, 상기 센서는, 예를 들어 척추 관절이 운동중에 고정되는 경우와 같이, 평가된 동작의 주파수 또는 주기성을 평가하여 정형 관절의 비정상적인 움직임을 감지할 수 있다.
도 5에 나타낸 일례로서, 단일의 센서(352)가 뼈 또는, 척추관절(예를 들어 , 척추 )의 인공 요소에 이식되어, 압력, 인장, 전단, 뼈의 밀도와 지지 체중에 관련된 결합 역학의 질적 수준이나 기능과 같은, 운동 중의 척추 관절의 거동을 평가할 수 있다. 본 실시예에서의 상기 센서(352)는 뼈(척추)상에 고정된 위치에 있고 절차 영역(360)과 관련된 운동중에 척추(358)와 함께 움직인다. 도시된 바와 같이, 절차 영역(360)은 척추(354), 디스크(356), 및 척추(358)로 이루어진다. 절차 영역(360)은 센서에 대해 상대적으로 정지되는데, 척추가 주로 단일의 센서를 옮기기 때문이다. 상기 장치의 단일 센서는, 운동의 결과로서 절차 영역 내에서 관심 매개 변수(예를 들어, 압력, 인장, 전단, 뼈 밀도, 지지 체중)의 다양한 변화에 노출된다. 일례로서, 상기 센서는 운동중에 관절에서의 상이한 위치에 적용된 동작의 결과로 관절 운동의 범위에 걸쳐 압축된다. 동작중에, 센서(352)는 절차 영역의 에너지파를 평가하되, 척추골(및 그에 따른 센서 초점)의 이동이 동작의 결과로서 절차 영역에 대하여 변화하기 때문에 주변 영역도 평가된다. 센서(352)(센서가 완드에 부착되었을 때는 완드를 통해)의 위치도 또한, 다른 척추와 관련되어서 측정되고, 방위, 위치, 및 배치에 대해 감지된 매개 변수의 변화를 카탈로그화하는 데 사용된다.
이동 구성 요소(예를 들어, 척추, 인공 임플란트)에 센서(352)를 배치하고, 척추 관절의 이동 구성 요소와 상이한 절차 영역으로의 에너지파 전송의 하나의 이점은, 그 위치와 방위에 대한 지식으로서, 센서(352)와, 센서(352)의 해상도 및 초점, 아울러 그 위에 힘을 변경하는 절차 영역 간의 거리를 효과적으로 변경한다. 위치 정보는 또한, 이렇게 감지된 매개 변수의 변화에 관련된 운동의 주기를 나타낸다. 일례로서, 발신 및 수신 간의 스위칭 모드에서 작동하는 센서(352)는 작동 변화를 초래함 없이 절차 영역의 서로 다른 깊이에서 측정을 행할 수 있다. 관절 운동으로 인해 변화하는 거리의 결과로서 센서(352)는, 그렇지 않으면 예를 들어 임피던스와 일치하도록, 전송된 파동 에너지의 주파수, 진폭, 또는 위상 변화를 요구할 수 있는 센서 조절 없이 다른 측정을 수행할 수 있다.
일례로서, 생체 인식 센서(352)는 초음파 장치일 수 있다. 정량적 초음파는, 뼈 미네랄 함량을 측정하는 다른 뼈 농도계 방법과는 대조적으로, 기계적 무결성(mechanical integrity) 등의 뼈의 추가적인 속성을 측정할 수 있다. 뼈를 통한 초음파의 전파는 골량, 뼈 구조, 및 하중의 방향성에 의해 영향을 받는다. 골 강도 및 강성을 평가하는 대책으로서 정량적 초음파 측정은 수신된 초음파 신호의 처리에 기초한다. 소리의 속도와 초음파는 뼈와 연부 조직을 통해 전파된다. 보철 이완 또는 침하, 대퇴골/경골/비구 또는 인공물의 골절은 뼈 손실과 연관된다. 따라서, 인공물 주위의 골 미네랄 함량의 진보적인 정량화 변경에 대한 정확한 평가를 할 때 개정전 치환술에 대한 뼈의 재고를 유지하기 위해 개입하는 시기를 시술 의사가 결정하는 데 도움이 된다. 이 정보는 골다공증 뼈 임플란트의 개발에 도움이 되고, 그리고 오스테오포로스(osteoporose)의 치료 평가와, 상이한 임플란트 코팅의 효과를 돕는다.
도 6은 비한정적인 실시예에서 척추 조건을 측정하기 위한 다중 센서화 위치를 나타낸다. 앞서 지적된 바와 같이, 완드의 끝단은 또한, 생체 변환기와 같은 센서를 포함한다. 완드는 또한, 관심 지점을 등록하기 위해 사용될 때, 삽입 부위와 직접 관련된 생체 데이터를 캡처링할 수 있다. 완드의 끝단은 또한, 생체 변환기를 분리하고 접촉 부위에서의 위치를 떠날 수 있다.
따라서, 여기에서 생체 매개 변수를 검출하기 위해 제공된 방법은, 척추 관절의 이동 요소와 상이한 절차 영역에서 제2 생체 변환기를 제공하는 단계와, 척추 관절의 움직임 중에 제1 생체 변환기와 제2 생체 변환기의 상호 분리에 의거한 에너지파의 거동을 정량적으로 평가하는 단계로 이루어진다. 현재 상태 또는, 절차 영역 중 적어도 하나의 파라미터는 평가된 거동과 척추 관절 운동으로부터 측정된다. 매개 변수는 변형, 진동, 운동학, 안정성 중 하나이다. 제1 생체 변환기 또는 제2 생체 변환기는 평가에 대한 외부 소스에 적어도 하나의 생체 파라미터에 관한 데이터를 송신하기 위한 송수신기를 포함할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 센서(352)는 척추 관절(예를 들어, 척추) 의 뼈나 인공 요소에 이식될 수 있고, 센서(366)는 움직임 중에 척추 관절의 동작을 평가하기 위한 절차 영역에서의 서로 다른 위치에 배치될 수 있다. 이 실시예에서 센서(352)는 뼈(척추)상의 고정 위치에 있고, 절차 영역에서 센서(366)에 대한 관절 운동중에 척추벽와 함께 움직인다. 상기 센서(366)는 상이한 뼈 상에 있을 수 있다. 두 센서가 움직이더라도, 효과 센서(352)는 센서(366)에 상대적인 이동이 고려되고, 지시된 바와 같이 상대적으로 변위된다. 상기 센서(352 및 366)는, 호스트 뼈와 조직의 평가를 할 수 있지만, 뼈의 밀도, 유체의 점도, 온도, 응력, 압력, 각도 변형, 진동, 하중, 토크, 거리, 경사, 형상, 탄력성, 동작, 및 그외에 제한되지 않는다.
도시된 듀얼 센서 장치는 뼈의 무결성을 평가할 수 있다. 예를 들어, 척추 관절에서, 제1 및 제2 척추에 연결된 센서(352 및 366)는 뼈의 밀도를 평가한다. 본 발명에 따른, 센서(352), 센서(366), 또는 이들 두 센서로부터 보내진 외부 및 내부 에너지파는 골절 및 척추 융합의 치료중에 사용할 수 있다. 배치된 두 개의 센서와 이들 센서 사이의 거리가 관심 영역에서 측정될 수 있고 출력장(power field)가 생성된다. 에너지 필드(energy field)는 초음파, 무선 주파수, 및/또는 전자기장 등과 같은 표준 에너지원이 될 수 있다. 시간이 경과하여 파동에너지의 편향은 예를 들면, 평가대상인 원하는 매개 변수의 변화의 검출을 가능하게 한다. 일례로서, 상기 대퇴골 뼈의 원위 단부에 배치된 제1 센서는 척추의 움직임 중에 경골 뼈의 기단부에 삽입된 제2 센서로부터 골밀도를 평가할 수 있다.
둘 이상의 센서가 갖는 하나의 장점은 움직임의 결과로 서로에 대해 가깝게 그리고 멀리 떨어져 상대적으로 이동할 수 있는데, 예를 들면, 연구중인 절차 영역의 센서의 주파수 특성 및 임피던스 특성으로 인해, 동작들은 에너지파의 평가를 향상시킨다. 다시 말해, 센서(352 및 366)의 상호에 대한 분리는, 그렇지 않으면 예를 들어, 임피던스가 일치하도록 전송된 파동 에너지의 주파수, 진폭, 또는 위상 변화를 요구할 수 센서 조절 없이 다른 측정을 행하는 것을 가능하게 한다. 현재 예에서, 뼈의 측정은 수신된 초음파 신호 의 처리에 기초한다. 소리의 속도 및 초음파 속도 모두는 뼈 및 연조직을 통해 전파되는 초음파가 얼마나 빨리 진행되는가에 기초한 측정을 제공한다. 이러한 치수 특성 정보는 신속한 입체적인 형상의 생성을 가능하게 하는데, 이들 정보들은, 위치, 방위 및 위치 정보와 함께 시스템(100)에 의해 처리된다. 센서들은 관절 공간에 걸쳐 있기 때문에, 그들은 이입 기능의 변화를 검출할 수 있다. 이식 기능의 예로서 몇가지 열거하면, 베어링 마모, 침하, 뼈 통합, 정상 및 비정상 운동, 열, 점도의 변화, 입자상 물질, 운동학 등을 포함한다.
도 7은 비한정적인 실시예에 센서화된 척추 기구(400)를 도시한다. 측면도 및 평면도가 표시된다. 척추 기구(400)는 핸들(409) ,샤프트(430), 및 센서화 헤드(407)로 이루어진다. 핸들(409)은 샤프트(430)의 근위 단부에 결합되고, 센서화 헤드(407)는 샤프트(430)의 말단부에 결합된다. 일 실시예에서, 핸들(409), 샤프트(430), 및 센서화 헤드(407)는 척추 영역의 분산 또는 측정에 사용될 때 구부러지지 않는 견고한 구조를 형성한다. 척추 기구(400)는 센서화 헤드(407) 하나 이상의 센서들에 작동가능하게 연결된 전자 조립체(401)를 포함한다. 상기 센서들은 센서화 헤드(407)의 가동 요소들(404/405) 상에서 표면(403/406)에 연결된다. 상기 전자 조립체(401)는 샤프트(407)의 근위 단부쪽으로 배치되거나 핸들(409)에 위치한다. 도시된 바와 같이, 전자 조립체(401)는 샤프트(409)에 연결된다. 전자 조립체(401)는 로직 회로와, 가속도계, 및 통신 회로를 포함하는 전자 회로로 이루어진다. 한 실시예에서, 센서 장착 헤드 (407)의 표면(403 및 406)은 볼록 형상을 가질 수 있다. 표면(403 및 406)들의 볼록 형상은 척추 영역 내에서, 특히 척추골의 윤곽 사이에서 센서 장착 헤드(407)의 배치를 지지한다. 한 실시예에서, 센서 장착 헤드(407)는 잭(402)을 통해 상부 구성요소(404) 및 하부 구성요소(405)의 방식에 의해 높이 조절 가능하고, 잭은 핸들(409)에 따라서 회전 운동(411)을 고르게 분산시키고 폐쇄한다. 잭(402)은 센서 장착 헤드(407)의 구성요소(404, 405)의 내부면들에 결합된다. 샤프트(430)는 하나 이상의 종방향 통로를 포함한다. 예를 들어, 가요성 와이어 인터커넥터와 같은 인터커넥터는 전자기구 조립체(401)가 센서 장착 헤드(407)에 있는 하나 이상의 센서에 작동적으로 결합하도록 샤프트(430)에 있는 통로를 통해 결합될 수 있다. 유사하게, 나사봉은 잭(404)에 핸들(409)을 결합하기 위하여 샤프트(430)의 제2 통로를 통해 결합할 수 있고, 이에 의해 핸들(409)의 회전을 통해 센서 장착 헤드(407)의 높이 조정을 가능하게 한다.
척추 기구(400)는 내장된 가속도계의 방식에 의해 정렬을 결정될 수 있다. 센서 장착 헤드(407)는 압력, 인장, 전단, 하중, 토크, 골밀도, 및/또는 지지 중량을 포함하는 처치 면적(예를 들어, 추간 공간)의 파라미터를 결정하는 능력을 포함하는 다중 기능을 지원한다. 한 실시예에서, 하나 이상의 하중 센서는 센서 장착 헤드(407) 내에 포함될 수 있다. 하나 이상의 하중 센서는 표면(403 및 406)들의 사전 결정된 위치에 결합 될 수 있다. 하나 이상의 하중 센서를 가지는 것은 센서 장착 헤드(407)가 표면(403 및 406)들에 인가된 하중 크기 및 하중의 위치를 측정할 수 있게 한다. 센서 장착 헤드(407)는, 척추골 구성요소를 설치하기 전에 척추골 관절을 측정하고, 조정하고 테스트하도록 사용될 수 있다. 앞서 본 바와 같이, 정렬 시스템(100)은 뼈간의 하중 센싱 중에 척추 기구(400)의 최적 삽입각도 및 위치를 평가하며, 인서트 기구 사용시에 이들 조건을 복제한다.
본 발명에서, 이러한 파라미터는, i) 센서들과 접촉 표면들을 지지하는 캡슐화 구조, ii) 전력 공급부, 감지 소자, 초음파 공명기 또는 공명기들 또는 트랜스듀서 또는 트랜스듀서들 및 초음파 도파관 또는 도파관들, 편향 스프링 또는 스프링들 또는 다른 형태의 탄성 부재, 가속도계, 안테나, 측정 데이터를 처리할 뿐만 아니라 에너지 변환, 전파, 및 검출 및 무선 통신을 처리하는 전자 회로를 통합하는 전자기구 조립체를 포함하는 통합 무선 센서 장착 헤드(407) 또는 장치로 측정될 수 있다. 센서 장착 헤드(407) 또는 기구(400)는 실시간으로 관심 대상의 파라미터를 감지하고 통신하기 위하여, 도구, 가전 제품, 차량, 장비, 또는 다른 물리적 시스템뿐만 아니라 동물 및 인체를 포함하지만 이에 한정되지 않는 광범위한 물리적 시스템상에 또는 내에 위치되거나 또는 이와 결합되거나, 또는 이에 또는 그 안에 부착 또는 고정된다.
척추 기구(400)의 사용예는 척추 케이지의 설치에 있다. 척추 케이지는 디스크 교체에서의 공간 척추에 사용된다. 척추 케이지 는 일반적으로 공동이고 고정용 나사를 갖도록 형성될 수 있다. 두 개 이상의 케이지는 종종 운동의 범위를 넘는 하중에 대한 충분한 지원과 로드 분배를 제공하도록 척추 사이에 설치된다. 일 실시예에서 ,척추 케이지는 가볍고 강도가 있는 티탄으로 만든다. 뼈 성장 물질도 또한, 케이지에 배치되어 장기간 뼈간 영역을 더 보강하고 이에 의해 뼈의 성장을 개시하고 촉진하기 위해 케이지에 배치할 수 있다. 척추 기구(400)는 로드 및 로드의 위치를 측정하는 척추 사이의 간극에 삽입된다. 하중 위치는 센서 장착 헤드(407)의 표면(403) 또는 406)에 하중을 인가하는 척추골 영역 또는 표면에 대응한다. 척추 기구(400)의 센서 장착 헤드(407)의 삽입 각도와 위치도 또한 측정될 수 있다. 하중 크기 및 하중 측정 위치는 척추골 사이의 임플란트 위치와 임플란트 위치를 위한 척추 케이지의 최적의 크기를 결정하도록 의사에 의해 사용된다. 최적의 크기는 소정의 하중 범위 내에서 척추의 추락에 의해 하중이 가해질 때의 케이지의 높이이다. 일반적으로 관심 척추에 적용된 하중의 분산 및 측정에 센서화된 헤드(407)의 높이는, 이어지는 단계에서 이식된 케이지의 높이와 동일하다. 척추로부터 센서화된 헤드(407)를 제거한 후 케이지는 같은 지역에 이식될 수 있다. 이식된 척추 케이지의 하중은 척추 기구(400)에 만들어지고 센서 헤드(407)에 적용된 측정치와 대략 동일하다. 일 실시예에서 인서트 시험 측정의 각도와 위치는 척추 기구(400) 또는 이와 결합된 원격 시스템에 의해 기록된다. 각도와 위치 측정은 측정 과정 중에 척추 기구(400)와 동일한 경로에서 동일한 척추 영역으로 척추 케이지를 연속적으로 안내하는 데 사용된다.
도 8은 비한정적인 실시예에서 통합 센서화된 척추 기구(410)를 나타낸다. 특히, 전자 어셈블리(401)는 통합 기구(410)의 내부에 배치된다. 여기에는 무선 전력 충전 작업을 개시하도록 충전 유닛에 근접 배치되는 외부 무선 에너지 소스(414)가 포함된다. 무선 에너지 소스(414)는 전력 공급부, 변조 회로, 및 데이터 입력을 포함할 수 있다. 전원은 척추 기구(410)에 전력을 전달할 수 있는 무선 전력 신호를 발생시키기 위한 배터리, 충전 장치, 커패시터, 전력 연결부, 또는 다른 에너지 소스일 수 있다. 외부 무선 에너지 소스(414)는 전자 유도, 또는 다른 전자기 또는 초음파 방사의 형태이지만 이에 한정되지 않는 형태로 에너지를 전달할 수 있다. 적어도 하나의 예시적인 실시예에서, 무선 에너지 소스는 근접하여 배치될 때 감지 장치에 있는 유도 코일과의 전자기적인 결합을 활성화하도록(예를 들어, 파워 온) 코일을 포함한다.
전자 조립체(401)는 측정된 매개 변수 데이터를 데이터 통신회로를 통해 수신기로 발송하여 척추 요소상의 다양한 지점에서의 매개 변수의 레벨과 분배의 시각화를 가능하게 한다. 데이터 입력은 또한, 인터페이스 또는 포트로서 유선 또는 무선 연결(예를 들면, USB, IEEE802.16 등)을 통해, 컴퓨터와 같은 또다른 데이터 소스로부터 입력 정보를 수신한다. 변조 회로는, 입력 정보를 전력 공급 에 의해 생성된 전력 신호상으로의 입력 정보를 변조할 수 있다. 센서화된 헤드(407)는 일반적으로 저마찰 폴리머 소재로 만들어진 웨어 표면을 갖는다. 척추 사이에 삽입 할 때 이상적으로, 센서화 헤드(407)는 자연 척추에 유사하고, 적절한 하중, 정렬 및 균형을 갖는다.
도 9는 비제한적인 예에서 척추골 구성요소를 가진 인서트 기구(420)를 도시한다. 본원에 기술된 바와 같은 전자기구 조립체(401)는 인서트 기구(420)의 정렬 및 위치 데이터의 발생을 유사하게 지원한다. 정렬 시스템(100)에 의해, 사용자는 척추 성분의 적절하거나 사전에 계획된 배치를 달성하기 위해 삽입 각도, 위치 및 궤적(경로)를 복제할 수 있다 . 대안적으로, 전자 조립체(401)의 가속도계는 위치와 궤도 정보를 제공할 수 있다. 인서트 기구(420)는 핸들(432), 넥(434)과 팁(451)을 포함한다. 결합/해제 메커니즘(455)은 팁(451)을 제어하기 위하여 넥(434)의 근위 단부에 결합한다. 결합/해제 메커니즘(455)은 의사가 팁(451)에 부착된 척추골 구성요소를 보지하거나 해제할 수 있게 한다. 이 예에서, 핸들(432)은 넥(434)의 근위 단부에 근접하여 일정 각도로 연장한다. 핸들(432)의 위치 선정은 의사가 척추 영역에서 팁(451)을 정확하게 안내하는 한편, 결합/해제 메커니즘(455)에 대한 접근을 허용한다.
제1 실시예에서, 척추 구성요소는 척추 케이지(475)이다. 척추 케이지(475)는 수술 동안 척추의 척추골 사이에 삽입될 수 있는 천공된 벽을 구비한, 통상 티타늄으로 중공 실린더형 장치이다. 일반적으로, 분산 공정은 척추 케이지(475)의 사전 결정된 거리까지 척추골을 이격시킨다. 척추 케이지(475)는 안정성을 증가시키고 척추골 압축을 감소시키고, 환자의 편안함을 향상시키는 해결책으로서 신경 충돌을 감소시킬 수 있다. 척추 케이지(475)는 케이지가 자체 테이핑하고 추가의 안정성을 제공할 수 있게 하는 표면 나사를 포함할 수 있다. 척추 케이지(475)는 케이지(475)를 통해 척추골체들 사이의 뼈의 성장을 지원하는 뼈 이식 물질을 포함하도록 다공성일 수 있다. 하나 이상의 척추 케이지는 불편을 완화하도록 척추골 사이에 배치될 수 있다. 척추 케이지(475)의 적절한 배치와 위치 선정은 성공적인 장기간 이식과 환자 결과를 위해 중요하다.
제2 실시예에서, 척추의 구성요소는 유경 스크류(pedicle screw, 478)이다. 척추경 나사(478)는 척추골 척추경내로 이식을 위해 설계된 뼈 나사의 특정 형태이다. 척추의 다른 구조(예를 들어, 얇은 판, 척추 아치)에 결합하는 척추골에 대해 2개의 척추경이 있다. 다축 척추경 나사는 부식 방지하고 구성요소의 강도를 높이기 위해 티타늄으로 제조될 수 있다. 척추경 나사의 길이는 30mm 내지 60mm이다. 직경이 5.0mm에서 8.5 사이이다. 이는 치수적 예로서 기여하는 이러한 치수로 한정되지 않는다. 척추경 나사(478)는 기형을 수정하고 및/또는 외상을 치료하도록 봉 및 플레이트를 부착하도록 도구 처치에서 사용될 수 있다. 이는 뼈 구조를 서로 홀딩하는 것에 의해 융합을 지원하도록 척추의 일부를 고정화하도록 사용될 수 있다. 전자기구 조립체(401)(내부 또는 외부 통합될 수 있는)의 방식에 의해, 인서트 기구(420)는 스크루 배치에 대한 깊이와 각도를 결정하고 거기에 나사를 안내하도록 결정될 수 있다. 이 예에서, 하나 이상의 가속도계는 삽입 공정 동안 팁(451)의 방향, 회전 각도, 또는 위치 정보를 제공하도록 사용된다.
하나의 배열에서, 스크루(478)는 센서가 내장된다. 센서는 에너지를 전달하고, 밀도 판독 값을 얻고 시간에 따른 밀도의 변화를 모니터링할 수 있다. 하나의 예로서, 따라서 시스템(100)은 골절 부위의 치유를 모니터하고 보고할 수 있다. 센서는 골절 부위에서의 운동뿐만 아니라 나사와 뼈 사이의 운동에서의 변화를 검출할 수 있다. 이러한 정보는 치유 모니터링을 지원하고, 지시된 바와 같은 척추골 중량 지지를 모니터링하는 능력을 의료 공급자에게 제공한다. 센서는 치료를 지원하도록 골절 자체에 에너지파를 보내도록 외부에서 활성화될 수 있다.
도 10은 비제한적인 실시예에서 척추골 파라미터를 감지하기 위한 척추의 척추골 사이에 위치된 척추 기구(400)의 사시도를 도시한다. 일반적으로, 압축력은 척추 영역에 센서 장착 헤드(407)가 삽입될 때 표면(403 및 406)에 인가된다. 한 실시예에서, 센서 장착 헤드(407)는 표면(403), 표면(406) 또는 척추골 힘과 관련된 둘 모두 상의 적재의 크기 벡터를 식별하는 2개 이상의 하중 센서를 포함한다. 도시된 예에서, 척추 기구(400)는 압축력이 표면(403 및 406)에 인가되도록 척추골(L5)과 와천골(S) 사이에 위치된다. 기구(400)를 삽입하기 위한 하나의 접근법은 내시경 접근법이 시각화하고 양호한 노출을 제공하는 데 어려울 수 있음으로써 미소개복술을 통해 후방(배면측)으로부터의 방법이다. 또 다른 방법은 의사가 척추에 도달하도록 복부를 통해 작업하는 것을 허용하는 전방(전면측)으로부터의 방법이다. 이러한 방법으로, 등에 있는 척추 근육이 손상되거나 절단되지 않으며; 근육의 약점과 상처를 피한다. 척추 기구(400)는 전방 또는 후방 척추 접근 방식 중 하나와 함께 사용될 수 있다.
척추 기구(400)의 센서화된 구성요소의 양태는 2010년 6월 29일 출원된 "정형 하중 감지 삽입 장치에 대한 시스템 및 방법"이라는 명칭의 미국 특허 출원 제12/825,638호, "근육골 계통의 파라미터를 감지하기 위한 무선 감지 방법"이라는 명칭으로 2010년 6월 29일 출원된 미국 특허 출원 제12/825/724호에 개시되어 있으며, 그 전체 내용이 참조로 본원에 포함된다. 간단히, 센서 장착 헤드(407)는 대응하는 위치와 토크(예를 들어, Tx, Ty 및 Tz)와 척추골의 에지 적재와 힘(Fx, Fy 및 Fz)을 측정할 수 있다. 전자 회로(401)(도시되지 않음)는 센서 장착 헤드(407)에 있는 센서의 작동 및 측정을 제어한다. 전자 회로(401)는 단거리 데이터 송신을 위한 통신 회로를 포함한다. 전자 회로는 그런 다음 최적 관절 밸런스를 달성하기 위해 임의의 조정을 식별하는 데 의사를 돕기 위해 실시간 시각화를 제공하는 원격 시스템으로 측정된 데이터를 송신할 수 있다.
근육 계통의 구성요소를 설치하는 방법은 아래에 개시된다. 방법의 단계들은 임의의 순서로 수행될 수 있다. 척추골 사이에 케이지를 배치하는 예는 방법을 설명하는데 사용하지만, 방법은 무릎, 엉덩이, 발목, 척추, 어깨, 손, 팔, 다리와 같은 근육골 계통 영역에 적용할 수 있다. 제1 단계에서, 사전 결정된 폭의 센서 장착 헤드는 근육골 계통의 영역에 배치된다. 이 예에서, 삽입 영역은 척추의 척추골 사이에 있다. 망치는 척추골 사이에 센서 장착 헤드를 삽입하는 데 충분한 힘을 제공하도록 핸들의 단부를 탭핑하도록 사용될 수 있다. 삽입공정은 진동을 분산시키고, 이에 의해 이격 거리를 증가시킬 수 있다. 제2 단계에서, 센서 장착 헤드에 인가된 하중의 위치가 측정된다. 따라서, 센서 장착 헤드의 표면 상의하중의 크기와 적재 위치는 이용할 수 있다. 근육골 계통에 의해 인가되는 하중이 센서 장착 헤드의 표면에 어떻게 위치되는가가 삽입되면 구성요소의 안정성을 결정하는 데 도움을 줄 수 있다. 센서 장착 헤드에 인가된 불규칙한 하중은 인가된 힘이 삽입 위치로부터 구성요소를 멀리 밀어주는 시나리오를 예측할 수 있다. 일반적으로, 센서 장착 헤드는 정량적 데이터에 기초하여 구성요소의 삽입을 위한 적합한 위치를 확인하는데 사용된다. 제3 단계에서, 센서 장착 헤드로부터 하중 및 하중 데이터의 위치는 실시간으로 원격 시스템에 디스플레이된다. 유사하게, 제4 단계에서, 정렬의 회전, 각도 또는 위치 중 적어도 하나는 실시간으로 원격 시스템에 디스플레이된다. 센서 장착 헤드를 위치시키는데 만들어진 변경은 원격 시스템의 디스플레이 상의 데이터에 반영된다. 제5 단계에서, 적절한 적재 위치를 갖는 척추골 사이의 위치는 확인되고, 대응하는 정량적 측정 데이터는 메모리에 저장된다.
제6 단계에서, 센서 장착 헤드는 제거된다. 제7 단계에서, 구성요소는 근육골 계통에 삽입된다. 예로서, 저장된 정량적 측정 데이터는 근육골 계통에서 구성요소의 위치 선정을 지원하기 위해 사용된다. 이 예에서, 인서트 기구는 근육골 계통 내로 구성요소를 안내하기 위하여 사용될 수 있다. 인서트 기구는 삽입됨으로써 구성요소의 정렬, 회전, 각도, 또는 위치 선정을 제공하는 능동형 장치이다. 센서 장착 헤드의 삽입의 이전에 측정된 방향 및 위치는 인서트 기구를 안내하는데 사용될 수 있다. 한 실시예에서, 원격 시스템 디스플레이는 이전에 삽입된 센서 장착 헤드에 인서트 기구 및 구성요소의 회전 정렬을 디스플레이하는데 지원할 수 있다. 시스템과 함께 인서트 기구는 구성요소의 배치를 지시하는데 더욱 지원하도록 시각, 음성, 촉각 또는 다른 피드백을 제공할 수 있다. 일반적으로, 삽입되는 구성요소는 센서 장착 헤드와 실질적으로 동일한 높이를 갖는다. 이상적으로, 구성요소는 구성요소 상의하중 및 하중의 위치가 정량적 측정치와 유사하도록 이전에 삽입된 센서 장착 헤드 위치와 동일한 위치 및 위치 선정에서 삽입된다. 제8 단계에서, 구성요소는 이전에 삽입된 센서 장착 헤드와 동일하게 위치되고 및 해제된다. 인서트 기구는 근육골 계통으로부터 제거될 수 있다. 제9 단계에서, 적어도 센서 장착 헤드는 폐기된다.
따라서, 센서 장착 헤드는 구성요소의 삽입을 위한 적합한 위치 확인하는데 사용된다. 삽입은 위치 선정과 위치를 포함하는 정량적 측정에 의해 지원된다. 처치가 완료된 후에, 구성요소 상의 적재의 대략적인 하중 및 하중의 위치는 공지된다. 일반적으로, 구성요소의 표면상에서 근육골 계통에 의해 인가된 하중 및 구성요소의 표면들 상의 위치를 아는 것은 장기적인 구성요소의 안정성을 결정하는데 도움을 줄 수 있다. 구성요소 상에 인가된 불규칙한 적재는 삽입 위치에서 멀리 구성요소를 미는 인가된 힘을 유발할 수 있다.
도 11은 비한정적인 실시예에서 도 10의 센서화된 척추 기구의 사시도를 도시하는 그래픽 유저 인터페이스(GUI, 500)를 도시한다. 유저 인터페이스(500)는 원격 시스템(105) 및 정렬 시스템(100)(도 1 참조)에 의해 제시된다. GUI(500)는 윈도우(510)와 관련 윈도우(520)를 포함한다. 윈도우(520)는 평가하에서 척추골(522)과 관련하여 척추 기구(400)와 센서 장착 헤드(407)를 보여준다. 이 예에서, 척추골의 (평면)사시도가 도시된다. 이는 절개부 내로 전방으로 이동됨으로써, 예를 들어, 척추 기구(400)의 접근 각도 및 회전을 보이는 샤프트 각도(523)와 회전 구성요소(524)를 나타낸다. 윈도우(520) 및 대응 GUI 정보는 처치 동안 실시간으로 제공되고 업데이트된다. 이것은 척추 기구(400)와 감지된 파라미터들의 사용을 의사가 시각화하는 것을 허용한다. 윈도우(510)는 센서 장착 헤드(407)의 감지 표면(403 또는 406)을 보여준다. 크로스 헤어(512)는 힘과 위치의 최대 지점을 확인하도록 센서 장착 헤드의 이미지에 중첩된다. 또한, 척추골 에지 적재를 보이도록 늘어날 수 있다. 윈도우(513)는 예를 들어, 센서 장착 헤드 표면에 걸친 하중력(201bs)을 보고한다. 이 정보는 처치 동안 제시되고 실시간으로 업데이트된다.
전술 한 바와 같이, 시스템(100)은 파라미터 감지(예를 들어, 척추골 하중, 에지 하중, 압축 등)의 방식에 의해 보철물/기구/하드웨어의 이식을 지원하도록 수술 동안 사용될 수 있다. 수신기(101), 복수의 완드(103), 및 척추 기구(400)와 같은 구성은 사용시에 수술 영역 내에 남아 있는다. 원격 시스템(105)은 일반적으로 수술 영역 밖에 있다. 모든 측정들은 이러한 구성들에 의해 수술 영역 내에서 이루어진다. 일 실시예에서, 수신기(101), 복수의 완드(103) 및 척추 기구 중 적어도 하나는 과정이 모두 완료되면 폐기된다. 일반적으로 이들은 1회성 사용을 위해 설계된 것이고 재사용될 수 없다.
척추에서, 뼈와 연질 조직의 요소에 영향은 교정 척추 수술을 포함하는 수술 동안 시스템(100)뿐만 아니라, 연질 조직(예를 들어, 연골, 힘줄, 인대) 변화에 의해 평가된다. 이후 센서들은 시간적 변화나 극적 변화를 평가하기 위하여, 수술하는 동안(및 수술후) 이용된다. 수술 파라미터 판독치가 저장될 때, 센서는 수술 동안 활성화될 수 있다. 수술 후 즉시, 센서가 활성화되고 기준이 알려진다.
센서 시스템(100)은 뼈 밀도, 유체 점도, 온도, 스트레인, 압력, 각도 변형, 진동, 하중 토크, 거리, 기울기, 형상, 탄성, 및 운동에 관하지만 이에 한정되지 않는 척추와 연결 조직의 평가를 가능하게 한다. 센서들이 척추골 공간에 걸쳐 있기 때문에, 센서들은 그 삽입 전에 척추골 구성요소에서의 변화를 예측할 수 있다. 전술 한 바와 같이, 시스템(100)은 상호 척추골 공간에 척추 기구(400)를 배치하도록 사용되며, 척추골체(522)에 대해 위치되는 것이 도시된다. 측정 시스템이 배치되고 척추골 중심에서 시각적으로 확인되면, 시스템(100)은 기구 상의 임의의 에지 적재를 보고하고, 이는 차례로 적절한 척추골 장치와 삽입 계획(예를 들어, 접근 각도, 회전, 깊이, 경로 궤적)을 사이지 하도록 사용될 수 있다. 임플란트 구성요소 기능의 예는 몇 개의 예를 들어 베어링의 마모, 침하, 뼈 통합, 정상 및 비정상 운동, 열, 점도의 변화, 입자상 물질, 운동학이 있다.
도 12는 척추간 위치 및 힘을 센싱하기 위하여, 척추의 척추뼈 사이에 위치하는 센서식 척추 기구(400)를 도시하며, 이는 한정된 실시예는 아니다. 도시된 바와 같이, 척추 기구(400)의 센서 장착 헤드(407)는 척추골(L4)과 척추골(L5) 사이에 배치된다. 척추 기구(400)는 센서 장착 헤드(407)의 높이에서 척추골(L4 및 L5)을 분산시키고, 하중 크기와 하중의 위치에 대한 정량적 데이터를 제공한다. 일 실시예에서 척추 기구(400)는 서로 인접하여 위치하는 제1 완드(510) 및 제2 완드(520)와 통신한다. 긴 샤프트(514)는, 척추의 척추골 내에 배치를 허용하고 또한 척추 기구(400)의 다른 막대 및 전자기구 조립체(401)와 줄을 이루도록 각 막대에 제공된다. 막대(510)는 척추골(L4)의 정렬 및 위치를 추적하고, 막대(520)는 척추골(L5)의 정렬 및 위치를 추적한다. 이것은 시스템(100)이 인접한 척추골의 움직임에 대한 척추 기구(400)의 정렬 및 움직임을 추적하도록 허용한다. 각 막대는 척추 기구(400)와 유사하게 센서화된다. 막대(510)와 막대(520)는 각각 센서(512)와 센서(513)를 포함한다. 센서(512 및 513)들은 위치 정보를 송신하고 수신한다. 막대(510 및 520)와 함께 전자기구 조립체(401)는 처치 동안 척추 기구(400)의 정렬 및 위치를 확인하는 역할을 한다. 초음파 위치 센싱의 일례는 2010년 4월 20일 출원된 "위치 측정을 위한 방법 및 시스템"을 발명의 명칭으로 하는 미국 특허출원 12/764,072에 개시되어 있고, 그의 모든 내용은 참조로서 여기에 포함된다.
도 13은 도 12의 센서화된 척추 기구를 보여주는 사용자 인터페이스(600)의 사시도이며, 이는 한정적인 실시예가 아니다. 사용자 인터페이스(600)는 원격 시스템(105) 및 정렬 시스템(100)(도 1 참조)와 같은 형식으로 보여진다. GUI(600)는 제1 윈도우(610)와 관련 제2 윈도우(620)를 포함한다. 제2 윈도우(620)는 평가하에서 척추골 구성요소(622)와 관련하여 척추 기구와 센서 장착 헤드(407)를 보여준다. 이 예에서, 척추 컬럼의 시상단 (측면)도가 도시된다. 이는 척추 기구와 센서 장착 헤드(407)의 접근 각도 및 회전을 나타내는 샤프트 각도(623) 및 회전 구성요소(624)를 표시한다. 제2 윈도우(620) 및 대응 GUI 정보는 처치 동안 실시간으로 제공되고 업데이트된다. 이는 의사가 척추 기구(400)와 감지된 하중력 파라미터의 센서 장착 헤드(407)를 시각화하는 것을 허용한다. 제1 윈도우(610)는 센서 장착 헤드의 감지면을 보여준다(도 7 참조). 크로스 헤어(612)는 힘의 최대 지점과 위치를 확인하도록 센서 장착 헤드(407)의 이미지를 중첩한다. 또한, 척추골 에지 적재를 보이도록 폭과 길이를 조정할 수 있다. 또 다른 GUI 윈도우(613)는 센서 장착 헤드(407) 표면에 걸친 하중력을 보고한다. GUI(600)는 처치 동안 실시간으로 제공되고 업데이트된다.
도 14는 척추 케이지(475)의 배치를 위한 센서화된 척추 삽입 장치(420)의 사시도를 도시하며, 이는 한정적인 실시예는 아니다. 인서트 기구(420)는 L4 및 L5 척추골 사이에 척추골 구성요소(475)(예를 들어 척추 케이지, 척추경 나사, 센서)를 이식하기 위한 수술 수단을 제공한다. 넥(434)의 원위 단부에 있는 기계 조립체 팁(451)은 연결 및 부착/해제 메커니즘(455)의 방식에 의해 척추골 구성요소의 부착 및 해제를 허용한다. 척추골 구성요소(475)는 예를 들어 도시된 바와 같은 후방 요추 체간 유합술(PLIF)을 통해 등에 있는 의료 절개선을 통해 척추의 후방에 배치된다. 인서트 기구(420)는 유사하게 전방 척추골 간 유합술(ALIF) 처치에서 사용될 수 있다.
여기에 고려된 한가지 방법은, 삽입 이전에 케이지의 위치는 예를 들어 도 12 및 도 13에 도시된 척추 기구(400)와 완드(510,520)로 설명된 바와 같이 초음파 위치탐색이나 3D 영상화로서 최적화되어 정의된다. 부하 센서(407)(도 12 참조)는 척추뼈 사이에 위치하여, 상술한 바와 같이 가해지는 부하의 힘을 평가하며, 여기서 최적 삽입 경로 및 궤도가 정의된다. 하중력과 기구 삽입의 경로가 기록된다. 그 후, 도 14에 도시된 바와 같이, 인서트 기구(400)는 척추 기구(400)의 기록 경로에 따라서 및 하중력에 기초하여 최종 척추 케이지(475)를 삽입한다. 삽입 동안, 도 15에 도시된 바와 같은 GUI는 기록된 삽입 지점으로 척추 기구(420)를 이동시킨다. 척추 인서트 기구(420)는 최종 척추 케이지에 자리 표시자 역할을 하는 하나 이상의 하중 센서들이 장비될 수 있다. 에 척추골 사이에 케이지(475)의 배치, 인서트 기구(420)로부터 척추 케이지의 해제, 및 인서트 기구(420)의 제거 후, 척추 케이지 주위를 점유한 개방 공간은 인접한 척추골에 봉과 척추경 나사를 통해 폐쇄된다. 이것은 척추 케이지로 주변의 척추를 압축하고, 척추골 융합에 대한 안정성을 제공한다. 이 공정 동안, 도 15의 GUI(700)는 봉의 조정 및 척추경 나사의 밀착으로 인하여 척추 해부학에서의 변화, 예를 들어 척추 전만증 및 후만증을 보고한다. 특히, GUI(700)는 또한 봉과 나사에 장비된 조정의 방식에 의해 계획된 척추 정렬을 달성하는 양과 방향을 나타내는 시각적 피드백을 제공한다.
도 15는 도 14의 센서화된 척추 삽입 장치(420)의 사시도를 나타내며 이는 한정적인 실시예는 아니다. 사용자 인터페이스(700)는 원격 시스템(105)이나 정렬 시스템(100)(도 1 참조)의 형식으로 보여진다. GUI(700)는 제1 윈도우(710) 및 연관 제2 윈도우(720)를 포함한다. 제2 윈도우(720)는 평가중인 L4와 L5 척추골에 관련하여 인서트 기구(420) 및 척추골 구성요소(475)를 보여준다. 이 예에서, 척추 컬럼의 시상면(측부) 뷰가 도시된다. 이는 샤프트 각도(723)와 인서트 기구(420) 및 척추골 구성요소(475)의 접근 각도와 회전을 보이는 샤프트 각도(723)와 회전 요소(724)를 나타낸다. 제2 윈도우(720) 및 대응 GUI 정보는 처치 동안 실시간으로 제공되고 업데이트된다. 이는 의사가 이전에 감지된 하중력 파라미터에 따라 인서트 기구(420)의 척추골 구성요소(475)를 시각화하는 것을 허용한다.
제1 윈도우(710)는 (원하는) 목표 센서 장착 헤드 정렬(722)과 현재의 기구 헤드 정렬(767)을 보여준다. 목표 정렬(722)은 접근 각도, 회전 및 척추 기구(400)가 하중 파라미터를 평가하기 위해 사용되었을 때 이전에 결정된 궤적 경로를 보여준다. 현재 기구 헤드 정렬(767)은 최종 케이지(475)를 삽입하도록 현재 사용되는 인서트 기구(420)의 추적을 보여준다. GUI(700)는 이전에 계획된 수술 계획의 시각화를 제공하도록 현재의 기구 헤드 정렬(767)의 관점에서 목표 방향 모델(722)을 제시한다.
다시 되돌아가, 도 10, 11, 12 및 13은 결정된 센싱 파라미터(예를 들어, 부하, 힘, 엣지)의 관점에서, 최적 절차 파라미터(예를 들어, 각도, 회전, 경로)를 평가하는 척추 기구(400)를 도시했었다. 이러한 절차 파라미터들이 결정되면, GUI(700)의 방식에 의해 시스템(100)은 척추뼈 구성(475)(예를 들어, 척추 케이지, 척추뼈 나사못)을 삽입하기 위해 이제 삽입 장치(420)로 외과의를 가이드한다. 한 구성에서, 상기 시스템(100)은 삽입 과정을 하는 동안 삽입 장치(420)를 가이드하기 위해 촉각적 피드백을 제공한다. 예를 들어, 현재 접근 각도(713)이 목표 접근 각도로부터 벗어나거나 방향(767)이 목표 궤도 경로(722)와 정렬되지 않으면, 진동하거나 시각적 신호(적/녹 표시)를 제공한다. 이와 달리, 제공된 시각 정보를 보충하기 위하여, 시스템(100)에 의해 음성 피드백이 제공될 수도 있다. GUI(700)는 이전의 장치에 기초하여, 시각적, 촉각적 피드백을 통해, 센서화된 삽입 장치(420)상에서 위치 및 목표 경로를 효율적으로 되살린다.
부하, 균형 및 위치는 수술하는 동안, 부하 균형 시스템(100)의 센서화된 장치들(예를 들어, 101, 103, 400, 420, 475)로부터의 데이터를 이용하여, 외과 기술 및 조정을 통해, 기설정된 정량적 측정 범위 이내로 조정될 수 있다. 시험 및 최종 인서트(예를 들어, 척추 케이지, 척추경 나사, 센서 등)가 디스플레이를 위한 원격 시스템으로 측정된 데이터를 제공하는 감지 모듈을 포함할 수 있다. 최종 인서트는 또한 장기적인 척추 관절을 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 데이터는 척추골 관절 또는 융합된 척추골이 재활 공정 동안 및 정상적인 활동 생활로 환자가 복귀함으로써 적절하게 기능하는 것을 보장하도록 환자와 의료 제공자에 의해 사용될 수 있다. 역으로, 측정된 파라미터가 사양의 밖에 있을 때, 환자 또는 의료 제공자에게 통지될 수 있다. 이는 환자에게 최소한의 스트레스로 해결될 수 있는 척추 문제의 조기 발견을 제공한다. 최종 인서트로부터 데이터는 내장된 감지 모듈로부터의 데이터를 이용하여 실시간으로 스크린에 디스플레이될 수 있다. 한 실시예에서, 손 파지 장치는 최종 인서트로부터 데이터를 수신하도록 사용된다. 손 파지 장치는 척추에 근접하여 홀딩되어 강한 신호가 데이터의 수신을 얻을 수 있게 한다.
척추 영역을 분산하는 방법이 이하에 개시된다. 본 방법의 단계들은 어떠한 순서대로 수행될 수 있다. 참조는 도 10, 도 11, 도 12, 도 13 및 도 14로 이루어질 수 있다. 척추뼈 사이에 척추 케이지(spinal cage)와 같은 보철 구성을 배치시키는 예가 본 발명을 설명하기 위해 사용되었지만, 본 발명은 무릎, 엉덩이, 발목, 척추, 어깨, 손, 팔 및 발과 같은 다른 근골계 영역에 적용될 수 있다. 일반적으로, 정량 분석 데이터는 척추 영역에서 수집될 필요가 있다. 여기에 개시된 척추기구, 정렬장치 및 삽입기구는 정량 데이터의 데이터베이스를 생성하는 데 이용될 수 있다. 이때 활성 측정도구 및 측정 장치의 부족으로, 정량 측정 데이터의 부족이 있다. 보철 구성을 설치하는 동안 상기 장치들에 의해 생성된 측정 데이터는 다른 단기 및 중기 데이터와 연관되어, 환자의 건강과 관련한 부하의 영향, 부하의 위치 및 보철 구성 정렬을 결정한다. 여기 개시된 시스템은 보철 구성을 설치하는 동안 데이터를 생성할 수 있고, 임플란트 및 척추 영역의 장기 측정을 제공하는 데 적용될 수 있다. 그래서 분산 방법의 결과는 복구 시간, 실패의 최소화, 성능, 신뢰성의 향상 및 장치의 수명을 연장하는 설치 공정을 돕는 충분한 데이터를 생성한다.
첫 번째 단계에서, 척추 기구는 척추 영역을 분산시키기 위해 삽입된다. 척추 기구는 수술하는 동안 실시간으로 정량 측정 데이터를 생성하는 센서들을 포함한다. 두 번째 단계에서, 척추 영역에 의해 척추 기구로 가해지는 부하가 측정된다. 척추 기구는 제1 높이를 가지며, 척추 영역은 상기 제1 높이로 분산된다. 본 시스템은 측정 데이터를 시각적, 청각적 혹은 촉각적 수단에 의해 보여준다. 한 예로, 본 시스템은 척추 기구로부터의 부하 측정이 기설정된 부하 범위 외인 것을 개시한다. 척추 영역을 측정하기 위한 본 시스템에서 사용되는 기설정된 부하 범위는 의학 연구에 의해 정해질 수 있다. 예를 들어, 기설정된 부하 범위는 부하 측정 데이터를 수술 과정의 결과들과 연관시킴으로써 장치 설치를 도울 수 있다. 일반적으로, 기설정된 부하 영역 외의 측정은 통계적으로 장치 실패의 가능성을 증가시킬 수 있다. 세 번째 단계에서, 척추 영역은 제2 높이를 분산한다. 네 번째 단계에서, 척추 영역에 의해 척추 기구의 제2 높이로 가하는 부하가 측정된다. 본 시스템은 척추 기구로부터의 부하 측정이 기설정된 부하 범위 내인 것을 보여준다. 기설정된 부하 범위 내에서의 측정 부하를 가지면 보철 구성에 과도한 부하가 걸리기 때문에 실패를 감소시킨다. 일반적으로, 본 과정은 척추 기구 측정이, 측정된 부하가 기설정된 부하 범위 이내인 것을 보여줄 때까지 상이한 분산 높이에서 요구되는 수만큼 반복될 수 있다.
다섯 번째 단계에서, 방향, 회전, 각도 중 적어도 하나 혹은 척추 기구의 위치가 측정된다. 일 실시예에서, 측정은 상기 척추 영역 내에 삽입되는 척추 기구의 구성에 대응될 수 있다. 예를 들어, 위치 데이터는 척추 기구의 센서된 헤드에 연관될 수 있다. 상기 데이터는 척추 기구에 의해 측정될 때 보철 구성을 유사한 위치 및 동일한 궤도에 놓는 데 이용될 수 있다. 여섯 번째 단계에서, 척추 영역에 의해 척추 기구로 가해지는 부하는 원격 시스템상에서 모니터될 수 있다. 본 실시예에서, 원격 시스템은 과정이 이루어지는 동안 실시간으로 데이터를 보여줄 수 있는 디스플레이를 포함한다. 일곱 번째 단계에서, 척추 기구의 높이가 조정될 수 있다. 개시된 바와 같이, 척추 기구는 분산 표면의 높이를 감소시키거나 증가시키기 위한 가위 타입 매커니즘을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 척추 기구의 손잡이는 분산 높이를 바꾸기 위해 회전된다. 조정은 원격 시스템에서 실시간으로 부하 데이터를 모니터링하는 동안 이루어질 수 있다. 일반적으로 높이는 측정된 부하가 기설정된 부하 범위 이내가 될 때까지 조정된다. 여덟 번째 단계에서, 높이가 증가되거나 감소되어, 조정된 높이가 보철 구성의 높이에 대응된다. 일 실시예에서, 동일한 분산 높이를 가지는 보철 구성은 척추 영역에서 부하 측정의 위치에 놓일 수 있다. 보철 구성은 궤도에 정렬되고, 척추 기구와 같은 위치에 놓일 때 부하 측정에 유사하게 부하가 걸린다.
아홉 번째 단계에서, 척추 기구는 가해지는 부하의 위치를 측정한다. 척추 기구는 척추 영역에 연결되는 표면을 가질 수 있다. 본 실시예에서, 하나 이상의 센서가 부하 측정의 위치를 돕기 위하여 척추 기구의 표면에 연결된다. 부하의 위치는, 척추 영역에 놓일 때 힘, 압력 또는 부하가 어떻게 보철 구성에 가해질지에 대한 정량적 측정 데이터를 제공한다. 예를 들어, 부하의 잘못된 위치는 보철 구성이 그 위치에서 안정적이지 못하여 결국 척추 영역으로부터 힘이 가해져 참혹한 실패를 야기할 수 있는 상황을 만들 수 있다. 일 실시예에서, 척추 기구로부터의 부하 데이터 위치는 보철 구성 위치를 위한 위치를 평가하는 데 이용될 수 있다. 정량적 데이터는 부하의 위치를 평가하기 위한 척추 기구의 측정 표면에 대응하는 영역이나 기설정된 범위를 포함할 수 있다. 열 번째 단계에서, 척추 기구는 척추 영역에 의해 척추 기구로 가해지는 부하의 위치가 기설정된 위치 범위를 벗어날 때 척추 영역에서 상이한 위치로 이동된다. 새로운 위치는 보철 구성을 위한 위치로서, 부하 정량 데이터의 위치 및 부하 크기에 의해 평가될 수 있다.
열한 번째 단계에서, 측정 정량 데이터가 기설정된 부하 범위 및 기설정된 위치 범위에 들어갈 때 보철 구성을 위해 척추 영역에서 적절한 위치가 식별된다. 앞서 언급한 바와 같이, 기설정된 부하 범위 및 기설정된 위치 범위 내에서 척추 영역 측정의 영역에 보철 구성을 놓는 것은, 의학적 증거에 기초하여 긍정적인 결과를 낳고 실패율을 줄인다. 열두 번째 단계에서, 보철 구성은 척추 기구에 의해 측정된 위치에 놓여진다. 상기 위치에 놓인 보철 장치는, 척추 측정 장치에 의해 측정된 것과 유사한, 척추 영역에 의해 가해진 부하 크기 및 위치를 가질 것이다. 보철 구성은 척추 기구와 유사한 궤도를 가지는 척추 영역 내로 삽입된다. 본 예에서, 측정 과정이 이루어지는 동안 척추 기구의 궤도와 위치는 기록된다. 열세 번째 단계에서, 보철 구성의 삽입 과정은 보철 구성의 궤도를 척추 기구의 궤도에 비교함으로써 지지될 수 있다. 일 실시예에서 외과의는 보철 구성을 상기 위치에 정렬시키는 데 도움을 주기 위해 시각적, 촉각적 혹은 청각적 피드백을 받을 수 있다. 열네 번째 단계에서 보철 구성 및 척추 기구의 궤도들이 원격 시스템에 의해 보여진다. 원격 시스템은, 척추 영역에서 위치를 식별할 때 척추 기구의 위치 및 궤도와 관련된 보철 구성의 실제 혹은 가상 위치 및 궤도를 보여줄 수 있다. 일 실시예에서, 외과의는, 원격 시스템상에 디스플레이되는 척추 기구 위치 데이터상에서의 시각화 또는 오버레이를 통해, 보철 구성을 잡는 장치나 삽입 장치를 가지고 궤도를 따라할 수 있다. 여기 개시된 바와 같이, 척추 기구는 분산 표면의 높이를 변경시키기 위한 시저잭(scissor jack)과 같은 매커니즘을 가질 수 있다. 시저잭을 들어올리거나 낮추기 위한 척추 기구의 손잡이와 연결된 막대(rod)가 척추 기구의 손잡이와 연결된다. 열다섯 번째 단계에서, 척추 기구의 손잡이는 분산 높이를 변경하기 위해 회전될 수 있다. 열여섯 번째 단계에서, 척추 영역에 의해 척추 기구에 가해지는 부하가 기설정된 부하 범위 이내일 때 시각적, 청각적 혹은 촉각적 신호가 제공된다. 마찬가지로, 열일곱 번째 단계에서, 척추 영역에 의해 척추 기구에 가해지는 부하가 기설정된 위치 범위 이내일 때 시각적, 청각적 혹은 촉각적 신호가 제공된다.
도 16은 일 실시예에 따른 척추 기구(400)의 구성을 나타내는 블록도이다. 척추 기구(400)가 도시된 구성요소의 수보다 많거나 적게 포함할 수 있다는 것을 유념해야 한다. 척추 기구(400)는 척추 근육골 계통의 파라미터를 측정할 수 있는 자체 수용 도구이다. 이 예에서, 척추 기구(400)는 척추 영역에 삽입될 때 하중 및 하중 위치를 측정한다. 척추 기구(400)의 능동형 구성요소는 하나 이상의 센서(1602), 하중 플레이트(1606), 전원(1608), 전자 회로(1610), 트랜스시버(1612), 및 가속도계(1614)를 포함한다. 비제한적인 예에서, 인가된 압축력은 척추 지역에 의해 센서(1602)에 인가되고 척추 기구(400)에 의해 측정된다.
센서(1602)들은 척추 기구(400)의 표면(403 및 406)에 위치되거나, 결합되거나, 부착되거나, 또는 부착될 수 있다. 일반적으로, 압축력은 그 내부에 삽입될 때 표면(403 및 406)으로 척추 영역에 의해 인가된다. 표면(403 및 406)은 압축력이 각각의 센서에 인가되도록 센서(1602)들에 결합된다. 한 실시예에서, 표면(403 및 406)에 인가된 하중의 위치는 측정될 수 있다. 이 예에서, 3개의 하중 센서는 인가된 하중의 위치를 식별하기 위해 센서 장착 헤드에서 사용된다. 각하중 센서는 하중 플레이트(1606)의 사전 결정된 위치에 결합된다. 하중 플레이트(1606)는 각 센서로 척추 기구(400)의 센서 장착 헤드에 인가된 압축력을 분배하도록 표면(403)에 결합한다. 하중 플레이트(1606)는 강성이며, 센서(1606)로 힘, 압력, 또는 하중을 분배할 때 굽히지 않는다. 각 센서에 의해 측정된 힘 또는 하중의 크기는 표면(403) 상에 다시 인가된 하중의 위치에 다시 상관될 수 있다.
추간 측정예에서, 표면(403 및 406)을 갖는 센서 장착 헤드(403)는 척추의 척추골 사이에 위치될 수 있다. 센서 장착 헤드의 표면(403)은 제1 척추골 표면에 결합하고, 유사하게 표면(406)은 제2 척추골 표면에 결합한다. 가속도계(1614) 또는 외부 정렬 시스템은 척추 영역으로 안내됨으로써 센서 장착 헤드의 위치 및 정렬을 측정하도록 사용될 수 있다. 센서(1602)들은 전자 회로(1610)에 결합한다. 전자 회로(1610)는 논리 회로, 입력/출력 회로, 클럭 회로, D/A 및 A/D 회로를 포함한다. 한 실시예에서, 전자 회로(1610)는 폼 팩터를 감소시키는 주문형 집적 회로를 포함하고, 전력을 감소시키고, 성능을 증가시킨다. 일반적으로, 전자 회로(1610)는 측정 공정을 제어하고, 측정 신호를 수신하고, 디지털 형태로 측정 신호를 변환하고, 인터페이스에서 디스플레이를 지원하며, 측정 데이터의 데이터 전달을 개시한다. 전자 회로(1610)는 관심 대상의 파라미터를 결정하도록 센서(1602)들에서의 물리적 변화, 예를 들어 표면(403 및 406)에 작용하는 힘의 레벨, 분포 및 방향을 측정한다. 인서트 감지 장치(400)는 내부 전원(1608)에 의해 구동될 수 있다. 따라서, 모든 구성요소는 척추 기구(400)에 상주하는 근육골 계통의 파라미터를 측정하도록 요구된다.
하나의 예로서, 센서(1602)들은 제1 트랜스듀서와 제2 트랜스듀서 사이에 있는 탄성 또는 압축성 전파 구조를 포함할 수 있다. 트랜스듀서들은 초음파(또는 울트라소닉) 공명기일 수 있는 한편, 탄성 또는 압축성 전파 구조는 초음파 도파관으로서 작용한다. 전자 회로(1610)는 관심 대상의 파라미터에 압축성 전파 구조의 길이에서의 변화(또는 압축 또는 연장)를 옮기도록 트랜스듀서들에 전기적으로 결합된다. 시스템은 인가된 힘에 대해 응답하는 압축성 전파 구조(예를 들어, 도파관)의 길이에서의 변화를 측정하고, 인가된 힘의 레벨, 방향 또는 위치를 운반하도록 트랜스시버(1612)를 통하여 송신될 수 있는 전기 신호로 이 변화를 변환한다. 예를 들어, 압축성 전파 구조는 인가된 힘 대 도파관의 길이의 공지 및 반복성 특징들을 가진다. 초음파 신호를 사용하는 도파관의 길이의 정밀한 측정은 공지의 특징을 사용하여 힘으로 변환될 수 있다.
센서(1602)들은 힘, 압력, 또는 하중 감지 측정 도파관에 한정되지 않는다. 여전히 다른 실시예에서, 센서들은 근육골 계통의 다른 파라미터 측정을 제공하도록 압전 저항성, 압축 폴리머, 용량, 광학, MEMS, 스트레인 게이지, 화학, 온도, pH, 기계적 센서들을 포함할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 압전 저항성 필름 센서는 하중을 감지하도록 사용될 수 있다. 압전 저항성 필름은 낮은 프로파일을 가지고, 이에 의해 실행을 위해 요구되는 폼 팩터를 감소시킨다. 압전 저항성 필름은 인가된 압력으로 저항을 변경한다. 전압 또는 전류는 저항의 변화를 모니터하도록 압전 저항성 필름에 인가될 수 있다. 전자 회로(1610)는 전압 또는 전류를 인가하도록 결합될 수 있다. 유사하게, 전자 회로(1610)는 압전 저항성 필름의 저항에 대응하는 전압 및 전류를 측정하도록 결합될 수 있다. 인가된 힘, 압력, 또는 하중에 대한 압전 저항성 필름의 저항의 관계는 널리 공지된다. 전자 회로(1610)는 측정된 전압 또는 전류를 센서 장착 헤드에 인가되는 힘, 압력, 또는 하중으로 변환할 수 있다. 또한, 전자 회로(1610)는 실시간 사용 또는 저장을 위하여 디스플레이 또는 전달을 위하여 디지털 형태로 측정치를 변환할 수 있다. 전자 회로(1610)는 컨버터, 입력, 출력 및 입력/출력을 포함하고, 이는 직렬 및 병렬 데이터 송신을 허용하고 이에 의해 측정 및 데이터 전달이 동시에 발생할 수 있다. 한 실시예에서, ASIC는 제어 기능과, 사용자에 안내된 척추 기구(400)의 측정 공정을 관리하는 디지털 제어 로직을 통합하는 전자 회로(1610)에 포함된다.
가속도계(1614)는 가속도 및 정지 중력을 측정할 수 있다. 가속도계(1614)는 벡터량으로서 가속도의 크기 및 방향을 검출하는 단일 축 및 다축 가속도계 구조일 수 있다. 가속도계(1614)는 정렬, 진동, 충돌 및 충격을 감지하도록 또한 사용될 수 있다. 가속도계(1614) 및 센서(1602)들과 함께 전자 회로(1610)는 기준 지점에 대한 척추 기구(400)의 정렬에 관계하여 관심 대상의 파라미터(예를 들어, 하중, 힘, 압력, 변위, 움직임, 회전, 토크 및 가속도의 분포)를 측정할 수 있다. 이러한 배열에서, 선택된 기준 프레임에 대한 측정된 파라미터들의 공간적 분포는 실시간 디스플레이를 위해 계산되고 프리젠테이션될 수 있다.
트랜스시버(1612)는 무선 작동 및 원격측정 기능을 허용하도록 송신기(1622)와 안테나(1620)를 포함한다. 다양한 실시예들에서, 안테나(1620)는 설계에 의해 통합 루프 안테나로서 구성될 수 있다. 통합 루프 안테나는 다른 상호 결합된 전기 부품들을 가지는 인쇄회로 기판상의 다양한 층들 및 위치들에서 구성된다. 예를 들어, 전자 회로(1610), 전원(1608), 트랜스시버(1612), 및 가속도계(1614)는 척추 기구(400)에 위치된 기판상에 장착될 수 있다. 개시되면, 트랜스시버(1612)는 관심 대상의 파라미터들을 실시간으로 방송할 수 있다. 원격측정 데이터는 다양한 수신기 또는 공통의 수신기로 수신되어 디코딩될 수 있다. 무선 작동은 전원 또는 관련 데이터 수집, 저장, 디스플레이 장비, 및 데이터 처리 기구를 가진 감지 모듈을 결합하는 인터커넥터 및 케이블에 의한 물리적 간섭, 또는 이에 의해 부과되는 제한에 대한 잠재성에 의해 유발되는 측정치의 왜곡 또는 제한을 제거할 수 있다.
트랜스시버(1612)는 전원(1608)으로부터 전력을 수용하고, 예를 들어 전자 회로(1610) 내에 통합되는 효율적인 전력 관리 계획의 방식에 의해 다양한 무선 주파수를 사용하여 저전력으로 작동할 수 있다. 하나의 예로서, 트랜스시버(1612)는 안테나(1620)의 방식에 의한 선택된 모드의 방사에서 선택된 주파수로 데이터를 송신할 수 있다. 선택된 주파수는 International Telecommunication Union regions 1, 2 및 3에서 인정된 ISM 대역을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 선택된 모드의 방사는 Gaussian Frequency Shift Keying(GFSK), Amplitude Shift Keying(ASK), Phase Shift Keying(PSK), Minimum Shift Keying(MSK), Frequency Modulation(FM), Amplitude Modulation(AM) 또는 주파수 또는 진폭 변조의 다른 형태(2진법, 코히런트, 직각위상 등)일 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
안테나(1620)는 무선 주파수 송신을 제공하도록 감지 모듈의 구성요소들과 통합될 수 있다. 전자 회로(1610)를 결합하는 안테나(1620)는 인쇄회로 기판 내로 통합될 수 있다. 안테나(1620)는 신호의 효율적인 전달을 위한 매칭 네트워크를 추가로 포함할 수 있다. 안테나 및 전자기구들의 이러한 통합 레벨은 무선 설비의 크기 및 비용에서의 감축을 가능하게 한다. 잠재적 적용은 콤팩트 안테나가 공통으로 사용되는 단거리 손 파지, 착용 가능, 또는 다른 휴대 통신 설비를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 이러한 것은 폐기성 모듈 또는 장치들뿐만 아니라 재사용 가능 모듈 또는 장치들 또는 장기간 사용을 위한 모듈 또는 장치들을 포함한다.
전원(1608)은 척추 기구(400)의 전자 부품들에 전력을 제공한다. 한 실시예에서, 전원(1608)은 유선 에너지 트랜스퍼, 단거리 무선 에너지 트랜스퍼 또는 그 조합에 의해 충전될 수 있다. 전원(1608)에 무선 에너지를 제공하기 위한 외부 전원은 배터리 또는 배터리들, 대안적인 전력 공급, 무선 주파수 수신기, 전자석 유도 코일, 에너지 하베스팅, 자기 공명, 광전지 또는 전지, 서모 커플 도는 서모 커플들, 또는 초음파 트랜스듀서 또는 트랜스듀서들을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 전원(1608)의 방식에 의해, 척추 기구(400)는 내부 에너지가 비워질 때까지 단일 충전으로 작동될 수 있다. 이는 연속 작동을 가능하게 하도록 주기적으로 재충전될 수 있다. 전원(1608)은 측정 및 무선 작동을 용이하게 하도록 척추 기구(400)의 구성요소들에 에너지를 효율적으로 공급하고 제공하기 위한 전력 관리 기술을 추가로 이용할 수 있다. 전력 관리 회로망은 ASIC 전력 소모뿐만 아니라 시스템의 다른 구성요소들을 관리하도록 ASIC 상에 통합될 수 있다.
전원(1608)은 측정 작업 동안 감지 모듈에 동력을 공급하도록 요구되는 에너지 방사원을 최소화한다. 한 실시예에서, 예시된 바와 같이, 에너지 저장부(1608)는 전기 용량성 에너지 저장부(1624)와 유도 코일(1626)을 포함할 수 있다. 전력을 충전하는 외부 소스는 유도 충전 방식에 의해 유도 코일 또는 코일들(1626)을 통하여 전기 용량성 에너지 저장부(1624)에 무선으로 결합된다. 충전 작업은 전자 회로망(1610) 내로 또는 이와 함께 설계된 전력 관리 시스템에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 전자 회로망(1610)의 작동 동안, 전력은 효율적인 스텝-업 및 스텝-다운 전압 변환 회로망의 방식에 의해 전기 용량성 에너지 저장 장치(1610)로부터 전달될 수 있다. 이러한 것은 요구된 레벨의 성능을 지원하도록 최소 전압 레벨에서 회로 블록의 작동 전력을 보존한다. 대안적으로, 전원(1608)은 척추 기구(400)가 수용되는 하나 이상의 배터리들을 포함할 수 있다. 배터리들은 척추 기구(400)의 단일 사용에 전력을 공급할 수 있고, 이에 의해 수술에서 사용된 후에 폐기된다.
하나의 구성에서, 외부 전원은 재충전 작업 동안 트랜스시버(1612)로 다운 링크 데이터를 통신하도록 추가로 기여할 수 있다. 예를 들어, 다운 링크 제어 데이터는 무선 에너지원 신호 상으로 변조될 수 있으며, 그런 다음 전자 회로망(1610)의 방식에 의해 유도 코일(1626)로부터 복조될 수 있다. 이러한 것은 업 링크 및 다운 링크를 위하여 트랜스시버(1612)를 구성하는 대신에 다운 링크 데이터를 수신하기 위하여 보다 효율적인 방식으로서 기여할 수 있다. 하나의 예로서, 다운 링크 데이터는 외부 위치 정보와 같은 측정을 할 때 척추 기구(400)가 사용하거나, 또는 재교정 목적을 위한 업데이트된 제어 파라미터들을 포함할 수 있다. 이는 시리얼 넘버 또는 다른 식별 데이터를 다운 하중 하도록 또한 사용될 수 있다.
전자 회로망(1610)은 감지, 전력 관리, 원격측정, 및 가속도 감지와 같은 감지 모듈의 구성요소들의 다양한 작동을 관리하고 제어한다. 이는 아날로그 회로, 디지털 회로, 통합 회로, 개별 소자, 또는 임의의 그 조합을 포함할 수 있다. 하나의 배열에서, 이는 성능을 절충함이 없이 전력 소모를 최소화하도록 통합 회로 및 개별 소자 중에서 분할될 수 있다. 디지털 및 아날로그 회로 사이의 분할 기능은 설계 유연성을 향상시키고, 기능성 또는 성능을 희생시키지 않고 전력 소모를 최소화하는 것을 촉진한다. 따라서, 전자 회로망(1610)은 예를 들어, 코어 신호 처리 알고리즘에 특정한 하나 이상의 통합 회로 또는 ASIC들을 포함할 수 있다.
또 다른 배열에서, 전자 회로망(1610)은 관련된 저장 메모리 및 로직을 구비한 프로그램 가능 프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 마이크로컨트롤러, 또는 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 컨트롤러는 감지 모듈의 상기된 구성요소들의 작동을 제어하기 위한 플래시, ROM, RAM, SRAM, DRAM 또는 다른 유사한 기술과 같은 관련 저장 메모리를 구비한 컴퓨팅 기술을 이용할 수 있다. 하나의 배열에서, 저장 메모리는 본 명세서에 기술된 임의의 하나 이상의 방법 또는 기능을 구현하는 명령들(예를 들어, 소프트웨어)의 하나 이상의 세트를 저장할 수 있다. 명령들은 또 다른 프로세서 또는 컴퓨팅 시스템에 의해 그 실행 동안 다른 메모리 및/또는 프로세서 내에서 완전히 또는 적어도 부분적으로 상주할 수 있다.
전자기구 조립체는 또한 완성된 무선 감지 모듈 또는 장치의 품질, 정확성, 및 신뢰성을 보장하는 테스트 능력 및 교정을 지원한다. 일시적 이방향성 인터커넥터는 높은 레벨의 전자 기구의 전기적 식별 가능성 및 제어 능력을 보장한다. 테스트 인터커넥터는 또한 트랜스듀서, 도파관, 및 기계적 스프링 또는 탄성 조립체를 포함하는 감지 서브시스템의 높은 레벨의 전기적 식별 가능성을 제공한다. 캐리어 또는 고정구들은 제조 공정 동안 완성된 무선 감지 모듈 또는 장치의 최종 인클로저를 모방하고, 그러므로 완성된 무선 감지 모듈 또는 장치의 교정된 파라미터들을 위한 정확한 교정 데이터의 포착을 가능하게 한다. 이러한 교정 파라미터들은 전자기구 조립체에 통합된 온-보드 메모리 내에 저장된다.
센서(1602)들과 전자 회로망(1610)을 포함하는 전자기구 조립체를 위한 적용은 폐기성 모듈 또는 장치들뿐만 아니라 재사용 가능 모듈 또는 장치들 또는 장기간 사용을 위한 모듈 또는 장치들을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 비 의료 적용에 더하여, 광범위한 잠재적 의료 적용의 예들은 이식 가능한 장치, 이식 가능한 장치 내의 모듈, 수술 중 임플란트 또는 수술 중 임플란트 또는 시험용 인서트 내의 모듈, 삽입 또는 섭취된 장치 내의 모듈, 착용 가능한 장치 내의 모듈, 손 파지 장치 내의 모듈, 설비, 기구, 기구, 또는 이러한 것 모두의 액세서리 내의 모듈, 또는 임플란트 내의 폐기물, 시험용 인서트, 삽입 또는 섭취된 장치, 착용 가능한 장치, 손 파지 장치, 설비, 기구, 장비, 또는 이러한 것 모두의 액세서리, 설비, 기구 또는 장비를 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
도 17는 예시적인 실시예에 따른 단거리 원격 측정을 위한 예시적인 통신 시스템(1700)의 도면이다. 도시된 바와 같이, 통신 시스템(1700)은 척추 기구에 있는 의료 장치 통신 구성요소(1710) 및 프로세서 기반 원격 시스템에 있는 수신 시스템 통신을 포함한다. 한 실시예에서, 수신 원격 시스템 통신은 수술실의 멸균 필드 외부에 있는 컴퓨터 또는 랩톱 컴퓨터에 있거나 이에 결합된다. 의사는 수술을 수행하는 동안 컴퓨터에 결합된 랩톱 스크린 또는 디스플레이를 볼 수 있다. 의료 장치 통신 구성요소(1710)들은 안테나(1712), 매칭 네트워크(1714), 원격측정 트랜스시버(1716), CRC 회로(1718), 데이터 패킷타이저(1722), 데이터 입력부(1724), 전원(1726), 및 적용 지정 통합 회로 (ASIC)(1720)를 포함한다. 의료 장치 통신 구성요소(1710)들은 도시된 구성요소들의 수보다 많거나 적게 포함할 수 있으며, 도시된 것 또는 구성요소들의 순서로 한정되지 않는다.
수신 스테이션 통신 구성요소(1750)들은 안테나(1752), 매칭 네트워크(1754), 원격측정 트랜스시버(1756), CRC 회로(1758), 데이터 패킷타이저(1760), 및 선택적으로 USB 인터페이스(1762)를 포함한다. 다른 인터페이스 시스템들은 센서 데이터를 처리하여 제공하기 위해 데이터 패킷타이저(1760)에 직접 결합될 수 있다.
도 16을 참조하여, 전자 회로(1610)는 척추 기구(400)의 하나 이상의 센서(602)들에 작동적으로 결합된다. 한 실시예에서, 하나 이상의 센서들에 의해 발생된 데이터는 MEMS 구조, 압전 저항성 센서, 스트레인 게이지, 기계식 센서 또는 근육골 계통의 파라미터를 측정하도록 사용된 다른 센서 형태로부터의 전압 또는 전류값을 포함할 수 있다. 도 17를 참조하여, 데이터 패킷타이저(1722)는 패킷들 내로 센서 데이터를 조립하고; 이는 ASIC(1720)에 의해 수신되어 처리된 센서 정보를 포함한다. ASIC(1720)은 의료 장치 통신 구성요소(1710)들의 코어 신호 처리 기능을 효율적으로 수행하기 위한 특정 모듈을 포함할 수 있다. ASIC(1720)은 툴의 폼팩터(form factor)를 감소시키는 이점을 더 제공한다.
CRC 회로(1718)는 패킷 데이터 상에 에러 코드 검출을 인가한다. 주기적인 중복성 체크는 임의의 길이의 데이터 스트림 또는 패킷을 위한 체크 합계를 계산하는 알고리즘에 기초한다. 이러한 체크 합계는 송신 동안 데이터의 간섭 또는 우발적인 변경을 검출하도록 사용될 수 있다. 주기적인 중복성 체크는 전기 노이즈에 의해 유발되는 에러를 검출시에 특히 양호하고, 그러므로 높은 레벨의 전자기 활성도를 가지는 환경에서 오류가 생긴 데이터의 부적절한 처리에 대한 강력한 보호를 가능하게 한다. 원격측정 트랜스시버(1716)는 그런 다음 안테나(1712)의 방식에 의해 매칭 네트워크(1714)를 통하여 CRC 인코딩된 데이터 패킷을 송신한다. 매칭 네트워크(1714 및 1754)들은 최적의 통신 전력 효율을 달성하기 위한 임피던스 매치를 제공한다.
수신 시스템 통신 구성요소(1750)들은 의료 장치 통신 구성요소(1710)에 의해 보내진 송신을 수신한다. 한 실시예에서, 원격측정 트랜스시버(1716)는 특정 모드의 방사에서 특정 주파수 상의 데이터 스트림 방송을 수신하도록 강요된 전용 원격측정 트랜스시버(1756)와 함께 작동된다. 수신 스테이션 안테나(1752)의 방식에 의해 원격측정 트랜스시버(1756)는 특정 주파수에서 들어오는 송신을 검출한다. 안테나(1752)는 구성요소(1710)들의 방향성 안테나로 안내되는 방향성 안테나일 수 있다. 적어도 하나의 방향성 안테나를 사용하는 것은 데이터 변형을 감소시킬 수 있는 한편, 데이터가 방사되는 경우에 추가로 제한하는 것에 의해 데이터 안전성을 증가시킬 수 있다. 매칭 네트워크(1754)는 안테나(1752)로부터 원격측정 수신기(1756)로 신호를 효율적으로 전달하는 임피던스 매치를 제공하도록 안테나(1752)에 결합한다. 원격측정 수신기(1756)는 하나 이상의 단계에서 캐리어 주파수를 감소시키고, 구성요소(1710)들에 의해 보내진 정보 또는 데이터를 떼어낸다. 원격측정 수신기(1756)는 CRC 회로(1758)에 결합한다. CRC 회로(1758) 데이터의 개별 패킷들을 위한 주기적인 중복성 체크 합계를 검증하다. CRC 회로(1758) 데이터 패킷타이저(1760)에 결합된다. 데이터 패킷타이저(1760) 데이터의 개별 패킷들을 처리한다. 일반적으로, CRC 회로(1758)에 의해 검증된 데이터는 디코딩되고(예를 들어, 언패킹된), 일련의 처리, 디스플레이 또는 저장 또는 이러한 것들의 일부 조합을 위해 외부 컴퓨터와 같은 외부 데이터 처리 장치로 보내진다.
원격측정 트랜스시버(1756)는 동력이 공급된 USB 포트(1762) 또는 배터리로부터 이용 가능하지만 이에 한정되지 않는 전력과 같은 매우 낮은 전력으로 작동하도록 설계되고 구성된다. 또 다른 실시예에서, 원격측정 트랜스시버(1756)는 수신된 데이터를 간섭하는 우연한 오류 또는 악성에 대한 기회를 제한하도록 최소의 제어 가능한 기능으로 사용하기 위해 설계된다. 원격측정 트랜스시버(1756)는 콤팩트하고, 저렴하며, 표준 제조 공정으로 용이하게 제조되도록 설계되고 구성될 수 있는 한편, 일관적으로 높은 레벨의 품질 및 신뢰성을 보장한다.
하나의 구성에서, 통신 시스템(1700)은 임의의 형태의 미승인 또는 우발적인 쿼리에 대한 높은 안전성 및 보호를 제공하도록 대략 수 미터의 방송 범위를 가진 오직 송신 작동으로 작동한다. 송신 범위는 송신된 신호 강도, 안테나 선택, 또는 그 조합에 의해 제어될 수 있다. 송신의 높은 반복율은 데이터 포착 작동 동안 송신된 데이터의 패킷들에 내장된 주기적인 중복성 체크 (CRC) 비트와 함께 사용될 수 있으며, 이에 의해 동작 또는 정지 물리적 시스템들 내에서 하중, 힘, 압력, 변위, 굽힘, 자세, 및 위치의 측정치를 포함하지만 이에 한정되지 않는 데이터의 디스플레이 또는 데이터의 시각적 표현의 완전성에 영향을 줌이 없이 수신 시스템이 오류 데이터를 폐기하는 것을 가능하게 한다.
대략 수 미터의 거리로 작동 범위를 제한하는 것에 의해, 원격측정 트랜스시버(1716) 데이터의 송신의 반복율을 절충함이 없이 선택된 작동 주파수를 위한 적절한 방사 모드 또는 모드들에서 매우 낮은 전력으로 작동될 수 있다. 이러한 작동 모드는 통합된 루프 안테나와 같은 콤팩트 안테나로 작동을 또한 지원한다. 저전력 및 콤팩트 안테나의 조합은 광범위한 비 의료 및 의료 적용을 위해 사용될 수 있는 고 콤팩트 원격측정 송신기의, 그러나 이에 한정되지 않는 구성을 가능하게 한다.
송신기 안전성뿐만 아니라 송신된 데이터의 완전성은 사전 결정된 조건 내에서 원격측정 시스템을 작동시키는 것에 의해 보장된다. 송신기의 안전성은, 이것이 오직 송신 모드에서 작동되고 의료 장치 통신 구성요소 내로 해킹 경로가 없기 때문에 위태롭지 않을 수 있다. 데이터의 완전성은 CRC 알고리즘 및 측정의 반복율의 사용으로 보장된다. 미인증 수용된 데이터의 위험은 본 장치의 제한된 브로드캐스트 영역에 의해 최소화된다. 데이터의 미승인된 수취가 발생하여야만 하더라도, 데이터 접근을 더욱 완화시키는 적소 대응 조치들이 있다. 제1 조치는 송신된 데이터 패킷들이 CRC 비트와 함께 카운터로부터 단지 2진 비트를 포함하는 것이다. 제2 조치는 임의의 시간에 2진 값 방송의 중요성을 설명하도록 이용할 수 있거나 또는 요구되는 데이터가 없다는 것이다. 이식될 수 있는 제3 조치는 환자 또는 장치 식별 데이터가 임의의 시간에 방송되지 않는다는 것이다.
원격측정 트랜스시버(1716)는 또한 일부 FCC 규정에 따라서 작동될 수 있다. FCC 규정의 섹션 18.301에 따라서, 미합중국 내에서 ISM 대역은 6.78, 13.56, 27.12, 30.68, 915, 2450, 및 5800 ㎒뿐만 아니라 24.125, 61.25, 122.50, 및 245 ㎓를 포함한다. 전 세계적으로, 433 ㎒을 포함하는 ISM 대역은 일부 지리적 위치에서 International Telecommunications Union에 의해 정의된다. 18.303에서 금지된 주파수 대역 리스트는 "다음의 안전, 탐색 및 구조 주파수 대역은 금지된다: 490-510 ㎑, 2170-2194 ㎑, 8354-8374 ㎑, 121.4-121.6 ㎒, 156.7-156.9 ㎒, 및 242.8- 243.2 ㎒". 섹션 18.305는 필드 강도 및 방사 레벨을 규정한다. ISM 설비는 정의된 ISM 대역 밖에서 작동될 대 초과하지 않아야 한다. 요약하여, ISM 설비는 ISM 대역 내에서뿐만 아니라 섹션 18.305에서 지정된 필드 강도 및 방사 레벨에서의 제한이 설계 또는 능동형 제어에 의해 유지되면 9 ㎑ 이상의 대부분 다른 주파수 대역 내에서 전 세계적으로 작동될 수 있다고 결론이 내려질 수 있다. 대안으로서, 시판중인 통합 회로 ISM 트랜스시버를 포함하는 시판중인 ISM 트랜스시버는 적절하게 사용될 때 이러한 필드 강도와 방사 레벨 요구를 이행하도록 설계될 수 있다.
하나의 구성에 있어서, 원격측정 트랜스시버(1716)는 또한 무면허 SIM 대역에서 또는 저전력 장비의 무면허 작동에서 작동할 수 있으며, ISM 장비(예를 들어, 원격측정 송신기(1716))는 FCC 코드의 섹션 18.303에서 지시된 것 외에 9 ㎑ 이상의 임의의 주파수에서 작동될 수 있다.
무선 작동은 전원 또는 관련 데이터 수집, 저장, 디스플레이 장비, 및 데이터 처리 장비를 가진 무선 감지 모듈 또는 장치를 결합하는 인터커넥터 및 케이블에 의한 물리적 간섭, 또는 이에 의해 부과되는 제한에 대한 잠재성에 의해 유발되는 측정치의 왜곡 또는 제한을 제거할 수 있다. 감지 구성요소들 및 전자 회로를 위한 전력은 내부 에너지 저장 장치상의 무선 감지 모듈 또는 장치 내에서 유지된다. 이러한 에너지 저장 장치는, 배터리 또는 배터리들, 슈퍼 커패시터, 커패시터, 교류 전류 전력 공급부, 무선 주파수 수신기, 전자석 유도 코일, 광전지 또는 전지, 서모 커플 또는 서모 커플들, 또는 초음파 트랜스듀서 또는 트랜스듀서들을 포함하지만 이에 한정되지 않는 외부 전원으로 충전된다. 무선 감지 모듈은 내부 에너지 저장 장치가 비워지거나 또는 에너지원이 연속 작동을 가능하게 하도록 주기적으로 재충전될 수 있을 때까지 단일 충전으로 작동될 수 있다. 내장된 전력 공급부는 측정 작동 동안 무선 감지 모듈 또는 장치에 동력을 공급하도록 요구되는 추가의 에너지 방사원을 최소화한다. 원격측정 기능은 또한 무선 감지 모듈 또는 장치 내에 통합된다. 초기화되면, 원격측정 송신기는 실시간으로 측정 데이터를 연속하여 방송한다. 원격측정 데이터는 시판중인 수신기로 또는 간단하고 저비용의 통상의 수신기로 수신되어 디코딩될 수 있다.
도 18은 예시적인 실시예에 따른 측정 및 보고를 위한 통신 네트워크(188)를 도시한다. 간략히, 통신 네트워크(1800)는 다른 장치나 서비스로의 광범위한 데이터 연결성을 제공하기 위하여 척추 정렬 시스템(100), 척추 기구(400) 및 삽입 장치(420)를 확장시킨다. 도시된 바와 같이, 척추 정렬 시스템(100), 척추 기구(400) 및 삽입 장치(420)는 상기 통신 네트워크(1800) 및 그와 관련된 다른 시스템이나 서비스에 통신 가능하게 연결될 수 있다.
일 예로, 척추 정렬 시스템(100), 척추 기구(400) 및 삽입 장치(420)는, 예를 들어 외과적 상태나 결과를 분석하거나 보고하기 위하여, 관심 파라미터(예를 들어, 부하, 세기, 압력, 배치, 움직임, 회전, 토르크 및 가속도의 분산)를 원격 서비스 혹은 제공자들과 함께 공유할 수 있다. 이러한 데이터는 예를 들어 수술 모니터링 목적 또는 효험 연구를 위하여 모니터 진행에 대한 서비스 제공자 또는 계획 관리자와 공유될 수 있다. 통신 네트워크(1800)는 건강 정보 기술 실무를 실행하도록 Electronic Medical Records (EMR) 시스템에 추가로 결부될 수 있다. 다른 실시에에서, 통신 네트워크(1800)는 HIS(Hospital Information System), HIT(Hospital Information Technology) 및 HIM(Hospital Information Management), EHR(Electronic Health Record), CPOE(Computerized Physician Order Entry), 및 CDSS(Computerized Decision Support Systems)들에 통신으로 결합될 수 있다. 이러한 것은 데이터를 정화하고 효과적이며 일관적으로 통신하고 교환하며 교환된 데이터를 사용하도록 다른 정보 기술 시스템 및 소프트웨어 적용의 능력을 제공한다.
통신 네트워크(1800)는 Local Area Network (LAN)(1801), Wireless Local Area Network (WLAN)(1805), Cellular Network(1814), 및/또는 다른 무선 주파수(RF) 시스템을 사용하여 유선 또는 무선 연결성을 제공할 수 있다. LAN(1801) 및 WLAN(1805)는 예를 들어 중앙국을 통하여 인터넷(1820)에 통신으로 결합될 수 있다. 중앙국은 전화통신 서비스를 분배하기 위한 공통의 네트워크 스위칭 설비를 수용할 수 있다. 전화통신 서비스는 전통적인 POTS(Plain Old Telephone Service) 및 케이블, HDTV, DSL, VoIP(Voice over Internet Protocol), IPTV(Internet Protocol Television), Internet services와 같은 광대역 서비스를 포함할 수 있다.
통신 네트워크(1800)는 회로-스위칭 된 및/또는 패킷 스위칭 된 통신을 지원하도록 공통의 컴퓨팅 및 통신 기술을 이용할 수 있다. 인터넷(1820) 및 다른 패킷 스위칭 된 네트워크 송신(예를 들어, TCP/IP, UDP/IP, HTML, HTTP, RTP, MMS, SMS)을 위한 각각의 표준은 기술의 상태의 예를 대표한다. 이러한 표준들은 본질적으로 동일한 기능을 가지는 보다 빠르거나 보다 효율적인 장비들에 의해 주기적으로 대치된다. 따라서, 동일한 기능을 갖는 대체 표준들 및 프로토콜들이 등가물로 고려된다.
셀룰러 네트워크(1814)는 GSM-GPRS, EDGE, CDMA, UMTS, WiMAX, 2G, 3G, 4G, WAP, 소프트웨어 한정 라디오(SDR), 및 다른 공지의 기술과 같은 다수의 접근 기술을 사용하여 음성 및 데이터를 지원할 수 있다. 셀룰러 네트워크(1814)는 모바일 장치(1802)와 통신하기 위하여 주파수 재사용 계획하에서 베이스 수신기(1810)에 결합될 수 있다.
베이스 수신기(1810)는 차례로 패킷 스위칭 된 링크를 사용하여 모바일 장치(1802)를 인터넷(1820)에 연결할 수 있다. 인터넷(1820)은 척추 정렬 시스템(100), 척추 기구(400), 및 인서트 기구(420)로부터 모바일 장치(1802)로 데이터를 분산시키기 위한 응용 프로그램 서비스 및 서비스 레이어를 지원할 수 있다. 모바일 장치(1802)는 또한 무선 통신 채널을 사용하여 인터넷(1820)을 통해 다른 통신 장치에 연결할 수 있다.
모바일 장치(1802)는 WLAN(1805)을 사용하여 인터넷(1820)에 또한 연결할 수 있다. Wireless Local Access Networks(WLANs)는 국지 지리적 영역 내에서 무선 접근을 제공한다. WLANs는 전형적으로 또한 베이스 스테이션으로서 공지된 cluster of Access Points(APs)(1804)로 구성된다. 측정 시스템(1855)은 베이스 스테이션 영역 내에 있는 랩톱(1803)과 같은 다른 WLAN 스테이션들과 통신할 수 있다. 전형적인 WLAN 실행에서, 물리적 레이어는 802.1lb 또는 802.11g WLAN 기술과 같은 다양한 기술들을 사용한다. 물리적 레이어는 2.4 ㎓ 대역에 있는 적외선, 주파수 호핑 스프레드 스펙트럼, 2.4 ㎓ 대역에 있는 직접 시퀀스 스프레드 스펙트럼, 또는 예를 들어 5.8 ㎓ ISM 대역 또는 더욱 높은 ISM 대역(예를 들어, 24 ㎓ 등)의 다른 접근 기술을 사용할 수 있다.
통신 네트워크(1800)의 방식에 의해, 측정 시스템(1855)은 데이터를 교환하기 위하여 네트워크상의 원격 서버(1830) 및 다른 모바일 장치와 연결을 확립할 수 있다. 원격 서버(1830)는, 국지적으로 또는 원격으로 저장되고 응용 프로그램 지정 데이터를 포함할 수 있는 데이터베이스(1840)에 접근할 수 있다. 원격 서버(1830)는 직접 또는 인터넷(1820)을 사용하여 응용 프로그램 서비스를 호스팅할 수 있다.
도 19는 그 안의 한 세트의 명령이 실행될 때, 기계가 상술한 방법 중 하나 이상을 수행하도록 유발할 수 있는 컴퓨터 시스템(1900)의 형태로 하는 시스템의 예시도이다. 일부 실시예에서, 기계는 독립형 장치로서 동작한다. 일부 실시예에서, 기계는 다른 기계에 연결될 수 있다(예를 들어, 네트워크를 사용하여). 네트워크 전개에서, 기계는 서버-클라이언트 사용자의 네트워크에서, 또는 피어-투-피어(또는 분산) 네트워크 환경에서 피어 기계로서 서버 또는 클라이언트 사용자 기계의 용량으로 동작할 수 있다.
기계는 서버 컴퓨터, 클라이언트 사용자 컴퓨터, 퍼스널 컴퓨터(PC), 태블릿 PC, 노트북 컴퓨터, 데스크톱 컴퓨터, 제어 시스템, 네트워크 라우터, 스위치 또는 브릿지 또는 기구를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 장치가 널리 음성, 비디오 또는 데이터 통신을 제공하는 임의의 전자 장치를 폭넓게 포함하는 것이 이해될 것이다. 단일 시스템이 도시되어 있지만, 또한, 용어 기계"는 임의 본 명세서에서 논의된 방법론 들 중 하나 이상을 수행하도록 한 세트(또는 다중 세트)의 명령들을 개별적으로 또는 캐비티로 실행하는 모든 기계 컬렉션을 포함하도록 취해질 것이다.
컴퓨터 시스템(1900)은 프로세서(1902)(예를 들어, 중앙 처리 장치(CPU)), 그래픽 처리 장치(GPU, 또는 둘 다)), 메인 메모리(1904) 및 정적 메모리(1906)를 포함할 수 있으며, 이것들은 버스(1908)를 통해 서로 통신한다. 컴퓨터 시스템(1900)은 상기 영상 디스플레이 유닛(1910)(예를 들어, 액정 디스플레이, LCD)), 평판 패널, 고체 상태 디스플레이, 또는 음극선 관(CRT)을 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(1900)은 입력 장치(1912)(예를 들어, 키보드), 커서 제어 장치(1914)(예를 들어, 마우스), 디스크 구동 유닛(1916), 신호 생성 장치(1918)(예를 들어, 스피커 또는 리모컨) 및 네트워크 인터페이스(1920)를 포함할 수 있다.
디스크 구동 유닛(1916)은 상기된 방법을 포함하는 본 명세서에 설명된 방법론 또는 기능 중 하나 이상을 구현하는 명령(예, 소프트웨어(1924))의 하나 이상의 세트의 명령이 저장되는 기계-판독 가능 매체(1922)를 포함할 수 있다. 명령(1924)은 또한 컴퓨터 시스템(1900)에 의하여 그 실행 동안 메인 메모리(1904), 정적 메모리(1906), 및/또는 프로세서(1902) 내에 완전히 또는 적어도 부분적으로 상주한다. 주 메모리(1904) 및 프로세서(1902) 또한 기계 판독 가능 매체를 구성한다.
응용 프로그램 특정 집적 회로, 프로그래머블 로직 어레이 및 다른 하드웨어 장치들을 포함하지만 이에 한정되지 않는 전용하드웨어 구현은 마찬가지로 본 명세서에 설명된 방법을 구현하기 위해 구성될 수 있다. 응용 프로그램은 다양한 전자 기구 및 컴퓨터 시스템을 포함하는 장치 및 시스템을 포함할 수 있다. 일부 실시예는 2개 이상의 특정의 상호 연결된 하드웨어 모듈 또는 관련 제어 및 모듈들 사이를 통해 전달된 데이터 신호와 함께 장치 또는 응용 프로그램 특정 집적 회로의 일부와 같은 기능을 구현한다. 따라서, 예시적인 시스템은 소프트웨어, 펌웨어, 및 하드웨어 구현에 적용할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따라서, 본원에 기술된 방법은 프로세서, 디지털 신호 프로세서, 또는 논리 회로에서 실행되는 소프트웨어 프로그램으로 동작을 위해 의도된다. 또한, 분산 처리 또는 구성요소/개체 분산 처리, 병렬 처리 또는 가상 기계 처리를 포함하지만 이에 한정되지 않는 소프트웨어 실행은 또한 여기에 설명된 방법을 구현하도록 구성될 수 있다.
본 발명은 명령(1924)을 포함하는 기계 판독 가능 매체를 고려하거나, 또는 네트워크 환경(1926)에 연결된 장치가 음성, 영상 또는 데이터를 송신 또는 수신할 수 있거나, 또는 명령(1924)을 사용하여 네트워크(1926)를 통해 통신하도록 전파 신호로부터 명령(1924)을 수신하고 실행한다. 명령(1924)은 네트워크 인터페이스 장치(1920)를 네트워크(1926)를 사용하여 송신 또는 수신될 수 있다.
기계 판독 가능 매체(1922)는 단일 매체이도록 예시적인 실시예에 도시되었지만, 용어 "기계-판독 가능한 매체"는 하나 이상의 세트를 저장하는 단일 매체 또는 다수 매체(예를 들어, 집중 또는 분산 데이터베이스 및/또는 관련 캐시 및 서버)를 포함하도록 취해 져야한다. 용어 "기계 판독 가능 매체"는 또한 실행의 위한 명령의 세트를 저장, 인코딩, 또는 운반할 수 있으며 기계가 본 발명의 방법 중 하나 이상을 수행하도록 유발하는 임의의 매체를 포함하도록 취해져야 한다.
용어 "기계 판독 가능 매체"는 하나 이상의 읽기 전용(비 휘발성) 메모리, 메모리 카드 또는 기타 패키지와 같은 고체 메모리, 랜덤 접근 메모리, 또는 다른 다시 쓰기(휘발성) 메모리; 광 자기 또는 광학 매체와 같은 디스크 나 테이프; 송신 매체에 컴퓨터 명령어를 구현하는 신호로서 반송파 신호; 및/또는 전자 메일 또는 기타 자체에 포함된 정보 아카이브 또는 아카이브 세트에 이러한 유형의 저장 매체에 배포 매체와 같은 디지털 파일 첨부물을 포함하지만 이에 한정되지 않도록 취해져야만 한다. 따라서, 본 발명은 본원에 열거된 소프트웨어 저장되는 기술-인식 등가물과 후속 매체를 포함하는 것으로서, 임의의 하나 이상의 기계-판독 가능한 매체 또는 분배 매체를 포함하는 것으로 간주 된다.
본 명세서는 특정 표준 및 프로토콜을 참조하여 실시예들에서 구현되는 구성요소 및 기능을 설명하지만, 본 발명은 이러한 표준 및 프로토콜에 한정되지 않는다. 인터넷 및 다른 패킷 스위칭 된 송신(즉, TCP/IP, UDP/IP, HTML, HTTP)에 대한 각각의 표준은 기술의 상태를 대표한다. 이러한 표준은 주기적으로 본질적으로 동일한 기능을 갖는 더 빠르거나 더 효율적 등가물로 대체된다. 따라서, 여분의 표준과 동일한 기능을 갖는 프로토콜은 동등한 것으로 간주된다.
본 명세서에 기재된 실시예들의 도시는 다양한 실시예들의 구조에 대한 일반적인 이해를 제공하도록 의도되고, 이것들은 모든 구성요소와 기능 장치 및 시스템의 완전한 설명으로 역할하고자 하는 것은 아니다. 본원에 기재된 많은 다른 실시예는 상기 설명을 검토하는 것으로 당업자에게는 자명할 것이다. 다른 실시예들이 이용 및 구조적 및 논리적 대체 및 변경이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있도록, 그로부터 도출될 수 있다. 도면은 단지 예시적이며 축척으로 도시되지 않을 수 있다. 특정 부분이 과장된 한편 다른 것들은 최소화될 수 있다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한이기보다는 예시적인 것으로 간주 되어야 한다.
본 발명의 요지의 이러한 실시예는 단지 편의를 위하여 용어 "본 발명"에 의해 개별적으로 및/또는 총체적으로, 하나 이상의 사실적으로 기재되면 단일 발명 또는 발명의 개념으로 본 출원의 범위를 제한하는 의도 없이 본 명세서에서 기술될 수 있다. 특정 실시예들이 예시되고 설명되었지만, 이는 동일한 목적을 달성하도록 계산된 임의의 구성이 도시된 특정 실시예를 대체할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 본 발명은 임의의 및 모든 개조 또는 다양한 실시예들의 변형을 포함하도록 의도된다. 상기 실시예, 및 본원에서 구체적으로 설명되지 않은 다른 실시예들의 조합은 상기 설명을 검토하는 것을 당업자에게 자명할 것이다.

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  14. 근골 시스템 내의 구성요소 설치방법으로서,
    삽입기구에 의해, 센서를 상기 근골 시스템에 삽입하는 단계;
    근골 시스템 내에 상기 센서를 삽입한 후에 상기 센서의 방향, 회전, 각도, 또는 위치 중 적어도 하나를 측정하는 단계;
    정렬 시스템에 의해, 상기 센서의 방향, 회전, 각도, 또는 위치 중 적어도 하나로 상기 근골 시스템에 상기 구성요소를 정렬하는 단계;
    상기 삽입기구에 의해, 상기 근골 시스템 내에 상기 구성요소를 삽입하는 단계;
    상기 근골 시스템에 의해 상기 센서에 가해지는 제1 하중을 측정하는 단계;
    상기 제1 하중 및 상기 제1 하중의 위치를 원격 시스템상에 디스플레이하는 단계; 및
    상기 센서의 방향, 회전, 각도, 또는 위치 중 적어도 하나를 원격 시스템상에 디스플레이하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 하중 및 상기 제1 하중의 위치를 원격 시스템상에 디스플레이하는 단계는 스크린상에 상기 센서의 이미지를 디스플레이하는 단계 및 하중의 최대 지점의 위치를 확인하도록 상기 센서의 이미지에 식별자를 중첩하는 단계를 포함하는, 근골 시스템 내의 구성요소 설치방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 근골 시스템에 의해 상기 구성요소에 가해지는 제2 하중을 측정하는 단계를 더 포함하는, 근골 시스템 내의 구성요소 설치방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 하중의 위치를 측정하는 단계를 더 포함하는, 근골 시스템 내의 구성요소 설치방법.
  17. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 제1 하중을 측정하는 단계 또는 상기 센서의 방향, 회전, 각도, 또는 위치 중 적어도 하나를 측정하는 단계 이후에 적어도 상기 근골 시스템 외부의 상기 센서를 폐기하는 단계를 더 포함하는, 근골 시스템 내의 구성요소 설치방법.
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  33. 제15항에 있어서,
    상기 제1 하중 및 상기 제1 하중의 위치는 실시간으로 원격 시스템상에 디스플레이되는, 근골 시스템 내의 구성요소 설치방법.
  34. 제14항에 있어서,
    상기 식별자는 크로스 헤어인, 근골 시스템 내의 구성요소 설치 방법.
  35. 제16항에 있어서,
    상기 제2 하중 및 상기 제2 하중의 위치를 원격 시스템상에 디스플레이하는 단계는 스크린상에 척추골체에 대해 위치되는 상기 센서의 이미지를 디스플레이하는 단계를 포함하는, 근골 시스템 내의 구성요소 설치 방법.
  36. 제14항에 있어서,
    상기 제1 하중 및 상기 제1 하중의 위치를 원격 시스템상에 디스플레이하는 단계는 상기 센서의 표면에 걸친 하중력을 보고하는 윈도우를 스크린상에 디스플레이하는 단계를 포함하는, 근골 시스템 내의 구성요소 설치 방법.
  37. 제14항에 있어서,
    상기 제1 하중 및 상기 제1 하중의 위치를 원격 시스템상에 디스플레이하는 단계는 근골 시스템의 일부에 대한 상기 센서의 위치를 보여주는 제1 윈도우 및 상기 센서의 감지 표면을 하중의 최대 지점에서 상기 감지 표면상에 중첩된 식별자와 함께 디스플레이하는 제2 윈도우를 스크린상에 디스플레이하는 단계를 포함하는, 근골 시스템 내의 구성요소 설치 방법.
  38. 근골 시스템 내의 구성요소 설치방법으로서,
    삽입기구에 의해, 센서를 상기 근골 시스템에 삽입하는 단계;
    상기 근골 시스템에 의해 상기 센서에 가해지는 제1 하중를 측정하는 단계;
    근골 시스템 내에 상기 센서를 삽입한 후에 상기 센서의 방향, 회전, 각도, 또는 위치 중 적어도 하나를 측정하는 단계;
    정렬 시스템에 의해, 상기 센서의 방향, 회전, 각도, 또는 위치 중 적어도 하나로 상기 근골 시스템에 상기 구성요소를 정렬하는 단계;
    상기 삽입기구에 의해, 상기 근골 시스템에 의해 상기 구성요소에 가해지는 제2 하중이 상기 제1 하중에 동등하도록 상기 근골 시스템 내에 상기 구성요소를 삽입하는 단계;
    상기 제1 하중 및 상기 제1 하중의 위치를 원격 시스템상에 디스플레이하는 단계; 및
    상기 센서의 방향, 회전, 각도, 또는 위치 중 적어도 하나를 원격 시스템상에 디스플레이하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 하중 및 상기 제1 하중의 위치를 원격 시스템상에 디스플레이하는 단계는 근골 시스템의 일부에 대한 상기 센서의 위치를 보여주는 제1 윈도우 및 상기 센서의 감지 표면을 하중의 최대 지점에서 상기 감지 표면상에 중첩된 식별자와 함께 디스플레이하는 제2 윈도우를 스크린상에 디스플레이하는 단계를 포함하는, 근골 시스템 내의 구성요소 설치 방법.
  39. 제14항에 있어서,
    상기 근골 시스템에 의해 상기 구성요소에 가해지는 구성요소 하중이 상기 제1 하중에 동등하도록 상기 구성요소를 움직이는 단계를 더 포함하는, 근골 시스템 내의 구성요소 설치방법.
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