KR102531926B1 - 관절 성형을 위한 균형 유지 디바이스 및 사용 방법 - Google Patents

관절 성형을 위한 균형 유지 디바이스 및 사용 방법 Download PDF

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대럴 디. 디′리마
주니어 클리포드 더블유. 콜웰
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스팬도르소, 인코퍼레이티드
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Abstract

관절 수술 동안 관절을 균형 유지하기 위한 액추에이팅되는 메커니즘을 갖는 관절 균형 유지 삽입물이 개시된다. 관절 균형 유지 삽입물은 제1 플레이트, 제2 플레이트 및 그 사이의 액추에이터를 포함한다. 제2 플레이트는 관절 수술 동안 관절의 수술 절개를 안내하도록 사용되는 절개 블록을 장착하기 위한 통합형 장착 부분을 포함한다. 경골 절개, 대퇴골 절개, 및 원위 대퇴골 절개를 위한 절개 블록과 같은 다양한 유형의 절개 블록을 장착하도록 제공하기 위해 삽입물에 통합형 장착 부분의 다양한 구성이 구현될 수 있다.

Description

관절 성형을 위한 균형 유지 디바이스 및 사용 방법
본 명세서에서 설명된 다양한 실시형태는 일반적으로는 보철 관절 성형 동안 관절을 균형 유지하기 위한 방법 및 디바이스, 및 관절 성형 수술 동안 보철 컴포넌트를 위치결정하고 관절을 균형 유지하기 위한 액추에이팅되는 위치결정 및 감지 디바이스에 관한 것이다.
관절 성형은 통증을 제거하고 움직임을 개선하기 위해 관절의 하나 이상의 부분을 대체하는 것에 의한 관절의 수복을 수반한다. 예컨대, 뼈 표면들 간 마찰 또는 연골의 소실은, 원래 관절과 유사한 움직임의 범위에 대해 또한 허용하면서 뼈 표면 및 연골을 대체하도록 설계된 하나 이상의 보철물을 포함하는, 인공 관절을 삽입함으로써 치료될 수 있다.
무릎 관절 성형은 전형적으로는 대퇴골(넓적다리 뼈)의 하위 단부, 경골(정강이 뼈)의 상위 단부, 및 슬개골(무릎 캡)의 관절 표면의 병들고 손상된 표면을 절제하는 것(잘라 내는 것)을 수반한다. 이들 표면은 그 후 인공 재료에 의해 대체된다. 대퇴골 컴포넌트 또는 보철물은 전형적으로는 코발트 크롬 합금으로 제작되고 그리고 못과 같은 고정 디바이스로, 보통은 기저 뼈에 대퇴골 보철물을 접합하기 위한 뼈 시멘트의 사용으로 대퇴골에 부착된다. 경골 컴포넌트는 전형적으로는 수술 동안 함께 조립되는 2개의 부분으로 - 금속 트레이(티타늄 또는 코발트 크롬 합금) 및 폴리에틸렌 삽입물로 - 이루어진다. 금속 트레이는 나사, 못, 또는 스템으로 뼈에 고정되는 한편; 삽입물은 금속 트레이에 로킹되고 대퇴골 컴포넌트와 관절식 접합된다.
무릎 관절 성형에서 기술적 난제는 발목 및 엉덩이에 대한 무릎의 자연 정렬의 복원; 무릎의 운동 범위를 회복하는 것; 및 인공-이식된 무릎이 정상 무릎과 유사한 방식으로 움직이게 유도하는 것이다. 이들 목표는 뼈의 나머지에 대해 정밀한 위치 및 배향으로 뼈 절개를 하고, 보철 컴포넌트의 적합한 크기 및 형상을 선택하고, 보철물을 서로에 대해 그리고 뼈 상에 적합한 위치에 배치하고, 그리고 무릎 관절이 너무 느슨하거나 너무 조이지 않게 되도록 적합한 두께의 삽입물을 선택함으로써 성취된다.
수술 기구에서 그리고 인공 관절의 설계 및 제조에서 계속적 개량에도 불구하고, 실제의 관절 성형은 시술을 수행하는 외과의의 숙련 및 전문 지식에 주로 의존한다. 관절 성형은 외과의가 인공 관절을 삽입하는 것뿐만 아니라 또한, 인공 관절의 움직임이 가능한 정상 운동 범위와 유사함을 보장하도록 관절을 "균형 유지"할 것을 필요로 한다. 관절을 균형 유지하는 것은 보통은 뼈, 인대 및 다른 조직의 신중한 측정 및 절개는 물론, 또한 뼈에 의해 관절에 인가된 힘이 균등하게 분배됨을 보장하기 위한 하중 균형 유지 및 인공 관절이 정상 움직임에 요구되는 방향 및 거리로 움직일 수 있는지 결정하기 위한 운동 범위 시험도 필요로 한다. 균형 유지 과정은 보통은 외과의가 관절을 단순히 물리적으로 붙잡고 관절의 움직임 및 관절에 인가되고 있는 힘이 올바른지 "느낄" 것을 필요로 한다. 결과로서, 관절을 균형 유지하는 과정은, 그것이 인공 관절의 움직임이 "대략 맞는지" 이해할 외과의의 경험 및 지식에 의존하므로, 대체로 주관적이다. 이들 파라미터 중 어느 것의 오정렬은 과도한 하중 분배 또는 마찰에 기인하여 관절의 한정된 운동 범위, 관절에서의 계속되는 통증 및 인공 관절의 조기 고장을 초래할 수 있다.
관절 성형 동안 인공 관절을 균형 유지하는데 도움을 주기 위해, 외과의가 관절의 균형 유지 동안 일부 파라미터를 측정하는 것을 돕는 측정 디바이스가 개발되어 왔다. 가장 공통적인 균형 유지 디바이스는 본질이 기계적이다: 외과의는 관절의 뼈를 신연(distract)하도록 디바이스 상에 힘을 수동으로 인가하고 그리고 뼈들 간 거리는 시각적으로 측정된다. 일부 측정 디바이스는 관절을 균형 유지하려고 시도할 때 유용한 하중 분배에 대한 측정치를 제공하기 위해 인공 관절에 삽입될 수 있는 센서를 편입하고 있다. 이들 측정 디바이스로도, 외과의는 관절이 균형 유지되는지 결정하기 위해 관절에 미지의 또는 부정확한 힘을 수동으로 인가할 것이 여전히 필요로 된다. 인가되는 힘의 양이 실제 사용 동안 관절에 인가되는 실제 힘과 일치하지 않으면, 관절은 적합하게 움직이지 않을 수 있고 그리고 조기에 마모될 수 있어, 한정된 움직임, 통증, 및 결국에는 교체 또는 추가적 수술 수복을 초래할 수 있다.
본 발명의 배경기술은 국제특허공개공보 WO2013-034889호(2013. 03. 14. 공개, 발명의 명칭: Surgical Instrument), 국제특허공개공보 WO2012-020460호(2012. 02. 16. 공개, 발명의 명칭: Real Time Knee Balancer) 등에 개시되어 있다.
보철 관절 성형과 같은 수술 시술 동안 관절을 균형 유지하기 위한 방법 및 디바이스가 여기에서 개시된다. 실시형태에서, 디바이스는 하나 이상의 플레이트, 하나 이상의 센서, 및 관절의 하나 이상의 부분에 맞대어 디바이스를 액추에이팅하기 위한 적어도 하나의 액추에이팅되는 메커니즘을 갖는 삽입물이다. 하나 이상의 플레이트는, 무릎 관절에서의 경골 및 대퇴골과 같은, 관절을 획정하는 뼈 구조들 사이에 배치된다. 하나 이상의 센서는, 액추에이팅되는 메커니즘의 움직임으로부터 유도된 인가된 힘 데이터와 함께, 관절의 고도로 정확하고 동적인 조절을 위해 제공되는, 관절의 움직임에 대한 힘, 위치 및 각도 데이터를 제공한다. 일 실시형태에서, 적어도 하나의 액추에이팅되는 메커니즘은 스프링-액추에이팅되는 메커니즘이다. 다른 실시형태에서, 적어도 하나의 액추에이팅되는 메커니즘은 공기압-액추에이팅되는 메커니즘이다. 가압 장치는 공기압-액추에이팅되는 메커니즘을 가압하도록 사용된다. 센서, 및 스프링 구성 및 공기압 구성 또는 그 조합과 같은 다양한 유형의 액추에이션 구성은 관절의 균형 유지와 관련한 수많은 파라미터의 측정 및 액추에이팅되는 메커니즘의 제어를 위해 제공되도록 삽입물 상에 또는 거기에 구현될 수 있다. 커스터마이징된 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)들은 조절의 실시간 제어 및 시각화된 피드백을 위해 제공된다. 센서 데이터는 또한 수집되고 그리고 이력 데이터에 기반하여 조절 권고를 제공하고 더 양호한 결과를 달성하기 위한 예상 또는 선호되는 데이터 세트와 비교될 수 있다. 다른 특징 및 이점은, 수반 도면과 함께 취해지는, 바람직한 실시형태의 이하의 설명으로부터 분명하게 되는 것이다.
다른 실시형태에서, 디바이스는, 대퇴골의 앞쪽, 뒤쪽, 및 원위 절개와 같은, 하나 이상의 대퇴골 절개를 균형 유지하도록 사용되는 대퇴골 균형 유지기이다. 대퇴골 균형 유지기는 대퇴골에 최종 균형 유지된 절개를 하기 위해 핀을 위치시키도록 사용될 수 있거나 또는 대퇴골 균형 유지기가 대퇴골에 부착되어 있는 동안 직접 절개를 하기 위한 하나 이상의 칼날 안내 특징부를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 디바이스는 관절의 수복 동안 관절을 균형 유지하기 위한 삽입물이다. 삽입물은 제1 플레이트, 제2 플레이트 및 그 사이의 액추에이터를 포함한다. 제1 플레이트는 관절의 뼈 구조와 인터페이싱하도록 구성된다. 제2 플레이트는 장착 부분, 이행 부분, 및 플레이트 부분을 포함한다. 플레이트 부분은 관절의 마주하는 뼈 구조와 인터페이싱하도록 구성되고 그리고 제1 플레이트로부터 이격되어 있다. 이행 부분은 제1 플레이트의 주변 너머로 돌출하여 플레이트 부분으로부터 뻗어 있다. 장착 부분은 제1 플레이트의 방향으로 이행 부분에 대해 횡방향으로 뻗어 있다. 액추에이터는 제1 플레이트에 그리고 플레이트 부분에 힘을 분배하도록 구성된다. 실시형태에서, 삽입물은 제1 플레이트와 플레이트 부분 간 공간적 관계를 결정하기 위한 복수의 센서를 포함한다.
일부 실시형태에서, 제1 플레이트는 관절의 수복 동안 경골과 접촉하도록 구성된 저부 플레이트이고, 그리고 제2 플레이트는 상부 플레이트이되 플레이트 부분은 관절의 수복 동안 대퇴골과 접촉하도록 구성되고 그리고 장착 부분은 저부 플레이트 너머로 아래로 뻗어 있다. 실시형태에서, 장착 부분은 본체, 제1 레그, 제2 레그, 제1 장착 부분, 및 제2 장착 부분을 더 포함한다. 본체는 이행 부분으로부터 아래쪽으로 뻗어 있다. 제1 레그는 본체로부터 아래쪽으로 뻗어 있다. 제2 레그는 제2 레그에 인접하여 본체로부터 아래쪽으로 뻗어 있어 사이에 외측 오목부를 형성한다. 제1 장착 부분은 제1 레그로부터 돌출한다. 제2 장착 부분은 제2 레그로부터 돌출한다. 일부 실시형태에서, 제1 레그는 제2 레그보다 더 뻗어 있다.
다른 실시형태에서, 제1 플레이트는 관절의 수복 동안 대퇴골과 접촉하도록 구성된 상부 플레이트이고, 그리고 제2 플레이트는 저부 플레이트이되 플레이트 부분은 관절의 수복 동안 경골과 접촉하도록 구성되고 그리고 장착 부분은 상부 플레이트 너머로 위로 뻗어 있다. 실시형태에서, 이행 부분은 플레이트 부분으로부터 뻗어 있는 제1 이행 레그 및 플레이트 부분으로부터 뻗어 있는 제2 이행 레그를 포함한다. 장착 부분은 제1 레그, 제2 레그, 제1 장착 부분, 및 제2 장착 부분을 포함한다. 제1 레그는 제1 이행 레그로부터 위쪽으로 뻗어 있다. 제2 레그는 제2 이행 레그로부터 위쪽으로 뻗어 있고 그리고 저부 장착 부분의 원위 단부에서 제1 레그에 이어져 있다. 제1 장착 부분은 제1 레그로부터 돌출한다. 제2 장착 부분은 제2 레그로부터 돌출한다.
일부 실시형태에서, 액추에이터는 팽창식 재료로 제작된 벨로우즈(bellows)를 포함하는 공기압 액추에이터이고 그리고 벨로우즈는 팽창하고 제1 플레이트에 그리고 플레이트 부분에 힘을 공기압식으로 분배하도록 구성된다.
실시형태에서, 제2 플레이트는 장착 안내부를 포함한다. 장착 안내부는 장착 부분으로부터 돌출하는 플랜지를 포함한다.
일부 실시형태에서, 디바이스는 관절의 수복 동안 관절을 균형 유지하기 위한 관절 균형 유지 시스템이다. 관절 균형 유지 시스템은, 위에서 설명된 실시형태와 같은, 삽입물의 실시형태 중 어느 것이라도 포함한다. 관절 균형 유지 시스템은 또한 절개 안내부 및 장착 체결구를 포함한다. 절개 안내부는 관절의 수복 동안 절개를 안내하도록 구성된 안내 슬롯을 포함한다. 장착 체결구는 절개 안내부를 장착 부분에 결합하며 장착 체결구는 플랜지 내로 뻗어 있다. 실시형태에서, 장착 체결구는 안내부 핀이고 그리고 삽입물은 안내부 핀의 배치를 조절하도록 구성되어 장착 부분에 부착된 조절 디바이스를 포함한다.
실시형태에서, 관절 균형 유지 시스템은 관절의 수복 동안 경골에 부착하기 위한 제1 뼈 각도 센서 및 삽입물에 결합된 삽입 각도 센서를 포함한다. 추가적 실시형태에서, 관절 균형 유지 시스템은 관절의 수복 동안 대퇴골에 부착하기 위한 제2 뼈 각도 센서를 더 포함한다.
일부 실시형태에서, 디바이스는 원위 대퇴골 절개 안내부이다. 원위 대퇴골 절개 안내부는 안내부 본체, 칼날 안내 특징부, 및 안내부 막대를 포함한다. 안내부 본체는 저부 부분, 이행 부분, 및 전방 부분을 포함한다. 실시형태에서, 저부 부분은 플레이트 유사 형상 및 삽입 단부를 포함한다. 이행 부분은 삽입 단부의 반대편 방향으로 저부 부분으로부터 뻗어 있고 그리고 삽입 단부의 반대편 방향에 횡방향으로 향하여 곡선을 이룬다. 전방 부분은 횡방향으로 이행 부분으로부터 뻗어 있다. 칼날 안내 특징부는 안내부 본체를 통해 뻗어 있는 슬롯이고 그리고 관절 수술 동안 원위 대퇴골 절개를 안내하도록 구성된다. 안내부 막대는 일반적으로 횡방향으로 저부 부분으로부터 뻗어 있다.
실시형태에서, 안내부 막대는 저부 부분에 인접하는 기부 및 저부 부분에 대해 원위에 있는 단부를 포함한다. 안내부 막대는 기부에서보다 단부에서 더 좁고 그리고 기부로부터 단부로 태핑한다. 실시형태에서, 안내부 막대는 환자의 대퇴골의 골수내 관의 형상으로 형성될 수 있다. 안내부 막대의 형상은 환자의 관절의 이미지로부터 취해진 측정치에서 기반한다. 실시형태에서, 안내부 막대는 저부 부분의 평면에 대해 90도보다 작은 초기 방향으로 뻗어 있고 그리고 저부 부분의 평면에 대해 초기 방향보다 90도에 더 가까운 방향으로 뻗게 향하여 곡선을 이룬다.
실시형태에서, 원위 대퇴골 절개 안내부는 절개 안내부 센서 및 뼈 각도 센서를 포함한다. 절개 안내부 센서는 안내부 본체에 부착되고 그리고 뼈 각도 센서는 안내부 막대가 골수내 관에 위치하고 있는 동안 환자의 대퇴골에 부착되도록 구성된다.
실시형태에서, 원위 대퇴골 절개 안내부는 안내부 본체에 부착된 조절 디바이스를 포함한다. 실시형태에서, 조절 디바이스는 이행 부분에 부착된다. 조절 디바이스는 대퇴골 절개 안내부의 위치를 조절하고 그리고 칼날 안내 특징부의 위치를 조절하도록 구성된다.
실시형태에서, 전방 부분은 곡선형 상부 에지를 포함한다. 일부 실시형태에서, 상부 에지는 하나의 측면이 다른 하나보다 더 높게 정점이 하나의 측면으로 향하여 편이된 비대칭 곡선을 갖는다. 실시형태에서, 절개 안내부 센서는 상부 에지의 정점에 인접하여 전방 부분에 부착된다.
일부 실시형태에서, 디바이스는 관절의 수복 동안 관절을 균형 유지하기 위한 원위 대퇴골 균형 유지기이다. 원위 대퇴골 균형 유지기는 제1 관절구(condyle) 부분 및 제2 관절구 부분을 포함한다. 제1 관절구 부분은 제1 전방 부분, 제1 저부 부분, 제1 내측 표면, 및 제1 핀 안내부를 포함한다. 제1 전방 부분은 관절의 제1 관절구의 앞쪽에 위치하도록 구성된다. 제1 저부 부분은 제1 전방 부분으로부터 뻗어 있다. 제1 저부 부분은 제1 관절구 아래에 위치하도록 구성된다. 제1 내측 표면은 제1 관절구의 표면과 매칭하는 형상으로 되어 있다. 제1 핀 안내부는 제1 핀을 수용하고 그리고 제1 핀을 제1 관절구 내로 안내하도록 구성된다.
제2 관절구 부분은 제2 전방 부분, 제2 저부 부분, 제2 내측 표면, 및 제2 핀 안내부를 포함한다. 제2 전방 부분은 관절의 제2 관절구의 앞쪽에 위치하도록 구성된다. 제2 저부 부분은 제2 전방 부분으로부터 뻗어 있다. 제2 저부 부분은 제2 관절구 아래에 위치하도록 구성된다. 제2 내측 표면은 제2 관절구의 표면과 매칭하는 형상으로 되어 있다. 제2 핀 안내부는 제2 핀을 수용하고 그리고 제2 핀을 제2 관절구 내로 안내하도록 구성된다.
실시형태에서, 제1 핀 안내부는 제1 전방 부분을 통해 뻗어 있는 제1 보어 및 제1 보어로부터 뻗어 있는 제1 플랜지를 포함하고, 그리고 제2 핀 안내부는 제2 전방 부분을 통해 뻗어 있는 제2 보어 및 제2 보어로부터 뻗어 있는 제2 플랜지를 포함한다. 제1 플랜지와 제1 보어가 정렬되고, 그리고 제2 플랜지와 제2 보어가 정렬된다. 실시형태에서, 제1 플랜지와 제1 보어는 동축이고, 그리고 제2 플랜지와 제2 보어는 동축이다.
실시형태에서, 제1 관절구 부분은 제1 외측 표면을 포함하고 그리고 제2 관절구 부분은 제2 외측 표면을 포함한다. 제1 외측 표면 및 제2 외측 표면은 각각 제1 관절구 및 제2 관절구의 외측 표면과 매칭하도록 구성된다.
실시형태에서, 원위 대퇴골 균형 유지기는 제1 저부 부분과 제1 관절구 그리고 제2 저부 부분과 제2 관절구 사이에 위치하는 균형 유지기 액추에이터를 포함한다. 일부 실시형태에서, 균형 유지기 액추에이터는 원위 대퇴골 절개부에 인접해 있다. 일부 실시형태에서, 균형 유지기 액추에이터는 복수의 액추에이터를 포함한다.
일부 실시형태에서, 디바이스는 구부리기로 대퇴골을 균형 유지하기 위한 뒤쪽 대퇴골 균형 유지기이다. 뒤쪽 대퇴골 균형 유지기는 균형 유지기 본체, 제1 뒤쪽 관절구 부분, 제2 뒤쪽 관절구 부분, 제1 뒤쪽 핀 안내부, 및 제2 뒤쪽 핀 안내부를 포함한다. 균형 유지기 본체는 대퇴골의 원위 단부에 인접해 있도록 구성된다. 제1 뒤쪽 관절구 부분은 균형 유지기 본체에 횡방향으로 균형 유지기 본체로부터 뻗어 있다. 제2 뒤쪽 관절구 부분은 제1 뒤쪽 관절구 부분과 동일한 방향으로 균형 유지기 본체로부터 뻗어 있다. 제1 뒤쪽 핀 안내부 및 제2 뒤쪽 핀 안내부는 각각 균형 유지기 본체로부터 바깥쪽으로 뻗어 있는 플랜지 및 균형 유지기 본체를 통해 뻗어 있는 보어를 포함한다. 실시형태에서, 플랜지는 보어에 동축이다.
실시형태에서, 균형 유지기 본체는 연결 부분, 제1 레그, 및 제2 레그를 포함한다. 연결 부분은 제1 뒤쪽 관절구 부분 및 제2 뒤쪽 관절구 부분에 대해 원위에서 제1 레그와 제2 레그를 잇는다. 제1 뒤쪽 핀 안내부는 제1 레그 상에 위치하고 그리고 제2 뒤쪽 핀 안내부는 제2 레그 상에 위치한다. 실시형태에서, 연결 부분, 제1 레그, 및 제2 레그는 'U' 형상을 형성한다.
실시형태에서, 제1 레그는 제1 뒤쪽 관절구 부분에 대해 원위에 있는 제1 둥근 단부를 포함하고 그리고 제2 레그는 제2 뒤쪽 관절구 부분에 대해 원위에 있는 제2 둥근 단부를 포함한다. 실시형태에서, 제2 둥근 단부는 제1 둥근 단부가 제1 뒤쪽 관절구 부분으로부터 돌출하는 것보다 더 제2 뒤쪽 관절구 부분으로부터 돌출한다. 실시형태에서, 제1 및 제2 둥근 부분은 연결 부분보다 더 돌출하여 그 사이에 인덴트(indent)를 형성한다.
실시형태에서, 제1 뒤쪽 관절구 부분은 제1 내측 표면을 포함하고 그리고 제2 뒤쪽 관절구 부분은 제2 내측 표면을 포함한다. 실시형태에서, 뒤쪽 대퇴골 균형 유지기는 제1 내측 표면 및 제2 내측 표면에 인접하는 균형 유지기 액추에이터를 포함한다. 균형 유지기 액추에이터는 대퇴골의 관절구와 제1 및 제2 뒤쪽 관절구 부분 사이에 위치한다. 실시형태에서, 균형 유지기 액추에이터는 뒤쪽 대퇴골 절개부에 인접한다. 실시형태에서, 균형 유지기 액추에이터는 제1 내측 표면에 인접하는 제1 액추에이터 및 제2 내측 표면에 인접하는 제2 액추에이터를 포함한다.
실시형태에서, 제1 뒤쪽 관절구 부분은 제1 외측 표면을 포함하고 그리고 제2 뒤쪽 관절구 부분은 제2 외측 표면을 포함한다. 제1 및 제2 외측 표면은 대퇴골 관절구의 뒤쪽을 닮은 형상으로 되어 있다.
일부 실시형태에서, 디바이스는 동시에 대퇴골 컴포넌트 전체의 정렬을 균형 유지하기 위한 전체 대퇴골 균형 유지기이다. 전체 대퇴골 균형 유지기는 앞쪽 부분, 원위 부분, 뒤쪽 부분, 앞쪽 핀 안내부, 및 원위 핀 안내부를 포함한다. 앞쪽 부분은 대퇴골 컴포넌트의 앞쪽에 인접하여 위치한다. 앞쪽 부분은 앞쪽 에지를 포함한다. 앞쪽 부분은 제1 방향으로 앞쪽 에지로부터 뻗어 그 후 제1 방향에 횡으로 제2 방향으로 이행한다. 원위 부분은 앞쪽 부분으로부터 제2 방향으로 뻗어 있고 그리고 대퇴골 컴포넌트의 원위 단부에 인접하여 위치한다. 뒤쪽 부분은 원위 부분으로부터 뻗어 있다. 뒤쪽 부분은 제2 방향으로부터 제1 방향의 반대편인 제3 방향으로 이행하고 그리고 제3 방향으로 뻗어 있다. 뒤쪽 부분은 대퇴골 컴포넌트의 뒤쪽에 인접하여 위치한다. 앞쪽 핀 안내부는 앞쪽 부분에 위치한다. 앞쪽 핀 안내부는 핀을 대퇴골 컴포넌트의 앞쪽 내로 안내하도록 구성된다. 원위 핀 안내부는 원위 부분에 위치한다. 원위 핀 안내부는 핀을 대퇴골 컴포넌트의 뒤쪽 내로 안내하도록 구성된다.
실시형태에서, 앞쪽 핀 안내부는 앞쪽 부분을 통해 뻗어 있는 앞쪽 보어 및 앞쪽 부분으로부터 뻗어 앞쪽 보어와 정렬되어 있는 앞쪽 플랜지를 각각 포함한다. 원위 핀 안내부는 원위 부분을 통해 뻗어 있는 원위 보어 및 원위 부분으로부터 뻗어 원위 보어와 정렬되어 있는 원위 플랜지를 각각 포함한다. 실시형태에서, 앞쪽 플랜지와 앞쪽 보어는 동축이고, 그리고 원위 플랜지와 원위 보어는 동축이다.
실시형태에서, 앞쪽 부분은 앞쪽 외측 표면을 포함한다. 앞쪽 외측 표면은 대퇴골 컴포넌트의 앞쪽의 일반적 형상을 형성하는 둥근 부분을 포함한다. 원위 부분은 원위 외측 표면을 포함한다. 원위 외측 표면은 대퇴골 컴포넌트의 원위 단부의 일반적 형상을 형성하는 둥근 부분을 포함한다. 뒤쪽 부분은 대퇴골 컴포넌트의 뒤쪽의 일반적 형상을 형성하는 둥근 부분을 포함하는 뒤쪽 외측 표면을 포함한다.
실시형태에서, 앞쪽 부분은 제1 방향으로 뻗어 있는 앞쪽 내측 표면을 포함한다. 원위 부분은 앞쪽 내측 표면에 직각으로 뻗어 있는 원위 내측 표면을 포함한다. 뒤쪽 부분은 앞쪽 내측 표면에 평행하게 뻗어 있는 뒤쪽 내측 표면을 포함한다. 실시형태에서, 앞쪽 내측 표면, 원위 내측 표면, 및 뒤쪽 내측 표면은 평탄 표면이다. 실시형태에서, 앞쪽 부분은 앞쪽 내측 표면과 원위 내측 표면 사이에 뻗어 있는 앞쪽 챔퍼 표면을 포함한다. 뒤쪽 부분은 원위 내측 표면과 뒤쪽 내측 표면 사이에 뻗어 있는 뒤쪽 챔퍼 표면을 포함한다. 실시형태에서, 앞쪽 챔퍼 표면은 원위 내측 표면 및 앞쪽 내측 표면에 대해 45도 각도로 뻗어 있다. 뒤쪽 챔퍼 표면은 뒤쪽 내측 표면 및 원위 내측 표면에 대해 45도 각도로 뻗어 있다.
실시형태에서, 원위 부분은 제1 원위 레그 및 제2 원위 레그를 포함하고, 각각은 대퇴골 컴포넌트의 관절구의 형상을 따른다. 뒤쪽 부분은 뒤쪽 제1 관절구 부분 및 뒤쪽 제2 관절구 부분을 포함한다. 뒤쪽 제1 관절구 부분은 제1 원위 레그로부터 뻗어 있고, 그리고 뒤쪽 제2 관절구 부분은 제2 원위 레그로부터 뻗어 있다. 일부 실시형태에서, 제1 원위 레그 및 제2 원위 레그는 각각 앞쪽 부분으로부터 뻗어 있다. 실시형태에서, 원위 핀 안내부는 원위 레그의 각각에 위치한다.
일부 실시형태에서, 전체 대퇴골 균형 유지기는 대퇴골 컴포넌트를 균형 유지하기 위한 액추에이터를 포함한다. 실시형태에서, 액추에이터는 앞쪽 내측 표면에 인접하는 앞쪽 액추에이터, 원위 내측 표면에 인접하는 원위 액추에이터, 및 뒤쪽 내측 표면에 인접하는 뒤쪽 액추에이터를 포함한다. 실시형태에서, 앞쪽 액추에이터는 앞쪽 내측 표면과 앞쪽 절개부 사이에 위치한다. 원위 액추에이터는 원위 내측 표면과 원위 절개부 사이에 위치한다. 뒤쪽 액추에이터는 뒤쪽 내측 표면과 뒤쪽 절개부 사이에 위치한다. 실시형태에서, 앞쪽 액추에이터는 다수의 액추에이터를 포함한다. 원위 액추에이터는, 각각의 원위 레그에 인접하는 하나와 같은, 다수의 액추에이터를 포함한다. 뒤쪽 액추에이터는, 각각의 뒤쪽 관절구 부분에 인접하는 하나와 같은, 다수의 액추에이터를 포함한다.
실시형태에서, 전체 대퇴골 균형 유지기는 대퇴골 컴포넌트에 대해 앞쪽 부분을 조절하기 위해 앞쪽 부분에 위치하는 앞쪽 조절 디바이스 및 대퇴골 컴포넌트에 대해 뒤쪽 부분 및 원위 부분을 조절하기 위한 원위 조절 디바이스를 포함한다.
실시형태에서, 앞쪽 부분은 단부 부분 및 중간 부분을 포함한다. 중간 부분은 단부 부분과 원위 부분 간 이행 부분을 형성한다. 전체 대퇴골 균형 유지기는 측면 에지로부터 안쪽으로 뻗어 있는 경감 슬롯을 포함한다. 실시형태에서, 2개의 앞쪽 경감 슬롯은 단부 부분과 중간 부분 사이에 안쪽으로 뻗어 있고 그리고 2개의 원위 경감 슬롯은 중간 부분과 원위 부분 사이에 안쪽으로 뻗어 있다.
실시형태에서, 전체 대퇴골 균형 유지기는 앞쪽 부분에 부착된 앞쪽 센서 및 원위 부분에 부착된 원위 센서를 포함한다. 일부 실시형태에서, 전체 대퇴골 균형 유지기는 또한 대퇴골에 부착하는 뼈 각도 센서를 포함한다.
뼈에 절개를 수행하고 관절을 균형 유지하기 위한 방법 또한 여기에서 개시된다. 실시형태에서, 방법은 삽입물을 관절에 삽입하는 단계를 포함한다. 일부 실시형태에서, 관절은 무릎이다. 방법은 또한 액추에이터를 전개하는 단계를 포함한다. 일부 실시형태에서, 액추에이터를 전개하는 단계는 벨로우즈를 팽창시키는 단계를 포함한다. 방법은 뼈에 구멍 또는 구멍들을 드릴링하는 단계를 더 포함한다. 실시형태에서, 구멍은 대퇴골 또는 경골에 위치한다. 실시형태에서, 핀 안내부 또는 장착 안내부는 드릴을 안내하도록 사용된다. 방법은 더욱 뼈에서의 각각의 구멍(들) 내에 핀을 배치하는 단계를 더 포함한다. 실시형태에서, 핀 안내부 또는 장착 안내부는 뼈 내로 핀(들)을 안내하도록 사용된다. 방법은 더욱 핀 상에 절개 안내부를 장착하는 단계를 더 포함한다. 실시형태에서, 절개 안내부는 삽입물의 장착 부분 또는 핀 안내부에 인접하여 장착된다. 방법은 절개를 안내하도록 안내 슬롯을 사용하여 뼈를 절개하는 단계를 더 포함한다. 실시형태에서, 절개는, 플레이트에 대해 예정된 각도로 또는 플레이트로부터 고정 거리에서, 뼈의 반대편 플레이트에 평행하게 이루어진다. 예컨대, 절개는, 저부 플레이트(150)에 대해 예정된 각도로, 또는 저부 플레이트로부터 고정 거리에서, 저부 플레이트에 평행하게 이루어질 수 있다. 다른 실시형태에서, 절개는, 상부 플레이트에 대해 예정된 각도로, 또는 상부 플레이트로부터 고정 거리에서, 상부 플레이트에 평행하게 이루어질 수 있다.
실시형태에서, 방법은 또한 장착 안내부 또는 핀 안내부의 위치 및/또는 각도를 조절하는 단계를 포함한다. 실시형태에서, 장착 안내부 또는 핀 안내부의 위치 및/또는 각도를 조절하는 단계는 조절 디바이스를 수동으로 조절하거나 액추에이팅하는 단계를 포함한다. 실시형태에서, 장착 안내부 또는 핀 안내부의 위치 및 또는 각도를 조절하는 것은 뼈를 절개하기 이전에 수행된다.
대퇴골 절개 안내부(500)를 사용하여 대퇴골 절개를 수행하기 위한 방법이 또한 개시된다. 실시형태에서, 방법은 안내부 막대를 대퇴골의 골수내 관에 삽입하는 단계를 포함한다. 실시형태에서, 안내부 막대는 안내부 막대가 대퇴골 줄기의 긴 축과 정렬되도록 삽입된다. 방법은 또한 안내부 막대에 대해 고정 각도로 뼈를 절개하는 단계를 포함한다.
실시형태에서, 방법은 뼈 각도 센서를 대퇴골에 부착하는 단계를 포함한다. 그리고 대퇴골 절개 안내부에 부착된 절개 안내부 센서와 뼈 각도 센서 간 각도를 측정한다. 실시형태에서, 방법은 칼날 안내 특징부의 각도 및 위치를 조절하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시형태에서, 대퇴골에 대해 칼날 안내 특징부의 각도 및 위치를 조절하는 단계는 칼날 안내 특징부가 절개를 위한 예정된 각도에 있을 때까지 조절 디바이스를 수동으로 조절하거나 액추에이팅하는 단계를 포함한다.
실시형태에서, 디바이스는 관절을 균형 유지하도록 사용되는 원위 대퇴골 균형 유지기이다. 실시형태에서, 방법은 원위 대퇴골 절개를 하는 단계를 포함한다. 여기에서 설명된 절개 방법 및 도구 중 어느 것이라도 절개를 하는데 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 방법은 절개를 한 후에 삽입물을 제거하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 원위 대퇴골 절개부 상에 원위 대퇴골 균형 유지기를 배치하는 단계 및 관절을 신연하도록 원위 대퇴골 균형 유지기를 전개하는 단계를 포함한다. 실시형태에서, 원위 대퇴골 균형 유지기를 배치하는 단계는 도면에서 도시된 바와 같이 그리고 여기에서 설명된 바와 같이 원위 대퇴골 균형 유지기를 위치시키는 단계를 포함한다. 방법은 뼈에 구멍을 형성하는 단계 및 핀을 구멍 내에 배치하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시형태에서, 뼈는 대퇴골이다. 실시형태에서, 핀 안내부는 구멍을 만들고 핀을 배치하는데 사용된다. 실시형태에서, 핀을 배치하는 단계는 신연된 디바이스의 저부 부분으로부터 고정 각도에서 그리고 고정 거리에서 핀을 위치시키는 단계를 포함한다. 일부 실시형태에서, 방법은 절개 블록을 핀에 장착하는 단계 및 뼈에 제2 절개를 하도록 안내 슬롯을 사용하는 단계를 포함한다.
일부 실시형태에서, 디바이스는 관절을 균형 유지하도록 사용되는 뒤쪽 대퇴골 균형 유지기이다. 실시형태에서, 방법은 뒤쪽 대퇴골 절개를 하는 단계를 포함한다. 여기에서 설명된 절개 방법 및 도구 중 어느 것이라도 절개를 하는데 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 방법은 절개를 한 후에 삽입물을 제거하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 뒤쪽 대퇴골 절개부 상에 뒤쪽 대퇴골 균형 유지기를 배치하는 단계 및 관절을 신연하도록 뒤쪽 대퇴골 절개를 전개하는 단계를 포함한다. 실시형태에서, 뒤쪽 대퇴골 균형 유지기를 배치하는 단계는 도면에서 도시된 바와 같이 그리고 여기에서 설명된 바와 같이 뒤쪽 균형 유지기를 위치시키는 단계를 포함한다. 방법은 뼈에 구멍을 형성하는 단계 및 핀을 구멍 내에 배치하는 단계를 더 포함한다. 실시형태에서, 뼈는 대퇴골이다. 핀 안내부(740)는 구멍을 만들고 핀을 배치하는데 사용될 수 있다. 실시형태에서, 핀을 배치하는 단계는 신연된 디바이스의 저부 부분으로부터 고정 각도에서 그리고 고정 거리에서 핀을 위치시키는 단계를 포함한다. 실시형태에서, 방법은 또한 절개 블록을 핀에 장착하는 단계 및 뼈에 제2 절개를 하도록 안내 슬롯을 사용하는 단계를 포함한다.
일부 실시형태에서, 디바이스는 관절을 균형 유지하도록 사용되는 전체 대퇴골 균형 유지기이다. 실시형태에서, 방법은 전체 대퇴골 균형 유지기를 대퇴골 컴포넌트 위에 배치하는 단계를 포함한다. 실시형태에서, 전체 대퇴골 균형 유지기를 배치하는 단계는 도면에서 도시되고 여기에서 설명된 바와 같이 전체 대퇴골 균형 유지기를 위치시키는 단계를 포함한다. 방법은 또한 뼈를 절개하는 단계를 포함한다. 실시형태에서, 뼈를 절개하는 단계는 대퇴골 컴포넌트에 앞쪽, 원위 및/또는 뒤쪽 절개를 수행하는 단계를 포함한다. 절개는 전체 대퇴골 균형 유지기를 대퇴골 컴포넌트 위에 배치하는 단계 전에 또는 후에 이루어질 수 있다. 방법은 또한 관절을 신연하도록 전체 대퇴골 균형 유지기를 전개하는 단계를 포함한다.
방법은 또한 뼈에 구멍을 형성하는 단계 및 핀을 구멍 내에 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 실시형태에서, 뼈는 대퇴골이다. 실시형태에서, 핀 안내부는 구멍을 만들고 핀을 배치하는데 사용된다. 하나 이상의 구멍 세트가 형성되고 그리고 하나 이상의 핀 세트가 구멍에 배치된다. 실시형태에서, 핀을 배치하는 단계는 신연된 디바이스의 예정된 부분으로부터 고정 각도에서 그리고 고정 거리에서 핀을 위치시키는 단계를 포함한다. 방법은 또한 절개 블록을 핀들에 또는 하나의 핀 세트에 장착하는 단계 및 뼈에 절개를 하도록 안내 슬롯을 사용하는 단계를 포함할 수 있다. 실시형태에서, 방법은 제2 절개 블록을 다른 핀 세트에 장착하는 단계 및 뼈에 다른 절개를 하는 단계를 포함한다.
일부 실시형태에서, 방법은, 앞쪽 부분 또는 원위 부분과 같은, 전체 대퇴골 균형 유지기의 일부 또는 전부의 상대 각도 및 위치를 조절하는 단계를 포함한다. 실시형태에서, 전체 대퇴골 균형 유지기의 일부 또는 전부의 상대 각도 및 위치를 조절하는 단계는 앞쪽 조절 디바이스 및/또는 원위 조절 디바이스를 수동으로 조절하거나 액추에이팅하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 방법은 또한 대퇴골(8)과 같은 뼈에 대해 전체 대퇴골 균형 유지기의 일부 또는 전부의 각도를 측정하는 단계를 포함한다. 실시형태에서, 뼈에 대해 전체 대퇴골 균형 유지기의 일부 또는 전부의 각도를 측정하는 단계는 앞쪽 센서와 뼈 센서 간 상대 각도를 측정하는 단계 및 원위 센서와 뼈 센서 간 상대 각도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 뒤쪽 부분 상에 위치하는 센서와 같은 다른 센서가 또한 사용될 수 있다. 실시형태에서, 방법은 뼈 센서를 뼈에 부착하는 단계를 포함한다. 전체 대퇴골 균형 유지기의 상대 각도 및 위치를 조절하는 단계는 절개를 하는 단계 이전에 수행될 수 있다.
여기에서 개시된 다양한 실시형태는 이하의 도면을 참조하여 상세히 설명된다. 도면은 단지 예시의 목적으로 제공될 뿐이고 전형적 또는 예시적 실시형태를 묘사하는 것에 불과하다. 이들 도면은 독자의 이해를 용이하게 하기 위해 제공되고 그리고 실시형태의 폭, 범위, 또는 응용가능성의 제한으로 생각되어서는 안 된다. 예시의 용이함 및 명확화를 위해 이들 도면은 반드시 축척대로 이루어진 것은 아님을 주목해야 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 관절 균형 유지 시스템의 기능적 블록 선도,
도 2는 무릎 관절에 배치된 도 1의 삽입물의 일 실시형태의 예시도,
도 3은 변위 센서를 갖는 도 1의 삽입물의 일 실시형태의 예시적 사시도,
도 4는 공기압 액추에이터를 갖는 도 1의 삽입물의 일 실시형태의 예시적 사시도,
도 5는 도 4의 삽입물의 예시적 분해도,
도 6은 도 4 및 도 5의 공기압 액추에이터의 예시적 사시도,
도 7은 도 6의 벨로우즈(182)의 평면도,
도 8은 도 4 및 도 5의 전자부품 기판의 예시적 사시도,
도 9는 복수의 스프링 액추에이터를 갖는 도 1의 삽입물의 일 실시형태의 예시적 분해도,
도 10은 액추에이터가 없는 도 9의 삽입물의 대체 예시적 분해도,
도 11은 1 칸 구성을 갖는 도 1의 삽입물의 일 실시형태의 예시적 사시도,
도 12는 삽입물에 연결된 도 1의 컨트롤러 어셈블리의 일 실시형태의 예시적 사시도,
도 13은 도 12의 컨트롤러 어셈블리의 컨트롤러의 예시적 사시도,
도 14는 도 13의 컨트롤러의 예시적 분해도,
도 15 및 도 16은 삽입물에 연결되어 관절의 균형 유지 동안 뼈 및 조직을 절개하는 것을 안내하도록 사용되는 절개 안내부 어셈블리의 일 실시형태의 예시도,
도 17 내지 도 20은 경골 절개 블록을 위한 통합형 마운트를 갖는 삽입물의 일 실시형태의 예시도,
도 21 내지 도 24는 도 17 내지 도 20의 삽입물(100)의 대체 실시형태의 예시도,
도 25 내지 도 28은 대퇴골 절개 블록을 위한 통합형 마운트를 갖는 삽입물의 일 실시형태의 예시도,
도 29 내지 도 32는 도 25 내지 도 28의 삽입물의 대체 실시형태의 예시도,
도 33 내지 도 40은 도 25 내지 도 32의 삽입물의 대체 실시형태의 예시도,
도 41 내지 도 48은 대퇴골 절개 안내부의 일 실시형태의 예시도,
도 49 내지 도 52는 원위 대퇴골 절개가 이루어진 후에 도 41 내지 도 48의 대퇴골 절개 안내부의 일 실시형태의 예시도,
도 53 내지 도 60은 원위 대퇴골 균형 유지기의 일 실시형태의 예시도,
도 61 내지 도 68은 뒤쪽 대퇴골 균형 유지기의 일 실시형태의 예시도,
도 69 내지 도 76은 전체 대퇴골 균형 유지기의 일 실시형태의 예시도, 및
도 77 내지 도 80은 도 69 내지 도 76의 전체 대퇴골 균형 유지기의 대체 실시형태의 예시도.
위에서 언급된 다양한 실시형태는 전술한 도면 및 예시적 실시형태의 이하의 상세한 설명을 참조하여 더 상세히 설명된다.
여기에서는, 보철 관절 성형과 같이, 관절 상의 수술 시술 동안 관절을 균형 유지하기 위한 방법, 디바이스, 및 시스템이 개시된다. 도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 관절 균형 유지 시스템(50)의 기능적 블록 선도이다. 관절 균형 유지 시스템(50)은 시험 삽입물("삽입물")(100), 컨트롤러 어셈블리(200), 및 디스플레이 시스템(300)을 포함할 수 있다. 관절 균형 유지 시스템(50)은 하나 이상의 플레이트, 하나 이상의 센서, 및 도 2 내지 도 11에서 예시된 바와 같은 관절의 하나 이상의 부분에 맞대어 디바이스를 액추에이팅하기 위한 적어도 하나의 액추에이터/액추에이팅되는 메커니즘을 갖는 삽입물(100)을 포함한다. 액추에이팅되는 메커니즘은, 공기, 전기기계, 전자기, 기계, 압전, 또는 그 조합에 의해서와 같이, 유체 동력 공급식일 수 있다. 다른 액추에이팅되는 메커니즘 또한 사용될 수 있다. 하나 이상의 플레이트는, 무릎 관절에서의 경골 및 대퇴골과 같은, 관절을 획정하는 뼈 구조들 사이에 배치된다. 하나 이상의 센서는, 액추에이션 메커니즘으로부터의 인가된 힘 데이터와 함께, 관절의 고도로 정확하고 동적인 조절을 위해 제공되는, 관절의 움직임에 대한 힘, 위치 및 각도 데이터를 제공할 수 있다. 액추에이터 및 센서의 다양한 구성은 관절의 균형 유지와 관련한 수많은 파라미터의 측정 및 삽입물(100)의 제어를 위해 제공되도록 삽입물(100) 상에 또는 거기에 구현될 수 있다. 삽입물에 액추에이팅되는 메커니즘의 부가는, 관절 성형과 같은, 수술 시술 동안 관절을 균형 유지하는 과정에 수많은 혜택을 제공한다. 외과의는 관절에 기지의 그리고 제어된 양의 힘을 인가하고 그리고 측정된 하중, 움직임 및 각도 데이터를 인가된 힘과 상관시켜 조절이 이루어져야 하는지 더 정밀하게 결정할 수 있다. 액추에이팅되는 메커니즘은 또한 삽입물 상의 다양한 다른 액추에이션 지점으로부터 동적 액추에이션을 할 수 있어서, 다른 하중 양, 다른 움직임 양, 및 다른 움직임 각도를 인가하여 관절의 움직임을 더 정확하게 시뮬레이팅하고 그 결과를 측정할 수 있는 능력을 제공할 수 있다. 하중은 하중 균형 유지에서 상당한 개선을 제공하기 위해 어느 운동 범위에 걸쳐서라도 측정될 수 있다.
삽입물(100)은 전자부품 기판(140)을 포함할 수 있다. 전자부품 기판(140)은 기판 모듈(141) 및 기판 통신 모듈(143)을 포함할 수 있다. 기판 모듈(141)은 센서로부터 데이터를 획득하고 그리고 기판 통신 모듈(143)을 통하여 컨트롤러 어셈블리(200)에 데이터를 송신하도록 구성될 수 있다. 기판 모듈(141)은 또한 컨트롤러 어셈블리(200)로부터의 신호를 액추에이터에 중계하도록 구성될 수 있다. 기판 모듈(141)은 또한 변위 또는 신연의 크기 또는 액추에이터 힘을 제어하기 위한 세이프티 오버라이드(safety override)로 구성될 수 있다. 기판 모듈(141)은 삽입물(100)이 균형 유지되지 않을 때 소정 신호를 통신하고 그리고 삽입물이 균형 유지될 때 다른 신호를 통신하도록 더 구성될 수 있다. 신호는 전자부품 기판(140)에 부착된 전자 하드웨어에 의해 그리고/또는 디스플레이 시스템으로부터 제공된 청각 경보 또는 시각 경보와 같은 경보를 야기할 수 있다. 청각 경보는 스피커 또는 압전 소리 발생기와 같은 음원에 의해 제공될 수 있다. 시각 경보는 발광 다이오드와 같은 광원에 의해 제공될 수 있다. 또한, 기판 모듈(141)은 드릴 및 톱과 같은 수술 기구에 수술 동안 정렬을 위한 안내를 제공하도록 더 구성될 수 있다. 통신 모듈(143)은 유선 또는 무선 접속을 통하여 컨트롤러 어셈블리에/그로부터 전자 신호를 송신/수신하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 통신 모듈(143)은 드릴 및 톱과 같은 다른 수술 기구와 통신하도록 구성된다.
컨트롤러 어셈블리(200)는 삽입물(100) 내 액추에이터를 수동으로 또는 원격으로 제어하도록 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 컨트롤러 어셈블리(200)는 외과의 또는 의료 기사에 의한 액추에이터의 움직임의 수동 조작에 대해 허용할 수 있는 액추에이터를 물리적으로 또는 기계적으로 제어한다. 다른 실시형태에서, 컨트롤러 어셈블리(200)는 프로세서 및 메모리를 갖는 컴퓨팅 디바이스로서 프로그래밍되고 모니터링될 수 있는 액추에이터를 전자적으로 제어한다.
컨트롤러 어셈블리(200)는 컨트롤러(240)를 포함할 수 있다. 컨트롤러(240)는 컨트롤러 통신 모듈(259)을 포함할 수 있다. 컨트롤러 통신 모듈(259)은 유선 및/또는 무선 접속을 통하여 삽입물(100)로부터의 그리고 디스플레이 시스템(300)으로부터의 신호를 송신/수신하도록 구성된다. 일부 실시형태에서, 컨트롤러 통신 모듈(259)은 드릴 및 톱과 같은 다른 수술 기구와 통신하도록 구성된다. 컨트롤러 통신 모듈(259)은 기판 모듈(141)에 의해 제공된 안내를 수술 기구에 중계할 수 있다.
컨트롤러 어셈블리(200)는, 마우스, 키보드, 용량성 버튼, 또는 대화형 디스플레이와 같은, 하나 이상의 입력 디바이스를 통해 조작될 수 있다. 대화형 디스플레이는 디스플레이 시스템(300)의 부분일 수 있고 그리고 관절 균형 유지 동안 용이한 비교를 위한 관련 있는 값 및 다른 측정된 파라미터와 함께 각각의 액추에이터에 대한 제어부를 디스플레이할 수 있다. 단일 컨트롤러(240)가 액추에이터 전부에 동일한 압력을 인가하도록 구성될 수 있다. 이것은 설계를 단순화하고 그리고 각각의 액추에이터에서 같은 힘/압력이 인가되는 것을 보장할 수 있다.
디스플레이 시스템(300)은, GUI를 디스플레이하도록 사용될 수 있는 컴퓨터, 태블릿, 스마트폰 또는 다른 전자 디바이스와 같은, 프로세서 및 메모리를 갖는 컴퓨팅 디바이스일 수 있다. 디스플레이 시스템(300)은 디스플레이 통신 모듈(310), 디스플레이 모듈(320), 및 모니터와 같은 디스플레이(330)를 포함할 수 있다. 디스플레이 통신 모듈(310)은 컨트롤러 어셈블리(200)에/그로부터 유선 또는 무선 통신을 송신/수신하도록 구성된다.
디스플레이 모듈(320)은 디스플레이(330) 상에서 보기 위한 커스터마이징된 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 제공할 수 있다. GUI는 측정된 파라미터 전부가 선호되는 범위 내에 있을 때를 표시하는 시각적 정렬 안내를 통해 조절의 시각화된 피드백 및 실시간 제어를 위한 관련 있는 데이터를 디스플레이할 수 있다. GUI는 또한 다양한 센서에 의해 측정된 파라미터에 대한 값을 제시할 수 있다.
센서 데이터는 또한 수집되고 그리고 이력 데이터에 기반하여 조절 권고를 제공하고 더 양호한 결과를 달성하기 위한 예상 또는 선호되는 데이터 세트와 비교될 수 있다. GUI는 측정된 파라미터를 기지의 허용된 값 범위와 비교함으로써 관절이 균형 유지되는지에 관한 시각적 또는 오디오 표시를 제공할 수 있다. 실시형태에서, GUI는 상부 플레이트(110) 및 저부 플레이트(150)에 인가된 힘을 제공할 수 있다. 힘은 센서에 의해 제공된 높이 및 압력 측정치를 사용하여 결정될 수 있다. 힘은, 디스플레이 모듈(320)에 의해서와 같은, 디스플레이 시스템(300)에 의해, 또는 다른 시스템/모듈에 의해 결정될 수 있다.
관절 균형 유지 시스템은 또한 데이터 스토어(90)를 포함할 수 있다. 데이터 스토어(90)는 디스플레이 시스템(300)에든 컨트롤러 어셈블리(200)에든 접속된 별개의 시스템일 수도 있고, 또는 디스플레이 시스템(300) 내에든 컨트롤러 어셈블리(200) 내에든 위치할 수도 있다. 실시형태에서, 데이터 스토어(90)에서의 데이터는 분석을 위해 중앙 서버에 업로드될 수 있다.
일 실시형태에서는, 실시간으로 관절 내 액추에이터의 움직임 및 2개의 플레이트의 정렬을 그래픽 도해하는 시각적 정렬 안내가 제시될 수 있다. 시각적 정렬 안내는 외과의가 소망의 정렬을 달성하는 것을 도울 안내 라인 또는 원형 표적을 제공할 수 있다. 정렬 안내는 또한 정렬이 양호한지(녹색) 또는 불량한지(적색) 표시하도록 컬러-코딩된 시각적 그래픽을 제공할 수 있다.
일부 실시형태에서, GUI는 삽입물(100)의 위치결정과 관련된 하나 이상의 선도를 디스플레이한다. 선도는 센서 위치 중 하나 이상에서 상부와 저부 플레이트 간 상대적 변위를 디스플레이할 수 있다. GUI는 또한 상부와 저부 플레이트 간 틸트를 디스플레이할 수 있다. GUI는 다수의 그래프를 포함할 수 있다. 하나의 그래프는 중외측(측면 대 측면) 방향으로 틸트의 이력을 디스플레이할 수 있다. 다른 그래프는 전후 방향으로 틸트를 디스플레이할 수 있다. GUI는 또한 무릎 구부리기 각도, 압력, 힘, 및 배터리 전압을 디스플레이할 수 있다. GUI는 또한 데이터를 저장하거나 또는 장래 참조를 위한 스크린 캡처를 발생시키기 위한 버튼을 제공할 수 있다. 이러한 데이터 및 정보는 데이터 스토어(90)에 아카이빙될 수 있다. 제3 그래프는 상부와 저부 플레이트 간 거리의 이력을 디스플레이할 수 있다. GUI는 또한 실시간 데이터가 대비 비교될 수 있는 이전에 기록된 데이터를 디스플레이할 수 있다.
일부 실시형태에서, GUI는 3개의 선도를 디스플레이한다. 하나의 선도는 무릎이 0 구부리기에 있는 동안 수집된 데이터를 디스플레이하고, 다른 선도는 무릎이 90도 구부리기에 있는 동안 수집된 데이터를 디스플레이하고, 그리고 제3 선도는 실시간으로 데이터를 디스플레이한다.
일부 실시형태에서, GUI는 환자 및/또는 삽입물(100)에 고유한 커스텀 또는 환자-특정 균형을 셋업하도록 수술 이전에 사용될 수 있다. GUI는 또한 관절 내 문제가 있는 곳에 관한 명령어 리스트를 포함하고 있을 수 있고 그리고 그 문제를 보정할 방법에 관한 권고를 외과의에 제공할 수 있다. GUI는 또한, 컴퓨터 내비게이션 시스템, 수술 로봇, 드릴 및 톱과 같은 기구, 압박대 센서 등과 같은, 다른 디바이스 또는 기구로부터의 정보를 디스플레이할 수 있다.
도 2는 무릎 관절에 배치된 도 1의 삽입물(100)의 일 실시형태의 예시도이다. 예시된 실시형태에서, 삽입물(100)은 상부 플레이트(110) 및 저부 플레이트(150)의 내면 상의 다양한 지점에 위치결정된 액추에이터(180)에 의해 분리된 상부 플레이트(110) 및 저부 플레이트(150)를 포함한다. 상부 플레이트(110)는 대퇴골(8)에 맞대어 배치되는 한편, 저부 플레이트(150)는 경골(10)에 맞대어 배치된다. 삽입물(100)은 상부 플레이트(110) 및/또는 저부 플레이트(150)를 따라 배치된 (도 3에서 도시된) 하나 이상의 센서로 부가 구성된다. 센서는, 여기에서 설명된 바와 같이, 관절의 균형 유지와 관련된 다양한 파라미터를 측정 및 결정하도록 구성된다.
삽입물(100)은, 관절 균형 유지가 완료되고 나면 유사한 형상 및 크기의 영구적 삽입물에 의해 그것이 대체되도록, 관절 균형 유지 시술 동안에만 관절 내에 위치결정되는 일시적 삽입물로서 설계될 수 있다. 다른 실시형태에서, 삽입물(100)은, 관절이 균형 유지되고 나면 인접하는 뼈들 사이의 위치에 그것이 남아 있게 되도록, 영구적일 수 있다.
삽입물(100)은 관절 내 삽입 전 자립형 디바이스일 수 있다. 상부 플레이트(110) 및 저부 플레이트(150)는 형상 및 크기가 달라질 수 있고 그리고 평행 평면에 정렬될 수 있다. 상부 플레이트(110) 및 대응하는 저부 플레이트(150)의 일반적 형상은 무릎 관절 내에 들어 맞고 그리고, 인접하는 대퇴골(8) 및 경골(10)의 뼈 표면과 접촉하는 것과 같은, 그것들과 인터페이싱하는 큰 표면적을 제공하도록 설계된다. 예시된 실시형태에서, 삽입물(100)은 상부 플레이트(110)와 저부 플레이트(150) 사이에 배치된 총 4개의 액추에이터(180)(3개가 보임)를 포함한다. 액추에이터(180)는 삽입물(100)의 액추에이션의 다른 각도 및 각각의 액추에이터에서의 동적 하중 균형 유지에 대해 허용할 삽입물 내 다른 지점으로부터의 액추에이션을 위해 제공되도록 균등하게 이격되고 삽입물(100)의 다른 사분면 내에 위치결정될 수 있다. 예컨대, 2개의 인접하는 액추에이터(180)가 액추에이팅되면, 삽입물은 삽입물(100)의 하나의 측면으로부터 다른 하나로 경사지는 각도로 배치될 수 있다. 액추에이터(180)의 수는 달라질 수 있고 그리고 하나와 같이 작을 수 있다. 액추에이터(180)는, 삼각형, 원형, 또는 불규칙 배치와 같은, 다른 구성으로 배치될 수 있다. 액추에이터는 또한 전단력 또는 회전력(토크)을 발생시키도록 틸팅되거나 비스듬할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따라 삽입물(100)을 사용하여 관절을 균형 유지하는 방법이 이제 설명될 것이다. 관절의 균형은 수술 시술의 수 개의 스테이지에서 측정될 수 있다. 예컨대, 측정은 어느 뼈 절개를 하기 전에, 또는 절개되지 않은 대퇴골 표면에 맞대어 경골 뼈 절개를 한 후에, 또는 절개된 대퇴골 표면에 맞대어 또는 시험 대퇴골 보철물에 맞대어 대퇴골 절개를 한 후에, 또는 시험 대퇴골 또는 경골 보철물을 제자리에 두고, 또는 최종 대퇴골 및 경골 보철물을 제자리에 두고 취해질 수 있다. 제1 단계 동안, 삽입물은, 무릎 관절에서 경골(10)과 대퇴골(8) 사이의 개구부와 같은, 2개의 마주하는 뼈 구조 사이의 관절의 갭 또는 개구부에 위치결정된다. 일부 실시형태에서는, 개구부에 삽입물(100)을 삽입하도록 삽입/추출 도구가 사용된다. 다음으로, 액추에이터(180) 중 하나 이상은 경골(10) 및 대퇴골(8)의 뼈 구조에 하중을 인가하도록 활성화된다. 센서는, 움직임, 압력, 각도, 위치, 운동 범위, 갭, 각각의 액추에이터에 의해 인가된 하중 등과 같은, 관절과 관련된 하나 이상의 파라미터를 측정한다. 측정은 관절이 균형 유지되는지 - 즉, 압력이 마주하는 뼈 구조에 의해 삽입물에 균등하게 인가되고 있는지, 관절이 소망 운동 범위 내에서 움직일 수 있는지, 경골(10)과 대퇴골(8)의 표면들 사이의 갭의 크기 및 무릎이 구부러지거나 펴질 때 갭 변화, 관절을 둘러싸는 인대가 너무 많은 긴장 하에 있는지 등에 관한 표시를 제공할 수 있다. 측정은 또한 뼈 절개가 최적이지 않음, 예컨대, 경골(10)이 너무 많은 내반슬 또는 외반족에서 절개되었을 수 있음, 대퇴골(8)이 너무 많은 내반슬 또는 외반족에서, 또는 외부 또는 내부 회전으로, 절개되었을 수 있음, 또는 대퇴골의 원위 절개가 너무 깊게 되었을 수 있어 다른 구부리기 각도에서 경골과 대퇴골의 표면들 사이의 갭의 미스매치를 초래함을 표시할 수 있다. 관절이 적당하게 균형 유지되지 않거나 뼈 절개가 적절하지 않음을 측정 및 측정 분석이 표시하면, 외과의는 관절의 균형을 개선하도록 관절의 일부 부분에 하나 이상의 조절을 할 것이다. 조절은 뼈를 재-절개하기, 인대를 풀기 또는 조이기, 삽입물(100) 또는 보철물의 회전 또는 배치를 조절하기, 뼈, 인대 또는 연골의 부분들을 절개해 버리기, 또는 삽입물(100)의 높이를 증가 또는 감소시켜 관절에서의 갭을 더 양호하게 맞추기를 포함할 수 있다. 관절은 액추에이터 중 하나 이상을 액추에이팅하고 그리고 파라미터를 측정하여 개선이 이루어졌는지 결정함으로써 다시 시험될 수 있다. 이러한 과정은 외과의가 측정치로 만족될 때까지 반복될 수 있다. 유체 동력 공급식 액추에이터를 포함하는 실시형태에서, 유체 동력 공급식 액추에이터의 압력을 변화시키면서 신연을 측정하는 것은 연조직의 생물역학적 속성의 특성을 나타내고 그리고 최적 균형을 선택하는데 도움을 주도록 사용될 수 있다.
측정치가 특정 허용가능한 범위 내에 드는 지점에서, 관절은 균형 유지된다고 생각된다. 삽입물(100)이 영구적 보철물로서 기능하도록 설계되면, 그것은 관절 개구부에 제자리에 남겨진다. 삽입물(100)이 측정 및 시험 도구로서만 구성되면, 그것은 제거되고 그 후 똑같은 치수의 영구적 보철물로 대체된다. 일부 실시형태에서, 센서(들)에 의해 수집된 데이터는 요구에 따라 커스텀 임플란트를 발생시키도록 사용된다.
삽입물(100)의 속성 및 기능의 추가적 상세는 액추에이터, 센서, 디바이스의 형상 및 구성, 컨트롤러 및 사용자 인터페이스 및 관절 균형 유지를 위한 부가적 도구에 관하여 아래에서 설명될 것이다.
센서
삽입물(100) 상에 또는 내에 배치된 센서는 관절의 균형 유지와 관련된 수많은 다른 파라미터를 측정하도록 구성되고 그리고 결정하도록 사용될 수 있다. 예컨대, 센서는 액추에이터에 의해 인가되고 있는 힘 또는 하중 및 인접하는 뼈에 의해 상부 또는 저부 플레이트의 다양한 섹션 상에서 받는 결과적 압력을 측정하도록 구성되고 그리고 결정하도록 사용될 수 있다. 이들 센서의 예는 로드 셀, 스트레인 게이지, 압력 센서 등이다. 스프링 액추에이터에 대해, 스프링 힘은, 예컨대, 변위 센서를 사용하여 측정된 스프링 길이 및 기지의 스프링 강성을 사용하여 간접적으로 계산될 수 있다. 센서는 또한, 상부와 저부 플레이트 간 총 움직임이든 각각의 개개의 액추에이터의 움직임이든, 움직임의 거리를 모니터링하도록 구성될 수 있다. 이들 센서의 예는 자기 센서, 광전기 센서이고, 액추에이터 메커니즘(예컨대, 나사 구동식 액추에이터)의 스트로크를 모니터링한다. 센서는 또한 가속도계, 자력계, 및 자이로스코프의 사용을 통해 운동 각도, 및 각도 위치도 측정할 수 있다.
삽입물(100)은 다른 유형의 파라미터를 측정하기 위해 또는 삽입물(100) 상의 다른 곳에서 동일한 유형의 파라미터를 측정하기 위해 복수의 다른 센서를 편입하고 있을 수 있다. 센서는 유선 또는 무선 접속을 통하여 통신하고, 그리고 외부 전원 또는 각각의 센서 내 내부 전원 또는 삽입물(100) 내에 위치하는 전원에 의해 전력을 공급받을 수 있다.
도 3은 센서(102)를 갖는 도 1의 삽입물(100)의 일 실시형태의 예시적 사시도이다. 액추에이터(180)는 명확화를 위해 도시되지 않는다. 센서(102)는 상부 플레이트(110)와 저부 플레이트(150) 간 압력, 및 상부 플레이트(110)와 저부 플레이트(150) 간 거리 및 각도를 포함하는 공간적 관계와 같은, 상부 플레이트(110)와 저부 플레이트(150) 간 관계를 결정하도록 사용될 수 있다. 예시된 실시형태에서, 센서(102)는 대응하는 자석(104)을 갖는 변위 센서이다. 센서(102) 및 자석(104)은 상부 플레이트(110) 및 저부 플레이트(150)의 마주하는 내면들 상에 위치할 수 있다. 삽입물(100)은 센서(102) 및 자석(104)의 어느 수 및 구성이라도 포함할 수 있다. 예시된 실시형태에서, 삽입물(100)은 저부 플레이트(150)의 내면 상의 4개의 센서(102) 및 2개의 플레이트를 함께 유지하고 있도록 상부 플레이트(110)의 내면 상에 구성된 4개의 대응하는 자석(104)을 갖는다. 센서(118)는 다수의 위치에서 상부 플레이트(110)와 저부 플레이트(150) 간 변위를 측정하고 그리고 2 방향으로 틸트를 계산한다. 센서(102)는 홀 효과 센서일 수 있다. 센서(102) 및 자석(104)은 상부 플레이트(110)와 저부 플레이트(150) 사이에 정렬될 수 있다.
일부 실시형태에서, 단일 센서(102)는, 상부 플레이트(110) 및 저부 플레이트(150)가 센서(102) 및 대응하는 자석(104) 주위로 피벗팅하게 되도록, 삽입물(100)의 중심 구역에 위치결정된다. 그래서, 단일 센서(102)는 상부 플레이트(110)와 저부 플레이트(150) 간 변위는 물론, 3 방향으로의 회전 이동 또한 측정할 수 있다. 일 실시형태에서, 단일 센서(102)는 3차원 자력계이다.
일부 실시형태에서, 센서(102)는 압력 센서이다. 이들 실시형태에서, 센서(102)는 상부 플레이트(110) 또는 저부 플레이트(150)의 표면의 상당한 부분을 덮을 수 있고 그리고 그 표면에 인접할 수 있다. 이들 실시형태에서, 압력 센서는 무릎의 균형 유지 동안 대퇴골 관절구의 상대적 위치를 포함하여 압력 맵이 결정되고 GUI에 의해 제공될 수 있도록 구성될 수 있다. 일 실시형태에서, 센서는 저부 플레이트(150)의 내면의 상당한 부분 위에 위치결정된다. 다른 실시형태에서, 센서(102)는 저부 플레이트(150)의 외면 상에 위치결정된다. 또 다른 실시형태에서, 센서(102)는 상부 플레이트(110)의 내면 상에 위치결정된다. 추가적 실시형태에서, 센서(102)는 상부 플레이트(110)의 관절 외면 상에 위치결정된다. 센서(102)는 인접하는 표면의 표면적 전체에 걸친 압력 분포를 측정할 수 있고 그리고 대퇴골(8)과 경골(10) 간 접촉 압력을 측정하도록 구성될 수 있다.
부가적으로, 센서(102) 중 하나 이상은 다리, 넓적다리, 또는 신체의 어느 다른 부분에 대해서는 물론, 또한 지면에 대해서 삽입물의 각도를 측정하도록 구성되는 (가속도계, 자력계 및 자이로스코프를 포함하는) 각도 측정 센서일 수 있다. 이러한 정보는 관절에서 불균형이 있는지 결정하고 그리고 불균형이 인대 불균형 또는 부적당한 뼈 절개에 기인하는지 평가하도록 사용될 수 있다.
공기압- 액추에이팅되는 메커니즘
일부 실시형태에서, 삽입물(100)은, 공기압 또는 유압에 의해서와 같이, 유체 동력에 의해 액추에이팅될 수 있다. 공기, 염류, 또는 젤과 같은 더 많은 점성의 유체와 같은 유체가 액추에이팅 유체로서 사용될 수 있다. 도 4 내지 도 7은 삽입물(100)의 일 실시형태를 예시하며, 여기서 삽입물(100)은 공기압 삽입물이다. 도 4는 공기압 액추에이터(180)를 갖는 도 1의 삽입물의 일 실시형태의 예시적 사시도이다.
예시된 실시형태에서, 상부 플레이트(110)는 플레이트 부분(120) 및 관절 부분(130)을 포함한다. 관절 부분(130)은 플레이트 부분(120)에 부착되고 그리고, 직접 또는 간접 접촉에 의해서와 같이, 자연 또는 인공 대퇴골과 인터페이싱하도록 구성된다. 상부 플레이트(110) 또는 저부 플레이트(150)는 하나 이상의 그루브(138)를 포함할 수 있다. 그루브는 인접하는 뼈의 관절구의 자연 형상과 매칭하도록 난형 형상으로 될 수 있다. 예시된 실시형태에서, 그루브(138)는 상부 플레이트(110)의 외측 표면 상에 위치하며 그루브(138)는 대퇴골(8)의 대응하는 관절구(14)(도 2 참조)를 수용할 상부 플레이트(110)의 각각의 측면 상에 있다.
그루브(138)는 자연 또는 인공 대퇴골의 관절 표면과 관절식 접합되는 관절 접촉 표면(139)을 포함할 수 있다. 예시된 실시형태에서, 그루브(138) 및 관절 접촉 표면(139)은, 저부 플레이트(150) 및 상부 부분(120) 양자의 반대편에 위치하는, 관절 부분(130)의 외측 표면 상에 위치한다. 그루브(138) 및 관절 접촉 표면(139)을 포함하는 관절 부분(130)은 어느 대퇴골 관절 크기 또는 형상이라도 수용하는 형상으로 될 수 있다.
도 5는 도 4의 삽입물(100)의 예시적 분해도이다. 액추에이터(180)는 상부 플레이트(110)와 저부 플레이트(150) 사이에 위치한다. 상부 플레이트(110) 및 저부 플레이트(150)는 개별적으로 경골 뼈의 자연 형상과 매칭하거나, 경골 트레이와 같은, 임플란트의 형상과 매칭할 수도 있고 조합될 수도 있다. 공기압 액추에이터(180)는 하나 이상의 벨로우즈로 형성될 수 있다. 액추에이터는, 제1 벨로우즈(181) 및 제2 벨로우즈(182)와 같은, 다수 구성의 벨로우즈를 포함할 수 있다. 예시된 실시형태에서, 액추에이터(180)는 하나의 제1 벨로우즈(181) 및 3개의 제2 벨로우즈(182)를 갖는 4개 층의 벨로우즈를 포함한다. 실시형태에서, 제1 벨로우즈(181) 및 제2 벨로우즈(182)는 상부 플레이트(110)와 저부 플레이트(150) 사이에 적층된다. 액추에이터(180)는 유체 공급 라인(70)에 연결 및 유동 결합된다. 유체 공급 라인(70)은 저부 플레이트(150)에 대해 상부 플레이트(110)를 위치결정시키도록 공기와 같은 유체가 하나 이상의 벨로우즈에 부가되거나 그로부터 제거될 수 있게 한다.
플레이트 부분(120)은 플레이트 본체(121), 기판 수용 특징부(124), 연결 특징부(128), 및 연결 구멍(129)을 포함할 수 있다. 플레이트 본체(121)는 플레이트 본체 연결 단부(122), 플레이트 본체 삽입 단부(123), 플레이트 본체 제1 측면(124), 및 플레이트 본체 제2 측면(125)을 포함할 수 있다. 플레이트 본체 연결 단부(122)는 일반적으로 볼록한 형상을 가질 수 있다. 볼록한 형상의 곡률은 타원의 납작 부분의 곡률과 유사할 수 있다. 플레이트 본체 삽입 단부(123)는 플레이트 본체 연결 단부(122)의 반대편에 있다. 플레이트 본체 삽입 단부(123)는 오목한 부분을 포함할 수 있고 그리고 일반적으로는 난형과 렘니스케이트(lemniscate) 사이에 있는 카시니(Cassini) 난형의 일부의 형상을 가질 수 있다. 플레이트 본체 제1 측면(124) 및 플레이트 본체 제2 측면(125)은 대칭일 수 있고 그리고 각각은 원형 형상을 가질 수 있다. 플레이트 본체 연결 단부(122), 플레이트 본체 삽입 단부(123), 플레이트 본체 제1 측면(124), 및 플레이트 본체 제2 측면(125)은 플레이트 부분(120)의 주변을 형성할 수 있다.
기판 수용 특징부(126)는 플레이트 본체(121)로부터 관절 부분(130)으로 향하여 그리고 저부 플레이트(150)로부터 떨어진 쪽으로 돌출할 수 있다. 기판 수용 특징부(126)는 일반적으로 T-형상을 포함할 수 있다. 기판 수용 특징부(126)는 또한 전자부품 기판(140)을 수용하기 위한 공동을 포함할 수 있다. 기판 수용 특징부(126)는 하나 이상의 전자부품 수용 특징부(127)를 더 포함할 수 있다. 전자부품 수용 특징부(127)는 전자부품 기판(140)에 결합된 전자 하드웨어(142)를 수용하도록 구성된 오목부 또는 돌출부일 수 있다.
연결 특징부(128)는 플레이트 본체 연결 단부(122)에서의 플레이트 부분(120)으로부터 일반적으로 저부 플레이트(150)로 향하여 뻗어 있을 수 있다. 연결 특징부(128)는 기판 수용 특징부(124)에 대해 반대 방향으로 뻗어 있을 수 있다. 연결 구멍(129)은 전자부품 기판(140)으로의 액세스를 제공하도록 연결 특징부(128)를 통해 뻗어 있을 수 있다.
관절 부분(130)은 관절 표면(138) 및 그루브(138)와 함께 연결 단부 베벨(136), 오목부(137) 및 관절 부분 본체(131)를 포함할 수 있다. 관절 부분 본체(131)는 일반적으로는 그 주변 둘레로 플레이트 본체(121)와 동일한 형상을 포함할 수 있다. 관절 부분 본체(131)는 관절 부분 본체 연결 단부(132), 관절 부분 본체 삽입 단부(133), 관절 부분 본체 제1 측면(134), 및 관절 부분 본체 제2 측면(135)을 포함할 수 있다. 관절 부분 본체 연결 단부(132)는 일반적으로 볼록한 형상을 가질 수 있다. 볼록한 형상의 곡률은 타원의 납작 부분의 곡률과 유사할 수 있다. 관절 부분 본체 삽입 단부(133)는 관절 부분 본체 연결 단부(132)의 반대편에 있다. 관절 부분 본체 삽입 단부(133)는 오목한 부분을 포함할 수 있고 그리고 일반적으로는 난형과 렘니스케이트 사이에 있는 카시니 난형의 일부의 형상을 가질 수 있다. 관절 부분 본체 제1 측면(134) 및 관절 부분 본체 제2 측면(135)은 대칭일 수 있고 그리고 각각은 원형 형상을 가질 수 있다. 관절 부분 본체 연결 단부(132), 관절 부분 본체 삽입 단부(133), 관절 부분 본체 제1 측면(134), 및 관절 부분 본체 제2 측면(135)은 관절 부분(130)의 주변을 형성할 수 있다.
오목부(137)는 그루브(138) 및 관절 표면(139)의 반대편에 위치할 수 있다. 오목부(137)는 T-형상을 포함할 수 있고 그리고 기판 수용 특징부(126)를 수용하도록 구성될 수 있다. 연결 단부 베벨(136)은 연결 단부(132)에 위치할 수 있고 그리고 2개의 그루브(138) 사이에서 연결 단부(132)에 중심이 맞춰질 수 있다.
삽입물(100)은 부착 메커니즘(112)을 포함할 수 있다. 부착 메커니즘(112)은 디텐트 포스트와 같은 체결구일 수 있다. 관절 부분(130)은 부착 메커니즘(112)을 사용하여 상부 부분(120)에 부착될 수 있다. 나사(113)는 기판 수용 특징부(126)를 통해 그로부터 위로 뻗어 있을 수 있다. 부착 메커니즘(112)은 플레이트 부분(120)을 관절 부분(130)에 유지하고 있게 나사(113)에 결합하도록 구성될 수 있다.
저부 플레이트(150)는 저부 플레이트 본체(151), 하나 이상의 자석 오목부(156), 커넥터 오목부(157), 및 구속 구멍(158)을 포함할 수 있다. 저부 플레이트 본체(151)는 일반적으로는 그 주변 둘레로 플레이트 부분 본체(121) 및 관절 본체 부분(131)과 동일한 형상을 포함할 수 있다.
저부 플레이트 본체(151)는 저부 플레이트 본체 연결 단부(152), 저부 플레이트 본체 삽입 단부(153), 저부 플레이트 본체 제1 측면(154), 및 저부 플레이트 본체 제2 측면(155)을 포함할 수 있다. 저부 플레이트 본체 연결 단부(152)는 일반적으로 볼록한 형상을 가질 수 있다. 볼록한 형상의 곡률은 타원의 납작 부분의 곡률과 유사할 수 있다. 저부 플레이트 본체 삽입 단부(153)는 저부 플레이트 본체 연결 단부(152)의 반대편에 있다. 저부 플레이트 본체 삽입 단부(153)는 오목한 부분을 포함할 수 있고 그리고 일반적으로는 난형과 렘니스케이트 사이에 있는 카시니 난형의 일부의 형상을 가질 수 있다. 저부 플레이트 본체 제1 측면(154) 및 저부 플레이트 본체 제2 측면(155)은 대칭일 수 있고 그리고 각각은 원형 형상을 가질 수 있다. 저부 플레이트 본체 연결 단부(152), 저부 플레이트 본체 삽입 단부(153), 저부 플레이트 본체 제1 측면(154), 및 저부 플레이트 본체 제2 측면(155)은 저부 플레이트 본체(151)의 주변을 형성할 수 있다.
각각의 자석 오목부(156)는 저부 플레이트 본체(151) 내로 저부 플레이트 본체(151)의 내면으로부터 뻗어 있을 수 있고 그리고 하나 이상의 자석(104)을 유지하고 있도록 구성될 수 있다. 예시된 실시형태에서, 삽입물(100)은 각각의 자석 오목부(156)에 하나의 자석을 포함한다. 각각의 자석 오목부(156)는 액추에이터(180)에 인접해 있을 수 있다. 예시된 실시형태는 삼각형 패턴으로 배열된 3개의 자석 오목부(156)를 포함한다. 다른 실시형태에서는, 다른 수의 자석 오목부(156) 및 자석(104)이 다른 패턴으로 사용 및 배열된다. 각각의 자석 오목부(156) 및 거기의 자석(104)은 센서(102)와 정렬될 수 있다.
커넥터 오목부(157)는 저부 플레이트 본체(151) 내로 저부 플레이트 본체 연결 단부(152)로부터 뻗어 있을 수 있다. 예시된 실시형태에서, 커넥터 오목부(157)는 직육면체 형상의 오목부이다. 커넥터 오목부(157)는, 벨로우즈(182)가 비어 있을 때와 같이, 액추에이터(180)가 그 가장 좁은 구성에 있을 때 저부 플레이트(150)가 커넥터 특징부(128)를 방해하지 않도록 구성된다.
구속 구멍(158)은 저부 플레이트(150)를 상부 플레이트(110)에 고정시키도록 사용될 수 있다. 삽입물(100)은 구속 디바이스(115)를 포함할 수 있다. 구속 디바이스(115)는 상부 플레이트(110)와 저부 플레이트(150)를 함께 유지하고 있도록 구성된다. 구속 디바이스(115)는 또한 상부 플레이트(110)와 저부 플레이트(150)가 소망 거리 너머로 분리되는 것을 방지하도록 구성되고 그리고 액추에이터(180)가 예정된 양까지 확장할 수 있게 하도록 구성된다. 예시된 실시형태에서, 확장의 예정된 양은 6 밀리미터이며, 그것은 삽입물(100)이 8 밀리미터부터 14 밀리미터까지 확장하는 것을 가능하게 할 수 있다. 예시된 실시형태에서, 구속 디바이스(115)는 의료 봉합 재료로 제작된다. 다른 실시형태에서, 구속 디바이스(115)는 공기압 액추에이터(180)의 각각의 챔버에 일체이다. 다른 실시형태에서, 구속 디바이스(115)는 상부 플레이트(110)와 저부 플레이트(150) 사이에 뻗어 있는 주변 주위의 스커트이다. 일부 실시형태는 14 밀리미터 너머로 확장하도록 구성될 수 있다. 다른 실시형태는 신연을 증가시키기 위해 저부 플레이트(150)에 쐐기가 부가되도록 구성된다. 또 다른 실시형태에서는, 14 밀리미터 너머로 삽입물(100)의 높이를 더 확장하기 위해 증가된 두께를 갖는 관절 부분(130)이 상부 플레이트(110)에 부착된다.
예시된 실시형태에서, 삽입물(100)은, 삽입물(100)의 각각의 측면 상에 하나씩, 2개의 구속 디바이스(115)를 포함한다. 구속 디바이스(115)는 저부 플레이트(150)의 외측 표면과 접촉하고, 구속 구멍(152)을 통과하고, 그리고 상부 플레이트(110)에 부착될 수 있다. 예시된 실시형태에서, 각각의 구속 디바이스(115)는 나사와 같은 보유 체결구(124)로 상부 부분(120)에 부착된다.
삽입물(100)은 또한 전자부품 기판(140)을 포함할 수 있다. 전자부품 기판(140)은 상부 플레이트(110) 또는 저부 플레이트(150) 내에 하우징될 수 있다. 예시된 실시형태에서, 전자부품 기판(140)은 기판 수용 특징부(126) 내에 위치하고 그리고 액추에이터(180)에 인접해 있다. 전자부품 커넥터(60)는 전자부품 기판(140)에 전자적으로 결합될 수 있고 그리고 전자부품 기판(140)으로부터, 커넥터 구멍(129)을 통해, 그리고 컨트롤러 어셈블리(200)로 뻗어 있을 수 있다. 전자부품 커넥터(60)는 외측 케이싱을 갖는 전기 전선일 수 있다. 전자 하드웨어(142)는 전자부품 기판(140)에 결합되고 그에 인접해 있을 수 있다. 전자 하드웨어(142)는 센서, 스피커 및 압전 소리 발생기와 같은 음원, 및 발광 다이오드와 같은 광원을 포함할 수 있다.
도 6은 도 4 및 도 5의 공기압 액추에이터(180)의 예시적 사시도이다. 도 7은 도 5 및 도 6의 제1 벨로우즈(181)의 평면도이다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 각각의 벨로우즈는 칸 경계(188)에 의해 둘러싸인 하나 이상의 공기압 칸(187)을 포함하는 팽창식 재료로 제작된다. 벨로우즈 및 다양한 칸(187)은 함께 매니폴딩된다. 예시된 실시형태에서, 벨로우즈는 여기에서 설명된 바와 같이 인접하는 벨로우즈의 칸(187)들 사이에 매니폴드를 갖는다. 다른 실시형태에서, 매니폴드는 각각의 벨로우즈를 따로따로 배관하도록 사용될 수 있다. 다른 실시형태에서, 각각의 벨로우즈는 별개의 유체 소스에 배관되고 따로따로 액추에이팅된다. 공기압 칸은 공기압 칸이 확장하고 상부 플레이트(110) 및 저부 플레이트(150)의 여러 다른 영역에 걸쳐 공기압 힘을 분배하게 팽창하도록 구성된다. 액추에이터(180) 내 벨로우즈(182)의 층의 형상, 크기, 및 수는 주어진 압력에서 소망 힘에 기반하여 선택될 수 있다. 실시형태에서, 공칭 힘은 20 lbf이다. 일부 실시형태에서, 힘은 15%보다 많이 달라지지 않아야 한다. 일부 실시형태에서, 힘은 3 lbf보다 많이 달라지지 않아야 한다.
벨로우즈(182)의 형상은 또한 힘의 전달은 물론 신연의 크기도 최대화하도록 구성될 수 있다. 벨로우즈(182)의 형상을 변화시키는 것은 (동일한 압력에 대해) 힘의 크기를 변화시킬 수 있는 표면적을 변화시킬 수 있다. 벨로우즈(182)의 형상을 변화시키는 것은 또한 힘의 인가의 중심의 위치에 영향을 미칠 수 있다.
예시된 실시형태에서, 제1 벨로우즈(181) 및 제2 벨로우즈(182)는 동일한 일반적 개 뼈 형상을 갖는다. 제1 벨로우즈(181)는 4개의 칸(187)을 가지며 각각의 칸(187)은 제1 벨로우즈(181)의 하나의 사분면에 있다. 각각의 칸(187)은 개 뼈 형상의 사분의 일이다. 제1 벨로우즈(181)에서, 4개의 칸(187)은 직접 유체 연통하고 있다. 각각의 칸에 대한 칸 경계(188)는 개 뼈 형상의 목을 따라 다른 칸(187)에 개방되어 있다. 제1 벨로우즈(181)는 각각의 칸(187)의 상부를 통하는, 각각의 칸(187)의 저부 상의, 또는 양자를 통하는 유체 연통 구멍(184)을 포함할 수 있다.
제1 벨로우즈(181)는 또한 유체 연결 태브(189) 및 유체 공급 커넥터(183)를 갖는다. 유체 연결 태브(189)는 개 뼈 형상의 목으로부터 뻗어 나오고 있고 그리고 유체 공급 커넥터(183)와 유체 연통하고 있을 수 있다. 유체 공급 커넥터(183)는 제1 벨로우즈(181)를 유체 공급 라인(70)에 유동 연결하도록 구성된다.
제2 벨로우즈(182)는 4개의 칸(187)을 가지며 각각의 칸(187)은 제2 벨로우즈(182)의 하나의 사분면에 있다. 각각의 칸(187)은 개 뼈 형상의 사분의 일이다. 제2 벨로우즈(182)에서, 4개의 칸(187)은 직접 유체 연통하고 있지 않다. 각각의 칸에 대한 칸 경계(188)는 칸을 다른 칸(187)으로부터 분리하여 완전히 에워싼다. 제2 벨로우즈(182)는 각각의 칸(187)의 상부를 통하는, 각각의 칸(187)의 저부 상의, 또는 양자를 통하는 유체 연통 구멍(184)을 포함할 수 있다.
액추에이터(180)는 다수의 환상 시일(186) 및 다수의 시일(185)을 포함할 수 있다. 예시된 실시형태에서, 환상 시일(186)은 접착 링이고 그리고 시일(185)은 접착 디스크이다. 다른 실시형태에서, 환상 시일(186) 및 시일(185)은 벨로우즈를 인접하는 벨로우즈, 상부 플레이트(110), 또는 저부 플레이트(150)와 같은 인접하는 구조에 접합함으로써 형성된다. 일부 실시형태에서, 환상 시일(186) 및 시일(185)은 RF 웰딩을 사용하여 형성된다. 환상 시일(186)은, 제1 벨로우즈(181) 및 제2 벨로우즈(182) 또는 2개의 인접하는 벨로우즈(182)와 같은, 인접하는 벨로우즈의 인접하는 칸(187)들 사이에 위치할 수 있다. 환상 시일(186)은 인접하는 칸(187)이 유체 연통하여 함께 매니폴딩되도록 인접하는 유체 연통 구멍(184) 주위에서 인접하는 칸(187)을 밀봉한다. 실시형태에서, 환상 시일(186) 및 그로써 형성된 매니폴드는 진공에 견딜 수 있다. 시일(185)은 다른 칸(187)에 인접하지 않는 칸(187)의 외측 표면에 위치한다. 시일(185)은 유체 연통 구멍(184)을 밀봉하도록 구성될 수 있고 그리고 제1 벨로우즈(181) 또는 제2 벨로우즈(182)를 상부 플레이트(110)에든 저부 플레이트(150)에든 부착할 수 있다.
도 8은 도 4 및 도 5의 전자부품 기판의 예시적 사시도이다. 전자부품 기판(140)은 저부 플레이트(150)와 대향하는 기판 표면(731)을 포함할 수 있으며 액추에이터(180)는 (도 5 및 도 6에서 도시된 바와 같이) 그 사이에 있다. 하나 이상의 센서(102)가 전자부품 기판(140)에 접속될 수 있다. 센서(102)의 위치 및 수는 (도 7b에서 도시된) 저부 플레이트(150)에 위치하는 하나 이상의 자석(104)의 수 및 배치에 대응할 수 있다. 센서(102)는, 상부 플레이트(110)와 저부 플레이트(150) 간 거리 및 각도가 결정되는 것을 가능하게 할 수 있는, 자석(104)으로부터의 거리를 검출할 수 있다.
스프링- 액추에이팅되는 메커니즘
일부 실시형태에서, 삽입물(100)은 플레이트 및 관절의 인접하는 뼈 구조에 하중을 인가하는, 상수 또는 변수 힘 스프링과 같은, 하나 이상의 기계적 액추에이터(180)로 구성된다. 액추에이터(180)의 수 및 유형은, 액추에이션 과정에 걸쳐 필요한 제어의 양 및 디바이스의 의도된 기능을 포함하는, 수많은 인자에 종속하여 달라질 수 있다.
도 9는 복수의 스프링 액추에이터를 갖는 도 1의 삽입물의 일 실시형태의 예시적 분해도이다. 도 9를 참조하면, 액추에이터(180)는 스프링이다. 액추에이터(180)는 상부 플레이트(110) 및 저부 플레이트(150)와 영구적으로 부착되지는 않고 그래서 그것들을 다른 강성을 갖는 다른 액추에이터로 교환하기 위해 용이하게 제거될 수 있다. 부가적으로, 부착되지 않는 액추에이터(180)는 또한 삽입물(100)이 위치결정되고 있는 구역의 필요한 치수와 가장 잘 매칭하기 위해 다른 크기, 형상 및 두께의 플레이트로 상부 플레이트(110) 및/또는 저부 플레이트(150)의 교환이 가능하다. 부착되지 않는 액추에이터(180)는 그때 상부 액추에이터 오목부(111)를 상부 플레이트(110)에 그리고 저부 액추에이터 오목부(161)를 저부 플레이트(150)에 제공함으로써 삽입물(100) 내에 고정될 수 있다. 상부 플레이트(110) 및 저부 플레이트(150)는 또한 삽입물 어셈블리 전체를 함께 유지하고 있는 가요성 또는 탄성 밧줄에 의해 서로 연결될 수 있다.
대안으로, 액추에이터(180)는 하나 이상의 부착 메커니즘에 의해 상부 플레이트(110) 또는 저부 플레이트(150)(또는 양자)와 (영구적으로든 착탈식으로든) 부착될 수 있다. 일례에서, 액추에이터(180)의 단부는 시아노아크릴레이트와 같은 다양한 접착제로 상부 플레이트(110) 및 저부 플레이트(150)에 접합되거나 또는 에폭시, 폴리우레탄 등으로 플레이트에 포팅될 수 있다. 액추에이터(180)는 또한 각각의 상부 플레이트(110) 및 저부 플레이트(150) 상의 대응하는 보유 메커니즘에 똑딱 채워져 액추에이터(180)의 단부를 제자리에 로킹하는 커스터마이징된 단부로 제조될 수 있다. 액추에이터(180)는 또한 상부 플레이트(110) 및 저부 플레이트(150) 중 하나 또는 양자 내에 제조 및 형성될 수 있다.
스프링-액추에이팅되는 메커니즘의 형상 및 치수는 또한 상당히 달라질 수 있지만, 여기에서 설명 및 예시된 실시형태에서, 액추에이터(180)는 대략 4 - 8 밀리미터(mm)의 직경 및 대략 6 - 10 mm의 확장가능한 높이를 갖는 원통형-형상으로 된 스프링이다. 액추에이터(180)는 액추에이터당 1 - 50 파운드 범위의 힘을 인가하고, 대략 1 퍼센트의 힘 정확도 및 대략 0.2 mm의 변위 정확도를 갖도록 구성될 수 있다. 복수의 액추에이터(180)가 사용될 때, 각각의 액추에이터(180)는, 앞서 설명된 바와 같이, 비스듬하거나 틸팅된 상부 플레이트(110) 또는 저부 플레이트(150)를 획득하기 위해 독립적으로 제어 및 확장 또는 수축될 수 있다. 사용된 액추에이터(180)의 수는 1개 내지 4개 사이 또는 그 이상으로 달라질 수 있고, 그리고 그것들이 배치되는 상부 플레이트(110) 및 저부 플레이트(150)의 표면적 및 액추에이터(180)의 크기에 종속할 수 있다. 액추에이터(180)는 가지각색의 스트로크 길이, 형상, 치수 및 힘 용량을 가질 수 있다.
일 실시형태에서, 액추에이터(180)는 압축될 때 힘을 발생시키는 나선 또는 코일 스프링이다. 다른 실시형태에서, 액추에이터(180)는 원뿔 또는 벌류트 스프링인데, 거기서 코일은 서로 위로 슬라이딩하고, 그리하여 스프링의 동일한 휴지 길이에 대해 더 큰 왕복을 가능하게 한다. 또 다른 실시형태에서, 액추에이터(180)는 압축될 때 구부러지는 캔틸레버 스프링이다. 스프링은 금속(강철, 티타늄, 알루미늄), 중합체, 또는 고무와 같은 공통적 재료로 제작될 수 있다. 도 9에서 예시된 실시형태에서는, 4개의 코일 스프링이 상부 플레이트(110)와 저부 플레이트(150) 사이에 위치한다. 저부 플레이트(150)는 힘, 변위, 및 각도 측정 센서, 배터리에 의해 전력이 공급되는 마이크로프로세서, 및 무선 통신을 위한 라디오를 포함하고 있을 수 있다.
도 9에서 예시된 바와 같이, 상부 플레이트(110)는 카시니 난형의 일부의 형상의 상부 플레이트 삽입 단부(101)를 포함할 수 있다. 일반적 형상은 상부 플레이트 삽입 단부(101)의 각각의 측면이 둥글게 되고 각각의 둥근 측면 사이에 상부 플레이트 인덴트(103)를 포함하는 결과를 초래할 수 있다. 유사하게, 저부 플레이트(150)는 카시니 난형의 일부의 형상의 저부 플레이트 삽입 단부(153)를 포함할 수 있다. 일반적 형상은 저부 플레이트 삽입 단부(153)의 각각의 측면이 둥글게 되고 각각의 둥근 측면 사이에 저부 플레이트 인덴트(105)를 포함하는 결과를 초래할 수 있다.
다른 구성의 액추에이터(180)는 장점 및 단점을 제공한다. 그래서, 액추에이터(180)의 특정 구성의 선택은, 외과의마다 달라질 수 있는, 구체적 의도된 사용 및 액추에이션 및 측정을 위한 소망 특징에 종속할 수 있다. 액추에이터로서 기계적 스프링의 사용은 삽입물이 전적으로 무선 디바이스인 것을 가능하게 할 것이다. 상수 힘 스프링과 결합된 무선 센서는 어떠한 물리적 접속도 필요로 하지 않을, 그리고 그와 같이 균형 유지 과정 동안 용이하게 제거 및 대체될 수 있는 삽입물을 제공한다. 부가적으로, 스프링-액추에이팅되는 디바이스는 관절에 영구적으로 이식될 수 있는 반면, 다른 삽입물은 제거되고 그 후 똑같은-형상의 영구적 보철물로 대체될 필요가 있을 것이다. 추가적 실시형태에서, 액추에이터는 최종 위치에 로킹되고 그 후 외부 컨트롤러 및 전원으로부터 접속 해제될 수 있다.
도 10은 액추에이터가 없는 도 9의 삽입물(100)의 대체 예시적 분해도이다. 예시된 실시형태에서, 저부 플레이트(150)는, 저부 액추에이터 오목부(161)의 반대편에 있는, 저부 플레이트 본체(151)의 외측 표면으로부터 뻗어 있는 전자부품 오목부(162)를 포함한다. 전자부품 오목부(162)는 전자부품 기판(140) 및, 어느 센서, 마이크로프로세서, 전력 모듈, 또는 감지된 데이터를 통신할 수 있는 라디오와 같은, 다른 전자부품을 하우징할 수 있다. 삽입물(100)은 저부 플레이트 본체(151)에 연결되는 그리고 전자부품 오목부(162)를 덮는 저부 플레이트 커버(163)를 포함할 수 있다.
재료, 형상 및 구성
삽입물(100)은, 당업자에게 알려져 있는 바와 같은, 생체 적합성 또는 의료-등급 중합체 또는 금속 합금의 어느 조합으로라도 제작될 수 있다. 생체 적합성 재료는 제한된 접촉을 위해 등급이 매겨질 수 있다. 재료는 삽입물의 다른 컴포넌트 및 어느 인접하는 뼈 표면, 연골, 인대 및 다른 조직과의 마찰, 유체, 온도, 및 압력을 지탱하는데 필요한 구조적 및 기계적 규격을 만족시키도록 요구될 것이다. 상부 플레이트(110)의 그리고 특히 관절 접촉 표면(139)의 재료는 대퇴골 뼈 또는 컴포넌트의 관절 표면을 손상시키지 않을 재료이어야 한다. 삽입물(100)은 또한 수술 동안 감염의 위험을 최소화하기 위해 멸균될 수 있는 재료로 제작되어야 한다. 재료 요건은 또한, 특히 멸균 및 내구성 요건에 관하여, 액추에이터 및 일부 태양에서는 센서에 적용될 것이다. 실시형태에서, 삽입물(100)은 형광 투시 x-선 검증에서 사용을 위해 방사선 불투과성 마커 또는 재료를 포함할 수 있다.
삽입물(100)의 크기는 관절의 유형 또는 환자에 종속하여 달라질 수 있다. 삽입물은, 소형, 중형, 및 대형 옵션과 같이, 다른 크기의 관절에 대해 수 개의 다른 크기로 제조되는 것을 생각해 볼 수 있다. 일 실시형태에서, 중형-크기의 삽입물은 대략 70 밀리미터(mm) 곱하기 45 mm이고 그리고 8 - 14 mm의 조절가능한 높이를 가질 것이다. 삽입물의 높이는 처음에는 마주하는 뼈 구조들 사이에 관절의 공간 내에 들어 맞기 위해 액추에이션 메커니즘과는 별개로 조절될 필요가 있을 수 있다. 이것은 쐐기를 사용하여 성취될 수 있다. 일부 실시형태에서, 쐐기는 1 - 6 mm의 높이를 포함하고 그리고 1 mm 증분으로 제공될 수 있다. 실시형태에서, 관절 부분(130)은 관절의 공간 내에 삽입물(100)의 처음 맞춤을 위해 다른 높이를 갖는 것으로 스위칭 아웃 될 수 있다. 액추에이터(180)는 그 후 적어도 최대 높이 변화의 간격 및 부가적 움직임을 제공할 수 있다. 일 실시형태에서, 삽입물의 최대 높이 변화는 4 - 8 mm이다. 다른 실시형태에서, 최대 높이 변화는 5 - 7 mm이다. 또 다른 실시형태에서, 최대 높이 변화는 적어도 6 mm이다. 디바이스의 다른 치수는 또한 관절 및 인접하는 뼈, 인대 또는 연골의 소망 형상 및 크기에 더 잘 맞기 위해 조절가능할 수 있다. 삽입물(100)은 또한 무릎의 운동 범위 내내 상부 플레이트(110)와 저부 플레이트(150) 간 전단력에서 안정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 팽창 하의 벨로우즈의 강성은 전단력에 저항하도록 구성될 수 있다. 실시형태에서, 삽입물은 5 lbf의 측면 하중에 저항할 수 있다. 일부 실시형태에서, 삽입물(100)의 동적 무릎 구부리기 각도 측정 범위는 10도의 과다 펴기부터 140도의 구부리기까지일 수 있다.
삽입물의 형상은 또한 디바이스의 의도된 사용에 종속하여 달라질 수 있다. 삽입물(100)은 3 칸, 2 칸, 또는 1 칸 설계를 가질 수 있다. 도 2 내지 도 10에서 예시된 실시형태는 3 칸 설계를 갖는다. 도 11은 1 칸 구성을 갖는 도 1의 삽입물의 일 실시형태의 예시적 사시도이다. 1 칸 설계를 갖는 삽입물(100)은 본질적으로는 디바이스의 길이방향 중앙을 이등분한 3 칸 설계의 절반일 수 있다. 1 칸 설계를 갖는 삽입물(100) 역시 하나 이상의 액추에이터에 의해 분리된 상부 플레이트(110) 및 저부 플레이트(150)를 포함한다. 1 칸 설계를 갖는 삽입물(100)은, 관절 성형, 특히 무릎 관절의 하나의 절반만이 대체되는 부분적 무릎 대체와 같은, 다양한 유형의 수술 시술에 유익할 수 있다. 부분적 무릎 대체 관절 성형은 무릎에서 인대의 일부를 보존하고, 그리고 삽입물(100)은 유사하게 무릎에서 부가적 인대를 제거할 필요를 회피하는 액추에이션으로 관절의 균형 유지가 가능하도록 관절의 하나의 절반 상에만 배치될 수 있다. 부분적 무릎 대체에서 액추에이터의 수는 무릎 관절의 일부분만이 대체되고 있을 때 관절 균형 유지 과정의 규격 또는 사용자 선호에 따라 달라질 수 있다.
1 칸 설계를 갖는 다수의 삽입물(100)은 또한 무릎 관절의 측방 측면으로부터 각각의 삽입물(100)을 슬라이딩시킴으로써 중심 십자 인대가 보존되어야 하는 전 무릎 대체에서 이용될 수 있다.
상부 플레이트(110) 및 저부 플레이트(150)는 다른 유형의 센서 및 액추에이터의 용이한 배치가 가능하도록 모듈식일 수 있다. 플레이트의 예시된 실시형태는 실질적으로 평탄하지만, 플레이트는 특정 유형의 센서, 액추에이터 및 인접하는 뼈 또는 다른 조직을 수용하기 위해 다른 형상을 취할 수 있다. 일 실시형태에서, 플레이트는 (대퇴골 관절구의 그것과 같이) 인접하는 뼈로부터의 하중이 인가될 때 그것들이 조금 변형될 수 있게 하기 위해 탄성 속성을 가질 수 있다. 탄성 플레이트는 고무, 폴리우레탄, 실라스틱, 젤-충전된 또는 공기-충전된 컨테이너로 제작될 수 있다.
일부 실시형태에서, 삽입물은 상부 플레이트와 저부 플레이트 사이의 공간의 중심 부분에 배치된 회전 베어링으로 구성될 수 있다. 베어링은 상부 플레이트가 저부 플레이트에 대해 회전하도록 제공되어, 관절을 더 잘 균형 유지하도록 될 수 있는 부가적 조절을 제공할 것이다. 베어링은 저부 플레이트에 대해 상부 플레이트의(또는 베어링의 구성에 종속하여 그 역으로의) 대략 5 - 10도의 회전 또는 좌우로 및 전후로의 병진을 제공하도록 구성될 수 있다.
삽입물은 또한, 본 발명의 일 실시형태에서, 마주하는 뼈 표면과 인터페이싱하는 액추에이터 세트 및 단일 플레이트만으로 구성될 수 있다.
컨트롤러
도 12는 삽입물(100)에 연결된 도 1의 컨트롤러 어셈블리(200)의 일 실시형태의 예시적 사시도이다. 예시된 실시형태에서, 삽입물(100)은 도 4 및 도 5의 삽입물(100)과 같은 공기압 삽입물이다. 컨트롤러 어셈블리(200)는 컨트롤러(240), 컨트롤러 마운트(230), 및 유체 공급 디바이스(220)를 포함할 수 있다. 컨트롤러 마운트(230)는 넓적다리와 같은 환자의 팔다리 상에 컨트롤러(240)를 장착하기 위한 스트랩 또는 유사한 메커니즘일 수 있다. 실시형태에서, 컨트롤러 마운트(230)는 컨트롤러(240)의 길이인 폭을 갖는다. 컨트롤러 마운트(230)는 후크 및 루프 체결구와 같은 체결구를 사용하여 환자의 팔다리에 부착될 수 있다. 삽입물(100)은 삽입물 연결부(55)에 의해 컨트롤러(240)에 연결될 수 있다. 삽입물 연결부(55)는 도 4 내지 도 7에서 도시된 전자부품 커넥터(60) 및 유체 공급 라인(70)을 포함할 수 있다.
유체 공급 디바이스(220)는 자동화된 유체 동력 소스일 수 있거나, 또는 도 12에서 예시된 바와 같은 공기압 주입기와 같은, 수동으로 동작되는 유체 동력 소스일 수 있다. 유체 공급 디바이스(220)는 삽입물(100)의 (도 4 내지 도 6에서 도시된) 벨로우즈(182)를 액추에이팅하기 위해 기체와 같은 유체를 컨트롤러(240)에 그리고 삽입물(100)에 공급하도록 구성될 수 있다. 기체는 실내 공기와 같은 공기, 이산화탄소, 질소, 또는 헬륨일 수 있다. 유체 공급 디바이스(220)는 컨트롤러 공급 라인(225)에 의해 컨트롤러(240)에 연결될 수 있다. 컨트롤러 공급 라인(225)은 컨트롤러(240)로부터 유체 공급 디바이스(220)로까지 뻗어 있는 튜브일 수 있다. 일부 실시형태에서, 압력 경감 밸브(226)는 컨트롤러(240)에 인접하여 컨트롤러 공급 라인(225)의 단부에 위치할 수 있다. 압력 경감 밸브(226)는 공기압 액추에이터(180)가, 30 psi와 같은, 예정된 최대 압력 위로 충전되지 않음을 보장할 수 있다.
도 13은 도 12의 컨트롤러 어셈블리(200)의 컨트롤러(240)의 예시적 사시도이다. 컨트롤러(240)는 하우징 본체(241), 하우징 측면(243), 및 하우징 커버(242)를 포함할 수 있다. 하우징 본체(241)는 컨트롤러(240)의 하우징의 이면 및 3개의 측면을 포함할 수 있다. 하우징 측면(243)은 하우징 본체(241)의 단부에 부착되어 하우징의 제4 측면을 형성할 수 있다. 하우징 커버(242)는 하우징의 인클로저를 형성하도록 하우징 본체(241) 및 하우징 측면(243)에 체결될 수 있다. 버튼 막(244)은 하우징 커버(242)를 통해 액세스가능한 (도 15에서 도시된) 여러 버튼(251)을 덮을 수 있다. 배터리 커버(249)는, 하우징 측면(243)의 반대편에, 하우징 본체(241)의 단부에 부착될 수 있고 그리고 (도 14에서 도시된) 배터리(248)로의 액세스를 제공할 수 있다.
도 14는 도 13의 컨트롤러(240)의 예시적 분해도이다. 하우징 본체(241)는 전자부품 챔버(253) 및 어큐뮬레이터 챔버(252)로 구성될 수 있다. 배터리(248) 및 컨트롤러 전자부품(245)은 전자부품 챔버(253) 내에 하우징될 수 있다. 실시형태에서, 배터리(248)는 컨트롤러(240)가 적어도 한 시간 동안 동작하기에 충분한 전력을 갖는다. 컨트롤러 전자부품(245)은, 특히, 컨트롤러 전자부품 기판(250), 버튼(251), 송신 라디오, 및 각도 센서(254)와 같은 센서를 포함할 수 있다. 컨트롤러 전자부품 기판(250)은, 무선 또는 유선 통신과 같이, 전자부품 기판(140)과 전자 통신하고 있다. 실시형태에서, 전자부품 커넥터(60)는 컨트롤러 전자부품 기판(250) 및 전자부품 기판(140)에 전자적으로 접속 및 결합된다. 버튼(251)은 컨트롤러 전자부품 기판(250)에 부착될 수 있다. 각도 센서(254)는 무릎 구부리기의 각도를 표시할 수 있는 넓적다리의 각도를 제공할 수 있다. 각도 센서(254)는 가속도계, 경사계, 또는 유사한 디바이스일 수 있다.
어큐뮬레이션 챔버(252)는 삽입물(100)의 공기압 액추에이터(들)가 압축 및 확장을 겪을 때 압력 요동을 평활하게 할 수 있다. 하우징 측면(243)은 하우징 본체(241)와의 밀봉을 형성하여 어큐뮬레이션 챔버(252)로부터의 누설을 방지할 수 있다.
컨트롤러(240)는 또한 어큐뮬레이션 챔버(252) 내 액추에이팅 유체의 압력을 검출하기 위한 압력 센서(247), 및 압력 센서(247)를 제자리에 유지하고 있도록 구성된 센서 마운트(246)를 포함할 수 있다. 센서 마운트(246)는 하우징 측면(243)에 의해 하우징 본체(241) 내에 유지될 형상 및 크기로 될 수 있다. 실시형태에서, 컨트롤러(240)는 또한 발광 다이오드(LED)를 포함한다. LED는, 특히, 컨트롤러(240)가 활성화될 때를 보여줄 수 있다.
컨트롤러(240)는 장착 체결구(260)로 컨트롤러 마운트(230)에 체결될 수 있다. 예시된 실시형태에서, 장착 체결구는 후크 및 루프 체결구이다. 다른 실시형태에서는, 다른 유형의 체결구가 사용될 수 있다.
일부 실시형태에서, 컨트롤러는 무선 리모컨으로서 기능하고 그리고 다양한 센서를 포함하는 삽입물(100)로부터의 데이터 및 압력 센서(247)를 포함하는 컨트롤러(240)로부터의 데이터를 디스플레이 시스템에 송신하도록 구성될 수 있다. 다른 실시형태에서, 컨트롤러(240)는 또한 적합한 디스플레이 스크린이 컨트롤러(240)의 일부분으로서 포함될 때 디스플레이 디바이스로서 역할을 할 수 있다. 추가적 실시형태에서, 컨트롤러(240)는 디스플레이 디바이스에 직접 배선된다.
관절 균형 유지 시스템(50)을 사용할 때, 삽입물(100)은 (이 예에서는 무릎 관절과 같은) 적합한 관절 내에 배치될 수 있다. 컨트롤러(240)는 펌핑하여 압력을 올리도록 공기압 주입기와 같은 유체 공급 디바이스(220)를 사용하여 외과의/오퍼레이터에 의해 충전될 수 있다. 실시형태에서, 공기압 주입기는 20 mL 주입기이다. 압력은 압력 센서(247)에 의해 모니터링될 수 있다. 압력은 디스플레이 모듈(320)에 의해 디스플레이 스크린 상의 그래픽 사용자 인터페이스에서 디스플레이될 수 있다. 일부 실시형태에서, 최적 압력은 20과 30 psi 사이에 있다. 일부 실시형태에서, 압력은 정의된 힘을 발휘하도록 수정될 수 있다. 최적 힘은 40 과 200 N 사이에 있을 수 있다. 관절 균형 유지 시스템(50)은, 응용에 종속하여, 다른 범위의 압력을 공급하도록 구성될 수 있다. 삽입물(100)이 팽창되면(즉, 벨로우즈가 삽입물(100)을 액추에이팅하도록 압력 하에 확장되면), 무릎은 이용가능한 전 운동 범위를 통해 구부러진다(휜다). 무릎이 구부러질 때, 센서는 무릎 구부리기 각도, 삽입물의 상부와 저부 플레이트 간 거리, 및 삽입물의 상부와 저부 플레이트 간 틸트를 측정할 수 있다. 이러한 정보는 디스플레이로의 유선 또는 무선 송신에 의해 그래픽 묘사될 수 있다.
외과의는 환자에 가장 바람직한 신연 갭 및 틸트를 발생시키도록 무릎의 인대에, 뼈에 이루어진 절개부에, 인공 컴포넌트의 배치에 적합한 변경을 할 수 있다.
관절 균형 유지 시스템(50)은 전 무릎 관절 성형 또는 부분 무릎 관절 성형과 같은 수술 시술 동안 무릎을 균형 유지하도록 사용될 수 있다. 컨트롤러 마운트(230)는, 하위 넓적다리와 같은, 환자의 넓적다리 주위에 둘러싸이고 확고히 조여질 수 있다. 컨트롤러 마운트(230)의 후크 및 루프 체결구는 넓적다리 상에 앞쪽에 배치될 수 있다. 컨트롤러(240)는 환자의 넓적다리의 긴 축과 정렬될 수 있으며, 배터리 캡(249) 및 압력 밸브(226)는 근위와 마주하고 그리고 삽입물 연결부는 원위와 마주하고 있다.
삽입물(100)은 경골과 대퇴골 표면 사이에 위치결정될 수 있다. 저부 플레이트(150)의 저부 표면은 평탄할 수 있고 그리고 경골 뼈 절개부와 직접적 또는 간접적 접촉하고 있을 수 있다. 상부 플레이트(110)의 상부 표면은 곡선형일 수 있고 그리고 대퇴골 표면과 직접적 또는 간접적 접촉하고 있을 수 있다. 삽입물(100)은 편안하게 맞아야 하고 그리고 경골 절개 표면 상에 중심이 맞춰질 수 있다. 외과의는 곡선형 상위 표면이 대퇴골 관절구와 관절식 접합되는 것을 검증할 수 있다. 삽입물(100)이 용이하게 삽입될 수 없으면, 외과의는 경골 절개 표면과 대퇴골 관절구 간 갭이 적어도, 8mm와 같은, 삽입물(100)의 높이인 것을 검증할 수 있다. 삽입물(100)이 무릎에 너무 크거나 너무 작으면, 외과의는 다른 크기의 삽입물을 선택할 수 있다.
액추에이터는 그 후 20 psi 내지 25 psi와 같은 예정된 압력으로 유체 공급 디바이스(220)에 의해 가압될 수 있고, 그리고 디스플레이 모듈(320)은 GUI에서 현재 압력을 디스플레이할 수 있다. 삽입물(100)은 삽입물(100)이 팽창되지 않는, 8mm와 같은, 제1 예정된 높이로부터 공기압 액추에이터가 완전히 팽창되는, 14mm와 같은, 제2 예정된 높이로까지 확장될 수 있다. 쐐기는 경골대퇴골 갭이 제2 예정된 높이보다 더 클 때 사용될 수 있다. 다른 실시형태에서, 관절 부분(130)은 경골대퇴골 갭이 제2 예정된 높이보다 더 클 때 더 두꺼운 관절 부분(130)으로 교환될 수 있다.
삽입물(100)이 경골대퇴골 갭에 위치결정되고 팽창되고 나면, 관절 균형 유지 시스템(50)은 무릎을 0° 구부리기로 유지하고 그리고 GUI 상에 제어 모듈에 의해 디스플레이된 교정 버튼을 선택함으로써 교정될 수 있다.
디스플레이 모듈(320)은 또한 실시간으로 경골과 대퇴골 표면 간 알짜 갭을 디스플레이할 수 있다. 구부리기와 펴기에서의 갭을 체크하기 위해: 무릎을 0°로 유지하고 그리고 디스플레이로부터 갭을 판독해 낸다. 그 후 무릎을 90°로 구부리고 디스플레이로부터 갭을 판독해 낸다. 이러한 과정은 필요한 만큼 많은 횟수 반복될 수 있다. 외과의가 뼈를 재절개하거나 컴포넌트를 재위치결정시키기를 바라면, 삽입물(100)은 (컨트롤러를 수축시킨 후에) 제거될 수 있다. 외과의가 연조직 풀기를 수행하기를 바라고 충분한 액세스가 있으면, 그 또는 그녀는 제자리에 삽입물로 연조직 풀기를 수행하고 그리고 디스플레이 상에서 실시간으로 변화하는 갭을 모니터링할 수 있다.
관절 균형 유지 시스템(50)은 또한 완전 펴기와 완전 구부리기 사이에서 부드럽게 무릎을 구부림으로써 동적 무릎 균형을 측정하도록 사용될 수 있다. 디스플레이 모듈(320)은 GUI에서 실시간으로 경골과 대퇴골 표면 간 알짜 갭을 디스플레이하는 것은 물론 또한 갭을 기록하고 그리고 GUI에서 무릎 구부리기 대비 경골대퇴골 갭의 플롯을 도시할 수 있다.
무릎의 균형은 제자리에 삽입물(100)로 인대를 풀고 그리고 풀기가 수행되고 있는 동안 경골대퇴골 갭 및 틸트에서의 변화를 모니터링함으로써 실시간으로 변화 및 모니터링될 수 있다. 무릎의 균형은 또한 컴포넌트를 재정렬시키도록 대퇴골 또는 경골 절개부에 적합한 변경을 함으로써 실시간으로 변화 및 모니터링될 수 있다.
일부 실시형태에서, 관절 균형 유지 시스템(50)은 또한 보정 모듈을 포함할 수 있다. 보정 모듈은 삽입물(100) 및 컨트롤러(240)로부터 수신된 데이터를 해석하고 그리고 어느 인지된 불균형이라도 보정하도록 수술 시술에 대한 권고를 제공할 수 있다. 보정 모듈은, 수술 전 CT 또는 MRI 스캔과 같은, 이미징 양상으로부터의 뼈 기하구조, 대퇴골과 경골 뼈 줄기 간 각도와 같은, 인접하는 뼈 구조들 간 각도, 및 수술 내비게이션 기구를 사용하여 랜드마크를 디지털화하는 것에 기반할 수 있는 인대 부착을 포함하는 다른 입력을 수신할 수 있다.
보정 모듈은, 뼈 및 삽입물(210)을 표현하도록 강체를 사용하고, 그리고 인대를 표현하도록 스프링을 사용하는 것에 의해서와 같이, 삽입물(210)의 관절 표면을 가로지르는 힘을 계산할 수 있다. 보정 모듈은 관절 균형 유지 시스템(50)에서 센서에 의해 결정 또는 수집된 힘 변위 데이터와 매칭하도록 인대 부착, 길이, 및 강성을 정제할 수 있다. 보정 모듈은 또한 경골대퇴골 줄기의 각도, 뼈 절개부의 현재 각도, 강성, 및 길이에 기반하여 인대에 대한 그리고 뼈 절개부에 대한 보정을 계산할 수 있다.
힘이 중외측으로 균형 유지되지만, 구부리기에서 그리고 펴기에서 조이면, 그때 보정 모듈은 펴기 및 구부리기에서 수집된 힘-변위 데이터에 기반하여 근위 경골로부터 절개될 뼈의 양을 계산할 수 있다. 힘이 허용가능하고 구부리기에서 중외측으로 균형 유지되지만 펴기에서 조이면, 그때 보정 모듈은 펴기에서 수집된 변위 데이터 대비 힘에 기반하여 원위 대퇴골로부터 절개될 뼈의 양을 계산할 수 있다. 보정 모듈은 측정된 데이터에 기반하여 인대에 대한 수정과 같은 다른 권고를 제공할 수 있다.
절개 안내부 및 연삭 표면
도 15 및 도 16은 삽입물(100) 및 절개 안내부 어셈블리(400)를 포함하는 관절 균형 유지 시스템의 일 실시형태를 예시한다. 절개 안내부 어셈블리(400)는 삽입물(100)에 연결되어 관절의 균형 유지 동안 뼈 및 조직을 절개하는 것을 안내하도록 사용된다. 절개 안내부 어셈블리(400)는 삽입물(100)에 장착되어 관절 균형 유지 동안 뼈, 연골 또는 인대의 섹션을 절개하기 위한 안내를 외과의에 제공할 수 있다.
예시된 실시형태에서, 절개 안내부 어셈블리(400)는 절개 안내부 마운트(402), 절개 안내부(406), 및 핀, 나사 또는 볼트와 같은 장착 체결구(408)를 포함한다. 절개 안내부 마운트(402)는 저부 플레이트(150) 또는 상부 플레이트(110)에서 삽입물(100)에 부착될 수 있다.
절개 안내부(406)는 장착 체결구(408)를 사용하여 절개 안내부 마운트(402)에 부착된다. 절개 안내부(406)는 하나 이상의 안내 슬롯(410)을 포함한다. 예시된 실시형태에서, 절개 안내부(406)는 2개의 평행 안내 슬롯(410)을 포함한다. 안내 슬롯(410)은 관절을 균형 유지하고 그리고 인공 관절 보철물을 위치결정시키는 과정 동안 뼈, 연골, 인대 또는 다른 조직에 대한 정렬 및 절개를 하도록 사용될 수 있다.
안내 슬롯(410)은 외과의가 뼈를 절개하고 있는 동안 절개 디바이스 또는 톱의 칼날을 유지 및 안내하는 평탄 표면을 갖는다. 외과의는, 안내부의 위치 및 각도를 유지하고 있는 것을 돕는, 절개 안내부의 슬롯 내에 절개 톱을 삽입한다. 여기에서 설명된 실시형태에서, 절개 안내부는 인대가 적합하게 긴장되어 절개가 이루어지게 되도록 균형 유지 삽입물의 플레이트 상에 장착된다.
일부 실시형태에서, 상부 플레이트 또는 저부 플레이트의 표면은 그것이 대응하는 뼈 구조에 맞대어 연삭되고 그리고 뼈 표면을 적합한 형상 또는 더 매끄러운 표면으로 연삭하게 동작하도록 연삭(또는 밀링 또는 평삭) 표면 또는 연마 표면으로서 구성될 수 있다.
도 17 내지 도 40에서 도시된 실시형태와 같은 일부 실시형태에서, 삽입물(100)은 경골 절개 안내부, 대퇴골 절개 안내부, 또는 뒤쪽 대퇴골 절개 안내부와 같은 절개 블록 또는 안내부를 위한 통합형 마운트를 포함한다. 절개 안내부 및 통합형 마운트를 갖는 삽입물(100)은 여기에서 설명된 관절 균형 유지 시스템과 같은 관절 균형 유지 시스템의 일부를 형성할 수 있다.
이들 실시형태에서, 삽입물(100)은 제1 플레이트, 제2 플레이트, 및 하나 이상의 액추에이터를 포함한다. 제2 플레이트는 제1 플레이트에 인접하며 하나 이상의 액추에이터가 그 사이에 위치한다. 제2 플레이트는 절개 블록을 수용하도록 구성된 장착 안내부, 장착 부분, 이행 부분, 및 플레이트 부분을 포함한다. 플레이트 부분과 제1 플레이트는 실질적으로 평행할 수 있고 그리고 평행 평면 상에 정렬될 수 있다. 이행 부분은, 앞쪽 방향으로 배향될 측면 또는 전방 단부와 같은, 삽입물(100)의 일측면 상에서 제1 플레이트의 주변 너머로 돌출하여 플레이트 부분으로부터 뻗어 있을 수 있다. 이행 부분은 제2 플레이트에 평행하게 뻗어 있을 수 있다. 장착 부분은 이행 부분에 대해 횡방향으로 그리고 제2 플레이트에 대해 제1 플레이트의 방향으로 이행 부분으로부터 뻗어 있을 수 있고 그리고, 제1 플레이트의 평면 너머로와 같이, 제1 플레이트 너머로 뻗어 있을 수 있다. 장착 부분의 길이는 제1 플레이트와 제2 플레이트 간 거리보다 더 클 수 있다. 일부 실시형태에서, 장착 부분은 제2 플레이트에 직각으로 뻗어 있다.
일부 실시형태에서, 이행 부분은 플레이트 부분이 뻗어 있는 방향을 장착 부분이 뻗어 있는 방향으로 이행시키도록 플레이트 부분에 대해 원위에 있는 단부에서 제2 플레이트에 대해 제1 플레이트의 방향으로 향하는 굴곡부를 포함한다. 일부 실시형태에서, 장착 안내부는 장착 부분으로부터 돌출하는 플랜지를 포함할 수 있고 그리고 플랜지 및 장착 부분을 통해 뻗어 있는 보어를 포함할 수 있다. 보어는 절개 블록 또는 안내부를 삽입물(100)에 결합시키기 위한 핀을 수용하는 크기로 될 수 있다.
예시된 실시형태에서, 제1 플레이트 및 제2 플레이트는 강성 재료로 형성된다. 다른 실시형태에서, 제1 플레이트 및 제2 플레이트는, 블래더 또는 벌룬과 같은, 팽창하는 비-강성 재료로 형성된다.
도 17 내지 도 24에서 예시된 실시형태에서, 제2 플레이트는 상부 플레이트(110)인 한편, 제1 플레이트는 저부 플레이트(150)이다. 도 25 내지 도 40에서 예시된 실시형태에서, 제2 플레이트는 저부 플레이트(150)인 한편, 제1 플레이트는 상부 플레이트(110)이다.
도 17 내지 도 20은 경골 절개 블록을 위한 통합형 마운트를 갖는 삽입물(100)의 일 실시형태를 예시한다. 도 17 내지 도 20에서 예시된 실시형태에서, 삽입물(100)은 경골 균형 유지를 위해 구성된다. 도 17 내지 도 20을 참조하면, 삽입물(100)은 상부 플레이트(110), 하나 이상의 액추에이터(180), 및 저부 플레이트(150)를 포함한다. 하나 이상의 액추에이터(180) 및 저부 플레이트(150)는 위에서 설명된 액추에이터(180) 및 저부 플레이트(150)의 조합 중 어느 것이라도 될 수 있다. 상부 플레이트(110)는 상부 부분(109), 상부 장착 부분(108), 및 상부 이행 부분(107)을 포함한다. 상부 부분(109)은 위에서 설명된 상부 플레이트(110)를 위한 구성 중 어느 것이라도 포함할 수 있고 그리고, 대퇴골 절개부 또는 대퇴골 관절구(14)(도 2 참조)에서와 같이, 대퇴골(8)과 접촉하도록 구성된다. 예시된 실시형태에서, 상부 부분은 상부 플레이트 삽입 단부(101)를 포함한다. 상부 부분(109)은 또한 상부 플레이트 삽입 단부(101)로부터 상부 부분(109) 내로 뻗어 있는 상부 플레이트 인덴트(103)를 포함할 수 있다. 예시된 실시형태에서, 상부 플레이트 인덴트(103)는 둥근 코너를 갖는 직사각형 슬롯이다.
상부 장착 부분(108)은 아래쪽으로 그리고 저부 플레이트(150) 너머로 뻗어 있다. 상부 장착 부분(108)은 상부 부분(109)에 직각으로 뻗어 있을 수 있다. 예시된 실시형태에서, 상부 장착 부분(108)은 본체(114), 제1 레그(116), 제2 레그(117), 및 외측 오목부(119)를 포함한다. 본체(114)는 상부 이행 부분(107)으로부터 뻗어 있다. 레그(116,117)는 본체(114)로부터 아래쪽으로 뻗어 있고 그리고 그 사이에 외측 오목부(119)를 형성할 수 있다. 제1 레그(116)는 제2 레그(117)보다 더 아래로 뻗어 있을 수 있다. 외측 오목부(119)는 절개 안내부를 장착하는데 도움을 줄 수 있거나, 절개가 거기를 통해 이루어지는 것을 가능하게 할 수 있거나, 또는 삽입물(100)의 재료 비용을 줄일 수 있다.
삽입물(100)은 상부 장착 부분(108)으로부터 돌출하는 하나 이상의 장착 안내부(192)를 포함할 수 있다. 예시된 실시형태에서, 상부 장착 부분(108)의 각각의 레그(116,117)는 둥글고 그리고 장착 안내부(192)를 포함한다. 장착 안내부(192)는, 절개 안내부(406)와 같은, 절개 블록을 수용하도록 구성된다. 절개 블록은 경골 절개를 안내하기 위한 안내부 또는 슬롯으로 구성된다. 장착 안내부(192)는 보어(197) 및 플랜지(191)를 포함할 수 있다. 보어(197)는 플랜지를 통해 뻗어 있을 수 있고 그리고, 레그를 통해서와 같이, 장착 부분(108)을 통해 뻗어 있을 수 있다. 플랜지(191)는 레그와 같은 장착 부분(108)으로부터 뻗어 돌출해 나올 수 있고 그리고 보어에 동축일 수 있다. 각각의 장착 안내부(192)는 핀, 나사, 또는 볼트와 같은 장착 체결구를 수용하도록 구성될 수 있다. 핀은 절개 블록을 상부 플레이트(110)에 장착하도록 사용될 수 있다.
상부 이행 부분(107)은, 상부 부분(109)에 평행하게 뻗어 있는 것과 같이, 상부 부분(109)과 동일한 일반적 방향으로 상부 부분(109)으로부터 바깥쪽으로 뻗어 있을 수 있고, 그리고 삽입 단부(101)로부터 떨어진 쪽으로 뻗어 있을 수 있다. 상부 이행 부분(107)은 상부 부분(109)에 대해 원위에서 상부 장착 부분(108)으로 아래쪽으로 곡선을 이룰 수 있다. 실시형태에서, 상부 이행 부분(107)은 대략 90도로 곡선을 이룬다. 예시된 바와 같이, 상부 부분(109), 상부 이행 부분(107), 및 상부 안내부 부분(108)은 일체 조각으로서 형성될 수 있다. 삽입물(100)의 다양한 컴포넌트는 여기에서 개시된 재료로 형성될 수 있고 그리고 여기에서 개시된 재료 속성 중 어느 것이라도 포함할 수 있다. 도 17 내지 도 20의 삽입물(100)은, 센서, 액추에이터, 및 상부 플레이트(110) 및 저부 플레이트(150)의 다양한 실시형태와 같은, 여기에서 앞서 설명된 특징 및 컴포넌트 중 어느 것과도 결합될 수 있고 포함할 수 있다. 도 17 내지 도 20의 삽입물(100)은 또한 여기에서 설명된 관절 균형 유지 시스템(50)과 함께 또는 다른 유형의 관절 균형 유지 시스템과 사용될 수 있다.
도 21 내지 도 24는 도 17 내지 도 20의 삽입물(100)의 대체 실시형태를 예시한다. 도 21 내지 도 24를 참조하면, 삽입물(100)은 조절 디바이스(196)를 포함한다. 조절 디바이스(196)는 상부 장착 부분(108)에서 삽입물(100)에 부착될 수 있다. 조절 디바이스(196)는 인대 균형뿐만 아니라 또한 상대 각도의 포괄적 측정에 기반하여 장착 안내부(192)에 위치하는 안내부 핀의 배치를 조절하도록 구성될 수 있다. 조절 디바이스(196)는, 특히, 노브, 나사, 슬라이더, 휠, 팽창식 디바이스, 또는 팽창 메커니즘일 수 있다. 조절 디바이스(196)는 수동으로 조절가능할 수 있거나 또는 액추에이션을 통해 조절가능할 수 있다.
삽입물(100)은 또한 삽입 각도 센서(193)를 포함할 수 있다. 삽입 각도 센서(193)는 또한 상부 장착 부분(108)에서 삽입물(100)에 결합될 수 있다. 삽입 각도 센서(193)는 상부 플레이트(110)를 포함하는 삽입물(100)과 경골(10) 간 상대 각도를 제공하기 위해 시술 동안 경골에 부착되는 제1 뼈 각도 센서(194)와 함께 사용될 수 있다. 조절 디바이스(196)를 사용하여 이루어진 조절은 적어도 부분적으로 삽입물(100)과 경골 간 각도에 기반하여 이루어질 수 있다.
도 17 내지 도 24에서 예시된 실시형태에서, 상부 플레이트(110)는 상부 장착 부분(108)에 장착된 절개 블록이 대퇴골(10)에 그리고 상부 플레이트(110)에 대해 경골 절개를 안내하도록 대퇴골 컴포넌트 또는 대퇴골 뼈와 관절식 접합한다.
도 25 내지 도 28은 대퇴골 절개 블록을 위한 통합형 마운트를 갖는 삽입물(100)의 일 실시형태를 예시한다. 도 25 내지 도 28에서 예시된 실시형태에서, 삽입물(100)은 경골 균형 유지를 위해 그리고 대퇴골 원위 절개를 안내하도록 구성된다. 도 25 내지 도 28을 참조하면, 삽입물(100)은 상부 플레이트(110), 하나 이상의 액추에이터(180), 및 저부 플레이트(150)를 포함한다. 상부 플레이트 및 하나 이상의 액추에이터는 위에서 설명된 상부 플레이트(110) 및 액추에이터(180)의 어느 조합이라도 될 수 있다. 저부 플레이트(150)는 저부 부분(149), 저부 장착 부분(148), 및 저부 이행 부분(147)을 포함한다. 저부 부분(149)은 위에서 설명된 저부 플레이트를 위한 구성 중 어느 것이라도 포함할 수 있고 그리고, 경골 절개부(도 29 내지 도 32 참조)와 같은, 경골(10)과 접촉하도록 구성된다. 저부 부분(149)은 저부 플레이트 삽입 단부(153)를 포함할 수 있다. 저부 부분(149)은 또한, 앞선 실시형태에서 도시 및 설명된 바와 같이, 저부 플레이트 인덴트(105)를 포함할 수 있다.
저부 장착 부분(148)은 위쪽으로 그리고 상부 플레이트(110) 너머로 뻗어 있다. 저부 장착 부분(148)은 저부 부분(149)에 직각으로 뻗어 있을 수 있다. 저부 장착 부분(148)은 저부 이행 부분(147)으로부터 위로 뻗어 있는 2개의 레그를 포함할 수 있다. 2개의 레그는 아치 유사 형상을 형성하는 좁은 조각의 재료에 의해 이어질 수 있다. 각각의 레그는 장착 안내부(192)를 포함할 수 있다. 장착 안내부(192)는, 절개 안내부(406)와 같은, 절개 블록을 수용하도록 구성된다. 절개 블록은 대퇴골 원위 절개를 안내하기 위한 안내부 또는 슬롯으로 구성된다. 장착 안내부(192)는 보어 및 플랜지를 포함할 수 있다. 보어는 레그를 통해 뻗어 있고 그리고 플랜지는 보어에 동축으로 레그로부터 뻗어 나오고 있다. 각각의 장착 안내부(192)는 핀을 수용하도록 구성될 수 있다. 핀은 저부 플레이트(150)에 절개 블록을 장착하도록 사용될 수 있다.
저부 이행 부분(147)은, 저부 부분(149)에 평행하게 뻗어 있는 것과 같이, 저부 부분(149)과 동일한 일반적 방향으로 저부 부분(149)으로부터 바깥쪽으로 뻗어 있을 수 있고, 그리고 저부 플레이트 삽입 단부(153)로부터 떨어진 쪽으로 뻗어 있을 수 있다. 저부 이행 부분(147)은 저부 부분(149)에 대해 원위에서 저부 장착 부분(148)으로 위쪽으로 곡선을 이룰 수 있다. 실시형태에서, 저부 이행 부분(147)은 대략 90도로 곡선을 이룬다. 예시된 실시형태에서, 저부 이행 부분(147)은 2개의 레그를 포함한다. 각각의 레그는 저부 부분(149)으로부터 저부 장착 부분(148)의 레그로까지 뻗어 있다. 저부 부분(149), 저부 이행 부분(147), 및 저부 장착 부분(148)을 포함하는 저부 플레이트(150)는 일체 조각으로서 형성될 수 있다. 삽입물(100)의 다양한 컴포넌트는 여기에서 개시된 재료로 형성될 수 있고 그리고 여기에서 개시된 재료 속성 중 어느 것이라도 포함할 수 있다. 도 25 내지 도 28의 삽입물(100)은, 센서, 액추에이터, 및 상부 플레이트(110) 및 저부 플레이트(150)의 다양한 실시형태와 같은, 여기에서 앞서 설명된 특징 및 컴포넌트 중 어느 것과도 결합될 수 있고 포함할 수 있다. 도 25 내지 도 28의 삽입물(100)은 또한 여기에서 설명된 관절 균형 유지 시스템(50)과 함께 또는 다른 유형의 관절 균형 유지 시스템과 사용될 수 있다.
도 29 내지 도 32는 도 25 내지 도 28의 삽입물(100)의 대체 실시형태를 예시한다. 도 29 내지 도 32를 참조하면, 삽입물(100)은 조절 디바이스(196)를 포함한다. 조절 디바이스(196)는 저부 장착 부분(148)에서 삽입물(100)에 부착될 수 있다. 조절 디바이스(196)는 인대 균형뿐만 아니라 또한 상대 각도의 포괄적 측정에 기반하여 장착 안내부(192)에 위치하는 안내부 핀의 배치를 조절하도록 구성될 수 있다. 조절 디바이스(196)는, 특히, 노브, 나사, 슬라이더, 휠, 팽창식 디바이스, 또는 팽창 메커니즘일 수 있다. 조절 디바이스(196)는 수동으로 조절가능할 수 있거나 또는 액추에이션을 통해 조절가능할 수 있다.
삽입물(100)은 또한 삽입 각도 센서(193)를 포함할 수 있다. 삽입 각도 센서(193)는 또한 저부 장착 부분(108)에서 삽입물(100)에 결합될 수 있다. 삽입 각도 센서(193)는 저부 플레이트(150)를 포함하는 삽입물(100)과, 인접하는 뼈들 간 상대 각도를 제공하기 위해 시술 동안, 경골, 대퇴골, 및 슬개골과 같은 인접하는 뼈들에 부착되는, 제1 뼈 각도 센서(194) 및 제2 뼈 각도 센서(195)와 같은, 다수의 뼈 각도 센서와 함께 사용될 수 있다. 예시된 실시형태에서, 저부 플레이트(150)를 포함하는 삽입물(100)과, 대퇴골(8)과, 경골(10) 간 상대 각도를 제공하기 위해 시술 동안 제1 뼈 각도 센서(195)는 경골에 부착되고 그리고 제2 뼈 각도 센서(195)는 대퇴골에 부착된다. 조절 디바이스(196)를 사용하여 이루어진 조절은 적어도 부분적으로 이들 각도에 기반하여 이루어질 수 있다.
도 25 내지 도 32에서 예시된 실시형태에서, 저부 플레이트(110)는 저부 장착 부분(108)에 장착된 절개 블록이 경골(8)에 그리고 저부 플레이트(150)에 대해 경골 절개를 안내하도록 경골 컴포넌트 또는 경골 뼈와 관절식 접합한다.
도 33 내지 도 40은 도 25 내지 도 32의 삽입물(100)의 대체 실시형태를 예시한다. 이러한 실시형태에서, 삽입물(100)은 경골 균형 유지를 위해 그리고 대퇴골 뒤쪽 절개를 안내하도록 구성된다. 도 25 내지 도 32에서 예시된 삽입물의 다양한 컴포넌트는 상부 플레이트(110), 저부 플레이트(150), 및 하나 이상의 액추에이터(180)를 포함하는 도 25 내지 도 32에서 예시된 실시형태의 컴포넌트와 동일하거나 유사할 수 있다. 도 33 내지 도 40은 다양한 각도 센서 및 조절 디바이스(196)를 도시하고 있지는 않지만, 도 33 내지 도 40의 삽입물(100)은 다양한 각도 센서 및 조절 디바이스(196)를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 저부 장착 부분(148) 및 저부 이행 부분(147)의 크기 및 길이는 대퇴골 뒤쪽 절개를 위해 절개 블록을 위치결정시키도록 다른 실시형태와 다를 수 있다. 다른 실시형태에서, 절개 블록은 대퇴골 원위 절개보다는 대퇴골 뒤쪽 절개를 위해 절개 블록의 안내부를 위치결정시키도록 저부 이행 부분(147) 및 저부 장착 부분(148)과는 다를 수 있다.
도 37 내지 도 40에서 예시된 바와 같이, 대퇴골 뒤쪽 절개를 위할 때, 무릎은, 90도 구부리기와 같이, 구부러져 있다.
저부 부분(149), 저부 이행 부분(147), 및 저부 장착 부분(148)을 포함하는 저부 플레이트(150)는 일체 조각으로서 형성될 수 있다. 삽입물(100)의 다양한 컴포넌트는 여기에서 개시된 재료로 형성될 수 있고 그리고 여기에서 개시된 재료 속성 중 어느 것이라도 포함할 수 있다. 도 33 내지 도 40의 삽입물(100)은, 센서, 액추에이터, 및 상부 플레이트(110) 및 저부 플레이트(150)의 다양한 실시형태와 같은, 여기에서 앞서 설명된 특징 및 컴포넌트 중 어느 것과도 결합될 수 있고 포함할 수 있다. 도 33 내지 도 40의 삽입물(100)은 또한 여기에서 설명된 관절 균형 유지 시스템(50)과 함께 또는 다른 유형의 관절 균형 유지 시스템과 사용될 수 있다.
관절 수술 동안 뼈를 절개하는 방법이 또한 개시된다. 도 15 내지 도 40에서 개시된 것들과 같은 실시형태에서, 방법은 무릎과 같은 관절 내에 삽입물(100)을 삽입하는 단계를 포함한다. 방법은 또한, 벨로우즈(182)를 팽창시키는 것과 같이, 액추에이터를 전개하는 단계를 포함한다. 방법은, 대퇴골(8) 또는 경골(10)과 같은, 뼈 내에 구멍 또는 구멍들을 드릴링하는 단계를 더 포함한다. 핀 안내부(402) 또는 장착 안내부(192)는 드릴을 안내하도록 사용될 수 있다. 방법은 더욱 뼈에서의 각각의 구멍(들) 내에 핀을 배치하는 단계를 더 포함한다. 또한, 핀 안내부(402) 또는 장착 안내부(192)는 뼈 내로 핀(들)(408)을 안내하도록 사용될 수 있다. 방법은 더욱 도 16에서 도시된 바와 같이 핀(408) 상에 절개 안내부(406)를 장착하는 단계를 더 포함한다. 절개 안내부(406)는 삽입물(100)의 장착 부분(108, 148) 또는 핀 안내부(402)에 인접하여 장착될 수 있다. 방법은 절개를 안내하도록 안내 슬롯(410)을 사용하여 뼈를 절개하는 단계를 더 포함한다. 절개는, 플레이트에 대해 예정된 각도로 또는 플레이트로부터 고정 거리에서, 뼈 반대편 플레이트에 평행하게 이루어질 수 있다. 예컨대, 도 15 및 도 25 내지 도 40에서 도시된 실시형태에서, 절개는, 저부 플레이트(150)에 대해 예정된 각도로, 또는 저부 플레이트(150)로부터 고정 거리에서, 저부 플레이트(150)에 평행하게 이루어질 수 있다. 도 17 내지 도 24에서 도시된 실시형태에서, 절개는, 상부 플레이트(110)에 대해 예정된 각도로, 또는 상부 플레이트(150)로부터 고정 거리에서, 상부 플레이트(110)에 평행하게 이루어질 수 있다.
방법은 또한 장착 안내부(192) 또는 핀 안내부(402)의 위치 및/또는 각도를 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 장착 안내부(192) 또는 핀 안내부(402)의 위치 및/또는 각도를 조절하는 단계는 조절 디바이스(196)를 수동으로 조절하거나 액추에이팅하는 단계를 포함할 수 있다. 장착 안내부(192) 또는 핀 안내부(402)의 위치 및 또는 각도를 조절하는 것은 뼈를 절개하기 이전에 수행될 수 있다. 여기에서 설명된 단계의 각각은 외과의와 같은 의료 전문가에 의해 수행될 수 있다. 설명된 단계의 각각은 도 1 내지 도 14에서 개시된 실시형태와 함께 설명된 방법 및 방법을 위한 단계와 함께 수행될 수 있다. 도 17 내지 도 10에서 개시된 삽입물(100)의 실시형태의 각각은 관절 균형 유지 시스템(50)과 그리고 관절 균형 유지 시스템(50)을 사용하기 위한 방법과 함께 사용될 수 있다.
도 41 내지 도 48은 대퇴골 절개 안내부(500)의 일 실시형태를 예시한다. 예시된 실시형태에서, 대퇴골 절개 안내부(500)는 원위 대퇴골 절개 안내부이다. 절개 안내부(500)는 안내부 본체(520), 칼날 안내 특징부(524), 및 안내부 막대(510)를 포함한다. 안내부 본체(520)는 저부 부분(521), 전방 부분(522), 및 이행 부분(523)을 포함한다. 저부 부분(521)은 플레이트 유사 형상을 가질 수 있다. 저부 부분(521)은 삽입 단부(525)를 포함할 수 있다. 삽입 단부(525)는 각각의 측면 상에서 둥글 수 있고 그리고 인덴트(526)를 포함할 수 있다. 실시형태에서, 삽입 단부(525)는 둥근 측면(527) 및 인덴트(526)를 형성하도록 카시니 난형의 일부의 형상을 포함한다.
이행 부분(523)은 삽입 단부(525)의 반대편 방향으로 저부 부분(521)으로부터 떨어진 쪽으로 뻗어 있고 그리고 전방 부분(522)으로 위쪽으로 곡선을 이룰 수 있다. 이행 부분(523)은 아치 형상을 갖는 플레이트일 수 있고 그리고 대략 90도로 곡선을 이룰 수 있다.
전방 부분(522)은, 저부 부분(521)에 직각으로와 같이, 저부 부분(521)이 뻗어 있는 방향에 횡방향으로 뻗어 있을 수 있다. 전방 부분(522)은 상부 에지(528)를 포함할 수 있다. 상부 에지(528)는 이행 부분(523)에 대해 원위에 있을 수 있다. 상부 에지(528)는 곡선을 이룰 수 있다. 예시된 실시형태에서, 상부 에지(528)는 하나의 측면이 다른 하나보다 더 높도록 정점이 하나의 측면으로 향하여 편이된 비대칭 곡선을 갖는다.
안내부 본체(520)는 전방면(529)을 포함할 수 있다. 전방면(529)은 삽입 단부(525)의 방향 반대편에 마주하는 표면일 수 있고 그리고 이행 부분(523)의 외측 표면의 일부분 및 전방 부분의 외측 표면을 포함할 수 있다.
칼날 안내 특징부(524)는 원위 대퇴골 절개를 안내하도록 구성된 슬롯 또는 유사한 특징부일 수 있다. 칼날 안내 특징부(524)는 안내부 본체(520)에 위치할 수 있고 그리고 이행 부분(523)의 원위 단부에 인접해 있을 수 있다.
안내부 막대(510)는 안내부 본체(520)로부터 뻗어 있다. 예시된 실시형태에서, 안내부 막대(510)는 이행 부분(523)이 향하여 곡선을 이루는 동일한 일반적 방향으로 저부 부분(521)으로부터 위로 뻗어 있다. 안내부 막대(510)는 대퇴골(8)의 골수내 관 내로 삽입되도록 구성된다. 안내부 막대(510)는 대퇴골(8)의 골수내 관의 형상과 매칭하는 형상으로 될 수 있다.
안내부 막대(510)는 기부(511) 및 단부(512)를 포함한다. 기부(511)는 저부 부분(521)에 인접하고 그리고 단부(512)는 저부 부분(521)에 대해 원위에 있다. 기부(511)는 단부(512)보다 더 클 수 있으며 안내부 막대(510)는 기부(511)로부터 단부(512)로 아래로 테이퍼링된다. 안내부 막대(510)는 아치 형상을 가질 수 있다. 예시된 실시형태에서, 안내부 막대(510)는 저부 부분(521)에 대해 90도보다 작은 초기 방향으로 위로 뻗어 있고 그리고 초기 방향보다 저부 부분(521)에 대해 90도에 더 가까운 방향으로 뻗게 향하여 곡선을 이룰 수 있다.
대퇴골 절개 안내부(500)는 또한 절개 안내부 조절 디바이스(530), 절개 안내부 센서(540), 및 하나 이상의 뼈 각도 센서(545)를 포함할 수 있다. 뼈 각도 센서(들)(545)는, 대퇴골, 경골, 또는 슬개골과 같은, 관절에 인접하는 뼈 구조에 부착될 수 있다. 예시된 실시형태에서, 뼈 각도 센서(545)는 대퇴골 상에 위치한다. 절개 안내부 조절 디바이스(530)는 대퇴골(8)에 대해 대퇴골 절개 안내부(500)의 각도를 조절하고 그리고 칼날 안내 특징부(524)의 위치를 조절하도록 사용될 수 있다. 절개 안내부 조절 디바이스(530)는, 특히, 노브, 나사, 슬라이더, 휠, 팽창식 디바이스, 또는 팽창 메커니즘일 수 있다. 절개 안내부 조절 디바이스(530)는 수동으로 조절가능할 수 있거나 또는 액추에이션을 통해 조절가능할 수 있다. 절개 안내부 센서(540)는 대퇴골(8)과 대퇴골 절개 안내부(500) 간 각도를 측정하도록 뼈 각도 센서(들)(545)와 사용될 수 있다. 절개 안내부 센서(540)는 전방 표면(529)에서 안내부 본체(520)에 부착될 수 있다. 예시된 실시형태에서, 절개 안내부 센서(540)는 상부 에지(528)의 정점에 인접하여 안내부 본체(520)에 부착된다. 뼈 각도 센서(들)(545)는 안내부 본체(520)와는 별개일 수 있고 그리고, 안내부 막대(510)가 환자의 골수내 관에 위치하고 있는 동안과 같이, 대퇴골 절개 안내부(500)가 제자리에 있는 동안 대퇴골(8)에 부착될 수 있다.
대퇴골 절개 안내부(500)는 환자에 특정하게 생성되는 커스텀 안내부일 수 있다. 다양한 컴포넌트의 정확한 측정은, x-선, CT 스캔, MRI 등으로부터의 이미지와 같은, 환자의 관절에서 취한 다양한 이미지에 기반할 수 있다. 환자의 관절을 측정하고 대퇴골 절개 안내부(500)를 생성한 후에, 그 후 안내부 막대(510)가 환자의 대퇴골의 골수내 관 내로 삽입된다. 대퇴골(8)과 대퇴골 절개 안내부(500) 간 각도가 그 후 측정될 수 있다. 절개 안내부 조절 디바이스(530)는 그 후 대퇴골(8)에 대해 대퇴골 절개 안내부(500)를 적당하게 위치결정시키도록 사용될 수 있다. 대퇴골(8)에 대해 예정된 각도로 있는 것과 같이, 대퇴골 절개 안내부(500)가 적당하게 위치결정되고 나면, 톱 칼날과 같은, 절개 도구를 사용하여 원위 대퇴골 절개가 이루어진다.
도 49 내지 도 52는 원위 대퇴골 절개가 이루어진 후에 도 41 내지 도 48의 대퇴골 절개 안내부(500)의 일 실시형태를 예시한다. 도 49 내지 도 52의 대퇴골 절개 안내부는 도 41 내지 도 48에서 도시된 다양한 각도 센서 및 절개 안내부 조절 디바이스를 포함할 수 있다. 예시된 바와 같이, 원위 대퇴골 절개부(9)는 칼날 안내 특징부(524)에 평행하다. 원위 대퇴골 절개(9)가 이루어진 후에, 삽입물(100)은 관절을 균형 유지하도록 그리고 대퇴골(8)에 또는 경골에 추가적 절개를 하도록 사용될 수 있다.
안내부 막대(510) 및 안내부 본체(520)는 일체 조각으로서 형성될 수 있다. 대퇴골 절개 안내부(500)의 다양한 컴포넌트는 여기에서 개시된 재료로 형성될 수 있고 그리고 여기에서 개시된 재료 속성 중 어느 것이라도 포함할 수 있다.
대퇴골 절개 안내부(500)를 사용하여 대퇴골 절개를 수행하기 위한 방법이 또한 개시된다. 실시형태에서, 방법은 안내부 막대(510)를 대퇴골(8)의 골수내 관에 삽입하는 단계를 포함한다. 안내부 막대(510)는 안내부 막대(510)가 대퇴골 줄기의 긴 축과 정렬되도록 삽입될 수 있다. 방법은 또한 안내부 막대(510)에 대해 고정 각도로 뼈를 절개하는 단계를 포함한다.
방법은 뼈 각도 센서(545)를 대퇴골(8)에 부착하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한 대퇴골 절개 안내부에 부착된 절개 안내부 센서(540)와 뼈 각도 센서(545) 간 각도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 더욱 칼날 안내 특징부(524)의 각도 및 위치를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 대퇴골(8)에 대해 칼날 안내 특징부(524)의 각도 및 위치를 조절하는 단계는 칼날 안내 특징부(524)가 절개를 위한 예정된 각도에 있을 때까지 조절 디바이스(530)를 수동으로 조절하거나 액추에이팅하는 단계를 포함한다.
도 53 내지 도 60은 원위 대퇴골 균형 유지기(600)의 일 실시형태를 예시한다. 원위 대퇴골 균형 유지기(600)는 경골 표면에 대해 대퇴골을 균형 유지하도록 구성될 수 있다. 균형 유지는 원위 대퇴골 절개 전에 그리고 후에 수행될 수 있다. 원위 대퇴골 균형 유지기는 제1 관절구 부분(610) 및 제2 관절구 부분(620)을 포함한다. 제1 관절구 부분(610)은 제1 외측 표면(611), 제1 내측 표면(619), 제1 전방 부분(612), 및 제1 저부 부분(613)을 포함한다. 제1 외측 표면(611)은 대퇴골 관절구의 표면을 닮도록 구성되고 그리고 제1 내측 표면(619)은 대퇴골 관절구를 수용하도록 구성될 수 있고 그리고 일반적으로 대퇴골 관절구의 형상과 매칭할 수 있다. 제1 전방 부분(611)은 위로 뻗어 있고 그리고 대퇴골 관절구 앞쪽에 있도록 구성되는 한편, 제1 저부 부분(612)은 제1 전방 부분(611)으로부터 뻗어 있고 그리고 대퇴골 관절구 아래에 있도록 구성된다.
제2 관절구 부분(620)은 제2 외측 표면(621), 제2 내측 표면(629), 제2 전방 부분(622), 및 제2 저부 부분(623)을 포함한다. 제2 외측 표면(621)은 대퇴골 관절구의 표면을 닮도록 구성되고 그리고 제2 내측 표면(629)은 대퇴골 관절구를 수용하도록 구성될 수 있고 그리고 일반적으로 대퇴골 관절구의 형상과 매칭할 수 있다. 제2 전방 부분(621)은 위로 뻗어 있고 그리고 대퇴골 관절구 앞쪽에 있도록 구성되는 한편, 제2 저부 부분(622)은 제2 전방 부분(621)으로부터 뻗어 있고 그리고 대퇴골 관절구 아래에 있도록 구성된다.
제1 외측 표면(611) 및 제2 외측 표면(621)은 환자의 대퇴골의 대퇴골 관절구를 본떠서 만들어질 수 있다.
원위 대퇴골 균형 유지기(600)는 또한 핀 안내부(630)를 포함할 수 있다. 핀 안내부(630)는 제2 관절구 부분(620) 상에 그리고 제1 관절구 부분(610)의 각각 상에 위치할 수 있다. 예시된 실시형태에서, 핀 안내부(630)는 제1 전방 부분(611) 상에 위치하고 그리고 핀 안내부는 제2 전방 부분(621) 상에 위치한다. 핀 안내부(630)는 보어(632) 및 플랜지(631)를 포함할 수 있다. 보어는 관절구 부분을 통해 뻗어 있고 그리고 플랜지는 관절구 부분으로부터 뻗어 나오고 있고 그리고 보어(632)에 동축일 수 있다. 각각의 핀 안내부(630)는 핀을 수용하고 그리고 핀을 대퇴골(8) 내로 안내하도록 구성될 수 있다. 그 후, 핀은 원위 대퇴골 균형 유지기(600)가 제거되고 절개 블록이 핀을 통하여 대퇴골에 장착된 후에 대퇴골 절개를 하도록 사용될 수 있다.
도 59를 참조하면, 원위 대퇴골 균형 유지기(600)는 관절을 균형 유지하기 위한 균형 유지기 액추에이터(640)를 포함할 수 있다. 예시된 실시형태에서, 균형 유지기 액추에이터(640)는 원위 대퇴골 절개부(9)와 2개의 대퇴골 균형 유지기 부분 사이에 위치하도록 구성된다. 원위 대퇴골 균형 유지기(600)가 원위 대퇴골 절개(9) 이전에 사용되는 실시형태에서, 대퇴골 균형 유지기 액추에이터(640)는 대퇴골 관절구와 2개의 대퇴골 균형 유지기 관절구 부분 사이에 위치하도록 구성된다. 실시형태에서, 균형 유지기 액추에이터는, 각각의 관절구 부분과 인접하는 대퇴골 관절구 사이에 하나의 액추에이터와 같은, 다수의 액추에이터를 포함한다.
일부 실시형태에서, 원위 대퇴골 균형 유지기(600)는, 대퇴골 절개 안내부(500)의 칼날 안내 특징부와 유사한, 원위 대퇴골 절개를 하기 위한 칼날 안내 특징부를 포함한다.
제1 관절구 부분(610), 제2 관절구 부분(620), 및 핀 안내부(630)는 일체 조각으로서 형성될 수 있다. 원위 대퇴골 균형 유지기(600)의 다양한 컴포넌트는 여기에서 개시된 재료로 형성될 수 있고 그리고 여기에서 개시된 재료 속성 중 어느 것이라도 포함할 수 있다.
원위 대퇴골 균형 유지기(600)는 관절을 균형 유지하도록 사용될 수 있다. 실시형태에서, 방법은 원위 대퇴골 절개를 하는 단계를 포함한다. 여기에서 설명된 절개 방법 및 도구 중 어느 것이라도 절개를 하는데 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 방법은 절개를 한 후에 삽입물(100)을 제거하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 원위 대퇴골 절개부 상에 원위 대퇴골 균형 유지기를 배치하는 단계 및 관절을 신연하도록 원위 대퇴골 균형 유지기(600)를 전개하는 단계를 포함한다. 원위 대퇴골 균형 유지기(600)를 배치하는 단계는 도면에서 도시된 바와 같이 그리고 여기에서 설명된 바와 같이 원위 대퇴골 균형 유지기(600)를 위치시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 대퇴골과 같은 뼈에 구멍을 형성하는 단계, 및 도 15 내지 도 16에서 예시된 핀(402)과 같은 핀을 구멍 내에 배치하는 단계를 더 포함한다. 핀 안내부(630)는 구멍을 만들고 핀을 배치하는데 사용될 수 있다. 실시형태에서, 핀을 배치하는 단계는 신연된 디바이스의 저부 부분으로부터 고정 각도에서 그리고 고정 거리에서 핀을 위치시키는 단계를 포함한다. 방법은 또한 절개 블록(400)을 핀에 장착하는 단계 및 뼈에 제2 절개를 하도록 안내 슬롯(410)을 사용하는 단계를 포함할 수 있다.
도 61 내지 도 68은 뒤쪽 대퇴골 균형 유지기(700)의 일 실시형태를 예시한다. 뒤쪽 대퇴골 균형 유지기(700)는 경골에 대해 90도의 구부리기와 같은 구부리기로 대퇴골(8)을 균형 유지하도록 구성된다. 뒤쪽 대퇴골 균형 유지기(700)는 원위 대퇴골 절개부(9)에 그리고 경골에 대해 뒤쪽 대퇴골 절개를 조절하도록 구성될 수 있다. 뒤쪽 대퇴골 균형 유지기(700)는 균형 유지기 본체(710), 제1 뒤쪽 관절구 부분(720), 제2 뒤쪽 관절구 부분(730), 및 뒤쪽 핀 안내부(740)를 포함한다.
균형 유지기 본체(710)는 연결 부분(711), 제1 레그(712), 및 제2 레그(713)를 포함할 수 있다. 연결 부분(711)은 제1 레그(712)를 제2 레그(713)에 연결하는 좁은 목일 수 있다. 연결 부분(711)은 아치 유사 형상을 갖는 플레이트를 형성하는 좁은 조각의 재료일 수 있다. 제1 레그(712) 및 제2 레그(713)는 원위 대퇴골 절개부(9)를 따라 뻗어 있도록 구성된다. 균형 유지기 본체(710)는 일반적으로는 연결 부분(711), 제1 레그(712), 및 제2 레그(713)에 의해 형성된 'U' 형상을 가질 수 있다. 연결 부분(711), 제1 레그(712), 및 제2 레그(713)는 그 사이에 둥근 슬롯을 형성할 수 있다.
제1 레그(712)는 제1 뒤쪽 관절구 부분(720)에 대해 원위에 있는 그리고 연결 부분(711)에 인접하는 제1 둥근 단부(714)를 포함할 수 있다. 제2 레그(712)는 제2 뒤쪽 관절구 부분(730)에 대해 원위에 있는 그리고 연결 부분(711)에 인접하는 제2 둥근 단부(715)를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 제2 둥근 단부는 제1 둥근 단부(714)가 제1 뒤쪽 관절구 부분(720)으로부터 뻗어 있는 것보다 더 제2 뒤쪽 관절구 부분(730)으로부터 돌출한다. 제1 둥근 단부(714) 및 제2 둥근 단부(715)는 연결 부분(711)보다 더 뻗어 그 사이에 인덴트(716)를 형성한다.
제1 뒤쪽 관절구 부분(720)은 균형 유지기 본체(710)가 뻗어 있는 방향에 횡방향으로 균형 유지기 본체(710)로부터 위로 뻗어 있고 그리고 균형 유지기 본체(710)에 직각일 수 있다. 제1 뒤쪽 관절구 부분(720)은 제1 레그(712)로부터 뻗어 있을 수 있다. 제1 뒤쪽 관절구 부분(720)은 제1 뒤쪽 내측 표면 및 제1 뒤쪽 외측 표면(721)을 포함할 수 있다. 제1 뒤쪽 내측 표면(722)은 평탄 표면일 수 있고 그리고 뒤쪽 대퇴골 절개부에 인접해 있을 수 있다. 제1 뒤쪽 외측 표면(721)은 대퇴골 관절구의 뒤쪽을 닮을 수 있다.
제2 뒤쪽 관절구 부분(730)은 균형 유지기 본체(710)가 뻗어 있는 방향에 횡방향으로, 제1 뒤쪽 관절구 부분(710)과 동일한 방향으로 균형 유지기 본체(710)로부터 위로 뻗어 있고, 그리고 균형 유지기 본체(710)에 직각일 수 있다. 제2 뒤쪽 관절구 부분(730)은 제2 레그(713)로부터 뻗어 있을 수 있다. 제2 뒤쪽 관절구 부분(730)은 제2 뒤쪽 내측 표면 및 제2 뒤쪽 외측 표면(731)을 포함할 수 있다. 제2 뒤쪽 내측 표면(732)은 평탄 표면일 수 있고 그리고 뒤쪽 대퇴골 절개부에 인접해 있을 수 있다. 제2 뒤쪽 외측 표면(731)은 대퇴골 관절구의 뒤쪽을 닮을 수 있다.
제1 뒤쪽 외측 표면(721) 및 제2 뒤쪽 외측 표면(731)은 환자의 대퇴골의 대퇴골 관절구의 뒤쪽 부분을 본떠서 만들어질 수 있다.
뒤쪽 핀 안내부(740)는 균형 유지기 본체(710)의 각각의 레그 상에 위치할 수 있다. 뒤쪽 핀 안내부(740)는 보어(742) 및 플랜지(741)를 포함할 수 있다. 보어(742)는, 레그 중 하나를 통해서와 같이, 균형 유지기 본체(710)를 통해 뻗어 있다. 플랜지(741)는, 레그 중 하나로부터와 같이, 균형 유지기 본체(710)로부터 뻗어 나오고 있다. 실시형태에서, 플랜지(741)는 보어(742)에 동축이다. 각각의 뒤쪽 핀 안내부(740)는 핀을 수용하고 그리고 원위 대퇴골 절개부(9)에서 핀을 대퇴골(8) 내로 안내하도록 구성될 수 있다. 그 후, 핀은 뒤쪽 대퇴골 균형 유지기(700)가 제거되고 절개 블록이 핀을 통하여 대퇴골에 장착된 후에 뒤쪽 대퇴골 절개를 하도록 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 각각의 뒤쪽 핀 안내부는, 보어(742)에 동축으로, 안쪽으로 뻗어 있는 제2 플랜지(743)를 포함할 수 있다.
도 67을 참조하면, 뒤쪽 대퇴골 균형 유지기(700)는 뒤쪽 균형 유지기 액추에이터(750)를 포함할 수 있다. 예시된 실시형태에서, 뒤쪽 균형 유지기 액추에이터(750)는 제1 및 제2 내측 표면에 인접할 수 있고 그리고 뒤쪽 대퇴골 절개부(7)에 인접할 수 있다. 균형 유지기 액추에이터(750)는, 뒤쪽 대퇴골 절개부(7)에서와 같이, 대퇴골과 제1 및 제2 뒤쪽 관절구 부분(720, 730) 사이에 위치한다. 실시형태에서, 뒤쪽 균형 유지기 액추에이터(750)는, 제1 뒤쪽 관절구 부분(720)과 뒤쪽 대퇴골 절개부(7) 사이의 액추에이터 및 제2 뒤쪽 관절구 부분(730)과 뒤쪽 대퇴골 절개부(7) 사이의 액추에이터와 같은, 다수의 액추에이터를 포함한다. 예정된 조건에 기반하여 균형이 달성되고 나면, 핀은 뒤쪽 핀 안내부(740)를 통해 원위 대퇴골 절개부(9)에서 대퇴골(8) 내로 삽입된다. 그 후, 뒤쪽 대퇴골 균형 유지기(700)가 제거되고 그리고 절개 블록이 핀을 통하여 대퇴골에 장착된다. 그 후, 뒤쪽 대퇴골 절개는 절개 블록(400)과 같은 절개 블록을 사용하여 조절될 수 있다.
일부 실시형태에서, 뒤쪽 대퇴골 균형 유지기(700)는 어느 뒤쪽 대퇴골 절개가 이루어지기 전에 대퇴골에 장착될 수 있다. 이들 실시형태에서, 제1 및 제2 뒤쪽 관절구 부분(720, 730)은 환자의 무릎의 절개되지 않은 대퇴골 관절구에 맞는 윤곽으로 된다.
균형 유지기 본체(710), 제1 뒤쪽 관절구 부분(720), 제2 뒤쪽 관절구 부분(730), 및 뒤쪽 핀 안내부(740)는 일체 조각으로서 형성될 수 있다. 뒤쪽 대퇴골 균형 유지기(700)의 다양한 컴포넌트는 여기에서 개시된 재료로 형성될 수 있고 그리고 여기에서 개시된 재료 속성 중 어느 것이라도 포함할 수 있다. 뒤쪽 대퇴골 균형 유지기(700)가 무릎 관절의 대퇴골 컴포넌트의 뒤쪽을 균형 유지하는 것과 관련하여 설명되고 있지만, 뒤쪽 대퇴골 균형 유지기(700)는 다른 뼈 컴포넌트의 뒤쪽을 균형 유지하는데 사용될 수 있고 그리고 다른 관절의 균형 유지에 사용될 수 있다.
뒤쪽 대퇴골 균형 유지기(700)는 또한 관절을 균형 유지하도록 사용될 수 있다. 실시형태에서, 방법은 뒤쪽 대퇴골 절개를 하는 단계를 포함한다. 여기에서 설명된 절개 방법 및 도구 중 어느 것이라도 절개를 하는데 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 방법은 절개를 한 후에 삽입물(100)을 제거하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 뒤쪽 대퇴골 절개부 상에 뒤쪽 대퇴골 균형 유지기(700)를 배치하는 단계 및 관절을 신연하도록 뒤쪽 대퇴골 절개를 전개하는 단계를 포함한다. 뒤쪽 대퇴골 균형 유지기(700)를 배치하는 단계는 도면에서 도시된 바와 같이 그리고 여기에서 설명된 바와 같이 뒤쪽 균형 유지기(700)를 위치시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 대퇴골과 같은 뼈에 구멍을 형성하는 단계, 및 도 15 내지 도 16에서 예시된 핀(402)과 같은 핀을 구멍 내에 배치하는 단계를 더 포함한다. 핀 안내부(740)는 구멍을 만들고 핀을 배치하는데 사용될 수 있다. 실시형태에서, 핀을 배치하는 단계는 신연된 디바이스의 저부 부분으로부터 고정 각도에서 그리고 고정 거리에서 핀을 위치시키는 단계를 포함한다. 방법은 또한 절개 블록(400)을 핀에 장착하는 단계 및 뼈에 제2 절개를 하도록 안내 슬롯(410)을 사용하는 단계를 포함할 수 있다.
도 69 내지 도 76은 전체 대퇴골 균형 유지기(800)의 일 실시형태를 예시한다. 전체 대퇴골 균형 유지기(800)는 동시에 대퇴골 컴포넌트 전체의 정렬을 균형 유지하도록 구성된다. 전체 대퇴골 균형 유지기(800)의 형상은 일반적으로는 환자의 대퇴골과 같은 대퇴골(8)의 관절구를 닮도록 구성될 수 있다. 전체 대퇴골 균형 유지기(800)는 원위 단부 주위 앞쪽으로부터 대퇴골의 뒤쪽으로 대퇴골(8)의 단부 주위를 둘러쌀 수 있다. 실시형태에서, 전체 대퇴골 균형 유지기(800)는 대퇴골(8) 주위를 대략 270도 둘러쌀 수 있다.
전체 대퇴골 균형 유지기(800)는 앞쪽 부분(810), 원위 부분(820), 및 뒤쪽 부분(830)을 포함한다. 앞쪽 부분(810)은, 앞쪽 대퇴골 절개부에 인접해서와 같이, 대퇴골(8)의 앞쪽에 인접해 있도록 구성된다. 앞쪽 부분(810)은 챔퍼 절개부 주위에서 원위 부분(820)으로 뻗어 있도록 구성될 수 있다. 앞쪽 부분(810)은 앞쪽 에지(804)를 포함할 수 있다. 앞쪽 부분은 제1 방향으로 앞쪽 에지로부터 뻗어 있고 그리고 제1 방향에 횡으로 제2 방향으로 이행할 수 있다.
원위 부분(820)은 앞쪽 부분(810)으로부터 뻗어 있고 그리고 앞쪽 부분(810)과 뒤쪽 부분(830) 사이에 위치한다. 원위 부분(820)은 앞쪽 부분(810)으로부터 제2 방향으로 뻗어 있을 수 있다. 원위 부분(820)은 2개의 관절구의 형상을 따르도록 뒤쪽 부분(830)에 인접하여 제1 원위 레그(821) 및 제2 원위 레그(822)를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 원위 부분(820)은 2개의 레그로 분리된다. 다른 실시형태에서, 각각의 원위 레그는 앞쪽 부분(810)으로부터 뻗어 있다. 원위 부분(820)은, 원위 대퇴골 절개부에 인접해서와 같이, 대퇴골(8)의 원위 단부에 인접해 있도록 구성된다.
뒤쪽 부분(830)은 원위 부분(820)으로부터 뻗어 있고 그리고 앞쪽 부분(810)과 동일한 일반적 방향으로 뻗어 있을 수 있다. 뒤쪽 부분(830)은 뒤쪽 제1 관절구 부분(831) 및 뒤쪽 제2 관절구 부분(832)을 포함할 수 있다. 뒤쪽 제1 관절구 부분(831)은 원위 부분(820)으로부터 뻗어 있고 그리고 제1 원위 레그(821)로부터 뻗어 있을 수 있다. 뒤쪽 제2 관절구 부분(832)은 원위 부분(820)으로부터 뻗어 있고 그리고 제2 원위 레그(822)로부터 뻗어 있을 수 있다.
전체 대퇴골 균형 유지기(800)는 또한 앞쪽 핀 안내부(815) 및 원위 핀 안내부(825)를 포함할 수 있다. 앞쪽 핀 안내부(815)는 앞쪽 부분(810)에 위치한다. 앞쪽 핀 안내부(815)는 보어(807) 및 플랜지(806)를 포함할 수 있다. 보어(807)는 앞쪽 부분(810)을 통해 뻗어 있고 그리고 플랜지(806)는 보어(807)에 동축으로 앞쪽 부분(810)으로부터 뻗어 나오고 있다. 각각의 앞쪽 핀 안내부(815)는 핀을 수용하고 그리고 핀을 대퇴골(8)의 앞쪽 내로 안내하도록 구성될 수 있다. 그 후, 핀은 전체 대퇴골 균형 유지기(800)가 제거되고 절개 블록이 핀을 통하여 대퇴골에 장착된 후에 대퇴골 절개를 하도록 사용될 수 있다.
원위 핀 안내부(825)는 원위 부분(810)에 위치한다. 원위 핀 안내부(825)는 보어(809) 및 플랜지(808)를 포함할 수 있다. 보어(809)는 원위 부분(820)을 통해 뻗어 있고 그리고 플랜지(808)는 보어(809)에 동축으로 원위 부분(820)으로부터 뻗어 나오고 있다. 각각의 원위 핀 안내부(825)는 핀을 수용하고 그리고 핀을 대퇴골(8)의 원위 단부 내로 안내하도록 구성될 수 있다. 그 후, 핀은 전체 대퇴골 균형 유지기(800)가 제거되고 절개 블록이 핀을 통하여 대퇴골에 장착된 후에 대퇴골 절개를 하도록 사용될 수 있다.
앞쪽 부분(810)은 앞쪽 내측 표면(814) 및 앞쪽 외측 표면(813)을 포함할 수 있다. 앞쪽 내측 표면(814)은 대퇴골(8)의 앞쪽 부분에 인접할 수 있고 그리고 평탄 표면일 수 있다. 앞쪽 내측 표면(814)은 제1 방향으로 뻗어 있을 수 있다. 앞쪽 외측 표면(813)은 대퇴골 컴포넌트의 앞쪽의 일반적 형상을 형성하는 둥근 부분을 포함할 수 있다. 앞쪽 부분(810)은 또한 앞쪽 챔퍼 표면(804)을 포함할 수 있다. 앞쪽 챔퍼 표면은 앞쪽 내측 표면에 인접해 그리고 원위 부분(820)에 인접해 있을 수 있다. 앞쪽 챔퍼 표면(804)은 앞쪽 내측 표면(814)에 대해 45도 각도로 뻗어 있을 수 있다.
원위 부분(820)은 원위 내측 표면(824) 및 원위 외측 표면(823)을 포함할 수 있다. 원위 내측 표면(824)은 평탄 표면일 수 있다. 원위 내측 표면(824)은 앞쪽 내측 표면(814)에 직각일 수 있다. 원위 외측 표면(823)은 대퇴골(8)의 원위 단부의 일반적 형상을 형성하는 둥근 부분을 포함할 수 있고 그리고 대퇴골 컴포넌트의 원위 단부의 형상과 매칭할 수 있다. 제1 및 제2 레그의 각각은 원위 내측 표면(824) 및 원위 외측 표면(823)을 포함할 수 있다.
뒤쪽 부분(830)은 뒤쪽 내측 표면(834) 및 뒤쪽 외측 표면(833)을 포함할 수 있다. 뒤쪽 내측 표면(834)은 평탄 표면일 수 있고 그리고 관절구의 뒤쪽 부분에 인접해 위치할 수 있다. 뒤쪽 내측 표면(834)은 앞쪽 내측 표면(814)에 평행할 수 있다. 뒤쪽 외측 표면(833)은 대퇴골의 뒤쪽 부분의 일반적 형상을 포함할 수 있고 그리고 대퇴골 컴포넌트의 뒤쪽의 형상과 매칭할 수 있다. 뒤쪽 관절구 부분의 각각은 뒤쪽 내측 표면(834) 및 뒤쪽 외측 표면(833)을 포함할 수 있다. 뒤쪽 부분(830)은 또한 뒤쪽 챔퍼 표면(803)을 포함할 수 있다. 뒤쪽 챔퍼 표면(824)은 원위 내측 표면(824)으로부터 뒤쪽 내측 표면(834)으로까지 뻗어 있을 수 있다. 뒤쪽 챔퍼 표면(803)은 뒤쪽 내측 표면(834) 및 원위 내측 표면(824)에 대해 45도로 비스듬할 수 있다.
전체 대퇴골 균형 유지기(800)의 각각의 내측 표면은 대퇴골 절개부 또는 챔퍼에 평행할 수 있다.
앞쪽 부분(810), 원위 부분(820), 뒤쪽 부분(830), 앞쪽 핀 안내부(815), 및 원위 핀 안내부(825)는 일체 조각의 재료로서 형성될 수 있다. 전체 대퇴골 균형 유지기(800)의 다양한 컴포넌트는 여기에서 개시된 재료로 형성될 수 있고 그리고 여기에서 개시된 재료 속성 중 어느 것이라도 포함할 수 있다.
도 75를 참조하면, 전체 대퇴골 균형 유지기(800)는 또한 앞쪽 액추에이터(818), 원위 액추에이터(828), 및 뒤쪽 액추에이터(838)를 포함할 수 있다. 앞쪽 액추에이터(818)는 앞쪽 내측 표면(814)에 인접할 수 있고 그것에 이어져 있을 수 있다. 앞쪽 액추에이터(818)는 앞쪽 부분(810)과 대퇴골(8)의 앞쪽 사이에 위치한다. 일부 실시형태에서, 앞쪽 액추에이터는 다수의 액추에이터를 포함한다.
원위 액추에이터(828)는 원위 내측 표면(824)에 인접할 수 있고 그것에 이어져 있을 수 있다. 원위 액추에이터(828)는 원위 부분(820)과 대퇴골(8)의 원위 단부 사이에 위치한다. 일부 실시형태에서, 원위 액추에이터(828)는, 대퇴골(8)의 원위 단부와 각각의 레그 사이의 액추에이터와 같은, 다수의 액추에이터를 포함한다.
뒤쪽 액추에이터(838)는 뒤쪽 내측 표면(834)에 인접할 수 있고 그것에 이어져 있을 수 있다. 뒤쪽 액추에이터(838)는 뒤쪽 부분(830)과 대퇴골(8)의 뒤쪽 사이에 위치한다. 일부 실시형태에서, 뒤쪽 액추에이터(838)는 각각의 뒤쪽 관절구 부분 사이의 액추에이터와 같은, 다수의 액추에이터를 포함한다.
액추에이터는 대퇴골 컴포넌트 전체의 정렬을 균형 유지할 수 있다. 전체 대퇴골 균형 유지기의 예정된 조건이 액추에이터로 달성된 후에, 핀은 원위 핀 안내부(825) 및 앞쪽 핀 안내부(815)를 통해 대퇴골(8) 내에 배치된다. 일부 실시형태에서, 전체 대퇴골 균형 유지기(800)는, 챔퍼 절개부(5)에 인접하여 위치하도록 구성되는 액추에이터와 같은, 다른 액추에이터를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 전체 대퇴골 균형 유지기는 절개 기구를 위한 절개 안내부로서 역할을 할 수 있는, 슬롯과 같은, 하나 이상의 칼날 안내 특징부를 포함할 수 있다.
도 77 내지 도 80은 도 69 내지 도 76의 전체 대퇴골 균형 유지기(800)의 대체 실시형태를 예시한다. 예시된 실시형태에서, 앞쪽 부분(810)은 단부 부분(855) 및 중간 부분(850)을 포함한다. 상위 부분(855)은 대퇴골 컴포넌트의 앞쪽에 위치하도록 구성된다. 중간 부분(850)은 상위 부분(855)과 원위 부분(820) 간 이행하도록 구성된다. 중간 부분(850)은 챔퍼 절개부(5)에 인접해 있을 수 있다.
전체 대퇴골 균형 유지기(800)는 제1 이행 부분(812) 및 제2 이행 부분(832)을 포함할 수 있다. 단부 부분(855)은 제1 이행 부분(812)에 의해 중간 부분(850)에 이어져 있을 수 있고 그리고 중간 부분(850)은 제2 이행 부분(832)에 의해 원위 부분(820)에 이어져 있을 수 있다. 예시된 실시형태에서, 앞쪽 부분(810), 원위 부분(820), 및 뒤쪽 부분(830)은 일체 조각이다. 다른 실시형태에서, 상위 부분(855)과 중간 부분(850)은 별개 조각이고, 그리고 원위 부분(820)과 뒤쪽 부분(830)은 별개 조각이며 조각들은 함께 링크되어 있다. 제1 이행 부분(812)은 단부 부분(855)과 중간 부분(850)을 함께 잇는 링크를 포함할 수 있다. 제2 이행 부분(832)은 중간 부분(850)을 원위 부분(820)에 잇는 링크를 포함할 수 있다. 원위 부분(820)과 뒤쪽 부분은 별개 조각일 수 있다. 일부 실시형태에서, 제1 원위 레그(821)와 뒤쪽 제1 관절구 부분(931)은 하나의 조각을 형성하고 그리고 제2 원위 레그(822)와 뒤쪽 제2 관절구 부분(832)은 다른 조각을 형성한다.
전체 대퇴골 균형 유지기는 앞쪽 조절 디바이스(817) 및 원위 조절 디바이스(827)를 포함한다. 앞쪽 조절 디바이스(817) 및 원위 조절 디바이스(827)는, 특히, 노브, 나사, 슬라이더, 휠, 팽창식 디바이스, 또는 팽창 메커니즘일 수 있다. 앞쪽 조절 디바이스(817) 및 원위 조절 디바이스(827)는 수동으로 조절가능할 수 있거나 또는 액추에이션을 통해 조절가능할 수 있다. 앞쪽 조절 디바이스(817)는, 제1 이행 부분(812)에서 단부 부분(855)과 중간 부분(850) 사이에와 같이, 앞쪽 부분(810)에 부착될 수 있다. 앞쪽 조절 디바이스(817)는 전체 대퇴골 균형 유지기(800)와 대퇴골(800) 간 각도를 조절하도록 구성되고 그리고 특히 대퇴골 절개부에 대해 앞쪽 부분(810)을 조절하도록 구성될 수 있다.
원위 조절 디바이스(827)는 제2 이행 부분(832)에서 원위 부분(820)과 중간 부분(850) 사이에 부착될 수 있다. 원위 조절 디바이스(827)는 전체 대퇴골 균형 유지기(800)와 대퇴골(800) 간 각도를 조절하도록 구성되고 그리고 특히 대퇴골 절개부에 대해 중간 부분(850), 원위 부분(820), 및 뒤쪽 부분(830)을 조절하도록 구성될 수 있다.
전체 대퇴골 균형 유지기(800)는 또한 앞쪽 부분(810) 상에 장착된 앞쪽 센서(816) 및 원위 부분(820) 상에 장착된 원위 센서(826)를 포함할 수 있다. 예시된 실시형태에서, 원위 센서(826)는 대퇴골(8)의 원위 단부에 인접하여 위치하도록 구성된다. 앞쪽 센서(816) 및 원위 센서(826)는, 전체 대퇴골 균형 유지기(800)와, 경골(10), 대퇴골(8), 또는 슬개골과 같은, 인접하는 뼈 구조(들) 간 각도를 결정하도록 하나 이상의 뼈 각도 센서(들)(840)와 함께 사용될 수 있다. 앞쪽 조절 디바이스(817) 및 원위 조절 디바이스(827)는, 그 후, 각도가 균형 유지된 조건을 나타내는 예정된 값 내에 들 때까지 전체 대퇴골 균형 유지기를 조절하도록 사용될 수 있다.
전체 대퇴골 균형 유지기(800)는 또한 단부 부분(855)과 중간 부분(850) 사이의 제1 이행 부분(812)에 인접하여, 그리고 중간 부분(850)과 원위 부분(820) 사이의 제2 이행 부분(832)에 인접하여 위치하는 여러 경감 슬롯(805)을 포함할 수 있다. 경감 슬롯(805)은 전체 대퇴골 균형 유지기(800)의 강성을 줄일 수 있고 그리고 원위 부분(820)에 대한 앞쪽 조절 디바이스(817)의 효과 및 앞쪽 부분(810)에 대한 원위 조절 디바이스(827)의 효과를 줄일 수 있다. 도 77 내지 도 80에서 예시된 실시형태는 또한 앞쪽 액추에이터(818), 원위 액추에이터(828), 및 뒤쪽 액추에이터(838)를 포함할 수 있다. 실시형태에서, 액추에이터는 전체 대퇴골 균형 유지기(800)의 초기 균형을 획득하도록 사용된다. 그 후, 조절 디바이스는 전체 대퇴골 균형 유지기(800)의 균형을 정제하기 위해 앞쪽 부분(810), 원위 부분(820), 및 뒤쪽 부분(830)의 상대적 위치를 조절하도록 각도 센서와 함께 사용될 수 있다. 전체 대퇴골 균형 유지기(800)가 무릎 관절을 균형 유지하는 것과 함께 설명되고 있지만, 전체 대퇴골 균형 유지기(800)는 다른 뼈 구조의 그리고 다른 관절의 균형 유지에 사용될 수 있다.
전체 대퇴골 균형 유지기(800)는 또한 관절을 균형 유지하도록 사용될 수 있다. 실시형태에서, 방법은 전체 대퇴골 균형 유지기(800)를 대퇴골 컴포넌트 위에 배치하는 단계를 포함한다. 전체 대퇴골 균형 유지기(800)를 배치하는 단계는 도면에서 도시되고 여기에서 설명된 바와 같이 전체 대퇴골 균형 유지기(800)를 위치시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한, 대퇴골 컴포넌트에 앞쪽, 원위 및 뒤쪽 절개를 수행하는 것과 같이, 뼈를 절개하는 단계를 포함한다. 절개는 전체 대퇴골 균형 유지기(800)를 대퇴골 컴포넌트 위에 배치하는 단계 전에 또는 후에 이루어질 수 있다. 방법은 또한 관절을 신연하도록 전체 대퇴골 균형 유지기(800)를 전개하는 단계를 포함한다.
방법은 또한 대퇴골 내에와 같이 뼈에 구멍을 형성하는 단계, 및 도 15 내지 도 16에서 예시된 핀과 같은 핀을 구멍 내에 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 핀 안내부(815, 825)는 구멍을 만들고 핀을 배치하는데 사용될 수 있다. 하나 이상의 구멍 세트가 형성될 수 있고 그리고 하나 이상의 핀 세트가 구멍에 배치될 수 있다. 실시형태에서, 핀을 배치하는 단계는 신연된 디바이스의 예정된 부분으로부터 고정 각도에서 그리고 고정 거리에서 핀을 위치시키는 단계를 포함한다. 방법은 또한 절개 블록(400)을 핀들에 또는 하나의 핀 세트에 장착하는 단계 및 뼈에 절개를 하도록 안내 슬롯(410)을 사용하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한 제2 절개 블록(400)을 다른 핀 세트에 장착하는 단계 및 뼈에 다른 절개를 하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 방법은, 앞쪽 부분(810) 또는 원위 부분(820)과 같은, 전체 대퇴골 균형 유지기의 일부 또는 전부의 상대 각도 및 위치를 조절하는 단계를 포함한다. 전체 대퇴골 균형 유지기의 일부 또는 전부의 상대 각도 및 위치를 조절하는 단계는 앞쪽 조절 디바이스 및/또는 원위 조절 디바이스(827)를 수동으로 조절하거나 액추에이팅하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 방법은 또한 대퇴골(8)과 같은 뼈에 대해 전체 대퇴골 균형 유지기(800)의 일부 또는 전부의 각도를 측정하는 단계를 포함한다. 뼈에 대해 전체 대퇴골 균형 유지기의 일부 또는 전부의 각도를 측정하는 단계는 앞쪽 센서(816)와 뼈 센서(840) 간 상대 각도를 측정하는 단계 및 원위 센서(826)와 뼈 센서(840) 간 상대 각도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 뒤쪽 부분(830) 상에 위치하는 센서와 같은 다른 센서가 또한 사용될 수 있다. 방법은 뼈 센서(840)를 뼈에 부착하는 단계를 포함할 수 있다. 전체 대퇴골 균형 유지기의 상대 각도 및 위치를 조절하는 단계는 절개를 하는 단계 이전에 수행될 수 있다.
당업자는 여기에서 개시된 실시형태와 연관하여 설명된 다양한 예시적 논리 블록, 모듈, 및 알고리즘 단계가 전자적 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 양자의 조합으로서 구현될 수 있음을 인식할 것이다. 하드웨어와 소프트웨어의 이러한 호환성을 명확히 예시하기 위해, 다양한 예시적 컴포넌트, 블록, 모듈 및 단계가 일반적으로 그들 기능성의 관점에서 위에 설명되었다. 그러한 기능성이 하드웨어로서 구현되는지 또는 소프트웨어로서 구현되는지는 전반적 시스템에 부과된 설계 제약에 종속한다. 당업자는 설명된 기능성을 각각의 특정 응용을 위한 가지각색의 방식으로 구현할 수 있지만, 그러한 구현 결정은 본 발명의 범위로부터의 벗어남을 야기하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 부가적으로, 모듈, 블록 또는 단계 내 기능의 그룹화는 설명의 용이함을 위한 것이다. 특정 기능 또는 단계는 본 발명으로부터 벗어남이 없이 하나의 모듈 또는 블록으로부터 이동될 수 있다.
여기에서 개시된 실시형태와 연관하여 설명된 다양한 예시적 논리 블록 및 모듈은 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 주문형 반도체(ASIC), 필드 프로그래밍 가능한 게이트 어레이(FPGA) 또는 다른 프로그래밍 가능한 논리 디바이스, 개별 게이트 또는 트랜지스터 로직, 개별 하드웨어 컴포넌트, 또는 여기에서 설명된 기능을 수행하도록 설계된 그 어느 조합으로라도 구현 또는 수행될 수 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서일 수 있지만, 대안으로, 프로세서는 어느 프로세서, 컨트롤러, 마이크로컨트롤러, 또는 상태 기계라도 될 수 있다. 또한, 프로세서는 컴퓨팅 디바이스의 조합으로서, 예컨대, DSP와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서, DSP 코어와 함께 하나 이상의 마이크로프로세서, 또는 어느 다른 그러한 구성으로서라도 구현될 수 있다.
여기에서 개시된 실시형태와 연관하여 설명된 알고리즘 또는 방법의 단계는 직접 하드웨어로, (예컨대, 컴퓨터의) 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로, 또는 그 2개의 조합으로 구체화될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈식 디스크, CD-ROM, 또는 어느 다른 형태의 저장 매체에라도 상주할 수 있다. 일례의 저장 매체는 프로세서가 저장 매체에 정보를 기록하고 그로부터 정보를 판독할 수 있게 되도록 프로세서에 결합될 수 있다. 대안으로, 저장 매체는 프로세서에 일체일 수 있다. 프로세서 및 저장 매체는 ASIC에 상주할 수 있다.
다양한 실시형태가 위에서 설명되었지만, 그것들은 제한으로서가 아니라 단지 예로서 제시되었을 뿐임을 이해해야 한다. 그리하여, 범위 및 폭은 위에서 설명된 예시적 실시형태 중 어느 것에 의해서도 한정되어서는 안 된다. 본 문서가 당업자에게 알려져 있거나 분명할 기술을 지칭하는 경우에, 그러한 기술은 지금 또는 장래 어느 때에 당업자에게 알려져 있거나 분명한 것들을 망라한다. 부가적으로, 설명된 실시형태는 예시된 예시적 아키텍처 또는 구성으로 제한되지 않고 소망 특징은 다양한 대안의 아키텍처 및 구성을 사용하여 구현될 수 있다. 본 문서를 읽은 후에 당업자에게는 분명하게 될 바와 같이, 예시된 실시형태 및 그들 다양한 대안은 예시된 예로 국한됨이 없이 구현될 수 있다. 당업자는 또한 대안의 기능적, 논리적 또는 물리적 파티셔닝 및 구성이 설명된 실시형태의 소망 특징을 구현하도록 어떻게 이용될 수 있는지 이해할 것이다. 그리하여, 본 개시가, 설명의 편의를 위해, 무릎 관절을 균형 유지하기 위한 삽입물을 묘사 및 설명하고 있기는 하지만, 본 개시에 따른 삽입물은 다양한 다른 구성으로 구현될 수 있고 그리고 엉덩이, 어깨, 발목, 팔꿈치, 및 척추 관절과 같은 다양한 다른 유형의 관절을 균형 유지하는데 사용될 수 있음을 인식할 것이다.
더욱, 항목, 요소 또는 컴포넌트가 단수로 설명 또는 청구될 수 있기는 하지만, 단수로의 제한이 명시적으로 서술되지 않는 한 그 범위 내에는 복수가 있는 것으로 생각된다. 일부 사례에서 "하나 이상", "적어도 하나", "국한되지는 않지만" 등의 구절과 같은 넓어지는 단어 및 구절의 존재는 그러한 넓어지는 구절이 부재할 수 있는 사례에서 더 좁은 경우가 의도 또는 요구됨을 의미하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

Claims (20)

  1. 관절의 수복 동안 관절을 균형 유지하기 위한 삽입물로서,
    관절의 뼈 구조와 인터페이싱하도록 구성된 제1 플레이트;
    상기 제1 플레이트와 탄성 결합하는 제2 플레이트로서,
    상기 관절의 마주하는 뼈 구조와 인터페이싱하도록 구성되고 그리고 상기 제1 플레이트로부터 이격된 플레이트 부분,
    상기 플레이트 부분으로부터 뻗어 상기 제1 플레이트의 주변 너머로 돌출하는 이행 부분(transition portion), 및
    상기 제1 플레이트의 방향으로 상기 플레이트 부분에 대해 횡방향으로 상기 이행 부분으로부터 뻗어 있는 장착 부분을 포함하는, 상기 제2 플레이트;
    상기 장착 부분을 통해서 뻗는 보어(bore)를 포함하는 장착 안내부; 및
    상기 제1 플레이트와 상기 플레이트 부분 사이에 위치되고 상기 제1 플레이트에 그리고 상기 플레이트 부분에 힘을 인가하도록 구성된 액추에이터를 포함하는, 삽입물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 플레이트와 상기 플레이트 부분 간의 공간적 관계를 결정하기 위한 복수의 센서를 더 포함하는, 삽입물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 플레이트는 상기 관절의 수복 동안 대퇴골과 접촉하도록 구성된 상부 플레이트이고, 그리고 상기 제2 플레이트는 저부 플레이트이되 상기 플레이트 부분은 상기 관절의 수복 동안 경골과 접촉하도록 구성되고 그리고 상기 장착 부분은 상기 상부 플레이트 너머로 위로 뻗어 있는, 삽입물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 액추에이터는 팽창식 재료(inflatable material)로 제작된 벨로우즈(bellows)를 포함하는 공기압 액추에이터이고, 상기 벨로우즈는 팽창하고 상기 제1 플레이트에 그리고 상기 플레이트 부분에 힘을 공기압식으로 인가하도록 구성된, 삽입물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 장착 안내부는 상기 장착 부분으로부터 돌출하는 플랜지를 포함하는, 삽입물.
  6. 관절의 수복 동안 관절을 균형 유지하기 위한 삽입물로서,
    관절의 뼈 구조와 인터페이싱하도록 구성된 상부 플레이트;
    저부 플레이트로서,
    상기 관절의 마주하는 뼈 구조와 인터페이싱하도록 구성되고 그리고 상기 상부 플레이트로부터 이격된 저부 부분,
    상기 저부 부분으로부터 상기 저부 부분의 일반적 방향으로 뻗어 있는 저부 이행 부분, 및
    상기 저부 이행 부분으로부터 상기 상부 플레이트를 향하여 그리고 상기 상부 플레이트를 넘어서 뻗어 있는 저부 장착 부분을 포함하는, 상기 저부 플레이트;
    상기 저부 장착 부분을 통해서 뻗는 보어를 포함하는 장착 안내부; 및
    상기 상부 플레이트와 상기 저부 부분 사이에 위치된 공기압 액추에이터로서, 상기 공기압 액추에이터는 팽창식 재료로 제작된 벨로우즈를 포함하되, 상기 벨로우즈는 팽창하고 상기 상부 플레이트에 그리고 상기 저부 부분에 힘을 공기압식으로 인가하도록 구성된, 상기 공기압 액추에이터
    를 포함하는, 삽입물.
  7. 제6항에 있어서, 상기 상부 플레이트와 상기 저부 부분 간의 공간적 관계를 결정하기 위한 복수의 센서를 더 포함하는, 삽입물.
  8. 제6항에 있어서, 상기 장착 안내부는 상기 저부 장착 부분으로부터 돌출하는 플랜지를 포함하고, 상기 삽입물은 안내 핀의 배치를 조절하기 위하여 상기 저부 장착 부분에 부착된 조절 디바이스를 더 포함하는, 삽입물.
  9. 제6항의 삽입물을 포함하는 관절의 수복 동안 관절을 균형 유지하기 위한 관절 균형 유지 시스템으로서,
    상기 관절의 수복 동안 경골에 부착시키기 위한 제1 뼈 각도 센서;
    상기 관절의 수복 동안 대퇴골에 부착시키기 위한 제2 뼈 각도 센서; 및
    상기 삽입물에 결합된 삽입물 각도 센서
    를 포함하는, 관절 균형 유지 시스템.
  10. 관절의 수복 동안 관절을 균형 유지하기 위한 삽입물로서,
    관절의 뼈 구조와 인터페이싱하도록 구성된 상부 플레이트;
    저부 플레이트로서,
    상기 관절의 마주하는 뼈 구조와 인터페이싱하도록 구성되고 그리고 상기 상부 플레이트로부터 이격된 저부 부분,
    상기 저부 부분으로부터 상기 저부 부분의 일반적 방향으로 뻗어 있는 저부 이행 부분, 및
    상기 저부 이행 부분으로부터 상기 상부 플레이트를 향하여 그리고 그리고 상기 상부 플레이트를 넘어서 뻗어 있는 저부 장착 부분을 포함하는, 상기 저부 플레이트;
    상기 저부 장착 부분을 통해서 뻗는 보어를 포함하는 장착 안내부; 및
    상기 상부 플레이트와 상기 저부 부분 사이에 위치되어, 상기 상부 플레이트에 그리고 상기 저부 부분에 힘을 분배하도록 구성된 액추에이터를 포함하되,
    상기 저부 이행 부분은 상기 저부 부분으로부터 뻗어 있는 제1 이행 레그 및 상기 저부 부분으로부터 뻗어 있는 제2 이행 레그를 포함하고;
    상기 저부 장착 부분은,
    상기 제1 이행 레그로부터 위쪽으로 뻗어 있는 제1 레그,
    상기 제2 이행 레그로부터 위쪽으로 뻗어 있고 그리고 상기 저부 장착 부분의 원위 단부에서 상기 제1 레그에 이어져 있는 제2 레그,
    상기 제1 레그로부터 돌출하는 제1 장착 부분, 및
    상기 제2 레그로부터 돌출하는 제2 장착 부분
    을 더 포함하는, 삽입물.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 레그는 상기 제2 레그보다 더 뻗어 있는, 삽입물.
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