KR20120028889A

KR20120028889A - 로봇 아암

Info

Publication number: KR20120028889A
Application number: KR1020117028175A
Authority: KR
Inventors: 제프리 더블유. 마스트; 랄프 에프. 주니어 폴리메니; 존 에스. 사전트
Original assignee: 신세스 게엠바하
Priority date: 2009-05-27
Filing date: 2010-05-27
Publication date: 2012-03-23
Also published as: WO2010138715A1; US8425519B2; RU2011153373A; JP5667175B2; BRPI1013255A2; CN102802552A; KR101661318B1; EP2434976B1; US9161800B2; CO6480916A2; US20130218216A1; US20100312291A1; JP2012527976A; CA2763480A1; CN102802552B; EP2434976A1; RU2541754C2; CA2763480C

Abstract

뼈 골절 치료 장치(102)는 각각 근위단으로부터 원위단까지 연장하고, 3차원 공간에서 이동 가능하며 각각의 근위단이 프레임에 연결된 다수의 아암들(arms)(108); 각각 아암들의 상응하는 어느 하나의 원위단에 연결되고, 각각의 아암들이 상응하는 뼈 조각에 연결될 수 있도록 상응하는 뼈 조각에 고정되는 뼈 고정 요소를 고정되게 수납하는 다수의 커플링들; 프레임에 대해 아암들의 각각을 이동시키기 위해 아암들에 모션(motion)을 제공하는 미케니컬 유니트; 및 서로에 대한 뼈 조각들의 필요한 최종 위치에 상응하는 데이터를 수신하고, 서로에 대한 뼈 조각들의 필요한 최종 위치를 얻기 위해 서로에 대해 아암들을 이동시키기 위해 미케니컬 유니트를 제어하는 제어기를 구비한다.

Description

로봇 아암{robotic arms}

우선권

본 발명은 인용에 의해 그 전체 내용이 본 명세서에 합체되는, 2009.5.27.자로 출원된 미국 가출원 번호 제61/181,505호의 '로봇 아암'의 우선권을 주장한다.

본 발명은 골절 치료용 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게, 뼈의 골절된 부분들을 정복 및/또는 유지시키기 위한 장치에 관한 것이다.

뼈의 골절은 뼈의 골절된 부분들의 변위 때문에 치료하기 어려울 수 있다. 뼈는 뼈를 변위시키고 뼈를 각지게 하는 경향이 있고 골절된 부분들을 정 위치로부터 이동시키게 하는 근육, 인대, 힘줄과 같은 부착물들을 가진다. 따라서, 골절된 부분들은 정복을 위해 재정렬되어야 한다. 재정열은 힘의 적용에 의해 변위와 각도 형성의 견인과 정정을 필요로 할 수 있다. 예를 들어, 외과의사 또는 다른 의료 전문가는 뼈를 견인하기 위해 환자의 발 또는 다리를 물리적으로 당길 수 있다. 적절한 정복이 얻어지면, 뼈의 골절된 부분들은 재-변위를 방지하기 위한 고정 힘이 작용할 때까지 정 위치에 유지되어야만 한다. 그러나, 뼈의 변위를 교정하는데 필요한 힘과 방향의 적용은 달성하고 유지하기가 어려울 수 있다. 현재의 방법들은 그러한 과정의 힘, 방향 및 속도의 측정 및 제어를 허용하지 않는다.

본 발명은 뼈의 변위를 고정하는 과정에서 발생되는 힘, 방향 및 속도의 측정 및 제어가 가능한 로봇 아암 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 뼈의 골절 치료용 장치에 관한 것으로서, 각각 근위단으로부터 원위단까지 연장하고 3차원 공간에서 이동 가능한 다수의 아암들을 구비하고, 각각의 아암의 근위단은 프레임과 다수의 커플링들에 연결되어 있고, 커플링들의 각각은 다수의 아암들의 각각의 원위단에 연결되어 있고, 프레임과 컨트롤러에 대한 아암들 각각의 모션을 공급하고 서로에 대한 뼈 조각들의 위치에 상응하는 데이터를 수신하고 서로에 대한 뼈 조각들의 필요한 최종 위치를 얻기 위해 서로에 대해 아암들을 이동시키는 모션을 제어하는 기계적 유니트와 결합하여, 아암들의 각각이 상응하는 뼈의 조각에 연결되도록, 커플링은 상응하는 뼈 조각에 고정된 뼈 고정 요소를 고정되게 수납한다.

본 발명은 로봇 아암 장치를 이용함으로써, 뼈의 변위를 고정하는 과정에서 발생되는 힘, 방향 및 속도의 측정 및 제어가 가능하다.

도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 시스템의 개략적 도면이다.
도 2는 도 1의 시스템의 로봇 장치의 사시도이다.
도 3은 제1 구성에서, 도 1의 로봇 장치의 손목 부분의 사시도이다.
도 4는 제2 구성에서, 도 3의 손목 부분의 사시도이다.
도 5는 도 3의 손목 부분의 원위단의 확대 사시도이다.
도 6은 도 3의 손목 부분의 실린더 조립체를 도시한다.
도 7은 도 1의 시스템의 유압 유니트의 개략적도이다.
도 8은 도 7의 유압 유니트의 대안적 실시예의 개략적도이다.
도 9는 컨넥터들이 뼈 조각들에 연결된 도 2의 로봇 장치의 사시도이다.
도 10은 뼈의 골절된 부분 속으로 삽입된 컨넥터에 연결된, 도 2의 로봇 장치의 사시도이다.
도 11은 뼈의 정복을 위해 뼈의 골절된 부분을 이동시키는, 도 2의 로봇 장치의 사시도이다.
도 12는 뼈의 골절된 부분이 재위치된, 도 2의 로봇 장치의 사시도이다.
도 13은 고정을 위해 재위치된 뼈 조각들을 유지하는, 도 2의 로봇 장치의 사시도이다.

본 발명은 이어지는 상세한 설명과 첨부된 도면들을 참조할 때 더 잘 이해될 것이며, 동일한 구성요소들은 동일한 참조부호를 부여하였다. 본 발명은 골절 치료용 장치에 관한 것으로서, 특히, 뼈의 골절된 부분을 정복 및/또는 유지하는 장치에 관한 것이다. 본 발명의 예시적 실시예들은 고정을 위해 뼈의 골절 부분들을 정복하는 모든 필요한 축들을 통해 뼈를 이동시키기 위해 골절된 뼈에 연결될 수 있는 로봇 아암들을 구비하는 장치를 제공한다.

도 1 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 시스템(100)은 뼈(120)의 골절 부분들을 필요한 공간적 관계로 서로에 대해 이동시키기 위한 로봇 장치(102)를 구비한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 로봇 장치(102)는 예를 들어, 유압 유니트(112)와 같은 유체 가압/압축 유니트에 의해 제공되는 유압 힘들을 통해 다수의 아암들(108)의 운동을 제어하기 위해 유저 인터페이스(106)로부터 입력을 처리하는 제어 모듈(110)을 더 구비할 수 있다. 대안적으로, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 아암들(108)은 그 어떤 알려진 기어 기구를 통해 거기에 연결된 하나 또는 그 이상의 서보 모터들(미도시)에 의해 움직일 수 있다. 아암들(108)의 각각은 뼈(120)의 골절 부분들의 위치들이 필요한 만큼 정확히 모니터링 되어 정 위치될 수 있도록 아암(108)의 위치를 정확히 결정할 수 있는 엔코더(116)가 설비될 수 있다.

파워 소스(104)는 수술실에서 얻을 수 있는 그 어떤 파워 소스일 수 있다. 예를 들어, 파워 소스(104)는 로봇 장치(102)를 통해 유압 유체를 이동시키는 유압 유니트(112)를 작동시키는데 사용될 수 있다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 유압 유체는 예를 들어, 광유(mineral oil) 또는 염분과 같이, 그 모든 적합한 비압축성 유체일 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 시스템(100)은 유체 또는 공압 시스템(100)을 위해 압축성 유체를 사용할 수도 있다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 아암들(108)의 이동을 위한 지령들은 유저 인터페이스(106)를 통해 입력될 수 있고, 사용자에 의해 표시되는 필요한 모션(motion)을 얻는데 필요한 방식으로 유압 유니트(112)를 제어하는 제어 모듈(110)에 의해 처리될 수 있다. 유저 인터페이스(106)는 로봇 장치(102)를 작동시키고 아암들(108)의 운동을 지령하기 위한 간단한 스위치 및/또는 조이스틱 장비일 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 그러나, 유저 인터페이스(106)는 아암들(108)의 각각을 위한 모션의 방향을 입력하는데 사용될 수 있거나 하나 또는 그 이상의 아암들의 이동 속도를 사용자가 특정할 수 있는 개인용 컴퓨터 또는 다른 프로세싱 장비일 수도 있다. 예를 들어, 사용자는 뼈(120)의 부분들이 움직일 필요가 있는 뼈(120)의 부분들에 대한 버텍스(vertex) 점들과 부가적인 표적 점들을 할당할 수도 있다.

다른 실시예에 따르면, 또한 시스템(100)은 골절 부분들이 영상 장치의 스크린에 표시되도록 뼈(120)의 다양한 조각들을 보여줄 수 있는 영상 장치(114)를 포함할 수도 있다. 사용자가 유저 인터페이스(106)를 통해 최종적으로 필요한 공간적 관계를 입력할 수 있도록, 시스템(100)은 서로에 대한 뼈 조각들 각각의 위치를 결정할 수 있다. 뼈 조각들의 각각의 위치는 컨넥터들(122)을 통해 뼈 조각들에 연결된, 아암들(108)의 엔코더(116)에 의해 결정될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 아암들(108)이 뼈(120)의 골절 부분들 속으로 삽입된 컨넥터들(122)에 연결될 수 있도록, 로봇 장치(102)는 수술대(118)에 장착될 수 있다. 대안적으로, 로봇 장치(102)는 수술대(118)를 따라 위치가 이동될 수 있는 분리된 수술대에 장착될 수도 있다. 아암들(108)의 각각이 수술대(118)를 따라 길이방향으로 움직이는 길이방향 요소(109)를 따라 슬라이딩 될 수 있도록, 아암들(108)은 길이방향 요소(109)를 통해 수술대(118)의 측면에 장착될 수도 있다. 길이방향 요소(119)는 예를 들어, 회전을 통해 수술대(118)에 대해 이동될 수도 있다. 비록, 도면들이 2개의 아암들(108)을 포함하는 로봇 장치(102)를 도시하고 있지만, 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 로봇 장치(102)는 그 어떤 수의 아암들(108)도 포함할 수 있다.

아암들(108)은 서로에 대한 아암들(108)의 그 어떤 필요한 위치 확보를 허용하는 6개의 방향 및 6개의 각도로 3차원 공간을 통해 이동할 수 있도록 설계된다. 6개의 방향으로 움직이기 위해, 아암들(108)의 각각은 서로 회전 가능하게 연결된 제1 부분(140)과 제2 부분(142)을 구비한다. 제1 부분(140)은 제1 끝단(144)으로부터 제2 끝단(146)까지 연장하고, 제2 부분(142)은 제1 끝단(148)으로부터 제2 끝단(150)까지 연장한다. 제1 부분(140)의 제2 끝단(146)은 예를 들어, 핀(미도시)을 통해 제2 부분(146)의 제1 끝단(148)에 회전 가능하게 연결됨으로써 제1 부분(140)과 제2 부분(142)은 핀에 대해 서로에 대해 회전 가능하다. 아암(108)의 제1 부분(140)과 제2 부분(142)의 회전 가능한 연결은 인간의 팔꿈치와 유사한 기능을 할 수 있다는 것은 당업자가 충분히 이해할 것이다. 부가적으로, 아암들(108)의 각각의 제2 부분(144)의 제2 끝단(150)은 길이방향 요소(109)에 슬라이딩 가능하게 연결될 수 있으므로, 제2 부분(144) 역시 길이방향 요소(109)에 대해 회전 가능하고, 수술대(108)에 대한 아암들(108)의 이동을 허용한다. 따라서, 길이방향 요소(109)와 함께 아암들(108)은 6개의 변위들(예, 전방-후방, 안쪽-측면, 및 단축-확장)을 수정하기 위해 3차원 공간에서의 아암들(108)의 운동을 허용할 수 있음을 당업자는 이해할 것이다.

아암(108)의 제1 부분(140)은, 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 인간의 손목과 유사한 기능을 하게 될, 손목 부분(152)을 더 포함할 수 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 손목 부분(152)은 컨넥터(122)에 연결하기 위해 엔드 이펙터(end effector)(도 9 내지 도 13 참조)에 결합될 수도 있는, 스핀들(189)을 지지 및 위치시키는 플레이트(154)를 포함한다. 엔드 이펙터(136)는 컨넥터들(122)를 고정되게 파지할 수 있도록 설계된 예를 들어, 콜릿(collet), 척(chuck) 또는 조(jaw)일 수 있다. 플레이트(154)는 엔드 이펙터(136)의 필요한 각도를 제공하기 위해 플레이트(154)와 엔드 이펙터(136)의 운동을 제어하는 다수의 실린더들(164)에 부착된다. 플레이트(154)는 예를 들어, 섬유, 케이블 또는 조인트 조립체를 가진 샤프트를 통해 실린더(164)에 부착될 수 있다. 플레이트(154)는 원위면(156)과 근위면(158)을 포함하고, 스핀들(189)은 원위면(156)에 연결되어 있는 한편 실린더들(164)은 근위면(154)에 부착된다. 샤프트(160)는 플레이트(154)에 연결되어 스핀들(189)을 위한 축방향 지지력을 제공한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 샤프트(160)는 플레이트(154)의 상응하는 공간(164)에서 근위면(158)을 통해 수납된 피벗(162)을 경유하여 플레이트(154)에 연결될 수 있다. 회동 가능한 커플링은 플레이트(154)가 피벗(162)에 대한 각도 형성과 회전을 허용하고, 스핀들(189) 및 따라서 엔드 이펙터(136)의 각도 형성의 이동을 허용한다. 바람직한 실시예에 있어서, 플레이트(154)가 그 어떤 필요한 각도를 형성할 수 있도록, 피벗(162)은 구형일 것이다. 실린더들(164)은 피벗(162)에 대한 플레이트(154)의 각도 형성을 위해 유압력을 제공하고, 엔드 이펙터(136)의 각도 형성을 허용하여 3차원 평면에서의 각도(내측-측방 각도, 전방-후방 각도, 내측 및 외측 방사상 각도) 변형을 수정한다.

또한, 플레이트(154)는 실린더들(164)의 각각의 섬유 힘줄(168)에 부착하기 위한 힘줄 부착 구역들(166)을 포함할 수 있다. 힘줄 부착 구역들(166)은 플레이트(154)의 원주 주변의 근위면(156)에 위치될 수 있다. 각각의 실린더(164)를 통한 유체 이동은 플레이트(154)에 부착된 힘줄들(168)로 힘을 전달하는 유압 유니트(112)에 의해 제공됨으로써, 힘줄(168)에 전달된 힘은 피벗(160)에 대해 플레이트(154) 및 부착된 스핀들(189)을 다양한 각도들로 이동시킬 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 손목 부분(152)은 4개의 실린더들(164)과 4개의 상응하는 힘줄 부착 구역들(166)을 포함할 수 있다. 그러나, 실린더들(164)의 수는 필요한 운동 범위를 통해 플레이트(154)와 스핀들(189)의 완전한 각도 형성을 제공하기에 충분한 그 어떤 수의 실린더들(164)도 포함될 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 힘줄(168)은 실린더(164) 내부로부터 실린더(164)의 원위단(170)을 통과하여 연장할 수 있다. 실린더는 시일(174)에 의해 유체-밀봉된 피스톤(172)을 포함할 수 있다. 피스톤(170)은 그것을 통해 힘줄(166)이 연장하는 로드(176)에 연결될 수 있다. 따라서, 실린더(164)를 통해 유압 유니트(112)에 의해 공급되는 유압력이 그곳으로부터 연장하는 힘줄(168)에 제공되어 플레이트(154)를 이동시킨다. 비록, 힘줄(168)이 섬유 힘줄들(168)을 통해 플레이트(154)에 부착된 것으로서 설명되었지만, 실린더들(164)은 예를 들어, 케이블 또는 조인트 조립체를 가진 샤프트와 같은 다양한 부착 요소들을 통해 플레이트(154)에 부착될 수 있음을 당업자는 이해할 것이다.

대안적 실시예에 있어서, 플레이트(154)의 이동은 기어, 벨트 또는 리드 스크류 장치를 구비하는 선형 운동 메커니즘에 의해 제공될 수도 있다. 선형 운동 메커니즘 역시 예를 들어, 섬유, 케이블 또는 조인트 조립체를 가진 샤프트를 통해 플레이트(154)에 부착될 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 유압 유니트(112)는 저장소(182)로부터 유체를 끌어당기는 모터(178)와 펌프(180)를 통해 플레이트(154)의 각도 형성을 할 수 있도록 실린더들(164)을 통해 힘줄들(168)까지 유압력을 제공할 수 있다. 유압 유니트(112)는 압력 릴리프 밸브(184), 선택 밸브(186) 및 바이패스 밸브(188)를 더 포함할 수 있다. 펌프(180)는 저장소(182)로부터 유체를 끌어당겨서, 펌프(180)를 떠난 유체는 압력 릴리프 밸브(184)로 흐르게 된다. 그러면, 가압된 유체는 저장소(182)로 복귀하거나 선택 밸브(186)로 향하게 된다. 가압된 유체는 예를 들어, 미리 결정된 최대 시스템 압력에 도달되었을 때 저장소(182)로 복귀될 수 있다. 선택 밸브(186)는 3개의 설정들을 가질 수 있다. 제1 설정에서, 유체는 선택 밸브(186)를 통과할 수 없다. 제2 설정에서, 가압된 유체는 선택 밸브(186)를 통과하여 실린더들(164a)의 제1 어느 하나로 들어가는 한편 실린더들(164b)의 제2 어느 하나로부터 나오는 비-가압 유체는 저장소(182)로 복귀가 허용된다. 제3 설정에서, 가압된 유체는 선택 밸브(186)를 통해서 제2 실린더(164b)로 흘러가는 것이 허용되는 한편 제1 실린더(164a)로부터의 비-가압 유체는 저장소(182)로 복귀가 허용된다.

또한, 실린더들(164)이 수동으로 움직일 수 있는 중립 또는 림프(limp) 모드에서 로봇 장치(102)가 작동될 수 있도록 유압 유니트(112)는 설정될 수 있다. 림프 모드에서, 선택 밸브(186)는 제1 설정으로 이동하여, 유체는 그곳을 통해 통과하지 않으며 바이패스 밸브(188)는 유체가 그곳을 통해 자유롭게 이동할 수 있도록 설정된다. 그러면, 실린더들(164)과 아암들은 필요한 위치 및/또는 방위로 수동으로 이동될 수 있으며 그 후 필요한 위치에 고정될 수 있다. 유압 유니트(112)가 2개의 실린더들(164a)(164b)을 가진 것으로 도시되고 설명되었지만, 유압 유니트(112)는 그 어떤 수의 실린더들(164)도 플레이트(154)를 이동시키는데 사용될 수 있도록 개조될 수 있음을 당업자는 이해할 것이다.

대안적 실시예에 있어서, 도 8에 도시된 바와 같이, 유압 유니트(112')는 시스템(100)과 관련하여 전술한 바와 같이, 플레이트(154)와 아암들(108)의 각도 형성을 제공하기 위해 제1 및 제2 실린더들(164a')(164b)에 유압력을 제공할 수 있다. 유압 유니트(112')는 제1 및 제2 마스터 실린더들(182a')(182b')을 각각 동시에 이동시키는 선형 액츄에이터(180')를 구동하는 모터(178')를 구비할 수 있다. 필요한 모션(motion)에 따라, 제1 및 제2 마스터 실린더들(182a')(182b')의 어느 하나는 제1 실린더(164a')와 제2 실린더(164b')의 어느 하나에 가압 유체를 전달한다. 유압 유니트(112)와 유사하게, 유압 유니트(112')는 림프 모드로 구성될 수 있으므로, 실린더들(164) 및 아암들(108)은 필요할 때 수동으로 이동될 수 있다. 림프 모드로 작동될 때, 바이패스 밸브(188')는 그곳을 통해 유체가 자유롭게 지나가도록 설정된다.

도 9에 도시된 바와 같이, 시스템(100)의 예시적 사용 방법은, 서로에 대해 재위치 될 뼈(120)의 다수의 부분들 각각에 하나 또는 그 이상의 컨넥터들(122)을 삽입하는 단계를 포함한다. 컨넥터들(122)의 각각은 예를 들어, 샨쯔(schanz) 스크류, 핀 또는 클램프 타입 장치와 같은 뼈 유지 장치일 수 있다. 예시적 실시예에 있어서, 제1 컨넥터(122a)의 제1 끝단(132a)은 뼈(120)의 제1 골절 부분(124)에 삽입되는 반면 제2 컨넥터(122b)의 제1 끝단(132b)은 뼈(120)의 제2 골절 부분(126)에 삽입될 수 있다. 도시된 바와 같이, 본 예에 있어서, 제1 컨넥터(122a)는 뼈(120)의 근위부(128)에 삽입되는 반면 제2 컨넥터(122b)는 뼈(120)의 원위부(130)에 삽입된다. 본 예에서, 2개의 컨넥터들(122)이 뼈(120)의 골절 부분들 각각에 단일의 컨넥터(122)를 가진 것으로 도시되었지만, 그 어떤 수의 컨넥터들(122)도 골절 부분들의 각각의 필요한 안정화를 얻기 위해 뼈(120)의 골절 부분들의 각각에 채택될 수 있음을 당업자는 이해할 것이다.

도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 아암들(108)의 각각은 컨넥터들(120)에의해 뼈(120)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 아암(108a)은 제1 컨넥터(122a)에 연결되고, 제2 아암(108b)은 제2 컨넥터(122b)에 연결된다. 그러나, 그 어떤 수의 아암들(108)도 독립적인 구도로 그 어떤 수의 뼈의 골절 부분들이 서로에 대해 포함될 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 전술한 바와 같이, 아암들(108)의 각각은 컨넥터(122)의 상응하는 제2 끝단(134)에 연결될 수 있는 엔드 이펙터(136)를 포함할 수 있다. 아암들(108)의 엔드 이펙터들(136)은 예를 들어, 컨넥터들(122)의 제2 끝단들(134)을 고정되게 파지할 수 있도록 설계된 조(jaw) 또는 그래스퍼(grasper)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 엔드 이펙터들(136)은 돌기 또는 컨넥터들(122)의 제2 끝단들(134)과 고정되게 짝을 이루도록 구성된 다른 요소들일 수 있다.

엔드 이펙터들(136)을 컨넥터들(122)의 제2 끝단들(134)에 연결하기 위해서는, 로봇 장치(102)는 림프 모드에 배치될 수 있으며, 이 경우, 아암들(108)의 각각은 수동적으로 이동할 수 있어서, 컨넥터들(122)의 상응하는 어느 하나에 연결 될 수 있다. 림프 모드는 유저 인터페이스(106)를 통해 시작될 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 엔드 이펙터들(136)이 컨넥터들(122)의 각각에 연결되면, 로봇 장치(102)는 잠금 모드에 절환되어 고정될 수도 있으며, 이 경우, 아암들(108)은 모든 운동 축들을 따라 고정된다. 그러면, 아암들(108)의 각각의 엔코더들(116)은 아암들(108)의 각각의 정확한 위치와 장소를 결정하도록 시스템에 정보를 공급한다. 그러면, 이러한 정보는 아암들(108), 컨넥터들(122) 및 뼈의 부착된 부분들의 이동을 지령하는데 사용되어 뼈의 다양한 부분들 사이의 필요한 최종적인 공간적 관계들을 얻을 수 있다. 잠금 모드가 되면, 사용자는 유저 인터페이스(106)를 통해 아암들(108)의 모션을 지령한다.

사용자는 예를 들어, 하나 또는 그 이상의 아암들을 선택하고. 하나 또는 그 이상의 조이스틱 또는 다른 제어기들을 필요한 방향으로 조작하여, 아암들(108)의 상응하는 이동을 유발시키도록 유저 인터페이스(106)를 통해 아암들(108)의 모션을 지령한다. 필요하다면, 이러한 공정은 뼈의 부분들 사이의 필요한 공간적 관계들이 얻어질 때까지 아암들(108)의 다른 것들을 위해 반복될 수도 있다. 전술한 바와 같이, 아암들(108)은 아암(108)의 제1 및 제2 부분들(140)(142) 및 손목 부분들(152)의 회전 가능한 운동을 통해 6개의 선형 방향 및 각도 방향으로 이동될 수 있다. 만약, 유저 인터페이스(106)가 개인용 컴퓨터를 포함하면, 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 뼈의 골절 부분들(124)(126) 위의 점들은 표적 위치들을 이러한 점들에 할당함으로써 이동될 수도 있는 버텍스들(vertices)로서 확인될 수도 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 버텍스로서 확인된 점들은 아암들(108)이 연결되어야 할 각각 근위단(128) 및 원위단(130)에서의 골절 부분들(124)(126) 위의 그러한 점들일 수 있다. 아암들(108)의 각각은 뼈(120)의 조각들 사이의 필요한 공간적 관계를 얻기 위해 서로 독립적으로 이동될 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 대안적으로, 아암들(108)의 그 어떤 그룹들도 필요한 공간적 관계로의 이동 동안, 모든 또는 그 어떤 뼈 조각들 사이의 필요한 공간적 관계를 유지하기 위해 동시에 이동될 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 사용자는 뼈(120)의 모든 부분들이 필요한 만큼 재위치 될 때까지, 아암들(108) 및 뼈 조각들의 필요한 배치에 상응하는 입력 명령을 유저 인터페이스(106)를 통해 계속할 수 있다.

일반적으로, 도 12에 도시된 바와 같이, 뼈(120)의 골절 부분들(124)(126)이 골절 전의 그들의 정렬에 가능한 가깝게 유사해질 때 재위치 작업이 종료될 것이다. 그러나, 시스템(100)은 적절한 고정이 요구되는 뼈(120)의 그 어떤 정렬을 유지하는 데에도 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이, 로봇 장치(102)는 골수강내 정(intramdullary nail)과 같이, 고정 장치의 삽입을 용이하게 하도록 설계된 위치로 수술대(118)에 대해 뼈(120)를 회전시킬 수 있다. 아암들(108)은, 수술대(118)에 대해 아암들(108)이 연결된, 길이방향 요소(109)의 회전을 통해 뼈(120)를 회전시킬 수 있다.

대안적 실시예에 있어서, 아암들(108)의 적어도 어느 하나는 골절된 뼈(120)의 팔다리의 근위 또는 말단부를 떠받치는 캐리지를 잡고 있는 컨넥터/컨넥트들에 연결될 수 있다. 팔다리는 뼈 컨넥터들을 통해 캐리지에 부착되거나 적절한 보울스터(bolster)를 가진 캐리지 위에 단순히 놓여질 수 있다. 캐리지는 필요한 공간적 위치로 뼈(120)의 배치를 용이하게 함으로써, 뼈(120)는 고정 장치의 도입을 위해 정복 또는 위치될 수 있다.

본 발명의 범위 또는 정신을 벗어나지 않는 한, 본 발명의 구조 및 방법에 대한 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그 균들물 안에 들기만 하면 본 발명의 다양한 변형 및 변화가를 모두 수용하는 것을 의도한다.

100...시스템 102...로봇 장치
104...파워 소스 106...유저 인터페이스
108...아암 109...길이방향 요소
110...제어 모듈 112...유압 유니트
116...엔코더 118...수술대
120...뼈 122...컨넥터
136...엔드 이펙터 140...제1 부분
142...제2 부분 144,148...제1 끝단
146,150...제2 끝단 152...손목 부분
154...플레이트 156...원위면
158...근위면 160...샤프트
162...피벗 164...실린더
166...힘줄 부착 구역 168...힘줄
170...원위단 172...피스톤
174...시일 176...로드
180...펌프 182...저장소
184...압력 릴리프 밸브 186...선택 밸브
188...바이패스 밸브 189...스핀들

Claims

각각 근위단으로부터 원위단까지 연장하고, 3차원 공간에서 이동 가능하며 각각의 상기 근위단이 프레임에 연결된 다수의 아암들(arms);
각각 상기 아암들의 상응하는 어느 하나의 원위단에 연결되고, 각각의 아암들이 상응하는 뼈 조각에 연결될 수 있도록 상응하는 뼈 조각에 고정되는 뼈 고정 요소를 고정되게 수납하는 다수의 커플링들;
상기 프레임에 대해 상기 아암들의 각각을 이동시키기 위해 상기 아암들에 모션(motion)을 제공하는 미케니컬 유니트; 및
서로에 대한 뼈 조각들의 필요한 최종 위치에 상응하는 데이터를 수신하고, 서로에 대한 상기 뼈 조각들의 필요한 최종 위치를 얻기 위해 서로에 대해 상기 아암들을 이동시키기 위해 상기 미케니컬 유니트를 제어하는 제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 뼈 골절 치료 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 아암들의 각각은 제1 축에 대한 회전을 위해 서로에 대해 회동 가능하게 연결된 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 뼈 골절 치료 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 아암들의 각각의 상기 근위단은 상기 프레임에 회동 가능하게 연결되어, 상기 아암들의 각각은 제2 축에 대해 회전 가능한 것을 특징으로 하는 뼈 골절 치료 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 프레임은 상기 아암들이 제3 축을 따라 이동할 수 있는 길이방향 요소를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 뼈 골절 치료 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 아암들의 제1 어느 하나의 원위단과 상기 커플링들의 제1 어느 사이의 제1 손목 부분을 더 구비하고,
상기 제1 손목 부분은 제2 부분의 원위단에 대한 제1 커플링이 제1 아암의 회전을 허용하는 것을 특징으로 하는 뼈 골절 치료 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 제1 손목 부분은 상기 제1 커플링의 근위단에 부착된 제1 플레이트 및 상기 제1 아암을 통해 연장하는 제1 샤프트를 구비하고,
상기 제1 샤프트는 그곳에 대한 상기 제1 커플링과 상기 제1 플레이트의 회동을 허용하기 위해 상기 제1 플레이트에 회동되게 부착된 것을 특징으로 하는 뼈 골절 치료 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 미케니컬 유니트는 다수의 제1 유압 실린더들를 구비하고, 상기 제1 유압 실리더들의 각각은 상기 제1 샤프트에 대해 상기 제1 플레이트를 회동시키기 위해 상기 제1 플레이트의 근위면에 부착된 것을 특징으로 하는 뼈 골절 치료 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 제1 유압 실린더들은 상기 제1 플레이트의 외주에 대해 서로로부터 등간격으로 배열된 것을 특징으로 하는 뼈 골절 치료 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 아암들의 각각은 상응하는 뼈 조각의 위치에 상응하는 정보를 상기 제어기에 공급하는 엔코더(encoder)를 구비하는 것을 특징으로 하는 뼈 골절 치료 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 제1 유압 실린더들의 각각은, 상기 제1 유압 실린더 속으로 당겨질 때 상기 제1 아암들 필요한 방향으로 당기는, 제1 힘줄 부재를 통해 상기 제1 아암에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 뼈 골절 치료 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 커플링들의 적어도 어느 하나는 상기 뼈의 팔다리의 일 부분을 떠받치도록 맞춰진 캐리지(carriage)에 연결 가능한 것을 특징으로 하는 뼈 골절 치료 장치.
(a) 제1 뼈 조각을 제1 뼈 고정 요소에 그리고 제2 뼈 조각을 제2 뼈 고정 요소에 고정하는 단계;
(b) 제1 및 제2 아암들의 각각이 원위단과 프레임에 연결된 근위단 사이에서 연장하도록 제1 아암의 원위단을 상기 제1 뼈 고정 요소에 그리고 제2 아암의 원위단을 상기 제2 뼈 고정 요소에 연결하는 단계;
(c) 서로에 대해 상기 제1 및 제2 뼈 조각들의 필요한 최종 위치에 상응하는 데이터를 수신하는 단계; 및
(d) 상기 뼈 조각들의 상기 필요한 최종 위치를 얻기 위해 상기 제1 및 제2 아암들을 서로에 대해 이동시키는 미케니컬 유니트를 제어하는 단계를 포함하는 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 제1 및 제2 아암들의 각각은 서로 회전되게 연결된 제1 및 제2 부분들을 포함하는 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 제1 및 제2 아암들을 길이 방향으로 상기 프레임을 따라 이동시키는 단계를 더 포함하는 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 제1 및 제2 아암들은 제1 및 제2 손목 부분을 각각 포함하고, 제1 및 제2 커플링들은 각각 상기 제1 및 제2 고정 요소들의 상응하는 어느 하나에 고정되게 결합되도록 맞춰지고, 상기 제1 손목 부분은 상기 제1 아암의 상기 원위단에 부착되어, 상기 제1 커플링을 상기 제1 아암의 상기 원위단에 회동되게 연결하고, 상기 제2 손목 부분은 상기 제2 아암의 상기 원위단에 부착되어, 상기 제2 커플링을 상기 제2 아암의 상기 원위단에 회동되게 연결하는 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 제1 아암은 상기 제1 아암을 통해 연장하는 제1 샤프트에 대한 회전을 위해 상기 제1 커플링의 근위단에 회동되게 부착된 제1 플레이트를 포함하고, 상기 제2 아암은 상기 제2 아암을 통해 연장하는 제2 샤프트에 대한 회전을 위해 상기 제2 커플링의 근위단에 회동되게 부착된 제2 플레이트를 포함하는 방법.
청구항 16에 있어서,
상기 미케니컬 유니트는, 각각 상기 제1 샤프트에 대해 상기 제1 플레이트를 회동시키기 위해 상기 제1 플레이트의 근위면에 부착되어 있는 다수의 제1 유압 실릴더들, 및 각각 상기 제2 샤프트에 대해 상기 제2 플레이트를 회동시키기 위해 상기 제2 플레이트의 근위면에 부착되어 있는 다수의 제2 유압 실린더들을 포함하는 방법.
청구항 17에 있어서,
상기 제1 유압 실린더들은 상기 제1 플레이트의 주변에 대해 서로로부터 등간격으로 배열된 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 제1 및 제2 아암들의 각각에 부착된 엔코더들로부터 수신되는 데이터에 근거하여 상기 뼈 조각들의 각각의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 뼈 조각들의 필요한 공간적 관계를 결정하기 위해 영상 장치에 뼈 조각들을 보이는 단계를 더 포함하는 방법.
청구항 12에 있어서,
서로에 대한 상기 제1 및 제2 뼈 조각들의 필요한 최종 위치에 상응하는 데이터는 필요한 공간적 관계를 얻기 위해 상기 제1 및 제2 아암들을 제어하는 제어기에 사용자에 의해 입력되는 방법.
청구항 12에 있어서,
서로에 대한 상기 제1 및 제2 뼈 조각들의 필요한 위치에 상응하는 데이터는, 필요한 공간적 관계를 얻기 위해 사용자에 의해 지령될 때 상기 제1 및 제2 뼈 조각들을 움직이는 제1 및 제2 아암들을 제어하는 제어기에 의해 그들이 이동될 때, 서로에 대한 제1 및 제2 뼈 조각들의 운동을 지령하는 커트롤들의 조작을 통해 사용자에 의해 입력되는 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 제1 및 제2 뼈 조각들의 팔다리를 상기 팔다리의 일 부분을 떠받치는 캐리지를 통해 위치시키는 단계를 더 포함하고, 상기 캐리지는 상기 캐리지에 연결될 수 있는 제3 아암을 통해 이동 가능하는 방법.