KR20140065445A - 동적 정시 감지 - Google Patents

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KR20140065445A
KR20140065445A KR1020147010153A KR20147010153A KR20140065445A KR 20140065445 A KR20140065445 A KR 20140065445A KR 1020147010153 A KR1020147010153 A KR 1020147010153A KR 20147010153 A KR20147010153 A KR 20147010153A KR 20140065445 A KR20140065445 A KR 20140065445A
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토드 이 스미스
폴 로버트 두하멜
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스미스 앤드 네퓨, 인크.
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Abstract

동적 감지 방법 및 장비는 외과용 장치의 속력, 회전, 토크, 및 다른 특징과 같은 외과용 장치의 구동 메커니즘에 관련된 외과적 파라미터를 수집하고 보고하기 위해 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS) 및 나노 전자 기계 시스템(NEMS) 외과용 센서를 채용한다. 외과용 장치는 외과적 시술 중에 전자 기계적 특징을 검출하기 위한 외과용 장치상에 또는 그 둘레에 외과용 센서를 채용하거나 고정시킨다. 외과적 시술은 외과적 시술에 의해 형성되는 수술 영역 내에 삽입된 절삭기 또는 다른 내시경 기기의 구동 메커니즘에 응답하여 수술 영역 내에 의료 장치를 배치한다.

Description

동적 정시 감지 {DYNAMIC ORTHOSCOPIC SENSING}
전자 장치의 설계 및 개발은 인텔 코포레이션(Intel® Corporation)의 공동 창업자인 고든 무어(Gordon Moore)가 1965년에, "무어의 법칙"으로서 널리 알려지게 된 다소 예언적인 주장에서, 주어진 칩 면적의 트랜지스터 밀도(따라서, 계산 능력)가 대략 24개월마다 2배로 증가한다고 제안한 이래로, 지속적으로 소형화 경향을 따르고 있다. 의료 장치 및 장비도 전자 장치 소형화의 경향에 있어서 예외는 아니다. 미세 전자 장치가 흔히 맥박, 산소 포화도, 체온, 및 출산 중의 태아의 활력 징후를 감지하기 위한 것과 같이, 일상적인 환자 상태에 대한 진단 피드백을 제공하기 위한 센서로서 채용된다.
외과적 시술 중에, 감지는 흔히 정시 절삭기 또는 절단기 시스템과 같은, 외과용 기기를 위한 구동 메커니즘으로 연장한다. 정시 외과용 장치 (및 다른 내시경 장치)는 전체 수술 영역을 따른 절개부를 요구하는 전통적인 직시하 수술과 대조적으로, 수술 영역으로의 접근을 제공하는 개구(구멍)를 통해 최소 침습적인 시술을 수행한다. 그러므로, 정시 시술은 흔히 정시 외과용 기기의 세장형 프로브를 사용하여, 환자의 복강 내부의 한정된 공간 내에서 이뤄진다. 이러한 기기는 흔히 수술 영역의 좁은 간극을 운행하기 위해 정밀한 조작을 요구한다. 따라서, 정시 외과용 장치 및 기기는 의사의 정밀한 조작을 방해할 수 있는 크고 그리고/또는 불편한 설계를 회피한다.
동적 감지 방법 및 장비는 외과용 장치의 속력, 회전, 토크, 및 다른 특징과 같은 외과용 장치의 구동 메커니즘에 관련된 외과적 파라미터를 수집하고 보고하기 위해 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS) 및 나노 전자 기계 시스템(NEMS) 외과용 센서를 채용한다. 미세 기계 장치는 종래의 전자 장치와 대조적으로, 계산 실행에 추가하여, 레버, 기어, 및 트랜스듀서의 이동과 같은 물리적 변화를 위해 구성된 소형 기계이다. 외과용 장치는 외과적 시술 중에 전기 기계적 특징을 검출하기 위한 외과용 장치상에 또는 그 둘레에 외과용 센서를 채용하거나 고정시킨다. 외과적 시술은 외과적 시술에 의해 형성된 수술 영역 내에 삽입된 절삭기 또는 다른 내시경 기기의 구동 메커니즘에 응답하여 수술 영역 내에 의료 장치를 배치한다.
정시적 시술을 위한 진단 피드백을 제공하기 위한 종래의 센서는 수술 영역을 채우는 경향이 있고, 기기로의 추가의 테더(유선 연결)를 요구한다. 외과용 센서의 감소된 크기는 수술 영역 내에서의 비침입적 배치를 허용하여, 센서는 외과용 장치 - 센서가 이를 위해 외과적 파라미터를 측정하도록 되어 있음 - 의 구동 작동을 간섭하거나 구동 작동에 악영향을 주지 않는다. 감소된 크기는 또한 단일 환자에 대한 사용 후에 폐기되는 1회 사용 및 1회용 기기에 대한 제조 비용 및 폐기물에 대해 양호하다.
아래에서 개시되는 구성에서, 외과용 장치 구동부는, 예를 들어, 수술 영역을 배출하는 펌프에 비례하여 절삭기 속력 및 회전을 변경하기 위해 피드백 및 제어 파라미터로서 사용하기 위해 구동 메커니즘에 성능 데이터 및 통계치를 제공하기 위한 MEMS 또는 NEMS 외과용 센서를 채용한다. 외과용 센서는 절삭기의 "트럭" 또는 회전 허브 상에 고정되거나 달리 배치된다. 절단 블레이드가 절단 블레이드의 대향된 단부에서 절단날에 회전 운동을 전달하기 위해 트럭으로부터 축방향으로 연장한다. 트럭은 절단날에 절단력을 전달하기 위해 일정한 방식 또는 오실레이팅 방식으로 회전함으로써, 절삭기에 절단력 및/또는 추출력을 제공하기 위해 구동 메커니즘에 응답하여 회전한다. 외과용 센서는 절개 속도를 표시하는 속력, 및 트럭 및 블레이드 조립체의 구조적 안정성의 상한을 표시할 수 있는 토크를 검출하기 위해, 절삭기의 회전, 속력, 및 토크를 검출한다.
본원의 구성은 종래의 접근법이 외과적 시술 중에 추적을 위한 외과용 도구 및 용품 상에 RFID(무선 주파수 식별) 태그를 채용한다는 관찰에 부분적으로 기초한다. RFID가 작고 수동형(즉, 트리거링 신호에 의해 외부에서 급전됨)으로 제조될 수 있지만, 계산 및 실행 능력은 제한된다. 그러므로, 불행히도, 파라미터 감지에 대한 종래의 접근법은 응답이 전형적으로 RFID가 고정되어 있는 장치 또는 기기의 식별로 제한되고, 식별성 이외의 정보가 RFID 상에 엔코딩될 수 있는 제한된 계산 능력으로 인해 이용 불가능한 단점을 겪는다.
따라서, 본원의 구성은 속력, 회전, 및 토크와 같은 동적 속성을 감지하고, 응답성 제어를 위해 구동원으로 무선 인터페이스를 거쳐 감지된 속성을 송신하기 위해, 구동 메커니즘에 응답하여 외과용 장치상에 배치된 방해하지 않는 센서를 제공함으로써 위에서 설명된 단점을 실질적으로 극복한다. 무선 인터페이스는 외과용 장치의 회전 또는 이동 구성요소에 대한 외과용 센서의 고정을 허용하고, 미세 기계적 성질은 외과용 장치 작동에 악영향을 주지 않는 비간섭적 위치에서의 배치를 허용한다.
더 상세하게는, 방법은 감지 영역이 통합형 미세 기계 장치를 수납하도록 구성되고 외과적 시술 중에 감지된 전자 기계적 자극에 응답하도록, 외과용 장치상의 감지 영역을 식별함으로써 외과적 시술 또는 치료 시술 중에 동적 외과적 피드백을 제공한다. 외과용 장치는 외과적 조작을 수행하기 위해 구동원에 결합되고, 통합형 미세 기계 장치는 외과적 시술 중에 외과적 파라미터를 동적으로 검출하기 위해 감지 영역에 고정된다. 통합형 미세 기계 장치(미세 기계 장치)는 외과적 시술 중에 통합형 미세 기계 장치로부터 검출된 외과적 파라미터를 동적으로 수신하기 위해 통합형 미세 기계 장치에 응답하는 제어기와의 무선 통신을 유지하고, 비간섭적 감지 영역 내에서의 배치는 감지된 외과적 파라미터가 감지 영역에서의 통합형 미세 기계 장치의 방해하지 않는 배치로 인해 미세 기계 장치의 존재에 의해 영향을 받지 않는 것을 제공한다.
특정 구성에서, 청구되는 접근법은 예시적인 용도로서 본원에서 설명되는, 슬관절 수술과 같은 내시경 시술에서 특정 용도를 갖는다. 의료 장치 환경 내에서, 방법은 절삭기와 같은 외과적 추출 장치를 제어하고, 회전 감지를 위해 구성된 통합형 미세 기계 장치를 포함하고, 감지된 회전 파라미터를 보내기 위해 미세 기계 장치로부터 제어기로의 무선 연결을 확립한다. 부착 메커니즘이 외과용 블레이드를 구동하기 위해 회전 허브에 통합형 미세 기계 장치를 고정시키고, 회전 허브는 외과적 물질의 절단 및 추출을 위한 외과용 블레이드를 회전시키기 위해 구동원에 응답한다. 회전 허브가 이동(회전)으로 인해 물리적 연결을 제한하므로, 무선 연결이 물리적 구속 연결에 대한 필요성을 경감시킨다. 의사는 외과용 블레이드의 회전으로부터 치료 조작을 수행하기 위해 수술 영역 내에 외과용 블레이드를 배치하고, 미세 기계 장치는 허브의 회전에 기초하여, 미세 기계 장치에 가해지는 원심력에 기인하는 회전 파라미터를 감지한다. 미세 기계 장치는 외과적 파라미터를 도출하기 위해 감지된 회전 파라미터를 제어기로 보내고, 제어기는 펌프에 결합되고, 도출된 외과적 파라미터에 응답하여 펌프를 제어하도록 구성되어, 절삭기 활동에 응답하여 펌프에 대한 비례 제어를 제공한다.
본 발명의 대안적인 구성은 본 발명의 실시예로서 본원에서 개시되는 방법 작동들 중 임의의 하나 또는 모두를 처리하기 위해 소프트웨어 및/또는 회로(예컨대, 위에서 요약된 바와 같은 프로세서)를 구비하여 구성된 다중 프로세서, 제어기, 또는 전용 계산 장치 등과 같은 다중 프로그래밍 또는 다중 처리 컴퓨터 장치를 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시예는 위에서 요약되고 아래에서 상세하게 개시되는 방법 실시예 단계 및 작동을 수행하기 위해 다중 처리 컴퓨터 장치에 의해 단독으로 또는 함께 작동할 수 있는 자바 버추얼 머신(Java Virtual Machine)과 같은 소프트웨어 프로그램 및/또는 운영 시스템을 포함한다. 하나의 그러한 실시예는 메모리 및 프로세서의 결합체를 갖는 다중 처리 컴퓨터 장치 내에서 수행될 때, 데이터 접근 요구를 수행하기 위해 본 발명의 실시예로서 본원에서 개시되는 작동을 수행하도록 프로세서를 프로그램하는 지시로서 엔코딩된 컴퓨터 프로그램 로직을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 갖는 컴퓨터 프로그램 제품을 포함한다. 본 발명의 그러한 배열은 전형적으로 하나 이상의 ROM, RAM, 또는 PROM 칩, 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA: Field Programmable Gate Array) 내의 펌웨어 또는 마이크로 코드와 같은, 광학 매체(예컨대, CD-ROM), 플로피 또는 하드 디스크 또는 다른 매체와 같은 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 배열되거나 엔코딩된 소프트웨어, 코드, 및/또는 다른 데이터(예컨대, 데이터 구조)로서, 또는 주문형 반도체(ASIC: Application Specific Integrated Circuit)로서 제공된다. 소프트웨어 또는 펌웨어 또는 다른 그러한 구성은 컴퓨터 장치가 본 발명의 실시예로서 본원에서 설명되는 기술을 수행하게 하도록 (예컨대, 운영 시스템 실행 중에 또는 환경 설정 중에) 컴퓨터 장치 상으로 설치될 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 및 장점은 유사한 도면 부호가 상이한 도면들 전체에 걸쳐 동일한 부분을 지칭하는 첨부된 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 특정 실시예의 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다. 도면은 반드시 축척에 맞는 것은 아니며, 대신에 본 발명의 원리를 도시할 때 강조된다.
도 1은 본원에서 개시되는 구성과 함께 사용하기에 적합한 의료 장치 환경의 개요도이다.
도 2는 본원에서 개시되는 바와 같은 동적 파라미터 감지의 흐름도이다.
도 3은 도 1의 환경 내에서의 센서 전개의 도면이다.
도 4 - 도 6은 외과적 시술 중의 내시경 감지 배열의 흐름도이다.
미세 기계 외과용 센서에 의한 동적 피드백을 채용하는 의료 장치 환경의 예시적인 구성이 아래에서 도시된다. 도시된 예에서, 외과용 장치는 수술 영역으로부터 뼈 및 조직과 같은 외과적 물질을 절제 및 제거하기 위한 회전 운동을 제공하기 위해 구동원에 응답하는 외과용 절삭기이다. 외과용 센서는 구동원에 응답하여 소위 트럭 또는 회전 허브에 고정된다. 절단 블레이드의 단부에서의 절단날이 회전 또는 진동하여, 외과적 물질을 추출하고, 튜브형 블레이드의 중공 내부가 구동원에 의해 제어되는 펌프에 의한 배출을 허용한다.
도 1은 본원에서 개시되는 구성과 함께 사용하기에 적합한 의료 장치 환경(100)의 개요도이다. 도 1을 참조하면, 의료 장치 환경(100)은 110-1로서 도시된 절삭기(130) 내에서 또는 110-2(전반적으로 110)으로 도시된 환자(132)의 수술 영역(154)에서와 같이, 외과적 환경 내에 배치하기 위해 통합형 미세 기계 장치(110)(미세 기계 장치)를 채용한다. 미세 기계 장치(110)는 특정 구성에서, MEMS 또는 NEMS 장치이고, 신호(122)[무선 안테나(124)로의 신호(122-1) 그리고 그로부터의 신호(122-2)]에 응답하는 구동 제어기(120) 또는 다른 중앙 제어기로의 무선 연결(112)을 유지한다. 미세 기계 장치(110)는 외과적 파라미터의 감지를 요구하기 위해 안테나(124)로부터의 신호(122-2)에 응답하는 수신기(115), 및 감지된 외과적 파라미터를 신호(122-1)를 거쳐 제어기(120)로 송신하도록 구성된 송신기(113)를 포함하고, 다른 감지, 계산, 및 전력 구성요소(117)를 포함할 수 있다. 미세 기계 장치(110)는 신호(122-2)가 또한 장치(110)에 전력을 제공하는 수동형일 수 있고, 수신된 신호(122-2)가 감지된 파라미터(122-1)의 연산 및 송신을 허용하도록 충분히 작고, 미세 기계 장치(110)는 신호(122-2)에 응답하여 기능 또는 기계적 특징을 처리하는 다른 감지 영역을 가질 수 있다.
미세 기계 장치(110)의 배치는 그가 속력, 회전, 및 토크와 같은 외과적 파라미터를 직접 감지하고, 미세 기계 장치(110-1)로서 도시된 외과용 절삭기(130)의 내부에 대한 고정구를 포함할 수 있거나, 수술 부위(154) 내에서 직접 작동할 수 있도록, 되어 있다. 미세 기계 장치(110)는 배치되면, 제어기(120)로부터의 신호(122-2)로부터 활성화되고, 감지, 계산, 및 감지된 외과적 파라미터(122-1)를 복귀시키기 위한 송신 작업을 수행한다. 절삭기(130) 구성은 미세 기계 장치(110-1)를 트럭 또는 허브(180)에 고정시키고, 이는 그 다음 도 3에 대해 아래에서 추가로 설명되는 외과적 절단 및 배출을 위해 수술 부위 내로 삽입된다.
도 2는 본원에서 개시되는 바와 같은 동적 파라미터 감지의 흐름도이다. 외과용 장치 환경(100) 내에서, 외과용 설비를 제어하는 개시되는 방법은 단계(200)에서, 감지 영역(131)이 외과적 시술 중에 감지된 전자 기계적 자극에 응답하도록, 외과용 장치(130) 상의 감지 영역을 식별하는 단계를 포함한다. 외과용 장치(130)는 드릴링 또는 펌핑과 같은 외과적 조작을 수행하기 위해 구동원(120)에 결합한다. 예시적인 절삭기(130)와 같은 회전 장치 내에서, 예를 들어, 감지 영역(131)은 수술 중에 구동원(120)으로부터 원심력을 받는 회전 부품상에 있을 수 있다. 몇몇을 열거하자면, 가변 저항, 압력 감지, 자이로스코프 및 스트레인 게이지 감지와 같은 다양한 감지 능력이 미세 기계 장치(110-1) 내에서 채용될 수 있다.
부착 메커니즘이 단계(201)에 도시된 바와 같이, 외과적 시술 중에 외과적 파라미터를 동적으로 검출하기 위해 통합형 미세 기계 장치(110-1)를 감지 영역(131)에 고정시킨다. 부착 메커니즘은 핀, 접착제, 용제 용접과 같은 임의의 적합한 고정구일 수 있거나, 예를 들어, 주조 중에 형성되는 공동 또는 포켓과 같은 외과용 기기 제조의 특징부일 수 있다.
미세 기계 장치(110)는 단계(202)에 도시된 바와 같이, 외과적 시술 중에 통합형 미세 기계 장치(110)로부터 검출된 외과적 파라미터를 신호(122-1)로서 동적으로 수신하기 위해 구동 제어기(120)와의 무선 통신을 유지한다. 장치(110)의 위치 및 크기는 외과적 파라미터가 감지 영역(131)에서의 통합형 미세 기계 장치의 방해하지 않는 배치로 인해 통합형 미세 기계 장치의 존재에 의해 영향을 받지 않도록 되어 있다.
도 3은 도 1의 환경 내에서의 센서 전개의 도면이다. 도 1 및 도 3을 참조하면, 내시경 슬관절 시술에서의 미세 기계 장치(110) 전개의 예시적인 배열이 도시되어 있다. 의사는 환자의 슬관절(152) 내의 내시경 개구(150)를 통해 절삭기(130)를 배치한다. 절삭기(130)는 피부 및 연조직을 통해 대퇴골(156)과 경골(158) 사이의 외과적 공극(154) 내로 연장한다. 절삭기(130)는 구동 케이블(182)을 거쳐 제어기(120)의 구동 포트(162)에 결합하기 위한 구동 연결부(160)를 포함한다. 구동 연결부(160)는 허브(180)와, 부착된 외과용 블레이드(162) 및 절단날(164)에 동력을 공급하기 위한 전기, 공압, 유압, 또는 다른 적합한 구동 매체를 수납할 수 있다. 절삭기(130)는 튜브 세트(174)를 거쳐 배출 포트(172)에 결합하기 위한 흡입 포트(170)를 또한 포함한다. 구동 제어기(120)는 외과용 블레이드(162)의 중공 코어(176)를 거쳐 절삭기로부터 외과적 물질을 배출하기 위해 (전형적으로 외과용 펌프를 거쳐) 흡입을 인가한다. 대안적으로, 분리된 펌프가 절삭기(130)에 동력을 공급하는 구동 제어기(120)로부터 별도로 채용될 수 있다. 시술은 캐뉼라 전달 튜브(160)를 통해 펌핑되는 생리식염수의 압력, 유동, 및 온도를 감지하기 위해 그리고 수술 부위의 추가의 세척 또는 배출(흡입)을 위해, 캐뉼라(140)의 전달 튜브(160)의 내부에 고정되는 미세 기계 장치(110-3)를 갖는 하나 이상의 캐뉼라(140)를 또한 포함할 수 있다.
도 4 - 도 6은 외과적 시술 중의 내시경 감지 배열의 흐름도이다. 도 1 및 도 3 - 도 6을 참조하면, 절삭기(130)와 같은 외과용 추출 장치를 제어하는 방법은 단계(300)에 도시된 바와 같이, 통합형 미세 기계 장치(110-1)를 회전 감지를 위해 구성하는 단계를 포함한다. 예시적인 배열에서, 이는 단계(301)에 개시된 바와 같이, 외과용 장치의 속력, 회전, 또는 토크 중 적어도 하나를 감지하기 위해 미세 기계 장치(110-1)를 구성하는 단계를 포함하고, 통합형 미세 기계 장치는 스트레인 게이지, 소형 자이로, 또는 압력 센서/트랜스듀서 중 적어도 하나를 포함한다. 다양한 감지 및 계산 능력이 미세 기계 장치(110) 상에서 구성되거나 제조될 수 있다. 특히, 원심력에 의한 회전 감지 또는 중력장을 통한 교대하는 배열의 검출이 회전을 표시할 수 있다. 미세 기계 장치(110)는 또한 단계(302)에 도시된 바와 같이, 감지된 회전 파라미터를 보내기 위해 통합형 미세 기계 장치(110-1)로부터 제어기(120)로의 무선 연결(122-1)을 확립하기 위해 갖춰진다.
MEMS를 갖춘 절삭기(130)는 단계(303)에 개시된 바와 같이, 외과용 블레이드를 구동하기 위해 회전 허브(180)와 같은 감지 영역(131)에 통합형 미세 기계 장치(110)를 고정시키고, 회전 허브(180)는 외과적 물질의 절단 및 추출을 위한 외과용 블레이드(162)를 회전시키기 위해 구동원 또는 제어기(120)에 응답한다. 무선 능력은 회전 허브(180)가 이동(회전)으로 인해 물리적 연결을 제한하더라도, 외과적 파라미터의 수집을 제공한다. 도시된 절삭기(130) 예에서, 감지 영역(131)은 외과용 장치의 회전 부분(절삭기(130)의 허브) 상에 있고, 고정 단계는 단계(304)에 도시된 바와 같이, 회전 부분(180) 상에 통합형 미세 기계 장치(110)를 배치한다.
허브(180)로부터 연장하는 외과용 블레이드(162)는 단계(305)에 개시된 바와 같이, 절단 팁(164)이 중공 샤프트의 축에 대해 평행한 절단날을 가지며 블레이드(162)의 날에 대해 직각으로 절단력을 가하기 위해 회전에 응답하도록, 절단 팁(164)에 결합된 중공 샤프트 또는 보어(176)를 포함한다. 그러므로, 미세 기계 장치(110)는 단계(306)에 도시된 바와 같이, 허브(180)의 회전으로 인해 외과적 파라미터를 기록하기 위한 기록 장치로의 물리적 연결을 채용하지 않고, 이는 감지 영역(131)의 동적 이동이 단계(307)에 도시된 바와 같이, 외과적 파라미터를 기록하기 위한 기록 장치로의 물리적 연결을 불가능하게 하기 때문이다. 오히려, 외과적 파라미터를 수집하는 단계는 단계(308)에 개시된 바와 같이, 장치(130)에 의한 외과적 물질의 회전 또는 유동에 영향을 주지 않는 외과용 장치(130)의 제어기로의 무선 결합(즉, 송신기(113))의 방해하지 않는 배치로부터 용이해진다.
외과적 시술 또는 치료 시술의 과정에서, 의사는 단계(309)에 도시된 바와 같이, 외과용 블레이드(162)의 회전으로부터 치료 조작을 수행하기 위해 수술 영역(154) 내로 외과용 블레이드(162)를 배치한다. 이는 단계(310)에 도시된 바와 같이, 구동원(120)에 외과용 블레이드(162)를 결합시키도록 구성되고, 외과용 블레이드(162)를 거쳐 절단날(164) 상에 절단력을 가하기 위해 회전에 응답하는 트럭(180) 상에 미세 기계 장치(110)를 배치하는 단계를 포함한다. 구동원(120)은 단계(311)에 개시된 바와 같이, 감지 영역(131)이 미세 기계 장치(110-1)에 의해 검출 가능한 힘을 경험하도록, 구동 제어기(120)로부터 구동 케이블(182)을 거쳐 회전 부분(180)을 회전시킨다.
미세 기계 장치(110)는 단계(312)에 도시된 바와 같이, 허브(180)의 회전에 기초하여, 미세 기계 장치(110-1) 상에 가해지는 원심력에 기인하는 회전 파라미터를 감지한다. 감지 영역(131)은 단계(313)에 도시된 바와 같이, 허브(180) 또는 다른 구동 메커니즘의 회전과 같은, 구동원(120)에 응답한 외과용 장치(130)의 이동으로 인해 물리적 연결을 제한한다. 대안적인 구성은 미세 기계 장치(110) 상에서 다양한 감지 능력을 채용할 수 있다. 스트레인 게이지가 허브(180)를 파단시킬 수 있는 과도한 손상력을 감지하기 위해 허브(180) 상의 표면 변동을 감지함으로써 토크를 검출하도록 채용될 수 있다. 원심 또는 중력 변동이, 예를 들어, 압력 감응식 저항 또는 자이로스코프에 의해 감지될 수 있다. 도시된 특정 절삭기 배열에서, 미세 기계 장치(110-1)는 단계(314)에 도시된 바와 같이, 외과적 파라미터를 도출하기 위해 감지된 회전 또는 다른 감지된 파라미터를 제어기(120)로 보내고, 제어기(120)는 펌프에 결합되고, 도출된 외과적 파라미터에 응답하여 펌프를 제어하도록 구성된다. 그러한 구성에서, 구동 제어기(120)는 단계(315)에 개시된 바와 같이, 외과용 블레이드(162)의 속력 및 절단력으로부터 생성되는 외과적 물질의 배출에 비례하는 수준의 흡입 압력을 제공하기 위해, 도출된 외과적 파라미터에 응답하여 펌프에 의해 가해지는 압력을 변경한다.
종래의 접근법이 손잡이 및 손잡이에 작동식으로 연결되어 손잡이에 의해 동작되는 2개의 조오를 포함하는 외과용 파지기를 개시하는, 탈라리코(Talarico) 등의 미국 특허 출원 공개 제2007/0078484호(탈라리코 '484호)에 의해 도시되어 있다. 센서가 파지기에 의해 인가되는 압력 또는 힘의 양의 직접적인 측정을 위해 조오들 중 하나 또는 모두의 내측 표면 상에 위치된다 (문단 [0006] 참조). 탈라리코 '484호가 문단 [0047] - 문단 [0048]에서 MEMS 기반 센서를 제안하지만, 센서는 조오들 사이의 압력 또는 힘을 검출하기 위한 것이다. 제안되는 접근법과 대조적으로, 토크, 속력, 또는 회전과 같은 회전 기반 파라미터의 도시, 교시, 또는 개시가 없다. 아울러, 그러한 회전 파라미터는 조오 표면들의 폐쇄에 관련된 선형 힘에 적용될 수 없다.
다른 출원인 지오다노(Giordano)의 미국 특허 출원 공개 제2008/0167672호(지오다노 '672호)는 내시경 또는 복강경 외과용 기기와 같은 적어도 하나의 센서 트랜스폰더를 포함하는 외과용 기기를 교시한다. 지오다노 '672호는 자유 회전 조인트와 같은 기기의 몇몇 특징부가 [0033]에 개시된 바와 같이, 센서(들)로의 유선 연결의 사용을 방지하거나 억제하는 외과용 기기에 관한 것이다. 지오다노 '672호가 MEMS 기술을 언급하지만, '672 공개는 문단 [0057]에 개시된 바와 같이, 엔드 이펙터(12: end effector)의 굴절식 조오 내에서 센서를 채용하고, 샤프트 구동부 내에서와 같은 연속 회전을 제안하지 않는다. 따라서, 지오다노 '672호는 제안되는 접근법과 대조적으로, 회전 이동에 관련된 작동 파라미터를 감지 및 송신하기 위해 회전 구성 또는 결합 내에 배치된 MEMS 센서를 도시, 교시, 또는 개시하지 않는다.
미국 특허 출원 공개 제2005/0131390호('390호)는 스테이플 카트리지와 앤빌이 하나를 다른 하나에 대해 병치시키기 위해 서로 이동 가능하게 연결되도록, 스테이플 카트리지 조립체 및 스테이플 카트리지와 작동식으로 관련된 앤빌을 포함하는 엔드 이펙터를 구비한 외과용 스테플러를 교시한다. 스테이플 카트리지 및 앤빌 각각은 조직 접촉 표면을 형성하고, MEMS 장치는 스테이플 카트리지의 조직 접촉 표면 및 앤빌의 조직 접촉 표면에 작동식으로 연결된다. 복수의 MEMS 장치가 외과용 기기에 연결되고, MEMS 장치들은 문단 [0014]에서 설명된 바와 같이, 스테이플 카트리지 조립체의 조직 접촉 표면과 앤빌의 조직 접촉 표면 사이의 거리를 측정하도록 구성되고 적응된다.
'390 출원의 개시된 MEMS 장치는 [0015]에서 설명된, 조직에 인가되는 압력의 양 및 스테이플 카트리지 조립체의 조직 접촉 표면과 앤빌의 조직 접촉 표면 사이에 클램핑되는 조직의 두께 중 적어도 하나를 측정하도록 구성되고 적응된다. 그러나, 제안되는 접근법과 대조적으로, 회전 또는 회전 이동에 적용되는 센서와, 작동 데이터의 관련 피드백 또는 회전 운동에 관련된 파라미터의 임의의 개시가 있는 것으로 보이지 않는다.
본 기술 분야의 당업자는 본원에서 한정된 바와 같은 외과적 파라미터를 측정하기 위한 프로그램 및 방법은 a) ROM 장치와 같은 기록 불가능한 저장 매체 상에 영구적으로 저장된 정보, b) 플로피 디스크, 자기 테이프, CD, RAM 장치, 및 다른 자기 및 광학 매체와 같은 기록 가능한 비일시적 저장 매체 상에 변경 가능하게 저장된 정보, 또는 c) 인터넷 또는 전화 모뎀 라인과 같은 전자 네트워크에서와 같이, 통신 매체를 통해 컴퓨터로 이송된 정보를 포함하지만 이들로 제한되지 않는 많은 형태로 사용자 처리 및 렌더링 장치로 전달 가능함을 쉽게 이해하여야 한다. 작업 및 방법은 소프트웨어 실행 가능 객체 내에서 또는 지시에 응답하는 프로세서에 의해 실행되는 엔코딩된 지시들의 세트로서 구현될 수 있다. 대안적으로, 본원에서 개시되는 작업 및 방법은 주문형 반도체(ASIC), 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA), 상태 기계, 제어기 또는 다른 하드웨어 구성요소 또는 장치, 또는 하드웨어, 소프트웨어, 및 펌웨어 구성요소들의 조합을 사용하여 전체적으로 또는 부분적으로 실시될 수 있다.
외과적 파라미터를 측정하는 시스템 및 방법이 특히 그의 실시예를 참조하여 도시되고 설명되었지만, 형태 및 세부의 다양한 변화가 첨부된 특허청구범위에 의해 포함되는 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있음이 본 기술 분야의 당업자에 의해 이해될 것이다.

Claims (20)

  1. 외과용 추출 장치를 제어하는 방법이며,
    회전 감지를 위해 통합형 미세 기계 장치를 구성하는 단계;
    감지된 회전 파라미터를 보내기 위해 통합형 미세 기계 장치로부터 제어기로의 무선 연결을 확립하는 단계;
    외과용 블레이드를 구동하기 위해 회전 허브에 통합형 미세 기계 장치를 고정시키는 단계 - 회전 허브는 외과적 물질의 절단 및 추출을 위한 외과용 블레이드를 회전시키기 위해 구동원에 응답하고, 회전 허브는 이동으로 인해 물리적 연결을 제한함 -;
    외과용 블레이드의 회전으로부터 치료 조작을 수행하기 위해 수술 영역 내에 외과용 블레이드를 배치하는 단계;
    허브의 회전에 기초하여, 통합형 미세 기계 장치에 가해지는 원심력에 기인하는 회전 파라미터를 감지하는 단계; 및
    외과적 파라미터를 도출하기 위해 제어기로 감지된 회전 파라미터를 보내는 단계 - 제어기는 펌프에 결합되고, 도출된 외과적 파라미터에 응답하여 펌프를 제어하도록 구성됨 -
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 도출된 외과적 파라미터에 응답하여 펌프에 의해 가해지는 압력을 변경하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  3. 외과용 장치 환경 내에서, 외과용 설비를 제어하는 방법이며,
    외과용 장치상의 감지 영역을 식별하는 단계 - 감지 영역은 통합형 미세 기계 장치를 수납하도록 구성되고 외과적 시술 중에 감지된 전자 기계적 자극에 응답하며, 외과용 장치는 외과적 조작을 수행하기 위해 구동원에 결합됨 -;
    외과적 시술 중에 외과적 파라미터를 동적으로 검출하기 위해 감지 영역에 통합형 미세 기계 장치를 고정시키는 단계; 및
    제어기와의 무선 통신을 유지하는 단계 - 제어기는 외과적 시술 중에 통합형 미세 기계 장치로부터 검출된 외과적 파라미터를 동적으로 수신하기 위해 통합형 미세 기계 장치에 응답하고, 외과적 파라미터는 감지 영역에서의 통합형 미세 기계 장치의 방해하지 않는 배치로 인해 통합형 미세 기계 장치의 존재에 의해 영향을 받지 않음 -
    를 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 감지 영역은 외과용 장치의 회전 부분 상에 있고,
    방법은,
    회전 부분 상에 통합형 미세 기계 장치를 배치하는 단계; 및
    감지 영역이 통합형 미세 기계 장치에 의해 검출 가능한 힘을 경험하도록 구동원으로부터 회전 부분을 회전시키는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 배치 단계는, 외과용 블레이드를 구동원에 결합시키도록 구성되고 외과용 블레이드 상에 절단력을 가하기 위해 회전에 응답하는 트럭 상에 통합형 미세 기계 장치를 배치하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 외과용 블레이드는 절단 팁에 결합된 중공 샤프트를 포함하고, 절단 팁은 중공 샤프트의 축에 대해 평행한 절단날을 가지며 블레이드의 날에 대해 직각으로 절단력을 가하기 위해 회전에 응답하는, 방법.
  7. 제3항에 있어서, 통합형 미세 기계 장치는 외과적 파라미터를 기록하기 위한 기록 장치에 대한 물리적 연결을 채용하지 않는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 감지 영역의 동적 이동은 외과적 파라미터를 기록하기 위한 기록 장치로의 물리적 연결을 불가능하게 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 고정 단계는, 외과용 장치의 제어기에 대한 무선 결합을 채용하며 장치에 의한 외과적 물질의 회전 또는 유동에 영향을 주지 않는 방해하지 않는 배치를 포함하는 방법.
  10. 제3항에 있어서, 감지 영역은 구동원에 응답하는 외과용 장치의 이동으로 인해 물리적 연결을 제한하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 외과용 장치의 속력, 회전, 또는 토크 중 적어도 하나를 감지하기 위해 통합형 미세 기계 장치를 구성하는 단계를 추가로 포함하고, 통합형 미세 기계 장치는 스트레인 게이지, 소형 자이로, 또는 압력 센서/트랜스듀서 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
  12. 외과용 설비이며,
    외과용 장치상의 감지 영역 - 감지 영역은 통합형 미세 기계 장치를 수납하도록 구성되고 외과적 시술 중에 감지된 전자 기계적 자극에 응답하며, 외과용 장치는 외과적 조작을 수행하기 위해 구동원에 결합됨 -;
    외과적 시술 중에 외과적 파라미터를 동적으로 검출하기 위해 감지 영역에 통합형 미세 기계 장치를 고정시키기 위한 부착 메커니즘; 및
    외과적 시술 중에 통합형 미세 기계 장치로부터 검출된 외과적 파라미터를 동적으로 수신하기 위해 제어기와의 무선 통신을 유지하기 위한 무선 송신기 - 외과적 파라미터는 감지 영역에서의 통합형 미세 기계 장치의 방해하지 않는 배치로 인해 통합형 미세 기계 장치의 존재에 의해 영향을 받지 않음 -
    를 포함하는 외과용 설비.
  13. 제12항에 있어서, 감지 영역은, 감지 영역이 통합형 미세 기계 장치에 의해 검출 가능한 힘을 경험하도록, 회전 부분 상에서 통합형 미세 기계 장치를 수납하도록 구성되고 구동원으로부터 회전 부분을 회전시키기 위해 구동원으로부터의 회전에 응답하는, 외과용 장치의 회전 부분 상에 있는, 외과용 설비.
  14. 제13항에 있어서, 통합형 미세 기계 장치는, 구동원에 외과용 블레이드를 결합시키도록 구성되고 외과용 블레이드 상에 절단력을 가하기 위해 회전에 응답하는 트럭 상에 배치되는, 외과용 설비.
  15. 제14항에 있어서, 외과용 블레이드는 절단 팁에 결합된 중공 샤프트를 포함하고, 절단 팁은 중공 샤프트의 축에 대해 평행하며 블레이드의 날에 대해 직각으로 절단력을 가하기 위해 회전에 응답하는 절단날을 갖는, 외과용 설비.
  16. 제12항에 있어서, 통합형 미세 기계 장치는 외과적 파라미터를 기록하기 위한 기록 장치에 대한 물리적 연결이 없는, 외과용 설비.
  17. 제16항에 있어서, 감지 영역의 동적 이동은 외과적 파라미터를 기록하기 위한 기록 장치에 대한 물리적 연결을 불가능하게 하는, 외과용 설비.
  18. 제17항에 있어서, 고정 단계는, 외과용 장치의 제어기에 대한 무선 결합을 채용하며 장치에 의한 외과적 물질의 회전 또는 유동에 영향을 주지 않는 방해하지 않는 배치를 포함하고, 감지 영역은 구동원에 응답하는 외과용 장치의 이동으로 인해 물리적 연결을 제한하는, 외과용 설비.
  19. 제18항에 있어서, 통합형 미세 기계 장치는 외과용 장치의 속력, 회전, 또는 토크 중 적어도 하나를 감지하기 위한 구조물을 포함하는, 외과용 설비.
  20. 제18항에 있어서, 스트레인 게이지, 소형 자이로, 또는 압력 센서/트랜스듀서 중 적어도 하나를 추가로 포함하는 통합형 미세 기계 장치.
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