KR20160078363A - 치과 및 두개악안면 수술용 네비게이션 시스템 및 방법, 및 마커 부재를 포지셔닝하는 포지셔닝 툴 및 방법 - Google Patents

치과 및 두개악안면 수술용 네비게이션 시스템 및 방법, 및 마커 부재를 포지셔닝하는 포지셔닝 툴 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수술용 핸드피스(2), 수술용 핸드피스(2)에 이동가능하게 부착되는 이미징 유닛(4), 및 환자의 두개골, 안면골(26), 치아 또는 치아들에 부착가능한 마커 부재(6; 44, 46)를 포함하는 치과(dental) 및 두개악안면(cranio-maxillofacial) 수술용 네비게이션 시스템에 관한 것이다. 마커 부재(6; 44, 46)는 이미징 유닛(4)에 의하여 검출가능한 복수 개의 마커 엘리먼트(8, 10; 46)를 포함한다. 더 나아가, 본 발명은 이러한 네비게이션 시스템과 함께 사용되기 위한 포지셔닝 툴(40)에 관한 것인데, 포지셔닝 툴(40)은 마커 부재(44, 46)를 환자의 두개골, 안면골(26), 치아 또는 치아들 위에 포지셔닝하도록 구성되고, 다이 엘리먼트(42) 및 마커 부재(44, 46)를 포함한다. 마커 부재(44, 46)는 변형가능 재료(44)를 포함하고, 변형가능 재료(44)는 다이 엘리먼트(42) 내에 해제가능하게 수용되고, 복수 개의 마커 엘리먼트(46)는 다이 엘리먼트(42)를 바라보는 변형가능 재료(44)의 표면에 배치된다. 본 발명은 또한 이러한 네비게이션 시스템을 사용한 치과 및 두개악안면 수술을 위한 네비게이션 방법 및 포지셔닝 툴(40)을 사용하여 환자의 두개골, 안면골(26), 치아 또는 치아들 상에 마커 부재(44, 46)를 포지셔닝하는 방법에 관한 것이다.

Description

치과 및 두개악안면 수술용 네비게이션 시스템 및 방법, 및 마커 부재를 포지셔닝하는 포지셔닝 툴 및 방법{NAVIGATION SYSTEM AND METHOD FOR DENTAL AND CRANIO-MAXILLOFACIAL SURGERY, POSITIONING TOOL AND METHOD OF POSITIONING A MARKER MEMBER}
본 발명은 마커 부재를 포함하는 치과 및 두개악안면 수술용 네비게이션 시스템 및 이러한 네비게이션 시스템을 사용한 네비게이션 방법에 관한 것이다. 더 나아가, 본 발명은 네비게이션 시스템과 함께 사용하기 위한 포지셔닝 툴 및 네비게이션 시스템의 마커 부재를 환자의 치아 또는 치아들에 포지셔닝하기 위한 방법에 관한 것이다.
2012 년에 유럽에서 약 5 백만 회의 치과 임플란트 프로시저가 수행되었다. 이러한 프로시저들 중 약 18%가 처치 계획 소프트웨어를 사용하여 수행되었고, 이러한 프로시저 중 약 4%가 기계적 천공(drilling) 템플릿을 수술을 보조하는 툴로서 사용했다.
이러한 천공 템플릿을 제조하는 데에는 시간이 많이 걸리며(약 3 일 내지 10 일) 고가이기 때문에(템플릿당 300 내지 700 EUR), 천공 템플릿은 여전히 제한적으로 사용된다. 더욱이, 천공 템플릿의 전체 정밀도는 약 1 내지 2 mm로 제한되고, 수술 도중에 시야가 가려지는 문제 때문에 외과의에 대한 인체 공학세(ergonomics)적으로 만족스럽지 않다.
EP 2 236 104 B1 호는 환자의 인체의 부분에 대한 기구의 위치 관련성이 확인되는, 의학적 네비게이션을 위한 방법 및 디바이스를 개시한다.
이러한 디바이스는, 이러한 기구 및 환자의 인체의 부분이 정확한 위치 관련성을 가지고 표시되는 이미지 출력부, 및 의학적 이미징 방법을 이용하여 캡쳐된 가상 이미지 데이터에 기초하여 그리고 네비게이션 도중에 캡쳐된 실제 이미지에 기초하여 환자의 인체의 부분의 디스플레이를 생성하는 이미지 프로세서를 포함한다. 디바이스는 일차적으로 이미지의 기초로서 이미지 출력부에 가상 이미지 데이터를 디스플레이하는 이미지 디스플레이 제어부를 더 포함하는데, 실제 이미지는 추가적으로 그리고 이차적으로 가상 이미지 데이터에 중첩될 뿐이다.
실제 이미지는 기구에 고정되게 배치되는 비디오 이미지 캡쳐 유닛에 의하여 제공된다. 환자의 인체의 부분에 대한 기구의 위치 관련성은 두 개의 카메라 및 두 개의 기준 어셈블리를 가지는 고정식 추적 시스템에 의하여 확인되는데, 하나의 어셈블리는 환자의 인체의 부분에 배치되고 다른 어셈블리는 기구에 배치된다. 수술 도중에 언제라도 이러한 위치 관련성을 검출하기 위해서, 두 개의 기준 어셈블리들은 언제나 추적 시스템의 시야 범위 내에 있어야 한다.
그러나, 추적 시스템과 두 개의 참조 어셈블리들을 사용하면 위의 디바이스는 복잡해진다. 더 나아가, 두 개의 참조 어셈블리가 계속하여 고정식 추적 시스템의 시야 범위 내에 위치돼야 한다는 것 때문에 디바이스의 적용가능성이 제한된다. 구체적으로 설명하면, 치과 및 두개악안면 수술에서, 특히, 처치될 부분이 환자의 구강 내에 위치되는 구강내(intraoral) 애플리케이션에서, 이러한 요구 사항을 적어도 전체 수술 프로시저 도중에 만족시키는 것은 어려울 수 있고 심지어 불가능할 수도 있다.
그러므로, 간단하고 신뢰가능한 방식으로 정밀한 수술 네비게이션(surgical navigation)을 가능하게 하는 치과 및 두개악안면 수술용 네비게이션 시스템 및 네비게이션 방법이 여전히 필요하다.
본 발명의 한 가지 목적은, 간단하고 신뢰가능한 방식으로 정밀한 수술 네비게이션을 가능하게 하는 치과 및 두개악안면 수술용 네비게이션 시스템 및 네비게이션 방법을 제공하는 것이다. 더 나아가, 본 발명은 이러한 네비게이션 시스템과 함께 사용되기 위한 것으로서 환자의 치아 또는 치아들에 마커 부재를 정확하게 포지셔닝하게 하는 포지셔닝 툴 및 이러한 포지셔닝 툴을 사용하는 포지셔닝 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적들은 제 1 항의 기술적 특징을 가지는 네비게이션 시스템, 제 11 항의 기술적 특징을 가지는 포지셔닝 툴, 제 14 항의 특징을 가지는 포지셔닝 방법, 및 제 15 항의 특징을 가지는 네비게이션 방법에 의하여 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속항에서 정의된 바와 같다.
본 발명은 수술용 핸드피스 또는 기구, 수술용 핸드피스 또는 기구에 이동가능하게 부착되는 이미징 유닛, 및 환자의 두개골, 안면골, 치아 또는 치아들에 부착가능한 마커 부재를 포함하는 치과(dental) 및 두개악안면(cranio-maxillofacial) 수술용 네비게이션 시스템을 제공한다.
마커 부재는 기준선 및/또는 기준점과 같은 복수 개의 마커 엘리먼트를 포함하는데, 이들은 이미징 유닛에 의하여 검출가능하다.
복수 개의 마커 엘리먼트는 별개의 엘리먼트이거나 적어도 서로 부분적으로 연결되거나 결합되는 엘리먼트들일 수도 있다. 마커 엘리먼트들은 서로 분리되도록 마커 부재에 제공될 수도 있다. 마커 엘리먼트는, 예를 들어 광학적 패턴과 같은 연속 패턴을 형성하기 위하여, 마커 엘리먼트들 중 적어도 일부 또는 전부가 적어도 부분적으로 서로 연결되거나 결합되도록 마커 부재에 제공될 수도 있다.
이미징 유닛은 수술용 핸드피스 또는 기구에 상대적으로 이동가능하도록, 수술용 핸드피스 또는 기구에 이동가능하게 부착, 탑재되거나 설치된다. 따라서 이미징 유닛은 수술용 핸드피스로부터 독립적으로 이동될 수 있다.
이미징 유닛은 연속적으로, 예를 들어 단차가 없이(steplessly) 핸드피스 또는 기구에 상대적으로 이동가능하도록, 수술용 핸드피스 또는 기구에 이동가능하게 부착될 수도 있다. 이미징 유닛은 이산 단계 또는 스테이지에서 핸드피스 또는 기구에 상대적으로 이동가능하도록, 수술용 핸드피스 또는 기구에 이동가능하게 부착될 수도 있다.
마커 부재는 두개골, 안면골, 치아 또는 복수 개의 치아들과 같은 환자의 두개(cranium), 두개골 또는 치아들의 컴포넌트에 부착, 탑재, 고정, 설치, 또는 확보될 수 있다. 따라서 마커 부재는 환자의 두개골, 안면골, 치아 또는 치아들에 부착, 탑재, 고정, 설치되거나 확보될 수 있도록 구성된다. 수술 프로시저가 시작되기 이전에, 마커 부재는 수술이 수행될 영역 내에서 환자의 두개골, 안면골, 치아 또는 치아들에 부착된다.
이미징 유닛은 이미징 데이터, 즉, 특히 수술이 수행되는 영역의 이미징 데이터를 획득 또는 제공하여, 실시간으로 수술 영역의 이미징 데이터를 획득하거나 제공한다. 이러한 방식으로, 수술 영역의 이미징 데이터는 실시간으로 제공될 수 있고, 따라서 수술 프로시저 도중에 정밀한 방식으로 외과의를 보조한다.
이미징 유닛 마커 부재의 복수 개의 마커 엘리먼트를 검출하도록 구성된다. 수술 도중에, 마커 엘리먼트는 이미징 유닛에 의하여 검출된다. 이미징 유닛이 수술용 핸드피스 또는 기구에 부착되고 마커 엘리먼트를 포함하는 마커 부재가 수술이 수행되는 영역에 부착되기 때문에, 이미징 유닛을 사용하여 마커 엘리먼트를 검출하면 수술 영역에 상대적인 핸드피스 또는 기구의 위치가 정확하게 결정된다.
특히, 이미징 유닛이 수술용 핸드피스 또는 기구에 이동가능하게 부착되기 때문에, 이미징 유닛은 핸드피스 또는 기구에 상대적으로 이동되어 이미징 유닛과 마커 엘리먼트 사이에 실질적으로 영구적인 콘택, 예를 들어 시각적 콘택이 수술 도중에 언제라도 보장될 수 있게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 마커 부재의 마커 엘리먼트가 수술 프로시저 전체에 걸쳐 이미징 유닛에 의하여 실질적으로 일정하게 검출되는 것이 보장될 수 있다.
복수 개의 마커 엘리먼트가 이미징 유닛에 의하여 검출되지 않는다고 결정되면, 이미징 유닛은 이미징 유닛이 복수 개의 마커 엘리먼트를 검출하는 위치로 수술용 핸드피스 또는 기구에 상대적으로 이동될 수도 있다.
그러므로, 본 발명의 네비게이션 시스템은 간단하고 신뢰가능한 방식으로 치과 및 두개악안면 수술 도중에 정밀한 네비게이션이 가능하게 한다.
더 나아가, 이미징 유닛을 수술용 핸드피스 또는 기구에 이동가능하도록 부착하기 때문에 외과의의 인체공학적 자세(ergonomics)가 크게 개선된다. 특히, 이미징 유닛이 핸드피스 또는 기구에 상대적으로 또는 이것과 독립적으로 이동가능하기 때문에, 핸드피스 또는 기구는 이미징 유닛과 마커 엘리먼트 사이에 콘택이 상실될 위험이 없이 외과의에 의하여 자유롭게 작동될 수 있다.
수술 도중에 정밀한 네비게이션이 달성되고 외과의에 대한 인체공학적 자세가 개선되기 때문에, 임상 안전성 및 임상 결과가 현저하게 개선된다. 기계적 천공 가이드(drilling guide)를 생산할 필요가 없기 때문에, 수술 프로시저의 비용이 크게 감소될 수 있다.
네비게이션 시스템은 특히 바람직하게는 구강내 애플리케이션, 예컨대 발치 또는 치아 교체, 구강 임플란트 등에서 사용될 수 있다. 이러한 애플리케이션에서, 수술 영역은 환자의 구강 내에 배치된다. 더 나아가, 수술 도중에 적어도 많은 시간 동안, 수술용 핸드피스 또는 기구의 부분도 역시 이러한 구강 내에 배치된다. 핸드피스 또는 기구의 상대적인 위치, 그리고 따라서 수술 영역은 예를 들어, 종래의 추적 시스템을 사용하여 구강 외부에서 모니터링하기에는 어렵다. 이러한 문제점은 본 발명의 네비게이션 시스템에 의한 이동가능하게 부착된 이미징 유닛 및 마커 부재를 사용하여 극복된다.
더욱이, 구강내 애플리케이션에서 외과의에게 허용되는 공간이 제한되기 때문에, 본 발명의 네비게이션 시스템에 의하여 달성되는 개선된 인체공학적 자세는 특히 유용하다.
이미징 유닛은, 특히 네비게이션 시스템을 사용할 때에 복수 개의 마커 엘리먼트와의 콘택, 예를 들어 시각적 콘택을 실질적으로 일정하게 또는 영구적으로 유지하기 위하여, 수술용 핸드피스 또는 기구에 상대적으로 이동하도록 구성될 수도 있다.
네비게이션 시스템은 마커 엘리먼트들이 이미징 유닛에 의하여 검출되는지 여부를 감지 또는 검출하기 위한 센서 및/또는 검출기를 포함할 수도 있다.
네비게이션 시스템은 이미징 유닛을 수술용 핸드피스 또는 기구에 상대적으로 이동시키기 위한 액츄에이터 또는 구동 엘리먼트를 포함할 수도 있다.
액츄에이터 또는 구동 엘리먼트는, 예를 들어 센서 및/또는 검출기에 의하여 복수 개의 마커 엘리먼트가 이미징 유닛에 의하여 검출되지 않는다고 결정, 예를 들어 감지되거나 검출된다면, 이미징 유닛이 복수 개의 마커 엘리먼트를 검출하는 위치로 이미징 유닛을 수술용 핸드피스 또는 기구에 상대적으로 이동하도록 구성될 수도 있다.
네비게이션 시스템은 단일 이미징 유닛 또는 두 개, 세 개, 네 개 이상의 이미징 유닛과 같은 복수 개의 이미징 유닛을 포함할 수도 있다. 이미징 유닛은, 예를 들어 수술용 핸드피스 또는 기구의 길이를 따라 및/또는 이것의 원주 주위에서, 수술용 핸드피스 또는 기구 상의 상이한 위지에 배치될 수도 있다.
이미징 유닛은 하나 이상의 카메라 유닛, 예를 들어 하나 이상의 입체 카메라 유닛, 및/또는 레이저 스캐너 등과 같은 하나 이상의 3D 스캐너를 포함할 수도 있다. 이미징 유닛은 가시광 및/또는 적외선 광 스펙트럼에서 이미징 데이터를 이미징, 즉, 획득 또는 제공할 수 있을 수도 있다. 이미징 유닛은 수술 영역의 3-차원의 이미징 데이터를 획득 또는 제공하도록 구성될 수도 있다.
3D 스캐너는 3D 표면 스캐너일 수도 있다. 3D 표면 스캐너는 수술이 수행되는 영역의 표면, 예를 들어 환자의 두개골, 안면골, 치아 또는 치아들의 표면을 광학적으로 스캔하도록 구성될 수도 있다. 이러한 방식으로, 환자의 포지션이 특히 정밀하고 신뢰가능한 방식으로 모니터링될 수 있다.
이미징 유닛은 수술용 핸드피스 또는 기구에 착탈식으로 부착될 수도 있다. 이러한 경우에, 이미징 유닛은 수술용 핸드피스 또는 기구로부터 제거되거나 분리될 수 있다. 이미징 유닛 및 수술용 핸드피스 또는 기구의 이러한 모듈식 구성을 사용함으로써, 이미징 유닛은 그 외의 수술용 핸드피스 또는 기구에 부착되거나 이들과 조합되어 사용될 수 있다. 따라서, 단일 이미징 유닛은 다양한 그 외의 수술 프로시저들을 위하여 사용될 수 있고, 이를 통하여 수술 비용을 더욱 감소시킨다.
네비게이션 시스템은, 예를 들어 마커 부재의 마커 엘리먼트를 조명하기 위한 것이며 이미징 유닛 상에 배치될 수도 있는 광원, 예컨대 LED, 레이저 포인터 등을 더 포함할 수도 있다. 이러한 방식으로, 이미징 유닛에 의한 마커 엘리먼트의 검출 프로세스가 더욱 개선될 수 있다.
이미징 유닛은 수술용 핸드피스에 상대적인 복수 개의 다른 위에서 수술용 핸드피스에 상대적으로 잠금가능하거나 포획가능할 수도 있다. 예를 들어, 이미징 유닛은 수술용 핸드피스에 상대적인 복수 개의 다른 길이 방향 및/또는 측방향 및/또는 각위치에서 잠금가능할 수도 있다. 네비게이션 시스템은 수술용 핸드피스에 대한 복수 개의 위치에서 이미징 유닛을 잠금 또는 포획하기 위한 잠금 또는 포획 엘리먼트를 포함할 수도 있다.
이미징 유닛은 수술용 핸드피스에 상대적인 복수 개의 이산 또는 연속 위치에서 잠금가능하거나 포획가능할 수도 있다. 특히, 이미징 유닛은 연속적으로, 예를 들어 단차가 없이, 가동 핸드피스에 상대적으로 이동가능하고 핸드피스에 상대적인 모든 달성가능한 위치에서 잠금가능하도록, 수술용 핸드피스에 이동가능하게 부착될 수도 있다.
이미징 유닛을 위치 수술용 핸드피스에 상대적으로 잠금 또는 포획함으로써, 즉, 이미징 유닛이 핸드피스에 상대적으로 이동불가능하도록 잠금 또는 포획함으로써, 이미징 유닛은 핸드피스에 상대적인 양호하게 규정된 위치에 안정적이고 견실하게 유지될 수 있다. 이러한 장치는 마커 부재의 마커 엘리먼트에 상대적인 수술용 핸드피스의 위치가 특히 정밀하게 측정되거나 검출되게 한다.
이미징 유닛은 복수 개의 마커 엘리먼트가 이미징 유닛에 의하여 검출되지 않는다고 결정될 경우에만 수술용 핸드피스에 상대적으로 이동하도록 구성될 수도 있다1. 이러한 경우에, 이미징 유닛은, 이미징 유닛이 복수 개의 마커 엘리먼트를 검출하는 위치로 수술용 핸드피스에 상대적으로 이동하고 해당 위치에서 잠금되거나 포획되도록 구성될 수도 있다.
네비게이션 시스템은 수술용 핸드피스에 상대적인 이미징 유닛의 위치를 감지 또는 검출하기 위한 센서 및/또는 검출기 유닛을 더 포함할 수도 있다. 이러한 방식으로, 마커 부재의 마커 엘리먼트에 상대적인 수술용 핸드피스의 위치는 특히 정밀하고 신뢰가능한 방식으로 결정될 수 있다. 센서 및/또는 검출기 유닛은 위치 검출을 할 수 있는 임의의 타입의 센서 및/또는 검출기, 예컨대 압전 센서 또는 검출기일 수도 있다.
센서 및/또는 검출기 유닛은 수술용 핸드피스에 상대적인 이미징 유닛의 위치를 이산 방식으로, 즉 복수 개의 흩어진 다른 위치들에 대하여, 또는 연속 방식으로, 즉 복수 개의 연속하는 다른 위치들에 대하여 검출하도록 구성될 수도 있다. 센서 및/또는 검출기 유닛은 수술용 핸드피스에 상대적인 이미징 유닛의 길이 방향 및/또는 측방향 및/또는 각 위치를 검출하도록 구성될 수도 있다.
이미징 유닛은 수술용 핸드피스에 미끄럼가능하고, 피벗가능하며 및/또는 회전가능하게 부착되어, 수술용 핸드피스에 상대적으로 각각 미끄럼가능하고, 피벗가능하며 및/또는 회전가능할 수 있다.
이미징 유닛은 선형 및/또는 각방향 중 하나 이상에서 수술용 핸드피스에 상대적으로 미끄럼가능하고, 피벗가능하며 및/또는 회전가능할 수도 있다. 이미징 유닛은 수술용 핸드피스의 길이를 따라서 및/또는 핸드피스의 길이에 수직으로, 즉 세로축을 따라 미끄럼가능하고 및/또는 핸드피스의 세로축 중심으로 및/또는 핸드피스의 세로축에 수직인 축 중심으로 회전가능할 수도 있다.
이미징 유닛은 수술용 핸드피스의 전체 길이를 따라서 또는 수술용 핸드피스의 길이 중 일부를 따라서 미끄럼가능할 수도 있다. 이미징 유닛은 수술용 핸드피스에 상대적으로 45°가 넘는, 바람직하게는 90°가 넘는, 더 바람직하게는 180°가 넘는, 더 바람직하게는 270°가 넘는 그리고 더 바람직하게는 360°가 넘는 각도 범위에 걸쳐 회전가능할 수도 있다.
이미징 유닛을 수술용 핸드피스에 회전가능하게 부착하면, 이미징 영역이 이미징 유닛에 의하여 커버되게 하는 간단한 구조가 되는데, 이를 통하여 간단한 방식으로 마커 부재의 마커 엘리먼트가 실질적으로 수술 도중에 언제라도 검출되도록 보장한다.
더 나아가, 핸드피스에 상대적으로 핸드피스의 세로축에 수직인 축 중심으로 회전가능하도록 수술용 핸드피스에 이미징 유닛을 회전가능하게 부착함으로써, 외과의에 의한 수술용 핸드피스의 동작과 함께 이미징 유닛의 움직임이 방해받는 것이 특히 신뢰성있게 방지되면서, 마커 엘리먼트가 영구적으로 검출되는 것이 보장될 수 있다.
이미징 유닛은 소형 디스플레이와 같은 하나 이상의 디스플레이 부재를 포함할 수도 있다. 하나 이상의 디스플레이 부재는 이미징 데이터 및/또는 처치 계획 데이터와 같은 데이터를 디스플레이하도록 구성될 수도 있다. 하나 이상의 디스플레이 부재는 네비게이션 시스템이 사용될 때에 마커 부재를 바라보도록 구성되는 이미징 유닛의 정면측에 반대인 이미징 유닛의 후면측에 배치될 수도 있다.
마커 부재 또는 그것의 보디는 적어도 부분적으로 강성의 단단하며 휘어지지 않고 및/또는 강한 재료로 제조될 수도 있다. 마커 부재 또는 그것의 보디는 적어도 부분적으로 가요성이고 탄성이 있으며 변형가능한, 예를 들어 영구적으로 변형가능한 연성 및/또는 탄성 재료로 제조될 수도 있다. 마커 부재 또는 그것의 보디는 플라스틱, 금속, 세라믹 등으로 제조될 수도 있다.
마커 부재는 환자의 두개골, 안면골, 치아 또는 치아들로의 부착을 가능하게 하는 부착 엘리먼트, 예컨대 스크류 엘리먼트, 클램프 엘리먼트, 접착제 엘리먼트 등을 포함할 수도 있다.
마커 부재는 방사선 불투과성 재료, 즉, X-선 방사선을 통과해서 투과시키지 않는 재료를 포함할 수도 있다. 마커 부재는 하나 이상의 방사선 불투과성 엘리먼트, 예컨대 방사선 불투과성 비드(bead), 방사선 불투과성 와이어, 방사선 불투과성 플레이트 등을 포함할 수도 있다. 방사선 불투과성 재료는 납, 티타늄, 텅스텐 등 또는 이들의 조합일 수도 있다.
방사선 불투과성 재료는 마커 부재의 보디 내에 및/또는 마커 부재의 표면에 배치될 수도 있다. 복수 개의 마커 엘리먼트 중 하나 이상은 방사선 불투과성 재료로 제조될 수도 있다.
방사선 불투과성 재료는 X-선 이미징 기법, 예컨대 컴퓨터 토모그래피(CT), 예를 들어 원추빔 CT에 의하여 볼 수 있다. 그러므로, 방사선 불투과성 재료를 포함하는 마커 부재는 X-선 이미징, 특히, 수술 프로시저 이전의 X-선 이미징에 대한 기준으로서 사용될 수 있다.
마커 부재는 X-선 이미징 이전에 환자의 두개골, 안면골, 치아 또는 치아들에 부착될 수도 있다. 후속하여, X-선 이미징, 예컨대 원추빔 CT와 같은 CT는 마커 부재의 방사선 불투과성 재료를 기준으로서 사용하여 X-선 이미징 데이터를 획득하기 위하여 수행될 수도 있다. 마커 부재는 후속 수술 프로시저에서 이것의 위치에 유지될 수도 있는데, 이것의 마커 엘리먼트는 이미징 유닛에 대한 기준으로서의 역할을 한다.
이러한 경우에, 마커 부재는 수술 이전 및 수술 도중에 모두 이미징을 위한 기준으로서의 역할을 하여 네비게이션 시스템의 구성이 특히 간단해지게 한다.
더 나아가, 방사선 불투과성 재료를 가지는 마커 부재를 제공하면 원추빔 CT, 처치 계획 및 유도되는 수술과 같은 X-선 이미징을 사용한 진단이 특히 간단한 방식으로 환자가 한 번 방문했을 때에 수행되게 하고, 이를 통하여 처치의 기간과 비용을 더욱 감소시킨다.
더욱이, 마커 부재를 수술 이전의 X-선 이미징을 위한 그리고 수술 도중에 이미징 유닛을 사용한 이미징을 위한 기준으로서 사용하면, X-선 이미징 데이터 및 이미징 유닛에 의하여 획득된 이미징 데이터가 특히 간단하고 신뢰가능한 방식으로 결합, 예를 들어 중첩되거나 오버레이되게 하여, 수술이 수행되는 영역의 정밀하고 신뢰가능한 3-차원의 이미지 데이터가 생성되게 한다.
마커 엘리먼트는 마커 부재에, 특히 마커 부재의 표면에, 인쇄, 엠보싱, 에칭, 음각 등에 의하여 제공될 수도 있다. 마커 엘리먼트는 마커 부재의 보디와 일체화되어 형성될 수도 있다. 마커 엘리먼트는 마커 부재의 보디에 부착, 고정된, 확보되거나 탑재되는 개별 엘리먼트일 수도 있다. 예를 들어, 마커 엘리먼트는 마커 부재의 보디 내에 적어도 부분적으로 임베딩될 수도 있다.
복수 개의 마커 엘리먼트는 2-차원의 패턴 또는 어레이로, 예를 들어 2-차원의 광학적 패턴 또는 어레이로 배치될 수도 있다. "2-차원"이라는 용어는 마커 엘리먼트가 공통 면에 배치된다고 정의한다. 마커 엘리먼트를 이렇게 배치하면 마커 부재의 구성이 특히 간단해진다. 마커 부재에 상대적인 수술용 핸드피스의 위치에서의 임의의 변화는 이미징 유닛에 의하여 검출되는 마커 엘리먼트의 2-차원의 패턴 또는 어레이의 대응하는 왜곡을 검출함으로써 감지될 수 있다. 그러므로, 수술용 핸드피스 및 마커 부재의 상대적인 위치가 특히 간단하고, 신뢰가능하고 정밀한 방식으로 결정될 수 있다.
네비게이션 시스템은 처리 유닛, 예컨대 이미징 유닛의 이미징 데이터, 즉, 이미징 유닛에 의하여 획득된 이미징 데이터를 처리하기 위한 CPU 등을 더 포함할 수도 있다. 처리 유닛은 이미징 유닛의 이미징 데이터를 처리하도록 구성될 수도 있다. 처리부처리 유닛은 이미징 유닛의 이미징 데이터를 다른 환자 데이터, 예컨대 수술 이전에 또는 수술 프로시저 도중에, 예를 들어 마커 부재를 기준으로서 사용하여 획득된 이미징 데이터와 관련시키도록 구성될 수도 있다.
처리 유닛은 이미징 유닛의 이미징 데이터를 다른 데이터, 특히 다른 이미징 데이터, 예를 들어 수술 프로시저 이전에 및/또는 도중에 획득된 다른 이미징 데이터와 결합, 예를 들어 중첩 또는 오버레이시키도록 구성될 수도 있다. 특히, 처리 유닛은 이미징 유닛의 이미징 데이터를 수술 이전에 얻어진 X-선 이미징 데이터와, 예를 들어 방사선 불투과성 재료를 포함하는 마커 부재를 X-선 이미징 및 이미징 유닛을 사용한 이미징 모두에 대한 기준으로서 사용하여 결합, 예를 들어 중첩 또는 오버레이하도록 구성될 수도 있다.
X-선 이미징 데이터와 이미징 유닛의 이미징 데이터를 결합, 예를 들어 중첩 또는 오버레이함으로써, 수술이 수행되는 영역의 정밀한 3-차원의 이미지가 실시간으로 획득되어, 수술 프로시저 도중에 외과의에게 특히 정밀하고 신뢰가능한 가이드를 제공할 수 있다.
처리 유닛은 이미징 유닛의 이미징 데이터를 처치 계획 데이터, 예를 들어 수술 계획 소프트웨어에 의하여 제공되거나 획득된 처치 계획 데이터와 결합, 예를 들어 중첩 또는 오버레이하도록 구성될 수도 있다.
처리 유닛은 이미징 유닛의 이미징 데이터를 위에 상세히 설명된 다른 이미징 데이터와 같은 다른 이미징 데이터와 그리고 처치 계획 데이터와 결합, 예를 들어 중첩 또는 오버레이하도록 구성될 수도 있다.
이미징 유닛의 이미징 데이터를 처치 계획 데이터와 결합, 예를 들어 중첩 또는 오버레이하면, 외과의가, 예를 들어 타겟 시스템을 사용하여 핸드피스의 위치 및 각도의 관점에서 처치 계획에 따라 수술용 핸드피스, 예를 들어 외과의 드릴의 첨단을 신뢰성있게 네비게이션하게 한다.
이미징 유닛은 하나 이상의 디스플레이 부재, 예를 들어 처치 계획을 디스플레이하기 위한 이미징 유닛, 예를 들어 타겟 시스템 상에 제공된 소형 디스플레이를 포함할 수도 있다. 특히, 하나 이상의 디스플레이 부재는 네비게이션 시스템이 사용될 때에 마커 부재를 바라보도록 구성되는 이미징 유닛의 정면측에 반대인 이미징 유닛의 후면측에 배치될 수도 있다. 이러한 방식으로, 수술 도중에 외과의가 처치 계획을 직접 볼 수 있다는 것이 효율적이고 신뢰가능한 방식으로 보장될 수 있다.
타겟 시스템은, 예를 들어 이전의 처치 계획에 관련하여 수술용 핸드피스의 계획된 위치 및/또는 계획된 각도를 표시하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 수술용 핸드피스의 계획된 위치는 드릴 첨단 등의 계획된 진입 위치일 수도 있다. 타겟 시스템은, 예를 들어 핸드피스의 계획된 위치를, 하나 이상의 레티클 또는 가는 십자선, 예를 들어 이중 레티클 또는 가는 십자선을 사용하여 표시하도록 구성될 수도 있다. 타겟 시스템은 핸드피스의 계획된 각도를, 예를 들어 복수 개의 링, 예를 들어 두 개의 링을 사용하여 표시하도록 구성될 수도 있다.
수술용 핸드피스, 예를 들어 드릴 첨단, 드릴 헤드 등과 같은 그것의 첨단부는, 특히 방사선 불투과성 재료가 없는 마커 부재가 사용될 경우 또는 마커 부재가 X-선 이미징 이전에 수술 영역에 부착되지 않은 경우에 핸드피스 및 마커 부재의 상대적인 위치를 등록하기 위하여 사용될 수도 있다. 이러한 경우에, 정밀하고 신뢰가능한 네비게이션이 특히 간단한 방식으로 가능해진다.
네비게이션 시스템은 이미징 유닛의 이미징 데이터를 디스플레이하기 위한 디스플레이 유닛을 더 포함할 수도 있다. 디스플레이 유닛은 이미징 유닛의 이미징 데이터를 디스플레이하도록 구성될 수도 있다. 디스플레이 유닛은 LCD 디스플레이, LED 디스플레이 등과 같은 임의의 타입의 디스플레이를 포함할 수도 있다.
디스플레이 유닛은 이미징 유닛의 이미징 데이터를 다른 데이터, 예를 들어 수술 이전에 획득된 예를 들어 X-선 이미징에 의하여 획득된 이미징 데이터와 같은 다른 이미징 데이터와, 및/또는 처치 계획 데이터와 결합함으로써 생성되는 결합된 이미징 데이터를 디스플레이하도록 구성될 수도 있다.
따라서, 수술 영역은 디스플레이 유닛에서 3차원적으로 실시간으로 디스플레이되어, 수술 프로시저 도중에 외과의에게 특히 신뢰가능하고 정밀한 가이드를 제공할 수도 있다.
디스플레이 유닛은 예를 들어 수술 도중에 환자의 머리 옆에 또는 위와 같이 머리 옆에 배치되어, 외과의가 수술 영역을 실질적으로 동시에 관찰하면서 디스플레이 유닛에서 이미징 데이터를 모니터링하게 할 수도 있다.
디스플레이 유닛은 이미징 유닛의 이미징 데이터를 다른 데이터, 특히 다른 이미징 데이터, 예를 들어 수술 프로시저 이전에 및/또는 도중에 획득된 다른 이미징 데이터와 결합, 예를 들어 중첩 또는 오버레이시키도록 구성될 수도 있다. 특히, 디스플레이 유닛은 이미징 유닛의 이미징 데이터를 수술 이전에 얻어진 X-선 이미징 데이터와, 예를 들어 방사선 불투과성 재료를 포함하는 마커 부재를 X-선 이미징 및 이미징 유닛을 사용한 이미징 모두에 대한 기준으로서 사용하여 결합, 예를 들어 중첩 또는 오버레이하도록 구성될 수도 있다.
위에서 상세히 설명된 바와 같이, X-선 이미징 데이터와 이미징 유닛의 이미징 데이터를 결합, 예를 들어 중첩 또는 오버레이함으로써, 수술이 수행되는 영역의 정밀한 3-차원의 이미지가 실시간으로 획득되어, 수술 프로시저 도중에 외과의에게 특히 정밀하고 신뢰가능한 가이드를 제공할 수 있다.
디스플레이 유닛은 이미징 유닛의 이미징 데이터를 처치 계획 데이터, 예를 들어 수술 계획 소프트웨어에 의하여 제공되거나 획득된 처치 계획 데이터와 결합, 예를 들어 중첩 또는 오버레이하도록 구성될 수도 있다.
디스플레이 유닛은 이미징 유닛의 이미징 데이터를 위에 상세히 설명된 다른 이미징 데이터와 같은 다른 이미징 데이터와 그리고 처치 계획 데이터와 결합, 예를 들어 중첩 또는 오버레이하도록 구성될 수도 있다.
이미징 유닛의 이미징 데이터를 처치 계획 데이터와 결합, 예를 들어 중첩 또는 오버레이하면, 외과의가, 예를 들어 위에서 설명된 바와 같은 타겟 시스템을 사용하여 핸드피스의 위치 및 각도의 관점에서 처치 계획에 따라 수술용 핸드피스, 예를 들어 외과의 드릴의 첨단을 신뢰성있게 네비게이션하게 한다.
디스플레이 유닛은 처치 계획, 예를 들어 타겟 시스템을 디스플레이하도록 구성될 수도 있다. 디스플레이 유닛에 디스플레이되는 타겟 시스템은 위에서 상세히 설명된 바와 같은 타겟 시스템일 수도 있다.
수술용 핸드피스는 치과용 기구일 수도 있다. 수술용 핸드피스는 드릴, 예컨대 치과용 드릴일 수도 있다. 특히, 이미징 유닛이 수술용 핸드피스에 이동가능하게 부착되기 때문에, 네비게이션 시스템은 특히 바람직하게는 치과용 기구, 예컨대 치과용 드릴을 사용하는 발치 또는 치아 교체, 구강 임플란트 등과 같은 구강내 애플리케이션에 대하여 사용될 수 있다.
본 발명은 마커 부재를 환자의 두개골, 안면골, 예를 들어 턱뼈, 다이 또는 트레이 엘리먼트, 예컨대 인상용 트레이(impression tray) 또는 부분적인 인상용 트레이를 가지는 치아 또는 치아들, 및 마커 부재 상에 포지션하기 위한 포지셔닝 툴 또는 엘리먼트를 제공하는데, 마커 부재는 복수 개의 마커 엘리먼트 및 변형가능 재료를 포함하고, 변형가능 재료는 다이 엘리먼트 내에 해제가능하게(releasably) 수납되며, 복수 개의 마커 엘리먼트는 다이 엘리먼트를 바라보는 변형가능 재료의 표면에 배치된다. 마커 부재는, 예를 들어 불투과성 비드, 방사선 불투과성 와이어 등과 같은 하나 이상의 방사선 불투과성 엘리먼트의 형태인 방사선 불투과성 재료를 더 포함할 수도 있다.
본 발명은 본 발명의 네비게이션 시스템과 함께 사용되기 위한 포지셔닝 툴 또는 엘리먼트를 제공한다. 포지셔닝 툴은 네비게이션 시스템의 마커 부재를 환자의 두개골, 안면골, 예를 들어 턱뼈, 치아 또는 치아들 상에 포지셔닝하도록 구성된다. 포지셔닝 툴은 인상용 트레이 또는 부분적인 인상용 트레이와 같은 다이 또는 트레이 엘리먼트, 및 마커 부재를 포함한다. 마커 부재는 변형가능한, 예를 들어 영구적으로 변형가능한 재료를 포함한다. 변형가능 재료는 마커 부재의 보디를 형성할 수도 있다. 변형가능 재료는 다이 엘리먼트 내에 해제가능하게 수납된다. 복수 개의 마커 엘리먼트는 다이 엘리먼트를 바라보는 변형가능 재료의 표면에 배치된다.
포지셔닝 툴 또는 엘리먼트는 마커 부재를 환자의 두개골, 안면골, 예를 들어 턱뼈, 치아 또는 치아들에 부착하도록 구성될 수도 있다. 다이 또는 트레이 엘리먼트는 환자의 두개골, 안면골, 예를 들어 턱뼈, 치아 또는 치아들 중 적어도 일부 위에 배치되도록 구성된다. 특히, 다이 또는 트레이 엘리먼트는 이것이 환자의 두개골, 안면골, 예를 들어 턱뼈, 치아 또는 치아들 중 적어도 일부에 걸쳐 맞춤되도록 크기가 결정되고 성형된다. 다이 또는 트레이 엘리먼트는 변형가능 재료를 수납하도록 구성된다.
변형가능 재료는 다이 엘리먼트 내에 해제가능하게 수납되는데, 즉, 예를 들어 다이 엘리먼트를 환자의 두개골, 안면골, 예를 들어 턱뼈, 치아 또는 치아들 중 적어도 일로부터 제거함으로써 그곳으로부터 해제, 예를 들어 제거되거나 분리될 수 있도록 수납된다.
변형가능 재료는 환자의 두개골, 안면골, 예를 들어 턱뼈, 치아 또는 치아들에 맞춤가능한데, 즉, 다이 엘리먼트를 환자의 두개골, 안면골, 예를 들어 턱뼈, 치아 또는 치아들 중 적어도 일부 위에 설치할 때에 환자의 두개골, 안면골, 예를 들어 턱뼈, 치아 또는 치아들에 맞춤될 수 있도록 구성된다. 변형가능 재료는 영구적으로 변형가능할 수도 있다.
변형가능 재료는 환자의 두개골, 안면골, 예를 들어 턱뼈, 치아 또는 치아들 중 적어도 일부에 접착되도록 적어도 부분적으로 접착성을 가질 수도 있다. 변형가능 재료는 적어도 변형가능 재료와 두개골, 안면골, 예를 들어 턱뼈, 치아 또는 치아들 중 적어도 일부 사이의 형상 맞춤 또는 위치 맞춤에 의하여, 환자의 두개골, 안면골, 예를 들어 턱뼈, 치아 또는 치아들 중 적어도 일부에 접착되도록 구성될 수도 있다.
변형가능 재료는, 예를 들어 주변 공기와 같은 공기에 노출되거나 및/또는 자외선(UV) 광 등에 노출됨으로써 굳거나 경화되도록 구성될 수도 있다. 변형가능 재료는 수지, 예컨대 플라스틱 수지, 예를 들어 응고성 수지일 수도 있다. 변형가능 재료는 인상용 페이스트, 예를 들어 굳거나 또는 응고가능한 인상용 페이스트일 수도 있다.
마커 엘리먼트는 변형가능 재료 내에 적어도 부분적으로 임베딩될 수도 있다. 마커 엘리먼트는 다이 엘리먼트를 바라보는 변형가능 재료의 표면 상에 인쇄, 엠보싱 또는 그렇지 않으면 형성될 수도 있다.
다이 엘리먼트를 바라보는 변형가능 재료의 표면은 다이 엘리먼트와 접촉할 수도 있다.
본 발명의 포지셔닝 툴을 사용함으로써, 마커 부재는 특히 간단하고 신뢰가능한 방식으로 환자의 두개골, 안면골, 예를 들어 턱뼈, 치아 또는 치아들 상에 배치되고 부착될 수 있다. 특히, 마커 부재는 변형가능 재료에 의하여 환자의 두개골, 안면골, 예를 들어 턱뼈, 치아 또는 치아들 상의 그것의 위치에서 고정되게 유지되어, 마커 부재의 클램핑, 나사결합 등이 필요하지 않다. 그러므로, 마커 부재를 부착함으로써 발생되는 환자의 두개골, 안면골, 예를 들어 턱뼈, 치아 또는 치아들에 대한 손상이 신뢰성있게 방지된다.
본 발명은 4 개의 포지셔닝 툴을 포함하는 포지셔닝 툴들의 세트를 더 제공하는데, 4 개의 포지셔닝 툴의 다이 또는 인상용 트레이 또는 부분적인 인상용 트레이와 같은 트레이 엘리먼트는 서로 다른 형상 및/또는 크기를 가진다. 예를 들어, 4 개의 포지셔닝 툴의 각각의 다이 또는 트레이 엘리먼트는 사람 또는 동물의 턱의 다른 사분체에, 예를 들어 인간 또는 동물 털의 다른 사분체의 치아에 배치되도록 구성될 수도 있다. 특히, 포지셔닝 툴의 세트는 4 개의 포지셔닝 툴을 포함할 수도 있는데, 다이 또는 트레이 엘리먼트는 사람 또는 동물 턱의 다른 사분체에 대한 다른 부분 인상용 트레이이다.
포지셔닝 툴의 이러한 세트를 사용함으로써, 수술이 수행될 위치 또는 영역, 예컨대 상부 또는 하부 턱, 특정 턱 사분체 등에 대응하는 적합한 포지셔닝 툴이 선택될 수 있고, 따라서 마커 부재를 특히 정밀하게 포지셔닝할 수 있다.
본 발명의 네비게이션 시스템은 본 발명의 포지셔닝 툴 또는 포지셔닝 툴의 세트를 더 포함할 수도 있다.
본 발명은 본 발명의 포지셔닝 툴을 사용하여 환자의 두개골, 안면골, 예를 들어 턱뼈, 치아 또는 치아들에 마커 부재를 포지셔닝하는 방법을 더 제공한다. 이러한 방법은 변형가능 재료를 환자의 두개골, 안면골, 예를 들어 턱뼈, 치아 또는 치아들 중 적어도 일부에 부착하기 위하여, 변형가능 재료를 수용하는 다이 또는 트레이 엘리먼트를 환자의 두개골, 안면골, 예를 들어 턱뼈, 치아 또는 치아들 중 적어도 일부 위에 배치하는 단계, 및 변형가능 재료를 다이 또는 트레이 엘리먼트로부터 해제시키기 위하여, 다이 엘리먼트를 환자의 두개골, 안면골, 예를 들어 턱뼈, 치아 또는 치아들 중 적어도 일부로부터 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 마커 부재를 포지셔닝하는 방법은 본 발명의 포지셔닝 툴에 대하여 이미 위에서 상세히 설명된 유리한 효과를 제공한다. 특히, 이러한 방법에 의하여 마커 부재를 부착함에 의하여 환자의 두개골, 안면골, 예를 들어 턱뼈, 치아 또는 치아들에 손상이 생기는 것을 피하면서 마커 부재를 신뢰가능하고 정밀하게 포지셔닝할 수 있다.
본 발명의 마커 부재를 포지셔닝하는 방법은 본 발명의 포지셔닝 툴을 사용하는 방법이다. 그러므로, 본 발명의 포지셔닝 툴의 전술된 설명과 연계하여 개시되는 특징들이 본 발명의 포지셔닝 방법 에도 역시 적용될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 네비게이션 시스템을 사용한 치과 및 두개악안면 수술에 대한 네비게이션 방법을 더 제공한다. 네비게이션 방법은 수술이 수행되는 영역 중 적어도 일부를 이미징 유닛을 이용하여 이미징 하는 단계, 복수 개의 마커 엘리먼트가 이미징 유닛에 의하여 검출되는지 여부를 결정하는 단계, 및 복수 개의 마커 엘리먼트가 이미징 유닛에 의하여 검출되지 않으면, 이미징 유닛을 이미징 유닛이 복수 개의 마커 엘리먼트를 검출하는 위치로 수술용 핸드피스 또는 기구에 상대적으로 이동시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 네비게이션 방법은 본 발명의 네비게이션 시스템에 대하여 위에서 이미 자세하게 설명된 유리한 효과를 제공한다. 특히, 네비게이션 방법은 간단하고 신뢰가능한 방식으로 치과 및 두개악안면 수술 도중에 정밀한 수술 네비게이션이 가능해지게 한다. 이러한 방법은 수술용 핸드피스 또는 기구와 마커 부재 사이의 상대적인 위치가 간단하고 신뢰가능한 방법으로 정밀하게 결정되게 한다.
네비게이션 방법은 이미징 유닛을 수술용 핸드피스에 상대적인 하나 이상의 위치에서 잠금 또는 포획하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
네비게이션 방법은 수술용 핸드피스에 상대적인 이미징 유닛의 위치를 검출 또는 감지하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
네비게이션 방법은 수술용 핸드피스에 상대적으로 이미징 유닛을, 예를 들어 이미징 유닛이 복수 개의 마커 엘리먼트를 검출하는 위치로 슬라이딩, 피봇 또는 회전시키는 단계를 포함할 수도 있다.
네비게이션 방법은 이미징 유닛의 이미징 데이터를 처리하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 네비게이션 방법은 이미징 유닛의 이미징 데이터를 다른 데이터와, 예를 들어 수술 이전에 획득된 예를 들어 원추빔 CT 데이터인 X-선 이미징 데이터와 같은 다른 이미징 데이터와, 및/또는 처치 계획 데이터와 결합, 예를 들어 중첩 또는 오버레이하는 단계를 포함할 수도 있다.
네비게이션 방법은 이미징 유닛의 이미징 데이터를, 예를 들어 이미징 유닛의 이미징 데이터와 수술 이전에 획득된 X-선 이미징 데이터와의, 및/또는 처치 계획 데이터와의 조합을, 예를 들어 디스플레이 유닛에 디스플레이하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
네비게이션 방법은 마커 부재를, 예를 들어 수술 이전에 또는 수술 전에 수행되는 X-선 이미징 이전에 환자의 두개골, 안면골, 치아 또는 치아들로 부착, 확보, 고정, 탑재 또는 설치하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
네비게이션 시스템은 마커 부재를 본 발명의 포지셔닝 툴을 사용하여 환자의 두개골, 안면골, 예를 들어 턱뼈, 치아 또는 치아들에 포지셔닝하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 특히, 이러한 네비게이션 방법은 변형가능 재료를 환자의 두개골, 안면골, 예를 들어 턱뼈, 치아 또는 치아들 중 적어도 일부에 부착하기 위하여, 변형가능 재료를 수용하는 다이 엘리먼트를 환자의 두개골, 안면골, 예를 들어 턱뼈, 치아 또는 치아들 중 적어도 일부 위에 배치하는 단계, 및 변형가능 재료를 다이 엘리먼트로부터 해제시키기 위하여, 다이 엘리먼트를 환자의 두개골, 안면골, 예를 들어 턱뼈, 치아 또는 치아들 중 적어도 일부로부터 제거하는 단계를 포함한다.
네비게이션 방법은 마커 부재를 수술용 핸드피스로, 예를 들어 그것의 첨단부로 터치함으로써 수술용 핸드피스의 위치를 등록하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 네비게이션 방법은 본 발명의 네비게이션 시스템을 사용하는 방법이다. 그러므로, 본 발명의 네비게이션 시스템의 전술된 설명과 연계되어 개시되는 추가적 특징들은 본 발명의 네비게이션 방법에도 역시 적용될 수 있다.
이하, 본 발명의 한정하지 않는 예들이 다음의 도면을 참조하여 설명될 것이다:
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 네비게이션 시스템의 개략적인 측면도를 도시한다;
도 2 는 도 1 에 도시되는 네비게이션 시스템의 사시도를 도시한다;
도 3 은 환자의 턱으로부터 부분적으로 분리된 상태인, 본 발명의 일 실시예에 따르는 마커 부재의 개략적인 단면도를 도시한다; 그리고
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 포지셔닝 툴의 개략적인 사시도를 도시한다.
도 1 은 본 발명의 현재로서 바람직한 실시예에 따른, 치과 및 두개악안면 수술용 네비게이션 시스템의 개략적인 측면도를 도시한다.
네비게이션 시스템은 수술용 핸드피스, 즉 치과용 드릴(2), 드릴(2)에 이동가능하게 부착되는 이미징 유닛(4) 및 환자의 두개골, 안면골, 치아 또는 치아들에 부착가능한 마커 부재(6)를 포함한다. 마커 부재(6)는 복수 개의 마커 엘리먼트, 즉 기준선(8) 및 기준점(10)을 포함하는데, 이들은 이미징 유닛(4)에 의하여 검출가능하다.
기준선(8) 및 기준점(10)은 마커 부재(6)의 보디의 표면에 인쇄되고 2-차원의 광학적 패턴으로 배치된다. 마커 부재(6)의 보디는 강성 재료, 예컨대 하드 플라스틱, 금속, 세라믹 등으로 제조된다. 마커 부재(6)는 마커 부재(6)를 환자의 두개골, 안면골, 치아 또는 치아들에 부착시키기 위한 스크류 엘리먼트, 클램프 엘리먼트, 접착제 엘리먼트 등과 같은 부착 엘리먼트(미도시)를 더 포함한다.
더 나아가, 마커 부재(6)는 마커 부재(6)의 보디 내에 배치되는, 티타늄 또는 텅스텐으로 제조된 복수 개의 방사선 불투과성 비드(미도시)의 형태인 방사선 불투과성 재료를 포함한다.
이미징 유닛(4)은 가시광 스펙트럼에서 이미징할 수 있는 카메라 유닛(12) 및 환자의 치아들 또는 뼈 구조의 표면을 광학적으로 스캐닝하기 위한 광학적 3D 표면 스캐너(14)를 포함한다. 이미징 유닛(4)은 마커 부재(6)의 마커 엘리먼트(8, 10)를 검출하도록 구성된다.
이미징 유닛(4)은 데이터, 예컨대 카메라 유닛(12)으로부터 제공되는 이미징 데이터를 전처리하기 위한 칩셋과 같은 전자 디바이스(미도시)를 포함한다. 특히, 데이터는 관심 지역을 사용한 데이터 감축을 수행함으로써 전처리될 수도 있다.
이미징 유닛(4)은, 도 1 에서 화살표 A로 표시되는 바와 같이, 드릴(2)의 세로축 중심으로 드릴(2)에 상대적으로 회전가능하도록, 부착 부재(18)를 통해서 드릴(2)에 회전가능하게 부착된다. 이미징 유닛(4)은 360°의 각도 범위에 걸쳐 드릴(2)에 상대적으로 연속적으로 회전가능하고, 임의의 각 위치에서 드릴(2)에 상대적으로 고정가능하다.
이미징 유닛(4)은 드릴(2)의 세로축에 수직인 하나 이상의 축들 중심으로 드릴(2)에 상대적으로 회전가능하도록, 또는 세로축 및 세로축에 수직인 하나 이상의 축들 모두 중심으로 회전가능하도록 구성될 수도 있다.
부착 부재(18)는 드릴(2)에 상대적인 이미징 유닛(4)의 각 위치를 검출하기 위한 압전 센서와 같은 센서 유닛(미도시) 및 이미징 유닛(4)을 드릴(2)의 세로축 중심으로 드릴(2)에 상대적으로 회전시키기 위한 전기 모터와 같은 구동 엘리먼트(미도시)를 포함한다.
드릴(2)은 드릴 헤드 또는 드릴 첨단(16)을 포함한다. 드릴(2)은 전력을 드릴(2)로 공급하기 위한 외과의 마이크로-모터(20)에 연결가능하고, 회전하도록 드릴 첨단(16)을 구동한다.
도 1 에 도시되는 실시예에 따르는 네비게이션 시스템은 처리 유닛(22) 및 디스플레이 유닛(24)을 더 포함한다. 이미징 유닛(4)은 유선 또는 무선 송신에 의하여 마커 부재(6)의 마커 엘리먼트(8, 10)를 포함하는 수술 영역의 이미징 데이터를 도 1 에서 화살표 B로 표시되는 바와 같이 처리 유닛(22)으로 송신하도록 구성된다.
처리 유닛(22)은 이미징 유닛(4)에 의하여 자신에게 송신된 전-처리된 이미징 데이터를 더 처리하도록 구성된다. 특히, 처리 유닛(22)은 이미징 데이터의 6D-처리를 수행하도록 구성된다.
더 나아가, 처리 유닛(22)은, 도 1 에서 화살표 C로 표시되는 바와 같이, 처리된 이미징 데이터를 디스플레이 유닛(24)으로 실시간으로 무선 송신하도록 구성된다.
디스플레이 유닛(24)은 처리 유닛(22)의 이러한 처리된 이미징 데이터를 수술 이전에 수행된 X-선 이미징, 예컨대 원추빔 CT에서 획득된 이미징 데이터와, 그리고 수술 계획 소프트웨어에 의하여 제공되는 처치 계획 데이터와 결합하도록 구성된다. 특히, 디스플레이 유닛(24)은 처리된 처리 유닛(22)의 이미징 데이터와 X-선 이미징의 이미징 데이터를 마커 부재(6)를 이미징 유닛에 의하여 획득된 이미징 데이터 및 X-선 이미징 데이터 모두에 대한 기준으로서 사용하여 결합하도록 구성되어, 이를 통하여 수술 영역의 3-차원의 이미징 데이터를 실시간으로 생성한다.
더 나아가, 디스플레이 유닛(24)은 결합된 이미징 데이터를 3차원으로 그리고 실시간으로 디스플레이하도록 구성된다. 디스플레이 유닛(24)은 위에서 상세히 설명된 타겟 시스템과 같은 타겟 시스템을 처치 계획 데이터에 기초하여 디스플레이하여, 외과의가 드릴(2), 예를 들어 그것의 첨단(16)을 위치 및 각도의 관점에서 처치 계획에 따라 신뢰성있게 네비게이션하게 한다.
후속하는 설명에서, 본 발명의 네비게이션 방법의 일 실시예를 예시하는 도 1 에 도시되는 네비게이션 시스템의 동작의 일 예가 도 2 를 참조하여 설명될 것이다.
우선, 도 2 에 도시되는 바와 같이, 마커 부재(6)는 수술이 수행될 영역 내의 환자의 턱뼈(26)에 그것의 부착 엘리먼트를 사용하여 부착된다. 다음으로, 환자는 X-선 이미징, 예컨대 원추빔 CT에 노출되고, 이를 통하여 마커 부재(6)의 방사선 불투과성 재료를 기준으로 사용하여 수술 영역의 X-선 이미징 데이터를 획득한다. 이러한 방식으로 획득된 X-선 이미징 데이터는 디스플레이 유닛(24)의 메모리(미도시) 내에 저장된다.
수술 프로시저를 시작할 때에, 이미징 유닛(4)은 도 2 에서 쇄선으로 표시되는 바와 같이 턱뼈(26)에 부착된 마커 부재(6)의 마커 엘리먼트(8, 10)를 검출하기 위하여 드릴(2)에 상대적으로 회전된다. 이미징 유닛(4)은 수술이 수행되는 영역 중 적어도 일부를 이미징하고 획득된 이미징 데이터를 실시간으로 처리 유닛(22)으로 송신한다.
처리 유닛(22)은 복수 개의 마커 엘리먼트(8, 10)가 이미징 유닛(4)에 의하여 검출되는지 여부를 결정하도록 구성된다. 마커 엘리먼트(8, 10)가 이미징 유닛(4)에 의하여 검출되지 않는다고 처리 유닛(22)에 의하여 결정되면, 이미징 유닛(4)은 부착 부재(18)의 구동 엘리먼트에 의하여 이미징 유닛(4)이 마커 엘리먼트(8, 10)를 검출하는 위치까지 드릴의 세로축 중심으로 드릴(2)에 상대적으로 회전된다. 이미징 유닛(4)은 부착 부재(18)에 의하여 드릴(2)에 상대적으로 이러한 위치에 잠금된다.
이러한 방식으로, 마커 엘리먼트(8, 10)가 수술 프로시저의 실질적으로 전체에 걸쳐 이미징 유닛(4)에 의하여 검출되는 것이 보장되어, 드릴(2)과 마커 부재(6)의 마커 엘리먼트(8, 10), 및 따라서 수술 영역 사이의 상대적인 위치가 수술 프로시저 도중에 언제라도 신뢰성있게 결정될 수 있게 된다.
이미징 유닛(4)으로부터 처리 유닛(22)으로 실시간으로 송신된 이미징 데이터는 처리 유닛(22)에 의하여 더 처리되고 디스플레이 유닛(24)으로 무선으로 송신된다. 디스플레이 유닛(24)에서, 처리된 이미징 데이터는 방사선 불투과성 재료 및 마커 부재(6)의 마커 엘리먼트(8, 10)를 기준으로서 사용하여 처치 계획 데이터와 그리고 디스플레이 유닛(24)의 메모리 내에 저장된 X-선 이미징 데이터와 결합, 즉, 중첩 또는 오버레이되며, 이를 통하여 수술이 수행되는 영역의 실시간 3-차원의 이미징 데이터를 생성한다.
따라서 생성된 3-차원의 실시간 이미징 데이터 및 처치 계획 데이터에 기초한 타겟 시스템이 디스플레이 유닛(24)에 의하여 외과의에게 디스플레이된다. 특히, 디스플레이 유닛(24)은 수술 도중에 환자의 머리 옆에, 예를 들어 나란히 또는 위에 배치되어, 외과의가 수술 영역을 실질적으로 동시에 관찰하고 디스플레이 유닛(24)에 디스플레이된 실시간 3-차원의 이미징 데이터 및 타겟 시스템을 따라가도록 할 수도 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 타겟 시스템은 하나 이상의 디스플레이 부재(미도시), 예를 들어 이미징 유닛(4)에 제공된 소형 디스플레이에 디스플레이될 수도 있다. 특히, 하나 이상의 디스플레이 부재는 광학적 3D 표면 스캐너(14)가 제공되는 이미징 유닛(4)의 전면측에 반대인 이미징 유닛(4)의 후면측에 배치될 수도 있다.
이러한 방식으로, 외과의는 수술 프로시저 도중에 네비게이션 시스템에 의하여 정밀하고 신뢰성있게 가이드된다.
도 3 은 환자의 턱뼈(26)의 개략적인 단면도를 도시하는데, 이것은 마커 부재(6)의 부착 엘리먼트 및 마커 부재(6)를 턱뼈(26)에 부착하는 방법을 예시한다.
마커 부재(6)는 연결 엘리먼트(30)를 통하여 마커 부재(6)의 보디의 하단부에 부착되는, 복수 개의 리세스 또는 소켓(28), 즉 도 3 에 도시되는 실시예에서는 세 개의 소켓(28)을 포함한다. 소켓(28)은 스크류(34)의 헤드(32)를 수용하도록 구성된다. 소켓(28) 및 스크류(34)는 함께 마커 부재(6)의 부착 엘리먼트를 형성한다.
스크류(34)는 도 3 에 개략적으로 도시되는 바와 같이 환자의 턱뼈(26) 내로 삽입된다. 다음으로, 마커 부재(6)가 스크류(34)의 상단에 배치되어, 스크류 헤드(32)가 소켓(28) 내에 수용되고, 이를 통하여 마커 부재(6)를 스크류(34)에 그리고 또한 이에 따라서 턱뼈(26)에 고정되게 부착한다.
이러한 방식으로, 마커 부재(6)는 직접적으로 턱뼈(26)에 단단하고 신뢰성있게 부착될 수 있다. 그러므로, 도 3 에 도시되는 실시예의 마커 부재(6)는 특히 바람직하게는 무치(edentulous) 또는 치아가 없는 환자에 대하여 사용될 수 있다.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 포지셔닝 툴(40)의 개략적인 사시도를 도시한다.
포지셔닝 툴(40)은 인상용 트레이 또는 부분적인 인상용 트레이와 같은 다이 엘리먼트(42) 및 마커 부재를 포함한다. 마커 부재는 도 4 에서 빗금으로 표시되는 바와 같이 그것의 보디로서 변형가능 재료(44), 및 복수 개의 마커 엘리먼트(46)를 포함한다. 변형가능 재료(44)는 다이 엘리먼트(42) 내에 해제가능하게 수신된다. 복수 개의 마커 엘리먼트(46)는 다이 엘리먼트(42), 즉, 내부 다이 엘리먼트(42)의 표면을 바라보는 변형가능 재료(44)의 표면에 배치된다.
변형가능 재료(44)는 굳어지거나 응고될 수 있는 페이스트, 예컨대 인상용 페이스트이다. 변형가능 재료(44)는, 예를 들어 환자의 치아들에 맞게 변형가능하다. 마커 엘리먼트(46)는 금속, 세라믹, 플라스틱 등으로 제조되고 변형가능 재료(44)의 색과 상이한 색을 가진다.
마커 엘리먼트(46)는 그것의 표면에서 가시적이 되도록 변형가능 재료(44)에 부분적으로 매립되고, 따라서 이미징 유닛(4), 특히, 카메라 유닛(12)에 의하여 검출가능한 광학적으로 가시적인 패턴을 형성한다. 변형가능 재료(44) 및 마커 엘리먼트(46)는 조합하여 도 4 에 도시되는 본 발명의 실시예에 따르는 마커 부재를 형성한다.
후속하는 설명에서, 마커 부재를 환자의 두개골, 안면골, 치아 또는 치아들에 포지셔닝하는 본 발명의 방법을 예시하는, 도 4 에 도시되는 포지셔닝 툴(40)의 동작의 일 예가 설명될 것이다.
변형가능 재료(44)가 그 안에 해제가능하게 수용되는 다이 엘리먼트(42)는 수술이 수행될 영역 내의 환자의 치아들에 배치된다. 다이 엘리먼트(42)는 치아들에 가압되고, 따라서 변형가능 재료(44)를 변형시키고 변형가능 재료(44)를 치아들에 맞게 변경시켜, 이를 통하여 변형가능 재료(44)를 적어도 변형가능 재료(44) 그리고 치아들 사이의 형태 맞춤에 의하여 치아들에 부착한다. 변형가능 재료(44)가 굳거나 응고되게 하기 위하여, 그 안에 변형가능 재료(44)가 수용된 다이 엘리먼트(42)는 선결정된 시간 기간 동안에 환자의 치아들 상의 이러한 위치에서 유지될 수도 있다.
후속하여, 다이 엘리먼트(42)는 변형가능 재료(44)가 자신의 위치에서 적어도 치아들과의 형사 맞춤에 의하여, 그리고 몇 가지 실시예들에서 바람직하게는 경화되거나 응고된 변형가능 재료(44)와 치아들 사이의 접착력에 의해서 유지되는 동안에, 환자의 치아들로부터 제거된다. 이러한 방식으로, 변형가능 재료(44)는 치아들로부터 다이 엘리먼트(42)를 제거하는 경우 다이 엘리먼트(42)로부터 해제된다.
따라서 변형가능 재료(44)는 환자의 차이들 상에 단단하게 홀딩된다. 다이 엘리먼트(42)를 바라보았던 변형가능 재료(44)의 표면은 변형가능 재료(44) 및 마커 엘리먼트(46)를 포함하는 부착된 마커 부재의 외부면을 형성하고, 그 위에 배치되는 마커 엘리먼트(46)를 가진다. 이러한 마커 엘리먼트(46)는 도 4 에서 쇄선으로 표시되는 바와 같이 네비게이션 시스템의 이미징 유닛(4)에 의하여 검출가능하다.
포지셔닝 툴(40)은 마커 부재가 환자의 두개골, 안면골, 치아 또는 치아들에 특히 신뢰가능하고 정밀하게 포지셔닝되고 부착되게 하고, 따라서 바람직하게는 본 발명의 네비게이션 시스템과 함께 사용될 수 있다.
포지셔닝 툴(40)의 세트는 도 4 에 도시된 바와 같이 4 개의 포지셔닝 툴(40)에 의하여 획득되고, 4 개의 포지셔닝 툴(40)의 다이 엘리먼트(42)는 서로 다른 형상 및/또는 크기를 가진다. 특히, 포지셔닝 툴(40)의 세트는 4 개의 포지셔닝 툴(40)로 이루어질 수도 있는데, 이들 각각의 다이 엘리먼트(42)는 인간 또는 동물 턱의 다른 사분체에 있는 치아들 위에 배치되도록 구성되며, 예를 들어 성형되고 크기가 결정된다.
앞선 실시예 및 그들의 변형예는 오직 예시의 목적을 위해서만 개시되었고, 숙력된 독자는 추가적인 변형도 전체적으로 이루어낼 수 있다. 이에 상응하여, 첨부된 청구항은, 당업자가 그의 일반적인 전문 지식 및 전문성을 고려하여 앞선 개시된 내용으로부터 얻어낼 수 있는 모든 변형, 대체, 변경, 삭제 및 추가를 포함하는 의도를 가진다.

Claims (15)

  1. 치과(dental) 및 두개악안면(cranio-maxillofacial) 수술용 네비게이션 시스템으로서,
    - 수술용 핸드피스(2),
    - 상기 수술용 핸드피스(2)에 이동가능하게 부착되는 이미징 유닛(4), 및
    - 환자의 두개골, 안면골(26), 치아 또는 치아들에 부착가능한 마커 부재(6; 44, 46)를 포함하고,
    상기 마커 부재(6; 44, 46)는 상기 이미징 유닛(4)에 의하여 검출가능한 복수 개의 마커 엘리먼트(8, 10; 46)를 포함하는, 치과 및 두개악안면 수술용 네비게이션 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미징 유닛(4)은 상기 수술용 핸드피스(2)에 대하여 복수 개의 위치에 고정가능한, 치과 및 두개악안면 수술용 네비게이션 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 수술용 핸드피스(2)에 대한 상기 이미징 유닛(4)의 위치를 검출하기 위한 센서 유닛을 더 포함하는, 치과 및 두개악안면 수술용 네비게이션 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이미징 유닛(4)은 상기 수술용 핸드피스(2)에 상대적으로 회전가능하도록 상기 수술용 핸드피스(2)에 회전가능하게 부착되는, 치과 및 두개악안면 수술용 네비게이션 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마커 부재(6; 44, 46)는 방사선 불투과성 재료를 더 포함하는, 치과 및 두개악안면 수술용 네비게이션 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수 개의 마커 엘리먼트(8, 10; 46)는 2-차원의 패턴으로 정렬되는, 치과 및 두개악안면 수술용 네비게이션 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이미징 유닛(4)의 이미징 데이터를 처리하기 위한 처리 유닛(22)을 더 포함하는, 치과 및 두개악안면 수술용 네비게이션 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이미징 유닛(4)의 이미징 데이터를 표시하기 위한 디스플레이 유닛(24)을 더 포함하는, 치과 및 두개악안면 수술용 네비게이션 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 디스플레이 유닛(24)은 상기 이미징 유닛(4)의 이미징 데이터를 다른 데이터, 특히 다른 이미징 데이터 및/또는 처치 계획 데이터와 결합시키도록 구성되는, 치과 및 두개악안면 수술용 네비게이션 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수술용 핸드피스(2)는 드릴인, 치과 및 두개악안면 수술용 네비게이션 시스템.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따르는 네비게이션 시스템과 함께 사용되기 위한 포지셔닝 툴(40)로서,
    상기 포지셔닝 툴(40)은 마커 부재(44, 46)를 환자의 두개골, 안면골(26), 치아 또는 치아들에 포지셔닝하도록 구성되고,
    상기 포지셔닝 툴(40)은,
    - 다이 엘리먼트(die element; 42), 및
    - 마커 부재(44, 46)를 포함하고,
    상기 마커 부재(44, 46)는 변형가능 재료(deformable material; 44)를 포함하며,
    상기 변형가능 재료(44)는 상기 다이 엘리먼트(42) 내에 해제가능하게(releasably) 수용되고,
    상기 복수 개의 마커 엘리먼트(46)는 상기 다이 엘리먼트(42)를 바라보는 상기 변형가능 재료(44)의 표면에 배치되는, 포지셔닝 툴.
  12. 제 11 항에 따르는 네 개의 포지셔닝 툴(40)을 포함하는 포지셔닝 툴들(40)의 세트로서,
    상기 네 개의 포지셔닝 툴(40)의 다이 엘리먼트들(42)은 서로 다른 형상을 가지는, 포지셔닝 툴들의 세트.
  13. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 11 항에 따르는 포지셔닝 툴(40) 또는 제 12 항에 따르는 포지셔닝 툴들(40)의 세트를 더 포함하는, 치과 및 두개악안면 수술용 네비게이션 시스템
  14. 마커 부재(44, 46)를 제 11 항에 따르는 포지셔닝 툴(40)을 사용하여 온 환자의 두개골, 안면골(26), 치아 또는 치아들에 포지셔닝하는 방법으로서,
    - 변형가능 재료(44)를 환자의 두개골, 안면골(26), 치아 또는 치아들 중 적어도 일부에 부착하기 위하여, 상기 변형가능 재료(44)를 수용하는 다이 엘리먼트(42)를 환자의 두개골, 안면골(26), 치아 또는 치아들 중 적어도 일부 위에 배치하는 단계, 및
    - 상기 변형가능 재료(44)를 상기 다이 엘리먼트(42)로부터 해제시키기 위하여, 상기 다이 엘리먼트(42)를 환자의 두개골, 안면골(26), 치아 또는 치아들 중 적어도 일부로부터 제거하는 단계를 포함하는, 마커 부재 포지셔닝 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 10 항 및 제 13 항 중 어느 한 항에 따르는 네비게이션 시스템을 사용한 치과 및 두개악안면 수술용 네비게이션 방법으로서,
    - 이미징 유닛(4)을 사용하여 수술이 이루어지는 영역 중 적어도 일부를 이미징하는 단계,
    - 복수 개의 마커 엘리먼트(8, 10; 46)가 상기 이미징 유닛(4)에 의하여 검출되는지 여부를 결정하는 단계, 및
    - 복수 개의 마커 엘리먼트(8, 10; 46)가 상기 이미징 유닛(4)에 의하여 검출되지 않는다고 결정되는 경우, 상기 이미징 유닛(4)이 복수 개의 마커 엘리먼트(8, 10; 46)를 검출하는 위치로 상기 이미징 유닛을 수술용 핸드피스(2)에 상대적으로 이동시키는 단계를 포함하는, 치과 및 두개악안면 수술용 네비게이션 방법.
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