KR20190043526A - 레이저 흉골절개술 - Google Patents

Abstract

환자의 흉골(22, 8)을 절단하기 위한 절단 장치(1)는 레이저 소스, 빔 조절 구조물, 지지부 및 선택적으로 교정 장치(14)를 포함한다. 레이저 소스는 절단 레이저 빔(15)을 생성하도록 구성된다. 빔 조절 구조물은 흉골(22, 8)에서 미리정해진 절단 기하학적 형상을 따라 레이저 소스에 의해 생성된 절단 레이저 빔(15)을 지향하도록 배열된다. 지지부(12)는 레이저 소스를 지지한다. 지지부(12)는 레이저 소스가 흉골(22, 8)에 대해 미리정해진 위치에 있도록 환자의 흉곽에 고정되는 장착 구조물(122)을 포함한다. 교정 장치(14)는 미리정해진 절단 기하학적 형상으로부터 레이저 소스의 절단 레이저 빔(15)을 편향되도록 하는 흉골(22, 8)에 대한 레이저 소스의 움직임을 자동으로 식별하도록 구성된다. 추가로, 이는 미리정해진 절단 기하학적 형상에 대해 레이저 소스의 절단 레이저 빔(15)의 편차를 교정하기 위하여 흉골(22, 8)에 대해 레이저 소스(16)의 위치를 자동으로 조절하도록 구성된다.

Description

레이저 흉골절개술

본 발명은 레이저 소스, 빔 조절 구조물 및 지지부를 포함하는 절단 장치에 관한 것이다. 레이저 소스는 절단 레이저 빔을 생성하도록 구성된다. 빔 조절 구조물은 흉골에서 미리정해진 절단 기하학적 형상을 따라 레이저 소스에 의해 생성된 절단 레이저 빔을 지향하도록 구성된다. 지지부는 레이저 소스를 지지한다. 이러한 장치는 다양한 의료 응용에서 환자의 흉골을 절단하기 위해 사용된다.

많은 의료 분야에서 인간 또는 동물의 골은 다양한 목적으로 절단되거나 또는 드릴링된다. 예를 들어, 골의 형상을 교정하기 위해 골에 하나 또는 복수의 절단부를 적용하고 절단부를 따라 골을 재성형하는 것이 공지되었다. 골의 종양을 제거하거나 또는 치아를 대체하기 위해 악골에 홀을 드릴링하고 인공 치아 뿌리로서 드릴링된 홀 내로 임플란트를 제공하는 것이 일반적이다. 이러한 절단부를 적용하기 위해 많은 유형의 설비 또는 도구가 절단부의 특정 상황에 따라 사용된다.

보다 상세하게는, 다양한 의학적 또는 외과적 적용에서, 인간의 흉골이 절단된다. 예를 들어, 흉부 장기에 접근하기 위해, 흉부 외과 수술에서 심장에 접근하기 위해 흉골은 흉곽(rib cage)이 개방될 수 있도록 절단된다. 이로써, 통상적으로 흉골 따라 수직 인라인 절개가 이루어지고, 그 후에 흉골은 분할되거나 균열된다. 흉곽 내부의 기관 및 다른 조직이 매우 민감하고 환자의 건강에 매우 중요하므로 흉골은 정확하고 신중하게 분할되어야 한다. 흉골은 비교적 두껍고 강한 골 구조이며 심장이나 폐와 같은 중요한 장기가 접촉하기 때문에 특히 중요하다.

흉골 절단을 위한 기구로서, 종래의 또는 진동 톱, 압전 골절 등과 같은 기계 공구를 사용하는 것이 널리 보급되어 있다. 일반적으로 이러한 골절 기구를 사용하여 골을 절단하는 원리는 기본적으로 모든 다른 유형의 기구에서 동일하다. 이는 각각의 기구가 표면 경도가 초과되고 기구가 골 내에 침투할 때까지 골 표면에 기계적 응력을 가하는 것이다.

종래의 기계적 골절 기구 이외에, 최근에는 흉골과 같은 두껍고 강한 골의 비교적 정확하고 완만한 절삭을 가능하게 하는 대안적인 골 절단 기구가 개발되었다. 예를 들어, WO2011/035792A1에는 골이 비교적 두껍고 강하더라도 고도로 정확하고 완만하게 골을 절단할 수 있는 컴퓨터 보조 및 로봇 유도 레이저 골절이 기재되어 있다. 상기 레이저 골절은 로봇 암에 장착 된 레이저 헤드를 포함한다. 레이저 헤드가 레이저 빔을 제공하는 동안 로봇 암은 절단할 골에서 미리정해진 절단 기하학적 형상을 따라 레이저 헤드를 안내한다. 이로써, 로봇 암은 모든 방향 및 배향으로 레이저 헤드의 매우 정밀하고 비교적 빠른 움직임을 허용한다. 레이저 빔은 골과 접촉하고 미리정해진 절단 기하학적 형상이 생성될 때까지 골 조직을 지속적으로 제거한다. 레이저 골절은 것은 비교적 빠른 반응과 같은 종래의 기계적 공구에 비해 많은 이점을 가지며, 예를 들어 비상시의 개입을 막고, 부수적인 손상은 거의 없고, 복잡한 절단 기하학적 형상을 포함할 때 특히 높은 정밀도를 제공한다. 특히 중요한 것은 레이저 광을 사용하여 적절히 절단한 경우 골의 표면이 골을 고온, 기계적 응력에 노출시키는 기계 공구의 마찰 및 생성된 파편으로 다공성 표면을 차단하지 않아 손상되지 않는다는 것이다. 레이저 골절은 레이저 빔-골 접촉 영역 주변의 조직을 냉각시키고 가습하는 스프레이와 같은 보조 장치, 절단 공정에 의해 생성된 파편을 제거하기 위한 파편 노즐, 및 자동 트래킹 기구를 추가로 포함한다. 골을 절단하기 위한 알려진 기계적 방법과는 달리, 레이저 절단 골의 표면은 치료 과정을 시작하는 데 중요한 혈액 흐름을 차단하지 않는 원래의 섬유주 구조를 유지할 수 있습니다.

전술한 종류의 공지된 레이저 골절은 흉골을 포함한 모든 종류의 골의 정교한 절단을 허용하는 의학적 징후 측면에서 보편적이지만, 특히 로봇 암은 비교적 크다. 게다가, 이는 일반적으로 이러한 골절이 사용될 수 있는 많은 설비가 이를 허용할 수 없도록 비교적 비용이 많이 소요된다.

따라서, 환자의 흉골을 정확하고, 신속하며, 신뢰성있게 절단할 수 있는 비교적 비용 효율적이고 편리한 장치가 필요하다.

본 발명에 따라서, 독립 청구항 제1항의 특징에 의해 정의된 바와 같은 장치가 필요하다. 선호되는 실시예는 종속항의 요지이다.

특히 본 발명은 환자의 흉골을 절단하기 위한 절단 장치에 관한 것이다. 절단 장치는 절단 레이저 빔을 생성하도록 구성된 레이저 소스, 흉골에서 미리정해진 절단 기하학적 형상을 따라 레이저 소스에 의해 생성된 절단 레이저 빔을 지향하기 위한 빔 조절 구조물, 및 레이저 소스를 지지하는 지지부를 포함한다. 지지부는 레이저 소스가 흉골에 대해 미리정해진 위치에 있도록 환자의 흉곽)에 고정된 장착 구조물을 갖는다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "흉골" 또는 복장뼈는 넥타이와 같은 형상을 갖고 가슴의 중앙에 위치하는 긴 편평한 골에 관한 것이다. 이는 연골을 통해 흉곽에 연결되어 흉곽 전방에 형성되고, 심장, 폐 및 주 혈관을 보호하는 데 도움이 된다. 흉골은 3개의 영역, 즉 상측 아래, 상두부, 신체 및 칼 돌기 과정에서 절개될 수 있다. 따라서 "골"이라는 용어는 자연적인 인간 또는 동물의 골뿐만 아니라 인공 골이나 또는 골 대체물을 언급할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 "레이저 소스"라는 용어는 완전한 레이저 장치 또는 특히 레이저 빔이 존재하는 단일 부분에 관한 것이다. 예를 들어, 레이저 소스는 레이저 장치의 레이저 헤드 또는 레이저 장치로부터의 광이 평행하게 방출되는 중공 섬유와 같은 광 섬유 또는 도파관의 출력 단부에서의 광학 구성요소일 수 있거나 또는 절단 레이저 빔이 레이저 장치에 의해 방출되는 임의의 것일 수 있다. 전형적으로, 레이저 장치는 전력 수단, 제어 장치, 프로그래밍 요소 등을 갖는 고정 된 기지국과 같은 복수의 부분을 포함한다. 종종, 이는 예를 들어, 레이저 빔을 교반하기 위해 일련의 미러를 갖는 관절연결된 암을 사용하여 기지국과 관련하여 유연하게 이동가능한 레이저 헤드 또는 핸드피스를 추가로 포함한다. 레이저 빔은 예를 들어, 광학 부분 또는 포커싱 광학장치와 같이 일반적으로 핸드피스 또는 레이저 헤드의 일부분에서 레이저 장치에서 방출되고, 본 발명에 따라 이 부분은 레이저 소스일 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "골절 기하학적 형상(osteotomic geometry)"은 적용될 절단을 특정하기 위해 흉골 또는 골 상에 형성된 임의의 기하학적 형상에 관한 것이다. 이러한 골절 기하학적 형상은 예를 들어, 골이 절단되어야 하는 직선 또는 곡선 또는 골을 개입시키는 목표 방식을 정의하는 보다 복잡한 기하학적 형상일 수 있다. 골절 기하학적 형상은 전형적으로 수술 전 계획 단계에서 미리정해진다. 이는 예를 들어 컴퓨터 단층 촬영 데이터와 같은 골의 수집된 데이터에 기초하여 미리정해질 수 있다.

골절 기하학적 형상은 컴퓨터에 의해 미리정해질 수 있다. 또한, 예를 들어 컴퓨터 단층 촬영 스캔 등으로부터의 수술 전 데이터를 필요로 하지 않고 흉골 상에 직접형성 될 수 있다. 예를 들어, 이는 광학 트래킹 카메라 및 외과 의사가 원하는 절단의 시작 및 종료 지점을 나타내는 데 사용하는 광학 포인터 공구를 사용하여 수행할 수 있다. 이러한 선택은 레이저 흉부 제어 장치로 전송될 수 있다. 또한, 이 골절 형상의 직접적인 정의를 위해 소프트웨어 프로그램은 절단의 시작 및 종료 지점 내에서의 기간의 횟수를 작업자가 선택할 수 있는 정현파 절단과 같은 원하는 절단 기하학적 형상 및 그 매개 변수에 대해 외과 의사 또는 작업자에게 프롬프팅할 수 있다. 또한 소프트웨어는 흉골과 실질적으로 수직일 수 있는 디폴트와 상이한 레이저 빔의 입사각을 프롬프팅할 수 있다.

절단 레이저 빔을 정확히 지향시키기 위한 가능한 옵션은 빔 조절 구조물이 레이저 소스를 소정의 위치 및 배향으로 이동시키는 것이다. 따라서, "미리정해진 위치 및 배향"이라는 용어는 레이저 소스가 미리정해진 절단 기하학적 형상을 따라 흉골을 제거하기 위해 흉골에 적절한 빔을 전달할 수 있게 하는 미리정해진 위치 및 배향과 관련될 수 있다. 미리정해진 위치 및 배향은 미리정해진 절단 기하학적 형상과 상호 연관될 수 있다. 따라서, 레이저 소스에 의해 생성된 레이저 빔이 방해받지 않고 흉골에 도달할 수 있도록 흉골 주변에서 위치가 미리정해질 수 있다. 레이저 소스의 배향은 레이저 소스에 의해 생성된 절단 레이저 빔이 선호되는 골 타격 각도에서 절단 표면에 직접 도달할 수 있도록 미리정해질 수 있다. 이러한 미리정해진 골 타격 각도는 예를 들어 실질적으로 수직일 수 있다.

절단 레이저 빔을 정확하게 지향하기 위한 또 다른 가능한 옵션은, 레이저 소스, 미러 관절연결된 암 또는 광 섬유의 출력 시준기로부터 나오는 레이저 빔이 고정 위치 또는 스캐너에 장착된 평평하거나 또는 곡선형 미러에 의해 선형 모터에 따른 2차원(XY) 또는 3차원(XYZ) 변환 단계를 통하여 흉골에 지향되는 것이다.

흉골이 절단되어야 하는 의학 분야에서, 절단 레이저 빔은 펄스화된 레이저 빔인 것이 유리할 수 있다. 이에 따라, 레이저 소스는 고상 에르븀 레이저 소스 또는 특히 고상 에르븀-도핑된 이트륨 알루미늄 가닛 레이저 소스일 수 있다. 이러한 레이저 빔의 펄스는 서브-마이크로초 펄스일 수 있다. 따라서, 절단 레이저 빔은 후술하는 고상 에르븀 레이저 소스와 같은 고상 에르븀 레이저 장치에 의해 생성될 수 있다. 이러한 장치 및 펄스 레이저 빔은 흉골의 골 구조에 대한 부작용이 없거나 최소한으로 흉골의 골 조직의 정확하고 효율적인 절제를 허용한다. 다이오드 레이저 또는 플래시 램프 펌핑 레이저와 같은 다양한 유형의 고상 에르븀 레이저 이외에도 골조직을 제거하는 것으로 알려진 고체 홀뮴 또는 CO₂ 가스 레이저 빔과 같은 임의의 다른 펄스 레이저 빔이 사용될 수 있다.

절단 레이저 빔은 약 2,900 나노미터(nm) 내지 약 3,000 nm의 범위, 또는 특히 약 2,940 nm의 파장을 가질 수 있다. 이러한 파장은 특히 골 조직에 전달되기에 적합할 수 있다. 레이저 펄스는 1 피코-초 내지 약 100 밀리-초 범위의 시간 폭, 또는 특히 100 마이크로-초 내지 약 2 밀리-초의 시간 폭을 가질 수 있다. 레이저의 선택과 특성을 수정하기 위한 조절은 골 조직을 효율적으로 제거하고 절단 기하학적 형상을 따라 골 조직을 효율적으로 절제하는 데 중요할 수 있다.

바람직하게는, 절단 장치는 미리정해진 절단 기하학적 형상으로부터 레이저 소스의 절단 레이저 빔을 편향시키도록 흉골에 대해 레이저 소스의 움직임을 자동으로 식별하도록 구성된 교정 장치를 추가로 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 "흉골에 대한 레이저 소스의 움직임"은 레이저 소스의 움직임뿐만 아니라 흉골의 움직임 및 이 둘 간의 상대 움직임이 미리정해진 절단 기하학적 형상으로부터 벗어나는 것에 대한 움직임을 포함한다. 바람직하게는, 교정 장치는 미리정해진 절단 기하학적 형상에 대해 레이저 소스의 절단 레이저 빔의 편차를 교정하기 위하여 흉골에 대해 레이저 소스의 위치를 자동으로 조절하도록 구성된다. 선호되는 실시예에서, 교정 장치는 편차가 교정될 때 절단 레이저 빔의 생성을 재개하고 미리정해진 절단 기하학적 형상으로부터의 편차가 식별될 때 절단 레이저 빔의 생성을 중단하도록 구성된다.

식별 목적을 위해, 교정 장치는 서로에 대해 흉골과 절단 레이저 센서의 위치와 관련된 공간 신호를 제공하도록 구성된 센서를 포함한다. 이러한 센서는 거리 레이저 빔을 흉골에 제공하고 수용하는 데 적합한 거리 레이저 소스, 음파를 흉골에 제공 및 수용하도록 구성된 초음파 센서, 흉골을 모니터링하도록 구성된 카메라, 적외선 광을 흉골 등에 제공하고 고안하도록 구성된 적외선 센서를 포함할 수 있다.

교정 장치는 컴퓨팅 장치 또는 컴퓨팅 장치에서 실행되는 소프트웨어 애플리케이션을 추가로 가질 수 있다. 이러한 컴퓨팅 장치는 흉골에 대한 레이저 소스의 자동적으로 식별된 움직임과 관련하여 신호 또는 정보를 자동으로 평가하도록 구성될 수 있다. 특히, 언급된 센서에 의해 제공된 신호를 평가하도록 적용될 수 있다.

미리정해진 절단 기하학적 형상에 대하여 레이저 소스의 절단 레이저 빔의 편향을 교정하기 위해 흉골에 대한 레이저 소스의 위치를 조절하기 위하여, 교정 장치가 빔 조정 구조에 연결될 수 있다. 특히, 이는 레이저 소스를 이동시키거나 또는 식별된 편차를 교정하기 위해 절단 레이저 빔을 적응시키기 위해 빔 조절 구조에 명령을 제공할 수 있다. 이에 따라, 명령은 컴퓨팅 장치에 의해 생성되고 제공될 수 있다.

사용 시, 절단 기하학적 형상이 미리정해지는 수술 전 계획 후에 절단 장치는 그 지지부의 장착 구조물을 통해 환자의 흉곽에 장착된다. 따라서, 레이저 소스는 흉골과 관련하여 적절한 위치에 배열된다. 특히 흉골이 절단되는 동안 환자가 여전히 호흡하기 때문에 흉곽은 끊임없이 움직인다. 절단 장치는 장착 구조물에 의해 환자에게 직접 부착되기 때문에, 이는 흉곽과 함께 이동하여 추가의 움직임 교정이 필요하지 않게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 절단 장치는 비교적 간편한 장치로서, 환자의 흉골을 정밀하고 신뢰성 있는 절단을 허용한다.

그러나, 본 발명의 실시예에서, 추가 교정 장치는 레이저 헤드의 적절한 위치의 편차를 일정하고 자동으로 식별하고 식별된 편차를 자동으로 교정한다. 언급된 바와 같이, 이러한 교정은 레이저 소스를 이동시킴으로써 및/또는 절단 레이저 빔을 재성형함으로써 구현될 수 있다. 이는 특히 절단 장치와 흉골 사이의 상대 움직임이 발생하거나 또는 이러한 상대 움직임이 상대적으로 큰 상황에서 향상된 절단 정확도를 제공할 수 있다.

바람직하게는, 지지부는 캐리어 요소를 포함하고, 교정 장치는 흉골에 대한 캐리어 요소의 움직임을 자동으로 식별하도록 구성된다. 특히, 캐리어 요소는 장착 구조물에 고정되게 연결될 수 있다. 흉골에 대한 움직임과 관련하여 캐리어 요소를 모니터링함으로써, 교정 장치는 흉골에 대한 레이저 소스의 편차를 효과적으로 교정할 수 있다.

이에 의해, 지지부는 바람직하게는 레이저 소스가 고정되게 장착되는 레이저 마운트를 포함하고, 레이저 마운트는 바람직하게는 캐리어 요소에 이동가능하게 연결된다. 레이저 빔은 절단 레이저 빔이 흉골에 정확히 제공되도록 흉골에 대해 움직일 수 있기 때문에, 필요한 레이저 소스 움직임의 일부분, 즉 흉골 절단을 위한 움직임의 일부와 호흡 움직임과 같은 의도치 않은 레이저 소스의 움직임의 또 다른 부분 사이를 구분하는 것이 곤란할 수 있다. 전술한 바와 같이 레이저 마운트를 제공함으로써, 레이저 소스의 움직임의 이들 두 부분이 효과적으로 분리될 수 있다. 특히, 캐리어 요소를 모니터링함으로써, 교정 장치는 레이저 소스의 움직임의 의도하지 않은 부분만을 식별하는 반면, 필요한 부분은 교정 장치에 의해 인지되거나 고려되지 않는다.

절단 장치는 바람직하게는 캐리어 요소에 대해 레이저 소스를 이동시키도록 구성된 구동 유닛을 포함한다. 특히, 구동 유닛은 흉골의 절단 기하학적 형상을 따라 절단 레이저 빔을 이동시키도록 구성될 수 있다. 이러한 구동 장치를 사용하면 절단 레이저 빔은 절단 기하학적 형상에 따라 자동 또는 반자동으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 수술 전 계획 단계에서 적절하게 조절될 수 있도록 구동 유닛이 프로그래밍될 수 있다. 구동 유닛은 흉골을 절단하기 위한 골 조직을 제거할 때 효율성과 정확도를 높인다. 또한, 교정 장치는 식별된 편차를 교정하기 위해 구동 유닛을 조작할 수 있다. 예를 들어, 교정 장치는 구동 유닛에 연결되어 이에 제어 신호를 제공할 수 있다. 이와 같이 레이저 소스와 흉골 사이의 편차가 효과적으로 보상될 수 있다.

이에 의해, 구동 유닛은 바람직하게는 캐리어 요소에 대해 레이저 소스를 이동시키도록 구성된 선형 모터를 포함한다. 이러한 선형 모터는 레이저 소스를 신속하고 정확하게 이동시킬 수 있다. 이와 같이, 레이저 소스에 의해 생성된 절단 레이저 빔은 레이저 소스 또는 그 일부를 이동시킴으로써 흉골의 절단 기하학적 형상을 따라 효율적으로 안내될 수 있다. 또한, 이러한 선형 모터에 의해 레이저 소스의 움직임의 교정이 효율적으로 수행될 수 있다. 특히, 안전 기능으로서, 흉골의 위치가 교정될 필요가 있을 때마다, 절단 장치는 공간 교정이 달성될 때까지 일시적으로 레이저 빔 생성을 중단시킬 수 있다.

대안으로 또는 추가적으로, 구동 유닛은 바람직하게는 레이저 소스에 의해 생성된 절단 레이저 빔이 제공되는 방향을 조절하도록 구성된 빔 지향기를 포함한다. 이에 따라, 빔 지향기는 힌지 모터 또는 힌지 모터에 장착된 미러 또는 캐리어 요소에 대해 레이저 소스를 기울이도록 구성된 임의의 유형의 스캐너를 포함하는 것이 바람직하다. 대안적으로 또는 추가로, 빔 지향기는 바람직하게는 레이저 소스에 의해 생성된 절단 레이저 빔을 재지향하도록 구성된 조절가능한 광학 장치를 포함한다. 조절가능한 광학 장치는 레이저 소스에 의해 제공된 절단 레이저 빔을 편향시키는 미러를 포함할 수 있으며, 미러는 절단 레이저 빔이 360° 주위에 반경방향으로 제공될 수 있도록 축을 중심으로 회전할 수 있다. 이러한 힌지 모터 및/또는 광학 장치는 절단 레이저 빔을 원하는 방식으로 정교하게 제공할 수 있다. 이를 통해 비교적 복잡한 절단 기하학적 형상을 적용하고 식별된 편차를 정확하게 교정할 수 있다.

지지부의 장착 구조는 고정된 방식으로 흉골에 연결되도록 구성된다. 예를 들어, 이는 흉골에 분리가능하지만 고정식으로 장착될 수 있도록 클립핑 또는 클램핑 수단을 가질 수 있다. 또한, 이는 흉곽에 나사체결되는 나사 및 나사 리세스를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 지지부의 장착 구조물은 각각 환자의 흉곽 중 하나에 고정되도록 형성된 풋을 각각 갖는 복수의 레그를 포함한다. 이와 같이, 흉골에 대한 레이저 헤드의 위치를 효율적으로 고정하고 정할 수 있다.

대안으로, 지지부의 장착 구조물은 바람직하게는 흉곽들 중의 복수의 흉곽에 고정되도록 형성된 중공 포스트를 포함하고, 레이저 소스의 절단 레이저 빔이 그 중공 내부를 통과하도록 위치된다. 이러한 포스트는 절단 장치를 흉골에 대해 정확하게 위치시키고 동시에 레이저 빔을 커버하고 흉골 절단에 의해 생성된 파편을 차폐할 수 있게 한다.

바람직하게는, 상기 지지부의 장착 구조물은 장착 구조물을 흉곽에 고정하도록 구성된 벨트 또는 복수의 벨트를 포함한다. 이러한 벨트는 다른 장착 수단에 부가하여 또는 대안으로서 적용될 수 있다. 벨트는 절단 장치를 흉곽에 빠르고 매끄럽고 용이하게 고정할 수 있게 한다. 또한, 최종 고정(예를 들어, 나사에 의해)이 필요한 경우 편리하게 적용될 수 있도록 절단 장치를 사전고정할 수 있다.

사용 시, 절단 장치는 절단 기하학적 형상에서 또는 이를 따라 흉골을 제거한다. 레이저 절제 파편이 생성되는 동안, 절단 레이저 빔에 의해 생성된 파편은 비교적 빠른 속도로 예를 들어, 2,000 m/s로 골로부터 이격되도록 이동한다. 골의 관점에서, 절단 레이저 빔에 의한 절제는 섬유주 구조가 파편으로 오염되지 않기 때문에 파편이 없는 것으로 언급될 수 있다. 또한, 본원에 설명된 장치 및 방법을 사용하여 골 표면의 용융이 관찰되지 않기 때문에 이는 콜드(사진 또는 레이저) 절제로 지칭될 수 있다. 그러나, 환자의 흉골을 절단할 때 발생하는 파편을 제거하기 위해, 절단 장치는 바람직하게는 흉골에 접촉하는 절단 레이저 빔에 의해 생성된 파편을 제거하기 위한 흡입 요소 또는 파편 추출 유닛을 포함한다. 이러한 흡입 또는 파편 추출은 절단 기하학적 형상과 주변의 공간을 깨끗하게 유지하는 데 도움이 될 수 있다.

절단 레이저 빔이 적용되는 흉골을 냉각시키고 수화시키기 위해, 절단 장치는 스프레이 노즐 또는 노즐 어레이를 포함할 수 있다. 따라서, 다중 유체 노즐이 특히 효율적일 수 있다. 냉각 유체는 멸균 염화나트륨일 수 있다. 절단 레이저 빔-골 조직 접촉 영역으로부터 골의 다른 섹션으로의 열 전달이 최소화될 수 있다. 따라서 골 조직의 부수적인 손상을 방지되거나 또는 최소화될 수 있다.

바람직하게는, 절단 장치는 흉골에 적용된 절제의 깊이를 검출하도록 구성된 깊이 검출 유닛을 포함한다. 이러한 유닛은 원하는 깊이까지 골 조직을 정밀하게 제거할 수 있도록 한다. 따라서, 골 조직의 속성 변화가 고려될 수 있다. 예를 들어, 깊이 검출 유닛은 절제 레이저 빔 및/또는 그것에 응답하여 구동을 조절하는 중앙 제어 유닛에 절제 골 조직의 깊이에 대한 정보를 연속적으로 제공할 수 있다. 이에 따라 흉골의 효율적이고 안전한 절단이 허용된다.

바람직하게는, 절단 장치는 흉골의 절단 기하학적 형상과 관련하여 절단 레이저 빔의 초점을 자동으로 조절하도록 구성된 오토 포커싱 장치를 포함한다. 이러한 오토 포커싱 장치는 절제가 진행됨에 따라 초점을 지속적으로 조절할 수 있도록 한다. 선호되는 실시예에서, 오토 포커싱 장치는 상술한 깊이 검출 유닛과 조합된다. 따라서, 오토 포커싱 장치는 깊이 검출 유닛에 의해 검출된 깊이에 따라 절단 레이저 빔의 초점을 조절하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 미리정해진 절단 레이저 빔 강도가 절단 기하학적 형상으로 흉골에 접촉하도록 보장하기 위하여 절단 레이저 빔의 초점이 자동으로 조절될 수 있다. 이에 따라, 초점은 절제된 골 조직의 각각의 깊이에 따라 연속적으로 조절될 수 있다. 오토-포커싱 장치는 포물선형 미러를 포함할 수 있다. 또한, 이는 예를 들어, 절단 레이저 빔이 방출되는 요소에 의한 절단 장치의 레이저 소스일 수 있다.

바람직하게는, 절단 장치는 흉골이 미리정해진 크기로 절단될 때 절단 레이저 빔을 생성하는 레이저 소스를 레이저에 정지시키도록 배열된 깊이 제어 유닛을 포함한다. 흉골이 매우 얇은 멤브레인에 의해서 심장과 폐로부터 분리되는 것을 고려하면, 전체 절단 기하학적 형상을 따라 절삭 깊이를 제어할 수 있다는 것이 가장 중요할 수 있다. 특히, 흉골이 완전히 절단되었거나 또는 절단 직전에 매우 얇은 잔여 골로 유지되면 전체 절단 기하학적 형상이 제공되면 종료 시에 외과 의사가 이를 쉽사리 분할할 수 있도록 절단 레이저 빔 생성을 중지할 수 있는 절단 깊이와 프로파일을 제어하는 것이 중요할 수 있다. 따라서 절단과 관련하여 용어 "미리정해진 크기"라는 용어는 흉골의 깊이 또는 본질적으로 흉골의 깊이에 해당하는 깊이를 지칭한다.

이러한 깊이 제어 유닛을 구현하는 일부 바람직한 방법이 있다. 일 실시예에서, 깊이 제어 유닛은 레이저 기반 OCT(optical coherence tomography) 장치이다. 이러한 OCT 장치 및 절단 레이저 빔과 함께 동축 모드로 전파될 수 있는 추가 레이저 빔을 사용함으로써, 절단 깊이는 실시간으로, 예를 들어 각각의 레이저 샷 직후에 제어될 수 있다.

다른 실시예에서, 깊이 제어 유닛은 레이저 기반 광-음향 분광 센서이다. 이러한 레이저 광-음향 분광(PAS) 센서의 사용은 마지막 샷이 단단한 조직 또는 연질 조직과 접촉하는지를 결정할 수 있게 한다. 결론적으로 흉골이 완전히 절단되거나 또는 절단되지 않는 경우 결론이 효율적으로 내려질 수 있다.

일반적으로, 흉골을 절단할 때 또는 각각의 레이저 펄스 이후에 절단으로부터 떨어져 다니는 파편이 있다. 이 파편은 절단 경로에 존재할 수 있는 임의의 병원균이 생존할 수 없음을 의미하는 고온에 노출될 수 있다. 그러나 절단 장치의 파편 제거 유닛으로 파편을 포획하는 것이 중요할 수 있다. 이 유닛은 예를 들어 절단부의 주변에 배치될 수 있는 흡입 장치를 포함할 수 있다. 대안으로 이는 별도의 설비로 수행될 수 있다.

도 1은 흉곽에 장착된 본 발명에 따른 절단 장치의 제1 실시예의 일부의 사시도.
도 2는 하우징이 제거된 도 1의 절단 장치의 상면도.
도 3은 하우징이 제거된 도 1의 절단 장치의 측면도.
도 4는 하우징이 제거된 도 1의 절단 장치의 정면도.
도 5는 도 1의 절단 장치의 전자 유닛의 사시도.
도 6은 도 1의 절단 장치의 미디어 와이어링의 사시도.
도 7은 도 1의 절단 장치의 레이저 소스의 상세도.
도 8은 흉골을 절단하기 위한 절단 기하학적 형상의 사시도.

다음의 설명에서, 어떤 용어는 편의상 사용되며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. "오른쪽", "왼쪽", "위(up)", "아래(down)", "아래(under)" 및 "위(above)"라는 용어는 도면의 방향을 나타낸다. 이 용어는 명시적으로 언급된 용어와 그 파생된 용어 및 유사한 의미의 용어를 포함한다. 또한, "아래("beneath", "below", "lower")", "위("above", "upper")", "근위", "원위" 등과 같은 공간적으로 관련된 용어는 하나의 요소 또는 특징의 관계 도면들에 도시된 바와 같은 다른 요소 또는 특징에 대한 관계를 설명하도록 사용될 수 있다. 이들 공간적으로 관련된 용어는 도면에 도시된 위치 및 배향 이외에 사용 또는 작동 시 노즐 장치의 상이한 위치 및 배향을 포함하도록 의도된다. 예를 들어, 도면에서 장치 또는 그 특정 부분이 뒤집힌다면, 다른 요소 또는 특징의 "아래"("below" or "beneath")로 기술된 요소는 다른 요소 또는 특징의 "위"("above" or "over")에 있을 것이다. 따라서, 예시적인 용어 "아래"는 위와 아래의 위치와 방향 모두를 포함할 수 있다. 상기 장치는 다른 방향으로 배치될 수 있거나(90도 회전되거나 다른 방향으로 회전될 수 있음), 본 명세서에서 사용되는 공간적으로 상대적인 기술어는 그에 따라 해석될 수 있다. 마찬가지로 다양한 축을 중심으로 한 이동에 대한 설명에는 다양한 특수 장치 위치와 방향이 포함된다.

다양한 양상들 및 예시적인 실시예들의 도면들 및 설명에서의 반복을 피하기 위해, 많은 특징들이 많은 양상들 및 실시예들에 공통적이라는 것을 이해해야 한다. 설명이나 도면에서 한 측면을 생략했다고 해서 그 측면이 그 측면을 포함하는 구현에서 빠져 있다는 것을 의미하지는 않는다. 대신에, 명확성을 위해 그리고 장황한 묘사를 피하기 위하여 양상은 생략될 수도 있다. 이러한 문맥에서, 다음의 설명이 본 설명의 나머지 부분에 적용된다: 도면을 명료화하기 위해, 도면은 설명의 직접 관련 부분에서 설명되지 않은 참조 부호를 포함하면, 이전의 또는 다음의 설명 부분이 참조된다. 또한, 명료성을 이유로, 도면에서 부품의 모든 특징이 참조 부호로 제공되는 것은 아니지만, 동일한 부품을 나타내는 다른 도면에 참조된다. 2개 이상의 도면에서 동일한 번호는 동일하거나 유사한 요소를 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 절단 장치(1)의 실시예를 도시한다. 절단 장치(1)는 하우징(11) 및 교정 장치(14)를 지지하기 위한 지지부(12)를 포함한다. 레이저 소스(16)(도 1에 도시되지 않음)는 지지부(12)에 의해 지지되고 하우징(11) 내에 배열된다. 이는 절단 레이저 빔(15)을 생성하거나 또는 이를 제공하도록 구성된다.

지지부(12)는 4개의 레그(122)를 갖는 장착 구조물을 갖는다. 각각의 레그는 나사(1223)에 의해 환자의 흉곽(2)의 립(21)들 중 하나에 고정되도록 구성된 풋(1222) 및 포스트(1221)를 갖는다. 특히 풋(1222)은 흉곽(2)의 립(21)들 중 하나의 립을 수용하도록 성형된 오목한 하부 표면을 갖는다. 흉곽(2)에 장착 구조물을 고정하기 위하여, 적어도 레그(122)의 풋(1222)이 립(21)에 나사체결되고 지지부(12)는 벨트(123)를 포함한다. 벨트(123)는 통상적인 방식으로 체결되고 흉곽(2) 주위에 배열된다. 흉곽(2)에 고정될 때, 절단 장치(1)는 흉곽(2)의 흉골(22) 위에 배열된다.

지지부(12)는 4개의 레그(122)에 연결되는 캐리어 요소로서 캐리어 플레이트(121)를 추가로 갖는다. 캐리어 플레이트(121)와 레그(122) 사이의 연결부는 캐리어 플레이트(121)와 흉골(22) 사이의 거리가 변화할 수 있도록 조절될 수 있다. 조절되면, 레그(122)와 캐리어 플레이트(121)는 캐리어 플레이트(121)의 위치 및 배향이 흉골(22)와 립(21)이 서로에 대해 이동되지 않는 한 흉골(22)에 대해 미리결정되도록 확고히 연결된다.

절단 장치(1)는 지지부(12)의 캐리어 플레이트(121)에 장착된 센서와 같은 하나 또는 복수의 카메라(141)를 갖는 교정 장치(14)를 추가로 포함한다. 카메라(141)는 절단 레이저 빔(15)이 접촉하는 흉골(22) 또는 더욱 구체적으로 흉골(22)의 영역을 향하여 지향된다. 카메라(141)는 캐리어 플레이트(121)의 위치와 연관된 공간 신호, 이에 따라 흉골(22)에 대한 절단 레이저 빔(15) 및 레이저 소스(16)(도 1에 도시되지 않음)의 위치와 연관된 공간 신호를 제공하도록 구성된다.

교정 장치(14)는 카메라(141)의 공간 신호를 수신하여 평가하는 전자 유닛(17)(도 1에 도시되지 않음)에 구현된 컴퓨팅 유닛을 더 포함한다. 흉골(22)에 대한 캐리어 플레이트(121)의 위치의 편차를 식별할 때 교정 장치(14)의 컴퓨팅 유닛은 편차를 교정하기 위한 구동 유닛(19)(도 1에 도시되지 않음)에 제어 신호를 제공한다. 컴퓨팅 장치(17)와 통신하고 다른 상호 작용을 위해, 절단 장치(1)는 미디어 와이어링(13)을 포함한다.

도 2에서, 절단 장치는 하우징(11) 및 미디어 와이어링(13)이 없는 상태로 도시된다. 따라서, 레이저 장치(18)의 레이저 어플리케이터(182)가 지지 플레이트(121) 상에 장착되는 것으로 도시된다. 레이저 어플리케이터(182)는 미디어 와이어링(13)의 광 섬유가 연결될 수 있는 광 커넥터(1821)를 갖는다. 레이저 어플리케이터(182)는 절단 레이저 빔(15)이 방출되는 출구를 갖는다. 도 2에서, 레이저 어플리케이터(182)는 절단 레이저 빔(15)의 광을 상향 방향으로 제공한다.

레이저 장치(18)는 또한 절단 레이저 빔(15)을 렌즈 유닛(187)을 통해 좌측으로 90° 편향시키는 제1 재지향 미러(187)를 갖는다. 렌즈 유닛(187)에 의해 절단 레이저 빔(15)은 확대된다. 렌즈 유닛(187)의 좌측면에서, 레이저 장치는 확대 된 절단 레이저 빔(15)을 하향으로 90° 편향시키는 제2 재지향 미러(188)를 포함한다. 따라서, 절단 레이저 빔(15)은 레이저 장치(18)의 제3 재지향 미러(189)에 접촉할 때까지 레이저 어플리케이터(182)를 따라 이동한다. 제3 재지향 미러(189)는 확대된 절단 레이저 빔(15)을 다시 좌측으로 90° 편향시켜 포물선형 미러 부재(16)로 지향시킨다.

포물선형 미러 부재(16)는 다양한 방식으로 조절가능하다. 특히 이의 원뿔 또는 기하학적 형상이 조절될 수 있는 포물선형 미러를 갖는다. 확대된 절단 레이저 빔(15)은 포물선형 미러 부재(16)의 포물선형 미러와 접촉하고, 포물선형 미러 부재(16)는 흉골(22)을 향하여 이를 재지향하며 다른 한편으로는 절단 레이저 빔(15)을 포커싱한다. 따라서, 포물선형 미러 부재(16)는 절단 장치(1)의 레이저 소스를 형성한다. 포물선형 미러의 원뿔을 조절함으로써, 절단 레이저 빔(15)의 초점 또는 기하학적 형상이 적용될 수 있다. 포물선형 미러 부재(16)는 흉골(15)에서 절단 레이저 빔(15)을 자동으로 포커싱하도록 제어된다. 따라서, 절단 기하학적 형상(221)에서 절단 레이저 빔(15)의 강도를 정밀하게 조절할 수 있는 절단 장치(1)의 자동 포커싱 장치를 추가로 형성한다. 이와 같이 흉골(22)에서 골조직을 효과적으로 절단할 수 있다. 또한, 포물선형 미러 부재(16)를 조절하는 것은 절단 레이저 빔이 절단 장치(1)에 의해 방출되는 방향을 결정한다. 따라서, 포물선형 미러 부재(16)는 미리정해진 절단 기하학적 형상(221)을 흉골(22)에 적용하도록 제어된다.

포물선형 미러 부재(16)는 캐리어 플레이트(121)에 이동가능하게 연결된 레이저 마운트(124) 상에 고정된다. 레이저 마운트(124)는 수평 x-레일(126) 및 수직 y-레일(125)에 연결된다. 포물선형 미러 부재(16)와 함께, 레이저 마운트 124), X-레일(126) 및 Y-레일(125)은 레이저 장치(1)의 구동 유닛(19)의 빔 조절 구조 또는 빔 지향기를 형성한다. 또한, 구동 유닛(19)은 포물선형 미러 부재(16)로부터 절단 레이저 빔(15)이 제공되는 방향을 조절하기 위해 레이저 마운트(124)를 경사지게 하는 힌지 모터를 추가로 갖는다. 이는 X-레일(126) 및 Y-레일(125)을 따라 레이저 마운트(124)를 이동시키는 선형 모터를 추가로 포함한다. 미리정해진 절단 기하학적 형상(221)을 따라 흉골(22)을 정확하게 절단하기 위해, 포물선형 미러 부재(16)가 조절된다. 포물선형 미러 부재(16)의 적절한 조절 범위의 한계에 도달하면, 절단 레이저 빔(15)의 생성이 중단되고 포물선형 미러 부재(16)는 이를 이동시키고 기울임으로써 재배치된다. 적절히 재배치될 때 절단 기하학적 형상(221)을 따라 흉골(22)을 절단하는 것이 지속된다.

도 3은 측면으로부터의 절단 장치(1)를 도시한다. 이에 따라 카메라(141)가 흉골(22) 또는 더욱 구체적으로 절단 레이저 빔(15)이 접촉하는 흉골의 섹션을 향하여 지향된다. 포물선형 미러 부재(16)는 제어 및/또는 데이터 전송부가 연결될 수 있는 인터페이스로서 2개의 소켓을 갖는다.

도 4는 절단 장치를 전방으로부터 도시한다. 포물선형 미러 부재(16)는 좌측으로 기울어져 제3 재전환 미러(189)로부터 확장된 절단 레이저 빔(15)을 효율적으로 수용할 수 있게 한다. 절단 장치(1)는 파편 추출 유닛(도면에 도시되지 않음)의 흡입 노즈를 추가로 포함한다. 흡입 노즈는 흉골(22)에 접촉하는 절단 레이저 빔(15)에 의해 생성된 파편을 배출하도록 구성된다.

도 5에는 절단 장치(1)의 전자 유닛(17)이 도시된다. 전자 유닛은 미디어 와이어링(13)을 통하여 하우징(11) 및 절단 장치(1)의 다른 각 구성 요소에 연결된다. 전자 유닛(17)은 가스 및 액체 제어부(171), 깊이 검출 유닛(172), 교정 장치의 컴퓨팅 유닛을 포함하는 처리 유닛(173) 및 디스플레이(174)를 포함한다. 또한, 전자 유닛은 레이저(181)가 레이저 어플리케이터(182)에 연결되는 레이저 장치(18)의 고상 에르븀-도핑된 이트륨 알루미늄 가닛(Er:YAG) 레이저(181)가 장착된다. 깊이 검출 유닛(172)은 절단 레이저 빔(15)에 의해 흉골(22)에 가해지는 절개의 깊이를 검출하도록 구성된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 미디어 와이어링(13)은 전방 냉각 매체 튜브(131), 후방 냉각 매체 튜브(132), 가스 튜브(133), 전원 케이블(134), 깊이 검출 유닛(172)의 깊이 제어 광 섬유(135), 액체 튜브(136) 및 제어기 케이블(137)을 포함한다. 미디어 와이어링은 추가로 레이저 장치(18)의 절개 광 섬유(183)를 추가로 수용한다.

전원 케이블(134)은 전자 유닛(17)으로부터 이격된 모든 전력 소비장치에 연결된다. 이에 의해, 구동 유닛의 모터, 카메라(141), 흡입 노즈 및 포물선형 미러 장치(16)와 같은 전력 소비장치는 미디어 와이어링(13)의 전원 케이블(134)을 통해 전기 에너지가 공급된다.

전방 냉각 매체 튜브(131) 및 후방 냉각 매체 튜브(132)는 냉각 설비에 연결된다. 냉각 매체는 레이저 소스 등과 같은 부착된 구성 요소를 냉각시키기에 적합한 솔(sole)과 같은 임의의 액체 또는 다른 매체일 수 있다. 특히, 전방 냉각 매체 튜브(131)에서, 냉각 매체는 냉각 매체 저장소로부터 냉각 설비로 제공되고, 후방 냉각 매체 튜브(132)에서 냉각 설비를 통해 순환된 후에 가열된 냉각 매체가 재차 제공된다.

가스 튜브(133) 및 액체 튜브(136)는 레이저 소스 또는 포물선형 미러 부재(16)에 또는 그 근처에서 노즐 몸체(도시되지 않음)에 연결된다. 노즐 몸체는 절단 레이저 빔(15)-흉골(22) 접촉 영역으로 지향된 복수의 2-유체 노즐을 포함한다.

2 유체 노즐에 의해, 예를 들어 살균 물질로 농축될 수 있는 멸균된 염화나트륨 또는 증류수와 같은 액체 튜브(136)에 의해 제공되는 액체 및 가스 튜브(133)에 의해 제공된 가스는 스프레이를 생성하기 위해 고압에서 혼합된다. 흉골(22)의 골 조직 절제 중에 2-유체 노즐이 골 조직 내에서 냉각 및 이에 따라 열 전달을 최소화하기 위해 절단 레이저 빔(15)-흉골 부(22) 접촉 영역에 분사한다. 예를 들어, 2-유체 노즐은 약 3 bar의 압력 하에서 약 8 내지 10 ml/분의 유속으로 멸균 염화나트륨을 전달할 수 있다. 그 뒤에 액체는 흡입 노즈를 통해 파편과 함께 흉골(22)로부터 제거된다.

제어기 케이블(137)은 처리 유닛 및 구동 유닛의 모터, 카메라(141), 오토포커싱 장치, 노즐 몸체의 2-유체 노즐 등과 같은 절단 장치(1)의 제어 가능한 구성 요소에 연결된다. 제어기 케이블(137)을 통해 처리 유닛(173)은 언급된 제어 가능한 구성요소와 통신한다. 예를 들어, 처리 유닛(173)은 흉골(22)의 절단 기하학적 형상에서 골 조직의 절개 깊이를 고려하여 오토포커싱 유닛의 렌즈의 배향을 자동으로 조절한다.

절제 광 섬유(183)를 통해 절단 레이저 빔(15)의 광은 Er:YAG 레이저(181)로부터 광 섬유 커넥터(1821)를 통해 레이저 어플리케이터(182)에 제공된다. 이를 위해, 레이저(181)에 의해 생성된 레이저 빔은 도 4에 도시된 바와 같이 절제 광 섬유(183)로 유입된다. 특히, 레이저 장치(18)의 Er:YAG 레이저(181)는 빔 생성기(184)를 갖는다. 초기 레이저 빔은 빔 생성기(184)에서 빠져나가 레이저 장치(18)의 포커싱 렌즈(185)에 의해 절제 광섬유(183)로 지향된다. 거기에서, 이는 전술한 바와 같이 레이저 소스로 이동하고 레이저 소스에서 빠져 나간다.

유사하게, 골 조직을 제거하기 위한 레이저 빔과 마찬가지로, 깊이 제어 광 섬유(135)를 통해 제2 레이저 빔이 제공된다. 이 제2 레이저 빔은 흉골(2)의 절제 과정의 깊이를 검출하기 위한 것이다.

사용 시에, 절단 장치(1)는 흉골(22)을 절단하는 방법의 실시예에 적용될 수 있다. 장치(1)가 사용되기 전에 흉골(22)은 절단 장치(1)에 접근할 수 있도록 준비된다. 흉골(22)을 준비하기 위해 일부 단계가 수술 전에 적용될 수 있다. 예를 들어 흉골(22)에 대한 데이터는 컴퓨터 단층 촬영을 통해 얻어질 수 있다. 데이터는 분석될 수 있고 컴퓨터 단층 촬영 이미지에서 정현파 선 또는 곡선과 같은 골절 기하학적 형상(osteotomic geometry)이 흉골(22) 상에 형성될 수 있다. 그 뒤에, 흉골(22)이 접근가능하게 될 수 있고 절단 장치(1)는 소정의 위치에서 레이저 소스가 배열되도록 흉곽(2)에 고정될 수 있다.

흉골(22)에서 골 조직을 절제하기 위해, 처리 유닛(173)은 절단 기하학적 형상을 따라 흉골(2) 위에 노즐 몸체와 함께 레이저 소스를 이동시키도록 구동 유닛을 제어한다. 따라서, 절단 장치(1)의 레이저 장치에 의해 생성된 서브-마이크로초 펄스 레이저 빔은 인접한 원형 스폿의 라인을 형성한다. 스폿이 번갈아 형성되기 때문에 골 조직은 냉각되기까지 시간이 소요되어 골 조직에 대한 부수적인 손상이 최소화된다.

흉골(22)에서 골 조직을 효율적으로 제거하기 위해, 레이저 소스에 의해 생성된 절단 레이저 빔(15)은 2,940nm의 파장을 갖도록 조절된다. 절단 레이저 빔(15)이 흉골(22)에 전달되는 동안, 멸균 염화나트륨이 노즐 몸체의 2-유체 노즐에 의해 분사된다. 이와 같이. 절단 레이저 빔(15)-흉골(22) 접촉 영역이 냉각되고 수화된다.

절제 중에, 깊이 제어 유닛(172)은 절제된 골 조직의 깊이를 모니터링하고 제어한다. 절단 레이저 빔(15)은 골 조직이 절단 기하학적 형상을 따라 흉골(22)로부터 정밀하게 절제되도록 하는 깊이로 조절된다.

도 5는 흉골 개방 수술 절차에서 본 발명에 따른 절단 장치에 의해 제공될 수 있는 정교한 절단 기하학적 형상의 예를 도시한다. 흉골(8)은 꼬인 구조를 갖는 절단 기하학적 형상을 따라 우측 제1 흉골 부분(81)과 좌측 제2 흉골 부분(82)으로 절단된다. 절단 기하학적 형상의 구조는 제1 흉골 부분(81)에서 복수의 불균일한 돌출부(811) 및 리세스(812) 및 제2 흉골 부분(82)에서 대응하는 복수의 불균일한 돌출부(821) 및 리세스(822)를 생성하는 불균일한 주기를 갖는 주기적인 사이너스 기능에 의해 형성된다. 이에 더하여, 정현파 기능은 비수직 절단 각이 형성되도록 흉골(8)의 근위 또는 내측 방향으로 변화한다. 이러한 비주기적 절단 기능 및 흉골(8)을 개방하기 위한 꼬인 절단 표면을 사용함에 따라 가슴이 원래 위치에서 다시 밀폐될 수 있다. 따라서, 절단된 기하학적 형상은 제1 흉골 부분(81) 및 제2 흉골 부분(82)의 명확한 재조립만이 초기 상황과 동일한 소정의 목표 상황으로만 허용한다.

본 발명의 양태들 및 실시예들을 설명하는 이 설명 및 첨부 도면들은 보호된 발명을 정의하는 청구항들을 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 다시 말해, 본 발명은 도면 및 전술한 설명에서 상세하게 도시되고 설명되었지만, 그러한 예시 및 설명은 예시 또는 일 예로서 고려되어야 하며 제한적이지는 않다. 본 명세서 및 청구범위의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 기계적, 구성적, 구조적, 전기적 및 동작적 변화가 이루어질 수 있다. 어떤 경우에는, 잘 알려진 회로, 구조 및 기술은 본 발명을 모호하게 하지 않기 위해 상세하게 도시되지 않았다. 따라서, 이하의 청구항의 범위 및 사상 내에서 당업자에 의해 변경 및 수정이 이루어질 수 있음이 이해될 것이다. 특히, 본 발명은 상술한 상이한 실시예들로부터의 특징들의 임의의 조합으로 추가 실시예들을 포함한다.

본 발명은 또한 도면에 도시된 모든 추가 특징을 개별적으로 포함하지만 전술한 설명 또는 이하의 설명에서 기술되지 않았을 수도 있다. 또한, 도면들 및 상세한 설명에서 설명된 실시예들의 단일 대안들 및 그 특징들의 단일 대안들은 본 발명의 주제 또는 개시된 주제로부터 부인될 수 있다. 본 개시는 청구항 또는 예시적인 실시예들에서 정의된 특징들 및 상기 특징들을 포함하는 주제를 포함하는 주제를 포함한다.

또한, 청구범위에서 "포함하는"이라는 단어는 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않으며, 부정 관사 "a" 또는 "an"은 복수를 배제하지 않는다. 단일 유닛 또는 단계는 청구범위에 언급된 여러 특징의 기능을 수행할 수 있다. 특정 측정 값이 서로 다른 종속항에서 인용된다는 단순한 사실만으로 이러한 측정 값의 조합을 활용할 수 없다는 것을 의미하지는 않는다. 속성 또는 값과 관련하여 "본질적으로", "약", "대략" 등의 용어는 특히 정확하게 각각 속성 또는 정확히 값을 정확하게 정의한다. 소정의 수치 값 또는 범위와 관련하여 용어 "약"은 주어진 값 또는 범위의 20 % 이내, 10 % 이내, 5 % 이내 또는 2 % 이내의 값 또는 범위를 지칭한다. 결합되거나 연결된 것으로 기술된 컴포넌트는 전기적으로 또는 기계적으로 직접 결합되거나, 하나 이상의 중간 컴포넌트를 통해 간접적으로 결합될 수 있다. 청구범위 내의 모든 참조 부호는 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (18)

1. 환자의 흉골(22, 8)을 절단하기 위한 절단 장치(1)로서,
   절단 레이저 빔(15)을 생성하도록 구성된 레이저 소스(16),
   흉골(22, 8)에서 미리정해진 절단 기하학적 형상(811, 812, 821, 822)을 따라 레이저 소스(16)에 의해 생성된 절단 레이저 빔(15)을 지향하기 위한 빔 조절 구조물, 및
   레이저 소스(16)를 지지하는 지지부(12)를 포함하고,
   지지부(12)는 레이저 소스(16)가 흉골(22, 8)에 대해 미리정해진 위치에 있도록 환자의 흉곽(2)에 고정된 장착 구조물(122)을 갖는 절단 장치(1).
2. 제1항에 있어서, 미리정해진 절단 기하학적 형상(221, 811, 812, 821, 822)으로부터 레이저 소스(16)의 절단 레이저 빔(16)을 편향시키도록 흉골(22, 8)에 대해 레이저 소스(16)의 움직임을 자동으로 식별하고 미리정해진 절단 기하학적 형상(221, 811, 812, 821, 822)에 대해 레이저 소스(16)의 절단 레이저 빔(15)의 편차를 교정하기 위하여 흉골(22, 8)에 대해 레이저 소스(16)의 위치를 자동으로 조절하도록 구성된 교정 장치(14)를 포함하고, 교정 장치는 서로에 대한 흉골(22, 8)과 절단 레이저 빔(15)의 위치와 관련된 공간 신호를 제공하도록 구성된 센서(141)를 선택적으로 포함하는 절단 장치(1).
3. 제2항에 있어서, 지지부(12)는 캐리어 요소(121)를 포함하고, 교정 장치(14)는 흉골(22, 8)에 대해 캐리어 요소(121)의 움직임을 자동으로 식별하도록 구성되는 절단 장치(1).
4. 제3항에 있어서, 지지부(12)는 레이저 소스(16)가 고정되게 장착되는 레이저 마운트(124)를 포함하고, 레이저 마운트(124)는 캐리어 요소(121)에 이동가능하게 연결되는 절단 장치(1).
5. 제4항에 있어서, 캐리어 요소(121)에 대해 레이저 마운트(124)를 이동시키도록 구성된 구동 유닛(19)을 포함하는 절단 장치(1).
6. 제5항에 있어서, 구동 유닛(19)은 캐리어 요소(121)에 대해 레이저 마운트(124)를 이동시키도록 구성된 선형 모터를 포함하는 절단 장치(1).
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 구동 유닛(19)은 레이저 소스(16)에 의해 생성된 절단 레이저 빔(15)이 제공되는 방향을 조절하도록 구성된 빔 지향기(16, 124, 125, 126)를 포함하는 절단 장치(1).
8. 제7항에 있어서, 빔 지향기(16, 124, 191, 192)는 캐리어 요소(121)에 대해 레이저 소스(16)를 기울이도록 구성된 힌지 모터를 포함하는 절단 장치(1).
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 빔 지향기(191)는 레이저 소스(16)에 의해 생성된 절단 레이저 빔(15)을 재지향하도록 구성된 조절가능한 광학장치(16, 124)를 포함하는 절단 장치(1).
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 지지부(12)의 장착 구조물(122)은 흉곽(2)의 립(21)에 고정되도록 성형된 풋(1222)을 갖는 복수의 레그(122)를 포함하는 절단 장치(1).
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 지지부(12)의 장착 구조물(122)은 레이저 소스(16)의 절단 레이저 빔(15)이 이의 중공 내부를 통과하도록 배열되고 흉곽(2)의 복수의 립(21)에 고정되도록 성형된 중공 포스트를 포함하는 절단 장치(1).
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 지지부(12)의 장착 구조물(122)은 흉곽(2)에 장착 구조물(122)을 고정하도록 구성된 벨트(123)를 포함하는 절단 장치(1).
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 흉골(22, 8)에 접촉하는 절단 레이저 빔(15)에 의해 생성된 파편을 배출하도록 구성된 파편 추출 유닛을 포함하는 절단 장치(1).
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 절단 장치(1)에 의해 흉골(22, 8)에 적용된 절제 깊이를 검출하도록 구성된 깊이 검출 유닛을 포함하는 절단 장치(1).
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 흉골(22, 8)에 대해 절단 레이저 빔(15)의 초점을 자동으로 조절하도록 구성된 오토-포커싱 장치를 포함하는 절단 장치(1).
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 흉골(22)이 미리정해진 크기로 절단될 때 절단 레이저 빔(15)을 생성하는 레이저 소스(16)를 중단하도록 배열된 깊이 제어 유닛을 포함하는 절단 장치(1).
17. 제16항에 있어서, 깊이 제어 유닛은 레이저 기반 광 간섭 단층촬영 장치를 포함하는 절단 장치(1).
18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 깊이 제어 유닛은 레이저 기반 광-음향 분광 센서를 포함하는 절단 장치(1).

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