KR20200107925A - 외과용 임플란트 삽입 장치 - Google Patents

외과용 임플란트 삽입 장치 Download PDF

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상뜨르 나쇼날 드 라 러쉐르쉬 샹띠피끄
유니베르시테 파리스 12 발 드 마른
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Abstract

충격에 의해 수용 뼈(4)에 외과용 임플란트를 강제로 삽입하기 위한 장치는 임플란트에 충격력을 가하고 적어도 하나의 센서(12)가 결합된 충격기(10)를 포함한다. 센서(12)는 충격기(10)의 변형을 측정하고, 그리고 충격 중에 변형의 시간적 변동을 나타내는 측정 신호를 제공한다. 센서(12)는 충격 중에 충격기(10)의 변형의 시간적 변동에 기초하여 임플란트와 수용자 뼈 사이의 접촉 레벨을 나타내는 지표를 계산하도록 구성된 처리 유닛(30)에 연결된다.

Description

외과용 임플란트 삽입 장치
본 발명은 충격에 의해 외과용 임플란트(surgical implant)를 수용 뼈(receiving bone)에 삽입하기위한 장치에 관한 것이다. 이 장치는 임플란트를 수용 뼈에 강제로 삽입하기 위해 외과용 임플란트에 (직접적으로 또는 간접적으로) 충격력을 가하기 위한 충격 도구(percussion tool)인 충격기(impactor)를 포함한다.
본 실시예에서, 외과용 임플란트의 개념은 그 자체로 외과용 임플란트에 제한될 뿐만 아니라, 수용 뼈에 일시적으로 삽입된 수술기구(surgical instruments)를 포함한다. 이 개념은 결함 있는 관절(deficient joint), 특히 고관절(hip), 무릎(knee), 어깨(shoulder), 척추(spine), 팔꿈치(elbow) 또는 발목 보형물(ankle prostheses) 및 상기 보형물을 수용하기 위한 수용 뼈를 준비하는데 사용되는 장착 기구(fitting instruments)를 대체하기 위한 특히, 모든 정형외과 보형물 임플란트(orthopedic prosthesis implants)를 다룬다.
수용 뼈에 외과용 임플란트를 강제로 삽입하는 것은 자주 충격기(impactor), 일반적으로 해머를 사용한 충격에 의해 달성된다. 또한 보조 도구(ancillary tool)가 사용될 수 있으며, 개업의사(practitioner)는 충격기를 사용하여 임플란트에 충격력을 전달하는 보조 도구를 타격하기 위해 충격기를 사용한다.
충격 횟수가 증가함에 따라 임플란트는 수용 뼈에 삽입된다. 임플란트와 주변 뼈 사이의 접촉 레벨은 이 삽입에 의존한다. 이 접촉 레벨은 일반적으로 뼈와 임플란트 접촉 비율을 나타내는 BIC 비율에 의해 특징을 가지며, 이는 뼈와 접촉하는 임플란트의 표면적의 백분율이다. 임플란트가 수용 뼈에 삽입될수록 BIC 비율이 더 높아진다.
개업의사는 일반적으로 뼈에 임플란트의 삽입을 모니터링하고 임플란트와 뼈 사이의 접촉 레벨이 최적이거나 적어도 만족스러운 순간을 결정하고자 한다. 또한, 개업의사는 상기 임플란트의 주 안정성(primary stability)의 레벨을 확인하고자 한다. 임플란트를 삽입하는 외과 수술의 성공은 임플란트와 수용 뼈 사이의 충분한 접촉 레벨에 동시에 의존하고, 주 안정성의 레벨 및 손상 방지에 의존하며, 특히 삽입 중 수용 뼈의 골절(fracture) 또는 미세 균열(microcracks)을 피하는 것에 의존한다. 임플란트가 수용 뼈에 불충분하게 삽입될 경우, 이는 임플란트의 미세한 움직임을 초래할 수 있으며, 이는 또 다른 외과적 개입(surgical intervention)이 필요할 수 있다.
따라서, 만족스러운 뼈-임플란트 접촉 레벨을 얻을 수 있도록 충분히 높고 수용 뼈를 손상시킬 위험이 없을 정도로 충분히 낮은 다수의 충격 사이에서 절충안을 찾아야 한다. 그러나, 개업의사가 정확한 충격 횟수(correct number of impacts)를 신뢰성 있게 평가하는 것은 어렵다. 확실히 말하면, 충격기가 임플란트를 타격하는 것을 중단해야 할 때를 정확히 아는 것은 어렵다.
이와 관련하여, 본 발명의 하나의 목적은 외과 수술 중에 임플란트와 수용 뼈 사이의 접촉 레벨에 대한 신뢰할 수 있는 정보를 제공하는 것을 가능하게 하여 개업의사가 충격기로 임플란트를 타격하는 것을 중단해야 할 때, 실시간으로 확인할 수 있게 하는 장치를 제안하는 것이다.
특허 FR 3019031은 임플란트에 결합된 충격 표면에 충격을 가하고 임플란트에 충격력을 가하기 위한 충격기를 포함하는 정형외과 임플란트(orthopedic implant)의 장착(fitting)을 돕는 장치를 기술하고 있다. 충격기는 충격 표면에 충격을 주기 위한 타격면을 가진다. 힘 센서는 타격면에 고정되고 가해지는 충격력의 시간적 변동(temporal variation)을 이용 가능한 전기 신호로 변환한다.
일반적으로 만족하지만, 특허 문헌 FR 3019031의 장치는 힘 센서가 몇 가지 요구 사항을 충족해야 하는 단점이 있다. 우선 가해지는 충격력으로 인한 기계적 응력을 견딜 수 있도록 충분한 기계적 강도를 가져야 한다. 또한, 외과 수술 전에 충격기와 센서를 살균해야 하기 때문에, 고온을 견뎌야 한다. 살균하는 동안, 충격기 및 그 센서는 예컨대, 오토클레이브(autoclave)에서 2bar의 압력 하에서 134℃에서 18분 동안 유지함으로써 일반적으로 고온이 된다. 기계적 강도 및 고온에 대한 내성 측면에서 이들 요구 사항은 상업적으로 이용 가능한 센서 중에서 선택을 크게 제한하며 이들 요구 사항을 충족하는 센서는 일반적으로 가격이 비싸다.
따라서, 본 발명에 의해 추구되는 일반적인 목적을 충족시키면서, 전술한 단점을 극복하거나, 적어도 제한 가능한 새로운 유형의 장치가 필요하다.
본 발명은 충격에 의해, 수용 뼈에 외과용 임플란트를 강제로 삽입하기 위한 장치에 관한 것이다. 이 장치는 상기 외과용 임플란트에 결합된 충격 표면에 충격을 가하고 임플란트에 충격력을 가하기 위한 충격기를 포함한다.
충격기는 충격기의 변형을 측정하고 충격 중에 이 변형의 시간적 변동(temporal variation)을 나타내는 측정 신호를 제공하기에 적합한 적어도 하나의 센서가 결합된다.
센서(즉, 상기 적어도 하나의 센서)는 충격 중에 충격기의 변형의 시간적 변동에 기초하여, 임플란트와 수용 뼈 사이의 접촉 레벨을 나타내는 지표(indicator)를 계산하도록 구성된 처리 유닛(processing unit)에 연결된다. 센서와 처리 유닛 사이의 전자 연결(electronic connection)은 유선이거나 연결되지 않을 수 있다.
제안된 해결책은 충격기에 결합된 하나 이상의 변형 센서(deformation sensors)의 구현에 기초하고 측정 신호를 전달하며,이 신호의 기록 및 분석은 임플란트와 수용 뼈 사이의 접촉 레벨을 나타내는 지표를 결정할 수 있게 한다. 여러 센서가 사용될 때, 이들 센서에 의해 각각 전달된 신호는 예컨대, 계산될 지표에 기초하여 분석될 측정 신호를 획득하기 위해 평균화되거나 결합될 수 있다.
종래 기술에서 사용된 힘 센서와 비교하여, 변형 센서는 충격기에 의해 가해진 충격력을 이용 가능한 전기 신호로 변환하지 않지만, 충격기의 변형을 이용 가능한 전기 신호로 변환한다. 결과적으로, 변형 센서는 가해지는 충격력으로 인한 기계적 응력을 직접 견딜 필요가 없고 기계적 강도 측면에서 센서에 대한 요구 사항은 더 낮다. 따라서, 상업적으로 이용 가능한 센서들 중에서의 선택은 더 크고 적절한 변형 센서가 일반적으로 종래 기술에서 사용된 힘 센서보다 가격이 저렴하다.
제안된 장치는 외과용 임플란트 삽입 수술(surgical implant insertion operation) 중에, 임플란트와 수용 뼈 사이에 도달된 접촉 레벨에 대해 개업의사에게 실시간으로 알리는 것을 가능하게 한다. 이 장치는 비용이 절감될 뿐만 아니라 사용이 간편하다는 장점을 가진다. 특히, 이 장치의 경우, 수술 중 개업의사의 제스처(practitioner's gesture)는 동일하게 유지될 수 있으며, 이 경우 개업의사는 새로운 제스처를 배울 필요가 없으며 종래의 장치로 이미 획득한 경험으로부터 장점을 얻을 수 있다.
위에서 언급한 특징들 이 외에도, 제안된 장치는 단독으로 또는 기술적으로 가능한 조합에 따라 간주되는 다음 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
- 처리 유닛은 측정 신호에서 충격기의 공진 주파수의 20%와 100% 사이의 임계 값을 넘는 주파수를 감쇠시키기 위한 저역-통과 필터(low-pass filter)를 포함하고,
- 처리 유닛은 측정 신호에서 1kHz와 35kHz 사이, 특히 5kHz와 20kHz 사이의 임계 값을 넘는 주파수를 감쇠시키기 위한 저역-통과 필터를 포함하고,
- 충격기는 충격 표면(impact surface)에 충격을 가하기 위한 타격면(striking face), 타격면에 대향하는 대향면(opposite face) 및 타격면과 대향면 사이에서 연장되는 측면들(side faces)을 가지며, 상기 적어도 하나의 센서는 적어도 하나의 측면들 또는 대향면에 고정되고,
- 충격기는 융기부(protuberance)가 형성되는 전면을 가지고, 이 융기부의 전면은 타격면을 형성하며, 그리고 센서는 융기부의 측면에 배치된다.
일부 실시예에서, 제안된 지표는 상기 측정 신호 상에 위치된 프로그램 가능한 지속 시간(duration)의 시간대(time window)에 걸쳐 계산된 변형의 평균에 대응한다.
상기 시간대의 시작은 측정 신호가 그 최대 진폭에 도달하는 순간과 일치할 수 있다. 상기 시간대의 지속 시간은 0.1ms와 5ms 사이, 특히 0.1ms와 0.5ms 사이, 보다 특히 0.25ms와 같을 수 있다. 대안으로서, 시간대의 시작은 측정 신호가 그 최대 진폭에 도달하는 순간에 대하여, 0 내지 5ms로 변할 수 있는 미리 결정된 지연(predetermined delay)으로 정의될 수 있다.
예컨대, 지표(IN1)는 다음과 같이 계산된다:
Figure pct00001
여기서,
A(t)는 순간(t, instant)에서의 상기 측정 신호의 진폭에 대응하고;
A1은 상기 측정 신호의 최대 진폭에 대응하고; 그리고
t1 및 t2는 시간대의 시작 및 종료 순간에 각각 대응한다.
대안으로서, 상기 지표는 측정 신호에 기초하여 측정된 충격 지속 시간(즉, 충격 중에 변형의 시간적 변동)인 것으로 상기 처리 수단에 의해 결정된다. 이 지속 시간은 충격의 시작에 대응하는 순간(ti1)과 충격의 종료에 대응하는 순간(ti2)을 분리하는 지속 시간(ti2 - ti1)에 대응한다. 예컨대, 변형의 진폭이 미리 정의된 한계 값 아래로 떨어지는 순간과 같이 충격 종료의 순간(ti2)이 선택될 수 있다.
다른 실시예에서, 지표는 시간대의 지속 시간에 대응하고, 이 시간대의 시작은 측정 신호의 최대 진폭의 제1 피크에 대응하는 순간에 대해 정의되고 이 시간대의 종료는 측정 신호의 최대 진폭의 제2 피크에 대응하는 순간에 대해 정의된다.
이들 모든 지표는 임플란트와 수용 뼈 사이의 접촉 레벨을 나타내고 신뢰할 수 있는 지표를 구성하는 것으로 나타난다.
일반적으로, 충격 횟수가 증가함에 따라, 임플란트와 수용 뼈 사이의 접촉 레벨이 우선 증가하고 나서 안정화되는 경향이 있다. 임플란트-뼈 접촉 레벨(level of implant-bone contact)이 안정될 때, 일반적으로 충분한 것으로 간주된다. 접촉 레벨을 나타내는 제안된 지표는 유사한 거동(similar behavior)을 채택하고, 충돌 횟수가 증가함에 따라 우선 증가/감소하고 나서 임계 값보다 높거나/낮은 고정 값 주위에서 안정화되는 경향이 있다. 따라서, 상기한 지표(indicator)의 예의 값은 실질적으로 안정한 안정기(plateau)에 도달 할 때까지, 충격 횟수가 증가함에 따라 감소한다.
따라서, 지표의 거동(behavior of the indicator)으로부터 경고 신호(예컨대, 빛, 소리, 진동 등)를 방출하기 위한 조건을 도출할 수 있다. 이 신호에 의해 경고를 받은 개업의사는 임플란트와 뼈 사이의 접촉 레벨이 최적 또는 어떠한 경우에도 충분한 것으로 간주되는 임플란트에 대한 충격을 중단해야 한다는 것을 알고 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 장치는 연속적인 충격 중에 지표가 고정 값(stationary value)으로 수렴할 때 또는 지표가 미리 결정된 임계 값을 초과할 때 경고 신호를 방출하기 위해 처리 유닛에 연결되고 처리 유닛과 상호 작용하는 경고 시스템을 포함한다. 이 임계 값은 테스트 중에 실험적으로 결정되거나 계산에 의해 결정될 수 있다. 예컨대, 테스트는 시체(corpses)에서 수행될 수 있으며, 선택된 임계 값은 임플란트와 수용 뼈 사이에 충분한 접촉 레벨이 존재하는 지표의 값이다.
일부 실시예에서, 충격기는 해머 또는 동등물(equivalent)이며, 타격 헤드가 토핑되는 그립핑 샤프트(gripping shaft)를 포함한다. 특히, 충격기는 현재까지 일반적으로 사용되는 충격기와 실질적으로 동일한 형상 및 동일한 중량을 가질 수 있다. 따라서 숙련된 개업의사들은 충격기를 즉시 올바르게 조작할 수 있다.
충격 표면이 임플란트의 표면 중 하나일 수 있다는 점에서, 임플란트에 직접 결합될 수 있거나 임플란트와 접촉하게 되는 기구(instrument), 또는 보조 도구(ancillary tool)의 표면 일 수 있다는 점에서 임플란트에 간접적으로 결합될 수 있다는 것을 유의해야 한다. 이 경우에, 충격기는 보조 도구를 통해 임플란트에 충격력을 가한다. 다시 말해, 충격력은 보조 도구에 가해지고 보조 도구에 의해 임플란트에 전달된다.
일부 실시예에서, 장치는 상기 충격 표면을 형성하는 후단부(rear end)와 임플란트와 협력하도록 구성된 선단부(front end)를 가지는 보조 도구를 포함하고, 충격기는 보조 도구를 통해 임플란트에 충격력을 가한다.
보조 도구의 선단부는 간단한 접촉으로 임플란트와 협력할 수 있다. 대안적으로, 보조 도구의 선단부는 예컨대 스크류 결합에 의해 제거 가능한 방식으로 정형외과 임플란트(orthopedic implant)에 기계적으로 부착될 수 있다. 보조 도구를 임플란트에 부착하는 것은 일반적으로 더 우수한 측정 신호를 제공한다. 보조 도구는 일단 보조 도구가 제 위치에 있는 경우 임플란트로부터 쉽게 분리될 수 있도록 분리 가능하다.
또한 본 발명은 전술한 바와 같은 장치 및 외과용 임플란트, 특히 대퇴골 스템(femoral stem) 또는 비구 컵(acetabular cup)을 포함하는 조립체에 관한 것이다.
또한 본 발명은 충격에 의해 수용 뼈에 외과용 임플란트를 강제로 삽입하기 위한 방법에 관한 것이다:
- 전술한 바와 같은 장치가 제공된다,
- 임플란트에 결합된 충격 표면에 충격을 가하여, 임플란트를 삽입하기 위해, 충격력은 충격기로 임플란트에 가해진다,
- 지표는 임플란트와 수용 뼈 사이의 접촉 레벨에 대한 아이디어를 획득하기 위해 계산된다.
일부 구현 모드에서, 지표는 임플란트의 정확한 이식을 검증하기 위해 임플란트의 삽입이 종료될 때, 수회(one or more times) 계산될 수 있다.
대안으로서, 지표는 연속적인 충격 중에 계산될 수 있고, 연속적인 충격 중에 고정 값으로 수렴될 때 또는 지표가 미리 결정된 임계 값을 초과할 때 충격 표면의 충격이 중단된다.
외과용 임플란트는 비구 컵일 수 있지만 반드시 그런 것은 아니다. 이 경우, 컵은 장골(iliac bone)의 공동(cavity)에 컵을 강제로 삽입하도록 충격기로 충격을 주게 된다. 지표는, 컵이 올바르게 장착되었는지 확인하기 위해 삽입이 종료될 때 계산할 수 있다.
이러한 방법의 장점은 사용된 장치의 장점에서 비롯된다.
전술한 특징 및 장점뿐만 아니라 다른 것들도 제안된 장치의 예시적인 실시 예에 대한 다음의 상세한 설명을 읽을 때 나타날 것이다. 이 상세한 설명은 첨부된 도면을 참조한다.
첨부 된 도면은 개략적이며 축척이 아니다. 그들의 주요 목적은 본 발명의 원리를 설명하는 것이다.
- 도 1은 변형 센서를 가지는 충격기를 포함하는 외과용 임플란트를 삽입하기 위한 장치를 개략적으로 도시한다.
-도 2는 도 1의 변형 센서를 사용하여 획득된 신호의 예를 도시한 그래프이다.
- 도 3은 충격기의 다른 예를 개략적으로 도시한다.
도 1은 충격에 의해, 외과용 임플란트를 수용 뼈에 강제적으로 삽입하기 위한 장치(1)의 예를 도시한다. 이 예에서, 임플란트는 특히 고관절 보형물(hip prosthesis)을 위한 보형물(prosthesis)용 임플란트이다. 대부분의 고관절 보형물은, 보통 대퇴골(femur)에 고정된 제1 부분과 골반(pelvis)에 고정된 제2 부분을 가진다. 제1 부분은 대퇴골의 골수 관(medullary canal)에 강제로 삽입되도록 의도된 대퇴골 스템과 대퇴골 스템에 장착되고 대퇴골의 목(neck of the femur)을 대체하는 구형 조각(spherical piece)으로 구성된 보형물 헤드(prosthetic head)로 구성된다. 제2 부분은 골반의 관절 부분(articular part)을 대체하기 위해 골반의 장골(iliac bone)의 측면(lateral face)에 위치된 비구 공동(acetabular cavity)에 삽입되도록 하기 위한 보형물의 비구(prosthetic acetabulum)를 포함한다. 보형물의 비구는 비구 컵(acetabular cup)을 포함할 수 있으며, 이는 일반적으로 금속으로 만들어지고, 비구 공동에 삽입되고 보형물 헤드가 관절로 연결되는 삽입물이 배치되는 대략 반구형 조각(hemispherical piece)이다.
도 1의 임플란트는 비구 컵(2)이다. 이 컵(2)은 환자의 골반의 장골(4)의 비구 공동(3, acetabular cavity) 내로의 충격에 의해 점진적으로 삽입되도록 의도되며, 공동(3)은 컵(2)을 수용하기 위해 개업의사에 의해 미리 준비되었다. 공동(3) 내로의 컵(2)의 삽입은 충격기(10), 전형적으로 해머를 사용하여 충격을 줌으로써 달성된다. 보조 도구(20)가 또한 사용될 수 있다. 이 경우, 개업의사는 충격기(10)로 보조 도구(20)를 타격하고 보조 도구(20)는 충격력을 컵(2)에 전달한다. 충격 횟수가 증가함에 따라 컵(2)은 공동(3) 내에 삽입된다.
보조 도구(20)는 강성 로드(21)로 구성되며, 그 후단부에는 돔형 표면(domed surface)을 가지는 노브(knob)가 견고하게 고정되어 충격 표면(22)을 형성한다. 로드(21)의 길이를 따라, 그 후단부로부터 선단부까지, 로드(21)는 상기 노브, 핸들(24)을 형성하는 부분, 컵(2)을 그립핑(gripping)하기 위한 헤드(26)를 포함한다. 이 경우, 전방 및 후방은 충격 중에 보조 도구(20)의 전진 방향에 대하여 정의된다.
또한, 장치(1)는 타격 헤드(11, striking head)가 토핑된 그립핑 샤프트(13, gripping shaft)를 포함하는 해머 또는 동등물과 같은 타격 도구(percussion tool) 또는 충격기(10)를 포함한다. 헤드(11)는 보조 도구(20)의 충격 표면(22), 타격면(11a)과 대향하는 대향면(11b), 및 타격면(11a)과 대향면(11b) 사이에서 연장되는 측면들(11c)을 가진다. 컵(2)을 뼈(4)에 삽입시키고자 할 때, 그는 핸들(24)에 의해 한 손으로는 보조 도구(20)를 잡고 다른 손으로는 충격기(10)의 그립핑 샤프트(13)를 잡는다. 그리고 나서, 그는 충격기의 타격면(11a)으로 보조 도구(20)의 충격 표면(22)을 타격한다. 충격기(10)에 의해 발생된 충격력은 보조 도구(20)를 통해 컵(2)으로 전달된다.
본 발명에 따르면, 충격기(10)는 하나 이상의 변형 센서(12)를 장착한다. 이것 또는 이들 센서(12)는 각각의 충격 중에, 충격기(10), 보다 정확하게는 타격 헤드(11)의 변형을 검출하고 이 변형을 이용 가능한 전기 신호로 변환하기 위한 것이다.
도 1의 예에서, 충격기(10)는 타격 헤드(11)의 측면들(11c) 중 하나에 위치된 변형 센서(12)를 장착한다. 이 경우, 센서(12)는 그립핑 샤프트(13)의 축 방향에 실질적으로 평행하게 연장되는 측면(11c) 상에 위치된다. 보다 명확하게, 측면에서 볼 때(도 1에서와 같이), 센서(12)는 타격면(11a)과 그립핑 샤프트(13)의 축 사이에서, 측면(11c)의 전방 부분에 고정된다. 타격 헤드(11, striking head) 상의 센서(12)의 이러한 특정 배열은 측정된 변형을 최적화할 수 있도록 하여, 더 우수한 정보를 전달하고 더 쉽게 이용 가능한 측정 신호를 획득 가능하게 만든다. 그러나, 일반적으로, 변형 센서 또는 센서들(12)은 타격면(11a)(즉, 측면들(11c) 또는 대향면(11b) 상에)을 제외한 충격기(10)의 임의의 면에 위치될 수 있다.
대안적으로, 도 3에 도시한 바와 같이, 충격기(10)는 융기부(9)가 형성된 전면(11e)을 가진다. 이 융기부(9)의 전면(9a)은 충격기(10)의 타격면(11a)을 형성하고, 센서(12)는 융기부(9)의 측면, 즉 충격기의 충격 표면(11a)과 전면(11e) 사이에서 연장되는 융기부(9)의 면에 고정된다. 충격기(10)의 타격 헤드(11) 상의 센서(12)의 이 특정 배열은 측정된 변형을 최적화하고 충격기(10)에 특정한 공진 주파수를 적어도 부분적으로 피할 수 있게 한다. 따라서 더 우수한 정보를 전달하고 더 쉽게 이용 가능한 측정 신호를 획득할 수 있다.
변형 센서는 타격 헤드(11)의 변형이 센서의 변형을 야기하도록, 예컨대, 접착제 본딩(adhesive bonding) 또는 임의의 다른 적절한 고정 수단에 의해 타격 헤드(11)에 고정된다. 센서(12)는 예컨대, 탄성 측정 요소(elastic measurement element)를 포함하는 게이지 센서(gauge sensor)이고, 이의 변형은 우선 게이지의 전기 저항의 변화로 변환되어, 전기 출력 신호(electrical output signal)를 발생시킨다. 대안적으로, 변형될 때 전하(electrical charge)를 발생시키는 재료(예컨대, 석영(quartz) 또는 합성 세라믹(synthetic ceramics))의 압전 특성(piezoelectric properties)에 기초한 압전 센서(piezoelectric senso)일 수 있다. 센서(12)는 타격 헤드(11)의 변형이 센서의 변형을 야기하도록, 예컨대, 접착제 본딩(adhesive bonding) 또는 임의의 다른 적절한 고정 수단에 의해 충격기(10)의 타격 헤드(11)에 고정된다. 예로서, 변형 센서(12)는 브랜드 PI 및 레퍼런스(reference) PIC255로 판매되는 20×20mm의 측정 센서일 수 있고, 오토클레이브(autoclave)에서 도달된 온도를 견딜 수 있는 에폭시 접착제로 충격기(10)에 본딩 결합될 수 있다.
또한, 장치는 센서(12)에 연결되고 센서(12)에 의해 전달된 측정 신호에 기초하여 수용 뼈(4) 내로의 컵(2)의 삽입 정도를 평가하도록 구성된 처리 유닛(30)을 포함한다. 이 처리 유닛(30)은 예컨대, 마이크로 컨트롤러(34, microcontroller)를 포함한다. 처리 유닛(30)은 외부 하우징(32, external housing)에 수용될 수 있다. 대안으로서, 처리 유닛(30)은 충격기(10)에 통합될 수 있다. 다른 대안에 따르면(미도시), 처리 유닛(30)은 센서(12)에 연결된 데이터 획득 모듈(data acquisition module) 자체에 연결된 마이크로 컴퓨터와 같은 별도의 요소로 형성될 수 있다.
센서(12)와 처리 유닛(30) 사이의 연결은 도 1의 예에서, 케이블(15)에 의해 배선된다. 대안으로서, 센서(12)에 의해 제공된 측정 신호는 무선 연결에 의해 전송될 수 있으며,이러한 경우에 센서(12)에는 안테나 또는 동등물이 장착된다.
보조 도구(20)를 통해, 충격기(10)에 의해 개업의사가 컵(2) 상에 수행하는 각각의 충격 중에, 센서(12)는 충격기(10)의 타격 헤드(11)의 변형을 측정하고 충격 중에 이 변형의 시간적 변동을 나타내는 측정 신호를 제공한다. 충격은 충격기(10)와 임플란트가 직접 또는 간접적으로(즉, 보조 도구(20)를 통해) 접촉하는 순간부터 시작되며, 이 순간 이후 특정 기간 동안 지속되는 것으로 간주된다. 어쨌든,이 기간은 50ms 미만이다. 센서(12)에 의해 제공된 신호의 예들이 도 2에 도시되고 이하에서 설명된다.
발명자들은 이러한 측정 신호를 관찰하기로 결정하고 이 신호가 컵(2)과 뼈(4) 사이의 접촉 레벨에 대한 정보를 전달한다는 것을 확립하였다. 특히, 발명자들은 수집된 측정 신호에 기초하여 이하에서 설명하는 바와 같이, 뼈(4)와 컵(2) 사이의 접촉 레벨을 나타내는 지표를 결정하는데 성공하였다.
수집된 측정 신호와 뼈-임플란트 접촉 레벨 사이의 연결을 설명하기 위해 다음 설명이 제공될 수 있다. 충격기(10)는 충격기(10), 보조 도구(20), 컵(2) 및 뼈(4)로 구성된 전체 시스템에서 진동 모드의 근원(source)인 충격력이 충격 중에 이들 요소가 모두 접촉할 때 보조 도구(20)을 통해 컵(2)에 작용한다. 이러한 진동 모드는 본질적으로 임플란트와 뼈 사이의 접촉 레벨에 의존하는 뼈-임플란트 시스템(즉, 뼈-컵 시스템)의 진동 모드에 의존한다. 본질적으로, 뼈-임플란트 접촉 레벨이 클수록, 뼈-임플란트 시스템은 더 단단해지고 진동 모드의 공진 주파수는 더 높아진다.
일부 실시예에서, 처리 유닛(30)은 측정 신호에서 임계 값을 넘는 주파수를 감쇠시키기 위한 저역 통과 필터(low-pass filter)를 포함한다. 이 임계 값은 특히 충격기 자체의 공진의 영향을 신호에서 감쇠시키기 위해 선택된다. 충격기의 공진 주파수는 주어진 충격기에 대해 일정하며 뼈-임플란트 시스템에 대한 정보를 전달하는 신호의 주파수보다 상당히 높다. 특히, 도 1의 컵(2)의 삽입을 위해. 도 1에 도시된 바와 같이, 충격기(10)는 약 20kHz 이상의 공진 주파수를 가질 수 있는 반면, 센서(12)에 의해 공급되는 유용한 신호의 주파수는 일반적으로 5kHz 미만이다. 따라서, 임계 값은 5kHz와 20kHz 사이에서 선택될 수 있다.
따라서, 저역-통과 필터는 측정 신호에서 충격기(10)의 공진 주파수에 근접한 주파수를 감쇠시킬 수 있고, 충격기(10)에 고유한 진동 모드의 특징이 있으며, 낮은 주파수를 유지하면서 임플란트와 뼈 사이의 접촉 레벨에 대한 정보를 전달하지 않으며, 충격기(10), 보조 도구(20) 컵(2) 및 뼈(4)로 구성된 전체 시스템의 진동 모드의 특징이 있으며, 그리고 뼈-컵 접촉 레벨에 대한 정보를 전달한다. 이에 따라 유용한 정보와 관련하여 측정 신호의 품질은 향상되고 신호는 더 쉽게 이용 가능하다.
도 2는 상이한 뼈-임플란트의 접촉 레벨에 대한 변형 센서(12)를 사용하여 획득된 신호의 예를 도시하는 그래프이다. 이들 신호들은 제안된 지표와 임플란트와 뼈 사이의 접촉 레벨 사이의 상관 관계(correlation)를 밝히기 위한 4가지 테스트 중에 획득되었다. 이들 4가지 테스트는 정육점(butcher's shop)에서 얻은 네 개의 소 뼈 샘플(samples of bovine bone)을 사용하여 수행되었다. 각각의 샘플에 대해, 공동은 외과 수술과 동일한 조건 및 동일한 장비로 만들었다. 그리고 나서, 컵(2)은 공동 위에 위치되고 충격력은 클리닉에서 한 것과 같이 적용되었다. 각각의 샘플에 대해, 컵(2)이 뼈에 완전히 삽입될 때까지 밀어 넣었다. 컵이 완전히 삽입되면, 컵(2)은 도 1의 충격기(10)로 적당히 타격했다. 이 적당한 충격은 뼈에서 컵(2)의 위치를 수정하기 위한 것이 아니라 변형 센서(12)에 의해 방출된 측정 신호에 기초하여 지표를 계산하기 위한 것이었다. 지표가 계산되면 컵(2)은 컵(2)의 축을 따라 당기는 힘을 가함으로써 컵이 뼈로부터 찢어졌다. 이 당기는 힘 또는 찢는 힘(tearing force)은 임플란트와 수용 뼈 사이의 접촉 레벨을 반영한다: 뼈-임플란트 접촉 레벨이 클수록, 임플란트를 뼈로부터 찢기 어렵고 찢는 힘이 세다.
도 2의 그래프에서, 밀리 초(ms) 단위의 시간(t)은 X-축 상에 표시되고, 전술한 4가지 테스트 동안 센서(12)에 의해 제공된 전기 신호의 정규화된 전압(u)은 Y-축 상에 표시된다. 이 전압은 센서(12)에 의해 측정된 타격 헤드(11)의 변형에 정비례한다. 4가지 신호는 S1 내지 S4를 참조한다. 이들 신호는 정규화되고 필터링되었다.
각각의 신호에 대해, 지표(IN1)는 다음과 같이 계산된다:
Figure pct00002
여기서,
A(t)는 순간(t, instant)에서의 측정 신호의 진폭에 대응하고;
A1은 상기 측정 신호의 최대 진폭에 대응하고; 그리고
t1 및 t2는 상기 측정 신호 상에 위치된 프로그램 가능한 지속 시간의 시간대(time window)의 시작 및 종료 순간에 각각 대응한다.
이 경우, 이 예에서, 순간(t1 및 t2, instants)은 도 2에서 식별되고 최적화 프로세스(optimization process)를 구현하여 결정되었다.
아래 표는, 각 신호 S1 내지 S4에 대해 계산된 지표 값과 측정된 찢는 힘 값을 뉴턴 단위로 제공한다.
Figure pct00003
이 결과는 제안된 지표와 찢는 힘 사이에 존재하는 상관 관계를 보여주며, 그리고 이에 따라 제안된 지표와 뼈-임플란트 접촉 레벨 사이에 존재하는 상관 관계를 보여준다. 따라서 이 지표는 뼈-임플란트 접촉 레벨을 평가하는 데 사용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 장치(10)는 경고 신호(예컨대, 청각, 시각 및/또는 촉각 신호)를 방출하기 위한 경고 시스템(33)을 포함할 수 있다. 경고 시스템(33)은 컵(2)과 뼈 사이의 접촉 레벨이 지표(IN1)에 기초하여, 충분한 것으로 간주될 때, 즉, 지표(IN1)가 임계 값(S1) 아래로 떨어지자마자 또는 이 지표(IN1)가 안정화되는 경향이 있을 때, 개업의사에게 경고하도록 처리 유닛(30)에 연결되고, 처리 유닛과 상호 작용한다. 결과적으로, 개업의사는 충분한 뼈-임플란트 접촉 레벨에 도달했음을 나타내는 신뢰할 수 있는 정보를 실시간으로 가진다. 그는 컵(2)에 대한 충격을 중단할 수 있으며, 이는 뼈(4)의 손상 위험, 특히 뼈의 골절(fracture) 또는 미세 균열(microcracks)을 유발할 위험을 감소시킨다고 결론 지었다.
컵(2)을 장골(4)에 삽입하는 것과 관련하여, 방금 설명된 예는 비-제한적 예시(non-limiting illustration)로 제공되며, 당업자(person skilled in the art)는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 유형의 임플란트와 함께 발명자들에 의해 제안된 지표를 쉽게 사용할 수 있다. 다시 말해, 컵(2) 및 장골(4)은 본 발명의 의미 내에서, 단지 외과용 임플란트 및 수용 뼈의 예일 뿐이다.
특히, 제안된 장치는 무릎, 어깨, 척추, 발목 등의 보형물용 임플란트인 비구 컵(acetabular cup)(예컨대, 대퇴골 스템용) 이외의 고관절 보형물용 임플란트로 사용될 수 있다. 보형물과, 더 일반적으로, 모든 유형의 외과용 임플란트는 충격에 의해 수용 뼈에 강제적으로 삽입이 필요하다. 또한, 환자의 신체에 일시적으로 삽입된 수술기구의 삽입 및 예컨대 고관절 보형물용 대퇴골 줄(femoral rasp)과 같은 수술용 줄(surgical rasp)삽입을 위해 사용될 수 있다. 대퇴골 줄은 대퇴골 스템을 수용하도록 이 관(canal)을 준비하기 위하여 충격에 의해 골수 관(medullary canal)에 강제로 삽입되도록 설계된다. 이들 줄(rasps)은 보조 도구의 중개 여부와 상관없이(with or without the intermediary) 충격기에 의해 직접적인 충격을 받는다. 보조 도구가 사용되지 않으면, 충격 표면은 줄의 그립핑 부분(gripping part)의 후단부에 위치한 표면으로 구성된다.
마지막으로, 본 개시에서 설명된 실시예들 또는 예시들의 다양한 특징들은 개별적으로 간주되거나 서로 결합될 수 있다. 그들이 조합될 때, 이들 특징은 전술 한 바와 같거나 그렇지 않을 수 있으며, 본 발명은 전술한 특정 조합(specific combinations)으로 제한되지 않는다. 특히, 달리 특정되거나 기술적으로 호환되지 않는 한, 일 실시예 또는 예시와 관련하여 설명된 특징은 다른 실시예 또는 예시와 유사한 방식으로 적용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 충격에 의해 외과용 임플란트를 수용 뼈(4)에 강제로 삽입하기 위한 장치로서,
    상기 임플란트에 결합된 충격 표면(22)에 충격을 가하고 상기 임플란트에 충격력을 가하기 위한 충격 도구인 충격기(10), 상기 충격기(10)에 결합된 적어도 하나의 센서(12), 및 상기 센서(12)에 연결된 처리 유닛(30)을 포함하며,
    상기 센서(12)는 상기 충격기(10)의 변형을 측정하고 충격 중에 이 변형의 시간적 변동을 나타내는 측정 신호를 제공하도록 구성되고,
    상기 처리 유닛(30)은 충격 중에 상기 충격기(10)의 변형의 시간적 변동에 기초하여, 상기 임플란트와 상기 수용 뼈(4) 사이의 접촉 레벨을 나타내는 지표를 계산하도록 구성된 것을 특징으로 하는 외과용 임플란트 삽입 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리 유닛(30)은 상기 충격기의 공진 주파수의 20%와 100% 사이의 임계 값을 넘는 주파수를 상기 측정 신호에서 감쇠시키기 위한 저역-통과 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 외과용 임플란트 삽입 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 처리 유닛(30)은 1kHz와 35kHz 사이, 특히 5kHz와 20kHz 사이의 임계 값을 넘는 주파수를 상기 측정 신호에서 감쇠시키기 위한 저역-통과 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 외과용 임플란트 삽입 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충격기(10)는 상기 충격 표면(22)에 충격을 가하기 위한 타격면(11a), 상기 타격면에 대향하는 대향면(11b), 및 상기 타격면(11a)과 상기 대향면(11b) 사이에 연장된 측면들(11c)을 가지고, 상기 적어도 하나의 센서는 상기 적어도 하나의 측면들(11c) 또는 상기 대향면에 고정되는 것을 특징으로 하는 외과용 임플란트 삽입 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충격기(10)는 융기부(9)가 형성된 전면(11e)을 가지고, 상기 융기부(9)의 전면(9a)은 상기 타격면(11a)을 형성하며, 상기 센서(12)는 상기 융기부(9)의 측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 외과용 임플란트 삽입 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지표(IN1)는 상기 측정 신호에 위치된 프로그램 가능한 지속 시간의 시간대에 걸쳐 계산된 변형의 평균에 대응하는 것을 특징으로 하는 외과용 임플란트 삽입 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 지표(IN1)는 다음과 같이 계산된다:
    Figure pct00004

    여기서,
    A(t)는 순간(t)에서의 상기 측정 신호의 상기 진폭에 대응하고;
    A1은 상기 측정 신호의 상기 최대 진폭에 대응하고; 그리고
    t1 및 t2는 상기 시간대의 시작 및 종료 순간에 각각 대응하는 것을 특징으로 하는 외과용 임플란트 삽입 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지표는 상기 시간대의 지속 시간에 대응하고, 상기 시간대의 시작은 상기 측정 신호의 최대 진폭의 상기 제1 피크에 대응하는 순간에 대해 정의되고 상기 시간대의 종료는 상기 측정 신호의 최대 진폭의 제2 피크에 대응하는 순간에 대해 정의되는 것을 특징으로 하는 외과용 임플란트 삽입 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지표가 연속적인 충격 중에 고정 값으로 수렴될 때 또는 상기 지표가 미리 결정된 임계 값을 초과할 때 경고 신호를 발생시키도록 상기 처리 유닛(30)에 연결되고 상기 처리 유닛과 상호 작용하는 경고 시스템(33)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 외과용 임플란트 삽입 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충격 표면을 형성하는 후단부 및 상기 임플란트와 협력하도록 구성된 선단부를 가지는 보조 도구(20)를 더 포함하고, 상기 충격기(10)는 상기 보조 도구(20)를 통해 상기 임플란트에 상기 충격력을 가하는 것을 특징으로 하는 외과용 임플란트 삽입 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충격기(10)는 해머, 또는 동등물이며, 상기 타격 헤드(11)가 토핑되는 그립핑 샤프트(13)를 포함하고, 상기 센서는 타격 헤드의 변형이 상기 센서(12)의 변형을 야기하도록 상기 타격 헤드(11)에 고정되는 것을 특징으로 하는 외과용 임플란트 삽입 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 타격 헤드(11)는 상기 충격 표면(22)에 충격을 가하기 위한 타격면(11a), 상기 타격면(11a)에 대향하는 대향면(11b) 및 상기 타격면(11a)과 상기 대향면(11b) 사이에서 연장되는 측면들(11c)을 가지며, 상기 센서 (12)는 상기 그립핑 샤프트(13)의 축의 방향으로 실질적으로 평행하게 연장되는 상기 측면들(11c) 중 하나 및, 보다 명확하게, 상기 타격면(11a)과 상기 그립핑 샤프트(13)의 축 사이의 상기 측면(11c)의 전방 부분에 위치되는 것을 특징으로 하는 외과용 임플란트 삽입 장치.
  13. 조립체로서, 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 장치와 외과용 임플란트, 특히 대퇴골 스템 또는 비구 컵(2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조립체.
  14. 충격에 의해 외과용 임플란트를 수용 뼈 내에 강제로 삽입하기 위한 방법으로서,
    제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 장치 및 외과용 임플란트가 제공되며,
    상기 임플란트에 결합된 충격 표면(22)에 충격을 가하여, 상기 임플란트를 삽입하기 위해, 충격력은 상기 충격기(10)로 임플란트에 가해지며,
    상기 지표는 상기 임플란트와 상기 수용 뼈 사이의 접촉 레벨에 대한 아이디어를 획득하기 위해 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240148543A (ko) 2023-04-04 2024-10-11 재단법인 포항예수성심시녀회 정형외과용 뼈 내부 다짐 임팩트건

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3071718B1 (fr) * 2017-09-29 2021-11-05 Centre Nat Rech Scient Dispositif d'insertion d'un implant chirurgical

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6210436A (ja) * 1985-07-05 1987-01-19 Daihatsu Motor Co Ltd 気化器の空燃比制御装置
EP2923677A1 (fr) * 2014-03-27 2015-09-30 Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) Dispositif d'assistance à la mise en place d'un instrument orthopédique
US20150282856A1 (en) * 2014-04-02 2015-10-08 Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) Device for assisting with the placement of an orthopedic instrument
US20170196711A1 (en) * 2016-01-11 2017-07-13 Kambiz Behzadi Prosthesis installation

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1163116A (en) * 1981-02-20 1984-03-06 Donald G. Moorby Wedge tightness measuring device
US4534206A (en) * 1981-04-20 1985-08-13 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Strike diagnosis apparatus
US4479386A (en) * 1983-02-10 1984-10-30 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Insulation bonding test system
US4615209A (en) * 1985-01-03 1986-10-07 Change Jr Nicholas D Multi range impulse hammer
US4689985A (en) * 1986-03-05 1987-09-01 The Babcock & Wilcox Company Calibration impact hammer
JPH06757Y2 (ja) * 1989-04-12 1994-01-05 山一電機工業株式会社 衝撃試験用ハンマー
US5079728A (en) * 1990-01-31 1992-01-07 Beloit Corporation Method and apparatus for quantitatively evaluating roll hardness
JP3084331B2 (ja) * 1993-01-11 2000-09-04 豊田工機株式会社 打撃力制御装置
US6748791B1 (en) * 1996-10-18 2004-06-15 The Boeing Company Damage detection device and method
WO2002074195A2 (en) * 2001-03-19 2002-09-26 Cambridge Polymer Group Inc. System and methods for reducing interfacial porosity in cements
JP4415603B2 (ja) * 2003-04-11 2010-02-17 横浜ゴム株式会社 ゴルフクラブヘッドの反発特性評価方法および反発特性評価装置
ITTO20050783A1 (it) * 2005-11-04 2007-05-05 Fondazione Torino Wireless Corredo per il monitoraggio di pali, in particolare pali lignei
US20070149981A1 (en) * 2005-12-09 2007-06-28 Massachusetts General Hospital Implant insertion device
US8167823B2 (en) * 2009-03-24 2012-05-01 Biomet Manufacturing Corp. Method and apparatus for aligning and securing an implant relative to a patient
US8337426B2 (en) * 2009-03-24 2012-12-25 Biomet Manufacturing Corp. Method and apparatus for aligning and securing an implant relative to a patient
US7900498B1 (en) * 2006-06-30 2011-03-08 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Calibrated impact hammer
US7879043B2 (en) * 2006-11-28 2011-02-01 Robert Michael Meneghini System and method for preventing intraoperative fracture in cementless hip arthroplasty
JP5600955B2 (ja) * 2010-02-11 2014-10-08 日立工機株式会社 インパクト工具
US9271675B2 (en) * 2012-02-27 2016-03-01 Orthosensor Inc. Muscular-skeletal joint stability detection and method therefor
CN103033470B (zh) * 2012-12-14 2014-11-05 京东方科技集团股份有限公司 一种敲击锤
WO2015048908A1 (en) * 2013-10-04 2015-04-09 Denscope Inc. System and method for measuring structural stability of an object based on impact reaction
WO2016123700A1 (en) * 2015-02-02 2016-08-11 Orthosoft Inc. Mechanically guided impactor for hip arthroplasty
US11291426B2 (en) * 2016-01-11 2022-04-05 Kambiz Behzadi Quantitative assessment of implant bone preparation
US10441244B2 (en) * 2016-01-11 2019-10-15 Kambiz Behzadi Invasive sense measurement in prosthesis installation
US11298102B2 (en) * 2016-01-11 2022-04-12 Kambiz Behzadi Quantitative assessment of prosthesis press-fit fixation
US10849766B2 (en) * 2016-01-11 2020-12-01 Kambiz Behzadi Implant evaluation in prosthesis installation
JP2017138115A (ja) * 2016-02-01 2017-08-10 上銀科技股▲分▼有限公司 リニアスライドに適用する予圧検測方法
EP3534847B1 (en) * 2016-11-02 2020-09-09 Zimmer, Inc. Device for sensing implant location and impingement
EP3534806A1 (en) * 2016-11-02 2019-09-11 Zimmer, Inc. Impact force feedback display system
FR3071718B1 (fr) * 2017-09-29 2021-11-05 Centre Nat Rech Scient Dispositif d'insertion d'un implant chirurgical
EP3714448B1 (en) * 2017-11-21 2023-12-20 Cedarome Canada Inc. Impactor mechanism for virtual reality surgery simulation system and telesurgery
GB201800701D0 (en) * 2018-01-16 2018-02-28 Depuy Ireland Ultd Co Surgical Impaction apparatus and method
US20210018397A1 (en) * 2018-03-26 2021-01-21 Siemens Industry Software Nv Impact testing system and method for operating an impact testing system
FR3084464B1 (fr) * 2018-07-26 2021-02-26 Centre Nat Rech Scient Dispositif pour evaluer la solidite d'un materiau
US11596528B2 (en) * 2019-11-15 2023-03-07 DePuy Synthes Products, Inc. Technologies for determining seating of an orthopaedic implant during an orthopaedic surgical procedure
US11426243B2 (en) * 2020-02-12 2022-08-30 DePuy Synthes Products, Inc. Technologies for monitoring and predicting impaction state of an orthopaedic surgical implement during an orthopaedic surgical procedure

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6210436A (ja) * 1985-07-05 1987-01-19 Daihatsu Motor Co Ltd 気化器の空燃比制御装置
EP2923677A1 (fr) * 2014-03-27 2015-09-30 Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) Dispositif d'assistance à la mise en place d'un instrument orthopédique
US20150282856A1 (en) * 2014-04-02 2015-10-08 Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) Device for assisting with the placement of an orthopedic instrument
US20170196711A1 (en) * 2016-01-11 2017-07-13 Kambiz Behzadi Prosthesis installation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240148543A (ko) 2023-04-04 2024-10-11 재단법인 포항예수성심시녀회 정형외과용 뼈 내부 다짐 임팩트건

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Publication number Publication date
JP2020536705A (ja) 2020-12-17
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