KR20210034604A - 뼈 절삭기 및 연조직 보호기 - Google Patents

Abstract

세장형 수술용 뼈 절삭 도구(200, 220 230) 및 보호 시스템을 포함하는 뼈 절삭 시스템이 설명된다. 상기 세장형 수술용 뼈 절삭 도구(200, 220, 230)는 상기 뼈 절삭 도구를 절삭 로봇 또는 기계에 고정하기 위한 제1 말단, 및 상기 세장형 수술용 뼈 절삭 도구의 단부에서 상기 제1 말단의 반대쪽에 제2 말단을 갖는다. 상기 보호 시스템(100)은 상기 세장형 뼈 절삭 도구에 부착 가능한 보호 요소(101, 111, 121, 131, 141, 151, 161)를 포함한다. 상기 보호 요소는 상기 보호 요소가 상기 세장형 절삭 도구에 부착될 때 상기 세장형 절삭 도구의 적어도 제2 말단을 덮는 개입 부분을 포함하고, 상기 개입 부분은 상기 뼈 절삭 도구(200, 220, 230)가 연조직을 절삭하는 것을 방지하기 위해 상기 세장형 절삭 도구로 절삭하는 동안 연조직과 상기 뼈 절삭 도구(200, 220, 230) 사이에 개입된다. 상기 뼈 절삭 도구로 절삭하는 동안 상기 보호 요소는 상기 뼈 절삭 도구(200, 220, 230)와 일치하여 따른다. 상기 시스템은 뼈에 가해지는 상기 보호 요소의 접촉력을 추출하기 위해 적어도 하나의 센서를 더 포함한다.

Description

뼈 절삭기 및 연조직 보호기

본 발명은 수술 기기 분야에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 연조직을 보호하기 위해 뼈 절삭기용 기기, 및 이러한 기기를 포함하는 뼈 절삭기에 관한 것이다.

뼈 절삭은 일반적으로 많은 수술적 인터벤션(surgical intervention)에서 필요하다. 예를 들어, 뼈 또는 뼈의 일부를 임플란트로 치환하는 것은 비교적 일반적인 인터벤션이다. 매년 백만 건 이상의 인터벤션이 슬관절 및 슬관절 치환술에만 관련된 것으로 추정된다. 그러나 만족도는 다양하다; 약 90%의 인터벤션이 10년 내지 15년 동안 지속되는 동안, 다른 경우, 예를 들어, 무균성 풀림, 불안정성, 감염, 폴리에틸렌 마모, 관절 섬유증 및 정렬 불량과 같은 많은 합병증이 발생한다. 이러한 문제의 대부분은 양호한 품질의 절삭, 정확한 절삭면을 제공하고, 유지 관리되는 모든 구조물의 손상을 최소화하여 침습성을 줄임으로써 완화될 수 있다.

뼈의 일부를 치환하는 경우, 이러한 유형의 인터벤션과 관련된 주된 문제는 한편으로는 치환할 영역을 식별하는 것과 관련되고, 다른 한편으로는 구역을 계획한 대로 실제 인터벤션 및 제거하는 것과 관련된다. 연골이 손상된 관절의 특정 경우에 (제거해야 하는) 손상된 관절의 뼈 부분을 정확하게 식별해야 한다. 방사선 이미징과 같은 스캔은 수술 계획 동안 (수술 전 또는 수술 동안) 절삭 후 임플란트로 치환해야 하는 구역을 식별하는 데 도움을 줄 수 있다. 또한 인터벤션 동안 절삭은 제거해야 할 구역보다 더 많거나 적은 구역을 제거하지 않아야 하므로 절삭의 정확도가 중요하다.

특히, 뼈의 일부 영역은 일반적으로 뼈에 매우 가까운 힘줄, 인대 및 연조직을 포함한다. 힘줄과 인대는 뼈의 특정 구역에서 뼈에 고정되지만 뼈 위로 연장되어 뼈에 부분적으로 부착될 수 있다. 이러한 인대와 근육은 인대와 힘줄이 뼈에 고정된 지점으로부터 떨어진 곳에서 절삭하는 경우라도 절삭 동안 손상될 수 있다. 이 위험은 특히 뼈의 형상이 불규칙하고 인터벤션 동안 접근이 제한된 영역, 예를 들어, 후방 과간 영역에서 특히 높다. 연조직의 손상은 추가 합병증을 유발하고, 회복을 지연시키며, 일부 경우에 원래 움직임의 완전한 회복이 불가능하여 전체적으로 사람의 삶의 질을 저하시킨다.

본 발명의 실시형태의 목적은 수술 인터벤션 동안 뼈를 둘러싸는 연조직의 손상을 효과적으로 감소시키는 뼈 절삭기용 인대 보호부, 및 이러한 보호부를 포함하는 뼈 절삭 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은, 개체의 뼈를 절삭하기 위한 뼈 절삭 시스템에 관한 것이고, 상기 뼈 절삭 시스템은 세장형 수술용 뼈 절삭 도구를 포함하고, 상기 세장형 수술용 뼈 절삭 도구는 상기 뼈 절삭 도구를 절삭 로봇 또는 기계에 고정하기 위한 제1 말단(extremity), 및 상기 제1 말단의 반대쪽에 제2 말단을 갖고, 상기 뼈 절삭 시스템은 보호 시스템을 더 포함하고, 상기 보호 시스템은 상기 세장형 뼈 절삭 도구에 부착 가능한 보호 요소를 포함하고, 상기 보호 요소는, 상기 보호 요소가 상기 세장형 뼈 절삭 도구 또는 상기 세장형 뼈 절삭 도구의 프레임에 부착될 때, 상기 세장형 절삭 절삭 도구의 적어도 제2 말단을 덮는 개입 부분을 포함하고, 상기 개입 부분은 상기 뼈 절삭 도구가 연조직을 절삭하는 것을 방지하기 위해 상기 뼈 절삭 도구로 절삭하는 동안 연조직과 상기 뼈 절삭 도구 사이에 개입되고, 상기 뼈 절삭 도구로 절삭하는 동안 상기 보호 요소는 상기 뼈 절삭 도구와 일치하여 따른다. 상기 뼈 절삭 시스템은 뼈에 가해지는 상기 보호 요소의 접촉력을 추출하기 위해 적어도 하나의 센서를 포함한다.

상기 적어도 하나의 센서는 상기 뼈 절삭 시스템의 임의의 부분, 예를 들어, 상기 세장형 뼈 절삭 도구의 일부, 상기 보호 시스템의 일부, 또는 상기 뼈 절삭 도구 및/또는 보호 시스템이 부착될 수 있는 프레임 또는 로봇의 일부를 포함하지만 이들로 제한되지 않는 임의의 부분에 포함될 수 있다.

상기 적어도 하나의 센서는 뼈에 가해지는 상기 보호 요소의 접촉력을 직접 또는 간접 감지하기 위한 센서일 수 있다.

감지는 예를 들어 힘 센서에 의해 수행되거나 또는 예를 들어 압력 센서와 같이 힘을 도출할 수 있는 임의의 적절한 센서에 의해 수행될 수 있다.

상기 적어도 하나의 센서는 뼈에 가해지는 상기 보호 요소의 접촉력을 포함하는 결합된 힘을 감지하기 위한 센서 또는 센서의 조합일 수 있고, 예를 들어, 상기 세장형 절삭 도구의 절삭력과, 뼈의 에지에 가해지는 상기 보호 요소의 힘, 예를 들어, 뼈에 가해지는 상기 보호 요소의 개입 부분의 힘을 함께 측정하기 위한 센서일 수 있다.

상기 보호 요소가 상기 세장형 뼈 절삭 도구 또는 상기 세장형 뼈 절삭 도구의 프레임에 부착될 때, 상기 개입 부분은 상기 세장형 절삭 도구의 제2 말단에 위치될 수 있다.

상기 제1 말단은 상기 절삭 로봇 또는 상기 기계에 의해 직접 구동될 수 있다. 상기 제2 말단은 직접 구동되는 것이 아니라 상기 제1 말단의 구동에 의해 움직일 수 있다.

상기 보호 요소가 절삭될 뼈와 연조직 사이에 위치되는 것이 유리하다. 이것은 상기 뼈 절삭 도구가 연조직을 손상시키지 않는 것을 보장한다. 또한 본 발명의 실시형태의 장점은 상기 뼈 절삭 도구와 독립적으로 설치된 별도의 보호 요소의 사용이 어려운 경우 뼈와 인대 사이에 보호를 수행할 수 있다는 것이다. 상기 개입 요소는 상기 세장형 절삭 도구의 말단의 적어도 일부를 덮기 위해 굴곡 부분일 수 있다. 상기 굴곡 부분은 상기 세장형 절삭 도구의 상부 및 상기 세장형 절삭 도구의 측면의 일부를 모두 덮을 수 있다.

상기 보호 시스템은 상기 보호 요소를 유지하기 위한 아암을 더 포함할 수 있으며, 상기 아암은 상기 뼈 절삭 도구 또는 뼈 절삭 도구 프레임에 부착될 수 있고, 상기 아암은 상기 뼈 절삭 도구를 따라 가도록 위치된다.

상기 아암은 뼈에 만들어진 슬롯에서 상기 뼈 절삭 도구를 따라가기 때문에 상기 아암은 일반적으로 상기 뼈 절삭 도구와 같거나 더 작은 두께를 가질 수 있다. 본 발명의 실시형태의 장점은 분리기가 뼈 절삭 도구와 함께 이동하면서 고정 유지될 수 있고, 인대가 뼈 표면에 부착되거나 점착된 경우에도 효과적인 인대 분리를 제공할 수 있다는 것이다.

상기 개입 부분은 상기 뼈로부터 연조직을 분리하기 위한 연조직 분리기를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시형태의 장점은 예를 들어, 상기 뼈의 표면으로부터 인대를 분리하고 연조직 분리기의 몸체에 의해 뼈와 인대를 분리함으로써 상기 뼈로부터 인대를 분리될 수 있다는 것이다.

상기 연조직 분리기는 날카로운 에지, 뭉툭한 단부, 날카로운 원형 형상, 기계적으로 움직이는 절삭 디바이스, 기계적으로 진동하는 에지, 전기 소작 칼 또는 압력 유체 제트 중 임의의 것일 수 있다.

상기 보호 시스템은 냉각 시스템 및/또는 파편을 제거하기 위한 흡인기 시스템을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시형태의 장점은 수냉각을 사용하여 생체 조직의 열 손상을 감소시키고/시키거나 흡인기를 사용하여 절삭 및 뼈 잔해로 인한 상기 뼈 절삭 도구의 막힘 가능성을 줄일 수 있다는 것이다. 예를 들어, 이러한 시스템 중 일부 또는 모두는 측면 아암 또는 절삭 도구 자체에 포함될 수 있다.

상기 보호 요소는 상기 뼈 절삭 도구의 제2, 일반적으로 비 구동 말단을 지지하기 위한 베어링을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시형태의 장점은 상기 제2 말단에서 밀링 도구를 지지한 결과 길고 얇은 밀링 절삭기를 사용하여 절삭 도구가 복귀 없이 뼈의 일 단부로부터 반대쪽 단부로 이동함으로써 뼈를 완전히 절삭하는 단일 움직임으로 작은 뼈 절삭을 수행할 수 있다는 것이다.

본 발명의 실시형태의 장점은 특정 형상 및 동작 파라미터를 갖는 회전 밀링 절삭 도구를 통해 기존 기술(예를 들어, 진동 톱)에 비해 나머지 뼈에 가해지는 열 부하를 크게 감소시킬 수 있다는 것이다. 본 발명으로 가능해진 절삭의 높은 정확도 및 양호한 평탄도와 함께, 시멘트 없는 임플란트에서 양호한 뼈 성장을 달성하기 위한 최적의 경계 조건이 얻어진다.

본 발명의 실시형태의 장점은 특정 형상 및 동작 파라미터를 갖는 회전 밀링 절삭 도구를 통해 기존 기술에 비해 절삭력 및 진동을 현저히 낮추어 뼈 안정화를 위한 요구 사항을 낮추고 뼈의 움직임으로 인한 에러를 감소시킬 수 있다는 것이다.

상기 보호 요소는 상기 뼈 절삭 도구보다 더 큰 폭을 가질 수 있다. 사용 동안 상기 보호 요소는 상기 뼈 외부 위치에서 상기 뼈 절삭 도구와 일치하여 따라갈 수 있다.

상기 보호 요소가 측면 아암에 장착되는 경우, 이러한 측면 아암은 뼈의 슬릿 내부에 상기 뼈 절삭 도구 옆에 위치될 수 있는 반면, 상기 보호 요소 또는 개입 부분은 뼈에 형성된 슬릿 외부에 위치된다. 본 발명의 실시형태의 장점은 분리기를 지지하는 아암이 절삭 도구보다 더 얇은 두께를 가질 수 있고 상기 도구의 절삭면의 반대쪽에 위치될 수 있어, 상기 아암이 상기 절삭 도구에 의해 생성된 슬롯에서 절삭 도구와 함께 움직일 수 있다는 것이다. 이렇게 하면 보호기를 프레임에 연결하는 아암의 경로를 추가하면 연조직 접촉이 증가하여 손상 위험이 줄어든다. 본 발명의 실시형태의 장점은 평활하고 균일한 변위를 제공함으로써 양호한 인대 보호를 제공한다는 것이다.

일부 실시형태에서, 상기 보호 시스템은 뼈에 가해지는 보호 요소의 접촉력을 감지하기 위한 센서, 및 뼈에 가해지는 뼈 절삭 도구의 힘을 감지하기 위한 추가 센서를 모두 포함한다.

본 발명의 실시형태의 장점은 분리기와 뼈 표면 사이의 접촉을 모니터링할 수 있다는 것이다. 이를 통해 뼈 형상을 모르는 경우에도 보호기와 뼈 외부 사이에 미리 정해진 접촉을 보장하는 자동 또는 수동 제어를 할 수 있다. 후자는 내비게이션을 사용하지 않는 경우에도 얻을 수 있다.

본 발명은 또한 전술한 바와 같은 뼈 절삭 도구 및 보호 시스템을 포함하는 뼈 절삭 시스템에 관한 것이다.

뼈 절삭 도구의 절삭 부분으로부터 조직을 국부적으로 변위시킴으로써 절삭될 뼈를 둘러싸는 조직에 최소 손상을 제공하는 인대 보호 기능이 내장된 뼈 절삭 시스템이 제공된다는 장점이 있다.

뼈 절삭 도구는 세장형 뼈 절삭 도구일 수 있고, 상기 보호 요소는 측면의 일부를 덮는 세장형 뼈 절삭 도구의 제2, 일반적으로 비 구동 말단 위로 구부러진다.

본 발명의 실시형태의 장점은 인대 보호뿐만 아니라 완전한 뼈 절삭을 보장한다는 것이다.

보호 요소는 아암에 의해 뼈 절삭 도구의 프레임에 부착된 굴곡 부분을 포함할 수 있다. 굴곡 부분은 후크 형태일 수 있다.

본 발명의 실시형태의 장점은 분리기가 간단한 설정으로 뼈 표면을 쉽게 따라갈 수 있다는 것이다.

굴곡 부분은 굴곡 부분이 세장형 뼈 절삭 도구의 측 표면의 적어도 일부를 덮도록 세장형 뼈 절삭 도구의 제2, 일반적으로 비 구동 말단 위로 구부러질 수 있다. 세장형 뼈 절삭 도구는 밀링 절삭기일 수 있다.

본 발명의 실시형태의 장점은 완전한 뼈 절삭 및 인대 보호를 보장한다는 것이다.

뼈 절삭 시스템은 보호 요소와 뼈 사이 또는 절삭 도구와 뼈 사이에 감지된 접촉력에 기초하여, 예를 들어, 절삭 공정을 안내하기 위해 센서 피드백을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시형태의 장점은 분리기와 뼈 표면 사이의 접촉을 모니터링할 수 있고 절삭 동작을 센서의 측정값에 따라 적응시킬 수 있어서, 예를 들어, 접촉 손실이 검출되면 절삭 동작을 중지할 수 있고 또는 분리기와 뼈 또는 절삭기 사이의 접촉을 보존하기 위해 절삭 도구 경로를 조절할 수 있다는 것이다.

뼈 절삭 시스템은 적응형 절삭 제어를 더 포함할 수 있다. 이러한 적응형 절삭 제어는 획득된 센서 피드백의 함수로서 절삭 동작을 적응시키는 것을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시형태의 장점은 절삭 및 이송 속도를 뼈의 경도에 따라 적응시킬 수 있고 열 손상을 제어할 수 있다는 것이다.

뼈 절삭 시스템은 뼈를 찾기 위한 내비게이션 시스템, 및 절삭 도구 경로를 능동적으로 또는 수동적으로 제어하기 위한 로봇을 더 포함할 수 있다.

뼈 절삭 시스템은 내비게이션 시스템, 뼈 형상 및 선택 사항인 힘 센서로부터의 정보에 기초하여 자동으로 절삭을 수행하기 위한 제어기를 포함할 수 있다. 선택 사항으로 외과의와의 상호 작용 정보도 고려할 수 있다.

뼈 절삭 시스템은 수동으로 절삭을 수행하도록 적응될 수 있으며, 뼈에 연결되거나 또는 미리 결정된 방향을 따라 시스템을 안내하기 위한 외부 프레임에 연결된 기계적 안내 시스템을 더 포함할 수 있다. 절삭 도구의 이동은 뼈, 로봇 시스템 또는 외부 프레임에 연결된 기계식 안내 시스템에 의해 절삭 평면에서의 병진 및 회전으로 제한될 수 있다. 본 발명은 또한 전술한 바와 같은 뼈 절삭 도구 및 보호 시스템을 포함하는 부품 키트에 관한 것이다.

또한 본 발명은 수술용 뼈 절삭 도구를 위한 보호 시스템에 관한 것이고, 상기 시스템은 보호 요소를 포함하고, 상기 보호 요소는, 상기 뼈 절삭 도구로 절삭하는 동안 상기 보호 요소가 상기 뼈 절삭 도구와 일치하여 따라가는 구성으로 상기 뼈 절삭 도구 또는 상기 뼈 절삭 도구에 연결된 프레임에 부착 가능하거나 또는 부착되고, 상기 보호 요소는, 연조직으로 둘러싸인 뼈를 절삭하는 동안, 상기 뼈 절삭 도구 또는 프레임에 부착될 때 상기 뼈 절삭 도구가 연조직을 절삭하는 것을 방지하기 위해 연조직과 상기 뼈 절삭 도구 사이에 개입되는 개입 부분을 포함한다.

일 양태에서, 본 발명은 또한 수술을 위해 개체의 뼈를 절삭하기 위한 뼈 절삭 시스템에 관한 것이고, 상기 뼈 절삭 시스템은 뼈를 절삭하도록 적응된 세장형 수술용 뼈 절삭 도구를 포함하고, 상기 세장형 수술용 뼈 절삭 도구는 상기 세장형 수술용 뼈 절삭 도구를 절삭 로봇 또는 기계에 고정하기 위한 제1 말단, 및 상기 세장형 수술용 뼈 절삭 도구의 일 단부에서 상기 제1 말단의 반대쪽에 제2 말단을 갖는다. 상기 뼈 절삭 시스템은 상기 세장형 뼈 절삭 도구 또는 상기 세장형 뼈 절삭 도구의 프레임에 부착 가능한 보호 요소를 포함하는 보호 시스템을 추가로 포함하고, 상기 보호 요소는 상기 보호 요소가 상기 세장형 뼈 절삭 도구 또는 상기 세장형 뼈 절삭 도구의 프레임에 부착될 때 상기 세장형 뼈 절삭 도구의 제2 말단의 적어도 일부를 덮는 개입 부분을 포함하고, 상기 개입 부분은 상기 뼈 절삭 도구가 뼈를 둘러싼 연조직을 절삭하는 것을 방지하기 위해 상기 세장형 절삭 도구로 절삭하는 동안 뼈를 둘러싸는 연조직과 뼈 절삭 도구 사이에 개입된다. 상기 보호 요소는 상기 세장형 뼈 절삭 도구의 제2 말단의 적어도 일부를 수용하고 지지하기 위한 지지 부분을 더 포함한다. 이러한 지지는 일반적으로 상기 세장형 뼈 절삭 도구의 제2 말단과 상기 지지 부분 사이의 접촉, 예를 들어, 직접 접촉을 통해 얻어질 수 있다. 이러한 지지 부분은 유리하게는 적어도 3㎝의 길이, 바람직하게는 적어도 4㎝의 길이, 및 2㎜ 내지 5㎜의 직경, 바람직하게는 3㎜ 내지 4㎜의 직경을 갖는 세장형 뼈 절삭 도구에 사용될 수 있다.

본 발명의 특정 바람직한 양태는 첨부된 독립 청구항 및 종속 청구항에 제시된다. 종속 청구항의 특징은 독립 청구항의 특징 및 다른 종속 청구항의 특징과 적절히 및 청구 범위에 명시적으로 제시되어 있지 않는 것으로 결합될 수 있다.

본 발명의 이러한 양태 및 다른 양태는 이후에 설명되는 실시형태(들)를 참조하면 명백해지고 명료해질 것이다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 보호부를 포함하는 뼈 절삭 도구의 일 실시형태를 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 보호 시스템을 갖는 뼈 절삭 도구의 일 실시형태를 도시한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시형태에 따라 뼈 벽을 제거하는 동안 보호 시스템을 갖는 뼈 절삭 도구의 상이한 사시도를 도시한다(도 4는 더 나은 시각화를 위해 도면에서 뼈의 상위 부분을 제거한 상태의 단면도를 나타낸다).
도 5는 보호 요소를 제거한 상태에서 슬롯 절삭을 수행하는 동안 도 3 및 도 4의 뼈 절삭 도구를 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 보호 시스템을 갖는 뼈 절삭 도구를 도시한다.
도 7 내지 도 9는 중첩 정도가 다른 본 발명의 실시형태에 따른 보호 시스템을 포함하는 뼈 절삭 도구의 다른 실시형태를 도시한다.
도 10은 본 발명의 실시형태에 따른 보호 시스템을 포함하는 뼈 절삭 도구 및 단일 단계 절삭을 수행하는 절삭 부분의 상세를 도시한다.
도 11은 도 10에 도시된 뼈 절삭 도구의 다른 사시도를 도시한다.
도 12는 본 발명의 실시형태에 따른 보호 시스템을 포함하는 뼈 절삭 도구 및 사용되는 뼈 절삭 도구를 도시한다.
도 13은 본 발명의 실시형태에 따른 보호 시스템을 포함하는 뼈 절삭 도구를 도시한다.
도 14는 뼈 벽을 제거하는 동안의 도 2의 실시형태를 도시한다.
도 15는 본 발명의 실시형태에 따라 자동 절삭을 제공하기 위한 수단을 포함하는 보호 시스템을 포함하는 뼈 절삭 도구를 도시한다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 실시형태에 따라 수동 절삭을 제공하는 수단을 포함하는 보호 시스템을 포함하는 2개의 대안적인 뼈 절삭 도구를 도시한다.
도 18은 본 발명의 실시형태에 따른 여러 다른 보호 요소를 도시한다.
도 19는 본 발명의 일 실시형태에 따른 뼈 절삭 도구를 도시한다.
도 20은 뼈 에지를 결정하는 본 발명에 따른 뼈 절삭 시스템의 일 실시형태를 도시한다.
도 21은 본 발명의 일 실시형태에 따른 뼈 절삭 시스템에 의해 사용되는 밀링 속도의 최적화 알고리즘에서 사용되는 다수의 파라미터를 도시한다.
일부 도면은 뼈 절삭 시스템의 센서 요소를 명시적으로 도시하지 않고, 본 발명의 실시형태에 따른 뼈 절삭 시스템의 다른 표준 또는 선택적 요소, 특징 및 장점에 초점을 맞춘다. 그럼에도 불구하고, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 이해하는 바와 같이, 센서는 다른 도면에 도시된 바와 같이 또는 예시적인 실시형태의 아래의 상세한 설명에서 설명된 바와 같이 포함될 수 있다.
도면은 개략적인 것일 뿐, 본 발명을 제한하는 것이 아니다. 도면에서, 일부 요소의 크기는 과장되었을 수 있으며 설명을 위해 축척에 맞게 그려져 있지 않을 수 있다.
청구 범위에서 임의의 참조 부호는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
여러 도면에서, 동일한 참조 부호는 동일하거나 유사한 요소를 지칭한다.

본 발명은 특정 실시형태 및 특정 도면을 참조하여 설명될 수 있지만, 본 발명은 이로 제한되지 않고 청구 범위에 의해서만 제한된다. 치수 및 상대적 치수는 본 발명의 실시를 위한 실제 축소값에 대응하는 것은 아니다.

더욱이, 상세한 설명 및 청구 범위에서 제1, 제2 등의 용어는 유사한 요소 간을 구별하기 위해 사용된 것일 뿐, 시간적으로, 공간적으로, 순위로 또는 임의의 다른 방식으로 시퀀스를 설명하는 데 반드시 필요한 것은 아니다. 이렇게 사용된 용어는 적절한 상황 하에서 상호 교환 가능하며, 본 명세서에 설명된 본 발명의 실시형태는 본 명세서에 설명되거나 예시된 것과 다른 순서로 동작할 수 있는 것으로 이해된다.

더욱이, 상세한 설명 및 청구 범위에서 상부, 아래 등의 용어는 설명을 위한 목적으로 사용된 것일 뿐, 반드시 상대적 위치를 설명하기 위해 반드시 필요한 것은 아니다. 그렇게 사용된 용어는 적절한 상황 하에서 상호 교환 가능하며, 본 명세서에 설명된 본 발명의 실시형태는 본 명세서에 설명되거나 예시된 것과 다른 배향으로 동작할 수 있는 것으로 이해된다.

청구 범위에서 사용된 "포함하는"이라는 용어는 이후에 나열된 수단으로 제한되는 것으로 해석되어서는 안 되고; 이것은 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않는다는 것에 유의해야 한다. 따라서 이것은 참조하는 언급된 특징, 정수, 단계 또는 구성 요소가 존재하는 것을 나타내는 것일 뿐, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계 또는 구성 요소 또는 이들의 그룹이 존재하거나 또는 추가되는 것을 배제하지 않는 것으로 해석되어야 한다. 따라서, "수단 A와 B를 포함하는 디바이스"라는 표현의 범위는 구성 요소 A와 B로만 구성된 디바이스로 제한되어서는 안 된다. 이것은 본 발명과 관련하여 디바이스의 유일한 관련 구성 요소가 A 및 B라는 것을 의미한다.

본 명세서 전체에서 "일 실시형태" 또는 "실시형태"라는 언급은 실시형태와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시형태에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 곳에서 "일 실시형태에서" 또는 "실시형태에서"라는 문구의 출현은 모두 반드시 동일한 실시형태를 지칭하는 것은 아니지만, 그럴 수도 있다. 또한, 특정 특징, 구조 또는 특성은 하나 이상의 실시형태에서 본 개시로부터 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 명백한 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다.

유사하게, 본 발명의 예시적인 실시형태의 설명에서, 본 발명의 다양한 특징은 때때로 본 개시를 간소화하고 다양한 발명적 양태 중 하나 이상의 양태의 이해를 돕기 위해 단일 실시형태, 도면 또는 설명으로 함께 그룹화된 것으로 이해되어야 한다. 그러나, 이 개시 방법은 청구된 발명이 각 청구 범위에 명시적으로 언급된 것보다 더 많은 특징을 필요로 한다는 의도를 반영한 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 다음의 청구 범위가 나타내는 바와 같이, 본 발명의 양태는 하나의 전술한 개시된 실시형태의 모든 특징보다 더 적다. 따라서, 상세한 설명 이후의 청구 범위는 본 상세한 설명에 명시적으로 병합되며, 각 청구 범위는 본 발명의 개별 실시형태로서 각자 존재한다.

또한, 본 명세서에 설명된 일부 실시형태는 다른 실시형태에 포함된 일부 특징을 포함하고 다른 특징은 제외하지만, 상이한 실시형태의 특징의 조합은 본 발명의 범위 내에 있고, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있는 다른 실시형태를 형성하는 것으로 의도된다. 예를 들어, 다음의 청구 범위에서, 청구된 실시형태 중 임의의 것이 임의의 조합으로 사용될 수 있다.

본 명세서에 제공된 상세한 설명에서, 수많은 특정 세부 사항이 제시된다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 이러한 특정 세부 사항 없이도 실시될 수 있는 것으로 이해된다. 다른 예에서, 잘 알려진 방법, 구조 및 기술은 본 상세한 설명의 이해를 모호하게 하지 않기 위해 자세히 도시되지 않았다.

본 발명의 실시형태에서 뼈 절삭 도구를 언급할 때, 이는 예를 들어 밀링과 같은 임의의 적절한 방식으로 뼈를 절삭하거나 톱질할 수 있는 도구를 말할 수 있다.

본 발명의 실시형태에서 뼈의 슬롯 또는 슬릿을 언급하는 경우, 이는 뼈에 만들어진 종종 평면형 절삭을 언급한다. 이것은 절삭면이라고도 칭할 수 있다.

본 발명의 실시형태에서 톱의 절삭 부분을 언급하는 경우, 이는 이동 시 뼈를 절삭할 수 있도록 하는 톱 부분을 언급한다. 세장형 뼈 절삭 도구에서 이것은 일반적으로 세장형 절삭 도구의 측 표면의 일부이다. 본 발명의 실시형태에서 뼈 절삭 도구의 폭을 언급하는 경우, 이는 일반적으로 절삭할 때 뼈에 만들어진 슬롯의 폭을 결정할 수 있는 크기를 언급한다. 밀링 드릴의 예에서 이는 드릴의 직경에 대응하고, 톱의 예에서 이는 일반적으로 톱날(saw blade)의 두께에 대응한다. 본 발명의 실시형태에서 보호 요소의 폭을 언급하는 경우, 이는 일반적으로 절삭할 때 뼈에 만들어진 슬롯의 폭에 의해 결정되는 방향에서의 크기를 언급한다.

본 발명은 뼈에 부착되거나 뼈 옆에 위치된 효과적인 인대 보호부를 제공한다. 본 발명의 실시형태에 따른 보호 시스템은 뼈 수술 동안 뼈 절삭 도구로 인대가 손상되는 것을 방지한다. 적절한 뼈 수술에는 관절 성형술, 예를 들어, 슬관절 치환술이 포함되지만, 본 발명은 이로 한정되지 않고, 팔꿈치 수술, 고관절 치환술 등에 적용될 수 있다.

뼈의 일부를 절삭할 때, 뼈 절삭 도구가 너무 깊게 도입되어 인대가 놓인 뼈의 측면을 통해 돌출할 가능성이 있다. 인대 손상은 수술 중과 회복 동안 심각한 합병증을 일으킬 수 있다. 특히 인대는 뼈 몸통을 따라 뼈에 고정되지만 뼈에 부착되거나 부분적으로 부착될 수 있다. 이것은 뼈를 절삭하는 동안 인대가 손상에 매우 취약하게 만든다.

본 발명의 실시형태에서 인대, 힘줄 또는 연조직을 언급하는 경우, 이는 일반적으로 이들 세 조직 중 하나 또는 모두를 말할 수 있다. 인대와 힘줄은 일반적으로 동일한 구조를 갖지만, 인대는 뼈와 뼈를 연결하는 반면, 힘줄은 근육과 뼈를 연결한다. 연조직은 둘 다의 집합체이지만, 인터벤션 동안 보호해야 할 필요가 있는 무릎 캡슐과 같은 다른 구조물을 더 포함한다.

일반적으로, 본 발명의 디바이스로서, 수술용 뼈 절삭 도구용 보호 시스템이 설명되고, 이 보호 시스템은 뼈 절삭 도구 또는 상기 뼈 절삭 도구에 연결된 프레임에 부착 가능하거나 부착되는 보호 요소를 포함한다. 따라서 상기 보호 요소는, 상기 뼈 절삭 도구로 절삭하는 동안 상기 보호 요소가 상기 뼈 절삭 도구와 일치하여 따라가는 방식으로 구성되고, 상기 보호 요소는, 연조직으로 둘러싸인 뼈를 절삭하는 동안 상기 뼈 절삭 도구 또는 프레임에 부착될 때 상기 뼈 절삭 도구가 연조직을 절삭하는 것을 방지하기 위해 연조직과 상기 뼈 절삭 도구 사이에 개입되는 개입 부분을 포함한다. 상기 뼈 절삭 도구가 세장형 수술용 뼈 절삭 도구인 경우, 상기 뼈 절삭 도구는 일반적으로 상기 뼈 절삭 도구를 절삭 로봇 또는 기계에 고정하기 위한 제1 말단, 및 상기 세장형 수술용 뼈 절삭 도구의 일 단부에서 상기 제1 말단의 반대쪽에 제2 말단을 갖는다. 상기 보호 요소는, 상기 보호 요소가 상기 세장형 뼈 절삭 도구 또는 상기 세장형 뼈 절삭 도구의 프레임에 부착될 때 상기 세장형 뼈 절삭 도구의 제2 말단의 적어도 일부를 덮는 개입 부분을 포함하고, 상기 개입 부분은, 상기 세장형 절삭 도구로 절삭하는 동안 상기 뼈 절삭 도구가 연조직을 절삭하는 것을 방지하기 위해 뼈를 둘러싸는 연조직과 상기 뼈 절삭 도구 사이에 개입되고, 상기 세장형 절삭 도구로 절삭하는 동안 상기 보호 요소는 상기 뼈 절삭 도구와 일치하여 따라간다.

본 발명의 디바이스는 절삭 동안 연조직의 보호를 보장한다. 이 보호는 상기 뼈 절삭 도구의 적어도 일부, 상기 세장형 뼈 절삭 도구의 경우에 일반적으로 도구의 액추에이터에 부착된 단부와는 반대쪽 도구의 말단과 중첩되어 말단을 덮는 보호 요소에 의해 제공된다. 도구가 액추에이터에, 즉 절삭 로봇 또는 기계에 부착되는 말단은 일반적으로 제1 말단이라고 칭한다. 보호 요소가 사용되는 말단은 일반적으로 제2 말단이라고 칭한다. 일반적으로 이러한 말단은 직접 구동되는 것이 아니라 제1 말단에서 구동하는 것에 의해 움직인다. 절삭 도구가 세장형 절삭 도구인 실시형태에서, 제2 말단은 일반적으로 세장형 절삭 도구의 상부이다. 분리기일 수 있는 보호 요소는 또한 뼈를 통해 절삭 경로의 뼈 절삭 도구를 따라 뼈 절삭 도구와 일치하여, 즉 동일한 방향으로 동시에 이동한다. 따라서 보호 요소는 연조직과 뼈 사이로 미끄러지거나 이들 사이에 쐐기로 박혀서, 보호 요소는 연조직과 절삭 도구 사이에 개입되거나 중간에 배치될 수 있다. 따라서 인대와 같은 연조직은 뼈 절삭 도구의 절삭 부분에서 떨어져 있다. 이러한 방식으로 절삭을 수행할 때 뼈 절삭 도구가 인대에 도달하지 않는다. "절삭 경로"는 몸체를 통해 슬롯 또는 절삭을 초래하는 경로라는 점에 유의해야 한다. 절삭 경로는 절삭 도구의 평균 이동("보조 이동"이라고도 칭함)을 따라 경로를 따라 형성된다. 절삭 도구의 평균 동작은 일반적으로 몸체로부터 재료를 제거하는 결과를 가져오는 도구 동작인 도구의 "절삭 동작" 또는 "주 동작"을 따르지 않고; 일반적으로 보조 이동과 절삭 동작은 다른 방향으로 수행될 수 있다.

제1 양태에서, 본 발명은 보호 시스템을 포함하는 뼈 절삭 시스템에 관한 것이다. 보호 시스템은, 뼈 절삭 도구 또는 톱의 일부를 덮을 수 있고 절삭 경로를 따라 뼈 절삭 도구와 동시에 이동할 수 있는 보호 요소를 포함한다. 도 1은 보호 요소(101)로서 작용하는 플레이트가 에지(102)를 갖고, 또한 이 경우, 절삭 부분(201)과 측방 운동을 하며 절삭하는 밀(mill)인 뼈 절삭 도구(200)에 연결된 부착 부분(103)을 갖는 보호 시스템(100)을 예시하는 간단한 실시형태를 도시한다. 일부 실시형태에서, 보호 요소(101)는 뼈 절삭 도구(200)의 통합 부분이다. 보호 요소는 또한 후술되는 바와 같이 뼈로부터 연조직을 분리하기 위한 연조직 분리기로서 기능할 수 있다. 예시를 위해, 제1 말단(252) 및 제2 말단(254)이 도 1에 도시되어 있다.

보호 요소로서 작용하는 플레이트는 드릴과 함께 회전하지 않도록 드릴(200)의 중심 축에 부착될 수 있다. 드릴의 직경이 움직이지 않는 중심 축의 존재를 허용하지 않는 경우, 부착 부분(103)은 드릴에 비해 회전이 감소되도록 베어링을 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, 드릴 및 플레이트는 모두 회전할 수 있다. 판의 회전은 인대를 절개하지 않고 뼈로부터 인대를 분리하는 데 사용될 수 있다.

일부 실시형태에서, 보호 요소(101)는, 플레이트가 뼈를 절삭하거나 손상시키지 않도록 뼈보다 더 부드러울 수 있으나, 연조직보다는 단단하다.

일부 실시형태에서, 보호 요소는 세장형 뼈 절삭 도구의 측면의 일부를 덮는 세장형 뼈 절삭 도구의 제2 말단 위로 구부러진다. 세장형 뼈 절삭 도구는 보다 구체적으로 예를 들어, 도 4, 도 9, 도 13, 도 18 및 도 19에 설명된다.

도 2는 굴곡 부분(111)이 분리기로서 작용하는 보호 시스템의 다른 실시형태를 도시한다. 아암(301)은 굴곡 부분(111)을 유지한다. 도 14는 원형 톱이 뼈(400)의 벽(401)을 절삭하는 이러한 실시형태의 적용 예를 도시한다. 이 경우, 분리기가 부착됨이 없이 톱과 뼈 벽(401) 사이의 안전 거리를 유지하면서 뼈의 일부가 먼저 제거된다. 절삭 샤프트(411)로 인해, 상부 뼈의 일부가 이 단계에서 이미 제거되었다. 그런 다음, 벽(401)이 절삭된다(이것은 아래의 "2 단계 절삭 및 1 단계 절삭" 란에서 더 설명됨). 2 단계 절삭은 톱날의 직경이 너무 작아 처음부터 보호 요소를 추가할 수 없을 때 사용될 수 있다. 굴곡 부분(111)은 예를 들어 뼈(400), 예를 들어, 근위 경골, 원위 대퇴골, 대퇴골두 또는 상완골두의 뼈 벽(401)을 제거하는 데 사용될 수 있는 원형 톱(210)의 절삭 에지의 일부를 덮는다. 아암과 굴곡 부분은 톱의 절삭 경로를 따라 움직일 수 있다. 분리기의 에지 역할을 하는 굴곡 부분의 팁(tip) 또는 포인트(point)(112)는, 뼈 벽(401)을 제거할 때 톱이 연조직에 닿지 않도록 뼈의 에지와 약간 중첩되어 연조직과 뼈 사이에 개입된다. 본 발명은 굴곡 부분의 포인트로 제한되지 않고, 분리기의 임의의 적절한 에지가 사용될 수 있다.

분리기가 절삭 경로를 따라간다는 사실은 상대적으로 작은 절삭 영역으로부터 인대를 단지 국부적으로 분리시켜 멀리 신장시키는 효과를 제공한다. 따라서 인대는 보호될 뿐만 아니라 절삭 공정 동안 낮은 변형을 받게 된다.

분리기는 예를 들어 뭉툭한 단부의 사용, 날카로운 뾰족한 형상의 사용, 날카로운 원형 형상의 사용, 전기 소작 칼의 사용, 압력 유체 분사의 사용, 기계적으로 움직이는 절삭 디바이스의 사용, 또는 기계적으로 진동하는 에지의 사용과 같은 다른 분리 기술에 기초할 수 있다.

절삭기의 프레임에 부착 가능한 아암

도 3은 보호 시스템을 갖는 절삭 시스템의 바람직한 실시형태를 도시하며, 여기서 굴곡 부분(121)은 밀링 절삭기(220)(이 경우에는 뼈 절삭 도구)의 헤드 단부를 덮기 위한 분리기, 및 굴곡 부분(121)을 유지하는 아암(311) 역할을 한다. 아암(311)은 밀링 절삭기(220)와 동일한 배향 및 방향으로 밀링 절삭기와 동시에 이동한다. 예를 들어, 아암(311)은 도 3에 도시된 바와 같이 절삭기의 액추에이터의 프레임(222)에 제거 가능하게 또는 영구적으로 부착될 수 있지만, 본 발명은 이로 제한되지 않고; 예를 들어, 아암과 절삭기가 로봇 등에 의해 동일한 경로를 따라 동시에 움직일 수 있다.

도 4는 도 3의 굴곡 부분 및 밀링 절삭기의 다른 사시도(도 3의 슬롯(403)을 따른 단면도)를 도시하며, 여기서 굴곡 부분(121)이 뼈(400)의 외부 표면(402)과 약간 중첩되는 것을 명확하게 볼 수 있다. 굴곡 부분(121)의 포인트(122)는 뼈와 접촉하여 배치되고, 분리기의 에지 역할을 한다. 뼈 절삭 도구(220)는 뼈 벽(401)을 제거하는 절삭 경로를 따라가고, 굴곡 부분(121)은 뼈 절삭 도구(220)와 함께 이동하면서 인대와 뼈 사이에 쐐기로 박혀서, 뼈 구역을 절삭하기 전에 뼈 구역으로부터 인대를 분리해서 들어올릴 수 있다. 즉, 굴곡 부분(122)의 에지는 뼈(400)의 외부 표면(402) 위로 끌리고, 거기에 존재하는 임의의 인대는 뼈로부터 분리되어 굴곡 부분(121) 위로 미끄러진다. 따라서 굴곡 부분(121)에 의해 완전히 가려진 밀링 절삭기(220)의 헤드 단부(221)는 굴곡 부분(121)에 의해 임의의 인대로부터 분리되어, 뼈 절삭 도구(220)가 인대를 손상시키지 않는다.

아암 및 절삭 슬롯

도 3 및 도 5는 뼈 절삭 도구에 의해 제공된 뼈의 슬롯에 맞는 아암을 갖는 분리기를 사용하여 슬롯 절삭의 가능성을 도시한다. 이것은 아래의 "2 단계 절삭 및 1 단계 절삭" 란에 더 설명되어 있다. 아암(311)의 두께는 뼈의 절삭 슬롯의 갭(403)과 동일할 수 있고, 바람직하게는 이 갭보다 더 얇을 수 있다. 이러한 방식으로, 뼈 절삭 도구가 외부 표면에 인대를 갖는 뼈(또는 뼈 벽)로부터 재료를 제거하는 동안 (도 3에서 뼈의 나머지 상부 부분(404)에 의해 부분적으로 숨겨진) 아암 및 굴곡 부분(121)은 뼈 절삭 도구의 절삭 경로를 따라갈 수 있다. 굴곡 부분(121)의 포인트(122)는 도 4를 참조하여 더 설명된 바와 같이 뼈로부터 인대를 분리하여 뼈 절삭 도구로부터 인대를 보호한다.

보호 시스템의 센서

보호 시스템은 뼈에 가해지는 힘을 감지하기 위한 센서를 포함할 수 있다. 센서는 뼈에 가해지는 보호 요소의 힘을 감지하기 위해, 또는 뼈에 가해지는 뼈 절삭 도구의 힘을 감지하기 위해, 또는 이 둘의 조합을 감지하기 위해 제공될 수 있다. 뼈에 가해지는 보호 요소의 힘을 감지하기 위해 센서가 제공되는 경우, 뼈에 가해지는 보호 요소의 아암 또는 개입 부분의 힘을 감지하기 위해 센서가 제공될 수 있다. 힘을 감지하는 것은 힘 센서에 의해 힘을 직접 감지하는 것을 포함하거나, 또는 예를 들어 압력 센서와 같이 뼈에 가해지는 힘을 도출할 수 있는 센서의 힘을 간접 감지하는 것을 포함할 수 있다. 센서는 뼈에 가해지는 보호 요소의 접촉력을 도출할 수 있는 기준이 되는 결합된 힘을 감지하기 위한 센서 또는 센서의 조합일 수 있다. 본 발명의 일부 실시형태에서, 분리기 및/또는 아암은 분리기에 가해지는 힘을 감지하기 위해 센서를 포함할 수 있다. 도 3 및 도 15는 이의 일례를 도시한다. 뼈 절삭 도구의 아암(311)과 프레임(222) 사이에는 센서(500)가 포함된다. 다른 실시형태에서, 센서는 또한 아암 또는 굴곡 부분(121) 등에 가해지는 힘을 감지하기 위해 아암을 따라 또는 보호기/굴곡 부분에 포함된다. 일부 실시형태에서, 또한 다른 센서인 센서(511)가 굴곡 부분의 뼈 접촉력을 추출하는데 사용될 수 있다.

일부 실시형태에서, 분리기를 당기는 힘이 감지될 수 있고, 이것은 예를 들어 굴곡 부분(121) 또는 보다 구체적으로 굴곡 부분의 포인트(122)가 뼈 표면(402)에 가하는 힘을 포함할 수 있다. 본 발명은 당기는 힘으로 제한되지 않으며, 다른 힘과 토크가 또한 측정될 수 있다. 사용자는 센서로부터의 피드백을 수신할 수 있고, 이 피드백은, 예를 들어, CT 스캔으로부터 얻어진 뼈 형상과 관련된 데이터와 함께 뼈의 에지를 찾는 데 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 감지된 힘은 나중에 설명된 바와 같이 절삭 파라미터를 조절하는 데 사용될 수 있다. 센서는 자동 로봇 시스템을 용이하게 하여 에지를 감지하고 뼈를 자동으로 절삭하는 데 사용될 수 있다.

수냉각 및 이물질 제거

본 발명의 일부 실시형태에서, 아암 및/또는 분리기는 파편을 제거하기 위한 수단을 포함한다. 예를 들어, 도 6 및 도 11에 도시된 바와 같이, 아암(321)은 칩 제거 채널(322)(예를 들어, 흡인기) 및/또는 예를 들어, 물 도입 및 잔해 제거용 유체를 위한 도관(323)을 포함할 수 있다. 도 11은 칩 제거 채널(322)(도 6)의 흡입구(325), 및 물 또는 다른 유체(도 6)를 위한 도관(323)의 배출구(326)를 도시한다. 이러한 유체는 냉각 및/또는 세척에 사용될 수 있다. 뼈 절삭 도구의 온도와 뼈 및 세포의 열 응력을 감소시키기 위해 물이 냉각제로 사용될 수 있고, 이 경우 도관(232) 및 배출구(326)는 냉각 시스템을 형성할 수 있다. 일부 실시형태에서, 예를 들어, 파편을 제거하기 위해 유체를 도입하기 위한 도관은 밀의 중심 부분에 위치될 수 있고 따라서 뼈 절삭 도구의 절삭 부분을 통해 제공될 수 있다.

분리형 분리기

본 발명의 일부 실시형태에 따른 보호 요소(예를 들어, 분리기)는 분리 가능할 수 있다. 예를 들어, 굴곡 부분(121)은 도 5에 도시된 바와 같이 그 아암(311)으로부터 분리 가능할 수 있고, 이에 따라 일반적으로 보호 요소로 인해 접근할 수 없는 밀링 절삭기(220)의 헤드 단부(221)를 드러낼 수 있다. 대안적인 실시형태에서, 도 6 및 도 11에 도시된 바와 같이, 굴곡 부분(131)은 그 아암(321)에 부착되지만, 아암(321)은 프레임(232)으로부터 분리 가능하고, 예를 들어, 아암(321)은 아암(321)을 절삭기(230)의 액추에이터의 프레임(232) 또는 섀시에 분리 가능하게 고정하는 브릿지 피스(324)를 포함할 수 있다. 이것은 다른 절삭 및 드릴링 가능성을 허용하며, 여기서 굴곡 부분은 뼈의 외벽이 제거될 필요가 있을 때에만 사용된다.

넓은 분리기

도 12에 도시된 본 발명의 일부 실시형태에서, 굴곡 부분(151)은 폭(w_bp)이 뼈 절삭 도구에 의해 뼈에 남겨진 절삭 슬롯의 폭(403)에 맞지 않도록 선택될 수 있으며, 여기서 절삭 슬롯의 폭(403)은 일반적으로 슬롯을 만든 세장형 뼈 절삭 도구의 폭에 대략 대응한다. 슬롯 절삭 동안, 뼈 절삭 도구(230) 및 아암(321)이 뼈 내에 있는 동안 굴곡 부분은 뼈 외부에 남아 있어야 한다. 슬롯보다 더 넓은 굴곡 부분(151)은 연조직과 절삭 도구 사이에 더 나은 차폐를 보장한다. 예를 들어, 아암으로부터 넓어지는 굴곡 부분(151)의 부분은 돌출부(153)를 형성할 수 있다. 이 돌출부(153)는 굴곡 부분(151)의 포인트(152)와 함께 절삭을 위한 안내부로 사용될 수 있다. 이것은 인대(410)의 보호를 개선하여 인대(410)에 보다 평활하고 균일한 변형을 얻고, 뼈 절삭 도구의 절삭 부분으로부터 더 많은 분리를 얻는다.

재료

본 발명의 실시형태에서, 굴곡 부분 및/또는 아암은 생체 적합성일 수 있다. 이들, 예를 들어, 강철 굴곡 부분 또는 아암은 예를 들어 금속성일 수 있고/있거나, 소독, 살균 및/또는 항균 특성을 가진 재료를 포함할 수 있다.

제2 양태에서, 본 발명은 제1 양태의 실시형태에 따른 분리기 및 뼈 절삭 도구를 포함하는 뼈 절삭 시스템에 관한 것이다.

뼈 절삭 도구는 절삭 시스템(110)(도 2)에 도시된 바와 같이 방사상 톱(radial saw)일 수 있다. 예를 들어 진동 또는 왕복 톱과 같은 다른 뼈 절삭 도구, 또는 뼈 제거를 수행하기 위해 기계적으로 움직이는 절삭 에지를 갖는 다른 절삭 기술이 사용될 수 있다. 분리기는 절삭 경로와 대하여 톱의 절삭 에지 부분을 덮기 때문에 분리기가 인대와 접촉하게 들어가서, 톱이 뼈의 이 부분에 도달하기 전에 뼈로부터 인대를 분리시키는 것을 보장한다.

바람직한 실시형태에서, 밀링 절삭기가 사용된다. 밀링 절삭기(220)는 절삭 부분(223) 및 샤프트(224)(도 4에 도시됨)를 포함하고, 샤프트는 절삭기(220)를 자체 축을 중심으로 회전시키기 위해 프레임(222)(도 3에 도시됨)의 액추에이터에 연결된다. 절삭 부분은 드릴, 밀 볼 등일 수 있다. 본 발명의 특정 실시형태에서, 밀링 절삭기는 단부 밀이다. 도 1 및 도 3, 도 4, 도 6 내지 도 13 및 도 15 내지 도 17은 헤드 단부가 분리기 역할을 하는 굴곡 부분에 의해 중첩되어 가리워진 밀링 절삭기를 포함하는 본 발명의 실시형태에 따른 뼈 절삭 시스템의 예시적인 실시형태를 도시한다.

뼈 절삭 도구에 대한 분리기의 형상

본 발명의 일부 실시형태에서, 분리기는 뼈 절삭 도구의 절삭 부분과 중첩된다. 예를 들어, 분리기는 뼈 절삭 도구의 절삭 부분, 특히 뼈와 접촉하는 뼈 절삭 도구의 부분 위로 연장되는 쐐기 또는 굴곡 부분 등을 형성할 수 있다. 굴곡 부분은 도 7에 도시된 바와 같이 뼈와 뼈 절삭 도구(200) 사이의 접촉 구역으로부터 미리 결정된 거리(A)만큼 연장될 수 있다. 일부 실시형태에서, 거리(A)는 적어도 1㎜이다.

바람직한 실시형태에서, 분리기는 뼈 절삭 도구의 절삭 부분의 일부를 가린다. 예를 들어, 분리기는 절삭 방향(D)에 대하여 밀링 절삭기의 절삭 부분의 일부를 덮을 수 있다. 절삭 방향(D)은 절삭 경로를 취하는 방향이고, 절삭 방향은 절삭되는 외부 표면과 평행한 것이 바람직하다. 일부 실시형태에서, 굴곡 부분(141)의 포인트 및 이 포인트를 뼈 절삭 도구(200)의 단부 헤드와 연결하는 선은 절삭기의 축과 각도(C)를 형성한다. 한편, 절삭 방향(D)과 절삭기 축 사이의 절삭 각도(E)를 정의할 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 절삭 각도(E)는 보호 각도(C)보다 더 크다(C < E). 이것은 적절한 가림을 보장한다. 절삭 방향이 외부 뼈 표면의 접선 방향으로부터 약간 벗어나더라도 이 구성은 여전히 인대를 보호한다.

도 7에는 각도(C)가 둔각인 경우, 절삭기 축의 수직을 향하는 뼈 절삭 도구와 분리기 사이에 거리(B)가 있는 것이 도시되어 있다. 이것은 각도(E)가 둔각이어야 하고, 밀링 절삭기, 특히 단부 밀은 절삭기 축에 수직인 절삭 방향(D)으로 절삭하도록 최적화되기 때문에 덜 선호된다. 일부 실시형태에서, 각도(C)는 직각이고, 이 경우 거리(B)는 도 8의 전체 중첩 라인(L)에 도시된 바와 같이 0이 된다. 이것은 축에 수직인 방향(D)을 허용한다. 바람직한 실시형태에서, 각도(C)는 음수이고, 거리(S)는 굴곡 부분이 절삭기 축에 대해 절삭 부분(201)을 덮는 거리이다. 따라서 절삭 각도(E)가 둔각인(불규칙한 표면으로 인해 인터벤션 동안 발생할 수 있음) 경우에도 굴곡 부분은, C < E인 한, 뼈 절삭 도구의 단부 헤드를 여전히 덮어서, 인대 분리를 허용하고 뼈 절삭 도구로부터 인대를 보호할 수 있다.

E는 고정된 각도가 아니며, 불규칙한 표면으로 인해 인터벤션 동안 절삭 방향의 차이를 고려하여 변할 수 있다는 것이 주목된다. 예를 들어 작은 보호 각도(C)를 제공하여 C < E를 보장함으로써, 방향(D)이 상대적으로 크게 변하는 경우에도 절삭 각도(E)는 보호 각도(C)보다 더 크게 쉽게 유지될 수 있기 때문에, 굴곡 부분과 밀링 절삭기 사이에 양호한 중첩이 보장된다.

이 이론은 도 2에서와 같이 원형 톱에도 적용될 수 있다. 이 경우, 절삭 에지의 회전 운동에 의해 설명되는 원에 접하고, 굴곡 부분의 포인트를 포함하는 선은 임의의 선과 각도(C)를 형성하고; 동일한 임의의 선에 대한 절삭 방향은 적절한 가림을 보장하기 위해 이전과 같이 C보다 더 큰 각도(E)를 형성해야 한다.

바람직한 실시형태에서, 절삭 방향(D)은 뼈 벽의 외부 표면과 평행하거나 거의 평행하다. 뼈 절삭 도구는 이에 따라 방향이 바뀌어야 한다. 예를 들어 밀링 절삭기의 축은 예를 들어 이 방향에 수직을 유지해야 한다. 분리기의 특정 형상(예를 들어, 각도(B), 거리(A) 또는 중첩 거리(S))은 실제로 절삭 방향이 이 방향을 벗어나더라도 인대를 잘 보호하고 분리하는 것을 보장한다.

절삭 시스템의 센서

뼈 절삭 시스템은 뼈에 가해지는 힘, 예를 들어, 뼈에 가해지는 보호 요소의 접촉력, 또는 뼈에 가해지는 세장형 뼈 절삭기의 접촉력, 또는 이 둘 모두의 조합을 감지하기 위한 센서를 포함할 수 있다.

뼈에 가해지는 보호 요소의 힘을 감지하기 위해 센서가 제공되는 경우, 뼈에 가해지는 보호 요소의 아암 또는 개입 부분의 힘을 감지하기 위해 센서가 제공될 수 있다. 힘을 감지하는 것은 힘 센서에 의해 힘을 직접 감지하는 것을 포함할 수 있고, 또는 예를 들어 압력 센서와 같이 뼈에 가해지는 힘을 도출할 수 있는 센서의 힘을 간접 감지하는 것을 포함할 수 있다. 센서는 뼈에 가해지는 보호 요소의 접촉력을 포함하는 결합된 힘을 감지하기 위해 센서 또는 센서의 조합일 수 있고, 예를 들어, 뼈에 가해지는 세장형 절삭 도구의 힘과, 뼈의 에지에 가해지는 보호 요소, 예를 들어, 보호 요소의 개입 부분의 힘을 함께 측정하기 위한 센서일 수 있다.

센서는 보호 시스템 자체에, 세장형 절삭 도구에, 절삭 도구와 보호 시스템을 로봇에 연결하는 프레임에 위치되거나 또는 로봇 자체에 위치될 수 있다. 센서는 뼈에 가해지는 보호 요소의 접촉력을 포함하는 결합된 힘을 감지하기 위한 센서 또는 센서의 조합일 수 있고, 예를 들어, 뼈의 에지에 가해지는 보호 요소, 예를 들어, 보호 요소의 개입 부분의 절삭력 및 힘을 함께 측정하기 위한 센서일 수 있다.

제1 양태의 실시형태를 참조하여 설명된 바와 같이, 센서(500)(감지 유닛, 센서 모듈 등)는 분리기(예를 들어, 굴곡 부분(121, 131))가 뼈의 표면에 가하는 힘을 감지하기 위해 추가될 수 있다. 이것은 절삭이 발생하는 위치를 정확히 찾아내고 힘이 감소하는지 여부를 신호로 보내기 위해 뼈 표면의 매핑, 예를 들어, CT 스캔과 함께 사용될 수 있다.

일부 실시형태에서, 센서 피드백은 본 발명의 절삭 시스템에서 사용될 수 있다. 도 5는 프레임을 통해 뼈 표면에 가해지는 굴곡 부분(131)의 접촉력을 감지하는 센서(500)를 포함하는 절삭 시스템을 도시한다. 대안적인 실시형태에서, 스핀들에 가해지는 힘을 감지하기 위해 별도의 로드 셀(load cell)(511)이 더 포함된다. 센서(511)는 예를 들어 뼈의 에지에 가해지는 굴곡 부분의 힘과 절삭력을 함께 측정하는 6축 힘 토크 트랜스듀서일 수 있다. 절삭 공정에서 발생하는 힘은 계산을 통해 굴곡 부분의 힘과는 분리될 수 있다. 일부 실시형태에서 결합된 힘을 측정하기 위해 6축 로드 셀만이 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 굴곡 부분-뼈 접촉력과 절삭력 간을 구별하기 위해 알고리즘이 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 굴곡 부분의 힘만이 힘 센서로 감지될 수 있다. 일부 실시형태에서 6축 로드 셀과 힘 센서가 모두 사용될 수 있다. 밀링 절삭기의 절삭 및 이송 속도를 제어하여 뼈 또는 뼈 영역의 경도와 밀도를 다르게 인터벤션을 조절할 수 있다. 예를 들어, 열 부하를 줄이고 뼈의 열 손상을 줄이거나 방지하면서 빠른 절삭을 제공하기 위해 속도를 조정할 수 있다. 예를 들어 접촉 상실이 검출되면 뼈 절삭 도구가 정지할 수 있다.

뼈의 열 손상을 줄이면 회복이 빨라지고, 다공성 표면을 가진 시멘트 없는 임플란트를 사용하여 다공성을 통한 뼈 성장을 촉진시켜 뼈와의 고정력을 향상시킬 수 있다.

낮은 온도 증가는 또한 절삭 부분의 크기, 블레이드의 유형, 나선 각도, 톱니 수(홈이라고도 칭함) 등과 같은 뼈 절삭 도구 자체와 관련된 파라미터를 신중하게 선택함으로써 개선될 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 절삭이 단일 단계로 수행되는 통상적인 실시형태에 따르면, 본 발명은 이로 제한되지 않지만, 절삭 도구는 유리하게는 45㎜ 이상, 예를 들어, 50㎜ 이상의 최소 절삭 길이, 및 2㎜ 내지 8㎜, 예를 들어, 3㎜ 내지 5㎜의 절삭 도구 직경을 갖는다.

뼈에 가해지는 세장형 절삭 도구의 힘을 직접 또는 간접 측정하기 위한 센서는 세장형 뼈 절삭 도구와 고정된 환경 사이의 임의의 위치에 위치될 수 있다. 바람직하게는, 센서는 절삭 도구 가까이에 위치된다. 센서는 예를 들어 뼈 절삭 도구의 모터와 로봇의 단부 작동체, 즉, 예를 들어, 도 6의 부분(511)으로 도시된 것과 같은, 도구가 장착된 로봇의 마지막 부분 사이에 위치될 수 있다. 센서는 로봇 아암에 통합될 수 있고, 예를 들어, 로봇의 베이스와 단부 작동체 사이의 어딘가에 통합될 수 있다. 예를 들어 뼈 절삭 시스템의 보호 시스템의 일부에, 모터 또는 다른 위치에 통합하기 위해 다른 위치도 가능하다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 센서 구현의 바람직한 실시형태를 도시한다. 도 5 및 도 6에서, 보호 요소는 절삭력(511)을 측정하기 위해 센서 뒤 단부 작동체 조립체에 장착된다. 이것은 보호 요소(131, 321)에 가해지는 힘이 센서(511)의 측정값에 추가된다는 것을 의미한다. 보호 요소가 센서(511) 앞 단부 작동체(510)에 연결되었다면, 보호 요소에 가해지는 힘은 센서(511)에 의해 측정되지 않는다.

제1 경우(센서(511) 뒤에서 연결된 경우) 절삭력은 센서(511)의 측정에서 보호 요소에 가해지는 뼈의 접촉력에 추가된다. 수학적으로 이 두 힘은 뼈와 보호 요소 사이의 접촉력과 절삭력을 얻기 위해 센서(511)의 측정 값으로부터 개별적으로 추출될 수 있다. 보호 요소가 센서(511) 앞에 연결된 제2 경우 (뼈와 접촉하는) 보호 요소 팁과 단부 작동체 사이에 추가 센서가 추가되는 것이 바람직하다. 보호 요소가 센서(511) 뒤에 연결된 제1 경우에도 추가 센서가 제공될 수 있다. 보호 요소 팁과 절삭 모터 조립체(231)와의 연결부(또는 곧바로 센서(511)와의 연결부) 사이에 이러한 추가 센서는 더 큰 정확도와 신뢰도로 접촉력을 결정할 수 있기 때문에 유용하다. 추가 센서는 (보호 요소가 뼈와 접촉하는) 보호 요소 팁과, 프레임(321)이 단부 작동체 조립체에 장착되는 위치 사이의 어딘가에 통합될 수 있다. 도 3 및 도 5에서, 센서(500)는 프레임(321)의 베이스에 배치된다. 대안적으로 감지 요소는 프레임(321) 또는 심지어 보호 요소의 굴곡 부분 또는 팁(131)에도 통합될 수 있다.

바람직한 실시형태에서, 센서는 보호 팁과 뼈 접촉의 법선 방향의 힘을 적어도 측정한다. 법선으로부터 벗어나는 방향을 선택하는 것은 가능하지만 최적이 아니다. 토크 측정을 포함하여 하나 초과의 방향으로 힘을 측정하는 것은 훨씬 더 상세한 접촉 정보를 얻을 수 있는 옵션이다.

접촉력 측정의 대안으로, 뼈의 에지의 위치를 검출하는 것은 다른 감지 시스템에 의해 수행될 수 있다. 보호 요소에는 보호 요소와 뼈 사이의 접촉을 결정하거나 또는 뼈와 디바이스 사이의 위치/거리를 측정하기 위해 대체 감지 시스템이 장착될 수 있다. 예를 들어 압력 센서 또는 거리 센서를 사용할 수 있다.

절삭력을 측정하는 데 사용되는 센서(511)는 적어도 하나의 방향으로, 바람직하게는 주 절삭 속도 방향의 방향으로 뼈에 가해지는 힘을 측정할 수 있다. 그러나 센서를 확장하여 모두 3개의 직교 방향의 힘과 이 3개의 직교 방향 주위의 토크를 측정하여 모두 6개의 자유도에서 힘과 토크를 측정하는 센서(6 DOF 또는 범용 힘 센서라고도 칭함)를 가질 수 있다. 하나 초과의 방향에서 힘과 토크를 측정하면 절삭력 측정의 정확도를 높일 수 있고 비 주 이동 방향에서도 절삭력을 결정할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 센서는 뼈에 가해지는 힘을 도출할 수 있는 힘 센서 또는 임의의 다른 센서일 수 있다.

광학 뼈 및 로봇 정렬

로봇 제어식 뼈 절삭을 가능하게 하기 위해, 뼈의 위치는 바람직하게 로봇에 대해 알려질 필요가 있다. 3차원 추적 시스템, 예를 들어, 비콘, 예를 들어, 광학 마커 세트의 위치를 추적할 수 있는 광학 카메라를 갖는 추적 시스템이 사용된다. 비콘(602), 예를 들어, 광학 마커 세트는 예를 들어 뼈에 견고하게 부착되고, 다른 비콘(601)은 예를 들어 도 15에 도시된 바와 같이 절삭 로봇에 견고하게 부착된다. 이들을 부착한 후, 뼈(602)에 고정된 비콘에 대한 뼈의 위치는 뼈 정렬이라고 정의된다. 이 공정에서 뼈 위로 광학 포인터를 이동시켜 뼈의 표면에서 일련의 점을 측정한다. 이후 CT 스캔으로부터 얻어진 뼈의 형상이 측정된 점에 맞춰진다. 이 계산은 비콘(602)에 대한 뼈의 위치를 제공한다. 이 정보를 3D 추적 시스템에 의한 비콘의 위치 측정과 결합시킴으로써, 카메라에 대한 뼈의 위치를 알 수 있다.

로봇(601) 상의 비콘에 대한 로봇의 위치를 정확히 알기 위해, 로봇은 알려진 포인트를 중심으로 다중 회전을 수행한다. 로봇에 부착된 비콘의 움직임을 추적함으로써 로봇 상의 비콘에 대한 로봇의 정확한 위치를 계산할 수 있다. 이제 카메라 참조 시스템에 대한 로봇의 위치도 알려진다. 로봇과 뼈의 위치가 카메라 참조 시스템에 알려져 있기 때문에 뼈와 로봇 사이의 위치가 결정되어 로봇 제어 절삭을 시작할 수 있다.

(로봇에 부착된) 절삭 도구의 모든 움직임은 뼈에 대해 결정된다. 뼈에 대한 절삭 도구의 올바른 위치를 보장하기 위해 로봇이 뼈의 움직임을 따라갈 수 있다.

뼈 에지/윤곽의 위치 결정

본 발명의 실시형태에서, 뼈 절삭 시스템은 뼈와 보호 시스템 사이의 접촉을 감지하기 위한 센서를 포함할 수 있다. 이 정보는 뼈의 에지를 감지하고 종래 기술 시스템에 비해 뼈 윤곽을 더 근접하게 따르는 데 사용될 수 있다. 이러한 정보는 예를 들어 CT 스캔 또는 형상 모델로부터 얻어진 뼈 형상과 관련된 데이터와 함께 사용될 수 있다.

도 20은 뼈의 에지를 감지하는 본 발명에 따른 뼈 절삭 시스템의 일 실시형태를 도시한다. 보호 요소의 개입 부분, 예를 들어, 연조직 보호 후크(131)는 뼈의 에지를 따라 프로빙 동작을 수행한다. 보호 요소(131)와 뼈 사이의 접촉은 예를 들어 보호 시스템의 센서, 예를 들어, 보호기 지지 장착부에 통합된 로드 셀에 의해 감지된다. 뼈가 감지되는 위치는 실제 뼈 위치와 절삭기 보호기 조립체의 도출 경로를 업데이트하는 데 사용된다. 이 기술은 작은 분할 및 정렬 에러를 보상 가능하게 한다. 실험적 테스트에 따르면 실제 물리적 뼈 윤곽 위치를 3배 더 정확하게 예측할 수 있는 것으로 나타났다. 실제 물리적 윤곽의 위치에 대한 에러는 능동 뼈 윤곽을 따르지 않고 1.51㎜(SD = 0.31)의 일 예시적인 테스트에서 발생했다. 능동 뼈 윤곽을 따르는 경우 실제 뼈 윤곽 예측에 대한 에러는 0.44㎜(SD = 0.29)로 감소했다.

보호 요소(131)의 프로빙 동작의 일례가 이후 설명되고 도 20에 도시된다. 예시적인 프로빙 동작은 다음 단계를 포함하는 반복 동작이다:

1. 보호 후크(131)가 뼈 표면 쪽으로 이동한다.

2. 힘 센서가 후크와 뼈의 접촉을 감지하면 이 포인트의 위치를 측정하고 움직임을 중지한다.

3. 후크는 예를 들어 1㎜ 내지 3㎜의 거리까지 반대 방향(뼈 표면으로부터 멀어지는 방향)으로 이동한다.

4. 후크는 뼈로부터 동일한 거리(위에서 정의한 대로)를 유지하면서 뼈를 따라 이동한다. 이 움직임을 수행하기 위해 뼈의 형상(CT 기반 또는 형상 모델 기반)이 사용된다. 이 단계 동안 뼈가 절삭된다.

5. 후크가 뼈의 원주를 따라 미리 정해진 거리(예를 들어, 1㎜ 내지 20㎜) 더 이동하면 뼈의 원주를 따른 움직임을 중지하고 보호 후크가 다시 뼈의 표면을 향해 이동한다.

6. 단계 1로 돌아간다.

이 공정은 절제가 완료될 때까지 반복된다. 단계 2의 측정된 포인트는 실제 뼈 위치의 예측을 최적화하는 데 사용된다. 처음에 뼈의 위치는 단지 뼈 정렬 공정에 기초하여 정해지지만 이것은 정렬 공정에서 에러가 불가피하므로 완벽하게 정확하지는 않다. 또한 뼈의 형상은 완벽하지 않다. 형상이 CT 스캔에 기초하는 경우 정확도는 스캔 해상도 및 분할 공정에 의해 제한되고, 형상이 형상 모델에 기초하는 경우, 정확도는 모델 및 입력 포인트의 양에 의해 제한된다. 뼈의 가상 형상/윤곽의 위치를 조절하는 알고리즘은 보호 후크의 위치에서 로컬 에러를 최소화하도록 설계된다. 뼈 위치의 로컬 정확도는 이 정보에 기초하여 보호 요소의 향후 경로가 결정되기 때문에 가장 중요하다. 보호 요소의 향후 움직임 동안 요소는 연조직의 관통 및 뼈와의 충돌을 피하면서 뼈의 원주를 따라 가능한 한 근접하게 이동해야 한다.

뼈 에지 위치 정보의 사용

능동 로봇 시스템에서 로봇은 절삭 동작을 완전히 자동으로 수행한다. 이러한 시스템에서 접촉 측정에 대한 정보는 보호 요소가 뼈와 충돌하지 않고 뼈의 에지를 가능한 근접하게 따라가는 것을 보장하도록 로봇의 계획을 조절하도록 뼈 위치의 추정을 최적화하는 데 사용된다.

반 능동 로봇 시스템에서 외과의는 로봇과 함께 능동적으로 작업하여 절삭 동작을 수행한다. 제1 가능한 변형예에서 외과의는 로봇을 손으로 움직일 수 있지만, 로봇은 절삭 도구가 올바른 평면 내에 있고 절삭 도구가 연조직을 관통하지 않는 것을 보장하기 위해 안전한 동작 범위로 움직임을 제한한다. 이 경우, 뼈 접촉에 대한 정보를 다시 사용하면 (로컬) 뼈 위치의 추정을 최적화하고 이에 따라 안전한 동작 범위를 조절할 수 있다. 또한 외과의가 도구를 올바른 방향으로 안내하는 것을 지원할 수 있도록 뼈와 접촉할 때 햅틱(진동, 억제력), 시각적 또는 청각적 피드백을 외과의에게 제공할 수 있다.

다른 반 능동 변형예에서, 로봇 아암이 사용되지 않으며, 도구가 올바른 절삭면 내에 머무르는 것을 보장하기 위해 기계적 지지 또는 메커니즘의 도움으로 도구가 수동으로 이동된다. 보호 디바이스가 뼈의 에지를 정확하게 따라가는 것을 보장하기 위해 보호 디바이스에 하나 이상의 방향으로 능동 움직임이 부과되어 절삭기와 함께 움직인다. 이러한 방식으로 외과의는 뼈의 에지를 거의 따르는 절삭면을 따라 도구를 이동시키면서, 보호 요소는 뼈의 에지를 따라 프로빙 동작을 수행하기 위해 절삭기의 길이 방향으로 이동한다. 이러한 방식으로, 보호 요소는 외과의의 움직임 에러를 보상함으로써 뼈의 에지를 근접하게 따라갈 수 있다. 시스템은 예를 들어, 동작 범위의 중심에 디바이스를 유지하기 위해 외과의에게 피드백을 제공할 수 있다.

수동 동작형 변형예에서, 수동 도구는 이 측정을 추가함으로써 스마트 디바이스로 변환될 수 있다. 보호 요소와 뼈 사이의 접촉에 대한 피드백은 햅틱(진동), 시각 또는 청각 신호를 통해 외과의에 제공되어 외과의가 도구를 올바른 방향으로 안내하도록 지원할 수 있다. 또한 피드백은 외과의에 그래픽/시각적 피드백을 제공하기 위해 예를 들어 증강 현실을 통해 수술용 내비게이션 시스템에 통합될 수 있다.

뼈에 가해지는 세장형 절삭 도구의 절삭력을 결정하기 위한 센서 피드백

절삭 속도를 계산하기 위해, 도 21에서 더 설명하는 바와 같이 적응적으로 업데이트될 수 있는 예측 모델이 사용된다. 모델은 절삭기의 최대 허용 절삭 힘 및 편향에 따라 최대 허용 절삭 속도를 계산한다. 최대 허용 힘은 절삭 디바이스 자체와 뼈를 불안정하게 하지 않고 뼈에 가해지는 최대 힘에 의해 정해진다. 모델은 CT 이미지 데이터에 기초한 뼈의 밀도 맵을 사용하거나 또는 뼈의 구조, 즉 해면질 또는 피질 뼈에 기초한 단순화된 모델을 사용할 수 있다. 두 구조는 밀도와 강도가 다르기 때문에 절삭력이 다르다. 뼈 구조에 대한 정보는 결과 절삭력을 계산하기 위해 로컬 절삭 속도와 결합된다. 후크 팁의 주어진 선형 속도(v_{후크_팁}) 및 각속도(ω_{후크_팁})에 기초하여 분산 밀링 속도(v_{밀_분포})가 계산된다. 절삭 속도와 절삭력 사이의 경험적 관계와 함께 분산 절삭력(F_{밀_분포})이 결정된다. 분산 절삭력으로부터, 절삭기가 절삭 모터 조립체에 가하는 총 밀링 힘(F_{밀_총합}) 및 총 밀링 토크(T_{밀_총합})와 밀링 편향이 계산된다. 최적화 알고리즘을 통해 최대 밀링 힘, 토크 및 밀링 편향에 대응하는 최대 선형 및 각도 후크 팁 속도가 계산된다.

힘 센서에 의해 측정된 절삭력, 예를 들어, 도 6에 도시된 센서(511)에 의해 측정된 절삭력은 예측 편차를 보상하고 예측 모델을 업데이트하는 데 사용될 수 있다. 모든 계산은 실시간으로 수행된다. 이를 통해 최대 허용 힘과 밀링 편향을 초과하지 않고 가장 빠른 절삭 시간을 얻을 수 있다. 밀링 힘과 밀의 편향을 제한하기 위해 실제 절삭 길이와 밀 부하를 실시간으로 계산할 수 있다. 모멘트(moment)에 따라 밀의 일부만 또는 전체 길이를 사용하여 뼈를 절삭할 수 있다.

뼈 절삭 도구를 지지하는 분리기

본 발명의 일부 실시형태에서, 밀링 절삭기의 제2, 일반적으로 비 구동 말단은 굴곡 부분과 접촉한다. 밀링 절삭기의 헤드 및 굴곡 부분은 세장형 절삭 도구의 제2 말단을 수용하기 위한 지지 부분을 포함할 수 있다. 세장형 절삭 도구의 제2 말단 및 지지 부분은 예를 들어 서로 맞물리는 결합 부분일 수 있다. 예를 들어, 굴곡 부분은 제1 양태의 실시형태에서 설명된 바와 같이 베어링을 포함할 수 있다. 이러한 지지 부분은 샤프트(224)가 굴곡될 위험이 적기 때문에 절삭기(220)의 더 높은 강성을 허용할 수 있다. 따라서, 더 높은 압력 및 절삭 속도가 달성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 더 얇은 밀링 절삭기(220)가 사용될 수 있으며, 이는 절삭 공정의 침습성을 감소시킨다.

2 단계 절삭 및 1 단계 절삭.

본 발명의 일부 실시형태에서, 뼈 절삭 도구의 절삭 부분은 도구의 거의 전체 길이를 따라 절삭이 발생하도록 도구의 대부분의 길이를 따라 연장될 수 있다. 절삭기의 길이의 대부분을 따라 연장되는 절삭 부분(233)을 갖는 밀링 절삭기(230)가 도 6에 도시되어 있다. 일반적으로, 절삭 부분이 제공되는 밀링의 전체 길이가 절삭에 사용될 수 있다. 밀링의 비 절삭 길이는 밀링 공정을 방해하지 않으며 공정과 관련이 없다. 일반적으로 비 절삭 길이는 절개 영역과 보다 부피 있는 모터 연결부 사이에 약간의 거리를 도입하기 위해 제공된다. 이것은 슬롯 절삭을 위해, 예를 들어, 단일 단계에서 뼈를 슬롯 절삭 및 슬라이싱하는 데 사용될 수 있다.

도 6의 절삭기(230)를 사용할 수 있는 2 단계 절삭과 1 단계 절삭의 차이점은 이후 설명된다.

도 4는 개방된 뼈의 단면도를 도시하는 반면, 도 14는 상위 부분이 부분적으로 제거된 상태의 뼈를 도시한다. 예를 들어, 인대와 접촉하지 않는 뼈 부분은 쉽게 제거될 수 있다. 이후, 뼈의 일부, 예를 들어, 인대가 거의 또는 전혀 없는 부분은, 예를 들어, 시각적 검사에 의해 또는 매핑에 의해 절삭될 수 있다. 도 14는 뼈의 상위 부분이 제거된 것을 도시하지만, 선택 사항으로, 보호 요소 없이, 예를 들어, 아암이 제거된 상태에서, 또는 굴곡 부분이 없이 아암(311)이 있는 상태에서 밀로 절삭하는 것에 의해 더 적은 인대를 갖는 뼈의 영역에 슬롯(403)을 제공할 수 있고, 이에 의해 밀링 절삭기(220)의 상부(또는 헤드 단부(221))를 드러내서 도 5에 도시된 바와 같이 절삭에 사용할 수 있다. 아암을 제거하지 않으면 아암이 여전히 냉각 및/또는 흡인을 제공할 뿐만 아니라 뼈를 지지하여 블레이드의 기울기를 안내하고 줄일 수 있는 장점을 제공한다. 인대와 가장 많이 접촉하는 뼈 벽 부분은 절삭 없이 남겨질 수 있으며, 슬롯 절삭이 제공되는 경우에도 뼈 벽(401)에 의해 둘러싸인 중공 구역(405)이 남겨질 수 있다.

제1 단계의 단부에서, 도 4에 도시된 바와 같이 외부 표면(402)을 포함하는 뼈 벽(401)이 닿지 않은 채로 남겨진다. 제2 단계는 뼈 벽(401)을 제거하는 보다 섬세한 동작을 포함한다. 벽을 제거하기 위해 본 발명의 실시형태에 따른 분리기가 사용될 수 있고, 따라서 외부 표면(402)에 존재하는 인대를 보호할 수 있다. 따라서, 재료가 뼈 벽(401)을 떠나 거칠고 빠르게 그러나 부분적으로 제거된 후, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 분리기를 사용하여, 예를 들어, 밀링 절삭기(220) 및 분리기(121)를 사용하여 벽을 조심스럽게 제거하는 일이 후속한다. 이것은 두 단계로 안전한 방식으로 뼈를 완전히 절개할 수 있다.

제1 단계는 다른 뼈 절삭 도구를 사용하여 수행될 수 있고 또는 분리기를 제거한 상태에서 본 발명의 실시형태에서와 동일한 뼈 절삭 도구를 사용하여 수행될 수 있다. 분리기가 제거되면 뼈 절삭 도구를 사용하여 뼈 내부로부터 뼈 재료를 제거할 수 있고, 뼈 절삭 도구를 사용하여 많은 인대를 포함하는 뼈 표면(402)으로부터 안전한 거리까지 도달할 수 있는 거친 예비 절삭을 수행할 수 있다. 일부 실시형태에서, 아암은 굴곡 부분 없이 유지될 수 있다. 아암은 슬롯을 통해 안내를 제공하거나 시술 동안 흡인 또는 냉각(예를 들어, 냉각수)을 제공하는 데 여전히 사용될 수 있다. 이것은 도 5에 도시되어 있다. 다른 실시형태에서, 아암과 굴곡 부분은 모두 제거될 수 있다. 예를 들어 밀링 볼을 사용하여 뼈 절삭 도구의 상부 부분(예를 들어, 헤드 단부)을 드러낼 수 있기 때문에 천공 및 드릴링도 가능할 수 있다. 그런 다음 천공에 의해 남겨진 측벽은 도 14에 도시된 바와 같이 예를 들어 원형 톱으로 제거될 수 있다.

본 발명은 또한 두 단계가 아닌 단일 단계로 뼈를 완전히 절개할 수 있다. 절삭 제어는 절삭 표면 및/또는 속도의 규칙성을 높이기 위해 유리하게 사용될 수 있다.

밀링 절삭기(230)의 절삭 부분(233)이 그 길이의 대부분을 덮는 것이 유리하다. 이 실시형태는 도 6 및 도 10에 도시되고, 도 10의 확대된 부분(Z)은 시술을 도시한다. 굴곡 부분(131)은 뼈의 바깥쪽에 남아 있으며, 굴곡 부분의 포인트는 표면에 놓여 있고 움직이는 동안 인대와 같은 임의의 재료를 들어올린다. 절삭 부분(233)은 절삭될 뼈의 평균 폭에 가깝거나 평균 폭보다 더 큰 길이를 가질 수 있다. 절삭은 인대가 많지 않을 것으로 예상되는 구역에서 시작될 수 있으며, 굴곡 부분은 인대 밀도가 높고 불규칙성이 있는 뼈의 측면을 향한다. 절삭 길이가 긴 밀의 경우 단일 단계로 절삭을 수행할 수 있지만 보호 요소 없이 내부를 먼저 절삭하는 반면, 제2 단계로 나머지 에지를 보호 요소를 사용하여 절삭하는 2 단계 공정을 사용할 수도 있다. 절삭 길이가 짧은 밀을 사용하는 경우 이러한 2 단계 공정이 항상 필요하다.

절삭 부분(233)이 변형을 받는 것으로 인해, 전체 뼈를 단일 단계로 절삭하는 경우, 이 실시형태에서 밀링 절삭기(230)는 굴곡 부분(131)에 의해, 예를 들어, 굴곡 부분의 베어링에 의해 지지되는 것이 바람직하다. 이것은 또한 회전 안정성을 향상시키고 얇은 절삭기를 사용할 수 있게 한다. 베어링(154)은 도 12에 도시되어 있다. 베어링은 롤러 베어링, 슬라이딩 베어링, 유체 역학 베어링 등으로 만들어질 수 있다. 다른 베어링 유형의 조합도 가능하다. 금속 또는 플라스틱 접촉 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어 내부에서 공급되는 물 윤활을 포함하지만 이로 제한되지 않는 윤활이 사용될 수 있다.

도 13은 내부 도관, 예를 들어, 수 채널(water channel)(332, 333)을 포함하는 아암(331)의 예시적인 실시형태를 도시한다. 이 실시형태에서, 보호 요소(161)는 확대된 부분(Z2)에서 상세하게 도시된 유체 역학 베어링(164)을 갖는 굴곡 부분이며, 아암과 굴곡 부분은 베어링 시스템, 예를 들어, 베어링(164) 및/또는 베어링 부시(165)에 유체(예를 들어, 물)를 제공하기 위해 내부 채널(334)을 포함한다. 이들은 밀링 절삭기(230)의 움직임으로 인한 온도 상승이 톱과 베어링 시스템 내부에서 감소하기 때문에 양호하고 안정적인 베어링을 제공하고 높은 회전 속도 및/또는 더 긴 회전 시간을 허용한다.

본 발명은 자동 절삭 수단을 포함할 수 있다. 도 15는 자동화된 절삭을 가능하게 하는 로봇 아암(234) 및 내비게이션 시스템을 사용한 설정을 도시한다. 이것은 적절한 하드웨어 및 소프트웨어, 예를 들어, 매핑 소프트웨어를 사용하여 환자 스캔으로부터의 데이터 등을 통해 사용될 수 있다. 위치 결정 또는 안내 시스템(601, 602)은 그 상대적 위치를 제어하기 위해 뼈(400) 및 로봇 아암(234)에 존재할 수 있다.

본 발명은 대안적으로 뼈 절삭 시스템을 수동으로 동작시키는 수단을 포함할 수 있다. 도 16 및 도 17은 뼈에 장착된 추적 시스템(602), 및 관절식 연장 기구의 지지를 제어하는 절삭면에 장착된 추적 시스템(602)을 갖는 수동 동작식 변형예를 도시한다. 절삭기(230)는 수동으로 (예를 들어, 드릴에서와 같이 버튼 또는 트리거를 누름으로써) 활성화되고 또한 수동으로 이동된다. 예를 들어, 관절식 연장부(235)가 프레임(232)에 부착될 수 있고, 드릴의 움직임을 평면으로 제한할 수 있다(절삭 경로가 평면으로 제한됨). 관절식 연장부(235)는 도 16에 도시된 바와 같이 뼈(400)에 고정(예를 들어, 부착, 결속, 클램핑, 나사 체결 등)될 수 있고 또는 대안적으로, 예를 들어, 아암, 예를 들어, 도 17에 도시된 로봇 아암(234)과 같은 외부 물체에 고정될 수 있다.

도 6의 실시형태로서의 밀링 절삭기(230)가 도 15, 도 16 및 도 17에 도시되어 있지만, 임의의 다른 절삭 수단이 자동 절삭 수단과 함께 (예를 들어, 로봇 아암 및 내비게이션 시스템과 함께) 사용될 수 있고, 또는 수동 동작 수단과 함께 사용될 수 있다. 대안적으로, 반 자동 동작이 수행될 수 있으며, 이에 따라 조작자와 시스템 간에 협력적인 상호 작용이 있을 수 있다.

보호 요소의 개요

도 18은 상이한 보호 요소를 도시한다. 최상위 도면의 보호 요소(101)는 도 1을 참조하여 설명된 플레이트이다. 하위 2개의 열은 4개의 상이한 실시형태의 정면도 및 측면도를 나타낸다. 왼쪽에서 시작하여 제1 실시형태는 도 12에 도시된 바와 같이 밀의 직경보다 더 넓은 굴곡 부분(151)을 포함하는 보호 시스템을 보여준다. 제2 실시형태는 뼈의 표면을 긁지 않고 표면으로부터 느슨한 부드러운 재료만을 분리시키는 부드럽고 둥근 팁을 가진 굴곡 부분(171)을 포함하는 보호 시스템을 도시한다. 이 특정 실시형태에서, 지지 베어링은 제공되지 않는다. 제3 실시형태는, 예를 들어, 도 4에 도시된 실시형태를 참조하여 설명된 바와 같이 뼈 표면으로부터 연조직을 분리하기 위해 날카로운 팁을 갖는 굴곡 부분(121)을 포함하는 보호 시스템을 도시한다. 제4 실시형태는 절삭 밀을 완전히 가리지 않는 절반 굴곡 부분(181)을 포함하는 보호 시스템을 도시한다. 적절한 절삭 방향과 배향을 제공하여 밀이 절삭 슬롯으로부터 돌출되지 않도록 보호 기능을 제공할 수 있다. 보호 요소에 다른 특징을 추가하거나 통합할 수 있다. 예를 들어, 뼈로부터 연조직을 분리하기 위해 전기 소작 칼을 에지에 통합할 수 있고 또는 뼈로부터 연조직을 제거하는 데 고압 워터젯을 사용할 수 있다. 또한 분리 기능을 향상시키기 위해 분리기에 기계적인 움직임을 부여할 수 있다.

본 개시는 주로 밀링 절삭기를 다루지만, 다른 길이 방향 절삭 도구, 예를 들어, 도 19에 도시된 바와 같은 왕복 톱이 사용될 수 있다. 밀러 절삭기 및 왕복 톱(240)은 모두 일반적으로 액추에이터(222)에 연결되는 근위 단부(242), 및 근위 단부에 반대되는 원위 단부를 갖는 길이 방향 부재를 포함한다. 절삭 부분(243)은 원위 단부 또는 헤드 단부(241)로부터 근위 단부(242)를 향해 연장된다. 절삭 부분(243)은 일반적으로 밀링 절삭기에서와 같이 나선형 그루브가 아니라 톱니 형상의 톱니를 포함하는 적어도 하나의 측면에 절삭 영역을 포함한다. 또한, 밀링 절삭기에서 헤드 단부는 절삭 부분을 포함할 수 있지만, 왕복 톱의 경우 헤드 단부(241)는 평평하지만 이는 연조직에 충격을 주는 것에 의해 손상을 야기할 수 있다. 본 발명의 실시형태에서, 적어도 헤드 단부(241)는 보호 요소의 굴곡 부분(171)에 의해 덮이거나 가려져서, 적어도 측면 절삭 영역이 절삭을 수행하는 동안 연조직에 닿지 않는다. 이 경우, 굴곡 부분(171)은 베어링을 포함하지 않지만, 시스템은 도면에 도시된 바와 같이 굴곡 부분에 또는 톱날을 지지하는 아암(311)에 안내 또는 지지 탭(172)을 포함할 수 있다.

굴곡 부분(171)은 헤드 단부(241)만뿐만 아니라 절삭 부분(243)의 작은 부분을 덮을 수 있다는 것이 주목된다. 이것은 또한 밀링 절삭기의 경우이다.

요약하면, 뼈 절삭 도구가 인대와 뼈 표면 사이에 쐐기로 박혀 뼈 절삭 도구와 함께 이동하는 분리기를 사용하는 것에 의해 절삭하는 동안 뼈 절삭 도구가 뼈 영역에 도달하기 전까지 뼈의 영역으로부터 인대를 분리할 수 있는 뼈 절삭 도구가 제공된다. 예를 들어 뼈에 가해지는 힘을 직접 또는 간접 측정하기 위한 센서와 같은 센서를 사용하여 뼈의 에지의 위치를 결정할 수 있다. 예를 들어, 세장형 뼈 절삭 도구에 가해지는 힘을 직접 또는 간접 측정하기 위한 센서와 같은 센서는 뼈에 가해지는 절삭기의 절삭 힘을 결정하는 데 사용될 수 있다. 결정된 절삭력은 세장형 절삭 도구에 가해지는 최대 허용 절삭력을 초과하지 않으면서 최대 절삭 속도를 달성하도록 절삭 속도를 조절하여 세장형 절삭 도구에 가해지는 응력이나 세장형 절삭 도구의 파손을 피하거나 제한하여 뼈에 가해지는 힘을 제한함으로써 세장형 절삭 도구의 굴곡을 피하거나 제한하는 것에 의해 편평한 절삭을 얻는데 사용될 수 있다.

예로서, 본 발명의 실시형태는 이들로 제한되지 않고, 뼈 절삭 실험의 예가 추가로 논의된다. 실험에서, 뼈 절삭 도구는 절삭 길이가 길고 직경이 작은 밀에 기초하였으며, 이에 의해 뼈 절삭 도구가 본 발명의 일 실시형태에 따른 보호 요소와 추가로 결합되었다. 이것은 작은 절삭 길이를 고려하여 다른 단계를 적용해야 한다는 사실로 인해 느린 절삭 공정을 갖는 문제를 극복할 수 있다. 또한 파라미터를 적절히 선택하여 양호한 열 거동을 생성했으며, 이는 의학적 이유를 고려할 때 중요하다. 또한 본 발명의 일 실시형태에 따른 뼈 절삭 도구를 사용하여 나머지 뼈 표면의 열 괴사를 감소시켰으며, 이는 시멘트 없는 임플란트의 자연적인 성장을 개선하고 임플란트의 풀림 위험을 감소시켰다.

본 발명의 실시형태의 장점은 지지된 제2 말단, 즉 베어링을 통해 지지된 제2 말단을 통해 긴 밀을 사용할 수 있다는 것이다. 이러한 시스템은 연조직을 절삭할 위험을 줄인다. 긴 절삭 길이, 예를 들어, 적어도 45㎜(그러나, 예를 들어, 슬관절 전체 치환술의 경우에는 더 길 수 있음)를 사용하면 한 번의 절삭 동작으로 절삭을 수행할 수 있어 더 빠른 인터벤션이 가능하다. 밀의 작은 직경, 예를 들어, 2㎜ 내지 5㎜, 예를 들어, 약 4㎜의 직경은, 모든 재료를 밀링하는 대신 슬롯 절삭을 가능하게 하여 더 적은 침습적 기술을 생성한다. 이 더 적은 침습적 기술은 다른 구조물을 손상시킬 위험을 낮추고 사용해야 할 힘을 낮춘다.

최소 밀 직경은 절삭 도구의 절삭 부분을 양호하게 지지하여 도구의 굴곡 및 파손을 방지함으로써만 이용될 수 있다. 이것은, 구동 말단에 더 큰 직경을 제공하고/하거나, 예를 들어 위에서 설명한 보호 시스템 또는 보호 요소에 통합된 제2 말단에 베어링 지지를 제공함으로써 지지된다. 본 발명의 실시형태의 장점은 기존 시스템에 비해 절삭 부분의 직경 감소를 달성할 수 있다는 것이다.

상기 실시형태를 사용하면, 최소 침습 방식으로 단일 단계로 슬롯 절삭을 얻을 수 있다.

실험에서, 이 밀링 절삭기를 사용하여 양호한 결과를 얻으려면 양호한 밀링 형상 및 절삭 동작 파라미터를 선택하는 것이 필수적이라는 것이 분명했다. 잘 선택하면, 해로운 열 괴사 영향을 기존 기술에 비해 4배만큼 줄일 수 있다. 이것은 임플란트 풀림을 피하고 시멘트 없는 임플란트를 통해 내부 성장을 가능하게 하는 데 매우 유용하다. 또한 이러한 최적의 밀링 파라미터의 결과로 절삭의 평탄도와 정확도가 기존 기술에 비해 크게 향상되었다. 또한 이것은 기존 기술에 비해 절삭력을 낮추어 절삭 동작 중 뼈의 움직임으로 인한 에러를 줄여준다. 추가 양태에서, 본 발명은 또한 수술할 개체의 뼈를 절삭하기 위한 뼈 절삭 시스템에 관한 것이다. 이 양태에 따른 뼈 절삭 시스템은 뼈를 절삭하도록 적응된 세장형 수술용 뼈 절삭 도구를 포함한다. 세장형 수술용 뼈 절삭 도구는 세장형 수술용 뼈 절삭 도구를 절삭 로봇 또는 기계에 고정하기 위한 제1 말단, 및 세장형 수술용 뼈 절삭 도구의 단부에서 제1 말단의 반대쪽에 제2 말단을 갖는다. 뼈 절삭 시스템은 세장형 뼈 절삭 도구 또는 세장형 뼈 절삭 도구의 프레임에 부착 가능한 보호 요소를 포함하는 보호 시스템을 더 포함한다.

보호 요소는 보호 요소가 세장형 뼈 절삭 도구 또는 세장형 뼈 절삭 도구의 지지부에 부착될 때 세장형 뼈 절삭 도구의 제2 말단의 적어도 일부를 덮는 개입 부분을 포함하고, 개입 부분은 뼈 절삭 도구가 뼈를 둘러싼 연조직을 절삭하는 것을 방지하기 위해 세장형 절삭 도구로 절삭하는 동안 뼈를 둘러싸는 연조직과 뼈 절삭 도구 사이에 개입된다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 보호 요소는 세장형 뼈 절삭 도구의 제2 말단의 적어도 일부를 수용하고 지지하기 위한 지지 부분을 더 포함한다. 이러한 지지는 일반적으로 세장형 뼈 절삭 도구의 제2 말단과 지지 부분 사이의 접촉, 예를 들어, 직접 접촉을 통해 얻을 수 있다.

실시형태는 이들로 제한되지는 않지만, 본 양태의 실시형태는 특히 유리하게는 길고 얇은 세장형 뼈 절삭 도구, 예를 들어, 단일 절삭 동작으로 절삭을 수행할 수 있는 세장형 뼈 절삭 도구와 함께 사용될 수 있다. 긴 절삭 길이, 예를 들어, 적어도 45㎜(그러나 예를 들어 전체 슬관절 치환술의 경우에는 더 길 수 있음)는 단일 절삭 동작으로 절삭을 수행할 수 있어서 더 빠른 인터벤션이 가능하다. 유리하게는, 이러한 긴 절삭 길이는 밀의 작은 직경, 예를 들어, 2㎜ 내지 5㎜, 예를 들어, 약 4㎜의 직경과 결합되어 모든 재료를 밀링하는 대신 슬롯 절삭을 허용하여 더 적은 침습적 기술을 제공한다. 후자는 다른 구조물을 손상시킬 위험을 낮추고 사용해야 하는 힘을 낮춘다. 이러한 긴 길이 또는 최소 밀 직경은 절삭 도구의 절삭 부분을 잘 지지하여, 도구의 굴곡 및 파손을 피함으로써만 이용될 수 있다. 지지 부분은 제2 말단에서 베어링 지지부일 수 있다. 상기 실시형태를 사용하면 최소 침습 방식으로 단일 단계로 슬롯 절삭을 얻을 수 있다. 본 양태의 실시형태의 다른 특징은 제1 양태에서 설명된 바와 같을 수 있지만, 이에 의해 뼈에 가해지는 보호 요소의 접촉력을 추출하기 위한 적어도 하나의 센서는 선택 사항이라는 것이 주목된다. 본 발명의 실시형태의 예는 도 1 내지 도 19에 도시되어 있으며, 이에 의해 도시될 때 보호 요소의 접촉력을 추출하기 위한 적어도 하나의 센서는 선택 사항인 것으로 이해된다.

Claims (16)

1. 개체의 뼈를 절삭하기 위한 뼈 절삭 시스템으로서,
   상기 뼈 절삭 시스템은 상기 뼈를 절삭하도록 적응된 세장형 수술용 뼈 절삭 도구(200, 220, 230)를 포함하되, 상기 세장형 수술용 뼈 절삭 도구(200, 220, 230)는 상기 세장형 수술용 뼈 절삭 도구를 절삭 로봇 또는 기계에 고정하기 위한 제1 말단(252), 및 상기 세장형 수술용 뼈 절삭 도구의 일 단부에서 상기 제1 말단과 반대쪽에 제2 말단(254)을 갖고, 상기 뼈 절삭 시스템은 보호 시스템(100)을 더 포함하고, 상기 보호 시스템(100)은 상기 세장형 뼈 절삭 도구 또는 상기 세장형 뼈 절삭 도구의 프레임에 부착 가능한 보호 요소(101, 111, 121, 131, 141, 151, 161)를 포함하고,
   상기 보호 요소가 상기 세장형 뼈 절삭 도구 또는 상기 세장형 뼈 절삭 도구의 프레임에 부착될 때 상기 보호 요소는 상기 세장형 뼈 절삭 도구의 제2 말단의 적어도 일부를 덮는 개입 부분을 포함하고, 상기 개입 부분은, 상기 뼈 절삭 도구(200, 220, 230)가 뼈를 둘러싼 연조직을 절삭하는 것을 방지하기 위해, 상기 세장형 절삭 도구로 절삭하는 동안 뼈를 둘러싸는 연조직과 상기 뼈 절삭 도구(200, 220, 230) 사이에 개입되고,
   상기 세장형 절삭 도구로 절삭하는 동안 상기 보호 요소는 상기 뼈 절삭 도구(200, 220, 230)와 일치하여 따르고, 상기 뼈 절삭 시스템은 뼈에 가해지는 상기 보호 요소의 접촉력을 추출하기 위해 적어도 하나의 센서(500, 511)를 포함하는, 뼈 절삭 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서는 뼈에 가해지는 상기 보호 요소의 접촉력을 감지하기 위해 상기 보호 요소에 제공되거나 통합된 센서(500)를 포함하는, 뼈 절삭 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서는 상기 세장형 수술용 뼈 절삭 도구와 뼈 사이의 상호 작용을 감지하기 위해 상기 세장형 수술용 뼈 절삭 도구 또는 상기 세장형 수술용 뼈 절삭 도구의 프레임에 제공되는 센서(511)를 포함하는, 뼈 절삭 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 시스템은 상기 세장형 수술용 뼈 절삭 도구와 뼈 사이의 상호 작용을 감지한 것에 기초하여 뼈에 가해지는 상기 보호 요소의 접촉력을 도출하도록 적응된, 뼈 절삭 시스템.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개입 부분은 상기 세장형 절삭 도구의 제2 말단의 적어도 일부를 덮기 위해 굴곡 부분인, 뼈 절삭 시스템.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호 시스템은 상기 보호 요소(111, 121, 131, 141, 151, 161, 171)를 유지하기 위한 아암(311, 321, 331)을 더 포함하고, 상기 아암(311, 321, 331)은 상기 절삭 로봇 또는 기계의 상기 뼈 절삭 도구 또는 상기 뼈 절삭 도구의 프레임(222, 232)에 부착될 수 있고, 상기 아암은 상기 뼈 절삭 도구로 절삭하는 동안 상기 뼈 절삭 도구(200, 220, 230)를 따라 가도록 위치된, 뼈 절삭 시스템.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개입 부분은 뼈로부터 연조직을 분리하기 위해 연조직 분리기를 포함하는, 뼈 절삭 시스템.
8. 제7항에 있어서, 상기 연조직 분리기는 날카로운 에지, 뭉툭한 단부, 날카로운 원형 형상, 기계적으로 움직이는 절삭 디바이스, 기계적으로 진동하는 에지, 전기 소작 칼 또는 압력 유체 제트 중 임의의 것인, 뼈 절삭 시스템.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호 시스템은 냉각 시스템(323, 326, 334) 및/또는 파편을 제거하기 위한 흡인기 시스템(322, 325)을 포함하는, 뼈 절삭 시스템.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호 요소(131, 151, 161)는 상기 세장형 뼈 절삭 도구의 제2 말단의 적어도 일부를 수용하고 지지하기 위한 지지 부분을 포함하는, 뼈 절삭 시스템.
11. 제9항에 있어서, 상기 부분은 상기 뼈 절삭 도구(230)의 제2 말단을 지지하기 위한 베어링(154, 164)을 포함하는, 뼈 절삭 시스템.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호 요소의 적어도 일부는 상기 뼈 절삭 도구의 폭보다 더 큰 폭(w_bp)을 갖는, 뼈 절삭 시스템.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개입 부분은 상기 세장형 뼈 절삭 도구의 측 표면의 적어도 일부를 덮는 상기 세장형 뼈 절삭 도구의 제2 말단 위로 구부러지는 굴곡 부분(121, 131, 141, 151, 161, 171)인, 뼈 절삭 시스템.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 공간에서 뼈 및 상기 절삭 도구를 위치시키기 위한 로봇 및 내비게이션 시스템을 더 포함하는, 뼈 절삭 시스템.
15. 제13항에 있어서, 상기 뼈 절삭 시스템은 상기 내비게이션 시스템, 뼈 형상 및 상기 센서로부터의 정보에 기초하여 자동화된 절삭을 수행하기 위한 제어기를 포함하는, 뼈 절삭 시스템.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 뼈 절삭 시스템은 수동으로 절삭을 수행하도록 적응되고, 뼈에 연결되거나 또는 미리 결정된 방향을 따라 상기 시스템을 안내하기 위해 외부 지지대에 연결된 기계적 안내 시스템을 더 포함하는, 뼈 절삭 시스템.

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