KR20210040970A - 기구를 탐색하는 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20210040970A
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제프리 엠 슈밤브
필립 버만
알리 모우라이-아쉬티아니
존 알 프리스코
알라나 엠 레이시
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메드트로닉 좀드 인코퍼레이티드
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Abstract

수술절차에서 사용할 수 있는 기구 조립체가 개시된다. 본 기구는, 작업 부분을 위한 연결부로서, 공구 핸들(106)에 연결되는 연결부를 포함한다. 기구의 위치를 결정할 수 있도록 추적 디바이스(56) 또는 어셈블리가 기구와 연관될 수 있다.

Description

기구를 탐색하는 시스템 및 방법
기구를 추적하는 시스템, 특히 회전식 공구를 사용하는 절차 중에 기구를 추적하는 시스템 및 방법이 개시된다.
본 섹션에서는 본 개시내용과 관련된 배경기술 정보를 제공하는데, 이 배경기술 정보는 반드시 종래 기술은 아니다.
수술 기구(surgical instrument)는 예컨대 대상체의 해부학적 구조의 선택된 부위 내에서의 수술절차(procedure) 등과 같은 수술절차 중에 사용될 수 있다. 수술 기구는 수술절차 중에 대상체의 조직 아래와 같은 곳에서는 사용자의 시야에서 벗어날 수 있다.
따라서, 사용자는 기구(instrument)의 정확한 위치 또는 수술 부위의 상태를 보기 위해 기구를 제거할 필요가 있을 수 있다. 따라서, 소정의 수술절차는 버(burr)와 같은 선택된 수술 기구를 간헐적으로 적용할 필요가 있을 수 있다.
본 섹션은 본 개시내용의 개괄적인 요약을 제공하지만, 본 개시내용의 전체 범위 또는 본 개시내용의 모든 특징들의 포괄적 개시내용은 아니다.
구동기는 선택된 수술절차 동안에 버 또는 기타 절제 또는 피동 기구와 같은 기구에 동력을 공급할 수 있다. 기구는 전동식 공구 핸들과 같은 구동기에 탈착 가능하게 연결될 수 있다. 전동식 공구 핸들은 모터와, 외과의 등과 같은 사용자가 파지할 수 있는 부분을 포함할 수 있다.
수술절차 동안 기구를 사용하는 중에, 사용자는 기구를 탐색하는 것을 원하거나 선택할 수 있다. 기구를 탐색하는 중에, 기구의 적어도 일부의 추적 위치가 결정된다. 기구를 추적하는 중에, 탐색 시스템이 선택된 기간 동안의 대상체 또는 환자의 영상에 대해 상대적인 기구의 위치를 결정하고 보여줄 수 있다.
추적 디바이스는 기구와 상호 연결되어 있거나 기구에 형성되어 있는 선택된 부분을 포함할 수 있다. 기구는 작업 단부(working end), 세장형 축, 및 공구 핸들에 연결되도록 한 허브 또는 연결 부분을 포함할 수 있다. 허브 부분은 추적 디바이스와 같은 다양한 부분을 포함할 수 있다.
또 다른 적용 가능 영역들은 본원에 제공된 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 요약에서의 설명 및 특정 예들은 단지 예시를 위한 것이지, 본 개시내용의 범위를 제한하려는 것이 아니다.
본원에 설명된 도면은 단지 선택된 실시형태들을 예시하기 위한 것일 뿐이지, 모든 가능한 구현예들을 예시하기 위한 것이 아니며, 본 개시내용의 범위를 제한하려는 것이 아니다.
도 1은 추적 시스템을 갖춘 수술실의 환경도이다.
도 2는 다양한 실시형태에 따른 공구 및 기구의 사시도이다.
도 3은 다양한 실시형태에 따른, 추적 디바이스를 갖춘 기구의 상세도이다.
도 4a 내지 도 4c는 다양한 실시형태에 따른, 허브의 장축을 중심으로 회전시킨 기구의 허브 및 커넥터의 여러 평면도이다.
도 4d는 허브의 상세도이다.
도면의 여러 도면들에 걸쳐 대응하는 도면 부호는 대응하는 부품을 나타낸다.
이제, 첨부 도면을 참조하여 예시적 실시형태들을 보다 충분하게 설명할 것이다.
도 1을 먼저 참조하면, 수술절차 중에, 사용자(12)는 선택된 수술절차를 수행하기 위해 탐색 시스템(10)을 사용할 수 있다. 탐색 시스템(10)은 선택된 추적 시스템을 포함하여, 소정의 수술절차를 탐색하는 것을 지원하는 다양한 구성요소를 포함할 수 있다. 추적 시스템은 다양한 로컬라이저(localizer)와 같은 다양한 구성요소들 또는 부분들을 포함할 수 있다. 다양한 로컬라이저는 광학 추적 시스템 및/또는 추적 코일 어레이(TCA) 로컬라이저(14)를 포함하는 전자기 추적 시스템을 포함할 수 있다. 광학 추적 시스템은 TCA(14)와 함께 또는 동시에 사용될 수 있지만, 단지 하나의 추적 시스템만 탐색 시스템(10)과 함께 사용될 수 있다는 것이 이해된다. 따라서, 다양한 실시형태에서, 광학 로컬라이저(82)와 TCA(14) 둘 다가 하나 이상의 기구 또는 단지 하나의 기구를 추적하기 위해 함께 또는 동시에 사용될 수 있다. 기구(16)는 탐색된 수술절차 등과 같은 선택된 수술절차 중에 탐색 시스템(10)을 사용하여 추적될 수 있다.
TCA(14)는 수술절차가 수행되는 대상체(20)에 대해 위치되는 하나 이상의 전도성 코일(18)을 포함할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 소정의 수술절차가 대상체(20)의 머리(20h)에서 또는 그 근처에서 수행될 수 있다. 여기서 더 자세히 논의되는 바와 같이, 대상체 추적 디바이스 또는 조립체(30)는 대상체(20)에, 예컨대 대상체(20)의 머리(20h)에, 연결될 수 있다. 추적 조립체(30)는 동적 기준 프레임(DRF: dynamic reference frame) 또는 환자 추적기로 지칭될 수도 있다.
도 1을 계속 참조하면, 탐색 시스템(10)은 아래에서 논의되는 바와 같이 다양한 특징부들 또는 요소들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 탐색 시스템(10)은 소정의 볼륨 내의 기구(16)의 위치를 결정하거나 추적하는 데 사용될 수 있다. 그 위치는 3차원 X, Y, Z 위치 및 배향 모두를 포함할 수 있다. 배향은 1 이상의 자유도, 에컨대 3의 자유도를 포함할 수 있다. 따라서, 기구(16)의 위치에 대해 적어도 총 6의 자유도가 결정될 수 있다.
기구(16)의 위치 추적은 사용자(12)가 기구(16)를 직접 볼 수 없는 경우에도 사용자(12)가 기구(16)의 위치를 결정하는 데 도움을 줄 수 있다. 로봇 시스템과 같은 무생물 시스템의 수리 또는 조립을 수행하기, 기체 또는 자동차의 부분들을 조립하기 등과 같은 다양한 절차는 사용자(12)의 시야를 차단할 수 있다. 그 밖의 다른 다양한 절차에는 척추 수술절차 수행과 같은 외과 수술절차, 신경 수술절차, 심부 뇌 시뮬레이션 프로브 위치 설정, 또는 생물 대상체에 대한 기타 외과 수술절차가 포함될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 예를 들어, 생물 대상체는 인간 대상체(20)일 수 있고, 인간 대상체(20)에 대해서 수술절차가 수행될 수 있다. 그러나 기구(16)는 임의의 적절한 수술절차를 위해 임의의 대상체에 대해 추적 및/또는 탐색될 수 있는 것으로 이해된다. 인간 또는 생물 대상체에 대한 외과 수술절차와 같은 수술절차를 위해 기구를 추적하거나 탐색하는 것은 단지 예시일 뿐이다.
그럼에도 불구하고, 다양한 실시형태에서, 수술용 탐색 시스템(10)은 본원에서 추가로 논의되는 바와 같이 모든 내용이 본원에 원용되어 포함되는 미국 특허 제RE44,385호; 제7,697,972호; 제8,644,907호; 및 제8,842,893호; 그리고 미국 특허 출원 공개 제2004/0199072호에 개시된 바와 같은 다양한 부분 또는 시스템을 포함할 수 있다. 수술용 탐색 시스템(10)의 구성요소로서 사용되거나 그와 함께 사용될 수 있는 다양한 구성요소는 대상체(20)를 촬상하도록 작동 가능한 영상 시스템(34), 예컨대 O-arm® 영상 시스템, 자기 공명 영상(MRI) 시스템, 컴퓨터 단층촬영 시스템 등을 포함할 수 있다. 대상체 지지대(36)는 영상 촬영 동안 및/또는 수술절차 동안 대상체(20)를 지지하거나 붙잡는 데 사용될 수 있다. 수술절차의 각기 다른 부분들에 대해 동일하거나 각기 다른 지지대가 사용될 수 있다.
영상 데이터는 디스플레이 장치(39)에 영상(38)을 디스플레이하기 위해 외과 수술절차 중에 획득되거나 외과 수술절차 전에 획득될 수 있다. 도 1에 예시된 바와 같이, 기구(16)는 로컬라이저(14)에 통합되는 송신기 안테나 또는 송신 코일 어레이(18)에 의해 생성되는 소정의 추적 가능한 볼륨 또는 탐색 가능한 볼륨 내에서 추적될 수 있다. 기구(16)의 위치는 대상체(20)에 대해서 추적 볼륨 내에서 추적된 후에 디스플레이 장치(39)에 아이콘(16i)으로 예시될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 아이콘(16i)은 영상(38) 상에 중첩되고/되거나 영상(38)에 인접할 수 있다. 본원에서 논의되는 바와 같이, 탐색 시스템(10)은 디스플레이 장치(39)를 포함할 수 있으며, 화상 데이터로부터 화상(38)을 렌더링 및 디스플레이하도록 작동할 수 있다. 또한, 기구(16)의 위치 결정이 디스플레이 장치(39)를 이용하여 예컨대 아이콘(16i)을 사용하여 수행되고 표시될 수 있다.
도 1을 참조하면, 로컬라이저(14)는, 로컬라이저(14)에 통합된 송신 코일 어레이(TCA)(14)의 코일(18)을 이용하여 전자기장을 생성하도록 작동 가능한 전자기(EM) 로컬라이저일 수 있다. TCA(14)는 하나 이상의 코일 그룹 또는 어레이를 포함할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 둘 이상의 그룹이 포함되고, 각 그룹은 트리오 또는 트리플렛이라고도 지칭되는 3개의 코일을 포함할 수 있다. 코일 그룹의 코일을 통해 전류가 구동됨으로써 전자기장이 생성 또는 형성되도록 코일에 전력이 공급될 수 있다. 전류가 코일을 통해 구동됨에 따라, 생성된 전자기장은 코일(18)에서 멀리 확장될 것이고, 예컨대 머리(20h), 척추 뼈, 또는 다른 적절한 부위의 전체 또는 일부를 포괄하는, 탐색 영역 또는 볼륨(50)을 형성할 것이다. 코일(18)은 TCA 제어기 및/또는 전원 공급 장치(52)를 통해 전력을 공급받을 수 있다.
탐색 영역 또는 볼륨(50)은 일반적으로 탐색 공간 또는 환자 공간을 형성한다. 당업계에서 일반적으로 이해하고 있는 바와 같이, 기구(16)가, 예컨대 드릴, 리드 등이, 기구 추적 디바이스(56)를 사용하여 환자 또는 대상체에 대해서 탐색 영역 내에서 추적될 수 있다. 예를 들어, 기구(16)는, 예컨대 사용자(12)에 의해, 대상체(20)에 대해 고정된 DRF(30)에 대해 자유롭게 이동될 수 있다. 추적 디바이스들(30, 56)은 둘 다 자기장 강도 등을 감지하고 측정하는 데 사용되는 추적 또는 감지 코일(예를 들어, 코일에 형성되거나 배치된 전도성 재료)을 포함할 수 있다. DRF(30)에 대해서 기구(16)와 연결 또는 연관된 추적 디바이스(56)로 인해, 탐색 시스템(10)은 DRF(30)에 대한 기구(16)의 위치를 결정하는 데 사용될 수 있다.
탐색 볼륨 또는 환자 공간이 환자의 영상 공간에 정합될 수 있고, 기구(16)를 나타내는 아이콘(16i)이, 디스플레이 장치(39)를 이용하여 탐색되고(예를 들어, 결정되고) 추적되는 위치에 예컨대 화상(38)에 중첩되게 예시될 수 있다. 환자 공간과 영상 공간의 정합과, DRF(30)와 같은 DRF에 대한 추적 디바이스(56)와 같은 추적 디바이스의 위치 결정은, 모든 내용이 본원에 원용되어 포함되는 미국 특허 제RE44,385호; 제7,697,972호; 제8,644,907호; 및 제8,842,893호; 그리고 미국 특허 출원 공개 제2004/0199072호에 개시된 것을 포함하여 당업계에 일반적으로 알려진 바와 같이 수행될 수 있다.
탐색 시스템(10)은 탐색 프로세서 시스템(66)을 더 포함할 수 있다. 탐색 프로세서 시스템(66)은 디스플레이 장치(39), 로컬라이저(14), TCA 제어기(52), 및 그에 대한 기타 부분들 및/또는 연결부들을 포함할 수 있다. 예를 들어, TCA 제어기(52)와 탐색 처리 장치(70) 사이에 유선 연결이 제공될 수 있다. 또한, 탐색 프로세서 시스템(66)은 키보드(69)와 같은 하나 이상의 사용자 제어 입력부를 가질 수 있고/있거나, 예컨대 통합된 상태에서 또는 통신 시스템을 통한 하나 이상의 메모리 시스템(72)과의 통신으로부터의 추가 입력부를 가질 수 있다. 다양한 실시형태에 따른 탐색 프로세서 시스템(66)은 모든 내용이 본원에 원용되어 포함되는 미국 특허 제RE44,385호; 제7,697,972호; 제8,644,907호; 및 제8,842,893호; 그리고 미국 특허 출원 공개 제2004/0199072호에 개시된 것들을 포함할 수 있고/있거나, 콜로라도주 루이스빌에 영업소를 두고 있는 Medtronic Navigation, Inc.에서 판매하는 상업적으로 이용 가능한 StealthStation® 또는 Fusion™ 수술용 탐색 시스템도 포함할 수 있다.
추적 디바이스(30, 56)로 감지된 자기장에 관한 정보를 비롯한 추적 정보는 추적 디바이스 제어기(52)일 수도 있는 TCA 제어기(52)와 같은 통신 시스템을 통해 탐색 프로세서(70)를 포함하는 탐색 프로세서 시스템(66)으로 전달될 수 있다. 또한, 기구(16)의 추적된 위치는 영상(38)에 대해서 아이콘(16i)으로 예시될 수 있다. 탐색 프로세서(70) 및/또는 영상 처리 장치(76)와 통신하는 메모리 시스템(72)을 비롯한 다양한 기타 메모리 및 프로세싱 시스템도 또한 프로세서 시스템(66)에 제공되고/되거나 그 프로세서 시스템과 통신할 수 있다. 영상 처리 장치(76)는 전술한 바와 같은 O-arm® 영상 시스템과 같은 영상 시스템(34)에 통합될 수 있다. 따라서, 영상 시스템(34)은, 갠트리(78) 내에서 이동 가능한, 공급원 및 x-선 검출기와 같은, 다양한 부분들을 포함할 수 있다. 영상 시스템(34)은 또한 추적 디바이스(80)로 추적될 수도 있다. 그러나 영상 시스템(34)은 기구 추적 디바이스(56)를 비롯한 추적 디바이스들을 추적하는 동안에는 존재할 필요가 없다는 것이 이해된다. 또한, 영상 시스템(34)은 MRI, CT 등을 포함하는 임의의 적합한 영상 시스템일 수 있다. 다양한 실시형태에서, 로컬라이저는 또한 광학 카메라 시스템(82)을 포함할 수 있다. 광학 카메라 시스템(82)은 기구(16)를 추적하기 위해 로컬라이저(14)와 함께 또는 로컬라이저의 대안으로 사용될 수 있다.
모든 추적 디바이스로부터의 정보는, 추적된 부분들의 서로에 대한 위치를 결정하기 위해 그리고/또는 기구(16)를 영상(38)에 대해 국부 위치시키기(localizing) 위해, 탐색 프로세서(70)로 전달될 수 있다. 영상 시스템(34)은 대상체(20)의 영상(38)을 생성하거나 만들기 위해 영상 데이터를 획득하는 데 사용될 수 있다. 그러나 다른 적절한 영상 시스템도 사용될 수 있다는 것이 이해된다. TCA 제어기(52)는 전술한 바와 같이 TCA(14)를 작동시키고 그에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있다.
도 1을 계속 참조하면서 도 2 내지 도 4d를 추가로 참조하면, 기구(16)는 원위 또는 작업 단부(100)와 같은 다양한 부분을 포함할 수 있다. 작업 단부(100)는 핸들 또는 공구 핸들(106) 내 모터(104)에 의해 회전되는 버, 그라인더, 절단기, 또는 절단 공구와 같은 선택된 기구 작업 단부 또는 부분으로서 형성될 수 있다. 공구 핸들(106)은 사용자(12)의 한 손으로 잡을 수 있고, 사용자(12)에 의해 조작될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 사용자가 핸들(106)을 잡고 있는 동안 모터(104)의 전원을 켜고 끌 수 있도록 발 스위치가 제공된다. 기구(16)는 세장형 튜브 또는 샤프트(110)를 더 포함할 수 있다. 세장형 튜브(110)는, 미네소타주 미니애폴리스에 영업소를 두고 있는 Medtronic, Inc.에서 StraightShot® M5 파워 핸들과 함께 판매하는 공구와 같은, 내부 및/또는 외부 부분을 포함할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 샤프트(110)는 세장형 튜브 또는 관형 샤프트로 포함될 수 있다.
세장형 튜브(110)를 포함하여 기구(16)는, 작업 단부(100)가 구동되도록 동력이 예컨대 세장형 샤프트(101)에 의해 작업 단부(100)로 공급될 수 있게 하는 내부 캐뉼라를 갖는 외부 벽을 포함할 수 있다. 본원에서 더 논의되는 바와 같이, 작업 단부(100)를 구동하는 샤프트(101)는 허브(120)를 통해 모터(104)와 연결될 수 있다. 허브(120)는 기구(16)를 핸들(106)에 대해 유지 또는 고정하기 위해 콜릿(124)과 맞물릴 수 있다.
다양한 실시형태에서, 관주(irrigation)가 기구(16)를 통해, 예컨대 관주 미늘(226)을 통해 또는 관주 미늘에 의해, 제공될 수 있다. 관주 미늘(226)은 기구(16)를 통해 관주를 제공하기 위해 관주 호스 또는 튜브와 연결될 수 있다는 것이 이해된다. 또한, 기구(16)를 통해 그리고 핸들(106)을 통해서, 예컨대 흡인 튜브(130)를 통해서, 빨아들여지거나 끌어당겨지는 흡인이 이루어질 수 있다. TCA 제어기(52)와 통합될 수 있는 콘솔 또는 제어기에 흡인 튜브(130)와 전기 연결선(132)이 연결될 수 있다. 콘솔 또는 제어기는 Medtronic, Inc.에서 판매하는 콘솔 Medtronic IPC® 전원 및 제어 콘솔 또는 시스템과 유사할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 기구(16)는 사용자(12)에 의해 조작될 때 핸들(106)에 의해 움직여질 수 있으며 동력을 공급받을 수 있다.
다양한 실시형태에서, 추적 디바이스(56)는 허브(120)에 통합될 수 있다. 도 3 내지 도 4c를 예시적으로 참조하면, 추적 디바이스(56)는 기구(16)의 허브(120)에 통합될 수 있다. 도 3에 예시된 바와 같이 기구(16)의 허브(120)는 비트 또는 작업 단부(100)의 샤프트(101)가 관통하는 샤프트(110)에 연결될 수 있다. 샤프트(101)는 허브(120)를 통해 연장되고, 설부(140)에서 종단되고/되거나 설부에 맞물릴 수 있다. 설부(140)는 종단되고/되거나 말단부(142)를 가질 수 있다. 말단부(142)는 핸들(106)의 내부 요소와 맞물리도록 한 맞물림 벽(144)과 같은 키 부분 또는 맞물림 부분을 가질 수 있다. 예를 들어, 모터(104)로부터 연장되는 샤프트는 설부(140)의 맞물림 벽(144)과 맞물릴 수 있다. 모터(104)로부터 연장되는 샤프트와 맞물림 벽(144) 사이의 간섭은 힘이 모터(104)로부터 설부(140)로 전달될 수 있게 한다. 설부(140)가 비트 샤프트(101)에 연결됨에 따라, 작업 단부(100)는 설부(140)를 통해 전달되는 힘으로 인해 회전할 수 있다. 허브(120)를 관통하는 샤프트(101)는 허브(120)가 핸들(106)에 대해 위치되거나 이동될 수 있게 하며 추적 디바이스(56)와 같은 다양한 구성요소들을 그에 갖출 수 있게 할 수 있다.
일반적으로, 비트 샤프트(101), 작업 단부(100), 설부(140), 및 허브(120)인 구성요소들은 예컨대 공급자로부터 단일 조립체로 제공된다. 따라서, 사용자(12)는 기구(16)를 모터(104)를 포함하여 핸들(106)에 단일 동작 또는 조립으로 연결할 수 있다. 또한, 기구는 한 번 사용 또는 일회용 기구일 수 있다. 이는 기구를 기구(16)의 추적을 비롯한 수술절차를 위해 핸들(106)과 함께 사용할 수 있게 하며 이와 동시에 용이성 또는 조립성을 확보할 수 있게 하며 효율적인 살균 준비 및 폐기를 할 수 있게 한다.
허브(120)는 도 4a, 도 4b, 및 도 4c에 더 상세히 예시되며 아래에 설명된다. 허브(120)의 상세도가 도 4d에 예시된다. 먼저, 작업 단부(100) 및 연관된 샤프트(101)는 금속 또는 금속 합금과 같은 선택된 재료로 형성될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 기구(16)의 샤프트(110)도 또한 선택된 금속 또는 금속 합금 재료로 형성될 수 있다. 허브(120)는 샤프트(110)와 하나의 부재로 형성되거나, 그와 별개로 형성될 수 있다. 예를 들어, 허브(120)는 샤프트(110) 상에 오버몰딩되거나 사출성형될 수 있는 선택된 중합체 재료로 형성될 수 있다. 그러나 허브(120)는 샤프트(110)와 별개로 형성되어서 기구(16) 조립 중에 연결될 수 있다는 것이 이해된다. 또한, 허브(120)는 중합체, 공중합체, 금속 합금, 선택된 베어링 재료, 이들의 조합 등과 같은 선택된 적합한 재료로 형성될 수 있다는 것이 이해된다.
허브(120)는 일반적으로 근위 단부(150)로부터 원위 단부(152)까지 연장된다. 근위 단부(150)와 원위 단부(152)는 추가로 허브(120)의 말단부일 수 있다. 도 3에 예시되고 여기에서 더 논의되는 바와 같이, 원위 단부(152)로부터 근위 단부(150)를 향해 연장되는 것과 같은, 원위 부분의 적어도 일부는, 커버 또는 피포부(encapsulation)(154)일 수 있다. 피포부 또는 피포 부재(154)는 여기서 더 논의되는 바와 같이 허브(120)의 선택된 부분 위에 형성된 포장(wrapping) 또는 수축 포장(shrink wrap) 부재를 포함할 수 있다. 또한, 커버(154)는 허브(120) 위를, 예컨대 샤프트(110) 위를 지나는 강성 부재일 수 있다는 것이 이해된다. 추적 디바이스(56)는 덮였을 때 조차도, 허브(120)에 가까운 또는 인접한 핸들 부분의 외부 치수(106a) 및/또는 척 또는 기구 부착물의 외부 치수(106a')보다 작거나 같은 외부 치수(예를 들어, 단면 직경)(56a)를 가질 수 있다. 따라서, 추적 디바이스(56)를 포함하여 허브(120)는 넓은 시야를 확보할 수 있게 하여 기구(16)와 핸들(106)을 효율적으로 작동시킬 수 있게 한다.
예를 들어, 추적 디바이스(56)를 형성하는 복수의 추적 요소 또는 부재들이 허브(120) 상에 위치 및/또는 고정될 수 있다. 추적 요소는 제1 추적 코일 조립체(160), 제2 추적 코일 조립체(162), 및 제3 추적 부재(164)를 포함할 수 있다. 추적 부재들(160, 162, 164) 각각은 추적 디바이스(56)의 일부를 포함하거나 형성할 수 있다. 예를 들어, 부재 부분들(160, 162, 164) 각각은 마이크로코일(166, 168, 170)과 같은 코일을 포함할 수 있다. 코일(166 내지 170)은 내부 코어 또는 자기 투과성 코어 주위에 형성되고, 접촉 부재 또는 지지대에 대해 위치될 수 있다. 코일(166 내지 170)은 선택된 직경의 선택된 와이어 또는 연결 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 코일은 공기 코어 또는 선택된 코어 주위와 선택된 단부들에 권선함으로써 형성될 수 있다. 코일(166 내지 170) 각각은 인쇄 회로 기판(174, 176, 178)과 같은 기판에 각각 배치되거나 연결될 수 있다. 코일(166 내지 170)의 단부는 그 각각의 기판(174 내지178)의 선택된 전도성 부분에 장착되거나 고정될 수 있다.
도 4d를 참조하여 코일 조립체(162)를 더 상세하게 예시한다. 허브(120)는 다양한 장착 또는 삽착부들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 웰 또는 유지 영역(167)이 벽들에 의해 한정될 수 있다. 단부 벽(169a), 근위 벽(169b), 및 하나 이상의 측벽(169c, 169d)이 허브(120)의 표면으로부터 연장될 수 있다. 벽(169)은 코일 조립체(162)를 허브(120)에 대해 위치 및 배향시키는 것을 포함하여 선택된 위치에 수용 또는 유지되도록 하는 웰을 형성하거나 한정할 수 있다. 웰은 코일 조립체(162)가 각 허브(120)에 대해 선택된 적합한 위치에 배치되도록 하는 것과 같은 제조에 도움을 줄 수 있다. 또한, 각각의 코일 어셈블리는 유사한 웰에 배치될 수 있다.
코일(168)은 패드와 같은 기판(176)에 장착된 감긴 와이어의 단부들을 포함할 수 있다. 기판(176)은 추가 패드(173, 175)로의 트레이스를 포함할 수 있다. 기판(176) 상의 패드(173, 175)는 커넥터(188)의 효율적이고 반복 가능한 연결과 같은 연결이 이루어지게 한다. 다시 말하지만, 당업자는 각각의 코일 조립체가 유사한 조립체를 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
코일 및 기판 조립체는 허브(120)에 선택된 방식으로 고정될 수 있다. 예를 들어, 코일은 각각의 기판(174 내지 178)에 각각 에폭시 수지로 접착되거나 또는 부착될 수 있다. 에폭시 수지로 접착된 조립체는 허브(120)에, 예컨대 웰 또는 포켓(167) 안에 접착되거나 에폭시 수지로 접착될 수 있다. 일반적으로, 부재 부분들(160, 162, 164)은 일반적으로 유사하거나 동일한 치수와, 한 변의 치수가 약 2 mm 내지 약 6 mm인 대체로 직사각형인 형상을 가지며, 여기서 이들 측정치에는 약 0.01 mm 내지 약 2 mm의 측정 및/또는 제조 공차가 포함될 수 있다. 예시적인 치수는 약 5 mm x 약 3 mm, 약 3 mm x 약 2 mm, 약 3.05 mm x 3.81 mm, 및 약 2.54 mm x 약 5.33 mm를 포함할 수 있다. 일반적으로, 부재 부분들은 약 20 mm2 미만, 약 15 mm2 미만, 및 약 8 mm2 미만을 비롯하여 약 13 mm2의 면적을 가질 수 있다.
또한, 커넥터 또는 통신 라인(184)은 기판들 각각에 대해 선택된 연선 리드(twisted pair wires lead), 예컨대 제1 리드(186), 제2 리드(188), 및 제3 리드(190)를 가질 수 있다. 각각의 리드들(186 내지 190) 각각은 또한 그 각각의 기판(174 내지 178)에 고정될 수 있다. 각각의 리드들(186 내지 190)과 코일들(166 내지 170)의 말단부들은 당업계에서 일반적으로 알고 있는 바와 같이 그 각각의 기판(174 내지 178)에 납땜되거나 선택적으로 부착될 수 있다는 것이 이해된다.
리드들은 공통 커넥터 라인(184)을 지나 근위 커넥터(196)로 이어질 수 있다. 커넥터(196)는 TCA 제어기(52)와 같은 선택된 콘솔 또는 조립체로의 물리적 연결부(198)를 포함할 수 있다. 본원에서 논의된 바와 같이, 추적 디바이스(56)로부터의 탐색 또는 추적 정보는 공통 커넥터(184)를 따라 커넥터(196)와 물리적 연결부(198)로 전송될 수 있다.
커넥터(196)에 있어서, 다양한 실시형태에서, 물리적 커넥터(198)는 선택된 메모리 및/또는 프로세서 어셈블리(200)를 포함할 수 있다. 메모리 및/또는 프로세서 어셈블리(200)는 허브(120)가 부착된 기구(16)에 관한 정보를 포함할 수 있다. 그 정보에는 추적 디바이스에 대한 작업 단부의 기하학적 위치와 같은 기하학적 구조가 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 정보는 추적 디바이스로부터의 기구(16)의 축선(214)을 따르는 거리(210)를 포함할 수 있다. 추가로 및/또는 이에 대한 대안으로, 상기 정보는 기구(16)의 축선(214)으로부터 작업 단부(100)의 작업 말단부 평면 또는 위치(216)까지의 오프셋 거리(212)를 포함할 수 있다.
따라서, 메모리 및/또는 프로세서 어셈블리(200)는 그에 저장된, 추적 디바이스(56)에 대한 작업 단부(100)의 미리 결정된 또는 기지의 위치를 교정할 수 있다. 저장된 정보는 물리적 플러그(198)가 TCA 제어기(52)에 부착된 때에 탐색 시스템(10)으로 전송될 수 있다. 정보를 예컨대 신호와 함께 메모리 및/또는 프로세서 어셈블리(200)로부터 탐색 프로세서 시스템(66)으로 전송할 때, 프로세서 시스템(66)은 추적 디바이스(56)에 대한 작업 단부(100)의 교정된 위치에 액세스하거나 그 교정된 위치를 결정할 수 있다.
허브(120)는 이 허브(120)에 대해 단일 라인(184)을 유지하는 데 도움이 되도록 하기 위해 고정부 또는 고정 부재(220)와 같은 기타 구성요소를 더 포함할 수 있다. 고정부(220)는 선택된 접착제, 포장재, 절연 포장재 등일 수 있다. 또한, 허브(120)는 간섭 벽 또는 패싯(facet)을 포함할 수 있는 키형 또는 비원통형 특징부(222)와 같은 선택된 연결 특징부를 포함할 수 있다. 또한, 허브(120)는 관주 라인을 허브(120)에 연결할 수 있게 하는 호스 미늘(226)과 같은 관주 라인 연결부를 포함할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 유체가 허브(120)를 관통한 다음 샤프트(110)를 관통해서 작업 단부(100) 주위로 제공되게 하기 위해 관주 라인이 미늘(226)에 연결될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이 흡입 라인(130)에 의해 제2 내부 캐뉼라를 통한 흡인도 또한 제공될 수 있다.
기구(16) 또는 기구의 부분들을 추적하는 데 도움이 되도록 하기 위해, 추적 디바이스(56)는 허브(120) 상에 선택적으로 위치되는 추적 부재(160, 162, 164)를 포함한다. 예를 들어, 각각의 코일들(166 내지 170) 각각은 축선(214)을 중심으로 서로에 대해 약 120도 또는 정확히 120도를 비롯하여 약 100도 내지 약 150도로 위치될 수 있다. 추적 부재들(160 내지 164)은 다양한 목적을 위해 선택적으로 위치될 수 있다는 것이 이해된다.
각각의 코일들(166 내지 170) 각각은 서로에 대해 직각으로 위치될 수 있다. 이렇게 되면, TCA(14)에 의해 생성된 자기장이 허브(120) 상에 위치된 코일들(166 내지 170)에 의해 감지될 수 있다. 즉, 제1 코일(166)은 제2 코일(166) 및 제3 코일(170)에 의해 감지된 자기장에 실질적으로 수직인 주축을 갖는 자기장을 감지할 수 있다. 선택된 방위의 자기장을 감지하기 위해, 각각의 코일들(166 내지 170)이 각각의 기판(174 내지 178) 상에 선택된 방식으로 위치될 수 있거나, 그 코일들 각각이 연결되게 형성되어서 허브(120) 상에 상이한 방위로 배치될 수 있다. 당업자는 코일(166 내지 170)도 추적 디바이스(56)의 추적을 위해 TCA(14)에 의해 감지되는 (예를 들어, 서로 직교하는) 각각의 자기장을 생성할 수 있다는 것을 이해한다.
탐색 시스템(10)을 사용하는 중에, 예컨대 사용자(12)가 기구(16)를 대상체(20)에 대해 이동시키고 있는 때에, 추적 디바이스(56)는 TCA(14)에 의해 생성된 자기장을 감지할 수 있다. 전술한 바와 같이, 감지된 자기장은 대상체(20)에 대한 작업 단부(100)의 위치와 같은 기구(16)의 위치를 결정하는 데 사용될 수 있다. 다양한 실시형태에서, DRF(30)는 대상체(20)에 대한 기구(16)의 상대 위치를 결정할 수 있도록 추적 디바이스(56)와 조합하여 사용될 수 있다. 따라서, 위에서 논의된 바와 같이, 대상체(20)에 대한 기구(16)의 위치가 예시될 수 있도록 아이콘(16i)이 디스플레이 장치(39) 상에 예시될 수 있다.
추적 부재(160 내지 164)가 허브(120) 상의 각각의 위치에 예컨대 서로 직각으로 배향된 경우, 추적 디바이스(56)의 위치와 관련하여 선택된 자유도가 결정될 수 있다. 예를 들어, 3차원(예를 들어, x, y, z 위치)과 배향(예를 들어, 3의 자유도)을 포함하여 6의 자유도가 결정될 수 있다. 그러나 추적 부재들 중 3개 미만이 추적 디바이스(56)와 함께 사용될 수 있다는 것이 이해된다. 따라서, 모터(104)가 기구(16)의 샤프트(101)에 동력을 공급함에 따라(예를 들어, 샤프트를 회전시킴에 따라), 작업 단부(100)의 위치가 결정되어 아이콘(16i)으로 예시될 수 있다. 기구(16)가 작동(예를 들어, 회전 및 절제)하고 기구(16)가 (예를 들어, 표면을 향해, 그리고 표면으로부터 멀어지게) 이동하는 동안, 추적 디바이스(56)의 추적이 발생한다.
또한, 작업 단부(100)의 치수 또는 추적 디바이스(56)에 대한 위치는 수술절차 중에 재교정되거나 결정될 수 있다. 예를 들어, 사용자(12)는 작업 단부(100)를 선택된 위치 또는 기지의 위치에서 DRF(30)에 대해 위치시킬 수 있다. 탐색 시스템(10)은 DRF(30) 및 추적 디바이스(56)를 결정하거나 추적함으로써 추적 디바이스(56)에 대한 작업 단부(100)의 위치를 교정하거나 결정할 수 있다. 그런 다음, 기구(16)가 핸들(106)에 아직 연결되지 않았다면 연결될 수 있고, 추적 디바이스(56)에 대한 작업 단부(100)의 미리 결정된 교정 또는 미리 알려진 위치가 없이도 탐색이 진행될 수 있다.
예시적인 실시형태는 본 개시내용이 완전해지고 본 개시내용의 범위가 당업자에게 완전하게 전달되도록 하기 위해 제공된다. 본 개시내용의 실시형태에 대한 완전한 이해를 제공하기 위해, 특정 구성요소, 장치, 및 방법의 예시와 같은 많은 구체적인 세부사항이 제시된다. 특정 세부사항은 사용하지 않아도 된다는 것과, 예시적인 실시형태는 많은 여러 가지 형태로 구현될 수 있으며, 그 어느 것도 본 개시내용의 범위를 제한하도록 해석되어서는 안 된다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 일부 예시적인 실시형태에서, 주지의 프로세스, 주지의 장치 구조, 및 주지의 기술은 상세히 설명되지 않는다.
실시형태에 대한 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제공되었다. 이는 본 개시내용을 총망라하거나 제한하려는 것이 아니다. 특정 실시형태의 개별 요소들 또는 특징들은 일반적으로 그 특정 실시형태로 제한되지 않고, 구체적으로 도시되거나 설명되지 않았다 해도 적용 가능한 경우에는 상호 교환될 수 있으며 선택된 실시형태에서 사용될 수 있다. 동일한 것도 여러 방식으로 변경될 수 있다. 이러한 변경은 본 개시내용에서 벗어난 것으로 간주되지 않으며, 이러한 모든 변경은 본 개시내용의 범위에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (22)

  1. 구동 기구의 작업 단부의 위치를 결정하는 시스템으로서,
    내부에 캐뉼라를 갖는 세장형 관형 부재;
    상기 세장형 관형 부재에 연결된 허브; 및
    상기 허브에 연결되고 적어도 하나의 추적 부재를 포함하는 추적 디바이스를 포함하고,
    상기 허브는 샤프트를 구동하기 위한 공구 모터를 갖는 공구 모터 핸들에 연결되도록 구성되고, 상기 추적 디바이스는 상기 공구 모터 핸들의 적어도 원위 단부보다 작은 외부 치수를 갖는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 샤프트가 상기 캐뉼라를 관통하여 위치되고 연장된 구성; 및
    상기 작업 단부가 상기 샤프트에 부착되고, 상기 샤프트에 의해 구동되도록 상기 세장형 관형 부재로부터 연장된 구성을 더 포함하는, 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 샤프트는 상기 허브를 관통하여 연장된, 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    공구 모터 핸들을 더 포함하고;
    상기 세장형 관형 부재와, 상기 허브와, 상기 추적 디바이스와, 상기 샤프트와, 상기 작업 단부가 하나의 조립체로 구성되고, 상기 공구 모터 핸들에 단일 유닛으로서 부착된, 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 허브는 외부 표면으로부터 연장되어 웰을 형성하는 복수의 벽을 포함하고;
    상기 적어도 하나의 추적 부재는 상기 웰 내에 유지되는, 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추적 부재는 코어 둘레에 형성된 전도성 재료의 코일과, 인쇄 회로 기판을 포함하고;
    상기 전도성 재료는 상기 인쇄 회로 기판에 연결된, 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작업 단부는 버, 회전식 절단기, 그라인더, 또는 이들의 조합을 포함하는, 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추적 디바이스에 전기적으로 연결된 커넥터를 더 포함하고;
    상기 커넥터는 상기 구동 기구에 관한 교정 정보를 갖는 메모리를 포함하는, 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 추적 부재는 복수의 적어도 하나의 추적 부재를 포함하는, 시스템.
  10. 구동 기구의 작업 단부의 위치를 결정하는 시스템으로서,
    기구 조립체로서,
    내부에 캐뉼라를 갖는 세장형 관형 부재,
    상기 캐뉼라를 관통하여 연장된 샤프트와, 상기 샤프트에 부착되며 상기 세장형 관형 부재로부터 연장되며 상기 샤프트에 의해 구동되도록 구성된 작업 단부를 갖는 작업 공구,
    상기 세장형 관형 부재에 고정되게 연결된 허브, 여기서 상기 샤프트는 상기 허브를 관통하여 연장됨, 및
    약 20 평방 밀리미터 미만의 치수를 갖는 적어도 하나의 추적 부재를 포함하며 상기 허브에 연결된 추적 디바이스를 포함하는, 기구 조립체; 및
    상기 추적 디바이스의 위치를 추적하도록 구성된 추적 시스템을 포함하고,
    상기 허브는 상기 샤프트가 구동되도록 공구 모터에 연결되게 구성된, 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 공구 모터가 핸들과 모터를 구비하는 구성을 더 포함하고;
    상기 작업 공구는 상기 추적 시스템이 상기 추적 디바이스를 추적하는 동안 모터에 의해 회전되는, 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 허브와 추적 디바이스의 외부 치수는 상기 허브에 인접한 상기 핸들의 치수보다 작은, 시스템.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 허브는 외부 표면을 갖는 벽을 포함하고, 상기 추적 디바이스는 상기 허브의 외부 표면에 부착되는, 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 허브는 상기 외부 표면으로부터 연장되는 복수의 웰 형성 벽을 포함하고;
    상기 추적 디바이스는 상기 복수의 웰 형성 벽에 의해 한정된 웰 내에 상기 허브의 외부 표면에 부착된, 시스템.
  15. 기구를 추적하는 시스템으로서,
    축선을 따라 연장되는 허브;
    상기 허브에 연결된 관형 부재;
    상기 관형 부재와 상기 허브를 통해 연장된 기구 샤프트;
    상기 허브의 벽의 외부 표면에 부착된 추적 부재를 포함하고,
    상기 허브는 전동 공구 핸들에 고정되도록 구성된, 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 추적 부재는 상기 기구 샤프트가 회전하는 동안 상기 기구 샤프트에 연결된 작업 단부의 위치를 추적하도록 구성된, 시스템.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 추적 부재는 상기 허브에 부착되며, 상기 전동 공구 핸들의 외부 치수보다 작은 외부 치수를 한정하는, 시스템.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전동 공구 핸들이 상기 기구 샤프트를 선택적으로 회전시키도록 구성된 모터를 포함하는 구성을 더 포함하는, 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 전동 공구 핸들은 수술절차를 수행하기 위해 사용자의 한 손으로 조작되도록 작동 가능한, 시스템.
  20. 구동 기구의 작업 단부의 위치를 결정하는 방법으로서,
    기구 조립체로서, (i) 내부에 캐뉼라를 갖는 세장형 관형 부재, (ii) 상기 캐뉼라를 관통하여 연장된 샤프트와, 상기 샤프트에 부착되며 상기 세장형 관형 부재로부터 연장되며 상기 샤프트에 의해 구동되도록 구성된 작업 단부를 갖는 작업 공구, (iii) 상기 세장형 관형 부재에 고정되게 연결된 허브, 여기서 상기 샤프트는 상기 허브를 관통하여 연장됨, 및 (iv) 상기 허브에 연결되며 적어도 하나의 추적 부재를 포함하는 추적 디바이스를 포함하는, 기구 조립체를 제공하고;
    상기 제공된 기구 조립체를 공구 모터 핸들에 하나의 조립체로 연결하고;
    상기 추적 디바이스의 위치를 추적하기 위해 추적 시스템을 작동시키는 것을 포함하는, 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 추적 부재를 약 15 평방 밀리미터 미만의 치수를 갖도록 하여 제공하는 것을 더 포함하는, 방법.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 추적 디바이스의 위치를 추적하기 위해 추적 시스템을 작동시킴으로써 수술절차를 탐색하는 것을 더 포함하는, 방법.
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