KR20230034296A - 내비게이션 및/또는 로봇 추적 방법 및 시스템 - Google Patents

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KR20230034296A
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tracking device
wireless tracking
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patient
data
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KR1020237001292A
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벤자민 섹슨
흐리시케쉬 파틸
Original Assignee
모노그램 올소패딕스 인크.
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Abstract

내비게이션 및/또는 로봇 추적 시스템들은 물체 또는 환자의 뼈에 부착된 하나 이상의 무선 추적 디바이스를 포함한다. 무선 추적 디바이스는 카메라, 한 쌍의 카메라들, 및/또는 프로브, 및 무선 송신기를 포함할 수 있다. 수술 방법은 기준 데이터를 무선으로 획득하는 단계, 기준 데이터는 환자의 뼈에 동작 가능하게 부착된 무선 추적 디바이스의 카메라에 기초하고, 기준 데이터는 복수의 마커와 연관되고, 수술 내비게이션 시스템에서 기준 데이터를 사용하는 단계를 포할 수 있다. 수술 방법은 또한 위치 및 배향 데이터, 및/또는 표면 또는 구조 데이터를 무선으로 획득하는 단계, 및 수술 내비게이션 시스템에서 위치 및 배향 데이터, 및/또는 표면 또는 구조 데이터를 사용하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

내비게이션 및/또는 로봇 추적 방법 및 시스템
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 "Navigational And/Or Robotic Tracking Methods And Systems"라는 제목으로 2020년 6월 11일에 출원된 미국 가특허 출원 제63/037,699호의 우선권 이익을 청구하고 성취하며, 본 출원은 그 전문이 본원에 참조로 통합된다.
기술 분야
본 개시는 전반적으로 수술 방법들 및 시스템들에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 하나 이상의 무선 추적 디바이스들을 사용하는 인사이드-아웃 추적(inside-out tracking)을 이용하는 내비게이션 및/또는 로봇 추적 방법들 및 시스템들에 관한 것이다.
전형적으로, 컴퓨터 지원 수술 애플리케이션들은 수술 절차를 수행하기 위해 관심 물체들의 정확한 추적을 요구한다. 수술 추적을 위해 가장 일반적이고 널리 사용되는 방법 중 하나가 아웃사이드-인(outside-in) 카메라 추적으로 알려져 있다. 도 1을 참조하면, 아웃사이드-인 로봇 추적 시스템(10)은 전형적으로 수술 현장(surgical field)으로부터 떨어져 고정된 위치에 위치된 정지형 카메라(stationary camera)(20)를 포함한다. 정지형 카메라들의 위치는 일반적으로 고정된 기준점을 갖는 삼각측량의 방법을 통해 추론된다.
카메라들(20)은 광학 또는 적외선 카메라들일 수 있고, 관심 물체, 예를 들어, 환자의 뼈에 견고하게 고정된 식별 가능한 어레이들에 대한 부위(site)의 라인을 요구한다. 일단 고정된 카메라 위치가 알려지면, 카메라들은 카메라들 및 내비게이션 애플리케이션에 대한 추적된 물체의 3D 위치를 반환할 수 있다.
일 실시예에서, 수술 방법의 프로비전(provision)을 통해, 종래 기술의 단점들이 극복되고 추가적인 이점들이 제공되고, 상기 수술 방법은, 예를 들어, 기준 데이터를 무선으로 획득하는 단계 - 상기 무선 데이터는 환자 또는 물체의 뼈에 동작 가능하게 부착된 무선 추적 디바이스의 적어도 하나의 카메라에 기초하고, 상기 기준 데이터는 복수의 마커들과 연관되고, 상기 무선 추적 디바이스는 상기 적어도 하나의 카메라, 및 무선 송신기를 포함함 -, 및 수술 내비게이션 시스템에서 상기 기준 데이터를 사용하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 수술 방법은, 예를 들어, 기준 데이터를 무선으로 획득하는 단계 - 무선 데이터는 환자의 뼈 또는 물체에 동작 가능하게 부착된 무선 추적 디바이스의 복수의 카메라들에 기초하고, 기준 데이터는 복수의 마커들과 연관되고, 무선 추적 디바이스는 복수의 카메라들, 및 무선 송신기를 포함함 -, 및 수술 내비게이션 시스템에서 기준 데이터를 사용하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 비제한적인 예로서, 로봇 및/또는 로봇에 부착된 도구, 로봇의 베이스, 카트, 수술대에 부착된 고정구(fixture), 수술용 조명, 또는 수술실 내의 물체들에 부착될 수 있는 마커들에 관한 카메라 위치.
일부 실시예들에서, 무선 추적 디바이스의 위치 및 배향 데이터를 수술 내비게이션 애플리케이션에 반환하는 것은, 예를 들어, 수술 로봇에 대한 타겟 위치를 업데이트하는 것일 수 있다.
일부 실시예들에서, 무선 추적 디바이스의 위치 및 배향 데이터를 수술 내비게이션 애플리케이션으로 반환하는 것은, 관성 측정 유닛들이 시작 위치로부터의 위치의 변화들을 반환하는 것을 포함할 수 있고, 카메라는 시작 위치를 정합하는 데 사용될 수 있다. 관성 측정 유닛들은 시간 경과에 따라 드리프트(drift)를 추적할 수 있다. 카메라로부터의 규칙적인 기준 측정들은 추적 드리프트를 정정할 수 있다. 카메라와 관성 측정 유닛의 조합은 정확도를 증가시킬 수 있고 단기 폐색의 위험을 완화시킬 수 있다. 카메라는 공지된 위치들에 있는 마커들을 참조함으로써 위치를 반환시키도록 동작 가능할 수 있다.
일부 실시예들에서, 데이터를 사용하는 방법은, 환자의 뼈에 정합된 무선 추적 디바이스의 위치 및 배향 데이터 및 절단 계획(cut plan)에 기초하여 환자의 뼈의 절제 또는 채취를 실시하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 환자의 뼈에 고정된 무선 추적 디바이스의 카메라는 로봇에 동작 가능하게 부착된 복수의 마커들 및/또는 맞춤형 도구(custom tool)와 같은 또는 아웃사이드-인(outside-in) 내비게이션 카메라 상의 표면들과 같은 로봇에 부착된 도구를 참조할 수 있다.
다른 실시예에서, 무선 추적 디바이스의 카메라는 적외선 카메라일 수 있고, 마커들은 적외선 방출기들, 예를 들어 적외선 LED들일 수 있다.
다른 실시예에서, 무선 추적 디바이스의 카메라는 적외선 카메라일 수 있고, 마커들은 역반사성 기준 마커들일 수 있다.
다른 실시예에서, 무선 추적 디바이스의 카메라는 광학 카메라일 수 있고, 마커들은 시각적 기준, 예를 들어, AprilTag일 수 있다.
다른 실시예에서, 무선 추적 디바이스의 카메라에 보이는 마커들은 정지형이 아니라, 비-정지형일 수 있는 움직이는 수술 기구, 예를 들어 로봇, 또는 로봇에 부착된 도구들에 부착될 수 있다. 수술 기구의 컴포넌트의 위치는, 예를 들어, 수술 기구가 고유 위치 데이터, 예를 들어, 조인트 인코더를 갖거나, 수술 기구가 제2 카메라로 추적되면 알려질 수 있다. 무선 추적 디바이스의 카메라가 마커를 참조할 때 마커의 위치가 알려지도록 수술 기구로부터의 위치 기준이 마커의 위치를 출력하는 데 사용될 수 있다. 실시간 마커 위치가 알려지면, 이들은 무선 추적 디바이스의 카메라에 대한 기준점들로서 사용되도록 정지 상태일 필요는 없다.
다른 실시예에서, 무선 추적 디바이스의 이미징 및 추적 컴포넌트들은, 대략 0.3 파운드의 중량을 갖고 0.8 인치 x 0.7 인치 x 0.7 인치의 크기로, 컴팩트하고 경량일 수도 있다. 다른 실시예에서, 무선 추적 디바이스의 이미징 및 추적 컴포넌트들의 카메라는 240도 시야를 제공할 수 있다. 다른 실시예들에서, 무선 추적 디바이스는 일회용일 수 있거나, 또는 재사용가능할 수 있다.
다른 실시예에서, 무선 추적 디바이스는 뼈에 견고하게 부착된 고정구에 부착될 수 있다. 다른 실시예에서, 무선 추적 디바이스는 견인기(retractor)와 같은 수술 기구에 부착될 수 있다.
다른 실시예에서, 시스템은 카메라들 및 마커들의 폐색 위험을 최소화하는 것을 돕기 위해 많은 수의 마커들(3개 초과)을 사용할 수 있다. 다른 실시예들에서, 무선 추적 디바이스는 카메라가 전체적으로 로봇 아암을 향하도록 위치될 수 있거나, 또는 무선 추적 디바이스는 카메라가 전체적으로 로봇 베이스를 향하도록 위치될 수 있다.
다른 실시예에서, 장착 플레이트는 뼈에 견고하게 부착될 수 있다. 뼈 기시점(bone origin)에 대한 장착 플레이트의 위치는 알려져 있을 수 있다. 장착 플레이트는, 무선 추적 디바이스가 뼈에 정합될 필요가 없지만 고정된 알려진 위치에 부착되도록 무선 추적 디바이스의 잠금 특징부와 인터페이스하도록 설계되는, 도브테일(dovetail)과 같은 잠금 위치결정 메커니즘(locking locating mechanism)을 특징으로 할 수 있다.
본 개시로 간주되는 주제는 명세서의 종결 부분에서 특별히 지적되고 명확하게 청구된다. 그러나, 본 개시는 다양한 실시예들 및 첨부된 도면들의 다음의 상세한 설명을 참조하여 가장 잘 이해될 수 있다:
도 1은 종래 기술의 아웃사이드-인(outside-in) 로봇 추적 시스템의 사시도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 환자의 뼈에 부착된 무선 추적 디바이스 및 로봇에 부착된 복수의 마커(marker)를 갖는 인사이드-아웃(inside-out) 로봇 추적 시스템의 사시도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 환자의 뼈에 부착된 무선 추적 디바이스의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 추적 디바이스의 블록도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 추적 디바이스 및 비컨(beacon)의 블록도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 환자의 뼈에 부착된 무선 추적 디바이스 및 로봇에 부착된 복수의 마커들을 갖는 인사이드-아웃 로봇 추적 시스템의 사시도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 추적 디바이스 및 로봇에 부착된 복수의 마커를 갖는 인사이드-아웃 로봇 추적 시스템의 사시도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 환자의 뼈에 부착된 무선 추적 디바이스 및 로봇에 부착된 복수의 마커들을 갖는 인사이드-아웃 로봇 추적 시스템의 사시도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 환자의 뼈에 부착된 무선 추적 디바이스, 복수의 견인기(retractor)들에 부착된 무선 추적 디바이스들, 및 로봇에 부착된 복수의 마커들을 갖는 인사이드-아웃 로봇 추적 시스템의 사시도이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 추적 디바이스의 개략도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 10의 무선 추적 디바이스의 블록도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 추적 디바이스를 갖는 환자 특정 뼈 지그(bone jig)의 제1 사시도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 도 10의 무선 추적 디바이스를 갖는 환자 특정 뼈 지그의 제2 사시도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술 프로세스의 흐름도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술 프로세스의 흐름도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술 프로세스의 흐름도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술 프로세스의 흐름도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술 프로세스의 흐름도이다.
도 19는 본 개시의 일 실시예에 따른 인사이드-아웃 로봇 추적 시스템의 블록도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 뼈 및 도구를 예시하는 디스플레이의 도면이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 블록도이다.
도 22는 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 추적 디바이스의 개략도이다.
도 23은 본 개시의 일 실시예에 따른 도 22의 무선 추적 디바이스의 블록도이다.
일반적으로 말하면, 본 개시는 수술 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 인사이드-아웃 추적을 이용하는 내비게이션 및/또는 로봇 추적 방법 및 시스템에 관한 것이다.
이러한 상세한 설명 및 이하의 청구항들에서, 근위, 원위, 전방, 후방, 내측(medial), 외측(lateral), 상위 및 하위의 단어들은 자연적인 뼈의 상대적인 배치 또는 방향성 기준 용어들에 따라 뼈 또는 임플란트의 특정 부분을 나타내기 위한 그것들의 표준 용법에 의해 정의된다.
위치들 또는 방향들은 해부학적 구조들 또는 표면들을 참조하여 본 명세서에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 최신 디바이스들 및 방법들이 고관절(hip)의 뼈들과 함께 사용하는 것과 관련하여 본 명세서에서 설명되기 때문에, 고관절의 뼈들은 임플란트 장치, 임플란트 설치 장치, 및 수술 방법들의 표면들, 위치들, 방향들 또는 배향들을 설명하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 개시된 디바이스 및 수술 방법, 및 이들의 양태, 컴포넌트, 특징부 등은 간결함을 위해 신체의 일 측면에 대해 설명된다. 그러나, 인체가 대칭선(midline)에 대해 상대적으로 대칭이거나 거울상이기 때문에, 본 명세서에 설명되고/되거나 예시된 디바이스 및 수술 방법, 및 이들의 양태, 컴포넌트, 특징부 등은 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 동일하거나 유사한 목적을 위해 신체의 다른 측면과 사용 또는 연관되도록 변경, 가변, 수정, 재구성 또는 달리 변경될 수 있다는 것이 본 명세서에서 명백하게 고려된다. 예를 들어, 우측 대퇴골에 대해 본 명세서에 설명된 도구 및 방법, 및 그 양태, 컴포넌트, 특징부 등은 이들이 마찬가지로 좌측 대퇴골에서 유사하게 기능하고 그 반대로 기능하도록 미러링될 수 있다.
일부 실시예들에서, 본 개시의 기술은 환자에 부착된 지그(jig) 또는 환자의 뼈와 같은 수술 물체들에 부착된 광학 또는 적외선 마커들 및 무선 추적 디바이스들을 이용할 수 있다. 무선 추적 디바이스는 마커들에 대한 배향 및 거리를 반환할 수 있는 수술 물체에 부착하기 위한 하나 이상의 카메라 센서 및 통합된 관성 측정 유닛(IMU : inertial measurement unit)을 갖는 소형화된 디바이스일 수 있다. 기술은 폐색(occlusion)을 감소시키거나 회피하고 제거할 수 있다. 관성 측정 유닛과 카메라의 조합은 거리 및 배향의 보다 정확한 추적을 허용할 수 있다. 마커들은 수술 현장의 외부에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 마커들은 적외선 발광 다이오드(LED)들과 같은 활성 적외선 마커(active infrared marker)들 및/또는 역반사성(retroflective) 기준 마커(fiducial marker)들일 수 있다. 활성 적외선 마커 또는 비컨은 멸균 영역 외부의 보호 드레이프(protective drape) 뒤에 배치될 수 있다. 다른 실시예들에서, 무선 추적 디바이스는 광학 카메라를 포함할 수 있고 마커들은 시각적 기준, 예를 들어, AprilTag일 수 있다. 시스템들 및 방법들은 하나의 마커, 2개의 마커들 또는 2개 초과의 마커들을 채용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템 및 방법들은 카메라들 및 마커들의 폐색의 위험을 최소화하는 것을 돕기 위해 많은 수의 마커들(3개 초과의 마커들)을 사용할 수 있다.
본 개시로부터 인식되는 바와 같이, 종래 기술에서와 같은 정지형 카메라들로부터 물체의 위치를 추적하기보다는, 물체는 (사람의 눈이 개인의 위치를 결정하는 방법과 유사하게) 그 자신의 위치를 추적한다. 카메라와 관성 측정 유닛을 조합함으로써, 디바이스의 위치 및 배향, 따라서 그것이 부착되는 물체가 정확하게 결정될 수 있다.
일반적으로, 초기 위치는 카메라에 의해 캡처되고, 위치는 카메라에 의한 규칙적인 거리 보정들과 관성 측정 유닛에 의해 업데이트된다. 물체(object)의 위치는 로봇 제어 애플리케이션 및/또는 내비게이션 애플리케이션과 함께 사용하기 위해 수신 디바이스 또는 제어기에 무선으로 전달될 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 환자(101)의 뼈(102) 위 에서와 같이 환자(101)에 대해 수술 절차를 동작 가능하게 수행하기 위한 인사이드-아웃 추적을 이용하는 로봇 시스템(100)을 예시한다. 예를 들어, 로봇 시스템(100)은 일반적으로 로봇(110) 및 로봇(110)에 동작 가능하게 부착된 제어기 또는 컴퓨팅 유닛(120)을 포함할 수 있다. 로봇(110)은 로봇(110)의 엔드 이펙터(end effector)(114)에 부착된 도구(tool)(112)를 포함할 수 있다. 복수의 마커(130)는 로봇(110)의 아암(arm)(111)의 상이한 부분과 같은 로봇(110)에 동작 가능하게 부착될 수 있다. 복수의 마커(132)는 로봇(110)의 엔드 이펙터(114)에 동작 가능하게 부착될 수 있다. 복수의 마커(134)는 로봇(110)의 핸들(116)에 동작 가능하게 부착될 수 있다. 마커는 적외선 발광 다이오드와 같은 활성 적외선 비컨일 수 있다.
무선 추적 디바이스(150)는 환자(101)의 뼈(102)에 동작 가능하게 부착될 수 있다. 무선 추적 디바이스(150)는 일반적으로 로봇(110) 및 베이스(base)를 향하도록 위치될 수 있다. 로봇(110)과 무선 추적 디바이스(150)의 근접성 때문에 폐색의 위험이 감소될 수 있다. 제어기(120)는 로봇(110)과 무선 통신하고, 무선 추적 디바이스(150)로부터 무선 신호 또는 데이터를 수신할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 무선 추적 디바이스(250)는 지지체(support)(260)의 제1 단부에 부착될 수 있다. 지지체(260)의 제2 단부(264)는 환자의 뼈(201)에 부착될 수 있다. 예를 들어, 의사는 무선 추적 디바이스(250)의 위치 및 배향을 환자의 뼈(201)에 정합(register)시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇 시스템(100)은 무선 추적 디바이스를 환자의 뼈에 정합하도록 동작 가능할 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 추적 디바이스(350)를 예시한다. 이 예시된 실시예에서, 무선 추적 디바이스(350)는 중공 본체(hollow body)(312)를 갖는 하우징(310), 내부에 개구(opening)(315)를 갖는 제1 단부 캡(314), 및 제2 단부 캡(316)을 포함할 수 있다. 하우징(310) 내에는 렌즈(320), 회로 기판(331) 상에 배치된 센서(330), 배터리(340)와 같은 파워 서플라이, 관성 측정 유닛(355), 및 무선 송신기(390)가 있을 수 있다. 관성 측정 유닛(355)은 배향 및 선형 가속도를 결정하도록 동작 가능할 수 있고, 가속도계(360), 자이로스코프(370), 및 자력계(magnetometer)(380)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 관성 측정 유닛(355)은 예를 들어, 무선 추적 디바이스의 세개의 축 : 롤(roll), 피치(pitch) 및 요(yaw) 각각에 대해 축당 하나씩 세(3)개의 가속도계들, 세(3)개의 자이로스코프들, 및 세(3)개의 자력계들을 포함할 수 있다. 센서(330)는 CCD(Charge-Coupled Device), CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 이미지 센서일 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서(330)는 그 시야(field of view)에서 물체들로부터 방사하는 적외선(IR) 광을 측정하는 수동 적외선 센서(PIR 센서)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 렌즈들 및 센서들, 예컨대, 한 쌍의 센서들, 예를 들어, 한 쌍의 광학 센서들 또는 광학 센서 및 적외선 센서가 동작 가능하게 채용될 수 있다. 카메라는 넓은 시야, 예를 들어, 240도 또는 다른 적합한 시야를 가질 수 있다. 무선 추적 디바이스(350)는 16 밀리미터(mm) 직경 본체(또는 16 mm의 높이 및 폭) 및 20 mm의 길이를 갖는 소형화된 디바이스일 수 있다. 다른 실시예에서, 무선 추적 디바이스(350)의 이미징 및 추적 컴포넌트들은, 대략 0.3 파운드의 중량을 갖고 0.8 인치 x 0.7 인치 x 0.7 인치 크기로, 컴팩트하고 경량일 수 있다. 무선 추적 디바이스(350)는 다른 적절한 구성들 및 크기들을 가질 수 있다는 것이 인지될 것이다. 무선 추적 디바이스(350)는 경제적으로 제조될 수 있고, 일회용이거나 재사용가능할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 렌즈 및 센서와 같은 카메라는 거리를 결정하도록 동작 가능할 수 있고, 관성 측정 유닛은 배향(orientation)을 결정하도록 동작 가능할 수 있다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 환자(401)의 뼈(402) 위 에서와 같이 환자(401)에 대해 수술 절차를 동작 가능하게 수행하기 위한 인사이드-아웃 추적을 이용하는 로봇 시스템(400)을 예시한다. 예를 들어, 로봇 시스템(400)은 일반적으로 로봇(410) 및 로봇(410)에 동작 가능하게 부착된 제어기 또는 컴퓨팅 유닛(420)을 포함할 수 있다. 복수의 마커(430)가 로봇(410)에 예컨대, 로봇(410)의 팔, 로봇(410)의 엔드 이펙터 및 로봇(410)의 핸들의 다른 부분에 동작 가능하게 부착될 수 있다. 마커들은 적외선 발광 다이오드들과 같은 활성 적외선 비컨들일 수 있다. 무선 추적 디바이스(450)는 환자(401)의 뼈(402)에 동작 가능하게 부착될 수 있다. 제어기(420)는 로봇(410)과 무선으로 통신할 수 있고 무선 추적 디바이스(450)로부터 무선 신호 또는 데이터를 수신할 수 있다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 환자(501)의 뼈(502) 위 에서와 같이 환자(501)에 대해 수술 절차를 동작 가능하게 수행하기 위한 인사이드-아웃 추적을 이용하는 로봇 시스템(500)을 예시한다. 이 예시된 실시예에서, 복수의 활성 적외선 비컨(530)은 증가된 가시성을 위해 로봇(510)에 부착되는 맞춤형(custom) 비컨 어레이(535)에 부착될 수 있다. 제어기(520)는 로봇(510)과 무선 통신하고, 무선 추적 디바이스(550)로부터 무선 신호 또는 데이터를 수신할 수 있다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 환자(601)의 뼈(602) 위 에서와 같이 환자(601)에 대해 수술 절차를 동작 가능하게 수행하기 위한 인사이드-아웃 추적을 이용하는 로봇 시스템(600)을 예시한다. 이 예시된 실시예에서, 복수의 활성 적외선 비컨(630)은 증가된 가시성을 위해 로봇(610)의 베이스에 부착되는 맞춤형 비컨 어레이(635)에 부착될 수 있다. 다른 실시예들에서, 복수의 마커들(640)이 카트(cart)(642)에 부착될 수 있고, 복수의 마커들(660)이 수술대(664)에 부착된 고정구(fixture)(662)에 부착될 수 있고, 복수의 마커들(670)이 수술용 조명(672)에 부착될 수 있고, 복수의 마커들(690)이 아웃사이드-인 내비게이션 카메라(692) 상의 표면들에 부착될 수 있고, 및/또는 복수의 마커들이 수술실 내의 다른 물체들에 부착될 수 있다. 제어기(620)는 로봇(610)과 무선 통신하고, 무선 추적 디바이스(650)로부터 무선 신호 또는 데이터를 수신할 수 있다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 환자(701)의 뼈(702) 위 에서와 같이 환자(701)에 대해 수술 절차를 동작 가능하게 수행하기 위한 인사이드-아웃 추적을 이용하는 로봇 시스템(700)을 예시한다. 이 예시된 실시예에서, 무선 추적 디바이스(750)는 견인기(770)와 같은 물체에 부착될 수 있다. 무선 추적 디바이스(750)는 또한 견인기(770)의 위치를 반환하기 위해 견인기(770)와 같은 수술 물체에 부착될 수 있다. 카메라와 IMU 센서가 조합된 무선 추적 장치(750)의 장점은 카메라가 IR 비컨 위치를 알기 때문에 알고 있는 거리를 반환할 수 있고 IMU 센서가 배향을 반환할 수 있다는 점이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 추적 디바이스(850)를 도시한다. 이 예시적인 실시예에서, 무선 추적 디바이스(850)는 관성 측정 유닛을 포함하지 않을 수 있다. 또한, 무선 추적 디바이스(850)는 복수의 카메라를 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, 무선 추적 디바이스(850)는 한 쌍의 카메라들(양안(binocular))과 같은 복수의 카메라들을 갖는 카메라 부분(851)을 일 단부에, 그리고 센서/프로브 부분(852)을 제2 단부에 포함할 수 있다. 센서 부분(852)은 일회용이거나 환자의 뼈에 삽입될 수 있다. 대안으로, 무선 추적 디바이스(850)는 환자의 뼈에 견고하게 부착된 플레이트(plate)에 잠금(lock)될 수 있다. 센서 프로브(852)는 뼈의 내부 표면 또는 구조를 스캔하고 뼈에 대한 그것의 위치 및 배향을 반환시키도록 동작 가능하다. 위치 및 배향 데이터로부터, 카메라의 위치가 추론될 수 있고, 따라서 환자의 뼈에 정합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 무선 추적 디바이스(850)는 그것이 전자 기기들을 손상시키지 않고 오토클레이브(autoclave)될 수 있도록 케이스 또는 하우징 내에 봉입(enclose)될 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 무선 추적 디바이스(850)는 중공 본체(812)를 갖는 하우징(810), 내부에 제1 개구(817) 및 제2 개구(819)를 갖는 제1 단부 캡(end cap)(814), 및 제2 단부 캡(816)을 포함할 수 있다. 하우징(810) 내에는 제1 렌즈(821) 및 제2 렌즈(822)가 배치될 수 있고, 제1 센서(833) 및 제2 센서(834)는 회로 기판(831), 배터리(840)와 같은 파워 서플라이, 프로브(855), 및 무선 송신기(890) 상에 배치될 수 있다. 프로브(855)는 뼈의 내부 표면 또는 구조를 결정하도록 동작 가능할 수 있고, 초음파 프로브일 수 있다. 센서들(833, 834)은 CCD(charge-coupled device), CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor) 이미지 센서일 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서들(833, 834)은 그 시야에서 물체들로부터 방사하는 적외선(IR) 광을 측정하는 수동 적외선 센서들(PIR 센서)일 수 있다. 카메라들 각각은 넓은 시야, 예를 들어, 240도 또는 다른 적합한 시야를 가질 수 있다. 무선 추적 디바이스(850)는 16 밀리미터(mm) 직경 본체(또는 16 mm의 높이 및 폭) 및 20 mm의 길이를 갖는 소형화된 디바이스일 수 있다. 다른 실시예에서, 무선 추적 디바이스(850)의 컴포넌트들은, 대략 0.3 파운드의 중량을 갖고 0.8 인치 x 0.7 인치 x 0.7 인치 크기로, 컴팩트하고 경량일 수 있다. 무선 추적 디바이스(850)는 다른 적절한 구성들 및 크기들을 가질 수 있다는 것이 인지될 것이다. 무선 추적 디바이스(850)는 경제적으로 제조될 수 있고, 일회용이거나 재사용가능할 수 있다.
종래의 추적에서, 정지형 카메라들에 보이는 기준 어레이 마커들과 같은 물체들은 환자 뼈에 견고하게 배치된다. 뼈에 대한 이들 마커의 위치는 흔히 다양한 표면 매핑 기술을 통해 정합된다. 표면 지점들의 샘플링은 시간 소모적이고 비효율적일 수 있다. 추적 시스템은 환자 뼈에 견고하게 장착될 수 있다. 골강(bone cavity) 내로 삽입될 수 있고 추적 시스템 구조물에 견고하게 부착될 수 있는 초음파 프로브가 추적 시스템의 위치를 정합시키는데 사용될 수 있다. 초음파 프로브는 데이터를 송신 및 수신할 수 있다. 초음파 프로브는 비-제한적인 예로서, 예를 들어 덜 조밀한 해면골(cancellous bone)과 더 조밀한 피질골(cortical bone) 사이의 상대적인 뼈 밀도의 영역을 검출할 수 있다. 초음파 프로브에 대한 내부 피질 벽을 시각화하는 초음파 프로브에 의해 볼륨(volume)과 같은 형상이 재구성될 수 있다. 알고리즘적으로(algorithmically) 샘플링된 형상 또는 볼륨은 수술전 데이터에 매칭되어 뼈에 대한 프로브의 위치를 추론할 수 있다. 프로브가 추적 시스템 구조물에 견고하게 부착되기 때문에, 뼈에 대한 추적 시스템의 위치를 추론하는 것이 가능할 수 있는데, 즉 추적 시스템의 위치는 초음파 프로브의 판독값들로부터 정합될 수 있다.
다른 실시예에서, 초음파 프로브는 골강 내로 삽입되고 뼈 위치를 정합하는 데 사용될 수 있다. 프로브는 뼈 내에서 이동 가능할 수 있다. 프로브는 카메라로 추적될 수 있거나, 프로브의 위치는 각각의 위치 판독값에서 알고리즘적으로 추론될 수 있다. 고정된 기준 어레이의 위치는 프로브의 위치 판독값들에 대해 추론될 수 있다.
다른 실시예에서, 초음파 프로브는 골강 내로 삽입될 수 있고, 수술 로봇 시스템 또는 수술 내비게이션 시스템(또한, 컴퓨터 보조 수술 시스템)에 대한 수술전 데이터를 생성하는 데 사용될 수 있다. 많은 컴퓨터 보조 수술 시스템들은 수술 절차들을 계획하기 위해 환자 특정 이미징에 의존한다. 이 데이터는 골강(bone cavity) 내로 삽입된 초음파 프로브를 이용한 판독값들로부터 생성될 수 있다.
다른 실시예들에서, 무선 추적 디바이스는 전술한 바와 같이 적어도 하나의 카메라 또는 복수의 카메라들, 초음파 프로브와 같은 프로브, 및 관성 측정 유닛을 포함할 수 있다.
적외선 비컨들은 그들의 위치가 알려져 있는 한 정지형(stationary) 또는 이동형(mobile)일 수 있다는 것에 유의한다. 예를 들어, 무선 추적 디바이스의 카메라에 가시적인 마커들은 정지형이 아니라, 비-정지형일 수 있는 움직이는 수술 기구, 예를 들어 로봇, 또는 로봇에 부착된 도구들에 부착될 수 있다. 수술 기구의 컴포넌트의 위치는, 예를 들어, 수술 기구가 고유 위치 데이터, 예를 들어, 조인트 인코더(joint encoder)를 갖거나, 수술 기구가 제2 카메라로 추적되면 알려질 수 있다. 무선 추적 디바이스의 카메라가 마커를 참조할 때 마커의 위치가 알려지도록 수술 기구로부터의 위치 참조가 마커의 위치를 출력하는 데 사용될 수 있다. 실시간 마커 위치가 알려지면, 이들은 무선 추적 디바이스의 카메라에 대한 기준점들로서 사용되도록 정지 상태일 필요는 없다.
예를 들어, 비컨이 로봇에 부착되면, 로봇의 제어 루프를 통해 위치를 알 수 있다. 활성 비컨들은 추적 성능의 물질적 저하 없이 멸균 드레이프(sterile drape) 뒤에 있을 수 있다는 것에 또한 유의한다. 활성 적외선 비컨은 플라스틱 및 저밀도 물체를 통해 송신할 수 있다. 추적된 물체의 위치는 무선으로, 예를 들어 2.4 GHz 라디오 신호로 가이던스 애플리케이션(guidance application) 또는 제어 애플리케이션으로 발송된다.
후술되는 바와 같이, 일부 실시예들에서, 무선 추적 디바이스 또는 디바이스들을 채용하는 로봇 시스템들은 절단 계획을 자동으로 시행하기 위해 동작 가능할 수 있다. 다른 실시예들에서, 내비게이션 시스템은 수술을 수행하는 동안 의사에 의한 사용을 위해 이미지들이 디스플레이 상에 디스플레이될 수 있는 하나 이상의 무선 추적 디바이스 또는 디바이스들을 채용할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 무선 추적 디바이스 또는 디바이스들은 수술 절차를 위한 부위의 관찰을 획득하기 위해 환자에게 동작 가능하게 부착될 수 있다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라, 환자의 경골(tibia)의 근위부와 같은 뼈(도 12에 도시되지 않음)에 견고하게 부착될 수 있는 장착 플레이트(mounting plate)(900)가 도시되어 있다. 뼈 기시점(bone origin)에 대한 장착 플레이트의 위치는 알려질 수 있으며, 예를 들어 장착 플레이트는 맞춤형 환자 특정 지그(patient specific jig)일 수 있다. 장착 플레이트 또는 지그(900)는 장착 플레이트 또는 환자 특정 뼈 지그(900)에 위치되고 정합되는 도브테일(dovetail)의 암형 부분(female portion)과 같은 잠금 위치결정 기구(locking locating mechanism)(970)를 특징으로 할 수 있다. 잠금 위치결정 기구(970)는 수형 도브테일 부분(male dovetail portion)(981)과 같은 잠금 특징부와 인터페이스하도록 설계될 수 있으며, 이 수형 도브테일 부분(981)은 무선 추적 디바이스(950)에 동작 가능하게 부착되어, 무선 추적 디바이스(950)가 환자의 뼈에 직접 정합될 필요가 없지만, 환자의 뼈에 장착 플레이트 또는 지그(900)의 부착 및 고정시 고정된 알려진 위치에 부착된다.
도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 장착 플레이트 또는 환자 특정 뼈 지그(900)는 본체(910)를 포함할 수 있다. 이 예시된 실시예에서, 장착 플레이트 또는 환자 특정 뼈 지그(900)는 적절한 배치 및 정렬을 위해 환자의 뼈의 외부 표면 부분과 매칭(match)되도록 윤곽이 형성된 내부 표면(912)을 포함할 수 있고, 수술전 이미지 또는 적절한 의료 스캔과 같은 데이터로부터 생성될 수 있다. 일단 의사가 장착 플레이트 또는 환자 특정 뼈 지그(900)를 적절한 뼈 표면 위치에 배치하면, 무선 추적 디바이스는 환자의 뼈에 정합된다.
도 14는 본 개시의 일 실시예에 따른 수술 방법(1000)을 예시한다. 이 예시된 실시예에서, 수술 방법(1000)은 1100에서 기준 데이터를 무선으로 획득하는 단계, 무선 데이터는 환자의 뼈에 동작 가능하게 부착된 무선 추적 디바이스의 적어도 하나의 카메라에 기초하고, 기준 데이터는 복수의 마커와 연관되고, 무선 추적 디바이스는 적어도 하나의 카메라 및 무선 송신기를 포함하고, 1200에서 수술 내비게이션 시스템에서 기준 데이터를 사용하는 단계를 포함한다.
도 15는 본 개시의 일 실시예에 따른 수술 방법(1100)을 예시한다. 이러한 예시된 실시예에서, 수술 방법(1100)은 1110에서, 기준 데이터를 무선으로 획득하는 단계, 무선 기준 데이터는 환자의 뼈에 동작 가능하게 부착된 무선 추적 디바이스의 적어도 하나의 카메라에 기초하고, 기준 데이터는 복수의 마커와 연관되고, 무선 추적 디바이스는 적어도 하나의 카메라 및 무선 송신기를 포함하고, 1120에서, 환자의 뼈에 대한 무선 추적 디바이스의 정합(register)에 관한 데이터를 생성하는 단계, 1130에서, 수술 내비게이션 시스템에서 획득된 기준 데이터, 기준 데이터 및 환자의 뼈에 대한 무선 추적 디바이스의 정합에 관한 데이터를 사용하는 단계를 포함한다.
도 16은 본 개시의 일 실시예에 따른 수술 방법(1200)을 예시한다. 이러한 예시된 실시예에서, 수술 방법(1200)은 1210에서, 기준 데이터를 무선으로 획득하는 단계, 무선 기준 데이터는 환자의 뼈에 동작 가능하게 부착된 무선 추적 디바이스의 적어도 하나의 카메라에 기초하고, 기준 데이터는 복수의 마커들과 연관되고, 무선 추적 디바이스는 적어도 하나의 카메라, 관성 측정 유닛, 및 무선 송신기를 포함하고, 1220에서 환자의 뼈에 대한 무선 추적 디바이스의 정합에 관한 데이터를 생성하는 단계, 1230에서 위치 및 배향 데이터를 무선으로 획득하는 단계, 무선 위치 및 배향 데이터는 환자의 뼈에 동작 가능하게 부착된 무선 추적 디바이스의 관성 측정 유닛과 연관되고, 및 1240에서 수술 내비게이션 시스템에서 기준 데이터, 위치 및 배향 데이터, 정합 데이터를 사용하는 단계를 포함한다.
도 17은 본 개시의 일 실시예에 따른 수술 방법(1300)을 예시한다. 이러한 예시된 실시예에서, 수술 방법(1300)은 1310에서 무선으로 기준 데이터를 획득하는 단계, 무선 기준 데이터는 물체에 동작 가능하게 부착된 무선 추적 디바이스의 적어도 하나의 카메라에 기초하고, 기준 데이터는 복수의 마커와 연관되고, 무선 추적 디바이스는 적어도 하나의 카메라, 관성 측정 유닛 및 무선 송신기를 포함하고, 1320에서 물체에 대한 무선 추적 디바이스의 정합에 관한 데이터를 획득 또는 생성하는 단계, 1330에서 위치 및 배향 데이터를 무선으로 획득하는 단계, 무선 위치 및 배향 데이터는 물체에 동작 가능하게 부착된 무선 추적 디바이스의 관성 측정 유닛과 연관되고, 1340에서 수술 내비게이션 시스템에서 기준 데이터, 위치 및 배향 데이터, 및 정합 데이터를 사용하는 단계를 포함한다.
도 18은 본 개시의 일 실시예에 따른 수술 방법(1400)을 예시한다. 이러한 예시된 실시예에서, 수술 방법(1400)은 1410에서, 기준 데이터를 무선으로 획득하는 단계, 무선 기준 데이터는 환자의 뼈에 동작 가능하게 부착된 무선 추적 디바이스의 한 쌍의 카메라들에 기초하고, 기준 데이터는 복수의 마커들과 연관되고, 무선 추적 디바이스는 적어도 하나의 카메라, 프로브, 및 무선 송신기를 포함하고, 1420에서 뼈에 관한 데이터를 무선으로 획득하는 단계, 무선 위치 및 배향 데이터는 환자의 뼈에 동작 가능하게 부착된 무선 추적 디바이스의 프로브와 연관되고, 및 1430에서 수술 내비게이션 시스템에서 뼈에 관한 데이터, 기준 데이터를 사용하는 단계를 포함한다.
다양한 개시된 실시예에서, 무선 추적 디바이스의 위치 및 배향 데이터를 수술 내비게이션 애플리케이션으로 반환하는 것은, 예를 들어, 수술 로봇에 대한 타겟 위치(target position)를 업데이트하는 것일 수 있다. 일부 실시예들에서, 무선 추적 디바이스의 위치 및 배향 데이터를 수술 내비게이션 애플리케이션으로 반환하는 것은, 관성 측정 유닛들이 시작 위치로부터의 위치의 변화들을 반환하는 것을 포함할 수 있고, 및 카메라는 시작 위치를 정합하는 데 사용된다. 관성 측정 유닛들은 시간 경과에 따라 드리프트를 추적할 수 있다. 카메라로부터의 규칙적인 기준 측정들은 추적 드리프트(tracking drift)를 정정할 수 있다. 카메라와 관성 측정 유닛의 조합은 정확도를 증가시킬 수 있고 단기 폐색(occlusion)의 위험을 완화시킬 수 있다. 카메라는 알려진 위치들에 있는 마커들을 참조함으로써 위치를 반환시키도록 동작 가능할 수 있다.
일부 실시예들에서, 데이터를 사용하는 방법은 환자의 뼈에 정합된 무선 추적 디바이스의 위치 및 배향 데이터 및 절단 계획에 기초하여 환자의 뼈의 절제 또는 채취(excavation)를 실시하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 환자의 뼈에 고정된 무선 추적 디바이스의 카메라는 로봇에 동작 가능하게 부착된 복수의 마커들 및/또는 맞춤형 도구(custom tool)과 같은 또는 아웃사이드-인(outside-in) 내비게이션 카메라 상의 표면들과 같은 로봇에 부착된 도구를 참조할 수 있다.
도 19는 본 개시의 실시예에 따른, 예를 들어, 수술 방법(1000)(도 14), 수술 방법(1100)(도 15), 수술 방법(1200)(도 16), 수술 방법(1300)(도 17), 및 수술 방법(1400)(도 18)을 구현하기 위한 시스템(2000)의 블록도를 예시한다. 시스템(2000)은 일반적으로 프로세싱 유닛 또는 프로세서(2210), 입력/출력 디바이스들(2220), 및 메모리(2230)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 무선 추적 디바이스 데이터(2100)는 하나 이상의 무선 추적 디바이스로부터 획득될 수 있으며, 예컨대 이미지 데이터는 카메라 또는 이미저, 적외선 센서로부터 획득될 수 있고, 및 위치 및 배향 데이터는 관성 측정 시스템으로부터 획득될 수 있다.
환자의 대퇴골(femur)의 근위 부분과 같은 환자의 뼈의 적어도 일부를 나타내는 3차원 데이터와 같은 환자 뼈 데이터(2202)가 획득되거나 시스템(2000)에 입력될 수 있다. 환자 뼈 데이터(2202)는, 예를 들어, 컴퓨터 단층촬영(CT : Computed Tomography) 스캔, 컴퓨터 축방향 단층촬영(CAT : Computerized Axial Tomography) 스캔, 자기 공명 이미징(MRI : Magnetic Resonance Imaging) 스캔, 또는 다른 적합한 2차원 이미징 또는 3차원 이미징 또는 프로세싱에 의해 획득된 3차원 데이터를 포함할 수 있다. 이러한 데이터는 이미징 머신으로부터 직접 제공되거나 저장된 의료 이미지 데이터의 데이터베이스로부터 검색가능할 수 있다.
3차원 데이터 또는 로봇 엔드 이펙터를 나타내는 모델과 같은 로봇 엔드 이펙터 데이터(2204)가 획득되거나 시스템(2200)에 입력될 수 있다. 로봇 엔드 이펙터 데이터(2204)는 예를 들어 로봇 엔드 이펙터의 스캐닝에 기초하거나 CAD 모델에 기초하여 이전에 생성된 3차원 데이터를 포함할 수 있다.
로봇 도구의 적어도 일부(예를 들어, 절삭 단부와 같은 작업 단부)를 나타내는 3차원 데이터 또는 모델과 같은 도구 데이터(2206)가 획득되거나 시스템(2000)에 입력될 수 있다. 도구 데이터(2206)는 예를 들어, 도구의 스캐닝에 기초하여 이전에 생성된 3차원 데이터 또는 도구를 제조하기 위한 데이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도구 데이터(tool data)(2206)는 로봇 절단 계획에서의 사용을 허용하는 환자 특정 뼈 지그의 부분들을 나타내는 충분한 데이터로 제한될 수 있다.
추가 입력 데이터는 위치, 배향, 도구, 환자 특정 뼈 지그, 또는 다른 데이터에 관한 원하는 전반적인 데이터와 같은 의사 입력(2208)을 포함할 수 있다.
프로세서(2210)는 컴퓨터 운영 체제, 예를 들어, WINDOWS, OSX, UNIX 또는 Linux 운영 체제일 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세서(2210)는 휴대용 또는 핸드헬드(handheld) 컴퓨팅 디바이스일 수 있다. 다른 실시예들에서, 프로세싱 유닛(2210)은 글로벌 통신 네트워크, 예를 들어, 인터넷과 같은 하나 이상의 네트워크들을 통해 링크되거나 동작하는 하나 이상의 동작 가능하게 연결된 프로세싱 유닛들, 컴퓨팅 디바이스들, 서버들일 수 있다.
메모리(2230)는 입력 데이터를 프로세싱하기 위한 다양한 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(2230)는 무선 추적 디바이스 - 뼈 정합 생성기(wireless tracking device to bone registration generator)(2240), 이미지/마커 모니터링(2250), 위치/배향 모니터링(2260), 장애물 회피(2270), 및 로봇 뼈 절단 계획 생성기(2280)를 포함할 수 있다.
무선 추적 디바이스 - 뼈 정합 생성기(2240)는 환자의 뼈의 실제 위치 및 배향을 결정하기 위해 예컨대, 환자가 수술대 상에 배치될 때 환자 뼈 데이터(2202), 무선 추적 디바이스 데이터(2100), 및 의사 입력(2208)을 수신하도록 동작할 수 있다. 예를 들어, 환자 뼈 데이터 또는 뼈 모델을 사용하여, 무선 추적 디바이스 데이터 및 관찰된 실제 환자 특정 뼈에 기초하여 실제 환자의 뼈를 위치시키고 배향시키기 위한 적절한 프로그래밍이 제공될 수 있다.
로봇 뼈 절단 계획 생성기(2280)는 환자의 뼈를 절제하기 위해 수술 로봇 또는 다른 자동화 디바이스들을 동작시키기 위한 데이터 또는 명령어들을 결정하도록 동작 가능할 수 있다. 일부 실시예에서, 환자의 대퇴골 또는 경골(tibia)의 절제된 근위 부분과 같은 절제된 뼈의 3D 모델이 수술 로봇에 업로드되어 수술 로봇이 뼈 절단 계획(bone cut plan)을 달성하도록 동작 가능하고 대퇴골 또는 경골의 근위 부분을 자율적으로 또는 반자율적으로 크기 조정하여 예를 들어 절제를 형성하고/하거나 뼈 내에 하나 이상의 공동을 형성할 수 있게 한다. 데이터 또는 명령어들은 무선 추적 디바이스들로부터 수신된 데이터와 조합될 수 있다. 적합한 수술 로봇은 미시간주 쉘비 타운쉽(Shelby Township)의 KUKA ROBOTICS Corporation에 의해 제조된 LBR iiwa Kuka 로봇일 수 있고, 하나 이상의 뼈 톱, 라스프(rasp), 톱, 드릴 및/또는 다른 디바이스와 함께 동작 가능할 수 있다. 로봇 뼈 절단 계획 생성기(2280)는 절제 표면 또는 표면 생성기, 공동 또는 공동들 생성기, 및 최적화 생성기와 같은 다양한 모듈들을 포함할 수 있다. 로봇 뼈 절단 계획 생성기(2280)는 의사가, 예를 들어, 절제 평면을 표시되게 할 수 있거나, 그러한 평면은, 예를 들어, 의사로부터의 입력에 의해, 또는 미리 결정된 데이터에 기초하여 또는 미리 결정된 데이터를 이용하여 자동으로 생성될 수 있다. 로봇 뼈 절단 계획 생성기(2280)는 위치, 폭, 길이, 깊이와 같은 의사로부터의 초기 입력을 수신하는 것을 포함할 수 있거나, 또는 미리 결정된 데이터에 기초하거나 이용할 수 있다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 또는 모니터(180)를 도시한다. 예를 들어, 무선 추적 디바이스는 전술한 바와 같이 환자의 뼈에 동작 가능하게 부착될 수 있다. 관성 측정 유닛은 정합된 무선 추적 디바이스에 관한 위치 및 배향 데이터를 제공할 수 있으며, 예를 들어, 디스플레이 또는 모니터(180) 상에 환자의 뼈(182) 또는 뼈(182)의 일부의 표현을 생성하기 위해 3차원 뼈 데이터(예를 들어, 도 19의 블록(2202))와 조합하여 사용될 수 있다. 또한, 무선 추적 디바이스의 카메라는 도구에 관한 이미지 데이터를 제공할 수 있고, 예를 들어, 디스플레이 또는 모니터(180) 상에 본 특허의 도구(187) 또는 도구(187)의 일부의 표현을 생성하기 위해 3차원 도구 데이터(예를 들어, 도 19의 블록(2206))와 조합하여 사용될 수 있다. 바람직하게는, 뼈 및 도구의 상대적 위치 및 배향은 뼈 및 도구의 실제 위치 및 배향에 대응할 수 있다. 일부 실시예에서, 도구는 로봇에 의해 제어될 수 있고, 다른 실시예에서, 도구는 의사에 의해 수동으로 제어될 수 있다. 일부 실시예들에서, 추가적인 정보가 디스플레이 또는 모니터(180) 상에 디스플레이될 수 있다. 예를 들어, 수술 절차에서 이용되는 견인기(retractor)들 또는 다른 물체들은 무선 추적 디바이스들을 포함하여, 하나 이상의 견인기들과 같은(그리고 3차원 데이터(예를 들어, 블록(2205), 도 19)를 사용하는) 물체의 표현이 또한 뼈(182) 및 도구(187)의 표현들과 함께 디스플레이(180) 상에 예시될 수 있게 할 수 있다.
본 개시로부터, 본 인사이드-아웃 기법(inside-out technique)은 아웃사이드-인 추적(outside-in tracking)에 비해 단점들을 극복할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
예를 들어, 본 인사이드-아웃 기법은 카메라가 항상 식별 가능한 어레이에 대한 사이트 라인을 유지해야 하는 아웃사이드-인 시스템에 비해 폐색 문제의 가능성을 감소시킬 수 있고, 의사를 도울 수 있고 수술의 자유를 제한할 수 있는 보조자의 수를 제한할 수 있다.
아웃사이드-인(outside-in) 시스템들에서, 공간에 카메라들의 정합을 요구한다. 카메라 위치(들)이 정확하게 알려질 필요가 있다. 일반적으로, 카메라는 고정된 위치에 정합될 필요가 있고, 일반적으로 고정된 위치에 대한 고저선(line-of-site)를 유지할 필요가 있다. 예를 들어, 카메라들은 로봇 베이스에 장착되는 어레이들을 통해 로봇 베이스에 정합될 수 있다. 이러한 어레이들은 일반적으로 카메라에 대한 가시성을 유지하기 위해 멸균 영역 외부에 배치될 수 없고 재멸균을 필요로 한다. 알려진 위치에 대한 카메라들의 불량 정합에 의해 시스템 추적의 정확도가 감소될 수 있다. 이 프로세스는 또한 수술 절차에 시간을 도입한다. 본 개시의 기법은 무선 추적 디바이스들이 공간에서 고정될 필요가 없는 정합을 허용할 수 있다.
아웃사이드-인(outside-in) 시스템들에서, 카메라들은 매우 높은 해상도를 필요로 하고 매우 고속 프로세싱이 가능하기 때문에 카메라의 비용이 높다. 예를 들어, NDI Vega XT 카메라는 카메라당 $10,000 내지 $20,000인 것으로 알려져 있다. 본 개시의 기술은 고해상도일 필요가 없는 카메라들을 갖는 무선 추적 디바이스들을 이용할 수 있다.
본 개시의 기술은 더 큰 정확도를 제공할 수 있다. 추적된 물체들에 대한 카메라들의 거리는 추적 정확도에 영향을 미친다. 일반적으로, 추적 카메라들로부터 추적된 물체들이 더 멀리 있을수록 추적 정확도가 더 나빠진다. 아웃사이드-인 시스템들에서, 카메라들이 멸균 영역 외부에 있기 때문에, 그것들은 추적 정확도에 악영향을 미치는 거리에 위치되어야 한다.
아웃사이드-인 시스템은 또한, 아웃사이드-인 카메라가 일반적으로 고정된 위치에 정합되고 이동할 수 없기 때문에, 제한된 시야(field of view)를 갖는다.
본 인사이드-아웃 추적 기술은 값비싼 카메라들 또는 복잡한 정합들의 비용을 제거할 수 있다. 알려진 위치들에서 큰 시야 카메라를 갖는 다수의 활성 적외선 비컨들을 도입함으로써, 폐색 위험들이 완화될 수 있다.
도 21은 본 개시의 실시예들의 기술적 아키텍처의 일부인 환자 특정 뼈 지그를 이용하여 환자의 뼈의 정합 및/또는 추적에 사용하기 위한 다른 시스템(3300)의 블록도를 예시한다. 시스템(3300)은 특정 실시예들에서 마이크로프로세서(3320)를 포함할 수 있는 회로부(3310)를 포함할 수 있다. 시스템(3300)은 또한 메모리(3330)(예를 들어, 휘발성 메모리 디바이스) 및 저장소(3340)를 포함할 수 있다. 시스템(3300)은 메모리(3330), 저장소(3340) 및/또는 회로부(3310)에 로딩되거나 저장될 수 있고 마이크로프로세서(3320) 및/또는 회로부(3310)에 의해 실행될 수 있는 코드(3352)를 포함하는 프로그램 로직(3350)을 포함할 수 있다. 다양한 컴포넌트들은 시스템 버스를 통해 직접적으로 또는 간접적으로 동작 가능하게 결합될 수 있거나 다른 데이터 프로세싱 시스템들 및 컴포넌트들에 직접적으로 또는 간접적으로 결합될 수 있다. 프로그램 로직(3350)은 전체 고관절 교체를 위한 대퇴골 컴포넌트의 환자 특정 대퇴골 스템(patient specific femoral stem)을 형성하는데 사용하기 위한 본 개시에서 전술된 프로그램 코드를 포함할 수 있다.
당업자에 의해 인식되는 바와 같이, 기술의 양태들은 시스템, 방법, 또는 컴퓨터 프로그램 제품으로서 구현될 수 있다. 따라서, 기술의 양태들은 본 명세서에서 모두 일반적으로 "회로", "모듈" 또는 "시스템"으로 지칭될 수 있는 전적으로 하드웨어 실시예, 전적으로 소프트웨어 실시예(펌웨어, 상주 소프트웨어, 마이크로-코드 등을 포함함), 또는 소프트웨어 및 하드웨어 양태들을 조합하는 실시예의 형태를 취할 수 있다.
흐름도 예시들 및/또는 블록도들의 각각의 블록, 및 흐름도 예시들 및/또는 블록도들에서의 블록들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 명령어들에 의해 구현될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 명령어들은 머신을 생성하기 위해 범용 컴퓨터, 특수 목적 컴퓨터, 또는 다른 프로그램가능 데이터 프로세싱 디바이스의 프로세서에 제공될 수 있어서, 컴퓨터 또는 다른 프로그램가능 데이터 프로세싱 장치의 프로세서를 통해 실행되는 명령어들은 흐름도 및/또는 블록도의 블록 또는 블록들에서 특정된 기능들/동작들을 구현하기 위한 수단을 생성한다. 흐름도 또는 블록도들에서의 각각의 블록은 특정된 로직 기능(들)을 구현하기 위한 하나 이상의 실행가능한 명령어들을 포함하는 모듈, 세그먼트, 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다.
소프트웨어 및/또는 프로그램 코드로도 언급되는 이러한 컴퓨터 프로그램 명령어들은 또한 컴퓨터, 다른 프로그램가능 데이터 프로세싱 디바이스, 또는 다른 디바이스들이 특정 방식으로 기능하도록 지시할 수 있는 컴퓨터 판독가능 매체에 저장될 수 있어서, 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 명령어들은 흐름도 및/또는 블록도 블록 또는 블록들에서 특정된 기능/동작을 구현하는 명령어들을 포함하는 제조 물품을 생성한다. 예를 들어, 특정 장치에서, 데스크탑 또는 워크스테이션 컴퓨터는 상업적으로 이용 가능한 운영 체제, 예를 들어, Windows®, OSX®, UNIX 또는 Linux 기반 구현을 사용하여 이용될 수 있다.
도 21에 도시된 바와 같이, 컴퓨터 판독가능 저장 매체(3340)는, 예를 들어, 전자, 자기, 광학, 전자기, 적외선 또는 반도체 시스템, 장치, 또는 디바이스, 또는 이들의 임의의 적절한 조합일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 저장소(3340)는 내부 저장 디바이스, 부속 저장 디바이스 및/또는 네트워크 액세스 가능한 저장 디바이스를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체의 더 구체적인 예들(비-포괄적인 리스트)은 다음의 : 하나 이상의 와이어들을 갖는 전기 커넥션, 휴대용 컴퓨터 디스켓, 하드 디스크, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 소거가능 프로그램가능 판독 전용 메모리(EPROM 또는 플래시 메모리), 광섬유, 휴대용 컴팩트 디스크 판독 전용 메모리(CD-ROM), 광학 저장 디바이스, 자기 저장 디바이스, 또는 이들의 임의의 적절한 조합을 포함한다. 본 문서의 맥락에서, 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 명령어 실행 시스템, 장치, 또는 디바이스에 의해 또는 이와 관련하여 사용하기 위한 프로그램을 포함하거나 저장할 수 있는 임의의 유형의 매체일 수 있다.
본 기술의 양태들에 대한 동작들을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드는 Java, Smalltalk, C++ 등과 같은 객체 지향 프로그래밍 언어, 및 "C" 프로그래밍 언어, PHP, ASP, 어셈블러 또는 유사한 프로그래밍 언어들과 같은 종래의 절차적 프로그래밍 언어들 뿐만 아니라 기술 컴퓨팅을 위한 기능 프로그래밍 언어들 및 언어들을 포함하는 하나 이상의 프로그래밍 언어들의 임의의 조합으로 기록될 수 있다. 프로그램 코드는 전적으로 사용자의 컴퓨터 상에서, 부분적으로 사용자의 컴퓨터 상에서, 독립형 소프트웨어 패키지로서, 부분적으로 사용자의 컴퓨터 상에서 그리고 부분적으로 원격 컴퓨터 상에서 또는 전적으로 원격 컴퓨터 또는 서버 상에서 실행될 수 있다. 후자의 시나리오에서, 원격 컴퓨터는 근거리 네트워크(LAN) 또는 광역 네트워크(WAN)를 포함하는 임의의 유형의 네트워크를 통해 사용자의 컴퓨터에 연결될 수 있거나, 또는 외부 컴퓨터에 대한 연결(예를 들어, 인터넷 서비스 제공자를 사용하는 인터넷을 통해)이 이루어질 수 있다. 또한, 클라우드 컴퓨팅 환경에서의 하나 이상의 리소스를 포함하지만 이에 제한되지 않는 하나 이상의 컴퓨터가 프로그램 코드를 구현하는 데 사용될 수 있다.
도 21에 도시된 바와 같이, 입력/출력 또는 I/O 디바이스(3360)(키보드, 디스플레이, 포인팅 디바이스, DASD, 테이프, CD, DVD, 썸 드라이브(thumb drive) 및 다른 메모리 매체 등을 포함하지만 이에 제한되지 않음)는 직접 또는 개재 I/O 제어기를 통해 시스템에 결합될 수 있다. 네트워크 어댑터들은 또한 데이터 프로세싱 시스템이 개재 사설 또는 공용 네트워크들을 통해 다른 데이터 프로세싱 시스템들 또는 원격 프린터들 또는 저장 디바이스들에 결합될 수 있게 하기 위해 시스템에 결합될 수 있다. 모뎀, 케이블 모뎀 및 이더넷 카드는 사용 가능한 네트워크 어댑터 유형 중 일부에 불과하다.
환자에 관한 데이터, 예를 들어 환자의 골반(pelvis) 및 엉덩이는 의료 센서 디바이스에 의해 생성되거나 의료 센서 디바이스로부터 액세스될 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터화된 축방향 단층촬영 (CAT 또는 CT) 또는 자기 공명 이미징 (MRI) 스캔으로부터 획득된 것들과 같은, 사지(extremity)의 이전 의료 스캔들은 의료 기록 저장 디바이스에 저장되거나, 저장소 (3340)에 저장되거나, 또는 시스템 (3300)에 의해 액세스될 수도 있다. 이러한 환자 데이터는 주어진 환자에 대한 다른 데이터 (예를 들어, 골 밀도, 유형, 길이, 의료 상태 등)를 포함할 수 있다. 비제한적 예로서, 환자 데이터는 스캐닝 디바이스로부터 획득된 일련의 2차원 이미지(예를 들어, CT 스캔 슬라이스)를 포함하는 스캔 데이터 세트를 포함할 수 있다. 이와 같이, 스캔 데이터 세트는 스캔 데이터의 3D 차원 표현이다.
본 개시의 기술은 다수의 관심 지점들을 수동으로 샘플링하는 현재의 첨단 정합 및 추적의 시간 및 프로세싱 제약들을 극복할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 특히, 본 개시의 기술은 높은 정확도 정합을 달성하기 위해 많은 수의 지점을 수동으로 샘플링하는데 필요한 소요 시간 및 숙련된 사용자에 의해 수행되어야 하는 정합의 필요성을 포함하는 현재 정합 방법의 단점을 극복할 수 있다.
예를 들어, 카메라의 사용으로, 본 기술은 매우 짧은 시간 내에 수천 개의 지점이 "샘플링"될 수 있게 하여, 정합 정확도를 증가시키고 시간을 감소시킨다. 정합은 또한 덜 숙련된 사용자에 의해 수행될 수 있다.
본 설명으로부터, 본 개시의 기술은 수술 현장에서 깊이 카메라들의 유용성을 향상시키기 위해 장면(scene), 시야(field of view), 및 타겟을 최적화하기 위한 방법들을 제공할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 수술 현장에서의 이미징, 정합 및 추적을 위해 무선 추적 디바이스를 이용하기 위해, 무선 추적 디바이스의 카메라는 1) 추적할 임상적으로 관련된 물체를 식별하도록 동작 가능할 수 있고, 2) 무선 추적 디바이스의 관성 측정 유닛은 물체의 포즈(pose) 또는 공간적 위치 및 배향을 결정하도록 동작 가능할 수 있다.
일부 실시예들에서, 뼈를 채취하도록 구성된 기구를 위한 제어기는 다수의 내비게이션 시스템들로부터 입력들을 수신할 수 있다. 일 실시예에서, 채취 기구(excavating instrument)의 위치 뿐만 아니라 뼈의 위치를 추적하도록 구성된 아웃사이드-인 내비게이션 시스템(outside-in navigation system)(예를 들어, 로봇의 단부 근처에 부착된 추적 디바이스 및 뼈에 부착된 추적 디바이스들을 통한 로봇)이 존재한다. 동일한 실시예에서, 견인기와 같은 수술 도구를 추적하도록 구성될 수 있는 하나 이상의 인사이드-아웃 센서가 존재할 수 있다. 인사이드-아웃 내비게이션 시스템으로부터 반환된 견인기들의 추적된 위치는 기구의 이동을 가이드하도록 구성될 수 있다. 제어기는 아웃사이드-인 내비게이션 시스템으로부터 반환된 뼈 및 기구 위치에 대한 입력들 뿐만 아니라 뼈를 채취하도록 구성된 기구의 이동을 가이드하기 위해 수술 도구 위치들로부터의 입력들을 취하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 뼈를 채취하도록 구성된 기구를 위한 제어기는 다수의 인사이드-아웃 센서로부터 위치 데이터를 수신할 수 있다. 전용 인사이드-아웃 센서는 뼈를 채취하도록 구성된 기구의 위치를 추적할 수 있거나, 또는 단일 전용 센서는 뼈를 채취하도록 구성된 기구의 위치 뿐만 아니라 뼈의 위치 둘 모두를 추적할 수 있다. 인사이드-아웃 추적기는 또한, 견인기와 같은 수술 도구의 상대적 위치를 동시에 추적할 수 있다. 뼈를 채취하도록 구성된 기구의 추적된 위치들, 뼈 위치, 및 추적된 수술 도구들의 위치들은 로봇의 이동을 가이드하기 위해 조합될 수 있다.
일 실시예에서, 추적기(tracker)들이 견인기(retractor)들과 같은 수술 도구들에 추가될 수 있다. 카메라, IMU 및 무선 송신기로 구성된 인사이드-아웃 추적기가 뼈에 부착될 수 있다. 카메라는 수술 도구들 상의 추적기들에 대한 고저선(line of site)을 갖도록 구성되고, 수술 도구들에 대한 그것의 위치를 반환시킬 수 있다. 수술 도구에 대한 뼈의 위치는 뼈를 채취하도록 구성된 기구를 가이드하기 위한 여러 제어 입력 중 하나로서 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 인사이드-아웃 추적기는 무선이도록 구성되지 않고 유선일 수 있다. 인사이드 아웃 추적기는 카메라, IMU 및 데이터 전송을 위한 케이블로 구성될 수 있다.
도 22는 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 추적 디바이스(4000)의 다른 실시예를 예시한다. 이 예시 실시예에서, 무선 추적 디바이스(4050)는 하나 이상의 카메라 또는 관성 측정 유닛을 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, 무선 추적 디바이스(4050)는 일 단부에 무선 송신기 부분(4051), 및 제2 단부에 센서/프로브 부분(4052)을 포함할 수 있다. 센서 부분(4052)은 일회용이거나 환자의 뼈에 삽입 가능할 수 있다. 대안으로, 무선 추적 디바이스(4050)는 환자의 뼈에 견고하게 부착되는 플레이트에 잠금될 수 있다. 센서 프로브(4052)는 뼈의 내부 표면 또는 구조를 스캔하고 뼈에 대한 그의 위치 및 배향을 반환시키도록 동작 가능하다. 일부 실시예들에서, 무선 추적 디바이스(4050)는 그것이 전자 기기들을 손상시키지 않고 오토클레이브(autoclave)될 수 있도록 케이스 또는 하우징 내에 봉입될 수 있다.
도 23에 도시된 바와 같이, 무선 추적 디바이스(4050)는 중공 본체(4012), 제1 단부 캡(4014), 및 제2 단부 캡(816)을 갖는 하우징(4010)을 포함할 수 있다. 하우징(4010) 내에는 배터리(4040)와 같은 파워 서플라이, 프로세서(4070), 프로브(4055), 및 무선 송신기(4090)가 있을 수 있다. 프로브(4055)는 뼈의 내부 표면 또는 구조를 결정하도록 동작 가능할 수 있고, 초음파 프로브일 수 있다. 무선 추적 디바이스(4050)는 16 밀리미터(mm) 직경의 본체(또는 16 mm의 높이 및 폭) 및 20 mm의 길이를 갖는 소형화된 디바이스일 수 있다. 다른 실시예에서, 무선 추적 디바이스(850)의 컴포넌트들은, 대략 0.3 파운드의 중량을 갖고 0.8 인치 x 0.7 인치 x 0.7 인치 크기로, 컴팩트하고 경량일 수 있다. 무선 추적 디바이스(4050)는 다른 적절한 구성들 및 크기들을 가질 수 있다는 것이 인지될 것이다. 무선 추적 디바이스(4050)는 경제적으로 제조될 수 있고, 일회용이거나 재사용가능할 수 있다.
골강(bone cavity) 내로 삽입될 수 있거나 추적 시스템 구조물에 견고하게 부착될 수 있는 초음파 프로브가 추적 시스템의 위치를 정합하는데 사용될 수 있다. 초음파 프로브는 데이터를 송신 및 수신할 수 있다. 초음파 프로브는 비제한적인 예로서, 예를 들어 덜 조밀한 해면골과 더 조밀한 피질골 사이의 상대적인 골 밀도의 영역을 검출할 수 있다. 볼륨(volume)과 같은 형상은 초음파 프로브에 대한 내부 피질 벽을 시각화하는 초음파 프로브(또는 제어기(120)와 같은 원격 제어기, 도 2)에 의해 재구성될 수 있다. 알고리즘적으로 샘플링된 형상 또는 볼륨은 수술전 데이터에 매칭되어 뼈에 대한 프로브의 위치를 추론할 수 있다. 프로브가 추적 시스템 구조물에 견고하게 부착되기 때문에, 뼈에 대한 추적 시스템의 위치를 추론하는 것이 가능하고, 즉 초음파 프로브의 판독값들로부터 추적 시스템의 위치를 정합하도록 동작 가능하다.
다른 실시예에서, 초음파 프로브는 골강 내로 삽입되고 뼈 위치를 정합하는 데 사용될 수 있다. 프로브는 뼈 내에서 이동 가능할 수 있다. 프로브는 카메라로 추적될 수 있거나, 프로브의 위치는 각각의 위치 판독값에서 알고리즘적으로 추론될 수 있다. 다른 실시예에서, 초음파 프로브는 골강 내로 삽입될 수 있고, 수술 로봇 시스템 또는 수술 내비게이션 시스템(또한, 컴퓨터 보조 수술 시스템)에 대한 수술전 데이터를 생성하는 데 사용될 수 있다. 많은 컴퓨터 보조 수술 시스템들은 수술 절차들을 계획하기 위해 환자 특정 이미징에 의존한다. 이 데이터는 골강 내로 삽입된 초음파 프로브를 이용한 판독값들로부터 생성될 수 있다.
이미징 및/또는 최소 지점 샘플링을 갖는 환자 특정 뼈 지그를 이용하는 본 기술은 현재 정합 및 추적과 관련된 문제를 극복한다. 해부학적 구조들을 알고리즘적으로 식별하는 것은 기계 학습 또는 복잡한 기하학적 모델링 기법들을 수반할 수 있는 사소한 계산 문제이다. 물체의 포즈 또는 공간적 위치 및 배향을 결정하는 것은 또한 도전적이다. 임상 실습에서, 노출은 종종 작고, 수술 부위의 특징부는 매우 가변적일 수 있다. 공간 배향을 결정하기 위한 알고리즘 특징부 검출은 도전을 증명할 수 있다. 이러한 알고리즘을 "훈련(train)"하거나 검증할 데이터의 가용성은 또 다른 주요 개발 장애이다. 깊이 카메라들이 의존하는 종래의 특징 검출 알고리즘들은 "잡음" 환경들(연골, 혈액, 수술 도구들 및 다른 연조직들)에서 제한된 표면 이상들(anomalies)(매끄러움(smooth))을 갖는 작은 노출들을 갖는 모델들과 상관관계를 맺기 어렵다. 알고리즘을 훈련시키기 위한 실세계 절차의 데이터 세트는 획득하기 어렵다. 또한, 척추 해부학적 구조와 달리, 제한된 노출에서 무릎과 엉덩이을 따라 주요 해부학적 랜드마크를 식별하는 것은 상당히 도전적일 수 있다.
예를 들어, 본 개시의 기술은 임상적으로 알려진 해부학적 랜드마크들을 샘플링하는 사용자가 주관적이고 오류가 발생하기 쉬운 종래의 정합의 문제들을 극복할 수 있다. 본 기술은 증가된 샘플링이 수술 시간을 증가시키기 때문에 정확도를 증가시키기 위해 많은 수의 지점들을 샘플링해야 하는 종래의 정합들에 필요성을 감소시킨다. 또한, 지점들의 샘플링은 의사와 같은 고도로 숙련된 사용자를 요구하기 때문에, 그것은 태스크를 지원하는 저숙련 사용자들의 능력을 제한한다. 적시에 높은 정확도의 정합을 생성하는 것은 업계에서 계속 과제로 떠오르고 있다.
본 명세서에서의 교시들에 기초하여 당업자에 의해 인식될 수 있는, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 상기 설명된 및 다른 실시예들에 대해 다수의 변경들 및 수정들이 이루어질 수 있다. 첨부된 요약 및 도면을 포함하는, 본 명세서에 개시된 디바이스 및/또는 장치의 임플란트, 나사, 및 다른 컴포넌트는, 의도된 목적을 위해 유사한 기능을 제공하기 위해 이러한 대안 컴포넌트(들) 또는 특징부(들)에 의해 동일하거나, 동등하거나 유사한 결과를 달성하기 위해 당업자에 의해 공지된 동일한, 동등하거나 유사한 목적을 수행하는, 다른 실시예에 개시된 것과 같은 대안 컴포넌트(들) 또는 특징부(들)에 의해 대체될 수 있다. 또한, 디바이스들 및 장치는 본원에 설명되고 예시된 실시예들보다 더 많거나 더 적은 컴포넌트들 또는 특징부들을 포함할 수 있다. 따라서, 현재 바람직한 실시예들의 이러한 상세한 설명은 본 발명을 제한하는 것과는 대조적으로 예시적인 것으로 간주되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 명세서에서 사용되는 단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 형태도 포함하는 것으로 의도된다. 용어 "포함한다(comprise)"(및 "포함한다(comprises)" 및 "포함하는(comprising)"과 같은 포함한다의 임의의 형태), "가진다(have)"(및 "가진다(has)" 및 "갖는(having)"과 같은 가진다의 임의의 형태), "포함한다(include)"(및 "포함한다(includes)" 또는 포함하는(including)"과 같은 포함한다의 임의의 형태) 및 "함유한다(contain)"(및 "함유한다(contains)" 및 "함유하는(containing)"과 같은 함유한다의 임의의 형태)는 개방형 연결 동사이다는 것이 추가로 이해될 것이다. 결과적으로, 하나 이상의 단계 또는 요소를 "포함하는", "가지는", "포함하는", 또는 "함유하는"는 방법 또는 디바이스는 하나 이상의 단계 또는 요소를 소유하지만, 하나 이상의 단계 또는 요소만을 소유하는 것에 제한되지 않는다. 마찬가지로, 하나 이상의 특징부들을 "포함하는(comprises)", "가지는(has)", "포함하는(includes)" 또는 "함유하는(contains)" 디바이스의 요소 또는 방법의 단계는 이들 하나 이상의 특징부들을 갖지만, 이들 하나 이상의 특징부들 만을 소유하는 것으로 제한되지 않는다. 또한, 특정 방식으로 구성되는 디바이스 또는 구조는 적어도 그 방식으로 구성되지만, 나열되지 않은 방식으로도 구성될 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예들을 참조하여 설명되었다. 본 명세서에 설명된 아키텍처 및 동작 실시예들은 동일한 일반적인 특징부들, 특성들, 및 일반적인 장치 동작을 제공하기 위한 복수의 가능한 장치들의 예시라는 것이 이해될 것이다. 수정예 및 변경예가 앞선 상세한 설명을 읽고 이해할 때 다른 사람에게 떠오를 것이다. 본 발명은 이러한 모든 수정예 및 변경예를 포함하는 것으로 해석되도록 의도된다.

Claims (118)

  1. 수술 방법으로서,
    기준 데이터(reference data)를 무선으로 획득하는 단계로서, 상기 기준 데이터는 환자의 뼈에 동작 가능하게 부착된 무선 추적 디바이스의 적어도 하나의 카메라에 기초하고, 상기 기준 데이터는 복수의 마커(marker)와 연관되고, 상기 무선 추적 디바이스는,
    상기 적어도 하나의 카메라; 및
    무선 송신기;를 포함하는, 상기 획득하는 단계; 및
    수술용 내비게이션 시스템에서 상기 기준 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 마커는 로봇, 로봇에 부착된 수술 도구(tool), 로봇의 베이스(base), 카트(cart), 수술대에 부착된 고정구(fixture), 수술용 조명, 아웃사이드-인(outside-in) 내비게이션용 카메라, 및/또는 수술실 내의 하나 이상의 물체에 부착되는, 수술 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 사용하는 단계는 로봇에 대한 타겟 위치를 업데이트하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기준 데이터를 무선으로 획득하는 단계는 시작 위치를 무선으로 획득하는 단계, 및 상기 시작 위치로부터의 위치 변화를 무선으로 획득하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 사용하는 단계는 절단 계획(cut plan)에 기초하여 상기 환자의 뼈를 절제 또는 채취(excavate)하기 위해 상기 수술 내비게이션 시스템에서 상기 기준 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 사용하는 단계는 상기 환자의 뼈를 나타내는 이미지를 디스플레이하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 사용하는 단계는 상기 환자의 뼈에 대한 도구를 나타내는 이미지를 디스플레이하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 사용하는 단계는 상기 수술 내비게이션 시스템에서 상기 환자의 뼈에 대한 상기 무선 추적 디바이스의 정합에 관한 데이터 및 획득된 상기 기준 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 환자의 뼈에 대한 상기 무선 추적 디바이스의 정합에 관한 데이터를 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 사용하는 단계는 상기 수술 내비게이션 시스템에서 상기 환자의 뼈에 대한 상기 무선 추적 디바이스의 정합에 관한 데이터 및 획득된 상기 기준 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 환자의 뼈의 뼈 데이터 및 상기 환자 및 상기 무선 추적 디바이스로부터 원격인 제2 카메라에 기초하여 상기 무선 추적 디바이스의 상기 환자의 뼈에 대한 정합에 관한 데이터를 생성하는 단계를 더 포함하는, 수술 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 무선 추적 디바이스의 적어도 하나의 카메라는 적어도 하나의 적외선 카메라를 포함하고; 및
    상기 복수의 마커는 복수의 적외선 방출기(emitter) 또는 활성 적외선 비컨(beacon)을 포함하는, 수술 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 복수의 적외선 방출기 또는 활성 적외선 비컨은 복수의 적외선 LED를 포함하는, 수술 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 무선 추적 디바이스의 상기 적어도 하나의 카메라는 적외선 카메라를 포함하고, 상기 복수의 마커는 역반사성 기준 마커(retroflective fiducial marker)를 포함하는, 수술 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 무선 추적 디바이스의 적어도 하나의 카메라는 적어도 하나의 광학 카메라를 포함하고;
    상기 복수의 마커는 복수의 시각적 기준 마커를 포함하는, 수술 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 복수의 시각적 기준 마커는 복수의 AprilTag를 포함하는, 수술 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 복수의 마커는 복수의 정지형 마커(stationary marker)를 포함하는, 수술 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 복수의 마커는 복수의 이동 가능한 마커를 포함하는, 수술 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 복수의 이동 가능한 마커는 로봇의 이동 가능한 부분 또는 상기 로봇에 부착된 복수의 도구에 부착되는, 수술 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    로봇의 고유 위치 데이터를 수신하는 단계; 및
    상기 복수의 이동가능한 마커의 위치 및 배향을 결정하기 위해 상기 고유 위치 데이터를 사용하는 단계를 더 포함하는, 수술 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    제2 카메라를 제공하는 단계;
    상기 제2 카메라로 로봇을 추적하는 단계; 및
    추적된 상기 로봇을 사용하여 상기 복수의 이동 가능한 마커의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는, 수술 방법.
  21. 제1항에 있어서, 상기 무선 추적 디바이스는 대략 0.3 파운드의 중량을 갖고, 0.8 인치 x 0.7 인치 x 0.7 인치의 크기인, 수술 방법.
  22. 제1항에 있어서, 상기 무선 추적 디바이스의 상기 적어도 하나의 카메라는 240도 시야(field of view)를 제공하는, 수술 방법.
  23. 제1항에 있어서, 상기 동작 가능하게 부착하는 것은,
    상기 무선 추적 디바이스를 상기 환자의 뼈에 고정되게 부착하는 것을 포함하는, 수술 방법.
  24. 제1항에 있어서, 상기 무선 추적 디바이스는 뼈에 견고하게 부착된 고정구(fixture)에 부착되는, 수술 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 고정구는 상기 무선 추적 디바이스에 잠금가능하게 연결가능한, 수술 방법.
  26. 제24항에 있어서, 상기 고정구는 상기 환자의 뼈에 정합 가능한 장착 플레이트를 포함하고, 상기 장착 플레이트 및 상기 무선 추적 디바이스는 도브테일 연결 부분(dovetail connecting portion)을 포함하는, 수술 방법.
  27. 제1항에 있어서, 상기 환자에 동작 가능하게 부착된 물체에 무선 추적 디바이스를 동작 가능하게 부착하는 단계를 더 포함하는, 수술 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 물체는 견인기(retractor)를 포함하는, 수술 방법.
  29. 제1항에 있어서, 상기 복수의 마커는 3개 초과의 마커를 포함하는, 수술 방법.
  30. 제1항에 있어서, 상기 무선 추적 디바이스의 상기 적어도 하나의 카메라는 로봇 아암(arm)을 향해 지향되고/지향되거나 상기 무선 추적 디바이스의 상기 적어도 하나의 카메라는 로봇 베이스(robot base)를 향해 지향되는, 수술 방법.
  31. 제1항에 있어서, 상기 무선 추적 디바이스는 일회용인, 수술 방법.
  32. 제1항에 있어서, 상기 무선 추적 디바이스는 재사용 가능한, 수술 방법.
  33. 제1항에 있어서, 상기 무선 추적 디바이스는 가속도계 및 자이로스코프, 및 자력계를 더 포함하는, 수술 방법.
  34. 제1항에 있어서, 상기 무선 추적 디바이스의 카메라는 복수의 카메라를 포함하는, 수술 방법.
  35. 제1항에 있어서,
    상기 무선 추적 디바이스는,
    상기 적어도 하나의 카메라;
    관성 측정 유닛(inertial measurement unit); 및
    상기 무선 송신기를 포함하고,
    위치 및 배향 데이터를 무선으로 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 위치 및 배향 데이터는 상기 환자의 뼈에 동작 가능하게 부착된 상기 무선 추적 디바이스의 상기 관성 측정 유닛에 기초하고, 및
    상기 사용하는 단계는 상기 수술 내비게이션 시스템에서 상기 기준 데이터, 및 상기 위치 및 배향 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  36. 제1항에 있어서,
    상기 무선 추적 디바이스는,
    복수의 카메라를 포함하는 상기 적어도 하나의 카메라; 및
    상기 무선 송신기;를 포함하고, 및
    상기 기준 데이터는 상기 환자의 뼈에 동작 가능하게 부착된 상기 무선 추적 디바이스의 복수의 카메라에 기초하는, 수술 방법.
  37. 제1항에 있어서,
    상기 무선 추적 디바이스는,
    한 쌍의 카메라를 포함하는 상기 적어도 하나의 카메라; 및
    프로브(probe); 및
    상기 무선 송신기를 포함하고,
    상기 환자의 뼈의 표면 또는 구조 데이터를 무선으로 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 표면 또는 구조 데이터는 상기 환자의 뼈에 동작 가능하게 부착된 상기 무선 추적 디바이스의 프로브에 기초하고; 및
    상기 사용하는 단계는 상기 수술 내비게이션 시스템에서 상기 기준 데이터 및 상기 표면 또는 구조 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  38. 제37항에 있어서, 상기 프로브는 초음파 프로브를 포함하는, 수술 방법.
  39. 제37항에 있어서, 상기 프로브는 상기 환자의 뼈 내의 공동(cavity) 내로 삽입되는, 수술 방법.
  40. 제37항에 있어서, 상기 무선 송신기는 내부 측정 유닛을 더 포함하는, 수술 방법.
  41. 제40항에 있어서,
    위치 및 배향 데이터를 무선으로 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 위치 및 배향 데이터는 상기 환자의 뼈에 동작 가능하게 부착된 상기 무선 추적 디바이스의 상기 관성 측정 유닛에 기초되고;
    상기 사용하는 단계는 상기 수술 내비게이션 시스템에서 상기 기준 데이터, 및 상기 위치 및 배향 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  42. 수술 방법으로서,
    물체에 동작 가능하게 부착된 무선 추적 디바이스의 정합을 획득 또는 생성하는 단계로서, 상기 무선 추적 디바이스는,
    적어도 하나의 카메라; 및
    무선 송신기;를 포함하는, 상기 무선 추적 디바이스의 정합을 획득 또는 생성하는 단계;
    무선으로 기준 데이터를 획득하는 단계로서, 상기 기준 데이터는 상기 물체에 동작 가능하게 부착된 상기 무선 추적 디바이스의 적어도 하나의 카메라에 기초하고, 상기 기준 데이터는 복수의 마커와 연관되는, 상기 기준 데이터를 획득하는 단계; 및
    수술용 내비게이션 시스템에서 상기 기준 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  43. 제42항에 있어서, 상기 물체는 견인기(retractor)를 포함하는, 수술 방법.
  44. 제42항에 있어서, 상기 사용하는 단계는 절단 계획(cut plan)에 기초하여 상기 환자의 뼈를 절제 또는 채취하기 위해 상기 수술 내비게이션 시스템에서 상기 기준 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  45. 제42항에 있어서, 상기 사용하는 단계는 상기 물체와의 접촉을 회피하고 절단 계획에 기초하여 상기 환자의 뼈를 절제하거나 채취하기 위해 상기 수술 내비게이션 시스템에서 상기 기준 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  46. 제42항에 있어서, 상기 수술 내비게이션 시스템은 상기 물체를 나타내는 이미지를 디스플레이하도록 동작 가능한, 수술 방법.
  47. 제42항에 있어서, 상기 수술 내비게이션 시스템은 환자의 뼈에 대한 상기 물체를 나타내는 이미지를 디스플레이하도록 동작 가능한, 수술 방법.
  48. 제42항에 있어서, 상기 수술 내비게이션 시스템은 환자의 뼈에 대한 도구를 나타내는 이미지를 디스플레이하도록 동작 가능한, 수술 방법.
  49. 제42항에 있어서,
    상기 무선 추적 디바이스는,
    상기 적어도 하나의 카메라;
    관성 측정 유닛; 및
    상기 무선 송신기를 포함하고,
    위치 및 배향 데이터를 무선으로 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 위치 및 배향 데이터는 상기 물체에 동작 가능하게 부착된 상기 무선 추적 디바이스의 상기 관성 측정 유닛에 기초하고; 및
    상기 사용하는 단계는 수술 내비게이션 시스템에서 상기 기준 데이터, 및 상기 위치 및 배향 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  50. 제42항에 있어서,
    상기 무선 추적 디바이스는,
    한 쌍의 카메라를 포함하는 상기 적어도 하나의 카메라; 및
    상기 무선 송신기를 포함하고,
    위치 및 배향 데이터를 무선으로 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 위치 및 배향 데이터는 상기 물체에 동작 가능하게 부착된 상기 무선 추적 디바이스의 한 쌍의 카메라에 기초하고; 및
    상기 사용하는 단계는 수술 내비게이션 시스템에서 상기 기준 데이터, 및 상기 위치 및 배향 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  51. 수술 로봇 시스템으로서,
    엔드 이펙터(end effector)를 갖는 로봇 아암(robot arm)을 포함하는 로봇으로서, 상기 로봇 아암은 복수의 조인트 및 복수의 본체 부분을 갖는, 상기 로봇;
    메모리, 상기 메모리와 통신하는 하나 이상의 프로세서, 및 방법을 수행하기 위해 상기 메모리를 통해 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행가능한 프로그램 명령어를 포함하는 제어기를 포함하고, 상기 방법은,
    기준 데이터를 무선으로 획득하는 단계로서, 상기 기준 데이터는 환자에게 동작 가능하게 부착된 물체의 환자의 뼈에 동작 가능하게 부착된 무선 추적 디바이스의 적어도 하나의 카메라에 기초하고, 상기 기준 데이터는 복수의 마커와 연관되고, 상기 무선 추적 디바이스는,
    상기 적어도 하나의 카메라; 및
    무선 송신기;를 포함하는, 상기 획득하는 단계; 및
    수술용 내비게이션 시스템에서 상기 기준 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 로봇 시스템.
  52. 프로세싱 회로에 의해 판독 가능한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함하고, 방법을 수행하기 위해 상기 프로세싱 회로에 의해 실행하기 위한 명령어를 저장하는 컴퓨터 프로그램 제품으로서, 상기 방법은,
    기준 데이터를 무선으로 획득하는 단계로서, 상기 기준 데이터는 환자에게 동작 가능하게 부착된 물체의 환자의 뼈에 동작 가능하게 부착된 무선 추적 디바이스의 적어도 하나의 카메라에 기초하고, 상기 기준 데이터는 복수의 마커와 연관되고, 상기 무선 추적 디바이스는,
    상기 적어도 하나의 카메라; 및
    무선 송신기;를 포함하는, 상기 획득하는 단계; 및
    수술용 내비게이션 시스템에서 상기 기준 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품
  53. 수술 방법으로서,
    환자의 뼈의 표면 또는 구조 데이터를 무선으로 획득하는 단계로서, 상기 표면 또는 구조 데이터는 상기 환자의 뼈에 동작 가능하게 부착된 무선 추적 디바이스의 프로브에 기초하고, 상기 무선 추적 디바이스는,
    상기 프로브; 및
    무선 송신기;를 포함하는, 상기 획득하는 단계;및
    수술용 내비게이션 시스템에서 상기 표면 또는 구조 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  54. 제53항에 있어서, 상기 무선 추적 디바이스는 카메라를 포함하지 않는, 수술 방법.
  55. 제53항에 있어서, 상기 프로브는 초음파 프로브를 포함하는, 수술 방법.
  56. 제53항에 있어서, 상기 프로브는 상기 환자의 뼈 내의 공동(cavity) 내로 삽입되는, 수술 방법.
  57. 제53항에 있어서, 상기 뼈에 동작 가능하게 부착된 상기 프로브의 정합 데이터를 획득하거나 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 사용하는 단계는 수술 내비게이션 시스템에서 상기 표면 또는 구조 데이터 및 상기 정합 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  58. 수술 로봇 시스템으로서,
    엔드 이펙터(end effector)를 갖는 로봇 아암을 포함하는 로봇으로서, 상기 로봇 아암은 복수의 조인트 및 복수의 본체 부분을 갖는, 상기 로봇;
    메모리, 상기 메모리와 통신하는 하나 이상의 프로세서, 및 방법을 수행하기 위해 상기 메모리를 통해 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행가능한 프로그램 명령어를 포함하는 제어기를 포함하고, 상기 방법은,
    환자의 뼈의 표면 또는 구조 데이터를 무선으로 획득하는 단계로서, 상기 표면 또는 구조 데이터는 상기 환자의 뼈에 동작 가능하게 부착된 무선 추적 디바이스의 프로브에 기초하고, 상기 무선 추적 디바이스는,
    상기 프로브; 및
    무선 송신기;를 포함하는, 상기 획득하는 단계; 및
    수술용 내비게이션 시스템에서 상기 표면 또는 구조 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 로봇 시스템.
  59. 프로세싱 회로에 의해 판독 가능한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함하고, 방법을 수행하기 위해 상기 프로세싱 회로에 의해 실행하기 위한 명령어를 저장하는 컴퓨터 프로그램 제품으로서, 상기 방법은,
    환자의 뼈의 표면 또는 구조 데이터를 무선으로 획득하는 단계로서, 상기 표면 또는 구조 데이터는 상기 환자의 뼈에 동작 가능하게 부착된 무선 추적 디바이스의 프로브에 기초하고, 상기 무선 추적 디바이스는,
    상기 프로브; 및
    무선 송신기;를 포함하는, 상기 획득하는 단계; 및
    수술용 내비게이션 시스템에서 상기 표면 또는 구조 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
  60. 수술 방법으로서,
    기준 데이터를 무선으로 획득하는 단계로서, 상기 기준 데이터는 환자의 뼈에 동작 가능하게 부착된 무선 추적 디바이스의 적어도 하나의 카메라에 기초하고, 상기 기준 데이터는 복수의 마커와 연관되고, 상기 무선 추적 디바이스는,
    상기 적어도 하나의 카메라; 및
    무선 송신기;를 포함하는, 상기 획득하는 단계; 및
    수술용 내비게이션 시스템에서 상기 기준 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  61. 제60항에 있어서, 상기 복수의 마커는 로봇, 로봇에 부착된 수술 도구, 로봇의 베이스, 카트, 수술 테이블에 부착된 고정구, 수술 조명, 아웃사이드-인(outside-in) 내비게이션 카메라, 및/또는 수술실 내의 하나 이상의 물체에 부착되는, 수술 방법.
  62. 제60항 및 제61항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사용하는 단계는 로봇에 대한 타겟 위치를 업데이트하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  63. 제60항 내지 제62항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기준 데이터를 무선으로 획득하는 단계는 시작 위치를 무선으로 획득하는 단계, 및 상기 시작 위치로부터의 위치의 변화를 무선으로 획득하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  64. 제60항 내지 제63항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사용하는 단계는 절단 계획(cut plan)에 기초하여 상기 환자의 뼈를 절제하거나 추출하기 위해 상기 수술 내비게이션 시스템에서 상기 기준 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  65. 제60항 내지 제64항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사용하는 단계는 상기 환자의 뼈를 나타내는 이미지를 디스플레이하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  66. 제60항 내지 제65항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사용하는 단계는 상기 환자의 뼈에 대한 도구를 나타내는 이미지를 디스플레이하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  67. 제60항 내지 제66항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사용하는 단계는 상기 수술 내비게이션 시스템에서 획득된 상기 기준 데이터 및 상기 환자의 뼈에 대한 상기 무선 추적 디바이스의 정합에 관한 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  68. 제60항 내지 제67항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환자의 뼈에 대한 상기 무선 추적 디바이스의 정합에 관한 데이터를 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 사용하는 단계는 상기 수술 내비게이션 시스템에서 획득된 상기 기준 데이터 및 상기 환자의 뼈에 대한 상기 무선 추적 디바이스의 정합에 관한 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  69. 제60항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환자의 뼈의 뼈 데이터 및 상기 환자 및 상기 무선 추적 디바이스로부터 원격인 제2 카메라에 기초하여 상기 무선 추적 디바이스의 상기 환자의 뼈에 대한 정합에 관한 데이터를 생성하는 단계를 더 포함하는, 수술 방법.
  70. 제60항 내지 제69항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무선 추적 디바이스의 적어도 하나의 카메라는 적어도 하나의 적외선 카메라를 포함하고;
    상기 복수의 마커는 복수의 적외선 방출기 또는 활성 적외선 비컨을 포함하는, 수술 방법.
  71. 제70항에 있어서, 상기 적어도 하나의 복수의 적외선 방출기 또는 활성 적외선 비컨은 복수의 적외선 LED를 포함하는, 수술 방법.
  72. 제60항 내지 제71항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무선 추적 디바이스의 상기 적어도 하나의 카메라는 적외선 카메라를 포함하고, 상기 복수의 마커는 역반사성 기준 마커를 포함하는, 수술 방법.
  73. 제60항 내지 제72항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무선 추적 디바이스의 적어도 하나의 카메라는 적어도 하나의 광학 카메라를 포함하고;
    상기 복수의 마커는 복수의 시각적 기준 마커를 포함하는, 수술 방법.
  74. 제73항에 있어서, 상기 복수의 시각적 기준 마커는 복수의 AprilTag를 포함하는, 수술 방법.
  75. 제60항 내지 제74항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 마커는 복수의 정지형 마커(stationary marker)를 포함하는 수술 방법.
  76. 제60항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 마커는 복수의 이동 가능한 마커를 포함하는, 수술 방법.
  77. 제76항에 있어서, 상기 복수의 이동 가능한 마커는 로봇의 이동 가능한 부분 또는 상기 로봇에 부착된 복수의 도구에 부착되는, 수술 방법.
  78. 제77항에 있어서,
    로봇의 고유 위치 데이터를 수신하는 단계; 및
    상기 복수의 이동가능한 마커의 위치 및 배향을 결정하기 위해 상기 고유 위치 데이터를 사용하는 단계를 더 포함하는, 수술 방법.
  79. 제77항에 있어서,
    제2 카메라를 제공하는 단계;
    상기 제2 카메라로 로봇을 추적하는 단계; 및
    상기 복수의 이동 가능한 마커의 위치를 결정하기 위해 추적된 상기 로봇을 사용하는 단계를 더 포함하는, 수술 방법.
  80. 제60항 내지 제79항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무선 추적 디바이스는 대략 0.3 파운드의 중량을 갖고, 0.8 인치 x 0.7 인치 x 0.7 인치의 크기를 갖는, 수술 방법.
  81. 제60항 내지 제80항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무선 추적 디바이스의 적어도 하나의 카메라는 240도 시야를 제공하는, 수술 방법.
  82. 제60항 내지 제81항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 동작 가능하게 부착하는 단계는,
    상기 무선 추적 디바이스를 상기 환자의 뼈에 고정되게 부착하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  83. 제60항 내지 제82항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무선 추적 디바이스는 뼈에 견고하게 부착된 고정구(fixture)에 부착되는, 수술 방법.
  84. 제83항에 있어서, 상기 고정구는 상기 무선 추적 디바이스에 잠금가능하게 연결가능한, 수술 방법.
  85. 제83항에 있어서, 상기 고정구는 상기 환자의 뼈에 정합 가능한 장착 플레이트를 더 포함하고, 상기 장착 플레이트 및 상기 무선 추적 디바이스는 도브테일 연결 부분을 포함하는, 수술 방법.
  86. 제60항 내지 제85항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환자에 동작 가능하게 부착된 물체에 무선 추적 디바이스를 동작 가능하게 부착하는 단계를 더 포함하는, 수술 방법.
  87. 제86항에 있어서, 상기 물체는 견인기(retractor)를 포함하는, 수술 방법.
  88. 제60항 내지 제87항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 마커는 3개 초과의 마커를 포함하는, 수술 방법.
  89. 제60항 내지 제88항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무선 추적 디바이스의 상기 적어도 하나의 카메라는 로봇 아암을 향해 지향되고/지향되거나 상기 무선 추적 디바이스의 상기 적어도 하나의 카메라는 로봇 베이스를 향해 지향되는, 수술 방법.
  90. 제60항 내지 제89항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무선 추적 디바이스는 일회용인, 수술 방법.
  91. 제60항 내지 제90항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무선 추적 디바이스는 재사용 가능한, 수술 방법.
  92. 제60항 내지 제91항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무선 추적 디바이스는 가속도계 및 자이로스코프, 및 자력계를 더 포함하는, 수술 방법.
  93. 제60항 내지 제92항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무선 추적 디바이스의 카메라는 복수의 카메라를 포함하는, 수술 방법.
  94. 제60항 내지 제93항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무선 추적 디바이스는,
    상기 적어도 하나의 카메라;
    관성 측정 유닛; 및
    상기 무선 송신기를 포함하고,
    위치 및 배향 데이터를 무선으로 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 위치 및 배향 데이터는 상기 환자의 뼈에 동작 가능하게 부착된 상기 무선 추적 디바이스의 관성 측정 유닛에 기초하고; 및
    상기 사용하는 단계는 수술 내비게이션 시스템에서 상기 기준 데이터, 및 상기 위치 및 배향 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  95. 제60항 내지 제93항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무선 추적 디바이스는,
    복수의 카메라를 포함하는 상기 적어도 하나의 카메라;
    상기 무선 송신기;를 포함하고, 및
    상기 기준 데이터는 상기 환자의 뼈에 동작 가능하게 부착된 상기 무선 추적 디바이스의 상기 복수의 카메라에 기초하는, 수술 방법.
  96. 제60항 내지 제93항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무선 추적 디바이스는,
    한 쌍의 카메라를 포함하는 적어도 하나의 카메라;
    프로브; 및
    상기 무선 송신기를 포함하고,
    상기 환자의 뼈의 표면 또는 구조 데이터를 무선으로 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 표면 또는 구조 데이터는 상기 환자의 뼈에 동작 가능하게 부착된 상기 무선 추적 디바이스의 프로브에 기초하고; 및
    상기 사용하는 단계는 수술 내비게이션 시스템에서 상기 기준 데이터 및 상기 표면 또는 구조 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  97. 제96항에 있어서, 상기 프로브는 초음파 프로브를 포함하는, 수술 방법.
  98. 제96항 및 제97항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로브는 상기 환자의 뼈 내의 공동(cavity) 내로 삽입되는, 수술 방법.
  99. 제96항 내지 제98항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무선 송신기는 내부 측정 유닛을 더 포함하는, 수술 방법.
  100. 제99항에 있어서,
    위치 및 배향 데이터를 무선으로 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 위치 및 배향 데이터는 상기 환자의 뼈에 동작 가능하게 부착된 상기 무선 추적 디바이스의 상기 관성 측정 유닛에 기초하고;
    상기 사용하는 단계는 수술 내비게이션 시스템에서 상기 기준 데이터, 및 상기 위치 및 배향 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  101. 수술 방법으로서,
    물체에 동작 가능하게 부착된 무선 추적 디바이스의 정합을 획득 또는 생성하는 단계로서, 상기 무선 추적 디바이스는,
    적어도 하나의 카메라; 및
    무선 송신기;를 포함하는, 상기 무선 추적 디바이스의 정합을 획득 또는 생성하는 단계;
    무선으로 기준 데이터를 획득하는 단계로서, 상기 기준 데이터는 상기 물체에 동작 가능하게 부착된 상기 무선 추적 디바이스의 적어도 하나의 카메라에 기초하고, 상기 기준 데이터는 복수의 마커와 연관된, 상기 기준 데이터를 획득하는 단계; 및
    수술용 내비게이션 시스템에서 상기 기준 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  102. 제101항에 있어서, 상기 물체는 견인기를 포함하는, 수술 방법.
  103. 제101항 및 제102항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사용하는 단계는 절단 계획(cut plan)에 기초하여 상기 환자의 뼈를 절제 또는 채취하기 위해 상기 수술 내비게이션 시스템에서 상기 기준 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  104. 제101항 내지 제103항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사용하는 단계는 상기 물체와의 접촉을 회피하고, 절단 계획(cut plan)에 기초하여 상기 환자의 뼈를 절제하거나 채취하기 위해 상기 수술 내비게이션 시스템에서 상기 기준 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  105. 제101항 내지 제104항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수술 내비게이션 시스템은 상기 물체를 나타내는 이미지를 디스플레이하도록 동작 가능한, 수술 방법.
  106. 제101항 내지 제105항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수술 내비게이션 시스템은 상기 환자의 뼈에 대해 상기 물체를 나타내는 이미지를 디스플레이하도록 동작 가능한, 수술 방법.
  107. 제101항 내지 제106항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수술 내비게이션 시스템은 상기 환자의 뼈에 대해 도구를 나타내는 이미지를 디스플레이하도록 동작 가능한, 수술 방법.
  108. 제101항 내지 제107항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무선 추적 디바이스는,
    상기 적어도 하나의 카메라;
    관성 측정 유닛; 및
    상기 무선 송신기를 포함하고,
    위치 및 배향 데이터를 무선으로 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 위치 및 배향 데이터는 상기 물체에 동작 가능하게 부착된 상기 무선 추적 디바이스의 상기 관성 측정 유닛에 기초하고; 및
    상기 사용하는 단계는 수술 내비게이션 시스템에서 상기 기준 데이터, 및 상기 위치 및 배향 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  109. 제101항 내지 제107항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무선 추적 디바이스는,
    한 쌍의 카메라를 포함하는 상기 적어도 하나의 카메라;
    상기 무선 송신기를 포함하고,
    위치 및 배향 데이터를 무선으로 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 위치 및 배향 데이터는 상기 물체에 동작 가능하게 부착된 상기 무선 추적 디바이스의 한 쌍의 카메라에 기초하고; 및
    상기 사용하는 단계는 수술 내비게이션 시스템에서 상기 기준 데이터, 및 상기 위치 및 배향 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  110. 수술 로봇 시스템으로서,
    엔드 이펙터(end effector)를 갖는 로봇 아암을 포함하는 로봇으로서, 상기 로봇 아암은 복수의 조인트 및 복수의 본체 부분을 갖는, 상기 로봇;
    메모리, 상기 메모리와 통신하는 하나 이상의 프로세서, 및 방법을 수행하기 위해 상기 메모리를 통해 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행가능한 프로그램 명령어를 포함하는 제어기를 포함하고, 상기 방법은,
    기준 데이터를 무선으로 획득하는 단계로서, 상기 기준 데이터는 환자에게 동작 가능하게 부착된 물체의 환자의 뼈에 동작 가능하게 부착된 무선 추적 디바이스의 적어도 하나의 카메라에 기초하고, 상기 기준 데이터는 복수의 마커와 연관되고, 상기 무선 추적 디바이스는,
    상기 적어도 하나의 카메라; 및
    무선 송신기;를 포함하는, 상기 획득하는 단계; 및
    수술용 내비게이션 시스템에서 기준 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 로봇 시스템.
  111. 프로세싱 회로에 의해 판독 가능한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함하고, 방법을 수행하기 위해 상기 프로세싱 회로에 의해 실행하기 위한 명령어를 저장하는 컴퓨터 프로그램 제품으로서, 상기 방법은,
    기준 데이터를 무선으로 획득하는 단계로서, 상기 기준 데이터는 환자에게 동작 가능하게 부착된 물체의 환자의 뼈에 동작 가능하게 부착된 무선 추적 디바이스의 적어도 하나의 카메라에 기초하고, 상기 기준 데이터는 복수의 마커와 연관되고, 상기 무선 추적 디바이스는,
    상기 적어도 하나의 카메라; 및
    무선 송신기;를 포함하는, 상기 획득하는 단계; 및
    수술용 내비게이션 시스템에서 기준 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품
  112. 수술 방법으로서,
    환자의 뼈의 표면 또는 구조 데이터를 무선으로 획득하는 단계로서, 상기 표면 또는 구조 데이터는 상기 환자의 뼈에 동작 가능하게 부착된 무선 추적 디바이스의 프로브에 기초하고, 상기 무선 추적 디바이스는,
    상기 프로브; 및
    무선 송신기;를 포함하는, 상기 획득하는 단계; 및
    수술용 내비게이션 시스템에서 상기 표면 또는 구조 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  113. 제112항에 있어서, 상기 무선 추적 디바이스는 카메라를 포함하지 않는, 수술 방법.
  114. 제112항 및 제113항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로브는 초음파 프로브를 포함하는, 수술 방법.
  115. 제112항 내지 제114항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로브는 상기 환자의 뼈 내의 공동(cavity) 내로 삽입되는, 수술 방법.
  116. 제112항 내지 제115항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 뼈에 동작 가능하게 부착된 상기 프로브의 정합 데이터를 획득하거나 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 사용하는 단계는 수술 내비게이션 시스템에서 상기 표면 또는 구조 데이터 및 상기 정합 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 방법.
  117. 수술 로봇 시스템으로서,
    엔드 이펙터(end effector)를 갖는 로봇 아암을 포함하는 로봇으로서, 상기 로봇 아암은 복수의 조인트 및 복수의 본체 부분을 갖는, 상기 로봇;
    메모리, 상기 메모리와 통신하는 하나 이상의 프로세서, 및 방법을 수행하기 위해 상기 메모리를 통해 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행가능한 프로그램 명령어를 포함하는 제어기를 포함하고, 상기 방법은,
    환자의 뼈의 표면 또는 구조 데이터를 무선으로 획득하는 단계로서, 상기 표면 또는 구조 데이터는 상기 환자의 뼈에 동작 가능하게 부착된 무선 추적 디바이스의 프로브에 기초하고, 상기 무선 추적 디바이스는,
    상기 프로브; 및
    무선 송신기;를 포함하는, 상기 획득하는 단계; 및
    수술용 내비게이션 시스템에서 상기 표면 또는 구조 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 수술 로봇 시스템.
  118. 프로세싱 회로에 의해 판독 가능한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함하고, 방법을 수행하기 위해 상기 프로세싱 회로에 의해 실행하기 위한 명령어를 저장하는 컴퓨터 프로그램 제품으로서, 상기 방법은,
    환자의 뼈의 표면 또는 구조 데이터를 무선으로 획득하는 단계로서, 상기 표면 또는 구조 데이터는 상기 환자의 뼈에 동작 가능하게 부착된 무선 추적 디바이스의 프로브에 기초하고, 상기 무선 추적 디바이스는,
    상기 프로브; 및
    무선 송신기;를 포함하는, 상기 획득하는 단계; 및
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Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9526587B2 (en) * 2008-12-31 2016-12-27 Intuitive Surgical Operations, Inc. Fiducial marker design and detection for locating surgical instrument in images
US20070225595A1 (en) * 2006-01-17 2007-09-27 Don Malackowski Hybrid navigation system for tracking the position of body tissue
US11045267B2 (en) * 2012-06-21 2021-06-29 Globus Medical, Inc. Surgical robotic automation with tracking markers
WO2014025305A1 (en) * 2012-08-08 2014-02-13 Ortoma Ab Method and system for computer assisted surgery
WO2014189969A1 (en) * 2013-05-21 2014-11-27 Camplex, Inc. Surgical visualization systems
AU2015337755B2 (en) * 2014-10-29 2019-07-25 Intellijoint Surgical Inc. Systems, methods and devices for anatomical registration and surgical localization
WO2016198661A1 (en) * 2015-06-12 2016-12-15 Koninklijke Philips N.V. Electromagnetic device tracking
WO2017151734A1 (en) * 2016-03-01 2017-09-08 Mirus Llc Systems and methods for position and orientation tracking of anatomy and surgical instruments

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