KR20230079492A - 구강 및 상악안면 수술들을 수행하기 위한 방법들 및 관련 시스템 - Google Patents
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Abstract
대상-관련 수술들을 수행하는 방법들 및 관련 시스템들은 기준 장치와 기준 마커를 형성하도록 관련된 대상을 가지는 부위 사이에 형성되는 안전하고 물리적인 상호작용을 수반한다. 가상의 계획이 형성되어, 상기 부위에서의 상기 대상에 대한 수술을 상세하게 알리며, 상기 기준 마커로 상기 기준 마커에 대하여 등록된다. 수술 수행 장치의 이동은 상기 기준 마커에 대해 컨트롤러 장치에 반응하여 안내 장치로 물리적으로 조절된다. 상기 안내 장치는 상기 수술을 수행하기 위해 상기 수술 수행 장치의 이동, 상기 가상의 계획에 따라 사용자에 의한 상기 수술 수행 장치의 물리적 조작에 상응하여 상기 수술 수행 장치의 이동을 물리적으로 조절한다. 상기 사용자에 의한 물리적 조작이 상기 수술 수행 장치를 상기 가상의 계획으로부터 벗어나게 할 경우에 수술 수행 장치를 통해 촉각 피드백이 사용자에게 제공된다.
Description
본 발명은 치아 또는 구강 및 상악안면 수술들에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 사랑니 절제, 근관들 및 치관 배치를 위한 치아 준비를 포함하여 유도되는 구강 및 상악안면 수술들을 수행하기 위한 방법들 및 관련 시스템에 관한 것이다.
많은 구강/상악안면/치아 수술들은 외과 의사에 의해 수동으로 수행된다. 일부 예들에서, 외과 의사는 수술을 수행하기 위해 수술 도구를 물리적으로 정렬하고 배향하기 위한 목적으로 상기 수술 기구와 함께 지그 또는 다른 하드웨어 요소 상호작용에 의한 보조를 받을 수 있다.
예를 들면, 많은 사랑니(예를 들어, 제삼대 구치)들은 대체로 수술 과정에서 제거된다. 선택적인 수술에서, 상기 사랑니의 싹들은 이들이 완전한 치아로 성장되기 전에 제거될 수 있으며, 이에 따라 수술의 필요성이 없어진다. 그러나 이는 여전히 외과적인 수술이다. 일반적으로, 상기 수술은 방사성 시드의 배치를 위해 정확한 부위에 상기 싹을 접근시키거나, 상기 싹을 제거하기 위한 프로브를 향하게 하기 위해 잇몸 조직 등을 통한 접근 홀의 정확한 천공을 요구한다. 한 가지 예에서, 상기 프로브의 안내는 상기 프로브 및 상기 수술이 수행되어야 하는 부위 사이에 물리적으로 결속되는 플라스틱 수술용 가이드의 제조를 요구한다. 그러나, 이와 같은 가이드는, 특히 상기 부위가 상기 제삼대 구치가 위치하는 구강의 후방에 있는 경우를 고려하면 상기 부위에 대한 접근을 저해시킬 수 있다.
다른 예에서, 근관(root canal) 수술은 상기 치아의 뿌리들 내의 속질/신경에 접근하기 위해 치아 내의 홀의 천공을 수반한다. 접근되면, 상기 뿌리 내의 속질/신경은 다듬어지거나 상기 뿌리들의 외부로 마멸된다. 속이 빈 치아는 이후에 상기 치아가 어떠한 신경 통증 없이 완전하게 남을 수 있도록 충전제 물질로 채워진다. 이러한 수술에서, 상기 치아의 뿌리들은 CT 스캔 상에서 보일 수 있지만, 상기 환자에 대해 위치시키기는 어려울 수 있다. 일부 예들에서, 치과 의사는 상기 뿌리들의 내부에 접근하도록 상기 차이 내에 초기 홀을 천공하기 위한 드릴을 물리적으로 안내하기 위해 상기 CT 스캔에 기초하여 플라스틱 수술용 가이드를 제조할 수 있다. 그러나, 상기 환자의 구강 내의 치아의 위치에 따라, 상기 플라스틱 수술용 가이드는 상기 부위에 대한 접근을 저해할 수 있거나, 그렇지 않으면 수행에서 다루기 어려울 수 있다.
또 다른 예는 치관 배치를 위한 치아의 준비를 포함한다. 즉, 공동(cavity)이 치아 내에 충분히 진행될 때, 치과 의사는 치아의 일부를 제거할 수 있고, 제거된 부분을 자기(porcelain)(또는 지르코늄 등) 치관으로 대체할 수 있다. 이러한 치관을 수용하도록 치아를 준비하는 과정은 치아 물질을 제거하고 치과 의사 측에 대한 숙련도 및 제거된 치아 물질을 대체하는 상기 치관을 정합시키기 위한 높은 정확도와 정밀성을 요구한다.
따라서, 전술한 현재의 수술들의 단점들을 처리하고, 예를 들면, 상기 수술의 부위에 대한 방해받지 않는 접근 및 지그 또는 다른 물리적인 가이드의 사용 없이 상기 수술 동안에 외과 의사/적절한 기구의 안내를 가능하게 하는 특정한 구강 및 상악안면 수술들을 수행하기 위한 개선들을 제공하는 방법과 시스템에 대한 요구가 존재한다.
앞서의 요구 및 다른 요구들은, 일 측면에서, 사랑니 제거 수술을 수행하는 방법을 제공하는 본 발명에 의해 충족된다. 안전하고 물리적인 상호작용이 기준 장치(fiducial device)와 환자의 구강 내의 부위 사이에 형성되며, 고정되는 기준 장치는 기준 마커(fiducial marker)를 형성한다. 가상의 제거 계획이 형성되어 상기 환자의 구강 내의 사랑니의 제거를 상세하게 알리며, 상기 가상의 제거 계획은 상기 기준 마커로 상기 기준 마커에 대하여 등록된다. 치아 제거 장치(tooth removal device)의 이동은 상기 기준 마커에 대해 안내 장치와 통신하는 컨트롤러 장치에 반응하여 상기 치아 제거 장치에 동작 가능하게 체결되는 상기 안내 장치로 물리적으로 조절된다. 상기 안내 장치는 상기 사랑니를 제거하기 위해 상기 가상의 치아 제거 계획에 따라 상기 사용자에 의한 상기 치아 제거 장치의 물리적 조작에 상응하여 상기 치아 제거 장치의 이동을 물리적으로 조절하도록 구성된다. 상기 사용자에 의한 상기 치아 제거 장치의 물리적 조작이 상기 치아 제거 장치를 상기 가상의 제거 계획으로부터 벗어나게 할 경우에 촉각 또는 촉감 피드백이 상기 치아 제거 장치를 통해 사용자에게 제공된다.
여기에 개시되는 바와 같이, 사랑니 제거 또는 사랑니의 제거에 대한 어떤 기준은 사랑니 성장 예방도 포함한다. 즉, 상기 사랑니가 이미 형성되었을 경우, 사랑니 제거는 형성된 사랑니의 제거를 수반한다. 그러나, 관심의 대상인 항목이 치아 싹(tooth bud)일 경우, 상기 "제거" 수술(예를 들어, 치아 싹의 절제)은 상기 치아 싹이 상기 사랑니의 성장 이전에 절제되고 제거되기 때문에 실제로는 사랑니 성장 예방 수술이 될 수 있다. 이에 따라, 여기서 언급되는 "사랑니 제거"는 사랑니 제거뿐만 아니라 사랑니 예방에 적용되는 것으로 이해될 것이다.
또한, 비록 여기에 개시되고 특허청구범위에 기재되는 사랑니 제거 수술이 상기 사랑니의 성장을 제거하거나 예방하기 위한 치아 제거 장치(예를 들어, 절제 장치(ablation device))에 대해 언급되고 열거되지만, 해당 기술 분야의 숙련자라면 상기 사랑니 제거 수술이 상기 치아 제거 수술에서 상기 사랑니 또는 사랑니 싹과 상호작용하는 상기 치아 제거 장치 이전에 상기 사랑니 또는 사랑니 싹 위에 위치하는 연조직(예를 들어, 잇몸 조직 또는 치은 조직)을 관통하기 위한 장치를 포함하고 사용하는 점도 이해할 것이다. 예를 들면, 일 측면에 있어서, 관통 장치(penetrating device)는 "자가 도입(self-introducing)" 프로브의 형태로 상기 치아 제거 장치와 결합될 수 있다. 즉, 단일의 프로브가 상기 연조직을 관통하도록 구성되는 제1 부분 및 이후에 상기 치아 제거 수술을 수행하기 위한 제2 부분을 가질 수 있다. 다른 예시적인 측면에서, 상기 관통 장치는 상기 치아 제거 장치(예를 들어, 별도의 장치들)에 대해 상기 사랑니 또는 사랑니 싹에 대한 접근을 준비하도록 상기 연조직을 통해 접근 포트를 천공하기 위한 천공 장치(drilling device)를 포함할 수 있다.
다른 측면은 근관 수술을 수행하는 방법을 제공한다. 안전하고 물리적인 상호작용이 기준 장치 및 환자의 구강 내의 부위 사이에 형성되며, 고정되는 기준 장치는 기준 마커를 형성한다. 가상의 근관 계획이 형성되어, 상기 환자의 구강 내의 치아에 대한 근관 수술을 상세하게 알리며, 여기서 상기 가상의 근관 계획은 상기 기준 마커로 상기 기준 마커에 대하여 등록된다. 물질 제거 장치(material removal device)의 이동은 상기 기준 마커에 대해 안내 장치(guidance device)와 통신하는 컨트롤러 장치에 반응하여 상기 물질 제거 장치에 동작 가능하게 체결되는 상기 안내 장치로 물리적으로 조절된다. 상기 안내 장치는 상기 치아 내로 천공하고, 상기 치아 내부로부터 신경 물질을 제거하기 위해, 상기 가상의 근관 계획에 따라 상기 사용자에 의한 상기 물질 제거 장치의 물리적 조작에 상응하여 상기 물질 제거 장치의 이동을 물리적으로 조절하도록 구성된다. 상기 사용자에 의한 상기 물질 제거 장치의 물리적 조작이 상기 물질 제거 장치를 상기 가상의 근관 계획으로부터 벗어나게 할 경우에 촉각 피드백이 상기 물질 제거 장치를 통해 사용자에게 제공된다.
또 다른 측면은 치관(crown)을 수용하기 위한 치아를 준비하는 방법을 제공한다. 안전하고 물리적인 상호작용이 기준 장치 및 환자의 구강 내의 부위 사이에 형성되며, 고정되는 기준 장치는 기준 마커를 형성한다. 가상의 치아 준비 계획이 형성되어, 치관을 수용하기 위해 준비된 치아를 위한 상기 환자의 구강 내의 치아에 대한 치아 준비 수술을 상세하게 알리며, 여기서 상기 가상의 치아 준비 계획은 상기 기준 마커로 상기 기준 마커에 대하여 등록된다. 치아 준비 장치(tooth preparation device)의 이동은 상기 기준 마커에 대해 안내 장치와 통신하는 컨트롤러 장치에 반응하여 상기 치아 준비 장치에 동작 가능하게 체결되는 상기 안내 장치로 물리적으로 조절된다. 상기 안내 장치는 상기 치아를 마멸시키고 성형하기 위해 상기 가상의 치아 준비 계획에 따라 상기 사용자에 의한 상기 치아 준비 장치의 물리적 조작에 상응하여 상기 치아 준비 장치의 이동을 물리적으로 조절하도록 구성된다. 상기 사용자에 의한 상기 치아 준비 장치의 물리적 조작이 상기 치아 준비 장치를 상기 가상의 치아 준비 계획으로부터 벗어나게 할 경우에 촉각 또는 촉감 피드백이 상기 치아 준비 장치를 통해 사용자에게 제공된다.
또 다른 측면은 유도되는 구강 및 상악안면(maxillofacial) 수술을 수행하기 위한 시스템을 제공한다. 기준 마커는 기준 장치와 환자의 구강 내의 부위 사이의 안전하고 물리적인 상호작용으로부터 유래된다. 수술 계획 장치(procedure planning device)는 상기 환자에 대한 구강 및 상악안면 수술을 상세하게 알리는 가상의 수술 계획을 형성하며, 여기서 상기 가상의 수술 계획은 상기 기준 마커로 상기 기준 마커에 대하여 등록된다. 안내 장치는 상기 기준 마커에 대해 상기 수술 계획 장치 및 상기 안내 장치와 통신하는 컨트롤러 장치에 반응하여 상기 안내 장치에 동작 가능하게 체결되는 수술 수행 장치(procedure-conducting device)의 이동을 물리적으로 조절한다. 상기 안내 장치는 상기 구강 및 상악안면 수술을 수행하기 위해 가상의 수술 계획에 따라 상기 사용자에 의한 상기 수술 수행 장치의 물리적 조작에 상응하여 상기 수술 수행 장치의 이동을 물리적으로 조절하도록 구성된다. 상기 사용자에 의한 상기 수술 수행 장치의 물리적 조작이 상기 수술 수행 장치가 가상의 수술 계획으로부터 벗어나게 할 경우에 촉각 또는 촉감 피드백이 수술 수행 장치를 통해 사용자에게 제공된다.
본 발명의 다양한 측면들은 구강 및/또는 상악안면 수술을 수행하는 개시되는 방법들을 가능하게 하는 시스템들을 포함하며, 상기 시스템들에 관한 것이다. 본 발명은 이에 따라 제한되지 않고 다음의 실시예들을 포함한다.
실시예 1: 부위로부터 대상 제거 수술을 수행하는 방법은, 기준 장치 및 상기 부위와 연관되는 상기 대상을 가지는 상기 부위 사이에 안전하고 물리적인 상호작용을 형성하는 단계를 포함하고, 고정되는 상기 기준 장치는 기준 마커를 형성하며; 상기 부위로부터 상기 대상의 제거를 상세하게 알리는 가상의 제거 계획을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 가상의 제거 계획은 상기 기준 마커로 상기 기준 마커에 대하여 등록되며; 상기 기준 마커에 대해 안내 장치와 통신하는 컨트롤러 장치에 반응하여 대상 제거 장치의 이동을 상기 대상 제거 장치에 동작 가능하게 체결되는 상기 안내 장치로 물리적으로 조절하는 단계를 포함하고, 상기 안내 장치는 상기 부위로부터 상기 대상을 제거하기 위해 상기 가상의 대상 제거 계획에 따르고 상기 사용자에 의한 상기 대상 제거 장치의 물리적 조작과 교신하여 상기 대상 제거 장치의 이동을 물리적으로 조절하도록 구성되며; 상기 사용자에 의한 상기 대상 제거 장치의 물리적 조작이 상기 대상 제거 장치를 상기 가상의 제거 계획으로부터 벗어나게 할 경우, 상기 대상 제거 장치를 통해 사용자에게 촉각 피드백을 제공하는 단계를 포함한다.
실시예 2: 임의의 앞서의 실시예 또는 앞서의 실시예들의 임의의 조합의 방법에서, 상기 기준 마커로 상기 가상의 제거 계획의 등록을 가능하게 하도록 상기 기준 마커에 대해 상기 대상을 영상화하는 단계를 더 포함한다.
실시예 3: 임의의 앞서의 실시예 또는 앞서의 실시예들의 임의의 조합의 방법에서, 상기 촉각 피드백을 제공하는 단계는 상기 가상의 제거 계획에 따라 상기 대상 제거 장치의 이동을 허용하는 단계 및 상기 가상의 제거 계획으로부터 벗어나는 상기 대상 제거 장치의 이동을 물리적으로 방지하는 단계를 더 포함한다.
실시예 4: 임의의 앞서의 실시예 또는 앞서의 실시예들의 임의의 조합의 방법에서, 상기 촉각 피드백을 제공하는 단계는 상기 대상 제거 장치의 이동이 상기 가상의 제거 계획으로부터 벗어나는 경우에 상기 대상 제거 장치를 진동시키는 단계를 더 포함한다.
실시예 5: 임의의 앞서의 실시예 또는 앞서의 실시예들의 임의의 조합의 방법에서, 상기 안내 장치가 상기 기준 마커와 관련되도록 상기 안내 장치를 상기 기준 장치와 통신하게 체결하는 단계를 더 포함한다.
실시예 6: 임의의 앞서의 실시예 또는 앞서의 실시예들의 임의의 조합의 방법에서, 상기 안내 장치를 상기 기준 장치와 통신하게 체결하는 단계는 상기 안내 장치를 상기 기준 장치와 물리적 또는 비물리적으로 체결하는 단계를 포함한다.
실시예 7: 임의의 앞서의 실시예 또는 앞서의 실시예들의 임의의 조합의 방법에서, 상기 대상 제거 장치의 이동을 물리적으로 조절하는 단계는 절제 장치의 이동을 물리적으로 조절하는 단계를 더 포함한다.
실시예 8: 임의의 앞서의 실시예 또는 앞서의 실시예들의 임의의 조합의 방법에서, 상기 대상 제거 장치의 이동을 물리적으로 조절하는 단계는 상기 대상 제거 장치와 물리적으로 체결되는 암 부재를 포함하는 상기 안내 장치를 통해 상기 대상 제거 장치의 이동을 물리적으로 조절하는 단계를 더 포함하며, 상기 안내 장치는 상기 가상의 제거 계획에 따라 상기 사용자에 의한 상기 대상 제거 장치의 물리적 조작을 안내하도록 상기 컨트롤러 장치에 반응한다.
실시예 9: 부위에서 대상-관련 수술을 수행하는 방법은, 기준 장치와 및 상기 부위와 연관되는 대상을 가지는 상기 부위 사이에 안전하고 물리적인 상호작용을 형성하는 단계를 포함하고, 고정되는 기준 장치는 기준 마커를 형성하며; 상기 부위에서의 상기 대상에 대한 상기 대상-관련 수술을 상세하게 알리는 가상의 대상-관련 수술 계획을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 가상의 대상-관련 수술 계획은 상기 기준 마커로 상기 기준 마커에 대하여 등록되며; 상기 기준 마커에 대해 안내 장치와 통신하는 컨트롤러 장치에 반응하여 물질 제거 장치의 이동을 상기 물질 제거 장치와 동작 가능하게 체결되는 상기 안내 장치로 물리적으로 조절하는 단계를 포함하고, 상기 안내 장치는 상기 대상 내로 천공하고, 상기 대상 내로부터 물질을 제거하기 위해 상기 가상의 대상-관련 수술 계획에 따르고 상기 사용자에 의한 상기 물질 제거 장치의 물리적 조작과 교신하여 상기 물질 제거 장치의 이동을 물리적으로 조절하도록 구성되며; 상기 사용자에 의한 상기 물질 제거 장치의 물리적 조작이 상기 물질 제거 장치를 상기 가상의 대상-관련 수술 계획으로부터 벗어나게 할 경우, 상기 물질 제거 장치를 통해 사용자에게 촉각 피드백을 제공하는 단계를 포함한다.
실시예 10: 임의의 앞서의 실시예 또는 앞서의 실시예들의 임의의 조합의 방법에서, 상기 기준 마커로 상기 계획 대상-관련 수술 계획의 등록을 가능하게 하도록 상기 기준 마커에 대해 상기 대상을 영상화하는 단계를 더 포함한다.
실시예 11: 임의의 앞서의 실시예 또는 앞서의 실시예들의 임의의 조합의 방법에서, 상기 촉각 피드백을 제공하는 단계는 상기 가상의 대상-관련 수술 계획에 따라 상기 대상 제거 장치의 이동을 허용하는 단계 및 상기 가상의 대상-관련 수술 계획으로부터 벗어나는 상기 대상 제거 장치의 이동을 물리적으로 방지하는 단계를 더 포함한다.
실시예 12: 임의의 앞서의 실시예 또는 앞서의 실시예들의 임의의 조합의 방법에서, 상기 촉각 피드백을 제공하는 단계는 상기 대상 제거 장치의 이동이 상기 가상의 대상-관련 수술 계획으로부터 벗어나는 경우에 상기 물질 제거 장치를 진동시키는 단계를 더 포함한다.
실시예 13: 임의의 앞서의 실시예 또는 앞서의 실시예들의 임의의 조합의 방법에서, 상기 안내 장치가 상기 기준 마커와 관련되도록 상기 안내 장치를 상기 기준 장치와 통신하게 체결하는 단계를 더 포함한다.
실시예 14: 임의의 앞서의 실시예 또는 앞서의 실시예들의 임의의 조합의 방법에서, 상기 안내 장치를 상기 기준 장치와 통신하게 체결하는 단계는 상기 안내 장치를 상기 기준 장치와 물리적 또는 비물리적으로 체결하는 단계를 포함한다.
실시예 15: 임의의 앞서의 실시예 또는 앞서의 실시예들의 임의의 조합의 방법에서, 상기 물질 제거 장치의 이동을 물리적으로 조절하는 단계는 천공 장치 또는 마멸 장치의 이동을 물리적으로 조절하는 단계를 더 포함한다.
실시예 16: 임의의 앞서의 실시예 또는 앞서의 실시예들의 임의의 조합의 방법에서, 상기 물질 제거 장치의 이동을 물리적으로 조절하는 단계는 상기 물질 제거 장치와 물리적으로 체결되는 암 부재를 포함하는 상기 안내 장치를 통해 상기 물질 제거 장치의 이동을 물리적으로 조절하는 단계를 더 포함하며, 상기 안내 장치는 상기 가상의 대상-관련 수술 계획에 따라 상기 사용자에 의한 상기 물질 제거 장치의 물리적 조작을 안내하도록 상기 컨트롤러 장치에 반응한다.
실시예 17: 치관을 수용하기 위한 대상을 준비하는 방법은, 기준 장치 및 부위와 연관되는 상기 대상을 가지는 상기 부위 사이에 안전하고 물리적인 상호작용을 형성하는 단계를 포함하고, 고정되는 상기 기준 장치는 기준 마커를 형성하며; 상기 치관을 수용하기 위해 준비되는 상기 대상을 위한 상기 부위에서의 상기 대상에 대한 대상 준비 수술을 상세하게 알리는 가상의 대상 준비 계획을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 가상의 대상 준비 계획은 상기 기준 마커로 상기 기준 마커에 대하여 등록되며; 상기 기준 마커에 대해 안내 장치와 통신하는 컨트롤러 장치에 반응하여 대상 준비 장치의 이동을 상기 대상 준비 장치에 동작 가능하게 체결되는 상기 안내 장치로 물리적으로 조절하는 단계를 포함하고, 상기 안내 장치는 상기 대상을 마멸시키고 성형하기 위해 상기 가상의 대상 준비 계획에 따르고 상기 사용자에 의한 상기 대상 준비 장치의 물리적 조작과 교신하여 상기 대상 준비 장치의 이동을 물리적으로 조절하도록 구성되며; 상기 사용자에 의한 상기 대상 준비 장치의 물리적 조작이 상기 대상 준비 장치를 상기 가상의 준비 계획으로부터 벗어나게 할 경우, 상기 대상 준비 장치를 통해 사용자에게 촉각 피드백을 제공하는 단계를 포함한다.
실시예 18: 임의의 앞서의 실시예 또는 앞서의 실시예들의 임의의 조합의 방법에서, 상기 기준 마커로 상기 가상의 대상 준비 계획의 등록을 가능하게 하도록 상기 기준 마커에 대해 상기 대상을 영상화하는 단계를 더 포함한다.
실시예 19: 임의의 앞서의 실시예 또는 앞서의 실시예들의 임의의 조합의 방법에서, 상기 촉각 피드백을 제공하는 단계는 상기 가상의 대상 준비 계획에 따라 상기 대상 준비 장치의 이동을 허용하는 단계 및 상기 가상의 대상 준비 계획으로부터 벗어나는 상기 대상 준비 장치의 이동을 물리적으로 방지하는 단계를 더 포함한다.
실시예 20: 임의의 앞서의 실시예 또는 앞서의 실시예들의 임의의 조합의 방법에서, 상기 촉각 피드백을 제공하는 단계는 상기 대상 준비 장치의 이동이 상기 가상의 대상 준비 계획으로부터 벗어나는 경우에 상기 대상 준비 장치를 진동시키는 단계를 더 포함한다.
실시예 21: 임의의 앞서의 실시예 또는 앞서의 실시예들의 임의의 조합의 방법에서, 상기 안내 장치가 상기 기준 마커와 관련되도록 상기 안내 장치를 상기 기준 장치와 통신하게 체결하는 단계를 더 포함한다.
실시예 22: 임의의 앞서의 실시예 또는 앞서의 실시예들의 임의의 조합의 방법에서, 상기 안내 장치를 상기 기준 장치와 통신하게 체결하는 단계는 상기 안내 장치를 상기 기준 장치와 물리적 또는 비물리적으로 체결하는 단계를 포함한다.
실시예 23: 임의의 앞서의 실시예 또는 앞서의 실시예들의 임의의 조합의 방법에서, 상기 대상 준비 장치의 이동을 물리적으로 조절하는 단계는 마멸 장치의 이동을 물리적으로 조절하는 단계를 더 포함한다.
실시예 24: 임의의 앞서의 실시예 또는 앞서의 실시예들의 임의의 조합의 방법에서, 상기 대상 준비 장치의 이동을 물리적으로 조절하는 단계는 상기 대상 준비 장치와 물리적으로 체결되는 암 부재를 포함하는 상기 안내 장치를 통해 상기 대상 준비 장치의 이동을 물리적으로 조절하는 단계를 더 포함하며, 상기 안내 장치는 상기 가상의 준비 계획에 따라 상기 사용자에 의한 상기 대상 준비 장치의 물리적 조작을 안내하도록 상기 컨트롤러 장치에 반응한다.
실시예 25: 유도되는 대상-관련 수술을 수행하기 위한 시스템은, 기준 장치 및 부위와 연관되는 대상을 가지는 상기 부위 사이의 안전하고 물리적인 상호작용으로부터 유래되는 기준 마커를 포함하고; 상기 부위에서의 상기 대상-관련 수술을 상세하게 알리는 가상의 수술 계획을 형성하는 수술 계획 장치를 포함하며, 상기 가상의 수술 계획은 상기 기준 마커로 상기 기준 마커에 대하여 등록되고; 상기 수술 계획 장치와 통신하는 컨트롤러 장치를 포함하며; 상기 기준 마커에 대해 안내 장치와 통신하는 컨트롤러 장치에 반응하여 상기 수술 수행 장치에 동작 가능하게 체결되고, 상기 수술 수행 장치의 이동을 물리적으로 조절하는 상기 안내 장치를 포함하고, 상기 안내 장치는 상기 대상-관련 수술을 수행하기 위해 상기 가상의 수술 계획에 따르고 상기 사용자에 의한 수술 수행 장치의 물리적 조작과 교신하여, 상기 수술 수행 장치의 이동을 물리적으로 조정하도록 구성되며; 상기 수술 수행 장치는 상기 사용자에 의한 상기 수술 수행 장치의 물리적 조작이 상기 수술 수행 장치를 상기 가상의 수술 계획으로부터 벗어나게 할 경우에 사용자에게 촉각 피드백을 제공하도록 구성된다.
실시예 26: 임의의 앞서의 실시예 또는 앞서의 실시예들의 임의의 조합의 시스템에서, 상기 수술 수행 장치는 복수의 호환 가능한 수술 장치들을 포함한다.
실시예 27: 임의의 앞서의 실시예 또는 앞서의 실시예들의 임의의 조합의 시스템에서, 상기 수술 장치는 대상 제거 장치이며, 상기 대상-관련 수술은 대상 제거 수술이다.
실시예 28: 임의의 앞서의 실시예 또는 앞서의 실시예들의 임의의 조합의 시스템에서, 상기 대상 제거 장치는 절제 장치이며, 상기 대상-관련 수술은 절제 대상 제거 수술이다.
실시예 29: 임의의 앞서의 실시예 또는 앞서의 실시예들의 임의의 조합의 시스템에서, 상기 수술 장치는 천공 장치 또는 마멸 장치이며, 상기 대상-관련 수술은 천공 수술 또는 마멸 수술이다.
실시예 30: 임의의 앞서의 실시예 또는 앞서의 실시예들의 임의의 조합의 시스템에서, 상기 수술 장치는 마멸 장치이며, 상기 대상-관련 수술은 치관을 수용하기 위한 상기 대상을 준비한다.
본 발명의 이들 및 다른 특징들, 측면들 및 이점들은 다음에 간략하게 설명되는 첨부된 도면들과 함께 다음의 상세한 설명의 이해로부터 명확해질 것이다. 본 발명은 이러한 특징들이나 요소들이 특정한 실시예의 설명이나 특허청구범위에서 명확하게 결합되거나 다르게 기재되는 지에 관계없이, 본 명세서에 설시되거나 특허청구범위의 임의의 하나 또는 그 이상에서 언급되는 둘, 셋, 넷 또는 그 이상의 특징들이나 요소들의 임의의 결합을 포함한다. 본 발명은 전체적으로 그 측면들과 실시예들 중의 임의의 것에서 본 발명의 임의의 분리될 수 있는 특징들이나 요소들이 본문에서 명확하게 다르게 기재되지 않는 한, 결합 가능한 것으로 이해되어야 하도록 의도된다. 본 발명의 측면들은 이에 따라 여기에 달리 구체적으로 설명되는 바와 같은 명백한 이점들을 제공한다.
앞서 본 발명을 일반적인 용어들로 설명하였지만, 이하에서 반드시 일정한 비율로 도시되지는 않은 첨부된 도면들이 참조될 것이며, 첨부된 도면들에 있어서,
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 유도되는 구강 및 상악안면 수술을 수행하기 위한 시스템을 개략적으로 예시하고,
도 2 및 도 3은 본 발명의 선택적인 측면에 따른 유도되는 구강 및 상악안면 수술을 수행하기 위한 시스템을 개략적으로 예시하며,
도 4는 본 발명의 다른 측면에 따른 유도되는 구강 및 상악안면 수술을 수행하기 위한 시스템을 개략적으로 예시하고,
도 5는 본 발명의 일 측면에 따른 유도되는 구강 및 상악안면 수술을 수행하기 위한 수술, 특히 사랑니 싹을 절제하기 위해 절제 프로브를 이용하는 유도되는 사랑니 제거 수술을 수행하기 위한 수술의 일부들을 개략적으로 예시하며,
도 6a-도 6d는 본 발명의 일 측면에 따른 유도되는 구강 및 상악안면 수술을 수행하기 위한, 특히 유도되는 근관 수술을 수행하기 위한 수술의 일부를 개략적으로 예시하고,
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 선택적인 측면에 따른 유도되는 구강 및 상악안면 수술을 수행하기 위한, 특히 치관을 수용하기 위한 치아를 위한 치아 준비 수술을 수행하기 위한 수술의 일부를 개략적으로 예시한다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 유도되는 구강 및 상악안면 수술을 수행하기 위한 시스템을 개략적으로 예시하고,
도 2 및 도 3은 본 발명의 선택적인 측면에 따른 유도되는 구강 및 상악안면 수술을 수행하기 위한 시스템을 개략적으로 예시하며,
도 4는 본 발명의 다른 측면에 따른 유도되는 구강 및 상악안면 수술을 수행하기 위한 시스템을 개략적으로 예시하고,
도 5는 본 발명의 일 측면에 따른 유도되는 구강 및 상악안면 수술을 수행하기 위한 수술, 특히 사랑니 싹을 절제하기 위해 절제 프로브를 이용하는 유도되는 사랑니 제거 수술을 수행하기 위한 수술의 일부들을 개략적으로 예시하며,
도 6a-도 6d는 본 발명의 일 측면에 따른 유도되는 구강 및 상악안면 수술을 수행하기 위한, 특히 유도되는 근관 수술을 수행하기 위한 수술의 일부를 개략적으로 예시하고,
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 선택적인 측면에 따른 유도되는 구강 및 상악안면 수술을 수행하기 위한, 특히 치관을 수용하기 위한 치아를 위한 치아 준비 수술을 수행하기 위한 수술의 일부를 개략적으로 예시한다.
이하에서, 본 발명의 일부 측면들이 도시되지만, 모든 측면들이 도시되지는 않은 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 실제로, 본 발명은 많은 다른 형태들로 구현될 수 있으며, 여기에 설시되는 측면들에 한정되는 것으로 간주되지는 않아야 할 것이다. 오히려, 이들 측면들은 본 발명이 적용될 수 있는 법률적인 요구 사항들을 충족시킬 수 있도록 제공되는 것이다. 동일한 부호들은 전체적으로 동일한 요소들을 나타낸다.
본 발명의 측면들은 수술 부위에 대한 접근을 향상시키고 환자에 대한 손상의 위험을 감소시키거나 소거하면서, 기준 장치(fiducial device)와 환자 사이의 안정하고 물리적인 상호작용에 의해 형성되는 기준 마커(fiducial marker)와 관련하여 다양한 구강 및/또는 상악안면(maxillofacial) 수술들을 수행하거나 실행하는 방법에 관한 것이다.
도 1과 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 유도된 구강 및 상악안면 수술을 수행하기 위한 시스템의 선택적인 측면을 예시하며, 상기 시스템은 대체로 부호 100으로 나타낸다. 일부 구강 및 상악안면 수술들에서, 영상화 단계가 대체로 수반되고, 여기서, 예를 들면, 상기 환자의 턱/구강/상악안면 구조와 같은 부위의 CT 또는 다른 적절한 영상들이 얻어지며, 상기 부위를 포함하는 임의의 이상들이 진단된다(예를 들어, 상기 환자가 임플란트 영역을 준비하기 휘해 골 이식(bone graft)을 요구하거나 그렇지 않던지). 진료 의사는 이후에 상기 부위를 포함하는 임의의 이상들을 보정하며, 적절한 절개(요구될 경우)가 상기 부위 구조(예를 들어, 상기 환자의 잇몸) 내에 이루어졌을 경우에 상기 부위(예를 들어, 상기 환자의 턱/치아 구조)의 영상들과 관련된 상태들에 기초하여 상기 경구/상악안면 수술을 진행한다. 다른 예들에서, 상기 부위 및 관련된 구조는 비-인간적/비-해부학적 특성이 될 수 있다.
본 발명의 다양한 측면들에 따른 유도된 구강 및 상악안면 수술과 같은 유도된 대상-관련 수술을 수행하기 위한 시스템(100)은 상기 대상-관련 수술의 수술 부분에 대하여 안내되도록(예를 들어, 상기 환자의 구강 내에 상기 부위를 "준비"하기 위해) 구성되는 유도되는 수술 수행 장치(procedure-conducting device)(150)를 제공함으로써, 현재의 대상-관련(예를 들어, 구강 및/또는 상악안면) 수술들의 특정 한계들을 처리한다. 즉, 상기 수술 수행 장치(150)는 안내 장치(guidance device)(200)와 동작 가능하게 체결된다. 상기 안내 장치(200)는 부위와 연관되는 대상을 가지는 상기 부위와(예를 들어, 구강 내에 치아들을 가지는 상기 환자의 구강과) 통신하도록 적용된다. 예를 들면, 상기 부위와의 결속은 스플린트(splint)(250) 또는 다른 결속 부재와 가은 기준 장치를 통할 수 있다. 일 예에서, 상기 스플린트(250)는 상기 부위(예를 들어, 상기 환자의 구강) 또는 이와 관련된 대상(예를 들어, 치아들)을 "견고한" 또는 안전한 상호작용으로 체결하도록 구성된다(예를 들어, 상기 스플린트(250)는 상기 환자의 치아들에 결속되고, 상기 환자의 구강에 대해 이동하지 않는다). 상기 스플린트(250)가 상기 부위(예를 들어, 상기 환자의 구강)에 대해 이동하지 않기 때문에, 상기 스플린트(250)의 배치는 알려져 있으며, 이에 따라, 예를 들어, 상기 부위나 상기 부위와 관련된 대상을 준비거나, 상기 대상-관련 수술을 수행하기 위해 상기 수술 수행 장치를 안내하는 데 이용될 수 있는 기준 마커(예를 들어, 알려진 원점이나 좌표)를 제공하도록 구성될 수 있다. 일 측면에 있어서, 상기 스플린트(250)는 "일반적으로 적용"될 수 있거나(예를 들어, 임의의 환자의 구강과 같은 임의의 부위와의 안전한 결속을 형성할 수 있거나), 적어도 부위들의 특정한 범위(예를 들어, 환자의 특정한 크기나 연령에 적합한 한 가지 부위)에 걸쳐 적용될 수 있도록 구성된다. 상기 기준 마커를 결정하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 스플린트(250)는 상기 환자의 치아들이나 턱과 같은 상기 부위에 결속될 수 있고, 상기 환자의 턱뼈 구조는 이후에, 예를 들면, CT 또는 예를 들어, MRI와 같은 임의의 다른 적합한 영상화 기술을 이용하여 영상화된다.
보다 상세하게는, 본 발명의 주제의 한 가지 기본적인 전제는 상기 유도되는 구강/상악안면 시스템이 요소, 대상, 임플란트, 또는 치관(crown)(예를 들어, 치아, 또는 상기 나무의 조각 내에 이식되는 못)이 정확하게 조작되어야 하는 대상의 임의의 이동(예를 들어, 상기 환자의 턱이나 구강, 또는 나무의 조각과 같은 비-인간/비-해부학적 대상)을 설명하는 시스템의 단지 하나의 예라는 점이다. 이에 따라, 해결되는 문제점은 어떻게 상기 부위에서나 이와 관련된 대상에 관하여 상기 대상-관련 수술을 수행하기 위해 상기 수술 수행 장치가 진행되는 것으로 추정되는 경로를 결정하며, 상기 대상/부위의 이동에 따라 상기 대상/부위에 대하여 상기 수술 수행 장치에 의한 상호작용의 원하는 배향을 다시 구현하기 위해 상기 경로를 적절하게 조정할 것인 가이다. 이 경우, 상기 "부위" 또는 이와 관련된 "대상"은 제거되는 사랑니, 수술되는 근관(root canal), 설치되는 치관, 또는 이식되는 임플란트를 갖는 환자의 구강, 또는 못을 수용하는 나무의 블록이 될 수 있는 이동 가능한 임의의 것일 수 있다.
해당 기술 분야의 숙련자는 또한 상기 스플린트(250)가 여기에 논의되는 바와 같은 원하는 기능을 구현하기 위해 많은 다른 방식들로 구성될 수 있는 점을 이해할 것이다. 예를 들면, 상기 스플린트(250)는 상기 부위의 상태에 따라 적절한 방식으로 상기 부위에서 상기 부위 또는 상기 대상에 단단하게 부착될 수 있다. 즉, 예를 들면, 상기 환자가 상기 스플린트(250)를 지지할 수 있는 몇몇 강한 치아들을 가질 경우, 상기 스플린트(250)는 접착제 또는 적합한 클램프로 상기 치아들에 부착될 수 있다. 무치아의 환자들(예를 들어, 치아들이 없는)을 위해, 골 핀(bone pin)들이 상기 스플린트(250)를 안전하게 제 위치에 고정시키기 위해 상기 스플린트(250)를 통해 상기 환자의 턱뼈 구조 내로 천공될 수 있다. 또한, 상기 스플린트(250)는, 예를 들면, 적절한 골 나사들을 이용하여 임의의 환자의 턱뼈 구조에 부착될 수 있다. 일 측면에 있어서, 부위(예를 들어, 상기 환자의 구강)에 대한 상기 스플린트(250)의 위치 결정은 상기 스플린트(250)가 단단하게 제 위치에 남아 있는 한 결정적이거나 중요하지 않을 수 있다. 기준 마커(fiducial marker)(도시되지 않음)는 이후에 상기 스플린트(250)에 부착될 수 있거나, 그렇지 않으면 포함될 수 있으며, 여기서 상기 기준 마커는 삼차원 공간 내에서 상기 기준 마커를 특유하게 정의하는 기하학적 구조 또는 다른 특성이나 특징을 가지도록 구성될 수 있다(예를 들어, 상기 기준 마커가 상기 환자의 턱뼈 구조에 의해 나타나는 상기 부위의 영상들 내에서 용이하게 확인되도록). 이러한 예들에서, 상기 기준 마커는, 예를 들면, 상기 영상(예를 들어, CT 또는 MRI) 내에서 분명하게 정의될 수 있는 방사선 불투과성의 물질로 구성될 수 있다.
하나의 예에서, 상기 수술 수행 장치(150)는 상기 수술 수행 장치(150)의 동작의 범위를 결정하는 분절 암 부재(articulating arm member)(350)(예를 들어, 로봇 암)와 체결된다. 상기 안내 장치(200)는, 이러한 예들에서, 상기 스플린트(250)와 상기 수술 수행 장치(150) 및/또는 상기 암 부재(350)와 통신하는 전달 요소(communication element)(400) 및/또는 컨트롤러 장치(450)를 포함한다. 예를 들면, 상기 전달 요소(400)는 공통 베이스(180)를 통해 상기 스플린트(250)를 상기 수술 수행 장치(150)/암 부재(350)에 연결하는 기계적 연결을 포함할 수 있다. 즉, 상기 전달 요소(400)는, 예를 들면, 일측 단부에서 상기 대상/부위에 체결되는 상기 스플린트(250)에 부착되고, 대향하는 단부에서 상기 베이스(180)에 부착되는 기계적으로 추적되는 암을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 상기 암은 키네틱 마운트(kinematic mount)를 포함하는 부착 메커니즘으로 상기 스플린트(250)에 부착될 수 있다(알려진 반복 가능한 방식으로 단단하게).
이러한 방식으로 상기 부착 메커니즘 및 상기 스플린트(250)를 통해 상기 부위/대상에 부착함으로써, 상기 부위/대상이 이동하는 사건에서 이의 정확한 안내를 여전히 제공하면서(예를 들어, 상기 수술 수행 장치(150)/암 부재(350)가 상기 기준 마커의 전송되는 위치와 관련하여 상기 컨트롤러 장치(450)에 의해 제어되고 안내된다), 상기 전달 요소(400)는 상기 부위/대상의 위치(예를 들어, 상기 기준 마커에 대한)에 대한 데이터(일정하거나, 선택적으로나, 또는 그렇지 않으면 필요한 경우에)를 상기 수술 수행 장치(150)/암 부재(350)를 안내하거나 제어하기 위해 결국 이러한 데이터를 이용하는 상기 컨트롤러 장치(450)에 제공한다. 그러나, 해당 기술 분야의 숙련자는 이에 따라 결정되는 상기 스플린트(250) 및/또는 상기 기준 마커가 많은 다른 방식들로 상기 컨트롤러 장치(450) 및/또는 상기 수술 수행 장치(150)/암 부재(350)로 전달될 수 있는 점을 이해할 것이다. 예를 들면, 전기적, 기계적, 전자기적, 또는 광학적 특성이던 지의 무선 트랜스시버, 하드와이어 연결, 광학 통신 시스템, 또는 임의의 다른 적절한 메커니즘을 포함하는 전달 요소(400)를 통해 상기 기준 마커가 상기 컨트롤러 장치(450) 및/또는 상기 수술 수행 장치(150)/암 부재(350)로 전송될 수 있다. 임의의 예에서, 상기 컨트롤러 장치(450)(예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같은 컴퓨터 장치)는 내부에 배치되거나 이에 체결되는 상기 스플린트(250)를 가지는 상기 부위(예를 들어, 상기 환자의 구강)의 영상으로부터 상기 기준 마커와 연관된 데이터를 결정하고, 상기 기준 마커와 연관된 안내를 상기 수술 수행 장치(150)/암 부재(350)로 적절하게 전달하기 위해 구성되고 배치된다.
일 측면에 있어서, 상기 컨트롤러 장치(450)는 상기 부위의 영상(예를 들어, 내부에 상기 스플린트(250)를 갖는 환자의 턱뼈 구조)을 수신하도록 더 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 상기 컨트롤러 장치(450)는 수술 계획 장치(procedure planning device)로 기능하고, 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 결합을 포함할 수 있는 수술 루틴을 실행할 수 있도록 더 구성될 수 있다. 상기 수술 루틴은 이에 따라 상기 영상(들)에 기초하여 컴퓨터화된 모델과 함께 상기 부위/대상에 대한 상기 가상의 수술 계획 또는 적절한 수술의 결정을 진전시키기 위하여 상기 진료 의사가, 예를 들면, 이차원 또는 삼차원으로든지 캡쳐된 영상에 기초하여 가상의 수술 계획을 생성하고, 상기 계획된 대상-관련 수술과 함께 상기 부위의 영상(들)을 조작하게 한다. 일부 측면들에 있어서, 상기 수술 루틴, 가상의 수술 계획 및/또는 수술 결정은 해당 기술 분야의 숙련자에게 이해될 수 있는 바와 같이 수술 파라미터들을 상기 기준 마커와 연관시키기 위해 좌표 시스템(상대 또는 절대)과 관련하여 생성될 수 있다. 이와 같이, 상기 가상의 수술 계획은 상기 기준 마커로 등록되고, 상기 기준 마커에 대해 형성된다. 다른 측면들에 있어서, 상기 컨트롤러 장치(450)는, 예를 들면, 치아 임플란트(들)와 같은 대상들을 서로에 대해서나 상기 부위 또는 인접하는 치아들과 같은 인접하는 대상에 대해 정렬하고, 치관을 수용하기 위한 치아와 같은 대상을 성형하며, 근관을 수행하고, 사랑니를 제거하며 및/또는 상기 치아 임플란트(들)를 상기 턱뼈 구조에 대해 정렬하기 위해 상기 영상(들)에 대한 상기 수술과 관련된 인자들의 가상의 조작을 보조하거나 또는 그렇지 않으면 허용하도록 주변 장치(예를 들어, 3D 고글들과 함께, 예를 들면, 트랙볼 또는 조이스틱; 모두 도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러 장치(450)는 이러한 조작을 필요하거나 원할 경우에 수동으로, 자동으로, 또는 반자동으로 안내하거나 수행하도록 더 구성될 수 있다. 상기 가상의 인자(들)이 상기 영상(들)과 유사한 방식으로 조작될 수 있기 때문에, 상기 가상의 인자(들)의 배향, 방향 또는 배치는 상기 부위(예를 들어, 상기 환자의 턱뼈 구조)에 대한 상기 인자의 원하는 실제의 배치를 나타낼 수 있으며, 이에 따라 연관된 대상(예를 들어, 구강/상악안면) 수술을 수행하기 위한 직관적인 인터페이스가 제공된다.
상기 스플린트(250)/기준 마커 접근이 이용되는 측면들에 있어서, 상기 부위/대상(예를 들어, 환자)은 상기 전달 요소(400)(암)가 상기 부착 메커니즘의 키네틱 마운트를 통해 상기 스플린트(250)에 부착되거나, 또는 그렇지 않으면 이와 통신 및 등록되면 상기 시스템(100)에 자동적으로 등록된다. 예를 들면, 상기 전달 요소(400)는 상기 스플린트(250)/키네틱 마운트와 물리적으로 체결되지 않을 수 있지만, 무선 통신에 의하거나, 광 통신에 의하거나, 물리적인 결속을 요구하지 않는 임의의 다른 통신 시스템에 의해 이와 통신할 수 있다. 즉, 상기 기준 마커는 상기 부위/대상의 영상(들)(예를 들어, 상기 환자의 턱뼈 구조)로부터 자동으로 결정되며, 물리적 공간 내의 이의 정렬 및 위치가 상기 암과 상기 스플린트(250) 사이에 통신을 제공하는 상기 키네틱 마운트로 인해 알려진다. 그러나, 해당 기술 분야의 숙련자는 다른 정렬 접근 방식들이 기준 마커를 필수적으로 요구하지 않고 수행될 수 있는 점을 이해할 것이다. 예를 들면, 일부 경우들에서, 표면 정합 기술이 구현될 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 부위(예를 들어, 상기 환자의 턱뼈 구조)는 상기 캡쳐된 영상(들) 내에서 3D 구성으로 조작될 수 있다. 적합한 스캐닝 장치(예를 들어, 초음파 변환기 또는 OCT(광 간섭 단층 촬영) 스캐너와 같은 물리적 포인터(pointer) 또는 다른 영상화 장치가 상기 암 부재(350)의 팁이 상기 캡쳐되고 조작된 영상(들)을 상기 부위의 실제 스캔과 "표면 정합"시키기 위해 상기 부위(예를 들어, 상기 환자의 턱뼈 구조)를 스캐닝할 수 있도록 상기 암 부재(350)의 엔드 이펙터(end effector)에 부착될 수 있다.
해당 기술 분야의 숙련자는 상기 컨트롤러 장치(450)를 통한 상기 부위(예를 들어, 상기 환자의 해부학적 구조)와 상기 기준 마커의 연관이 다른 방식들로 구현될 수 있는 점도 이해할 것이다. 예를 들면, 상기 기준 마커에 대한 상기 영상(예를 들어, CT 스캔)의 등록에 대하여, 한 가지 방법은, 앞서 논의된 바와 같이, 상기 기준 마커로 제 위치에 영상화되는 상기 부위(예를 들어, 상기 환자의 턱 구조)를 수반할 수 있으며, 여기서 상기 환자에게 이후에 실질적으로 즉시 상기 수술이 수행될 수 있다. 이와 같은 계획은, 예를 들면, 상기 환자에 대한 진료 의사의 방문의 횟수를 줄이는 점에서 유리할 수 있다. 그러나 일부 경우들에서, 상기 진료 의사가 쉽게 영상화 능력을 가질 수 없거나, 상기 수술을 수행하기 전에 상기 가상의 수술 계획을 세심하게 결정하는 것을 선호할 수 있다. 이러한 두 예들에서, 상기 환자는 나중에 상기 진료 의사에게 돌아갈 것이 요구되기 쉽다. 이에 따라, 이러한 상황들에서, 수술 전의(pre-operative) 영상화 절차(예를 들어, CT 스캔)가 제 위치의 기준 마커 없이(예를 들어, 상기 진료 의사가 이에 의해 상기 가상의 수술 계획을 결정할 수 있는 "정상" 스캔) 상기 환자의 턱 구조에 대해 수행될 수 있다. 이러한 수술 전의 영상화 절차는 이에 따라, 예를 들면, 상기 진료 의사의 부위에서, 또는 전용의 스캐닝/영상화 중심에서 수행될 수 있다. 이어서, 수행되는 상기 대상-관련(예를 들어, 구강/상악안면) 수술 직전에 상기 부위(예를 들어, 상기 환자의 턱 구조)에 체결되는 상기 기준 마커(들)로, 상기 진료 의사는 상기 부위의 다른 영상(예를 들어, CT 스캔, 파노라마 x-선, 또는 두 단일 x-선들)을 캡쳐할 수 있다. 상기 컨트롤러 장치(450)는 이에 따라 최초의 수술 전의 영상에 대해 상기 기준 마커(들)를 등록시키기 위해 상기 수술 전의 영상(상기 가상의 수술을 결정하는 데 이용된)을 영상의 "일자"와 연관시키도록 구성될 수도 있다. 이와 같은 등록 또는 보정 절차는 해당 기술 분야의 숙련자에게 이해될 수 있는 바와 같이 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 결합으로 구현될 수 있다. 상기 대상-관련 수술은 이후에 여기에 달리 개시되는 바와 같이 진행될 수 있다.
임의의 예에서, 상기 전달 요소(400)는 상기 암 부재(350)의 엔드 이펙터의 위치/이동 특성들도 알려지도록 상기 시스템(100)에 알려진 방식으로 상기 컨트롤러 장치(450)를 통해 상기 암 부재(350)와 통신하도록 구성된다. 이에 따라, 상기 전달 요소(400)와 상기 암 부재(350) 사이의 이러한 전달은 상기 수술 수행 장치(150)가 상기 스플린트(250), 상기 키네틱 마운트, 상기 전달 요소(400), 상기 컨트롤러 장치(450) 및 상기 암 부재(350)를 통해 상기 부위/대상에 부착되는 상기 기준 마커(또는 상기 부위/대상에 대한 다른 기준)에 대하여 등록되게 한다. 이러한 방식으로, 상기 컨트롤러 장치(450)를 통해 계획되는 가상의 수술 계획은 상기 기준 마커(또는 상기 환자에 대한 다른 기준)와 관하여 구현될 수 있으며, 이에 따라 상기 수술 수행 장치(150)를 안내하기 위해 상기 시스템(100)으로 옮겨지거나 그렇지 않으면 전송된다.
상기 수술 수행 장치(150)는 상기 암 부재(350)(로봇 암)의 엔드 이펙터 내에 배치되거나, 또는 그렇지 않으면 이와 결속된다. 상기 암 부재(350)는, 예를 들면, 여섯의 자유도(degrees of freedom)를 제공하도록 구성될 수 있으며, 또한 상기 수술 수행 장치(150)의 이동을 제한하거나 그렇지 않으면 제어하도록 구성될 수 있다. 또한, 하나의 예에서, 상기 암 부재(350)는 상기 수술 수행 장치(150)가가 고정되고, 수술을 수행하는 모드에 있지 않을 때에 완전한 이동의 자유를 가지게 되도록 축소된 병렬 구조를 가질 수 있다. 상기 수술 수행 장치(150)가 상기 암 부재(350)의 엔드 이팩터에 부착되기 때문에, 상기 수술 수행 장치(150)의 부위/대상 상호작용 부분(interacting portion)(예를 들어, 상기 절단/천공/마멸/흡열 팁)(500)(예를 들어, 도 1 및 도 3 참조)이 상기 암 부재(350)에 대해 알려진 위치(예를 들어, 상기 시스템(100)에 알려진)에 있어야 한다. 일부 측면들에 있어서, 상기 기준 마커에 대하여 상기 수술 수행 장치(150)의 부위/대상 상호작용 부분(500))을 보정하기 위해, 보정 요소(calibration element)가 키네틱 커플링(kinematic coupling)(예를 들어, 알려진 반복 가능한 방식으로 이에 단단하게 장착된)을 통해 상기 수술 수행 장치(150)에 체결될 수 있다. 이에 따라, 해당 기술 분야의 숙련자는 상기 수술 수행 장치(150)의 부위/대상 상호작용 부분(500)이 이후에 다양한 팁 보정 방법들(예를 들어, 불변점 등)로 보정될 수 있는 점을 이해할 것이다. 보정되면, 상기 보정 요소가 알려진 반복 가능한 방식으로 상기 수술 수행 장치(150) 내의 절단/천공/마멸/흡열 요소로 대체될 수 있으므로, 상기 부위/대상 상호작용 부분(500)과 연관된 보정 파라미터들(예를 들어, 절단/천공의 축의 가장 원위의 지점의 위치)이 보정되는 바와 같이 유지될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 여기에 논의되는 바와 같이, 상기 시스템(100)은 상기 부위/대상 상호작용 부분(500) 또는 상기 수술 수행 장치(150)가 복수의 호환 가능한 수술 장치들을 포함하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 하나의 예에서, 상기 수술 장치는 대상-제거 장치(object-removal device)(예를 들어, 치아 제거 장치)이며, 상기 대상-관련 수술은 대상-제거 수술(예를 들어, 치아 제거 수술)이다. 보다 상세하게는, 이와 같은 예에서, 상기 대상-제거 장치는 절제 장치(ablation device)이고, 상기 대상-관련 수술은 사랑니 제거 수술이다. 다른 측면에 있어서, 상기 수술 장치는 천공 장치(drilling device) 또는 마멸 장치(abrading device)이며, 상기 대상-관련 수술은 근관(root canal) 수술이다. 또 다른 측면에 있어서, 상기 수술 장치는 마멸 장치이며, 상기 대상-관련 수술은 치관을 수용하기 위한 치아와 같은 대상을 준비하는 것이다.
구현되고 상기 시스템(100)에 의해 알려진 상기 부위/대상(예를 들어, 환자)에 대한 정렬 및 상기 컨트롤러 장치(450)를 통해 진전되는 상기 가상의 수술 계획으로써, 상기 수술(예를 들어, 절단/천공/이식/마멸/흡열)이 이후에 상기 진료 의사가 상기 수술 수행 장치(150)를 상기 부위(상기 수술 동안에 이에 체결되는 상기 스플린트(250)을 가지는 상기 환자의 구강)을 향해 이동시켜 개시될 수 있다. 이러한 예들에서, 상기 컨트롤러 장치(450)는 상기 암 부재(350)를 통해 상기 수술 수행 장치(150)의 이동을 제어하도록 구성되므로, 상기 진료 의사의 동작은, 상기 컨트롤러 장치(450)에 의해 결정되고 상기 가상의 수술 계획에 의해 지시되는 바와 같이, 단지 상기 부위/대상 상호작용 부분(500)(예를 들어, 상기 절단/천공/마멸/흡열 요소)을 상기 환자의 턱뼈 구조와 같은 부위에 대하여 상기 수술을 위한 적절한 시작 위치로 이동시키는 것이다. 상기 절단/천공/마멸/흡열 요소가 상기 컨트롤러 장치(450)가 지시하는 위치에 있게 되면, 상기 수술의 수술 부분이 이후에 개시되며, 여기서 상기 컨트롤러 장치(450)는 원점으로부터의 경로를 따르고, 상기 가상의 수술 계획에 따라, 예를 들면, 상기 절단/천공/마멸/흡열 요소 및 상기 절단/천공/마멸/흡열 거리의 조작 경로의 배향과 같은 상기 수술 수행 장치(150)의 다른 파라미터들을 더 지시할 수 있다.
이들 예들에서, 여기에 개시되는 시스템(100)의 한 가지 차이점은 상기 수술 수행 장치(150)가 상기 진료 의사에 의해 안내되지 않으며, 단지 상기 가상의 수술 계획을 통해 결정되고, 상기 컨트롤러 장치(450) 및 상기 암 부재(350)를 통해 구현되는 수술 루틴을 따라 상기 진료 의사에 의해 촉구되는 점이다. 즉, 상기 시스템(100)은 상기 가상의 수술 계획을 통해 결정되고 상기 컨트롤러 장치(450) 및 상기 암 부재(350)에 의해 구현되는 바와 같이, 상기 진료 의사가 상기 부위에 대한 수술을 수행하는 것을 제한하도록 구성될 수 있으며, 이에 따라 상기 컨트롤러 장치(450)가 상기 환자의 턱뼈 구조와 같은 상기 부위/부위 구조의 영상(들)로부터 생성되는 상기 가상의 수술 계획에 따라 상기 암 부재(350)(및 이에 따른 상기 수술 수행 장치(150))의 허용 가능한 이동을 제어한다. 즉, 상기 컨트롤러 장치(450)/안내 장치(200)는 상기 수술 수행 장치(150)의 이동을 물리적으로 조절하도록 구성된다. 예를 들면, 상기 시스템(100)은 촉각(tactile)/촉감(haptic) 피드백을 통해 상기 진료 의사에게 전달될 수 있는 바에 따라 상기 암 부재(350)/수술 수행 장치(150)의 제한된 이동을 위해 구성될 수 있으며, 여기서, 예를 들면, 상기 암 부재(350)/수술 수행 장치(150)는 상기 가상의 수술 계획에 따라 이동하는 것이 보다 쉬워질 수 있고, 상기 가상의 수술 계획을 벗어나게 이동하는 것이 보다 어려워질 수 있다. 그러나 해당 기술 분야의 숙련자는 상기 암 부재(350)/수술 수행 장치(150)의 물리적 구조가 상기 가상의 수술 계획에 따라 완전히 제어된 이동(예를 들어,진동, 구성 요소들의 휘어짐 및/또는 상기 진료 의사에 의해 인가되는 과도한 힘으로 인한)을 제공하며, 이와 같이, 상기 시스템(100)이, 예를 들면, 벗어남을 경고하는 표시 또는 임의의 다른 적합한 음향적 및/또는 시각적 메커니즘을 통하는 바와 같이 상기 진료 의사에게 다른 방식들의 촉각/촉감 피드백을 제공하도록 더 구성될 수 있는 점을 이해할 것이다. 따라서, 상기 시스템(100)은 상기 가상의 수술 계획을 실제로 구현하기 위한 방책을 포함하며, 이에 따라 임의의 수술 파라미터들이 정확하지 않을 경우에 단지 상기 진료 의사에게 경고하기 보다는 보다 정확한 수술을 가능하게 한다. 그러나 해당 기술 분야의 숙련자는, 일부 예들에서, 상기 시스템(100)이 상기 진료 의사의 조작 없이, 상기 컨트롤러 장치(450)를 거친 상기 암 부재(350)/수술 수행 장치(150)의 자동 조작을 통해 상기 가상의 수술 계획을 자동으로 구현하도록 더 구성될 수 있는 점도 이해할 것이다.
유도되는 구강 및 상악안면 수술을 수해하기 위한 시스템(100)을 이용하는 하나의 예시적인 수술 절차에서, 여기에 개시되는 바와 같이, 상기 스플린트(250)(예를 들어, 마우스피스)가 먼저 상기 환자의 치아들에 부착되며, 이에 따라 기준 마커가 제공된다. 상기 환자의 턱뼈 구조는 이후에, 예를 들면, CT 또는 임의의 다른 적절한 영상화 기술(예를 들어, MRI) 및 상기 컨트롤러 장치(450)로 전송되는 영상(들)을 이용하여 영상화(상기 환자의 치아들에 결속되고 제 위치에 있는 상기 스플린트(250)를 포함)된다. 상기 컨트롤러 장치(450)는 수술 루틴을 수행할 수 있도록 더 구성될 수 있으며, 이에 따라 상기 진료 의사가, 예를 들면, 캡쳐된 영상(들) 내의 사랑니에 대해 가상의 수술-수행 장치(150)를 조작하여 상기 환자를 위한 수술 계획을 진전시키게 한다. 상기 가상의 수술 계획이 생성되면, 상기 전달 요소(400)는 상기 스플린트(250)(상기 수술을 시작하기 위해 적절한 위치에 위치하는 환자, 또는 이들 사이의 비물리적 통신의 구동으로 상기 환자의 구강에 부착된)에 체결된다. 상기 암 부재(350), 수술 수행 장치(150) 및 이의 상호작용 부분(500)은 이후에 상기 수술 수행 장치(150)의 실제의 절단/천공/마멸/흡열 요소가 상기 진료 의사에 의해(또는 상기 컨트롤러 장치(450)를 통해 자동으로) 이용되기 전에 상기 가상의 수술 계획에 의해 계획되고 지시되는 바와 같이 상기 수술을 구현하기 위해 상기 암 부재(350) 및 상기 컨트롤러 장치(450)에 의해 안내되는 바와 같이 상기 수술 수행 장치(150)를 통해 상기 진료 의사에 의해(또는 상기 컨트롤러 장치(450)에 의해 자동적으로) 보정된다. 상기 스플린트(250)가 보정 동안 및 상기 수술 동안에 상기 환자에게 부착되어 남기 때문에, 상기 스플린트(250)/기준 마커 또한 상기 수술 동안에 직접 상기 안내 장치(200)/컨트롤러 장치(450)와 통신을 계속하게 남는다. 이와 같이, 상기 암 부재(350), 수술 수행 장치(150) 및 이의 상호작용 부분(500)은 상기 수술 동안에 상기 스플린트(250)/기준 마커와 직접 관련하여 조작된다.
도 4는 로봇 수술 동안에 부위/대상 동작을 추적하기 위해 추적 및 안내 배치(tracking and guidance arrangement)(110)를 가지는 본 발명의 선택적인 측면에 따른 수술 로봇 시스템(100)을 예시하며, 여기서 상기 추적 측면은 상기 부위/대상과 물리적으로 연통되지 않는다. 상기 추적 및 안내 배치(110) 및/또는 상기 수술 로봇 시스템(100)은 다양한 수술 절차들(예를 들어, 두개골 수술, 귀, 코 및 인후(ENT) 수술, 정형외과, 또는 환자의 해부학적 구조와 연관된 임의의 다른 수술 절차와 같은 부위/대상과 연관된 임의의 수술)에 용이하게 이용될 수 있거나 적용될 수 있도록 구성될 수 있다. 특정 측면들에 있어서, 상기 추적 및 안내 배치(110)는, 예를 들면, 혼성(예를 들어, 결합) 기계 및 광학 추적 및 안내 배치(예를 들어, 도 4 참조), 또는 혼성 기계 및 전자기 추적 및 안내 배치를 포함하며, 이들 각각은 증가된 이동의 자유, 최소화된 가시선 요구 사항들, 감소된 간섭 가능성 등을 제공한다. 그러나 해당 기술 분야의 숙련자는 혼성 추적 및 안내 배치(110)를 위한 다른 기술 조합들도 고려될 수 있는 점을 이해할 것이다.
대체로 도 4를 참조하면, 상기 추적 및 안내 배치(110)는, 예를 들면, 분절 암 부재(예를 들어, 로봇 암)과 같은 가이드 암(guide arm)(120) 및 기구(140)(예를 들어, 수술 기구)를 포함하는 부위/대상 상호작용 장치(130)를 구비한다. 상기 기구(140)는 상기 가이드 암(120)의 원위 단부(distal end)를 결속하도록 구성되며, 상기 가이드 암(120)에 의해 안내되면서 상기 환자의 상악안면 해부학적 구조(예를 들어, 턱 또는 구강)과 같은 부위/대상과 상호작용하거나 그렇지 않으면 통신하도록 적용된다. 일부 측면들에 있어서, 상기 부위/대상 상호작용 장치(130)는 여기서 "절단 장치(cutting device)", "천공 장치(drilling device)", "마멸 장치(abrading device)", "흡열 장치(ablating device)", "부위 준비 장치(site preparation device)", "수술 수행 장치", 또는 이들과 유사한 것으로 참조될 수 있으며, 이러한 참조는 상기 가이드 암(120)과 체결되는 상기 특정 기구(140)를 가리키도록 의도된다. 이와 같이, 상기 부위/대상 상호작용 장치(130) 및 상기 기구(140)는 여기서 특정한 상응하는 목적이나 절차를 위해 구성되는 바와 같이 호환 가능한 것으로 참조될 수 있으며, 이러한 참조는 상기 부위/대상 상호작용 장치(130)의 기구(140) 요소가 상기 가이드 암(120)을 통해 로봇 수술 절차의 침습 부분이나 적어도 부위/대상 상호작용 부분에 대하여 향해지거나 안내되도록(예를 들어, 상기 부위/대상을 "준비"하거나, 그렇지 않으면 상기 환자의 턱 또는 구강과 상호작용하도록) 구성되는 것을 나타내도록 의도되는 점이 이해될 것이다. 또한, 앞서 개시된 바와 같이, 다양한 기구들(140)은 상기 가이드 암(120)/부위/대상 상호작용 부분(130)에 의해 호환가능하게 수용되기 위해 구성될 수 있다. 따라서, 상기 추적 및 안내 배치(110)는 상기 시스템(100)의 개시되는 측면들에 의해 제공되는 안내로부터 이점을 가질 수 있는 다양한 수술 절차들에 용이하게 적용될 수 있다.
일부 측면들에 있어서, 하나 또는 그 이상의 액추에이터(actuator)들(도시되지 않음)이 상기 가이드 암(120)에 체결될 수 있으며, 상기 수술 절차를 구현하기 위한 상기 사용자에 의한 조작에 따라 여섯의 자유도로 상기 가이드 암(120)의 원위 단부를 안내하기(예를 들어, 특정 방향(수평 및/또는 수직)으로 변경되거나 및/또는 축에 대해 회전하게) 위해 협력하도록 구성되고 배열될 수 있다. 상기 가이드 암(120)은 또한 상기 부위/대상 상호작용 장치(130)의 이동 및 이에 따른 상기 기구(140)를 제한하거나, 그렇지 않으면 제어하도록 구성될 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 상기 가이드 암(120)은 상기 기구(140)가 고정되고, 완전한 이동의 자유를 가지게 되는 축소된 병렬 구조를 가질 수 있다. 상기 기구(140)가 상기 가이드 암(120)의 원위 부분을 포함하거나 이에 부착되기 때문에, 상기 부위/대상 상호작용 부분(예를 들어, 상기 절단/천공 팁)은 상기 부위/대상 상호작용 장치(130)의 기구(140)이며, 상기 기구(140)는 이에 따라 알려진(예를 들어, 상기 가이드 암(120)에 대해 상기 시스템(100)에 알려진) 공간 위치 내에 있어야 한다.
일부 측면들에 있어서, 상기 기구(140)는 상기 추적 및 안내 배치(110)에 의해 결정되는 바와 같이 공간 관계들에 따라 상기 가이드 암(120)을 통해 안내되거나 향하게 될 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 추적 및 안내 배치(110)는 또한 분절 암(160)의 원위 단부에 연결되고 이와 협력할 수 있는 검출기(detector)(150) 및 상기 환자의 턱이나 구강과 같은 상기 부위/대상에 연결되는 기준 마커(170)를 포함한다. 상기 검출기(150)는 상기 기준 마커(170)와 상호작용하도록 구성되는 광학 검출기(예를 들어, 카메라) 또는 전자기 검출기(예를 들어, 전자기 에미터) 뿐만 아니라 적절하게 구성된 기준 마커(170)와 상호작용하도록 구성되는 다른 유형의 검출기들(예를 들어, 음향 검출기)을 포함할 수 있다. 상기 기준 마커(170)는 상기 환자의 상악안면 해부학적 구조(예를 들어, 턱, 구강)와 같은 부위/대상에 연결되도록 구성되는 스플린트 또는 다른 결속 부재가 될 수 있다. 즉, 일 예에서, 상기 기준 마커(170)는 "견고한" 또는 안전한 상호작용으로 상기 부위/대상(예를 들어, 상기 환자의 구강이나 턱)을 결속하도록 구성된다(예를 들어, 스플린트는 상기 환자의 치아들에 결속되며, 상기 환자의 구강에 대해 이동하지 않는다). 이러한 예에서, 상기 스플린트가 상기 부위/대상에 대해 이동하지 않기 때문에, 상대 좌표계 또는 삼차원 공간(예를 들어, X, Y, Z 시스템) 내의 상기 스플린트의 초기 공간 위치가 결정될 수 있다. 따라서, 상기 스플린트는 기준 마커(예를 들어, 안전한 상호작용으로 형성되거나, 그렇지 않으면 상기 스플린트와 연관되거나 부착되는 알려진 원점이나 좌표 요소)를 제공하도록 구성될 수 있으며, 이는, 예를 들면, 상기 로봇 수술 동안에 상기 가이드 암(120)을 통해 상기 부위/대상 상호작용 장치(130)의 기구(140)를 안내하는 데 이용될 수 있다.
일부 측면들에 있어서, 상기 부위/대상 상호작용 장치(130)의 부위/대상 상호작용 부분/기구(140)는 상기 기준 마커(170)에 대하여 등록되거나 보정될 수 있다. 예를 들면, 보정 요소(도시되지 않음)가 키네틱 커플링(예를 들어, 알려진 반복 가능한 방식으로 이에 단단하게 장착되는)을 통해 상기 부위/대상 상호작용 장치(130)에 체결될 수 있다. 이에 따라, 해당 기술 분야의 숙련자는 상기 부위/대상 상호작용 장치(130)의 부위/대상 상호작용 부분/기구(140)가 이후에 다양한 팁 보정 방법들(예를 들어, 불변점 등)로 보정될 수 있는 점을 이해할 것이다. 등록되면, 상기 보정 요소는 알려진 반복 가능한 방식으로 상기 부위/대상 상호작용 장치(130) 내의 절단/천공 요소(기구(140))로 대체될 수 있으므로, 보정 파라미터들(예를 들어, 가장 원위의 지점의 위치 및 상기 상호작용 부분/기구(140)과 연관된 축)이 등록되는 바와 같이 유지된다.
일 측면에 있어서, 상기 기준 마커(170)는 "일반적으로 적용"될 수 있거나(예를 들어, 임의의 환자의 해부학적 구조와 같은 부위/대상과 안전한 결속을 형성할 수 있거나), 적어도 부위들/대상들의 특정한 범위(예를 들어, 환자의 특정한 크기나 연령에 적합한 한 가지 크기)에 걸쳐 적용될 수 있도록 구성된다. 상기 기준 마커(170)와 연관된 기준 원점을 결정하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 기준 마커(170)(예를 들어, 스플린트 또는 다른 체결 부재)는 상기 환자의 치아들과 같은 대상에 체결될 수 있고, 이후에 상기 환자의 턱뼈 구조와 같은 부위는, 예를 들면, 컴퓨터 단층 촬영(CT) 또는, 예를 들면, 자기 공명 영상화(MRI)와 같은 임의의 다른 적합한 영상화 기술을 이용하여 영상화될 수 있다. 이러한 예들에서, 상기 기준 마커(170)는, 예를 들어, CT 또는 MRI에 의해 얻어지는 상기 영상 내에 분명하게 정의될 수 있는, 예를 들면, 방사선 불투과성 물질로 구성될 수 있으므로, 상기 기준 마커(170)는 상기 환자의 턱뼈 구조와 같은 부위의 영상들 내에서 쉽게 확인될 수 있거나, 그렇지 않으면 검출될 수 있다. 상기 기준 마커(170)는 이에 따라, 예를 들면, 상대 좌표계 또는 삼차원 공간의 기준 원점으로 구현될 수 있다.
해당 기술 분야의 숙련자는 상기 기준 마커(170)가 여기에 논의되는 원하는 기능을 구현하기 위해 많은 다른 방식들로 구성될 수 있는 점을 이해할 것이다. 일 측면에 있어서, 상기 기준 마커(170)는 상기 추적 및 안내 배치(110) 내에 구현되는 유형의 검출기(150)를 기초로 하여 구성될 수 있다. 상기 검출기(150)가 광학 검출기일 경우, 예를 들면, 상기 기준 마커(170)는 추적하거나, 그렇지 않으면 상호작용하도록 상기 광학 검출기(150)를 위한 반사 마커(reflective marker)들(예를 들어, 상기 기준 마커가 상기 부위의 영상들 내에서 쉽게 확인되거나, 그렇지 않으면 검출 가능하고 추적 가능하도록 삼차원 공간 내에 상기 기준 마커(170)를 고유하게 정의하는 기하학적 구조 또는 다른 특성이나 특징)을 포함할 수 있다(예를 들어, 도 4 참조). 또 다른 예에서, 상기 검출기(150)가 전자기 검출기일 경우, 상기 기준 마커(170)는 추적하거나, 그렇지 않으면 상호작용하도록 상기 전자기 검출기(150)를 위한 적절한 센서 또는 에미터를 포함할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일부 측면들에서, 상기 검출기(150)는 상기 기준 마커(170)와의 가까운 근접 상호작용에 의해 상기 부위/대상의 이동을 추적하기 위하여 상기 분절 암(160)을 통해 상기 기준 마커(170)에 인접하여 위치하거나 위치할 수 있도록 구성될 수 있다. 특히, 도 4에 예시한 추적 및 안내 배치(110)는 상기 검출기(150) 및 상기 기준 마커(170)가 물리적으로 연결되게 구성되지 않는다. 오히려, 상기 분절 암(160)은 유리하게는 상기 검출기(150)를 상기 기준 마커(170)에 인접하거나 그 부근에 위치시키도록 구성된다. 예를 들면, 상기 분절 암(160)은 상기 검출기(150)를 상기 기준 마커(170)의 몇 센티미터 이내에 위치시키도록 구성된다. 이러한 방식으로, 부위/대상은 상기 수술 로봇 시스템에 물리적으로 묶이지 않으며, 상기 검출기(150)는, 예를 들면, 통신의 임피던스(예를 들어, 광학 검출기의 경우에 가시선의 중단), 간섭, 또는 상기 기준 마커로부터의 상기 검출기의 거리와 같은 종래 기술에서 직면하는 한계들의 일부가 없이 상기 기준 마커(170)와 상호작용하기 위해 적합한 범위 내에 위치할 수 있다.
상기 분절 암(160)은 복수의 연속으로 배치되는 섹션들(162A-C)을 포함할 수 있고, 인접하는 섹션들(162A-C)은 조인트(164A-B)에 의해 연결될 수 있다. 상기 조인트들(164A-B)은 각각의 상기 연속으로 배치되는 섹션들(162A-C)이 상기 상대 좌표계 또는 삼차원 공간 내에 독립적으로 위치 가능(예를 들어, 변경 가능한, 이동 가능한, 회전 가능한)하게 할 수 있는 키네틱 메커니즘들이 될 수 있다. 도 4에서, 세 개의 연속으로 배치되는 섹션들(162A-C)이 예시되며, 제1 섹션(162A)은 베이스(180)에 장착되는 근위 단부(proximal end)를 가지고, 제2 섹션(162B)은 제1 조인트(164A)에 의해 근위 단부에서 상기 제1 섹션(162A)의 원위 단부에 연결되며, 제3 섹션(162C)은 제2 조인트(164B)에 의해 근위 단부에서 상기 제2 섹션(162B)의 원위 단부에 연결된다. 상기 검출기(150)는, 예를 들면, 기계적 연결을 이용하여 상기 제3 섹션(162C)의 원위 단부에 연결된다. 예를 들면, 조인트들(164A-B)과 유사한 추가 조인트들이 상기 제3 섹션(162C)의 원위 단부 및/또는 상기 분절 암(160) 장착되거나, 그렇지 않으면 상기 베이스(180)에 연결되는 상기 제1 섹션(162A)의 근위 단부에 배치될 수 있다. 한편, 상기 검출기(150)는 상기 제3 섹션(162C)의 원위 단부에 견고하게 연결될 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 분절 암(160)의 연속으로 배치되는 섹션들(162A-C)의 하나 또는 그 이상의 조작은 상기 검출기(150)가 피봇(pivot)하거나, 이동하거나 및/또는 그렇지 않으면 상기 기준 마커(170)에 대해 원하는 위치 내에 위치하게 할 수 있다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 알 수 있는 바와 같이, 도 4에 예시된 숫자보다 많거나 적은 숫자의 연속으로 배치되는 섹션들 및/또는 조인트들이 상기 분절 암(160) 내에 이용될 수 있다.
일부 측면들에 있어서, 상기 분절 암(160)은 상기 분절 암(160) 및 상기 가이드 암(120)이 상기 베이스(180)를 통해 동작 가능하게 연결되거나, 결합되거나, 통신하도록 상기 베이스(180)에 장착된다. 예를 들면, 상기 분절 암(160) 및 상기 가이드 암(120)은 원위 단부들에서나, 상기 베이스(180)에서나, 각각의 암들의 길이를 따른 다른 장소에서 서로 기계적으로 연계될 수 있다. 다른 측면들에 있어서, 상기 분절 암(160)은 상기 분절 암(160) 및 상기 가이드 암(120)이 서로에 대해 공간적으로 이격된 관계로 배치되도록 상기 베이스(180)에 장착될 수 있다. 이에 구애받지 않고, 상기 베이스(180)는 유리하게는 다양한 다른 공간들, 환자 위치들(예를 들어, 누워있거나, 서있거나, 기대어있는), 수술 필요성 등에서의 사용의 용이성을 위해 이동될 수 있다. 한편, 상기 분절 암(160) 및/또는 상기 가이드 암(120)은 이동되지 않는 베이스(예를 들어, 벽, 천장, 바닥 등과 같은 정지된 플랫폼)에 장착될 수 있다. 상기 분절 암(160) 및/또는 상기 가이드 암(120)이 장착되는 어떤 방식이든지, 결과적인 장착 배치는 상기 분절 암(160)이 상기 검출기(150)를 상기 기준 마커(170)에 인접하게 위치시키도록 할 수 있으며, 상기 부위/대상 상호작용 장치(130)의 가이드 암(120)이 상기 기구(140)를 상기 환자의 상악안면 해부학적 구조와 같은 상기 부위/대상과 상호작용하도록 안내하게 할 수 있다
도 4에 상기 검출기(150) 및 상기 기준 마커(170)가 함께 연결되기 보다는 서로 인접하게 배치되는 추적 및 안내 배치(110)가 개시되어 있는 바와 같이, 상기 기준 마커(170)와 상기 검출기(150) 사이의 공간 관계는 상기 기준 마커(170)와 상기 검출기(150) 사이의 상호작용으로부터 유래되는 데이터(예를 들어, 추적 데이터)에 기초하여 결정될 수 있다. 이들 두 구성 요소들 사이의 공간 위치를 결정할 뿐만 아니라 로봇 수술 시스템(100)을 위한 추적 및 안내와 관련된 다른 기능성을 수행하기 위해, 상기 추적 및 안내 배치(110)는 상기 추적 및 안내 배치(110)의 하나 또는 그 이상의 구성 요소들과 동작 가능하게 체결되는 하드웨어 프로세서 및 메모리를 포함하는 컨트롤러 장치(450)를 더 구비할 수 있다. 도 4에 예시한 바와 같이, 예를 들면, 상기 컨트롤러 장치(450)는 전달 장치(도시되지 않음)를 통해 적어도 상기 검출기(150), 상기 분절 암(160), 상기 가이드 암(120), 상기 부위/대상 상호작용 장치(130), 그리고 상기 기구(140)와 무선 통신한다. 일부 측면들에 있어서, 상기 전달 요소는 전기, 기계, 전기기계, 음향, 또는 광학적 특성이든지 무선 트랜스시버, 하드와이어 연결, 또는 임의의 다른 적합한 메커니즘이 될 수 있다.
상기 컨트롤러 장치(450)는 상기 베이스(180)와 별도로 배치되거나, 통합되는 전용 컴퓨터 장치를 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러 장치(450)는 정의된 상대 좌표계 또는 삼차원 공간 내에 상기 기준 마커(170)와 연관된 기준점 또는 원점을 결정하고, 상기 기준 마커(170)에 인접하는 원하는 위치에 배치되도록 상기 기준 마커(170)에 대해 상기 검출기(150)를 연계시키며, 상기 검출기(150)가 상기 원하는 위치 내로 연계되면 상기 정의된 상대 좌표계 또는 삼차원 공간 내에 상기 검출기(150)의 공간 위치를 결정하고, 상기 검출기(150)와 상기 기준 마커(170) 사이의 상호작용을 개시하며, 상기 기준 마커(170)와의 상호작용에 대해 상기 검출기(150)로부터 데이터를 수신하고, 상기 데이터에 기초하여 상기 기준 마커(170)와 상기 검출기(150) 사이의 공간 관계를 결정하도록 구성될 수 있다.
일부 측면들에 있어서, 상기 기준 마커(170)와 연관되는 기준점 또는 원점을 결정하는 것은 상기 부위/대상이 정의된 상대 좌표계 또는 삼차원 공간 내의 초기 위치에 있는 동안 상기 부위/대상에 연결되는 상기 기준 마커(170)를 영상화하여 이루어질 수 있다. 상기 컨트롤러 장치(450)는 어떠한 영상화 양상(예를 들어, CT 또는 MRI 영상화)이 이용되는 것과의 인터페이싱에 의해 상기 영상화를 개시하도록 구성될 수 있다. 상기 영상(들) 또는 데이터는 상기 컨트롤러 장치(450)와 연관된 데이터 저장 장치(도시되지 않음)에 저장될 수 있고, 원점이 되는 것으로서 상대 좌표계 또는 삼차원 공간 내에 상기 기준 마커(170)의 초기 위치를 구현하기 위해 활용될 수 있다.
일부 측면들에 있어서, 상기 검출기(150)가 상기 기준 마커(170)에 인접한 원하는 위치에 배치되도록 상기 기준 마커(170)에 대해 상기 검출기(150)를 연계시키는 것은 상기 기준 마커(170)에 대해 상기 연속하여 배치되는 섹션들(162A-C)의 하나 또는 그 이상을 조작하여 구현될 수 있다. 예를 들면, 상기 컨트롤러 장치(450)와 연관된 주변 장치(예를 들면, 3D 고글들과 함께 예를 들어, 트랙볼 또는 조이스틱; 모두 도시되지 않음)가 상기 분절 암(160)의 연속하여 배치되는 섹션들(162A-C)의 하나 또는 그 이상의 가상의 조작을 보조하거나, 그렇지 않으면 허용하기 위해 이용될 수 있다. 한편, 상기 로봇 수술 시스템(100)의 오퍼레이터는 상기 검출기(150)를 상기 원하는 위치로 이동시키기 위해 상기 분절 암(160)의 연속하여 배치되는 섹션들(162A-C)의 하나 또는 그 이상을 수동으로 조작할 수 있다.
일부 측면들에 있어서, 상기 정의된 상대 좌표계 또는 삼차원 공간 내의 상기 검출기(150)의 공간 위치는, 상기 검출기(150)가 상기 원하는 위치 내로 연계되면, 하나 또는 그 이상의 위치 지시 장치(position-indicating device)(예를 들어, 엔코더(encoder))로부터 각도 관계 통신들을 수신하는 상기 컨트롤러 장치(450)에 의해 결정될 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 하나 또는 그 이상의 위치 지시 장치들(도시되지 않음)은 상기 정의된 상대 좌표계 또는 삼차원 공간 내에 이에 체결되는 상기 연속하여 배치되는 섹션들(162A-C) 사이의 각도 관계를 나타내기 위해 상기 조인트들(164A-B)의 하나 또는 그 이상에 체결될 수 있다. 상기 위치 지시 장치 및 상기 컨트롤러 장치(450)는 상기 하나 또는 그 이상의 위치 지시 장치들이 정의된 상대 좌표계 또는 삼차원 공간 내에 상기 조인트들의 각도 관계들을 상기 컨트롤러 장치(450)에 전송하도록 서로 통신할 수 있다. 상기 검출기(150)가 상기 제3 섹션(162C)의 원위 단부에 배치될 경우, 상기 컨트롤러 장치(450)는 이에 전달되는 각 조인트(164A-B)의 각도 관계들에 기초할 뿐만 아니라, 예를 들면, 각 섹션(162A-C)의 길이와 같은 다른 정보에 기초하여 상기 검출기(150)의 공간 위치를 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 검출기(150)의 공간 위치와 관련되는 이러한 데이터는 상기 컨트롤러 장치(450)와 연관되는 데이터 저장 장치에 저장될 수 있다.
일부 측면들에 있어서, 상기 분절 암(160)이 정의된 상대 좌표계 또는 삼차원 공간 내의 원하는 위치에 있으면, 상기 컨트롤러 장치(450)는 상기 검출기(150)와 상기 기준 마커(170) 사이의 상호작용을 개시하도록 구성될 수 있다. 상기 컨트롤러 장치(450)는 상기 검출기(150)와 통신할 수 있으며, 상기 검출기(150)의 동작을 개시하거나 및/또는 작동시키도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 검출기(150)가 카메라 또는 다른 영상을 캡쳐하는 장치일 경우, 상기 컨트롤러 장치(450)는 특정한 프레임 레이트(frame rate)로 상기 부위/대상에 연결되는 상기 기준 마커(170)의 영상들을 획득하기 위해 상기 검출기(150)를 작동시키도록 구성될 수 있다. 이러한 측면들에 있어서, 상기 컨트롤러 장치(450)와 연관된 상기 주변 장치는 최적의 간격(예를 들어, 몇 센티미터)이 상기 검출기(150)와 상기 기준 마커(170) 사이에 유지되도록 상기 분절 암(160)의 연속하여 배치되는 섹션들(162A-C)의 하나 또는 그 이상의 가상의 조작을 계속하여 보조하거나, 그렇지 않으면 허용하도록 구성될 수 있다. 다른 이러한 측면들에 있어서, 상기 검출기(150)와 상기 기준 마커(170) 사이의 간격과 관련하여 상기 검출기(150)와 상기 컨트롤러 장치(450) 사이의 피드백 통신은 최적의 간격이 상기 검출기(150)와 상기 기준 마커(170) 사이에 유지되도록 상기 분절 암(160)의 하나 또는 그 이상의 연속하여 배치되는 섹션들(162A-C)의 가상 조작을 자동적으로 보조하거나, 그렇지 않으면 허용하도록 구성될 수 있다.
일부 측면들에 있어서, 상기 검출기(150)로부터 획득되는 데이터는 상기 컨트롤러 장치가 상기 기준 마커(170)와의 그 상호작용에 대해 상기 검출기(150)로부터 상기 데이터를 수신하도록 상기 컨트롤러 장치(450)로 전송될 수 있다. 상기 검출기(150) 및 상기 컨트롤러 장치(450)는 상기 전달 요소를 통해 유선 또는 무선으로 통신할 수 있다.
일부 측면들에 있어서, 상기 기준 마커(170)와 상기 검출기(150) 사이의 공간 관계를 결정하기 위해, 상기 컨트롤러 장치(450)는 이들 사이의 제1 공간 위치를 결정하도록 원하는 위치 내에서 상기 기준 마커(170) 및 상기 검출기(150)의 공간적 위치와 연관된 상기 기준점 또는 원점을 이용하도록 구성될 수 있다. 이어서, 상기 컨트롤러 장치(450)는 정의된 상대 좌표계 또는 삼차원 공간 내에서 상기 기준 마커(170)의 이동을 추적하기 위해 상기 검출기(150)로부터 획득된 영상들을 이용하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 컨트롤러 장치(450)는 상기 기준 마커(170)의 공간적 위치가 변경되었는지를 결정하기 위해 상기 기준 마커(170)와 연관된 상기 최초 기준점 또는 원점에 관한 데이터를 상기 검출기(150)에 의해 획득되는 후속 데이터와 비교하도록 구성될 수 있다. 상기 검출기(150)의 알려진 공간적 위치를 고려하여 이러한 비교를 이용함으로써, 상기 컨트롤러 장치(450)는 상기 기준 마커(170)와 상기 검출기(150) 사이의 변경된 공간 관계를 결정할 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 부위/대상의 이동이 상기 검출기(150)에 의해 계속하여 추적될 수 있다.
한편, 앞서 개시한 바와 같이, 상기 수술 로봇 시스템(100) 또는 상기 컨트롤러 장치(450)의 측면들은 상기 시스템(100)의 하드웨어 및/또는 소프트웨어와 함께 계획 장치를 포함할 수 있거나, 그렇지 않으면 사용자가 가상의 수술 계획을 진전시키기 위해 계획 기능성을 포함할 수 있다. 일부 측면들에 있어서, 상기 가상의 수술 계획은 해당 기술 분야의 숙련자에게 이해될 수 있는 바와 같이, 예를 들면, 정의된 상대 좌표계 또는 삼차원 공간(상대 또는 절대)에 관하여 생성될 수 있으며, 계획 파라미터들을 상기 기준 마커(170)(또는 상기 부위/대상에 대한 다른 기준)와 연관시키도록 구성될 수 있다. 상기 컨트롤러 장치(450)는 상기 부위/대상 상호작용 장치(130) 및/또는 상기 기구(140)를 상기 기준 마커(170)로 등록시키도록 구성될 수 있다. 일부 측면들에 있어서, 상기 계획 파라미터들은 상기 수술 절차의 다른 부분들에서나 상기 수술 절차 동안에 계속하여 상기 기준 마커(170)(상기 환자에 여전히 부착된) 및 상기 부위/대상 상호작용 장치(130) 사이에 직접 공간 관계를 정의할 수 있다. 그러나 상기 부위/대상이 이동할 경우, 상기 부위/대상 상호작용 장치(130)는 상기 가상의 수술 계획 내의 특정 시점에서 정의되는 바와 같이 상기 기구(140)를 상기 부위/대상 상호작용 장치(130)/기구(140) 및 상기 기준 마커(170) 사이의 정해진 공간 관계로 복귀시켜 부위/대상 이동을 보상할 필요가 있을 수 있다. 일부 측면들에 있어서, 상기 수술 로봇 시스템(100)의 오퍼레이터는 가상의 수술 계획의 보조 없이 수술을 수행할 수 있다.
개시된 바와 같이, 본 발명의 측면들에서 다른 수술 절차들이 상기 시스템(100)을 적합하게 적용하기 위해 요구되는 최소의 시간과 복잡성과 함께 동일한 시스템(100)으로 쉽게 수행될 수 있도록 상기 부위/대상 상호작용 부분(500) 또는 상기 수술 수행 장치(150), 또는 상기 기구(140) 또는 상기 부위/대상 상호작용 장치(130)가 다양한 전용의 기구들 사이에서 호환 가능할 수 있는 점이 고려된다. 이러한 다른 수술들은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 사랑니 제거 수술, 근관 수술, 또는 치관을 수용하기 위해 치아를 준비하는 수술을 포함한다.
상기 수술에 관계없이, 여기에 개시되는 시스템(100)의 측면들을 활용하여 상기 수술을 수행하는 방법은, 예를 들면, 기준 장치와 부위/대상(예를 들어, 환자의 구강 내의 치아들) 사이에 안전하고 물리적인 상호작용을 형성하는 단계를 포함하며, 여기서 고정된 기준 장치는 기준 마커를 형성한다. 또한, 가상의 수술(예를 들어, 치아 제거, 근관, 치관을 수용하기 위한 치아 준지) 계획은 상기 환자의 상악안면 해부학적 구조와 같은 관련되는 부위/대상에 대한 수술을 상세하게 열거하도록 형성된다. 임의의 예들에서, 상기 가상의 수술 계획은 상기 기준 마커에 대해 등록되고, 형성된다. 수술 수행 장치의 이동은 상기 안내 장치와 통신하는 컨트롤러 장치에 반응하고 상기 기준 마커에 대하여 상기 수술 수행 장치에 동작 가능하게 체결되는 안내 장치에 의해 물리적으로 조절된다. 상기 안내 장치는 상기 수술을 수행하기 위해 상기 가상의 수술 계획에 따라 사용자에 의한 상기 수술 수행 장치의 물리적 조작에 상응하여 상기 수술 수행 장치의 이동을 물리적으로 조절하도록 구성된다. 상기 수술 동안, 상기 사용자에 의한 수술 수행 장치의 물리적 조작이 상기 수술 수행 장치를 상기 가상의 수술 계획으로부터 벗어나게 할 경우에 촉각 또는 촉감 피드백이 상기 수술 수행 장치를 통해 상기 사용자에게 제공된다.
이와 같은 방법은 상기 기준 마커로 상기 가상의 수술 계획의 등록을 가능하게 하도록 상기 기준 마커에 대해 표적 대상을 영상화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 촉각/촉감 피드백을 제공하는 단계는 상기 가상의 수술 계획에 따라 상기 수술 수행 장치의 이동을 허용하는 단계 및 상기 수술 수행 장치의 이동이 상기 가상의 수술 계획으로부터 벗어나는 것을 물리적으로 방지하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 촉각 피드백을 제공하는 단계는 상기 수술 수행 장치의 이동이 상기 가상의 수술 계획으로부터 벗어날 경우에 상기 수술 수행 장치를 진동시키는 단계를 더 포함한다.
여기에 달리 개시되는 바와 같이, 일부 경우들에서, 상기 기준 장치와 통신하는 상기 안내 장치도 이에 물리적으로 연관된다. 그러나 다른 예들에서, 상기 안내 장치는 상기 기준 장치와 물리적 또는 비-물리적 통신하도록 체결될 수 있다.
도 5는 대상(예를 들어, 사랑니) 제거 수술을 위해 적용되게 적합한 상기 시스템(100)의 한 가지 예를 계략적으로 예시하며, 특히 여기서 절제 프로브 팁(ablation probe tip)(108)은 이를 상기 수술 수행 장치(150)/부위/대상 상호작용 장치(130)에 연결하기 위해 적합한 구조를 가진다. 절제 에너지(104')(예를 들어, 마이크로파 에너지, RF 에너지, 비가역적 전기 천공(electroporation), 동결 절제(cryoablation), 초고강도의 초음파, 레이저, 화학적, 열적 또는 고온의 팁(예를 들어, 이에 한정되는 것은 아니지만, 백열 전구, 납땜 인두, 또는 증기 열을 포함하는 임의의 열원을 가지는 팁) 및/또는 기계적 에너지)는 발전기(104)로부터 상기 절제 프로브 팁(108)를 통해 절제(105)의 중심(상기 절제의 초점)으로 흐른다. 상기 절제 프로브 팁(108)은 잇몸 조직(122)을 통해, 치아 싹(tooth bud)(123)의 중간 내로 삽입될 수 있다. 상기 절제(105)의 중심은 상기 절제 프로브 팁(108)의 삽입 단부가 상기 수술 동안에 미리 정해진 각도(φ) 및 미리 정해진 깊이(x)에 위치할 때, 절제(105)의 중간이 상기 치아 싹(123)의 중심과 실질적으로 일치하거나 중첩되도록 상기 절제 프로브 팁(108)의 삽입 단부에 있다. 일부 측면들에 있어서, 상기 절제 프로브 팁(108)은 상기 절제 프로브 팁(108)의 깊이를 상기 치아 싹(123) 내로 물리적으로 제한하기 위해 기계식 정지 구조(mechanical stop structure)(140)(예를 들어 밴드, 돌기 또는 숄더)를 포함하며, 비록 상기 시스템(100)에 의해 안내가 제공되지만, 상기 기계식 정지 구조가 필요하지 않을 수도 있다. 상기 절제 프로브 팁들(108)은 상기 절제 프로브 팁들(108)이 상기 잇몸 조직(122)을 통해 "자가-도입(self-introducing)"될 수 있거나 쉽게 밀려질 수 있도록 충분히 예리할 수 있거나 및/또는 충분히 강할 수 있다. 해당 기술 분야의 숙련자는 상기 절제 프로브 팁(108)이나 그렇지 않으면 상기 수술 수행 장치(150)/부위/대상 상호작용 장치(130)가 상기 치아 또는 상기 치아 싹과 같은 상기 대상의 제거를 구현할 수 있는 다른 장치들을 포함할 수 있는 점도 이해할 것이다. 예를 들면, 천공 장치 또는 마멸 장치가, 여기에 달리 개시되는 바와 같이, 상기 사랑니 또는 사랑니 싹과 같은 대상의 제거를 위해 상기 절제 프로브 팁 대신에 또는 이에 추가적으로 구비될 수 있다. 이에 따라, 상기 시스템(100)은, 이러한 측면에서, 상기 절제 장치(상기 절제 프로브 팁(108))의 이동을 물리적으로 조절하도록 구성되고 배열된다. 또한, 일부 측면들에서, 상기 시스템(100)은 상기 대상 제거 장치와 물리적으로 체결되는 암 부재를 포함하는 안내 장치를 통해 상기 대상 제거 장치(예를 들어, 상기 절제 장치)의 이동을 물리적으로 조절하도록 구성되며, 여기서 상기 안내 장치는 상기 가상의 수술(예를 들어, 사랑니 제거 또는 절제) 계획에 따라 상기 사용자에 의한 상기 대상 제거 장치의 물리적 조작을 안내하기 위해 상기 컨트롤러 장치에 반응한다.
도 6a-도 6d는 근관 수술과 같은 대상-관련 수술을 개략적으로 예시한다. 이와 같은 수술이 요구될 때, 상기 치아 내의 속질/신경이 감염되고, 상기 환자에게 통증을 유발하도록 공동(cavity)이 치아 내로 관통된다(예를 들어, 도 6a 참조). 이러한 예들에서, 상기 근관 수술은 상기 치아의 뿌리들 내의 속질/신경에 접근하도록 천공 장치로 치아 내에 홍을 천공하는 과정을 수반한다(예를 들어, 도 6b 참조). 접근되면, 상기 뿌리 내의 속질/신경이 빠져 나오거나, 마멸 장치에 의해 마멸된다(예를 들어, 도 6c 참조). 속이 빈 치아는 이후에 상기 치아가 어떠한 신경 통증 없이 온전하게 남을 수 있도록 충전제 물질로 채워진다(예를 들어, 도 6d 참조). 이에 따라, 상기 시스템(100)은, 이러한 측면에서, 특정 기구 또는 부위/대상 상호작용 장치(예를 들어, 상기 천공 장치 또는 상기 마멸 장치)의 이동을 물리적으로 조절하도록 구성되고 배열된다. 또한, 일부 측면들에서, 상기 시스템(100)은 특정 기구 또는 부위/대상 상호작용 장치와 물리적으로 체결되는 암 부재를 포함하는 안내 장치를 통해 상기 특정 기구 또는 부위/대상 상호작용 장치(예를 들어, 상기 천공 장치 또는 마멸 장치)의 이동을 물리적으로 조절하도록 구성되며, 여기서 상기 안내 장치 상기 가상의 수술(근관) 계획에 따라 상기 사용자에 의한 특정 기구 또는 부위/대상 상호작용 장치의 물리적 조작을 안내하도록 상기 컨트롤러 장치에 반응한다.
도 7a 및 도 7b는 치관 배치를 위한 대상(예를 들어, 치아)의 준비를 수반하는 수술을 개략적으로 예시한다. 즉, 치아 내에 공동이 충분히 진행될 때, 치과 의사는 마멸 장치와 같은 대상 준비 장치(object preparation device)로 상기 치아의 일부를 제거할 수 있고(예를 들어, 도 7a 참조), 제거된 부분을 자기(porcelain)(또는 지르코늄 등) 치관으로 대체할 수 있다(예를 들어, 도 7b 참조). 이에 따라, 상기 시스템(100)은, 이러한 측면에서, 상기 특정 기구 또는 부위/대상 상호작용 장치(예를 들어, 상기 마멸 장치와 같은 상기 대상 준비 장치)의 이동을 물리적으로 조절하도록 구성되고 배열된다. 또한, 일부 측면들에서, 상기 시스템(100)은 상기 특정 기구, 부위/대상 상호작용 장치, 또는 대상 준비 장치와 물리적으로 체결되는 암 부재를 포함하는 상기 안내 장치를 통해 상기 특정 기구 또는 부위/대상 상호작용 장치(예를 들어, 상기 마멸 장치와 같은 상기 대상 준비 장치)의 이동을 물리적으로 조절하도록 구성되며, 여기서 상기 안내 장치는 상기 가상의 수술(치관 배치를 위한 치아의 준비) 계획에 따라 상기 사용자에 의한 상기 특정 기구, 부위/대상 상호작용 장치, 또는 대상 준비 장치의 물리적 조작을 안내하도록 상기 컨트롤러 장치에 반응한다.
일부 측면들에 있어서, 상기 시스템(100)/컨트롤러 장치(450)는 맞춤 3D 형상(예를 들어, 마멸된 치아의 가상의 스컬프팅(sculpting))으로 상기 대상 물질 또는 치아 물질의 제거(가상의 수술 계획)를 계획하기 위해 치관 배치를 위한 치아와 같은 대상의 준비를 위한 프로세스에 사용될 수 있다. 상기 시스템(100)은 이후에 수술 후의 대상(치아)이 상기 가상의 수술 계획에 상응하는 방식으로 조각되도록 상기 치아와 같은 대상으로부터 특정된 물질을 제거하기 위해 상기 마멸 장치와 같은 상기 대상 준비 장치를 안내하는 데(또는 자체적으로나 데드맨 스위치(dead-man switch)로) 이용된다. 일부 측면들에 있어서, 상기 시스템(100)(또는 그 대상 준비 장치)은 또한 상기 치관 내의 리셉터클(receptacle)이 상기 마멸 장치에 의한 물질 제거 후에 남아 있는 상기 치아의 조각된 형상과 정합되도록 대응하는 리셉터클을 포함하여 지르코늄(또는 자기 등)의 블록으로부터 상기 치관의 맞춤 형상을 연마하거나, 그렇지 않으면 형성하는 데 사용될 수 있다. 필요하거나 원할 경우, 구강 내의 스캔이, 일부 예들에서, 상기 가상의 수술 계획의 준비를 위한 상기 수술 전의 영상화로 이용될 수 있다.
여기에 설시된 본 발명의 많은 변경들과 다른 측면들은 앞서의 설명들 및 관련 도면들에서 제시되는 교시들의 이점을 가지는 것으로 본 발명이 속하는 해당 기술 분야의 숙련자에게 이해될 것이다. 이에 따라, 본 발명이 여기에 설명되는 특정한 측면들에 한정되는 것은 아니며, 변형들과 다른 측면들도 첨부된 특허청구범위의 범주 내에 속하도록 의도되는 점이 이해될 것이다. 비록 특정 용어들이 여기에 사용되지만, 이들 용어들은 일반적이고 서술적인 의미로만 사용되며, 제한적인 목적으로 사용되는 것은 아니다.
Claims (29)
- 유도되는 대상-관련 수술을 수행하기 위한 시스템에 있어서,
연관되는 대상을 가지는 부위와 고정되고 물리적인 상호작용을 형성하는 기준 장치(fiducial device)를 포함하고, 고정되는 상기 기준 장치는 기준 마커(fiducial marker)를 형성하며;
상기 부위로부터의 상기 대상의 제거를 상세하게 알리는 가상의 제거 계획을 형성하는 수술 계획 장치를 포함하고, 상기 가상의 제거 계획은 상기 기준 마커로 상기 기준 마커에 대하여 등록되며;
대상 제거 장치에 동작 가능하게 체결되고, 상기 기준 마커에 대해 상기 가상의 대상 제거 계획에 따라 상기 대상 제거 장치의 이동을 물리적으로 조절하는 안내 장치를 포함하며, 상기 가상의 제거 계획은 상기 부위로부터 상기 대상을 제거하기 위해 상기 대상 제거 장치의 수술 절차와 조작 경로를 따른 상기 대상 제거 장치의 배향 및 거리를 포함하고;
상기 안내 장치와 통신하는 컨트롤러 장치를 포함하며, 상기 컨트롤러 장치는 상기 가상의 제거 계획에 따르고 상기 수술 절차 및 상기 조작 경로에 따르며, 사용자에 의한 상기 대상 제거 장치의 물리적인 조작에 따라 상기 안내 장치가 상기 대상 제거 장치를 물리적으로 조절하게 안내하도록 구성되고,
상기 사용자에 의한 상기 대상 제거 장치의 물리적인 조작이 상기 대상 제거 장치가 상기 가상의 제거 계획의 상기 수술 절차 또는 상기 조작 경로로부터 벗어나게 할 경우, 상기 대상 제거 장치는 상기 사용자에게 촉각 피드백을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템. - 제 1 항에 있어서, 상기 기준 마커로 상기 가상의 제거 계획의 등록을 가능하게 하도록 상기 기준 마커에 대해 상기 대상을 영상화하기 위한 영상화 양상(imaging modality)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 대상 제거 장치는 상기 가상의 제거 계획의 상기 수술 절차 및 상기 조작 경로에 따라 상기 대상 제거 장치의 이동을 허용하고, 상기 가상의 제거 계획의 상기 수술 절차 및 상기 조작 경로로부터 벗어나는 상기 대상 제거 장치의 이동을 물리적으로 방지하여 상기 촉각 피드백을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 대상 제거 장치는 상기 대상 제거 장치의 이동이 상기 가상의 제거 계획의 상기 수술 절차 및 상기 조작 경로로부터 벗어나는 경우에 상기 대상 제거 장치를 진동시켜 상기 촉각 피드백을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 안내 장치가 상기 기준 마커와 관련되도록 상기 안내 장치는 상기 기준 장치와 통신하게 체결되는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 5 항에 있어서, 상기 안내 장치는 상기 기준 장치와 물리적 또는 비물리적 통신으로 체결되는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 대상 제거 장치는 절제 장치(ablation device)인 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 안내 장치는 상기 대상 제거 장치와 물리적으로 체결되는 암 부재(arm member)를 포함하며, 상기 안내 장치는 상기 가상의 제거 계획의 상기 수술 절차 및 상기 조작 경로에 따라 상기 대상 제거 장치의 물리적 조작을 안내하도록 상기 컨트롤러 장치에 반응하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 유도되는 대상-관련 수술을 수행하기 위한 시스템에 있어서,
연관되는 대상을 가지는 부위와 고정되고 물리적인 상호작용을 형성하는 기준 장치를 포함하고, 고정되는 상기 기준 장치는 기준 마커를 형성하며;
상기 부위에서의 상기 대상에 대한 대상-관련 수술을 상세하게 알리는 가상의 대상-관련 수술 계획을 형성하는 수술 계획 장치를 포함하고, 상기 가상의 대상-관련 수술 계획은 상기 기준 마커로 상기 기준 마커에 대하여 등록되며;
물질 제거 장치와 동작 가능하게 체결되고, 상기 기준 마커에 대해 상기 가상의 대상-관련 수술 계획에 따라 상기 물질 제거 장치의 이동을 물리적으로 조절하는 안내 장치를 포함하고, 상기 가상의 대상-관련 수술 계획은 상기 대상 내로 천공하고 상기 대상으로부터 물질을 제거하기 위해 상기 물질 제거 장치의 수술 절차와 조작 경로를 따른 상기 물질 제거 장치의 배향 및 거리를 포함하며;
상기 안내 장치와 통신하는 컨트롤러 장치를 포함하며, 상기 컨트롤러 장치는 상기 가상의 대상-관련 수술 계획에 따르고 상기 수술 절차 및 상기 조작 경로에 따르며, 사용자에 의한 상기 물질 제거 장치의 물리적인 조작에 따라 상기 안내 장치가 상기 물질 제거 장치를 물리적으로 조절하게 안내하도록 구성되고,
상기 사용자에 의한 상기 물질 제거 장치의 물리적인 조작이 상기 물질 제거 장치가 상기 가상의 대상-관련 수술 계획의 상기 수술 절차 또는 상기 조작 경로로부터 벗어나게 할 경우, 상기 물질 제거 장치는 상기 사용자에게 촉각 피드백을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템. - 제 9 항에 있어서, 상기 기준 마커로 상기 가상의 대상-관련 수술 계획의 등록을 가능하게 하도록 상기 기준 마커에 대해 상기 대상을 영상화하기 위한 영상화 양상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 9 항에 있어서, 상기 물질 제거 장치는 상기 가상의 대상-관련 수술 계획의 상기 수술 절차 및 상기 조작 경로에 따라 상기 물질 제거 장치의 이동을 허용하고, 상기 가상의 대상-관련 수술 계획의 상기 수술 절차 및 상기 조작 경로로부터 벗어나는 상기 물질 제거 장치의 이동을 물리적으로 방지하여 상기 촉각 피드백을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 9 항에 있어서, 상기 물질 제거 장치는 상기 물질 제거 장치의 이동이 상기 가상의 대상-관련 수술 계획의 상기 수술 절차 및 상기 조작 경로로부터 벗어나는 경우에 상기 물질 제거 장치를 진동시켜 상기 촉각 피드백을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 9 항에 있어서, 상기 안내 장치가 상기 기준 마커와 관련되도록 상기 안내 장치는 상기 기준 장치와 통신하게 체결되는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 13 항에 있어서, 상기 안내 장치는 상기 기준 장치와 물리적 또는 비물리적 통신으로 체결되는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 9 항에 있어서, 상기 물질 제거 장치는 천공 장치(drilling device) 또는 마멸 장치(abrading device)인 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 9 항에 있어서, 상기 안내 장치는 상기 물질 제거 장치와 물리적으로 체결되는 암 부재를 포함하며, 상기 안내 장치는 상기 가상의 대상-관련 수술 계획의 상기 수술 절차 및 상기 조작 경로에 따라 상기 물질 제거 장치의 물리적 조작을 안내하도록 상기 컨트롤러 장치에 반응하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 유도되는 대상-관련 수술을 수행하기 위한 시스템에 있어서,
연관되는 대상을 가지는 부위와 고정되고 물리적인 상호작용을 형성하는 기준 장치를 포함하고, 고정되는 상기 기준 장치는 기준 마커를 형성하며;
치관을 수용하기 위해 준비되는 상기 대상을 위한 상기 부위에서의 상기 대상에 대한 대상 준비 수술을 상세하게 알리는 가상의 대상 준비 계획을 형성하는 수술 계획 장치를 포함하고, 상기 가상의 대상 준비 계획은 상기 기준 마커로 상기 기준 마커에 대하여 등록되며;
대상 준비 장치와 동작 가능하게 체결되고, 상기 기준 마커에 대해 상기 가상의 대상 준비 계획에 따라 상기 대상 준비 장치의 이동을 물리적으로 조절하는 안내 장치를 포함하고, 상기 가상의 대상 준비 계획은 상기 대상을 마멸시키고 성형하기 위해 상기 대상 준비 장치의 수술 절차와 조작 경로를 따른 상기 대상 준비 장치의 배향 및 거리를 포함하며;
상기 안내 장치와 통신하는 컨트롤러 장치를 포함하며, 상기 컨트롤러 장치는 상기 가상의 대상 준비 계획에 따르고 상기 수술 절차 및 상기 조작 경로에 따르며, 사용자에 의한 상기 대상 준비 장치의 물리적인 조작에 따라 상기 안내 장치가 상기 대상 준비 장치를 물리적으로 조절하게 안내하도록 구성되고,
상기 사용자에 의한 상기 대상 준비 장치의 물리적인 조작이 상기 대상 준비 장치가 상기 가상의 대상 준비 수술 계획의 상기 수술 절차 또는 상기 조작 경로로부터 벗어나게 할 경우, 상기 대상 준비 장치는 상기 사용자에게 촉각 피드백을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템. - 제 17 항에 있어서, 상기 기준 마커로 상기 가상의 대상 준비 계획의 등록을 가능하게 하도록 상기 기준 마커에 대해 상기 대상을 영상화하기 위한 영상화 양상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 17 항에 있어서, 상기 대상 준비 장치는 상기 가상의 대상 준비 계획의 상기 수술 절차 및 상기 조작 경로에 따라 상기 대상 준비 장치의 이동을 허용하고, 상기 가상의 대상 준비 계획의 상기 수술 절차 및 상기 조작 경로로부터 벗어나는 상기 대상 준비 장치의 이동을 물리적으로 방지하여 상기 촉각 피드백을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 17 항에 있어서, 상기 대상 준비 장치는 상기 대상 준비 장치의 이동이 상기 가상의 대상 준비 계획의 상기 수술 절차 및 상기 조작 경로로부터 벗어나는 경우에 상기 대상 준비 장치를 진동시켜 상기 촉각 피드백을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 17 항에 있어서, 상기 안내 장치가 상기 기준 마커와 관련되도록 상기 안내 장치는 상기 기준 장치와 통신하게 체결되는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 21 항에 있어서, 상기 안내 장치는 상기 기준 장치와 물리적 또는 비물리적 통신으로 체결되는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 17 항에 있어서, 상기 대상 준비 장치는 마멸 장치인 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 17 항에 있어서, 상기 안내 장치는 상기 대상 준비 장치와 물리적으로 체결되는 암 부재를 포함하며, 상기 안내 장치는 상기 가상의 대상 준비 계획의 상기 수술 절차 및 상기 조작 경로에 따라 상기 대상 준비 장치의 물리적 조작을 안내하도록 상기 컨트롤러 장치에 반응하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 유도되는 대상-관련 수술을 수행하기 위한 시스템에 있어서,
기준 장치 및 부위와 연관되는 대상을 가지는 상기 부위 사이의 안전하고 물리적인 상호작용으로부터 유래되는 기준 마커를 포함하고;
상기 부위에서의 상기 대상-관련 수술을 상세하게 알리는 가상의 수술 계획을 형성하는 수술 계획 장치를 포함하며, 상기 가상의 수술 계획은 상기 기준 마커로 상기 기준 마커에 대하여 등록되고;
수술 수행 장치에 동작 가능하게 체결되고, 상기 기준 마커에 대해 상기 가상의 수술 계획에 따라 상기 수술 수행 장치의 이동을 물리적으로 조절하는 안내 장치를 포함하고, 상기 가상의 수술 계획은 상기 대상-관련 수술을 수행하기 위해 상기 수술 수행 장치의 수술 절차와 조작 경로를 따른 상기 수술 수행 장치의 배향 및 거리를 포함하며;
상기 수술 수행 장치 및 상기 안내 장치와 통신하는 컨트롤러 장치를 포함하며, 상기 컨트롤러 장치는 상기 가상의 수술 계획에 따르고 상기 수술 절차 및 상기 조작 경로에 따르며, 사용자에 의한 상기 수술 수행 장치의 물리적인 조작에 따라 상기 안내 장치가 상기 수술 수행 장치를 물리적으로 조절하게 안내하도록 구성되고,
상기 사용자에 의한 상기 수술 수행 장치의 물리적인 조작이 상기 수술 수행 장치가 상기 가상의 수술 계획의 상기 수술 절차 또는 상기 조작 경로로부터 벗어나게 할 경우, 상기 수술 수행 장치는 상기 사용자에게 촉각 피드백을 제공하도록 구성되며,
상기 수술 수행 장치는 복수의 호환 가능한 수술 장치들을 포함하고, 상기 복수의 호환 가능한 수술 장치들은 절제 프로브를 포함하며, 상기 수술 수행 장치는 상기 사용자에 의한 상기 수술 수행 장치의 물리적 조작이 상기 수술 수행 장치를 상기 가상의 수술 계획의 상기 수술 절차 또는 상기 조작 경로로부터 벗어나게 할 경우에 사용자에게 촉각 피드백을 제공하도록 구성되며,
보정 요소(calibration element)는 그 대체에 따라 각각의 상기 복수의 호환 가능한 수술 장치들을 상기 기준 마커로 등록하기 위해 상기 수술 수행 장치 내의 상기 복수의 호환 가능한 수술 장치들과 호환 가능한 것을 특징으로 하는 시스템. - 제 25 항에 있어서, 상기 복수의 호환 가능한 수술 장치들 중의 하나는 대상 제거 장치이며, 상기 대상-관련 수술은 대상 제거 수술인 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 26 항에 있어서, 상기 대상 제거 장치는 상기 절제 프로브이며, 상기 대상-관련 수술은 절제 대상 제거 수술인 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 25 항에 있어서, 상기 복수의 호환 가능한 수술 장치들 중의 하나는 천공 장치 또는 마멸 장치이며, 상기 대상-관련 수술은 천공 수술 또는 마멸 수술인 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 25 항에 있어서, 상기 복수의 호환 가능한 수술 장치들 중의 하나는 마멸 장치이며, 상기 대상-관련 수술은 치관을 수용하기 위한 상기 대상을 준비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
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