KR20170063610A

KR20170063610A - 다평면의 가변형상 지그재그 절단 접이식 드릴 시스템

Info

Publication number: KR20170063610A
Application number: KR1020177007923A
Authority: KR
Inventors: 스탠 샤라예브; 조엘 주하르; 알렌 비 캔트로위츠; 인 케이. 문; 단 풀러; 사이몬 그로버
Original assignee: 씽크 써지컬, 인크.
Priority date: 2014-09-23
Filing date: 2015-09-23
Publication date: 2017-06-08
Anticipated expiration: 2035-09-23
Also published as: WO2016049180A1; US20200046438A1; AU2023201777A1; EP3197375A4; EP3197375A1; US20170258532A1; CN107072674A; AU2020226980A1; EP3197375B1; AU2015320736A1; US11284946B2; AU2015320736A2; US20220192761A1; JP2022123109A; AU2015320736B2; AU2023201777B2; KR20230034432A; US10492870B2; AU2020226980B2; AU2025205393A1

Abstract

손 파지 부분과 드릴 부분을 포함하는 접이식 드릴 시스템이 제공된다. 적어도 2개의 엑츄에이터들은 드릴 부분의 적어도 2개의 축들을 제어하기 위해 제공된다. 내비게이션 시스템은 적어도 2개의 엑츄에이터들을 제어하도록 제공된다. 일부 실시예들에서, 공구는 드릴 부분을 구비하고, 환자 조직과 상호 작용하도록 적응된다. 드릴 부분은, 엑츄에이터들과 통신하고 드릴 부분에 부착되는 적어도 2개의 강성 물체들을 포함하도록 변경될 수 있다. 시스템은 환자 조직에서 ± 1.0 ㎜ 및 ± 1.0°의 편차 내에서 또는 더욱 양호한 선형 절단을 만들도록 사용될 수 있다.

Description

다평면의 가변형상 지그재그 절단 접이식 드릴 시스템{MULTI-PLANAR VARIABLE GEOMETRY ZIGZAG CUT ARTICULATING DRILLING SYSTEM}

관련 출원

본 출원은 그 내용이 참조에 의해 본원에 통합되는 2014년 9월 23일 출원된 미국 특허 가출원 제62/054,009호에 대해 우선권을 주장한다.

본 발명은 일반적으로 컴퓨터 지원(computer-aided) 드릴 시스템에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 외과 수술을 보조하기 위한 신규하고 유용한 시스템에 관한 것이다.

흉부 수술(thoracic surgery)에서, 흉강(chest cavity)은 때때로 개방되어야만 하며 늑골은 견인된다. 전형적으로, 절개면(closure)의 봉합(sealing)에 도움을 주는 명확한 기준(definitive reference) 또는 고정되는(anchoring) 다평면 구조의 부분적 결핍으로 인하여, 최적의 절단 평면 경화(consolication)를 위한 선형의 흉골 절단(linear sternal cut)을 적절하게 봉합하고 보강하는 것이 어렵기 때문에, 진동톱(oscillating saw)은 흉골(sternum)을 통해 궁상 절단(arcuate cut)을 하는데 사용된다. 그러나, 궁상선(arcuate line)으로 절단하는 것은 사실상 어려우며, 기존의 디바이스로는 부정확하다. 이상적으로, 흉골은, 분할된 흉골의 2개의 절반부들이 최대로 이용 가능한 골지점(osseous point)과 요소들을 이용하여 원발성 골조직 유합 (primary osseous healing)을 위해 안정성과 표면적 접촉을 최대화하는 방식으로 재결합할 수 있는 패턴으로 절단되어야 한다.

프리핸드 절단톱 또는 드릴들은 "지그재그" 패턴으로서 본 명세서에서 통상적으로 동의어로 지칭되는 삼각 연속파(triangle continuous wave)와 같은 그러한 패턴을 절단하도록 작동될 수 있다. 그러나, 이러한 자유 형태 절개 패턴들은 부정확하고, 잘못 절단되기 쉬우며, 진동 편차가 있다. 다른 비접이식 시스템(non-articulating system)들은 모니터상에 디바이스의 위치 및 배향을 디스플레이하는 추적 메커니즘과 함께 존재한다. 그러나, 이것은 조작자가 절단하는 동안 모니터를 계속 확인할 필요가 있고, 오절단(miscut), 부적절한 절단 배치를 방지하도록 제공되는 지원 또는 계획된 및/또는 사전 프로그램된 절단 패턴에 따라 움직임을 제한하는 능력이 거의 없다.

그러므로, 조작자가 패턴대로 흉골을 정확하게 절단하는 것을 지원하는 방법 및 디바이스에 대한 필요성이 존재하며, 그 때문에 봉합시에, 2개의 절반부들은 최적의 골유합(bone healing)을 촉진하기 위해 우수한 안정성 및 증가된 접촉 표면적을 제공하도록 접합된다. 또한, 드릴 조작자가 사전 지시된(pre-indicated) 예정된 절단 경로로부터 벗어나는 것을 방지하는 시스템에 대한 필요성이 존재한다. 또한, 조작자가 절단면의 움직임을 보완할 수 있게 하는 한편, 대상자의 흉골을 통해 정확한 절단 패턴을 유지하는 드릴 시스템에 대한 필요성도 존재한다.

발명의 요약

손 파지 부분(hand-held portion)과 드릴 부분(drill portion)을 포함하는 접이식 드릴 시스템(articulating drill system)이 제공된다. 적어도 2개의 엑츄에이터(actuators)들은 드릴 부분의 적어도 2개의 축들을 제어하기 위하여 제공된다. 내비게이션 시스템은 엑츄에이터들을 제어하도록 제공된다. 일부 실시예들에서, 공구(tool)는 드릴 부분을 구비하며, 환자의 조직과 상호 작용하도록 조정된다. 일부 실시예들에서, 공구는 디지털화 및/또는 표기(registration)를 위하여 조직상의 특정 구역들을 정확하게 표시할 수 있다. 일부 실시예들에서, 드릴 가드(drill guard)는 이 드릴 가드 아래의 환자의 조직을 포함하는 임의의 표면들을 드릴이 절단하는 것을 방지하게끔 절단면의 밑면으로 이동하도록 제공된다.

일부 실시예들에서, 내비게이션 시스템은 상기 드릴 부분의 위치(position), 배향(orientation), 또는 속도(velocity) 중 하나에 대한 실시간 피드백을 제공한다. 디바이스가 표면 움직임 또는 손 파지 부분의 사용자의 움직임을 보완하거나, 사전 지시된 패턴을 벗어난 디바이스의 작동을 방지하도록 적어도 2개의 엑츄에이터들을 조정하기 위해 컨트롤러(controller)에 의해 사용되도록 작동됨에 따라서, 실시간 피드백은 드릴 부분에 대하여 표면에 관련된 정보를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 트리거 (trigger) 또는 풋 페달 (foot pedal)과 같은 사용자 피드백 메커니즘이 제공된다. 사용자 피드백 메커니즘은 새로운 운동 고정 평면이 필요하다는 것을 내비게이션 시스템과 드릴에 통신하도록 사용자에 의해 활성화될 수 있다. 일부 실시예들에서, 손 파지 부분은 드릴 부분의 평면에 관련된 가이드의 평면 간의 시각적 관계를 사용자에게 제공하는 강성 기준 가이드를 부착하기 위한 어댑터(adapter)를 포함한다.

드릴 부분은, 엑츄에이터들과 통신하고 드릴 부분에 부착된 적어도 2개의 강성 물체들을 포함하도록 변경될 수 있다.

시스템은 환자의 조직에서 ± 1.0 ㎜ 및 ± 1.0° 편차 내에서 또는 더욱 양호한 임의의 선형 절단을 형성하도록 사용될 수 있다.

일부 실시예들에서, 선형 절단은 흉부 수술을 위하여 흉골을 "삼각파 패턴(triangle wave pattern)"으로 절단한다.

본 발명은 다음의 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다. 이러한 도면들은 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니라 본 발명의 특정 속성을 예시하도록 의도된다.
도 1은 본 발명에 의해 만들어진 다양한 예시적인 삼각파 절단 패턴들을 도시한다.
도 2는 접이식 손-파지 드릴 (articulating hand-held drill)의 사시도를 나타낸다.
도 3은 접이식 손-파지 드릴의 상세도를 나타낸다.
도 4는 2-자유도(degrees of freedom)로 접히는 드릴 부분을 도시한다.
도 5는 접이식 손-파지 드릴의 엑츄에이터들과 드릴 부분 사이의 하나의 제안된 연결을 도시한다.
도 6은 본 발명의 시스템을 사용하여 생성될 수 있는 예시적인 절단 다평면 경로를 도시한다.
도 7은 손 파지 드릴 시스템의 바람직한 구성을 도시한다.
도 8은 손 파지 드릴 시스템을 위한 외부 하드웨어 및 컨트롤러들의 개략도를 나타낸다.
도 9는 부착 가능한 기준 가이드들을 구비한 접이식 손 파지 드릴을 도시한다.
도 10은 손 파지 드릴 시스템의 선형 레일 베어링 메커니즘의 상세도를 나타낸다.

본 명세서에 개시된 발명은 임의의 평면을 따라서 정밀하게 절단하기 위한, 특히 대체로 표면을 따라서, 특히 대상자의 흉골에 정밀하고 매끄러운 패턴 절개를 생성하기 위한 접이식 손 파지 드릴 시스템을 기술한다.

예들에서, 그 범위 내에 명시적으로 포함되고 범위의 마지막 유효숫자에 의해 변하는 것으로서 범위의 종점값 (end point value)들뿐만 아니라 범위의 중간값들을 범위가 포함하도록 의도된 일정 범위의 값들이 제공되는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 1 내지 4의 열거된 범위는 1 - 2, 1 - 3, 2 - 4, 3 - 4 및 1 - 4를 포함하도록 의도된다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "삼각파 패턴(triangle wave pattern)"은 삼각파(triangle wave), 톱니파(saw tooth pattern), 및 패턴들의 선분(line segment)들이 극값들(extrema) 사이에서 궁형인 그 변형들의 주기 (τ)의 적어도 1/2을 포함하도록 정의된다. "지그재그(Zigzag)"는 본 발명에 따른 절개 패턴들에 대해 "삼각파"와 동의어로 본 명세서에서 사용된다. 본 발명에 따른 예시적인 절개 패턴들은 도 1 및 도 6에 도시되지만, 이로 제한되는 것은 아니다.

본 명세서에 기술된 본 발명은 절단이 시작된 후에 표면을 통한 절단 동안 운동 고정 평면에서 드릴을 유지하도록 접히는 시스템을 또한 나타낸다. 고정 평면은 ± 1°의 회전 및 ± 1 ㎜의 병진(translation) 범위 내에서 유지되는 것으로 이해된다.

본 명세서에 개시된 본 발명은 디바이스 자체에 장착된 추적 가능한 마커들, 절단 타겟, 또는 절개 영역(incision field)에 고정된 기준 프레임, 또는 이러한 마커 위치들의 조합을 제공하는 것들로 구성된 내비게이션 시스템의 사용법을 추가로 포함한다. 마커들의 사용법 및 위치 설정은, 절단 타겟의 예상된 움직임 정도, 절단을 위한 정확도 요건, 수술 내비게이션 시스템과의 인터페이싱, 방사선 피험자의 특정 데이터 세트, 및 디바이스의 디자인 및 인체 공학적 특징들을 포함하는 인자들에 의존한다.

본 시스템의 하나의 특정한 이점은 조작자가 절단의 평면이 변경되어야 한다는 것(즉, 지그재그로)을 시스템에 언제든지 지시할 수 있다는 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예들의 다음의 설명은 이러한 바람직한 실시예들로 본 발명을 한정하는 것이 아니라, 오히려 당업자가 본 발명을 만들고 사용하는 것을 가능하게 하도록 의도된다.

본 발명의 접이식 손 파지 드릴 시스템 (101)은 대체로 도 2에 도시되어 있다. 그 주요 구성요소들은 핸들(handle)(105), 드릴(drill)(102), 및 드릴 비트(drill bit)/블레이드(blade)(103)를 포함한다. 도 3을 참조하여, 핸들은 드릴(102)에 연결된 적어도 2개의 로드(rod)(106)들을 포함한다. 이후에, 로드(106)들은 선형으로 작동될 수 있는 강성 구성요소(rigid component)로 지칭되고, 드릴 부분(102)에 부착된다. 로드들은 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 적어도 2 자유도로 드릴(102)을 병진 및/또는 회전시키도록 핸들(105) 내에 있는 구성요소들에 의해 선형으로 작동된다. 핸들(106) 내에 있는 구성요소들에 의해 제어되는 로드들은 핸들(105)의 배향과는 관계없이 필요한 평면에서 드릴 비트/블레이드(103)를 유지한다. 예를 들어, 드릴(102)은 접혀질 수 있으며, 로드(106)들이 서로에 대하여 작동된 양에 기초하여 도 4에서 α 및 'd'로 표현된 바와 같이 회전 및/또는 병진할 수 있다. 그러므로, 수술하는 동안, 소정의 절단 평면은 절단이 시작된 후 어느 한도 내에서는 사용자의 손이 어떻게 움직이는가에 관계없이 유지될 수 있다. 본 발명의 시스템(101)은 선형 절단들 또는 절단들의 세트가 필요한 임의의 표면 또는 임의의 물체를 절단하기 위한 몇몇 적용을 가질 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 본 발명의 시스템은 흉골을 절단하는데 최적화되지만, 그 용도로 한정되지 않는다. 본 발명의 시스템에 의해 절단되는 다른 외과적 맥락상의 위치는 무릎 관절, 고관절, 척추, 어깨 관절, 팔꿈치 관절, 발목 관절, 턱, 종양 부위, 손 또는 발, 및 다른 적절한 수술 부위들 또는 동일한 형태 및 실행 계획으로 임의의 골조직 절단 평면들을 위한 관절들을 예시적으로 포함한다. 통상의 기술자들은 외상, 정형 외과, 신경학, 이비인후과, 종양학 등과 같은 다양한 다른 외과적 적용에 있어서의 디바이스 용도를 알 것이다. 추가적으로, 시스템은 고관절 전치환술(total hip arthroplasty), 슬관절 전치환술(total knee arthroplasty), 뼈 절골술(bone osteotomies), 척추수술(spinal surgery), 미세수술 메스 안정화(microsurgical scalpel stabilization), 성형외과 수술(plastic surgery), 두개골 수술(cranial surgery) 및 두개안면(craniofacial) 등과 같은, 그러나 이에 한정되지 않는 선형 또는 절단의 세트를 요구하는 외과 수술을 수행하는데 사용자를 돕도록 사용될 수 있다. 유사하게는, 개시된 발명이 의료 환경에서의 사용을 위해 기술되었을지라도, 건설, 용접/레이저 절단 안정성, 항공기 검사, 접합 화합물 (예를 들어, BONDO®), 평활, 목공, 석조, 납땜, 재봉 적용, 또는 대형 공작물에서의 정밀한 리벳 패턴(rivet pattern) 생성을 위한 절단을 만드는 것과 같이, 디바이스를 위한 다른 적용은 정확한 평면 절단이 달성될 필요가 있는 모든 곳에서 사용 및/또는 계획될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

드릴

본 발명의 시스템(101)은 의도된 절단면을 절단하기 위한 메커니즘을 제공한다. 흉골 또는 다른 골조직을 절단하기 위한 드릴 및 다양한 절단 비트/블레이드의 형태 및 구성은 당업계에 널리 공지되어 있다. 예를 들어, 인간 조직용 드릴 및 목재용 드릴은 유사하지만, 그 의도된 용도 및 멸균 요건의 차이 때문에 명백히 다르다는 것은 당업계에 공지되어 있다. 드릴은 대안적으로 톱, 또는 당업계에 현재 알려진 임의의 다른 작동 가능한 절단 디바이스이다. 상업적으로 시판 중인 수술용 톱은 deSoutter Medical에서 제조한 cardiothoracic DBC 및 DPX 시리즈뿐만 아니라, Stryker에서 제조한 System 7 Precision Saw와 같은 고관절 및 슬관절 전치환술에 사용되는 진동 팁 톱 (oscillating tip saw)을 포함한다. 다른 형태의 절단 비트/블레이드는 버(burr), 엔드 밀(end mills), 리이머(reamers), 커터(cutters), 조각 공구(engraving tools), 드릴 익스텐션(drill extension), 브로우치(broaches), 라우터(routers), 샌더(sander) 및 왕복 또는 회전식 드릴/톱(102)에 부착 가능한 다른 공구들을 포함할 수 있다.

본 발명의 특정 실시예들에서 드릴은 특히 사용자의 선호도에 따라 드릴, 그 핸들들, 또는 노브(knob)들을 위치시키기 위하여, 블레이드 조정, 핸들 조정 또는 노브 조정 (도시되지 않음)을 포함하는 하나 이상의 조정에 더하여 인간의 손에 의한 홀딩을 위해 구성되는 핸들(105)을 가진다. 적어도 하나의 실시예에서, 드릴은 외부 제약이 없이 작동 명령을 무선으로 수신하고 실행할 수 있는 독립형 유닛으로서 조작자에 의해 손 파지된다. 다른 실시예들에서, 드릴 및/또는 그 구성 요소들은 컴퓨터, 프로세서, 컨트롤러, 전원 공급 장치, 내비게이션 시스템 및/또는 그 조합과 같은, 그러나 이에 한정되지 않는 외부 유닛(108)에 전기적으로 연결된다.

디바이스의 한 실시예에서, 로드(106)들은 적어도 2 자유도로 드릴이 움직이는 것을 가능하게 하는 힌지 메커니즘(107)의 수단에 의해 드릴(102)에 부착된다. 다른 실시예들에서, 로드들은 로드들 중 하나가 슬리브(113) 내로 끼워지는 포착된 구체(captured sphere)(112)의 수단에 의해 드릴에 부착되고, 이러한 것은 구체가 도 5에 도시된 바와 같이 전후로 슬라이딩하는 것을 가능하게 한다. 이러한 것은 로드들이 선형으로 작동됨에 따라서 드릴의 최적의 움직임을 허용한다.

본 발명의 특정 실시예들에서, 시스템(101)은 드릴 가드를 포함한다. 드릴 가드(110)는 존재시 절단면의 밑면에서 이동하며, 드릴 가드 아래의 임의의 표면을 드릴 비트/블레이드(103)가 절단하는 것을 방지한다. 외과적 맥락에서, 드릴 가드(110)는 절단면 아래의 연조직(soft tissue)의 부주의한 절단을 방지한다. 드릴 가드들은 현재 수술용 톱에 존재하며 상이한 구성들로 제공된다. 예를 들어, 개두 톱(craniotomy saw)은 두개골을 절단할 때 뇌 조직의 손상을 방지하도록 블레이드 아래에 안치된 각진 발 부착물(angled footed attachment)을 가지는 드릴 가드를 가진다. 하나의 특정 실시예에서, 드릴 가드(110)는, 흉골의 밑면에 올라타 연조직의 마찰 화상(friction burn) 가능성 및 절단을 피하도록 드릴 회전이 현저하게 회전하지 않는 드릴 비트/톱날(103)의 팁에 부착된 구체 내의 구체로 형성된다.

접이식 드릴

로드(106)들의 작동은 소정의 또는 사전 계획된 평면들을 따라서 고정되는 드릴 비트/블레이드에 제어된 움직임을 제공한다. 적어도 하나의 실시예에서, 2개의 로드(106)들은 독립적으로 작동되어, 드릴 비트/블레이드(103)가 적어도 2 자유도로 작동되는 것을 가능하게 한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 2개의 로드들이 반대 방향으로 작동되면, 드릴은 예를 들어 각도(α)만큼 회전한다. 2개의 로드들이 동일한 방향으로 작동되면, 드릴은 예를 들어 거리 'd'만큼 병진한다. 작동은 실시간으로 일어나고, 절단 동안 필요한 절단 평면을 유지하도록 로드들을 적절하게 조정한다. 회전 정도 및 양(α) 및/또는 병진('d')은 절단 동안 핸들의 배향 및 위치에 대하여 필요한 절단 평면에 의존한다. 다른 실시예에서, 드릴은 드릴 비트/블레이드가 3 자유도 또는 그 이상의 자유도로 작동되는 것을 허용하도록 작동되는 드릴(102)에 부착된 3개 이상의 로드(106)들을 포함한다. 유사하게, 각각의 독립 로드가 작동되는 양은 필요한 절단 평면을 제어한다.

로드들을 제어하기 위한 메커니즘은 핸들(105) 내에서 조립된 다수의 구성 요소들에 의해 달성될 수 있다. 이러한 것은 동기 모터(synchronous motors), 서보 모터(servo motors), 엑츄에이터 모터(actuator motors), 웜 구동(worm drives), 기어(gears), 스크루(screws), 베어링(bearings), 전원 공급 장치(power supply), 유압 시스템(hydraulic system), 공압 시스템(pneumatics system) 및/또는 그 조합을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 로드(106)들을 작동시키기 위한 메커니즘은 임의의 선형 엑츄에이터에 의해 생성될 수 있다. 핸들(105) 내에 수용된 구성요소들은, 디바이스에 수용될 수 있고 디바이스에 부착될 수 있고, 및/또는 외부에 위치될 수 있는 마이크로프로세서를 포함하는 컨트롤러(들)(108)로부터의 신호들을 사용하여 드릴(102)의 위치 및 배향을 제어하도록 조화될 수 있다. 한 실시예에서, 로드들은 실시간 프로세서(109)로부터 신호를 수신하는 2개의 별개의 컨트롤러(108)들에 의해 2개의 독립적인 선형 엑츄에이터들에 의해 작동된다. 실시간 컴퓨터(109)는 광학적 추적 시스템(118)으로부터 감지된 드릴 부분의 위치 및 배향에 기초하여 절단 동안 드릴 비트/블레이드의 정확한 평면을 유지하도록 컨트롤러(들)(108) 및/또는 작동 구성요소들에 피드백을 제공한다. 필요한 평면을 유지하는 엑츄에이터들은 또한 내비게이션 시스템, 조작자 피드백 시스템, 컴퓨터, 프로세서 및/또는 그 조합과 또한 직접 통신할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 내비게이션 시스템은 핸들과 관계없이 드릴 부분(102)의 위치 및 배향을 추적한다. 능동형 또는 수동형 추적 마커(104)들을 포함하는 추적 어레이(tracking array)(111)는 드릴(102)에 부착된다. 핸들 부분(105)과는 대조적으로 드릴(102)을 추적하는 특정 제어 이점이 있다. 하나의 이점은, 드릴(102)이 가동 부분이며 강성 핸들(105)로부터 직접 제어되기 때문에, 핸들(105)에 대해 드릴(102)을 교정할 필요가 없다는 것이다. 다른 실시예에서, 적어도 3개 이상의 능동형 또는 수동형 마커들은 핸들과 관계없이 드릴을 추적하도록 드릴 부분(102)에 직접 부착되고 및/또는 드릴 부분과 통합되고 및/또는 드릴 부분 내에 있다. 다른 실시예에서, 3개의 능동형 마커들은 드릴 부분(102)에 부착될 수 있거나 또는 이와 통합될 수 있는 마커 어레이(111) 상에 구성된다. 능동형 또는 수동형 마커들은 다수의 구성들 및 수량으로 드릴(102) 상에 배열될 수 있다.

다른 실시예들에서, 핸들(105)은 내비게이션 시스템에 의해 추적될 수 있거나, 또는 드릴의 전체 위치 및 배향이 추적된다. 추가의 실시예에서, 핸들과 드릴은 2개의 구성요소들이 하나 이상의 내비게이션 시스템(들)에 의해 서로에 대해 추적되도록 독립적인 세트들의 능동형 및/또는 수동형 마커들을 포함할 수 있다.

본 발명의 손 파지 드릴 시스템의 바람직한 실시예들의 더욱 상세한 도면이 도 7에 도시되어 있다. 상기된 바와 같이, 손 파지 드릴 시스템은 드릴 비트/블레이드(103), 및 드릴/비트 블레이드(103)를 선형으로 왕복 또는 회전시키기 위한 드릴(102)을 포함한다. 캐리지(201)는 2개의 작동 로드(207)들과 드릴 부분을 연결한다. 여기에 도시된 2개의 로드(207)들은 선형 가이드(221)를 따라서 슬라이딩할 수 있는 선형 레일들이다. 선형 레일(207)들의 근위 단부에는 스크루 너트(209)들이 부착된다. 스크루 너트들은 리드 스크루(211)들과 연결된다. 서보 모터(213)들은 리드 스크루(211)들을 회전시키고, 이에 의해, 스크루 너트(209)들을 리드 스크루 축을 따라서 병진시킨다. 그러므로, 스크루 너트(209)들에 부착된 선형 레일(207)들은 이에 따라 병진한다. 그러므로, 컨트롤러들은 리드 스크루(211)들을 회전시키도록 서보 모터를 제어하여, 상기된 바와 같이 드릴 부분의 최종 위치 및 배향을 얻는다.

2개의 서보 모터(213)들은 안정성을 위해 하우징(217)에 수용된다. 도 7에 있는 손 파지 드릴 시스템은 2개의 전기 입력 포트(205, 219)들을 또한 포함한다. 전기 입력 포트(205)는 드릴(102)을 위한 전력 및/또는 모터 제어 입력을 수신하도록 적응된다. 전기 입력(219)은 2개의 서보 모터(213)들을 위한 전력 및/또는 모터 제어 입력을 수신하도록 적응된다. 아울러, 캐리지는 드릴 부분에 추적 어레이를 부착 또는 고정하도록 고정 메커니즘(203)을 포함한다. 끝으로, 트리거(215)는 사용자 입력을 위한 메커니즘을 제공하도록 손 파지 부분과 통합된다.

손 파지 드릴 시스템을 위한 외부 하드웨어 및 컨트롤러들의 바람직한 실시예가 도 8에 도시되어 있다. 실시간 컴퓨터(301)는 시스템에 대한 계산 작업의 대부분을 제공하도록 프로그램된다. 수술실에 있는 임의의 추적된 물체의 자세를 계산할 수 있는 광학적 추적 시스템(303)으로부터의 데이터는 실시간 컴퓨터(301)로 전송된다. 대안적으로, 광학적 추적 시스템(303)은 추적된 물체의 자세를 계산하여 위치 데이터를 실시간 컴퓨터(301)에 직접 전송할 수 있다. 드릴 부분의 측정된 자세는 3차원(3-D) 공간에서 소정의 또는 사전 계획된 자세와 비교된다. 비교는 고정된 추적 어레이를 가지는 뼈와 같은, 수술실의 다른 추적된 물체들에 대해 만들어질 수 있다. 사용자는 사용자 인터페이스 컴퓨터(305)를 사용하여 수술실에서 필요한 평면을 사전에 계획할 수 있다. 사용자 인터페이스 컴퓨터(305)는 본 명세서에서 설명된 바와 같이 다양한 다른 적용을 위해 사용될 수 있다. 실시간 컴퓨터(301) 및 사용자 인터페이스 컴퓨터(305)는 유선 또는 무선 네트워크(307)를 통해 통신할 수 있다.

실시간 컴퓨터(301)는 손 파지 드릴 부분의 실제 측정된 자세와 필요한 위치 사이의 임의의 편차를 수정하도록 2개의 서보 모터 컨트롤러(311 및 313)들에 제어 설정점들을 전송한다. 하나의 서보 모터 컨트롤러(311)는 후방 서보 모터를 제어하고, 다른 서보 모터 컨트롤러(313)는 전방 서보 모터를 제어한다. 서보 모터 컨트롤러들은 예를 들어 Maxon Precision Motors, Inc.(Fall River, MA)에 의해 제조된 EPOS 모터 컨트롤러들일 수 있다. 실시간 컴퓨터(301)는 또한 트리거/페달 통합 모듈(315)로부터 트리거(215) 및/또는 풋 페달(다음에 설명됨)로부터의 사용자 명령을 처리한다. 실시간 컴퓨터(301) 및 트리거/페달 통합 모듈로부터의 명령들은 드릴(102)을 제어하도록 드릴 입력 포트(205)에 연결된 드릴 컨트롤러(321)로 전송된다. 드릴 컨트롤러(321)는 예를 들어 Bien-Air(Bienne Switzerland)에 의해 제조된 BienAir 모터 컨트롤러일 수 있다. 전방 서보 모터 컨트롤러(313), 후방 서보 모터 컨트롤러(311) 및 트리거/페달 통합 모듈(315)은 케이블 스플리터(cable splitter)(317)에 연결된다. 서보 모터(213)들은 이에 따라 전기 입력 포트(219)를 통하여 케이블 스플리터(317)로부터의 명령을 수신하도록 제어된다.

내비게이션 시스템

디바이스의 한 실시예에서, 드릴의 위치 및 배향은 공간에서 및 환자의 해부학적 구조에 대한 그 상대 위치를 결정하도록 추적된다. 외과 분야에서 수동형 및/또는 능동형 마커들을 추적하도록 카메라들을 이용하는, Atracsys에서 제조된 NDI 또는 accuTrack 500에 의해 제조된 Polaris Optical 내비게이션 시스템과 같은 다양한 형태의 내비게이션 시스템이 이용 가능하다. 유사하게, 드릴의 위치 및 자세는 드릴(102) 상에 장착된 능동형 또는 수동형 마커(104)를 사용하여 추적될 수 있다. 능동형 또는 수동형 마커는 가시광선, 적외선, 자외선, 무선 주파수, 음파, 자기장 또는 내비게이션 시스템과 통신할 수 있는 다른 신호와 같은 광신호를 방출하거나 또는 반사할 수 있다. 내비게이션 시스템의 광학적 추적 시스템(118)은 실시간 프로세서 및/또는 컴퓨터(109)에 전기적으로 연결되어, 실시간으로 드릴(102)의 위치 및 배향을 추적하고, 이에 따라 필요한 평면에서 로드들을 작동시키도록 핸들에 있는 구성요소들을 제어하는 컨트롤러(108)에 제어 신호를 전송한다. 한 실시예에서, 광학적 추적 시스템은 광 마커의 위치를 동기적으로 포착할 수 있다. 다른 실시예에서, 개별 광 마커들의 위치는 광학적 추적 시스템에 의해 순차적으로 포착된다.

디바이스의 다른 실시예에서, 내비게이션 시스템은 디바이스(도시되지 않음)의 속도, 위치 및 배향에 대한 추가의 추적 정보를 위해 드릴 부분에 통합 및/또는 부착된 가속도계 및/또는 자이로스코프와 같은 관성 측정 유닛들을 또한 통합한다. 한 실시예에서, 관성 측정 유닛들로부터의 데이터는 Kalman 필터링과 같은 종래에 널리 공지된 필터링 기술을 사용하여 드릴 부분의 위치, 속도 및 배향을 평가하도록 프로세서/컴퓨터(109)에 있는 광학적 추적 시스템으로부터의 데이터와 융합될 수 있다. 관성 측정 유닛들은 데이터를 수신하고 처리하도록 실시간 프로세서 및/또는 컴퓨터로 전기 연결을 통해 데이터를 전송하거나 또는 WiFi, TCP/IP, UDP, Bluetooth 또는 LiFi 연결을 사용하여 무선으로 전송될 수 있다. 또 다른 실시예에서, GPS(도시되지 않음)는 드릴 부분을 추적하기 위한 방법으로서 유사하게 사용될 수 있고, 광학적 추적 시스템 및 관성 측정 유닛들로부터의 광학 데이터와 관련하여 사용될 수 있다.

한 실시예에서, 디바이스는 능동형 마커, 수동형 마커, 관성 측정 장치, GPS 및/또는 그 임의의 조합과 같은 그러나 이에 한정되지 않는 추적 유닛들을 사용하여 추적된다. 추가적으로, 추적 유닛들은 정확한 추적을 보장하도록 드릴 상에 다수의 숫자, 배향 및 위치가 도입될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 능동형 마커 또는 수동형 마커(104)들을 포함하는 추적 어레이(111)는 드릴에 전기적으로 연결되어 다수의 위치들에 수용될 수 있거나 또는 드릴 부분(102)과 직접 통합될 수 있다. 도 3은 한 실시예에서 드릴 부분(102) 상의 추적 어레이(111)의 예를 도시한다.

내비게이션 시스템은 수술 동안 드릴(102)의 위치 및 배향에 천공 표면에 대한 실시간 피드백을 제공한다. 추가 세트의 추적 유닛들은 해부학적 구조에 부착되어, 상기 표면의 어떠한 움직임도 모니터하도록 해부학적 기준 프레임(anatomical reference frame)을 제공할 수 있다. 추가적으로, 광 마커들은 광학적 추적 시스템(118)을 위한 좌표 기준 프레임(coordinate frame of reference)으로서 원점을 제공하도록 수술실에 있는 고정 위치에 위치될 수 있다. 내비게이션 시스템은 그런 다음 필요한 절단 평면을 유지하도록 컨트롤러(108) 및/또는 핸들(105) 내의 구성요소들을 통하여 로드들에 임의의 적절한 조절을 신호하도록 드릴 및 해부학적 위치 및 배향을 검출할 수 있다. 광학적 추적, 관성 측정 유닛들 및/또는 GPS를 포함하는 내비게이션 시스템은 직접 또는 컴퓨터/프로세서(109), 컨트롤러(108)와 같은 다른 디바이스들을 통해 핸들(105)에 수용된 엑츄에이터 구성요소들과 통신할 수 있어서, 필요한 평면은 사전 계획된 절단 경로를 따르도록 유지되고, 사용자 에러 및/또는 해부학적 움직임 및 그 조합을 보완한다.

한 실시예에서, 광학 마커(104)들은 높은 속도로 데이터를 전송하기 위해 LED들을 작동시킬 수 있는 드릴 시스템(101) 상에 위치된 마이크로프로세서에 의해 작동될 수 있는 LED들이다. 마이크로프로세서는 다수의 데이터 형태들을 전송할 수 있다. 하나의 예는, 시스템의 지연 시간을 개선하고 빠른 추적 메커니즘을 제공할 수 있는 관성 측정 유닛들로부터의 데이터를 포함한다. 드릴 시스템(101)은 필요한 절단 평면을 유지하도록 컴퓨터, 프로세서, 컨트롤러 또는 내비게이션 시스템으로부터의 신호 및/또는 데이터를 수신할 수 있는 드릴 부분(102) 및/또는 손 파지 부분(105)에 부착되거나 또는 통합된 무선 수신기를 추가로 포함할 수 있다. 수신기는 추가적으로 손 파지 부분(105) 및/또는 드릴 부분(102)에 부착되거나 또는 통합된 마이크로프로세서에 연결된 광 수신기일 수 있다. 드릴 시스템은, 엑츄에이터들을 제어할 수 있는 드릴 시스템(101) 상의 수신기들을 통해 신호를 수신하고 시스템의 지연 시간을 더욱 개선할 수 있는 손 파지 부분(105) 및/또는 드릴 부분(102) 내에 있는 마이크로 컨트롤러들을 또한 포함할 수 있다.

본 발명의 특정 실시예에서, 시스템(101)은 사전 표시된 절단 패턴을 기록하거나, 또는 절단 패턴은 드릴의 작동 전에 조작자에 의해 교시된다. 적어도 하나의 실시예에서, 실시간 프로세서(109)는 드릴 및/또는 드릴 비트/블레이드(103) 팁을 조작자 지정 목표 지점들에 접촉시키는 것에 의해 참조 지점(referential point)들을 교시한다. 광학적 추적 시스템(118), 관성 측정 유닛들 및/또는 GPS를 포함할 수 있는 내비게이션 시스템은 사용자에 의해 지정된 필요한 지점들 및 평면들을 추적하고 설정하기 위해 모두 사용될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 조작자 지정 목표 지점들은 광학적 추적 시스템(118), 관성 측정 유닛들, GPS 및/또는 그 조작자 피드백 메커니즘 부분과 통신하는 하나 이상의 컴퓨터(109)들에 의해 기록된다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서, 도 6에 도시된 절단 패턴은 "흉골"(114)의 전방 부분 상의 "지그재그"(116) 절단 경로를 도시하지만, 흉골의 후부에서 직선(117)으로 유지된다. 한 실시예에서, 사용자는 내비게이션 시스템을 통하여 컴퓨터/프로세서(109)에 의해 표기되고 기록되도록 "지그재그"의 모서리 지점(115)들을 선택하는 것에 의해 "지그재그" 절단 경로를 사전 한정할 수 있다. 조작자는 그런 다음 흉골(114)의 중간 아래로 직선을 꾸준하게 절단할 것이다. 디바이스는 그런 다음 드릴 몸체가 선 대 선(line-to-line) 방식으로 상부에서 모서리 지점(115)들을 통과하는 동안 지시된 모서리 지점(115)들 사이의 최적 맞춤선에서 드릴 팁(흉골 아래)을 유지하도록 관절화할 것이다. 결과적인 패턴은 수술 후 흉골의 2개의 절반부들을 연결하도록 한정적이고 명확한 기준 표식 및 지지 구조를 제공한다.

다른 실시예에서, 실시간 프로세서(109)는 프로듀서에 관한 정보를 디스플레이하도록 다른 프로세서/컴퓨터에 또는 모니터(도시되지 않음)에 직접 연결될 수 있다. 모니터는 해부학적 구조에 대한 드릴의 위치, 처치의 진행, 처치 단계들, 절단의 정확도, 경고, 안전 구역들, 수술 중 계획, 수술 전 계획, 절개의 깊이, 및 그 임의의 조합과 같은 그러나 이에 한정되지 않는 정보를 디스플레이한다. 추가적으로, 사용자는 마우스, 키보드, 펜던트(pendant), 터치스크린 및 그 조합의 수단에 의해 모니터와 접속할 수 있다. 사용자 인터페이스는 수술 중 계획(intra-operative plan)을 한정하고, 절단할 새로운 평면을 선택하고, 처치를 멈추거나 또는 중단하고, 절단 속도를 변경하고, 절단 평면을 한정하고, 수행되었거나 또는 수행되기를 원하는 절단들에 기초하여 해부학적 구조에 대한 3차원 가상 임플란트를 배치하는 것과 같은, 그러나 이에 한정되지 않는 다수의 업무를 사용자가 수행하는 것을 가능하게 한다. 하나의 특정 실시예에서, 해부학적 구조의 3-D 모델은 실제 해부학적 구조의 부분들이 드릴에 의해 제거됨에 따라서 디스플레이 상에 나타나고 업데이트된다. 사용자는 그런 다음 임의의 진행중인 골 변경(bone alteration)을 하기 전에 임플란트가 변형된 뼈에 어떻게 맞추어지는지 가상으로 디스플레이할 수 있다. 이러한 것은 임플란트를 뼈에 정확히 맞추는 처치 동안 실시간 수술 중 조정의 형태로서 사용될 수 있다. 추가적으로, 사용자 인터페이스는 프로세서/컴퓨터(109), 컨트롤러(108), 광학적 추적 시스템(118), 드릴 시스템(101), 드릴 부분(102), 다른 외부 구성요소들 및 그 임의의 조합에 관한 정보를 사용자가 전송하는 것을 가능하게 한다.

조작자 피드백 메커니즘

조작 피드백 메커니즘은 조작자로부터의 신속한 통신이 본 발명의 시스템(101)과 상호 작용하는 것을 가능하게 한다. 조작 피드백 메커니즘은 대안적으로 하나 이상의 메커니즘들, 버튼들, 스위치들의 시스템일 수 있으며, 조작자의 상호 작용을 해석하기 위한 하나 이상의 컴퓨터들을 포함할 수 있다. 본 발명의 특정 실시예들에서, 조작자 피드백 메커니즘은 조작자가 다양한 이유로 시스템과 통신하는 것을 가능하게 하기 위해 제공된다. 본 발명의 특정 실시예에서, 조작자 피드백 메커니즘은 트리거 또는 풋 페달이다. 본 발명의 특정 실시예에서, 조작자 피드백 메커니즘은 절단 평면이 지그재그와 같이 하나의 평면으로부터 다른 평면으로 변하여야만 하는 것을 내비게이션 시스템 및 디바이스에 통신하도록 조작자에 의해 언제라도 활성화될 수 있다. 하나의 평면으로부터 다른 평면으로의 변경은 사용자가 그 시점에 디바이스를 홀딩하는 방식에 관계하는 사용자에 의해 주어진 표시, 즉 디바이스의 핸들을 통해 벡터와 일치하는 평면, 또는 절단 전에 표시된 흉골의 다른 부분에 표시된 사전 표시된 종점을 목표로 하는 평면에 일치할 것이다.

조작자 피드백 메커니즘은 필요한 절단 평면에서의 변화를 나타내는 하나의 방법을 제공한다. 다른 실시예에서, 실시간 프로세서(109) 및 광학적 추적 시스템(118)은 사용자에 의해 표시된 사전 한정된 지점들/평면들부터 평면의 변화가 일어났는지를 자동으로 결정할 수 있다. 광학적 추적 시스템은 드릴 부분에 대한 해부학적 구조의 위치를 인식하고 있으며 사용자에 의한 수술 중 계획을 교시하였다. 사용자가 절단하고 평면이 변경되어야 하는 사전 한정된 지점에 도달함에 따라서, 사용자는 드릴 부분의 배향을 새로운 평면으로 간단히 변경할 수 있으며, 광학적 추적 시스템(118)을 통해 실시간 프로세서(109)는 평면이 변경되었다는 것을 자동으로 인식하고 새로운 평면을 유지할 수 있다. 그러므로, 사용자는 평면이 변경되었다는 것을 나타내도록 반드시 추가의 트리거 또는 풋 페달을 필요로 하지 않는다. 한 실시예에서, 사용자는 새로운 평면을 자동으로 업데이트하는 컴퓨터를 가지는 선택을 가질 수 있거나, 또는 새로운 평면의 시스템을 나타내도록 트리거 또는 풋 페달에 의한 선택을 가질 수 있다.

다른 실시예에서, 트리거(도시되지 않음)는 드릴 시스템(101)에 통합되고, 드릴의 속도를 제어하도록 조작자에 의해 사용될 수 있다. 트리거가 눌려지지 않는 양은 드릴 비트/블레이드(103)의 속도에서의 증가에 상관할 수 있다. 트리거가 당겨지는 양은 드릴 비트/블레이드의 속도에 대하여 선형 또는 비선형 관계를 가질 수 있다. 트리거는 손 파지 부분(105) 또는 드릴 부분(102)에 위치될 수 있다. 속도 트리거는 속도를 제어하도록 드릴 부분(102)과 직접 통신할 수 있다.

교합(articulation) 메커니즘

구성 요소들의 제조 공차(manufacturing tolerances) 및 조립(assembly)은 접이식 드릴의 정확도 및 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 한 실시예에서, 도 10을 참조하여, 드릴 부분(102)의 교합은 리드 스크루(123)를 회전시키는 엑츄에이터 모터에 의해 생성된다. 리드 스크류 너트(122)는 선형 조립체(125)에 연결되는 구획(124)에 연결된다. 그러므로, 리드 스크류 너트(122)는 선형 조립체(125)에 직접 연결되지 않고 구획(124)을 통해 선형 조립체에 연결된다. 구획(124) 내에, 정밀 끼워맞춤 보어 내에 위치된 정밀 구체 구성요소(121)를 구비한 메커니즘이 있다. 이 메커니즘은 Z축 및 X축으로의 운동과 리드 스크류 및 모든 축을 중심으로 하는 회전을 허용하지만, Y방향으로의 운동을 제한하므로, 선형 운동의 전달이 드릴 부분을 적절하게 교합하게 하는 것을 가능하게 한다. 상기 메커니즘의 목적은 제조 및 조립 공차의 변화로 인해 과잉 제약(over constraint) 리드 스크루 및 선형 레일 조립체의 가능한 상황을 제거하는 것이다.

기준 가이드들

슬관절 전치환술과 같은 특정 의료 처치 동안, 다수의 평면 절단은 임플란트를 위하여 경골(tibia) 및 대퇴골(femur)을 준비하도록 만들어질 필요가 있다. 드릴 비트/블레이드가 뼈 속으로 깊이 들어감에 따라서, 사용자는 블레이드의 팁에서의 절단에 대해 보다 적은 가시성을 가진다. 더욱 깊이 절단하는 것으로, 더욱 깊은 영역들에서 평면을 제어하는 것은 더욱 어렵게 된다. 그러므로, 다수의 상이한 부착물들은 손 파지 부분(105)에 조립되어, 드릴 비트/블레이드의 위치 및 배향에 대한 기준 가이드를 사용자에게 제공하도록 구성될 수 있다. 도 9를 참조하여, 손 파지 부분(105)은 상이한 형태의 기준 가이드(120)들이 사용자를 가이드하는 것을 돕도록 부착되는 어댑터(119)를 포함할 수 있다. 기준 가이드들은 핸들에 대하여 드릴 비트/블레이드의 필요한 평면에 대한 시각적 연속 확인 공정을 사용자에게 제공한다. 그러므로, 사용자는 필요한 평면에서 드릴 비트/블레이드 유지하는 것을 돕는 배향 및 위치에 핸들을 홀딩하도록 기준 가이드들을 사용할 수 있다. 이러한 것은 절단 평면을 제어하는 것이 어려울 수 있는 깊은 절단에 특히 유용할 수 있다. 이러한 것은 사전 계획된 최적의 절단 평면 궤적으로부터 가변적인 궤적 변화를 더욱 깊게 절단하는 것을 또한 최소화할 수 있다.

한 실시예에서, 기준 가이드들은 손 파지 부분의 양측부에 부착되는 도 9에 도시된 바와 같이 구성된 단순한 강성 물체일 수 있다. 이 실시예에서, 가이드들은 절단 평면의 평면과 일치하지만, 사용자가 평면을 측방향으로 절단하고 및/또는 드릴 비트/블레이드(103)가 뼈 속으로 얼마나 깊이 들어가는지에 대한 기준을 제공함에 따라서 연조직들을 또한 보호할 수 있다. 가이드들은 강성일 수 있지만, 기준 가이드들이 마주칠 수 있는 어떠한 연조직에 대한 위험을 최소화하도록 유연할 수 있다. 가이드들은 수술 부위의 시야 및/또는 작업 부분(102)에 대하여 손 파지 부분에 부착된 수술선의 시야(surgical line of sight)에 직접 물리적인 기준 평면을 제공하는 것에 의해 사용자를 돕는다.

다른 실시예에서, 기준 가이드들은 소정의 평면에서 추진되는 유체(fluid)의 평면에 의해 제공된다. 또한, 유체의 평면은 절단 및/또는 수술 부위에서 뼛조각의 제거 동안 세척하고, 온도 구배를 제어하도록 또한 사용될 수 있다. 한 실시예에서, 유체 도관(fluid conduits)들은 어댑터(119)를 통해 손 파지 부분의 한쪽 측부 및/또는 양측부에 부착될 수 있다. 손 파지 부분의 위치 및 배향에 대하여 드릴 부분의 평면을 필요한 절단 평면에 대한 유사한 시각적 기준 가이드에 제공하는 평면에서 유체를 분사하도록, 유체가 루팅될 수 있거나(routed), 또는 유체 도관들이 조립될 수 있다. 한 실시예에서, 유체의 평면은 부채꼴 형상으로 분사될 수 있다. 다른 실시예에서, 유체는 직선 스트림으로 분사될 수 있다. 다른 실시예들에서, 유체의 하나 이상의 스트림들은 부채꼴 형상 스트림(들), 직선 스트림(들), 또는 그 조합으로 시각적 기준 가이드를 제공하도록 사용된다. 유체의 스트림은 드릴 비트/블레이드의 위, 아래, 측면, 및/또는 양측 상의 위치로부터 분사되도록 구성될 수 있지만, 손 파지 부분의 위치 및 배향에 대하여 필요한 절단 평면 사이의 기준을 사용자에게 제공하는 것을 목적으로 한다. 유체는 예를 들어 생리 식염수, 항생제 함유 식염수, 또는 인증된 외과 의사가 적절하다고 간주함에 따라서 환자에게 유익한 화합물을 함유한 유체일 수 있다. 추가적으로, 유체의 스트림 또는 투명 플라스틱 기준 가이드는 필요한 절단 평면에 대한 보다 양호한 시각적 피드백을 사용자에게 제공하도록 LED로 조명될 수 있다.

다른 실시예들에서, 유체 도관의 단부에 부착된 노즐은 유체의 유동 및/또는 형상을 조정하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 노즐은 부채꼴 형상으로부터 직선 스트림으로 유체의 평면 형상을 변경하도록 회전될 수 있다. 이러한 노즐들은 당 업계에 널리 공지되어있다. 유사하게, 사용자는 유체가 켜져 있는지 꺼져 있는지에 대해 사용자 피드백 메커니즘을 통해 제어할 수 있고 및/또는 수술 부위로 추진되는 유체의 속도를 변경할 수 있다.

다른 실시예에서, 세척 배관(irrigation tubing)은 독립형 유닛으로서 손 파지 부분에 부착될 수 있는 캐니스터 또는 가압 구획으로 대체된다. 예를 들어, 수동 가압의 수단에 의해 또는 CO₂ 캐니스터로부터 유체를 추진할 수 있는 소통중인 유체 구획 및 가압 구획을 포함하는 컨테이너는 외부 펌프 또는 손파지 디바이스에 부착된 거대한 세척 튜브를 가질 필요성을 제거한다. 그러므로, 디바이스는 여전히 사용자를 위한 디바이스의 사용 용이성을 유지하도록 외부 연결이 없는 무선 독립형 유닛일 수 있다.

디바이스 피드백

손 파지 드릴 시스템을 위한 촉각(tactile)/햅틱(haptic), 청각적 및 시각적 피드백의 사용은 수술을 수행하기 위한 추가 단서 및 정보를 사용자에게 제공할 수 있다. 한 실시예에서, 손 파지 부분(105)은 추가의 엑츄에이터, 자이로스코프, 관성 측정 유닛들, 운동학적 피드백을 사용자에게 제공할 수 있는 진동 촉각 디바이스들을 수용할 수 있다. 디바이스가 특정 방향으로 움직일 때, 손에서 작용하는 힘의 감각을 제공하는 시스템이 당업계에 존재한다. 하나의 이러한 예는 반응성 토크 피드백(reactive torque feedback)을 제공하는 손 파지 디바이스인 Microsoft Research에서 개발한 GyroTab이다. 디바이스가 특정 방향으로 병진되거나 회전될 때, 디바이스는 반대의 반응력을 제공한다. 손 파지 부분(105)은 추가의 안정성을 위하여 처치 동안 사용자를 가이드하는 것을 돕도록 및/또는 수술 전 계획된 평면들을 찾는 것을 돕도록 유사한 요소를 수용할 수 있다. 햅틱 피드백은 또한 드릴 부분(102)이 디바이스의 안전 특징부로서 결합될 수 있는 안전 구역으로 사용자를 가이드하도록 사용될 수 있다.

촉각 피드백은 또한 사용자의 손과 연결되는 메커니즘을 통해 손 파지 부분을 필요한 절단 평면으로 조정하는 피드백을 사용자에게 제공할 수 있다. 한 실시예에서, 촉각 메커니즘은 사용자의 손가락과 연결되는 손 파지 부분의 전방에 위치된 트리거이다. 다른 실시예에서, 트리거는 사용자의 엄지와 연결되는 손 파지 부분의 후방에 위치된다. 트리거는 회전하고 병진할 수 있어서, 사용자의 손가락은 손 파지 부분과 드릴 부분의 절단 평면 사이의 에러의 양을 나타낸다. 손 파지 부분이 필요한 절단 평면으로부터 일정 각도 또는 거리에 배향 또는 위치되면, 트리거는 평면을 유지하도록 손 파지 부분이 조정될 필요가 있는 방향으로 회전 및/또는 병진하는 것에 의해 손 파지 부분을 조정하는 피드백을 사용자에게 제공할 것이다. 다른 실시예들에서, 트리거는 이에 따라 절단 평면을 유지하도록 손 파지 부분을 조정하는 촉각 피드백을 사용자에게 제공하도록 회전하는 트리거 상의 회전 부분을 포함할 수 있다. 트리거 상의 회전 부분의 속도, 방향 및/또는 연속 회전은 절단 평면을 유지하도록 손 파지 부분이 조정될 필요가 있는 양, 방향 및/또는 정도를 나타낼 수 있다. 트리거는 손 파지 부분과 필요한 절단 평면 사이의 병진 에러를 최소화하도록 손 파지 부분을 조정하는 촉각 피드백을 사용자에게 제공하도록 또한 병진할 수 있다.

촉각 피드백은, 드릴 부분에, 그리고 사용자의 손과 연결되는 손 파지 부분에 연결된 메커니즘에 의해 또한 제공될 수 있다. 한 실시예에서, 바(bar) 또는 로드와 같은 강성 구조체의 한쪽 단부는 드릴 부분에 직각으로 고정된다. 강성 구조의 다른쪽 단부는 니티놀(Nitinol)과 같은 가요성 재료의 한쪽 단부에 직각으로 고정된다. 가요성 재료의 다른쪽 단부는 사용자 손과 연결되는 손 파지 부분에 고정된다. 상기 메커니즘은 손 파지 부분에 대하여 드릴 부분의 평면에 대한 피드백을 사용자에게 제공한다. 손 파지 부분의 위치 및/또는 배향이 필요한 절단 평면을 유지하는 것으로부터 벗어나면, 가요성 재료는 힘의 반대 방향으로 손 파지 부분을 조정하도록 힘 피드백을 제공하는 사용자의 손 또는 손가락에 의해 굽혀질 것이다. 가요성 재료로부터의 힘은 손 파지 부분이 필요한 절단 평면에서 드릴 부분을 유지하도록 정확하게 정렬되었다는 것을 나타낼 수 없다.

다른 실시예에서, 사용자의 손과 연결되는 손 파지 부분 상의 촉각 피드백 메커니즘은 수술 전 또는 수술 중 계획에 기초하여 새로운 절단 평면에 관한 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 절단 평면을 변경하기 위해 목표 지점에 도달할 때, 병진 및 회전 피드백을 제공할 수 있는 트리거는 새로운 평면의 위치 및 배향을 사용자에게 나타낼 수 있다. 트리거는 손 파지 부분 내의 메커니즘을 통해 사용자에게 피드백을 촉진하도록 실시간 프로세서와 통신할 수 있다.

다른 실시예에서, 청각적 피드백은 다양한 다른 목적을 위해 사용자를 돕도록 시스템에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 제한하도록 의도된 것은 아니지만, 시스템은 정확한 평면 또는 평면 밀도가 발견되거나 도달했을 때, 사용자에게 통보하거나, 또는 평면을 변경하라고 사용자에게 통보하거나, 시스템이 더이상 조정할 수 없는 특정 한계를 천공 부분이 벗어났거나 한계에 접근하면 사용자에게 경고할 수 있다. 소리는 경고음, 다양한 순차적 신호음, 특정 언어 또는 방언의 청각적 목소리 또는 사용자에게 메시지를 전달할 수 있는 소리 조합과 같은 청각적 신호일 수 있다. 상이한 소리들은 다른 기능과 관련될 수 있다. 추가적으로, 청각적 소리는 모니터에 프롬프트되는 메시지 또는 신호와 관련될 수 있다.

한 실시예에서, 시스템은 시각적 피드백을 포함한다. 실시간 프로세서에 연결된 모니터에 추가하여 또는 대신하여, 사용자는 안경을 착용할 수 있다. 내장된 요소들 또는 외부 요소들을 구비한 안경은 처치 동안 사용자에게 다수의 시각적 데이터를 디스플레이할 수 있다. 안경은 실시간 프로세서(109), 광학적 추적 시스템(118), 드릴 시스템(101), 드릴 부분(102), 다른 외부 디바이스 및 그 임의의 조합으로부터의 신호들을 수신하도록 전기 및/또는 무선 통신할 수 있다. 사용자에 의해 보일 수 있는 데이터의 형태들은 처치의 진행, 이전 처치 단계, 현재 처치 단계, 향후 처치 단계, 평면 절단의 정확도, 디바이스가 작업 범위를 벗어났다는 경고, 특정 평면으로의 안내, 개별 해부학적 구조의 중첩 모델, 수술 전 또는 수술 중 계획의 중첩 모델 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

안전성 및 살균성

접이식 손 파지 드릴 시스템 사용의 유용성과 안전성은 의료 환경에서 매우 중요하다. 디바이스의 한 실시예에서, 안전 점검 및/또는 체적은 의도될 때 드릴이 결합될 수 있도록 생성된다. 예를 들어, 실시간 프로세서/컴퓨터(109)는 드릴 부분이 수술 중 또는 수술 전에 한정된 평면을 둘러싸는 임상적으로 안전한 범위 내에서 적절한 안전 체적(safety volume) 내에 있을 때에만 컨트롤러(108)에 신호를 전송하고, 핸들(105) 내의 구성요소들을 작동시킬 것이다. 실시간 프로세서와 관련하여 환자 특정 데이터를 이용하는 내비케이션 시스템은 드릴 부분이 적절한 체적 및/또는 필요한 평면에 있는지를 결정할 수 있다. 다른 실시예에서, 드릴이 작동 가능하고 안전 구역 내에 있다는 것을 사용자에게 나타내는 녹색, 또는 드릴 비트/블레이드가 작동 불가능하고 안전 구역을 벗어났다는 것을 나타내는 적색 신호를 켜는 광 또는 경고 신호가 드릴 시스템(101)에 통합될 수 있다. 신호는 드릴 부분(102) 또는 핸들(105)에 부착되거나 통합된 LED 광 또는 디스플레이의 형태를 할 수 있다. 추가적인 실시예는 드릴 부분(102)이 안전 체적 또는 안전하지 않은 부분에 있다는 청각적 단서(audio cues)를 제공할 수 있다. 청각적 단서는 경고음, 일련의 경고음, 경고음의 변화하는 템포 또는 목표 근방의 주석(annotation)의 가변적인 순서, 음성 녹음, 또는 안전 구역과 안전하지 않은 구역을 나타내는 청각적 신호의 임의의 다른 합리적 배열 형태일 수 있다.

모든 의료 디바이스는 환자에게 어떠한 감염 위험도 감소시키도록 살균되어야 하거나, 또는 살균 장벽을 가져야만 한다. 한 실시예에서, 살균 장벽은 드릴 비트/블레이드(103)가 살균되거나 폐기되도록 드릴 부분(102)으로부터 제거될 수 있는 드릴 시스템(101) 위에 덮여질 수 있다. 다른 실시예에서, 전체 드릴 부분(102)은 폐기되거나 또는 분리되어 적절하게 살균되도록 손 파지 부분(105)으로부터 분리될 수 있다. 환자와 접촉할 수 있는 디바이스의 재료는 환자의 안전을 보장하도록 당업계에 공지된 생체 적합성 재료로 만들어질 것이다. 추가적으로, 재사용을 위한 어떠한 구성요소도 당업계에 널리 공지된 방법에 의해 살균될 것이다.

다른 적용들

본 명세서에서 설명된 손 파지 드릴 시스템은 상이한 기능적 엔드이펙터로 드릴 비트/블레이드를 변경하는 것에 의해 다른 적용들에서 이용될 수 있다. 드릴 비트/블레이드(103)는 수술 마커 또는 펜과 같은, 뼈에 시각적 표시(visual marking)들을 생성하기 위한 공구로 대체될 수 있다. 다양한 외과적 적용에서 정밀한 평면 절단을 만들 필요성을 감안하면, 디바이스는 외과 의사가 외과적 절개를 정의하고 수술 중 계획을 세우는 것을 돕는, 절단될 뼈의 특정 평면을 개괄하거나 또는 표시하기 위해 사용될 수 있다. 무릎의 기계적인 축을 복원하기 위해 경골 및 대퇴부 절개를 한정하도록 시도한 많은 디바이스들이 있다. 절단의 정렬을 정확히 표시하도록 무릎 관절의 수술 부위로부터 돌출하고 외부에서 거골(talus)에 연결되는 디바이스는 절단이 만들어져야 하는 위치를 표시하고 거대할 수 있다. 드릴/비트 블레이드 대신에 적합한 시각적 마커를 갖는 드릴 시스템은 해부학적 구조에 부착된 마커들에 대하여 드릴 부분에 부착된 마커들을 갖는 광학적 추적 시스템의 정확도에 기초하여 매우 정확하게 절단 위치들을 한정할 수 있다. 한 실시예에서, 시각적 마커 팁을 구비한 드릴 시스템은 슬관절 전치환술에서 경골 임플란트의 용골 돌기(keel)의 위치 및 배향에 대한 십자선을 생성하도록 사용될 수 있다. 추가적으로, 의사가 원위 대퇴골을 절단한 후에, 슬관절 전치환술에 특정한 드릴 시스템은 수동 설비로 나머지 처치를 마무리하도록 하나의 절단 블록에 4개를 정확하게 배치하기 위해 선을 표시하도록 사용될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예들에서, 드릴 비트/블레이드(103)는 서로에 대해 다수의 상이한 좌표 프레임들을 일치시키도록 디지털화 및/또는 표기하기 위하여 관절 형 드릴 시스템이 사용되는 것을 허용하는 공구로 교체될 수 있다. 드릴 시스템은 예를 들어, MRI 또는 CT, CT/MRI 융합 데이터와 같은 수술전 환자 데이터, 형광 투시법, 환자의 해부학적 구조의 3D 시뮬레이션 모델, 환자 특정 3D 해부학적 구조 모델 및 해부학적 구조의 일반적인 3D 모델, 환자의 해부학적 구조에 대한 광 마커들 및/또는 추적기들의 위치 및 배향과 수술 중 데이터를 표기하고, 광학적 추적 시스템 좌표 프레임을 교정하고, 환자의 해부학적 구조에 대해 및/또는 광학적 추적 시스템에 대해 및/또는 광 마커들 또는 추적기들 등에 대해 수술실에서 특정 지점들을 지정하도록 사용될 수 있지만, 이에 제한되도록 의도되지 않는다. 당업자는 의료 환경 내에서 서로에 대해 다양한 좌표 프레임을 일치시키기 위해 손 파지 디바이스를 이용하는 기능을 이해할 것이다. 표기는 물체들 상의 특정 지점을 찾고 표기하도록 드릴 비트/블레이드를 덜 예리한 팁(semi-sharp tip) 또는 반 볼형 프로브로 변경하는 것에 의해 달성될 수 있으며, 이러한 것은 수술 처치 동안 각각의 물체들의 정확한 추적을 허용하도록 다양한 물체들의 좌표 프레임을 서로에 대해 실시간 프로세서(109)가 일치시키는 것을 허용한다.

다른 실시예에서, 접이식 드릴 시스템은 드릴 시스템이 절단 이외의 방법을 위해 사용될 수 있도록 유연 모드(compliant mode)로 사용될 수 있다. 유연 모드는 상기된 바와 같은 표기를 위해 활성화될 수 있다. 추가적으로, 유연 모드는 컴퓨터에서 모델링 및/또는 저장될 수 있는 표면을 개괄하고 한정하도록 드릴 비트/블레이드 이외의 드릴 부분에 부착된 다른 공구와 함께 사용될 수 있다. 새로운 팁을 배치하고 표면을 따라서 움직이는 것에 의해, 곡선, 파동(undulation), 윤곽 등은 공구에 의해 감지되고 프로세서/컴퓨터에 의해 기록될 수 있다. 공구 팁이 표면과 접촉하는 한, 기록 공정 동안, 드릴 부분은 표면이 어떻게 움직이는가에 대하여 움직인다. 상기 방법은 표면을 재생성하고 한정하도록 사용될 수 있다. 이러한 접근 방식은 수술실 내에 있는 다른 물체의 좌표 프레임들 또는 특정 해부학적 구조에 부착된 마커들/추적기들의 좌표 프레임으로 불규칙한 해부학적 구조를 표기하는 신속한 방식으로서 또한 사용될 수 있다.

부착물들

디바이스의 다른 실시예에서, 손 파지 시스템을 홀딩하도록 사용자에게 추가의 지지를 제공하는 다른 부착물들이 드릴 시스템(101) 상에 배치될 수 있다. 손 파지 부분의 저부까지의 연장은 사용자가 양손을 사용하여 접이식 드릴을 작동시키는 것을 가능하게 하여 더욱 큰 안정성과 제어를 제공한다. 다른 실시예에서, 사용자가 직접 착용할 수 있는 수술 장갑은 손 파지 부분과 상호 작용하여, 드릴 시스템을 조작하기 위한 추가의 안정성을 제공한다. 장갑은 사용자가 평면을 변경할 필요가 있을 때, 이에 따라 조정될 수 있는 필요한 절단 평면에서 손을 지지하는 록킹 메커니즘을 포함할 수 있다. 추가적으로, 장갑은 예를 들어, 장갑의 집게 손가락에 있는 가이드 또는 노치를 포함할 수 있으며, 손 파지 부분은 필요한 절단 평면과 최적의 손잡이(사용자 인체 공학적인)에 대한 추가의 기준 가이드를 제공하도록 가이드 또는 노치와 정렬할 수 있다. 이러한 것은 외과 의사의 안전과 까다로운 경우를 위해 중요하다.

다른 실시예에서, 유체 도관은, 수술 부위로 유체를 추진할 수 있지만 상기된 바와 같이 반드시 기준 평면을 제공하지 않는 어댑터(119)를 통해 손 파지 부분에 부착될 수 있다. 이 실시예에서, 내비케이션 시스템 및 엑츄에이터가 드릴 부분(102)을 필요한 절단 평면에서 유지하는 동안, 사용자는 손 파지 부분(105)을 조정하는 것에 의해 수술 부위의 상이한 위치들에서 유체를 추진할 수 있다. 그러므로, 사용자는 드릴 부분(102)이 필요한 절단 경로를 유지하는 동안, 드릴 시스템(101)의 도 4에 있는 한계(α 및 'd') 내에 있는 수술 부위의 다른 위치들을 세척하고, 뼈를 깎고, 시각적으로 명확히 한다. 유체 도관은 어댑터(119)를 통하여 손 파지 부분의 외부면에 부착될 수 있고 및/또는 손 파지 부분 내에 수용된 유체 도관들에 대한 외부 유체 도관들의 부착물이 있을 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 유체 도관들은 손 파지 부분의 저부에 있는 하나 이상의 포트들에 부착될 수 있으며, 이러한 포트들은 손 파지 부분 내에서 도관과의 유체 연결을 제공할 수 있다. 내부 도관들은 수술 부위를 향하는 손 파지 부분 상의 출구 포트 또는 노즐에 연결된다. 사용자는 상기된 것들과 같은 사용자 피드백 메커니즘을 사용하여 유체를 켜고, 끄고 및/또는 유체의 속도를 제어할 수 있다.

2 자유도 대 3 자유도

수술 기술, 제어 이점, 인체 공학 등의 측면에서 2 자유도로 작동하는 디바이스와 3 자유도로 작동하는 디바이스를 가지는 것은 상이한 이점이 있다. 2 자유도 디바이스에 대해, 운동학은 더욱 간단하고, 핸들(105)에서 사용되는 모터들은 더욱 커질 수 있고, 2 자유도에서 운동 범위는 3 자유도 디바이스와 비교할 때 인체 공학적 디자인을 손상시키지 않고 커질 수 있다. 그러나, 3 자유도 디바이스는 사용자에게 추가적인 움직임 정도를 제공할 것이다. 예를 들어, 3 자유도 디바이스를 사용하여 흉골을 절단할 때, 드릴의 배향은 항상 흉골의 평면에 수직이도록 제어될 수 있다. 외과 의사는, 절단하는 동안 평면이 변경되고 디바이스가 그렇게 행할 수 있는 것을 보여줄 수 있으며, 그러므로, 변환점(transition point)들은 평면 변경을 만드는데 드릴 배향의 불연속성을 보여주지 않는다. 그러나, 2 자유도 디바이스에 대해, 이것이 임상적으로 허용 가능한 표준화된 범위 내에 있는 한, 흉골에 대한 배향의 정상 상태가 특히 중요하지 않기 때문에, 다음 평면의 배향은 평면 변환이 만들어지는 지점에서 드릴의 배향으로서 결정될 수 있다.

예들

본 발명은 그 상세한 설명과 관련하여 설명되었지만, 상기된 설명은 예시로 의도된 것이며 첨부된 청구항들의 범위에 의해 한정되는 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 다른 양태, 이점 및 수정은 다음의 청구항들의 범위 내에 있다.

예 1

심장 수술용으로 본 발명의 시스템이 사용된다. 시스템은 내비케이션 시스템에 의해 추적되는 접이식 손 파지 드릴을 포함하며, 디바이스는 절단이 시작된 후에, 외과 의사의 손이 어떻게 움직이는지에 관계없이, 환자의 흉골을 통한 절단 동안 운동 고정 평면에서 드릴을 유지하도록 접혀질 수 있다. 외과 의사는 높은 정확도와 일관적인 절단을 보존하기 위하여 환자의 호흡으로 인한 흉골의 움직임에 대하여 절단 패턴을 보완하도록, 디바이스 자체 상에, 그리고 흉골의 뼈 해부학적 구조상에 장착된 추적 가능한 마커들 또는 기준 디바이스들을 사용한다.

외과 의사는 절단의 제1 평면을 따라서 절단을 시작한다. 외과 의사는, 외과 의사가 절단 부위를 지그재그 패턴으로 변경하고 싶어하는 필요한 구역에 도달하고, 트리거를 당기는 것에 의해 절단 평면이 변경되어야 하는 것을 디바이스에 신호한다.

드릴의 팁 너머에 위치되고 뼈가 절단됨에 따라서 흉골의 밑면을 따라서 움직이는 드릴 가드가 사용되어서, 드릴은 뼈 해부학적 구조 아래에 있는 연조직을 절단하지 않을 것이다. 외과 의사는 교합이 동일의 정확한 방향으로 드릴의 움직임을 유지하는 동안 지그 방향(zig direction)으로 절단하기 시작하고, 절단 동안 외과 의사의 움직임에 의해 일어날 수 있는 어떠한 편차도 보완한다. 외과 의사가 재그 방향(zag direction)으로 방향의 변경하는 것을 가능하게 하도록, 외과 의사는 드릴 상의 트리거를 당기고, 내비게이션 시스템에 신호를 보낸다. 내비게이션 시스템은 작동 구성요소들에 통신하여, 재그 방향으로 평면을 유지하고, 다른 조작자 피드백 메커니즘이 사용되지 않으면 및 사용될 때까지, 외과 의사가 지그 방향으로 다시 가는 것을 방지한다. 외과 의사는 흉골의 길이에 따라서 이러한 과정을 반복한다. 완료시에, 지그재그 패턴은 심장 수술이 완료된 후에 흉골을 봉합하는 것을 수행하는데 훨씬 더 용이하고 안정적이라는 것이 알려졌다. 추가적으로, 상기의 예를 사용하여, 외과 의사는 골밀도 강화를 최적화하고, 흉골 재배선 재수술(sternum rewiring reoperation)을 잠재적으로 최소화할 수 있다.

예 2

그러나, 예 1의 처치는 재수행되며, 사전 표시된 종점이 사용되며, 패턴은 환자의 흉골 상에서 외과 의사에 의해 끌어낸 패턴에 디바이스의 팁을 접촉시키는 것에 의한 절단 전에, 외과 의사에 의해 사전 표시된다. 완료시에, 사전 표시된 패턴은 심장 흉부 수술이 완료된 후에 흉골을 봉합하는 것을 수행하는데 훨씬 더 용이하고 안정적이라는 것이 알려졌다.

다른 실시예들

적어도 하나의 예시적인 실시예가 상기된 상세한 설명에 제시되었지만, 많은 변형이 존재한다는 것을 이해하여야 한다. 예시적인 실시예 또는 예시적인 실시예들은 단지 예일 뿐이며, 임의의 방식으로 설명된 실시예들의 범위, 적용 가능성, 또는 구성을 제한하도록 의도되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 오히려, 상기된 상세한 설명은 예시적인 실시예 또는 예시적인 실시예들을 실시하기 위한 편리한 로드맵을 당업자에게 제공할 것이다. 첨부된 청구항들 및 그의 법적 등가물에 제시된 범위를 벗어남이 없이 요소의 기능 및 배열에서 다양한 변경이 만들어질 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

Claims

접이식 드릴 시스템으로서,
손 파지 부분;
드릴 부분;
상기 드릴 부분의 적어도 2개의 축들을 제어하기 위한 적어도 2개의 엑츄에이터들; 및
상기 적어도 2개의 엑츄에이터들을 제어하기 위한 내비게이션 시스템을 포함하는 접이식 드릴 시스템.
제1항에 있어서, 상기 적어도 2개의 엑츄에이터들은 상기 드릴 부분이 적어도 하나의 운동 고정 평면에서 작동되는 것을 가능하게 하는 접이식 드릴 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 드릴 부분은 적어도 3 자유도로 작동하도록 적어도 3개의 축들을 가지는 접이식 드릴 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 드릴 부분은 4 자유도로 작동하도록 적어도 4개의 축들을 가지는 접이식 드릴 시스템.
제1항에 있어서, 상기 내비게이션 시스템은 적어도 하나의 광 마커와 적어도 하나의 광 수신기를 포함하는 접이식 드릴 시스템.
제5항에 있어서, 상기 광 마커는 반사 마커들인 접이식 드릴 시스템.
제5항에 있어서, 상기 광 마커는 능동형 마커들인 접이식 드릴 시스템.
제7항에 있어서, 상기 능동형 마커들은 발광 다이오들인 접이식 드릴 시스템.
제1항에 있어서, 상기 내비게이션 시스템은 관성 측정 유닛들을 추가로 포함하는 접이식 드릴 시스템.
제1항에 있어서, 상기 드릴 부분은 조직과 상호 작용하는 공구를 추가로 포함하는 접이식 드릴 시스템.
제10항에 있어서, 상기 공구는 드릴 비트, 톱 또는 버(bur)인 접이식 드릴 시스템.
제10항에 있어서, 상기 공구는 상기 조직에 시각적 표시들을 만드는 접이식 드릴 시스템.
제10항에 있어서, 상기 공구는 디지털화 및/또는 표기를 위하여 조직에 특정 구역들을 표시하는 접이식 드릴 시스템.
제1항에 있어서, 상기 드릴 부분은 드릴 가드를 추가로 포함하며, 상기 드릴 가드는 절단 평면의 밑면에서 진행하여, 상기 드릴 가드 아래의 임의의 표면들을 드릴이 절단하는 것을 방지하는 접이식 드릴 시스템.
제10항에 있어서, 상기 공구는 상기 공구의 팁에 있는 드릴 가드를 추가로 포함하며, 상기 드릴 가드는 절단 평면의 밑면에서 진행하여, 상기 드릴 가드 아래의 임의의 표면들을 드릴이 절단하는 것을 방지하는 접이식 드릴 시스템.
제15항에 있어서, 상기 드릴 가드는 제2 구체 내에 있는 구체이며, 상기 구체는 조직 손상을 최소화하도록 상기 공구보다 낮은 속도로 회전하는 접이식 드릴 시스템.
제1항에 있어서, 상기 내비게이션 시스템은 상기 드릴 부분의 위치, 배향, 또는 속도 중 하나에 대한 실시간 피드백을 제공하는 접이식 드릴 시스템.
제17항에 있어서, 상기 실시간 피드백은, 표면 움직임을 보완하도록 상기 적어도 2개의 엑츄에이터들을 조정하기 위해 컨트롤러에 의해 사용되도록 디바이스가 작동됨에 따라서 상기 드릴 부분에 표면을 관련시키는 정보를 제공하는 접이식 드릴 시스템.
제17항에 있어서, 상기 실시간 피드백은, 상기 손 파지 부분의 사용자의 움직임을 보완하도록 상기 적어도 2개의 엑츄에이터들을 조정하기 위해 컨트롤러에 의해 사용되도록 디바이스가 작동됨에 따라서 상기 드릴 부분에 표면을 관련시키는 정보를 제공하는 접이식 드릴 시스템.
제17항에 있어서, 상기 실시간 피드백은, 사전 표시된 패턴을 벗어난 상기 디바이스의 작동을 방지하도록 상기 적어도 2개의 엑츄에이터들을 조정하기 위하여 컨트롤러에 의해 사용되도록 디바이스가 작동됨에 따라서 상기 드릴 부분에 표면을 관련시키는 정보를 제공하는 접이식 드릴 시스템.
제1항에 있어서, 상기 드릴 부분은 상기 손 파지 부분의 위치 및 배향에 관계없이 상기 내비게이션 시스템에 의해 추적되는 접이식 드릴 시스템.
제1항에 있어서, 사전 표시된 패턴은 사용자 지정 목표 지점들에 상기 드릴 부분을 접촉시키는 것에 의해 드릴의 작동 전에 기록되는 접이식 드릴 시스템.
제10항에 있어서, 사전 표시된 패턴은 사용자 지정 목표 지점들에 상기 공구 팁을 접촉시키는 것에 의해 드릴의 작동 전에 기록되는 접이식 드릴 시스템.
제1항에 있어서, 사용자 피드백 메커니즘을 추가로 포함하는 접이식 드릴 시스템.
제24항에 있어서, 상기 사용자 피드백 메커니즘은 트리거 또는 풋 페달인 접이식 드릴 시스템.
제24항에 있어서, 상기 사용자 피드백 메커니즘은 새로운 운동 고정 평면이 필요하다는 것을 상기 내비게이션 시스템과 드릴에 통신하도록 사용자에 의해 활성화되는 접이식 드릴 시스템.
제24항에 있어서, 상기 사용자 피드백 메커니즘은 상기 공구의 속도를 제어하는 접이식 드릴 시스템.
제1항에 있어서, 상기 손 파지 부분은 상기 드릴 부분의 평면에 대한 기준 가이드의 평면 사이의 시각적 관계를 사용자에게 제공하는 강성 기준 가이드를 부착하기 위한 어댑터를 포함하는 접이식 드릴 시스템.
제28항에 있어서, 상기 부착 가능한 기준 가이드는 유체의 평면에 의해 표시되는 접이식 드릴 시스템.
제28항에 있어서, 상기 기준 가이드를 조명하는 광원을 추가로 포함하는 접이식 드릴 시스템.
제1항에 있어서, 상기 적어도 2개의 엑츄에이터들은 선형 엑츄에이터를 포함하는 접이식 드릴 시스템.
제1항에 있어서, 사용자에 대한 피드백 단서를 추가로 포함하는 접이식 드릴 시스템.
제32항에 있어서, 상기 피드백 단서는 시각적 및/또는 청각적인 접이식 드릴 시스템.
제32항에 있어서, 상기 피드백 단서는 위치 또는 배향으로 사용자를 가이드하거나 유지하는 것을 돕는 촉각 및/또는 햅틱인 접이식 드릴 시스템.
제1항에 있어서, 상기 적어도 2개의 엑츄에이터들과 통신하고 상기 드릴 부분에 부착되는 적어도 2개의 강성 물체들을 추가로 포함하는 접이식 드릴 시스템.
제35항에 있어서, 상기 강성 물체들 중 적어도 하나는 상기 드릴 부분이 회전하는 것을 허용하도록 상기 드릴 부분에 부착되는 접이식 드릴 시스템.
제36항에 있어서, 상기 부착물은 상기 드릴 부분 상의 슬롯 내에 있는 베어링인 접이식 드릴 시스템.
제36항에 있어서, 상기 강성 물체는 상기 드릴 부분에 부착되는 힌지 메커니즘인 접이식 드릴 시스템.
제1항의 시스템을 사용하여 ± 1.0 ㎜ 및 ± 1.0°편차 내에서 또는 더욱 양호한 선형 절단을 만들기 위한 방법.
제39항에 있어서, 상기 선형 절단은 제1항의 시스템을 사용하여 사용자에 의해 한정된 한 세트의 선형 절단들 중 일부인 방법.
제39항에 있어서, 상기 선형 절단은 사용자에 의해 수술 전에 계획되고 제1항의 시스템에 의해 실행되는 한 세트의 선형 절단들 중 일부인 방법.
제39항에 있어서, 상기 선형 절단은 제1항의 시스템을 사용하여 사용자에 의해 수술 중에 계획되고 제1항의 시스템에 의해 실행되는 한 세트의 선형 절단들 중 일부인 방법.
제39항에 있어서, 상기 선형 절단은 무릎 관절 교체 수술을 위한 일련의 평면 절단들 중 일부인 방법.
제39항에 있어서, 상기 선형 절단은 무릎 관절 표면 처리 수술(knee resurfacing surgery)을 위한 일련의 평면 절단들 중 일부인 방법.
제39항에 있어서, 상기 선형 절단은 무릎 관절 재수술(knee revision surgery)을 위한 일련의 평면 절단들 중 일부인 방법.
제39항에 있어서, 상기 선형 절단은 제1항의 시스템을 사용하여 "삼각파 패턴"으로 흉부 수술을 위한 흉골에서의 절단인 방법.
제39항에 있어서, 상기 선형 절단은 제1항의 시스템을 사용하여 흉골의 전방을 "삼각파 패턴"으로 절단하고, 흉골의 후방을 직선 절단하는 방법.