KR102357811B1 - 관절성형술을 위한 작동식 위치결정 장치 및 사용 방법 - Google Patents
관절성형술을 위한 작동식 위치결정 장치 및 사용 방법 Download PDFInfo
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Abstract
센서들 및 작동식 기구를 구비하는 관절 균형 맞춤용 삽입물이 개시되어 있다. 관절 균형 맞춤용 삽입물은 센서가 관절의 이동과 관련된 힘, 위치 및 각 데이터를 제공하면서 관절성형술 수술 동안 관절의 균형을 맞추도록 사용되고, 작동식 기구는 센서로부터의 데이터에 기초하여 관절의 매우 정확하고 동적인 조정을 허용한다. 작동식 기구 및 센서의 다양한 구성은 삽입물의 수동 또는 실시간 제어를 제공하기 위해 삽입물에서 실행될 수 있고, 맞춤화 인터페이스는 조정의 가시화된 피드백이 제공된다. 센서 데이터는 또한 수집되고 예상된 또는 바람직한 데이터 세트와 비교되어, 조정 권고를 제공하고, 이력 데이터에 기초하여 더 우수한 결과를 달성할 수 있다.
Description
본 명세서에 기재된 다양한 실시형태는 일반적으로 보철 관절성형술(arthroplasty) 동안 관절의 균형을 맞추기 위한 장치 및 방법, 및 관절성형술 수술 동안 보철 성분을 위치결정하고 관절의 균형을 맞추기 위한 작동식 위치결정 및 감지 장치에 관한 것이다.
관절성형술은 통증을 제거하고 이동을 개선하기 위해 관절의 하나 이상의 부분을 대체함으로써 관절의 복구를 포함한다. 예를 들어, 연골의 소실 또는 골 표면 사이의 마찰은 골 표면 및 연골을 대체하도록 설계된 하나 이상의 보철을 포함하는 인공 관절을 삽입하면서 원래 관절과 유사한 이동의 범위를 또한 허용함으로써 치료될 수 있다.
무릎 관절성형술은 통상적으로 대퇴골의 하부 말단(넓적다리뼈), 경골의 상부 말단(정강이뼈)의 이환되고 손상된 표면, 및 무릎뼈의 관절 표면(무릎 덮개)을 절제(절단)하는 것을 포함한다. 이후, 이 표면은 인공 재료에 의해 대체된다. 대퇴부 성분 또는 보철은 통상적으로 코발트 크롬 합금으로부터 제조되고, 기부 골에 대퇴부 보철을 접합시키기 위해 고정 장치, 예컨대 못에 의해, 대개 골 시멘트의 사용에 의해 대퇴골에 부착된다. 경골 성분은 통상적으로 수술 동안 함께 조립되는, 금속 트레이(티탄 또는 코발트 크롬 합금) 및 폴리에틸렌 삽입물인, 2개의 부분으로 이루어진다. 금속 트레이는 나사, 못 또는 손잡이 부분에 의해 골에 고정되는 반면, 삽입물은 금속 트레이로 잠겨지고 대퇴부 성분과 관절을 이룬다.
무릎 관절성형술에서의 기술적 도전은 엉덩이 및 발목과 관련하여 무릎의 자연 정렬의 복원; 무릎의 이동의 범위의 재획득; 및 정상 무릎과 유사한 방식으로 이동하게끔 인공 이식 무릎의 유도이다. 이 목표는 골의 나머지에 대한 정확한 위치 및 배향에서 골 절단을 만들고, 보철 성분의 적절한 크기 및 형상을 선택하고, 골에서의 적절한 위치에서 서로에 대해 보철을 배치하고, 무릎 관절이 너무 헐겁거나 너무 조이지 않도록 적절한 두께의 삽입물을 선택함으로써 달성된다.
인공 관절의 설계 및 제조, 및 수술 기구의 계속적인 개선에도 불구하고, 실제 관절성형술은 시술을 수행하는 외과의의 지식 및 경험에 주로 의존한다. 관절성형술은 외과의가 인공 관절을 삽입할 뿐만 아니라, 인공 관절의 이동이 일반 이동 범위와 가능한 유사하다는 것을 보장하기 위해 관절을 "균형 맞추는" 것을 요한다. 관절의 균형 맞춤은 대개 골, 인대 및 다른 조직의 조심스러운 측정 및 절단, 및 부하 균형 맞춤(골에 의해 인가된 힘이 관절에 균등하게 분포되는지를 보장하기 위함) 및 이동 범위 시험(인공 관절이 일반 이동에 필요한 방향 및 거리에서 이동할 수 있는지를 결정하기 위함)을 요한다. 균형 맞춤 과정은 대개 외과의가 단순히 관절을 물리적으로 붙잡고, 관절의 이동 및 관절에 인가되는 힘이 정확한지를 "느끼는" 것을 요한다. 그 결과, 관절의 균형 맞춤의 과정은 인공 관절의 이동이 "거의 정확한"지를 이해하기 위해 외과의의 경험 및 지식에 따라 의존하므로 대개 주관적이다. 임의의 이 매개변수의 잘못된 정렬은 과도한 부하 분포 또는 마찰로 인해 제한된 관절 이동 범위, 계속적인 관절 통증 및 인공 관절의 조기 실패를 발생시킬 수 있다.
관절성형술 동안 인공 관절의 균형 맞춤을 보조하기 위해, 외과의가 관절의 균형 맞춤 동안 몇몇 매개변수를 측정하는 것을 돕는 측정 장치가 개발되었다. 가장 흔한 균형 맞춤 장치는 자연히 기계적이고, 외과의는 관절의 골을 잡아끌도록 장치에 힘을 수동으로 인가하고, 골 사이의 거리는 육안으로 측정된다. 몇몇 측정 장치는 관절의 균형을 맞추고자 시도할 때 유용한 부하 분포에 대한 측정을 제공하기 위해 인공 관절로 삽입될 수 있는 센서를 통합한다. 이 측정 장치에 의해서도, 외과의는 여전히 관절이 균형 맞추어지는지를 결정하기 위해 관절에 알려지지 않거나 부정확한 힘을 수동으로 인가하는 것이 필요하다. 인가된 힘의 양이 실제 사용 동안 관절에 인가된 실제 힘과 일치하지 않는 경우, 관절은 적절히 이동하지 않을 수 있고 조기에 마모될 수 있어서, 이동 제한, 통증, 및 결국 대체 또는 추가의 수술 복구를 발생시킨다.
미국등록특허 5,733,292
미국공개특허 2004/0019382
미국공개특허 2005/0177170
미국공개특허 2004/0019382
미국공개특허 2005/0177170
수술 절차, 예컨대 보철 관절성형술 동안 관절의 균형을 맞추기 위한 장치 및 방법이 본 명세서에 개시되어 있다. 실시형태에서, 상기 장치는 하나 이상의 플레이트, 하나 이상의 센서 및 관절의 하나 이상의 부분에 대해 상기 장치를 작동하기 위한 적어도 하나의 작동식 기구를 가지는 삽입물이다. 관절을 획정하는 골 구조물, 예컨대 무릎 관절에서 대퇴골 및 경골 사이에 하나 이상의 플레이트가 배치된다. 하나 이상의 센서는 관절의 이동에 대한 힘, 위치 및 각 데이터를 제공하고, 이것은 작동식 기구의 이동으로부터 유도된 인가된 힘 데이터와 함께 관절의 매우 정확하고 동적인 조정을 제공한다. 일 실시형태에서, 적어도 하나의 작동식 기구는 스프링-작동식 기구가다. 또 다른 실시형태에서, 적어도 하나의 작동식 기구는 공압-작동식 기구가다. 가압 장치는 공압-작동식 기구를 가압시키기 위해 사용된다. 다양한 유형의 작동 구성, 예컨대 스프링 구성 및 공압 구성 또는 이들의 조합, 및 센서는 작동식 기구의 제어 및 관절의 균형 맞춤에 관한 다수의 매개변수의 측정을 제공하기 위해 삽입물에서 또는 삽입물 내에 실행될 수 있다. 맞춤 그래픽 사용자 인터페이스(graphical user interface: GUI)는 조정의 실시간 제어 및 가시화된 피드백이 제공된다. 센서 데이터는 또한 수집되고 예상된 또는 바람직한 데이터 세트와 비교되어, 조정 권고를 제공하고, 이력 데이터에 기초하여 더 우수한 결과를 달성할 수 있다. 다른 특징부 및 이점은, 첨부된 도면과 함께 취해져서, 바람직한 실시형태의 하기 설명으로부터 명확해야 한다.
본 명세서에 개시된 다양한 실시형태는 하기 도면을 참조하여 자세히 기재되어 있다. 도면은 오직 예시 목적을 위해 제공되고, 통상적인 또는 예시적인 실시형태를 단지 도시한다. 이들 도면은 독자의 이해를 쉽도록 제공되고, 실시형태의 폭, 범위 또는 이용 가능성을 제한하는 것으로 생각되지 않아야 한다. 명확성 및 예시의 용이를 위해 이들 도면이 반드시 규모 조정될 필요가 없다는 것에 주목해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 관절 균형 맞춤 시스템의 기능적 블록 다이어그램;
도 2는 무릎 관절에 배치된 도 1의 삽입물의 실시형태의 예시도;
도 3은 변위 센서를 가지는 도 1의 삽입물의 실시형태의 투시도;
도 4는 공압 액츄에이터를 가지는 도 1의 삽입물의 실시형태의 투시도;
도 5는 도 4의 삽입물의 확대도;
도 6은 도 4 및 도 5의 공압 액츄에이터의 투시도;
도 7은 도 6의 벨로즈(bellows)(182)의 평면도;
도 8은 도 4 및 도 5의 전자 보드의 투시도;
도 9는 복수의 스프링 액츄에이터를 가지는 도 1의 삽입물의 실시형태의 확대도;
도 10은 액츄에이터가 없는 도 9의 삽입물의 대안적인 확대도;
도 11은 단일구획 구성을 가지는 도 1의 삽입물의 실시형태의 투시도;
도 12는 삽입물에 연결된 도 1의 컨트롤러 조립체의 실시형태의 투시도;
도 13은 도 12의 컨트롤러 조립체의 컨트롤러의 투시도;
도 14는 도 13의 컨트롤러의 확대도;
도 15 및 도 16은 관절의 균형 맞춤 동안 골 및 조직의 절단을 유도하기 위해 사용되는 삽입물에 연결된 절단 가이드 조립체의 실시형태를 예시한 도면.
상기 언급된 다양한 실시형태는 예시적인 실시형태의 상기 언급된 도면 설명 및 하기 상세한 설명을 참조하여 더 자세히 기재되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 관절 균형 맞춤 시스템의 기능적 블록 다이어그램;
도 2는 무릎 관절에 배치된 도 1의 삽입물의 실시형태의 예시도;
도 3은 변위 센서를 가지는 도 1의 삽입물의 실시형태의 투시도;
도 4는 공압 액츄에이터를 가지는 도 1의 삽입물의 실시형태의 투시도;
도 5는 도 4의 삽입물의 확대도;
도 6은 도 4 및 도 5의 공압 액츄에이터의 투시도;
도 7은 도 6의 벨로즈(bellows)(182)의 평면도;
도 8은 도 4 및 도 5의 전자 보드의 투시도;
도 9는 복수의 스프링 액츄에이터를 가지는 도 1의 삽입물의 실시형태의 확대도;
도 10은 액츄에이터가 없는 도 9의 삽입물의 대안적인 확대도;
도 11은 단일구획 구성을 가지는 도 1의 삽입물의 실시형태의 투시도;
도 12는 삽입물에 연결된 도 1의 컨트롤러 조립체의 실시형태의 투시도;
도 13은 도 12의 컨트롤러 조립체의 컨트롤러의 투시도;
도 14는 도 13의 컨트롤러의 확대도;
도 15 및 도 16은 관절의 균형 맞춤 동안 골 및 조직의 절단을 유도하기 위해 사용되는 삽입물에 연결된 절단 가이드 조립체의 실시형태를 예시한 도면.
상기 언급된 다양한 실시형태는 예시적인 실시형태의 상기 언급된 도면 설명 및 하기 상세한 설명을 참조하여 더 자세히 기재되어 있다.
관절에서의 수술 절차, 예컨대 보철 관절성형술 동안 관절의 균형을 맞추기 위한 시스템, 장치 및 방법이 본 명세서에 개시되어 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 관절 균형 맞춤 시스템(50)의 기능적 블록 다이어그램이다. 관절 균형 맞춤 시스템(50)은 모의 삽입물("삽입물")(100), 컨트롤러 조립체(200) 및 디스플레이 시스템(300)을 포함할 수 있다. 관절 균형 맞춤 시스템(50)은 도 2 내지 도 11에 예시된 바대로 하나 이상의 플레이트, 하나 이상의 센서 및 관절의 하나 이상의 부분에 대해 상기 장치를 작동하기 위한 적어도 하나의 액츄에이터/작동식 기구를 가지는 삽입물(100)을 포함한다. 작동식 기구는 예컨대 공기, 전자작동 지점, 전자자기, 기계, 압전 또는 이들의 조합에 의해 유체 동력공급될 수 있다. 다른 작동식 기구를 또한 사용할 수 있다. 관절을 획정하는 골 구조물, 예컨대 무릎 관절에서 대퇴골 및 경골 사이에 하나 이상의 플레이트가 배치된다. 하나 이상의 센서는 관절의 이동에 대한 힘, 위치 및 각 데이터를 제공할 수 있고, 이것은 작동식 기구로부터의 인가된 힘 데이터와 함께 관절의 매우 정확하고 동적인 조정을 제공한다. 액츄에이터 및 센서의 다양한 구성은 삽입물(100)의 제어 및 관절의 균형 맞춤에 관한 다수의 매개변수의 측정을 제공하기 위해 삽입물(100)에서 또는 내에 실행될 수 있다. 삽입물에 대한 작동식 기구의 첨가는 수술 절차, 예컨대 관절성형술 동안 관절의 균형을 맞추는 과정에 대해 다수의 이점을 제공한다. 외과의는 알고 있고 제어된 양의 힘을 관절에 인가하고, 측정된 부하, 이동 및 각 데이터를 인가된 힘과 상관시켜, 조정이 이루어져야 하는지를 더 정확히 결정할 수 있다. 작동식 기구는 또한 삽입물에서 다양한 상이한 작동 지점으로부터 동적 작동을 할 수 있어서, 상이한 부하량, 상이한 이동의 양 및 상이한 이동의 각을 인가하는 능력을 제공하여, 관절의 이동을 더 정확히 모의하고 결과를 측정할 수 있다. 부하는 부하 균형 맞춤의 상당한 개선을 제공하기 위해 임의의 이동의 범위에 걸쳐 측정될 수 있다.
삽입물(100)은 전자 보드(140)를 포함할 수 있다. 전자 보드(140)는 보드 모듈(141) 및 보드 통신 모듈(143)을 포함할 수 있다. 보드 모듈(141)은 센서로부터 데이터를 얻고, 보드 통신 모듈(143)을 통해 데이터를 컨트롤러 조립체(200)로 송신하도록 구성될 수 있다. 보드 모듈(141)은 컨트롤러 조립체(200)로부터의 신호를 액츄에이터로 중계하도록 또한 구성될 수 있다. 보드 모듈(141)은 액츄에이터 힘 또는 전위(distraction) 또는 변위(displacement)의 규모를 제어하기 위해 안전성 오버라이드(safety override)에 의해 또한 구성될 수 있다. 보드 모듈(141)은 삽입물(100)이 균형 맞추어지지 않을 때 신호와 통신하고, 삽입물이 균형 맞추어질 때 또 다른 신호와 통신하도록 추가로 구성될 수 있다. 신호는 전자 보드(140)에 부착된 전자 하드웨어에 의해 및/또는 디스플레이 시스템으로부터 제공된 청각 알람 또는 시각 알람과 같은 알람을 발생시킬 수 있다. 청각 알람은 음원, 예컨대 스피커 또는 압전 소리 생성기에 의해 제공될 수 있다. 시각 알람은 광원, 예컨대 발광 다이오드에 의해 제공될 수 있다. 보드 모듈(141)은 수술 동안 드릴 및 톱과 같은 수술 기구에 대한 정렬에 대한 안내사항을 제공하도록 더 추가로 구성될 수 있다. 통신 모듈(143)은 유선 또는 무선 연결에 대해 컨트롤러 조립체로/조립체로부터 전자 신호를 송신/수신하도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 통신 모듈(143)은 드릴 및 톱과 같은 다른 수술 기구와 통신하도록 구성된다.
컨트롤러 조립체(200)는 삽입물(100) 내의 액츄에이터를 수동으로 또는 원격으로 제어하기 위해 사용될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 컨트롤러 조립체(200)는 액츄에이터를 물리적으로 또는 기계적으로 제어하고, 이것은 외과의 또는 의학 전문가가 액츄에이터의 이동을 수동 조작하게 할 수 있다. 다른 실시형태에서, 컨트롤러 조립체(200)는 프로세서 및 메모리를 가지는 컴퓨팅 장치로서 모니터링되고 프로그래밍될 수 있는 액츄에이터를 전자적으로 제어한다.
컨트롤러 조립체(200)는 컨트롤러(240)를 포함할 수 있다. 컨트롤러(240)는 컨트롤러 통신 모듈(259)을 포함할 수 있다. 컨트롤러 통신 모듈(259)은 유선 및/또는 무선 연결에 대해 삽입물(100) 및 디스플레이 시스템(300)으로부터 신호를 송신/수신하도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 컨트롤러 통신 모듈(259)은 드릴 및 톱과 같은 다른 수술 기구와 통신하도록 구성된다. 컨트롤러 통신 모듈(259)은 보드 모듈(141)에 의해 제공된 안내사항을 수술 기구로 중계할 수 있다.
컨트롤러 조립체(200)는 하나 이상의 입력 장치, 예컨대 마우스, 키보드, 전기용량 버튼 또는 대화형 디스플레이(interactive display)를 통해 조작될 수 있다. 대화형 디스플레이는 디스플레이 시스템(300)의 일부일 수 있고, 관절 균형 맞춤 동안 용이한 비교를 위해 관련 값 및 다른 측정된 매개변수를 따라 각각의 액츄에이터에 대한 제어를 디스플레이할 수 있다. 단일 컨트롤러(240)는 모든 액츄에이터에 동일한 압력을 인가하도록 구성될 수 있다. 이것은 설계를 단순화하고, 각각의 액츄에이터에서 동일한 힘/압력이 인가되도록 보장할 수 있다.
디스플레이 시스템(300)은 프로세서 및 메모리를 가지는 컴퓨팅 장치, 예컨대 컴퓨터, 태블릿, 스마트폰, 또는 GUI를 디스플레이하기 위해 사용될 수 있는 다른 전자 장치일 수 있다. 디스플레이 시스템(300)은 디스플레이 통신 모듈(310), 디스플레이 모듈(320) 및 디스플레이(330), 예컨대 모니터를 포함할 수 있다. 디스플레이 통신 모듈(310)은 컨트롤러 조립체로/컨트롤러 조립체(200)로부터 유선 또는 무선 통신을 송신/수신하도록 구성된다.
디스플레이 모듈(320)은 디스플레이(330)에서 보기 위한 맞춤 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 제공할 수 있다. GUI는 모든 측정된 매개변수가 바람직한 범위 내에 있을 때를 표시하는 시각 정렬 가이드를 통해 조정의 실시간 제어 및 가시화된 피드백에 대한 관련 데이터를 디스플레이할 수 있다. GUI는 다양한 센서에 의해 측정된 매개변수에 대한 값을 또한 제시할 수 있다.
센서 데이터는 또한 수집되고 예상된 또는 바람직한 데이터 세트와 비교되어, 조정 권고를 제공하고, 이력 데이터에 기초하여 더 우수한 결과를 달성할 수 있다. GUI는 측정된 매개변수를 값의 공지된 허용 범위와 비교함으로써 관절이 균형 맞추어지는지에 대한 시각 또는 청각 표시를 제공할 수 있다. 실시형태에서, GUI는 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(150)에 인가된 힘을 제공할 수 있다. 힘은 센서에 의해 제공된 높이 및 압력 측정을 이용하여 결정될 수 있다. 힘은 디스플레이 시스템(300), 예컨대 디스플레이 모듈(320) 또는 또 다른 시스템/모듈에 의해 결정될 수 있다.
관절 균형 맞춤 시스템은 데이터 저장소(90)를 또한 포함할 수 있다. 데이터 저장소(90)는 디스플레이 시스템(300) 또는 컨트롤러 조립체(200)에 연결된 별개의 시스템일 수 있거나, 디스플레이 시스템(300) 또는 컨트롤러 조립체(200) 내에 위치할 수 있다. 실시형태에서, 데이터 저장소(90)에서의 데이터는 분석을 위해 중앙 서버로 업로딩될 수 있다.
일 실시형태에서, 2개의 플레이트의 정렬 및 관절 내의 액츄에이터의 이동을 실시간으로 그래픽으로 예시하는 시각 정렬 가이드가 제시될 수 있다. 시각 정렬 가이드는 외과의가 원하는 정렬을 달성하는 것을 돕는 가이드 라인 또는 원형 표적을 제공할 수 있다. 정렬 가이드는 정렬이 우수(녹색) 또는 불량(적색)한지를 표시하기 위해 색상 코딩된 시각 그래픽을 또한 제공할 수 있다.
몇몇 실시형태에서, GUI는 삽입물(100)의 위치결정에 관한 하나 이상의 다이어그램을 디스플레이한다. 다이어그램은 하나 이상의 센서 위치에서 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이에 상대 변위를 디스플레이할 수 있다. GUI는 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이의 기울기를 또한 디스플레이할 수 있다. GUI는 다중 그래프를 포함할 수 있다. 하나의 그래프는 좌우(측 대 측) 방향의 기울기의 이력을 디스플레이할 수 있다. 또 다른 그래프는 전후 방향의 기울기를 디스플레이할 수 있다. GUI는 무릎 굴곡 각, 압력, 힘 및 배터리 전압을 또한 디스플레이할 수 있다. GUI는 추가의 기준에 대해 데이터를 저장하거나, 스크린 캡처를 생성하기 위해 버튼을 또한 제공할 수 있다. 이 데이터 및 정보는 데이터 저장소(90)에서 달성될 수 있다. 제3 그래프는 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이의 거리의 이력을 디스플레이할 수 있다. GUI는 실시간 데이터가 비교될 수 있는 정확히 기록된 데이터를 또한 디스플레이할 수 있다.
몇몇 실시형태에서, GUI는 3개의 다이어그램을 디스플레이한다. 1개의 다이어그램은 무릎이 0° 굴곡에 있을 때 수집된 데이터를 디스플레이하고, 또 다른 다이어그램은 무릎이 90° 굴곡에 있을 때 수집된 데이터를 디스플레이하고, 제3 다이어그램은 데이터를 실시간으로 디스플레이한다.
몇몇 실시형태에서, GUI는 삽입물(100) 및/또는 특허에 독특한 주문제작 또는 환자 특정 균형을 설정하기 위해 수술 전에 사용될 수 있다. GUI는 또한 관절 내에 문제가 있는지에 대한 설명의 목록을 함유할 수 있고, 어떻게 문제를 수정할지에 대해 외과의에게 권고를 제공할 수 있다. GUI는 다른 장치 또는 기구, 예컨대 컴퓨터 네비게이션 시스템, 수술 로봇, 기구, 예컨대 드릴 및 톱, 압박대(tourniquet) 센서 등으로부터의 정보를 또한 디스플레이할 수 있다.
도 2는 무릎 관절에 배치된 도 1의 삽입물(100)의 실시형태의 예시이다. 예시된 실시형태에서, 삽입물(100)은 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(150)의 내면에서 다양한 지점에 위치결정된 액츄에이터(180)에 의해 이격된 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(150)를 포함한다. 상부 플레이트(110)는 대퇴골(8)에 배치되지만, 하부 플레이트(150)는 경골(10)에 배치된다. 삽입물(100)은 상부 플레이트(110) 및/또는 하부 플레이트(150)를 따라 배치된 (도 3에 도시된) 하나 이상의 센서로 부가적으로 구성된다. 센서는 본 명세서에 기재된 바대로 관절의 균형 맞춤에 관한 다양한 매개변수를 측정하고 결정하도록 구성된다.
삽입물(100)은 관절 균형 맞춤 절차 동안에만 관절에 위치결정된 일시적 삽입물로서 설계될 수 있어서, 이것은 관절 균형 맞춤이 완료되면 유사한 형상 및 크기의 영구적 삽입물에 의해 대체된다. 또 다른 실시형태에서, 삽입물(100)은 영구적일 수 있어서, 이것은 관절이 균형 맞추어지면 인접한 골 사이의 위치에 있을 것이다.
삽입물(100)은 관절로 삽입 전에 독립 장치(standalone device)일 수 있다. 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(150)는 형상 및 크기가 변할 수 있고, 평행 면에 정렬될 수 있다. 상부 플레이트(110) 및 상응하는 하부 플레이트(150)의 일반 형상은 무릎 관절 내에 들어맞고 인접한 대퇴골(8) 및 경골(10)의 골질 표면과의 계면에 예컨대 접촉에 의해 넓은 표면적을 제공하도록 설계된다. 예시된 실시형태에서, 삽입물(100)은 상부 플레이트(110)와 하부 플레이트(150) 사이에 배치된 4개의 전체 액츄에이터(180)(3개는 가시적)를 포함한다. 액츄에이터(180)는 균등하게 이격되고, 삽입물(100)의 상이한 사분면 내에 위치결정되어, 삽입물 내의 상이한 지점(각각의 액츄에이터에서 동적 부하 균형 맞춤을 허용함) 및 삽입물(100)의 액츄에이션의 상이한 각으로부터 액츄에이션을 제공할 수 있다. 예를 들어, 2개의 인접한 액츄에이터(180)가 작동될 때, 삽입물은 삽입물(100)의 한 측면으로부터 다른 측면으로 기울어지는 각으로 배치될 수 있다. 액츄에이터(180)의 수는 변할 수 있고, 1개만큼 적을 수 있다. 액츄에이터(180)는 다른 구성으로, 예컨대 삼각형, 원형 또는 불규칙 배치로 배치될 수 있다. 액츄에이터는 또한 기울어지거나 각이 져서, 전단 또는 회전 힘(토크)을 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따라 삽입물(100)을 사용하여 관절의 균형을 맞추는 방법이 이제 기재될 것이다. 관절의 균형은 수술 절차의 몇몇 단계에서 측정될 수 있다. 예를 들어, 임의의 골 절단을 만들기 전에, 또는 절단되지 않은 대퇴부 표면에 대해 경골 골 절단을 만든 후에, 또는 절단된 대퇴부 표면 또는 모의 대퇴부 보철에 대한 대퇴부 절단을 만든 후에, 또는 제자리에서의 모의 대퇴부 또는 경골 보철에 의해, 또는 제자리에서의 최종 대퇴부 및 경골 보철에 의해 측정을 취할 수 있다. 제1 단계 동안, 삽입물은 2개의 마주보는(즉, 대향하는) 골 구조물 사이의 관절의 갭 또는 개구, 예컨대 무릎 관절에서의 대퇴골(8)과 경골(10) 사이의 개구에 위치결정된다. 몇몇 실시형태에서, 삽입/추출 도구는 개구로 삽입물(100)을 삽입하도록 사용된다. 다음에, 하나 이상의 액츄에이터(180)는 대퇴골(8) 및 경골(10)의 골 구조물에 부하를 인가하기 위해 활성화된다. 센서는 관절과 관련된 하나 이상의 매개변수, 예컨대 이동, 압력, 각, 위치, 이동 범위, 갭, 각각의 액츄에이터에 의해 인가된 부하 등을 측정한다. 측정은 관절이 균형 맞추어지는지, 즉 압력이 마주보는 골 구조물에 의해 삽입물에 균등하게 인가되는지, 관절이 원하는 이동 범위, 대퇴골(8) 및 경골(10)의 표면 사이의 갭의 규모 및 무릎이 굴곡되거나 신전될 때 갭의 변화 내에 이동할 수 있는지, 관절을 둘러싸는 인대가 너무 큰 인장 하에 있는지 등에 관한 표시를 제공할 수 있다. 측정은 골 절단이 최적이 아니라는 것, 예를 들어 경골(10)은 너무 많이 내반슬 또는 외반슬에서 절단될 수 있거나, 대퇴골(8)은 너무 많이 내반슬 또는 외반슬에서, 또는 외부 또는 내부 회전으로 절단될 수 있거나, 대퇴골의 원위 절단이 너무 깊이 만들어질 수 있어서, 상이한 굴곡 각에서 대퇴골 및 경골의 표면 사이의 갭의 불일치를 생성시킨다는 것을 또한 표시할 수 있다. 측정 및 측정의 분석이 관절이 적절히 균형 맞추어지지 않거나 골 절단이 적절하지 않다는 것을 표시하는 경우, 외과의는 관절의 균형을 개선하기 위해 관절의 몇몇 부분에 하나 이상의 조정을 만들 것이다. 조정은 관절에서의 갭에 더 잘 들어맞도록 골의 재절단, 인대의 풀림 또는 조임, 보철 또는 삽입물(100)의 배치 또는 회전의 조정; 골, 인대 또는 연골의 부분으로부터의 절단; 또는 삽입물(100)의 높이의 증가 또는 감소를 포함할 수 있다. 관절은 하나 이상의 액츄에이터를 작동하고, 개선이 이루어지는지를 결정하기 위해 매개변수를 측정함으로써 다시 시험될 수 있다. 이 과정은 외과의가 측정에 만족할 때까지 반복될 수 있다. 유체 동력공급된 액츄에이터를 포함하는 실시형태에서, 연조직의 생물기계 특성을 규명하고 최적 균형을 선택하는 데 있어 보조하도록 유체 동력공급된 액츄에이터의 압력을 변화시키면서 전위의 측정을 이용할 수 있다.
측정이 소정의 허용되는 범위 내에 있는 지점에서, 관절은 균형 맞추어진 것으로 생각된다. 삽입물(100)이 영구적인 보철로서 작용하도록 설계되는 경우, 이것은 관절 개구에서 제자리에 남는다. 삽입물(100)이 측정 및 시험 도구로서 오직 구성되는 경우, 이것은 제거되고 이후 동일한 치수의 영구적인 보철에 의해 대체된다. 몇몇 실시형태에서, 센서(들)에 의해 수집된 데이터는 요구 시 주문제작 임플란트를 생성하도록 사용된다.
삽입물(100)의 특성 및 기능의 추가의 상세내용은 액츄에이터, 센서, 상기 장치, 컨트롤러 및 사용자 인터페이스의 형상 및 구성 및 관절 균형 맞춤을 위한 부가적인 도구와 관련하여 하기 기재될 것이다.
센서
삽입물(100)에 또는 내에 배치된 센서는 관절의 균형 맞춤과 관련된 다수의 상이한 매개변수를 측정하도록 구성될 수 있고 이것을 결정하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 센서는 힘, 또는 부하(액츄에이터에 의해 인가) 및 인접한 골에 의해 상부 플레이트 또는 하부 플레이트의 다양한 단면에 수용된 생성된 압력을 측정하도록 구성될 수 있고 이것을 결정하도록 사용될 수 있다. 이 센서의 예는 로드 셀, 스트레인 게이지, 압력 센서 등이다. 스프링 액츄에이터의 경우, 스프링 힘은 예를 들어 공지된 스프링 강성 및 변위 센서를 사용하여 측정된 스프링 길이를 이용하여 간접적으로 계산될 수 있다. 센서는 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이의 전체 이동 또는 각각의 개별 액츄에이터의 이동 중 어느 하나의 이동의 거리를 모니터링하도록 또한 구성될 수 있다. 이 센서의 예는 자석 센서, 광전자 센서이고, 액츄에이터 기계장치(예를 들어, 나사 구동 액츄에이터)의 스트로크를 모니터링한다. 센서는 가속계, 자력계 및 자이로스코프의 사용을 통해 이동의 각, 및 심지어 각 위치를 또한 측정할 수 있다.
삽입물(100)은 복수의 상이한 센서를 일체화하여, 상이한 유형의 매개변수를 측정하거나 삽입물(100)에서 상이한 위치에서 동일한 유형의 매개변수를 측정할 수 있다. 센서는 유선 또는 무선 연결을 통해 통신하고, 각각의 센서 내의 외부 전원 또는 내부 전원 또는 삽입물(100) 내에 위치한 전원에 의해 동력공급될 수 있다.
도 3은 센서(102)를 가지는 도 1의 삽입물(100)의 실시형태의 투시도 예시이다. 액츄에이터(180)는 명확성을 위해 도시되어 있지 않다. 센서(102)는 상부 플레이트(110)와 하부 플레이트(150) 사이의 관계, 예컨대 상부 플레이트(110)와 하부 플레이트(150) 사이의 거리 및 각, 및 상부 플레이트(110)와 하부 플레이트(150) 사이의 압력을 포함하는 공간 관계를 결정하도록 사용될 수 있다. 예시된 실시형태에서, 센서(102)는 상응하는 자석(104)을 가지는 변위 센서이다. 센서(102) 및 자석(104)은 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(150)의 반대 내면에 위치될 수 있다. 삽입물(100)은 센서(102) 및 자석(104)의 임의의 수 및 구성을 포함할 수 있다. 예시된 실시형태에서, 삽입물(100)은 2개의 플레이트를 함께 보유하기 위해 하부 플레이트(150)의 내면에 4개의 센서(102) 및 상부 플레이트(110)의 내면에 구성된 4개의 상응하는 자석(104)을 가진다. 센서(118)는 다수의 위치에서 상부 플레이트(110)와 하부 플레이트(150) 사이에 변위를 측정하고, 2의 방향에서 기울기를 계산한다. 센서(102)는 홀 효과(Hall Effect) 센서일 수 있다. 센서(102) 및 자석(104)은 상부 플레이트(110)와 하부 플레이트(150) 사이에 정렬될 수 있다.
몇몇 실시형태에서, 단일 센서(102)는 삽입물(100)의 중앙 구역에 위치하여서, 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(150)는 센서(102) 및 상응하는 자석(104) 주위에 회전운동한다. 단일 센서(102)는 따라서 상부 플레이트(110)와 하부 플레이트(150) 사이의 변위, 및 3 방향에서의 회전 이동을 측정할 수 있다. 일 실시형태에서, 단일 센서(102)는 3차원 자력계이다.
몇몇 실시형태에서, 센서(102)는 압력 센서이다. 이 실시형태에서, 센서(102)는 상부 플레이트(110) 또는 하부 플레이트(150)의 표면의 실질적인 부분을 커버할 수 있고 이 표면에 인접할 수 있다. 이 실시형태에서, 압력 센서는 무릎의 균형 맞춤 동안, 대퇴부 관절구의 상대 위치를 포함하는, 압력 맵이 GUI에 의해 결정되고 제공될 수 있도록 구성될 수 있다. 일 실시형태에서, 센서는 하부 플레이트(150)의 내면의 실질적인 부분 주위에 위치결정된다. 또 다른 실시형태에서, 센서(102)는 하부 플레이트(150)의 외면에 위치결정된다. 훨씬 또 다른 실시형태에서, 센서(102)는 상부 플레이트(110)의 내면에 위치결정된다. 추가의 실시형태에서, 센서(102)는 상부 플레이트(110)의 관절 외면에 위치결정된다. 센서(102)는 인접한 표면의 전체 표면적에 걸친 압력 분포를 측정할 수 있고, 대퇴골(8)과 경골(10) 사이의 접촉 압력을 측정하도록 구성될 수 있다.
부가적으로, 하나 이상의 센서(102)는 다리, 넓적다리, 또는 신체의 임의의 다른 부분에 대해, 및 지면에 대해 삽입물의 각을 측정하도록 구성된 각 측정 센서(가속계, 자력계 및 자이로스코프 포함)일 수 있다. 관절에서 불균형이 있는지를 결정하기 위해 및 불균형이 인대 불균형 또는 부적절한 골 절단으로 인한 것인지를 평가하기 위해 이 정보를 이용할 수 있다.
공압
-작동식 기구
몇몇 실시형태에서, 삽입물(100)은 유체 동력, 예컨대 공압 또는 수압에 의해 작동될 수 있다. 유체, 예컨대 공기, 식염수 또는 더 점성인 유체, 예컨대 겔은 작동 유체로서 사용될 수 있다. 도 4 내지 도 7은 삽입물(100)의 실시형태를 예시하고, 여기서 삽입물(100)은 공압 삽입물이다. 도 4는 공압 액츄에이터(180)를 가지는 도 1의 삽입물의 실시형태의 투시도의 예시이다.
예시된 실시형태에서, 상부 플레이트(110)는 플레이트 부분(120) 및 관절 부분(130)을 포함한다. 관절 부분(130)은 플레이트 부분(120)에 부착하고, 예컨대 직접 또는 간접 접촉에 의해 천연 또는 인공 대퇴골과 접하도록(interface) 구성된다. 상부 플레이트(110) 또는 하부 플레이트(150)는 하나 이상의 홈(138)을 포함할 수 있다. 홈은 인접한 골의 관절구의 자연 형상에 일치하도록 형상화된 타원형일 수 있다. 예시된 실시형태에서, 홈(138)은 상부 플레이트(110)의 외면에 위치되고, 홈(138)은 대퇴골(8)의 상응하는 관절구(114)를 수용하는 상부 플레이트(110)의 각각의 측면에 있다(도 2 참조).
홈(138)은 자연 또는 인공 대퇴골의 관절 표면과 관절을 이루는 관절식 접촉 표면(articular contact surface)(139)을 포함할 수 있다. 예시된 실시형태에서, 홈(138) 및 관절식 접촉 표면(139)은, 상부 부분(120) 및 하부 플레이트(150) 둘 다에 마주보게 위치된, 관절 부분(130)의 외면에 위치될 수 있다. 홈(138) 및 관절식 접촉 표면(139)을 포함하는 관절 부분(130)은 임의의 대퇴부 관절 크기 또는 형상을 수용하도록 형상화될 수 있다.
도 5는 도 4의 삽입물(100)의 확대도의 예시이다. 액츄에이터(180)는 상부 플레이트(110)와 하부 플레이트(150) 사이에 위치된다. 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(150)는 경골 골의 자연 형상에 또는 임플란트, 예컨대 경골판의 형상에 조합되어 또는 개별적으로 일치할 수 있다. 공압 액츄에이터(180)는 하나 이상의 벨로즈로부터 형성될 수 있다. 액츄에이터는 벨로즈, 예컨대 제1 벨로즈(181) 및 제2 벨로즈(182)의 다수의 구성을 포함할 수 있다. 예시된 실시형태에서, 액츄에이터(180)는 1개의 제1 벨로즈(181) 및 3개의 제2 벨로즈(182)를 가지는 4개의 벨로즈의 층을 포함한다. 실시형태에서, 제1 벨로즈(181) 및 제2 벨로즈(182)는 상부 플레이트(110)와 하부 플레이트(150) 사이에 적층된다. 액츄에이터(180)는 유체 공급 라인(70)에 연결되고 유체로 커플링된다. 유체 공급 라인(70)은 공기와 같은 유체가 하나 이상의 벨로즈로부터 첨가되거나 제거되게 하여, 하부 플레이트(150)에 대해 상부 플레이트(110)를 위치결정시킨다.
플레이트 부분(120)은 플레이트 바디(121), 보드 수용 특징부(124), 연결 특징부(128) 및 연결 홀(129)을 포함할 수 있다. 플레이트 바디(121)는 플레이트 바디 연결 말단(122), 플레이트 바디 삽입 말단(123), 플레이트 바디 제1 측면(124) 및 플레이트 바디 제2 측면(125)을 포함할 수 있다. 플레이트 바디 연결 말단(122)은 일반적으로 볼록 형상을 가질 수 있다. 볼록 형상의 곡률은 타원의 플래터(flatter) 부분의 곡률과 유사할 수 있다. 플레이트 바디 삽입 말단(123)은 플레이트 바디 연결 말단(122)을 마주본다. 플레이트 바디 삽입 말단(123)은 오목 부분을 포함할 수 있고, 타원형과 쌍엽곡선(lemniscate) 사이인 카시니(Cassini) 타원형의 부분의 형상을 일반적으로 가질 수 있다. 플레이트 바디 제1 측면(124) 및 플레이트 바디 제2 측면(125)은 대칭일 수 있고, 각각 원형 형상을 가질 수 있다. 플레이트 바디 연결 말단(122), 플레이트 바디 삽입 말단(123), 플레이트 바디 제1 측면(124) 및 플레이트 바디 제2 측면(125)은 플레이트 부분(120)의 주연부를 형성할 수 있다.
보드 수용 특징부(126)는 플레이트 바디(121)로부터 하부 플레이트(150)로부터 멀리 관절 부분(130)을 향해 돌출할 수 있다. 보드 수용 특징부(126)는 T-형상을 일반적으로 포함할 수 있다. 보드 수용 특징부(126)는 전자 보드(140)를 수용하기 위한 동공을 또한 포함할 수 있다. 보드 수용 특징부(126)는 하나 이상의 전자제품 수용 특징부(127)를 추가로 포함할 수 있다. 전자부품 수용 특징부(127)는 전자 보드(140)에 커플링된 전자 하드웨어(142)를 수용하도록 구성된 돌출부 또는 리세스(recess)일 수 있다.
연결 특징부(128)는 플레이트 바디 연결 말단(122)에서 플레이트 부분(120)으로부터 일반적으로 하부 플레이트(150)를 향해 연장될 수 있다. 연결 특징부(128)는 보드 수용 특징부(124)에 대해 반대 방향으로 연장될 수 있다. 연결 홀(129)은 연결 특징부(128)를 통해 연장되어, 전자 보드(140)에 대한 접근을 제공할 수 있다.
관절 부분(130)은 홈(138) 및 관절 표면(138)을 따라 관절 부분 바디(131), 리세스(137) 및 연결 말단 베벨(bevel)(136)을 포함할 수 있다. 관절 부분 바디(131)는 플레이트 바디(121)와 주연부 주위에 동일한 형상을 일반적으로 포함할 수 있다. 관절 부분 바디(131)는 관절 부분 바디 연결 말단(132), 관절 부분 바디 삽입 말단(133), 관절 부분 바디 제1 측면(134) 및 관절 부분 바디 제2 측면(135)을 포함할 수 있다. 관절 부분 바디 연결 말단(132)은 일반적으로 볼록 형상을 가질 수 있다. 볼록 형상의 곡률은 타원의 플래터 부분의 곡률과 유사할 수 있다. 관절 부분 바디 삽입 말단(133)은 관절 부분 바디 연결 말단(132)을 마주본다. 관절 부분 바디 삽입 말단(133)은 오목 부분을 포함할 수 있고, 타원형과 쌍엽곡선 사이인 카시니 타원형의 부분의 형상을 일반적으로 가질 수 있다. 관절 부분 바디 제1 측면(134) 및 관절 부분 바디 제2 측면(135)은 대칭일 수 있고, 각각 원형 형상을 가질 수 있다. 관절 부분 바디 연결 말단(132), 관절 부분 바디 삽입 말단(133), 관절 부분 바디 제1 측면(134) 및 관절 부분 바디 제2 측면(135)은 관절 부분(130)의 주연부를 형성할 수 있다.
리세스(137)는 홈(138) 및 관절 표면(139)에 마주보게 위치될 수 있다. 리세스(137)는 T-형상을 포함할 수 있고, 보드 수용 특징부(126)를 수용하도록 구성될 수 있다. 연결 말단 베벨(136)은 연결 말단(132)에 위치할 수 있고, 홈(138) 사이에 연결 말단(132)에서 중앙배치될 수 있다.
삽입물(100)은 부착 기계장치(112)를 포함할 수 있다. 부착 기계장치(112)는 패스너, 예컨대 압인 포스트일 수 있다. 관절 부분(130)은 부착 기계장치(112)를 사용하여 상부 부분(120)에 부착될 수 있다. 나사(113)는 보드 수용 특징부(126)를 통해 이로부터 위로 연장될 수 있다. 부착 기계장치(112)는 나사(113)에 커플링되어 관절 부분(130)에 플레이트 부분(120)을 유지하도록 구성될 수 있다.
하부 플레이트(150)는 하부 플레이트 바디(151), 하나 이상의 자석 리세스(156), 연결장치 리세스(157) 및 제한 홀(restraining hole)(158)을 포함할 수 있다. 하부 플레이트 바디(151)는 플레이트 부분 바디(121) 및 관절성 바디 부분(131)과 주연부 주위에 동일한 형상을 일반적으로 포함할 수 있다.
하부 플레이트 바디(151)는 하부 플레이트 바디 연결 말단(152), 하부 플레이트 바디 삽입 말단(153), 하부 플레이트 바디 제1 측면(134) 및 하부 플레이트 바디 제2 측면(155)을 포함할 수 있다. 하부 플레이트 바디 연결 말단(152)은 일반적으로 볼록 형상을 가질 수 있다. 볼록 형상의 곡률은 타원의 플래터 부분의 곡률과 유사할 수 있다. 하부 플레이트 바디 삽입 말단(153)은 하부 플레이트 바디 연결 말단(152)을 마주본다. 하부 플레이트 바디 삽입 말단(153)은 오목 부분을 포함할 수 있고, 타원형과 쌍엽곡선 사이인 카시니 타원형의 부분의 형상을 일반적으로 가질 수 있다. 하부 플레이트 바디 제1 측면(154) 및 하부 플레이트 바디 제2 측면(155)은 대칭일 수 있고, 각각 원형 형상을 가질 수 있다. 하부 플레이트 바디 연결 말단(152), 하부 플레이트 바디 삽입 말단 153), 하부 플레이트 바디 제1 측면(154) 및 하부 플레이트 바디 제2 측면(155)은 플레이트 부분(120)의 주연부를 형성할 수 있다.
각각의 자석 리세스(156)는 하부 플레이트 바디(151)의 내면으로부터 하부 플레이트 바디(151)로 연장될 수 있고, 하나 이상의 자석(104)을 보유하도록 구성될 수 있다. 예시된 실시형태에서, 삽입물(100)은 각각의 자석 리세스(156)에서 1개의 자석을 포함한다. 각각의 자석 리세스(156)는 인접한 액츄에이터(180)일 수 있다. 예시된 실시형태는 삼각형 패턴으로 배열된 3개의 자석 리세스(156)를 포함한다. 다른 실시형태에서, 상이한 수의 자석 리세스(156) 및 자석(104)이 사용되고, 상이한 패턴으로 배열된다. 각각의 자석 리세스(156) 및 여기의 자석(104)은 센서(102)와 정렬될 수 있다.
연결장치 리세스(157)는 하부 플레이트 바디 연결 말단(152)으로부터 하부 플레이트 바디(151)로 연장될 수 있다. 예시된 실시형태에서, 연결장치 리세스(157)는 직육면체 형상의 리세스이다. 연결장치 리세스(157)는 액츄에이터(180)가 이의 가장 좁은 구성에 있을 때, 예컨대 벨로즈(182)가 비어있을 때 하부 플레이트(150)가 연결장치 특징부(128)를 방해하지 않도록 구성된다.
제한 홀(158)은 하부 플레이트(150)를 상부 플레이트(110)에 고정하도록 사용될 수 있다. 삽입물(100)은 제한 장치(restraining device)(115)를 포함할 수 있다. 제한 장치(115)는 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(150)를 함께 보유하도록 구성된다. 제한 장치(115)는 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(150)가 원하는 거리를 넘어 분리되는 것을 막도록 또한 구성되고, 액츄에이터(180)가 미리 결정된 양으로 팽창하게 하도록 구성된다. 예시된 실시형태에서, 미리 결정된 양의 팽창은 6밀리미터이고, 이것은 삽입물(100)이 8밀리미터로부터 14밀리미터로 팽창되게 허용할 수 있다. 예시된 실시형태에서, 제한 장치(115)는 의학 봉합 재료로부터 제조된다. 다른 실시형태에서, 제한 장치(115)는 공압 액츄에이터(180)의 각각의 챔버에 일체형이다. 다른 실시형태에서, 제한 장치(115)는 상부 플레이트(110)와 하부 플레이트(150) 사이로 연장되는 주연부 주위의 스커트(skirt)이다. 몇몇 실시형태는 14밀리미터를 넘어 팽창하도록 구성될 수 있다. 다른 실시형태는 전위를 증가시키기 위해 하부 플레이트(150)에 쐐기(shim)가 첨가되도록 구성된다. 훨씬 다른 실시형태에서, 두께가 증가한 관절 부분(130)은 상부 플레이트(110)에 부착되어, 14밀리미터를 넘어 삽입물(100)의 높이를 추가로 연장시킨다.
예시된 실시형태에서, 삽입물(100)은 2개의 제한 장치(115)를 포함하고, 1개는 삽입물(100)의 각각의 측면에 있다. 제한 장치(115)는 하부 플레이트(150)의 외면과 접촉하고, 제한 홀(152)을 통과하고, 상부 플레이트(110)에 고정될 수 있다. 예시된 실시형태에서, 각각의 제한 장치(115)는 고정 패스너(124), 예컨대 나사에 의해 상부 부분(120)에 고정된다.
삽입물(100)은 전자 보드(140)를 또한 포함할 수 있다. 전자 보드(140)는 상부 플레이트(110) 또는 하부 플레이트(150) 내에 수용될 수 있다. 예시된 실시형태에서, 전자 보드(140)는 보드 수용 특징부(126) 내에 위치되고, 액츄에이터(180)에 인접하고 있다. 전자 연결장치(60)는 전자 보드(140)에 전자적으로 커플링될 수 있고, 연결장치 홀(129)을 통해 전자 보드(140)로부터 컨트롤러 조립체(200)로 연장될 수 있다. 전자 연결장치(60)는 외부 케이싱을 가지는 전기 와이어일 수 있다. 전자 하드웨어(142)는 전자 보드(140)에 커플링되고 이에 인접할 수 있다. 전자 하드웨어(142)는 센서, 음원, 예컨대 스피커 및 압전 소리 생성기, 및 광원, 예컨대 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
도 6은 도 4 및 도 5의 공압 액츄에이터(180)의 투시도의 예시이다. 도 7은 도 5 및 도 6의 제1 벨로즈(181)의 평면도이다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 각각의 벨로즈는 구획 경계(188)에 의해 둘러싸인 하나 이상의 공압 구획(187)을 포함하는 팽창성 재료로부터 제조된다. 벨로즈 및 다양한 구획(187)은 함께 매니폴딩된다. 예시된 실시형태에서, 벨로즈는 본 명세서에 기재된 바대로 인접한 벨로즈의 구획(187) 사이에 매니폴딩된다. 다른 실시형태에서, 매니폴드는 각각의 벨로즈를 별개로 배관연결(plumb)하도록 사용될 수 있다. 다른 실시형태에서, 각각의 벨로즈는 별개의 유체 공급원에 배관연결되고 별개로 작동된다. 공압 구획은 팽창되도록 구성되어서, 공압 구획은 팽창되고, 공압 힘을 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(150)의 상이한 구역에 걸쳐 분포시킨다. 액츄에이터(180) 내의 벨로즈(182)의 층의 형상, 크기 및 수는 소정의 압력에서 원하는 힘에 기초하여 선택될 수 있다. 실시형태에서, 공칭 힘은 20lbf이다. 몇몇 실시형태에서, 힘은 15% 초과로 변하지 않아야 한다. 몇몇 실시형태에서, 힘은 3lbf 초과로 변하지 않아야 한다.
벨로즈(182)의 형상은 힘의 전달, 및 전위의 규모를 최대화하도록 또한 구성될 수 있다. 벨로즈(182)의 형상의 변화는 표면적을 변경시킬 수 있고, 이것은 (동일한 압력에 대해) 힘의 규모를 변경시킬 수 있다. 벨로즈(182)의 형상의 변화는 힘의 인가의 중앙의 위치에 또한 영향을 미칠 수 있다.
예시된 실시형태에서, 제1 벨로즈(181) 및 제2 벨로즈(182)는 동일한 일반 개뼈(dog bone) 형상을 가진다. 제1 벨로즈(181)는 4개의 구획(187)을 가지고, 각각의 구획(187)은 제1 벨로즈(181)의 1개의 사분면에 있다. 각각의 구획(187)은 개뼈 형상의 사분면에 있다. 제1 벨로즈(181)에서, 4개의 구획(187)은 직접 유체 연통한다. 각각의 구획에 대한 구획 경계(188)는 개뼈 형상의 목(neck)을 따라 다른 구획(187)에 개방된다. 제1 벨로즈(181)는 각각의 구획(187)의 상부에 걸쳐, 각각의 구획(187)의 하부에서, 또는 둘 다에 걸쳐 유체 연통 홀(184)을 포함할 수 있다.
제1 벨로즈(181)는 유체 연결 탭(189) 및 유체 공급 연결장치(183)를 또한 가진다. 유체 연결 탭(189)은 개뼈 형상의 목으로부터 연장되고, 유체 공급 연결장치(183)와 유체 연통할 수 있다. 유체 공급 연결장치(183)는 제1 벨로즈(181)를 유체 공급 라인(70)에 유체로 연결하도록 구성된다.
제2 벨로즈(182)는 4개의 구획(187)을 가지고, 각각의 구획(187)은 제2 벨로즈(182)의 1개의 사분면에 있다. 각각의 구획(187)은 개뼈 형상의 사분면이다. 제2 벨로즈(182)에서, 4개의 구획(187)은 직접 유체 연통하지 않는다. 각각의 구획에 대한 구획 경계(188)는 다른 구획(187)으로부터 구획을 완전히 둘러싼다. 제2 벨로즈(182)는 각각의 구획(187)의 상부를 통해, 각각의 구획(187)의 하부에서, 또는 둘 다를 통해 유체 연통 홀(184)을 포함할 수 있다.
액츄에이터(180)는 복수의 환상 시일(186) 및 복수의 시일(185)을 포함할 수 있다. 예시된 실시형태에서, 환상 시일(186)은 접착제 고리이고, 시일(185)은 접착 디스크이다. 다른 실시형태에서, 환상 시일(186) 및 시일(185)은 인접한 구조물, 예컨대 인접한 벨로즈, 상부 플레이트(110) 또는 하부 플레이트(150)에 벨로즈를 접합함으로써 형성된다. 몇몇 실시형태에서, 환상 시일(186) 및 시일(185)은 RF 용접을 이용하여 형성된다. 환상 시일(186)은 인접한 벨로즈, 예컨대 제1 벨로즈(181) 및 제2 벨로즈(182)의 인접한 구획(187) 또는 2개의 인접한 벨로즈(182) 사이에 위치할 수 있다. 환상 시일(186)은 인접한 유체 연통 홀(184) 주위에 인접한 구획(187)을 실링하여서, 인접한 구획(187)은 유체 연통으로 함께 매니폴딩된다. 실시형태에서, 환상 시일(186) 및 이에 의해 형성된 매니폴드는 진공을 견딜 수 있다. 시일(185)은 또 다른 구획(187)에 인접하지 않은 구획(187)의 외면에 위치된다. 시일(185)은 유체 연통 홀(184)을 실링하도록 구성될 수 있고, 제1 벨로즈(181) 또는 제2 벨로즈(182)를 상부 플레이트(110) 또는 하부 플레이트(150)에 부착시킬 수 있다.
도 8은 도 4 및 도 5의 전자 보드의 투시도의 예시이다. 전자 보드(140)는 하부 플레이트(150)를 마주보는 보드 표면(731)을 포함할 수 있고, 액츄에이터(180)는 (도 5 및 도 6에 도시된 것처럼) 여기 사이에 있다. 하나 이상의 센서(102)는 전자 보드(140)에 연결될 수 있다. 센서(102)의 위치 및 수는 (도 7B에 도시된) 하부 플레이트(150)에 위치한 하나 이상의 자석(104)의 수 및 배치에 상응할 수 있다. 센서(102)는 자석(104)으로부터 거리를 검출할 수 있고, 이것은 상부 플레이트(110)와 하부 플레이트(150) 사이의 거리 및 각이 결정되게 허용할 수 있다.
스프링-작동식 기구
몇몇 실시형태에서, 삽입물(100)은 하나 이상의 기계적 액츄에이터(180), 예컨대 일정 또는 가변 힘 스프링에 의해 구성되고, 이것은 관절의 인접한 골 구조물 및 플레이트에 부하를 인가한다. 액츄에이터(180)의 수 및 유형은 상기 장치의 의도된 기능 및 액츄에이션 과정에 걸쳐 필요한 제어의 양을 포함하는 다수의 인자에 따라 달라질 수 있다.
도 9는 복수의 스프링 액츄에이터를 가지는 도 1의 삽입물의 실시형태의 확대도 예시이다. 도 9를 참조하면, 액츄에이터(180)는 스프링이다. 액츄에이터(180)는 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(150)와 영구적으로 부착되지 않고, 따라서 용이하게 제거될 수 있어서, 상이한 강성을 가지는 상이한 액츄에이터와 이것을 교환한다. 또한, 부착되지 않은 액츄에이터(180)는 상이한 크기, 형상 및 두께의 플레이트와 상부 플레이트(110) 및/또는 하부 플레이트(150)의 교환을 또한 허용하여서, 삽입물(100)이 위치결정되고 있는 부위의 필요한 치수를 가장 잘 일치시킨다. 부착되지 않은 액츄에이터(180)는 이후 상부 플레이트(110)에서 상부 액츄에이터 리세스(111)를 제공하고 하부 플레이트(150)에서 하부 액츄에이터 리세스(161)를 제공함으로써 삽입물(100) 내에 고정될 수 있다. 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(150)는 전체 삽입물 조립체를 함께 유지하는 가요성 또는 탄성 테더(tether)에 의해 또한 서로 연결될 수 있다.
대안적으로, 액츄에이터(180)는 하나 이상의 부착 기계장치에 의해 상부 플레이트(110) 또는 하부 플레이트(150)(또는 둘 다)와 (영구적으로 또는 제거 가능하게) 부착될 수 있다. 일 예에서, 액츄에이터(180)의 말단은 다양한 글루, 예컨대 사이아노아크릴레이트에 의해 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(150)에 접합되거나, 에폭시, 폴리우레탄 등에 의해 플레이트에 놓일 수 있다. 액츄에이터(180)는 각자의 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(150)에서 상응하는 고정 기계기구로 스내핑하고, 액츄에이터(180)의 말단을 위치로 잠그는 맞춤 말단(customized end)에 의해 또한 제조될 수 있다. 액츄에이터(180)는 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(150)의 하나 또는 둘 다 내에 또한 제조되고 형성될 수 있다.
스프링-작동식 관절 균형 맞춤용 삽입물치의 형상 및 치수는 또한 상당히 변할 수 있지만, 본 명세서에 기재되고 예시된 실시형태에서, 액츄에이터(180)는 대략 4 내지 8밀리미터(㎜)의 직경 및 대략 6 내지 10㎜의 확장 가능한 높이를 가지는 원통형 형상의 스프링이다. 액츄에이터(180)는 액츄에이터마다 1 내지 50파운드의 범위로 힘을 인가하고, 대략 1%의 힘 정확도 및 대략 0.2㎜의 변위 정확도를 가지도록 구성될 수 있다. 복수의 액츄에이터(180)를 사용할 때, 각각의 액츄에이터(180)는 독립적으로 제어되고 확장되거나 수축되어서, 상기 기재된 바대로 각이 지거나 기울어진 상부 플레이트(110) 또는 하부 플레이트(150)를 얻을 수 있다. 사용된 액츄에이터(180)의 수는 1개 내지 4개 이상 사이에 변할 수 있고, 액츄에이터(180)의 크기 및 이것이 배치된 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(150)의 표면적에 따라 달라질 수 있다. 액츄에이터(180)는 다양한 스트로크 길이, 형상, 치수 및 힘 용량을 가질 수 있다.
일 실시형태에서, 액츄에이터(180)는 압축될 때 힘을 생성하는 나선 또는 코일 스프링이다. 또 다른 실시형태에서, 액츄에이터(180)는 원뿔 또는 볼류트 스프링이고, 여기서 코일은 서로에 미끄러져서, 스프링의 동일한 정지 길이에 대해 더 큰 이동을 허용한다. 훨씬 또 다른 실시형태에서, 액츄에이터(180)는 압축될 때 구부러지는 캔틸레버 스프링(cantilever spring)이다. 스프링은 일반 재료, 예컨대 금속(강, 티탄, 알루미늄), 중합체 또는 고무로 제조될 수 있다. 도 9에 예시된 실시형태에서, 4개의 코일 스프링은 상부 플레이트(110)와 하부 플레이트(150) 사이에 위치된다. 하부 플레이트(150)는 힘, 변위, 및 각 측정 센서, 배터리에 의해 동력공급된 마이크로프로세서, 및 무선 통신을 위한 라디오를 함유할 수 있다.
액츄에이터(180)의 상이한 구성은 이점 및 단점을 제공한다. 액츄에이터(180)의 특정한 구성의 선택은 따라서 액츄에이션 및 측정에 대한 원하는 특징부 및 특정한 의도된 용도에 따라 달라질 수 있고, 이것은 외과의마다 달라질 수 있다. 액츄에이터로서의 기계적 스프링의 사용은 삽입물이 전체 무선 장치가 되도록 허용할 것이다. 일정한 힘 스프링에 의해 커플링된 무선 센서는 임의의 물리적 연결을 요하지 않는 삽입물을 제공하고, 그러므로 균형 맞춤 과정 동안 용이하게 제거되고 대체될 수 있다. 또한, 스프링 작동식 장치는 관절로 영구적으로 이식될 수 있는 반면, 다른 삽입물은 제거되고 동일한 형상의 영구 보철에 의해 이후 대체될 필요가 있다. 추가의 실시형태에서, 액츄에이터는 최종 위치로 잠겨지고 이후 외부 컨트롤러 및 전원으로부터 단절될 수 있다.
도 10은 액츄에이터가 없는 도 9의 삽입물(100)의 대안적인 확대도 예시이다. 예시된 실시형태에서, 하부 플레이트(150)는 하부 액츄에이터 리세스(161)를 마주보는 하부 플레이트 바디(151)의 외면으로부터 연장된 전자 리세스(162)를 포함한다. 전자 리세스(162)는 전자 보드(140) 및 감지된 데이터를 통신시키는 다른 전자제품, 예컨대 임의의 센서, 마이크로프로세서, 파워 모듈 또는 라디오를 하우징할 수 있다. 삽입물(100)은 하부 플레이트 바디(151)에 연결하고, 전자 리세스(162)를 커버하는 하부 플레이트 커버(163)를 포함할 수 있다.
재료, 형상 및 구성
삽입물(100)은 당해 분야의 당업자에게 공지된 생체적합성 또는 의학 등급 중합체 또는 금속 합금의 임의의 조합으로부터 제조될 수 있다. 생체적합성 재료는 제한된 접촉에 대해 순위 매겨질 수 있다. 재료는 압력, 온도, 유체 및 삽입물의 다른 성분 및 임의의 인접 골 표면, 연골, 인대 및 다른 조직과의 마찰을 지속하는 데 필요한 구조적 및 기계적 사양을 만족시키기 위해 필요할 것이다. 상부 플레이트(110) 및 특히 관절식 접촉 표면(139)의 재료는 대퇴부 골 또는 성분의 관절 표면을 손상시키지 않는 재료이어야 한다. 삽입물(100)은 수술 동안 감염의 위험을 최소화하기 위해 무균처리될 수 있는 재료로부터 또한 제조되어야 한다. 재료 요건은 특히 무균 및 내구성 요건과 관련하여 액츄에이터 및 몇몇 양상에서 센서에 또한 적용될 것이다. 실시형태에서, 삽입물(100)은 형광 투시 x선 검증에서 사용하기 위한 방사선불투과성 마커 또는 재료를 포함할 수 있다.
삽입물(100)의 크기는 환자 또는 관절의 유형에 따라 달라질 수 있다. 삽입물은 상이한 크기의 관절에 대해 여러 상이한 크기, 예컨대 작은, 중간 및 큰 옵션으로 생각한 바대로 제조될 수 있다. 일 실시형태에서, 중간 크기의 삽입물은 대략 70밀리미터(㎜)×45㎜일 수 있고, 8 내지 14㎜의 조정 가능한 높이를 가진다. 삽입물의 높이는 마주보는 골 구조물 사이의 관절의 공간 내에 초기에 들어맞도록 작동식 기구로부터 별개로 조정될 필요가 있을 수 있다. 이는 쐐기를 사용하여 수행될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 쐐기는 1 내지 6㎜의 높이를 포함하고, 1㎜ 증분으로 제공될 수 있다. 실시형태에서, 관절 부분(130)은 관절의 공간 내에 삽입물(100)의 초기 맞춤에 대한 상이한 높이로 하나에 대해 전환될 수 있다. 이후, 액츄에이터(180)는 부가적인 이동 및 적어도 최대 높이 변화의 공간을 제공할 수 있다. 일 실시형태에서, 삽입물의 최대 높이 변화는 4 내지 8㎜이다. 또 다른 실시형태에서, 최대 높이 변화는 5 내지 7밀리미터이다. 훨씬 또 다른 실시형태에서, 최대 높이 변화는 적어도 6㎜이다. 상기 장치의 다른 치수는 관절 및 인접 골, 인대 또는 연골의 원하는 형상 및 크기에 더 잘 들어맞도록 또한 조정 가능할 수 있다. 삽입물(100)은 무릎의 이동 범위에 걸쳐 상부 플레이트(110)와 하부 플레이트(150) 사이의 전단에서 안정하도록 또한 구성될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 팽창하는 벨로즈의 강성은 전단에 저항하도록 구성될 수 있다. 실시형태에서, 삽입물은 5lbf의 측면 부하에 저항할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 삽입물(100)의 동적 무릎 굴곡 각 측정의 범위는 10°의 과신전 내지 140°의 굴곡일 수 있다.
삽입물의 형상은 상기 장치의 의도된 사용에 따라 또한 달라질 수 있다. 삽입물(100)은 3구획, 2구획 또는 단일구획 설계를 가질 수 있다. 도 2 내지 도 10에 예시된 실시형태는 3구획 설계를 가진다. 도 11은 단일구획 구성을 가지는 도 1의 삽입물의 실시형태의 투시도 예시이다. 단일구획 설계를 가지는 삽입물(100)은 본질적으로 상기 장치의 세로 중간 아래에 2분할된 3구획 설계의 반일 수 있다. 단일구획 설계를 가지는 삽입물(100)은 하나 이상의 액츄에이터에 의해 분리된 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(150)를 여전히 포함한다. 단일구획 설계를 가지는 삽입물(100)은 다양한 유형의 수술 절차, 예컨대 관절성형술, 특히 부분 무릎 대체(여기서, 오직 무릎 관절의 절반이 대체됨)에 유리할 수 있다. 부분 무릎 대체 관절성형술은 무릎에서 인대 중 일부를 보존하고, 삽입물(100)은 관절의 오직 절반에 배치될 수 있어서, 액츄에이션에 의한 관절의 균형 맞춤을 허용하여, 유사하게 무릎에서 부가적인 인대의 제거의 필요성을 피한다. 부분 무릎 대체에서의 액츄에이터의 수는 무릎 관절의 오직 일부가 대체될 때 관절 균형 맞춤 과정의 사양 또는 사용자 선호도에 따라 변할 수 있다.
단일구획 설계를 가지는 다수의 삽입물(100)은 완전 무릎 대체(여기서, 중앙 십자형 인대가 무릎 관절의 옆의 측면으로부터 각각의 삽입물(100)을 슬라이딩시킴으로써 보존됨)에서 또한 사용될 수 있다.
상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(150)는 모듈식이어서, 상이한 유형의 센서 및 액츄에이터의 용이한 배치를 허용할 수 있다. 플레이트의 예시된 실시형태가 실질적으로 편평하더라도, 플레이트는 소정의 유형의 센서, 액츄에이터 및 인접 골 또는 다른 조직을 수용하도록 상이한 형상을 취할 수 있다. 일 실시형태에서, 플레이트는 인접 골로부터의 부하(예컨대, 대퇴부 관절구의 것)가 인가될 때 약간 변형되게 허용하는 탄성 특성을 가질 수 있다. 탄성 플레이트는 고무, 폴리우레탄, 실라스틱, 겔 충전 또는 공기 충전 용기로부터 제조될 수 있다.
몇몇 실시형태에서, 삽입물은 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이의 공간의 중앙 부분에 배치된 회전 베어링에 의해 구성될 수 있다. 베어링은 하부 플레이트에 대해 회전하도록 상부 플레이트를 제공하여서, 관절을 더 잘 균형 맞춤할 수 있는 부가적인 조정을 제공한다. 베어링은 하부 플레이트에 대한 상부 플레이트의 대략 5 - 10°의 회전(또는 베어링의 구성에 따라 이 반대) 또는 측 대 측 및 앞 대 뒤로의 병진을 제공하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 삽입물은 유일한 단일 플레이트 및 일련의 액츄에이터에 의해 또한 구성될 수 있고, 이들은 반대 골 표면과 접한다.
컨트롤러
도 12는 삽입물(100)에 연결된 도 1의 컨트롤러 조립체(200)의 실시형태의 투시도의 예시이다. 예시된 실시형태에서, 삽입물(100)은 공압 삽입물, 예컨대 도 4 및 도 5의 삽입물(100)이다. 컨트롤러 조립체(200)는 컨트롤러(240), 컨트롤러 마운트(230) 및 유체 공급 장치(220)를 포함할 수 있다. 컨트롤러 마운트(230)는 컨트롤러(240)를 환자의 사지, 예컨대 넓적다리에 탑재하기 위한 스트랩 또는 유사한 기계장치일 수 있다. 실시형태에서, 컨트롤러 마운트(230)는 컨트롤러(240)의 길이인 폭을 가진다. 컨트롤러 마운트(230)는 패스너, 예컨대 후크 및 루프 패스너를 사용하여 환자의 사지에 부착될 수 있다. 삽입물(100)은 삽입물 연결(55)에 의해 컨트롤러(240)에 연결될 수 있다. 삽입물 연결(55)은 도 4 내지 도 7에 도시된 유체 공급 라인(70) 및 전자 연결장치(60)를 포함할 수 있다.
유체 공급 장치(220)는 유체 동력의 자동화 공급원일 수 있거나, 유체 동력의 수동 조작 공급원, 예컨대 도 12에 예시된 바대로 공압 주사기일 수 있다. 유체 공급 장치(220)는 유체, 예컨대 가스를 컨트롤러(240) 및 삽입물(100)에 공급하여 삽입물(100)의 (도 4 내지 도 6에 도시된) 벨로즈(182)를 액츄에이션하도록 구성될 수 있다. 가스는 공기, 예컨대 실내 공기, 이산화탄소, 질소 또는 헬륨일 수 있다. 유체 공급 장치(220)는 컨트롤러 공급 라인(225)에 의해 컨트롤러(240)에 연결될 수 있다. 컨트롤러 공급 라인(225)은 컨트롤러(240)로부터 유체 공급 장치(220)로 연장되는 관일 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 압력 해제 밸브(226)는 컨트롤러(240)에 인접한 컨트롤러 공급 라인(225)의 말단에 위치될 수 있다. 압력 해제 밸브(226)는 공압 액츄에이터(180)가 미리 결정된 최대 압력, 예컨대 30psi 이상에서 충전되지 않도록 보장할 수 있다.
도 13은 도 12의 컨트롤러 조립체(200)의 컨트롤러(240)의 투시도의 예시이다. 컨트롤러(240)는 하우징 바디(241), 하우징 측면(243) 및 하우징 커버(242)를 포함할 수 있다. 하우징 바디(241)는 컨트롤러(240)의 하우징의 뒷면 및 3개의 측면을 포함할 수 있다. 하우징 측면(243)은 하우징의 4개의 측면을 형성하는 하우징 바디(241)의 말단에 부착될 수 있다. 하우징 커버(242)는 하우징의 인클로저를 형성하기 위해 하우징 바디(241) 및 하우징 측면(243)에 패스닝(fasten)될 수 있다. 버튼 막(244)은 하우징 커버(242)를 통해 접근 가능한 (도 15에 도시된) 다수의 버튼(251)을 커버할 수 있다. 배터리 커버(249)는 하우징 측면(243)의 반대인 하우징 바디(241)의 말단에 부착될 수 있고, (도 14에 도시된) 배터리(248)에 대한 접근을 제공할 수 있다.
도 14는 도 13의 컨트롤러(240)의 확대도의 예시이다. 하우징 바디(241)는 전자 챔버(253) 및 축전기 챔버(252)로 구성될 수 있다. 배터리(248) 및 컨트롤러 전자부품(245)은 전자 챔버(253) 내에 수용될 수 있다. 실시형태에서, 배터리(248)는 컨트롤러(240)에 적어도 1시간 동안 조작하는 충분한 전력을 가진다. 컨트롤러 전자부품(245)은 특히 컨트롤러 전자 보드(250), 버튼(251), 전파 라디오, 및 각 센서와 같은 센서(254)를 포함할 수 있다. 컨트롤러 전자 보드(250)는 전자 보드(140)와 전자 통신, 예컨대 무선 또는 유선 통신한다. 실시형태에서, 전자 연결장치(60)는 컨트롤러 전자 보드(250) 및 전자 보드(140)에 전자적으로 연결되고 커플링된다. 버튼(251)은 컨트롤러 전자 보드(250)에 부착될 수 있다. 각 센서(254)는 무릎 굴곡의 각을 표시할 수 있는 넓적다리의 각을 제공할 수 있다. 각 센서(254)는 가속계, 경사계 또는 유사한 장치일 수 있다.
축적 챔버(252)는 삽입물(100)의 공압 액츄에이터(들)가 압축 및 팽창을 겪으면서 압력 변동을 평탄하게 할 수 있다. 하우징 측면(243)은 하우징 바디(241)와 시일을 형성하여, 축적 챔버(252)로부터 누수를 방지할 수 있다.
컨트롤러(240)는 축적 챔버(252) 내에 작동 유체의 압력을 검출하기 위한 압력 센서(247), 및 압력 센서(247)를 제자리에 유지하도록 구성된 센서 마운트(246)를 또한 포함할 수 있다. 센서 마운트(246)는 하우징 측면(243)에 의해 하우징 바디(241) 내에 보유되게 하는 크기 및 형상일 수 있다. 실시형태에서, 컨트롤러(240)는 발광 다이오드(LED)를 또한 포함한다. LED는 특히 컨트롤러(240)가 활성화될 때를 나타낼 수 있다.
컨트롤러(240)는 마운팅 패스너(260)에 의해 컨트롤러 마운트(230)에 패스닝될 수 있다. 예시된 실시형태에서, 마운팅 패스너는 후크 및 루프 패스너이다. 다른 실시형태에서, 다른 유형의 패스너를 사용할 수 있다.
몇몇 실시형태에서, 컨트롤러는 무선 리모트로서 작용하고, 다양한 센서를 포함하는 삽입물(100)로부터의 데이터 및 압력 센서(247)를 포함하는 컨트롤러(240)로부터의 데이터를 디스플레이 시스템에 전달하도록 구성될 수 있다. 다른 실시형태에서, 적합한 디스플레이 스크린이 컨트롤러(240)의 일부로서 포함될 때, 컨트롤러(240)는 디스플레이 장치로서 직접적으로 또한 작용할 수 있다. 추가의 실시형태에서, 컨트롤러(240)는 디스플레이 장치에 직접적으로 용접된다.
관절 균형 맞춤 시스템(50)을 사용할 때, 삽입물(100)은 적절한 관절(예컨대, 이 실시예에서 무릎 관절) 내에 배치될 수 있다. 컨트롤러(240)는 압력을 펌프질하기 위해 유체 공급 장치(220), 예컨대 공압 주사기를 사용하여 외과의/작업자에 의해 충전될 수 있다. 실시형태에서, 공압 주사기는 20㎖ 주사기이다. 압력은 압력 센서(247)에 의해 모니터링될 수 있다. 압력은 디스플레이 스크린에서 그래픽 사용자 인터페이스에서 디스플레이 모듈(320)에 의해 디스플레이될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 최적 압력은 20psi 내지 30psi이다. 몇몇 실시형태에서, 압력은 한정된 힘을 발휘하도록 변형될 수 있다. 최적 힘은 40N 내지 200N일 수 있다. 관절 균형 맞춤 시스템(50)은 인가에 따라 상이한 범위에서 압력을 공급하도록 구성될 수 있다. 삽입물(100)이 팽창되면서(즉, 삽입물(100)을 액츄에이션하기 위해 압력 하에 팽창된 벨로즈), 무릎은 이용 가능한 이동의 완전 범위에 걸쳐 굴곡된다(구부러진다). 무릎이 굴곡되면서, 센서는 무릎 굴곡 각, 삽입물의 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이의 거리, 및 삽입물의 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이의 기울기를 측정할 수 있다. 이 정보는 디스플레이에 대한 유선 또는 무선 전달에 의해 그래프로 도시될 수 있다.
외과의는 인공 성분의 배치에, 골에 만들어진 절단부에, 또는 무릎의 인대에 적절한 변화를 실시하여, 환자에 가장 바람직한 전위 갭 및 기울기를 생성할 수 있다.
관절 균형 맞춤 시스템(50)은 수술 절차, 예컨대 전체 무릎 관절성형술 또는 부분 무릎 관절성형술 동안 무릎을 균형 맞추도록 사용될 수 있다. 컨트롤러 마운트(1030)는 환자의 넓적다리, 예컨대 하부 넓적다리 주위에 감싸이고 확고히 고정될 수 있다. 컨트롤러 마운트(230)의 후크 및 루프 패스너는 넓적다리에서 앞에 배치될 수 있다. 컨트롤러(240)는 환자의 넓적다리의 긴 축을 따라 정렬될 수 있고, 배터리 캡(249) 및 압력 밸브(226)는 근위로 마주보고, 삽입물 연결은 원위로 마주본다.
삽입물(100)은 경골 표면과 대퇴부 표면 사이에 위치결정될 수 있다. 하부 플레이트(150)의 하부 표면은 편평할 수 있고, 경골 골 절단과 직접 또는 간접 접촉할 수 있다. 상부 플레이트(110)의 상부 표면은 곡선화될 수 있고, 대퇴부 표면과 직접 또는 간접 접촉할 수 있다. 삽입물(100)은 편안하게 들어맞아야 하고, 경골 절단 표면에 중앙배치될 수 있다. 외과의는 곡선의 상부 표면이 대퇴부 관절구와 관절을 이룬다는 것을 검증할 수 있다. 삽입물(100)이 용이하게 삽입될 수 없을 경우, 외과의는 경골 절단 표면 및 대퇴부 관절구 사이의 갭이 적어도 삽입물(100)의 높이, 예컨대 8㎜라는 것을 검증할 수 있다. 삽입물(100)이 무릎에 너무 크거나 너무 작은 경우, 외과의는 상이한 크기의 삽입물을 선택할 수 있다.
이후, 액츄에이터는 유체 공급 장치(220)에 의해 미리 결정된 압력, 예컨대 20psi 내지 25psi으로 가압될 수 있고, 디스플레이 모듈(320)은 GUI에서 현재의 압력을 디스플레이할 수 있다. 삽입물(100)은 제1의 미리 결정된 높이, 예컨대 8㎜(여기서, 삽입물(100)은 팽창되지 않음)로부터 제2의 미리 결정된 높이, 예컨대 14㎜(여기서, 공압 액츄에이터는 완전히 팽창됨)로 팽창될 수 있다. 쐐기는 경골대퇴부 갭이 제2의 미리 결정된 높이보다 클 때 사용될 수 있다. 다른 실시형태에서, 관절 부분(130)은 경골대퇴부 갭이 제2의 미리 결정된 높이보다 클 때 더 두꺼운 관절 부분(130)과 교환될 수 있다.
삽입물(100)이 경골대퇴부 갭에 위치하고 팽창되면, 관절 균형 맞춤 시스템(50)은 0° 굴곡에서 무릎을 유지하고, GUI에서 제어 모듈에 의해 디스플레이된 보정 버튼을 선택함으로써 보정될 수 있다.
디스플레이 모듈(320)은 실시간으로 경골 표면과 대퇴부 표면 사이의 순 갭을 또한 디스플레이할 수 있다. 굴곡 및 신전에서 갭을 확인하기 위해, 0°에서 무릎을 유지하고, 디스플레이로부터의 갭을 판독한다. 이후, 90°로 무릎을 굴곡시키고, 디스플레이로부터의 갭을 판독한다. 이 과정은 필요한 바대로 수회 반복될 수 있다. 외과의가 골을 재절단하거나 성분을 재배치하기를 바라는 경우, 삽입물(100)은 (컨트롤러를 수축한 후) 제거될 수 있다. 외과의가 연조직 풀림을 수행하기를 바라고 충분한 접근이 있는 경우, 외과의는 제자리에서의 삽입물에 의한 연조직 풀림을 수행하고, 실시간으로 디스플레이에서 변화 갭을 모니터링할 수 있다.
관절 균형 맞춤 시스템(50)은 완전 신장과 완전 굴곡 사이에 무릎을 온화하게 굴곡시키기 위한 동적 무릎 균형을 측정하도록 또한 사용될 수 있다. 디스플레이 모듈(320)은 실시간으로 GUI에서 경골 표면과 대퇴부 표면 사이의 순 갭을 디스플레이할 뿐만 아니라, 갭을 기록하고 GUI에서 무릎 굴곡에 대해 경골대퇴부 갭의 도면을 나타낼 수 있다.
제자리에 삽입물(100)에 의해 인대를 풀고, 풀림을 수행하면서 경골대퇴부 갭 및 기울기의 변화를 모니터링함으로써 무릎의 균형은 실시간으로 변경되고 모니터링될 수 있다. 대퇴부 또는 경골 절단에 적합한 변화를 만들어 성분을 재정렬함으로써 무릎의 균형은 또한 실시간으로 변경되고 모니터링될 수 있다.
몇몇 실시형태에서, 관절 균형 맞춤 시스템(50)은 수정 모듈을 또한 포함할 수 있다. 수정 모듈은 삽입물(100) 및 컨트롤러(240)로부터 수신된 데이터를 해석하고, 임의의 인지된 불균형을 수정하기 위해 수술 절차에 대한 권고를 제공할 수 있다. 수정 모듈은 영상화 양상으로부터 골 기하학, 예컨대 수술 전 CT 또는 MRI 스캔, 인접한 골 구조물 사이의 각, 예컨대 대퇴부 골간(bone shaft)과 경골 골간 사이의 각, 및 인대 부착(수술 네비게이션 기구를 사용한 디지털화 랜드마크에 기초할 수 있음)을 포함하는 다른 입력을 수신할 수 있다.
수정 모듈은 예컨대 경질 바디(골 및 삽입물(210)을 대표함) 및 스프링(인대를 대표함)을 사용함으로써 삽입물(210)의 관절 표면에 걸쳐 힘을 계산할 수 있다. 수정 모듈은 인대 부착, 길이 및 강성을 개선하여, 관절 균형 맞춤 시스템(50)에서 센서에 의해 수집되고 결정된 힘 변위 데이터에 일치할 수 있다. 수정 모듈은 길이, 강성, 골 절단의 현재의 각 및 경골대퇴부 골간의 각에 기초하여 골 절단 및 인대에 대한 수정을 또한 계산할 수 있다.
힘이 좌우로 균형을 이루지만, 굴곡 및 신장에서 단단한 경우, 수정 모듈은 신장 및 굴곡에서 수집된 힘-변위 데이터에 기초하여 근위 경골로부터 절단되는 골의 양을 계산할 수 있다. 힘이 허용되고, 굴곡에서 좌우로 균형을 이루지만, 신장에서 단단한 경우, 수정 모듈은 신장에서 수집된 힘 대 변위 데이터에 기초하여 원위 경골로부터 절단되는 골의 양을 계산할 수 있다. 수정 모듈은 측정된 데이터에 기초하여 인대에 다른 권고, 예컨대 변형을 제공할 수 있다.
절단 가이드 및 절단 표면
도 15 및 도 16은 관절의 균형 맞춤 동안 골 및 조직의 절단을 유도하도록 사용된 삽입물(100)에 연결된 절단 가이드 조립체(400)의 실시형태를 예시한다. 절단 가이드 조립체(400)는 삽입물(100)에 탑재되어, 관절 균형 맞춤 동안 골, 연골 또는 인대의 단면을 절단하기 의한 가이드를 외과의에게 제공할 수 있다.
예시된 실시형태에서, 절단 가이드 조립체(400)는 절단 가이드 마운트(402), 절단 가이드(406) 및 마운팅 패스너(408), 예컨대 나사 또는 볼트를 포함한다. 절단 가이드 마운트(402)는 하부 플레이트(150) 또는 상부 플레이트(110)에서 삽입물(100)에 부착될 수 있다.
절단 가이드(406)는 마운팅 패스너(408)를 사용하여 절단 가이드 마운트(402)에 부착된다. 절단 가이드(406)는 하나 이상의 가이딩 슬롯(410)을 포함한다. 예시된 실시형태에서, 절단 가이드(406)는 2개의 평행 가이딩 슬롯(410)을 포함한다. 가이딩 슬롯(410)은 관절의 균형 맞춤 및 인공 관절 보철의 위치결정의 과정 동안 골, 연골, 인대 또는 다른 조직을 정렬하고 이에 절단을 만들도록 사용될 수 있다.
가이딩 슬롯(410)은 외과의가 골을 절단하면서 절단 장치 또는 톱의 블레이드를 유지하고 유도하는 편평한 표면을 가진다. 외과의는 절단 가이드의 슬롯으로 절단 톱을 삽입하고, 가이드의 위치 및 각을 유지하는 것을 돕는다. 여기 기재된 실시형태에서, 절단 가이드는 균형 맞춤 삽입물의 플레이트에 탑재되어서, 인대가 적절히 긴장되면서 절단이 이루어진다.
몇몇 실시형태에서, 상부 플레이트 또는 하부 플레이트의 표면은 분쇄(또는 밀링 또는 평탄화) 표면 또는 마모 표면으로 구성될 수 있어서, 이것은 상응하는 골 구조물에 대해 분쇄하고, 골 표면을 더 평활한 표면(플레이트에 더 용이하게 들어맞음)으로 분쇄하도록 조작된다.
당업자는 본 명세서에 개시된 실시형태와 연결되어 기재된 다양한 예시적인 논리 블록, 모듈 및 알고리즘 단계가 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 둘 다의 조합으로서 실행될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 하드웨어 및 소프트웨어의 이 호환성을 명확히 예시하기 위해, 다양한 예시적인 성분, 블록, 모듈 및 단계는 일반적으로 이의 기능의 면으로 상기 기재되었다. 이러한 기능이 하드웨어 또는 소프트웨어로서 실행되는지는 전체 시스템에 부여된 설계 구속에 따라 달라진다. 숙련자는 각각의 특정 분야에 대해 다양한 방식으로 기재된 기능을 실행할 수 있지만, 이러한 실행 결정은 본 발명의 범위로부터 벗어나는 것으로 해석되지 않아야 한다. 또한, 모듈, 블록 또는 단계 내의 기능의 그룹화는 설명의 용이를 위한 것이다. 특정 기능 또는 단계는 본 발명으로부터 벗어나지 않으면서 1개의 모듈 또는 블록으로부터 이동할 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시형태와 연결되어 기재된 다양한 예시적인 논리 블록 및 모듈은 범용 목적 프로세서, 디지털 신호 프로세서(digital signal processor: DSP), 응용 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit: ASIC), 필드 프로그래밍 가능한 게이트 어레이(field programmable gate array: FPGA) 또는 다른 프로그래밍 가능한 논리 장치, 별개의 게이트 또는 트랜지스터 논리, 별개의 하드웨어 성분, 또는 본 명세서에 기재된 기능을 수행하도록 설계된 임의의 이들의 조합에 의해 실행되거나 수행될 수 있다. 범용 목적 프로세서는 마이크로프로세서일 수 있지만, 대안에서, 프로세서는 임의의 프로세서, 컨트롤러, 마이크로컨트롤러, 또는 상태 기계일 수 있다. 프로세서는 컴퓨팅 장치의 조합, 예를 들어 DSP와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서, DSP 코어와 조합된 하나 이상의 마이크로프로세서, 또는 임의의 다른 이러한 구성으로서 또한 실행될 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시형태와 연결되어 기재된 방법 또는 알고리즘의 단계는 하드웨어에서, (예를 들어, 컴퓨터의) 프로세서에 의해 실행된 소프트웨어 모듈에서, 또는 2개의 조합으로 직접적으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 제거 가능한 디스크, CD-ROM, 또는 임의의 다른 형태의 저장 매체에 체류할 수 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서에 커플링될 수 있어서, 프로세서가 저장 매체로부터 정보를 판독하고 저장 매체에 정보를 쓸 수 있다. 대안에서, 저장 매체는 프로세서에 일체형일 수 있다. 프로세서 및 저장 매체는 ASIC에 체류할 수 있다.
다양한 실시형태가 상기 기재되어 있지만, 이들이 오직 예로서 제시되고 제한이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 폭 및 범위는 임의의 상기 기재된 예시적인 실시형태에 의해 제한되지 않아야 한다. 본 문헌이 당해 분야의 당업자에게 명확하거나 공지된 기술을 의미하지만, 이러한 기술은 현재 또는 미래의 임의의 시간에 당업자에게 명확하거나 공지된 것을 포함한다. 또한, 기재된 실시형태는 예시된 예의 체계 또는 구성으로 제한되지 않지만, 원하는 특징부가 다양한 대안적인 체계 및 구성을 이용하여 실행될 수 있다. 본 문헌을 읽은 후 당해 분야의 당업자에게 명확한 것처럼, 예시된 실시형태 및 이의 다양한 대안은 예시된 예로 구성되지 않으면서 실행될 수 있다. 당해 분야의 당업자는 대안적인 기능적, 논리적 또는 물리적 분할 및 구성이 기재된 실시형태의 원하는 특징부를 실행하기 위해 어떻게 이용될 수 있다는 것을 또한 이해할 것이다. 그러므로, 본 개시내용이 설명의 편의를 위해 무릎 관절의 균형을 맞추기 위한 삽입물을 도시하고 기술하지만, 본 개시내용에 따른 삽입물이 다양한 다른 구성으로 실행될 수 있고, 다양한 다른 유형의 관절, 예컨대 엉덩이, 어깨, 발목, 팔꿈치 및 척추 관절의 균형을 맞추기 위해 사용될 수 있는 것으로 이해될 것이다.
더욱이, 품목, 부재 또는 성분이 단수로 기재되고 청구될 수 있지만, 단수에 대한 제한이 명확히 기술되지 않은 한 복수가 이의 범위 내에 있는 것으로 고려된다. 몇몇 경우에 "하나 이상", "적어도", "이들로 제한되지 않음" 또는 다른 유사한 구절과 같은 광의의 언어 및 구절의 존재는 이러한 광의의 구절이 부재할 수 있는 경우에 더 좁은 경우가 의도되거나 필요하다는 것을 의미하는 것으로 이해되지 않아야 한다.
Claims (24)
- 디바이스로서,
관절(joint)의 제1 골 구조물과 접하도록(interface) 구성된 상부 플레이트로서, 상기 제1 골 구조물과 접하도록 구성된 상부면, 및 상기 상부면과는 반대쪽의 하부면을 포함하는, 상기 상부 플레이트;
상기 제1 골 구조물과 대향하는 상기 관절의 제2 골 구조물과 접하도록 구성된 하부 플레이트로서, 상기 제2 골 구조물과 접하도록 구성된 하부면 및 상기 하부 플레이트의 상기 하부면과는 반대쪽이고 상기 상부 플레이트를 향하여 대면하는 상부면을 포함하는, 상기 하부 플레이트;
상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 배치되고, 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트를 강제로 서로로부터 멀어지게 하기 위하여 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 전위력(distraction force)을 인가하도록 구성된 적어도 하나의 액츄에이터로서,
상기 적어도 하나의 액츄에이터의 각각은 적어도 하나의 벨로즈(bellows)를 포함하고,
상기 적어도 하나의 벨로즈의 각각은 서로 직접 유체 연통하는 복수의 구획을 포함하고, 상기 복수의 구획은 상기 하부 플레이트의 상기 상부면을 가로질러 그리고 상기 상부 플레이트의 상기 하부면을 가로질러 서로로부터 이격되는, 상기 적어도 하나의 액츄에이터;
(a) 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 간의 공간 관계를 나타내는 데이터, (b) 상기 복수의 액츄에이터에 의해 인가된 상기 전위력을 나타내는 데이터, 또는 (c) 이들의 조합 중 적어도 하나를 포착하도록 구성된 하나 이상의 센서; 및
상기 하나 이상의 센서에 통신 가능하게 커플링되어, 상기 하나 이상의 센서로부터 상기 데이터를 수신하도록 구성된 프로세서를 포함하는, 디바이스. - 제1항에 있어서, 상기 프로세서는 두 축에 있어서 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 간의 기울기를 결정하도록 더 구성되는, 디바이스,
- 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 액츄에이터는 복수의 벨로즈를 포함하는, 디바이스
- 제1항에 있어서, 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 배치되어 상기 상부 플레이트가 상기 하부 플레이트에 대해서 회전될 수 있게 하도록 구성된 베어링을 더 포함하는, 디바이스.
- 제4항에 있어서, 상기 베어링은 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 최대 10°의 회전을 제공하도록 구성되는, 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 상부 플레이트는 상기 상부 플레이트의 상기 상부면 상에 적어도 하나의 홈, 및 상기 적어도 하나의 홈 내에 적어도 하나의 관절식 접촉 표면(articular contact surface)을 포함하되, 상기 적어도 하나의 관절식 접촉 표면은 상기 관절에 대한 골의 관절구(condyle)와 접하여 관절을 이루도록 구성되는, 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 상부 플레이트는 상기 적어도 하나의 액츄에이터에 인접한 플레이트 부분과 상기 플레이트 부분에 패스닝된(fastened) 관절 부분을 포함하되, 상기 관절 부분은 상기 관절에 대한 골의 적어도 하나의 관절구와 접하여 관절을 이루도록 구성되는, 디바이스.
- 디바이스로서,
상부 플레이트로서,
플레이트 부분, 및
상기 플레이트 부분에 패스닝된 관절 부분으로서, 상기 플레이트 부분과는 반대쪽의 홈, 및 관절의 제1 골 구조물과 접하여 관절을 이루도록 구성된 관찰 표면을 포함하는, 상기 관절 부분;을 포함하는 상기 상부 플레이트;
상기 관절의 제2 골 구조물과 접하도록 구성된 하부 플레이트;
상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 배치되고, 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트를 강제로 서로로부터 멀어지게 하기 위하여 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 전위력을 인가하도록 구성된 적어도 하나의 액츄에이터로서,
상기 적어도 하나의 액츄에이터의 각각은 적어도 하나의 벨로즈를 포함하고,
상기 적어도 하나의 벨로즈의 각각은 서로 직접 유체 연통하는 복수의 구획을 포함하고, 상기 복수의 구획은 상기 하부 플레이트의 상부면을 가로질러 그리고 상기 상부 플레이트의 하부면을 가로질러 서로로부터 이격되는, 상기 적어도 하나의 액츄에이터;
(a) 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 간의 공간 관계를 나타내는 데이터, (b) 상기 복수의 액츄에이터에 의해 인가된 상기 전위력을 나타내는 데이터, 또는 (c) 이들의 조합 중 적어도 하나를 포착하도록 구성된 하나 이상의 센서를 포함하는, 디바이스. - 제8항에 있어서, 상기 하나 이상의 센서는 상기 하나 이상의 센서로부터 공간 데이터를 얻도록 구성된 전자 보드에 결합되고, 상기 하부 플레이트는 상기 액츄에이터에 인접하고 상기 하나 이상의 센서와 정렬된 하나 이상의 자석 리세스(magnet recess)를 포함하며, 상기 디바이스는 각각의 자석 리세스에 위치된 자석을 포함하는, 디바이스.
- 제8항에 있어서, 상기 적어도 하나의 벨로즈는 서로 직접 유체 연통하는 4개의 제1 구획을 포함하는 제1 벨로즈를 포함하되, 각각의 구획은 상기 제1 벨로즈의 사분면에 위치되고, 상기 적어도 하나의 벨로즈는 서로 직접 유체 연통하지 않는 4개의 제2 구획을 포함하는 제2 벨로즈를 포함하되, 상기 제2 구획의 각각은 상기 4개의 제1 구획 중 대응하는 구획에 인접하고 그리고 유체 연통하는, 디바이스.
- 제8항에 있어서, 상기 적어도 하나의 액츄에이터는 적어도 6㎜의 최소 높이 변화를 제공하는, 디바이스.
- 시스템으로서,
삽입물; 및
컨트롤러를 포함하는 컨트롤러 조립체를 포함하되,
상기 삽입물은,
관절의 골 구조물과 접하도록 구성된 상부 플레이트로서, 보드 수용 특징부를 포함하는, 상기 상부 플레이트,
상기 상부 플레이트로부터 이격되고, 상기 관절의 대향하는 골 구조물과 접하도록 구성된 하부 플레이트,
상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 배치되고, 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트를 강제로 서로로부터 멀어지게 하기 위하여 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 전위력을 인가하도록 구성된 적어도 하나의 액츄에이터로서,
상기 적어도 하나의 액츄에이터의 각각은 적어도 하나의 벨로즈를 포함하고,
상기 적어도 하나의 벨로즈의 각각은 서로 직접 유체 연통하는 복수의 구획을 포함하고, 상기 복수의 구획은 상기 하부 플레이트의 상부면을 가로질러 그리고 상기 상부 플레이트의 하부면을 가로질러 서로로부터 이격되는, 상기 적어도 하나의 액츄에이터,
상기 보드 수용 특징부에 위치되고, 상기 적어도 하나의 액츄에이터와 인접한 전자 보드, 및
상기 전자 보드에 커플링되고, 상기 전자 보드와 상기 적어도 하나의 액츄에이터 사이에 위치된 적어도 하나의 센서로서, (a) 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 간의 공간 관계, (b) 상기 적어도 하나의 액츄에이터에 의해 인가된 상기 전위력, 또는 (c) 이들의 조합 중 적어도 하나를 감지하도록 구성된, 상기 적어도 하나의 센서를 포함하고;
상기 컨트롤러는,
전자 챔버 및 축적 챔버로 형성된 하우징 바디, 및
상기 전자 챔버에 위치되고 상기 전자 보드와 전자 통신하는 하우징 전자 보드를 포함하는, 시스템. - 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 벨로즈는 제2 벨로즈와 인접하고 그리고 유체 연통하는 제1 벨로즈를 갖는 복수의 벨로즈를 포함하는, 시스템.
- 제12항에 있어서, 상기 컨트롤러는 두 축에 있어서 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 간의 기울기를 결정하도록 더 구성되는, 시스템.
- 제12항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 액츄에이터 내의 유체의 압력을 결정하기 위한 압력 센서를 포함하는, 시스템.
- 제15항에 있어서, 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 배치되어 상기 상부 플레이트가 상기 하부 플레이트에 대해서 회전될 수 있게 하도록 구성된 베어링을 더 포함하는, 시스템.
- 제16항에 있어서, 상기 베어링은 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 최대 10°의 회전을 제공하도록 구성되는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 디바이스는,
(1) 적어도 하나의 액츄에이터가 미리 결정된 힘인 상기 전위력을 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 인가하게끔 상기 프로세서가 상기 적어도 하나의 액츄에이터를 제어하도록 구성되고, 상기 미리 결정된 힘이 인가된 후에, 상기 프로세서가 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이의 적어도 하나의 거리를 나타내는 데이터를 상기 하나 이상의 센서로부터 수신하도록 더 구성되는 제1 모드; 및
(2) 상기 적어도 하나의 액츄에이터가 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이의 적어도 하나의 미리 결정된 거리를 생성시키는데 충분한, 충분한 힘인 상기 전위력을 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 인가하게끔 상기 프로세서가 상기 적어도 하나의 액츄에이터를 제어하도록 구성되고, 상기 충분한 힘이 인가된 후에, 상기 프로세서가 상기 충분한 힘을 나타내는 데이터를 상기 하나 이상의 센서로부터 수신하도록 더 구성되는 제2 모드
중 선택된 하나의 모드에서 선택적으로 동작 가능하도록 구성되는, 디바이스. - 제12항에 있어서, 상기 시스템은,
(1) 적어도 하나의 액츄에이터가 미리 결정된 힘인 상기 전위력을 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 인가하게끔 상기 컨트롤러가 상기 적어도 하나의 액츄에이터를 제어하도록 구성되고, 상기 미리 결정된 힘이 인가된 후에, 상기 컨트롤러가 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이의 적어도 하나의 거리를 나타내는 데이터를 상기 적어도 하나의 센서로부터 수신하도록 더 구성되는 제1 모드; 및
(2) 상기 적어도 하나의 액츄에이터가 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이의 적어도 하나의 미리 결정된 거리를 생성시키는데 충분한, 충분한 힘인 상기 전위력을 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 인가하게끔 상기 컨트롤러가 상기 적어도 하나의 액츄에이터를 제어하도록 구성되고, 상기 충분한 힘이 인가된 후에, 상기 컨트롤러가 상기 충분한 힘을 나타내는 데이터를 상기 적어도 하나의 센서로부터 수신하도록 더 구성되는 제2 모드
중 선택된 하나의 모드에서 선택적으로 동작 가능하도록 구성되는, 시스템. - 삭제
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