KR20030002219A - 고관절수술로봇을 위한 대퇴골 고정식 로봇설치대 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고관절 수술용 로봇을 위하여 대퇴골이 고정되여 설치된 로봇용 설치대에 관한 것으로, 고관절(10a)을 수술하기 위한 장치에 있어서, 대퇴골(10)을 고정시키는 다수의 고정용 클램프(40), 상기 고정용 클램프(40)와 체결부재(46)에 의하여 연결된 링크(42) 및 상기 링크(42)와 체결부재(46)에 의하여 연결된 로봇설치대(44)로 구성되어, 상기 대퇴골(10)과 로봇(50)간의 움직임을 봉쇄함으로써 로봇이용 고관절 수술을 용이하게 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

고관절수술로봇을 위한 대퇴골 고정식 로봇설치대{Femur clamping robot mount for robotic total hip arthroplasty}

본 발명은 고관절을 수술하기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고관절 수술용 로봇을 위하여 대퇴골이 고정되어 설치된 로봇용 설치대에 관한 것이다.

본 발명은 시멘트 비사용 인공 관절 주대의 시술을 개선하기 위한 것이다. 일반적으로 인공 관절은 비구(acetabulum) 부분과 대퇴골(femur) 부분으로 구분되어 있어, 대퇴골 부분은 금속이나 세라믹, 비구 부분은 폴리에틸렌으로 각각 제조하거나, 양쪽 모두를 세라믹으로 제조하여 사용하고 있다.

그리고, 인체의 대퇴골은 피질골 또는 다공질 뼈로 구성되어 있으며 내부에 길이 방향으로 골내강이 있고 이 골내강을 적절한 크기로 파내고 이곳에 시멘트를채워 넣은 후 인공 관절 주대(stem)를 삽입하여 시멘트로 고정시키거나, 표면에 다공질 또는 거친 표면등이 형성된 주대를 삽입하여 대퇴골이 성장하면서 거친 표면층에 생리학적으로 고착될 수 있도록 하는 비사용 방법을 사용하고 있다.

시멘트를 사용하는 경우에는 뼈와 주대 사이의 공간을 시멘트가 채우게 되나, 시멘트 비사용 방법의 경우에는 뼈와 주대 사이에 공간이 없어 뼈가 자라나서 주대와 직접 접촉하게 된다. 따라서, 뼈 내부의 골내강을 파낼 때 삽입할 주대의 모양에 정확히 맞도록 파내는 작업이 중요하다.

도 1은 종래의 수작업으로 고관절을 수술하는 방법에 관한 순서도이다. (1) ~ (6)은 수작업으로 인공관절의 삽입을 준비하는 순서를 보여주고 있다. (1)은 대퇴골(10)에 리머(reamer)(20)를 삽입하기 시작하는 그림이다. (2)에서 상기 리머(20)는 상기 대퇴골(10) 안을 파고 들어가게 된다. (3)에서는 다시 상기 리머(20)를 제거한다. 상기 리머(20)가 제거되면, 상기 대퇴골(10)의 내부에는 리머삽입부(12)가 형성된다.

(4)에서는 삽입할 인공 관절과 같은 모양의 브로우취(broach)(30)를 상기 대퇴골(10)에 다시 밀어 넣는다. (5)에서 상기 대퇴골(10)의 안쪽은 상기 브로우취(30)의 형태대로 깎여나가게 된다. (6)에서 상기 브로우취(30)를 제거하면 상기 대퇴골(10)의 안쪽은 인공 관절과 같은 모양으로 깎여 있게 된다.

인공관절이 삽입되어야 할 위치는 해부학적으로 결정되나, 실제 수술시에 정확히 그 위치를 찾기는 쉽지 않다. 의사는 리머(20)를 이용해서 인공관절과 대퇴골(10)을 정렬시킨다.

일단 정렬이 된 이후에는 상기 브로우취(30)를 이용해서 (3)에서 뚫은 구멍을 인공관절 형태대로 다듬는다. 주로 (5)의 뼈제거부(14)의 뼈를 제거하는 작업을 하며, 이 작업이 끝나고 나면 (6)의 인공관절 삽입부(16)의 형태로 뼈 안에 구멍이 파이게 된다.

종래의 이러한 수작업을 개선한 진보된 기술로서는, 로봇을 이용하여 뼈의 내부를 인공 관절 모양대로 가공하는 기술이 있다. 이 경우, 형상 정밀도가 개선되어 뼈와 인공관절이 꼭 맞게 되므로 수술 후 회복에 좋은 영향을 미치며, 또한 인공 관절이 수작업으로 한 경우보다 좀더 바른 위치에 삽입되어 장기적으로 좋은 결과를 줄 수 있다.

따라서, 로봇을 이용한 고관절 수술시스템이 사용되고 있는데, 도 4는 종래의 외부 지지식 로봇수술 시스템의 개략적인 설명도이다. 종래의 시스템은 기본적으로 수술대(100), 환자(110), 로봇(120) 및 컴퓨터(130)로 구성되어 있으며 점선은 상기 로봇(120)의 작업공간(140)을 나타내었다. 현재까지는 이러한 고관절 로봇 수술 시스템에 사용되는 로봇(120)은 도 4에서와 같이 그 바닥(basement)이 수술실 바닥 또는 수술 침대에 고정되어 있는 식으로서, 전체적인 크기가 크고 작업공간(workspace)이 넓다. 점선영역으로 표시된 작업공간(140)이 로봇(120의 작업 공간이므로 너무 넓은 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 고관절 로봇수술의 보조 도구인 대퇴골 고정식 로봇 설치대를 고안하여로봇수술을 쉽게 하고 수술시 정밀도를 높일 수 있도록 함에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 고관절(10a)을 수술하기 위한 장치에 있어서, 대퇴골(10)을 고정시키는 다수의 고정용 클램프(40), 상기 고정용 클램프(40)와 체결부재(46)에 의하여 연결된 링크(42) 및 상기 링크(42)와 체결부재(46)에 의하여 연결된 로봇설치대(44)로 구성되어, 상기 대퇴골(10)과 로봇(50)간의 움직임을 봉쇄함으로써 로봇이용 고관절 수술을 용이하게 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 고관절수술 로봇을 위한 대퇴골 고정식 로봇설치대에 의하여 달성된다.

일반적으로 고관절 로봇수술 시스템을 사용하면 뼈와 인공관절을 정확히 맞출 수 있다고 하나, 상대적으로 장점에 비하여 로봇수술 시스템이 크고 가격이 비싸므로 널리 사용되지는 못하고 있다. 수술용 로봇의 크기와 가격이 비싸지는 것은 로봇의 작업공간이 넓기 때문이며, 실제 수술에 필요한 작업 공간은 크지 않음에도 불구하고 로봇의 바닥에서 환자 대퇴골까지 접근하기 위해 준비하여야 하는 작업 공간이 이러한 수술용 로봇의 작업공간의 대부분을 차지한다.

따라서, 가공하려고 하는 대상인 대퇴골 자체에 로봇을 부착할 수 있다면 로봇의 크기 자체를 크게 줄일 수 있다. 즉, 고관절 로봇수술 시스템의 크기와 비용이 감소하여 그 적용성이 대폭 증가할 것으로 예상할 수 있다.

실제 인공 고관절 수술시에는 대퇴골이 전부 드러나는 것이 아니며, 의사도 가능한한 절개 부위를 적게 하려고 하므로 대퇴골에 로봇을 설치하여 사용하기 위해서는 특수하게 설계된 클램프 및 로봇설치대가 필요하다. 따라서, 본 발명에서는 대퇴골에 로봇을 설치할 수 있는 설치대를 부착할 수 있도록 하여 소형 수술로봇을사용할 수 있도록 하였다.

도 5는 이러한 대퇴골 고정식 로봇수술의 설명도이다. 컴퓨터(130)를 이용하여 로봇(120)을 조정하나, 도 4에 비하여 로봇(120)에게 요구되는 작업공간(140a)을 대폭 줄일 수 있음을 알 수 있다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 발명의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 분명해질 것이다.

도 1은 종래의 수작업으로 고관절을 수술하는 방법에 관한 순서도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고관절수술로봇을 위한 대퇴골 고정식 로봇설치대의 개략적인 단면도이다.

도 3은 도 2에 도시된 고관절수술로봇을 위한 대퇴골 고정식 로봇설치대의 사용상태도이다.

도 4는 종래의 외부 지지식 로봇수술의 설명도이다.

도 5는 본 발명에 따른 대퇴골 고정식 로봇수술의 설명도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*

(1) : 리머를 삽입하기 시작한다.

(2) : 리머로 대퇴골의 내부를 파고 들어간다.

(3) : 리머를 제거한다.

(4) : 브로우취를 삽입하기 시작한다.

(5) : 뼈제거부를 제거한다.

(6) : 브로우취를 제거한다.

10 : 대퇴골 10a : 고관절

12 : 리머삽입부 14 : 뼈제거부

16 : 인공관절 삽입부 20 : 리머

30 : 브로우취 40 : 고정용 클램프

42 : 링크 44 : 로봇설치대

46 : 체결부재 50 : 로봇

60 : 조직 100 : 수술대

110 : 환자 120 : 로봇

130 : 컴퓨터 140,140a : 작업공간

이하 본 발명에 따른 고관절수술로봇을 위한 대퇴골 고정식 로봇설치대의 구성에 대하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고관절수술로봇을 위한 대퇴골 고정식 로봇설치대의 개략적인 단면도이다. 수술시 의사는 다리 및 골반의 조직(60)을 절개하고 대퇴골(10)을 약간 바깥쪽으로 끄집어내게 된다. 의사는 다리 조직(60)을 약간 절개하고 뼈 고정용 클램프(40)를 이용하여 상기 대퇴골(10)을 단단히 고정하게 된다. 이 때 뼈 고정용 클램프(40)는 상기 대퇴골(10)과 상기 조직(60) 사이로 들어가게 되므로, 상기 대퇴골(10)을 상기 조직(60) 바깥으로 크게 들어내지 않고도 설치할 수 있으며, 이 형태는 기존 의료용구인 로만 클램프(Roman Clamp)를 사용할 수 있다.

로봇설치대(44)는 고정용 클램프(40)와 링크(42)를 통하여 연결되어 있으며, 정상적으로 설치하였을 때 대퇴골(10) 위쪽에 위치하게 되어 있다. 따라서, 이곳에로봇(50)을 설치하여 로봇수술을 시행할 수 있다. 상기 로봇설치대(44)와 상기 링크(42) 간에는 체결부재(46)에 의하여 체결되어 있으며, 상기 링크(42)와 상기 고정용클램프(40) 간에도 체결부재(46)에 의하여 체결되어 있다.

도 3은 도 2에 도시된 고관절수술로봇을 위한 대퇴골 고정식 로봇설치대의 사용상태도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 고정용 클램프(40)는 상기 대퇴골(10)과 상기 조직(60) 사이로 집어 넣을 수 있으므로 절개를 최소한으로 할 수 있으며, 실제 수술시에 설치도 간편하다. 본 도면에서는 링크(42)가 고정식으로 되어 있다. 상기 로봇 설치대(44)는 로봇을 설치하면서 최대의 안정성을 얻는 동시에 로봇의 작업을 방해하지 않도록 'ㄷ'자 모양으로 만들어져 있다.

도 5는 본 발명에 따른 대퇴골 고정식 로봇수술의 설명도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 로봇(120)의 작업에 필요한 작업공간(140a)은 도 4의 작업공간(140)에 대비하여 매우 작음을 알 수 있다.

이하 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 고관절수술로봇을 위한 대퇴골 고정식 로봇설치대의 결합 및 작용에 대하여 설명하기로 한다.

도 2에서와 같이 링크(42)는 로봇설치대(44)와 고정용 클램프(40)를 서로 단단히 고정하여 로봇수술 중 로봇(50)과 대퇴골(10)의 상대 위치가 변하기 않도록 해 준다. 단, 환자의 대퇴골(10)의 크기에 따라 수술 전에 로봇설치대(44)와 고정용 클램프(40)를 조정할 수 있도록 조이고 풀 수 있는 장치를 해 놓아 여러 환자에게 적합하게 조절하여 사용할 수 있도록 되어 있다.

상기 언급한 바와 같이 본 고안에 따른 고관절수술로봇을 위한 대퇴골 고정식 로봇설치대에 의하면, 종래의 외부 지지식 로봇수술에 비하여 전체크기가 작고(약 15cm정도) 작업 공간이 좁으므로 보급이 쉬울 것으로 예상되어 결론적으로 로봇수술을 널리 활용할 수 있도록 해 준다.

또한, 본 발명에 따른 고관절수술로봇을 위한 대퇴골 고정식 로봇설치대를 사용할 경우 대퇴골(10)을 직접 고정함으로써 대퇴골(10)과 로봇(50) 사이의 움직임이 원천적으로 봉쇄되어 로봇수술시 정밀도를 증가시킬 수 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함한다.

Claims (1)

1. 고관절(10a)을 수술하기 위한 장치에 있어서, 대퇴골(10)을 고정시키는 다수의 고정용 클램프(40), 상기 고정용 클램프(40)와 체결부재(46)에 의하여 연결된 링크(42) 및 상기 링크(42)와 체결부재(46)에 의하여 연결된 로봇설치대(44)로 구성되어,

   상기 대퇴골(10)과 로봇(50)간의 움직임을 봉쇄함으로써 로봇이용 고관절 수술을 용이하게 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 고관절수술 로봇을 위한 대퇴골 고정식 로봇설치대.