KR102618956B1 - 고관절 수술 동안 다리 길이 변경을 결정하기 위한 시스템들 및 방법들 - Google Patents
고관절 수술 동안 다리 길이 변경을 결정하기 위한 시스템들 및 방법들 Download PDFInfo
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Abstract
시스템 및 방법은 고관절(hip) 및 기타 수술의 계획 및 수행을 용이화한다. 고관절의 컴퓨터 모델이 생성되고 디스플레이될 수 있다. 고관절의 본연 부분(native portion)을 대체하는 고관절 컴포넌트의 템플릿이 모델 상에 중첩될 수 있다. 다리 길이, 오프셋, 또는 전후(AP; anterior-posterior) 위치에서의 변경뿐만 아니라 모델 상의 랜드마크와 템플릿 상의 한 위치 사이의 가상 거리가 결정될 수 있다. 수술 동안, 가상 거리에 대응하는 물리적 거리가 획득될 수 있다. 템플릿은 물리적 거리와 정합하도록 모델에 대해 이동될 수 있고, 다리 길이, 오프셋, 또는 전후(AP) 위치에서의 새로운 변경 값들이 결정될 수 있다. 새로운 변경 값들이 평가될 수 있고, 수술이 진행될 수 있거나, 대안적인 컴포넌트에 대응하는 템플릿들을 이용하여 프로세스가 반복될 수 있다.
Description
관련 출원의 상호참조
본 출원은, 그 전체 내용을 참조에 의해 본 명세서에 포함시키는, 2017년 3월 14일 Stephen B. Murphy와 William S. Murphy에 의해 출원된 발명의 명칭이 "SYSTEMS AND METHODS FOR DETERMINING LEG LENGTH CHANGE DURING HIP SURGERY"인, 미국 특허 가출원 번호 제62/471,049호의 혜택을 주장한다.
이하의 설명은 다음과 같은 첨부된 도면들을 참조한다 :
도 1은 인간의 고관절 부분(portion of a human hip)의 개략도이다;
도 2는 하나 이상의 실시예에 따른 모듈식 고관절 임플란트(modular hip implant)의 한 예의 분해도이다;
도 3은 하나 이상의 실시예에 따른 예시적인 수술 계획 시스템(surgical planning system)의 개략도이다;
도 4a 및 도 4b는 하나 이상의 실시예에 따른 예시적인 방법의 흐름도의 부분도이다;
도 5는 하나 이상의 실시예에 따른 예시적인 계획 윈도우의 개략도이다;
도 6은 하나 이상의 실시예에 따른 예시적인 계획 윈도우의 개략도이다;
도 7은 하나 이상의 실시예에 따른 예시적인 고관절 컴포넌트가 내부에 임플란트된 고관절의 일부의 개략도이다.
도 8a 내지 도 8c는 하나 이상의 실시예에 따른 예시적인 방법의 흐름도의 부분도이다.
도 9a 및 도 9b는 하나 이상의 실시예에 따른 예시적인 방법의 흐름도의 부분도이다;
도 10은 하나 이상의 실시예에 따른 예시적인 계획 윈도우의 개략도이다;
도 11은 하나 이상의 실시예에 따른 고관절 컴포넌트의 디지털 템플릿을 포함하는 도 10의 예시적인 계획 윈도우의 개략도이다.
도 12는 하나 이상의 실시예에 따른 예시적인 계획 윈도우의 개략도이다;
도 13은 하나 이상의 실시예에 따른 예시적인 계획 윈도우의 개략도이다;
도 14는 하나 이상의 실시예에 따른 예시적인 계획 윈도우의 개략도이다;
도 15는 하나 이상의 실시예에 따른 예시적인 데이터 처리 디바이스의 개략도이다; 및
도 16은 하나 이상의 실시예에 따른 모델링 윈도우에서 프리젠팅되는 임플란트의 예시적인 CAD 도면의 개략도이다.
도 1은 인간의 고관절 부분(portion of a human hip)의 개략도이다;
도 2는 하나 이상의 실시예에 따른 모듈식 고관절 임플란트(modular hip implant)의 한 예의 분해도이다;
도 3은 하나 이상의 실시예에 따른 예시적인 수술 계획 시스템(surgical planning system)의 개략도이다;
도 4a 및 도 4b는 하나 이상의 실시예에 따른 예시적인 방법의 흐름도의 부분도이다;
도 5는 하나 이상의 실시예에 따른 예시적인 계획 윈도우의 개략도이다;
도 6은 하나 이상의 실시예에 따른 예시적인 계획 윈도우의 개략도이다;
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도 8a 내지 도 8c는 하나 이상의 실시예에 따른 예시적인 방법의 흐름도의 부분도이다.
도 9a 및 도 9b는 하나 이상의 실시예에 따른 예시적인 방법의 흐름도의 부분도이다;
도 10은 하나 이상의 실시예에 따른 예시적인 계획 윈도우의 개략도이다;
도 11은 하나 이상의 실시예에 따른 고관절 컴포넌트의 디지털 템플릿을 포함하는 도 10의 예시적인 계획 윈도우의 개략도이다.
도 12는 하나 이상의 실시예에 따른 예시적인 계획 윈도우의 개략도이다;
도 13은 하나 이상의 실시예에 따른 예시적인 계획 윈도우의 개략도이다;
도 14는 하나 이상의 실시예에 따른 예시적인 계획 윈도우의 개략도이다;
도 15는 하나 이상의 실시예에 따른 예시적인 데이터 처리 디바이스의 개략도이다; 및
도 16은 하나 이상의 실시예에 따른 모델링 윈도우에서 프리젠팅되는 임플란트의 예시적인 CAD 도면의 개략도이다.
사람의 고관절은, 예를 들어, 노화, 변형, 질병 또는 부상으로 인해 열화될 수 있다. 정형외과 보철 임플란트(prosthetic implant)는 이러한 열화로 인한 그 이용성을 복원하기 위해 고관절의 일부 또는 전부를 대체하는데 흔하게 이용된다. 도 1은 환자(102)의 고관절(100)의 일부의 개략도이다. 고관절(100)은 골반(104) 및 대퇴골(106)을 포함한다. 골반(104)은, 장골(108), 전상장골극(ASIS)(anterior superior iliac spine, 110), 치골(111) 및 관골구(112)를 포함한다. 대퇴골(106)은, 헤드(114), 네크(116), 대전자(greater trochanter, 118) 및 소전자(lesser trochanter, 120)를 포함한다.
고관절 전치환(total hip replacement) 또는 고관절 전치환술(total hip arthroplasty)에서, 대퇴골 헤드(femoral head)와 대퇴골 네크(femoral neck)의 일부를 포함한 환자의 본연 대퇴골(native femur)의 일부가 절제되어 보철 대퇴골 컴포넌트로 대체된다. 대퇴골 컴포넌트는 전형적으로 네크 부분 및 대퇴골 헤드를 포함하는 대퇴골 고관절 줄기(femoral hip stem)를 포함한다. 대퇴골 고관절 줄기의 일부는 환자의 대퇴골 대퇴관(femoral canal) 내에 위치한다. 대퇴골 고관절 줄기는, 뼈 시멘트(bone cement)를 이용하여, 또는 주변의 뼈를 줄기 속으로 성장시킴으로써 대퇴관 내에 고정될 수 있다. 네크 부분은 대퇴골 고관절 줄기의 근위 단부(proximal end)로부터 연장되어, 보철 대퇴골 헤드를 지지한다. 보철 대퇴골 헤드는 환자의 관골구 내에 삽입된 관골구 컵(acetabular cup) 등의 보철 관골구 컴포넌트 내에 수용된다. 관골구 라이너(acetabular liner)는 관골구 컵 내부에 배치될 수 있다.
보철 고관절 컴포넌트는 모듈식 컴포넌트일 수 있다. 예를 들어, 대퇴골 고관절 줄기, 네크 부분, 및 대퇴골 헤드는 별개의 컴포넌트들일 수 있다. 일부 실시예에서, 네크 부분 및/또는 근위 신체 부분은 모듈식 컴포넌트로 형성될 수 있다. 이들이 모듈식이기 때문에, 상이한 크기들 또는 상이한 설계 특성들을 갖는 컴포넌트들이 특정한 임플란트를 형성하도록 선택될 수 있다.
도 2는 한 실시예에 따른 예시적인 모듈식 고관절 임플란트(200)의 분해도이다. 고관절 임플란트(200)는 대퇴골 어셈블리(202) 및 관골구 어셈블리(204)를 포함할 수 있다. 대퇴골 어셈블리(202)는, 원위 단부(208) 및 근위 단부(210)를 갖는 연장된 대퇴골 고관절 줄기(206)를 포함할 수 있다. 대퇴골 어셈블리(202)는 보철 네크 부분(212) 및 보철 대퇴골 헤드(214)를 더 포함할 수 있다. 네크 부분(212)은 대퇴골 고관절 줄기(206)의 근위 단부(210)에 부착될 수 있다. 네크 부분(212)은 어깨(215) 및 마운트(216)를 포함할 수 있다. 대퇴골 헤드(214)는 보어(bore, 218)를 포함할 수 있고, 예를 들어 보어(218) 내에 마운트(mount, 216)를 수용함으로써 대퇴골 헤드(214)가 네크 부분(212) 및 그에 따라 대퇴골 고관절 줄기(206)에 부착되는 것을 허용한다. 관골구 어셈블리(204)는 관골구 컵(220) 및 관골구 컵(220) 내에 끼워지는 라이너(222)를 포함할 수 있다.
예시적인 고관절 임플란트(200)는 단지 예시의 목적을 위한 것이며, 본 개시내용은 추가적인 또는 더 적은 수의 모듈식 컴포넌트들 또는 요소들을 갖는 고관절 임플란트를 포함한 다른 설계의 고관절 임플란트와 함께 이용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 고관절 임플란트는 네크 부분이 통합된 고관절 줄기를 포함할 수 있고, 여기서 고관절 줄기 및 네크 부분은 단일의 통합된 컴포넌트이다. 이러한 줄기는, 짧은 네크 및 긴 네크 길이, 127° 및 135° 네크 각도 등의 상이한 네크 길이 및 네크 각도 조합들로 제공될 수 있다. 대안으로서, 고정된 네크에는 표준 오프셋 및 높은 오프셋 버전이 제공될 수 있고, 여기서 높은 오프셋은, 헤드 중심의 종방향 위치가 변경되지 않은 상태에서, 표준 오프셋 버전과 비교하여 헤드 중심이 종방향 줄기 축으로부터 8mm 더 멀어지는 결과를 줄 수 있다.
예시적인 고관절 임플란트로는, 특히, Tennessee주 Memphis시의 Smith & Nephew, Inc.로부터 입수가능한 Synergy hip system, Indiana주 Warsaw시의 Depuy Orthopaedic, Inc.로부터 입수가능한 Summit hip system, Indiana주 Warsaw시의 Biomet, Inc.로부터 입수가능한 Epoc Hip System이 포함된다. 본 발명은 또한, 비모듈식 고관절 임플란트에서도 이용될 수 있다.
고관절 교체시, 다리 길이, 오프셋 및/또는 전후(AP; anterior-posterior) 위치에서의 변경이 발생될 수 있다. 다리 길이란, 다리의 세로 길이를 말하며, 예를 들어 골반 상의 한 위치로부터 대퇴골 상의 한 지점 등의 다리를 따른 어떤 위치까지 측정될 수 있다. 오프셋이란, 고관절을 통한 측면 또는 가로 치수를 지칭한다. AP 위치란, 종축 및 횡축 또는 가로축에 직교하는 축을 따른 변경을 지칭한다. 고관절 교체 수술의 결과로서 다리 길이, 오프셋 및/또는 AP 위치에서의 큰 변경은 바람직하거나 바람직하지 않을 수 있다. 예를 들어, 수술중인 고관절의 다리가, 예를 들어 고관절 병리로 인해, 환자의 다른 다리보다 10mm 더 짧다면, 10 mm의 추가 길이로 고관절을 재구성하는 것이 바람직할 수 있다. 반대로, 수술 전에 환자의 두 다리 길이가 동일하고, 수술 중인 고관절의 다리가 길어져서 10mm 더 길게 되면, 이러한 결과는 바람직하지 않을 수 있다. 이와 유사하게, 수술 중인 고관절의 다리를 짧게 내버려 두면, 연조직 이완이 있는 고관절이 불안정한 고관절을 초래할 수 있어서, 잠재적으로 반복적인 고관절 탈구로 이어지므로, 교정, 즉, 교정 수술이 필요할 수 있다. 같지 않은 다리 길이는 또한, 몸통 불균형, 과도하게 조이는 조직, 및 불편함으로 이어질 수 있다.
외과의는 특정한 고관절 컴포넌트를 선택할 수 있고, 환자의 다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치에서의 변경을 최적화하는 등의, 수술의 특정한 목표를 달성하기 위하여 고관절 내에서 컴포넌트들의 위치를 계획할 수 있다. 일부 경우에, 변경을 최적화한다는 것은, 다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치에 대한 변경을 최소화하는 것을 의미할 수 있다. 다른 경우에, 이것은, 다리 길이, 오프셋 및/또는 AP 위치에 대한 특정한 변경을 달성하는 것을 의미할 수 있다. 고관절 교체 수술에 대해 설정된 목표를 달성하기 위해, 외과의는 수술 절차 전에, 예를 들어, 계획 단계 동안, 특정한 대퇴골 및 관골구 컴포넌트를 선택할 수 있다. 외과의는 골반 내에서 선택된 컴포넌트의 위치 및/또는 배향을 수술전 사전에 계획할 수도 있다. 특정한 컴포넌트 및 그들의 위치 및 배향은, 환자 해부 등의 환자-특유의 데이터에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 고관절 컴포넌트들의 템플릿 세트가 외과의에게 이용가능할 수 있다. 템플릿 세트는 수술 동안 이용가능한 모듈식 컴포넌트들의 상이한 크기들 및/또는 형상들의 2차원(2D) 실루엣을 제공할 수 있다. 계획 단계 동안, 외과의는 이들 2D 템플릿들을 환자의 고관절의 2D 방사선사진 상에 오버레이하여 어떤 템플릿 및 그에 따라 어떤 컴포넌트들이 환자에게 가장 적합한지 및/또는 절차에 대해 설정된 목표를 달성하는지를 결정한다.
디지털 방사선사진의 출현으로, 모듈식 고관절 컴포넌트의 디지털 템플릿이 현재 이용가능하며, UK Southampton, Hampshire에 소재한 OrthoView Holdings Ltd.의 OrthoView 소프트웨어 제품 등의, 계획 소프트웨어 툴과 함께 이용될 수 있다. 일부 경우에, 외과의는 3차원(3D) 환자-특유의 촬영을 가질 수 있고, 계획 단계 동안 임플란트의 3D 템플릿이 이용될 수 있다. 예를 들어, 각각의 고관절 컴포넌트에 대한 CAD(Computer Aided Design) 파일 형태의 템플릿들이 이용가능할 수 있다. 디지털 템플릿을 이용하는 대표적인 시스템으로는, Israel, Petach-Tikva에 소재하는 Brainlab Ltd.(Germany, Munich에 소재하는 Brainlab AG의 사업부)로부터의 TraumaCad 수술전 계획 시스템, 및 FL, Ft. Lauderdale에 소재하는 Mako Surgical Corp.로부터의 MAKOplasty Total Hip Application 수술전 및 수술중 계획 시스템이 포함된다.
수술 절차 동안에, 선택된 컴포넌트들은 실제의 위치와 배향으로 임플란트될 수 있고, 이들이 환자의 고관절에 미치는 영향이 평가될 수 있다. 예를 들어, 시험적인 고관절 줄기 컴포넌트가 대퇴골에 위치될 수 있고, 시험적인 대퇴골 헤드가 줄기에 부착되고, 시험적인 관골구 컵 및 라이너가 관골구 내에 삽입될 수 있다. 그 다음, 시험적인 대퇴골 헤드가 고관절의 시험적인 축소로서 관골구 컵 내에 삽입될 수 있다. 다리 길이, 오프셋, 및 AP 위치, 고관절의 자유로운 움직임 및 안정성 범위가 평가되어 수술에 대해 설정된 목표가 충족되는지를 결정할 수 있다. 만일 그렇다면, 시험적인 컴포넌트는 시험적인 컴포넌트와 정합하는 최종 컴포넌트로 교체될 수 있다.
시험적인 컴포넌트가 원하는 목표를 달성하지 못하면, 외과의는 다른 컴포넌트를 평가할 수 있다. 예를 들어, 외과의는 상이한 컴포넌트들을 임플란트하고, 이들 새로운 시험적인 컴포넌트들을 평가할 수 있다. 이 프로세스는 시간-소모적이고, 환자에게 가장 적합한 컴포넌트를 선택하지 못할 수도 있다.
간략하게, 본 개시내용은 고관절 수술을 계획하고 수행하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 시스템 및 방법은, 환자의 고관절의 체적 또는 형상 데이터를 디스플레이하는 GUI(Graphical User Interface)를 생성할 수 있는 UI(User Interface) 엔진을 포함할 수 있다. 시스템 및 방법은, 다양한 길이 및 각도의 모듈식 또는 고정된 네크, 다양한 길이 및 각도의 네크, 대퇴골 헤드, 관골구 컵, 다양한 회전 중심을 갖는 관골구 컵 삽입물을 갖는 대퇴골 고관절 줄기 등의, 고관절 컴포넌트의 디지털 템플릿 라이브러리를 포함할 수 있다. 시스템 및 방법은, 라이브러리로부터 특정한 디지털 템플릿들을 선택하고, 이들을 체적 또는 형상 데이터 상에 배치, 예를 들어, 중첩하는데 이용될 수 있는, 계획 툴을 포함할 수 있다. 디지털 템플릿은 2차원 또는 3차원(2D 또는 3D)일 수 있다. 계획 툴은, 템플릿들 및 그들의 지오메트리의 위치결정에 기초하여 다리 길이, 오프셋, 및/또는 전후(AP) 위치에 대한 변경 값을 계산할 수 있다. 원하는 위치 및 배향에서 체적 또는 형상 데이터에 템플릿을 배치하면, 계획 툴은 또한, 하나 이상의 가상 거리를 계산할 수도 있다. 예를 들어, 계획 툴은, 체적 또는 형상 데이터 상의 하나 이상의 랜드마크와 템플릿 상의 하나 이상의 위치 사이의 가상 거리를 계산할 수 있다. 가상 거리는, 랜드마크 깊이, 예를 들어, 대전자 등의 랜드마크로부터, 대퇴골 줄기의 어깨 등의 템플릿 상의 한 점의 깊이일 수 있다. 시스템 및 방법은 전자적 수술 계획에서 계산된 변경 값 및 가상 거리를 포함할 수 있다. 수술 계획은, 환자의 수술 절차 동안, 계획 툴 등의 응용 프로그램에서 열리고 보여질 수 있는 전자적 계획일 수 있다.
수술 동안에, 계획된 컴포넌트에 대응하는 물리적 고관절 컴포넌트가 환자의 고관절에 임플란트될 수 있다. 가상 거리에 대응하는 물리적 거리가 획득되고 가상 거리와 비교될 수 있다. 획득된 물리적 거리가 가상 거리와 상이하다면, 획득된 물리적 거리는 전자적 수술 계획에 입력될 수 있다. 예를 들어, 대퇴골 고관절 줄기 등의 컴포넌트의 템플릿은 계획에서 체적 또는 형상 데이터에 대해 재배치되어 템플릿의 위치가 수술 동안 획득된 물리적 거리와 정합할 수 있다. 획득된 물리적 거리와 정합하도록 템플릿이 재배치되면, 시스템 및 방법은 지금 재배치된 템플릿에 기초하여 다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치에서의 현재 새로운 변경을 자동으로 계산하고 프리젠팅할 수 있다. 새로운 변경은 외과의에 의해 평가될 수 있고, 절차에 대해 설정된 목표를 충족시키는지가 결정될 수 있다. 또한, 획득된 물리적 거리와 정합하도록 템플릿이 재배치되면, 시스템과 방법은 계획 내에 새로운 템플릿을 대체하여 넣음으로써 다른 고관절 컴포넌트의 다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치에 미치는 영향을 평가할 수 있다. 예를 들어, 외과의는, 다른 네크 각도, 네크 길이, 및/또는 헤드 길이 등의, 상이한 고관절 컴포넌트들을 나타내는 템플릿을 기존 템플릿으로 대체할 수 있다. 시스템 및 방법은, 새로운 템플릿의 위치결정 및 지오메트리에 기초하여 다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치에서의 새로운 변경을 동적으로 및 자동으로 계산할 수 있다. 시스템 및 방법은 이러한 새로운 변경 값을 평가를 위해 하나 이상의 사용자 인터페이스에서 외과의에게 프리젠팅할 수 있다.
다시 말해서, 시스템 및 방법은, 하나 이상의 고관절 컴포넌트의 실제 위치 및 배향에 기초하여, 환자에 대한 고관절 컴포넌트의 선택, 위치 및 배향을 최적화하기 위해 수술 절차 동안 이용될 수 있는 동적 설계 및 평가 피드백 루프를 확립할 수 있다. 예를 들어, 계획된 고관절 컴포넌트가 획득된 물리적 거리와 정합하도록 재배치된 후 수술 절차에 대해 설정된 목표를 달성하지 못한다면, 상이한 고관절 컴포넌트들에 대한 템플릿들이 전자적 수술 계획을 통해 선택되고 평가될 수 있다. 특히, 시스템 및 방법은, 외과의에 의해 선택된 상이한 고관절 컴포넌트들에 대한 템플릿들을 이용하여 다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치에 대한 새로운 변경 값을 계산할 수 있다. 예를 들어, 외과의는 대퇴골에 더 닿을 수 있는 더 작은 줄기 컴포넌트, 대퇴골에 더 높게 위치할 수 있는 더 큰 줄기, 및/또는 네크 각도 및 네크 길이와 헤드 길이 및 직경의 이용가능한 조합들을 나타내는 템플릿을 선택하고 평가할 수 있다. 상이한 고관절 컴포넌트들에 대한 템플릿들을 선택하고 다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치에서의 결과적인 변경을 계산하는 이러한 프로세스는, 수술 절차에 대해 설정된 목표를 달성하는 고관절 컴포넌트 세트가 발견될 때까지 반복되거나 계속될 수 있다. 일부 실시예에서, 새로운 가상 거리도 역시 계산될 수 있고, 템플릿들은 획득된 물리적 거리와 정합하도록 재배치될 수 있다. 동적인 설계 및 평가 피드백 루프는 환자의 고관절의 임의의 시험적인 축소 전에 이용될 수 있다.
일단 동적 설계 및 평가 피드백 루프가 선택을 최종 세트의 고관절 컴포넌트들로 좁히면, 최종 세트에 대응하는 물리적 컴포넌트들이 환자의 고관절에 임플란트될 수 있다.
일부 실시예들에서, 최종 세트의 고관절 컴포넌트들 중 하나 이상에 대한 물리적 거리가 획득되어 시스템에 입력될 수 있고, 시스템 및 방법은, 획득된 물리적 거리에 기초하여, 다시 한번, 다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치 변경 값을 계산할 수 있다. 새로운 변경 값이 절차에 대해 설정된 목표를 충족한다면, 외과의는 수술 절차를 진행할 수 있다. 예를 들어, 시험적인 축소가 수행될 수 있고, 고관절이 평가될 수 있다. 그 다음, 수술 절차가 완료될 수 있다. 대안으로서, 전자적 수술 계획에서 대안적인 컴포넌트 및/또는 위치 및 배향을 평가하는 프로세스는 절차에 대해 설정된 목표를 충족시키는 다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치 변경 값이 획득될 때까지 반복될 수 있다.
도 3은 한 실시예에 따른 예시적인 수술 계획 시스템(300)의 개략도이다. 수술 계획 시스템(300)은, 사용자 인터페이스(UI) 엔진(302), 모델링 툴(304), 계획 툴(306), 평가 툴(308), 및 데이터 저장소(310)를 포함할 수 있다. 데이터 저장소(310)는, 312로 표시된, 고관절 컴포넌트의 디지털 템플릿을 포함할 수 있다. 수술 계획 시스템(300)은, 314에 표시된, 자기 공명 영상(MRI) 데이터, 컴퓨터 단층촬영(CT) 데이터, 동시 양면 방사선사진 데이터(simultaneous biplanar radiography data), 종래의 일반 방사선사진 데이터, 초음파 데이터 및/또는 환자의 고관절의 기타의 데이터 형태의 체적 또는 형상 데이터를 포함할 수 있는 환자 데이터를 수신할 수 있다. 수술 계획 시스템(300)은, 고관절 수술을 위한, 계획(316) 등의 하나 이상의 전자적 수술 계획을 생성할 수 있다. 수술 계획 시스템(300)은 디스플레이(318)를 포함하거나 이에 액세스할 수 있다.
체적 또는 형상 데이터로부터 해부학적 구조의 2D 및/또는 3D 디스플레이를 생성하는데 적합한 툴로는, Switzerland Bernex 소재의 Pixmeo SARL로부터의 OsiriX 이미지 처리 소프트웨어, TraumaCad 수술전 계획 시스템, 및 MAKOplasty Total Hip Application 수술전 및 수술중 계획 시스템이 포함된다. 그럼에도 불구하고, 본 기술분야의 통상의 기술자라면 기타의 이미지 처리 소프트웨어가 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
UI 엔진(302), 모델링 툴(304), 계획 툴(306), 및 평가 툴(308) 중 하나 이상은, 비일시적 컴퓨터 판독가능한 매체에 저장되고 데이터 처리 디바이스의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 수 있는, 본 명세서에서 설명된 방법에 관한 프로그램 명령어들을 포함하는 소프트웨어 모듈 또는 라이브러리이거나, 이들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, UI 엔진(302), 모델링 툴(304), 계획 툴(306), 및 평가 툴(308) 중 하나 이상의 각각은, 순차적 로직 회로를 생성하도록 구성되고 배열된 레지스터들 및 조합 로직을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 펌웨어를 포함한 소프트웨어 및 하드웨어의 다양한 조합이 본 개시내용을 구현하기 위해 이용될 수 있다.
환자 데이터(314), 템플릿(312) 및 수술 계획(316) 중 하나 이상은 데이터 처리 디바이스의 전자적 메모리에 저장된 파일, 객체 등의 하나 이상의 데이터 구조를 통해 구현될 수 있다. 템플릿은, 브로치(broach), 대퇴골 고관절 줄기, 네크, 대퇴골 헤드, 관골구 컵, 라이너 등을 나타낼 수 있다.
계획(Planning)
도 4a 및 도 4b는 한 실시예에 따른 예시적인 방법의 흐름도의 부분도이다. 수술 계획 시스템(300)은, 단계 402에 표시된 바와 같이, 환자의 고관절의 체적 또는 형상 데이터에 액세스할 수 있다. 설명된 바와 같이, 체적 또는 형상 데이터는, MRI 데이터, CT 스캔 데이터, 양면 동시 방사선사진 데이터, 종래의 방사선사진 데이터, 초음파 데이터 및/또는 다른 촬영 데이터로부터 나온 것이거나 이로부터 유도될 수 있다. 예를 들어, 환자는, MRI, CT 또는 x-레이 조사를 받을 수 있고, 결과 데이터는 시스템(300)에 제공될 수 있다. 체적 또는 형상 데이터는, 하나 이상의 전자적 파일 또는 객체 등의 디지털 포멧일 수 있다.
수술 계획 시스템(300)은, 단계 404에 표시된 바와 같이, 체적 또는 형상 데이터에 대한 하나 이상의 좌표계를 확립할 수 있다. 일부 실시예들에서, 수술 계획 시스템(300)은 골반 좌표계 및 대퇴골 좌표계를 확립할 수 있다. 적절한 골반 좌표계는 전방-후방(Anterior-Posterior) 좌표계이다. 대퇴골 좌표계는, 대퇴골 축(FA; femoral axis), 대퇴골 네크의 축(FNA; axis of the femoral neck) 및 관절구 축(CA; condylar axis)을 포함할 수 있다. 대퇴골 축(FA)은, 대퇴골 네크의 베이스의 중심에 있는 한 점(O)을 통과하고 무릎 중심에 있는 한 점(K)을 통과하도록 정의될 수 있다. 대퇴골 네크의 축은, 대퇴골 네크의 베이스의 중심에 있는 한 지점(O)과 대퇴골 헤드의 중심에 있는 한 점(H)을 통과하도록 정의될 수 있다. 대퇴골 좌표계는, 관절구 평면(CP; condylar plane) 및 전경 평면(AP; plane of anteversion)을 포함할 수 있다. 대퇴골 축(FA)은 관절구 평면(CP) 및 전경 평면(AP) 양쪽 모두에 놓일 수 있다. 전경 평면(AP)은 관절구 평면(CP)에 대한 전경의 각도(θ)일 수 있다.
일부 실시예들에서, 외과의는 GUI 상에 디스플레이된 체적 또는 형상 데이터 상에 복수의 포인트를 마킹할 수 있다. 예를 들어, 외과의는 다음을 마킹할 수 있다 :
대퇴골 네크의 베이스의 중심의 점(O);
무릎의 중심의 점(K);
좌측 상전장골극(SIAS; spina iliaca anterior superior);
우측 SIAS;
대퇴골 헤드 중심;
측면 관절구;
중간 관절구;
대전자; 및
소전자.
추가의, 더 적은 수의, 또는 기타의 포인트들이 다른 실시예들에서 마킹될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
사용자 입력에 응답하여, 계획 툴(306)은, 단계 406에 표시된 바와 같이, 선택된 위치 및 배향에서 체적 또는 형상 데이터 상에 관골구 컵 컴포넌트의 선택된 디지털 템플릿을 중첩시킬 수 있다. 계획 툴(306)은 또한, 단계 408에 표시된 바와 같이, 사용자 입력에 응답하여 선택된 위치 및 배향에서 체적 또는 형상 데이터 상에 하나 이상의 대퇴골 컴포넌트의 선택된 디지털 템플릿을 중첩시킬 수 있다. 디지털 템플릿은 데이터 저장소(310)로부터 획득될 수 있다. 특히, 외과의 또는 다른 의료 전문가는, 데이터 저장소(310)로부터 특정한 관골구 및 대퇴골 컴포넌트를 나타내는 디지털 템플릿(312)을 선택할 수 있다. 이에 응답하여, 계획 툴(306)은 체적 또는 형상 데이터의 디스플레이 상에 디지털 템플릿을 중첩시킬 수 있다. 템플릿의 지오메트리는 각각의 물리적 컴포넌트의 지오메트리와 정합할 수 있다. 계획 툴(306)은, 사용자 입력에 응답하여, 디지털 템플릿(312)을 체적 또는 형상 데이터의 디스플레이에 대해 원하는 위치 및 배향으로 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 디지털 템플릿은 디스플레이 상에 프리젠팅된 대퇴골 및/또는 관골구의 뷰에 대해 재배치 및/또는 재배향될 수 있다.
평가 툴(308)은, 단계 410에 표시된 바와 같이, 선택된 고관절 컴포넌트에 대한 템플릿의 배치로부터 발생하는 고관절에서의 변경으로 인한 다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치에서의 변경을 계산할 수 있다. 다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치에서의 변경은, 확립된 좌표계, 예를 들어 대퇴골 좌표계, 골반 좌표계 또는 양쪽 모두에 대해 결정될 수 있다. 평가 툴(308)은, 다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치에서의 변경을 계산할 때 템플릿에 반영된 고관절 컴포넌트의 지오메트리를 이용할 수 있다.
일부 실시예들에서, 평가 툴(308)은, 다리 길이 및 오프셋에 대한 관골구 기여분과 다리 길이 및 오프셋에 대한 대퇴골 기여분을 결정할 수 있다. 관골구 기여분은, 예를 들어 심각한 척추 측만증 또는 고관절의 자발적인 융합 또는 수축으로 인해 CT 스캐너에서 환자의 골반의 비정상적인 위치결정을 교정할 수 있는, 전방 골반 평면 좌표계 등의, 골반 좌표계에서 결정될 수 있다. 다른 실시예들에서, 반듯하게 누운 위치의 환자의 골반, 예를 들어 환자가 CT 겐트리(gantry)에 누워 있을 때의 원시 CT 좌표계에 대응할 수 있는 기능 좌표계가 확립될 수 있다.
다리 길이에 대한 대퇴골 기여분은 대퇴골 좌표계에서 계산될 수 있는데, 여기서 종방향 변경은 예를 들어 본연 대퇴골 헤드의 중심과 무릎의 중심 사이에 정의된 축을 따라, 또는 대퇴골 축 자체의 중심의 축을 따라 측정될 수 있다. 오프셋에 대한 대퇴골 기여분은 관절구 평면에서 계산될 수 있다.
다리 길이 변경은 관골구 및 대퇴골 다리 길이 기여분들을 합산함으로써 계산될 수 있다. 오프셋 변경은 관골구 및 대퇴골 오프셋 기여분들을 합산함으로써 계산될 수 있다. 예를 들어, 평가 툴(308)은, 체적 또는 형상 데이터를 이용하여, 환자의 관골구 내의 환자의 본연 대퇴골 헤드의 회전 중심을 결정할 수 있다. 평가 툴(308)은 수술전 지정된 고관절 중심, 예를 들어, 본연 대퇴골 헤드의 중심과, AP 평면 좌표계에서 수평 및 수직으로 측정된 재구성된 관골구 컴포넌트 중심 사이의 차이로서 다리 길이 및 오프셋에 대한 관골구 기여분을 계산할 수 있다. 다른 실시예들에서, 거리는 다른 좌표계에서 측정될 수 있다. 예를 들어, 이것은, 환자의 골반 위치가 누운 자세 또는 서 있는 자세 등의 기능 좌표계에서 측정될 수 있다. 수술전 지정된 고관절 중심은, 평가 툴(308)에 의해 자동으로 결정될 수 있거나, 예를 들어, 외과의가 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 등의 사용자 인터페이스 상에 디스플레이된 형상 또는 체적 데이터의 뷰 상에 고관절 중심을 마킹함으로써 입력될 수 있다.
평가 툴(308)은, 관절구 평면 좌표계에서 대전자의 상단 상의 한 지점과 수술전 지정된 고관절 중심 사이의 수평 거리를 계산함으로써 오프셋에 대한 대퇴골 기여분을 계산할 수 있다. 평가 툴(308)은 CT 조사 동안의 환자 위치 또는 관절염으로 인한 회전 또는 위치 수축에 대해 정규화하기 위해 중앙/측면이 되도록 관절구 평면 좌표계를 회전시킬 수 있다. 평가 툴(308)은 대전자의 상단에 있는 한 지점을 자동으로 결정할 수 있거나, 예를 들어 외과의가 GUI 상에 디스플레이된 형상 또는 체적 데이터의 뷰 상에 그 지점을 마킹함으로써 입력될 수 있다. 또한, 평가 툴(308)은 관절구 평면 좌표계에서 대전자의 상단 상의 그 지점과 재구성된 대퇴골 헤드 중심 사이의 수평 거리를 계산할 수 있다. 평가 툴(308)은 2개의 수평 거리의 크기에서의 변경을 결정할 수 있고, 이 크기에서의 변경은 오프셋에 대한 대퇴골 기여분일 수 있다.
평가 툴(308)은, 다리 길이에 대한 대퇴골 기여분을, 대퇴골 좌표계에서 수술전 지정된 고관절 중심과 재구성된 대퇴골 헤드의 중심 사이의 종방향 차이로서 계산할 수 있다.
예를 들어, 대퇴골 좌표계에서의 축은 대퇴골 네크의 베이스의 중심의 지점(O)과 무릎의 중심에 있는 지점(K) 사이에서 연장될 수 있다. 다리 길이 변경에 대한 대퇴골 기여분은, 이 축 또는 다른 선택된 축을 따라 결정될 수 있다. 언급된 바와 같이, 대퇴골 좌표계 및/또는 이 축의 이용은, CT 스캐너 상의 다리 위치 또는 원시 CT 좌표 공간에서 다리를 독특한 위치로 강제할 수 있는 관절 수축의 영향을 감소시키거나 제거할 수 있다. 오프셋의 경우, 대퇴골 및 골반은, 예를, 들어, 중앙 및 측면 대퇴골 관절구의 중앙 측면 축에서 오프셋 변경을, 예를 들어, 2개의 전상장골극 사이의 라인에 의해 정의된, 중앙-측면 축에서의 관골구 기여분에 사실상 추가함으로써 축소될 수 있다.
평가 툴(308)은, 다리 길이 및 오프셋이 계산되는 차원과 직교하는 골반 및 대퇴골 좌표계의 차원을 따라 AP 위치 변경을 계산할 수 있다. 예를 들어, 평가 툴(308)은, 다리 길이 및 오프셋과 유사한 방식으로 좌표계의 제3 차원을 따라 AP 위치 변경에 대한 골반 및 대퇴골 기여분을 계산할 수 있다.
평가 툴(308)은, 예를 들어, 골반 좌표계에서의 관골구측 상에서 x, y, z 변경, 및 대퇴골 좌표계에서의 대퇴골 측 상에서 x, y, z 변경을 측정, 예를 들어, 계산할 수 있다. 그 다음, 평가 툴(308)은 골반 좌표계에서의 x, y, z 변경을 대퇴골 좌표계에서의 x, y, z 변경에 추가하여 다리 길이, 오프셋, 및 AP 변경 값을 생성할 수 있다. 일부 구현들에서, 골반 좌표계에서의 x, y, z 변경은, 대퇴골 좌표계에서의 x, y, z 변경에 추가되기 전에 대퇴골 좌표계로 변환될 수 있다. 대퇴골 좌표계에서의 x, y, z 변경은, 예를 들어, 변환에 후속하여, 골반 좌표계에서의 x, y, z 변경에 추가될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 일부 실시예들에서, 평가 툴(308)은 대퇴골의 가상 회전을 수행하지 않고 이들 계산을 수행할 수 있다. 또한, 다리 길이, 오프셋, 및 AP 변경 값들은, 축소없이, 예를 들어, 고관절을 어셈블링하지 않고 계산될 수 있다. 평가 툴(308)은, CT 스캐너 상의 환자의 다리의 위치에 관계없이, 다리 길이, 오프셋, 및 AP 변경 위치를 계산할 수 있다.
다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치는 다른 방식으로 결정될 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 원하는 대로 체적 또는 형상 데이터에 대해 위치된 관골구 컵 및 고관절 줄기에 대한 디지털 템플릿으로, 평가 툴(308)은 관골구 컵의 중심 및 대퇴골 헤드의 중심을 결정할 수 있으며, 이들은 전형적으로 상이한 위치를 가질 것이다. 평가 툴(308)은 AP 전방 골반 평면 좌표계(AP Anterior Pelvic Plane coordinate system) 또는 대퇴골 좌표계 등의 좌표계에서 이들 2개의 중심들 사이의 벡터를 결정할 수 있다. 이 벡터의 종방향 부분은 다리 길이 변경일 수 있고, 측방향 또는 횡방향 부분은 오프셋 변경일 수 있고, 이 둘에 직교하는 부분은 AP 변경일 수 있다.
다른 실시예들에서, 평가 툴(308)은, 다리 길이, 오프셋 또는 AP 위치 중 하나 이상에 대한 하나 이상의 베이스라인, 예를 들어, 본연 값을 결정하기 위해 체적 또는 형상 데이터를 이용할 수 있다. 예를 들어, 평가 툴(308)은 체적 또는 형상 데이터로부터 골반 및 대퇴골 상의 선택된 지점들 사이의 거리를 결정할 수 있다. 선택된 고관절 컴포넌트의 디지털 템플릿이 계획된 위치 및 배향에서 형상 또는 체적 데이터의 디스플레이 상에 중첩되면, 새로운 거리가 결정될 수 있고, 새로운 거리와 본연 거리 사이의 차이가, 다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치 변경 값을 결정하기 위해 계산될 수 있다.
일부 경우에, 디지털 템플릿들을 선택하고, 이들을 체적 또는 형상 데이터의 디스플레이 상에 위치시키고, 다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치 변경 값을 계산하는 프로세스는, 단계 410으로부터 단계 406으로 되돌아 가는 화살표 412에 의해 표시된 바와 같이 반복될 수 있다. 예를 들어, 계획중인 외과의는, 고관절 컴포넌트의 초기 세트에 대한 템플릿에 기초하여 다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치에서의 계산된 변경이 절차에 대해 설정된 하나 이상의 목표를 충족하지 않는다고 결론지을 수 있다. 하나 이상의 목표를 달성하기 위해, 외과의는, 이러한 다른 컴포넌트에 대한 디지털 템플릿을 선택하고, 체적 또는 형상 데이터의 디스플레이 상에 템플릿을 중첩시키고, 이들을 원하는 위치 및 배향으로 이동시킴으로써 다른 컴포넌트들을 평가할 수 있다. 다른 경우에, 계획중인 외과의는 복수의 상이한 컴포넌트 및/또는 위치 또는 배향을 평가하고 비교할 수 있다. 이러한 반복적인 설계 및 평가 프로세스에 이어, 외과의는, 특정한 대퇴골 고관절 줄기, 특정한 네크 부분, 특정한 대퇴골 헤드, 특정한 관골구 컵, 및 특정한 관골구 라이너 등의, 수술 동안에 이용될 특정한 컴포넌트 세트를 정할 수 있다.
원하는 위치 및 배향으로 체적 또는 형상 데이터의 디스플레이 상에 중첩된 원하는 고관절 컴포넌트에 대한 디지털 템플릿으로, 평가 툴(308)은 단계 414(도 4b)에 표시된 바와 같이 하나 이상의 가상 거리를 결정할 수 있다. 하나의 가상 거리는, 컴포넌트 상의 랜드마크와, 골반 또는 대퇴골의 해부학적 구조 상의 랜드마크 사이일 수 있다. 예를 들어, 평가 툴(308)은 대퇴골 고관절 줄기 템플릿의 대전자(118)(도 1)와 어깨(215)(도 2) 사이의 종방향 거리를 결정할 수 있다.
계획 툴(306)은, 단계 416에 표시된 바와 같이, 수술 계획(316) 등의 하나 이상의 수술 계획을 생성할 수 있다. 수술 계획(316)은 수술 절차에 이용하도록 계획된 특정한 고관절 컴포넌트의 식별자뿐만 아니라 해부학적 구조 및/또는 하나 이상의 좌표계에 대한 계획된 위치 및 배향을 포함할 수 있다. 수술 계획(316)은 또한, 다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치에서의 계산된 변경을 포함할 수 있다. 수술 계획(316)은 하나 이상의 계산된 가상 거리를 추가로 포함할 수 있다. 수술 계획 시스템(300)은, 단계 418에 표시된 바와 같이, 하나 이상의 수술 계획을 출력할 수 있다. 예를 들어, 수술 계획은, 인쇄되고, 하나 이상의 데이터 처리 디바이스의 메모리 위치에 저장되고, 및/또는 예를 들어 전자적 메일, 텍스트 또는 팩스에 의해 수신자에게 전송될 수 있다. 그러면, 수술전 계획 단계가 완료될 수 있다.
도 5는 한 실시예에 따른 수술 계획 시스템(300)의 UI 엔진(302)에 의해 생성될 수 있는 예시적인 계획 윈도우(500)의 개략도이다. 계획 윈도우(500)는, 체적 또는 형상 데이터로부터 생성될 수 있는 3개의 뷰(502, 504 및 506)를 포함할 수 있다. 뷰들(502, 504 및 506)은 상이한 해부학적 평면을 따라 환자의 관골구(508)를 보여줄 수 있다. 예를 들어, 3개의 뷰는 2D 이미지일 수 있고 관상(coronal), 시상(sagittal) 및 축 뷰에 대응할 수 있다. 뷰는 체적 또는 형상 데이터의 중심점을 절단함으로써 생성될 수 있다. 뷰에서 이동가능한 라인 등의 제어가 제공될 수 있고, 사용자는 라인을 드래그하여 절단이 이루어진 위치를 변경하여 관골구 상에 프리젠팅되는 뷰를 변경할 수 있다. 뷰(502, 504 및 506)는 사용자가 체적 또는 형상 데이터를 통해 이동해 갈 때 서로 동기화될 수 있다. 예를 들어 상이한 절단들에 기초한 다른 뷰들이 생성될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 일부 실시예들에서, 3D 표면 모델이 또한, 계획 윈도우(500)에 프리젠팅될 수 있다.
선택된 관골구 컵의 디지털 템플릿(510)이 관골구(508)에서 중첩될 수 있다. 디지털 템플릿(510)은 관골구(508) 내에 배치되어 원하는 위치 및 원하는 배향으로 이동될 수 있다. 예를 들어, 관골구(508)에 대해 디지털 템플릿(510)을 이동시키기 위한 제어가 뷰들(502, 504 및 506) 중 하나 이상에 포함될 수 있다. 예를 들어, 각각의 뷰(502, 504, 및 506)는 위로 이동 버튼(512), 고속 위로 이동 버튼(514), 좌측 이동 버튼(516), 고속 좌측 이동 버튼(518), 아래로 이동 버튼(520), 고속 아래로 이동 버튼(522), 시계 방향 회전 버튼(524), 반시계 방향 회전 버튼(526), 우측 이동 버튼(528), 및 고속 우측 이동 버튼(530)을 포함할 수 있다. 계획 뷰(504) 등의 하나 이상의 계획 뷰는, 줌인 버튼(532) 및 줌아웃 버튼(534) 등의 줌인 및 줌아웃 버튼을 더 포함할 수 있다. 계획 윈도우(500)는, 터치스크린 표면 상에 프리젠팅될 수 있고, 버튼들은 터치에 의해 선택될 수 있다. 다른 실시예들에서, 버튼들은 원하는 버튼 상에 커서를 놓고, 예를 들어 마우스, 스타일러스 또는 기타의 입력 디바이스를 이용하여 원하는 버튼을 선택함으로써 선택될 수 있다.
도 6은 한 실시예에 따른 수술 계획 시스템(300)의 UI 엔진(302)에 의해 생성될 수 있는 또 다른 계획 윈도우(600)의 한 예의 개략도이다. 계획 윈도우(600)는, 체적 또는 형상 데이터로부터 생성될 수 있는 3개의 뷰(602, 604 및 606)를 포함할 수 있다. 뷰들(602, 604 및 606)은, 환자의 대퇴골(608)의 상이한 뷰들, 예를 들어, 관상, 시상, 및 축 뷰를 보여줄 수 있다. 디지털 템플릿(610) 등의 선택된 대퇴골 컴포넌트의 하나 이상의 디지털 템플릿이 대퇴골(602) 상에 중첩될 수 있다. 관골구 컵의 디지털 템플릿(510)에서와 같이, 대퇴골 컴포넌트의 디지털 템플릿(610)은 대퇴골(602)에 대해 원하는 위치 및 배향으로 이동될 수 있다. 예를 들어, 계획 윈도우(500)에서와 같이, 뷰들(602, 604, 및 606)은, 위로 이동 버튼(612), 고속 위로 이동 버튼(614), 좌측 이동 버튼(616), 고속 좌측 이동 버튼(618), 아래로 이동 버튼(620), 고속 아래로 이동 버튼(622), 시계 방향 회전 버튼(624), 반시계 방향 회전 버튼(626), 우측 이동 버튼(628), 고속 우측 이동 버튼(630), 줌인 버튼(632) 및 줌아웃 버튼(634) 등의, 대퇴골(608)에 관해 디지털 템플릿(610)을 이동시키기 위한 제어를 포함할 수 있다.
계획 윈도우(600)는 또한, 결과 영역(640)을 포함할 수 있다. 결과 영역(640)은 수술 계획 시스템(300)에 의해 계산된 값 및 기타의 정보를 디스플레이할 수 있다. 예를 들어, 결과 영역(640)은, 선택된 관골구 컵 컴포넌트의 외측 직경(OD) 및 내측 직경(ID)을 포함할 수 있는 관골구 컵 컴포넌트 데이터(642)를 포함할 수 있다. 결과 영역(640)은, 줄기 유형, 네크 길이, 네크 경사, 및 보철 대퇴골 헤드 길이를 포함할 수 있는 고관절 줄기 컴포넌트 데이터(644)를 포함할 수 있다. 결과 영역(640)은 또한, 평가 툴(308)에 의해 계산된 변경 값 및 기타의 데이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 결과 영역(640)은, 다리 길이(646)에서의 계산된 변경 및 오프셋(648)에서의 계산된 변경을 포함할 수 있다. 결과 영역(640)은 또한, 본연 대퇴골 전이 값(650) 및 계획된 대퇴골 전이 값(652)을 포함할 수 있다.
결과 영역(640)은 또한, 평가 툴(308)에 의해 계산된 하나 이상의 가상 거리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 결과 영역(640)은, 환자의 대퇴골의 대전자(GT)와 대퇴골 컴포넌트의 어깨 사이의 계산된 거리일 수 있는 제1 가상 거리(654), 및 환자의 대퇴골의 소전자(LT)와 대퇴골 컴포넌트의 어깨 사이의 계산된 거리일 수 있는 제2 가상 거리(656)를 포함할 수 있다. 제1 가상 거리(654)는 대전자의 팁 대 임플란트(Tip)(TipGT-Impl)로 라벨링될 수 있다. 제2 가상 거리(656)는 소전자의 팁 대 임플란트(Tip)(TipLT-Impl)로 라벨링될 수 있다.
계획 윈도우(500 및 600)는 단지 예시의 목적을 위한 것이다. 추가적인 또는 다른 사용자 인터페이스 요소를 갖는 다른 사용자 인터페이스가 생성되어 이용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
결과 영역(640)을 포함하는 계획 윈도우들(500 및 600)이 수술 계획(316)에 포함될 수 있다.
도 7은 임플란트된 고관절 컴포넌트를 갖는 고관절의 일부(700)의 개략도이다. 고관절 부분(700)은 골반(702)의 일부 및 대퇴골(704)의 일부를 포함한다. 골반 부분(702)은 관골구(706)를 포함한다. 관골구(706)에는 관골구 컵 컴포넌트(708)가 임플란트될 수 있다. 대퇴골 컴포넌트(710)가 대퇴골 부분(704)에 임플란트될 수 있다. 대퇴골 부분(704)은 대전자(712) 및 소전자(714)를 갖는다. 대퇴골 컴포넌트(710)는, 대퇴골 고관절 줄기(716), 네크(718) 및 헤드(720)를 포함할 수 있다. 네크(718)는 어깨(722)를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 어깨는 대퇴골 고관절 줄기(716) 상에 형성될 수 있다.
참조 번호 724는, 네크(718)의 어깨(722)와 대전자(712) 사이, 예를 들어 대전자(712)의 상단까지의 거리 또는 깊이를 도시한다. 참조 번호 726은, 어깨(722)와 소전자(714) 사이, 예를 들어 소전자(714)의 상단까지의 거리 또는 깊이를 도시한다. 일부 실시예들에서, 거리(724)는 어깨(722) 및/또는 그 위의 한 지점을 포함하는 제1 횡방향 평면과, 대전자(712) 및/또는 그 위의 한 지점을 포함하는 제2 횡방향 평면 사이에 있을 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 횡방향 평면들 사이의 거리는 이들 2개의 지점들이 종방향으로 정렬되지 않더라도 종방향일 수 있다. 일부 실시예들에서, 거리(726)는 어깨(722) 및/또는 그 위의 한 지점을 포함하는 제1 횡방향 평면과, 소전자(714) 및/또는 그 위의 한 지점을 포함하는 제3 횡방향 평면 사이에 있을 수 있다. 다시 한번, 제1 및 제3 횡방향 평면들 사이의 거리는 이들 2개의 지점이 종방향으로 정렬되지 않더라도 종방향일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 거리(724, 726)는 하나 이상의 시상면, 예를 들어 측방향 평면 내에 있을 수 있다.
평가 툴(308)은 다른 또는 추가적인 가상 거리를 결정할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 하나 이상의 측면 거리가 결정될 수 있다. 예시적인 측면 거리는 대퇴골 컴포넌트 상의 지점과 소전자 사이일 수 있다.
수술(Surgery)
수술 동안, 외과의는 수술 계획(316)에 따라 계획된 고관절 컴포넌트를 임플란트할 수 있다. 도 8a 내지 도 8c는 한 실시예에 따른 예시적인 방법의 흐름도의 부분도이다. 외과의는 환자의 대퇴골에서 계획된 컴포넌트와 정합하는 물리적 고관절 줄기 컴포넌트를 임플란트할 수 있고, 단계 802에 표시된 바와 같이, 환자의 관골구에서 계획된 컴포넌트와 정합하는 물리적 관골구 컵 컴포넌트를 임플란트할 수 있다. 외과의는 고관절 컴포넌트를 가능한 한 계획된 위치 및 배향에 가깝게 임플란트할 수 있다. 일부 실시예들에서, 외과의는 관골구 컵이 계획된 위치에서 환자의 관골구 내에 위치되는지를 결정할 수 있다. 외과의는 시각적 단서를 이용하여 컵이 계획된 위치에 있는지 결정할 수 있다. 예를 들어, 외과의는 관골구 내의 구형으로 깍은 베드(spherically reamed bed)로부터 관골구 노치의 중앙 깊이까지의 거리를 측정할 수 있다. 또한, 외과의는 주변 뼈 내에서 관골구 컵의 모습을 관찰할 수 있다. 컵의 측정된 거리 및/또는 관찰된 외관/위치가 계획된 거리 또는 외관/위치와 상이하다면, 관골구 컵 컴포넌트의 디지털 템플릿은, 단계 804에 표시된 바와 같이, 물리적 컵의 측정된 거리 및/또는 관찰된 위치/ 외관과 정합하도록 계획에서 재배치될 수 있다. 다리 길이 및 오프셋에 대한 관골구 기여분은 대퇴골 기여분보다 작을 수 있지만, 물리적 컵 컴포넌트의 위치에 정합하도록 관골구 컵의 디지털 템플릿을 재배치하는 것은 평가 툴(308)에 의한 다리 길이 및 오프셋 변경에 대한 관골구 기여분의 더 정확한 계산으로 이어질 수 있다.
외과의 또는 조수는, 단계 806에 표시된 바와 같이, 평가 툴(308)에 의해 계산된 하나 이상의 가상 거리에 대응하는 물리적 거리를 측정할 수 있다. 예를 들어, 외과의 또는 조수는, 환자의 대전자의 팁(tip)과 실제 고관절 줄기 컴포넌트의 어깨 사이의 물리적 종방향 거리를 측정할 수 있다. 이를 위해, 외과의는 고관절 줄기 컴포넌트의 어깨에, 1/4 인치 직경의 강철 막대 등의, 막대의 제1 단부를 배치할 수 있다. 그 다음 외과의는, 자신의 엄지 손가락이 대전자에 접촉할 때까지 엄지 손가락을 막대 아래로 슬라이딩할 있다. 엄지 손가락을 막대의 마킹된 위치에 두고, 막대가 제거될 수 있고, 막대의 끝으로부터 외과의의 엄지 손가락에 의해 마킹된 지점까지의 거리가 측정될 수 있다. 다른 실시예들에서, 물리적 거리를 측정하기 위해 수술 깊이 게이지 또는 다른 수술 툴이 이용될 수 있다. 외과의 또는 조수는 또한, 소전자의 팁과 중앙 네크의 네크-줄기 접합부 사이의 물리적 거리를 측정할 수 있다. 이들 물리적 거리는 고관절 컴포넌트를 이용한 고관절의 시험적인 축소 이전에 측정될 수 있다.
일부 실시예들에서, 외과의는 수술 동안에 계획 윈도우(500)를 포함하는 수술 계획(316)을 오픈 및 접근가능하게 할 수 있고, 물리적 거리는 수술 계획(316) 내에 입력될 수 있다. 수술 계획(316)은, 랩탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 등의 데이터 처리 디바이스 상에서 오픈되어 디바이스의 디스플레이 상에 프리젠팅될 수 있다. 외과의는 물리적 거리를 평가 툴(308)에 의해 계산된 계획된 가상 거리와 비교하고, 결정 단계(808)에 표시된 바와 같이, 이들이 정합하는지, 예를 들어 동등한지를 결정할 수 있다.
수술 동안 측정된 물리적 거리가 계획 단계 동안 계산된 가상 거리와 정합한다면, 외과의는 단계 812로 이어지는 Yes 화살표 810으로 표시되는 바와 같이 고관절의 시험적인 축소를 수행할 수 있다. 그 후 외과의는 단계 814에 표시된 바와 같이 절차를 완료하도록 진행할 수 있다. 이 경우, 환자의 수술후 다리 길이, 오프셋, 및 AP 위치 변경은, 원래 계획된 다리 길이, 오프셋, 및 AP 위치 변경 값에 매우 근접하게 대응할 것이다.
결정 단계(808)로 되돌아 가서, 측정된 물리적 거리들 중 하나 이상이 계획 단계 동안 수술 계획 시스템(300)에 의해 계산된 각각의 가상 거리와 상이하다고, 예를 들어, 더 크거나 더 작다고 가정하자. 예를 들어, 계획된 가상 거리가 30mm이지만 측정된 물리적 거리가 25mm라고 가정하자. 이것은 물리적 대퇴골 고관절 줄기가 계획된 것과 상이하게 배치된 결과로서 발생할 수 있다. 물리적 거리는, 단계 818로 이어지는 No 화살표 816으로 표시된 바와 같이, 수술 계획 시스템(300) 내에 입력되거나 및/또는 이에 의해 수신될 수 있다. 일부 실시예들에서, 외과의 또는 조수는, 수술 계획(316)에서, 예를 들어, 형상 또는 체적 데이터의 디스플레이 상에서, 고관절 줄기 컴포넌트에 대한 디지털 템플릿(610)을 재배치하여, 고관절 줄기 컴포넌트의 디지털 템플릿의 어깨가 수술 동안에 측정된 물리적 거리와 정합하는 가상 거리만큼 대전자의 팁으로부터 이격되어 있게 한다. 예를 들어, 외과의 또는 조수는 디지털 템플릿을 재배치하기 위해 위로 이동 및/또는 아래로 이동 버튼(612 및 620)을 이용할 수 있다. 위로 이동 및 아래로 이동 버튼(612 및 620)의 각각의 선택 또는 "클릭"은, 형상 또는 체적 데이터에 대한 디지털 템플릿의 위치에서의 1mm 변경에 대응할 수 있다. 디지털 템플릿이 위 아래로 이동됨에 따라, 계획 툴(306)은 새로운 가상 거리를 동적으로 계산할 수 있으며, 이것은 결과 영역(640)에 디스플레이될 수 있다. 외과의 또는 조수는, 새로이 계산된 가상 거리가 수술 동안 측정된 물리적 거리와 정합할 때 템플릿(610)의 이동을 중단할 수 있다.
다른 실시예들에서, 제1 및/또는 제2 계획 윈도우(500, 600)는, 데이터 입력 박스 등의, 획득된 물리적 거리를 수신하기 위한 하나 이상의 제어를 포함할 수 있고, 외과의 또는 조수는 박스 내의 물리적 거리를 입력할 수 있다. 물리적 거리를 수신하는 것에 응답하여, 계획 툴(306)은, 가상 거리가 측정된 물리적 거리와 정합하도록 수술 계획(316)에서 줄기 컴포넌트의 템플릿을 자동으로 재배치할 수 있다.
템플릿(610)이 수술 동안 측정된 물리적 거리와 정합하도록 재배치되면, 평가 툴(308)은 단계 820(도 8b)에 표시된 바와 같이, 다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치에 대한 새로운 변경 값을 결정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 평가 툴(308)은 형상 또는 체적 데이터의 디스플레이에 대한 디지털 템플릿의 각각의 움직임에 응답하여 새로운 값들을 계산할 수 있다. 평가 툴(308)은, 다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치에서의 변경을 재계산할 때 템플릿에 의해 표현된 고관절 컴포넌트의 지오메트리를 이용할 수 있다. 새로운 다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치 변경 값은, 단계 822에 표시된 바와 같이, 수술 계획 시스템(300)에 의해 출력될 수 있다. 예를 들어, 새로운 다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치 변경 값은, 수술 계획(316)의 제2 계획 윈도우(600)의 결과 영역(640)에 디스플레이될 수 있다. 평가 툴(308)은, 예를 들어 외과의의 관점에서, 새로운 다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치 변경 값을 실시간으로 계산하고 프리젠팅하도록 구성될 수 있다. 외과의는, 결정 단계(824)에서 표시된 바와 같이, 새로운 계산된 다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치 변경 값이 수락가능한지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 계획중인 외과의는, 새로운 계산된 다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치 변경 값이 절차에 대해 설정된 목표를 여전히 충족하는지를 결정할 수 있다. 만일 그렇다면, 외과의는, 단계(812)(도 8a)로 점프하는 이동 블록 828로 이어지는, Yes 화살표 826으로 표시된 바와 같이, 수술을 진행할 수 있다.
새로운 계산된 다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치 변경 값 중 하나 이상이 수술에 대해 설정된 목표를 충족시키지 못하면, 외과의는, 단계 832로 이어지는 No 화살표 830으로 표시된 바와 같이, 다른 고관절 컴포넌트를 평가할 수 있다. 예를 들어, 외과의는, 상이한 네크와 헤드 조합들 등의, 다른 고관절 컴포넌트들에 대한 디지털 템플릿들을 선택할 수 있다. 상이한 네크와 헤드 조합들은 상이한 각도들과 길이들을 가질 수 있다. 외과의로부터의 입력에 응답하여, 계획 툴(306)은 형상 또는 체적 데이터의 디스플레이 상에 템플릿들을 중첩하고, 이들을 원하는 위치 및 배향으로 이동시키고, 계획 시스템(300)에 의해 계산된 결과적인 다리 길이, 오프셋 및 AP 변경 값을 평가할 수 있다. 새로운 다리 길이, 오프셋 및 AP 위치 변경 값이 수술 절차에 대해 설정된 목표를 충족하더라도, 외과의는 다른 고관절 컴포넌트들을 사실상 평가하여 변경 값이 환자에게 더 최적화될 수 있는지를 알 수 있다.
이러한 반복적인 설계 및 평가 프로세스를 따르면, 외과의는, 단계 834(도 8c)에 표시된 바와 같이, 수술에 대해 설정된 목표를 충족하는 특정한 대퇴골 고관절 줄기, 특정한 네크 부분, 및 특정한 대퇴골 헤드 등의, 환자에게 이용될 새로운 세트의 고관절 컴포넌트를 정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 대퇴골 고관절 줄기 컴포넌트의 깊이는 반복 설계 및 평가 프로세스 동안 변하지 않을 수도 있다. 따라서, 평가 툴(308)은 새로운 가상 거리를 계산하지 않을 수도 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 새로이 선택된 고관절 컴포넌트에 대한 디지털 템플릿이 원하는 위치 및 배향으로 형상 또는 체적 데이터의 디스플레이 상에 중첩되면, 평가 툴(302)은, 단계 836에 표시된 바와 같이, 새로운 가상 거리를 계산할 수 있다.
외과의는, 단계 802(도 8a)로 이어지는 이동 블록 838에 의해 표시된 바와 같이, 이들 새로이 선택된 고관절 컴포넌트들에 대응하는 물리적 컴포넌트들을 임플란트할 수 있다. 일부 실시예들에서, 새로운 물리적 거리가 획득되고 현재의 가상 거리와 비교될 수 있다.
도 8의 프로세스 또는 그 일부는 1회 이상 반복될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 도 8의 프로세스는, 환자에 대한 고관절 컴포넌트의 선택, 위치 및 배향을 최적화하기 위해 수술 절차 동안 시스템(300)에 의해 수행될 수 있는 하나 이상의 설계 및 평가 피드백 루프를 나타낼 수 있다. 다시 말해서, 본 개시내용의 프로세스 또는 그 일부는, 특정한 위치 및 배향에 배치된 특정한 고관절 컴포넌트가 절차의 목표를 충족시키는 것으로 밝혀질 때까지 1회 이상 반복될 수 있다.
고관절의 컴퓨터 모델(Computer Model of the Hip)
설명된 바와 같이, 계획 단계는 환자-특유의 체적 또는 형상 데이터를 이용할 수 있다. 다른 실시예들에서, 환자의 고관절의 컴퓨터 모델이 생성되고, 계획 및 수술 단계 동안 이용될 수 있다. 도 9a 및 도 9b는 한 실시예에 따른 예시적인 방법의 부분도이다. 모델링 툴(304)은, 단계 902에 표시된 바와 같이, 환자의 고관절에 대한 형상 또는 체적 데이터에 액세스할 수 있고, 단계 904에 표시된 바와 같이, 체적 또는 형상 데이터로부터 환자의 고관절 또는 그 일부의 3차원(3D) 표면 모델 등의 컴퓨터 모델을 생성할 수 있다. 모델링 툴(304)은, 단계 905에 표시된 바와 같이, 고관절 모델에 대한 하나 이상의 좌표계를 확립할 수 있다. UI 엔진(302)은, 단계 906에 표시된 바와 같이, 계획 윈도우를 생성하고 이를 디스플레이(318) 상에 프리젠팅할 수 있다. 계획 윈도우는 컴퓨터 모델의 시각적 표현을 포함할 수 있다. 계획 윈도우는 복수의 제어를 갖는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)로서 구현될 수 있다.
사용자 입력에 응답하여, 계획 툴(306)은, 단계 908에 표시된 바와 같이, 하나 이상의 선택된 디지털 템플릿(312)을 환자의 고관절의 컴퓨터 모델 상에 중첩시킬 수 있다. 하나 이상의 디지털 템플릿은 데이터 저장소(310)로부터 획득될 수 있고, 하나 이상의 고관절 컴포넌트를 나타낼 수 있다. 설명된 바와 같이, 외과의 또는 기타의 의료 전문가는 데이터 저장소(310)로부터 특정한 고관절 컴포넌트를 나타내는 디지털 템플릿(312)을 선택할 수 있다. 이에 응답하여, 계획 툴(306)은 디지털 템플릿을 컴퓨터 모델 상에 중첩시킬 수 있다. 외과의 또는 의료 전문가는, 디지털 템플릿(312)을, 예를 들어 대퇴골 및 관골구 내에서, 컴퓨터 모델에 대한 원하는 위치 및 배향으로 이동시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 모델링 툴(304)은, 단계 910에 표시된 바와 같이, 특정한 고관절 컴포넌트를 나타내는 선택된 디지털 템플릿을 이용하여 고관절의 컴퓨터 모델을 가상적으로 축소시킬 수 있다. 예를 들어, 모델링 툴(304)은 관골구 컵을 위한 템플릿에서 보철 대퇴골 헤드에 대한 템플릿을 중앙위치시킬 수 있다. 다른 실시예들에서, 단계 910은 생략되거나 다른 시간들에서 수행될 수 있다.
평가 툴(308)은, 단계 912에 표시된 바와 같이, 다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치에서의 변경을 계산할 수 있다. 설명된 바와 같이, 다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치에서의 변경은 골반 좌표계 및 대퇴골 좌표계 등의 하나 이상의 좌표계에 대해 결정될 수 있다.
다시 한번, 디지털 템플릿들을 선택하고, 이들을 컴퓨터 모델 상에 위치시키고, 다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치 변경 값을 계산하는 프로세스는, 단계 912로부터 단계 908로 되돌아 가는 화살표 914에 의해 표시된 바와 같이 반복될 수 있다. 예를 들어, 계획중인 외과의는, 다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치에서의 결정된 변경이 절차의 목표를 충족하지 않는다고 결론지을 수 있다. 목표를 달성하기 위해, 외과의는, 이러한 다른 고관절 컴포넌트에 대한 디지털 템플릿을 선택하고, 컴퓨터 모델 상에 템플릿을 중첩시키고, 이들을 원하는 위치 및 배향으로 이동시킴으로써 다른 고관절 컴포넌트들을 평가할 수 있다. 다른 경우에, 계획중인 외과의는, 복수의 상이한 고관절 컴포넌트 및/또는 위치 또는 배향을 평가할 수 있다. 이 반복적인 설계 및 평가 프로세스에 따라, 외과의는 수술 동안에 이용될 특정한 세트의 고관절 컴포넌트들을 정할 수 있다.
원하는 위치 및 배향으로 컴퓨터 모델 상에 중첩된 원하는 고관절 컴포넌트에 대한 디지털 템플릿에 의해, 평가 툴(308)은, 단계 916(도 9b)에 표시된 바와 같이, 골반 또는 대퇴골 상의 랜드마크와, 고관절 컴포넌트의 하나 이상의 디지털 템플릿 상의 한 지점 등의, 일부분 사이의 하나 이상의 가상 거리를 결정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 평가 툴(302)은 대퇴골 고관절 줄기 템플릿의 대전자(118)(도 1)와 어깨(215)(도 2) 사이의 종방향 거리를 결정할 수 있다.
계획 툴(306)은, 단계 918에 표시된 바와 같이, 수술 계획(316) 등의 하나 이상의 수술 계획을 생성할 수 있다. 수술 계획(316)은 수술 절차에서 이용하기 위해 선택된 특정한 고관절 컴포넌트들의 식별자뿐만 아니라 그들의 계획된 위치 및 배향을 포함할 수 있다. 수술 계획(316)은 또한, 다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치에서의 계산된 변경을 포함할 수 있다. 수술 계획(316)은 하나 이상의 계산된 가상 거리를 추가로 포함할 수 있다. 수술 계획 시스템(300)은, 단계 920에 표시된 바와 같이, 수술 계획(316)을 출력할 수 있다. 예를 들어, 수술 계획(316)은, 인쇄되고, 데이터 처리 디바이스의 메모리 위치에 저장되고, 및/또는 예를 들어 전자적 메일, 텍스트 또는 팩스에 의해 수신자에게 전송될 수 있다. 그러면, 수술 계획 단계가 완료될 수 있다.
도 10은 한 실시예에 따른 수술 계획 시스템(300)의 UI 엔진(302)에 의해 생성될 수 있는 예시적인 계획 윈도우(1000)의 개략도이다. 계획 윈도우(1000)는 환자의 고관절의 컴퓨터 모델(1002)의 시각적 묘사를 프리젠팅하는 모델 영역(1001)을 포함할 수 있다. 고관절 모델(1002)은, 환자의 고관절에 대해 수신된 체적 또는 형상 데이터(314)로부터 모델링 툴(304)에 의해 생성될 수 있다. 고관절 모델(1002)은 표면 모델일 수 있고, 골반(1004), 좌측 대퇴골(1006), 및 우측 대퇴골(1008)을 포함할 수 있다. 우측 대퇴골(1008)은, 본연 헤드(1010), 대전자(1012), 및 소전자(1014)를 포함할 수 있다. 고관절 모델(1002)은, 2차원(2D) 모델, 3차원(3D) 모델, 또는 2D와 3D 모델의 조합일 수 있다.
도 11은, 고관절 모델(1002) 상에 중첩된 수 개의 고관절 컴포넌트에 대한 디지털 템플릿을 갖는 계획 윈도우(1000)의 개략도이다. 예를 들어, 우측 대퇴골(1008)의 본연 대퇴골 헤드는 고관절 모델(1002)에서 생략될 수 있고, 선택된 대퇴골 고관절 줄기의 디지털 템플릿(1102)이 우측 대퇴골(1008)에서 중첩될 수 있다. 대퇴골 고관절 줄기의 디지털 템플릿(1102)은 어깨(1103) 및 네크 부분(1104)을 포함할 수 있다. 대퇴골 고관절 줄기의 디지털 템플릿(1102)에 추가하여, 대퇴골 헤드의 디지털 템플릿(1106)이 고관절 모델(1002) 상에 중첩될 수 있고, 관골구 컵의 디지털 템플릿(1108)이 관골구에서 고관절 모델(1002) 상에 중첩될 수 있다.
일부 실시예들에서, 계획 윈도우(1000)는, 원하는 고관절 컴포넌트에 대한 템플릿이 선택되어 모델 영역(1001)에 추가될 수(또는 이로부터 제거될 수) 있는 하나 이상의 드롭 다운 메뉴 및/또는 팔레트(미도시)를 포함할 수 있다. 드롭 다운 메뉴 및/또는 팔레트는, 예를 들어 제품 이름 또는 기타의 식별 특성에 의해, 데이터 저장소(310)에 저장된 이용가능한 디지털 템플릿(312)을 식별할 수 있다. 사용자는 드롭 다운 메뉴 및/또는 팔레트로부터 원하는 템플릿을 선택할 수 있다. 응답하여, 선택된 템플릿의 인스턴스가 계획 윈도우(1000)의 모델 영역(1001)에 배치될 수 있다. 그 다음, 사용자는 커서 또는 다른 사용자 인터페이스 요소를 이용하여 템플릿을 고관절 모델(1002)에 대해 원하는 위치 및 배향으로 이동시킬 수 있다. 계획 툴(306)은, 일단 템플릿이 예를 들어 사용자 입력에 응답하여 원하는 위치 및 배향에 위치되고 나면, 모델(1002)에 대한 소정 위치에서 템플릿을 고정시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 계획 윈도우(1000)는, 모델 영역(1001) 외에도, 계획 영역(1110) 및 결과 영역(1112) 등의, 하나 이상의 데이터 또는 기타의 디스플레이 영역을 포함할 수 있다. UI 엔진(302)은 디스플레이 영역을 윈도우 또는 창(pane)으로서 구성할 수 있다. 계획 영역(1110)은 수술 계획에 이용하기 위한 위젯을 포함할 수 있다. 예를 들어, 계획 영역(1110)은, 환자 이름을 수신 및/또는 프리젠팅하기 위한 데이터 입력 위젯(1114), 슬라이더, + 및 - 버튼 등의 제1 및 제2 위젯(1116 및 1118), 및 수술 전경(operative anteversion) 및 수술 경사 값(operative inclination value)들이 수신 및/또는 프리젠팅될 수 있는 수치 입력 박스, 및 골반 경사 값을 수신 및/또는 프리젠팅하기 위한 데이터 입력 위젯(1120)을 포함할 수 있다. 계획 툴(306)은, 예를 들어 CT 좌표 공간에서 환자가 누운 AP 평면의 위치로부터, 누운 골반 경사를 계산할 수 있다. 일부 실시예들에서, 동시 양면 방사선사진의 측면 방사선 사진 등의 수술전 평가에서 측정된 기립 골반 경사 파라미터가 입력 및 추가될 수 있다. 이것은 "기능적" 골반 좌표 공간을 생성할 수 있고, 관골구 컵 각도는, AP 평면 좌표계 대신 기능 좌표계에 대해 또는 외과의가 유용하다고 생각할 수 있는 임의의 다른 좌표계에 대해 측정될 수 있다.
계획 영역(1110)은 또한, 컵 계획 탭(Cup Plan tab, 1122) 및 줄기 계획 탭(Stem Plan tab, 1124) 등의 계획 탭들을 포함할 수 있다. 도 11에 도시된 줄기 계획 탭(1124)은 줄기 컴포넌트를 선택하고 계획하기 위한 위젯을 포함할 수 있다. 예를 들어, 줄기 계획 탭(1124)은, 사용자가 예를 들어 제조자 및/또는 제품 이름에 의해 줄기 컴포넌트 패밀리를 선택할 수 있는 패밀리 드롭 다운 박스(Family drop down box, 1126)를 포함할 수 있다. 줄기 계획 탭(1124)은 또한, 보철 대퇴골 헤드 직경, 헤드 길이, 네크 유형, 및 대퇴골 고관절 줄기 크기를 각각 선택하기 위한 드롭 다운 박스(1127 내지 1130)를 포함할 수 있다. 대퇴골 줄기 컴포넌트의 유형에 따라, 줄기 계획 탭(1124)은 또한, 감소된 플레어가 이용되고 있는지를 표시하는 체크 박스(1131)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 테네시주 Arlington시에 소재하는 MicroPort Scientific Corp.의 Profemur Renaissance Hip Stem System은 표준 또는 감소된 플레어를 갖는 대퇴골 고관절 줄기 컴포넌트를 포함한다. 계획된 고관절 컴포넌트의 특성을 선택하거나 식별하기 위해 다른 위젯이 이용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 일부 실시예들에서, 드롭 다운 박스들(1126 내지 1131)에서 원하는 값들의 입력에 응답하여 템플릿들이 선택될 수 있다. 예를 들어, 드롭 다운 박스들(1127 내지 1130)에 포함된 값들에 의해 표시된 바와 같이, 헤드 직경이 36인 고관절 줄기, 중간(M) 헤드 길이, 127° 중간 네크 유형, 및 줄기 크기 14가 선택될 수 있다. 템플릿의 인스턴스는 계획 윈도우(1000)의 모델 영역(1001) 부분에 프리젠팅될 수 있고, 고관절 모델(1002)에 대한 원하는 위치 및 배향으로 이동될 수 있다.
줄기 계획 탭(1124)은 또한, 선택될 때 모델링 툴(304)로 하여금 관골구 컵 및 라이너(이용되는 경우)를 위한 템플릿으로 보철 대퇴골 헤드의 디지털 템플릿을 사실상 축소시키게 하는 명령 버튼(1134)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 모델링 툴(304)은, 보철 대퇴골 헤드가 관골구 컵 컴포넌트의 디지털 템플릿에서 중앙위치되도록, 보철 대퇴골 헤드, 네크 부분, 및 대퇴골 고관절 줄기의 디지털 템플릿을 재배치할 수 있다.
결과 영역(1112)은, 준비중인 수술 계획에 대해 수술 계획 시스템(300)에 의해 적어도 일부가 계산될 수 있는 하나 이상의 값을 프리젠팅하기 위한 필드들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 결과 영역(1112)은, 선택된 컵 컴포넌트의 외측 직경(OD) 및 내측 직경(ID) 등의, 관골구 컵 컴포넌트 데이터를 프리젠팅하기 위한 데이터 필드(1136)를 포함할 수 있다. 결과 영역(1112)은, 줄기 유형, 네크 길이, 네크 경사, 및 보철 대퇴골 헤드 길이 등의, 줄기 컴포넌트 데이터를 프리젠팅하기 위한 데이터 필드(1138)를 포함할 수 있다. 결과 영역(1112)은 또한, 평가 툴(308)에 의해 계산된 변경 값 및 기타의 데이터를 프리젠팅하기 위한 필드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 결과 영역(1112)은, 다리 길이(1140), 오프셋(1142), 및 AP 위치(1144)에서의 계산된 변경을 프리젠팅하기 위한, 수치 디스플레이 요소 등의, 위젯을 포함할 수 있다. 결과 영역(1112)은 또한, 본연 대퇴골 전경 및 계획된 대퇴골 전경을 각각 프리젠팅하기 위한 필드(1146 및 1148)를 포함할 수 있다. 결과 영역(1112)은 또한, 평가 툴(308)에 의해 계산된 하나 이상의 가상 거리를 프리젠팅하는 다른 위젯을 포함할 수 있다. 예를 들어, 결과 영역(1112)은, 고관절 줄기 컴포넌트(1102)의 대전자(GT)(1012)와 어깨(1103) 사이의 계산된 거리일 수 있는 제1 가상 거리(TipGT-Impl)를 프리젠팅하기 위한 필드(1150), 및 고관절 줄기 컴포넌트(1102)의 소전자(LT)와 어깨(1103) 사이의 계산된 거리일 수 있는 제2 가상 거리(TipLT-Impl)를 프리젠팅하기 위한 필드(1152)를 포함할 수 있다.
계획 윈도우(1000)에 포함된 데이터를 포함한 계획 윈도우(1000)는 수술 계획(316)을 나타낼 수 있다는 것을 이해해야 한다.
수술(Surgery)
본 명세서에서 논의된 바와 같이, 수술 동안, 외과의는 계획된 고관절 컴포넌트를 임플란트할 수 있다. 외과의는 또한, 수술 계획(316)에 액세스할 수 있다.
수술 동안에 대전자로부터의 29mm, 소전자로부터의 11mm의 물리적 거리가 측정치라고 가정한다.
도 12는 한 실시예에 따른 계획 윈도우(1000)의 개략도이다. 이 도면에서, 대퇴골 고관절 줄기의 디지털 템플릿(1102)은 수술 동안 측정된 물리적 거리(들)와 정합하도록 재배치된다. 예를 들어, 대퇴골 줄기의 디지털 템플릿(1102)은, 대퇴골 줄기의 어깨(1103)가 이제 대전자(1012)로부터 29mm, 및 소전자로부터 11mm가 되도록 대퇴골(1008)에 대해 아래로 이동됨으로써, 수술 동안에 측정된 물리적 거리와 정합하게 된다. 평가 툴(308)은 필드들(1202 및 1204)에서 이들 새로운 거리들을 프리젠팅할 수 있다. 이 새로운 위치로 이동된 줄기의 디지털 템플릿(1102)에 의해, 평가 툴(308)은, 다리 길이, 오프셋, 및 AP 위치에 대한 새로운 변경 값들, 예를 들어 각각 5.8 mm, 0.9 mm 및 2.1 mm를 계산할 수 있다. 이들 새로운 변경 값들은, 각각, 필드들(1206, 1208 및 1210)에 표시된 바와 같이, 계획 윈도우(1000)의 결과 영역(1112)에 프리젠팅될 수 있다.
설명된 바와 같이, 외과의는 이들 새로운 계산된 값들이 절차에 대해 설정된 목표를 충족시키는지를 결정할 수 있다. 만일 그렇다면, 수술 절차는 현재 위치에서 대퇴골 고관절 줄기를 진행될 수 있다. 그렇지 않다면, 예를 들어 다리 길이, 오프셋, 및/또는 AP 위치에 대한 하나 이상의 새로운 계산된 값이 수락가능하지 않다면, 외과의는 계획 업데이트 단계에 들어갈 수 있다. 예를 들어, 다리 길이 변경에 있어서 10mm 이상은 전형적으로 대부분의 환자에게 적합하지 않다.
예를 들어, 외과의가, 계획된 대로 중간 네크 부분 대신에, 짧은 네크 부분을 평가하기를 한다고 가정한다. 외과의 또는 조수는 대응하는 디지털 템플릿들을 선택하여 이들을 고관절 모델(1002) 상에 중첩시킬 수 있다.
도 13은 한 실시예에 따른 계획 윈도우(1000)의 개략도이다. 계획 윈도우(1000)는 모델 영역(1001)에서 고관절 모델(1002)을 포함한다. 이 실시예에서, 계획된 중간 길이 네크(1104)(도 11) 대신에, 짧은 네크 부분(1304)을 갖는 대퇴골 고관절 줄기의 디지털 템플릿(1302)이 프리젠팅된다. 예를 들어, 드롭 다운 박스들(1306, 1308, 1310 및 1312)에 프리젠팅된 값에 의해 표시된 바와 같이, 외과의는, 예를 들어 평가를 위해, 짧은(S) 헤드 길이, 127° 짧은 네크 유형, 줄기 크기 14, 및 감소된 플레어를 갖는 고관절 줄기를 선택할 수 있다. 평가를 위해 선택된 새로운 고관절 줄기에 관한 정보는 결과 영역(1112)의 데이터 필드(1314)에 프리젠팅될 수 있다. 설명된 바와 같이, 외과의는 새로운 고관절 줄기(1302)에 대한 템플릿(들)을 환자의 고관절의 모델(1002)에서 원하는 위치 및 배향으로 배치할 수 있다. 평가 툴(308)은 새로운 고관절 줄기(1302)에 대한 다리 길이, 오프셋, 및 AP 변경 값을 계산하고, 이들 변경 값을 각각 필드(1316, 1318 및 1320)에서 프리젠팅할 수 있다. 평가 툴(308)은 또한, 새로운 고관절 줄기(1302)에 대한 하나 이상의 가상 거리를 계산하여 이들을 필드(1322, 1324)에서 프리젠팅할 수 있다. 새로운 고관절 줄기(1302)에 관해 계산된 다리 길이, 오프셋, 및 AP 변경 값이, 수술에 대한 하나 이상의 목표를 충족시킨다면, 외과의는 이 새로운 고관절 줄기에 대응하는 물리적 컴포넌트를 임플란트할 수 있다.
대안으로서 또는 추가로, 외과의는, 긴 네크 부분 등의, 다른 컴포넌트를 평가하기를 원할 수 있다. 외과의 또는 조수는 대응하는 디지털 템플릿들을 선택하여 이들을 고관절 모델(1002) 상에 중첩시킬 수 있다.
도 14는 한 실시예에 따른 계획 윈도우(1000)의 개략도이다. 계획 윈도우(1000)는 모델 영역(1001)에서 고관절 모델(1002)을 포함한다. 이 실시예에서, 긴 네크 부분(1402)을 갖는 대퇴골 고관절 줄기의 디지털 템플릿(1402)이 프리젠팅된다. 예를 들어, 드롭 다운 박스들(1406, 1408, 1410 및 1412)에 프리젠팅된 값에 의해 표시된 바와 같이, 외과의는, 예를 들어 평가를 위해, 긴(L) 헤드 길이, 127° 긴 네크 유형, 줄기 크기 14, 및 감소된 플레어를 갖는 고관절 줄기를 선택할 수 있다. 평가를 위해 선택된 새로운 고관절 줄기에 관한 정보는 결과 영역(1112)의 데이터 필드(1414)에 프리젠팅될 수 있다. 설명된 바와 같이, 외과의는 새로운 고관절 줄기(1402)에 대한 템플릿(들)을 환자의 고관절의 모델(1002)에서 원하는 위치 및 배향으로 배치할 수 있다. 평가 툴(308)은 새로운 고관절 줄기(1402)에 대한 다리 길이, 오프셋, 및 AP 변경 값을 계산하고, 이들 변경 값을 각각 필드(1416, 1418 및 1420)에서 프리젠팅할 수 있다. 평가 툴(308)은 또한, 새로운 고관절 줄기(1402)에 대한 하나 이상의 가상 거리를 계산하여 이들을 필드(1422, 1424)에서 프리젠팅할 수 있다. 새로운 고관절 줄기(1402)에 관해 계산된 다리 길이, 오프셋, 및 AP 변경 값이, 수술에 대한 하나 이상의 목표를 충족시킨다면, 외과의는 이 새로운 고관절 줄기에 대응하는 물리적 컴포넌트를 임플란트할 수 있다.
도 11 내지 도 14는 단지 예시적인 목적을 위한 것이며, 단지 3개의 가능한 설계 대안을 나타낸다는 것을 이해해야 한다. 외과의는, 또한 또는 대안으로서, 상이한 네크 유형들, 네크 각도 등의, 상이한 설계 대안들을 평가할 수 있다. 예를 들어, 도 11 내지 도 14는, 짧은, 중간, 및 긴 헤드 길이를 갖는 고관절 줄기를 도시하지만, 일부 고관절 줄기 패밀리들은 짧은 헤드 길이 및 긴 헤드 길이에서만 이용가능할 수 있다. 헤드와 관련하여, 짧은, 중간, 긴, 매우 긴, 및 매우 매우 긴 크기에서 이용가능할 수 있다. 이용가능할 수 있는 다른 헤드 크기는, -4, 0, 4, 8 및 12 mm이다. 줄기는, 표준, 오프셋 및 높은 오프셋 크기로 이용가능할 수 있고, 이 경우 네크는 그 자체로 각도에 따라 변하지 않을 수 있지만, 네크는 길이를 추가하지 않고 오프셋에서의 순수한 증가를 제공할 수 있다. 예를 들어, 이용가능한 크기는 8mm 직선이다. 본 개시내용은, 임의의 크기, 구성 및/또는 형상의 템플릿 및 물리적 고관절 컴포넌트와 함께 이용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
일부 실시예들에서, 계획 윈도우는 체적 및 형상 데이터의 2D 뷰 및 컴퓨터 모델 양쪽 모두를 이용할 수 있다. 예를 들어, 대퇴골 컴포넌트의 계획 및 평가는 체적 및 형상 데이터의 2D 뷰를 이용하여 수행될 수 있는 반면, 관골구 컴포넌트의 계획 및 평가는 고관절의 컴퓨터 모델을 이용하여 수행될 수 있다.
고관절 컴포넌트들의 템플릿들 상의 지점들의 디지털화(Digitizing Points on Templates of Hip Components)
일부 실시예들에서, 평가 툴(308)은 가상 거리를 계산하기 위해 고관절 컴포넌트의 템플릿 상에 마킹된 하나 이상의 지점을 이용할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 모델링 툴(304)이 고관절 컴포넌트에 대한 템플릿 파일을 오픈하도록 지시할 수 있다. 사용자는 템플릿 상에 하나 이상의 지점을 마킹할 수 있다. 평가 툴(308)은, 예를 들어, 템플릿 상의 마킹된 지점과 대전자 및/또는 소전자 사이의 가상 거리를 계산할 때, 이들 지점들을 이용할 수 있다.
도 16은 한 실시예에 따른 대퇴골 고관절 줄기의 예시적인 컴퓨터 보조 설계(CAD) 도면의 개략도이다. CAD 도면은 모델링 툴(304)에 의해 편집기 윈도우(1600)에서 오픈될 수 있다. 편집기 윈도우(1600)는 드로잉 영역(1602) 및 데이터 영역(1604)을 포함할 수 있다. 모델링 툴(304)은 드로잉 영역(1602)에서 대퇴골 고관절 줄기의 3차원(3D) 모델(1606)을 프리젠팅할 수 있다. 데이터 영역(1604)은, 드로잉 영역(1602)에 예시된 대퇴골 고관절 줄기에 관한 정보를 수신 및/또는 프리젠팅하기 위한 사용자 인터페이스 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 데이터 영역(1604)은, 대퇴골 고관절 줄기의 임플란트 유형에 대한 정보, 예를 들어 "길고-곧은"을 수신 및/또는 프리젠팅하기 위한 데이터 입력 필드(1608)를 포함할 수 있다. 데이터 영역(1604)은, 대퇴골 고관절 줄기의 줄기 크기에 관한 정보, 예를 들어 "01"을 수신 및/또는 프리젠팅하기 위한 또 다른 데이터 입력 필드(1610)를 더 포함할 수 있다. 1612로 표시된 하나 이상의 제어가 편집기 윈도우(1600)에 제공될 수 있다. 제어(1612)는 3D 모델(1606)이 드로잉 영역(1602)에서 렌더링되는 방법을 조작하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 제어(1612)는, 특히, 3D 모델(1606)을 회전, 이동 및 크기재조정하는데 이용될 수 있다.
사용자는 3D 모델(1606)에 한 지점을 마킹할 수 있고, 그 다음, 이 마킹된 지점은, 예를 들어 대전자 및/또는 소전자까지의 가상 거리를 계산할 때 계획 툴(306)에 의해 이용될 수 있다. 예를 들어, 3D 모델은 네크 부분(1614)을 포함할 수 있고, 네크 부분(1614)은 어깨(1616)를 포함할 수 있다. 사용자는 3D 모델(1606)의 어깨에 한 지점(1618)을 마킹할 수 있다. 모델링 툴(304)은, 3D 모델(1606)에 대해 좌표계에서 지점(1618)의 좌표, 예를 들어, 지점(1618)의 x, y, z 좌표를 캡처할 수 있다. 지점(1618)의 마킹은 3D 모델(1606) 상의 한 지점을 디지털화하는 것으로 지칭될 수 있다. 일부 실시예들에서, 사용자는 3D 모델(1606) 상에 추가 지점들을 마킹할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 3D 모델(1606) 상에 또 다른 지점(1620)을 마킹할 수 있다.
3D 모델(1606)이 고관절 절차를 위한 계획 단계에서 이용된다면, 계획 툴(306)은, 대전자 및/또는 소전자까지의 가상 거리를 계산할 때, 마킹된 지점, 예를 들어 어깨(1616) 상의 지점(1618)을 이용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 계획 툴(306) 및/또는 모델링 툴(304)은, 마킹된 지점(1618)의 좌표를, 3D 모델(1606)에 대한 국부 좌표계로부터 골반 및/또는 대퇴골에 대해 설정된 좌표계로 변환할 수 있다.
지점들은 다른 고관절 컴포넌트에 대한 3D 모델 상에 및/또는 고관절 컴포넌트의 2D 템플릿 등의 다른 템플릿 상에 유사하게 마킹될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
예시적 데이터 처리 디바이스
도 15는 한 실시예에 따른 예시적인 데이터 처리 디바이스(1500)의 개략도이다. 데이터 처리 디바이스(1500)는, 중앙 처리 유닛(CPU)(1502) 등의 하나 이상의 프로세서 또는 기타의 처리 로직, 메인 메모리(1504), 디스크 드라이브(1506), 착탈식 매체 드라이브(1508) 등의 하나 이상의 저장 디바이스, 및 시스템 버스(1512) 등의 하나 이상의 버스에 의해 상호접속된 하나 이상의 네트워크 인터페이스 카드(NIC)(1510)를 포함한다. 메인 메모리(1504)는, 운영 체제(1514) 등의 복수의 프로그램, 라이브러리 또는 모듈, 및 수술 계획 시스템(300) 등의 운영 체제(1514) 상단에서 실행되는 하나 이상의 애플리케이션을 저장할 수 있다. 착탈식 매체 드라이브(1508)는, CD, DVD, 플로피 디스크, 솔리드 스테이트 드라이브, 테이프, 플래시 메모리 또는 기타의 매체 등의, 컴퓨터 판독가능한 매체(1518)를 수용하고 판독하도록 구성될 수 있다. 착탈식 매체 드라이브(1508)는 추가로, 컴퓨터 판독가능한 매체(1518)에 기입하도록 구성될 수 있다.
데이터 처리 디바이스(1500)는 또한, 사용자 입력/출력(I/O)(1520)을 포함하거나 및/또는 이에 의해 액세스될 수 있다. 사용자 I/O(1520)는, 키보드(1522), 마우스(1524) 등의 포인팅 디바이스, 및 디스플레이(1526) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 터치 스크린, 터치 패드, 펜 등의 다른 또는 추가적인 사용자 I/O가 제공될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
적절한 데이터 처리 디바이스는, 서버, 개인용 컴퓨터(PC), 워크스테이션, 랩탑, 팜 컴퓨터, 스마트 폰, 태블릿 컴퓨터 등을 포함한다.
적절한 운영 체제(1514)는, 특히, WA, Redmond에 소재한 Microsoft Corp.의 Windows 계열 운영 체제, Linux 운영 체제, CA, Cupertino에 소재한 Apple Inc.의 MAC OS® 계열 운영 체제, 및 UNIX® 계열 운영 체제를 포함한다.
도 15의 데이터 처리 디바이스(1500)는 단지 예시적인 목적을 위한 것이며, 본 개시내용은 다른 데이터 처리 디바이스, 컴퓨터 시스템, 처리 시스템 또는 계산 디바이스에서 이용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
전술된 실시예들의 설명은 예시 및 설명을 제공하기 위한 것이고, 빠짐없이 모두 드러낸 것도 아니고 본 발명을 개시된 그대로의 형태로 제한하려는 것도 아니다. 수정 및 변형은 상기 교시에 비추어 가능하거나 본 발명의 실시로부터 획득될 수 있다. 예를 들어, 흐름도와 관련하여 일련의 동작들이 설명되었지만, 동작들의 순서는 다른 구현에서 수정될 수 있다. 추가로, 비의존적인 동작들은 병렬로 수행될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어 "사용자"는, 달리 언급되지 않는 한, 예를 들어 컴퓨터 또는 데이터 처리 시스템, 또는 컴퓨터 또는 데이터 처리 시스템의 사용자를 포함하도록 광범위하게 해석되고자 한다.
추가로, 본 발명의 소정 실시예들은 하나 이상의 기능을 수행하는 로직으로서 구현될 수 있다. 이 로직은, 하드웨어 기반, 소프트웨어 기반, 또는 하드웨어 기반과 소프트웨어 기반의 조합일 수 있다. 로직의 일부 또는 전부는, 하나 이상의 유형의(tangible) 비일시적인 컴퓨터 판독가능한 저장 매체에 저장될 수 있고, 서버 시스템(102) 등의 컴퓨터 또는 데이터 처리 시스템에 의해 실행될 수 있는 컴퓨터-실행가능한 명령어들을 포함할 수 있다. 컴퓨터 실행가능한 명령어들은 본 발명의 하나 이상의 실시예를 구현하는 명령어들을 포함할 수 있다. 유형의 비일시적인 컴퓨터 판독가능한 저장 매체는, 휘발성 또는 비휘발성일 수 있고, 예를 들어, 플래시 메모리, 동적 메모리, 착탈식 디스크 및 비착탈식 디스크를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 이용된 어떠한 요소, 동작 또는 명령어도, 명시적으로 기술되지 않는 한, 본 발명에 중요하거나 필수적인 것으로 해석되어서는 안된다. 또한, 본 명세서에서 사용될 때, 관사 "a"는 하나 이상의 항목을 포함하도록 의도된다. 오직 하나의 항목만이 의도된 경우, 용어 "one" 또는 유사한 용어가 사용된다. 추가로, "~에 기초한"이라는 문구는, 달리 명시되지 않는 한, "적어도 부분적으로 기초한"을 의미하는 것으로 의도된다.
전술된 설명은 본 발명의 특정한 실시예에 관한 것이다. 그러나, 전술된 실시예들에 대해, 이들의 이점들 중 일부 또는 전부를 달성하면서, 다른 변형 및 수정이 이루어질 수 있다는 것은 명백할 것이다. 따라서, 첨부된 청구항들의 목적은 본 개시내용의 진정한 사상 및 범위 내에 드는 이러한 모든 변형 및 수정을 포함하는 것이다.
Claims (15)
- 컴퓨터 구현된 방법으로서,
환자의 고관절(hip)의 적어도 일부의 이미지를 디스플레이 스크린 상에 디스플레이하는 단계;
고관절 컴포넌트(312)의 템플릿을 상기 고관절의 적어도 상기 일부의 상기 디스플레이된 이미지 상에 중첩시키는 단계;
상기 고관절의 상기 적어도 일부에 대해 계획된 위치에 상기 고관절 컴포넌트(312)의 상기 템플릿을 위치시키는 단계;
상기 고관절 컴포넌트(312)의 상기 템플릿이 상기 계획된 위치에 위치하는 상태로, 프로세서에 의해, 상기 고관절에 대한 다리 길이(646), 오프셋(648), 또는 전후 AP 위치 중 적어도 하나의 계획된 변경 ―상기 계획된 변경은, 상기 고관절의 상기 적어도 일부의 상기 디스플레이된 이미지 상에 중첩된 상기 고관절 컴포넌트(312)의 상기 템플릿에 기초함―을 결정하는 단계;
상기 고관절 컴포넌트(312)의 상기 템플릿이 상기 계획된 위치에 위치하는 상태로, 상기 프로세서에 의해, 상기 고관절의 상기 적어도 일부의 상기 디스플레이된 이미지 상의 해부학적 랜드마크와 상기 고관절 컴포넌트(312)의 상기 템플릿 상의 한 위치 ―상기 위치는 상기 고관절 컴포넌트(312) 상에 위치함― 사이의 가상 거리(654)를 결정하는 단계;
상기 계획된 변경 및 상기 가상 거리(654)를 출력하는 단계;
상기 프로세서에 의해, 상기 해부학적 랜드마크에 대응하는 고관절의 물리적 랜드마크와 상기 고관절 컴포넌트(312)의 상기 템플릿 상의 상기 위치에 대응하는 물리적 고관절 컴포넌트 상의 한 위치 사이의 물리적 거리 ―상기 물리적 거리는 상기 가상 거리(654)와는 상이함― 를 수신하는 단계;
상기 프로세서에 의해, 상기 다리 길이(646), 상기 오프셋(648), 또는 상기 AP 위치 중 적어도 하나에서의 업데이트된 변경 값 ―상기 업데이트된 변경 값은 상기 물리적 거리와 정합하도록 재배치되는 상기 고관절 컴포넌트(312)의 상기 템플릿에 기초함― 을 결정하는 단계; 및
상기 다리 길이(646), 상기 오프셋(648), 또는 상기 AP 위치 중 상기 적어도 하나에서의 상기 업데이트된 변경 값을 출력하는 단계를 포함하고,
상기 컴퓨터 구현된 방법의 단계들은 수술 전에 수행되는,
방법. - 제1항에 있어서, 상기 고관절 컴포넌트(312)의 상기 템플릿은,
브로치(broach);
대퇴골 고관절 줄기(femoral hip stem);
보철 네크 부분(prosthetic neck portion);
보철 대퇴골 헤드(prosthetic femoral head);
관골구 컵(acetabular cup); 또는
관골구 라이너(acetabular liner)
중 적어도 하나를 나타내는, 방법. - 제1항에 있어서, 상기 고관절 컴포넌트(312)의 상기 템플릿은 고관절 줄기 컴포넌트(1102)를 나타내는, 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 해부학적 랜드마크는 대전자(118; greater trochanter) 또는 소전자(120; lesser trochanter)이고, 상기 고관절 컴포넌트(312)의 상기 템플릿 상의 상기 위치는 상기 고관절 줄기 컴포넌트의 어깨(215)인, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 고관절의 상기 적어도 일부의 상기 디스플레이된 이미지는 2차원(2D) 또는 3차원(3D)인, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 고관절의 상기 적어도 일부의 상기 디스플레이된 이미지는 3차원(3D) 모델을 포함하는, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 업데이트된 변경 값을 결정하는 단계는 실시간으로 수행되는, 방법.
- 제1항에 있어서,
제2 고관절 컴포넌트를 평가하기 위해 상기 제2 고관절 컴포넌트의 제2 템플릿을 상기 고관절의 상기 적어도 일부의 상기 디스플레이된 이미지 상에 또는 상기 고관절의 상기 적어도 일부의 제2 이미지 상에 중첩시키는 단계;
상기 프로세서에 의해, 상기 다리 길이(646), 상기 오프셋(648), 또는 상기 전후 AP 위치 중 상기 적어도 하나에서의 수정된 변경 값 ―상기 수정된 변경 값은 상기 고관절 컴포넌트(312)의 상기 템플릿을, 상기 고관절 컴포넌트(312)의 상기 템플릿과는 상이한 상기 제2 고관절 컴포넌트의 상기 제2 템플릿으로 대체하는 것에 기초함― 을 결정하는 단계; 및
상기 수정된 변경 값을 출력하는 단계
를 더 포함하는 방법. - 제8항에 있어서,
상기 프로세서에 의해, 상기 고관절의 상기 적어도 일부의 상기 디스플레이된 이미지 상의 또는 상기 고관절의 상기 적어도 일부의 상기 제2 이미지 상의 해부학적 랜드마크와, 상기 제2 고관절 컴포넌트의 상기 제2 템플릿 상의 한 위치 사이의 수정된 가상 거리를 결정하는 단계; 및
상기 수정된 가상 거리를 출력하는 단계
를 더 포함하는 방법. - 삭제
- 명령어들을 포함하는 컴퓨터 판독가능한 매체이며, 상기 명령어들은 컴퓨터에 의해 실행될 때 상기 컴퓨터로 컴퓨터 구현된 방법을 실행하게 하고, 상기 컴퓨터 구현된 방법은,
환자의 고관절(hip)의 적어도 일부의 이미지를 디스플레이 스크린 상에 디스플레이하는 단계;
고관절 컴포넌트(312)의 템플릿을 상기 고관절의 적어도 상기 일부의 상기 디스플레이된 이미지 상에 중첩시키는 단계;
상기 고관절의 상기 적어도 일부에 대해 계획된 위치에 상기 고관절 컴포넌트(312)의 상기 템플릿을 위치시키는 단계;
상기 고관절 컴포넌트(312)의 상기 템플릿이 상기 계획된 위치에 위치하는 상태로, 프로세서에 의해, 상기 고관절에 대한 다리 길이(646), 오프셋(648), 또는 전후 AP 위치 중 적어도 하나의 계획된 변경 ―상기 계획된 변경은, 상기 고관절의 상기 적어도 일부의 상기 디스플레이된 이미지 상에 중첩된 상기 고관절 컴포넌트(312)의 상기 템플릿에 기초함―을 결정하는 단계;
상기 고관절 컴포넌트(312)의 상기 템플릿이 상기 계획된 위치에 위치하는 상태로, 상기 프로세서에 의해, 상기 고관절의 상기 적어도 일부의 상기 디스플레이된 이미지 상의 해부학적 랜드마크와 상기 고관절 컴포넌트(312)의 상기 템플릿 상의 한 위치 ―상기 위치는 상기 고관절 컴포넌트(312) 상에 위치함― 사이의 가상 거리(654)를 결정하는 단계;
상기 계획된 변경 및 상기 가상 거리(654)를 출력하는 단계;
상기 프로세서에 의해, 상기 해부학적 랜드마크에 대응하는 고관절의 물리적 랜드마크와 상기 고관절 컴포넌트(312)의 상기 템플릿 상의 상기 위치에 대응하는 물리적 고관절 컴포넌트 상의 한 위치 사이의 물리적 거리 ―상기 물리적 거리는 상기 가상 거리(654)와는 상이함― 를 수신하는 단계;
상기 프로세서에 의해, 상기 다리 길이(646), 상기 오프셋(648), 또는 상기 AP 위치 중 적어도 하나에서의 업데이트된 변경 값 ―상기 업데이트된 변경 값은 상기 물리적 거리와 정합하도록 재배치되는 상기 고관절 컴포넌트(312)의 상기 템플릿에 기초함― 을 결정하는 단계; 및
상기 다리 길이(646), 상기 오프셋(648), 또는 상기 AP 위치 중 상기 적어도 하나에서의 상기 업데이트된 변경 값을 출력하는 단계를 포함하고,
상기 컴퓨터 구현된 방법의 단계들은 수술 전에 수행되는,
컴퓨터 판독가능한 매체. - 장치로서,
고관절 컴포넌트(312)들의 복수의 템플릿을 저장하는 메모리(310);
제1 디스플레이(318); 및
상기 메모리(310) 및 상기 제1 디스플레이(318)에 결합된 하나 이상의 프로세서
를 포함하고, 상기 하나 이상의 프로세서는 :
고관절의 적어도 일부의 이미지를 상기 제1 디스플레이(318) 상에 수술 전에 디스플레이하고;
상기 메모리(310)로부터의 고관절 컴포넌트(312)의 템플릿을 상기 고관절의 상기 적어도 일부의 상기 디스플레이된 이미지 상에 수술 전에 중첩시키며;
상기 고관절의 상기 적어도 일부에 대해 계획된 위치에 상기 고관절 컴포넌트(312)의 상기 템플릿을 수술 전에 위치시키며;
상기 고관절 컴포넌트(312)의 상기 템플릿이 상기 계획된 위치에 위치하는 상태로, 상기 고관절에 대한 다리 길이, 오프셋, 또는 전후 AP 위치 중 적어도 하나의 계획된 변경 ―상기 계획된 변경은, 상기 고관절의 상기 적어도 일부의 상기 디스플레이된 이미지 상에 중첩된 상기 고관절 컴포넌트(312)의 상기 템플릿에 기초함―을 수술 전에 결정하고;
상기 고관절 컴포넌트(312)의 상기 템플릿이 상기 계획된 위치에 위치하는 상태로, 상기 고관절의 상기 적어도 일부의 상기 디스플레이된 이미지 상의 해부학적 랜드마크와 상기 고관절 컴포넌트(312)의 상기 템플릿 상의 한 위치 ―상기 위치는 상기 고관절 컴포넌트(312) 상에 위치함― 사이의 가상 거리를 수술 전에 결정하며;
상기 제1 디스플레이(318) 상에, 상기 계획된 변경 및 상기 가상 거리를 수술 전에 출력하고;
상기 해부학적 랜드마크에 대응하는 상기 고관절의 물리적 랜드마크와 상기 고관절 컴포넌트(312)의 상기 템플릿 상의 상기 위치에 대응하는 물리적 고관절 컴포넌트 상의 한 위치 사이의 물리적 거리 ―상기 물리적 거리는 상기 가상 거리와는 상이함― 를 수술 전에 수신하며;
상기 다리 길이, 상기 오프셋, 또는 상기 AP 위치 중 적어도 하나에서의 업데이트된 변경 값 ―상기 업데이트된 변경 값은 상기 물리적 거리와 정합하도록 재배치되는 상기 고관절 컴포넌트(312)의 상기 템플릿에 기초함― 을 수술 전에 결정하고;
상기 제1 디스플레이(318) 상에 또는 제2 디스플레이 상에, 상기 다리 길이, 상기 오프셋, 또는 상기 AP 위치 중 상기 적어도 하나에서의 상기 업데이트된 변경 값을 수술 전에 출력하도록 구성된,
장치. - 제12항에 있어서, 상기 고관절 컴포넌트(312)의 상기 템플릿은 고관절 줄기 컴포넌트(644)를 나타내고, 상기 해부학적 랜드마크는 대전자(118) 또는 소전자(120)이며, 상기 고관절 컴포넌트(312)의 상기 템플릿 상의 상기 위치는 상기 고관절 줄기 컴포넌트(644)의 어깨(215)인, 장치.
- 제12항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로세서는 추가로:
상기 제1 디스플레이(318) 상에서 또는 상기 제2 디스플레이 상에서, 제2 고관절 컴포넌트를 평가하기 위해 상기 제2 고관절 컴포넌트의 제2 템플릿을 상기 고관절의 상기 적어도 일부의 상기 디스플레이된 이미지 또는 상기 고관절의 상기 적어도 일부의 제2 이미지 상에 중첩시키고;
상기 다리 길이, 상기 오프셋, 또는 상기 전후 AP 위치 중 상기 적어도 하나에서의 수정된 변경 값 ―상기 수정된 변경 값은 상기 고관절 컴포넌트(312)의 상기 템플릿을, 상기 고관절 컴포넌트(312)의 상기 템플릿과는 상이한 상기 제2 고관절 컴포넌트의 상기 제2 템플릿으로 대체하는 것에 기초함― 을 결정하며;
상기 제1 디스플레이(318) 상에서 또는 상기 제2 디스플레이 상에서, 상기 수정된 변경 값을 출력하도록 구성된, 장치. - 제12항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로세서는 추가로:
상기 고관절의 상기 적어도 일부의 상기 디스플레이된 이미지 상의 또는 상기 고관절의 상기 적어도 일부의 제2 이미지 상의 해부학적 랜드마크와, 제2 고관절 컴포넌트의 제2 템플릿 상의 한 위치 사이의 수정된 가상 거리를 결정하고;
상기 제1 디스플레이(318) 상에서 또는 상기 제2 디스플레이 상에서, 상기 수정된 가상 거리를 출력하도록 구성된, 장치.
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