KR20210154801A - 조직 치료 장치 및 방법 - Google Patents

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외르크 마이어
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로익 조타스
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Abstract

본 발명은 의료 기술 분야에 속하며 조직을 절제하기 위한 장치에 관한 것이다. 이것은 특히 초음파 수술 기구와 함께 사용하기에 적합한 소노트로드에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 소노트로드를 포함하는 조직 절제용 초음파 수술 기구, 본 발명의 소노트로드 제조 방법 및 본 발명의 소노트로드를 사용하는 절제 방법에 관한 것이다.

Description

조직 치료 장치 및 방법
본 발명은 의료 기술 분야에 속하며 조직(tissue)에 래스핑(rasping), 스크레이핑(scraping), 리밍(reaming) 및/또는 커팅(cutting)과 같은 절제 과정(ablative process)을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다. 그것은 특히 초음파 수술 기구(ultrasonic surgical instrument)와 함께 사용하기에 적합한 소노트로드(sonotrode)에 관한 것이다. 조직은 소노트로드의 구체적인 구성에 따라 경조직(hard tissue) 또는 연조직(soft tissue)이 될 수 있다.
일반적으로 초음파 수술 기구와 그 안으로 결합되는 초음파 진동(ultrasonic vibration)을 일 단부에서 (보통 근위 단부(proximal end))에서 작용 위치(보통 조직과 접촉하는 원위 단부(distal end))로 전달하는 요소를 제공하기 위해서는 많은 문제가 해결될 필요가 있다. 이러한 요소는 이하에서 소노트로드(sonotrode)라고 한다. 특히 조직과 접촉할 때의, 진동 거동, 특히 소노트로드의 종축에 방사상으로 향하는 힘이 인가될 때의, 기계적 안정성, 치료 위치의 제한 및/또는 제어 가능성, 상이한 및/또는 제한된 공간 조건의 경우 적용 가능성, 전진, 후진 및/또는 측방향 이동 중에 절제할 수 있는 능력, 래스핑, 스크레이핑, 리밍 및/또는 커팅 능력, 치료 위치에서 파편(잔해물)(debris)을 운반 및 냉각은 수많은 문제들 중 일부이다.
초음파 수술 기구는 오랫동안 연조직을 절제, 특히 커팅하는 데 사용되고 있다. 최근 개발은 경조직, 특히 골 조직(뼈 조직)(bone tissue)의 치료를 위한 초음파 수술 기구의 효율적인 사용에 중점을 둔다.
래스핑(rasping), 스크레이핑(scraping), 리밍(reaming) 및/또는 커팅(cutting)과 같은 절제 과정으로 뼈 조직을 치료하기 위한 초음파 수술 장치들은 일반적으로 이 과정을 위해 뼈 조직에 대해 가압되고 초음파 진동으로 설정되는 헤드를 포함한다. 이들 기구들에 의한 절제 과정은 기본적으로 뼈 조직의 국부적 스매싱(local smashing)을 기반으로 한다.
골 조직 절제용 초음파 수술 기구용으로 시판되는 소노트로드는 크게 두 가지 범주로 나눌 수 있다. 첫 번째 범주는 우선 먼저 뼈 조직을 절단(cutting)하도록 구성된 소노트로드에 관한 것이다. 첫 번째 범주의 소노트로드는 일반적으로 블레이드 같은 부분을 갖는다. 두 번째 범주는 뼈 조직의 표면을 형성하도록 구성된 소노트로드에 관한 것이다. 두 번째 범주의 소노트로드는 일반적으로 소노트로드 및 초음파 수술 기구의 종축에 대해 크랭크된 헤드를 갖는다. 두 번째 범주의 소노트로드의 하위 범주는 스파이크 또는 에지와 같이 절제(ablation)에 적합하며 소노트로드의 전체 원위 단부 주위에 균일하게 분포된 복수의 구조물들을 포함하는 원위 단부를 갖는다.
초음파 수술 기구 제품 라인인 BoneScapel®(Misonix)의 절골술 블레이드(osteotomy blades)와 Stryker's Bone tips의 나이프는 첫 번째 범주의 소노트로드의 예들이다. BoneScapel® 면도기와 Stryker's bone tips의 Spetzlers 및 Payners는 두 번째 범주의 소노트로드의 예들이다.
첫 번째 범주의 소노트로드는 예를 들어 절골술 과정에서 뼈 조직을 절단하기 위한 소노트로드를 의미하며 한편으로는 매우 치밀하고 강한 피질골 조직을 절단하기 위해 설치될 필요가 있으며, 그리고 이것은 다른 각도에서(서로 다른 접근 상황 때문에) 설치될 필요가 있다. 다른 한편으로는, 절단 장치는 예를 들어 해면골 조직(cancellous bone tissue)까지 깊숙이 절단할 수 있어야 한다. 그렇기 때문에 이러한 소노트로드들은 블레이드 길이가 일반적으로 10 내지 25 mm이고 블레이드 너비가 일반적으로 5 내지 10 mm이고 블레이드 두께가 일반적으로 0.5 내지 1 mm인 블레이드와 같다(블레이드형). 절단(커팅)은 블레이드가 두 개의 평평한 표면과 원주 측벽으로 구성된 것으로 간주되는 경우 일반적으로 블레이드의 측벽을 따라 수행된다. 실시형태들에서, 평평한 표면은 뼈 조직을 래스핑(rasping)하는 구조를 포함한다.
블레이드형 부분을 갖는 커팅 및 선택적으로 래스핑 헤드를 포함하는 선행 기술 기구들의 이점은 어느 정도 제한되는 치료 영역에서의 그 적용 가능성이다. 상기 기구의 주요 단점은 기계적 힘 또는 블레이드형 부분의 공진에 의해 영향을 받는 변형 및/또는 측방향 편향에 대한 민감성이다. 변형에 대한 이러한 민감성은 예를 들면 헤드와 뼈 조직 사이에 인가될 수 있는 가압력을 제한한다.
두 번째 범주의 소노트로드는 뼈 조직의 표면을 형성하기 위한 소노트로드를 의미하며 치료할 뼈 조직에 잘 정의된 접촉 표면을 제공하기 위해 설치된다. 접촉면은 두 방향(축방향 및 측방향)으로 크게 연장되며 몇 ㎟의 최소 표면적을 갖는다. 접촉 표면은 절제 구조를 포함하고 일반적으로 소노트로드의 나머지 부분에 대해 크랭크된 소노트로드 부분의 일부가 됨으로써 나머지 소노트로드로부터 돌출된다. 이러한 종류의 소노트로드는 측방향 공진의 여기(excitation), 작동 방향에 대한 제한, 치료 위치로부터 파편의 수송 및 냉각 측면에서 불리하다.
두 번째 범주의 소노트로드의 이들 단점들 중 일부는 소노트로드(위에서 언급한 하위 범주)의 전체 원위 단부 주위에 절제 구조물들을 고르게 분포시킴에 의해 해결될 수 있다. 그러나, 이는 예를 들어 치료해서는 안 되는 조직을 손상시킬 위험으로 인해 다른 및/또는 제한된 공간 조건의 경우 작용 위치 및 적용 가능성의 감소된 제한 및 제어 가능성과 같은 추가의 단점을 야기한다.
WO 2013/057179는 뼈 조직을 커팅하기 위한 수술 기구용 소노트로드를 개시한다. 소노트로드 헤드(sonotrode head)는 블레이드 모양이며 종방향으로 연장되는 커팅 장치로서 역할을 한다. 그것은 소노트로드 헤드를 통해 횡방향으로 연장되는 복수의 천공들(perforations)을 갖는다. 천공은 오블롱 형상(oblong shape)을 가지며 종방향에 대해 30°와 80°사이의 각도를 이루고 있어, 소노트로드 헤드가 탄성을 얻고, 초음파 진동을 받으면, 소노트로드 헤드에 의해 정의된 평면에서 피칭 운동(pitching motion)을 한다. 그럼에도 불구하고, WO 2013/057179에 따르면, 가압력을 인가하기 위한 충분한 강성이 보존된다. 소노트로드 헤드의 커팅면은 분해된 뼈 물질의 제거를 돕는 인덴테이션(indentation)을 추가로 포함한다.
US 2015/0005771 A1은 연골 및 뼈와 같은 조직을 커팅하기 위한 소노트로드를 기술한다. 소노트로드는 평면 블레이드 바디를 가지고 있으며, 블레이드 바디는 2개의 측면과 얕은 리세스(recess)를 갖는다. 이 소노트로드는 리세스와 연결되는 출구를 갖는 생크를 가지며, 이에 의해 리세스로의 액체 흐름을 가능하게 한다. 블레이드는 블레이드 바디의 측면들 사이에서 연장되고 리세스로부터 블레이드의 대향 측면으로의 액체 흐름을 가능하게 하는 관통 홀을 더 갖는다.
US 2012/0004729 A1은 블레이드를 통해 연장되는 개구 주위의 림에 의해 구성된 커팅 에지를 구비한 종방향 블레이드를 갖는 커팅 기구를 기술한다. 커팅은 진동이 아닌 회전에 의해 발생한다.
본 발명의 목적은 초음파 수술 기구용 소노트로드를 추가로 개발하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 최첨단 소노트로드보다 더 나은 방식으로 복수의 요건들을 충족하는 초음파 수술 장치용 소노트로드를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 관련된 초음파 수술 기구를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 경조직 또는 연조직을 절제하기에 적합한 개선된 초음파 수술 기구용 소노트로드를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기계적 진동을 사용하여 뼈의 절제(제거), 특히 뼈의 래스핑에 적합한 초음파 수술 기구, 그리고 전방 및/또는 후방의 뼈의 래스핑, 뼈의 스크레이핑, 특히 후방의 뼈의 스크레이핑, 및 뼈의 리밍, 특히 전방의 뼈의 리밍 중 적어도 하나를 위한 초음파 수술 기구, 그리고 개선된 소노트로드를 포함하는 초음파 수술 기구 그리고 뼈를 절제(제거)하기 위한 관련 방법들 및 이들 소노트로드들을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
소노트로드는 예를 들어 골증식체(골극), 경화성 골 변화 및 골종양과 같은 퇴행성 질환의 과정에서 유도된 예를 들면 피질골, 조절되지 않은 성장 골을 절제(제거)하는 데 사용될 수 있다.
소노트로드는 예를 들어 뼈의 종양 조직과 감염된 부위의 괴사조직 제거에도 사용될 수 있다.
개선된 소노트로드에 의해 달성되는 한 가지 목표는 피질골에 대한 더 나은 절제, 특히 래스핑, 스크레이핑 및/또는 리밍 성능이다. 피질골은 조밀하고 치밀하다. 이에 의해 뼈를 제거하는 동안 생성되는 열의 감소가 예상된다. 또한, 절제 위치의 제어성을 향상시킬 수 있는 것이 유리할 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기계적 진동을 이용한 절제에 의한 연조직의 치료에 적합한 초음파 수술 기구를 위한 개선된 소노트로드 및 전방 및/또는 후방의 연조직 연마 중 적어도 하나를 위한 초음파 수술 기구, 및 개선된 소노트로드를 포함하는 초음파 수술 기구 및 연조직을 절제하기 위한 관련 방법 및 이들 소노트로드를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상처 치료, 괴사조직 제거 및 연조직 연마(스크레이핑 오프)는 개선된 소노트로드, 관련 초음파 수술 기구 및 관련 방법에 의해 수행될 수 있는 치료의 예이다.
소노트로드의 개선은 본 발명에 따라 개선된 소노트로드를 개복 수술 뿐만 아니라 최소 침습 수술(Minimal Invasive Surgery)(MIS)에서도 사용할 수 있도록 하는 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어 "근위(proximal)"는 초음파 수술 기구의 하우징에 대한 부착 지점 또는 각각 그 기구의 사용자에게 대해 가까운 것을 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 용어 "원위(distal)"는 초음파 수술 기구의 하우징에 대한 부착 지점으로부터 또는 각각 그 기구의 사용자에 대해 (멀리) 떨어져 위치하는 것을 지칭한다. 따라서, 원위 단부와 근위 단부는 반대쪽 단부이다.
본 명세서에서 사용된 용어 "샤프 림(sharp rim)"은 림, 에지, 돌출부 등과 같은 구조물을 지칭하며, 상기 구조물은 조직을 절제하기 위해 구성된다. 이것은 어느 정도 "날카롭다(sharp)"는 구조적 특징뿐만 아니라 소노트로드에서 "샤프 림"의 특정 배열을 의미한다. 즉, 샤프 림은 소노트로드와 초음파 수술 기구를 적절하게 사용하는 동안 각각 조직과 접촉하는 방식으로 배열된다.
"종축(longitudinal axis)"이라는 용어는 본 명세서에서 중심 종축에 대해 사용된다.
"절제(제거)(ablation)"라는 용어는 뼈, 인대 및 종양 조직의 표면과 같은 조직 표면뿐만 아니라 조직 대체 물질 및 임플란트의 표면의 "래스핑(rasping)", "스크레이핑(scraping)", "쉐이핑(shaping)", "트리밍(trimming)", "포밍(forming)" 등을 포함한다.
"소노트로드(sonotrode)"라는 용어는 기계적 진동(mechanical vibrations)(기계적 진동(mechanical oscillations))을 사용하여 조직을 치료하기 위한 도구, 특히 기계적으로 조직을 치료하기 위한 도구에 사용된다. 소노트로드는 도구의 근위 단부에 결합된 기계적 진동을 원위 단부로 전달하도록 구성되며, 이것은 작업 헤드(본 발명에 따른 소노트로드의 명명법이 사용되는 경우 "캡")로 기계적 진동을 전달하고 헤드에서 조직으로 기계적 진동에 의해 전달되는 에너지를 전달하는 것을 의미한다. 일반적으로 소노트로드는 공진으로 여기될 수 있으며(excited resonantly), 이것은 소노트로드가 공진으로 여기되는 기계적 진동의 주파수가 있음을 의미한다.
"오목한(concave)" 및 "볼록한(convex)"이라는 용어들은 본 명세서에서 이들 용어들의 제한적인 의미에서 "오목한" 또는 "볼록한" 표면 및 형상에도 사용되며(즉, 오목한 표면의 두 점 사이의 임의의 직선은 오목한 표면을 정의하는 바디의 외부로 이어지며, 볼록한 표면의 두 지점 사이의 임의의 직선은 볼록한 표면을 정의하는 바디의 내부로 이어진다), 그러나 직선 부분을 또한 포함할 수도 있다.
본 발명의 제1 태양은 초음파 수술 기구용 소노트로드에 관한 것이다. 소노트로드는 종축, 종축을 따라 연장되는 스템(stem) 및 캡(cap)을 포함한다.
스템은 원위 커플링 요소와 캡 사이에 배열된 소노트로드의 임의의 부분을 포함할 수 있다.
스템은 가요성(flexible)일 수 있다.
스템은 일정한 직경을 가질 수 있으며 또는 위에서 논의한 테이퍼링(tapering)(플래트닝(flattening)) 영역과 같이 종축을 따라 변화하는 직경을 가질 수 있다.
캡은 특히 적어도 하나의 샤프 림(sharp rim)을 포함함에 의해 기계적 진동(mechanical oscillation)(기계적 진동(mechanical vibration))을 사용하여 조직에 대한 절제 프로세스(ablative process)를 수행하도록 구성된다. 조직은 경조직, 특히 뼈 또는 연조직일 수 있다. 일 실시형태에서, 조직은 뼈 조직이다.
샤프 림은 조직과 접촉하여 설정될 수 있고 종축을 따라 기계적 진동이 소노트로드에 인가될 때 표면에 걸쳐 "래스핑"하는 방식으로 캡에 배열된다. 환언하면, 캡은 스템보다 반경방향(종방향 축에 대해 반경방향)으로 더 돌출하는 적어도 하나의 부분을 포함하며, 적어도 하나의 부분은 적어도 하나의 샤프 림을 포함한다.
캡은 스템의 원위 단부와 상기 부분의 샤프 림 사이에 배열된 표면을 더 포함한다. 환언하면, 캡은 스템의 원위 단부에서 캡의 시작부로부터 샤프 림까지 연장되는 표면, 특히 근위 표면을 포함한다.
캡의 상기 표면은 오목한 표면이며 및/또는 90도 이하인 스템에 대해 개방 각도로 이어진다. 90도 이하의 스템에 대한 개방 각도는 표면이 종축 방향으로 수직인 표면을 갖거나 표면이 스템의 원위 단부에서 그 시작부로부터 근위쪽으로 연장된다는 것을 의미한다.
마지막으로 캡은 종축에 질량 중심을 갖도록 설계된다.
위에 언급된 특징을 갖는 소노트로드는 적어도 오목한 표면이거나 90도 이하의 스템 및/또는 종축에 질량 중심을 갖는 캡에 대해 개방 각도로 이어지는 근위 표면에서 종래기술 소노트로드, 특히 첫 번째 및 두 번째 범주의 소노트로드와 구별된다.
이들 특징들은 예를 들면 다음과 같은 다양한 이점들을 가져온다.
Figure pct00001
종축에 그 질량 중심을 갖는 캡은 종축을 따라 기계적 진동(mechanical vibrations)(기계적 진동(mechanical oscillations))이 인가될 때 횡방향 모드의 가진(excitation)을 줄인다. 환언하면, 소노트로드 작동 중에 사용되는 축방향 진동 모드의 가진이 더 효율적이고 원치 않는(바람직하기 못한) 횡방향 측면 모드의 가진이 억제된다. 이것은 축방향 작업 모드가 더 안정적이고 본 발명에 따른 소노트로드를 포함하는 초음파 수술 기구가 더 효율적이고 작동하기 쉽다는 것을 의미한다.
Figure pct00002
캡이 일종의 삽(shovel)을 제공하기 때문에 근위 표면의 형상과 캡의 결과적인 전체 형상은 파편의 근위 방향으로의 운반을 용이하게 한다. 삽은 샤프 림에 바로 인접하여 배치된다. 이것은 소노트로드가 후방 이동으로 작동되는 경우 특히 유리하며, 이것은 근위 방향으로의 이동을 의미한다.
근위 표면이 더 많이 구부러지거나 근위쪽을 향하여 배향될수록 운송 이점이 더 현저해진다.
Figure pct00003
근위면의 형상과 캡의 결과적인 전체 형상은, 특히 그것이 아래에 설명된 것처럼 오버행(overhang)을 형성하는 경우 및/또는 아래에 설명된 것처럼 캡의 진동 모드를 지원하도록 설계된 경우, 종축을 따라 진동에 의해 여기될 수 있고 스템을 통해 캡에 결합될 수 있는 캡의 진동 모드의 존재를 선호한다. 특히, 그것은 캡의 가장 방사상 부분, 즉 샤프 림에서 진폭이 최대인 진동 모드의 존재를 선호한다. 이것은 샤프 림이 종축을 따라 전후 운동을 수행하는 변환기에 결합된 소노트로드에 의해 야기되는 종축을 따라 캡의 진동을 중첩하는 진동을 수행할 수 있음을 의미한다.
종축을 따라 캡의 진동을 중첩하는 샤프 림의 진동은 종축에 평행한 진동 축을 가짐에 의해 또는 반경방향의 구성요소를 가짐에 의해 조직의 절제를 향상시킬 수 있다.
일 실시형태에서, 캡은 스템보다 반경방향으로 더 돌출된 각 부분(이하에서 돌출 부분)에 대해 거울 대칭적이어서 종축 상에 그 질량 중심을 포함한다. 환언하면, 캡은 각각의 돌출 부분에 대한 가상의 거울 평면을 포함하고, 여기서 캡은 상기 가상의 거울 평면에 대해 거울 대칭이다.
캡은 종축에 대해 n-폴드(fold) 회전 대칭을 가질 수 있으며, 여기서 n은 정수이지만 1이 아니다.
전술한 장점이 더욱 현저한 실시형태에서, 스템의 원위 단부와 돌출 부분의 샤프 림 사이에 배열되는 캡의 표면은 돌출 부분이 오버행(overhang)을 포함하는 정도로 근위 방향으로 구부러진 오목한 표면이다.
환언하면, 표면은 상기 영역보다 종축에 더 가까운 반경방향을 따르는 인접 영역보다 더 근위측에 배열된 영역을 포함한다.
일 실시형태에서, 더 근위측에 배열된 상기 영역은 돌출 부분의 가장 방사상 영역이다. 특히, 샤프 림(또는 경우에 따라 가장 근위의 샤프 림)은 오버행의 가장 근위 부분이다.
환언하면, 스템의 원위 단부와 돌출 부분의 샤프 림 사이에 배치되는 캡의 표면은 돌출 부분이 반경 방향에 대해 언더컷을 포함할 정도로 근위 방향으로 구부러진 오목한 표면이다.
일 실시형태에서, 캡은 특히 종축을 따라 스템을 통해 캡에 결합된 기계적 진동(mechanical oscillations)에 의해 여기될 수 있는 적어도 하나의 진동 모드(oscillation mode)를 포함하도록 설계된다. 캡의 적어도 하나의 진동 모드는 일반적으로 그 종축을 따라 소노트로드의 진동 모드에 추가된다. 그러나, 캡의 적어도 하나의 진동 모드는 소노트로드의 상기 진동 모드에 의해 여기될 수 있다.
환언하면, 캡은 소노트로드의 진동 모드를 중첩하는 캡의 진동 모드를 지원하도록 설계된다.
초음파 수술 기구에서 소노트로드의 진동 모드는 소노트로드가 결합된 변환기(transducer)에 의해 발생한다.
예를 들면, 소노트로드는 스템을 통해 캡에 결합된 기계적 진동에 의해 여기될 수 있는 적어도 하나의 진동 모드를 포함하는 캡을 갖기 위한 다음 설계 규칙 중 적어도 하나에 따라 설계될 수 있다:
Figure pct00004
캡의 시작부에 인접한 영역의 스템의 직경은 캡의 관련 직경의 최대 절반이다. 환언하면, 상기 스템의 직경(dS)과 상기 캡의 직경(dC) 사이의 비율은 0.5보다 작거나 같으며, dS/dC ≤ 0.5이다.
관련 직경은 그를 따라 스템의 직경이 측정되는 반경방향 축에 평행한 반경방향 축을 따른 직경이다.
바람직하게는, 상기 직경들의 비율은 반경방향 각도(방향)의 적어도 하나의 범위에 대해 유효하다. 예를 들면, 반경방향 각도의 범위는 45, 60, 90, 120, 135, 160 및 180도보다 클 수 있다.
캡은 상기 비율이 충족되는 복수의 반경방향 각도 범위를 포함할 수 있다.
상기 비율은 임의의 반경방향으로 충족될 수 있으며 이는 반경방향 각도 범위가 360도임을 의미한다.
일반적으로 비율이 0.5보다 작은 경우, 예를 들면 0.4, 1/3, 0.3, 0.25, 0.2 또는 0.1보다 작은 경우, 상당한 진동 모드를 갖는 캡을 가질 확률이 높아진다. 이것은 또한 상기 비율이 0.5보다 크지만 1보다 작은, dS/dC < 1인 상당한 진동 모드를 갖는 캡을 설계하는 것이 원칙적으로 가능하다는 것을 의미한다.
Figure pct00005
스템의 단면 내에 완전히 배열될 수 있는 가능한 (가장) 큰 원(상기 단면은 종축에 수직이고 캡의 시작부에 인접한 스템의 영역에 있음)은 종축에 수직인 단면에서 캡을 둘러쌀 수 있는 가능한 가장 작은 원의 직경의 최대 절반인 직경을 가지며, 여기서 상기 단면은 캡의 최대 측방향 연장부(확장부)의 위치에 있다.
다시, 상기 비율이 0.5보다 작은 경우, 예를 들면 0.4, 1/3, 0.3, 0.25, 0.2 또는 0.1보다 작은 경우, 상당한 진동 모드를 갖는 캡을 가질 확률이 높아진다. 이것은 또한 상기 비율이 0.5보다 크지만 1보다는 작은 상당한 진동 모드를 갖는 캡을 설계하는 것이 원칙적으로 가능하다는 것을 의미한다.
일 실시형태에서, 종축에 수직인 단면에서 그리고 캡의 시작부에 인접한 스템의 영역에서 스템의 내접원은 종축에 수직인 단면에서 캡의 외부 원의 직경의 최대 절반이며 캡의 최대 측방향 연장부의 위치에 있는 직경을 갖는다.
내접원의 직경과 외부 원의 직경 사이의 비율은 위에 주어진 비율과 같을 수 있다.
Figure pct00006
캡의 종방향 최대 연장(확장), dL은 스템보다 반경 방향으로 더 돌출된 부분의 최대 연장, dR의 최대 절반이다, dL/dR ≤ 0.5.
환언하면, 종방향의 캡의 최대 연장과 반경방향의 캡의 최대 연장 사이의 비율은 0.5 이하, 예를 들면 0.4, 1/3, 0.3, 0.25, 0.2 또는 0.1이다.
Figure pct00007
캡의 종방향 연장(확장)은 종축으로부터의 거리에 따라 달라지며, 종방향 연장은 종축과 샤프 림 사이의 최소값을 포함한다.
캡의 종방향 연장이 종축과 샤프 림 사이의 최소값을 포함하는 경우 캡은 소노트로드의 진동 모드를 중첩하는 진동 모드를 포함하는 반경방향 부분을 포함할 수 있다. 이것은 반경방향 부분이 반경방향 각도(방향)의 제한된 범위로 제한되는 경우 특히 그렇다.
아래에 설명된 세그먼트(segment)를 포함하는 캡의 실시형태들은 세그먼트의 최소 종방향 연장의 반경방향으로 배열된 반경방향 부분을 포함할 수 있고 반경방향 각도의 제한된 범위로 제한되는 캡의 예들이다.
일 실시형태에서, 캡은 샤프 림을 포함하고 기계적 안정성이 감소된 캡의 영역을 통해 캡의 바디에 연결되는 적어도 하나의 영역을 포함한다.
감소된 기계적 안정성은 감소된 기계적 안정성의 영역이 캡의 바디에 인가된 기계적 진동에 의해 탄성적으로 변형될 수 있도록 할 수 있다. 캡의 바디의 기계적 진동은 일반적으로 소노트로드의 종방향 진동의 일부이다.
기계적 안정성이 감소된 영역은 탄성 요소를 포함하거나 탄성 요소일 수 있다.
샤프 림을 포함하고 기계적 안정성이 감소된 캡의 영역을 통해 캡의 바디에 연결되는 영역은 전체 소노트로드에 의해 정의된 발진기(oscillator)에 추가되는 그리고 선택적으로 전체 캡에 의해 정의된 발진기에 추가되는 (진동 모드를 지원할 수 있는 경우) 그리고 선택적으로 캡의 바디에 의해 정의된 발진기에 추가되는 (진동 모드를 지원할 수 있는 경우), 발진기(oscillator)로서 간주될 수 있다. 환언하면, 상기 영역은 별도의 발진기로 볼 수 있다.
일 실시형태에서, 소노트로드는 캡의 최대 진동 여기(maximal vibrational excitation)를 위해 설계된다.
이것은 변환기(transducer)에 결합하기 위한 커플링 요소(coupling element)를 포함하는 소노트로드에 의해 수행될 수 있다. 커플링(coupling)은 변환기에 대한 직접 커플링일 수 있다. 그러나, 커플링은 일반적으로 중간 소노트로드를 통한 간접 커플링이며, 이것은 본 발명에 따른 소노트로드와 변환기 사이에 배열된 소노트로드를 의미한다.
커플링 요소는 일반적으로 소노트로드의 원위 단부에 배치된다. 커플링 요소는 기계적 진동, 특히 초음파 진동을 변환기 또는 중간 소노트로드에서 소노트로드로 전달할 수 있는 기계적 확고한 연결에 적합한 임의의 종류일 수 있다. 예를 들면, 커플링 요소는 스레드(thread), 베요넷 연결(bayonet connection)의 요소 또는 클램핑 메커니즘의 요소를 포함할 수 있다.
소노트로드는 캡의 최대 진동 여기를 위해 설계되지 않고 커플링 요소를 가질 수 있다.
소노트로드는 미리 설정된 기계적 진동 주파수(이것은 미리 설정된 작동 주파수를 의미함)에 대해 최적화 됨에 의해 그리고 본질적으로 미리 설정된 주파수의 파장 λ의 절반이거나 또는 미리 설정된 주파수의 파장의 절반의 배수(이것은 d = n*λ/2를 의미하며, 여기서 n은 정수임)를 갖는 커플링 요소와 캡 사이의 거리 d를 가짐에 의해 캡의 최대 진동 여기를 위해 설계될 수 있다.
거리 d는 커플링 요소, 특히 변환기와 접촉하도록 설계된 소노트로드의 표면과 캡의 질량 중심 또는 캡의 시작부 사이의 거리일 수 있다.
일 실시형태에서, 캡은 볼록한 표면을 포함한다.
볼록한 표면은 캡의 전체 형상이 버섯의 모자 형태와 유사한 방식으로 설계될 수 있다. 이는 캡이 위에 개시된 임의의 실시형태에서 오목한 표면을 포함하는 실시형태 또는 캡이 90도 이하인 스템에 대해 개방 각도로 이어지는 표면을 포함하는 실시형태에 대해 특히 사실일 수 있다.
일 실시형태에서, 볼록면은 버섯의 모자 형태로 형성될 수 있다.
볼록한 표면은 캡의 원위 표면에 부드럽고 및/또는 매끄러운(평활한) 표면(soft and/or smooth surface)을 제공하도록 구성될 수 있다.
소노트로드의 주요 목적이 치료 위치에 가까운 조직의 손상을 방지하는 것인 경우, 캡의 볼록한 표면 또는 더 일반적인 볼록한 형상이 그 특징적인 특징일 수 있다. 이 경우, 캡의 질량 중심 위치 및 스템의 원위 단부와 샤프 림 사이에 배열되는 표면의 형상 및/또는 방향과 같은 위에 개시된 소노트로드의 다른 특징들이 없을 수 있다.
환언하면, 본 발명은 일종의 2차적인 태양으로서, 또한 초음파 수술 기구용 소노트로드에 관한 것으로, 소노트로드는 근위 헤드 및 원위 단부 피스를 가지며, 원위 단부 피스가 기계적 진동을 사용하여 조직, 특히 뼈를 절제(제거)하기 위한 스템 및 캡으로 장착된다. 환언하면, 원위 단부 피스는 기계적 진동을 사용하여 조직을 절제하기 위한 스템 및 캡을 포함한다. 소노트로드는 볼록한 형상과 적어도 하나의 샤프 림을 포함하는 캡에 의해 치료 위치에 가까운 조직의 손상을 방지하도록 구성되며, 볼록한 형상은 원위 단부 피스의 일 측에 부드럽고 및/또는 매끄러운 표면을 제공하도록 구성된다.
환언하면, 부드럽고 및/또는 매끄러운 표면은 소노트로드가 적어도 한 방향에서 절제 및/또는 임의의 추가의 유해한 영향을 방지하도록 구성된다.
실시형태들에서, 조직의 손상을 피하기 위한 소노트로드는 단독으로 또는 조합하여 본 발명의 주요 태양에 따른 소노트로드와 관련하여 개시된 임의의 특징을 포함할 수 있다. 특히, 캡은 종축 상에 있는 질량 중심을 포함할 수 있고, 스템의 원위 단부와 샤프 림 사이에 배열되는 표면의 형상 및/또는 배향은 위에 개시된 바와 같을 수 있다.
부드럽고 및/또는 매끄러운 표면은 손상을 피하기 위해 소노트로드에 필수적이지만, 본 발명의 주요 태양에 따른 소노트로드는 볼록한 표면을 포함할 수 있다. 그러나, 볼록한 표면은 래스핑(rasping)을 위한 구조를 포함할 수 있다. 상기 구조는 볼록한 표면의 표면 거칠기에 의해 또는 볼록한 표면 상에 배열된 복수의 날카로운 요소들에 의해 주어질 수 있다.
반경방향으로 더 돌출된 부분은 다음과 같이 정의될 수 있다: 스템은 종축에 대해 반경방향으로 종축으로부터 최대 거리까지 연장되고 상기 부분은 종축에 대해 최대 거리보다 더 큰 반경방향 연장을 갖는다.
실시형태들에서, 상기 부분은 반경방향 각도의 범위에 걸쳐 최대 거리보다 더 큰 반경방향 연장을 갖는다. 이것은 상기 부분이 최대 거리보다 반경방향의 범위에 걸쳐 더 반경방향으로 연장된다는 것을 의미한다. 최대 거리가 배열되는 반경방향은 반경방향의 범위에 포함될 수 있지만 반드시 그럴 필요는 없다.
반경방향 각도의 범위는 10도보다 클 수 있고, 특히 20도보다 클 수 있으며, 예를 들면 45, 60, 90, 120, 135, 160 및 180도보다 클 수 있다. 특히, 반경방향 각도의 범위는 소노트로드가 상기 반경방향 각도의 범위에 걸쳐 최대 거리보다 더 큰 반경방향 연장을 갖는 부분을 갖는 캡을 포함하기 때문에 소노트로드가 블레이드형이 아니거나 블레이드형 부분을 포함하지 않도록 하는 것이다.
캡은 스템보다 반경방향으로 더 돌출된 적어도 2개, 예를 들어 2, 3 또는 4개의 부분을 포함할 수 있으며, 이것은 반경방향 각도 범위에 걸쳐 최대 거리보다 더 큰 반경방향 연장을 갖는 것을 의미하며, 이것은 스템의 최대 반경방향 연장을 의미한다.
스템보다 반경 방향으로 더 연장되는 캡의 부분은 스템보다 더 임의의 반경방향으로 연장될 수 있다. 환언하면, 상기 부분이 스템보다 반경방향으로 더 연장되는 반경방향 각도의 범위는 360도일 수 있다.
임의의 실시형태에서, 스템보다 반경방향으로 더 연장되는 캡의 부분은 소노트로드의 사용 동안 조직과 접촉하도록 장착된 접촉 부위를 포함할 수 있고 접촉 부위는 샤프 림을 포함할 수 있다.
임의의 실시형태에서, 스템보다 반경방향으로 더 연장되는 캡의 부분은 샤프 림을 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 샤프 림은 다음 중 적어도 하나에 의해 형성된다:
Figure pct00008
캡은 볼록한 표면을 포함하며, 볼록한 표면은 원위쪽으로 향하고, 샤프 림은 볼록한 표면에서 오목한 표면 또는 90도 이하인 스템에 대한 개방 각도로 이어지는 표면으로의 전이부에 의해 형성된다.
Figure pct00009
평평한, 오목한 또는 볼록한 제1 표면에서 평평한, 오목한 또는 볼록한 제2 표면으로의 전이부, 여기서 제1 표면 및 제2 표면은 상이하게 배향된다.
평평한 표면 또는 - 경우에 따라 - 평평한 표면들 중 하나는 90도 이하인 스템에 대해, 특히 그 반경방향 단부 부분에 대해 개방 각도로 이어지는 표면일 수 있다.
오목한 표면 또는 - 경우에 따라 - 오목한 표면들 중 하나는 스템의 원위 단부와 샤프 림, 특히 그 반경방향 단부 부분 사이에 배열된 오목한 표면일 수 있다.
볼록한 표면 또는 - 경우에 따라 - 볼록한 표면들 중 하나는 원위방향으로 향하는 볼록 표면, 특히 그 반경방향 단부 부분일 수 있다.
Figure pct00010
볼록한 표면의, 스템의 원위 단부와 샤프 림 사이에 배열된 오목한 표면의 또는 90도 이하인 스템에 대해 개방 각도로 이어지는 표면의 돌출부 또는 돌출부들, 특히 상기 표면의 반경방향 단부 부분에 배열된 돌출부 또는 돌출부들.
예를 들면, 캡은 원위를 향하는 볼록한 표면과 근위를 향하는 오목한 표면을 포함함에 의해 버섯 모양일 수 있다. 샤프 림은 원위를 향하는 볼록한 표면에서 근위를 향하는 오목한 표면으로의 전이부에 의해 형성될 수 있다.
캡의 구체적인 구현과는 별개로, 샤프 림(또는 경우에 따라 샤프 림들)은 스템보다 반경방향으로 더 돌출된 캡 부분에 배열될 수 있다.
일 실시형태에서 그리고 캡의 구체적인 구현과 별개로, 샤프 림(들)은 캡의, 예를 들면 버섯 모양의 캡의 반경방향으로 가장 바깥쪽 부분에 배열될 수 있다. 환언하면, 림은 캡의 임의의 다른 부분보다 더 큰 종축까지의 거리를 갖는 캡의 부분 상에 배열되거나 그에 의해 형성되며, 여기서 종축까지의 거리는 반경방향(종축에 대해 반경방향)을 따라 측정된다.
캡의 구체적인 구현과는 별개로, 샤프 림(들)은 종축 주위의 회전에 대해 회전 대칭일 수 있다. 예를 들면, 샤프 림은 종축에 그 중심을 갖는 원의 형상을 가질 수 있다.
일 실시형태에서 그리고 캡의 구체적인 구현과는 별개로, 샤프 림은 복수의(이것은 적어도 2개를 의미함) 림 요소들에 의해 형성될 수 있다.
림 요소들은 리세스(recess)에 의해, 특히 종축을 향해 반경방향으로 연장되는 리세스에 의해 분리될 수 있다.
림 요소들은 종축 주위의 회전에 대해 회전 대칭인 방식으로 배열될 수 있다. 이것은 종축을 중심으로 360°/n (여기서 n은 정수)만큼 캡의 회전이 캡의 대칭 변환임을 의미한다. 림 요소의 수는 n일 수 있다. 그러나, 예를 들면 상이한 종류의 림 요소를 포함하고 상이한 림 요소를 정해진 순서대로 배열함으로써 림 요소의 수가 n과는 다른 실시형태를 생각할 수 있다.
대안적으로, 샤프 림 또는 림 요소는 샤프 림이 종축에 대해 회전 대칭이 아닌 방식으로 배열될 수 있다.
그러나 캡의 전체 형상은 적어도 본 발명의 주요 태양에 따른 소노트로드에 관한 한 종축에 있는 캡의 질량 중심 요구 사항이 충족되는 방식으로 선택되어야 한다. 이것은 림의 수, 종류 및 배열을 선택하거나 이퀄라이징 웨이트(equalizing weight)를 사용하여 수행될 수 있다.
일 실시형태에서, 샤프 림 또는 림 요소는 세그먼트에만 배열될 수 있다. 이것은 샤프 림 또는 림 요소가 제한된 반경방향 범위(제한된 반경방향 각도 범위) 내에서만 배열될 수 있음을 의미한다. 예를 들면, 샤프 림 또는 림 요소의 배열은 소노트로드의 사용 동안 절제하도록 구성된 소노트로드의 영역으로 제한될 수 있다.
다시, 캡의 전체 형상은 적어도 본 발명의 주요 태양에 따른 소노트로드에 관한 한 종축에 있는 캡의 질량 중심 요구 사항이 충족되는 방식으로 선택되어야 한다.
림 또는 림 요소는 접촉 부위를 제한하도록 배열될 수 있다.
림 또는 림 요소는 특정 용도 방식으로 배열될 수 있다. 예를 들면, 림 또는 림 요소는 특정 뼈, 뼈의 특정 부분을 치료하거나 뼈의 또는 뼈 안의 특정 절단을 치료하거나(다루거나) 설정하도록 배열될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 림 또는 림 요소는 치료 영역을 국부화하도록 배열될 수 있으며, 이것은 예를 들면 접촉 부위를 제한함에 의해 및/또는 접촉 부위 내의 샤프 림을 제한함에 의해 치료 영역의 제어성(controllability)을 향상시키는 것을 의미한다.
예를 들면, 림 또는 림 요소는 소노트로드 및/또는 초음파 수술 기구를 그 종축 주위로 회전시키지 않고 특정 뼈, 뼈의 특정 부분, 또는 뼈의 또는 뼈 내의 특정 절단을 치료하도록(다루도록) 배열될 수 있다.
예를 들면, 림 또는 림 요소는 본질적으로 평평한 뼈 표면을 따른 치료, 작은 폭을 갖는 잘 정의된 리세스 설정, 또는 작은 뼈 절단 등을 위해 90도 미만의 반경방향 각도 범위 내에 배열될 수 있다. 반경방향 각도의 범위는 1 내지 90도 사이에서 구부러진 뼈 표면을 따라 치료하기 위해 90 내지 180도 사이일 수 있으며, 여기서 반경방향 각도의 범위는 1도에 가까운 굽힘이 있는 경우 바람직하게는 90도에 가깝고 반경방향 각도의 범위는 90도에 가까운 굽힘이 있는 경우 바람직하게는 180도에 가깝다. 또한 90 내지 180도 사이의 각도 범위는 예를 들면 (작은 범위의 반경방향 각도에 의해 설정된 폭과 비교하여) 더 큰 폭을 갖는 리세스를 설정하거나 또는 (반경방향 각도의 작은 범위로 절단될 수 있는 뼈들과 비교하여) 더 큰(특히 더 넓은) 뼈들을 절단하기 위해 사용될 수 있다. 결과적으로, 림 또는 림 요소는 예를 들면 훨씬 더 큰 리세스를 위해 또는 훨씬 더 큰(더 넓은) 뼈를 절단하기 위해 90도 이상만큼 구부러진 뼈 표면에 대해 180도 이상의 반경방향 각도의 범위 내에서 배열될 수 있다. 환언하면, 반경방향 각도의 범위는 예를 들면 치료될 뼈의 형상, 설정될 리세스의 형태 및/또는 절단될 뼈의 치수에 적응(조정)될 수 있다.
림 또는 림 요소는 복수의 세그먼트들(segments)에 배열될 수 있으며, 이것은 반경방향 각도의 적어도 2개의 범위에 배열되는 것을 의미하며, 여기서 2개의 범위는 림 또는 림 요소를 포함하지 않는 영역에 의해 분리된다.
예를 들면, 세그먼트는 리세스에 의해, 특히 종축을 향해 반경방향으로 연장되는 리세스 의해 및/또는 조직 절제를 위해 구성되지 않은 세그먼트에 의해 분리될 수 있다.
캡의 원주 표면은 샤프 림 또는 림 요소의 원하는 위치에 맞춰질 수 있다.
원주 표면은 최대 거리보다 더 큰 반경방향 연장을 갖는 부분과 최대 거리보다 더 작은 반경방향 연장을 갖는 부분에 의해 형성될 수 있다. 원주 표면은 샤프 림 또는 림 요소와 동일한 대칭 특성을 가질 수 있다.
일 실시형태에서, 소노트로드는 전술한 샤프 림의 임의의 실시형태에 따른 적어도 2개의 샤프 림을 포함하고, 여기서 적어도 2개의 샤프 림은 근위에서 원위 방향을 따라 오프셋된다. 환언하면, 적어도 2개의 샤프 림이 소노트로드의 종방향을 따라 오프셋된다.
예를 들면, 적어도 2개의 샤프 림은 샤프 림이 종축에 평행한 법선을 갖는 거울 평면에 대해 거울 대칭으로 배열되는 방식으로 배열될 수 있다.
적어도 2개의 샤프 림의 그러한 배열은 캡이 스템의 종방향 진동에 의해 여기될 수 있고 적어도 2개의 샤프 림의 영역에서 최대 진폭을 갖는 적어도 하나의 진동 모드를 포함하는 경우 및/또는 캡이 적어도 2개의 샤프 림을 포함하며 기계적 안정성이 감소된 캡의 영역을 통해 캡의 바디에 연결되는 적어도 하나의 영역을 포함하여 샤프 림을 포함하는 영역이 그 자체의("자립형(self-reliant)") 진동 거동을 포함하는 경우, 특히 유리하다. 이들 경우들에는, 캡(경우에 따라 적어도 2개의 샤프 림을 포함하는)은 스템의 종방향 진동에 의해 여기될 수 있고 적어도 2개의 샤프 림이 주로 근위에서 원위 방향으로 진동하는 진동 모드를 포함할 수 있다.
적어도 2개의 샤프 림은 반경방향(종축에 대해 반경방향)으로 오프셋될 수 있다.
예를 들면, 캡의 원주 표면은 본질적으로 반경방향(종축에 대해 반경방향)과 일치하는 표면 법선을 갖는 표면을 포함할 수 있다. 상기 표면은 종축을 둘러싸는 상상된 표면의 일부일 수 있으며, 여기서 상상된 표면 상의 각 지점은 종축으로부터 동일한 거리를 갖는다. 상기 표면은 종축을 둘러싸는 표면일 수 있으며, 그 표면 상의 각 지점은 종축으로부터 동일한 거리를 갖는다.
상기 표면으로부터 적어도 원위쪽으로 향하는 성분을 갖는 표면 법선을 갖는 캡의 표면으로의 전이부는 제1 샤프 림을 형성할 수 있고, 상기 표면으로부터 적어도 근위쪽으로 향하는 성분을 갖는 표면 법선을 갖는 캡의 표면으로의 전이부는 제2 샤프 림을 형성할 수 있다.
대안적으로 또는 추가로, 캡은 캡의 인접 표면의 반경방향 거리보다 크거나 작은 종축으로부터의 반경방향 거리를 갖는 적어도 하나의 단차부(step)를 포함할 수 있다. 캡의 인접 표면은 예를 들면 볼록한 표면, 평평한 표면, 오목한 표면 또는 다른 단차부에 의해 형성될 수 있다.
예를 들면, 캡은 원위에서 근위 방향을 따라 볼록면에 대한 종축으로부터 캡의 원주 표면의 거리를 증가시키는 제1 단차, 제1 단차에 대한 캡의 원주 표면의 상기 거리를 증가시키는 적어도 하나의 추가 단차, 및 가장 근위 단차로부터 근위 방향으로 배향되는 캡의 표면으로의 전이부를 포함할 수 있다.
위에서 설명된 임의의 실시형태에서 본질적으로 반경방향과 일치하는 표면 법선을 가지며 톱니 모양인 원주 표면을 포함하는 캡을 갖는 소노트로드는 적어도 2개의 샤프 림을 포함하는 소노트로드의 또 다른 예이다.
샤프 림의 다양한 구현은 적어도 2개의 샤프 림을 갖는 소노트로드를 설계하기 위해 임의의 방식으로 결합될 수 있다는 것은 말할 필요도 없다.
적어도 2개의 샤프 림들을 갖는 소노트로드는, 샤프 림들 중 적어도 하나가 소노트로드가 사용 중에 원위 방향으로 이동될 때 절제하는(ablate) 방식으로 구성되고 샤프 림들 중 적어도 하나가 소노트로드가 근위 방향으로 이동될 때 절제되는 방식으로 구성되는 경우, 소노트로드를 사용하는 동안 소노트로드가 원위 방향으로 이동될 때와 소노트로드를 사용하는 동안 소노트로드가 근위 방향으로 이동될 때 절제한다는 이점을 갖는다.
따라서, 본 발명은 개시된 임의의 실시형태에 따르며 상기 개시된 임의의 실시형태에 따라 실현될 수 있는 적어도 2개의 추가 샤프 림들을 갖는 소노트로드에 관한 것이며, 샤프 림들 중 적어도 하나는 사용 중에 원위 방향으로 이동될 때 절제하는 방식으로 구성되고 샤프 림들 중 적어도 하나는 소노트로드가 근위 방향으로 이동될 때 절제하는 방식으로 구성된다.
또한, 복수의 샤프 림들은 특히 치료할 조직, 예를 들면 뼈 - 척추, 엉덩이 뼈, 어깨 뼈 및 많은 다른 뼈 또는 뼈의 영역의 경우와 같이 - 가 구부러진 경우에 소노트로드의 적용 가능성을 확장한다.
본 발명자들은 부서진 조각 또는 파편(치료된(처리된) 경조직 또는 연조직의 파편)의 제거가 대안적으로 노딩 모션(nodding motion)을 수행하는 소노트로드에 의해 촉진될 수 있음을 관찰할 수 있었다. 소노트로드는 파편을 제거하는 삽(shovel) 스타일로 작동한다. 따라서, 일 실시형태에서, 소노트로드는 진동의 지배적인 x-진폭에 추가하는 설계를 가지며, 이것은 종축을 따른 지배적인 진동에 대해 상당한 z-진폭을 의미하고, 이것은 반경방향으로의 진동을 의미한다. 이것은 조직이 단지 푸싱 운동에 의해서 절제될 뿐만 아니라 푸싱 운동에 본질적으로 수직인 운동에 의해서도 절제되는 것을 더욱 야기시킨다. 이것은 절제 성능(ablating performance)을 더욱 향상시키고 그리고 조직, 특히 피질골과 같은 뼈의 개선된 절제(improved ablating)를 가능하게 한다.
일 실시형태에서, 노딩 모션은 위에서 설명된 소노트로드의 진동 모드를 중첩하는 진동 모드를 포함하는 반경방향 부분의 노딩 모션이다. 환언하면, 노딩 모션은 캡의 적어도 하나의 하위 부분의 노딩 모션이다.
다음의 기술 또는 구현은 본 명세서 설명된 모든 태양들 및 실시형태들에 관한 것이다.
일 실시형태에서, 스템의 직경은 원위 방향으로 감소할 수 있다. 환언하면, 스템은 원위 방향으로 테이퍼지는 적어도 하나의 영역을 포함할 수 있다.
테이퍼링 영역이 부스트 효과(boost effect)를 가질 수 있다는 것이 관찰되었으며, 이는 기계적 진동의 진폭과 강도가 증가함을 의미한다.
소노트로드는 또한 커플링 요소의 스템으로의 전이를 위해 테이퍼링 영역을 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 소노트로드는 스템이 슬리브의 외부로부터 차폐되고 샤프 림이 적어도 측방향으로 노출되는 방식으로 스템 주위에 배열되도록 구성되거나 배치되는 슬리브를 포함한다.
특히, 슬리브는 측방향으로 스템, 특히 캡에 인접한 부분을 제외한 전체 스템을 둘러싸도록 설계될 수 있다.
일 실시형태에서, 소노트로드는 치료 위치에 유체를 제공하기 위한 및/또는 치료 위치로부터 유체 및/또는 파편을 제거하기 위한 수단을 포함한다.
유체는 냉각제 및/또는 관개 유체일 수 있다.
제공 수단은 소노트로드에 배열된 채널일 수 있다.
본 발명에 따른 임의의 실시형태예에서 소노트로드는 예를 들면 다음과 같은 치수를 가질 수 있다:
Figure pct00011
캡은 2 내지 15 mm의 직경, 예를 들면 내시경 적용에 대해 2 내지 6, 3 내지 5 또는 3 내지 4 mm의 직경을 가질 수 있으며, 예를 들면 "개방(open)" 적용에 대해 4 내지 10 또는 5 내지 8 mm의 직경을 가질 수 있다.
Figure pct00012
스템은 1 내지 10 mm의 직경, 예를 들면 내시경 적용에 대해 1 내지 6, 1 내지 3 또는 1 내지 2 mm의 직경을 가질 수 있으며, 예를 들어 "개방" 적용에 대해 2 내지 8 또는 3 내지 6 mm의 직경을 가질 수 있다.
Figure pct00013
스템보다 반경방향으로 더 돌출된 부분은 적어도 0.5 mm만큼 더 돌출될 수 있다. 예를 들면, 그것은 0.5 내지 4 mm만큼, 예를 들면 0.5 내지 2 mm만큼 또는 0.5 내지 1 mm만큼 (내시경 적용) 또는 1 내지 2 mm만큼 ("개방" 적용) 더 돌출될 수 있다.
특히, 그리고 적용과 무관하게, 스템의 치수는 스템보다 반경방향으로 더 돌출된 부분이 적어도 0.5 mm만큼 더 돌출되도록 선택된다.
Figure pct00014
캡의 종방향 연장은 1 내지 5 mm일 수 있다.
Figure pct00015
스템과 전체 소노트로드의 종방향 연장은 위에서 설명한 캡의 최대 진동 여기에 대한 요구 사항을 충족하도록 선택할 수 있다.
정확한 치수는 "내시경" 적용 및 "개방" 적용에 대해 제공된 예시적인 숫자에 의해 표시된 바와 같이 적용에 따라 다르다.
본 발명자들은 특히 (선택적 레이저 소결(selective laser sintering)과 같은) 소결을 사용하여 적층 제조 방법(additive manufacturing method)에 의해 제조된 소노트로드가 몇 가지 놀라운 이점을 갖는다는 것을 발견하였다. 본 발명에 따른 초음파 수술 기구에는 세척액(예를 들면, 물)이 수술 영역에 공급될 수 있는 라인(채널)이 규칙적으로 장착된다. 전술한 제조 방법을 사용하여 생성된 표면 구조는 그 액체에 의한 냉각 효율을 증가시킨다. 한 가지 설명은 표면 구조가 소노트로드의 표면에 적절한 액체 필름을 제공하고 유지한다는 것일 수 있다. 하나의 가능한 효과는 측면으로 개방되지 않은 소결 과정에서 생성된 포켓이 유체정력학적인 쿠션(hydrostatic cushion)을 제공하는 것으로 보인다. 또한, 단지 적층 제조 방법을 사용함에 의해 선택적으로 서로 간에 단지 최소 거리를 갖는 융기된 구조와 같은 본 명세서에 설명된 소노트로드의 유리한 특징들 중 일부를 생성하는 것이 가능하다. 또한 적층 제조를 사용하면 소노트로드의 서로 다른 요소들 사이의 전이부를 조정하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 일 실시형태는 소노트로드, 예를 들면 본 명세서에 기재된 임의의 실시형태에 따른 소노트로드에 관한 것으로, 여기서 소노트로드의 표면, 특히 샤프 림을 형성하는 표면과 같은 소노트로드의 작동 동안 조직과 접촉하도록 배열된 소노트로드의 표면 및/또는 볼록한 표면과 같은 원위방향으로 향하는 표면은 볼록한 미세구조를 갖는다. 상기 미세구조는 구 또는 원의 외부와 같이 바깥쪽으로 만곡되거나 둥글다. 본 발명의 다른 실시형태는 소노트로드, 예를 들면 본 명세서에 기재된 임의의 실시형태에 따른 소노트로드에 관한 것으로, 여기서 소노트로드의 표면, 특히 샤프 림을 형성하는 표면과 같은 소노트로드의 작동 동안 조직과 접촉하도록 배열된 소노트로드의 표면 및/또는 볼록한 표면과 같은 원위방향으로 향하는 표면은 1 - 40 ㎛, 바람직하게는 5 내지 15 또는 20 ㎛의 거칠기 평균 Ra를 갖는다. 따라서 표면 질감의 구성 요소인 표면 거칠기는 이상적인 형태에서 실제 표면의 법선 벡터 방향의 편차로 정량화된다. 산술 평균 거칠기 Ra는 평가 길이 내의 중심선에 대한 편차와 가장 널리 사용되는 1차원 거칠기 매개변수에서 결정된 필터링된 거칠기 프로파일의 산술 평균값이다.
일반적으로 소노트로드의 임의의 볼록한 미세구조의 가장 높은 지점과 볼록한 미세구조의 위치에서의 소노트로드 표면 사이의 거리가 진동의 진폭보다 작은 것이 유리하다는 것이 밝혀졌다. 따라서 볼록한 미세구조의 가장 높은 지점은 반경이 미세구조의 위치에서 소노트로드 표면의 가상 법선과 일치하는 정의된 반구의 지점이다. 볼록한 구조들의 두 대응 지점들(특히 각 볼록한 구조의 가장 높은 지점) 사이의 평균 거리는 20 - 100 ㎛, 바람직하게는 40 - 80 ㎛일 수 있다.
소결 공정으로 인한 표면 거칠기로 인해 캡, 특히 접촉 부위와 조직 사이에 점 접촉이 있다. 따라서 더 높은 에너지 밀도가 발생한다. 그러나, 입자 크기 분포에 의해 발생하는 볼록한 표면 부분은 예를 들면 샌드블라스팅에 의해 만들어진 거칠기 구조보다 더 안정적이다.
결과적으로, 본 발명의 일 실시형태는 본 명세서에 정의된 소노트로드의 제조 방법에 관한 것으로, 여기서 소노트로드 또는 그의 일부, 특히 캡 또는 그의 일부는 적층 제조 방법을 사용하여 제조된다. 직접 금속 레이저 소결(Direct Metal Laser Sintering)(DMLS)은 본 발명에 따른 소노트로드를 제조하는 데 사용하기에 적합한 적층 제조 공정(additive manufacturing process)이다. 이에 의해 소노트로드, 특히 샤프 림을 형성하는 표면과 같은 소노트로드의 작동 동안 조직과 접촉하도록 배열된 소노트로드의 표면 및/또는 볼록한 표면과 같은 원위방향으로 향하는 표면은 분말 금속 재료를 층으로 선택적으로 소결(가열 및 융합)하는 레이저를 사용하여 제조된다. 후속적으로 열처리 단계가 수행될 수 있다. 적층 가공으로 인한 표면이 매끄럽지 않은(고르거나 광택이 없는) 것이 바람직하다. 사용되는 분말은 40 - 80 ㎛의 평균 입경을 가질 수 있다.
소노트로드, 특히 샤프 림을 형성하는 표면과 같은 소노트로드의 작동 동안 조직과 접촉하도록 배열된 소노트로드의 표면 및/또는 볼록한 표면과 같은 원위방향으로 향하는 표면의 제조에 적합한 대안적 방법은 쇼트 블라스팅(shot blasting) 또는 각각 쇼트 피닝(shot peening)이다. 샌드 블라스팅은 덜 적합하다. 금속 입자의 소결 과정에서 발생하는 표면 구조는 거칠기 및 입자 크기와 같은 매개변수에 의해 완전히 설명될 수 없다. 그럼에도 불구하고, 이 특정 표면 구조는 유리한 것으로 입증되었다. 따라서, 본 발명은 직접 금속 레이저 소결과 같은 적층 제조 방법을 사용하여 소노트로드 또는 적어도 캡 또는 접촉 부위를 제조하는 본 발명에 따른 소노트로드에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 초음파 수술 기구용 소노트로드, 특히 본 명세서에 기재된 임의의 실시형태에 따른 소노트로드에 관한 것으로, 여기서 소노트로드, 특히 샤프 림을 형성하는 표면과 같은 소노트로드의 작동 동안 조직과 접촉하도록 배열된 소노트로드의 표면 및/또는 볼록한 표면과 같은 원위방향으로 향하는 표면은 직접 금속 레이저 소결과 같은 적층 제조 방법을 사용하여 제조된다. 다른 실시형태들은 직접 금속 레이저 소결과 같은 적층 제조 방법을 사용하여 제조되는 본 명세서에 기재된 바와 같이 설치되거나 설계된 소노트로드에 관한 것이다.
예를 들면, 소노트로드의 표면 또는 캡의 표면 또는 접촉 부위의 표면은 5 - 40 ㎛ 사이의 거칠기 평균 Ra를 갖는다.
거칠기가 마찰을 최소화하기 위해서만 사용되는 경우, 거칠기는 1 내지 20 ㎛, 특히 1 내지 15 ㎛를 가지면 충분하다. 본 발명에 따른 소노트로드가 줄(file)로 사용되어야 하는 경우, 거칠기는 바람직하게는 10 내지 100 ㎛이다. 소노트로드를 줄로 사용하는 목적은 조직, 예를 들면 뼈, 특히 절단으로 인한 에지를 매끄럽게 하는 것이다. 주로 거친 뼈 영역은 줄로 고르게 하지 않으면 주변 조직에 손상을 줄 수 있으므로 그것은 매우 유용하다. 그러나 거칠기는 파일링 및 래스핑 특성의 측면에서 훨씬 더 공격적(적극적)일 수 있다. 예를 들면, 거칠기는 최대 500 ㎛, 예를 들면 100 내지 250, 100 내지 150 또는 100 내지 120 ㎛일 수 있다. 표면은 상응하는 표면 거칠기 대신 이 크기의 잘 정의된 구조를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 초음파 변환기를 포함하는 핸드피스(hand-piece) 및 상기 변환기에 기계적으로 결합되는 본 명세서에서 정의된 임의의 실시형태에 따른 소노트로드를 포함하는 조직 절제용 초음파 수술 기구에 관한 것이다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "초음파 수술 기구(ultrasonic surgical instrument)"는 초음파 변환기를 갖는 수술 기구를 의미한다. 본 발명의 이러한 초음파 수술 기구는 초음파 변환기에 연결되는 본 명세서에 기재된 바와 같은 소노트로드를 포함한다. 초음파 변환기는 고주파 AC 전압이 대응하는 기계적 진동으로 변환되는 압전 소자(piezoelectric element)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 진동의 주파수는 15 kHz와 40 kHz 사이에 있을 수 있다.
바람직하게는, 초음파 변환기 또는 본 발명의 초음파 수술 기구의 하우징 및 소노트로드(커플링 요소를 통해)는 서로 결합되며, 여기서 소노트로드는 근위 단부에서 원위 단부로, 즉 캡으로 진동 에너지를 가능한 한 충분히 전달하도록 설계된다.
바람직하게는, 본 발명의 임의의 실시형태에 따른 소노트로드의 재료는, 예를 들면 스테인리스 스틸 또는 티타늄과 같은, 금속 재료이다. 소노트로드 또는 적어도 그 캡 또는 적어도 그 접촉 부위는 질화티타늄(TiN)으로 코팅될 수 있다. 따라서, 본 발명은 기계적 진동을 사용하여 조직, 특히 뼈를 절제하기 위한 스템 및 캡을 갖는 초음파 수술 기구를 위한 소노트로드, 예를 들면 본 명세서에 기재된 임의의 실시형태에 따른 소노트로드에 관한 것으로, 여기서 소노트로드 또는 적어도 소노트로드의 캡 또는 접촉 부위는 질화티타늄으로 코팅되며, 바람직하게는 직접 금속 레이저 소결과 같은 적층 제조 방법을 사용하여 제조된다.
소노트로드의 표면 또는 각각의 캡 또는 각각의 접촉 부위에 있는 구형 미세구조는 조직의 절제 동안 작용하는 힘에 의해 야기되어 변형될 수 있는 것으로 나타났다. 따라서 표면을 단단하게 하기 위해 소노트로드 또는 캡 또는 접촉 부위를 코팅하는 것이 바람직하다. TiN은 경도, 인성, 접착력 및 불활성의 이상적인 조합을 가지며 조직의 절제 중에 기포, 플레이크 또는 칩이 발생하지 않는다.
또 다른 장점은 TiN 코팅에 의해 생성된 표면 길이를 따라 최적화된 열 분포이다. 이러한 방식으로 핫스팟(hot spots)이 방지되고 외과용 절단 도구의 길이를 따라 열 분포 또는 분산은, 코팅이 없거나 또는 접촉 부위에서만 코팅은 갖는 경우 발생할 수도 있는, 접촉 부위, 특히 샤프 림에서의 열 집중을 방지한다.
TiN 코팅은 환경적으로 안전한 물리적 기상 증착(Physical Vapor Deposition)(PVD) 진공 시스템에 의해 도포될 수 있다. 일부 공정은 티타늄 질화물 코팅을 증착하기 위해 저온 아크 기상 증착을 사용하지만 고온 스퍼터링 또는 기타 잘 알려진 코팅 공정(전자빔 가열 또는 화학 기상 증착(CVD))에 의해 도포될 수도 있다. 일반적으로, 순수한 티타늄은 고에너지 진공 환경에서 승화되어 질소와 반응한다. TiN 막은 또한 질소 분위기에서 반응성 성장(reactive growth)(예를 들면, 어닐링)에 의해 Ti 워크피스(workpiece) 상에 생성될 수 있다.
TiN 코팅은 바람직하게는 5 ㎛ 미만, 보다 바람직하게는 3 ㎛ 미만의 얇은 코팅으로 적용된다. 얇은 질화 티타늄 코팅은 낮은 마찰 계수를 갖는 단단한 외부 표면을 가진 캡을 제공한다.
바람직하게는, 소노트로드와 진동 발생기 사이의 연결은 해제 가능하고 소노트로드는 일회용이다.
본 발명에 따른 초음파 수술 기구는 예를 들면 핸드헬드 장치(hand-held device)로서, 그 핸들 부분은 배터리에 의해 또는 핸드피스를 제어 및 공급 유닛에 연결하는 대응하는 케이블을 통해 필요한 에너지를 공급받는 진동 발생기를 수용한다. 진동에 대한 바람직한 주파수는 초음파 범위, 바람직하게는 15 내지 40 kHz 또는 20 내지 30 kHz 범위 및 20 내지 120 ㎛ 또는 바람직하게는 40 내지 100 ㎛ 또는 60 내지 100 ㎛의, 스템의 원위 단부에 대한 마이크로미터 범위의 진폭을 달성하기에 충분한 에너지의 초음파 범위에 있다.
치료 영역의 제어 가능성 및/또는 연장(확장)을 개선하기 위한 접근 방식은 소노트로드와 관련하여 위에서 개시되었으며, 예를 들어 샤프 림 또는 샤프 림들 또는 림 요소들이 하나의 세그먼트 또는 세그먼트들에만 배열되는 것이다. 효율을 개선하고 원치 않는 진동의 여기를 피하기 위한 접근 방식도 또한 위에서 개시되었다.
일 실시형태에서, 초음파 수술 기구는 핸드피스에 장착되거나 장착될 수 있는 슬리브를 포함할 수 있으며, 슬리브는 스템을 측방향으로 둘러싸고 슬리브가 핸드피스에 장착되고 소노트로드가 초음파 변환기에 연결되는 경우 샤프 림이 적어도 측방향으로 노출되도록 설계된다.
환언하면, 슬리브는 치료 영역의 제어 가능성 및/또는 연장(확장)을 개선하도록 구성된 캡의 임의의 실시형태에 추가로 또는 대안적으로 슬리브의 내부 및 슬리브의 내부와 외부 사이의 개구를 정의한다. 이 실시형태에서, 슬리브는 손잡이 부분에 장착되거나 장착될 수 있고, 그것은 임의의 실시형태에 따른 스템 및 캡이, 슬리브가 핸들 부분에 장착되고 소노트로드가 초음파 변환기에 연결되는 경우, 조직을 절제하도록 구성된 캡의 제한된 부분을 제외하고 외부로부터 차폐되는 방식으로 설계된다.
슬리브, 특히 그 개구부 또는 그 개구부들은 특정 용도로 배열될 수 있다. 예를 들어, 개구부 또는 개구부들은 특정 뼈, 뼈의 특정 부분을 치료하거나 뼈의 또는 뼈 내의 특정 절단을 치료하거나 확립하도록 배열될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 개구부 또는 개구부들은 치료 영역(들)을 국부화하도록 배열될 수 있으며, 이것은 예를 들면 접촉 부위를 제한하고 및/또는 접촉 부위 내의 샤프 림을 제한함으로써 치료 영역의 제어성을 향상시키는 것을 의미한다.
일 실시형태에서, 슬리브는 초음파 수술 기구를 회전시키지 않고, 특히 핸들 부분을 회전시키지 않고 소노트로드의 종축을 중심으로 회전될 수 있는 방식으로 핸들 부분에 장착되거나 장착 가능하다.
또한, 초음파 수술 기구는 설정된 방향에 대한 개구의 배향을 나타내도록 구성된 배향 표시기(orientation indicator)를 포함할 수 있다.
개시된 임의의 실시형태의 슬리브는 원하지 않는 치료로부터 조직을 보호할 뿐만 아니라 또한 소노트로드에 대한 조직의 영향을 줄인다. 특히 그것은 소노트로드, 예를 들면, 스템과 조직의 접촉으로 인한 기계적 진동의 감쇠를 방지한다. 또한, 예를 들면 소노트로드에 작용하고 연조직에 의해 야기되는 측방향 힘을 감소시킬 수 있다.
슬리브는 예를 들면 긴 소노트로드에 특히 유리한데, 왜냐하면 그 측방향 연장이 캡의 최대 진동 여기를 위해 설계되기 때문인데, 이것은 측면 연장(확장) d가 d = n*λ/2 의 범위에 있음을 의미하며, λ는 소노트로드가 작동되는 주파수의 파장이고 n은 정수이다.
더욱이, 슬리브는 예를 들면 흡입에 의해 치료 위치로의 냉각제 및/또는 관개 유체의 공급 및/또는 치료 위치로부터 파편의 수송을 지원할 수 있다.
초음파 수술 기구의 이러한 실시형태는 개구에 의해 제공되는 것보다 더 큰 치료 영역을 치료하도록 구성된 소노트로드와 조합으로 특히 유리하다. 예를 들면, 소노트로드는, 보다 정확하게는 그 캡은 일부 리세스를 제외하고 연속적으로 또는 연속적으로 종축을 둘러싸는 적어도 하나의 샤프 림을 가질 수 있다. 환언하면, 샤프 림은 본질적으로 종축 주위에 원을 형성할 수 있으며, 여기서 원의 중심은 종축 상에 있다.
회전 가능한 슬리브를 갖는 실시형태는 복잡한 뼈 형상과 같은 복잡한 조직 형상의 치료 및/또는 접근하기 어려운 치료 영역을 위해 유리하다. 따라서 초음파 수술 기구에서 최소한의 조작으로 치료 영역을 조정할 수 있고 치료 영역이 항상 잘 정의되며 슬리브는 치료해서는 안 되는 조직을 보호한다.
본 발명의 또 다른 측면은 조직을 절제하는 방법에 관한 것이다. 따라서, 본 발명은 소노트로드를 사용하는 방법, 특히 개시된 임의의 실시형태에서 본 발명에 따른 소노트로드를 사용하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 다음의 단계들을 포함한다: 개시된 임의의 실시형태에 따른 초음파 수술 기구에 소노트로드를 제공하는 단계 및 조직을 절제(래스프(rasp), 파일(file), 연마(abrade), 절단(cut) 등)를 하기 위해 캡을 진동시키는 단계.
상기 방법은 다음 중 적어도 하나와 같은 소노트로드의 특징에 직접 링크되는 임의의 단계를 추가로 포함할 수 있다:
Figure pct00016
푸싱(pushing mode) 및/또는 풀링(pulling mode) 모드에서 초음파 수술 기구를 작동하는 단계;
Figure pct00017
예를 들면 샤프 림의 진동 진폭이 최대 100 ㎛인 방식으로 초음파 수술 기구를 작동함에 의해 경조직, 특히 골 조직(뼈 조직)을 절제하기에 적합한 방식으로 초음파 수술 기구를 작동하는 단계, 또는 예를 들면 샤프 림의 진동 진폭이 150 ㎛ 이상인 방식으로 초음파 수술 기구를 작동함에 의해 연조직을 절제하기에 적합한 방식으로 초음파 수술 기구를 작동하는 단계;
Figure pct00018
소노트로드를 돌리지 않고 초음파 수술 기구의 슬리브를 돌리는 단계.
서두에서 언급한 바와 같이, 소노트로드의 개선은 본 발명에 따라 개선된 소노트로드가 개복 수술 뿐만 아니라 최소 침습 수술(Minimal Invasive Surgery)(MIS)에서도 사용될 수 있도록 하는 것이다.
일 실시형태에서, 소노트로드 및 따라서 MIS에 사용되는 초음파 수술 기구는 다음을 포함한다:
Figure pct00019
기계적 진동을 사용하여 조직에 절제 과정을 수행하도록 구성된 캡 및 종축을 따라 연장되는 스템으로서, 캡은 스템보다 반경방향으로 더 돌출하는 적어도 하나의 부분을 포함하고, 적어도 하나의 부분은 적어도 하나의 샤프 림을 포함한다. 캡은 스템의 원위 단부와 상기 부분의 샤프 림 사이에 배열되고 오목하고 및/또는 스템에 대해 90도 이하의 개방 각도로 이어지는 표면을 더 포함한다. 캡은 종축에서 그 질량 중심을 더 포함한다.
캡, 스템, 스템보다 반경방향으로 더 돌출된 부분, 샤프 림 및 스템의 원위 단부와 샤프 림 사이에 배치되는 표면은 개시된 임의의 실시형태에 따를 수 있다.
캡의 질량 중심은 개시된 측정으로 인해 종축에 있을 수 있다.
Figure pct00020
길이 d를 갖는 스템은 본질적으로 사전 설정된 주파수 파장의 절반 또는 사전 설정된 주파수 파장의 절반의 배수인 d = n*λ/2 이며, 여기서 n은 정수이다.
스템의 길이는 커플링 요소와 직선형 또는 직선화된 소노트로드의 캡 사이의 거리로 간주될 수 있다. 예를 들면 소노트로드가 종방향 진동의 최대 진폭이 캡 내에, 예를 들면 그 질량 중심에 있도록(그 근위 시작부에 있지는 않음) 설계되는 경우, 스템의 길이는 n*λ/2 에서 어느 정도 벗어날 수 있다. 또한, 커플링 요소의 구현은 스템이 n*λ/2 에서 어느 정도 벗어나게 할 수 있다.
스템은 MIS에서 사용하도록 구성된 소노트로드의 많은 실시형태들에서 일정한 직경을 갖는다.
Figure pct00021
스템이 슬리브의 외부로부터 차폐되는 방식으로 스템 주위에 배열되도록 구성되는 또는 배치된 슬리브. 슬리브는 위에 개시된 임의의 실시형태에 따를 수 있다.
서두에 언급된 바와 같이, 본 발명에 따른 소노트로드는 경조직 또는 연조직을 절제하도록 구성될 수 있다.
150 ㎛m 이하, 특히 100 ㎛m 이하, 예를 들면 40-80 ㎛m 사이의 샤프 림의 진동 진폭(oscillation amplitude)은 경조직, 특히 뼈 조직을 제거하는 데 가장 효율적이다는 것이 관찰되었다.
관련된 진동 진폭은 특히 종축에 평행한 축을 따른 진동 진폭이다.
진동 진폭은 일반적으로 두 전환점들 사이의 거리로 측정된다.
일 실시형태에서, 소노트로드는 최대 100 ㎛의 소노트로드의 사용 동안 샤프 림의 진동 진폭을 갖도록 구성된다.
다른 한편으로는, 100 ㎛ 이상, 특히 150 ㎛ 또는 200 ㎛ 이상, 예를 들면 150-300 ㎛ 사이의 샤프 림의 진동 진폭이 연조직 절제에 가장 효율적이라는 것이 관찰되었다. 이 범위의 샤프 림의 진동 진폭이 연조직을 절제하는 데 효율적인 한 가지 이유는 연조직이 절제되지 않을 만큼 충분한 방식으로 더 이상 변형될 수 없기 때문이다.
일 실시형태에서, 소노트로드는 소노트로드의 사용 동안 150 ㎛ 이상의 샤프 림의 진동 진폭을 갖도록 구성된다.
그러나 초음파 수술 기구 재료용 소노트로드는 일반적으로 100 ㎛ 이상의 진동 진폭이 포논(phonon)에 의해 달성될 수 없는 재료 및 설계로, 이는 재료 스트레칭만을 의미한다.
따라서, 연조직을 절제하기 위한 소노트로드는 실시형태들에서 샤프 림의 진동 진폭을 증가시키기 위한 수단, 특히 위에서 논의된 임의의 수단을 포함한다.
특히, 이러한 소노트로드는 위에 개시된 테이퍼링 영역을 갖는 스템("부스트 효과(boost effect)"), 위에서 논의된 임의의 실시형태에서 캡의 진동 모드, 특히 캡의 가장 방사상 부분에서 최대 진폭을 갖는 진동 모드의 존재를 선호하는 캡의 전체 형상, 및 특히 샤프 림을 포함하는 영역이 "자신의(own)"("자립형(self-reliant)") 진동 모드 ("별도의 발진기(separate oscillator)")를 포함하도록, 기계적 안정성이 감소된 캡 영역 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이와 대조적으로, 경조직, 특히 뼈 조직을 절제하기 위한 소노트로드는 샤프 림의 진동 진폭을 증가시키기 위한 수단을 필요로 하지 않는다. 이는 포논(phonon)에 의해 달성될 수 있는 진동 진폭이 경조직을 절제하기에 충분하기 때문이다.
본 발명은 초음파 수술 기구용 소노트로드를 추가로 개발한다. 특히, 본 발명은 최첨단 소노트로드보다 더 나은 방식으로 복수의 요건들을 충족하는 초음파 수술 장치용 소노트로드를 제공한다.
본 발명은 또한 관련된 초음파 수술 기구를 제공한다.
본 발명은 경조직 또는 연조직을 절제하기에 적합한 개선된 초음파 수술 기구용 소노트로드를 제공한다.
본 발명은 또한 기계적 진동을 사용하여 뼈의 절제(제거), 특히 뼈의 래스핑에 적합한 초음파 수술 기구, 그리고 전방 및/또는 후방의 뼈의 래스핑, 뼈의 스크레이핑, 특히 후방의 뼈의 스크레이핑, 및 뼈의 리밍, 특히 전방의 뼈의 리밍 중 적어도 하나를 위한 초음파 수술 기구, 그리고 개선된 소노트로드를 포함하는 초음파 수술 기구 그리고 뼈를 절제(제거)하기 위한 관련 방법들 및 이들 소노트로드들을 제조하는 방법을 제공한다.
소노트로드는 예를 들어 골증식체, 경화성 골 변화 및 골종양과 같은 퇴행성 질환의 과정에서 유도된 예를 들면 피질골, 조절되지 않은 성장 골을 절제(제거)하는 데 사용될 수 있다.
소노트로드는 예를 들어 뼈의 종양 조직과 감염된 부위의 괴사조직 제거에도 사용될 수 있다.
개선된 소노트로드에 의해 달성되는 한 가지 효과는 피질골에 대한 더 나은 절제, 특히 래스핑, 스크레이핑 및/또는 리밍 성능이다. 피질골은 조밀하고 치밀하다. 이에 의해 뼈를 제거하는 동안 생성되는 열의 감소가 예상된다. 또한, 절제 위치의 제어성을 향상시킬 수 있는 것이 유리할 것이다.
본 발명은 또한 기계적 진동을 이용한 절제에 의한 연조직의 치료에 적합한 초음파 수술 기구를 위한 개선된 소노트로드 및 전방 및/또는 후방의 연조직 연마 중 적어도 하나를 위한 초음파 수술 기구, 및 개선된 소노트로드를 포함하는 초음파 수술 기구 및 연조직을 절제하기 위한 관련 방법 및 이들 소노트로드를 제조하는 방법을 제공한다.
상처 치료, 괴사조직 제거 및 연조직 연마(스크레이핑 오프)는 개선된 소노트로드, 관련 초음파 수술 기구 및 관련 방법에 의해 수행될 수 있는 치료의 예이다.
소노트로드의 개선은 본 발명에 따라 개선된 소노트로드를 개복 수술 뿐만 아니라 최소 침습 수술(Minimal Invasive Surgery)(MIS)에서도 사용할 수 있다.
본 발명에 따르는 장치 및 방법의 예시적인 실시형태들은 첨부된 도면과 관련하여 더욱 상세히 설명된다.
도 1은 하우징 팁에 소노트로드를 갖는 하우징 내부에 배치된 변환기를 포함하는 조직 절제용 초음파 수술 기구의 원위 부분을 도시한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 소노트로드의 제1 예시적인 실시형태의 개략도를 도시한다.
도 4는 도 2 및 3에 따른 소노트로드의 캡의 상세도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 소노트로드의 추가의 예시적인 실시형태의 개략도를 도시한다.
도 6은 도 5에 따른 소노트로드의 캡의 상세도를 도시한다.
도 7은 도 5 및 도 6의 예시적인 실시형태의 변형예의 개략도를 도시한다.
도 8은 도 7에 따른 소노트로드의 캡의 상세도를 도시한다.
도 9는 본 발명의 소노트로드의 또 다른 예시적인 실시형태의 개략도를 도시한다.
도 10은 도 9에 따른 예시적인 실시형태의 변형예의 개략도를 도시한다.
도 11은 도 10에 따른 소노트로드의 캡의 상세도를 도시한다.
도 12a-12b는 슬리브에 의해 부분적으로 차폐된 소노트로드의 개략도(도 12a)와 그 단면도(도 12b)를 도시한다.
도 13 내지 도 16은 캡의 추가의 예시적인 실시형태의 개략도를 도시한다.
도 17 내지 도 18은 냉각 및/또는 처리 위치로부터 파편의 수송을 촉진하기 위한 수단을 포함하는 소노트로드의 예시적인 실시형태의 개략도를 도시한다.
도 19는 본 발명의 제2 태양에 따른 소노트로드의 예시적인 실시형태의 개략도를 도시한다.
도 20은 도 19에 따른 소노트로드의 캡의 상세도를 도시한다.
첨부된 모든 도면들에서, 동일한 참조부호는 동일한 요소 또는 동일한 기능을 수행하는 유사한 요소를 나타낸다.
도 1은 조직 절제용 초음파 수술 기구의 원위 부분을 도시한다. 이 기구는 하우징(2) 내부에 위치한 변환기(transducer)(3), 예를 들면 압전 스택(piezoelectric stack), 및 하우징(2)의 팁에 배치된 소노트로드(sonotrode)(1)를 포함한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 주요 태양에 따른 소노트로드(1)의 제1 예시적인 실시형태의 2개의 상이한 도면을 도시한다.
소노트로드(1)는 커플링 요소(coupling element)(13)(도시된 실시형태에서 나사산(thread)(13)), 스템(stem)(21) 및 캡(cap)(22)을 갖는 근위 단부(proximal end)(4)를 갖는다. 캡(22)은 볼록한 형상(convex shape)(24) 및 적어도 하나의 샤프 림(sharp rim)(23)을 포함한다. 캡은 골증식체(골극)과 같은 원치 않는 뼈 구조와 같은 조직을 절제(ablate)(스크레이핑(긁어냄), 래스핑(줄질))하도록 설계되고 그에 적합하다. 샤프 림(들)은 조직을 긁어내거나(scrape) 또는 줄로 쓸어서 매끈하게(file away) 하는 데 사용될 수 있는 반면, 볼록한 형상(24)의 표면(볼록한 표면, 아치형 표면)은 매끄럽고 도시된 실시형태에서 조직을 보호하도록 형성된다.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 캡(22)의 상세도를 도시한다.
소노트로드(1)는 종축(15)을 따라 연장된다.
근위 단부(4)의 플래트닝(flattening)(테이퍼링(tapering)) 영역(12)은 도 2에 도시된 실시형태에서 근위 단부(4)와 스템(21) 사이의 전이부(transition)를 형성한다.
플래트닝(테이퍼링) 영역(12)은 소노트로드의 근위 단부(4)의 원위 단부의 직경을 스템(21)의 바람직한 직경으로 감소시킨다. 근위 단부(4)의 직경은 커플링 요소(13) 및/또는 소노트로드(1)의 커플링-인 표면(coupling-in surface)(40)을 제공할 필요성에 의해 결정될 수 있다.
추가 플래트닝(테이퍼링) 영역(12)은 스템(21) 내에 배치된다. 이러한 방식으로 배치된 플래트닝(테이퍼링) 영역(12)은 "부스터(booster)"로서 역할을 할 수 있으며, 이는 그것이 플래트닝 영역(12)의 근위부에서 기계적 진동의 진폭 및 강도와 비교하여 플래트닝 영역(12)의 원위부에서 기계적 진동의 진폭 및 강도를 증가시킬 수 있음을 의미한다.
소노트로드의 캡(22)은 스템(21)보다 종축(15)에 대해 반경방향으로 더 돌출된 부분(16)을 포함한다.
보다 정확하게는, 캡(22)은 종축(15)에 대해 반경방향으로 스템(21)의 최대 연장부(14)보다 종축(15)에 대해 반경방향으로 종축(15)으로부터 더 멀리 배열되는 부분(16)을 포함한다. 부분(16)은 캡(22)이 스템(21)의 최대 연장부(14)보다 반경방향으로 더 연장되는 종축(15)의 범위 및 부분(16)이 스템(21)의 최대 연장부(14)보다 반경방향으로 더 연장되는 반경방향 각도의 범위(19)에 의해 정의될 수 있으며, 상기 반경방향 각도의 범위(19)는 종축(15)의 상기 범위 내의 적어도 하나의 위치에서 결정된다.
스템보다 반경방향으로 더 돌출된 부분(16)은 샤프 림(23)을 포함한다.
도 2 내지 도 4에 도시된 실시형태의 캡(22)은 종축에 대해 회전 대칭이다. 이것은 캡(22)의 질량 중심(43)이 종축(15) 상에 있는 것을 보장한다.
도시된 실시형태에서, 캡은 원위를 향하는 볼록한 표면(24) 및 근위를 향하는 오목한 표면(26)을 갖는 버섯 모자처럼 형성된다. 스템(21)보다 반경방향으로 더 돌출된 부분(16)은 360 도의 반경방향 각도의 범위(19)를 덮는다.
오목면(26)은 오버행(overhang)(35)이 형성되도록 가장 방사상 영역에서 근위쪽으로 구부러진다.
캡(22)의 샤프 림(23)은 원위를 향하는 볼록면(24)과 근위를 향하는 오목면(26) 사이의 전이부에 의해 형성된다.
이러한 방식으로 형성된 샤프 림(23)의 방향으로 인해, 소노트로드(1)는 근위쪽으로 이동될 때 가장 효율적으로 작동한다("당김 모드(pulling mode)"). 또한, 샤프 림(23)이 절제할 조직의 원위에 위치하고 샤프 림(23)과 샤프 림(23)보다 반경방향으로 더 돌출된 소노트로드 부분 사이에 배열된 조직만이 절제되기 때문에 손상되어서는 안 되는 조직을 손상시킬 가능성이 감소한다.
또한, 소노트로드(1)의 작동 동안 샤프 림(23)에 의해 생성된 임의의 힘 벡터는 절제될 조직을 향해 지향된다.
소노트로드(1)의 설계 이것은 또한 더 날카로운 림(23)을 가능하게 하고 치료 위치로부터 파편의 수송을 향상시킨다.
볼록한 표면(24)은 예를 들면 소노트로드의 작동 동안 또는 소노트로드의 삽입 동안 치료해서는 안 되는 조직의 부상을 피하기 위해 부드럽고 및/또는 매끄러울 수 있다.
대안적으로, 볼록한 표면(24)은 조직을 래스핑(rasping)하기에 적합한 구조를 포함할 수 있다. 예를 들면, 볼록한 표면(24)은 높이가 100 내지 120 ㎛인 구조로 덮일 수 있다. 환언하면, 도 2 내지 도 4에 도시된 소노트로드(1)의 캡은 또한 원위쪽으로 이동될 때("푸싱 모드(pushing mode)"), 절제하도록, 예를 들면 그라인딩하도록 구성될 수 있다.
도 2 내지 도 4에 따른 캡(22)은 스템(21)을 통해 캡에 결합된 종방향 기계적 진동에 의해 여기될 수 있는 자립형 진동 모드를 지원하도록 설계된다. 이러한 진동 모드를 지원하는 데 유리한 캡(22)의 전체 형상 외에도, 캡(22)의 시작 부분에 인접한 영역에서 스템의 직경 dS와 캡의 직경 dC 사이의 비율뿐만 아니라 종방향으로 캡의 최대 연장 dL과 스템보다 반경 방향으로 더 돌출된 부분(16)의 최대 연장 dR 사이의 비율은 진동 모드를 지지하는 캡(22)에 대해 최적화될 수 있다.
도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 소노트로드(1)의 추가의 예시적인 실시형태를 도시하며, 여기서 도 6은 도 5의 소노트로드(1)의 캡(22)의 상세도이고 도 8은 도 7의 소노트로드(1)의 캡(22)의 상세도이다.
도 2 내지 도 4에 도시된 실시형태와 대조적으로, 샤프 림(23)은 도 5 내지 도 8의 실시형태에서 반경 방향(각도)의 범위로 제한된다. 환언하면, 캡(22)은 원주 표면의 세그먼트(17)에서만 샤프 림(23)을 포함하는 원주 표면을 갖는다. 샤프 림(23)을 포함하는 원주 표면 또는 적어도 원주 표면의 세그먼트(17)는 치료 및 비치료의 원하는 위치에 적응된다.
도 5 내지 도 8에 도시된 실시형태에서, 샤프 림(23)을 포함하는 세그먼트(17)의 원주 표면은 상기 세그먼트(17)에서 추가 리세스(recess)(28)를 포함한다. 이것은 예를 들면 치료 위치로부터 파편의 수송을 개선할 수 있다.
환언하면, 캡(22)의 샤프 림(23)은 샤프 림(23)이 제한되는 원주 표면의 세그먼트(17)에 배열된 림 요소(29)에 의해 형성된다.
2개의 인접한 림 요소(29)는 리세스(28)에 의해 서로 분리된다.
도 5 내지 도 8에 도시된 림 요소(29)는 스템(21)의 최대 연장부(14)보다 종축으로부터 더 멀리 배치되는 부분(16)의 추가 부분이다.
림 요소(29)는 캡(22)의 중앙 영역(코어)에 의해 여기되는 개별(자립형) 발진기(oscillator)로서 작용할 수 있다. 환언하면, 각 림 요소(29)는 자체적으로 진동 모드를 나타낼 수 있다. 이것은 증가된 축방향(근위에서 원위까지) 진폭을 가능하게 하며 따라서 소노트로드의 절제 성능(ablation performance)이 향상된다.
도 5 내지 도 8에 따른 실시형태의 캡(22)은 제1 샤프 림(23.1) 및 제2 샤프 림(23.2)을 더 갖고, 제2 샤프 림(23.2)은 제1 샤프 림(23.1)에 대해 더 근위측에 배열된다.
도 5 내지 도 8에 도시된 실시형태에서, 제1 샤프 림 및 제2 샤프 림은 원위를 향하는 볼록 표면(24)과 버섯 모양 캡(22)의 근위를 향하는 표면 사이의 전이부에 의해 형성되며, 여기서 상기 전이부는 직접적인 전이가 아니라 본질적으로 반경방향(종축에 대해 반경방향)과 일치하는 표면 법선을 갖는 표면(18)을 통한 전이이다. 도시된 실시형태에서, 반경방향과 본질적으로 일치하는 표면 법선을 갖는 상기 표면(18)은 본질적으로 종축을 둘러싸는 가상 표면의 부분에 의해 형성되며, 가상 표면 상의 각 지점은 종축으로부터 동일한 거리를 갖는다.
이에 의해, 제1 샤프 림(23.1)은 원위를 향하는 볼록 표면(24)과 반경방향을 따라 본질적으로 수직인 표면을 갖는 상기 표면(18) 사이의 전이부에 의해 형성되며 제2 샤프 림(23.2)은 반경방향을 따라 본질적으로 수직인 표면을 갖는 표면(18)과 버섯 모양 캡(22)의 근위를 향하는 표면 사이의 전이부에 의해 형성된다.
도 5 및 도 6의 실시형태에서, 버섯 모양 캡(22)의 근위를 향하는 표면은 적어도 상기 전이부의 영역에서 본질적으로 평평한(평면) 표면(25)을 형성한다. 평평한 표면(25)은 스템(21)에 대해 90도의 개방 각도(42)로 진행한다.
도 7 및 도 8의 실시형태에서, 버섯 모양 캡(22)의 근위를 향하는 표면은 적어도 상기 전이부의 영역에서 오목한 표면(26)을 형성한다. 이것은 제2 샤프 림(23.2)의 날카로움(sharpness)을 향상시킬 수 있고 치료 위치로부터 떨어진 파편의 수송을 향상시킬 수 있다. 그것은 또한 위에서 논의된 바와 같이 소노트로드(1)의 작동 동안 샤프 림(23.2)에 의해 생성된 힘 벡터의 관점에서 유리할 수 있다.
특히 샤프 림(도 7 및 도 8의 실시형태에서 제2 샤프 림(23.2))이 반경 방향으로 연장되는 표면(도 14에 도시된 바와 같이 오목한 표면(26) 또는 볼록한 표면(24))의 오버행(35)에 의해 형성되는 경우, 더 날카로운 림과 더 유리한 힘 벡터의 이점이 더 현저해진다.
종축(15)에 있는 캡(22)의 질량 중심(43)의 요구 사항을 충족하기 위해, 캡은 캡이 종축(15) 주위에 n-폴드(fold) 회전 대칭을 포함하는 방식으로 배열되는 적어도 2개의 섹션을 포함할 수 있으며, 여기서 n은 1이 아닌 정수이며, 및/또는 캡(22)은 예를 들면 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이 이퀄라이징 웨이트(equalizing weight)(이퀄라이징 매스(equalizing mass))(41)를 포함할 수 있다.
도 7 및 도 8의 실시형태에서, 오목한 표면(26)의 오목함은 단지 중간 정도이다. 그러나, 상기 오목함이 훨씬 더 현저할 수 있다.
더 현저한 오목부는 도 13의 실시형태에서 예시적으로 도시되며, 오목부는 캡(22)의 전체 반경방향 단부 부분이 샤프 림(23)뿐만 아니라 오버행(35)이 되도록 한다. 또한, 오목한 표면(26)의 오목함은 볼록한 표면(24)의 볼록함보다 더 현저하다. 이것은 종방향으로 캡의 연장(종방향 연장 dL)이 종축(15)으로부터의 거리 r에 의존하고 종축(15)과 샤프 림(들)(23)의 위치 사이의 최소값을 포함한다는 것을 의미한다.
종방향으로 캡(22)의 연장에서 최소 영역은 기계적 안정성이 감소된 영역(37)으로 간주될 수 있다.
캡(22)의 가장 반경방향 부분은, 캡이 도 13에 따라 설계된 경우, 캡(22)의 중앙 영역(코어)에 의해 여기되는 개별(자립형) 발진기로 작용할 수 있다. 환언하면, 캡(22)의 가장 반경방향 부분은 그 자체로 진동 모드를 나타낼 수 있으며, 여기서 진동 모드는 또한 반경방향으로 운동 성분을 가질 것이다. 이것은 해머링 효과(hammering effect)의 발생으로 인해 절제(ablation)를 더욱 향상시킬 수 있다. 그러나, 캡(22)이 종축(15)에 대해 n-폴드 회전 대칭을 포함하는 경우 (여기서 n은 1이 아닌 정수이며, 특히 짝수임) 또는 캡(22)이 종축을 중심으로 회전 대칭인 경우(즉, 임의의 각도만큼 회전은 캡을 그 자체로 전달함), 가장 반경방향 부분의 반경방향 진동은 전체 소노트로드(1)의 횡방향 진동 모드의 상당한 여기를 수반하지 않는다. 이러한 대칭 고려 사항은 또한 캡의 질량 중심(43)이 종축에 있음을 의미한다.
종방향의 최소 연장으로 인해 개별(자립형) 발진기로 작용할 수 있는 가장 반경방향 부분은 일반적으로 반경방향 및 종방향으로 상당한 방향을 포함하는 진동 운동을 갖는 진동 모드를 갖는다. 따라서, 가장 반경방향 부분의 진동 모드는 해머링 효과와 증가된 축방향(근위에서 원위) 진폭 모두에 영향을 준다. 해머링 효과와 증가된 축방향 진폭의 조합은 소노트로드의 절제 효율을 크게 증가시킨다.
도 9는 본 발명에 따른 소노트로드(1)의 추가의 예시적인 실시형태를 도시한다. 실시형태는 복수의(이것은 적어도 2개를 의미함) 샤프 림(23)을 포함하고, 여기서 샤프 림은 원위에서 근위 방향을 따라 서로에 대해 오프셋된다. 원위에서 근위 방향은 일반적으로 소노트로드(1)의 종축(15)에 평행하게 진행된다.
도 9에 도시된 실시형태에서, 복수의 샤프 림(23)은 캡(22)의 가장 반경방향 부분에 배열된 일련의 단차들(steps)(20)에 의해 형성된다. 도시된 실시형태에서, 캡(22)은 원위를 향하는 볼록한 표면(24)을 포함하며 및 단차들(20)은 볼록한 표면(24)의 근위부에 배열된다. 각각의 단차는 본질적으로 반경방향을 따라 배향되는 표면과 본질적으로 원위에서 근위 방향을 따라 배향되는 표면으로부터의 전이부를 포함함에 의해 샤프 림(23)을 형성한다.
단차(20)는 종축(15)으로부터의 그 거리에서 더 오프셋된다. 도 9에 도시된 실시형태에서, 오프셋은 단차(20)에 의해 형성된 샤프 림(23)이 그 원위의 이웃 단차(20) 및 그 원위의 이웃 단차(20)의 샤프 림(23)보다 종축(15)으로부터 더 멀어지도록 하는 것이다. 이에 의해, 복수의 샤프 림(23)은 원위 방향으로의 소노트로드(1)의 운동(이것은 푸싱 운동(pushing movement)을 의미함)에서 절제(ablating)에 기여한다.
대안적으로, 오프셋은 단차(20)에 의해 형성된 샤프 림(23)이 그 근위의 이웃 단차(20) 및 그 근위의 이웃 단차(20)의 샤프 림보다 종축(15)으로부터 더 멀리 떨어져 있도록 할 수 있다. 이에 의해, 복수의 샤프 림(23)은 근위 방향으로 소노트로드(1)의 운동(이것은 풀링 운동(pulling movement)을 의미함)에서 절제에 기여한다.
대안적으로, 단차는 톱니 모양의 표면을 형성할 수 있다. 이 실시형태에서, 2개의 돌출된 단차들은 리세스에 의해 분리된다. 이에 의해, 각각의 돌출 단차는 원위에서 근위 방향을 따라 오프셋되는 2개의 샤프 림을 형성한다. 이에 의해, 복수의 샤프 림(23)의 하나의 절반은 원위방향으로 소노트로드(1)의 운동(이것은 푸싱 운동(pushing movement)을 의미함)에서 절제에 기여하고, 복수의 샤프 림(23)의 다른 절반은 근위 방향으로 소노트로드(1)의 운동(이것은 풀링 운동(pulling movement)을 의미함)에서 절제에 기여한다.
캡(22)은 단차들에 의해 형성된 샤프 림 외에 하나 이상의 추가적인 샤프 림을 가질 수 있다. 예를 들면, 논의된 임의의 실시형태에서 원위를 향하는 표면, 특히 볼록한 표면(24)(존재하는 경우)으로부터 단차(20)로의 전이부 및/또는 단차(20)의 논의된 임의의 실시형태에서 오목한 표면(26)과 같은 근위를 향하는 표면 또는 논의된 임의의 실시형태에서 평평한 표면(25)과 같은 근위를 향하는 표면으로의 전위부는 추가의 샤프 림을 형성할 수 있다.
실시형태들에서, 복수의 샤프 림(23)을 제공하도록 형성된 다른 요소들에 의해 일련의 단차들(20)을 대체하는 것을 상상할 수 있다. 예를 들면, 단차들은 피라미드, 교차 돌출부 및/또는 표면 거칠기와 같은 절제 구조(ablative structures)로 대체될 수 있다. 표면 거칠기는 예를 들면 위에서 논의된 적층 제조 방법(additive manufacturing methods) 또는 선택적 레이저 용융(selective laser melting)(SLM)에 의해 제공될 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 소노트로드(1)의 또 다른 예시적인 실시형태를 도시한다. 도 11은 도 12의 소노트로드(1)의 캡(22)의 상세도이다. 도 10 및 도 11에 도시된 실시형태는 톱니형 표면을 형성하는 단차들(20)를 포함하는 실시형태와 유사하다.
도 10 및 도 11의 실시형태에서, 톱니형 표면(34)은 샤프 림(23)을 형성하는 테이퍼진 구조에 의해 형성되고, 여기서 복수의 테이퍼진 구조는 원위에서 근위 방향을 따라 배열된다.
예를 들면, 캡(22)은 표면, 특히 스템(21)의 최대 연장부(14)보다 종축(15)으로부터 더 멀리 배열되는 부분(16)의 표면을 포함할 수 있으며, 상기 표면은 본질적으로 반경방향과 일치하지만 톱니 모양의 표면(34)이 형성되도록 돌출부와 리세스를 갖는 표면 법선을 갖는다. 도시된 실시형태에서, 반경방향과 본질적으로 일치하는 표면 법선을 갖는 표면은 종축을 둘러싸는 표면이고, 상기 표면이 톱니형이 아닌 경우 해당 표면의 각 지점은 종축으로부터 동일한 거리를 가질 수도 있다.
다시, 캡은 톱니형 표면(34)에 의해 형성된 샤프 림 외에 하나 이상의 추가의 샤프 림을 가질 수 있다. 예를 들면, 원위를 향하는 표면으로부터, 예를 들면 논의된 임의의 실시형태에서 (존재하는 경우) 볼록한 표면(24)으로부터 톱니형 표면(34)으로의 전이부 및/또는 톱니형 표면(34)으로부터 논의된 임의의 실시형태에서 오목한 표면(26) 또는 논의된 임의의 실시형태에서 평평한 표면(25)과 같은 근위를 향하는 표면으로의 전이부는 추가의 샤프 림을 형성할 수 있다.
도 2 내지 도 4 및 도 9 내지 도 11과 관련하여 개시된 임의의 실시형태의 캡(22)은 예를 들면 도 5 내지 도 8과 관련하여 개시된 바와 같이 치료 및 비치료의 위치를 정의하도록 형성될 수 있다.
치료 및 비치료 위치를 정의하도록 구성된 캡(22)에 추가로 또는 대안적으로, 도 12a 및 12b에 예시적으로 도시된 슬리브(30)가 제공될 수 있다. 도 12a는 슬리브(30)를 포함하는 소노트로드(1)의 외부도의 개략도를 도시한다. 도 12b는 도 12a에 따른 슬리브(30)를 포함하는 소노트로드(1)의 단면도를 도시한다.
슬리브(30)와 조합으로 도 12a 및 12b에 도시된 소노트로드(1)는 도 2-도 4에 따른 소노트로드이다. 그러나, 본 발명의 주요 태양 또는 제2 태양에 따른 임의의 소노트로드는 도 12a 및 12b에 예시적으로 도시된 바와 같이 슬리브를 포함할 수 있다. 특히, 이것은 소노트로드가 원위를 향하는 볼록 표면(24)을 포함하는 경우이다.
슬리브(30)는 소노트로드(1)의 적어도 일부를 호스팅하고 소노트로드(1) 및/또는 초음파 수술 기구에 장착되도록 구성된다.
슬리브(30)가 소노트로드(1)에 장착될 때 슬리브(30)에 호스팅되는 소노트로드(1)의 부분은 도시된 실시형태에서 스템(21)을 포함한다.
슬리브(30)는 그 근위 단부(4), 예를 들면 커플링 요소(13)의 원위 부분에서 소노트로드(1)에 장착될 수 있다.
슬리브(30)는 샤프 림(23)이 작동 섹션에서 슬리브(30)에 의해 덮이지 않는 방식으로 설계된 측방향 개구(31)를 포함한다. 환언하면, 측방향 개구(31)는 슬리브(30)와 소노트로드(1)가 사용을 위해 초음파 수술 기구에 장착되는 경우 샤프 림(23)의 일부가 노출되는 방식으로 설계된다.
도 12a 및 12b에 예시적으로 도시된 바와 같은 슬리브(30)는 예를 들면 도 17 및 도 18에 도시된 바와 같이 냉각제 및/또는 관개 유체를 치료 위치에 제공하며 및/또는 파편의 제거를 위한 수단을 포함하는 소노트로드(1)와 특히 유리하게 조합된다.
도 17은 냉각제 및/또는 관개 유체를 치료 위치에 제공하며 및/또는 소노트로드(1)의 원위 쪽을 향해 개방된 중앙 채널(46)을 포함함에 의해 파편을 제거하기 위한 수단을 포함하는 소노트로드(1)의 예시적인 실시형태를 도시한다.
환언하면, 소노트로드(1)는 액체, 특히 냉각제 및/또는 관개 유체가 소노트로드(1)의 원위 영역에 제공될 수 있는 중심 채널(46)을 포함한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 중앙 채널(46)은 치료 위치 주변의 영역으로부터 액체 및 파편을 빨아들이는 데 사용될 수 있다.
도 17에 예시적으로 도시된 바와 같은 중앙 채널(46)을 포함하는 소노트로드(1)와 슬리브(30)의 조합은 공간적 조건이 치료 위치의 범람(플러딩)(flooding)을 야기하는 의료 사례에 특히 유리하며, 이는 치료 위치가 최소 침습 수술(Minimal Invasive Surgery)(MIS) 적용인 경우에서와 같은 제한된 영역의 경우를 의미한다.
도 18은 냉각제 및/또는 관개 유체를 치료 위치에 제공하며 및/또는 샤프 림(23)의 및 따라서 치료 위치의 근위부에 배열된 영역에 개방된 측방향 채널(47)을 포함함에 의해 파편을 제거하기 위한 수단을 포함하는 소노트로드(1)의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 18의 실시형태에 따른 소노트로드(1)는 2개의 측방향 채널들(47)을 포함한다.
환언하면, 소노트로드(1)는 도시된 실시형태에서 중앙 공급 채널(48)에 연결된 2개의 측방향 채널들(47)을 포함하며, 이를 통해 액체, 특히 냉각제 및/또는 관개 유체가 샤프 림(23)의 근위 영역에 제공될 수 있다.
추가로 또는 대안적으로, 측방향 채널(들)(47)은 치료 위치 주변의 영역으로부터, 특히 샤프 림(23)과 측방향 채널(47)의 개구(49) 사이의 영역으로부터 액체 및 파편을 빨아들이기 위해 사용될 수 있다.
도 18에 도시된 실시형태에서, 측방향 채널(47)은 소노트로드(1)의 근위 단부(4)의 플래트닝(테이퍼링) 영역(12)에서 개방된다. 그러나, 측방향 채널(47)은 스템(21) 또는 캡(22)에서, 특히 소노트로드(1)가 슬리브(30)와 조합으로 사용되는 경우 어디서나 개방될 수 있다.
특히 측방향 채널(47) 및 슬리브(30)를 포함하는 소노트로드(1)의 실시형태에서, 측방향 채널(47)의 개구(49)의 방향은 크게 중요하지 않다.
예를 들면, 측방향 채널(47)은 스템(21) 내에 배열된 추가 플래트닝(테이퍼링) 영역(12)에서 개방될 수 있다.
도 18에 예시적으로 도시된 바와 같은 측방향 채널(47)을 포함하는 소노트로드(1)와 슬리브(30)의 조합은 치료 위치 영역의 공간적 조건이 치료 위치의 범람(플러딩)에 기여하지 않거나 또는 충분히 기여하지 않는 "개방형(open)" 의료 사례에서 특히 유리하다. 이러한 경우들에서, 슬리브(30)는 치료 위치를 향해 제공될 액체를 안내하며, 이는 도 18에 도시된 실시형태에서 원위방향으로 향하는 것을 의미하며 또는 그것은 예를 들면 치료 위치로부터 흡인될 액체/파편을 측방향 채널(47)의 개구를 향해 안내한다.
예를 들면 도 17 및 도 18에 도시된 바와 같은, 냉각제 및/또는 관개 유체를 치료 위치에 제공하며 및/또는 파편을 제거하기 위한 수단은 바람직하게는 소노트로드(1)의 진동 거동이 상기 수단으로 인해 변경되는 방식으로 배열된다. 도 17의 실시형태에서, 이것은 소노트로드의 중심 축(15)을 따라 이어지는 중심 채널에 의해 수행된다. 도 18의 실시형태에서, 이것은 소노트로드가 여전히 적어도 n-폴드 회전 대칭을 갖는 방식으로 측방향 채널을 배열함으로써 수행되며, 여기서 n은 정수이지만 1은 아니다.
도 17 및 18과 관련하여 개시된 냉각 및/또는 제거 수단은 본 발명의 주요 또는 제2 태양에 따른 소노트로드(1)의 임의의 실시형태에 존재할 수 있다.
도 13 내지 도 16은 본 발명에 따른 캡(22)의 다른 예시적인 실시형태의 개략도를 도시한다.
감소된 기계적 안정성의 영역(37) 및 개별(자립형) 발진기로서 작동하는 캡(22)의 가장 반경방향 부분을 포함하는 도 13의 실시형태는 도 7 및 도 8에 따른 실시형태와 함께 위에서 논의되었다.
도 14의 예시적인 실시형태에 따른 캡(22)의 스템(21)보다 반경방향으로 더 돌출된 부분(16)은 부분(16)의 원위 영역을 형성하는 제1 오버행(35.1) 및 제1 샤프 림(23.1)을 포함한다. 부분(16)은 부분(16)의 근위 영역과 제2 샤프 림(23.1)을 형성하는 제2 오버행(35.2)을 더 포함한다.
이러한 방식으로 설계된 스템(21)보다 반경방향으로 더 돌출된 부분(16)은 다양한 이점을 갖는다. 예를 들면 그리고 도 7 및 도 8과 관련하여 논의된 바와 같이, 림의 날카로움이 개선될 수 있고, 치료 위치로부터 파편의 수송이 개선될 수 있으며, 소노트로드(1)의 작동 중에 샤프 림에 의해 생성된 힘 벡터가 유리하다.
또한, 도 14에 예시적으로 도시된 바와 같은 캡(22)을 포함하는 소노트로드는 푸싱 모드에서(즉, 소노트로드가 원위 쪽으로 이동됨) 및 풀링 모드에서(즉, 소노트로드가 근위 쪽으로 이동됨)에서 절제할 수 있다.
원위 방향으로 배열된 제1 샤프 림(23.1) 및 근위 방향으로 배열된 제2 샤프 림(23.2)을 갖는 소노트로드의 이들 이점들로 인해, 개시된 임의의 실시형태에 따른 캡 및 소노트로드는 예를 들면 도 14에 예시적으로 도시된 바와 같이 오버행(35)에 의해 형성되는 이러한 제1 및 제2 샤프 림을 가질 수 있다.
도 15 및 도 16은 캡(22)의 질량 중심(43)이 종축(15) 상에 있는 방식으로 배열된 이퀄라이징 웨이트(equalizing weight)(이퀄라이징 매스(equalizing mass))(41)를 포함하는 소노트로드의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 15에 따른 실시형태에서, 이퀄라이징 웨이트(41)는 캡(22) 내에 배치되며, 이는 이퀄라이징 웨이트(41)가 캡의 전체 형상에 영향을 미치지 않는다는 것을 의미한다.
도 15의 실시형태의 이퀄라이징 웨이트(41)는 나머지 캡(22)의 밀도보다 더 큰 밀도의 영역이다. 상기 영역은 스템(21)보다 반경방향으로 더 돌출하며 종축(15)으로부터 멀어지게 캡의 질량 중심(43)을 이동시키는 부분(16)을 보상하는 방식으로 배열된 질량 중심(45)을 갖는다.
환언하면, 캡이 종축(15)에 그 질량 중심(43)을 가지지 않게 하는 캡의 구조적 편차는 전체 질량 중심(43)이 종축(15)에 있도록 관련된 이퀄라이징 웨이트(41)에 의해 보상된다.
도 16은 이퀄라이징 웨이트(이퀄라이징 매스)(41)의 개념의 대안예의 예시적인 실시형태를 도시한다. 이 대안예에 따르면, 이퀄라이징 웨이트(41)는 캡(22)의 기본 형상 외부에 배치된다.
예를 들면, 캡이 종축(15)에, 특히 샤프 림(23)을 포함하는 부분(16)에 그 질량 중심(43)을 가지지 않게 하는 캡의 구조적 편차에 대한 이퀄라이징 웨이트(41)는 캡(22)의 구조적 편차와 동일 또는 유사한 형상의 구조적 편차이지만 캡(22)의 반대쪽에 배치된다.
실시형태들에서, 이퀄라이징 웨이트(41)는 샤프 림(23)을 갖는 또는 샤프 림(23)을 갖지 않는 스템(21)보다 반경 방향으로 더 돌출하는 추가 부분(16)이다.
도 16은 탄성 요소(38)를 포함하는 감소된 기계적 안정성의 영역(37)의 선택적 특징을 추가로 도시한다. 탄성 요소는 예를 들면 도 13과 관련하여 설명된 바와 같은 개별(자립형) 발진기로서 작용하는 캡(22) 부분의 진동 거동을 개선할 수 있다. 이것은 또한 개시된 임의의 개별(자립형) 발진기가 탄성 요소(38)를 통해 소노트로드의 나머지 부분에 연결될 수 있음을 의미한다.
도 19는 본 발명의 제2 태양에 따른 소노트로드(1)의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 19에 도시된 소노트로드는 예를 들면 기계적 안정성, 치료 위치의 제한 및 제어 가능성, 전진 및 후진 운동 동안 절제(ablate)할 수 있는 능력, 및 - 적어도 어느 정도, 측방향 진동 모드의 여기 억제와 같은 뼈 조직과 같은 조직 절제를 위한 소노트로드에 대한 몇 가지 중요한 요구 사항을 충족한다. 따라서, 도 19에 도시된 소노트로드는 본 발명의 주요 태양에 따른 소노트로드에 존재하거나 존재할 수 있는 복수의 특징을 포함한다.
도 19에 도시된 소노트로드(1)는 나사산(13)을 갖는 근위 단부(4), 및 스템(21) 및 캡(22)을 갖는 원위 단부 피스(5)를 갖는다. 캡(22)은 볼록 형상(24) 및 적어도 하나의 샤프 림(23)을 포함한다. 캡(22)은 골증식체(골극)(osteophyte)와 같은 원치 않는 뼈 구조와 같은 조직을 절제하거나 스크레이핑하는 데 적합하도록 설계된다. 샤프 림(들)은 조직을 긁어내거나(scrape) 또는 줄로 쓸어서 매끈하게(file away) 하는 데 사용될 수 있는 반면, 볼록 형상의 표면(24)(볼록한 표면, 아치형 표면)은 매끄럽고 조직을 보호하도록 형성된다.
또한 2차 태양에 따른 소노트로드(1)는 종축(15)을 따라 연장된다.
도시된 소노트로드(1)는 위에서 논의된 바와 같이 근위 단부(4)와 스템(21) 사이의 전이부를 형성하는 근위 단부(4)의 플래트닝(테이퍼링) 영역(12)의 선택적 특징을 포함한다. 그것은 위에서 논의된 바와 같이 스템 내에 배열된 추가적인 플래트닝(테이퍼링) 영역(12)의 선택적인 특징을 더 포함한다.
도 19에 개시된 소노트로드에서, 스템(21)의 최대 연장부(14)보다 종축(15)으로부터 더 멀리 배열된 부분(16)은 상당한 범위의 반경방향 각도(19)에 걸쳐 연장된다. 이것은 소노트로드가 최대 거리보다 크고 반경방향 각도의 상당한 범위(19)에 걸쳐 연장되는 종축에 대해 반경방향 연장을 갖는 부분(16)을 포함한다는 것을 의미한다. 특히, 반경방향 각도의 범위(19)에 걸친 연장은 결과적인 캡(22)이 블레이드형이 아닌 경우에 중요하다.
도 19에 도시된 실시형태에서, 반경방향 각도의 범위(19)는 20도보다 크다.
또한 제2 태양에 따른 실시형태는 스템(21)의 최대 연장부(14)보다 종축(15)으로부터 더 멀리 배치되며 (즉 스템(21)보다 반경방향으로 더 돌출하는) 반경방향 각도의 상당한 범위(19)에 걸쳐 연장되는 부분(16)에 배치되는 적어도 하나의 샤프 림(23) 또는 샤프 림의 적어도 일부를 포함한다.
도 19에 따른 캡(22)은 샤프 림(23)을 갖는 돌출 리브(27)를 포함하는 본질적으로 평평한 표면(25)을 포함한다. 평평한 표면(25)과 상이한 캡(22)의 표면 부분은 캡(22)의 볼록한 형상(표면)(24)을 형성한다(스템(21)의 영역 제외). 이들 표면 부분들은 매끄럽다.
도 19에 따른 캡(22)은 클 수 있다. 이것은 본질적으로 평평한 표면(25)과 볼록한 표면(24)에 의해 정의되는 캡(22)의 내부가 재료로 채워질 수 있고, 특히 캡(22)의 표면을 형성하는 재료로 "채워질(filled)" 수 있음을 의미한다.
도 20은 큰(massive) 캡(22)을 갖는 도 19에 따른 캡(22)의 상세도를 도시한다.
대안적으로, 도 19에 따른 캡(22)은 스푼처럼 형성될 수 있으며, 이는 채워지지 않은 내부를 갖는 볼록한 표면(24)을 갖는 것을 의미한다. 리브들(27)은 이러한 볼록면(또는 스푼) 내에 위치될 수 있거나 볼록한 표면(24)의 대향 림들과 연결될 수 있다. 이들 리브들은 스푼형 구조의 림에 대해 상승될 수 있는 샤프 림들(23)을 가질 수 있다.
스템(21)의 최대 연장부(14)보다 반경 방향으로 종축(15)으로부터 더 멀리 배열되는 부분(16)은 도 19 및 도 20의 실시형태에서 종축(15)으로부터 가장 멀리 있는 캡(22)의 (채워진 또는 채워지지 않은) 스푼형 형상의 부분들을 포함한다.

Claims (27)

  1. 초음파 수술 기구용 소노트로드(1)로서, 상기 소노트로드(1)는 종축(15)을 따라 연장되는 스템(21) 및 기계적 진동을 사용하여 조직에 대한 절제 프로세스를 수행하도록 구성된 캡(22)을 포함하고, 캡은 스템보다 반경방향으로 더 돌출된 적어도 하나의 부분(16)을 포함하고, 상기 적어도 하나의 부분은 적어도 하나의 샤프 림(23)을 포함하고, 스템의 원위 단부와 상기 부분의 샤프 림 사이에 배열된 캡의 표면(25, 26)은 오목한 표면(26)이며 및/또는 스템에 대해 90도 이하인 개방 각도(42)로 진행되며, 캡의 질량 중심(43)은 종축에 있는 것을 특징으로 하는 초음파 수술 기구용 소노트로드(1).
  2. 제1항에 있어서,
    스템(21)의 원위 단부와 샤프 림(23) 사이에 배열되는 캡(22)의 표면(25, 26)은 상기 부분(16)이 오버행(35)을 포함하는 정도로 근위 방향으로 구부러진 오목한 표면인 것을 특징으로 하는 소노트로드(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    캡(22)은 스템(21)을 통해 캡으로 결합되는 기계적 진동에 의해 여기될 수 있는 적어도 하나의 진동 모드를 포함하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 소노트로드(1).
  4. 제3항에 있어서,
    캡(22)은 다음 중 적어도 하나를 포함하는 소노트로드에 의해 스템(21)을 통해 캡으로 결합되는 기계적 진동에 의해 여기될 수 있는 적어도 하나의 진동 모드를 포함하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 소노트로드(1):
    Figure pct00022
    캡(22)의 시작부에 인접한 영역의 스템(21)의 직경(ds)은 캡의 관련 직경(dc)의 최대 절반이다;
    Figure pct00023
    스템(21)의 단면 내에 완전히 배열될 수 있는 가능한 가장 큰 원은 종축에 수직인 단면에서 캡을 둘러쌀 수 있는 가능한 가장 작은 원의 직경의 최대 절반인 직경을 가지며, 상기 스템의 단면은 종축에 수직이고 캡(22)의 시작부에 인접한 스템의 영역에 있으며, 여기서 상기 캡의 단면은 캡의 최대 측방향 연장의 위치에 있다;
    Figure pct00024
    캡의 종방향 최대 연장(dL)은 스템보다 반경 방향으로 더 돌출된 부분(16)의 반경방향 최대 연장(dR)의 최대 절반이다;
    Figure pct00025
    캡(22)의 종방향 연장은 종축(15)으로부터의 거리에 의존하고, 종방향 연장은 종축(15)과 샤프 림(23) 사이의 최소값을 포함한다.
  5. 제1항 내지 제4항들 중 어느 한 항에 있어서,
    소노트로드는 변환기(3)에 결합되기 위한 커플링 요소(13)를 포함하며, 소노트로드는 미리 설정된 주파수의 파장의 절반이거나 미리 설정된 주파수의 파장의 절반의 배수인 커플링 요소와 캡 사이의 거리를 가짐에 의해 기계적 진동의 미리 설정된 주파수에 대해 최적화 되는 것을 특징으로 하는 소노트로드(1).
  6. 제1항 내지 제5항들 중 어느 한 항에 있어서,
    캡(22)은 볼록한 표면(24)을 포함하고, 볼록한 표면은 부드럽고 및/또는 매끄러운 표면을 제공하는 것을 특징으로 하는 소노트로드(1).
  7. 제1항 내지 제6항들 중 어느 한 항에 있어서,
    캡(22)은 스템(21)보다 반경방향으로 더 돌출되는 적어도 2개의 부분(16)을 포함하는 것을 특징으로 하는 소노트로드(1).
  8. 제1항 내지 제7항들 중 어느 한 항에 있어서,
    샤프 림(23)은 다음 중 적어도 하나에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 소노트로드(1):
    Figure pct00026
    캡(22)은 원위를 향하는 볼록한 표면(24)을 포함하며, 샤프 림은 볼록한 표면에서 오목한 또는 90도 이하인 스템에 대한 개방 각도로 이어지는 표면(25, 26)으로의 전이부에 의해 형성되며;
    Figure pct00027
    평평한, 오목한 또는 볼록한 제1 표면에서 평평한, 오목한 또는 볼록한 제2 표면으로의 전이부로, 여기서 제1 표면 및 제2 표면은 상이하게 배향되며; 그리고
    Figure pct00028
    볼록한, 평평한 또는 오목한 표면의 돌출부들.
  9. 제1항 내지 제8항들 중 어느 한 항에 있어서,
    샤프 림(23)은 캡(22)의 반경방향 가장 바깥쪽 부분에 배치되는 것을 특징으로 하는 소노트로드(1).
  10. 제1항 내지 제9항들 중 어느 한 항에 있어서,
    샤프 림(23)은 세크먼트(17)에만 배치되는 것을 특징으로 하는 소노트로드(1).
  11. 제1항 내지 제10항들 중 어느 한 항에 있어서,
    샤프 림(23)은 복수의 림 요소들(29)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 소노트로드(1).
  12. 제1항 내지 제11항들 중 어느 한 항에 있어서,
    소노트로드는 근위에서 원위 방향을 따라 오프셋된 적어도 2개의 샤프 림(23.1, 23.2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 소노트로드(1).
  13. 제1항 내지 제12항들 중 어느 한 항에 있어서,
    스템(21)은 테이퍼링 영역(12)을 갖는 것을 특징으로 하는 소노트로드(1).
  14. 제1항 내지 제13항들 중 어느 한 항에 있어서,
    캡(22)은 샤프 림(23)을 포함하고 기계적 안정성이 감소된 캡의 영역(37)을 통해 캡의 바디(50)에 연결되는 적어도 하나의 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 소노트로드(1).
  15. 제1항 내지 제14항들 중 어느 한 항에 있어서,
    소노트로드를 사용하는 동안 샤프 림(23)의 진동 진폭은 최대 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 소노트로드(1).
  16. 제1항 내지 제14항들 중 어느 한 항에 있어서,
    소노트로드를 사용하는 동안 샤프 림(23)의 진동 진폭은 150 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 소노트로드(1).
  17. 제16항에 있어서,
    소노트로드는 다음 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 소노트로드(1):
    Figure pct00029
    테이퍼링 영역(12)을 갖는 스템(21);
    Figure pct00030
    샤프 림(23)을 포함하고 기계적 안정성이 감소된 캡의 영역(37)을 통해 캡의 바디(50)에 연결되는 적어도 하나의 영역을 포함하는 캡(22);
    Figure pct00031
    스템(21)을 통해 캡에 결합된 기계적 진동에 의해 여기될 수 있는 적어도 하나의 진동 모드를 포함하도록 설계된 캡(22).
  18. 제1항 내지 제17항들 중 어느 한 항에 있어서,
    소노트로드는 미리 설정된 기계적 진동 주파수의 파장의 절반에 해당하는 길이 또는 기계적 진동의 미리 설정된 주파수 파장의 절반의 배수에 해당하는 길이를 갖는 스템(21) 및 상기 스템이 슬리브의 외부로부터 차폐되는 방식으로 스템 주위에 배열되도록 배치되거나 배열되도록 구성된 슬리브(30)를 포함함에 의해 최소 침습 수술을 위해 구성되는 것을 특징으로 하는 소노트로드(1).
  19. 제1항 내지 제18항들 중 어느 한 항에 있어서,
    소노트로드(1)의 표면(18, 24, 25, 26)은 볼록한 미세구조를 갖는 것을 특징으로 하는 소노트로드(1).
  20. 제1항 내지 제19항들 중 어느 한 항에 있어서,
    소노트로드(1)의 표면(18, 24, 25, 26)은 5 내지 15 ㎛의 거칠기 평균 Ra를 갖는 것을 특징으로 하는 소노트로드(1).
  21. 제1항 내지 제20항들 중 어느 한 항에 있어서,
    소노트로드는 스템이 슬리브의 외부로부터 차폐되고 샤프 림(23)이 적어도 측면 방향으로 노출되는 방식으로 스템을 측방향으로 둘러싸도록 배열되거나 배열되도록 구성된 슬리브(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 소노트로드(1).
  22. 제1항 내지 제21항들 중 어느 한 항에 있어서,
    소노트로드는 유체를 치료 위치에 제공하며 및/또는 치료 위치로부터 유체 및/또는 파편을 제거하기 위한 채널(46, 47)을 포함하는 것을 특징으로 하는 소노트로드(1).
  23. 조직을 절제하기 위한 초음파 수술 기구로서,
    Figure pct00032
    초음파 변환기(3)를 포함하는 핸드피스 및
    Figure pct00033
    상기 변환기(3)에 기계적으로 결합된 제1항 내지 제22항들 중 어느 한 항에서 정의된 바와 같은 소노트로드(1)를
    포함하는 조직을 절제하기 위한 초음파 수술 기구.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 핸드피스에 장착되거나 장착될 수 있고 측방향으로 스템(21)을 둘러싸고 슬리브가 핸드피스에 장착되고 소노트로드가 초음파 변환기(3)에 연결될 때 적어도 측면 방향에 대해 샤프 림이 노출되도록 설계된 슬리브(30)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 수술 기구.
  25. 제24항에 있어서,
    슬리브(30)는 핸드피스를 회전시키지 않고 소노트로드(1)의 종축(15)을 중심으로 회전될 수 있는 방식으로 핸드피스에 장착되거나 장착될 수 있는 것을 특징으로 하는 초음파 수술 기구.
  26. 제1항 내지 제22항들 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 소노트로드(1)를 제조하는 방법으로서, 소노트로드(1)는 적층 제조 방법을 사용함에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 소노트로드(1)를 제조하는 방법.
  27. 다음의 단계들을 포함하는 조직을 절제하는 방법:
    Figure pct00034
    제23항 내지 제25항들 중 어느 한 항에 따른 초음파 수술 기구를 제공하는 단계; 및
    Figure pct00035
    조직을 절제하기 위해 캡(22)을 진동시키는 단계.

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