CN101856282A - 移植骨成形系统和利用它的移植骨成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供移植骨成形系统和利用它的移植骨成形方法，在骨移植手术时，所述移植骨能够精密成形，使得移植骨与被去除了患部的骨部位结合成没有隙缝。本发明的移植骨的成形系统能够包括：形状测定部，测定移植骨的形状以及被去除了患部的骨部位的形状，并生成各自的立体形状信息；成形位置生成部，根据所生成的各个立体形状信息，比较分析与被去除了患部的骨部位对应的移植骨可成形的位置，并生成成形位置信息；成形形状生成部，根据与被去除了患部的骨部位对应的立体形状信息，生成成形形状信息，以使成形移植骨；成形加工部，使移植骨成形；及控制部，根据立体形状信息、成形位置信息及成形形状信息，控制成形加工部。

Description

移植骨成形系统和利用它的移植骨成形方法

技术领域

本发明涉及移植骨成形系统和利用它的成形方法，更详细地讲，涉及在骨移植手术时，所述移植骨能够精密地成形，使得移植骨在因患部而被去除了的骨部位、无间隙地结合的移植骨成形系统和利用它的成形方法。

背景技术

一般，移植骨(Bone graft)是在骨上有严重的损伤的情况下使用。这里，严重的损伤是指由于在骨上的肿瘤、严重的退化性或风湿性关节炎、畸形、严重的骨质疏松症、或者负伤以及事故等原因，缺失骨的一部分，或者必须去除骨头的一部分的情况。

骨移植手术是指在骨的被去除的部分补上所述移植骨，使其成为原来的形状的外科手术或手术方法。

所述移植骨有时从患者本人的体内提取(自身移植物：Autograft)，也有时从捐赠者的骨中提取(同种异体移植物：allograft)，有时由人造骨(artificial bone)制作。

此外，为了通过所述移植骨成功恢复患者的骨骼功能，所述移植骨必须牢固地粘接在患者的骨头上。

使用自身移植物或同种异物移植物的方式分为颗粒骨(颗粒骨移植：morselized bone graft)的方式、以及支撑骨(支撑骨移植：strut bone graft)方式。颗粒骨移植表示细小地切割所采用的骨而使用的情况，支撑骨移植表示为了维持骨的被去除的部位的形态和结构而不粉碎移植骨来使用的情况。

支撑骨方式的移植骨主要用于存在大范围的骨缺失的部分或存在体重负担的部分，主要用于需要同时重建关节和关节周围的韧带以及腱等的筋骨组织的情况。

在由于骨肿瘤、各种疾病、事故等原因，发生了大范围的股缺失的情况下，目前主要使用肿瘤假体(tumor prosthesis)、人工关节(arthroplasty)等。但是，金属插入物的寿命有限，且由于作为永久性异物而存在于体内，因此引发很多副作用，有时需要多次进行再手术。

对移植骨来说自身支撑骨移植(autobone strut bone graft)更为理想，但存在采用的大小受很大制约，且必须要损伤正常部分的缺点，因此在实际的使用中是受限制的。在这样的情况下，从捐赠者的骨中提取的同种异体骨，由于使金属性内固定物的使用最少，且不存在由于提取自身骨而引起的危害，因此被广泛使用。最近，随着基础科学的发展，进行着人工骨(artificial bone)的开发研究，期待以后补充自身骨以及同种异体骨的不足部分。

通过使用同种异体骨而可进行能够保存自身关节和儿童年龄的生长板等重要的骨结构物的手术，能够使所使用的人工关节和内固定金属物质最少，且只要没有由同种异体骨引起的特别的并发症即炎症、感染、破损等并发症，则被自身骨化(bone incorporation)而不需要追加手术。

但是，虽然有这样的同种异体支撑骨的优点，但应用于实际的手术中还是有很多限制。即，存在不能成形为骨的缺少部位和所述移植骨紧密对准，需要手术者一一用手工作业的方式使其成形为与被去除患部的骨部位对准，因此手术时间延长，且有可能因严重的成形误差而浪费所准备的移植骨，通过手工作业成形的移植骨不能与去除的骨的形状正确地一致的问题。

这是因为，一般的骨的生长非常缓慢，因此若骨的被切割的间隙超过0.3mm，则骨的生长受到阻碍，若间隙超过2mm，则很难生长并接合。

因此，移植骨应成形为不超过所述0.3mm-2mm的范围，但在手术过程中通过手工作业精确地成形为移植支撑骨的全面都成为所述0.3mm的范围内几乎是不可能的。

虽然有如上所述的问题，但由于在骨肿瘤或严重的疾病或畸形时，多数情况下移植支撑骨的利用对再生骨骼的功能来说是必须的，因此依旧进行骨移植，但包含着这样的问题点。

今后，不仅是同种异体骨，在普遍使用人造骨时，也由于难以通过手工作业来加工移植骨，因此使用人造骨也同样受限。

专利文献1：韩国公开专利第2006-108901号

发明内容

因此，本发明鉴于所述问题而完成，本发明的目的在于，提供一种移植骨在被去除了患部的骨部位精密地成形，具有对骨成长理想的间隙，从而可正常地进行骨成长的、新的且改进的移植骨成形系统以及利用它的移植骨成形方法。

另外，本发明的目的在于，提供一种所述移植骨精密地成形而在解剖学上稳定地固定(anatomical stable fixation)在被去除了患部的骨部位，从而能够使插入人造关节以及内固定金属物最少的、移植骨成形系统和利用它的移植骨成形方法。

此外，本发明的目的在于提供一种移植骨更精密且迅速地成形从而可缩短手术时间的移植骨成形系统和利用它的移植骨成形方法。

用于达成所述目的的本发明的移植骨成形系统，包括：形状测定部，测定移植骨的形状以及被去除了患部的骨部位的形状，并生成各自的立体形状信息；成形位置生成部，根据所生成的各个所述立体形状信息，对与所述被去除了患部的骨部位对应的所述移植骨可成形的位置进行比较分析，并生成成形位置信息；成形形状生成部，根据与所述被去除了患部的骨部位对应的所述立体形状信息，生成成形形状信息，以使所述移植骨成形；成形加工部，使所述移植骨成形；以及控制部，根据所述立体形状信息、成形位置信息以及成形形状信息，控制所述成形加工部。

优选地，所述形状测定部可以是利用激光的三维扫描仪。

优选地，所述成形加工部包括：固定片，固定所述移植骨；以及切割器具，多关节的机器手中具备至少一个所述切割器具，所述切割器具切割所述移植骨并成形。

优选地，还包括保存部，该保存部保存所述立体形状信息、成形位置信息以及成形形状信息。

优选地，还包括显示部，该显示部在画面上输出所述立体形状信息、成形位置信息以及成形形状信息中的至少任一个。

优选地，还包括杀菌处理部，该杀菌处理部对所述移植骨以及被去除了患部的骨部位进行杀菌处理。

优选地，还包括异常有无检测部，测定所述杀菌处理后的移植骨，并判断有无异常。

用于达到所述目的的本发明的利用移植骨成形系统的移植骨成形方法包括：测定被去除了患部的骨部位、以及杀菌处理后的移植骨的形状，并生成各自的立体形状信息的步骤；将所生成的各个所述立体形状信息保存在保存部中的步骤；根据所保存的各个所述立体形状信息，比较分析与所述被去除了患部的骨部位对应的所述移植骨可成形的位置，并生成成形位置信息的步骤；根据与所述被去除了患部的骨部位对应的所述立体形状信息，生成成形形状信息，以使所述移植骨成形的步骤；以及基于所生成的所述成形位置信息和成形形状信息，使所述移植骨成形的步骤。

优选地，在所述立体形状信息的生成步骤之前，还包括检查杀菌处理后的所述移植骨的内部以及外部，并判断有无异常的步骤。

根据以上说明的本发明，本发明的移植骨成形系统和利用它的移植骨成形方法具有以下的效果。

若利用本发明的移植骨成形系统，则不仅能够使移植骨精密成形，还能够成形为对被移植的部分的骨愈合(bone union)理想的间隙即0.3-2mm的范围内，因此存在被移植的骨可正常地成长且恢复时间缩短的优点。

此外，由于所述移植骨精密地成形而在解剖学上稳定地固定(anatomical stable fixation)在被去除了患部的骨部位，从而能够插入人造关节以及内固定金属物最少，因此存在可保存自身关节和小儿的成长板等重要的结构物的机会增多，可减少手术费用和恢复时间的优点。

此外，若使用本发明的移植骨成形系统，能够使移植骨更加迅速地成形，因此存在可缩短手术时间的优点。

本发明的效果不限于以上所提及的效果，本领域技术人员从权利要求的记载，应该清楚地理解未提及的其他的效果。

附图说明

图1是表示了本发明的一实施例的移植骨成形系统的主要部分的概略图。

图2是概略表示了本发明的一实施例的移植骨成形系统的结构的模块图。

图3是用于说明使用本发明的一实施例的移植骨成形系统的移植骨成形方法的流程图。

标号说明

10移植骨

110杀菌处理部

120异常有无检测部

130形状测定部

140成形位置生成部

150成形形状生成部

160成形加工部

161固定片

162机器手

163切割器具

170控制部

180保存部

190显示部

具体实施方式

参照附图和在后面详细叙述的实施例，应该能够明确本发明的优点和特征、以及实现它的方法。但是，本发明并不限于以下公开的实施例，能够以其他不同的方式各式各样地实现。本实施例仅仅为了使本发明的公开完整、并使本发明所属的技术领域的人员完全了解发明范围而提供，本发明仅由权利要求的范围决定。在整个说明书中，相同的参照符号表示相同的结构要素。

以下，参照附图，详细说明本发明的优选实施方式的手术器具。另外，在说明本发明的过程中，当判断为对于相关的公知功能或结构的具体说明导致本发明的要点不明确的情况下，省略其详细说明。

图1是表示了本发明的一实施例的移植骨成形系统的主要部分的概略图，图2是概略表示了本发明的一实施例的移植骨成形系统的结构的模块图。

参照图1～图2，本发明的一实施例的移植骨成形系统包括杀菌处理部110、异常有无检测部120、形状测定部130、成形位置生成部140、成形形状生成部150、成形加工部160、控制部170、保存部180、以及显示部190等。

杀菌处理部110用于因各种细菌、病菌以及感染原因等而对移植到人体的骨的移植骨10进行杀菌处理。即，由于移植骨10是将患者的身体、其他的患者或死者以及捐赠者的骨用于人体，因此必须实施杀菌处理，这一点只要是本领域技术人员则都知道，因此省略对此的详细说明，但优选地，移植骨10的杀菌处理通过透射伽马线而对细菌和病菌等的感染原因进行杀菌处理。

此外，除了利用伽马线的杀菌处理之外，还能够以多种方法进行移植骨10的杀菌处理是显而易见的。

异常有无检测部120用于精密地测定被杀菌处理过的移植骨10的内部以及外部，从而判别有无异常，并检测骨密度等而排除使用具有异常的移植骨10。此时，为了检查移植骨10，能够使用已公知的计算机断层拍摄(computed tomography)装置。

计算机断层拍摄装置通常称为CT拍摄装置。这里，计算机断层拍摄装置是基于从多个方向拍摄物体的内部结构的投影，而对其进行计算并重建的装置。这样的计算机断层拍摄装置有利用了X线的透射的X线CT拍摄装置、RI、利用正电子的释放的放射型CT拍摄装置、应用了核磁共振的NMRT CT拍摄装置、中粒子线CT拍摄装置、以及超声波CT拍摄装置等。

形状测定部130虽然分别测定通过异常有无检测部120进行判别而没有异常的移植骨10、以及被去除了患部的骨部位并形成为立体，但此时，生成分别对应于立体形成化的移植骨10以及被去除了患部的骨部位的立体形状信息。

立体形状信息是能够分别有选择地测定移植骨10的整体形状以及被去除了患部的骨部位的一部分或整体形状。

此外，立体形状信息是用于将移植骨10成形为与被去除了患部的骨部位对应的形状的比较分析信息。

另外，形状测定部130能够使用已经公开的激光三维扫描仪等，一般的激光三维扫描仪是利用激光位移传感器(laser displacement sensor)的非接触点扫描(point scan)方式，优于复杂的三维的自由曲面形状。

成形位置生成部140接受各个立体形状信息的提供，基于各个立体形状信息，比较分析与被去除了患部的骨部位对应的移植骨10可成形的位置，从而生成成形位置信息。

此外，成形位置信息可构成为，通过自编程的匹配系统(matchingsystem)，基于各个立体形状信息，决定成形位置。

成形形状生成部150基于成形位置信息的位置，从形状测定部130接收与被去除了患部的骨部位对应的立体形状信息的提供，并基于被提供的立体形状信息生成可与被去除了患部的骨部位结合的形状的成形形状信息。

这里，成形形状信息是用于将移植骨10成形为能够与被去除了患部的骨部位结合的形状、且与被去除了患部的骨部位的周边形状对应或一致。

成形加工部160包括固定片161、由多关节构成的机器手(robot-arm)162、以及安装在机器手162的端部的至少一个切割器具163。

成形加工部160基于从后述的控制部170输入的成形位置信息以及成形形状信息，使移植骨10成形。

这里，若将移植骨10固定在固定片161，并基于成形位置信息移动机器手162，则安装在机器手162的端部的切割器具163移动到移植骨10的成形位置。

此后，若对切割器具163提供驱动力，则通过所提供的驱动力，切割器具163一边高速旋转，一边使移植骨10精密地成形为与成形形状信息对应或一致的形状。

这里，切割器具163还能够安装利用了高速的旋转力的铣刀(millingcutter)。

另外，成形加工部160还能够使用已知的手术用机器人。

控制部170接受形状测定部130的立体形状信息、成形位置生成部140的成形位置信息、以及成形形状生成部150的成形形状信息的输入，从而控制输入输出，在使移植骨10成形时，对成形加工部160输入成形位置信息、以及成形形状信息，从而基于被提供的信息来控制成形加工部160的动作。

此外，控制部170与保存部180以及显示部190电连接，起到将输入到控制部170的立体形状信息、成形位置信息、以及成形形状信息提供给保存部180而保存的作用。

另外，控制部170还起到将保存在保存部180的立体形状信息、成形位置信息、以及成形形状信息中的至少任一个输出到显示部190的作用。

另外，显示部190用于输出通过控制部170输出的立体形状信息、成形位置信息、以及成形形状信息中的任一个，从而使施术者直接确认并检查各个信息，应对误诊等的状况。

另外，所述保存部180和显示部190是已知的技术，因此省略详细的说明。

若如上所述，通过可精密成形的移植骨成形系统而成形移植骨10，则通过插入并结合所成形的移植骨10，能够对被去除了患部的骨部位进行结合。

此外，由于基于立体形状信息、成形形状信息、以及成形位置信息可精密成形，因此可将移植骨10成形为不会对骨的成长带来障碍的最佳的间隙、即容许公差0.3mm以内。

说明利用由这样的结构构成的移植骨成形系统来将移植骨10移植到骨的手术过程如下，在手术之前准备移植到骨的移植骨10，并通过杀菌处理部110对移植骨10中存在的各种细菌以及污染源进行杀菌处理

通过异常有无检测部120对被杀菌处理的移植骨10进行断层拍摄，从而检查其内部以及外部，通过骨密度等多种检查过程，判断移植骨10有无异常，排除使用有异常的移植骨10。

另一方面，为了去除在患者的骨上形成的患部，切开皮肤组织，去除骨的患部。

此外，通过形状测定部130测定由异常有无检测部120判断的结果为没有异常的移植骨10、以及被去除了患部的骨部位，并分别生成被测定的移植骨10以及与被去除了患部的部位对应的立体的立体形状信息。

基于生成的各个立体形状信息，通过成形位置生成部140进行用于分析可在被去除了患部的骨部位成形的位置的作业，并生成所述移植骨10的成形位置信息。

基于被去除了患部的骨部位的立体形成信息的形状，通过成形形状生成部150生成成形形状信息，所述立体形成信息基于所生成的成形位置信息的位置。

基于所生成的成形形状信息和成形位置信息，成形加工部160进行移植骨10的成形作业。

完成了成形作业的移植骨10通过杀菌处理部110经过杀菌处理的过程，此时，杀菌处理优选用杀菌的生理盐水洗净而进行杀菌处理。

被杀菌处理过的移植骨10与被去除了患部的骨部位结合，经过被切开的皮肤的缝合过程，完成手术。

图3是用于说明利用本发明的一实施例的移植骨成形系统的移植骨成形方法的流程图。

如图3所示，本发明通过形状测定部测定杀菌处理过的移植骨、以及被去除了患部的骨部位的形状，生成被立体化的各个立体形状信息(S110)。此时，形状测定部优选使用激光三维扫描仪。

另一方面，在生成所述立体形状信息之前，优选检查被杀菌处理的所述移植骨的内部以及外部，并判断有无异常后使用移植骨。

此外，在形状测定部生成的各个立体形状信息被输入到控制部，被输入的各个立体形状信息通过控制部而保存在保存部。

另外，保存在保存部的各个立体形状信息分别输入到成形位置生成部和成形形状生成部。

输入到成形位置生成部的各个立体形状信息经过比较分析的作业，决定可成形为与被去除了患部的骨部位结合的形状的移植骨的位置，从而生成成形位置信息(步骤S120)。

基于对应于被去除了患部的骨部位的立体形状信息，由成形形状生成部生成成形形状信息，使得基于所生成的成形位置信息的位置，在被选择的位置成形为与被去除了骨部位结合的形状(S130)。

所生成的成形位置信息和成形形状信息通过控制部，保存到保存部，并输入到成形加工部。

为了基于输入到成形加工部的成形位置信息和成形形状信息而使移植骨成形，对成形加工部提供驱动力(S140)。

若成形加工部的机器手通过被提供的驱动力，基于成形位置信息移动，则安装在机器手的端部的切割器具定位于被固定的移植骨的成形位置。

若对定位的切器具提供高速的旋转力，则基于成形形状信息一边移动切割器具和机器手一边使移植骨成形(S150)。

此时，切割器具反复进行旋转运动，位置移动是通过由多关节构成的机器手而移动。

以上，参照附图详细说明了本发明的优选实施方式，但本发明并不限于该例子。只要是具有本发明所属的技术领域的通常知识的人应该在权利要求的范围所属的技术思想的范畴内可想到各种变更例和修改例，这些当然属于本发明的技术范围内。

Claims (9)

1.一种移植骨成形系统，其特征在于，包括：

形状测定部，测定移植骨的形状以及被去除了患部的骨部位的形状，并生成各自的立体形状信息；

成形位置生成部，根据所生成的各个所述立体形状信息，比较分析与所述被去除了患部的骨部位对应的所述移植骨可成形的位置，并生成成形位置信息；

成形形状生成部，根据与所述被去除了患部的骨部位对应的所述立体形状信息，生成成形形状信息，以使所述移植骨成形；

成形加工部，使所述移植骨成形；以及

控制部，根据所述立体形状信息、成形位置信息以及成形形状信息，控制所述成形加工部。

2.如权利要求1所述的移植骨成形系统，其特征在于，

所述形状测定部是利用激光的三维扫描仪。

3.如权利要求1所述的移植骨成形系统，其特征在于，

所述成形加工部包括：

固定片，固定所述移植骨；以及

切割器具，多关节的机器手中具备至少一个所述切割器具，所述切割器具切割所述移植骨并使其成形。

4.如权利要求1所述的移植骨成形系统，其特征在于，

还包括保存部，该保存部保存所述立体形状信息、成形位置信息以及成形形状信息。

5.如权利要求4所述的移植骨成形系统，其特征在于，

还包括显示部，该显示部在画面上输出所述立体形状信息、成形位置信息以及成形形状信息中的至少任一个。

6.如权利要求1所述的移植骨成形系统，其特征在于，

还包括杀菌处理部，该杀菌处理部对所述移植骨以及被去除了患部的骨部位进行杀菌处理。

7.如权利要求6所述的移植骨成形系统，其特征在于，

还包括异常有无检测部，该异常有无检测部测定所述杀菌处理后的移植骨，并判断有无异常。

8.一种移植骨成形方法，其特征在于，包括：

测定被去除了患部的骨部位、以及杀菌处理后的移植骨的形状，并生成各自的立体形状信息的步骤；

将所生成的各个所述立体形状信息保存在保存部中的步骤；

根据所保存的各个所述立体形状信息，比较分析与所述被去除了患部的骨部位对应的所述移植骨可成形的位置，并生成成形位置信息的步骤；

根据与所述被去除了患部的骨部位对应的所述立体形状信息，生成成形形状信息，以使所述移植骨成形的步骤；以及

基于所生成的所述成形位置信息和成形形状信息，使所述移植骨成形的步骤。

9.如权利要求8所述的移植骨成形方法，其特征在于，

在所述立体形状信息的生成步骤之前，还包括检查杀菌处理后的所述移植骨的内部及外部，并判断有无异常的步骤。

Images