KR100563249B1 - An acetabular cup orientator in a total hip replacement - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고가의 광학식 측정기를 사용함이 없이 골반 자세를 검출하고 이를 기초로 수술중 비구컵을 정확한 방향으로 설치할 수 있도록 도움을 주는 인공 고관절 수술용 비구컵 방향 안내장치에 대한 것으로서, 골반의 자세를 측정하기 위하여 골반의 특이점에 탐침부를 위치시키도록 구성된 골반자세검출기구와; 골반의 자세 정보를 실시간으로 제어부에 보내주도록 골반에 장착되는 골반자세정보전송기구와; 고관절 수술시 골반에 삽입되는 비구컵 삽입도구에 장착되어 비구컵의 방향을 안내하기 위한 방향안내기구와; 상기 각각의 기구들에서 보내져온 전기적인 출력신호에 기초하여 삽입할 비구컵의 방향을 산출하고 비구컵 삽입 방향을 가이드하기 위한 데이터처리부를 구비하여 비구컵 방향안내장치를 구성한다.The present invention relates to an acetabular cup direction guide device for artificial hip joint surgery, which helps to detect the pelvis posture and install the acetabular cup during surgery based on the same without using an expensive optical measuring device. A pelvic posture detection mechanism configured to position the probe at a singular point of the pelvis; A pelvis posture information transmission device mounted on the pelvis to send the posture information of the pelvis to the controller in real time; A direction guide mechanism mounted on the acetabular cup insertion tool inserted into the pelvis during hip surgery to guide the acetabular cup direction; An acetabular cup direction guide device is configured to include a data processor for calculating a direction of an acetabular cup to be inserted based on an electrical output signal sent from each of the instruments and for guiding the acetabular cup insertion direction.

고관절 수술, 비구컵, 경사센서, 각도블럭, 데이터처리부, 전방골반평면Hip surgery, Acetabular cup, Inclination sensor, Angle block, Data processing part, Anterior pelvic plane

Description

인공고관절 수술용 비구컵 방향 안내장치{An acetabular cup orientator in a total hip replacement} Acetabular cup orientator in a total hip replacement

도 1은 본 발명을 구성하는 인공 고관절 수술시 사용하는 비구컵 방향 안내 장치의 개략적인 시스템을 설명하는 도면이며, 1 is a view for explaining a schematic system of the acetabular cup direction guide device used in the artificial hip surgery of the present invention,

도 2는 본 발명을 구성하는 골반자세검출기구를 구성하는 링크형 게이지를 도시한 도면,Figure 2 is a view showing a linkage gauge constituting the pelvis posture detection mechanism constituting the present invention,

도 3은 본 발명에 사용되는 각도 블록의 설치 구조를 도시한 도면이며,3 is a view showing the installation structure of the angle block used in the present invention,

도 4a 및 도 4b는 비구컵의 방향 정의 개념을 설명하기 위한 도면이다.4A and 4B are views for explaining a concept of defining a direction of an acetabular cup.

<도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

1:골반 100:골반자세검출기구1: pelvis 100: pelvis posture detection mechanism

150:링크형 게이지 151a, 151b, 151c:링크부재 150: link type gauge 151a, 151b, 151c: link member

152a,152b,152c:탐침부 153a,153b:고정부재152a, 152b, 152c: probes 153a, 153b: fixing member

154:받침대 155a,155b:장공154: stand 155a, 155b: long

156a,156b:연결부재 170,210,340: 제 1, 2, 3 경사센서156a, 156b: connecting member 170, 210, 340: first, second, third inclination sensor

200:골반자세정보전송기구 220:사각블럭200: Pelvic posture information transmission mechanism 220: Square block

230:고정블럭 240:고정기구230: fixing block 240: fixing mechanism

300:비구컵방향 안내기구 310:비구컵300: acetabular cup direction guide mechanism 310: acetabular cup

320:비구컵삽입도구 330:각도블럭320: acetabular cup insertion tool 330: angle block

410:A/D 변환기 420:제어부410: A / D converter 420: control unit

본 발명은 정형외과 수술중 인공 고관절 수술을 시술할 때 골반에 삽입되는 비구컵(acetabular cup)의 방향 안내장치에 관한 것으로, 특히 비구컵의 방향을 측정하기 위해 골반에 설치하는 게이지와 골반에 부착하는 동적 베이스(dynamic reference base) 및 비구컵 삽입 도구에 부착하는 센서의 상호 작용을 통해 비구컵 방향을 정확하게 안내할 수 있는 CT(computerized tomography) 스캔을 이용하지 않는 비구컵 방향 안내장치에 관한 것이다.The present invention relates to a direction guide device for an acetabular cup inserted into the pelvis during an artificial hip surgery during orthopedic surgery, and in particular, a gauge attached to the pelvis and a dynamic to attach to the pelvis to measure the acetabular cup direction. An acetabular cup direction guide device that does not use a computerized tomography (CT) scan that can accurately guide the acetabular cup direction through the interaction of a sensor attached to a base and a cup insertion tool.

고관절(hip joint)이란 엉덩이뼈 관절로 골반골과 대퇴골(넙적뼈)를 연결하여 보행등 자유롭게 운동할수 있게 하는 관절로 소켓 모양의 골반골 비구(acetabular)와 볼 모양의 대퇴골(thighbone) 골두(bone head)로 구성되어 있으며, 양쪽 뼈 끝부분은 매끈한 연골로 덮혀져 있어 관절운동을 원활하게 하고, 체중으로 인한 충격을 흡수해주는 역할을 수행한다. Hip joints are hip joints that connect the pelvis and the femur (femur) to allow free movement, such as walking, and socket-like acetabular and ball-shaped thighbone bones. head), and both bone ends are covered with smooth cartilage to facilitate joint movement and to absorb the impact of weight.

그런데, 상기 고관절에 퇴행성 관절염, 류마티스 관절염, 외상에 의한 관절염, 대퇴골두의 무혈성괴사, 및 기타 세균 감염이 발생하면 연골이 파손되면서 직 접적으로 딱딱한 뼈끼리 접촉하게 되고 이로인해 심한 통증과 보행의 곤란을 야기하게 된다. 특히 노인들이나 전업 주부등이 이러한 고관절 이상을 겪는 것이 일반적인 데, 이 경우 고관절의 일부를 제거하고 인공 관절 혹은 생체이식 관절을 삽입하여 가공함으로써 이상 증세를 극복하게 된다.However, when degenerative arthritis, rheumatoid arthritis, trauma arthritis, avascular necrosis of the femoral head, and other bacterial infections occur in the hip joint, cartilage is broken and the hard bones come into direct contact with each other, which causes severe pain and difficulty in walking. Will cause. In particular, the elderly or full-time housewives suffer from such hip problems in general, in which case, by removing a part of the hip joint and inserting an artificial joint or a biograft joint to overcome the abnormal symptoms.

이러한 고관절 수술의 일환으로서, 고관절이 찌그러지거나 관절내 연골이 닳아 없어진 경우, 병든 관절의 골반골 소켓과 대퇴골두 부위를 잘라내고 골반골에는 비구컵으로, 대퇴골은 대퇴부 부품으로 바꾸어 주는 인공 고관절 수술을 시술하게 된다. As part of this hip surgery, if the hip joint is distorted or the cartilage is worn out, the hip joint procedure is performed, which cuts away the pelvic socket and femoral head of the diseased joint, turns the acetabular cup into the pelvis, and replaces the femur into the femoral component. Done.

일반적으로 기존의 인공고관절 수술에서 비구컵의 방향을 판단하고 인공관절의 정렬도를 보장하기 위하여 사용되는 항행 시스템은 주로 환자의 골반부위 CT 스캔과 같은 3차원 영상과 고가의 광학식 측정장치를 이용하는 구조였다.In general, the navigation system used to determine the acetabular cup direction and to guarantee the alignment of the hip joint in the conventional hip surgery is mainly structured using 3D image and expensive optical measuring device such as CT scan of the pelvis of the patient. .

구체적으로 고관절 전치환술에서 골반의 비구부에 삽입되는 비구컵의 방향은 골반 중 위앞엉덩뼈가시(anterior superior iliac spines)와 두덩결합(pubic tubercles)으로 이루어지는 전방골반평면(APP;anterior pelvic plane)을 기준으로 정해진다. Specifically, in the total hip arthroplasty, the direction of the acetabular cup inserted into the acetabular part of the pelvis is based on the anterior pelvic plane (APP), which consists of anterior superior iliac spines and pubic tubercles. It is decided.

그런데 기존의 실제 수술에서 삽입되는 인공관절의 방향은 의사의 경험과 인공관절 회사에서 제공되는 기계적 기준자(mechanical guide)를 통해 판단하게 되는 데, 이 경우 환자의 움직임이 있을 경우 비구컵의 방향을 정확하게 알 수 없는 문제가 존재하였다.However, the direction of the artificial joint inserted in the existing actual surgery is determined by the experience of the doctor and the mechanical guide provided by the artificial joint company. In this case, the direction of the acetabular cup should be accurately determined in the case of patient movement. An unknown problem existed.

이러한 문제를 해결하고자 제안된 것이 인공관절의 정렬도를 확보하기 위한 항행시스템인 데, 고가의 광학식 측정기를 사용하는 구조로서 일예로서 미국 특허 제 5, 141,512호에 개시된 바와 같은 광학식 측정기를 사용하는 것이 있다.Proposed to solve this problem is a navigation system for securing the degree of alignment of the artificial joint, using an optical measuring device as disclosed in US Patent No. 5,141,512 as an example of the structure using an expensive optical measuring device have.

미국 특허 제 5,141,512호에 개시된 항행 시스템은 광선을 사용하여 골반의 자세와 비구컵의 상대적인 방향을 측정하는 것이다.The navigation system disclosed in US Pat. No. 5,141,512 uses light to measure the pose of the pelvis and the relative orientation of the acetabular cup.

그러나 이러한 항행 시스템의 경우 광학식 측정기의 사용으로 전체 시스템의 가격 상승과 측정 범위에 방해물이 있을 경우 센서에서 방출되는 빛이 가려져 측정이 곤란한 문제가 존재하였다.However, in the case of such a navigation system, there is a problem that measurement is difficult because the use of an optical measuring device increases the price of the entire system and obstructs the measurement range because the light emitted from the sensor is blocked.

본 발명은 상기 설명한 종래 기술의 인공 고관절 수술시 사용하는 항행시스템(navigation system)의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 고가의 광학식 측정기를 사용함이 없이 골반 자세를 검출하고 이를 기초로 비구컵 삽입 방향을 원하는 방향으로 정확하게 설치할 수 있는 인공 고관절 수술용 비구컵 방향 안내장치를 제공함을 제 1 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the problems of the navigation system (navigation system) used in the prior art artificial hip surgery described above, to detect the pelvis posture without using an expensive optical measuring device and based on the desired acetabular cup insertion direction It is a first object of the present invention to provide an acetabular cup direction guide device for artificial hip surgery that can be accurately installed in a direction.

또한, 본 발명은 간단한 구조로 용이하게 골반의 자세를 검출할 수 있는 인공 고관절 수술용 비구컵 방향 안내장치를 제공함을 다른 목적으로 한다.In addition, another object of the present invention to provide an acetabular cup direction guide device for artificial hip surgery that can easily detect the posture of the pelvis with a simple structure.

상기와 같은 본 발명의 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에서는 비구컵 방향 안내장치를, 골반의 자세를 측정하기 위하여 골반의 특이점에 탐침부를 위치시키도록 구성된 골반자세검출기구와;In order to achieve the above object of the present invention, the present invention provides an acetabular cup direction guide device, and a pelvic posture detection mechanism configured to position the probe at a singular point of the pelvis to measure the posture of the pelvis;

골반의 자세 정보를 실시간으로 제어부에 보내주도록 골반에 장착되는 골반자세정보전송기구와; A pelvis posture information transmission device mounted on the pelvis to send the posture information of the pelvis to the controller in real time;                         

고관절 수술시 골반에 삽입되는 비구컵 삽입도구에 장착되어 비구컵의 방향을 안내하기 위한 방향안내기구와;A direction guide mechanism mounted on the acetabular cup insertion tool inserted into the pelvis during hip surgery to guide the acetabular cup direction;

상기 각각의 기구들에서 보내져온 전기적인 출력신호에 기초하여 삽입할 비구컵의 방향을 산출하고 비구컵 삽입 방향을 가이드하기 위한 데이터처리부를 구비하여 구성한다.And a data processing unit for calculating the direction of the acetabular cup to be inserted and guiding the acetabular cup insertion direction based on the electrical output signal sent from the respective instruments.

더우기, 본 발명에서 상기 골반자세검출기구는, 좌우 및 중앙의 3개의 링크부재와 각각의 링크부재에 결합된 탐침부를 포함하여 이루어지는 링크형 게이지와, 중앙 링크부재의 일 단부에 장착된 경사센서를 포함하여 이루어진다.Furthermore, in the present invention, the pelvic posture detection mechanism includes a link gauge including three link members on the left and right and a center and a probe coupled to each link member, and an inclination sensor mounted at one end of the center link member. It is made to include.

또한, 본 발명에서 상기 비구컵 방향안내기구는, 단부에 장착된 비구컵을 삽입부위에 설치할 비구컵 삽입도구와, 비구컵 삽입 방향을 알려주는 경사센서가 장착된 각도블럭을 포함하여 이루어진다.In addition, in the present invention, the acetabular cup direction guide mechanism includes an acetabular cup insertion tool for installing an acetabular cup mounted at an end portion, and an inclination sensor for indicating an acetabular cup insertion direction.

본 발명의 양호한 실시예에서 상기 골반자세정보전송기구는, 골반의 자세에 대한 정보를 데이터처리부로 전송하기 위한 경사센서를 구비한다.In a preferred embodiment of the present invention, the pelvic posture information transmitting mechanism includes a tilt sensor for transmitting information about the posture of the pelvis to the data processor.

본 발명의 양호한 실시예에서, 상기 데이터처리부는 상기 각각의 경사센서들에서 보내져온 아날로그 전압신호를 인가받아 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D 변환기, 및 상기 A/D 변환기로부터 보내져온 각도 정보를 통해 비구컵 방향을 산출하고 가이드하기 위한 제어부를 포함하여 이루어진다.In a preferred embodiment of the present invention, the data processor receives an analog voltage signal sent from each of the inclination sensors and converts the A / D converter to convert the digital signal into a digital signal, and the angle information sent from the A / D converter. It includes a control unit for calculating and guiding the acetabular cup direction.

또한, 상기 비구컵 방향안내기구를 구성하는 각도블럭은 삽입도구의 길이방향축, 수평방향에 대해 각각 원하는 각도를 형성하게 장착될 수 있다.
In addition, the angle block constituting the acetabular cup direction guide mechanism may be mounted to form a desired angle with respect to the longitudinal axis and the horizontal direction of the insertion tool.

이하에서는 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면과 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.The invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings, in which preferred embodiments are shown.

도 1은 본 발명을 구성하는 인공 고관절 수술시 사용하는 비구컵 방향 안내 장치의 개략적인 시스템을 설명하는 도면이며, 도 2는 본 발명을 구성하는 골반자세측정기구인 링크 게이지를 도시한 도면, 도 3은 본 발명에 사용되는 각도 블록의 설치 구조를 도시한 도면이고, 도 4a 및 도 4b는 비구컵의 방향 정의 개념을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view illustrating a schematic system of an acetabular cup direction guide device used in an artificial hip surgery constituting the present invention, Figure 2 is a view showing a link gauge which is a pelvic posture measuring mechanism constituting the present invention, Figure 3 4A and 4B are diagrams for explaining the concept of defining the direction of the acetabular cup.

도 1 도시와 같이, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 인공 고관절 수술용 비구컵 방향 안내 장치는, 골반(1)의 자세를 측정하기 위하여 골반의 특이점에 탐침을 위치시키도록 구성된 골반자세검출기구(100)와, 골반의 자세를 실시간으로 제어부에 보내주도록 골반의 측면에 장착된 골반자세정보전송기구(200)와, 고관절 수술시 골반에 삽입되는 비구컵 삽입도구에 장착되어 비구컵의 방향을 안내하기 위한 방향안내기구(300)와, 상기 각각의 기구들에서 보내져온 전기적인 출력신호에 기초하여 삽입할 비구컵의 방향을 산출하고 가이드하기 위한 데이터처리부(400)를 구비하여 이루어진다.As shown in Figure 1, the acetabular cup direction guide device for artificial hip surgery according to a preferred embodiment of the present invention, the pelvis posture detection mechanism 100 configured to position the probe at the singular point of the pelvis to measure the posture of the pelvis 1 ), And the pelvis posture information transmission mechanism 200 mounted on the side of the pelvis to send the posture of the pelvis to the controller in real time, and the acetabular cup insertion tool inserted into the pelvis during hip surgery to guide the direction of the acetabular cup. And a data processing unit 400 for calculating and guiding the direction of the acetabular cup to be inserted based on the guide mechanism 300 and the electrical output signals sent from the respective instruments.

한편, 도 2 도시와 같이 본 발명을 구성하는 골반자세검출기구(100)는 양호한 실시예에서 Y 형상으로 결합된 제 1 내지 제 3의 링크부재(151a-151c)를 구비하는 링크형 게이지(150)와, 중앙의 제 2 링크부재(151b)의 일단부에 장착된 제 1 경사센서(170)를 포함하여 이루어진다.Meanwhile, as shown in FIG. 2, the pelvic posture detection mechanism 100 constituting the present invention has a linkage gauge 150 including first to third link members 151a-151c coupled in a Y shape in a preferred embodiment. And a first inclination sensor 170 mounted at one end of the center of the second link member 151b.

여기에서 링크형 게이지(150)를 구성하는 좌,우의 제 1 및 제 3의 링크부재(151a,151c)의 소정 위치 및 중앙의 제 2 링크부재(151b)의 소정 위치에는 골반의 위앞엉덩뼈가시와 두덩결합부로 이루어진 특이점(10a-10c)을 측정하기 위한 탐침부(152a-152c)가 결합된다. Here, at the predetermined positions of the left and right first and third link members 151a and 151c constituting the linkage gauge 150 and the predetermined positions of the second link member 151b in the center, Probes 152a-152c for measuring singularities 10a-10c consisting of a double coupling part are combined.

또한, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 링크형 게이지(150)를 구성하는 중앙의 제 2 링크부재(151b)에는 길이 방향으로 별개의 장공(155a,155b)이 형성되고, 제 1 및 제 3 링크 부재(151a,151c)는 제2 링크부재(151b)의 장공(155a) 내에서 길이방향으로 이동가능하도록 고정부재(153a)에 의해 각각의 단부가 결합되며, 제 2 링크부재(151b)의 일단부에는 받침대(154)가 형성되어 그 위에 제 1 경사센서(170)가 장착되며, 제 2 링크부재(151b)의 장공(152a)과 받침대(154) 사이에 일단부가 각각 결합되고 타단부는 각각 제 1 링크부재(151a) 및 제 3 링크부재(151c)의 소정 위치에 결합된 연결부재(156a,156b)가 구비되어 제 1 및 제 3 링크부재(151a,151c)를 제 2 링크부재(151b)의 장공(155a) 내에서 이동시켜 위치를 조정할 수 있도록 되어 있다. In addition, in the center of the second link member 151b constituting the link gauge 150 according to the preferred embodiment of the present invention, separate long holes 155a and 155b are formed in the longitudinal direction, and the first and third links are provided. Each end of the members 151a and 151c is coupled by the fixing member 153a to be movable in the longitudinal direction within the long hole 155a of the second link member 151b, and one end of the second link member 151b. A pedestal 154 is formed in the portion, and the first inclination sensor 170 is mounted thereon, and one end is respectively coupled between the long hole 152a and the pedestal 154 of the second link member 151b, and the other end is respectively. Connection members 156a and 156b coupled to predetermined positions of the first link member 151a and the third link member 151c are provided to replace the first and third link members 151a and 151c with the second link member 151b. The position can be adjusted by moving in the long hole 155a of ().

한편, 제 2 탐침부(152b)는 제 2 링크부재(151b)의 장공(155b) 내에서 이동가능하도록 고정부재(153b)에 의해 제 2 링크부재(151b)에 결합된다.Meanwhile, the second probe part 152b is coupled to the second link member 151b by the fixing member 153b to be movable in the long hole 155b of the second link member 151b.

본 발명의 양호한 실시예에서는 골반의 3개의 특이점을 검출하고 전방골반평면(APP)을 검출하기 위하여 링크형 게이지(150)를 사용하였으나, 다른 형상이나 구성의 게이지를 사용할 수 있음은 물론이다.In the preferred embodiment of the present invention, the link-type gauge 150 is used to detect three singular points of the pelvis and to detect the anterior pelvic plane (APP), but gauges of different shapes or configurations may be used.

다음에 본 발명을 구성하는 골반자세정보전송기구(dynamic reference base)(200)는 도 1 도시와 같이, 골반(1)의 자세를 검출하여 데이터처리부(400)로 보내기 위한 제 2 경사센서(210)와, 그 위에 제 2 경사센서(210)를 장착하는 사각 블럭(220)과, 단부에 스크류 나사와 같은 고정기구(230)가 장착되고 다수의 결합공이 형성된 고정블럭과, 받침대(220)와 고정블럭을 연결하는 길다란 케이블 형상의 연결부재를 포함하여 이루어지며, 실시간으로 골반(1)의 자세에 대한 전압신호를 데이터처리부(400)의 A/D 변환기(410)를 경유하여 제어부(420)로 보내는 역할을 수행한다. Next, as shown in FIG. 1, the pelvis posture information transmission mechanism 200 includes the second tilt sensor 210 for detecting the posture of the pelvis 1 and sending it to the data processor 400. And a square block 220 for mounting the second inclination sensor 210 thereon, a fixing block 230 having a fixing mechanism 230 such as a screw screw at the end thereof, and a plurality of coupling holes, and a pedestal 220. It comprises a long cable-shaped connecting member for connecting the fixed block, the control unit 420 via the A / D converter 410 of the data processor 400 in real time the voltage signal for the posture of the pelvis (1) It performs the role of sending to.

즉, 골반자세검출기구(100)의 링크형 게이지(150)를 통해 검출된 골반(1)의 자세에 대한 정보는 미리 삽입설치되어 있는 골반자세정보전송기구(200)의 제 2 경사센서(210)를 통해 데이터처리부(400)의 제어부(420)에 보내져서 상대각도로 저장된다. That is, the information about the posture of the pelvis 1 detected through the link-type gauge 150 of the pelvic posture detection mechanism 100 is inserted into the second inclination sensor 210 of the pelvic posture information transmitting mechanism 200 which is installed in advance. Is sent to the control unit 420 of the data processing unit 400 and stored at a relative angle.

따라서, 링크형 게이지(150)를 설치함이 없이도 골반(1)과 같이 이동하는 제 2 경사센서(210)를 통해 골반(1)의 자세를 알 수 있으며, 비구컵 방향 설정의 기준이 되는 전방골반평면(APP)을 알 수 있다. Therefore, the posture of the pelvis 1 can be known through the second inclination sensor 210 moving together with the pelvis 1 without installing the linkage gauge 150, and the anterior pelvis as a reference for setting the acetabular cup direction. The plane APP can be known.

구체적으로는, 골반(1)의 3개의 특이점에 링크형 게이지(150)의 3개의 탐침부(152a-152c)를 위치시켜 제 1 경사센서(170)로 골반자세를 검출하고 골반자세정보전송기구(200)의 제 2 경사센서(210) 방향을 일치시켜서 골반자세에 대한 정보를 얻는다.Specifically, three probes 152a-152c of the linkage gauge 150 are positioned at three singular points of the pelvis 1 to detect the pelvis posture with the first inclination sensor 170 and to transmit the pelvic posture information transmission mechanism. The information on the pelvis posture is obtained by matching the direction of the second inclination sensor 210 of 200.

이어서, 본 발명을 구성하는 비구컵 방향안내기구(300)는, 도 1 및 도 3 도시와 같이, 일단부에 골반(1)의 비구에 삽입 설치될 속이 빈 반원 형상의 비구컵(310)이 장착된 로드 형상으로 길게 연장하는 삽입 도구(320)와, 이 삽입도구(320)의 소정 위치에 관통결합되고 상부면에는 제 3 경사센서(340)가 장착된 각도블럭(330)을 포함하여 이루어지며, 제 3 경사센서(340)는 비구컵(310)의 방향에 대한 정보를 데이터처리부(400)의 제어부(420)로 전송하여 비구컵의 삽입 방향을 알 수 있게 한다.Subsequently, the acetabular cup direction guide mechanism 300 constituting the present invention is equipped with a hollow semi-circular acetabular cup 310 to be inserted into the acetabular pelvis 1 at one end thereof, as shown in FIGS. 1 and 3. It includes an insertion tool 320 extending in a rod shape, and an angle block 330 is penetrated to a predetermined position of the insertion tool 320, the upper surface is equipped with a third inclination sensor 340, The third inclination sensor 340 transmits information on the direction of the acetabular cup 310 to the control unit 420 of the data processor 400 so that the insertion direction of the acetabular cup can be known.

여기에서 비구컵 삽입도구(320)에 관통장착된 각도블럭(330)은 도 3 도시와 같이, 수평면 상에서 비구컵 삽입도구(320)의 길이 방향축과 상하 방향축을 기준으로 원하는 각도를 형성하도록 장착된다.Here, the angle block 330 mounted through the acetabular cup insertion tool 320 is mounted to form a desired angle with respect to the longitudinal axis and the vertical axis of the acetabular cup insertion tool 320 on a horizontal plane as shown in FIG. 3.

상기와 같이 장착된 비구컵 방향안내기구(300)를 구성하는 각도블럭(330)의 상면에 장착된 제 3 경사센서(340)를 통해 검출되는 비구컵(310)의 방향이 골반자세정보전송기구(200)를 구성하는 제 2 경사센서(210)를 통해 검출한 골반의 자세 방향과 일치하도록 비구컵 삽입도구(320)의 방향을 조정하여 비구컵 삽입도구(320)를 작동시킴으로써 비구컵(310)을 사용자가 원하는 소정 부위에 원하는 각도로 삽입할 수 있는 것이다.The direction of the acetabular cup 310 detected by the third inclination sensor 340 mounted on the upper surface of the angle block 330 constituting the acetabular cup direction guide mechanism 300 mounted as described above is the pelvic posture information transmitting mechanism 200. By adjusting the direction of the acetabular cup insertion tool 320 to match the posture direction of the pelvis detected by the second inclination sensor 210 constituting the a) the acetabular cup 310 is operated by the user. It can be inserted at a desired angle at a predetermined site.

한편, 상기와 같이 이루어진 각각의 골반자세검출기구(100), 골반자세정보전송기구(200), 및 비구컵 방향안내기구(300)에 구비된 경사센서들(170,210,340)로부터 출력된 경사 각도에 대한 신호 정보에 기초하여 골반 자세를 판단하고 저장된 정보와 비교하여 비구컵 삽입 방향을 가이드할 수 있도록 데이터를 처리하는 데이터처리부(400)는, 각각의 경사센서들(170,210,340)로부터 출력된 아날로그 전압신호들을 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D 변환기(410)와, 변환된 디지털 신호를 인 가받아 골반 자세를 산출하고 비구컵 삽입도구의 방향을 검출하여 이를 비교하고 비구컵 삽입 방향을 가이드하기 위한 제어부(420)로 이루어진다. On the other hand, the signal for the inclination angle output from the inclination sensors (170,210,340) provided in each of the pelvic posture detection mechanism 100, the pelvic posture information transmission mechanism 200, and the acetabular cup direction guide mechanism 300 made as described above The data processor 400, which processes the data to determine the pelvis posture based on the information and guides the acetabular cup insertion direction by comparing the stored information with the digital signal, may output analog voltage signals output from the inclination sensors 170, 210, and 340. An A / D converter 410 for converting the digital signal into a digital signal, and a control unit 420 for calculating the pelvis posture, detecting the direction of the acetabular cup insertion tool, comparing the same, and guiding the acetabular cup insertion direction. .

물론, 제어부(420)에는 잘 알려진 바와 같이, 제어 프로그램 및 응용프로그램이 저장되는 ROM과, 각각의 센서들로부터 인가받은 정보를 일시적으로 저장하기 위한 RAM과 같은 저장부가 구비되고, 제어부에 인가된 골반 자세 정보와 비구컵 삽입도구의 방향 등을 표시하여 일치 여부를 화면으로 표시할 수 있도록 모니터가 연결된다.Of course, the controller 420, as is well known, is provided with a storage unit such as a ROM in which a control program and an application program are stored, and a storage unit such as RAM for temporarily storing information received from the respective sensors, and the pelvis applied to the controller. The monitor is connected to display the posture information and the direction of the acetabular cup insertion tool so that the match can be displayed on the screen.

또한, A/D변환기(410)는 공지의 구성요소로서 복수의 경사센서로부터 출력된 전압신호를 입력받기 위하여 복수의 입력단을 구비하며 변환된 디지털 데이터를 출력할 하나의 출력단을 구비한다.In addition, the A / D converter 410 has a plurality of input terminals for receiving the voltage signals output from the plurality of inclination sensors as a known component, and has one output terminal for outputting the converted digital data.

더우기, 본 발명에서 사용되는 제 1, 2, 3 경사센서(tilt sensor)(170, 210, 340)는 중력 방향을 기준으로 두 방향의 경사를 검출하도록 구성된 것으로, 본 발명의 양호한 실시예에서는 실리콘으로 이루어진 마이크로가공된 기구를 사용한 경사센서[모델명 CXTA02, 미국의 크로스보우 테크놀로지사(Crossbow Technology, Inc.) 제품]를 사용하였다. Moreover, the first, second, and third tilt sensors 170, 210, and 340 used in the present invention are configured to detect tilts in two directions based on the direction of gravity, and in a preferred embodiment of the present invention, silicon An inclination sensor (model name CXTA02, manufactured by Crossbow Technology, Inc., USA) was used.

그러나 본 발명에서 사용한 상기 모델의 경사센서외에도 밀봉용기속에 수은을 봉입하고 센서의 기울어짐에 따라 수은이 이동하여 센서의 단자를 도통시켜 경사도를 측정할 수 있도록 구성한 것이나, 밀봉용기속에 자석과 자성유체를 밀봉하고 자력의 변화를 통해 스위치 접점이 개폐되는 것을 이용하는 형태의 경사센서나, 진자식 경사센서나, 전해액을 사용하는 구조의 경사센서도 본 발명에서와 같이 골 반 자세 검출에 사용될 수 있을 것이다.However, in addition to the inclination sensor of the model used in the present invention, the mercury is enclosed in the sealed container and the mercury moves as the sensor is inclined to conduct the terminal of the sensor so that the inclination can be measured. Inclination sensor, pendulum type inclination sensor, or inclination sensor using electrolytic solution may be used for pelvic posture detection as in the present invention. .

이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 인공 고관절 수술용 비구컵 방향 안내장치의 작동 관계를 설명하기로 한다.Hereinafter will be described the operation relationship of the acetabular cup direction guide device for artificial hip surgery of the present invention configured as described above.

우선, 도 4a 및 도 4b와 관련하여 비구컵의 방향을 정의하는 원리에 대해 개략적으로 설명한다.First, the principle of defining the direction of the acetabular cup in relation to FIGS. 4A and 4B will be described schematically.

도 2 도시와 같은 링크형 게이지(150)의 3개의 탐침부(152a,152b,152c)는 골반(1)의 특이점(위앞엉덩뼈가시, 두덩결합부)(10a,10b,10c)을 측정하기 위한 것으로, 골반에서 돌출된 이들 특이점에 의해 도 4a 및 도 4b 도시와 같은 전방골반평면(APP)이 구성되며, 이 평면은 인공 고관절 수술시 삽입되는 비구컵(310)의 방향을 정의하는 기준이 된다.The three probes 152a, 152b, 152c of the linkage gauge 150 as shown in FIG. 2 measure the singularity of the pelvis 1 (upper backbone, bicuspid) 10a, 10b, 10c. For this purpose, the anterior pelvic plane (APP) as shown in FIGS. 4A and 4B is formed by these singularities protruding from the pelvis, and this plane serves as a reference for defining the direction of the acetabular cup 310 inserted during artificial hip surgery. .

도 4a를 참조하면, 삽입되는 비구컵(310)의 방향은 Z축으로 회전후, X 또는 Y축으로 회전하는 양에 의해 정의된다.Referring to FIG. 4A, the direction of the inserted acetabular cup 310 is defined by the amount of rotation in the X or Y axis after rotation in the Z axis.

따라서, 비구컵의 삽입 방향을 판단하기 위해서는 전방골반평면(APP)을 검출하는 것이 필요하며, 이를 위해 도 2 도시와 같은 링크형 게이지(150)와 제 1 경사센서(170)로 이루어진 골반자세검출기구(100)를 사용하게 된다. Accordingly, in order to determine the insertion direction of the acetabular cup, it is necessary to detect the anterior pelvic plane (APP), and for this purpose, a pelvic posture detection mechanism including a link gauge 150 and a first inclination sensor 170 as shown in FIG. 2. 100 will be used.

본 발명에서는 인공 고관절 수술시 삽입될 비구컵의 방향을 판단하기 위해서우선 상기 설명한 바와 같은 골반자세검출기구(100)를 사용하여 링크형 게이지(150)로 골반의 특이점(10a, 10b, 10c)을 검출하며, 골반자세정보전송기구(200)를 통해 이를 데이터처리부(400)의 제어부(420)에 저장하게 된다. 이를 골반정합(pelvis registration)이라 한다.In the present invention, in order to determine the direction of the acetabular cup to be inserted during artificial hip surgery, first, the singular points 10a, 10b, and 10c of the pelvis are detected using the linkage gauge 150 using the pelvic posture detection mechanism 100 as described above. And, through the pelvic posture information transmission mechanism 200 to store it in the control unit 420 of the data processing unit 400. This is called pelvis registration.

이와 같이, 골반자세검출기구(100)의 링크형 게이지(150)를 골반에 위치시켜 제 1 경사센서(170)를 통해 골반의 자세를 검출하고 전방골반평면(APP)을 결정한 후에, 골반자세정보전송기구(200)의 사각 블럭(220) 위에 장착된 제 2 경사센서(210)를 통해 검출된 방향을 제 1 경사센서(170)를 통해 검출된 방향과 일치시킨다.As such, after the link type gauge 150 of the pelvic posture detection mechanism 100 is positioned on the pelvis, the posture of the pelvis is detected through the first inclination sensor 170, and the anterior pelvic plane APP is determined. The direction detected by the second inclination sensor 210 mounted on the rectangular block 220 of the transmission device 200 matches the direction detected by the first inclination sensor 170.

이러한 방향의 일치 여부는 각각의 제 1, 2 경사센서(170,210)로부터 출력된 신호 정보가 데이터처리부(400)의 제어부(420)에 보내져서 처리됨으로써 판단할 수 있다.Whether the directions match may be determined by transmitting signal information output from each of the first and second inclination sensors 170 and 210 to the control unit 420 of the data processing unit 400 for processing.

다음에, 골반자세검출기구(100)의 링크형 게이지(150) 및 제 1 경사센서(170)를 통해 검출하여 결정한 전방골반평면(APP)의 방향과 일치된 골반자세정보전송기구(200)의 제 2 경사센서(210)를 통해 검출된 방향에 일치하도록 비구컵 삽입도구(320)에 장착된 각도블럭(330)의 방향을 일치시켜 사용자(의사)가 원하는 각도로 비구컵(310)을 골반(1)에 삽입하는 것이다. Next, the pelvis posture information transmitting mechanism 200 coincides with the direction of the front pelvic plane APP determined by the link type gauge 150 and the first inclination sensor 170 of the pelvis posture detection mechanism 100. By matching the direction of the angle block 330 mounted on the acetabular cup inserting tool 320 to correspond to the direction detected by the second inclination sensor 210, the acetabular cup 310 is moved to the desired angle by the user (doctor). ).

이 때, 각도블럭(330)의 방향이 골반자세정보전송기구(200)의 방향과 일치하는 여부는 각각의 제 2, 3 경사센서(210,340)로부터 출력되어 데이터처리부(400)의 제어부(420)에 입력된 전압신호에 의거하여 판단된다. At this time, whether the direction of the angular block 330 coincides with the direction of the pelvic posture information transmitting mechanism 200 is output from the respective second and third inclination sensors 210 and 340 to control the controller 420 of the data processor 400. Judgment is made based on the voltage signal inputted in.

상기 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 환자의 CT(computerized tomography)와 같은 3차원 의료 영상과 광학식 측정장치를 사용함이 없이도 경사센 서를 이용하여 비구컵의 정확한 방향을 찾을 수 있으므로 저렴한 비용으로 인공 고관절 수술용 비구컵 안내장치를 구성할 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to find the exact direction of the acetabular cup using an inclination sensor without using a three-dimensional medical image such as CT (computerized tomography) and an optical measuring device. Acetabular cup guide device can be configured.

또한, 본 발명에 의하면 광학식 측정기를 사용하지 않고 비구컵 방향을 정확하게 안내할 수 있어서 측정 범위 내에 장애물이 있는 경우에도 비구컵 방향을 고정밀도로 안내할 수 있다.
In addition, according to the present invention, it is possible to accurately guide the acetabular cup direction without using an optical measuring device, so that the acetabular cup direction can be guided with high accuracy even when there is an obstacle in the measurement range.

이상 본 발명이 양호한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 당업자라면 첨부의 청구범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경 및 수정하여 실시할 수 있을 것이며, 이는 모두 명백하게 본 발명에 속함은 이해하여야 할 것이다.While the invention has been described in connection with the preferred embodiments, those skilled in the art will be able to practice various changes and modifications without departing from the scope of the appended claims, all of which obviously belong to the invention will be understood.

Claims (6)

골반의 특이점에 탐침부를 위치시켜 골반(1)의 자세를 검출하도록 구성된 골반자세검출기구(100)와;A pelvic posture detection mechanism (100) configured to detect a posture of the pelvis (1) by positioning the probe at a singular point of the pelvis; 상기 골반의 자세를 실시간으로 제어부에 전송하도록 골반에 장착된 골반자세정보전송기구(200)와;A pelvis posture information transmitting device (200) mounted to the pelvis to transmit the posture of the pelvis to a controller in real time; 고관절 수술시 상기 골반에 삽입되는 비구컵 삽입도구에 장착되어 비구컵의 방향을 안내하기 위한 방향안내기구(300)와;A direction guide mechanism 300 mounted on the acetabular cup insertion tool inserted into the pelvis during hip surgery to guide the acetabular cup direction; 상기 각 기구들로부터 전송된 출력신호에 기초하여 삽입할 비구컵의 방향을 산출하고 가이드하기 위한 데이터처리부(400)를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인공 고관절 수술용 비구컵 방향 안내장치.Acetabular cup direction guide device for artificial hip surgery characterized in that it comprises a data processing unit for calculating and guiding the direction of the acetabular cup to be inserted based on the output signal transmitted from each of the instruments. 제 1 항에 있어서, 상기 골반자세검출기구(100)는, According to claim 1, The pelvic posture detection mechanism 100, 좌우 및 중앙의 3개의 링크부재(151a-151c)와 각각의 링크부재에 결합된 탐침부(152a-152c)를 포함하여 이루어지는 링크형 게이지(150)와,A link gauge 150 including three link members 151a-151c at the left and right and a center, and probe parts 152a-152c coupled to the respective link members; 상기 링크부재(151b)의 일 단부에 장착된 제 1 경사센서(170)를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공고관절 수술용 비구컵 방향안내장치.Acetabular cup direction guide device for artificial hip surgery, characterized in that it comprises a first inclination sensor (170) mounted on one end of the link member (151b). 제 1 항에 있어서, 상기 비구컵 방향안내기구(300)는,According to claim 1, wherein the acetabular cup direction guide mechanism 300, 단부에 장착된 비구컵(310)을 삽입부위에 설치할 비구컵 삽입도구(320)와,An acetabular cup insertion tool 320 to be installed at an insertion site of an acetabular cup 310 mounted at an end, 비구컵 삽입 방향을 알려주는 제 3 경사센서(340)가 장착된 각도블럭(330)를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공고관절 수술용 비구컵 방향안내장치.Acetabular cup direction guide device for hip joint surgery, characterized in that it comprises an angle block 330 is mounted to the third inclination sensor (340) for indicating the acetabular cup insertion direction. 제 1 항에 있어서, 상기 골반자세정보전송기구(200)는, 골반의 자세에 대한 정보를 데이터처리부로 전송하기 위한 제 2 경사센서(210)를 구비하는 것을 특징으로 하는 인공고관절 수술용 비구컵 방향안내장치.The acetabular cup direction for artificial hip surgery according to claim 1, characterized in that the pelvic posture information transmitting device (200) comprises a second inclination sensor (210) for transmitting information about the position of the pelvis to the data processing unit. Guide device. 제 1항에 있어서, 상기 데이터처리부(400)는, The method of claim 1, wherein the data processing unit 400, 상기 각각의 경사센서들(170,210,340)에서 보내져온 아날로그 전압신호를 인가받아 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D 변환기(410), 및An A / D converter 410 for receiving an analog voltage signal sent from each of the inclination sensors 170, 210, 340 and converting the signal into a digital signal; 상기 A/D 변환기로부터 보내져온 각도 정보를 통해 비구컵 방향을 산출하고 가이드하기 위한 제어부(420)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인공 고관절 수술용 비구컵 방향 안내장치.Acetabular cup direction guide device for artificial hip surgery, characterized in that it comprises a control unit for calculating and guiding the acetabular cup direction from the angle information sent from the A / D converter. 제 3항에 있어서, 상기 비구컵 방향안내기구(300)를 구성하는 각도블럭(330)은 삽입도구(320)의 길이방향축과 수평방향에 대해 원하는 각도를 형성하게 장착되는 것을 특징으로 하는 인공고관절 수술용 비구컵 방향안내장치.The hip joint of claim 3, wherein the angle block 330 constituting the acetabular cup direction guide mechanism 300 is mounted to form a desired angle with respect to the longitudinal axis and the horizontal direction of the insertion tool 320. Surgical acetabular cup direction guide device.
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