KR100572259B1

KR100572259B1 - 원형 체외 고정기의 스트럿 길이 결정 방법 및 기록매체

Info

Publication number: KR100572259B1
Application number: KR1020040032620A
Authority: KR
Inventors: 한창수; 박범석
Original assignee: 한창수; 박범석
Priority date: 2004-05-10
Filing date: 2004-05-10
Publication date: 2006-04-24
Also published as: KR20050107872A

Abstract

본 발명은 입력 데이터에 근거하여 6자유도 원형 체외 고정기의 스트럿의 길이를 최적의 값으로 결정해 주도록 한 원형 체외 고정기의 스트럿 길이 결정 방법 및 기록매체에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은, 두 개의 링 및 그 두 개의 링 사이에 설치되는 스트럿을 갖춘 원형 체외 고정기의 스트럿의 길이를 결정하는 방법에서, 환자의 골절 또는 골 변형 상태에 따라 골을 기준으로 한 변형 파라미터와 장착 파라미터가 포함된 임상 데이터 및 교정 조건 데이터를 수신하는 제 1과정; 상기 수신된 데이터들을 근거로 하여 상기 두 링에 대한 조인트의 위치 벡터를 구하는 제 2과정; 상기 구해진 두 링에 대한 조인트의 위치 벡터를 근거로 하여 상기 스트럿의 벡터를 계산하는 제 3과정; 및 상기 계산된 스트럿의 벡터값을 근거로 하여 상기 스트럿의 길이를 소정의 식에 의해 결정하되, 상기 두 개의 링중에서 기준이 되는 링의 중심축을 기준으로 한 기준골의 중심축의 회전옵셋을 고려하여 결정하는 제 4과정을 구비한다.

원형 체외 고정기, 스트럿, 연산, 위치 벡터, 회전옵셋

Description

원형 체외 고정기의 스트럿 길이 결정 방법 및 기록매체{Method of decising a strut length of hexapod circular fixator and recording medium}

도 1은 일반적인 6자유도 원형 체외 고정기의 구성도,

도 2는 본 발명의 방법이 적용되는 시스템의 구성도,

도 3은 도 2에 도시된 디스플레이부에 나타나는 데이터입력 화면예 및 데이터입력방법을 설명하는 화면예,

도 4 내지 도 7은 본 발명에서 사용되는 각종 용어를 설명하는데 채용된 화면들,

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 원형 체외 고정기의 스트럿 길이 결정 방법을 개략적으로 설명하는 플로우차트,

도 9는 도 8에서 임상 데이터에 근거하여 연산후 스트럿 길이를 결정하는 동작을 설명하기 위한 플로우차트,

도 10은 본 발명의 방법을 설명하기 위해 채용되는 원형 체외 고정기의 플랫폼의 일예를 나타낸 도면,

도 11은 도 10에 도시된 프레임(링)의 조인트 배치를 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 체외 고정기 21 : 상단 링

22 : 하단 링 30 : 스트럿

40 : 스트럿 구동장치 42 : 키입력부

44 : 환자정보 데이터베이스 46 : 임시 저장부

48 : 디스플레이 구동부 50 : 디스플레이부

52 : 연산부 54 : 제어부

본 발명은 체외 고정기의 스트럿 길이 결정 방법 및 기록매체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입력되는 다수의 임상 데이터에 근거하여 6자유도 원형 체외 고정기의 스트럿 길이를 자동으로 결정해주도록 한 체외 고정기의 스트럿 길이 결정 방법 및 기록매체에 관한 것이다.

일반적으로, 골절부의 고정, 골 연장술, 골 및 연부 조직의 변형 교정 등에 사용되는 대표적인 정형외과용 체외 고정기는 EBI방식, Hoffmann방식, Mono방식, Ilizarov방식 등을 채용한다.

이중에서, Ilizarov방식의 체외 고정기는 골절부의 혈관과 골 형성을 추진하여 치료 기간을 단축시키며, 회전 변형력 등의 외력에 강하여 안정된 고정 효과를 얻을 수 있으며, 또한 수술 후 발생할 수 있는 각 변형의 고정에도 우수한 결과를 보여주고 있다.

그런데, 상기한 Ilizarov방식의 체외 고정기는 골 변형 교정과 골연장시 시술 결과의 우수성에도 불구하고 골정 형태에 따라 기구를 따로 조립해야 하므로 시술시 상당한 수고가 요구되며, 이러한 구조적 복잡성 때문에 안정성도 문제가 되었다.

그리고, 체외 고정기로는 주로 오(O)형 또는 엑스(X)형 다리와 같은 소아의 골 변형을 교정하기 위해 도 1에 도시된 바와 같은 6자유도 원형 체외 고정기(10)가 사용되는데, 이 6자유도 원형 체외 고정기(10)는 상측 및 하측에 상단 링(21)과 하단 링(22)이 각각 설치되고 상기 상단 링(21)과 하단 링(22)의 사이에는 6개의 스트럿(30)이 설치되며 상기 6개의 스트럿(30)은 상단 링(21) 및 하단 링(22)에 유니버셜 조인트(universal joint), 스페리컬 조인트(spherical joint) 등으로 힌지결합되어 있다.

이러한 6자유도 원형 체외 고정기(10)는, 두개의 링(상단 링(21), 하단 링(22))에 6개의 스트럿(30)을 교차로 장착하여 3자유도의 각도와 3자유도의 위치를 갖는 6자유도를 구현할 수 있도록 하는 기구이다.

그러나, 환자를 시술하는 시술의사는 해당 환자의 골의 변형 상태에 따라 스트럿(30)의 길이를 정해야 되는데, 시술의사가 직관적으로 골 변형에 대한 스트럿의 길이를 정확히 구하기란 대단히 어렵기 때문에, 이를 계산해 주는 전용 프로그램 또는 방식 등이 필요한 실정이다.

본 발명은 상기한 종래의 사정을 감안하여 제안된 것으로, 입력 데이터에 근거하여 6자유도 원형 체외 고정기의 스트럿의 길이를 최적의 값으로 결정해 주도록 한 원형 체외 고정기의 스트럿 길이 결정 방법 및 기록매체를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원 형 체외 고정기의 스트럿 길이 결정 방법은, 두 개의 링 및 그 두 개의 링 사이에 설치되는 스트럿을 갖춘 원형 체외 고정기의 스트럿의 길이를 결정하는 방법에 있어서,

환자의 골절 또는 골 변형 상태에 따라 골(뼈)을 기준으로 한 변형 파라미터와 장착 파라미터가 포함된 임상 데이터 및 교정 조건 데이터를 수신하는 제 1과정; 상기 수신된 데이터들을 근거로 하여 상기 두 링에 대한 조인트의 위치 벡터를 구하는 제 2과정; 상기 구해진 두 링에 대한 조인트의 위치 벡터를 근거로 하여 상기 스트럿의 벡터를 계산하는 제 3과정; 및 상기 계산된 스트럿의 벡터값을 근거로 하여 상기 스트럿의 길이를 소정의 식에 의해 결정하되, 상기 두 개의 링중에서 기준이 되는 링의 중심축을 기준으로 한 기준골의 중심축의 회전옵셋을 고려하여 결정하는 제 4과정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에 따른 원형 체외 고정기의 스트럿 길이 결정 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독가능한 기록매체는, 두 개의 링 및 그 두 개의 링 사이에 설치되는 스트럿을 갖춘 원형 체외 고정기의 스트럿의 길이를 결정하기 위해 컴퓨터에, 환자의 골절 또는 골 변형 상태에 따라 골(뼈)을 기준으로 한 변형 파라미터와 장착 파라미터가 포함된 임상 데이터 및 교정 조건 데이터를 수신하는 제 1기능; 상기 수신된 데이터들을 근거로 하여 상기 두 링에 대한 조인트의 위치 벡터를 구하는 제 2기능; 상기 구해진 두 링에 대한 조인트의 위치 벡터를 근거로 하여 상기 스트럿의 벡터를 계산하는 제 3기능; 및 상기 계산된 스트럿의 벡터값을 근거로 하여 상기 스트럿의 길이를 소정의 식에 의해 결정하되, 상기 두 개의 링중에서 기준 이 되는 링의 중심축을 기준으로 한 기준골의 중심축의 회전옵셋을 고려하여 결정하는 제 4기능을 실현시키기 위한 프로그램이 기록된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 원형 체외 고정기의 스트럿 길이 결정 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 방법이 적용되는 시스템의 구성도로서, 스트럿(30)을 구동시키는 스트럿 구동장치(40), 각종 키입력을 행하는 키입력부(42), 상기 키입력부(42)에서 입력되는 시술할 환자에 대한 데이터(예컨대, 환자의 성명과 주소와 성별 및 환자의 체격조건 등의 인적사항, 시술 위치와 시술 일자 등의 시술사항)를 저장하는 환자정보 데이터베이스(44), 상기 키입력부(42)에서 입력되는 임상 데이터(환자의 골절 또는 골 변형 상태에 따라 골(뼈)을 기준으로 한 변형 파라미터와 장착 파라미터가 포함됨) 및 소정의 교정 조건 데이터를 임시로 저장하는 임시 저장부(46), 디스플레이 구동부(48)에 의해 소정의 화면을 디스플레이시키는 디스플레이부(50), 상기 임시 저장부(46)에 임시로 저장되어 있는 환자별로의 각종 데이터(임상 데이터 및 교정 조건 데이터)들을 입력받아 내장되어 있는 소정의 연산 프로그램에 의해 스트럿(30)의 길이를 연산하는 연산부(52), 상기 연산부(52)에서 연산된 스트럿(30)의 길이 정보에 근거하여 스케쥴을 작성하고 스케쥴에 따른 교정시 상기 스트럿 구동장치(40)에게로 스트럿 길이 정보를 보낼 뿐만 아니라 상기 부의 전체적인 동작을 제어하는 제어부(54)를 구비한다.

여기서, 상기 스트럿(30) 및 스트럿 구동장치(40)를 제외한 부분을 컴퓨터(60)에 내장되는 구성으로 보아도 되고, 본 발명의 방법은 컴퓨터(60)에서 행해지는 동작으로 보아도 무방하다.

상기 스트럿 구동장치(40)는 도시하지는 않았지만 컴퓨터(60)에서 입력되어 저장된 스트럿(30)의 길이에 따라 상기 스트럿(30)의 길이를 자동 조정하는 제어수단, 그 제어수단으로부터의 제어신호에 따라 모터를 구동시켜서 스트럿(30)을 구동시키게 되는 모터구동수단, 그 모터의 구동에 따라 나사산이 형성된 막대를 이동시키는 기어, 및 상기 나사산이 형성된 막대의 이동위치에 따라 상기 스트럿(30)의 길이를 측정하여 상기 제어수단에 입력하는 포텐셔미터를 구비한다.

상기 스트럿 구동수단(40)과 컴퓨터(60)는 IEEE-488, RS-232C 등과 같은 인터페이스수단에 의해 상호 데이터 통신을 행한다.

그리고, 상기 키입력부(42)는 키보드, 펜 마우스 또는 통상적인 음성인식 소프트웨어 패키지와 같은 데이터입력수단으로 이루어진다.

상기 디스플레이부(50)는 비디오 모니터와 같은 표시수단으로서, 시술의가 키입력부(42)를 이용하여 시술 환자에 대한 인적사항과 임상 데이터 및 교정 조건 데이터를 입력할 수 있도록 하는 소정의 화면(도 3 참조)을 디스플레이시킨다. 도 3은 각각의 변형 파라미터(Deformity Parameter) 및 장착 파라미터(Mounting Parameter)를 입력받는 화면을 나타내는데, 좌측부분이 데이터 입력부분이고, 우측부분이 파라미터를 입력받는 방법을 나타낸다. 전면(AP view)과 측면(lateral view)은 엑스-레이(X-ray)에서의 이미지를 모사하여 입력을 할 수 있고, 상면(Axial view)의 회전(angulation)은 환자시점에서 보았을 때 육안에 의하여 측 정된 각도를 입력하여 사용한다. 한편, 입력을 위해 엑스-레이(X-ray) 이미지를 그 디스플레이부(50)상에 띄워 직접적으로 자와 각도기없이 바로 측정하여 입력하게 할 수도 있다.

후술할 설명을 위하여 다음과 같이 용어를 정의한다.

1) 원점(Orgin)과 상대점(Corresponding point)

변형골의 교정을 위하여 골을 골절시키고 원하는 위치로 교정하기 위하여 두 골절된 골사이의 위치 및 자세에 관한 기준이 필요하다. 이를 위하여 원점(Origin)과 상대점(Corresponding point)이 정의되어야 한다.

일반적으로, 교정술이 이루어지는 부분은 다리의 경우 Distal Femur, Proximal Tibia, Distal Tibia, Foot이 있다. 이 경우 Distal Femur 와 Distal Tibia의 경우 Distal fragment가 기준 프래그먼트(Reference fragment)가 되며, Proximal Tibia와 Foot의 경우는 Proximal fragment가 기준 프래그먼트(Reference Fragment)가 된다. 이때 각각의 프래그먼트(fragment)에 장착된 링을 기준링(reference ring)이라 하며, 원점은 기준링(reference ring)이 장착되어 있는 기준 프래그먼트(reference fragment)에 위치한다. 반면에 상대점은 반대쪽 프래그먼트(fragment)에 정의되는 점을 말한다.

원점과 상대점의 정의는 골절시킨 두 골을 교정하였을 때 만나지게 되는 점으로서, 이 두 점의 상대위치가 변형 파라미터(deformity parameter)의 이동(translation)이다. 또한, 기준 골의 중심축에 대한 상대골의 중심축상의 각도 가 변형 파라미터(deformity parameter)의 회전(angulation)이다. 원점의 위치는 골과 골의 절단면 또는 기준골의 연장선상 어디에 위치하여도 무방하다.

2) 변형 파라미터(Deformity Parameter) 및 장착 파라미터(Mounting Parameter)

변형 파라미터(Deformity Parameter)는 원점과 상대점의 위치관계와 기준골과 상대골의 자세 관계를 넣는 파라미터이다. 모든 기준은 원점(기준골)을 중심으로 상대점(상대골)의 위치관계 및 각 관계를 표현하며, 내부적으로 보았을 때 전면(AP(Anterior-posterior) view)을 x축으로 정의하고, 우측을 (+)로 정의하며, 좌측을 (-)로 정의하고 계산한다(도 4 참조).

본 발명에서의 스트럿 길이 결정에 의한 교정에서는, 크게 두개의 해석 모드 즉, 초기 모드(initial mode)와 잔류 모드(remaining mode)를 취한다. 초기 모드(initial mode)는 초기 변형시 변형에 따라 프레임을 장착했을 때 그 변형을 교정하는 모드로서 원점과 상대점의 변형을 모두 0으로 만드는 것이다. 이 경우, 두 링(상단 링, 하단 링)은 평행을 이루고, 링의 중심간의 상면(axial view) 방향의 거리는 입력한 중립프레임(Neutral Frame Height)의 높이가 되며, 전면(AP view)방향 및 측면(lateral view) 방향의 차이는 0이 된다. 그 변형 파라미터는 도 4에 예시된 바와 같이, 시술의가 엑스-레이(X-ray) 촬영사진(전면, 측면)을 가지고 시술전 상대점(C)과 시술후 원점(O)을 잡은 상태에서 전면(Anterior-Posterior view, AP view)에서의 회전(angulation)(A1)과 이동(translation)(T1), 측면(Lateral view)에서의 회전(A2)과 이동(T2), 상면(Axial view)에서의 회전(A3) 과 이동(T3)으로 이루어진다.

그러나, 실제로는 링을 골에 시술하는 과정에서 여러 가지 오차가 발행하여 두 링이 평행이 되어도 골과 골이 교정이 끝나지 않은 경우가 있다(도 5 참조). 이 경우, 링이 평행된 상태에서 다시 교정이 이루어져야 하는데 이를 잔류모드(Remaining mode)라고 한다

장착 파라미터(Mounting Parameter)는 변형량이 결정되어 프레임을 그 값에 따라 셋팅한 후 골에 장착할 때 발생하는 에러를 나타내는 파라미터로서, 원점과 기준링의 중심간의 관계를 수치적으로 나타낸다. 기준링의 중심을 기준으로 원점의 3자유도 위치관계와 상(axial view) 방향 회전을 고려하여 장착시 나타나는 에러를 보정한다. 일반적으로, Femur의 경우 근육 또는 살 등으로 인하여 원점을 링의 중심에 일치시키기 어렵다. 또한 시술상으로 더 원점을 링의 중심에 맞추기에는 많은 노력이 요구된다. 따라서, 수술전에 시술의가 나름대로 링이 장착되어야 할 위치를 정하고, 시술 후 계획된 위치에 장착이 되었는지 확인한 후, 재조정한다. 그 장착 파라미터(Mounting Parameter)는 도 6에 예시된 바와 같이, 시술후 원점(O)으로부터 기준링까지의 높이(Axial view mount offset)(M1), 전면(AP view) 및 측면(Lateral view)에서의 기준링의 중심점(K)으로부터 시술후 원점(O)까지의 이탈정도(AP view mount offset, Lateral view mount offset)(M2, M3), 기준링의 원점(O)으로부터의 이탈각도(Rotary offset)(R)으로 이루어진다.

3) 리스크 포인트(Risk Point)

골의 각교정시 골을 늘릴 경우 신경 등도 같이 늘어나게 되는데, 이 경우 과 도한 연장은 신경의 손상을 야기시켜 골이 연장되어도 쓰지 못하는 상황이 발생한다. 이를 위하여 도 7에 예시된 바와 같이 스트럿(30)의 길이를 계산할 때 peroneal nerve와 같은 리스크 포인트(risk point)의 연장이 정해진 길이 이상 과도하지 연장되지 않도록 교정일자와 스케줄을 재조정한다. 이를 위하여 시술의는 원점(O)에 대하여 리스크 포인트(risk point)의 위치(x,y,z)를 입력한다.

이어, 본 발명의 실시예에 따른 원형 체외 고정기의 스트럿 길이 결정 동작에 대하여 도 8의 플로우차트를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 시술의사는 디스플레이부(50)상에 디스플레이되는 소정의 화면(데이터 입력화면)을 보고서 키입력부(42)를 이용하여 시술할 환자에 관련된 데이터(예컨대, 시술위치와 인적사항 및 시술일자 등)를 입력한다(단계 S10). 그 입력된 환자 데이터는 제어부(54)의 제어에 의해 환자정보 데이터베이스(44)에 저장된다.

그리고, 시술의사는 시술할 환자에 적합한 링의 크기를 선택하여 키입력부(42)를 이용하여 입력한다(단계 S12). 그 입력된 링의 크기는 제어부(54)의 제어에 의해 임시 저장부(46)에 저장된다. 여기서, 입력되는 링의 크기는 환자의 체격, 시술 위치 등에 따라 달라지게 된다. 다시 말해서, 너무 큰 것을 사용하게 되면 시술된 후에 환자가 불편하게 되므로 대체적으로 적당한 크기의 링을 시술의사가 선택하게 된다. 링의 크기는 내경 130mm, 140mm, 150mm, 160mm, 180mm, 200mm, 220mm, 240mm 등이 있으며, 본 발명에서는 스트럿(30)을 대칭적으로 설치할 수 있는 원형 링 뿐만 아니라 스트럿(30)의 배치가 비대칭적인 링(반원 조합링을 포함)도 사용된다.

이후, 그 시술의사는 디스플레이부(50)에 디스플레이되는 데이터 입력화면(도 3 참조)을 보고서 초기모드의 6개의 변형 파라미터를 키입력부(42)를 이용하여 입력한다(단계 S14). 그 입력된 6개의 변형 파라미터는 제어부(54)의 제어에 의해 임시 저장부(46)에 저장된다.

계속하여, 그 시술의사는 디스플레이부(50)에 디스플레이되는 데이터 입력화면(도 3 참조)을 보고서 4개의 장착 파라미터를 키입력부(42)를 이용하여 입력한다(단계 S16). 그 입력된 4개의 장착 파라미터는 제어부(54)의 제어에 의해 임시 저장부(46)에 저장된다. 장착 파라미터를 사용하는 이유는 본 발명의 경우 골과 골의 위치 변형과 각변형을 측정할 수 있으므로 골을 기준으로 링의 위치관계를 파악하기 위해서는 링과 골 사이의 관계를 나타내는 파라미터가 필요하기 때문이다. 따라서, 기준골에 위치하는 원점과 링의 중심사이의 위치관계를 입력하여 골과 골 사이의 관계를 링과 링사이의 관계식으로 전환한다. 이것이 바로 장착 파라미터이다.

이어, 시술의사는 교정후를 대비하여 소정의 교정조건(예컨대, 골 변형이 교정된 후의 링과 링사이의 거리인 중립 프레임 높이(Neutral Frame Height), 하루에 교정해야 할 길이 등)을 입력한다(단계 S18). 그 입력된 교정조건은 제어부(54)의 제어에 의해 임시 저장부(46)에 저장된다. 그 교정조건을 입력하는 이유는, 시술후 교정의 결과는 두 링이 평행이 되면서 두 링사이가 일정한 간격을 이루어야 하는데 이 간격을 중립 프레임 높이라고 하며 최종 스트럿 길이 계획을 잡을 때 이를 바탕 으로 하므로 시술의가 사전에 계획하여 입력한다. 여기서, 그 중립 프레임 높이는 초기 변형 교정후에 가지게 되는 상단 링(21)과 하단 링(22) 사이의 거리이다. 그리고, 그 중립 프레임 높이와 상기 링(상단링(21), 하단 링(22))의 크기(예컨대, 직경) 정보를 프레임 파라미터라고 할 수 있다.

이후, 시술의사가 판단할 때 교정시 고려해야 할 리스크 포인트(Risk point)가 있다고 판단된 경우(단계 S22에서 "Yes")에는 기준링의 원점을 기준으로 한 리스크 포인트를 키입력부(42)를 이용하여 입력한다(단계 S22). 그 입력된 리스크 포인트에 대한 정보는 제어부(54)의 제어에 의해 임시 저장부(46)에 저장된다.

한편, 상기 교정시 고려해야 할 리스크 포인트가 없거나(단계 S20에서 "No") 리스크 포인트의 입력이 완료되면 제어부(54)는 임시 저장부(46)에 임시 저장되어 있던 데이터를 연산부(52)에게로 보내어 스트럿 길이 결정을 위한 연산을 하도록 제어한다. 그에 따라, 그 연산부(52)는 내부에 저장되어 있는 소정의 연산 프로그램에 의해 연산하고, 그 결과를 제어부(54)에게로 전송하며 그 제어부(54)는 입력된 연산결과에 근거하여 스트럿 길이 조절 스케쥴(스트럿의 길이 조정시기 및 이 시기에서의 스트럿의 길이에 대한 스케쥴)을 작성한다(단계 S24).

그 스트럿 길이 조절 스케쥴이 작성되면 시술의사는 그 작성된 스케쥴에 따라 시술을 하게 되는데, 그 스케쥴에 의하여 교정이 완료되지 않은 경우(단계 S26에서 "No") 즉, 최종상태에 이르러 두 링이 평행상태인데도 불구하고 골의 교정이 완전히 이루어지지 않았을 경우에는 제어부(54)는 현재의 스케쥴이 초기 모드이었는지를 판단한다(단계 S28).

그 판단결과, 현재 스케쥴이 초기 모드가 아닌 경우(단계 S28에서 "No")에는 제어부(54)는 상기 단계 S14로 복귀하여 그 단계부터의 동작을 반복시킨다.

반면에, 현재의 스케쥴이 초기 모드이었던 경우(단계 S28에서 "Yes") 그 제어부(54)는 현재의 모드상태를 잔류 모드로 바꾸고서 디스플레이구동부(48)를 제어하여 디스플레이부(50)상에 잔류 변형 파라미터를 입력하도록 하는 화면을 디스플레이시킨다. 시술의사는 그 디스플레이부(50)상에 디스플레이된 잔류 변형 파라미터 입력 요구 화면을 보고서 키입력부(42)를 이용하여 잔류 변형 파라미터를 입력한다(단계 S30). 그 제어부(54)는 입력된 잔류 변형 파라미터를 임시 저장부(46)에 임시로 저장시킨 후에 상기 단계 S16으로 복귀하여 그 단계에서부터의 동작을 반복시킨다.

도 9는 도 8에서 임상 데이터에 근거하여 연산후 스트럿 길이를 결정하는 동작을 설명하기 위한 플로우차트로서, 그 플로우차트를 참조하여 연산부(52)의 연산동작에 대해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

연산부(52)는 제어부(54)에서 전송해 준 임상데이터를 근거로 하여 두 링(기준링(Reference Ring), 상대링(Moving Ring))에 대한 조인트의 위치벡터를 구하고(단계 S24-1), 구해진 두 링(기준링, 상대링)에 대한 조인트의 위치벡터를 근거로 하여 스트럿(30)의 벡터를 계산한다(단계 S24-2).

이어, 연산부(52)는 그 계산된 스트럿(30)의 벡터값을 근거로 하여 각각의 스트럿(30)의 길이를 소정의 식에 의해 결정한다. 그 연산부(52)는 그 스트럿(30) 의 길이 결정시 상기 두 개의 링(기준링, 상대링)중에서 기준이 되는 링의 중심축을 기준으로 한 기준골의 중심축의 회전옵셋(R0tary offset)을 고려하여 결정한다(단계 S24-3).

상기 연산부(52)의 연산동작에 대해 다시 설명하면, 연산부(52)는 임상데이터가 입력되면 기준링 및 상대링에 대한 조인트의 위치벡터를 구하기 위해 선행절차로서 도 10에 예시된 기준링(기준 프레임일 수도 있음)의 중심에서 이동링(이동 프레임일 수도 있음)의 중심에 대한 벡터(

)값을 구하게 된다.

그 벡터(

)값은, 기준링(Reference Ring)의 중심에서 기준골의 원점()까지의 벡터(

)와, 기준골의 원점()과 교정 후 같은점에 위치해야 하는 상대골의 상대점(Cr)사이의 위치 변형 벡터(

), 및 상대점(Cr)에서 상대링(Moving Ring)의 중심에 대한 벡터(

)의 벡터합으로 나타낼 수 있다. 그리고, 상기 는 상대링(Moving Ring)에서의 벡터이므로 이를 원점을 기준으로 나타내면, 회전행렬을 곱해서

으로 표현된다.

정리하면,

과 같다.

여기서, 상기

은 변형 이동 파라미터(Deformity Translation Parameter)라고도 하고, 상기

은 변형 회전 파라미터(Deformity Angulation Parameter)라고도 하며, 상기

는 장착 이동 옵셋(Mounting Translation Offset)이라고도 하고, 상기

는 중립 프레임 높이(Neutral Frame Height)(장착 이동 옵셋이 추가될 수도 있음)라고 한다.

그런데, 이 경우는 원점(C)이 기준링의 중심에서 벗어난 경우에만 고려가 되고, 실제로 본 발명의 실시예에서는 기준골의 전면(AP)방향이 링의 전면(AP) 방향과 일치하지 않고, 상면(Axial) 축을 기준으로 회전되어 장착되는 경우가 고려되어 있다. 실제로는 시술의사에게 가능한 축을 일치시킬 것을 권고하고 있으며, 실제로도 링 정면에 골의 정면이 위치하는 경우가 많으므로 기준링에 대한 회전 옵셋(Rotary offset)은 거의 무시할 수 있다.

결론적으로, 골의 전면(AP) 방향과 링의 전면(A) 방향의 차이인 회전 옵셋(Rotary offset)을 고려하면,

은 다음과 같이 표현된다.

여기서,

는 기준링의 중심축을 기준으로 한 기준골의 중심축의 회전 행렬을 나타낸다. 그

는 장착 회전 옵셋(Mounting Rotary Offset)이라고도 한다.

그리고 나서, 그 연산부(52)는 입력된 임상데이터에 근거하여 각각의 링에 대한 조인트의 위치 벡터를 구한다. 즉, 기준링 및 상대링의 조인트 배치가 도 11과 같다고 가정하면, 링 사이즈와 조인트의 배치각도 (

)는 다음과 같다.

여기서,

은 각각 기준링과 상대링의 반경이다.

이와 같이, 기준링 및 상대링의 조인트 배치가 구해지면, 그 연산부(52)는 그 구해진 조인트 배치를 이용하여 스트럿 벡터(

)를 구한다. 즉, 그 스트럿 벡터(

)는 다음의 식에 의해 구해진다.

그 스트럿 벡터(

)가 구해지면, 연산부(52)는 그 계산된 스트럿 벡터값을 근거로 하여 각각의 스트럿(30)의 길이(

)를 다음의 식에 의해 결정한다

이와 같이 연산부(52)에서 각각의 스트럿(30)의 길이(

)를 결정하게 되면, 그 각각의 스트럿(30)의 길이값은 제어부(54)에게로 전송되고, 그 제어부(54)에서는 입력된 각각의 스트럿(30)의 길이값을 근거로 하여 스케쥴을 작성한다. 그 이후부터는 상술한 단계 S26에서부터의 동작과 동일하다.

상술한 바에 의해서 제어부(54)는 환자의 골 변형에 대한 교정이 완전히 정상적으로 완료된 이후에는 그 완료당시의 스트럿(30)의 길이 등이 포함된 시술 관련 정보를 환자정보 데이터베이스(44)에 저장시켜 둔다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 변형된 골의 교정을 위한 스트럿의 길이를 환자의 상태에 따라 최적의 값으로 구할 수 있어서 시술의사가 직관적으로 스트럿의 길이를 결정하였던 종래에 비해 훨씬 정밀한 교정이 이루어지는 효과가 있다.

그리고, 스트럿의 길이가 프로그램에 의해 자동으로 최적의 값으로 계산되어 교정에 사용되므로 교정상의 오차가 거의 없게 되어 수술시간도 단축되는 효과가 있다.

한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims

두 개의 링 및 그 두 개의 링 사이에 설치되는 스트럿을 갖춘 원형 체외 고정기의 스트럿의 길이를 결정하는 방법에 있어서,

환자의 골절 또는 골 변형 상태에 따라 골을 기준으로 한 변형 파라미터와 장착 파라미터가 포함된 임상 데이터 및 교정 조건 데이터를 수신하는 제 1과정;

상기 수신된 데이터들을 근거로 하여 상기 두 링에 대한 조인트의 위치 벡터를 구하는 제 2과정;

상기 구해진 두 링에 대한 조인트의 위치 벡터를 근거로 하여 상기 스트럿의 벡터를 계산하는 제 3과정; 및

상기 계산된 스트럿의 벡터값을 근거로 하여 상기 스트럿의 길이를 소정의 식에 의해 결정하되, 상기 두 개의 링중에서 기준이 되는 링의 중심축을 기준으로 한 기준골의 중심축의 회전옵셋을 고려하여 결정하는 제 4과정을 구비하는 것을 특징으로 하는 원형 체외 고정기의 스트럿 길이 결정 방법.
제 1항에 있어서,

상기 소정의 식은 하기의 식으로 이루어진 것을 특징으로 하는 원형 체외 고정기의 스트럿 길이 결정 방법.

,

여기서, 상기
은 스트럿 길이이며, 상기 는 스트럿 벡터이고, 그 스트럿 벡터(
)는

이며,

상기
는 기준링의 중심에서 기준골의 원점까지의 벡터이고,

상기
은 기준링의 중심축을 기준으로 한 기준골의 중심축의 회전 행렬이며,

상기
는 기준골의 원점과 교정후 같은 점에 위치해야 하는 상대골의 상대점 사이의 위치 변형 벡터이고,

상기
은 기준링에 대한 상대링의 회전행렬이며,

상기
는 상대점에서 상대링의 중심에 대한 벡터이고,

상기
는 링사이즈와 조인트의 배치각도를 나타낸다.
제 1항에 있어서,

상기 제 4과정에 의해 결정된 스트럿의 길이를 근거로 작성된 스케쥴에 따라 환자를 초기 교정하였음에 불구하고 골의 교정이 완전하지 않을 경우에는, 잔류모드로 전환하여 잔류 변형 파라미터를 데이터로 수신하고 상기 제 2과정부터의 동작을 반복하여 상기 스트럿의 길이를 재결정하는 것을 특징으로 하는 원형 체외 고정기의 스트럿 길이 결정 방법.
제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,

수신되는 리스크 포인트의 데이터가 있다면 그 수신된 리스크 포인의 데이터를 상기 두 링에 대한 조인트의 위치 벡터를 구하는 데이터에 포함시키는 제 5과정을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 원형 체외 고정기의 스트럿 길이 결정 방법.
두 개의 링 및 그 두 개의 링 사이에 설치되는 스트럿을 갖춘 원형 체외 고정기의 스트럿의 길이를 결정하기 위해 컴퓨터에,

환자의 골절 또는 골 변형 상태에 따라 골을 기준으로 한 변형 파라미터와 장착 파라미터가 포함된 임상 데이터 및 교정 조건 데이터를 수신하는 제 1기능;

상기 수신된 데이터들을 근거로 하여 상기 두 링에 대한 조인트의 위치 벡터를 구하는 제 2기능;

상기 구해진 두 링에 대한 조인트의 위치 벡터를 근거로 하여 상기 스트럿의 벡터를 계산하는 제 3기능; 및

상기 계산된 스트럿의 벡터값을 근거로 하여 상기 스트럿의 길이를 소정의 식에 의해 결정하되, 상기 두 개의 링중에서 기준이 되는 링의 중심축을 기준으로 한 기준골의 중심축의 회전옵셋을 고려하여 결정하는 제 4기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체.
제 5항에 있어서,

상기 소정의 식은 하기의 식으로 이루어진 것을 특징으로 하는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체.

,

여기서, 상기
은 스트럿 길이이며, 상기
는 스트럿 벡터이고, 그 스트럿 벡터(
)는

이며,

상기
는 기준링의 중심에서 기준골의 원점까지의 벡터이고,

상기
은 기준링의 중심축을 기준으로 한 기준골의 중심축의 회전 행렬이며,

상기
는 기준골의 원점과 교정후 같은 점에 위치해야 하는 상대골의 상대점 사이의 위치 변형 벡터이고,

상기
은 기준링에 대한 상대링의 회전행렬이며,

상기
는 상대점에서 상대링의 중심에 대한 벡터이고,

상기
는 링사이즈와 조인트의 배치각도를 나타낸다.
제 5항에 있어서,

상기 제 4기능에 의해 결정된 스트럿의 길이를 근거로 작성된 스케쥴에 따라 환자를 초기 교정하였음에 불구하고 골의 교정이 완전하지 않을 경우에는, 잔류모드로 전환하여 잔류 변형 파라미터를 데이터로 수신하고 상기 제 2기능부터의 동작을 반복하여 상기 스트럿의 길이를 재결정하도록 하는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체.
제 5항 내지 제 7항중 어느 한 항에 있어서,

수신되는 리스크 포인트의 데이터가 있다면 그 수신된 리스크 포인의 데이터를 상기 두 링에 대한 조인트의 위치 벡터를 구하는 데이터에 포함시키는 제 5기능을 추가로 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체.