KR100917715B1 - The design method of custom-made artificial hip-joint and computer readable recording medium storing program performing the method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 컴퓨터 프로그램을 이용한 환자 개개인의 특성에 맞게 제공되는 주문형 인공고관절의 설계방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 환자의 대퇴골 형상정보로부터 추출된 설계변수를 이용하여 미리 규격화된 다양한 형태의 인공고관절용 대퇴스템이나 시술기구(rasp)의 몸체설계 중 환자의 특성에 맞는 몸체설계를 선정하는 몸체선정단계; 설계변수를 이용하여 상기 몸체선정단계에서 선정된 몸체설계에 맞는 대퇴스템이나 시술기구(rasp)의 경부와 헤드를 설계하는 경부및헤드설계단계;를 포함하여 대퇴스템이나 시술기구(rasp)를 모듈화하여 설계함으로써, 환자 개개인의 특성에 정확하게 일치하는 주문형 인공고관절을 신속하고 저렴하게 설계할 수 있는 것을 특징으로 하는 주문형 인공 고관절 설계방법 및 이를 수행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록매체에 관한 것이다. The present invention relates to a method for designing a custom hip joint provided according to the characteristics of individual patients using a computer program, and more particularly, various types of hip joints standardized in advance using design variables extracted from the patient's femur shape information. Body selection step of selecting the body design according to the characteristics of the patient during the design of the femoral stem or surgical instrument (rasp); Modularizing the femoral stem or the rasp, including; designing the neck and the head to design the neck and head of the femoral stem or the rasp according to the body design selected in the body selection step using the design variables. The present invention relates to a customizable hip joint design method and a computer-readable recording medium recording a program for performing the same, characterized in that it is possible to quickly and inexpensively design a custom hip joint that exactly matches the characteristics of each patient.
고관절은 인체의 대퇴골과 골반 사이를 연결하는 관절로서, 사람이 앉거나 서는데 있어서 가장 중요한 작용을 하는 관절이고, 여러 가지의 병적 원인과 외상 등에 의해서 손상될 수 있으며, 이를 치유하기 위하여 외과 수술을 통하여 인공 고관절이 적용될 수 있다. The hip joint is the joint between the femur and pelvis of the human body, and it is the joint that plays the most important role in sitting or standing, and can be damaged by various pathological causes and traumas. Artificial hip joint may be applied.
통상적으로 인공 고관절은 도 1에 도시된 바와 같이 골반(4)의 비구에 고정되는 비구컵(3)과 대퇴골(2)에 삽입 고정되는 대퇴스템(1)으로 구성되는데, 대퇴스템(1)과 비구컵(3)은 예를 들면 인체에 무해한 티타늄 합금 등으로 제작된다. 대퇴스템(1)의 단부에는 세라믹 또는 금속재료로 형성된 대퇴골두(5)가 고정되고, 비구컵(3) 안에는 상기 대퇴골두(5)가 수용되어 회전할 수 있는 대응 반구체(7)가 끼워져 있으며 상기 대응 반구체(7)는 세라믹 재료 또는 고분자 폴리에틸렌으로 제작된다. 이와 같이 구성된 인공 고관절은 대퇴골(2) 및 대퇴스템(1)의 움직임에 따라 대퇴골두(5)가 대응 반구체(7)에 대한 회전운동을 할 수 있도록 되어 있다. Typically, the hip joint is composed of an acetabular cup (3) fixed to the acetabular pelvis (4) and a femoral stem (1) fixed to the femur (2), as shown in Figure 1, femoral stem (1) and acetabular cup (3) is made of, for example, a titanium alloy which is harmless to the human body. At the end of the
인공 고관절은 일정한 규격에 따라 미리 제작되어진 기성형 인공고관절과 기성형 인공고관절에 적합하지 않는 대퇴골 형상을 가진 환자를 위해 환자의 개별적인 특성에 맞게 제작되어지는 주문형 인공고관절로 크게 나누어볼 수 있는데, 주문형 인공고관절에 대해 요구되는 가장 중요한 부분은 도 2에 도시된 바와 같이 대퇴골두의 위치와 연관된 대퇴골두의 중심에서 대퇴골의 수직중심축(Y)까지의 수평거리(ⓐ, head offset length)와 환자의 다리길이와 연관된 대퇴골두의 중심에서 소전자까지의 수직길이(ⓑ, head longitudinal offset length)를 정확하게 보정해야 하고, 최대한 신속하게 제품을 설계/공급해야 한다는데 있다. Artificial hips can be broadly divided into pre-fabricated hips that are pre-fabricated according to certain specifications and custom-made hips that are manufactured to the individual characteristics of the patient for patients with femur shapes that are not suitable for the preformed hips. The most important part required for the hip joint is the head offset length (ⓐ) from the center of the femoral head associated with the position of the femoral head and the head offset length (ⓐ) of the patient, as shown in FIG. The head longitudinal offset length (ⓑ) from the center of the femoral head associated with the leg length must be corrected correctly and the product must be designed and supplied as quickly as possible.
또한, 종래의 주문형 인공고관절의 경우는 특히 주문형 인공고관절의 대퇴스템의 삽입공간을 대퇴골에 시술하기 위해 드릴링 기구나 드릴링 후 확공에 필요한 여러가지 기구 등 여러 가지 시술에 필요한 기구들을 모두 갖추어야 하고, 또한 이를 시술하는 데에도 많은 시간과 비용이 소모된다는 문제점이 있었다. In addition, in the case of a conventional artificial hip joint, it is necessary to have all the instruments necessary for various procedures such as a drilling mechanism or various mechanisms necessary for expansion after drilling to treat the insertion space of the femoral stem of the custom artificial hip joint on the femur, and also There was a problem that it takes a lot of time and money to perform the procedure.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,The present invention has been made to solve the above problems,
본 발명의 목적은 프로그램상에서 주문형 인공고관절용 대퇴스템이나 시술기구(rasp)의 설계를 몸체 부분 및 경부와 헤드 부분으로 모듈화하여 설계함으로써 환자의 다리길이와 대퇴골두의 위치를 정확하게 보정할 수 있고, 신속하게 설계할 수 있는 주문형 인공 고관절 설계방법을 제공하는 것이다. The object of the present invention is to program the design of the custom-designed hip joint femoral stem or surgical instrument (rasp) to the body portion and neck and head portion by modular design can accurately correct the leg length and the position of the femoral head of the patient, It is to provide a custom artificial hip design method that can be designed quickly.
본 발명의 다른 목적은 주문형 인공고관절용 대퇴스템이나 시술기구(rasp)의 몸체 부분의 설계에 있어서 미리 규격화된 다양한 형태의 인공고관절용 대퇴스템이나 시술기구(rasp)의 몸체설계 중 환자의 특성에 맞는 몸체설계를 선정하는 방식을 사용함으로써 설계 및 제작기간을 단축할 수 있는 주문형 인공 고관절 설계방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to determine the characteristics of the patient during the body design of various types of hip joint femoral stem or surgical instrument which is pre-standardized in the design of the body portion of the custom-designed hip joint femoral stem or surgical instrument (rasp). By using the method of selecting the right body design, it provides a custom artificial hip design method that can shorten the design and manufacturing time.
본 발명의 또 다른 목적은 주문형 인공고관절용 대퇴스템이나 시술기구(rasp)의 설계가 완료되면 자동으로 모델링과 도면이 작성되어 즉석에서 수정할 사항을 체크할 수 있고, 설계 및 제작기간을 단축할 수 있는 주문형 인공 고관절 설계방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to automatically modeling and drawing when the design of the custom hip joint femoral stem or surgical instrument (rasp) can be checked immediately to modify the modifications, it is possible to shorten the design and manufacturing period To provide a custom artificial hip design method.
본 발명의 또 다른 목적은 본 발명에 따른 주문형 인공고관절 설계방법을 수행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록매체를 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide a computer readable recording medium having recorded thereon a program for performing a custom hip joint design method according to the present invention.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 주문형 인공 고관절 설계방법 및 이 를 수행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록매체는 다음과 같은 구성을 포함한다.Computer-readable recording medium recording a custom artificial hip design method and a program for performing the same for achieving the above object of the present invention includes the following configuration.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 주문형 인공고관절 설계방법은 프로그램을 이용한 주문형 인공고관절 설계방법에 있어서, 설계변수를 이용하여 미리 규격화된 다양한 형태의 인공고관절용 대퇴스템이나 시술기구(rasp)의 몸체설계 중 환자의 특성에 맞는 몸체설계를 선정하는 몸체선정단계; 설계변수를 이용하여 상기 몸체선정단계에서 선정된 대퇴스템이나 시술기구(rasp)의 몸체설계에 맞는 경부와 헤드를 설계하는 경부및헤드설계단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to one embodiment of the present invention, according to the present invention, the method for designing an artificial hip joint according to the present invention is a method for designing an artificial hip joint using a program. a body selection step of selecting a body design suitable for a patient's characteristics among the body designs of the rasp); And a neck and head design step of designing a neck and a head suitable for the body design of the femoral stem or a surgical instrument selected in the body selection step using the design variables.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 주문형 인공고관절 설계방법에 있어서 상기 몸체선정단계에서 이용하는 설계변수는 환자 대퇴골의 골내강의 폭이고, 상기 경부및헤드설계단계에서 이용하는 설계변수는 대퇴골두의 중심에서 대퇴골의 수직중심축까지의 수평길이와 대퇴골두의 중심에서 소전자까지의 수직길이인 것을 특징으로 한다. According to another embodiment of the present invention, in the on-demand hip design method according to the present invention, the design variable used in the body selection step is the width of the lumen of the patient's femur, and the design variable used in the neck and head design step is the femur It is characterized in that the horizontal length from the center of the head to the vertical axis of the femur and the vertical length from the center of the femur head to the small electrons.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 주문형 인공고관절 설계방법에 있어서 상기 몸체선정단계는 설계변수를 입력하는 설계변수입력단계; 데이터베이스화되어 저장되어있는 인공고관절용 대퇴스템이나 시술기구의 몸체설계정보에 접속하는 몸체설계 데이터베이스호출단계; 각각의 대퇴스템이나 시술기구의 몸체를 환자의 대퇴골에 접합할 수 있는 접합위치에 위치시키는 접합위치선정단계; 각각의 접합위치에서 상기 설계변수입력단계를 통해 입력된 설계변수와 데이터베이스화되어 있는 대퇴스템이나 시술기구의 몸체설계정보를 비교하는 비교판단단계; 상기 비교판단단계의 비교를 통해 대퇴스템이나 시술기구의 몸체설계정보에 대한 값이 환자 골내강의 폭에 허용오차를 적용한 값의 범위 내에 적합하게 되면 해당 대퇴스템이나 시술기구의 몸체설계를 후보군으로 선정하는 선정후보군분류단계; 상기 선정후보군분류단계를 통해 선정된 후보군을 가장 큰 대퇴스템이나 시술기구의 몸체 순서로 분류하는 순위선정단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, in the on-demand artificial hip design method according to the present invention, the body selection step includes a design variable input step of inputting a design variable; A body design database call step of accessing the body design information of the artificial hip joint femoral stem or the surgical instrument stored in the database; Joining position selection step of placing the body of each femoral stem or surgical instrument to a junction position that can be bonded to the femur of the patient; A comparison and judging step of comparing the design variables inputted through the design variable input step at each joint position with the body design information of the femoral stem or the surgical instrument which is databased; If the value of the body design information of the femoral stem or the surgical instrument is within the range of applying the tolerance to the width of the patient's lumen through the comparison of the comparison judgment step, the body design of the femoral stem or the surgical instrument is selected as a candidate group. Selection candidate group selection step; And a ranking step of classifying the candidate groups selected through the selection candidate group classification step into the largest femoral stem or the body order of the surgical instrument.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 주문형 인공고관절 설계방법에 있어서 상기 몸체선정단계와 경부및헤드설계단계 이전에 선행되어 지는 영상장비촬영에 의한 다이콤(DICOM) 의료영상정보를 통해 환자의 대퇴골 형상정보를 획득하는 대퇴골형상정보 획득단계; 상기 대퇴골형상정보 획득단계에서 획득한 환자의 대퇴골 형상정보로부터 설계변수를 추출하는 설계변수 추출단계; 미리 규격화된 다양한 형태의 인공고관절용 대퇴스템이나 시술기구(rasp)의 몸체설계를 데이터베이스화하여 저장하는 몸체설계데이터베이스 구축단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다. According to another embodiment of the present invention, in the on-demand hip joint design method according to the present invention, the DICOM medical imaging information by imaging equipment photographed before the body selection step and the neck and head design step Femur shape information obtaining step of obtaining the femoral shape information of the patient through; A design variable extraction step of extracting a design variable from the femur shape information of the patient obtained in the femoral shape information obtaining step; And a body design database construction step of storing a database of body designs of various types of pre-standardized hip joint femoral stems and surgical instruments (rasps).
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 주문형 인공고관절 설계방법에 있어서 상기 몸체선정단계에서 선정된 몸체설계와 상기 경부및헤드설계단계에서 설계된 경부와 헤드설계를 통합하여 인공고관절용 대퇴스템이나 시술기구(rasp)를 설계하는 통합설계단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다. According to still another embodiment of the present invention, in the on-demand hip joint design method according to the present invention by integrating the body design selected in the body selection step and the neck and head design designed in the neck and head design step for artificial hip joint An integrated design step of designing a stem or a surgical instrument (rasp); characterized in that it further comprises.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 주문형 인공고관절 설계방법에 있어서 상기 통합설계단계에서 설계된 설계를 토대로 인공고관절용 대퇴스템이나 시술기구(rasp)의 모델과 도면을 자동으로 작성하는 모델및도면작성단계; 를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, in the on-demand hip joint design method according to the present invention to automatically create a model and drawings of the hip joint femoral stem or surgical instrument (rasp) based on the design designed in the integrated design step Model and drawing steps; Characterized in that it further comprises.
본 발명의 또 다른 실시예는 본 발명에 따른 주문형 인공고관절 설계방법을 수행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록매체인 것을 특징으로 한다.Another embodiment of the present invention is characterized in that the computer-readable recording medium recording a program for performing the on-demand hip joint design method according to the present invention.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.The present invention can obtain the following effects by the configuration, combination, and use relationship described above with the present embodiment.
본 발명은 프로그램상에서 주문형 인공고관절용 대퇴스템이나 시술기구(rasp)의 설계를 몸체 부분 및 경부와 헤드 부분으로 모듈화하여 설계함으로써 환자의 다리길이와 대퇴골두의 위치를 정확하게 보정할 수 있고, 신속하게 설계할 수 있는 주문형 인공 고관절 설계방법을 제공한다. The present invention is designed to modularize the design of custom hip joint femoral stem or surgical instrument (rasp) into the body portion, neck and head portion to accurately correct the leg length and the position of the femoral head of the patient, and quickly Provides a customizable hip design method that can be designed.
본 발명은 주문형 인공고관절용 대퇴스템이나 시술기구(rasp)의 몸체 부분의 설계에 있어서 미리 규격화된 다양한 형태의 인공고관절용 대퇴스템이나 시술기구(rasp)의 몸체설계 중 환자의 특성에 맞는 몸체설계를 선정하는 방식을 사용함으로써 설계 및 제작기간을 단축할 수 있는 주문형 인공 고관절 설계방법을 제공한다. The present invention is designed in accordance with the characteristics of the patient during the design of the body of the femoral stem or surgical instrument (rasp) of the various types of hip joints or rasp for the custom-designed hip joint By using the method to select the design of the artificial hip joint design method that can shorten the design and manufacturing period.
본 발명은 주문형 인공고관절용 대퇴스템이나 시술기구(rasp)의 설계가 완료되면 자동으로 모델링과 도면이 작성되어 즉석에서 수정할 사항을 체크할 수 있고, 설계 및 제작기간을 단축할 수 있는 주문형 인공 고관절 설계방법을 제공한다. According to the present invention, when the design of the custom hip joint femoral stem or surgical instrument (rasp) is completed, modeling and drawings are automatically created to check the modifications on the fly, and the custom artificial hip joint can shorten the design and manufacturing period. Provide design methods.
본 발명은 본 발명에 따른 주문형 인공고관절 설계방법을 수행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록매체를 제공한다. The present invention provides a computer readable recording medium having recorded thereon a program for performing a custom hip joint design method according to the present invention.
이하에서는 본 발명에 따른 주문형 인공 고관절 설계방법 및 이를 수행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록매체의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment of a custom artificial hip design method according to the present invention and a computer-readable recording medium recording a program for performing the same.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 주문형 인공고관절 설계방법의 블럭도이고, 도 4는 환자의 대퇴골 형상정보사진이고, 도 5는 환자의 대퇴골 형상정보로부터 추출하는 설계변수를 나타내는 개략도이고, 도 6은 대퇴스템이나 시술기구의 몸체설계데이터베이스를 나타내는 화면이고, 도 7은 몸체선정단계에서의 설계변수입력화면이고, 도 8은 몸체선정단계의 과정을 나타내는 순서도이고, 도 9는 경부및헤드설계단계에서의 설계변수입력화면이고, 도 10은 통합설계단계의 과정을 나타내는 개략도이고, 도 11은 확인및저장단계를 나타내는 화면이고, 도 12는 모델링된 주문형 인공고관절을 나타내는 화면이고, 도 13은 주문형 인공고관절의 도면이 작성된 상태를 나타내는 화면이다. Figure 3 is a block diagram of a custom artificial hip design method according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a femur shape information picture of the patient, Figure 5 is a schematic diagram showing the design parameters extracted from the femur shape information of the patient, Figure 6 is a screen showing the body design database of the femoral stem or surgical instrument, Figure 7 is a design variable input screen in the body selection step, Figure 8 is a flow chart showing the process of the body selection step, Figure 9 neck and head Design variable input screen in the design stage, Figure 10 is a schematic diagram showing the process of the integrated design stage, Figure 11 is a screen showing the confirmation and storage step, Figure 12 is a screen showing the modeling custom hip joint, Figure 13 Is a screen showing a state in which a drawing of a custom artificial hip joint is made.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 주문형 인공고관절 설계방법은 프로그램을 이용한 주문형 인공고관절 설계방법에 있어서, 설계변수를 이용하여 미리 규격화된 다양한 형태의 인공고관절용 대퇴스템이나 시술기구(rasp)의 몸체설계 중 환자의 특성에 맞는 몸체설계를 선정하는 몸체선정단계(S2); 설계변수를 이용하여 상기 몸체선정단계(S2)에서 선정된 대퇴스템이나 시술기구(rasp)의 몸체설 계에 맞는 경부와 헤드를 설계하는 경부및헤드설계단계(S3); 상기 몸체선정단계(S2)에서 선정된 몸체설계와 상기 경부및헤드설계단계(S3)에서 설계된 경부와 헤드설계를 통합하여 인공고관절용 대퇴스템이나 시술기구(rasp)를 설계하는 통합설계단계(S4); 상기 통합설계단계(S4)에서 설계된 설계를 토대로 인공고관절용 대퇴스템이나 시술기구(rasp)의 모델과 도면을 자동으로 작성하는 모델및도면작성단계(S5);를 포함하는 것을 특징으로 한다. Referring to FIG. 3, a method for designing an artificial hip joint according to an embodiment of the present invention is a method for designing an artificial hip joint using a program, in which various types of femoral stems or surgical instruments for the hip joint are pre-standardized using design parameters. Body selection step (S2) of selecting a body design according to the characteristics of the patient of the (rasp) body design; A neck and head design step (S3) of designing a neck and a head suitable for the body design of the femoral stem or a surgical instrument (rasp) selected in the body selection step (S2) using design variables; Integrated design step (S4) for designing the hip joint or rasp for artificial hip by integrating the body design selected in the body selection step (S2) and the neck and head design designed in the neck and head design step (S3) ); And a model and drawing creation step (S5) for automatically creating a model and a drawing of the artificial femoral stem or surgical instrument (rasp) based on the design designed in the integrated design step (S4).
상기 몸체선정단계(S2)는 환자의 대퇴골(2) 형상정보로부터 추출된 설계변수를 이용하여 미리 규격화된 다양한 형태의 인공고관절용 대퇴스템(1)이나 시술기구(rasp, 9)의 몸체설계 중 환자의 특성에 맞는 몸체설계를 선정하는 과정을 의미한다. The body selection step (S2) of the body design of the hip joint femoral stem (1) or the surgical instrument (rasp, 9) of various forms of the standardized in advance using design parameters extracted from the patient's femur (2) shape information It means the process of selecting the body design suitable for the patient's characteristics.
상기 몸체선정단계(S2)가 이루어지기 전 환자의 대퇴골 형상정보로부터 필요한 설계변수를 추출하고, 미리 규격화된 다양한 형태의 인공고관절용 대퇴스템(1)이나 시술기구(rasp, 9)의 몸체설계에 관한 데이터베이스를 구축하여 저장하는 단계가 선행되어야 하는데, 환자의 대퇴골 형상정보로부터 필요한 설계변수를 추출하는 과정은 의료영상촬영단계(S11), 대퇴골 형상정보 획득단계(S12) 및 설계변수 추출단계(S13)를 포함하여 이루어질 수 있다. Extract the necessary design variables from the patient's femur shape information before the body selection step (S2), and to the body design of the various types of pre-standardized hip joint femoral stem (1) or surgical instrument (rasp, 9) The step of constructing and storing a database related to the above-described method should be preceded, and the process of extracting the necessary design variables from the femoral shape information of the patient is performed by taking a medical image (S11), obtaining the femoral shape information (S12), and extracting a design variable (S13). It can be made, including).
상기 의료영상촬영단계(S11)는 엑스레이(X-ray) 등의 영상장비를 사용하여 환자의 대퇴골 및 주변 부위를 촬영하는 과정이며, The medical imaging step (S11) is a process of photographing the femur and the surrounding area of the patient using imaging equipment such as X-rays,
상기 대퇴골 형상정보 획득단계(S12)는 상기 의료영상촬영단계(S11)에서 얻 어진 국제 의료영상표준인 다이콤(DICOM) 의료영상정보를 이용하여 컴퓨터 산술처리 및 각 이미지 프로세싱을 이용하여 환자의 대퇴골(2) 형상정보에 대한 정확한 값을 획득하는 과정이다. The femur shape information acquisition step (S12) is a patient's femur using computer arithmetic processing and each image processing by using the DICOM medical image information, which is an international medical imaging standard obtained in the medical imaging step (S11) (2) The process of obtaining the correct value for the shape information.
상기 설계변수 추출단계(S13)는 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 대퇴골 형상정보 획득단계(S12)에서 획득한 대퇴골(2) 형상정보로부터 필요한 설계변수를 추출해내는 과정이며, 필요한 설계변수로는 도 5에 도시된 바와 같이, 크게 환자 대퇴골(2)의 골내강(23)의 폭, 대퇴골두(5)의 중심에서 대퇴골(2)의 수직중심축(Y)까지의 수평길이(ⓐ)와 대퇴골두(5)의 중심에서 소전자(21)까지의 수직길이(ⓑ) 등이 있는데, 이 중 환자 대퇴골(2)의 골내강(23)의 폭은 구체적으로 대퇴골(2)의 정면 형상에서 얻을 수 있는 소전자(21) 상단 끝지점에서의 골내강의 폭(①), 대퇴골(2) 수직중심축(Y)에서 소전자(21)부위의 골내강의 폭(②), 소전자(21)에서 W1(소전자(21)에서 대퇴스템의 근위부(111) 말단까지의 길이)만큼 아랫부분에서의 골내강의 폭(③), 소전자(21)에서 W2(소전자(21)에서 대퇴스템의 원위부(113) 말단까지의 길이)만큼 아랫부분에서의 골내강의 폭(④)과, 대퇴골(2)의 측면 형상에서 얻을 수 있는 소전자(21) 상단 끝지점에서의 골내강의 폭(⑤), 소전자(21)에서 W1(소전자(21)에서 대퇴스템의 근위부(111) 말단까지의 길이)만큼 아랫부분에서의 골내강의 폭(⑥), 소전자(21)에서 W2(소전자(21)에서 대퇴스템의 원위부(113) 말단까지의 길이)만큼 아랫부분에서의 골내강의 폭(⑦) 등을 의미한다. 대퇴골(2) 형상정보로부터 필요한 설계변수를 추출해내는 작업은 프로그램에 의해 수행되는데, 이때 사용되는 프로그램으로는 Pre-operation Planning Program 등이 사 용될 수 있다. The design variable extraction step (S13) is a process of extracting the necessary design variables from the femur (2) shape information obtained in the femur shape information acquisition step (S12), as shown in FIG. 5, the width of the
본 발명에 따른 프로그램을 이용한 인공고관절 설계방법의 핵심은 바로 주문형 인공고관절용 대퇴스템(1)이나 시술기구(rasp, 9)의 몸체(11,91)부분과 경부(13,93)와 헤드(15,95)부분을 모듈화하여 각각 설계하는 것인데, 이중 몸체(11,91)부분에 대한 설계는 환자마다 개별적으로 몸체(11,91)부분을 설계하는 것이 아니라, 기존의 인공고관절용 대퇴스템이나 시술기구(rasp)의 몸체(11,91)에 대한 정보를 토대로 가장 환자의 특성에 맞는 몸체설계를 선정하는 방식을 사용하게 된다. The core of the hip joint design method using the program according to the present invention is the body (11,91) and the neck (13,93) and the head (1) of the customized hip joint femoral stem (1) or surgical instrument (rasp, 9) 15,95) is modularized to design, respectively, the design of the double body (11,91) part is not to design the body (11,91) part individually for each patient, but the existing femoral stem for Based on the information on the body (11,91) of the surgical instrument (rasp) will be used to select the body design best suited to the characteristics of the patient.
상기 몸체설계 데이터베이스구축단계(S14)는 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 미리 규격화된 다양한 형태의 인공고관절용 대퇴스템(1)이나 시술기구(rasp, 9)의 몸체(11,91)부분의 설계를 하드디스크 등의 저장장치에 데이터베이스화하여 저장해두는 과정이며, As shown in FIG. 6, the body design database construction step (S14) is performed by pre-standardization of various types of
상기 몸체선정단계(S2)는 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 환자 개개인의 대퇴골 형상에 따른 설계변수를 입력받은 후 상기 몸체설계 데이터베이스구축단계(S14)를 통해 데이터베이스화되어 저장된 대퇴스템이나 시술기구의 몸체설계 중 가장 환자의 특성에 맞는 몸체설계를 선정하는 방식을 사용하게 된다. The body selection step (S2), as can be seen in Figure 7, after receiving the design variables according to the shape of the femur of each patient, and then stored in the database through the body design database construction step (S14) stored femoral stem or surgical instrument Among the body designs of the patient, the method of selecting the body design suitable for the characteristics of the patient is used.
이때 사용되는 프로그램으로는 Auto-Parametric Design API(Application of Programming Interface) 등이 사용될 수 있고, 또한 이때 이용하는 설계변수는 상기 설계변수 중 환자 대퇴골(2)의 골내강(23)의 폭과 대퇴골(2) 수직중심축(Y)에서 소전자(21)까지의 길이(②)인데, 여기서 환자 대퇴골(2)의 골내강(23)의 폭이란 앞 서 설명한 바와 같이 대퇴골(2)의 정면 형상에서 얻을 수 있는 소전자(21) 상단 끝지점에서의 골내강의 폭(①), 소전자(21)에서 W1(소전자(21)에서 대퇴스템의 근위부(111-도1에 도시됨) 말단까지의 길이)만큼 아랫부분에서의 골내강의 폭(③), 소전자(21)에서 W2(소전자(21)에서 대퇴스템의 원위부(113-도1에 도시됨) 말단까지의 길이)만큼 아랫부분에서의 골내강의 폭(④)과, 대퇴골(2)의 측면 형상에서 얻을 수 있는 소전자(21) 상단 끝지점에서의 골내강의 폭(⑤), 소전자(21)에서 W1(소전자(21)에서 대퇴스템의 근위부(111) 말단까지의 길이)만큼 아랫부분에서의 골내강의 폭(⑥), 소전자(21)에서 W2(소전자(21)에서 대퇴스템의 원위부(113) 말단까지의 길이)만큼 아랫부분에서의 골내강의 폭(⑦)을 의미한다. The program used at this time may be used Auto-Parametric Design Application of Programming Interface (API) and the like, and the design variable used at this time is the width and femur (2) of the
도 7에서 볼 수 있듯이, 몸체(11,91)의 타입에 따라 상기 설계변수를 입력하면 프로그램이 입력된 설계변수와 앞서 설명한 바와 같이 미리 데이터베이스화되어있는 인공고관절용 대퇴스템(1)이나 시술기구(rasp, 9)의 몸체(11,91)부분의 설계 데이터베이스를 비교하여 적합한 인공고관절용 대퇴스템(1)이나 시술기구(rasp, 9)의 몸체(11,91)를 자동 선정하게 된다. 이때, 최적의 인공고관절용 대퇴스템(1)이나 시술기구(rasp, 9)의 몸체(11,91)와 접합위치(여기서 접합위치란 인공고관절용 대퇴스템 등이 환자의 대퇴골 내에 삽입되어 고정되는 위치를 의미한다)를 선정하는 방법을 도 8을 참조하여 구체적으로 살펴보면, As can be seen in Figure 7, the input of the design variable according to the type of the body (11,91) is a design parameter input program and the femoral stem for the hip joint (1) or a surgical instrument which is previously databased as described above By comparing the design database of the body (11,91) of the (rasp, 9), the appropriate body of the hip joint (1) or the body (11,91) of the surgical instrument (rasp, 9) is automatically selected. At this time, the optimal hip joint femoral stem (1) or the body (11,91) of the surgical instrument (rasp, 9) and the joint position (where the joint position is a hip joint femoral stem etc. is inserted into the patient's femur fixed) Looking at the method of selecting (indicates the position) in detail with reference to FIG.
먼저 설계변수입력단계(S21)를 통해 상기 설계변수추출단계(S13)에서 추출된 설계변수 중 앞서 언급한 환자 대퇴골(2)의 골내강(23)의 폭과 대퇴골(2) 수직중심축(Y)에서 소전자(21)까지의 길이(②)에 관한 설계변수를 입력하게 되면, 몸체설계 데이터베이스호출단계(S22)를 통해 상기 몸체설계 데이터베이스구축단계(S14)에서 저장되어 데이터베이스화되어있는 각 대퇴스템(1)이나 시술기구(rasp, 9)의 몸체(11,91) 정보를 불러들이게 되고, 접합위치선정단계(S23)를 통해 대퇴스템(1)이나 시술기구(rasp, 9)의 몸체(11,91)를 환자의 대퇴골에 접합할 수 있는 접합위치 중 최정점에 위치시킨 후, 비교판단단계(S24)를 통해 입력된 설계변수와 대퇴스템(1)이나 시술기구(rasp, 9)의 몸체(11,91) 정보를 비교하여 대퇴스템(1)이나 시술기구(rasp, 9)의 몸체(11,91) 정보에 대한 값이 환자 골내강의 폭에 허용오차를 적용한 값의 범위 내에 적합하게 되면 선정후보군분류단계(S25)를 통해 선정후보군으로 분류하고, 허용오차를 적용한 값의 범위를 벗어나게 되면 다시 접합위치선정단계(S23)를 통해 상기 접합위치를 최정점에서부터 하강시키기 시작하면서 상기와 같은 비교판단을 반복적으로 수행하게 된다. 상기 몸체설계 데이터베이스호출단계(S22)에서부터 선정후보군분류단계(S25)를 반복하여 데이터베이스화되어있는 모든 대퇴스템(1)이나 시술기구(rasp, 9)의 몸체(11,91) 정보를 대상으로 몸체설계선정후보군이 완성되면, 순위선정단계(S26)를 통해 선정후보군에서 가장 큰 대퇴스템(1)이나 시술기구(rasp, 9)의 몸체(11,91)와 그 접합위치를 1순위로 선정하고 나머지는 후순위로 선정하게 된다. First, among the design variables extracted in the design variable extraction step (S13) through the design variable input step (S21), the width of the
상기 경부및헤드설계단계(S3)는 환자의 대퇴골(2) 형상정보로부터 추출된 설계변수를 이용하여 상기 몸체선정단계(S2)에서 선정된 몸체(11,91)설계에 맞는 경부(13,93)와 헤드(15,95)를 설계하는 과정을 의미한다. The neck and head design step (S3) is a neck (13,93) suitable for the design of the body (11,91) selected in the body selection step (S2) using the design parameters extracted from the patient's femur (2) shape information ) And the head (15,95) design process.
본 발명은 대퇴스템(1)이나 시술기구(rasp, 9)의 몸체부분과 경부와 헤드부분을 한번에 설계함에 따른 대퇴골두의 위치 및 환자의 다리길이에 관한 보정이 정확하지 않은 문제점을 해결하기 위해 각각을 모듈화하여 설계하는 것으로, 이중 경부(13,93)와 헤드(15,95)부분에 대한 설계는 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 몸체선정단계(S2)에서 선정된 몸체(11,91)설계를 토대로 상기 몸체선정단계(S2)에서 선정된 접합위치와 상기 설계변수추출단계(S13)를 통해 환자의 대퇴골(2) 형상정보로부터 추출된 설계변수를 입력하여 환자의 특성에 맞는 경부(13)와 헤드(15)를 자동으로 설계하게 된다. The present invention is to solve the problem that the correction of the position of the femoral ball head and the leg length of the patient according to the design of the body portion and neck and head portion of the femoral stem (1) or surgical instrument (rasp, 9) at once The modular design of each, the design of the
이때 사용되는 프로그램으로는 Auto-Parametric Design API(Application of Programming Interface) 등이 사용될 수 있고, 또한 이때 이용하는 설계변수는 상기 설계변수 중 대퇴골두(5)의 중심에서 대퇴골(2)의 수직중심축(Y)까지의 수평길이(ⓐ)와 대퇴골두(5)의 중심에서 소전자(21)까지의 수직길이(ⓑ)인데, 이는 환자의 대퇴골두의 위치 및 다리길이에 관계된 헤드오프셋길이(head offset length)와 헤드롱지튜디널오프셋길이(head longitudinal offset length)를 의미한다. In this case, an auto-parametric design application of programming interface (API) or the like may be used, and a design variable used at this time is a vertical center axis of the
이와 같이 상기 몸체선정단계(S2)에서 선정된 몸체(11,91)설계를 기준으로 상기 몸체(11,91)부분의 접합위치를 고려하여 환자의 대퇴골(2) 형상정보로부터 추출된 설계변수를 이용하여 환자의 특성에 맞는 경부(13,93)와 헤드(15,95)를 설계하는 경우, 이를 통해 환자의 대퇴골두의 위치 및 환자의 다리길이에 관한 보정이 가능하여 후유증을 줄일 수 있으며, 기형 등의 특수한 상황에도 적용할 수 있게 된다. 참고로, 본 발명에 따른 상기 경부및헤드설계단계(S3)는 설계 프로그램상에서 마우스를 이용하여 직접 경부및헤드설계를 환자의 대퇴골(2) 형상정보에 드래그시키면서 환자의 특성에 맞도록 경부및헤드설계를 설계/보정하는 방식도 활용될 수 있음을 배제하는 것은 아니다. In this way, the design parameters extracted from the patient's femur (2) shape information in consideration of the joint position of the body (11,91) based on the design of the body (11,91) selected in the body selection step (S2) When designing the neck (13,93) and head (15,95) according to the characteristics of the patient by using this, it is possible to correct the position of the femoral head and the leg length of the patient through this can reduce the sequelae, It can be applied to special situations such as malformations. For reference, the cervical and head design step (S3) according to the present invention by using a mouse on the design program directly drag the neck and head design to the patient's femur (2) shape information to fit the characteristics of the neck and head It is not excluded that a way to design / correct a design can also be used.
상기 통합설계단계(S4)는 상기 몸체선정단계(S2)에서 선정된 인공고관절용 대퇴스템(1)이나 시술기구(rasp, 9)의 몸체설계와 상기 경부및헤드설계단계(S3)에서 설계된 인공고관절용 대퇴스템(1)이나 시술기구(rasp, 9)의 경부와 헤드설계를 통합하여 인공고관절용 대퇴스템(1)이나 시술기구(rasp, 9)를 설계하는 과정을 의미한다. The integrated design step (S4) is the artificial design designed in the body design and the neck and head design step (S3) of the artificial hip joint (1) or the surgical instrument (rasp, 9) selected in the body selection step (S2) It refers to the process of designing the hip joint femoral stem (1) or the surgical instrument (rasp, 9) by integrating the neck and head design of the hip joint femoral stem (1) or surgical instrument (rasp, 9).
도 10에 도시된 바와 같이 프로그램상에서 상기 몸체선정단계(S2)에서 선정된 인공고관절용 대퇴스템(1)이나 시술기구(rasp, 9)의 몸체설계와 상기 경부및헤드설계단계(S3)에서 설계된 인공고관절용 대퇴스템(1)이나 시술기구(rasp, 9)의 경부와 헤드설계를 합치는 간단한 프로세스에 의해 주문형 인공고관절에 대한 전체 설계를 완성할 수 있도록 함으로써, 환자의 대퇴골(2) 형상정보로부터 추출된 설계변수만을 이용하여 개개인의 환자 특성에 적합한 주문형 인공고관절을 빠르고 정확하게 설계할 수 있게 된다. As shown in FIG. 10, the body design of the artificial hip joint
이 경우 도 11에서 볼 수 있는 바와 같이, 주문형 인공고관절의 전체 설계를 완료하기 전에 이제까지 입력되었던 설계변수를 다시 한번 확인하고 또한 설계된 주문형 인공고관절이 저장될 위치를 지정하는 확인및저장단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 통합설계단계(S4)에 사용되는 프로그램으로는 Auto-Parametric Design API(Application of Programming Interface) 등이 사용될 수 있다. In this case, as shown in FIG. 11, before completing the entire design of the custom hip joint, a check and storage step of checking the design variables that have been input so far and designating a location where the designed custom hip joint is to be stored is additionally added. It may include. As the program used in the integrated design step S4, an Auto-Parametric Design API (Application of Programming Interface) may be used.
상기 모델및도면작성단계(S5)는 상기 통합설계단계에서 설계된 설계를 토대로 인공고관절용 대퇴스템(1)이나 시술기구(rasp, 9)의 모델과 도면을 자동으로 작성하는 과정을 의미한다. The model and drawing creation step (S5) refers to a process of automatically creating a model and a drawing of the artificial femoral stem (1) or the surgical instrument (rasp, 9) based on the design designed in the integrated design step.
이는 본 발명에 따른 프로그램을 이용한 주문형 인공고관절 설계방법의 상기 몸체선정단계(S2), 경부및헤드설계단계(S3), 통합설계단계(S4)를 거쳐 주문형 인공고관절의 설계가 완성된 후, 이를 토대로 도 12에 도시된 바와 같이 2D 나 3D 화면으로 실제 제작되어 질 주문형 인공고관절 제품의 모델링이 자동으로 이루어져 사용자가 이를 토대로 주문형 인공고관절의 실제 제작공정에 들어가지 전에 사전에 체크하고 필요에 따라 설계를 수정할 수 있도록 하기 위한 과정으로, 이와 같은 모델링 단계를 거쳐 최종적으로 제품제작 전 주문형 인공고관절의 설계를 체크 및 수정할 수 있도록 함으로써 환자의 특성에 맞는 보다 정확한 주문형 인공고관절을 설계할 수 있어 재제작이나 재시술에 따른 비용 및 시간손실이나 환자의 고통을 줄일 수 있게 된다. 상기 수정과정은 입력된 설계변수를 다시 수정하여 입력하거나 선정된 몸체설계를 다시 선정할 수 있도록 하는 과정을 거쳐 이루어질 수 있다.This is after the design of the custom hip joint is completed through the body selection step (S2), neck and head design step (S3), integrated design step (S4) of the custom hip joint design method using the program according to the present invention, As shown in FIG. 12, the modeling of a custom artificial hip joint product to be actually produced on a 2D or 3D screen is automatically performed, and the user checks in advance before entering the actual manufacturing process of the custom artificial hip joint based on this, and designs as necessary. This modeling process allows you to check and modify the design of the custom-made hip before final production, so you can design a more accurate custom-made hip that fits the characteristics of the patient. This can reduce the cost and time lost of the procedure or the pain of the patient. The modification process may be performed by modifying the input design variable again or inputting the selected body design again.
또한, 상기 주문형 인공고관절 설계에 따른 모델링이 이루어짐과 동시에 설계도면의 작성이 자동으로 이루어지는데, 본 발명에 따른 프로그램을 이용한 주문형 인공고관절 설계방법에 따라 설계가 완성되면 이를 토대로 도 13에 도시된 바와 같이 실제 제품제작에 필요한 설계도면이 필요한 치수 등이 기재된 상태로 자동으 로 작성됨에 따라 제작에 필요한 시간과 공정을 단축할 수 있게 된다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 모델링 단계에서 주문형 인공고관절에 대한 수정이 이루어지는 경우 상기 설계도면 역시 그에 따라 자동으로 수정되게 된다. In addition, the modeling is made according to the custom design of the hip joint and the creation of a design drawing is automatically performed. When the design is completed according to the custom design of the hip joint using the program according to the present invention, it is shown in FIG. Likewise, the design drawings required for the actual production of the product are automatically created with the required dimensions, which can shorten the time and process required for the production. As described above, when modification is made to the custom artificial hip joint in the modeling step, the design drawing is automatically modified accordingly.
이와 같은 본 발명에 따른 프로그램을 이용한 주문형 인공고관절 설계방법 및 이를 수행하는 프로그램을 기록한 기록매체는 환자 개개인의 특성에 부합해야하는 주문형 인공고관절의 특성을 반영하기 위해 환자 개개인의 대퇴골의 특성에 맞는 몸체설계와 상기 몸체설계를 바탕으로 정확한 대퇴골두의 위치 및 환자의 다리길이를 반영할 수 있는 경부및헤드설계를 각각 모듈화하여 설계한 후 통합설계함으로써 그 정확성을 높일 수 있어 정확하고 신속한 설계 및 환자의 대퇴골두의 위치와 다리길이에 관한 보정이 가능하여 후유증을 줄일 수 있으며, 기형 등의 특수한 상황에도 적용할 수 있게 된다. As described above, the method for designing an on-demand hip joint using a program according to the present invention and a recording medium recording a program for performing the same are designed to fit the characteristics of the individual femur in order to reflect the characteristics of the on-demand hip joint that must meet the characteristics of each patient. Based on the design of the body and the neck and head design that can reflect the exact position of the femoral head and the leg length of the patient, respectively, after modular design and integrated design can increase the accuracy, accurate and rapid design and the patient's femur The correction of the position and leg length of the head can reduce the sequelae and can be applied to special situations such as malformations.
이상에서, 출원인은 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.In the above, the Applicant has described preferred embodiments of the present invention, but these embodiments are merely one embodiment for implementing the technical idea of the present invention, and any changes or modifications may be made as long as the technical idea of the present invention is implemented. Should be interpreted as being within the scope.
도 1은 인공고관절이 시술된 상태를 나타내는 개략도Figure 1 is a schematic diagram showing a state in which the artificial hip joint
도 2는 주문형 인공고관절용 대퇴스템 및 시술기구(rasp)가 대퇴골에 시술된 상태를 나타내는 개략도Figure 2 is a schematic diagram showing a state in which the femoral stem for the artificial hip joint and the surgical instrument (rasp) is performed on the femur
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 주문형 인공고관절 설계방법의 블럭도Figure 3 is a block diagram of a custom artificial hip design method according to an embodiment of the present invention
도 4는 환자의 대퇴골 형상정보사진Figure 4 is a patient's femur shape information picture
도 5는 환자의 대퇴골 형상정보로부터 추출하는 설계변수를 나타내는 개략도5 is a schematic diagram showing design variables extracted from femoral bone shape information of a patient
도 6은 대퇴스템이나 시술기구의 몸체설계데이터베이스를 나타내는 화면Figure 6 is a screen showing the body design database of the femoral stem or surgical instrument
도 7은 몸체선정단계에서의 설계변수입력화면7 is a design variable input screen in the body selection step
도 8은 몸체선정단계의 과정을 나타내는 순서도8 is a flow chart showing the process of the body selection step
도 9는 경부및헤드설계단계에서의 설계변수입력화면9 is a design variable input screen in the neck and head design stage
도 10은 통합설계단계의 과정을 나타내는 개략도10 is a schematic diagram showing a process of integrated design step
도 11은 확인및저장단계를 나타내는 화면11 is a screen showing the confirmation and storage step
도 12는 모델링된 주문형 인공고관절을 나타내는 화면12 is a screen showing the modeling custom hip joint
도 13은 주문형 인공고관절의 도면이 작성된 상태를 나타내는 화면13 is a screen showing a state in which a drawing of an on-demand artificial hip
*도면에 사용된 주요부호에 대한 설명* Explanation of the main symbols used in the drawings
1: 대퇴스템 11: 몸체 13: 경부 15: 헤드1: thigh stem 11: body 13: neck 15: head
111: 근위부 113: 원위부111: proximal 113: distal
2: 대퇴골 21: 소전자 23: 골내강2: femur 21: calculi 23: lumen
3: 비구컵 4: 골반 5: 대퇴골두 7: 대응반구체3: Acetabular Cup 4: Pelvis 5: Femoral Head 7: Corresponding Hemisphere
9: 시술기구(rasp) 91: 몸체 93: 경부 95: 헤드9: rasp 91: body 93: neck 95: head
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