KR101700862B1

KR101700862B1 - 환자 맞춤형 경골요소 성형방법

Info

Publication number: KR101700862B1
Application number: KR1020150112483A
Authority: KR
Inventors: 유의식; 김재원
Original assignee: 주식회사 코렌텍
Priority date: 2015-08-10
Filing date: 2015-08-10
Publication date: 2017-02-01
Also published as: US10172713B2; US20170042684A1

Abstract

본 발명은 환자 맞춤형 경골요소 성형방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인공슬관절 수술시, 근위 경골부 치환물의 사이즈에 관한 데이터 테이블을 형성하는 경골요소 데이터 테이블 형성단계와, 형성된 데이터 테이블을 커버할 수 있는 표준몰드를 제작하는 표준몰드 제작단계와, 환자 맞춤형 근위 경골부 치환물을 제작하기 위해 표준몰드를 선택하는 경골요소 선정단계와, 선정된 표준몰드를 이용해 환자에게 맞는 근위 경골부 치환물을 형성하는 환자 맞춤형 경골요소 제공단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 경골요소 성형방법에 관한 것이다.

Description

환자 맞춤형 경골요소 성형방법 {Method for Preparing Patient Customized Tibial Component}

슬관절이란, 무릎을 둘러싼 3개의 뼈인 대퇴골(Femur), 경골(Tibia), 슬개골(Patella)이 이루는 관절을 의미하는 것으로, 사람의 무게를 지탱하고 관절운동을 통해 걷거나 뛰는 등의 다리를 쓰는 운동에 관련된 핵심적인 관절에 해당한다.

대퇴골 끝에는 관절연골(Articular Cartilage)이 존재하고, 경골 끝에는 반월상연골(Meniscus)이 존재하게 되는데 노화나 극심한 운동 등으로 연골이 손상되면 뼈와 뼈가 직접 맞닿게 되어 극심한 통증을 유발할 수 있다.

인공슬관절 수술은 이와 같이 슬관절이 손상되었을 때 대퇴골과 경골의 일부를 절개하고 인공슬관절을 삽입하는 수술로서, 대퇴골(F, Femur) 끝단에 대퇴골결합부재(91)를 연결하고, 경골(T, Tibia) 끝단에 경골요소(93)를 삽입고정하며, 그 위에 베어링부재(95)를 설치하여 인공슬관절을 시술하게 된다. 도 1은 종래기술인 인공 슬관절에 관한 도면으로, 이는 대한민국 등록특허공보 제10-1184905호(2012.09.20)에 개시되어 있다.

상기 경골요소(93)는 베이스플레이트(931), 스템(933), 킬(935)로 이루어지며, 이를 가리켜, 근위 경골부 치환물이라고 하는데, 환자마다 다른 뼈의 형상과 크기를 가지고 있음에도, 종래의 근위 경골부 치환물은 한정된 사이즈에 대한 제작만이 가능하여 만족스러운 수술결과를 얻기 어려웠으며, 수술 후에도 인공 관절이 환자에게 맞지 않아 생활에 불편을 주거나 심지어는 합병증을 유발하기까지 했다.

또한, 환자에게 맞는 근위 경골부 치환물을 제작하기 위해 되도록 많은 개수의 몰드를 구비하는 방안이 고려되었지만, 과도한 노고와 비용이 들고, 수많은 몰드의 관리 또한 어렵게 되는 문제가 지적되어왔다.

따라서 개개의 환자에게 적합한 맞춤형 경골요소를 제작할 수 있는 성형방법에 관한 기술도입의 필요성이 증대되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로,

본 발명의 목적은 경골요소 데이터 테이블을 형성하여 데이터를 나누고 각 군의 표준몰드를 제작하며, 상기 표준몰드를 금형으로 하여 표준경골요소를 만들고, 주조된 표준경골요소를 깎아내는 성형방법으로, 최소한의 표준몰드를 가지고 수많은 사이즈의 환자 맞춤형 근위 경골부 치환물을 제작하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 환자 맞춤형 근위 경골부 치환물을 제작함에 따라 환자의 관절과 유사한 경골요소를 제작하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 스템 데이터 형성단계에서 분류된 군에 종속되어 킬의 폭이 정해지도록 하여 필요한 표준몰드의 개수를 최소화하는 환자 맞춤형 근위 경골부 치환물을 제작하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 최소한의 표준몰드로 수많은 사이즈의 근위 경골부 치환물을 형성할 수 있도록 하여 생산비용을 절약하는 환자 맞춤형 근위 경골부 치환물을 제작하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 환자데이터를 획득한 뒤 환자데이터 값보다 크며 가장 근접한 표준몰드를 선택해 제작하고, 표준몰드를 금형으로 표준경골요소를 만들어 기계가공 등을 실시하도록 하여, 빠른 시간 내에 환자 맞춤형 근위 경골부 치환물을 제작하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 환자 맞춤형 근위 경골부 치환물을 제작함에 따라 수술 후 인공 관절이 환자에게 맞지 않아 생활에 불편을 주거나 합병증을 유발하는 것을 방지하는 환자 맞춤형 근위 경골부 치환물을 제작하는 것이다.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 인공슬관절 수술시, 근위 경골부 치환물의 사이즈에 관한 데이터 테이블을 형성하는 경골요소 데이터 테이블 형성단계와, 형성된 데이터 테이블을 커버할 수 있는 표준몰드를 제작하는 표준몰드 제작단계와, 환자 맞춤형 근위 경골부 치환물을 제작하기 위해 표준몰드를 선택하는 경골요소 선정단계와, 선정된 표준몰드를 이용해 환자에게 맞는 근위 경골부 치환물을 형성하는 환자 맞춤형 경골요소 제공단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 상기 경골요소 데이터 테이블 형성단계는, 베이스플레이트의 크기를 기준으로 데이터를 형성하는 베이스플레이트 데이터 형성단계와, 상기 베이스플레이트 데이터를 군을 형성하도록 분류하고 각각의 군을 대표하는 스템의 길이를 정하는 스템 데이터 형성단계와, 상기 스템 데이터 형성단계에서 생성된 군분류를 이용하여 각각의 군을 대표하는 킬의 폭을 정하는 킬 데이터 형성단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 상기 베이스플레이트 데이터 형성단계는, 상기 베이스플레이트의 크기를 평면상 베이스플레이트의 내측단에서 외측단까지의 수평거리와, 전측단에서 후측단까지의 수직거리로 측정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 상기 스템 데이터 형성단계는, 상기 스템의 길이를 베이스플레이트 하측에서부터 스템 끝단까지의 수직거리로 측정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 상기 킬 데이터 형성단계는, 스템 데이터 형성단계에서 분류된 군을 그대로 따라 각각의 군을 대표하는 킬의 폭을 정하거나, 스템 데이터 형성단계에서 분류된 군을 따르되 어느 특정 군을 다시 세분화하여 군을 나누고 각각의 군을 대표하는 킬의 폭을 정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 상기 표준몰드 제작단계는, 경골요소 데이터 테이블 형성단계를 통해 만들어진 데이터 테이블을 이용하여 필요한 표준몰드의 수를 파악하는 몰드수결정단계와, 필요한 표준몰드 각각의 사이즈를 결정하는 몰드사이즈결정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 상기 몰드수결정단계는, 표준몰드의 수가 동일한 스템의 길이와 킬의 폭을 갖는 베이스플레이트 군의 수만큼 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 상기 몰드사이즈결정단계는, 동일한 스템의 길이와 동일한 킬의 폭을 갖는 베이스플레이트 데이터들 가운데 가장 큰 베이스플레이트의 크기 이상으로 표준몰드의 사이즈를 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 상기 경골요소 선정단계는, 근위 경골부 치환물의 사이즈에 관한 데이터 테이블과 환자데이터를 비교하는 데이터비교단계와, 상기 데이터비교단계 이후에 환자데이터 값보다 크며 가장 근접한 사이즈를 갖는 표준몰드를 선택하는 표준몰드 선택단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 상기 표준몰드 제작단계 이후, 환자 맞춤형 근위 경골부 치환물이 삽입될 환자의 슬관절에 관한 데이터를 획득하는 환자데이터 획득단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 상기 환자데이터 획득단계는, 인공슬관절 수술 대상 환자의 슬관절을 스캐닝하여 환자의 슬관절 스캐닝 데이터를 획득하는 스캐닝단계와, 상기 스캐닝단계를 통해 획득된 환자의 슬관절 스캐닝 데이터를 이용하여 근위 경골부 치환물 제작에 필요한 환자데이터를 추출하는 환자데이터추출단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 경골요소 데이터 테이블을 형성하여 데이터를 나누고 각 군의 표준몰드를 제작하며, 상기 표준몰드를 금형으로 하여 표준경골요소를 만들고, 주조된 표준경골요소를 깎아내는 성형방법으로, 최소한의 표준몰드를 가지고 수많은 사이즈의 환자 맞춤형 근위 경골부 치환물을 제작하는 효과를 도출한다.

본 발명은 환자 맞춤형 근위 경골부 치환물을 제작함에 따라 환자의 관절과 유사한 인공관절을 만드는 효과가 있다.

본 발명은 스템 데이터 형성단계에서 분류된 군에 종속되어 킬의 폭이 정해지도록 하여 필요한 표준몰드의 개수를 최소화하는 효과를 가진다.

본 발명은 최소한의 표준몰드로 수많은 사이즈의 근위 경골부 치환물을 형성할 수 있도록 하여 생산비용을 절약하는 효과가 있다.

본 발명은 환자데이터를 획득한 뒤 환자데이터 값보다 크며 가장 근접한 표준몰드를 선택해 제작하고, 표준몰드를 금형으로 표준경골요소를 만들어 기계가공 등을 실시하도록 하여, 빠른 시간 내에 환자 맞춤형 근위 경골부 치환물을 제작하는 효과를 도출한다.

본 발명은 환자 맞춤형 근위 경골부 치환물을 제작함에 따라 수술 후 인공 관절이 환자에게 맞지 않아 생활에 불편을 주거나 합병증을 유발하는 것을 방지하는 효과를 가진다.

도 1은 종래기술인 인공 슬관절에 관한 도면.
도 2는 본원 발명인 환자 맞춤형 경골요소 성형방법에 관한 도면.
도 3은 근위 경골부 치환물에 관한 도면.
도 4는 도 2의 경골요소 데이터 테이블 형성단계에 관한 도면.
도 5는 스템 데이터와 킬 데이터의 형성과정을 도시한 도면.
도 6은 경골요소 데이터 테이블에 관한 일 예를 도시한 도면.
도 7은 경골요소 데이터 테이블에 관한 다른 예를 도시한 도면.
도 8은 도 2의 표준몰드 제작단계에 관한 도면.
도 9는 도 2의 환자데이터 획득단계에 관한 도면.
도 10은 도 2의 경골요소 선정단계에 관한 도면.
도 11은 도 2의 환자 맞춤형 경골요소 제공단계의 표준경골요소 가공과정을 도시한 도면.

이하에서는 본 발명에 따른 환자 맞춤형 경골요소 성형방법의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 공지의 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고 만약 본 명세서에서 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에서 사용된 정의에 따른다.

본원발명을 설명하기에 앞서, 인체를 좌우로 구분할 수 있도록 가상의 중심 절단면을 형성한 시상면(Sagittal Plane)을 기준으로, 시상면 쪽을 내측(Medial), 그 반대쪽을 외측(Lateral)으로 정하며, 인체를 앞뒤로 구분할 수 있도록 가상의 중심 절단면을 형성한 관상면(Coronal Plane)을 기준으로, 관상면 앞쪽을 전측(Anterior), 그 뒤쪽을 후측(Posterior)으로 정한다.

또한, 본 명세서에 쓰인 인공슬관절 수술이란, 전치환수술과 부분치환수술 등을 모두 포함하는 개념이다.

도 2는 본원발명인 환자 맞춤형 경골요소 성형방법에 관한 도면이다. 도 2를 참고하여 설명하면, 환자 맞춤형 경골요소 성형방법은, 경골요소 데이터 테이블 형성단계(S1), 표준몰드 제작단계(S2), 환자데이터 획득단계(S3), 경골요소 선정단계(S4), 환자 맞춤형 경골요소 제공단계(S5)를 포함한다.

상기 경골요소 데이터 테이블 형성단계(S1)는, 인공슬관절 수술시, 근위 경골부 치환물의 사이즈에 관한 데이터 테이블을 형성하는 단계로, 상기 근위 경골부 치환물의 사이즈를 측정하는 방법은 다양하게 구성될 수 있으나, 바람직하게는 베이스플레이트(Baseplate)(10)의 크기, 스템(Stem)(30)의 길이 및 킬(Keel)(50)의 폭으로 구성된다.

도 3은 근위 경골부 치환물에 관한 도면으로, 도 3의 (a)는 근위 경골부 치환물의 사시도를 도시한 것이며, 근위 경골부 치환물은, 경골 안쪽에 삽입되는 스템(30)과, 스템(30)의 안정적 고정을 위한 킬(50)과, 상기 스템(30)과 킬(50)의 상측에 놓이는 베이스플레이트(10)로 구성된다.

상기 베이스플레이트(10)의 크기는, 베이스플레이트(10) 상측에서 그 평면을 바라보았을 때, 평면상 베이스플레이트(10)의 내측단에서 외측단까지의 수평거리(ML)와, 전측단에서 후측단까지의 수직거리(AP)로 측정된다(도 3의 (b) 참조). 상기 스템(30)의 길이는, 베이스플레이트(10) 하측에서부터 스템(30) 끝단까지의 수직거리(v)로 측정되고(도 3의 (c) 참조), 상기 킬(50)의 폭은, 스템(30)의 중심에서부터 베이스플레이트(10)의 하측과 접해 있는 킬(50)의 끝단까지의 수평거리(h)로 측정된다(도 3의 (d) 참조). 도 3에 도시된 내용이 본 설명을 좀 더 명확하게 하는바, 도시된 내용을 통해 베이스플레이트(10)의 크기, 스템(30)의 길이, 킬(50)의 폭을 파악함이 바람직하다.

도 4는 도 2의 경골요소 데이터 테이블 형성단계에 관한 도면으로, 도 4를 참고하여 설명하면, 상기 경골요소 데이터 테이블 형성단계(S1)는 도시된 바와 같이, 베이스플레이트 데이터 형성단계(S11), 스템 데이터 형성단계(S12), 킬 데이터 형성단계(S13)을 포함한다.

상기 베이스플레이트 데이터 형성단계(S11)는, 베이스플레이트(10)의 크기를 기준으로 데이터를 형성하는 단계로, 베이스플레이트(10)의 내측단에서 외측단까지의 수평거리(ML)와, 전측단에서 후측단까지의 수직거리(AP)를 크기 측정 요소로 삼는다. 이때 베이스플레이트(10) 데이터를 정하는 기준에 특별한 제한을 두는 것은 아니므로, 이웃하는 데이터 간의 차이를 어느 값으로 일정하게 해야 한다든가, 그 차이가 어느 값 이상 또는 이하가 되어야 하는 것이 아니며, 도 6에 도시한 것과 같이, 베이스플레이트(10)의 크기를 수평거리(ML)와 수직거리(AP)로 구분하여 데이터의 개수, 데이터의 값, 이웃하는 데이터들 간의 차이 등을 임의대로 구성할 수 있다.

도 6는 16개의 베이스플레이트(10) 데이터를 형성한 것으로, 수평거리(ML)를 55mm에서 86mm, 수직거리(AP)를 36mm에서 58mm 범위로 한정하여 상기 범위 내에서 베이스플레이트(10)의 데이터를 구성하고 있음을 알 수 있다.

이웃하는 데이터 간의 관계를 살피게 되면, 1번 베이스플레이트(10)에서부터 5번 베이스플레이트(10)까지는 수평거리(ML)가 3mm씩 증가하고, 수직거리(AP)는 2mm씩 규칙적으로 증가하고 있으나, 5번 베이스플레이트(10)와 6번 베이스플레이트(10)는 수평거리(ML)의 차이가 3mm, 수직거리(AP)의 차이가 1mm로, 수직거리(AP)의 증가 폭이 변화되었음을 알 수 있다. 또한, 6번 베이스플레이트(10)와 7번 베이스플레이트(10)의 수평거리(ML) 차이를 2mm로 하여, 수평거리(ML)의 증가 폭에 변화를 주었음을 확인할 수 있다.

상기 예에서 보는 것처럼, 베이스플레이트(10)의 데이터는 임의대로 정해질 수 있지만, 통계적으로 사람의 무릎관절 평균크기를 파악하여 평균값에 가까운 영역에서는 이웃하는 데이터 간의 차이를 좁히는 것이, 환자 맞춤형 근위 경골부 치환물을 제작하는 데 있어서 더욱 바람직할 수 있다.

상기 스템 데이터 형성단계(S12)는, 상기 베이스플레이트(10) 데이터를 군을 형성하도록 분류하고 각각의 군을 대표하는 스템(30)의 길이를 정하는 단계를 말한다. 이에 대한 일반적인 설명을 위해 도 5를 참고하여 설명하면, 베이스플레이트 데이터 형성단계(S11)를 통해 총 n개의 베이스플레이트(10) 데이터가 형성되었다고 가정한다. 그 후 n개의 베이스플레이트(10) 데이터들 가운데 서로 이웃하는 데이터들을 임의로 묶어 총 m개의 군을 형성한 뒤, 군으로 묶인 베이스플레이트(10) 데이터들이 각 군별로 공통된 하나의 스템(30) 길이를 갖도록 각 군의 대표 스템(30) 길이를 정하게 된다. 전술한 대로 총 m개의 군이 형성되었기 때문에, 대표 스템(30)의 길이 역시 m개가 형성된다.

구체적인 예로 도 6을 참고하여 설명하면, 상기 베이스플레이트 데이터 형성단계(S11)를 통해 베이스플레이트(10)의 수평거리(ML)와 수직거리(AP)에 따라 16개의 데이터가 형성되었고, 이러한 데이터를 이용하여 1번 베이스플레이트(10)에서부터 9번 베이스플레이트(10)까지의 데이터를 묶어 하나의 군으로, 10번 베이스플레이트(10)에서부터 16번 베이스플레이트(10)까지의 데이터를 묶어 다른 하나의 군을 형성하였음을 도시하고 있다. 이때 1번 베이스플레이트(10)에서부터 9번 베이스플레이트(10)까지를 묶은 군은 35mm의 길이를 갖는 스템(30)이 설치되고, 10번 베이스플레이트(10)에서부터 16번 베이스플레이트(10)까지를 묶은 다른 군은 40mm의 길이를 갖는 스템(30)이 설치된다는 것을 알 수 있다.

즉, 상기 베이스플레이트 데이터 형성단계(S11)를 통해 형성된 데이터 테이블을 이용하여 각각의 데이터들을 임의대로 묶어 군을 형성하도록 하고, 만들어진 각각의 군을 대표하는 스템의 길이를 각각 정해, 어느 한 군 내의 베이스플레이트(10) 데이터들은 동일한 스템(30) 길이를 갖도록 형성하는 것이다.

이러한 분류는 일 예에 해당하는 것이므로, 1번 베이스플레이트(10)부터 9번 베이스플레이트(10)까지 하나의 군을 형성한 본 예와 다르게, 1번 베이스플레이트(10)부터 5번 베이스플레이트(10)까지 하나의 군을 형성하고 6번 베이스플레이트(10)부터 10번 베이스플레이트(10)까지 다른 군을 형성하는 등, 군을 형성하는 방법을 달리할 수도 있고, 각각의 군을 대표하는 스템(30)의 길이를 도 5에 도시된 것과 다르게, 1번 베이스플레이트(10)부터 9번 베이스플레이트(10)까지의 데이터를 대표하는 스템의 길이를 35mm가 아닌, 38mm로 구성할 수도 있는 등 다양한 실시예를 생각할 수 있다.

상기 킬 데이터 형성단계(S13)는, 상기 스템 데이터 형성단계(S12)에서 생성된 군분류를 이용하여 각각의 군을 대표하는 킬(50)의 폭을 정하는 단계를 말한다. 이에 대한 일반적인 설명을 위해 도 5를 참고하여 설명하면, 베이스플레이트 데이터 형성단계(S11)를 통해 총 n개의 베이스플레이트(10) 데이터를 형성하고, n개의 베이스플레이트(10) 데이터들 가운데 서로 이웃하는 데이터들을 임의로 묶어 총 m개의 군을 형성한 뒤, 군으로 묶인 베이스플레이트(10) 데이터들이 각 군별로 공통된 하나의 스템(30) 길이를 갖도록 각 군의 대표 스템(30) 길이를 정하게 된다. 이때 각 군을 대표하는 스템(30) 길이의 종류는 분류된 군의 개수(m)만큼 형성되는 것이 특징이다.

이에 반하여, 상기 킬 데이터 형성단계(S13)를 통해 형성되는 킬(50) 폭의 개수는 스템 데이터 형성단계(S12)에 분류된 군 개수와 동일하지 않을 수 있다. 이는 킬 데이터 형성단계(S13)가 스템 데이터 형성단계(S12)에서 생성된 군분류를 이용하지만, 각 군 내에서 군이 다시 세분화 될 수 있기 때문이다.

도 5에서 베이스플레이트(10) 데이터 1부터 5까지 제1군을 형성하며 제1군의 대표 스템(30) 길이가 정해졌지만, 다시 제1군이 베이스플레이트(10) 데이터 1부터 3까지 제1-1군을 형성하고, 베이스플레이트(10) 데이터 4부터 5까지 제1-2군을 형성하며, 각각 제1-1군을 대표하는 킬(50) 폭과, 제1-2군을 대표하는 다른 킬(50) 폭이 정해졌다.

군이 다시 세분화된 경우와 달리, 베이스플레이트(10) 데이터 6부터 13까지는 제2군을 형성하며 제2군의 대표 스템(30) 길이가 정해졌고, 이 군 분류를 그대로 따르면서, 제2군을 대표하는 킬(50) 폭이 정해졌다.

즉, 스템 데이터 형성단계(S12) 이후에 킬 데이터 형성단계(S13)는 스템 데이터 형성단계(S12)에서 생성된 군분류에 종속되지만, 분류된 각 군내에서 다시 군을 세분화하여 복수의 킬(50) 폭을 정할 수 있다는 것이다. 이는 최소한의 몰드를 이용하여 수많은 사이즈의 근위 경골부 치환물을 제작하기 위함으로, 이하에서는 도 7에 도시된 일 예를 참고하여 그 구체적인 이유를 설명하도록 한다.

도 7은 경골요소 데이터 테이블에 관한 다른 예를 도시한 도면이다. 도 6과 달리 도 7은 킬(50)의 폭을 정할 때, 상기 스템 데이터 형성단계(S12)에서 분류된 군을 이용하지 않고 독립적으로, 스템(30)의 길이를 정하는 방법과 동일한 방법을 사용하여, 베이스플레이트(10) 데이터들을 군을 형성하도록 새롭게 묶고, 각 군을 대표하는 킬(50)의 폭을 정한 것이다.

본 예에 따르면, 상기 스템 데이터 형성단계(S12)에서 1번 베이스플레이트(10)부터 9번 베이스플레이트(10)까지를 하나의 군으로, 10번 베이스플레이트(10)부터 16번 베이스플레이트(10)까지를 다른 하나의 군으로 형성하여 각각 35mm와 40mm의 길이를 갖는 대표 스템(30)을 정하였음을 알 수 있다. 그러나 이러한 군 분류와 독립적으로 킬(50)의 폭을 정하기 위해 1번 베이스플레이트(10)부터 5번 베이스플레이트(10)까지를 하나의 군으로 묶고, 6번 베이스플레이트(10)부터 12번 베이스플레이트(10)까지 다른 하나의 군으로, 13번 베이스플레이트(10)부터 16번 베이스플레이트(10)까지 또 다른 하나의 군으로 형성하여, 각각 20mm, 24mm, 29.5mm의 폭을 갖는 킬(50)을 구성할 경우, 후술할 표준몰드가 4개가 필요하게 됨을 알 수 있다(표준몰드의 형성방법에 관한 자세한 설명은 후술하도록 한다).

도 6에서는 1번 베이스플레이트(10)부터 9번 베이스플레이트(10)까지를 하나의 군으로, 10번 베이스플레이트(10)부터 16번 베이스플레이트(10)까지를 다른 하나의 군으로 형성하여 각각 35mm와 40mm의 길이를 갖는 대표 스템(30)을 정하고(여기까지는 도 7의 예와 동일하다), 1번 베이스플레이트(10)부터 3번 베이스플레이트(10)까지를 하나의 군으로 묶고, 4번 베이스플레이트(10)부터 9번 베이스플레이트(10)까지 다른 하나의 군으로, 10번 베이스플레이트(10)부터 16번 베이스플레이트(10)까지 또 다른 하나의 군으로 형성하여, 각각 20mm, 24mm, 29.5mm의 폭을 갖는 킬(50)을 구성하였는데, 이 경우 필요한 표준몰드는 3개로, 동일한 베이스플레이트(10) 데이터들을 커버하면서도 도 7의 예가 4개의 표준몰드를 필요로 했던 반면, 도 6의 예는 3개의 표준몰드만 필요한 것을 알 수 있다.

즉, 스템 데이터 형성단계(S12)에서 분류된 군에 종속되어 킬(50)의 폭을 정해야 표준몰드의 개수를 최소화할 수 있다. 다시 말하면, 스템(30)의 길이를 정할 때, 9번 베이스플레이트(10)와 10번 베이스플레이트(10) 사이를 기준으로 데이터를 나눠 각각의 군을 형성했다면, 킬(50)의 폭을 정할 때도 9번 베이스플레이트(10)와 10번 베이스플레이트(10)는 같은 크기의 킬(50) 폭을 가져서는 안 된다는 것이다. 다만, 스템 데이터 형성단계(S12)에서 분류된 각 군 내에서는 다시 킬(50)의 폭이 나뉠 수도 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 것과 같이 1번 베이스플레이트(10)부터 9번 베이스플레이트(10)까지는 35mm의 스템(30) 길이를 형성하는 하나의 군이지만, 상기 군 내에서도 1번 베이스플레이트(10)부터 3번 베이스플레이트(10)는 20mm, 4번 베이스플레이트(10)부터 9번 베이스플레이트(10)는 24mm의 킬(50) 폭으로 구성될 수 있다는 것이다.

상기 표준몰드 제작단계(S2)는, 경골요소 데이터 테이블 형성단계(S1)를 통해 형성된 경골요소 데이터 테이블을 커버하는 표준몰드를 제작하는 과정으로, 몰드수결정단계(S21), 몰드사이즈결정단계(S22)를 포함한다(도 8 참고).

상기 몰드수결정단계(S21)는 경골요소 데이터 테이블 형성단계(S1)를 통해 만들어진 데이터 테이블을 이용하여 필요한 표준몰드의 수를 파악하는 단계를 말한다. 도 6의 예를 참고하여 설명하면, 1번부터 16번까지 베이스플레이트(10) 데이터를 만들고 전술한 바와 같이 군을 형성하면서 스템(30)의 길이와, 킬(50)의 폭을 정하게 되면, 동일한 스템(30)의 길이와 킬(50)의 폭을 가지는 베이스플레이트(10) 데이터들이 하나의 표준몰드를 형성하게 되는 것이다.

도 6의 예에서 본다면, 1번 베이스플레이트(10)부터 3번 베이스플레이트(10)가 35mm의 스템(30) 길이, 20mm의 킬(50) 폭을 가지면서 표준몰드 1을 형성하고, 4번 베이스플레이트(10)부터 9번 베이스플레이트(10)가 35mm의 스템(30) 길이, 24mm의 킬(50) 폭을 가지면서 표준몰드 2를 형성하며, 10번 베이스플레이트(10)부터 16번 베이스플레이트(10)가 40mm의 스템(30) 길이를 형성하고 29.5mm의 킬(50) 폭을 가지면서 표준몰드 3을 형성함을 알 수 있다.

따라서 표준몰드의 수는 동일한 스템(30)의 길이와 킬(50)의 폭을 갖는 베이스플레이트(10) 군의 수만큼 형성된다고 봄이 바람직하다.

상기 몰드사이즈결정단계(S22)는, 필요한 표준몰드 각각의 사이즈를 결정하는 단계로, 도 6을 참고하여 설명하면, 동일한 스템(30) 길이와 킬(50) 폭을 가지는 베이스플레이트(10) 데이터들을 묶어 하나의 군을 형성하고, 각 군에서 가장 큰 크기를 갖는 베이스플레이트(10)의 사이즈 이상으로 표준몰드 사이즈를 구성하는 단계를 말한다. 바람직하게는 표준몰드의 스템(30) 길이와 킬(50) 폭은 상기 경골요소 데이터 테이블 형성단계(S1)를 통해 정해진 값을 갖고, 다만 베이스플레이트의 크기만이 각 군에서 가장 큰 크기를 갖는 베이스플레이트 데이터 이상의 값을 가진다고 보면 된다.

도 6의 예에 따르면, 1번부터 3번까지의 베이스플레이트(10) 데이터는 35mm의 스템(30) 길이와 20mm의 킬(50) 폭을 가지는 하나의 군을 형성하고, 이 군에서 가장 큰 크기를 갖는 3번 데이터를 기준으로 베이스플레이트의 수평거리(ML)가 61mm가 넘고, 수직거리(AP)가 40mm가 넘는, 35mm 길이의 스템(30)과 20mm의 킬(50) 폭을 가지는 표준몰드 1이 만들어진다는 의미이다. 4번부터 9번까지의 베이스플레이트(10) 데이터는 35mm의 스템(30) 길이와 24mm의 킬(50) 폭을 가지는 다른 하나의 군을 형성하고 이 군에서 가장 큰 크기를 갖는 9번 데이터를 기준으로 베이스플레이트(10)의 수평거리(ML)가 74mm가 넘고, 수직거리(AP)가 48mm가 넘는, 35mm 길이의 스템(30)과 24mm의 킬(50) 폭을 가지는 표준몰드 2가, 10번부터 16번까지의 베이스플레이트(10) 데이터는 40mm의 스템(30) 길이와 29.5mm의 킬(50) 폭을 가지는 또 다른 하나의 군을 형성하고 이 군에서 가장 큰 크기를 갖는 16번 데이터를 기준으로 베이스플레이트의 수평거리(ML)가 86mm가 넘고, 수직거리(AP)가 58mm가 넘는, 40mm 길이의 스템(30)과 29.5mm의 킬(50) 폭을 가지는 표준몰드 3이 만들어지게 되는 것이다.

상기 몰드수결정단계(S21)와 몰드사이즈결정단계(S22)를 거치게 되면, 필요한 표준몰드의 수와 표준몰드 각각의 사이즈가 결정이 되는바, 이를 통해 표준몰드의 제작이 이루어지게 된다. 표준몰드 제작에 사용되는 재료 및 제작방법 등에 대해 특별한 제한을 두지 않으며, 공지된 또는 공지될 다양한 기술이 포함되는 개념이라고 볼 수 있다.

상기 환자데이터 획득단계(S3)는 환자 맞춤형 근위 경골부 치환물이 삽입될 환자의 슬관절에 관한 데이터를 획득하는 과정으로, 스캐닝단계(S31), 환자데이터 추출단계(S32)를 포함한다(도 9 참고).

상기 스캐닝단계(S31)는, 인공슬관절 수술 대상 환자의 슬관절을 스캐닝하여 환자의 슬관절 스캐닝 데이터를 획득하는 과정으로 상기 스캐닝 방법으로는 엑스레이(X-Ray), CT 등 다양한 방식이 사용될 수 있고, 이를 어느 특정한 개념으로 한정하는 것이 아닌, 공지된 또는 공지될 다양한 스캔방식이 이용될 수 있다.

상기 환자데이터추출단계(S32)는, 상기 스캐닝단계(S31)를 통해 획득된 환자의 슬관절 스캐닝 데이터를 이용하여 근위 경골부 치환물 제작에 필요한 환자데이터를 추출하는 과정으로, 바람직하게는 상기 경골요소 데이터 테이블 형성단계(S1)를 통해 형성된 경골요소 데이터 테이블 값들과 대응되는 근위 경골부의 수평거리(ML)와 수직거리(AP), 경골의 두께 등이 추출될 수 있다.

상기 경골요소 선정단계(S4)는, 환자 맞춤형 근위 경골부 치환물을 제작하기 위해 표준몰드를 선택하는 단계를 말한다. 도 10은 도 2의 경골요소 선정단계에 관한 도면으로, 도 10을 참고하면, 상기 경골요소 선정단계(S3)는 데이터비교단계(S41), 표준몰드선택단계(S42)를 포함한다.

상기 데이터비교단계(S41)는, 근위 경골부 치환물의 사이즈에 관한 경골요소 데이터 테이블과, 상기 환자데이터추출단계(S32)를 통해 추출된 환자데이터를 비교하는 단계로, 상기 경골요소 데이터 테이블 형성단계(S1)를 통해 만들어진 근위 경골부 치환물의 사이즈에 관한 데이터 테이블 내의 각각의 데이터 값과, 엑스레이(X-Ray), CT 등을 이용해 근위 경골부의 수평거리(ML)와 수직거리(AP), 경골의 두께 등의 측정을 통해 획득되는 환자데이터를 대조하는 과정이다. 이를 통해 환자 데이터와 가장 가까운 데이터 테이블 내의 값을 추출해 낼 수 있다.

상기 표준몰드 선택단계(S42)는, 상기 데이터비교단계(S41) 이후에 환자데이터 값보다 크며 가장 근접한 사이즈를 갖는 표준몰드를 선택하는 단계를 말한다.

도 6을 참고하면, 예를 들어 환자의 근위 경골부의 수평거리(ML)가 74mm, 수직거리(AP)가 49mm로 측정되었다면, 9번 베이스플레이트(10) 및 10번 베이스플레이트(10)가 고려될 수 있는데, 후술하겠지만 환자 맞춤형 경골요소를 제작하는 과정은 환자데이터보다 큰 사이즈를 갖는 표준몰드를 선택해 이를 금형으로 사용하여 표준경골요소를 만들어내고 상기 표준경골요소를 깎아 나가는 방식이 사용될 수 있는바, 이런 경우 10번 베이스플레이트(10)가 선택되는 것이 바람직할 수 있다. 전술한 내용에 따르면 표준몰드는 동일한 스템(30) 길이와 킬(50) 폭을 가지는 베이스플레이트(10) 데이터들을 묶어 하나의 군을 형성하고, 각 군에서 가장 큰 크기를 갖는 베이스플레이트(10)의 사이즈 이상으로 구성되므로, 베이스플레이트(10)의 수직거리(AP)가 48mm이상을 갖는 표준몰드로 49mm의 수직거리(AP)를 갖는 베이스플레이트(10)의 제작이 어려운 경우가 발생할 수 있기 때문이다. 따라서 본 예에서는 표준몰드 3이 선택되게 된다.

다만, 표준몰드 3은 베이스플레이트(10)의 수평거리(ML)가 86mm 이상이고, 수직거리(AP)가 58mm 이상인바, 상기 가정한 예에서 환자 맞춤형 근위 경골부 치환물을 제작하기 위해 표준몰드를 금형으로 사용하여 표준경골요소를 만들어 냈을 때, 환자에게 맞는 경골요소를 제작하기 위해서는 깎아 내야하는 양이 많아지게 되는 문제가 생긴다.

따라서 이러한 문제를 방지하기 위해 경골요소 데이터 테이블 형성단계(S1)에서부터, 사람의 무릎관절 평균크기를 파악하여 평균값에 가까운 영역에서는 이웃하는 데이터가 속하는 군이 다르게 되지 않도록 하는 것이 바람직할 수 있다.

상기 환자 맞춤형 경골요소 제공단계(S4)는, 선정된 표준몰드를 금형으로 하여 표준경골요소를 주조해 내고 이를 가공하여 환자에게 맞는 근위 경골부 치환물을 형성하는 과정을 말한다.

도 6의 예를 들자면, 환자의 근위 경골부의 수평거리(ML)가 73mm, 수직거리(AP)가 47mm라고 한다면, 상기 경골요소 선정단계(S4)를 통해 표준몰드 2가 선택되고, 표준몰드 2를 금형으로 사용하여, 표준경골요소를 만들어 내게 되며, 도 11의 (a)에 도시한 것과 같이, Solid한 베이스플레이트를 CNC 공작기계 등을 이용하여 깎아, 수평거리(ML)가 73mm, 수직거리(AP)가 47mm가 되도록 가공하고, 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이, Solid한 베이스플레이트의 안쪽도 가공하여, 35mm의 스템(30) 길이를 가지고 24mm의 킬(50) 폭을 가지는, 환자 맞춤형 근위 경골부 치환물이 형성되게 된다.

본원발명은 전술한 일련의 과정을 통해 최소한의 표준몰드로 수많은 사이즈의 근위 경골부 치환물을 만들 수 있게 된다. 또한, 상기 내용은 컴퓨터상에서 자동으로 구현될 수도 있는 것으로, 컴퓨터가 경골요소 데이터 테이블을 형성하고, 필요한 표준몰드의 수와 사이즈를 계산하며, 인공슬관절 수술 대상 환자의 슬관절을 스캐닝하여 필요한 환자데이터를 추출하고, 환자데이터와 만들어진 경골요소 데이터 테이블을 서로 비교하면서 적합한 표준몰드를 선택해, 표준몰드를 금형으로 하여 표준경골요소를 만들어 내고, 상기 표준경골요소를 자동 가공하여 환자 맞춤형 경골요소를 생성할 수 있다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한, 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

10: 베이스플레이트 30: 스템 50: 킬
F: 대퇴골 T: 경골
S1: 경골요소 데이터 테이블 형성단계
S2: 표준몰드 제작단계
S3: 환자데이터 획득단계
S4: 경골요소 선정단계
S5: 환자 맞춤형 경골요소 제공단계

Claims

인공슬관절 수술시, 근위 경골부 치환물의 사이즈에 관한 데이터 테이블을 형성하는 경골요소 데이터 테이블 형성단계와, 형성된 데이터 테이블을 커버할 수 있는 표준몰드를 제작하는 표준몰드 제작단계와, 환자 맞춤형 근위 경골부 치환물을 제작하기 위해 표준몰드를 선택하는 경골요소 선정단계와, 선정된 표준몰드를 이용해 환자에게 맞는 근위 경골부 치환물을 형성하는 환자 맞춤형 경골요소 제공단계를 포함하고,
상기 경골요소 데이터 테이블 형성단계는, 베이스플레이트의 크기를 기준으로 데이터를 형성하는 베이스플레이트 데이터 형성단계와, 상기 베이스플레이트 데이터를 군을 형성하도록 분류하고 각각의 군을 대표하는 스템의 길이를 정하는 스템 데이터 형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 경골요소 성형방법.
제1항에 있어서, 상기 경골요소 데이터 테이블 형성단계는, 상기 스템 데이터 형성단계에서 생성된 군분류를 이용하여 각각의 군을 대표하는 킬의 폭을 정하는 킬 데이터 형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 경골요소 성형방법.
제2항에 있어서, 상기 베이스플레이트 데이터 형성단계는, 상기 베이스플레이트의 크기를 평면상 베이스플레이트의 내측단에서 외측단까지의 수평거리와, 전측단에서 후측단까지의 수직거리로 측정하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 경골요소 성형방법.
제3항에 있어서, 상기 스템 데이터 형성단계는, 상기 스템의 길이를 베이스플레이트 하측에서부터 스템 끝단까지의 수직거리로 측정하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 경골요소 성형방법.
제4항에 있어서, 상기 킬 데이터 형성단계는, 스템 데이터 형성단계에서 분류된 군을 그대로 따라 각각의 군을 대표하는 킬의 폭을 정하거나, 스템 데이터 형성단계에서 분류된 군을 따르되 어느 특정 군을 다시 세분화하여 군을 나누고 각각의 군을 대표하는 킬의 폭을 정하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 경골요소 성형방법.
제5항에 있어서, 상기 표준몰드 제작단계는, 경골요소 데이터 테이블 형성단계를 통해 만들어진 데이터 테이블을 이용하여 필요한 표준몰드의 수를 파악하는 몰드수결정단계와, 필요한 표준몰드 각각의 사이즈를 결정하는 몰드사이즈결정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 경골요소 성형방법.
제6항에 있어서, 상기 몰드수결정단계는, 표준몰드의 수가 동일한 스템의 길이와 킬의 폭을 갖는 베이스플레이트 군의 수만큼 형성되는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 경골요소 성형방법.
제7항에 있어서, 상기 몰드사이즈결정단계는, 동일한 스템의 길이와 동일한 킬의 폭을 갖는 베이스플레이트 데이터들 가운데 가장 큰 베이스플레이트의 크기 이상으로 표준몰드의 사이즈를 결정하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 경골요소 성형방법.
제8항에 있어서, 상기 경골요소 선정단계는, 근위 경골부 치환물의 사이즈에 관한 데이터 테이블과 환자데이터를 비교하는 데이터비교단계와, 상기 데이터비교단계 이후에 환자데이터 값보다 크며 가장 근접한 사이즈를 갖는 표준몰드를 선택하는 표준몰드 선택단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 경골요소 성형방법.
제9항에 있어서, 상기 표준몰드 제작단계 이후, 환자 맞춤형 근위 경골부 치환물이 삽입될 환자의 슬관절에 관한 데이터를 획득하는 환자데이터 획득단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 경골요소 성형방법.
제10항에 있어서, 상기 환자데이터 획득단계는, 인공슬관절 수술 대상 환자의 슬관절을 스캐닝하여 환자의 슬관절 스캐닝 데이터를 획득하는 스캐닝단계와, 상기 스캐닝단계를 통해 획득된 환자의 슬관절 스캐닝 데이터를 이용하여 근위 경골부 치환물 제작에 필요한 환자데이터를 추출하는 환자데이터추출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 경골요소 성형방법.