KR101717373B1 - 수술 가이드 제조 장치 및 방법, 그리고 수술 가이드 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 수술 가이드 제조장치는, 상기 장기의 종양을 둘러싸도록 형성된 절개선(Cutting line)을 안내하는 수술 가이드를 제조하는 장치에 관한 것으로서, 외부 영상 장치에서 촬영된 환자의 영상에 기초하여 상기 장기에 대한 3차원 영상을 모델링하는 장기 모델링부; 상기 장기의 3차원 영상에서, 상기 종양의 위치에 대응하도록 상기 절개선과, 상기 수술도구의 절개선 진입각도를 결정하는 절개선 결정부; 및 상기 장기의 3차원 영상을 기반으로, 상기 수술도구를 상기 절개선으로 상기 절개선 진입각도에 대응하여 기울어지게 안내하는 수술 가이드를 제조하는 가이드 제조부를 포함한다. 이러한 본 발명에 따른 수술 가이드에 의하면, 수술도구를 장기의 절개선의 위치로 안내할 뿐만 아니라, 상기 장기 내측부로 진입하는 수술도구의 절개각도와 절개 깊이를 안내함으로써, 상기 장기의 내측부를 절제하는 과정에서 정상 조직의 손상을 최소화할 수 있다. 또한 수술자가 상기 수술 가이드를 장기에 장착한 상태에서, 상기 수술도구를 안내벽에 접촉시켜 슬라이딩시키는 방법으로 절개 시술을 수행할 수 있어서, 보다 안전하고 간편한 시술이 가능하다.

Description

수술 가이드 제조 장치 및 방법, 그리고 수술 가이드{Apparatus for manufacturing surgical guide and method thereof and surgical guide}

본 발명은 수술 가이드 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 의료 수술 중에 연조직의 장기에 장착되어, 수술도구를 상기 장기의 종양을 둘러싸도록 형성된 절개선으로 안내하는 수술 가이드 제조 장치 및 방법, 그리고 수술 가이드에 관한 것이다.

최근 들어, 의학 기술 산업에 '3D 프린팅'으로도 알려진 적층제조 방식이 도입되면서, 환자별 맞춤형 의료 서비스가 가능해지고 있다.

더욱이 환자의 장기, 혈관 또는 종양 등의 생체조직과 동일한 생체모델을 제작하는 것이 가능해지면서, 생체 모델을 이용한 의료 시뮬레이션 뿐만 아니라 상기 생체 모델에 맞추어진 맞춤형 의료보조기의 제작도 또한 가능해졌다.

이러한 3D 프린팅 기술은, 자기공명영상법(MRI)나 컴퓨터단층촬영(CT)와 같은 영상장비를 이용하여 인쇄대상물의 영상을 획득한 뒤, 상기 영상을 기반으로 소프트웨어 상에 3D 모델링(Modeling)하여 설계도를 제작하고, 이를 종이에 인쇄하듯 3차원 공간 안에 적층하여 인쇄하는 방식으로 이루어진다.

위와 같은 맞춤형 의료보조기 중 하나로서, 장기의 암(종양) 제거 수술에 앞서, 장기 상의 수술 부위를 계산하고 수술도구가 상기 수술 부위로 안내될 수 있도록 경로를 가이드하는 수술용 가이드 장치가 제안되고 있다.

이와 같은 수술용 가이드 장치는 연성을 갖는 장기의 움직임을 고정하여 수술도구를 보다 안정적으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 정확한 수술 부위를 안내하여 수술의 정확도를 높일 수 있다.

이에 관련된 수술용 가이드 장치로서 일본등록특허 제2014-217549호가 개시되어 있다. 여기에서는 장기를 나타내는 3차원 화상을 취득하는 화상 취득부와 상기 3차원 화상으로부터 상기 장기를 추출하는 장기 추출부와 상기 장기에 대한 원하는 처치가 실시되는 상기 장기 표면의 처치부를 취득하는 처치부 취득부와 추출된 상기 장기와 취득된 상기 처치부에 기초하여 외표면과 상기 장기의 외표면을 따른 표면 형상을 가지는 내표면과 상기 처치부를 따라 상기 외표면으로부터 상기 내표면을 잇는 안내벽과 상기 장기상의 상기 처치부를 따라 상기 안내벽이 배치된 수술 가이드를 제공하고 있다.

그러나 종래와 같은 수술 가이드는 장기의 외표면에 드러난 처치부를 안내하고 있으나, 장기의 표면에 드러나지 않고 장기의 내측에 종양이 위치하는 경우, 그 위치를 안내할 수 없다는 한계점이 있다.

이러한 한계점은 장기의 내측을 절제하여 도려내는 데 있어서, 상기 수술도구가 처치부 이외의 정상 조직의 부위로 진입되면서 장기의 정상 조직에 손상을 입힐 위험이 있다. 특히, 신장 종양(RCC, Renal cell carcinoma)의 부분절제술의 경우, 과도하게 정상 조직의 손상될 시 장기의 기능 유지에 문제가 발생할 수 있기 때문에 이에 대한 개선이 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 환자의 장기 특성에 맞도록 맞춤형으로 제작되고, 수술도구를 상기 장기 내측부의 절제 영역까지 정확하게 안내할 수 있어서, 보다 정확하고 안전한 절제 수술을 가능하게 하는 수술 가이드 제조 장치 및 방법, 그리고 수술 가이드를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 수술 가이드 제조장치는, 상기 장기의 종양을 둘러싸도록 형성된 절개선(Cutting line)을 안내하는 수술 가이드를 제조하는 장치에 있어서, 외부 영상 장치에서 촬영된 환자의 영상에 기초하여 상기 장기에 대한 3차원 영상을 모델링하는 장기 모델링부; 상기 장기의 3차원 영상에서, 상기 종양의 위치에 대응하도록 상기 절개선과, 상기 수술도구의 절개선 진입각도를 결정하는 절개선 결정부; 및 상기 장기의 3차원 영상을 기반으로, 상기 수술도구를 상기 절개선으로 상기 절개선 진입각도에 대응하여 기울어지게 안내하는 수술 가이드를 제조하는 가이드 제조부를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 수술 가이드 제조 방법은, 의료 수술 중 장기에 장착되어, 수술도구를 상기 장기의 종양을 둘러싸도록 형성된 절개선(Cutting line)으로 안내하는 수술 가이드를 제조하는 방법에 있어서, 외부 영상 장치에서 촬영된 환자의 영상에 기초하여 상기 장기에 대한 3차원 영상을 모델링하는 단계; 상기 장기의 3차원 영상에서, 상기 종양의 위치에 대응하도록 상기 절개선과, 상기 수술도구의 절개선 진입각도를 결정하는 단계; 및 상기 장기의 3차원 영상을 기반으로, 상기 수술도구를 상기 절개선으로 상기 절개선 진입각도에 대응하여 기울어지게 안내하는 수술 가이드를 제조하는 단계를 포함하고, 상기 수술가이드를 제조하는 단계에서, 상기 수술 가이드의 두께는 상기 수술도구의 최대 도달 거리와, 절개길이의 차이 값에 대응하도록 형성된다.

본 발명에 또 다른 측면에 따른 수술 가이드는, 의료 수술 중 장기에 장착되어 수술도구를 상기 장기의 종양을 둘러싸도록 형성된 절개선(Cutting line)으로 안내하는 수술 가이드에 있어서, 상기 절개선이 드러나도록 가이드홀이 형성되며, 상기 가이드홀의 내벽은 경사지게 형성된다. 여기서 상기 수술 가이드를 제조하는 단계는 상기 수술 가이드의 두께가, 상기 수술도구의 최대 도달 거리와 절개길이의 차이 값에 대응하도록 형성할 수 있다.

여기서 상기 수술 가이드는 장기의 일측이 삽입되는 공간을 형성할 수 있다.

또한 상기 장기는 신장일 수 있으며, 상기 수술 가이드는 상기 신장의 일측을 감싸도록 형성되는 캡(Cap)형상인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 수술 가이드에 의하면, 수술도구를 장기의 절개선의 위치로 안내할 뿐만 아니라, 상기 장기 내측부로 진입하는 수술도구의 절개각도와 절개 깊이를 안내함으로써, 상기 장기의 내측부를 절제하는 과정에서 정상 조직의 손상을 최소화할 수 있다.

또한 수술자가 상기 수술 가이드를 장기에 장착한 상태에서, 상기 수술도구를 안내벽에 접촉시켜 슬라이딩시키는 방법으로 절개 시술을 수행하도록 구성되어, 보다 안전하고 간편한 시술이 가능하다.

더불어, 상기 수술 가이드는 환자의 장기 특성에 맞도록 맞춤형으로 제작되며, 장기의 외곽 굴곡에 대응하는 캡(Cap)형상으로 형성되어, 장착이 간편하고 장착 후에도 별도의 고정수단 없이 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수술 가이드 제조장치의 구성을 도시한 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수술 가이드 제조 방법을 설명하기 위한 순서도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수술 가이드를 장기에 장착한 상태를 도시한 사용 상태도,
도 4는 도 3에서 나타낸 수술 가이드의 변형예를 도시하는 사용 상태도,
도 5은 도 3의 정면도,
도 6는 도 5의 AA'선을 따라 취한 단면도,

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수술 가이드 제조장치의 구성을 도시한 블록 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수술 가이드를 장기에 장착한 상태를 도시한 사용 상태도이며, 도 4는 도 3에서 나타낸 수술 가이드의 변형예를 도시하는 사용 상태도이고, 도 5은 도 3의 정면도이며, 도 6는 도 5의 AA'선을 따라 취한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수술 가이드 제조 장치는(100: 이하 '제조 장치'라 함.)의료 수술 중에 연조직의 장기(O)에 장착되어, 수술도구를 상기 장기(0)의 종양(T)을 둘러싸도록 형성된 절개선(L)으로 안내하는 수술 가이드 제조한다. 이를 위해 상기 제조 장치(100)는 장기 모델링부(110), 절개선 결정부(120) 및 가이드 제조부(130)를 포함한다.

상기 장기 모델링부(110)는 외부 영상 장치(50)로부터 촬영된 환자의 영상에 기초하여 상기 장기(0)에 대한 3차원 영상을 모델링(Modelling)한다. 여기서 상기 영상 장치(50)로는 CT 또는 MRI를 예시할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 이때 장기 모델링부(110)는 상기 영상 장치(50)로부터 촬영된 상기 장기(O)에 대한 복수의 단층 영상을 수신하여 3차원 영상으로 변환한다.

상기 절개선 결정부(120)는 상기 장기(O)의 3차원 영상 상에 상기 종기(T)의 위치에 대응하도록 절개선(L)과, 수술도구의 상기 절개선 진입각도를 결정한다.

상기 가이드 제조부(130)는 상기 장기(O)의 3차원을 기반으로, 도 3과 같은 수술 가이드(10)를 제조한다. 이때 상기 수술 가이드(10)는 상기 수술도구를 상기 절개선(L)으로 안내한다. 이때 도 6을 참조하면 상기 수술 가이드(10)는 상기 수술도구를 상기 절개선(L)으로 안내하되, 상기 절개선 진입각도에 대응하여 기울어지도록 안내한다. 또한 상기 가이드 제조부(130)는 상기 수술 가이드의 두께(

)가, 상기 수술도구의 최대 도달 거리(

)와 상기 절개길이(

)의 차이 값에 대응하도록 형성할 수 있다.

이하에서는, 도 2, 도 3 및 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 수술 가이드 제조 방법을 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수술 가이드 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 2 및 도 3을 참조하여 살펴보면, 먼저 상기 장기 모델링부(110)는 상기 영상장치(50)에서 촬영된 환자의 영상에 기초하여 상기 장기(O)에 대한 3차원 영상을 모델링한다(S210). 이때 상기 장기 모델링부(110)는 상기 영상 장치(50)의 상기 장기(O)에 대한 복수의 단층 영상을 수신하여 영상 데이터로 변환한다. 그리고 변환된 영상데이터를 조직 별 객체로 구분한다. 예컨대, 상기 장기 모델링부(110)는 상기 영상데이터를 상기 장기(O)의 실질과 종양(T)으로 구분할 수 있다. 그리고 상기 객체별 구분된 영상데이터를 각각 3차원 영상으로 형상화 한다. 여기서 상기 3차원 영상은 CAD(Computer Aided Design), CAM(Computer Aided Manufacturing) 과 같은 설계 프로그램 상에서 구현될 수 있다. 또한 상기 장기 모델링부(110)는 상기 3차원 영상에 구분된 객체에 따라 다른 색감을 주어 육안으로 구분될 수 있도록 한다.

그리고 상기 절개선 결정부(120)는 상기 장기(O)의 3차원 영상 상에 상기 종기(T)의 위치에 대응하도록 절개선(L)과, 수술도구의 상기 절개선 진입각도를 결정한다(S220). 이때 상기 절개선(L)은 도 5에서 나타낸 바와 같이 상기 장기(O)의 외표면에 드러나는 영역으로서, 상기 종양(T)이 상기 장기(O)의 외부로 드러난 부분을 감싸도록 형성한다. 또한 상기 수술도구의 상기 절개선 진입각도는, 상기 장기(O)의 내측부에 형성된 상기 종양(T)의 위치 정보를 기반으로 상기 장기(O)의 내측부의 절개 각도를 결정하고, 상기 절개 각도에 대응하도록 산정한다. 또한 상기 절개선 결정부(130)는 상기 장기(O)의 내측부에 형성된 상기 종양(T)의 위치 정보를 기반으로, 상기 장기(O)의 내측부의 절개 깊이를 결정할 수 있다.

뒤이어 상기 가이드 제조부(130)는 상기 장기(O)의 3차원 영상과 상기 절개선 결정부(120)에서 결정된 정보를 기반으로, 수술 가이드(10)를 제조한다(S230). 이때 상기 가이드 제조부(130)는 상기 수술 가이드(10)를 상기 장기(O)의 외곽선을 따라 형성하는 것이 바람직하다. 또한 상기 절개선(L)이 드러나도록 가이드홀(10h)을 형성할 수 있다. 또한 상기 가이드 제조부(130)는 상기 가이드홀(10h)이 형성된 내벽을, 상기 수술도구의 상기 절개선 진입각도에 대응하는 경사면으로 형성할 수 있다. 이때 도 6과 같이 상기 가이드 제조부(130)는 상기 수술 가이드의 두께(

)가, 상기 수술도구의 최대 도달 거리(

)와 절개길이(

)의 차이 값에 대응하도록 형성하는 것이 바람직하다.

이하에서는, 도 3 내지 도 6를 참조하여 본 발명에 따른 수술 가이드를 자세히 설명하도록 한다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 수술 가이드(10)는 상기 장기(O)에 장착되어 수술도구를 상기 절개선(L)으로 안내하는 것으로서, 상기 절개선(L)에 대응하는 가이드홀(10h)이 형성된다.

도 5를 참조하면, 상기 가이드홀(10h)은 상기 절개선(L)을 따라 형성되며, 그 내부로 상기 종양(T)이 드러난다. 이때 수술자는 상기 가이드홀(10h)을 통하여 종양의 상태를 육안으로 확인할 수 있다. 이때 도 6과 같이, 상기 가이드홀(10h)의 내벽은 경사지게 형성된다. 이때, 상기 가이드홀(10h)의 내벽은 상기 절개선 결정부(120)에서 결정된 상기 수술도구의 상기 절개선 진입각도와 대응하도록 경사지는 것이 바람직하다. 또한 상기 가이드홀(10h)의 내벽 하단은 상기 절개선(L)과 맞닿는 것이 바람직하다. 이처럼 형성된 수술 가이드(10)는 수술자가 상기 가이드홀(10h)의 내벽에 수술도구를 접촉시킨 상태로 상기 수술도구를 상기 내벽을 따라 슬라이딩 시키는 동작만으로 절개를 수행할 수 있다. 또한 상기 수술 가이드(10)는 상기 장기(O)의 일측이 삽입되는 공간을 형성할 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 수술 가이드(10)는 상기 장기(O)의 일측을 감싸도록 캡(Cap)형상으로 형성될 수 있다. 이때 상기 장기(0)로는 신장(kidney)이 예시될 수 있다. 신장은 길이가 10~14cm, 폭은 5~6cm, 두께는 2.5~3cm 정도의 크기가 작은 장기로, 상하단이 둥글며, 일측부가 볼록하고 타측부가 다소 오목하게 휘어진 형태의 강낭콩 형상을 갖는다. 이와 같은 신장의 형상을 고려하였을 때, 상기와 같은 캡형상의 수술 가이드는 신장에 장착하기에 용이하고 착용 후에도 잘 벗겨지지 않는 장점이 있다. 이와 같은 수술 가이드의 형상은 신장의 또한 상기 수술 가이드(10)의 다른 변형예로는, 도 4와 같이, 상기 가이드홀(10h)이 형된 지지부(12)와, 일단이 상기 지지부(11)의 가장 자리와 각각 연결되고 타단이 서로 선택적으로 부착되는 연결부(12)로 구성될 수 있다. 이처럼 형성되는 수술 가이드(10)는 장착이 간편하며, 장착 후에도 별도의 고정수단 없이 사용 가능하다. 또한 상기 수술 가이드(10)는 그 두께(

)가, 상기 수술도구의 최대 도달 거리(

)와 절개길이(

)의 차이 값에 대응하도록 형성될 수 있다. 예컨대, 수술도구가 사용자의 손이 파지되는 손잡이프레임과, 상기 손잡이프레임의 단부로부터 연장되는 칼날로 형성되는 경우, 상기 칼날의 길이가 20mm이면 상기 장기(0)내로 최대 삽입될 수 있는 길이, 즉 수술도구의 최대 도달 거리(

)를 20mm라고 가정할 수 있다. 이때 일 지점의 절개길이(

)가 12mm이면, 해당 지점을 안내하는 수술 가이드의 두께(

)를 8mm로 형성하여 상기 수술도구가 상기 절개선(L)으로 12mm만 삽입되도록 할 수 있다. 이때 상기 수술가이드(10)의 상단에 상기 수술도구의 손잡이 프레임의 단부가 걸쳐지는 것이 바람직하다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

O : 장기 T : 종양
L : 절개선

: 수술도구 최대 도달 거리

: 절개길이

: 수술 가이드 높이
10 : 수술 가이드 10h : 가이드홀
11 : 지지부 12 : 연결부
50 : 영상 장치 100 : 수술 가이드 제조장치
110 : 장기 모델링부 120 : 절개선 결정부
130 : 가이드 제조부

Claims (7)

1. 의료 수술 중 장기에 장착되어, 상기 장기의 종양을 둘러싸도록 형성된 절개선(Cutting line)으로 수술도구를 안내하는 수술 가이드를 제조하는 수술가이드 제조 장치에 있어서,
   외부 영상 장치에서 촬영된 환자의 영상에 기초하여 상기 장기에 대한 3차원 영상을 모델링하는 장기 모델링부;
   상기 장기의 3차원 영상에서, 상기 종양의 위치에 대응하도록 상기 절개선과, 상기 수술도구의 절개선 진입각도를 결정하는 절개선 결정부; 및
   상기 장기의 3차원 영상을 기반으로, 상기 수술도구를 상기 절개선으로 상기 절개선 진입각도에 대응하여 기울어지게 안내하는 수술 가이드를 제조하는 가이드 제조부를 포함하고,
   상기 가이드 제조부는 수술 가이드 모델의 두께가, 상기 수술도구의 최대 도달 거리와, 예상되는 절개길이의 차이 값에 대응하도록 상기 수술 가이드를 제작하는 수술 가이드 제조 장치.
   
2. 삭제
3. 의료 수술 중 장기에 장착되어, 수술도구를 상기 장기의 종양을 둘러싸도록 형성된 절개선(Cutting line)으로 안내하는 수술 가이드를 제조하는 방법에 있어서,
   외부 영상 장치에서 촬영된 환자의 영상에 기초하여 상기 장기에 대한 3차원 영상을 모델링하는 단계;
   상기 장기의 3차원 영상에서, 상기 종양의 위치에 대응하도록 상기 절개선과, 상기 수술도구의 절개선 진입각도를 결정하는 단계; 및
   상기 장기의 3차원 영상을 기반으로, 상기 수술도구를 상기 절개선으로 상기 절개선 진입각도에 대응하여 기울어지게 안내하는 수술 가이드를 제조하는 단계를 포함하고,
   상기 수술가이드를 제조하는 단계에서, 상기 수술 가이드의 두께는 상기 수술도구의 최대 도달 거리와, 절개길이의 차이 값에 대응하도록 형성되는 수술 가이드 제조 방법.
   
4. 삭제
5. 의료 수술 중 장기에 장착되어, 수술도구를 상기 장기의 종양을 둘러싸도록 형성된 절개선(Cutting line)으로 안내하는 수술 가이드에 있어서,
   상기 절개선이 드러나도록 가이드홀이 형성되며, 상기 가이드홀의 내벽은 경사지게 형성되고,
   상기 수술 가이드는 그 두께가 상기 수술도구의 최대 도달 거리와, 예상되는 절개길이의 차이 값에 대응하도록 제작되는 수술 가이드.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 장기의 일측이 삽입되는 공간을 형성하는 수술 가이드.
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 장기는 신장인 것을 특징으로 하며,
   상기 신장의 일측을 감싸도록 형성되는 캡(Cap)형상의 수술 가이드.

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