KR101726013B1 - 의족 또는 보조기용 교체 가능한 페어링 - Google Patents

의족 또는 보조기용 교체 가능한 페어링 Download PDF

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Abstract

페어링은 의족 또는 보조기의 외관을 변경시키기 위해 의족에 또는 보조기 위에 부착될 수 있다. 의족의 외부 표면은 완전한 팔다리의 거울 이미지일 수 있으며, 보조기의 외부 표면은 손상된 팔다리에 상응하는 외부 표면을 가질 수 있다. 페어링이 의족 또는 보조기 둘레에 단단히 고정되기 때문에, 페어링의 내부 표면은 완전한 팔다리의 거울 이미지 또는 손상된 팔다리의 외부 표면에 상응하는 표면을 갖는다.

Description

의족 또는 보조기용 교체 가능한 페어링{REPLACEABLE FAIRING FOR PROSTHETIC LIMB OR BRACE}
관련 출원에 대한 상호 참조문헌
본 출원은 2010년 9월 14일자로 출원된 미국특허출원번호 제12/881,419호 "Replaceable Fairing For Prosthetic Or Brace," 2009년 11월 9일자로 출원된 미국특허출원번호 제12/615,196호 "Custom Braces, Casts And Devices And Methods For Designing And Fabricating," 및 2009년 11월 9일자로 출원된 PCT 출원번호 PCT/US09/63766 "Custom Braces, Casts And Devices And Methods For Designing And Fabricating"을 우선권으로 주장한다. 미국특허번호 제12/881,419호 및 제12/615,196호 및 PCT 특허출원번호 PCT/US09/63766는 본원에 참고로 포함된다.
의족(prosthesis limb)은 팔 또는 다리와 같은 없어진 손발(missing extremity)을 대체하는 것으로서, 질병 및 사고를 포함하는 다양한 이유로 요구될 수 있다. 인공 팔다리는 또한 팔다리 없이 태어나거나 손상된 채 태어났을 때 요구될 수 있다. 사용되는 의족의 타입은 없어진 팔다리의 절단(amputation) 또는 손실 정도 및 위치에 의해 거의 결정된다. 하퇴 보철물은 사용자의 무릎 아래에 부착되고 아래쪽 다리, 발목 및 발을 포함하는 인공 다리이다. 대퇴 보철물은 무릎 위의 사용자의 절단된 다리에 부착되고 위쪽 다리 및 기계적 무릎을 포함하는 인공 다리이다. 아래팔 보철물은 사용자의 팔꿈치 아래에 부착되고 팔뚝 및 손을 포함하는 인공 팔이다. 위팔 보철물은 사용자의 팔꿈치 위쪽에 부착되는 인공 팔이다.
아프리카의 대부분을 포함하는 개발도상국가에서, 절단의 주된 이유는 산업, 차량 및 전쟁 관련 사고이다. 남아메리카 및 유럽과 같은 선진국에서, 절단의 주된 이유는 암, 감염증 및 순환계를 포함하는 질병이다. 미국에서, 매년 대략 100,000명의 다리가 당뇨병, 혈관 질환, 사고 및 암으로 잃고 있다. 이러한 많은 절단으로 인하여, 실질적으로 의족이 요구되고 있다.
의족 공학은 크게 개선되고 있다. 특히, 인공 무릎 및 발은 증가된 이동성 및 기능성을 제공하는 의족으로 개발되었다. 의족의 공학 및 기계학이 크게 발전하였지만, 장치에 의도되는 인간의 심미학(aesthetics)은 거의 고려되지 않았다. 도 1을 참조하면, 현대 의족(102)은 사용자의 절단된 다리의 단부와 맞물리는 오목한 표면을 갖는 소켓(122)을 갖는 것으로 나타난다. 이러한 소켓(122)은 통상적으로 절단된 팔다리의 단부 상에 압축력에 기여하는 패딩된 플라스틱 구조물이다. 소켓(122)의 바닥은 티타늄 또는 알루미늄으로 제조될 수 있는 튜브형 지지체인 파일론(pylon)(124)에 부착된다. 파일론은 압출 공정을 통해 제작될 수 있다. 파이론(124)의 바닥은 몰딩된 플라스틱 구조물일 수 있는 인공 발(126)에 부착된다. 의족(102)은 또한 폼 커버링(foam covering)(128)을 가질 수 있고 더욱 균일한 형태를 제공하기 위해 소켓(122) 및 파일론(124)에 부착될 수 있다. 다양한 소켓(122), 파일론(124) 및 발(126)은 볼트, 스크류 및 접착제를 포함한 파스너(fastener)를 이용하여 함께 연결될 수 있다.
현재의 보철물이 갖는 문제점은, 이러한 것들이 인간 형태의 근본적인 대칭성을 등한시 한다는 것이다. 대칭성은 개개의 건강의 가시적인 표시이며, 비대칭은 건강 결핍으로서 인식될 수 있다. 여러 의학적 병태, 예를 들어 신경성 틱(nervous tick), 뇌졸중, 나병, 코끼리피부병(elephantitis) 등은 환자에게서 비대칭 외형을 나타낸다. 유사하게, 현존하는 의족의 비대칭 특성은 환자가 '의학적 필요성(medical necessity)'을 갖는다는 것을 전달하고 착용자가 손상되거나 결함이 있다는 메시지를 강화시킨다.
여러 절단 환자에 대하여, 의족의 비대칭 외형은 이들의 육체적 불편함 보다 더욱 귀찮은 것이다. 의족의 비대칭 외형을 숨기는 일은, 의족을 형성시키기 위해 사용되는 소켓(121), 파일론(123) 및 발(125)이 다양한 제조업자로부터의 부분들의 집합이기 때문에 거의 불가능하다. 소켓(121) 및 파일론(123)이 신체의 왼쪽 또는 오른쪽에 대해 상세하게 디자인되지 않기 때문에, 구성요소들은 대칭적 외형을 가질 수 없다.
피부색의 전자기 폼 커버(127)로 외형을 개선시키기 위한 노력은 또한 문제점이 있다. 단면의 직경이 소켓(121), 파일론(123) 및 발(125) 보다 더욱 균일할 수 있지만, 커버(127)는 인간 다리의 정확한 치수를 표시하지 않는다. 시뮬레이션된 인간 피부는 통상적으로 실물과 같지 않고 죽은 조직을 포함할 수 있다.
유사하게, 보조기는 통상적으로 손상된 팔다리를 지지하고 보호하기 위해 설계되지만, 임의의 종류의 대칭적 외형을 제공하지 못한다. 회복 동안 신체의 일부를 지지하고 보호하기 위해 사용되는 다양한 타입의 보조기가 존재한다. 보조기는 관절의 이동을 제한하기 위해 사용되고 손상을 방지하거나 손상 방향으로의 운동을 방지함으로써 관절을 치유하게 하는데 유용하다. 보조기는 신축적일 수 있고 일부 경질 구성요소들을 포함하는 물질로 힌지되는 신장(stretch) 물질로 제조될 수 있다. 신축성 보조기는 흔히 직조 물질, 예를 들어 면직물, 라이크라, 나일론 또는 우수한 통기성 및 착용 편의성(wearing comfort)을 제공하는 다른 블랜드(blend)로 제조된다. 이러한 보조기는 자연스러운 운동의 자유를 제공하는 팔꿈치, 팔목, 다리 및 무릎에 맞는다.
형태에 있어 대칭적이고 또한 사용자가 외관을 변경시키고 개인화시킬 수 있는 개선된 의족 및 보조기가 요구되고 있다.
본 발명은 또한 사용자가 팔다리(limb) 또는 보조기의 외관을 개인화시키고 변경시킬 수 있는 탈착 가능한 페어링을 포함할 수 있는 개선된 의족 및 보조기에 관한 것이다. 의족 및 페어링은 컴퓨터 이용 설계(CAD) 소프트웨어 및 컴퓨터 제어된 제작 공정을 이용하여 보철물 설계자에 의해 생성된다. 의족이 다리(leg)로서 기술되어 있지만, 동일한 공정이 의수(prosthetic arm)를 제작하기 위해 사용될 수 있으며, 이와 같이 의수는 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 의도된다. 의수 이외에, 발, 다리, 팔, 손 및 등 보조기를 포함하는 보조기가 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 의도된다.
보철물 설계자는 먼저 컴퓨터 이용 설계 시스템을 이용하여 가상의 팔다리 및 페어링을 형성시킨다. 의족의 설계는 소켓(socket), 위쪽 다리, 무릎, 아래쪽 다리, 및 발을 포함할 수 있다. 사용자가 완전한 다리를 갖는 경우에, 매칭하는(matching) 외부 표면을 갖는 의족이 설계될 수 있다. 매칭하는 의족을 정확하게 형성시키기 위하여, 먼저 사용자의 완전한 다리의 표면이 측정된다. 완전한 다리의 측정은 광학적 측정 장치를 이용하여 수행하는 것이 바람직하다. 바람직한 구체예에서, 환자에 대한 표면 데이타를 환자의 다수의 사진으로부터 얻어지는 사진측량 공정이 이용된다. 환자의 표면을 정확하게 측정하기 위하여, 기준점이 다양한 다른 방식으로 환자의 피부에 적용될 수 있다. 예를 들어, 사진측량 또는 레이저 스캐닝.
바람직한 구체예에서, 환자에 대한 표면 데이타를 환자의 복수의 사진으로부터 얻어지는 사진측량 공정이 사용된다. 환자의 표면을 정확하게 측정하기 위하여, 기준점은 다양한 다른 방식으로 환자의 피부에 적용될 수 있다. 표면은 각 사진에서 보이는 적어도 12개의 잘 분포된 기준점 및 대상의 전체 표면에 대한 적어도 20개의 기준점을 갖는다. 보다 많은 기준점은 대상의 보다 정확한 측정을 초래할 것이다. 마크는 잉크, 연필, 크레용, 그리스, 흑연, 테이프, 스티커, 또는 환자 상에 직접적으로 또는 환자가 입는 스토키네트(stockinette)와 같은 폼 피팅 커버(form fitting cover) 상에 배치된 다른 마킹에 의해 형성된 도트(dot)일 수 있다. 일 구체예에서, 폼 피팅 커버링의 옷감에는, 환자가 커버링을 입자마자 환자가 기준점의 세트를 가지도록, 도트, 텍스쳐링된 패드(textured pad), 또는 교차 라인의 그리드가 인쇄될 수 있다. 또다른 구체예에서, 환자 상에 광의 패턴을 투영하기 위한 투광기가 사용될 수 있다. 광의 패턴은 스폿 포인트의 어레이, 교차 라인의 그리드(grid), 또는 환자 상의 포인트의 이미지를 검색할 수 있는 임의의 다른 패턴일 수 있다. 환자 상의 광은 마킹이 투영기로 환자 상에 투사되는 백색 또는 다른 색의 광 마커일 수 있도록 제공된다. 다수의 투사기 또는 거울은 환자의 모든 요구되는 표면 상에 광을 투사하기 위해 필수적일 수 있다.
환자의 신체 표면의 표면 윤곽을 얻기 위한 기준점 이외에, 주치의 또는 일반의는 또한 보조기의 다른 특징들의 위치를 지시하기 위해 환자의 신체의 구역을 마킹할 수 있다. 예를 들어, 마킹은 보조기의 단부 에지(들), 패딩 구역, 골 융기부분(boney prominence), 피부의 민감한 구역, 홀, 윈도우(window), 병리 부위(골절 또는 외과적 부위 국소화), 보조기가 환자의 윤곽 및 보조기에서 형성되는 다른 특성들에 대해 정확하게 제조되지 않는 하부 구조(예를 들어, 가시돌기 및 척추 정렬(척추 alignment)) 함몰 구역을 지시할 수 있다. 마킹은 환자 상에 직접적으로 또는 환자가 입는 폼 피팅 커버 상에서 이루어질 수 있다. 기준점과 같이, 추가 마킹은 잉크, 연필, 크레용, 그리스, 흑연, 테이프, 스티커, 또는 다른 마킹일 수 있고 명확한 시각적 대비를 제공해야만 한다. 마킹은 마킹에서 형성되는 특성의 타입을 지시하기 위해 칼라에 의해 또는 다른 방식으로 코딩될 수 있다. 상이한 코딩은 또한 식별된 영역에서 변형의 정도 또는 양, 윈도우 타입 또는 다른 보조기 특성을 지시하기 위하여 사용될 수 있다. 마킹은 추가 정보를 제공하는 3차원 대상(들)일 수 있다. 예를 들어, 로드(rod), 화살표, 또는 다른 대상 마커는 조인트 또는 다른 특성의 회전축을 지시할 수 있다.
환자를 마킹한 후에, 캐스트 또는 보조기가 요구되는 환자의 신체 부분을 하나 이상의 스틸 또는 비디오 카메라 앞에 위치시킨다. 카메라는 환자 신체의 하나 이상의 측면을 향할 수 있고 공지된 거리에 의해 서로 이격될 수 있다. 일부 구체예에서, 한 세트의 카메라는, 원주 둘레의 신체의 스틸 이미지 또는 사진의 완전한 세트가 획득될 수 있도록 환자 둘레에 배열될 수 있다. 바람직한 구체예에서, 카메라는 두 개의 카메라의 그룹으로 배열된다. 두 개의 카메라는 카메라를 서로 이격되게 간격을 둔 받침대 상에 탑재될 수 있다. 두 개의 카메라는 환자 또는 환자의 팔다리 쪽으로 동일한 일반적인 방향으로 겨냥되지만 각도에 의해 오프셋된다. 바람직한 구체예에서, 카메라 렌즈는 제 1 평면에서 서로 평행할 수 있고 제 2 면에서 서로에 대해 각을 이룰 수 있다. 분리 및 각도로 인하여 두 개의 카메라는 환자 신체의 동일한 부분을 포함하지만 약간 상이한 각도로부터 사진을 각각 획득한다. 신체 상의 기준점은 표면 윤곽을 얻기 위해 상기 사진으로부터 삼각 측량된다. 전체 환자 둘레의 사진이 요구되는 경우에, 3 또는 4 그룹의 카메라가 환자 둘레에 배열되고 환자 쪽을 향할 수 있다. 카메라는 모든 카메라를 동시에 작동시키는 단일 스위치에 연결될 수 있다. 카메라는 또한 플래시 메카니즘에 연결될 수 있다. 하나의 카메라에 대한 플래시는 작동되는 하나의 카메라의 셔터에 의해 촉발될 수 있다. 환자에 겨냥되는 다른 카메라는 광의 플래시에 반응하여 이들의 셔터들을 작동시키는 광 센서를 포함할 수 있다. 이에 따라, 제 1 카메라의 작동은 바로 다른 모든 카메라를 작동시킬 것이다. 모든 사진이 제 2의 부분에서 획득되기 때문에, 신체는 카메라 앞에 또는 카메라 사이에 위치될 수 있으며, 대개 긴 시간 동안 환자를 고정시키거나 신체 또는 팔 다리를 계속해서 유지시킬 필요는 없다.
이러한 빠른 이미지 캡쳐 특성은 소아 수상 캐스트 또는 가축 보조기와 같은 소아 또는 가축 의료 장치에 대해 특히 중요하다. 다른 타입의 스캐닝 공정에 대해 유아 또는 동물을 고정적으로 유지시키는 것은 매우 어려울 수 있다. 대부분의 어린이 및 동물에 대하여, 캐스팅 및 브레이싱(bracing)은 상당한 통증 및 이환율과 관련된 외상의 경험을 갖는다. 캐스트 및 보조기의 적용 및 제거 둘 모두는 불편함(discomfort)과 관련이 있다. 여러 적용에 대하여, 어린이 및 동물은 캐스트의 적용을 위해 진정제 투여 또는 마취 중 하나를 필요로 한다. 예를 들어, 가장 흔히 둔부 수상 캐스트는 수술실에서 유도된 수면 중에 환자에게 적용된다.
어린이 구조의 3차원 이미지의 캡쳐는, 어린이가 스캔 기간 동안에 고정되게 유지될 것을 필요로 한다. 그렇지 않으면, 어린이는 진정제 투여를 필요로 할 것이다. 대부분의 소아 적용에 대하여, 사진측량만이 거의 즉각적인 3차원 이미지 캡쳐를 제공할 것이다. 마킹과 사진측량을 조합하여, 어린이는 진정제 투여 또는 마취에 대한 필요로 최소화하고 외상의 경험을 감소시키면서 보조기에 대해 가상의 피팅을 받을 수 있다. 수많은 소아가 상당한 양의 젖살을 가지고 있기 때문에, 유아의 마킹은 하부 구조의 위치를 식별하기 위한 가장 효율적인 수단일 수 있다. 이러한 기술에 대한 통상적인 적용은 소아 수상 캐스트, 파브릭(Pavlik) 보조기, 내반족(clubfoot) 캐스팅, 중족골 내전증(metartus adductus) 캐스팅, 블라운트병(Blounts disease) 캐스팅/브레이싱, 발목 발 정형술, 소아 발목 캐스트, 소아 도보 캐스트, 척추-TLSO 보조기, 할로바디(halo body) 캐스트, 경추 보호대, 사경 브레이싱 및 다른 의료 기구를 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 이미지들로부터 데이타를 획득함으로써, 긴 시간 동안 유아 또는 동물을 계속 유지시킬 필요가 없다.
다른 구체예에서, 단일 3-D 카메라는 단일 카메라를 통해 다수의 오프 축(off axis) 이미지를 동시에 캡쳐할 수 있다. 단일 카메라는 단일 필름 프레임 상에 다수의 이미지를 캡쳐할 수 있다. 다수의 이미지들은 3-D 이미지를 캡쳐하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 환자가 매우 움직이지 않고 유지되는 경우에 상이한 각도에서 다수의 이미지를 캡쳐하기 위해 환자의 다수의 이미지를 환자의 둘레로 이동되는 단일 카메라를 획득하는 것이 가능하다. 단일 카메라는 또한 적합한 각도 및 위치에서 환자의 이미지를 캡쳐할 수 있는 렌즈 시스템에 연결될 수 있다.
정확한 표면 위치를 얻기 위하여, 신체 상의 기준점 각각은 두 개 이상의 사진 또는 이미지에서 가시적이어야 한다. 이미지는 컴퓨터 표면 재구성 프로그램에 의해 분석된다. 프로그램은 신체의 표면 기하학적 구조를 결정하기 위하여 디지털 이미지 연관기법(digital image correlation)으로서 공지된 사진측량을 통해 기준점을 삼각측량한다. 기준점 이외에, 환자 상에 마킹으로서 본 장치의 추가 특성은 또한 이미지에 나타나고 CAD 프로그램 작업자에게 가시적이게 된다. 이러한 특성은 보조기 또는 장치의 에지, 홀, 패드, 윈도우, 힌지, 상이한 재료 및 다른 특성들을 포함할 수 있다. 시스템 작업자 또는 CAD 소프트웨어는 이러한 특성들을 식별하고 이러한 특성들을 보조기 또는 장치 상의 마킹된 위치에 부가할 수 있다. 흔히, 보조기 또는 캐스트가 요구될 때, 환자는 일부 내부 손상으로부터 고통을 당하며 MRI 또는 X-선과 같은 추가 정보가 이용될 수 있다. 일 구체예에서, 사진측량은 접근 가능한 위치 또는 영역 또는 마모에 대해 민감한 뼈의 위치를 식별하기 위해 MRI 또는 X-선 데이타와 조합될 수 있다. MRI 및/또는 X-선 데이타를 통합함으로써, 본 장치는 더욱 정확하게 제조될 수 있다. 다른 양식으로부터의 데이타의 사용은 운동 보조기의 보다 정확한 범위를 제공하기 위하여 모든 면에서 조인트의 회전축을 정확하게 식별하는데 특히 유용하다.
다른 구체예에서, 레이저 측정 장치는 완전한 다리를 스캔하고 외부 표면의 디지털 표시인 전체 다리를 가로지르는 표면 포인트에 대한 측정을 얻기 위하여 사용될 수 있다. 다리를 스캔하기 위해 적합한 레이저 스캐너는 Polhemus, HandiScan 3D 및 Thinglab으로부터 입수 가능하다. 대안적으로, 다리는 다른 수단을 통해 측정될 수 있다. 디지털 스캔 데이타는 이후에 CAD 시스템에 의해 사용될 수 있는 표면(surface)으로 변환될 수 있다. 이러한 스캔 데이타 변환 소프트웨어는 GeoMagic으로부터 입수 가능하다. 완전한 다리 표면의 디지털 표시는 이후에 의족을 위한 외측 표면 데이타로서 사용되는 완전한 팔다리의 거울 이미지를 형성시키기 위해 CAD 소프트웨어에 의해 조작될 수 있다. 보철물 설계자는 의족의 다른 구성요소들에 거울 이미지 표면을 결합시키고 어셈블링된 의족을 나타내기 위하여 CAD 소프트웨어를 사용할 수 있다. 보철 및 페어링 설계를 위한 적합한 CAD 소프트웨어는 Pro/Engineer로부터 입수 가능하다. 배경기술에서 논의된 바와 같이, 심미적 및 감성적인 이유로, 의족이 완전한 다리와 대칭적인 외관을 갖는 것이 중요하다.
소켓 형태는 착용 시에 의족을 편안하게 하기 위하여 절단된 팔다리의 단부에 매우 밀접하게 대응해야 한다. 소켓 설계 데이타는 통상적으로 보철사에 의해 제공된다. 다리 표면 데이타와 같이, 소켓 설계 데이타는 절단된 팔다리의 단부의 광학적 스캐닝을 통해 얻어질 수 있다. 대안적으로, 절단된 팔다리의 단부는 다양한 기계적 측정 장치로 수작업으로 측정될 수 있다. 이러한 측정은 실질적으로 절단된 팔다리의 단부의 반전된 외형인 소켓 표면 외형을 형성시키기 위해 사용된다. 소켓 설계는 또한 절단된 팔다리와 소켓 벽 사이에 배치된 패딩 재료에서의 인자일 수 있다.
거울 이미지의 완전한 팔다리 데이타 및 소켓 데이타 이외에, 의족은 발을 필요로 한다. 일 구체예에서, 발은 다양한 크기 및 모델로 제작된 재고품목이다. 일부 발은 사용자가 보다 효율적으로 걷게 할 수 있는 에너지-저장 부재를 갖는다. 대안적으로, 발은 완전한 발과 매칭되는 크기를 가질 수 있다. 신발의 디지털 표시는 설계 시스템에 접근 가능한 데이타베이스에 저장될 수 있다. 대안적으로, 발 데이타는 상술된 바와 같은 레이저 스캐닝 공정을 통해 사용자의 완전한 발의 거울 이미지 데이타를 형성시킴으로써 얻어질 수 있다.
보철물 설계자는 다리 표면 데이타를 소켓 및 발 데이타와 조합하기 위해 CAD 시스템을 사용하여 컴퓨터 상에 나타나는 완전한 가상의 의족을 형성시킨다. GUI는 의족 구성요소들이 통합된 설계 툴을 이용하여 용이하게 변경되게 할 수 있다. 이러한 GUI는 보철물 설계자가 다양한 방식으로 보철 설계를 변경시키게 할 수 있다. GUI 툴은 다리와 함께 사용되는 발을 변경시키기 위해 사용될 수 있다. GUI 툴은 또한 특정 칼라, 질감 및 표면 특성을 포함하도록 다리를 변경시키기 위해 사용될 수 있다. 이에 따라, 사용자는 완전한 다리에 대해 실질적으로 거울 이미지인 의족을 형성시키거나 외관에 있어 매우 상이한 다리를 형성시킬 수 있다.
일 구체예에서, 의족 또는 보조기는 또한 의족 또는 보조기의 부분을 덮는 탈착 가능한 층인 페어링을 포함할 수 있다. 페어링은 제거되거나 교체될 수 있으며, 이에 따라, 사용자는 의족 또는 보조기의 부분의 외관을 변경시킬 수 있다. 페어링은 요망되는 경우 사용자에 의해 용이하게 변경될 수 있다. CAD 시스템은 또한 보철물 설계자가 다양한 페어링 설계를 갖는 의족 또는 보조기를 둘러보게 할 수 있다. 예를 들어, GUI는 금속, 플라스틱, 섬유, 가죽 등을 포함하는 다양한 재료로부터 제조된 여러 가상의 페어링을 사용자가 볼 수 있게 하는 페어링 재료 조절기를 포함할 수 있다. 보철물 설계자는 또한 페어링에 대한 부착 메카니즘을 선택하기 위해 CAD 시스템을 사용할 수 있다. 부착 메카니즘은 접착제, 파스너, 자석 등을 포함할 수 있다. 페어링은 정상적인 물리적 활동 동안에 부착된 상태를 유지하기 위해 의족 또는 보조기에 견고히 부착되어야 한다. CAD 시스템은, 사용자가 제작 전에 특성 및 페어링의 임의의 요망되는 조합을 설계하고 볼 수 있도록 하기 때문에 특히 유용하다.
물리적 외관 이외에, 의족 또는 보조기는 또한 요망되는 사용을 위해 충분히 강력해야 한다. 의족은 달리기 또는 점핑 동안에 사용자의 중량 및 충격을 지지할 수 있어야 하며, 의수는 일반적인 사용 힘을 견뎌내야 한다. 일 구체예에서, 의족의 강도는 하중-지탱 파일론(pylon)과 같은 내부 구조물에 의해 제공된다. 하중 지탱되지 않는 외부 표면은 하중-지탱 파일론 둘레에 부착될 수 있다. 보다 경량의 구조물을 형성시키기 위하여, 파일론과 외부 표면 사이에 빈 공간이 존재할 수 있다. 다른 구체예에서, 팔다리는 하중-지탱 부재로서 작용하는 외부 표면과 함께 제작된다. 유사하게, 보조기는 손상된 팔다리를 적당히 지지하기 위해 충분한 물리적 강도를 제공해야 한다. 의족 및 보조기를 제작하기 위해 사용되는 재료가 매우 강력하기 때문에, 시스템은 얇은 벽인 외부 표면을 설계할 수 있다. 의족은 가능한 한 예상되는 하중 및 외부 표면 벽을 적당히 지지하는 내부 구조물을 포함할 수 있다.
CAD 시스템은 의족의 하중-지탱 부재를 설계하기 위해 사용될 수 있다. 보철물 설계자는 사용자의 중량 및 활동 수준을 CAD 시스템에 입력할 수 있으며, 이후에 요망되는 강도가 예상되는 하중을 기초로 하여 계산할 수 있다. CAD 시스템은 이후에 하중 요건을 지지할 수 있는 하중-지탱 구조물을 설계할 수 있다. 상기에서 논의된 바와 같이, 하중-지탱 부재는 전체 하중을 지지하는 내부의 긴 구조, 또는 전체 구조물이 하중 지탱하는 통합된 설계일 수 있다. CAD 시스템은 내부 하중-지탱 또는 통합 구성 둘 모두에 대해 요망되는 강도를 갖는 하중-지탱 구조물을 설계하기 위해 사용될 수 있다.
CAD 시스템은 또한 의족 설계에 있어 중요할 수 있는 보철물 설계자에 대한 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 의족의 중량은 요망되는 강도, 필요한 재료의 부피, 및 재료의 밀도에 따라 변경될 것이다. 설계가 완료된 후에, 재료의 부피 및 중량이 결정될 수 있다. 페어링의 중량은 사용자에 의해 선택된 설계 및 재료의 부피를 기초로 하여 유사하게 결정될 수 있다. 상기 시스템은 설계 공정 동안에 다리 또는 보조기 및 페어링을 위한 추정된 중량을 나타낼 수 있다. 보철물 설계자는, 중량이 사용자에 대해 적합한 지를 결정할 수 있다. 중량이 너무 무거운 경우에, 의족 및 베어링의 설계는 보다 경량의 재료를 사용하도록 변경될 수 있다. 이상적으로, 다리는 사용자에 대한 요망되는 강도를 제공하는 한 가능한 한 경량이어야 한다.
일 보조기 구체예에서, 보조기는 손상된 팔다리의 표면 데이타에 상응하는 내부 표면을 갖는 보조기를 형성시키기 위하여 손상된 팔다리를 스캐닝하고 표면 데이타를 이용함으로써 설계될 수 있다. 보조기 설계 공정은 미국특허번호 제7,797,072호에 기술되어 있으며, 이러한 문헌은 참고로 포함된다. 상기 설계가 완료된 후에, CAD 시스템에 의해 생성된 설계 데이타는 의족 또는 보조기 및 페어링을 제작하기 위해 사용될 수 있다. 일 구체예에서, 의족은 사용자의 중량을 지지하는 내부 하중-지탱 부재를 둘러싸는 하나 이상의 비 하중-지탱 구성요소로서 제작될 수 있다. 대안적으로, 다리는 하중-지탱 부재의 일부인 외부 표면을 갖는 통합된 구조물로서 제작될 수 있다. 의족은 추가 기계적 강도를 제공할 수 있는 내부 프레임워크에 연결된 외부 쉘을 가질 수 있다. 설계 데이타는 의족을 제작하기 위해 사용되는 의족의 길이를 따라 외부벽 및 임의의 내부 프레임워크를 규정하는 일련의 단면을 포함할 수 있다. 다른 구체예에서, 의족 또는 보조기는 예상되는 하중을 지지하기 위해 요망되는 하중-지탱 강도를 제공하는 외부 쉘로서 완전한 중공의 모노코크(monocoque) 설계일 수 있다.
바람직한 구체예에서, 의족 및 보조기는 재료의 배스(bath)에서 관련된 에너지 빔을 사용하여 빠른 프로토타이핑 공정을 통해 제작된다. 유사한 제작 공정은 추가 제작, 빠른 제작, 층화된 제작, 3D 프린팅, 레이저 신터링, 전자빔 용융(EBM) 및 융합된 물질 증착(FDM)으로서 공지되어 있다. 이러한 제작 공정은 물질을 가로질러 편향되고 노출된 물질을 경화시키는 에너지 빔을 사용한다.
단면 설계 데이타는 순차적 시리즈의 층들로 다리 또는 보조기 구성요소들 각각을 구성하기 위해 제작 기계에 의해 사용된다. 물질의 각 층이 경화됨에 따라, 다리 또는 보조기 구성요소의 완전한 부분은 배스로 수직으로 이동되며, 다음 단면 층은 형성되고 인접한 형성된 층에 융합된다. 모든 층들이 형성될 때, 의족 또는 보조기는 완성된다. 일 구체예에서, 아래쪽 다리, 위쪽 다리, 소켓, 보조기 및 페어링은 의족을 형성시키기 위해 어셈블리되는 별개의 구성요소로서 제작될 수 있다. 발 및 무릎이 선반(shelf) 구성요소를 벗어날 수 있기 때문에, 이러한 부품들은 제작할 필요가 없을 수 있다.
페어링 제작 방법은 선택된 재료 및 설계에 의존적일 것이다. 페어링이 가죽과 같은 얇은 가요성 재료로 제조되는 경우에, 페어링 설계 데이타는 페어링 재료를 디자인 외형으로 정확하게 절단하기 위하여 컴퓨터 제어된 절단 기계에 의해 사용될 수 있다. 대안적으로, 페어링은 상술된 빠른 프로토타이핑 방법을 이용하여 의족 또는 보조기의 외부 표면의 윤곽을 매칭시킬 수 있는 3차원 페어링을 형성하기 위해 가요성 플라스틱 재료 또는 시트 금속으로부터 제작될 수 있다. 페어링은 의족 또는 보조기 둘레에 배치될 수 있으며, 페어링의 내부 표면은 완전한 팔다리의 외부 표면 또는 손상된 팔다리의 외부 표면의 거울 이미지에 상응할 수 있다.
또한 상이한 페어링 구성요소들을 조합하는 것이 가능하다. 예를 들어, 구부러진 플라스틱 페어링은 가죽과 같은 얇은 가요성 재료로 덮혀질 수 있다. 이에 따라, 페어링은 플라스틱 및 가죽 둘 모두로 제조될 수 있다.
다리 구성요소, 보조기 및 페어링의 추가 가공은 요망되는 외관을 얻기 위해 어셈블리 전에 미리 형성될 수 있다. 표면 처리는 금속 도금, 페인팅, 커버링, 텍스쳐링 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속 피니시가 특정되는 경우에, 구성요소들은 공지된 금속층 증착 공정을 이용하여 금속의 층으로 도금될 수 있다. 추가 표면 공정은 금속층에 적용될 수 있다. 예를 들어, 금속층은 브러싱, 폴리싱, 샌드 블라스팅될 수 있다.
의족 또는 보조기는 모든 구성요소들이 형성되며 표면 피니시가 적용된 직후에 어셈블링될 수 있다. 페어링은 접착제 또는 파스너를 이용하여 다리 또는 보조기에 부착될 수 있다. 대안적으로, 페어링은, 보다 강성이고 다리 또는 보조기의 부분을 페어링이 둘러싸는 경우에 의족 또는 보조기 둘레에 클램핑될 수 있다. 의족 또는 보조기는 또한 페어링을 적소에 천공하기 위해 기능하는 표면 특성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 페어링의 에지에 상응하는 리세스는 의족 또는 보조기의 외부 표면에 형성될 수 있다.
본 발명은 도면과 함께 하기 본 발명의 상세한 설명을 참조로 하여 보다 완전히 이해될 것이다.
도 1은 종래 기술의 의족의 도면이다.
도 2는 등 보조기 제작을 위해 의사에 의해 마킹된 환자를 예시한 것이다.
도 3은 사진촬영되는 마킹된 환자를 예시한 것이다.
도 4는 복수의 카메라에 의해 사진촬영되는 환자의 평면도를 예시한 것이다.
도 5는 환자의 부분의 디지털 표시를 나타내는 컴퓨터를 예시한 것이다.
도 6은 등 보조기를 위한 설계 공정을 나타내는 컴퓨터를 예시한 것이다.
도 7은 디지털 표시로부터 설계된 기본 등 보조기를 예시한 것이다.
도 8은 완전한 다리 및 절단된 팔다리의 단부를 측정하기 위해 사용되는 스캐닝 장치의 도면이다.
도 9는 의족의 하중-지탱 구성요소의 도면이다.
도 10은 의족을 설계하기 위해 사용되는 주형에 의해 둘러싸여진 하중-지탱 구성요소의 도면이다.
도 11은 설계된 외형으로 다듬어진 하중-지탱 구성요소를 둘러싸는 프레임워크의 도면이다.
도 12는 의족의 프레임워크 위에 배치된 페어링의 도면이다.
도 13은 정강이 페어링의 저면도이다.
도 14는 적소에 정강이 페어링 및 노출된 종아리 영역을 갖는 의족의 저면도이다.
도 15는 의족 설계를 나타낸 컴퓨터 스크린을 예시한 것이다.
도 16은 함몰된 영역을 갖는 의족의 도면이다.
도 17 및 도 18은 니켈 피니시 및 부착된 가죽 페어링을 갖는 의족의 도면이다.
도 19는 외부 표면에 부착된 페어링을 갖는 팔 보조기를 예시한 것이다.
본 발명은 인간 팔다리의 표면 윤곽과 매칭하는 외부 표면 및 인간 팔다리의 표면 윤곽과 매칭하는 내부 표면을 갖는 의족이다. 외부 표면은 또한 변형될 수 있으며, 이에 따라 사용자는 의족 또는 보조기의 외관을 변경시킬 수 있다. 교체가능한 페어링은 의족 또는 보조기의 부분을 덮도록 설계될 수 있다. 의족, 또는 보조기 및 페어링은 컴퓨터 상에서 설계되며, 설계 데이타는 컴퓨터 제어된 제작 기계를 이용하여 의족 또는 보조기를 제작하기 위해 사용될 수 있다. 의족 또는 보조기는 바람직하게 컴퓨터 이용 설계(CAD) 프로그램을 이용하여 설계자에 의해 설계된다.
본 발명의 의족 구체예는 인간 정강이뼈(tibia)로서 기능하는 하중-지탱 구성요소를 포함한다. 하중-지탱 구성요소의 상부 단부는 절단된 팔다리의 단부와 맞물려지는 소켓에 부착되며, 하중-지탱 구성요소의 하부 단부는 인공 발에 연결된다. 상기 발은 가요성일 수 있고 하중-지탱 구성요소와 인공 발 사이에 이동하게 할 수 있다. 상기 발은 또한 사용자가 달릴 때 의족의 물리적 성능을 개선시키는 에너지 저장 구성요소를 포함할 수 있다. 소켓, 무릎 및 발의 상대적 위치, 뿐만 아니라 이러한 구성요소들의 이동을 포함할 수 있는 의족에 대한 기계적 데이타는 보철사에 의해 제공될 수 있다. 이러한 기계적 데이타는 의족의 나머지를 설계하기 위해 사용되는 CAD 프로그램에 입력된다. 적합한 CAD 프로그램의 예는 Parametric Technology Corporation에 의한 Pro/Engineer이다. 다른 CAD 소프트웨어는 SolidWorks Corporation (Dassault Systemes, S. A.의 자회사)에 의한 SolidWorks를 포함한다.
바람직한 구체예에서, 의족의 외부 표면은 사용자의 완전한 다리에 매칭되거나 사용자의 완전한 다리의 이미지로부터 비례하는 거울 이미지이다. 가장 넓은 의미에서 사진측량은 대상의 평평한 2차원 이미지를 실제 3-차원 대상 표면으로 전환시킴으로써 사진측량 공정을 반대로 진행시킨다. 두 개 또는 그 초과의 상이한 사진은 3차원 대상을 재구성하기 위해 요구된다. 완전한 사진측량 공정에서, 두 개의 사진은 3차원 대상을 완벽하게 재구성하기 위해 충분한 정보를 제공할 것이다. 불행하게도, 사진촬영 및 측량 공정은 일반적으로 완전치 않으며, 이에 따라 2개의 사진을 기초로 한 3차원 대상의 재구성은 또한 결함을 가질 것이다. 사진측량 대상 측정 공정은 보다 많은 사진촬영을 수행하고 보다 많은 정보를 이용하여 정확성을 개선킴으로써 개선될 수 있다. 사진측량 공정은 다수의 사진으로부터 얻어진 측정으로부터 대상의 표면을 나타내는 3차원 좌표의 세트를 형성시킬 수 있다.
사진측량은 삼각측량의 원리를 이용하며, 이에 의해 공간적으로 교차 라인을 사용하여 포인트의 위치를 모두 세개, XYZ 치수로 계산한다. 일 구체예에서, 다수의 카메라는 다리 또는 신체 부분을 동시에 사진촬영하기 위해 사용된다. 포인트의 세트를 삼각 측량하기 위하여, 또한 카메라 위치 및 세트의 모든 그림에 대한 소위 "방향(orientation)"이라 불러워지는 겨냥하는 각도를 알아야 한다. 후방 교회법(resection)이라 불리워지는 공정은 각 카메라에 대한 카메라 위치 및 겨냥하는 각도 계산을 수행한다. 카메라는 또한 보정되어야 하며, 이에 따라 이들의 오차가 규정되거나 제거될 수 있다.
삼각 측량은 3차원 포인트 측정을 형성시키기 위해 사진측량에 의해 사용되는 원리이다. 공간적으로 수렴하는 라인을 수학적으로 교차시킴으로써, 포인트의 정확한 위치가 결정될 수 있다. 사진측량은 동시에 삼각측량되는 포인트의 갯수에 대해 가상적으로 제한적이지 않는 다수의 포인트를 동시에 측정할 수 있다. 적어도 두 개 또는 그 초과의 상이한 위치로부터 사진을 찍고 각 사진에서 동일한 타겟을 측정함으로써, "시선(line of sight)"은 각 카메라 위치에서 타겟으로 전개된다. 카메라 위치 및 겨냥하는 방향이 알려져 있기 때문에, 라인은 각 타겟화된 포인트의 XYZ 좌표를 형성시키기 위해 수학적으로 교차될 수 있다.
후방 교회법은 카메라 위치 및 카메라의 방향으로서 공지된 바와 같이 겨냥하는 방향을 기초로 하여 사진 데이타로부터 대상의 좌표를 결정하기 위해 사용되는 절차이다. 통상적으로, 이미지에서 보여지고 XYZ 좌표로 공지된 모든 포인트는 이러한 방향을 결정하기 위해 사용된다. 정확한 후방 교회법을 위하여, 각 사진에서 12개 또는 그 초과의 잘 분포된 포인트를 가질 수 있다. 대상 상에서의 포인트의 XYZ 좌표가 공지되어 있는 경우에, 카메라의 방향은 계산될 수 있다. 카메라의 위치 및 겨냥하는 방향 둘 모두가 후방 교회법을 위해 요구되는 것을 인식하는 것이 중요하다. 카메라가 동일한 곳에 위치될 수 있지만 임의의 방향으로 겨냥되기 때문에, 단지 카메라의 위치를 공지하는 것은 충분치 않다. 결론적으로, 3개의 좌표에 의해 규정되고 3개의 각도 좌표에 의해 규정되는 겨냥되는 카메라의 위치는 공지되어야 한다. 이에 따라, 세가지 값은 타겟 포인트의 X, Y 및 Z 좌표를 규정하기 위해 필요하지만, 위치에 대한 XYZ 좌표 및 겨냥하는 방향에 대한 XYZ 각도인 6개의 값은 사진 상의 포인트를 규정하기 위해 요구될 수 있다.
사진촬영된 표면은 또한 각 사진 상에 및 정확한 표면 측정을 위해 나타나는 최소 갯수의 잘 분포된 기준점을 가져야 한다. 기준점은 사진 상에서 명확하게 나타나는 시각적 콘트라스트를 제공하는 대상 상에 배치된 시각적 마크일 수 있다. 각 사진 상에는 적어도 12개의 잘 분포된 기준점이 존재하며, 대상의 전체 표면에 대해 적어도 20개의 포인트가 존재하여야 한다. 상기 기준점은 대상 상에 및 사진 전반에 걸쳐 고르게 분포되어야 한다. 대상의 표면은 다수의 기준점으로 보다 정확하게 측정될 수 있다.
환자의 피부를 마킹으로 마크하는 것이 가능하지만, 바람직한 구체예에서, 환자는 탄성 코튼 튜브, 스토키네트, 리어타드(leotard), 바디 슈트(body suit)와 같은 형태 피팅 재료로 덮혀진다. 다른 구체예에서, 신체는 형태 피팅 재료로 랩핑될 수 있다. 다른 구체예에서, 신체 표면은 신체에 일치하는 가요성 플라스틱 또는 고무 물질과 같은 탈착 가능한 물질로 분무되거나 페인팅될 수 있고, 마킹되고 이미지를 캡쳐한 후에 용이하게 제거될 수 있다. 도 2를 참조로 하여, 환자(101)는 환자의 신체, 팔 및 다리를 덮는 바디 슈트(103)를 입는 것이 예시되어 있다. 이에 따라, 마킹은 환자 보다 형태 피팅 재료에 적용될 수 있다. 마킹은 잉크, 연필, 크레용, 그리스, 흑연, 테이프 또는 마킹 장치에 의해 방출되는 임의의 다른 입자를 포함할 수 있다. 다른 구체예에서, 마킹은 펜 첨단과 환자를 덮는 물질 또는 다른 마킹 사이에 화학적 또는 자기적 반응을 포함할 수 있다. 펜 첨단은 가시적인 화학적 반응 또는 자기 물질 라인을 형성시키기 위해 물질에 대해 이동될 수 있다. 마킹은 또한 접착제 스티커, 광 포인트, 또는 환자 상에 돌출된 광 그리드를 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 컴퓨터 프로그램은 모든 측정된 포인트의 최종 XYZ 좌표를 형성시키기 위해 사진촬영 측정값을 처리한다. 이를 진행하기 위하여, 상기 프로그램은 타겟 포인트를 삼각측량하고 상기 사진을 잘라낸다. 상기 프로그램은 또한 카메라를 보정할 수 있다. 3차원 측정의 통상적인 정확성은 이상적인 작업 조건 하에서 매우 높을 수 있다. 예를 들어, 측정은 50 내지 100 마이크론(0.002" 내지 0.004")으로 정확할 수 있다. 그러나, 사진촬영 측정의 정확성은, 이러한 정확성이 여러 내부-관련 인자들에 의존적이기 때문에 크게 변경될 수 있다. 중요한 정확성 인자는, 카메라의 해상도 및 품질, 측정되는 대상의 크기, 획득된 사진의 갯수, 및 대상에 및 서로에 대해 상대적인 사진의 기하학적 레이아웃을 포함한다.
사진측량 측정은 무차원(dimensionless)일 수 있다. 사진측량 측정을 크기조정하기 위하여, 적어도 하나의 공지된 거리가 필요하다. 공지된 거리는 대상 상에 마킹된 거리일 수 있다. 예를 들어, 일부 타겟화된 포인트에 대한 실제 죄표가 공지되어 있는 경우에, 이러한 포인트들 사이의 거리가 결정될 수 있으며, 이러한 포인트는 측정값을 크기조정하기 위해 사용될 수 있다. 다른 가능성으로는, 포인트 상에 타겟과 함께 고정부를 사용하고 대상과 함께 고정부를 측정하는 것이 있다. 고정부 상의 타겟들 사이의 거리는 알려져 있기 때문에, 대상 상의 기준점들 간에 다른 측정값을 크기조정하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 고정부는 통상적으로 스케일 바(scale bar)라 불리워진다.
일 구체예에서, 본 발명의 방법은 손상된 팔다리에 대한 캐스트 또는 보조기를 제조하기 위해 사용된다. 일련의 사진은 손상된 팔다리에 대해 찍는다. 뼈가 부러진 경우에, 골절은 사진을 찍기 전에 감소될 수 있다. 이후에 상술된 사진측량 가공 방법은 이후에 손상된 팔다리의 표면 좌표를 얻기 위해 사용된다. 팔다리 상에서 공통의 표면 포인트를 규정하기 위하여, 기준점은 팔다리 상에 배치될 수 있다. 기준점은 단순히 임의의 대비되는 칼라 또는 반사 포인트, 패턴, 형태, 대상, 심볼 또는 용이하게 볼 수 있는 다른 광학적 표시제일 수 있다. 바람직한 구체예에서, 기준점이 전체 팔다리 또는 보조기가 구성되는 신체의 부분 둘레에 배치되고 균일하게 분포된다.
기준점 이외에, 환자는 또한 보조기의 에지 또는 다른 특징을 규정하기 위해 마킹될 수 있다. 도 2를 참조로 하여, 전문의는 보조기의 에지의 위치를 규정하기 위해 바디 슈트(103)에 펜(105)으로 마킹할 수 있다. 에지 마킹은 신체 또는 팔다리 둘레를 연장하는 하나 이상의 연속적인 라인(107)일 수 있다. 다른 구체예에서, 에지는 보조기의 에지를 규정하는 일련의 마크에 의해 규정되고 보조기 설계 동안에 연결될 수 있다. 추가 라인(109)은 또한 보조기에서 개구를 형성시키기 위해 환자 상에 마킹될 수 있다. 예를 들어, 환자는 스티치(stitch)로 폐쇄되지만 강성 보조기와 접촉되지 않아야 하는 작업으로부터 손상된 영역을 가질 수 있다. 보조기에 개구를 제공함으로써, 환자의 스티치는 보조기 구조물에 대해 가압되지 않을 것이다. 도 2에서, 의사는, 보조기가 이러한 영역에 대해 절단되도록 설계될 수 있게 환자의 신체의 이러한 부분 둘레에 원을 그린다. 의사는 또한 바디 슈트(103) 상에 메모할 수 있다. 의사는 L6 디스크의 위치를 나타내기 위해 환자 상에 잉크로 "L6"라고 기록한다. 의사는 또한 대퇴골의 대전자에서 잉크로 십자(111)를 마킹하고, 어깨뼈(113)에 점선을 마킹한다. 이러한 해부학적 위치는 보조기의 설계에서 중요하고, 이에 따라 바디 슈트(103) 상에 마킹된다. 라인, 보조기 에지, 홀 및 주석을 규정하기 위해 사용되는 마킹은 검정색 또는 유색 잉크, 연필, 크레용, 그리스, 흑연, 테이프 또는 임의의 다른 가시적인 라인 마킹일 수 있다. 사진측량이 사진을 사용하기 때문에, 디지털 사진은 라인 또는 다른 마킹 모두를 기록할 것이다.
도 3을 참조로 하여, 환자의 사진은 복수의 디지털 카메라(121)로 획득된다. 이의 예에서, 카메라(121)는 받침대(123) 상에 마운팅되고 공지된 거리로 수평으로 분리된다. 카메라(121)는 동일한 수평 위치를 가지며, 렌즈는 동일한 면에 존재할 수 있고 서로를 향하여 안쪽으로 기울어져 있다. 렌즈의 각도는 약 5 내지 45도일 수 있다. 환자(101)와 카메라(121)의 거리는 또한 알려져 있다. 두 개의 카메라(121)는 두 개 이상의 사진이 동일한 위치에서 환자(101)를 나타내도록 동시에 작동될 수 있다. 신체 윤곽 정보를 얻기 위하여, 마킹된 바디 슈트(103)를 입고 있는 환자(101)의 사진은, 신체의 표면이 보조기에 의해 덮혀지도록 전체 원주 둘레로 여러 각도로 얻어진다. 각 사진은 적어도 12개의 기준점을 포함하여야 한다. 사진을 가공하고 사진에서 기준점 및 다른 라인 및 마킹을 삼각측량하기 위하여, 신체 표면에 나타낸 좌표가 얻어질 수 있다.
도 4를 참조하여, 환자(10) 및 바디 슈트(103)을 촬영하기 위해 사용되는 카메라(121) 시스템의 평면도가 예시되어 있다. 일 구체예에서, 받침대(123) 상에 마운팅되고 개방 공간 둘레에 위치된 복수의 카메라(121)를 포함하는 장치는 환자(101)를 사진촬영하기 위해 사용될 수 있다. 카메라(121)는 환자(101) 쪽으로 향하고 두 개의 카메라(121)의 그룹으로 배열된다. 카메라(121)는 카메라를 유지시키는 받침대(123) 상에 마운팅될 수 있으며, 이에 따라 이러한 것들은 일반적으로 동일한 방향으로 향하지만 서로에 대해 약간 각도를 가지게 이루어진다. 카메라(121)에는 수평으로 정렬된 렌즈가 위치될 수 있지만, 이는 수직축에 대해 약간 회전하며, 이에 따라 카메라(121) 렌즈는 평행하지 않다. 이러한 각도는 카메라(121)가 인간 입체시를 갖지만 3-차원 표시가 발생되도록, 표면의 차이를 분석하게 한다.
이러한 예에서, 4개 그룹의 카메라(121)는 두 개의 카메라(121)를 갖는 각 그룹으로 환자(101) 둘레에 마운팅된다. 이에 따라, 각각 상이한 각도로부터의 환자의 8개 사진이 획득된다. 카메라(121)에 의해 함께 얻어진 사진들은 몸통 전체를 커버한다. 카메라(121) 위치는 고려되는 구역에 따라 이동될 수 있다. 예시에서, 카메라(121)는 등 보조기에 대한 데이타를 수집하기 위해 설정될 수 있다. 그러나, 다리 보조기가 제조되는 경우에, 카메라(121)는 다리 둘레의 위치로 낮아질 수 있다.
구동기는 각 카메라(121)에 대해 연결되고 모든 카메라가 팔 다리를 동시에 촬영하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 카메라(121) 쌍은 대상의 이미지를 동시에 캡쳐하기 위하여 모든 사진을 동시에 획득하도록 동시에 작동한다. 셔터 속도가 통상적으로 초의 분수이기 때문에, 환자(101)를 긴 시간 동안 완전히 유지시킬 필요는 없다. 다른 구체예에서, 단일 카메라는 환자의 다수 이미지를 캡쳐하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 구체예에서, 카메라는 동시에 또는 짧은 시간에 다수의 이미지를 캡쳐할 수 있다. 카메라는 각각 상이한 이미지를 캡쳐하는 다수의 렌즈를 가질 수 있다. 대안적으로, 환자는 카메라에 대해 이동할 수 있다. 환자를 회전하거나 환자의 둘레에 카메라를 회전시키고, 다수의 사진을 획득함으로써, 단일 카메라는 표면 지형 및 다른 마커 데이타를 얻기 위해 사용될 수 있는 다수의 이미지를 캡쳐할 수 있다.
상기에서 논의된 바와 같이, 사진은 환자(101)의 외부 표면을 정확하게 기술하는 3차원 데이타를 형성시키기 위해 가공되고 사용된다. 3차원 데이타는 이후에 보조기 또는 캐스트를 디자인하고 제작하기 위해 사용된다. 표면 데이타가 매우 정확하기 때문에, 보조기 또는 캐스트는 모든 검색된 표면 윤곽을 고려하는 맞춤 피트(custom fit)를 가질 것이다. 맞춤 피트 내부 표면 이외에, 에지 또는 보조기 특성은 또한 에지 또는 특성 마킹에 의해 명확하게 규정되고 보조기 또는 캐스트의 설계를 보조하기 위해 사용될 수 있다.
일부 경우에서, 환자의 육체적 상태는, 사진측량 이미지가 정확한 보조기를 얻지 못하게 할 수 있다. 예를 들어, 환자가 팔다리가 손상된 경우에, 손상 영역은 부어오를 수 있다. 이에 따라, 임의의 팔다리 사진은 붓지않은 팔다리 보다 매우 큰 스캔 데이타를 형성할 것이다. 일 구체예에서, 환자가 손상된 팔다리와 유사한 완전한 팔다리를 갖는 경우에, 완전한 팔다리는 사진촬영될 수 있으며, 완전한 팔다리로부터 얻어진 표면 데이타는 손상된 팔다리용 보조기에 대해 요구되는 데이타를 형성시키기 위해 거울 방식으로 반전될 수 있다. 보조기는, 붓기가 가라앉을 때, 보조기가 환자에 대해 준비되도록 설계되고 제작될 수 있다.
사진측량은 또한, 신체 또는 보조기의 특별한 부분을 지시하기 위해 사용될 수 있는 의사에 의해 환자 상에 배치된 마킹을 검색하기 위해 사용될 수 있기 때문에, 광학적 및 레이저 스캐닝을 포함한 다른 타입의 표면 스캐닝 방법에 비해 여러 이점을 갖는다. 에를 들어, 의사는 후에 맞춤형 장치 공정에서 언급하게 될 환자 상에 잉크 또는 다른 마킹으로 임의 갯수의 메모를 디마킹(demark)하기 위해 환자 상에 그릴 수 있다. 이러한 마킹은 맞춤형 보철물/지지대의 경계, 골 융기 영역, 지방 조직의 접힘, 특정 기준 척추뼈, 피해야 하는 신체상의 민감한 영역(발진, 모반, 사마귀 등), 향상된 통풍을 필요로 하는 영역, 지장을 주지 않는 운동을 허용하기 위한 관절 둘레의 여유 영역, 셋업 노트, 후에 보조기 내에 추가 압력을 부가하는 '끼움쇠(shim)'에 대한 기준 경계 및 다양한 다른 정보를 지시할 수 있다. 신체 마킹은 유색 포인트, 라인 또는 기호, 텍스쳐링된 마커, 반사 또는 환자 상에 상이한 타입의 기준점을 식별하기 위해 사용되는 다른 코드일 수 있다. 예를 들어, 환자는 보조기 또는 캐스트의 요망되는 경계를 지시하기 위해 제 1 색으로 마킹될 수 있다. 환자는 또한 골 융기부분 또는 민감한 영역을 지시하기 위해 제 2 색 또는 질감의 마커로 마킹될 수 있다. 골 융기부분 또는 하부 뼈 해부학 구조가 피부 파괴하기에 용이한 영역이기 때문에, 보조기는 이러한 영역에 대한 마모 또는 손상을 방지하기 위해 이러한 영역에 대한 특별한 특징을 가질 수 있다. 예를 들어, 설계 공정 동안에, 작업자는 뼈 해부학적 구조로서 마킹된 환자의 신체의 영역에 비해 보조기를 감소시킬 수 있다. 일 예는 어깨뼈의 영역 위에 보조기를 배치하는 것이다. 어깨뼈 및 이의 경계는 수작업으로 촉진될 수 있지만 표면 형태학을 기초로 하여 결정하기에는 어렵다. 보조기는 어깨뼈가 적절하게 기능하게 하도록 수용하여야 한다. 이러한 기술에서, 어깨뼈의 에지 또는 바디의 위치는 환자 상에 마킹되며, 보조기의 바디는 맞춤형 패딩 또는 보조기 윤곽에서 선형함을 갖는 골 에지를 수용할 것이다.
보조기는 환자를 편안하게 할 수 있는 패드를 요구할 것이다. 패드의 위치는 상술된 바와 같이 환자 상에 마킹될 수 있다. 예를 들어, 패드 위치 및 형태는 패드의 형태의 코딩된 마킹으로 지시될 수 있다. CAD 시스템은 패드 마킹을 검색할 것이고 지명된 형태와 매칭되는 패드를 제작할 수 있다. 제작 공정 동안에, 패드는 두께 및 견고함의 범위에서 연질의 신축성 물질로부터 제작될 수 있다. 예를 들어, CAD 데이타는 시트형의 패드 물질로부터 패드를 절단하기 위해 사용될 수 있다. CAD 시스템은 또한 패드를 수용하기 위해 보조기를 설계할 수 있다. 예를 들어, 보조기에는 코딩되고 마킹된 영역 또는 다른 부착 메카니즘에서 형성된 리세스가 설계되고 제작될 수 있다. 환자 표면 데이타가 보조기 및 패드 둘 모두를 형성시키기 위해 사용되기 때문에, 이러한 것들은 매우 정확하게 함께 끼워질 것이다. 패드 위치 상의 보조기에 통풍 홀이 설계되는 경우에, 패드에는 또한 보조기에서의 통풍 홀과 정렬되는 통풍 홀이 설계될 수 있다.
보조기가 환자에게 끼워졌을 때, 의사는 복수의 패드를 가질 것이고, 환자에 의해 최상의 패드 두께를 선택할 수 있을 것이다. 보조기가 강력하고 내구성 있는 재료로 제조될 수 있기 때문에, 패드는 보조기의 사용과 함께 착용될 수 있고 주기적으로 교체될 필요가 있을 수 있다. 의사는 보조기 데이타로부터 제작된 추가 패드를 가질 수 있다. 추가 패드는 또한, 패드가 보조기에 일치하는 외부 표면 및 장골능(iliac crest)과 같은 골 융기 부분과 같은 복잡한 표면 기하학적 구조를 갖는 영역에서 환자의 해부학에 일치하는 내부 표면을 갖도록, 추가 제작 공정을 이용하여 제조될 수 있다.
다른 구체예에서, 코딩된 마킹은 패턴, 기호, 텍스쳐링된 패드, 바 코드, 3-D 대상 또는 환자 상에 배치되거나 마킹된 다른 표시일 수 있다. 코팅된 마킹은 검정색 또는 유색의 잉크, 연필, 크레용, 그리스, 흑연, 테이프 또는 임의의 다른 가시적 라인 마킹일 수 있다. 이러한 카메라가 데이타 입력을 위한 사진 이미지를 사용하기 때문에, 환자 상의 코딩된 마킹 또는 지형(topography)은 보조기/캐스트 설계 소프트웨어에 의해 식별될 수 있다. 본 발명의 방법은 상이한 칼라 코딩 뿐만 아니라 상이한 패드 질감을 구별할 수 있다. 질감은 그루브, 에칭된 패턴, 볼록 또는 오목한 표면 등을 포함할 수 있다. 각 질감은 마커 위치에서 보조기의 상이한 특성을 나타낼 수 있다. 검색 시스템 소프트웨어는 코딩된 칼라 또는 질감을 자동적으로 검색하고 식별할 수 있다. 소프트웨어는 이후에 환자 상에 위치된 코딩된 칼라 또는 질감과 관련된 보조기의 요구되는 특성을 자동적으로 설계할 수 있다. 추가 마킹은 환자의 디지털 표시로 변환되고 보조기 또는 캐스트를 설계하는데 도움을 주기 위해 사용될 것이다.
보조기를 설계하기 위해 스캐닝된 신체 데이타를 이용하는 공정은 도 5 내지 도 9에 예시되어 있다. 도 5는 CAD 스크린(221) 상의 인간 몸통(201)의 스캐닝된 이미지를 예시한 것이다. 몸통(201)의 윤곽은 정확하게 측정되며 환자 상에 배치된 추가 마킹은 또한 스캔 데이타 상에 나타난다. 이러한 예에서, 의사는, 보조기가 다리의 운동을 위한 이러한 영역에서의 최대 공간을 갖게 설계되도록 대퇴골의 환자의 대전자의 십자선(211)을 그린다. 라인 마킹(208)은 보조기의 요망되는 경계를 지시하며 라인(212)은 보조기의 측면에서 홀을 지시한다. 검정색 또는 유색 잉크, 연필, 크레용, 그리스, 흑연, 테이프 또는 임의의 다른 가시적 마킹으로 쓰여진 표기 "L6"은 또한 사진측량 스캔 데이타로부터 가시적이거나 검출될 수 있다.
도 6을 참조로 하여, 보조기의 에지를 표시하는 라인(208)은 하이라이트 표시된다. 보조기에서 형성되는 홀을 표시하는 라인(212)은 보조기 설계자에 의해 하이라이트 표시된다. 이러한 구체예에서, 마우스 제어 커서(215)는 라인을 하이라이트 표시하기 위해 사용된다. 다른 구체예에서, 설계자는 전체 라인을 하이라이트 표시하기 위해 라인 상에서 클릭을 선택할 수 있다. 이러한 예에서, 진한 라인은 보조기로부터 제거될 라인의 부분을 나타낸다. 그러나, 임의의 다른 시각적 마킹은 제거될 라인의 부분을 식별하기 위해 사용될 수 있다.
몇몇 상황에서, 보조기 또는 장치는 환자의 스캐닝된 표면 데이타를 완벽하게 매칭시키지 못할 수 있다. 예를 들어, 설계자는 또한 대퇴골 뼈의 대전자의 위치를 표시하는 마킹된 십자선(211)을 확인할 수 있다. 마킹은 사진측량 동안 캡쳐된 이미지 상에 지시될 것이며, 십자선은 대전자의 위치를 지시하는 명시된 기호일 수 있다. 소프트웨어는 이후에 보조기의 이러한 부분을 확장시킴으로써 대전자에 대해 보조기의 설계를 조정할 수 있다.
다른 예에서, 환자는 척추 측만증을 지닐 수 있고, 환자의 일반적인 자세를 변경하는 보정 등 보조기를 요구할 수 있다. 보조기는 곡률 기형을 감소시키기 위해 등의 곡률을 보정하기 위해 사용될 수 있다. 등의 사진은 상술된 바와 같이 표면 데이타를 얻기 위해 획득될 수 있다. 그러나, 실제 척추 위치는 표면이 표면 특성으로서 등뼈를 나타내지 않는 경우 검출되지 않을 수 있다. 등의 가시돌기를 명확하게 지시하기 위하여, 의사는 각 위치를 표시하는 것이 필요할 수 있다. 마킹은 특정 뼈를 식별하거나 손상된 뼈를 지시하기 위해 코딩될 수 있다. 마크는 검정색 또는 유색 잉크, 연필, 크레용, 그리스, 흑연, 테이프 또는 임의의 다른 보이는 라인 마킹일 수 있다. 마킹은 뼈를 둘러쌓을 수 있거나, 십자선일 수 있거나, 뼈의 위치를 명확하게 식별하는 임의의 다른 마크일 수 있다. 사진측량 이미지가 처리될 때, 가시돌기의 위치는 명확하게 지시될 것이다. 등 표면 및 가스돌기 위치는 이후에 등 보조기를 설계하기 위해 사용될 수 있다.
검색된 척추 위치를 사용하는 등 보조기를 설계하는 것 보다는, 등 데이타는 환자의 등을 똑바르게 하는 보조기를 형성시키기 위해 변경될 수 있다. 설계자는 척추의 전체 길이 및 곡률 및 보조기의 요망되는 곡률 변화에 대한 측정값을 얻을 수 있다. 보조기와 정상 등 위치 간의 차이는 환자의 의사에 의해 명시될 수 있다. 설계자는 이후에 보조기에 의해 규정된 요망되는 내부 부피를 유지하면서 똑바르게 된 등 보조기를 설계하기 위해 기록된 등 곡률을 조정할 수 있다. 일 구체예에서, 설계 프로그램은 보조기의 한 부분의 조정이 보조기의 다른 부분에 대해 수반될 수 있게 하는 보조기 설계를 조정하기 위한 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 등 데이타가 사진쵤영된 척추 곡률을 나타내는 경우에, 설계자는 곡률을 감소시키기 위하여 정점(apex)을 조정할 수 있다. 정점 부분만을 조정하기 보다는, 프로그램은, 보정 보조기가 환자에게 적절하게 맞게 하기 위해 보조기의 주변 부분을 유사하게 조정하게 한다. 예를 들어, 보조기는 각각 상이한 가시돌기에 상응할 수 있는 여러 상이한 얇은 수평 섹션으로 분할될 수 있다. 한 섹션이 이동될 때, 다른 섹션들은, 척추 측만 곡률이 감소되도록 보다 적은 정도로 이동할 것이다. 알고리즘은 CAD 설계 상에서 보조기의 다른 섹션의 이동을 크기조정하기 위해 사용될 수 있다. 한 섹션이 이동될 때 보조기의 상이한 섹션을 자동적으로 조정함으로써, 보조기 설계는 단순화되고 정확하게 된다.
다른 구체예에서, 설계된 보조기 또는 캐스트는 환자에게 획득된 사진측량 측정값으로부터 다양할 수 있다. 예를 들어, 환자는 정신적 외상 또는 감염증으로 인해 부어오를 수 있다. 보조기 설계 시스템은 붓기(swelling)를 고려하고 설계자가 붓기가 감소된 후에 환자에게 적합한 보다 작은 보조기를 형성하게 할 수 있게 한다. 일 구체예에서, 시스템은 완전한 팔다리의 사진을 이용할 수 있고 부어오른 팔다리에 대한 보조기용 가이드로서 거울 이미지 표면 데이타를 이용할 수 있다. 완전한 팔다리는 손상된 팔다리와 완전하게 매칭되지 않을 수 있지만, 여러 경우에서 적합한 보조기 또는 캐스트를 형성시키기 위해 충분히 정확하다.
도 7에서, 몸통이 홀 라인(212) 내부의 영역 및 분리되는 에지(208) 외부의 몸통 영역으로 예시된다. 도시되지 않았으나, CAD 소프트웨어를 작업하는 설계자는 보조기(210)의 임의의 관찰을 제시하기 위해 예시된 몸통을 회전시킬 수 있다. 기본적인 보조기 디자인을 생성시키기 위해 내부 몸통 표면에 물질 두께가 추가될 수 있다. 마킹은 사진측량 시스템에 의해 정확히 검출되므로, 마킹된 에지 및 홀 위치 모두는 디지털 표시로 전송되고, 요구되는 보조기 경계 및 특징이 환자를 재검하거나 재측정하지 않고 정확히 확인된다. 상기 과정은 보조기(210)의 기본적인 디자인을 완성한다.
유사한 사진측량 방법이 의족의 외부 표면 형태를 생성시키기 위해 이용될 수 있다. 다른 구체예에서, 완전한 다리의 표면 데이타는 사진측량 방법 및 CAD 프로그램으로의 입력을 통해 수득될 수 있다. 도 8을 참조하면, 완전한 다리(205)는 완전한 3차원 디지털 이미지를 수득하기 위해 다양한 면으로부터 디지털 카메라(207)에 의해 사진이 찍힌다. 디지털 카메라(207)는 다리의 표면 상의 다수의 지점에 대한 기하학적 측정의 데이타 세트를 발생시킨다. 3차원 디지털 이미지의 정확도 및 세부는 다리(205)의 사진을 더 찍음으로써 개선된다. 완전한 다리(205)에 대한 데이타를 수득하는 것 외에, 본원에 기재되는 사진측량 방법은 또한 절단된 팔다리(209)의 단부에 대한 표면 측정을 수득하기 위해 이용될 수 있다. 디지털 카메라(207)는 또한 완전한 다리(205)의 정확한 색(들)이 결정되고, 의족을 생성시키는데 사용될 수 있도록 하는 색 정보를 수집하는데 이용될 수 있다. 사진측량은 완전한 다리의 표면을 결정하는데 바람직한 방법이나, 다른 구체예에서, 임의의 다른 광학, 전자기, 레이저 스캐닝 또는 기계적 방법이 상기 정보를 수득하는데 이용될 수 있다. 일부 스캐닝 시스템은 밀리미터 미만의 해상도로 표면 윤곽을 검출할 수 있으나, 본원에 기재되는 스캔은 완전한 다리의 외형의 재현을 위한 상기 수준의 정확도를 필요로 하지 않는다.
스캔 데이터는 CAD 프로그램에 의해 판독될 수 있는 이용가능한 표면 파일로 전환된다. 더욱 상세히, 완전한 다리(205)의 스캔으로부터의 표면 데이타는 재건 방법을 통해 완전한 다리(205)의 형태를 외삽(extrapolate)할 수 있다. 재건 방법은 다각형 모델을 형성하는 많은 작은 다각형 형태로부터의 연속 표면을 작제하는 스캐닝된 다리 데이타로부터의 선을 이용하여 포인트 클라우드(point cloud)로 공지된 인접한 지점을 연결하는 알고리즘을 이용한다. 재건 방법에 의해 생성된 데이타는 완전한 다리(205)의 표면과 밀접하게 일치하는 연속적인 3차원 디지털 표시이다. 동일한 재건 방법이 절단된 팔다리(209)의 단부에 대한 표면 데이타를 수득하는데 이용될 수 있다. 스캐너 데이타 재건 방법을 수행하는데 사용되는 소프트웨어의 예는 Parametric Technology Corporation사에 의한 Pro/Engineer에 대한 플러그 인 모듈(plug in module)인 GeoMagic and Pro Scan Tools에 의한 Geomagic Studio이다.
완전한 다리에 대한 재건 표면 파일은 CAD 프로그램에 입력된다. 보철물 설계자는 거울상 디지털 표시를 생성시키기 위해 완전한 다리 데이타를 전환시키고 조작하기 위해 CAD 프로그램을 이용할 수 있다. 이러한 거울상 데이터는 이후 의족의 외부 표면의 설계에 사용될 수 있다. 의족 또는 보조기의 외부 구조 또는 페어링이 종종 자연적인 팔다리에 비해 보통보다 작게 보이는 것으로 밝혀졌다. 이는 생물학적 시차일 수 있다. 이러한 보통보다 작게 보이는 외형을 상쇄시키기 위해, 외부 표면 또는 페어링의 폭이 비례적으로 늘려질 수 있다. 이러한 크기조정은 약 1-15%일 수 있다. 따라서, 완전한 팔다리의 거울상이 스캐닝될 수 있고, 보조기, 페어링 또는 의족의 외부 표면에 대한 표면 데이타가 수득될 수 있다. 상기 외부 표면에 대한 폭 또는 반지름 단면 치수는 거울상 데이터에 비해 1-15% 증가될 수 있다. 길이 치수는 완전한 팔다리와 일치하여, 길이가 서로 실질적으로 일치할 수 있다. 따라서, 외부 표면은 완전한 팔다리의 폭 크기조정된 이미지일 수 있다.
절단된 팔다리(209)의 단부의 표면을 표시하는 데이터는 또한 의족 소켓의 내부 표면을 표시하는 디지털 데이타를 생성시키기 위해 조작되고 전환될 수 있다. 일부 공간에 대해 상기 소켓과 절단된 팔다리(209)의 단부 사이의 패딩을 가능케 하기 위해 상기 표면을 확장시키는 것이 필요할 수 있다.
의족의 외부 표면을 형성시키기 위해 다리 및 소켓 데이터가 사용되나, 충분히 기능적인 설계를 위해 기계적 구성요소가 또한 필요하다. 도 9를 참조로 하여, 사용자는 절단된 팔다리(209)의 단부와 관련하여 인공 무릎(331) 및 발(335)의 정확한 상대 배치를 결정하기 위해 보철사를 참고할 수 있다. 보철사는 완전한 다리(205)의 측정을 이용할 수 있고, 이러한 정보를 의족 내의 소켓, 인공 무릎(331) 및 발(335)의 상대 위치를 결정하기 위한 시작점으로 이용할 수 있다.
무릎(331)은 인간 무릎의 운동을 모방하는 다수의 연결 어셈블리를 포함하는 재고품목일 수 있다. 다양한 크기의 환자 및 다양한 유형의 예기 사용에 다양한 무릎이 필요할 수 있다. 이러한 무릎의 치수 및 운동은 컴퓨터 데이타 저장소에 저장될 수 있다. 보철사는 환자에 대해 가장 적절한 무릎을 선택할 수 있고, 선택된 무릎(331)의 디지털 표시는 의족을 정확히 설계하기 위해 이용될 수 있다.
의족에 사용되는 인공 발(335)이 또한 재고품목일 수 있다. 인공 무릎과 마찬가지로, 다양한 상이한 유형의 발의 디지털 표시가 이용가능할 수 있다. 보철사에 의해 환자에 대해 적절한 발이 또한 선택될 수 있고, 디지털 표시가 의족의 설계에 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 발(335)은 압축력이 뒤꿈치(341) 및 발가락(343)에 적용되는 경우에 에너지 저장 및 완충을 제공하기 위해 가요성 물질로 제조된다. 이러한 유형의 발은 정기적으로 달리는 것을 좋아하는 매우 활동적인 사람에게 특히 유용할 수 있다. 대안적으로, 발 또는 발(335) 상에 배치되는 페어링은 상기 기재된 바와 같이 완전한 발을 레이저 스캐닝하여 생성되는 사용자의 완전한 발의 거울상 표시를 기초로 할 수 있다.
절단된 팔다리(209)의 단부에 비한 인공 무릎(331) 및 발(335)의 배치는 보철사에 의해 특정되며, CAD 프로그램에 입력된다. 이러한 구성요소는 컴퓨터에서 의족 내에서 제시될 수 있다. CAD 프로그램은 구성요소를 확대하거나, 회전시키거나, 추가하거나, 제거하는 것을 조작할 수 있고, 의족의 운동을 나타낼 수 있다. 모든 내부 기계 설계 정보는 이후의 변형 또는 보철사 제작을 위해 컴퓨터 판독가능한 포맷으로 저장될 수 있다.
내부 기계 구성요소 데이타 및 거울상 표면 데이타는 CAD 프로그램을 이용하여 보철물 설계자에 의해 생성되는 가상의 의족 내에서 함께 결합될 수 있다. 표면 데이타 및 내부 기계 구성요소의 결합은 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 일 구체예에서, 외부 표면은 얇은 물질로 제조되는 비 로드-베어링 구조 페어링이고, 이는 완전한 다리의 거울상 형태를 갖는다. 페어링은 내부 기계 구성요소에 부착되는 내부 프레임워크를 형성하는 경선 부재 및 일련의 단면 주형에 커플링된다. 외부 표면은 로드-베어링이 아니어서, 내부 구성요소 및 외부 페어링은 별개의 구조이다. 또 다른 구체예에서, 외부 표면 및 기계적 구성요소는 로드 베어링 강도일부를 제공하는 외부 표면을 갖는 통합된 구조가 되도록 설계된다.
도 10을 참조로 하여, 의족의 비 로드-베어링 외부 표면 구체예가 예시된다. 주형(451)은 다리의 길이에 따라 평행한 형태로 내부 구성요소 주위에 배치된다. 각각의 주형(451)은 외부 표면 너머로 연장되며, 각각은 페어링(453)의 상응하는 내부 표면에 대해 다듬어진다. 페어링(453)은 의족(또는 보조기)의 주위에 배치되고, 주형(451)의 각각과 교차한다. 페어링(453) 및 주형(451)은 가상의 공간으로 예시되므로, 이들은 설계 단계 동안 서로를 통해 통과할 수 있다. 페어링(453)은 실질적으로 보조기 및 의족 구체예 둘 모두와 유사할 수 있다.
도 11을 참조로 하여, 의족(889)의 페어링(453)의 외부 표면은 페어링(453)이 무릎(331) 아래에서 분리되는 것으로 제시된다. 주형(451)은 페어링(453)의 내부 표면 너머로 연장되는 주형(451)의 부분을 제거하기 위해 절단된다. 추가의 경선 부재(461)가 주형(451)에 부착되고, 의족(889)의 길이를 따라 연장된다. 경선 부재(461)의 외부 에지가 또한 페어링의 내부 표면에 상응할 수 있다. 주형(451) 및 경선 부재(461)는 페어링(453)의 형태를 유지시키는 것을 돕는 내부 프레임워크(463)를 제공한다. 보철물 설계자는 프레임워크(463)의 강도를 조절하기 위해 주형(451) 및 경선 부재(461)를 변경시킬 수 있다. 제공된 강도의 더욱 많은 주형(451) 및 경선 부재(461)는 더 강한 프레임워크(463) 및 의족을 발생시킬 것이다.
보조기 구체예에서, 보조기는 또한 주형(451) 및 주형(451)에 부착된 경선 부재(461)를 가질 수 있다. 보조기의 내부 표면은 손상된 팔다리의 외부 형태에 적합화될 수 있다.
보철물 설계자는 또한 운동하는 의족의 영역에서 가요성이 되도록 페어링(453)을 설계할 수 있다. 도 12를 참조로 하여, 정강이 페어링(453)이 의족(889)의 프레임(463) 및 발(335) 상에 배치된다. 비 로드-베어링 페어링(453)은 높은 강도의 가요성 폴리아미드, 예를 들어, 나일론 6 또는 12로 제조될 수 있다. 이러한 구체예에서, 페어링(453)은 의족의 정강이 및 종아리를 둘러싼다. 페어링(453)은 또한 발(335) 및 무릎(331)의 임의의 예상되는 운동으로 휘어진다. 예시된 바와 같이, 페어링(453)은 무릎(331)의 앞면만 덮는 협소한 섹션을 갖도록 설계될 수 있다. 이러한 무릎(331)에서의 보다 얇은 페어링 폭은 페어링(453)이 상기 영역에서 더욱 가요성이 되도록 한다. 페어링(453)은 또한 발(335)의 앞면만 덮도록 설계될 수 있으며, 이는 보다 용이한 운동을 가능케 한다. 밀접한 접합을 위해, 페어링(453)의 내부 표면은 의족(889) 프레임워크(463)의 외부 표면과 일치할 수 있다. 따라서, 페어링(453)의 내부 표면은 환자의 완전한 팔다리의 외부 표면 윤곽에 상응할 수 있다.
도 13을 참조로 하여, 의족(889)의 후방 부분이 예시된다. 이러한 구체예에서, 페어링(453)은 절단된 팔다리(206)의 단부 및 소켓을 덮는 의족(889)의 상단 부분을 거의 완전히 둘러싼다. 페어링(453)은 종아리 부분(671)을 덮지 않고, 프레임워크(463)를 형성하는 주형(451) 및 경선 부재(461)가 노출된다. 주형(451)과 마찬가지로, 경선 부재(461)는 내부 로드-베어링 부재로부터 페어링의 내부 표면까지 연장될 수 있다. 다른 구체예에서, 보철물 설계자는 종아리 부분(671) 주위까지 페어링(453)을 연장시키거나, 의족(889)의 종아리 부분(671) 주위를 둘러싸는 별개의 페어링을 추가할 수 있다.
도 14를 참조로 하여, 의족의 정강이만 덮고, 무릎 위까지 연장되지 않는 페어링(663)의 내부 시야가 예시된다. 페어링(663)은 발목에서 구부러지고, 의족의 발 부분에 부착되도록 설계되었다. 페어링(663)의 두께는 보철물 설계자에 의해 조정될 수 있다. 보다 얇은 물질이 보다 가요성이 있으므로, 구부러지도록 설계되는 영역은 이동하지 않는 페어링(663)의 섹션보다 얇은 벽을 갖도록 설계될 수 있다. 페어링은 두께에 있어서 균일할 수 있고, 페어링(453)의 내부 표면 및 외부 표면 둘 모두는 환자의 완전한 팔다리의 검출된 외부 표면 윤곽에 상응할 수 있다. 유사하게, 페어링이 보조기 구체예와 함께 사용되는 경우, 페어링(453)의 내부 표면 및 외부 표면은 환자의 손상된 팔다리의 검출된 외부 표면 윤곽에 상응할 수 있다.
이전에 개시된 구체예에서, 내부 로드-베어링 부재 주위에 마운팅되는 프레임워크 및 페어링을 생성시키기 위해 CAD 소프트웨어가 사용되었다. 다른 구체예에서, 다리의 외부 표면은 내부 프레임워크에 결합되고, 둘 모두는 로드-베어링 부재로 작용한다. 도 15를 참조로 하여, 내부 프레임워크에 결합되고, 로드-베어링 부재로 함께 작용하는 외부 표면(881)을 갖는 의족(987)이 CAD 프로그램을 이용하여 설계된다. 의족(987)은 무릎 관절(983) 및 발 관절(985)에 직접 부착된다. 이러한 구체예에서, 페어링은 프레임워크 상에 직접이 아니라 의족(989)의 외부 표면(981) 상에 배치되는 별개의 구성요소로 설계되었다.
일부 경우에, 사용자는 의족이 완전한 다리의 정확한 복제가 아니도록 다리 및 페어링의 설계를 변경하는 것을 원할 수 있다. 유사하게, 보조기 및 페어링은 손상된 팔다리와 정확히 일치하지 않도록 설계될 수 있다. 사용자는 또한 의족에 대해 다수의 상호변경가능한 페어링을 갖는 것을 원할 수 있다. 보철물 설계자는 페어링 및 다리 또는 보조기에 대한 본래의 설계 데이타를 변형시키기 위해 CAD 소프트웨어를 사용할 수 있어, 사용자는 독특한 개인화된 설계를 생성시킬 수 있다. 다리, 보조기 및 페어링은 임의의 요망되는 외형을 갖도록 설계될 수 있다.
일 구체예에서, CAD 시스템은 설계자가 다리, 보조기 및 페어링의 외형을 용이하게 변경하는 것을 가능케 하는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 포함할 수 있다. GUI는 페어링, 보조기 및 다리가 특정한 색, 물질, 마킹 및 표면 특징으로 관찰되는 것을 가능케 하는 제어부를 가질 수 있다. 각각의 선택된 색 내에서, 보철물 설계자는 또한 불투명, 반투명, 무지개 빛 및 금속질과 같은 색 효과를 추가함으로써 외형을 변경시킬 수 있다. GUI는 또한 다리가 크롬, 아연, 금, 은, 니켈 및 다른 합금과 같은 금속 도금된 섹션으로 관찰되도록 하는 제어부를 가질 수 있다. GUI 제어부는 또한 보조기의 표면 또는 의족 표면 피니시(finish)를 발생시키기는데 이용될 수 있다. 상기 시스템은 설계자가 편평하거나, 광택이 없거나, 광택이 있거나, 반광택이 있거나, 반사가 있거나, 칠해지거나, 연마되거나, 무늬가 들어가거나, 다른 마무리를 갖는 의족을 관찰하는 것을 가능케 할 수 있다. 이들 변형은 전체 페어링 및 다리 또는 임의의 노출된 부분에 대해 이루어질 수 있다. 사용자는 설계자가 GUI 제어부를 통해 가상의 보조기 또는 다리에 적용할 수 있는 요망되는 표면 외형을 선택할 수 있다. CAD 프로그램은 모든 요망되는 특징을 갖는 가상의 보조기 또는 의족 및 페어링을 신속히 제시할 것이다. 설계자 및 사용자는 제작 전에 보조기 또는 보철물 설계의 세부 모두를 확인할 수 있다.
도 15를 참조로 하여, 개인화된 의족(987) 및 페어링(991) 설계의 예가 예시된다. 이러한 예에서, 보철물 설계자는 다리(987)의 외부 표면에 적용되는 광택이 없는 니켈 마무리(995)로 부분적으로 덮여진 의족(987)을 개발하였다. 이러한 예에서, 니켈 마무리(995)는 무릎 관절(983) 및 발 관절(985)에 적용된다. 장식용인 것 외에, 무릎 관절(983) 및 발 관절(985) 상의 매끄러운 니켈 마무리(995)는 또한 다리(987)의 운동을 개선시키는 매끄러운 활주 표면을 제공할 수 있다. 니켈 마무리(995)는 또한 장식적 특징으로서 정강이의 중심 섹션 및 다리(987)의 상부 주위에 적용된다. 보철물 설계자는 또한 대부분의 다리(987) 주위를 매끄럽게 둘러싸는 흑색 가죽 페어링(991)을 설계하기 위해 CAD 프로그램을 이용하였다. 유사한 페어링이 다리 보조기에 적용될 수 있다.
페어링 및 표면의 색 및 마무리를 변경시키는 것 외에, 보철물 설계자는 또한 의족의 외부 표면을 변형시킬 수 있다. 도 16을 참조로 하여, 표면 변형의 예가 예시된다. 이러한 예에서, 보철물 설계자는 종아리의 부분을 따라 연장되는 의족(881) 내의 오목한 표면(recessed surface)(879)을 추가하였다. 도 16은 매끄러운 요면(concave)으로서 오목한 표면(879)을 나타내는 의족(881)의 단면을 예시한다. 다른 구체예에서, 의족의 표면은 거울상 표면 위로 연장되도록 보철물 설계자에 의해 변형될 수 있다.
보철물 설계자가 의족 및 페어링의 설계를 완성하는 경우, CAD 소프트웨어에 의해 생성된 설계 데이타는 다리 및 페어링을 맞춤 제작하기 위해 이용될 수 있다. 신속 프로토타이핑(prototyping)은 금속, 플라스틱 및 모래를 포함하는 다양한 유형의 물질로부터 구성요소를 제작하기 위해 디지털 설계 데이타 및 소프트웨어를 이용하는 일반적 부류의 시스템이다. 이러한 기계는 액체 또는 분말화된 물질의 베드를 가로질러 편형되는 에너지 빔을 이용한다. 에너지 빔에 대한 노출은 물질이 함께 용합하여 경화되도록 한다. 이러한 제작 기계는 모든 맞춤 의족 구성요소를 생성시킬 수 있다.
신속 프로토타이핑 기계를 이용하여 의족 구성요소를 제작하기 위해, CAD 설계 데이타는 변형되어야 한다. 구성요소에 대한 통상의 CAD 설계 데이터는 구성요소의 길이에 따라 연장되는 벡터 데이터의 다수의 평형 단면으로 전환된다. CAD 소프트웨어와 제작 기계 사이에서 전송된 데이타는 많은 연결된 삼각말단면을 통해 구성요소 단면의 형태와 가까워진다. 보다 작은 면은 보다 높은 품질의 표면을 생성시키나, 계산을 위해 보다 많은 시간을 필요로 하며, 이는 매우 큰 제조 데이타 세트를 발생시킬 수 있다.
구성요소 단면에 대한 벡터 데이타는 벡터 데이타를 에너지 빔 스캔헤드(scanhead)로 전송되는 운동 정보로 전환시키는 신속 프로토타이핑 스캐너 제어기에 의해 판독된다. 레이저 빔 구체예에서, 신속 프로토타이핑 기계는 물질의 배쓰 상에서 X 및 Y 좌표 내로 레이저 빔을 편향시키는 2개의 거울을 갖는 스캔헤드를 포함한다. 제작 정보는 이후 각각의 구성요소 단면을 성공적으로 생성시키는 프린트 헤드 단면을 제어하는데 사용된다. 스캔헤드 제어기는 제작 데이타를 판독하고, 프린트 헤드를 레이저광의 정확한 패턴에 대해 액체, 분말, 또는 시트 물질의 연속 층을 노출시킨다. 층이 완전히 형성된 후, 구성요소는 배쓰로 이동되어, 물질의 얇은 층이 이전에 형성된 층을 덮는다. 상기 공정이 수회 반복되어, 새로운 층이 형성되고, 이전에 형성된 층에 융합된다. 전자 빔 구체예에서, 전자 빔은 자기장을 갖는 X 및 Y 좌표 내에서 물질의 배쓰 상에서 편향된다. 구성요소 단면은 구성요소 제작이 완료될때까지 연속적으로 형성된다.
추가 제작 신속 프로토타이핑의 주요한 장점은 의족 내의 주형의 내부 프레임워크 및 경선 부재와 같은 매우 복합한 형태 및 기하학적 특징을 발생시키는 능력이다. 경량의 강한 의족이 포토폴리머(photopolymer)와 같은 플라스틱 물질로부터 신속 프로토타이핑 기계를 이용하여 제조될 수 있다. 도 17은 신속 프로토타이핑 기계를 이용하여 제작된 완성된 포토폴리머 다리(887)를 예시한다.
신속 프로토타이핑 방법은 열가소성 물질, 포토폴리머, 금속 분말, 공융 금속(eutectic metal), 티타늄 합금 및 다른 물질을 포함하는 다양한 물질에 적용될 수 있다. 일부 적합한 신속 프로토타이핑 기계의 예는 EOS GmbH에 의한 레이저 소결 기계, Arcam AB에 의한 전자 빔 소결 기계, 및 3D Systems Corp.에 의한 레이저 스테레오 리쏘그래피(laser stereo lithography)를 포함한다. 유사한 제작 방법이 추가 제조, 신속 제조, 층화 제조, 3D 프린팅, 레이저 소결, 전자빔 용해법(EBM), 융합 물질 증착(FDM) 등의 명칭으로 공지되어 있다. 상기 제작 방법 모두는 전체 구성요소가 완성될 때까지 물질의 정확한 패턴을 응고시켜 각각의 층을 형성시키기 위해 물질의 배쓰 상에 에너지가 주입된 빔을 스캐닝하는 유사한 작업 원리를 이용한다.
신속 프로토타이핑이 바람직한 제작 방법이나, 의족 구성요소를 형성시키기 위해 다른 가능한 방법이 존재한다. 일 구체예에서, 물질의 선택적 제거에 의해 물질의 고체 블록으로부터 구성요소를 제작하기 위해 공작 기계를 제어하는 컴퓨터 수치 제어(CNC)에 의해 설계 정보가 이용될 수 있다. 컴퓨터 제어기는 프로그래밍 명령어를 판독하고, 발동기가 장비된 기계 커팅 도구를 구동시킨다. CNC 시스템은 표면 데이타의 보간법을 관리하며, 구성요소를 생성시키는 커팅 도구를 제어한다. CNC 방법은 신속 프로토타이핑 제작 방법보다 훨씬 덜 효과적인 조각 방법이며, 많은 양의 부스러기를 생성시킬 수 있다.
페어링은 또한 설계 데이타를 이용하여 제작될 수 있다. 가장 적절한 제작 방법은 페어링 물질에 좌우될 수 있다. 페어링이 가요성 물질로 제조되는 경우, 페어링 설계 데이타는 편평한 시트 스톡으로부터 페어링을 절단하는데 사용될 수 있다. 페어링 설계 데이타는 페어링의 형태로 물질의 시트를 정확히 절단하기 위해 컴퓨터 제어 기계에 의해 이용될 수 있다. 페어링은 이후 잠그개 또는 접착제를 이용하여 의족의 표면에 직접 부착될 수 있다. 페어링이 보다 견고한 물질로 제조되는 경우, 설계 데이터는 페어링을 절단하는데 사용될 수 있다. 이후, 페어링은 필요한 3차원 형태를 형성시키기 위해 구부러지거나 성형될 수 있다. 기재된 신속 프로토타이핑 방법을 이용하여 3차원 페어링을 제작하는 것이 또한 가능하다. 상기 기재된 구성요소 제작 방법과 마찬가지로, 신속 프로토타이핑 기계는 연속적인 일련의 단면 층으로부터 페어링을 제작하기 위해 페어링 설계 데이타를 이용할 것이다.
의족의 또 다른 전형적인 필요조건은 색이다. 제작 공정 동안 요망되는 색이 또한 보철물 구성요소, 보조기 또는 페어링에 적용될 수 있다. 일 구체예에서, 페어링, 보조기 및 다리 구성요소의 색은 다리를 제작하는데 사용되는 물질과 혼합되는 염료를 통해 적용될 수 있다. 색은 구조 전체에 걸쳐 존재할 것이며, 제거될 수 없다. 대안적으로, 색은 다리, 보조기 및 페어링의 외부 표면 상에 색 층을 형성시키기 위해 별개의 페인팅, 염색, 증착 또는 다른 착색 공정으로 다리 구성요소 또는 보조기에 적용될 수 있다.
또 다른 구체예에서, 금속 또는 세라믹 층이 다리, 보조기 및 페어링의 외부 표면 상에 증착될 수 있다. 금속층을 증착시키는데 사용되는 방법은 다리, 보조기 또는 페어링의 베이스 물질에 좌우될 수 있다. 금속층은 무전해 또는 화학 도금 방법을 통해 비-전도성 플라스틱 구성요소 상에 증착될 수 있다. 도금되는 구성요소가 전도성 물질인 경우, 전기화학 도금 방법이 금속층을 증착시키는데 사용될 수 있다. 색 또는 금속층이 보철물 구성요소에 적용된 후, 추가 표면 마무리 공정이 수행될 수 있다. 표면 마무리의 예는 공지된 기계적 또는 화학적 방법을 통해 적용될 수 있는 편평하고, 광택이 없고, 광택이 있고, 반광택이 있고, 반사가 있고, 칠해지고, 연마되고, 무늬가 들어가는 것을 포함한다. 투명한 보호 플라스틱 또는 페인트 코팅이 또한 다리, 보조기 및 페어링에 적용될 수 있다.
마지막 제작 단계는 페어링을 의족 또는 보조기에 부착시키는 것일 수 있다. 페어링은 다수의 상이한 방식으로 부착될 수 있다. 논의된 바와 같이, 바람직한 구체예에서, 페어링은 사용자에 의해 용이하게 대체될 수 있는 분리가능한 구조이다. 부재에 페어링을 고정시키기 위해 방출가능한 잠그개가 사용될 수 있다. 방출가능한 잠그개의 예는 볼트, 죔쇠, 버튼, 클램프, 클립, 핀, 리테이너, 리벳, 밴드, 걸쇠, 바느질, 쇠띠, 압정, 매듭, 지퍼 등을 포함한다. 페어링은 또한 접착제를 이용하여 다리 또는 보조기에 부착될 수 있다. 한 대안적 구체예에서, 페어링은 다리 또는 보조기에 영구적으로 부착된다. 다리에 페어링을 더욱 영구적으로 부착시킬 수 있는 방법은 납땜, 용접, 및 융합을 포함한다.
도 18은 표면이 금속 도금되고, 페어링이 부착된 후의 의족(887)을 예시한다. 의족(887), 무릎 관절 및 발목 관절의 노출된 영역이 니켈 마무리(895)를 갖는다. 니켈 마무리는 무전해 니켈-도금 방법을 이용하여 플라스틱 다리 상에 적용되었다. 페어링(921)은 매끄러운 흑색 가죽 물질로부터 절단되었고, 정강이 및 종아리 섹션 주위에 연장된 오목한 영역 내의 다리(887)의 외부 표면에 부착되었다. 가죽 페어링(921), 상기 페어링(921)이 분리되고, 또 다른 페어링으로 대체되는 것을 가능케 하는 접착제를 이용하여 의족(887)에 부착되었다.
도 19를 참조로 하여, 실질적으로 유사한 페어링이 팔 보조기(901)와 같은 보조기 상에 부착될 수 있다. 일 구체예에서, 팔 보조기(901)의 내부 표면은 기재된 사진측량 방법에 의해 수득된 손상된 팔(905)의 표면 국소해부학에 상응한다. 보조기(901)는 균일한 두께를 가질 수 있다. 따라서, 외부 표면은 또한 손상된 팔의 표면 국소해부학에 상응한다. 페어링(903)은 보조기(901) 주위에 위치될 수 있다. 페어링(903)은 보조기(901) 주위에 적합되도록 설계되므로, 보조기(901)에 접촉하는 페어링(903)의 내부 표면은 신체의 손상된 부분의 외부 표면과 일치하는 윤곽을 가질 수 있다. 페어링(903)은 상기 기재된 바와 같이 금속, 플라스틱, 가죽 등과 같은 다양한 상이한 물질을 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 페어링은 다양한 색, 물질, 구멍 등을 이용하여 형성되는 그래픽 패턴으로 마킹될 수 있다. 페어링(903)은 방출가능한 잠그개 또는 접착제를 이용하여 보조기(901)에 부착될 수 있다.
본 발명의 시스템은 특정한 구체예를 참조로 하여 기재되었으나, 본 발명의 시스템의 범위를 벗어남이 없이 상기 구체예에 대해 추가, 결실 및 변화가 이루어질 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들어, 의족을 설계하고 제작하기 위해 기재된 동일한 공정은 또한 소켓, 팔꿈치, 연장된 부재 및 인공 손을 포함할 수 있는 의수의 설계 및 제작에 적용될 수 있다. 다양한 구성요소를 포함하는 의족이 기재되었으나, 상기 구성요소 및 기재된 형태가 다양한 다른 형태로 변형되고 재배열될 수 있음이 널리 이해되어 있다.

Claims (22)

  1. 페어링을 형성하는 방법으로서,
    복수의 디지털 이미지를 생성하도록 복수의 카메라로 환자의 신체를 사진측량(photographing)하고,
    상기 복수의 디지털 이미지로부터 컴퓨터로 상기 환자의 신체에 대한 표면 데이터를 획득하고,
    상기 컴퓨터를 이용하여 상기 환자의 신체에 대한 표면 데이터에 상응하는 내부 표면 데이터를 갖는 페어링(fairing) 제작 데이터를 생성하고,
    제작 기계로 상기 환자의 신체에 대한 보조기(brace)를 형성하고,
    페어링 제작 데이터를 이용하여 상기 제작 기계에 의해 상기 페어링을 제작하되, 상기 페어링의 내부 표면이 상기 환자의 신체에 대한 표면 데이터에 상응하고 상기 페어링이 보조기의 외부 표면 둘레에 들어맞는 페어링을 제작하는 것을 포함하는, 페어링을 형성하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 금속층을 금속 도금 기계로 페어링의 외부 표면에 적용함을 추가로 포함하는, 페어링을 형성하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 착색층을 상기 제작 기계로 페어링의 외부 표면에 적용함을 추가로 포함하는, 페어링을 형성하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 착색 염료를 페어링의 외부 표면에 적용함을 추가로 포함하는, 페어링을 형성하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 금속층을 금속 도금 기계로 보조기의 외부 표면에 적용함을 추가로 포함하는, 페어링을 형성하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 착색층을 상기 제작 기계로 보조기의 외부 표면에 적용함을 추가로 포함하는, 페어링을 형성하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 보조기가 복수의 개구를 갖는 프레임워크(framework)를 포함하는, 페어링을 형성하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 페어링이 불연속적이며, 페어링이 보조기의 제 1 부분을 덮고 보조기의 제 2 부분을 덮지 않는, 페어링을 형성하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 보조기의 제 1 부분을 페어링으로 덮고, 보조기의 제 2 부분을 노출시킴을 추가로 포함하는, 페어링을 형성하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 보조기의 제 1 부분이 보조기의 상부 표면이며, 보조기의 제 2 부분이 보조기의 하부 표면인, 페어링을 형성하는 방법.
  11. 제9항에 있어서, 보조기의 제 1 부분이 보조기의 전면이며, 보조기의 제 2 부분이 보조기의 측면인, 페어링을 형성하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 보조기가 프레임워크를 포함하는, 페어링을 형성하는 방법.
  13. 제 1항에 있어서, 페어링이 금속 재료를 포함하는, 페어링을 형성하는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 페어링 상에서 도금, 텍스쳐링(texturing), 브러싱, 폴리싱 또는 샌드 블라스팅(sand blasting)의 피니싱 공정(finishing process) 중 하나 이상을 수행함을 추가로 포함하는, 페어링을 형성하는 방법.
  15. 제1항에 있어서, 그래픽 디자인을 페어링에 적용함을 추가로 포함하는, 페어링을 형성하는 방법.
  16. 제1항에 있어서 신체에 대한 표면 데이터가 팔다리(limb)에 상응하는, 페어링을 형성하는 방법.
  17. 제1항에 있어서, 페어링 제작 데이터를 이용하여 페어링의 외부 표면을 제작하되, 페어링의 외부 표면이 신체에 대한 표면 데이터에 상응하고 신체에 대한 표면 데이터 보다 폭 치수가 1 내지 15% 더 크도록 크기조정된(scaled), 페어링의 외부 표면을 제작함을 추가로 포함하는, 페어링을 형성하는 방법.
  18. 다수의 교체 가능한 페어링을 형성하는 방법으로서,
    복수의 디지털 이미지를 생성하도록 복수의 카메라로 환자의 신체를 사진측량하고,
    상기 복수의 디지털 이미지로부터 신체에 대한 표면 데이터를 획득하고,
    컴퓨터를 이용하여 상기 신체에 대한 표면 데이터에 상응하는 내부 표면 데이터를 갖는 페어링 제작 데이터를 생성하고,
    제작 기계에 의해 상기 신체의 손상된 부분에 대한 보조기를 형성하고,
    페어링 제작 데이터를 이용하여 상기 제작 기계에 의해 상기 다수의 교체 가능한 페어링을 제작하되, 상기 다수의 교체 가능한 페어링의 내부 표면이 상기 신체에 대한 표면 데이터에 상응하며, 상기 다수의 교체 가능한 페어링이 보조기의 외부 표면 둘레에 들어맞는 페어링을 제작하는 것을 포함하는, 다수의 교체 가능한 페어링을 형성하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 보조기가 복수의 개구를 포함하는, 다수의 교체 가능한 페어링을 형성하는 방법.
  20. 제18항에 있어서, 교체 가능한 페어링이 불연속적이며, 교체 가능한 페어링이 보조기의 제 1 부분을 덮고 보조기의 제 2 부분을 덮지 않는, 다수의 교체 가능한 페어링을 형성하는 방법.
  21. 제18항에 있어서, 보조기의 제 1 부분을 교체 가능한 페어링으로 덮고, 보조기의 제 2 부분을 노출시키는 것을 추가로 포함하는, 다수의 교체 가능한 페어링을 형성하는 방법.
  22. 제18항에 있어서, 페어링 제작 데이터를 이용하여 다수의 교체 가능한 페어링의 외부 표면을 제작하되, 페어링의 외부 표면이 신체에 대한 표면 데이터에 상응하고 신체에 대한 표면 데이터에 비해 폭 치수가 1 내지 15% 더 크도록 크기조정된, 다수의 교체 가능한 페어링의 외부 표면을 제작하는 것을 추가로 포함하는, 다수의 교체 가능한 페어링을 형성하는 방법.
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