KR101738109B1 - 움직임방지 구조를 포함하는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 및 이를 제작하는 방법 - Google Patents

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Abstract

움직임방지 구조를 포함하는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 및 이를 제작하는 방법이 게시된다. 본 발명의 실시예에 따른 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드(100)는, CT 또는 MRI 스캐닝 방법을 통해 획득한 대퇴골 3D 데이터를 기초로 모델링된 대퇴골 3D 모델의 외부 표면 형상과 대응되는 구조의 내측면을 구비하고, 대퇴골 3D 모델의 상부 일부를 감싸는 형태의 굴곡면을 가지는 본체부(110); 상기 본체부(110)로부터 일측방향으로 연장되어 대퇴골(10) 하단부 표면과 접촉되는 본체연장부(120); 상기 본체부(110) 및 본체연장부(120)로부터 일측방향으로 연장되고, 내부에 핀(33)을 삽입할 수 있는 관통구(133)가 형성된 핀가이드부(130); 및 상기 본체부(110)로부터 일측방향으로 연장되어 대퇴골(10) 측부 표면과 접촉되는 움직임방지부(140);를 포함하는 것을 구성의 요지로 한다.
본 발명의 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드에 따르면, 대퇴골 3D 모델의 외부 표면 형상과 대응되는 구조의 내측면을 구비하는 본체부, 본체연장부, 핀가이드부 및 움직임방지부를 구비함으로써, 대퇴골에 안정적으로 고정될 수 있어 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드의 위치가 의도되지 않은 외력에 의해 변경되는 문제를 미연에 방지할 수 있으며, 결과적으로, 대퇴골의 정확한 위치에 핀을 안정적으로 삽입시킬 수 있다.

Description

움직임방지 구조를 포함하는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 및 이를 제작하는 방법{Pin Insert Guide Module Having Movement Preventing Structure For Total Knee Arthroplasty, and Manufacturing Method Thereof}
본 발명은 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 및 이를 제작하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 움직임방지 구조를 포함하는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 및 이를 제작하는 방법에 관한 것이다.
인공슬관절 치환술은 1970년대 초부터 본격적으로 시작된 수술로서, 무릎관절이 각종 질환이나 외상 등의 원인으로 인해서 더 이상 정상적인 일상생활을 하지 못하고, 장애가 심하면 약물 요법이나 물리치료 등에 반응하지 않는 경우, 다른 수술 방법으로 해결할 수 없는 환자들에게 특수 합금과 고분자 재료로 만들어진 인공관절을 삽입하여 고통을 경감해주고, 무릎관절 운동이 가능해지면서 동시에 안정성을 얻고 변형을 교정하여 일상적인 생활을 가능하게 해주는 수술이다.
도 1에는 인체의 대퇴골과 경골을 나타내는 그림이 도시되어 있고, 도 2에는 인체의 대퇴골과 경골이 만나는 슬관절 부위를 나타내는 그림이 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 인공슬관절 전치환술은 무릎관절이 닳아 일상생활이 어려운 환자들에게 적극적으로 시행되고 있는데, 수술시 무릎관절을 형성하는 무릎 윗부분을 구성하는 대퇴골과 무릎 아랫부분을 구성하는 경골 및 무릎 위를 덮고 있는 뼈인 슬개골 부위의 손상된 부분을 제거하고, 인공관절을 삽입하여 고정함으로써 정상적으로 무릎관절이 움직여 보행을 가능하게 하여 고통 없이 일상생활을 영위할 수 있게 한다.
이때, 인공관절은 대퇴골에 맞닿을 수 있도록 내부에 여러 면이 형성되어 있는데, 이는 해부학적으로나 기계적으로 체중을 지탱해줄 수 있도록 고안되어 있다. 따라서, 인공관절을 시술하기 위해서는 체중을 지탱해줄 수 있도록 대퇴골의 하단부를 정확하게 절단하여 성형해야 하는데, 인공관절과 대퇴골이 정확하게 결합되도록 절단하기 위해서는 다양한 절단 가이드와 절단 블록을 사용하여야 한다.
인공슬관절은 대퇴골 하단부의 절단 방향에 따라 장착위치와 방향이 결정되므로, 대퇴골 하단부 절단 방향은 매우 중요하다. 대퇴골 하단부의 절단 방향이 부정확하여 인공슬관절의 장착위치와 방향이 잘못 설정될 경우, 보행에 문제가 발생할 수 있다.
구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 경골과 대퇴골의 기계적 축(M, mechanical axis)은, 해부학적 축(A)과 서로 5 내지 10도의 각도를 이루고 위치하고 있는데, 대퇴골의 하단부를 해부학적 축(A)에 대하여 수직방향으로 절단하면 하중을 견디지 못해 보행에 문제가 발생하기 때문에 기계적 축(M)에 대하여 수직방향으로 절단해야 한다.
그러나, 상기한 바와 같이 종래기술의 무릎관절 외과 수술용 절단 가이드는, 절단가이드를 대퇴골의 하단부에 고정시키기 위해 핀을 삽입하여 대퇴골과 절단가이드를 안정적으로 결속시키고 있으나, 핀을 삽입하는 과정에서 절단가이드가 삐뚤어지거나 어긋날 수 있다는 문제점을 가지고 있다. 절단가이드가 삐뚤어지거나 어긋난 상태에서 대퇴골에 고정될 경우, 대퇴골의 하단부를 정확하게 절단할 수 없게 된다.
따라서, 무릎관절 외과 수술용 절단 가이드를 안정적으로 대퇴골 하단부에 고정시킬 수 있도록, 핀을 정확한 위치에 삽입시킬 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
한국공개특허공보 제10-2014-0099545호 (2014년 08월 12일 공개)
본 발명의 목적은, 인공슬관절 치환수술에 있어서 대퇴골의 하단부를 절단하기위해 대퇴골의 특정 위치에 삽입되는 핀을 안정적으로 삽입시킬 수 있고, 핀을 삽입한 후 손쉽게 제거될 수 있는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 및 이를 제작하는 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드는: 인공슬관절 치환수술을 위한 대퇴골 성형에 사용되는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드로서, CT 또는 MRI 스캐닝 방법을 통해 획득한 대퇴골 3D 데이터를 기초로 모델링된 대퇴골 3D 모델의 외부 표면 형상과 대응되는 구조의 내측면을 구비하고, 대퇴골 3D 모델의 상부 일부를 감싸는 형태의 굴곡면을 가지는 본체부; 상기 본체부로부터 일측방향으로 연장되어 대퇴골 하단부 표면과 접촉되는 본체연장부; 상기 본체부 및 본체연장부로부터 일측방향으로 연장되고, 내부에 핀을 삽입할 수 있는 관통구가 형성된 핀가이드부; 및 상기 본체부로부터 일측방향으로 연장되어 대퇴골 측부 표면과 접촉되는 움직임방지부;를 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 본체부의 굴곡면은 대퇴골 3D 모델의 하부의 측부면 및 하단면을 동시에 감싸는 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 본체연장부는, CT 또는 MRI 스캐닝 방법을 통해 획득한 대퇴골 3D 데이터를 기초로 모델링된 대퇴골 3D 모델의 외부 표면 형상과 대응되는 구조의 내측면을 구비하고, 대퇴골 3D 모델의 상부 일부를 감싸는 형태의 굴곡면을 가지는 구조일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 본체부에 형성된 핀가이드부의 관통구 형성방향은, 본체연장부에 형성된 핀가이드부의 관통구 형성방향과 직교하는 방향일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 움직임방지부는, CT 또는 MRI 스캐닝 방법을 통해 획득한 대퇴골 3D 데이터를 기초로 모델링된 대퇴골 3D 모델의 외부 표면 형상과 대응되는 구조의 내측면을 구비하고, 대퇴골 3D 모델의 측부 일부를 감싸는 형태의 굴곡면을 가지는 구조일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 본체부로부터 일측방향으로 연장되어 형성된 움직임방지부의 연장 방향은, 측면상 핀가이드부의 관통구 형성방향과 평행한 방향 또는 직교하는 방향일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 움직임방지부는: 상기 본체부에 형성된 핀가이드부의 관통구 형성방향과 평행한 방향으로 본체부로부터 연장되어 형성된 수평연장부; 및 상기 본체연장부에 형성된 핀가이드부의 관통구 형성방향과 평행한 방향으로 수평연장부의 일단부로부터 연장되어 형성된 수직연장부;를 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 본체부에는, 본체부에 의해 가려지는 대퇴골 표면의 일부가 외부로 노출되도록, 소정 크기의 면적으로 관통구가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 본체부 및 본체연장부의 내측면 중 일부에는 대퇴골 3D 모델의 표면과 소정 길이만큼 이격되어 있는 이격부가 형성될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 제작하는 방법을 제공할 수 있는 바, 본 발명의 일 측면에 따른 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제작방법은, a) 대상 환자의 대퇴골을 CT 또는 MRI 스캐닝 방법을 통해 대퇴골 3D 데이터를 획득하여 대퇴골 3D 모델 이미지를 형성하는 대퇴골 3D모델링 단계; b) 대퇴골 3D 모델 이미지에 삽입하고자 하는 핀의 위치를 설정하는 핀 위치 설정단계; c) 핀의 위치와 대응되는 위치에 핀가이드부, 본체부, 본체연장부 및 움직임방지부 형상을 생성하여 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드의 형상을 생성하는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 생성단계; 및 d) 생성된 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드의 형상 데이터를 이용하여 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 제조하는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제조단계;를 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 c) 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 생성단계는: 본체부, 본체연장부 및 움직임방지부가 형성될 위치를 대퇴골 3D 모델 이미지에 설정하고, 본체부, 본체연장부 및 움직임방지부의 외곽형상을 설정하는 단계;를 포함하는 구성일 수 있다. 또한, 상기 c) 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 생성단계는: 본체부, 본체연장부 및 움직임방지부의 외곽형상에 대응되는 대퇴골 3D 모델 이미지의 표면 데이터를 추출하는 단계;를 포함하는 구성일 수 있다. 또한, 상기 c) 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 생성단계는: 본체부, 본체연장부 및 움직임방지부의 외곽형상에 대응되는 대퇴골 3D 모델 이미지의 표면 데이터를 바탕으로 두께를 가지는 본체부 및 본체연장부 형상을 생성하는 단계;를 포함하는 구성일 수 있다. 또한, 상기 c) 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 생성단계는: 본체부 및 본체연장부의 내측면 중 일부를 대퇴골 3D 모델의 표면과 소정 길이만큼 이격되도록 두께를 변경시키거나 본체부 및 본체연장부의 형상을 변경시키는 단계;를 포함하는 구성일 수 있다. 이때, 상기 본체부, 본체연장부 및 움직임 방지부의 두께는 3 내지 7 mm 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제조단계는 CAD/CAM 기술을 이용한 데이터를 기반으로 Rapid Prototyping 장비를 이용하여 제작되는 것일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제작방법을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 저장한 기록매체를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제작방법을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 수행하는 컴퓨터와 모니터; 및 상기 컴퓨터의 산술 처리부에서 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제작방법에 따라 산출된 형상 데이터에 의해 제어되어 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 제작하는 3D 프린터;를 포함하는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제작장치를 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드에 따르면, 대퇴골 3D 모델의 외부 표면 형상과 대응되는 구조의 내측면을 구비하는 본체부, 본체연장부, 핀가이드부 및 움직임방지부를 구비함으로써, 대퇴골에 안정적으로 고정될 수 있고, 결과적으로 대퇴골에 핀을 정확한 위치에 손쉽게 삽입시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드에 따르면, 본체부로부터 일측방향으로 연장되어 대퇴골 측부 표면과 접촉되는 특정구조의 움직임방지부를 구비함으로써, 대퇴골에 안정적으로 고정될 수 있어 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드의 위치가 의도되지 않은 외력에 의해 변경되는 문제를 미연에 방지할 수 있으며, 결과적으로, 대퇴골의 정확한 위치에 핀을 안정적으로 삽입시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드에 따르면, 본체부 및 본체연장부의 내측면 중 일부는 대퇴골 3D 모델의 표면과 소정 길이만큼 이격되어 있어, 모션 아터팩트(motion artifact)가 발생한 MRI로 대퇴골 3D 모델 이미지를 형성하여 발생된 부정확한 연골 부분을 회피하여 수술가이드의 구조를 형성시킬 수 있어, 수술가이드가 대퇴골의 정확한 위치에 장착될 수 있고, 결과적으로 대퇴골의 정확한 위치에 핀을 안정적으로 삽입시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드에 따르면, 대퇴골 3D 모델의 상부 일부를 감싸는 형태의 굴곡면을 가지는 본체부, 본체연장부, 핀가이드부 및 움직임방지부를 구비함으로써, 대퇴골의 원하는 위치에 핀을 삽입시킨 후, 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 파괴하지 않고 손쉽게 제거할 수 있어, 수술을 간편하게 수행할 수 있고, 결과적으로 수술에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제작방법에 따르면, 대상 환자의 대퇴골을 CT 또는 MRI 스캐닝 방법을 통해 대퇴골 3D 데이터를 획득하여 대퇴골 3D 모델 이미지를 형성하는 대퇴골 3D모델링 단계, 및 대퇴골 3D 모델 이미지에 삽입하고자 하는 핀의 위치를 설정하는 핀 위치 설정단계를 포함함으로써, 핀의 위치를 정확하게 설정할 수 있는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 제조할 수 있다.
도 1은 인체의 대퇴골과 경골을 나타내는 그림이다.
도 2는 인체의 대퇴골과 경골이 만나는 슬관절 부위를 나타내는 그림이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 나타내는 정면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 나타내는 좌측면도이다.
도 6은 도 3에 도시된 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 나타내는 후면도이다.
도 7은 도 3에 도시된 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 나타내는 평면도이다.
도 8은 도 3에 도시된 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 대퇴골에 장착한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 9는 도 7에 도시된 A-A'선 절단면도이다.
도 10은 도 3에 도시된 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 이용하여 대퇴골에 핀을 삽입하는 모습을 나타내는 정면도이다.
도 11은 도 3에 도시된 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 이용하여 대퇴골에 핀을 삽입한 후 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 제거하는 모습을 나타내는 정면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 제작하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 나타내는 사시도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3에 도시된 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 나타내는 정면도가 도시되어 있으며, 도 5에는 도 3에 도시된 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 나타내는 좌측면도가 도시되어 있다. 또한, 도 6에는 도 3에 도시된 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 나타내는 후면도가 도시되어 있고, 도 7에는 도 3에 도시된 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 나타내는 평면도가 도시되어 있다. 또한, 도 8에는 도 3에 도시된 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 대퇴골에 장착한 상태를 나타내는 사시도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드(100)는, 인공슬관절 치환수술을 위한 대퇴골 성형에 사용되는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드(100)로서, 본체부(110), 본체연장부(120), 핀가이드부(130) 및 움직임방지부(140)를 포함하는 구성일 수 있다.
구체적으로, 본체부(100), 본체연장부(120) 및 움직임방지부(140)는, CT 또는 MRI 스캐닝 방법을 통해 획득한 대퇴골 3D 데이터를 기초로 모델링된 대퇴골 3D 모델의 외부 표면 형상과 대응되는 구조의 내측면을 구비하고, 대퇴골 3D 모델의 상부 일부를 감싸는 형태의 굴곡면을 가지는 구조일 수 있다.
이때, 본체부(110)의 굴곡면은 대퇴골 3D 모델의 상부의 측부면 및 상단면을 동시에 감싸는 형태임이 바람직하다. 이렇게 대퇴골 3D 모델 상부의 측부면 및 상단면을 동시에 감쌈으로써, 본 실시예에 따른 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드(100)는 대퇴골에 더욱 안정적으로 고정될 수 있다.
경우에 따라서, 본체부에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 본체부(110)에 의해 가려지는 대퇴골 표면의 일부가 외부로 노출되도록, 소정 크기의 면적으로 관통구(111)가 형성될 수 있다. 이러한 관통구(111)는, 대퇴골 표면에 형성되어 있는 연골과 본체부(110)와의 접촉을 줄임으로써 연골의 손상을 방지할 수 있다. 본체부(110)에 형성된 관통구(111)의 크기 및 형상은, 본체부(110)와 대퇴골 표면의 상호접촉을 최소화함과 동시에 대퇴골 표면에 수술가이드(100)를 안정적으로 장착되어 고정시킬 수 있는 정도라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 본체부(110)에 형성된 관통구(111)의 크기 및 형상은 설계자의 의도 또는 사용자의 의도에 따라 적절히 변경 가능함은 물론이다.
본체연장부(120)는 본체부(110)로부터 일측방향으로 연장되어 대퇴골(10) 하단부 표면과 접촉되는 구조일 수 있다.
또한, 움직임방지부(140)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 수평연장부(141) 및 수직연장부(142)를 포함하는 구성일 수 있다.
구체적으로, 도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본체부로부터 일측방향으로 연장되어 형성된 움직임방지부(140)의 연장 방향은, 측면상 핀가이드부(130)의 관통구(133) 형성방향과 평행한 방향 또는 직교하는 방향일 수 있다.
더욱 구체적으로, 수평연장부(141)는 본체부(110)에 형성된 핀가이드부(131)의 관통구(133) 형성방향과 평행한 방향으로 본체부(110)로부터 연장되어 형성될 수 있다. 바람직하게 수평연장부(141)의 형성방향은 장착되는 대퇴골의 측부 표면을 따라 감싸는 방향일 수 있다.
또한, 수직연장부(142)는 본체연장부(120)에 형성된 핀가이드부(132)의 관통구(133) 형성방향과 평행한 방향으로 수평연장부(141)의 일단부로부터 연장되어 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 움직임방지부(140)의 형성 방향은, 대퇴골의 측부 표면은 연골이 형성되어 있지 않은 뼈가 위치한 방향이다. 움직임방지부(140)는 대퇴골의 연골이 형성되어 있지 않은 뼈 부분에 밀착될 수 있어, 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드(100)를 대퇴골에 더욱 안정적으로 고정시킬 수 있다.
이때, 움직임방지부(140)의 수평연장부(141)와 수직연장부(142)의 형성길이는 특별히 제한되는 것은 아니나, 대퇴골에 부착되어 있는 인대와 간섭되지 않는 길이임이 바람직하다. 대퇴골에는 다수의 인대가 부착되어 있으며, 예를 들어 내측측부인대(MCL, UCL), 외부측부인대(LCL)가 부착되어 있다. 이들 인대와 움직임방지부(140)가 간섭될 경우 인대에 손상을 가할 위험이 있으므로, 움직임방지부(140)의 형성길이는 인대와의 간섭을 피할 수 있는 길이로 형성됨이 바람직하다. 또한, 움직임방지부(140)의 형성길이를 과도하게 길게 형성할 경우, 대상 환자의 수술부위를 더 길게 절개해야 하며 이는 대상 환자의 수술 후 회복에 있어 악영향을 끼칠 있으므로, 움직임방지부(140)의 형성길이는, 대퇴골 측단면상 대퇴골 표면 외주면의 30 내지 50 %를 감싸는 길이임이 바람직하다.
본실시예에 따른 움직임방지부(140)는 장착되는 대퇴골의 측부 표면에 밀착될 수 있어, 결과적으로 도 8에 도시된 바와 같이, 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드의 위치가 의도되지 않은 외력에 의해 변경되는 문제를 미연에 방지할 수 있고, 대퇴골의 정확한 위치에 핀을 안정적으로 삽입시킬 수 있다.
한편, 핀가이드부(130)는 본체부(110) 및 본체연장부(120)로부터 일측방향으로 연장되고, 내부에 핀을 삽입할 수 있는 관통구(133)가 형성된 구조일 수 있다.
이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 본체부(110)에 형성된 핀가이드부(131)의 관통구(133) 형성방향은, 본체연장부(120)에 형성된 핀가이드부(132)의 관통구(133) 형성방향과 직교하는 방향일 수 있다.
이렇게 본체부(110)에 형성된 핀가이드부(131)의 관통구(133) 형성방향과 본체연장부(120)에 형성된 핀가이드부(132)의 관통구(133) 형성방향이 서로 직교함으로써, 본 실시예에 따른 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드(100)는 대퇴골에 안정적으로 고정될 수 있어, 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드의 위치가 의도되지 않은 외력에 의해 변경되는 문제를 미연에 방지할 수 있으며, 결과적으로, 대퇴골의 정확한 위치에 핀을 안정적으로 삽입시킬 수 있다.
도 9에는 도 7에 도시된 A-A'선 절단면도가 도시되어 있다.
도 9를 도 7과 함께 참조하면, 본체부(110) 및 본체연장부(120)의 내측면 중 일부는 대퇴골 3D 모델의 표면과 소정 길이만큼 이격될 수 있다.
대상 환자의 대퇴골 3D 모델을 생성하기 위해 대상 환자에 대한 MRI촬영이 실시될 때, 환자가 움직이거나 카메라의 떨림에 의해 영상의 흠들림 현상 즉, 모션 아터팩트(motion artifact)가 발생될 수 있다.
이 경우, 본 실시예에 따른 수술가이드(100)는 부정확한 연골 부분과 대응되는 위치에 이격부(150)를 형성시킬 수 있다.
구체적으로, 본체부(110) 및 본체연장부(120)의 내측면 중 일부는 대퇴골 3D 모델의 표면과 소정 길이만큼 이격되어 있어, 모션 아터팩트(motion artifact)가 발생한 MRI로 대퇴골 3D 모델 이미지를 형성하여 발생된 부정확한 연골 부분을 회피하여 수술가이드의 구조를 형성시킬 수 있어, 수술가이드가 대퇴골의 정확한 위치에 장착될 수 있고, 결과적으로 대퇴골의 정확한 위치에 핀을 안정적으로 삽입시킬 수 있다.
만약, 부정확한 연골 부분을 회피하지 않고 본체부(110) 및 본체연장부(120)의 내측면을 형성시키면, 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드(100)는 대상 환자의 대퇴골에 견고히 밀착될 수 없으며, 결과적으로 대퇴골의 정확한 위치에 핀을 안정적으로 삽입시킬 수 없다.
도 10에는 도 3에 도시된 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 이용하여 대퇴골에 핀을 삽입하는 모습을 나타내는 정면도가 도시되어 있다. 또한, 도 11에는 도 3에 도시된 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 이용하여 대퇴골에 핀을 삽입한 후 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 제거하는 모습을 나타내는 정면도가 도시되어 있다.
이들 도면을 도 3과 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드(100)는 대퇴골(10) 상부에 안정적으로 고정된 후, 핀(33)을 정확한 위치에 손쉽게 삽입할 수 있게 해준다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드(100)는, 대퇴골(10) 상부에 핀(33)을 삽입한 후 손쉽게 대퇴골(10)로부터 탈거될 수 있다.
따라서, 본 발명의 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드에 따르면, 대퇴골 3D 모델의 상부 일부를 감싸는 형태의 굴곡면을 가지는 본체부, 본체연장부, 핀가이드부 및 움직임방지부를 구비함으로써, 대퇴골의 원하는 위치에 핀을 삽입시킨 후, 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 파괴하지 않고 손쉽게 제거할 수 있어, 수술을 간편하게 수행할 수 있고, 결과적으로 수술에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.
도 12에는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 제작하는 방법을 나타내는 흐름도가 도시되어 있다.
도 12를 도 2 내지 도 7과 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제작방법(S100)은, 대퇴골 3D모델링 단계(S110), 핀 위치 설정단계(S120), 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 생성단계(S130) 및 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제조단계(S140)를 포함하는 구성일 수 있다.
구체적으로, 대퇴골 3D모델링 단계(S110)는, 대상 환자의 대퇴골을 CT 또는 MRI 스캐닝 방법을 통해 대퇴골 3D 데이터를 획득하여 대퇴골 3D 모델 이미지를 형성하는 단계이다.
핀 위치 설정단계(S120)는, 대퇴골 3D 모델 이미지에 삽입하고자 하는 핀의 위치를 설정하는 단계이다.
인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 생성단계(S130)는, 핀의 위치와 대응되는 위치에 핀가이드부(130), 본체부(110), 본체연장부(120) 및 움직임방지부(140) 형상을 생성하여 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드의 형상을 생성하는 단계이다.
경우에 따라서, 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 생성단계(S130)는: 본체부(110), 본체연장부(120) 및 움직임방지부(140)가 형성될 위치를 대퇴골 3D 모델 이미지에 설정하고, 본체부(110), 본체연장부(120) 및 움직임방지부(140)의 외곽형상을 설정하는 단계를 더 포함하는 구성일 수 있다. 또한, 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 생성단계(S130)는, 본체부(110), 본체연장부(120) 및 움직임방지부(140)의 외곽형상에 대응되는 대퇴골 3D 모델 이미지의 표면 데이터를 추출하는 단계를 더 포함하는 구성일 수 있다.
또한, 본체부(110), 본체연장부(120) 및 움직임방지부(140)의 외곽형상에 대응되는 대퇴골 3D 모델 이미지의 표면 데이터를 바탕으로 두께를 가지는 본체부 및 본체연장부 형상을 생성하는 단계를 더 포함하는 구성일 수 있다. 이때, 본체부(110) 및 접촉부(121, 122, 123)의 두께는 3 내지 7 mm 임이 바람직하다.
또한, 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 생성단계(S130)는: 본체부(110) 및 본체연장부(120)의 내측면 중 일부를 대퇴골 3D 모델의 표면과 소정 길이만큼 이격되도록 두께를 변경시키거나 본체부(110) 및 본체연장부(120)의 형상을 변경시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제조단계(S140)는, 생성된 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드의 형상 데이터를 이용하여 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드(100)를 제조하는 단계이다. 이때, 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제조단계(S140)는 CAD/CAM 기술을 이용한 데이터를 기반으로 Rapid Prototyping 장비를 이용하여 제작될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제작방법(S100)에 따르면, 대상 환자의 대퇴골을 CT 또는 MRI 스캐닝 방법을 통해 대퇴골 3D 데이터를 획득하여 대퇴골 3D 모델 이미지를 형성하는 대퇴골 3D모델링 단계(S110), 및 대퇴골 3D 모델 이미지에 삽입하고자 하는 핀의 위치를 설정하는 핀 위치 설정단계(S120)를 포함함으로써, 핀의 위치를 정확하게 설정할 수 있는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 제조할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제작방법(S100)에 따르면, 핀의 위치와 대응되는 위치에 핀가이드부(130), 본체부(110), 본체연장부(120) 및 움직임방지부(140) 형상을 생성하여 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드(100)의 형상을 생성하는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 생성단계(S130); 및 생성된 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드의 형상 데이터를 이용하여 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드(100)를 제조하는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제조단계(S140)를 포함함으로써, 대퇴골 하부에 안정적으로 고정될 수 있는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 손쉽게 제작할 수 있다.
본 발명은 또한, 어느 한 항에 따른 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제작방법(S100)을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 저장한 기록매체를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은, 본 발명에 따른 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제작방법(S100)을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 수행하는 컴퓨터와 모니터; 및 상기 컴퓨터의 산술 처리부에서 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제작방법에 따라 산출된 형상 데이터에 의해 제어되어 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 제작하는 3D 프린터;를 포함하는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제작장치를 제공할 수 있다.
본 실시예에 따른 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제작장치에 따르면, 대퇴골의 원하는 위치에 핀을 삽입시킨 후, 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 파괴하지 않고 손쉽게 제거할 수 있으며, 수술을 간편하게 수행할 수 있고, 결과적으로 수술에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 손쉽게 제작할 수 있다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
즉, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
10: 대퇴골
11: 연골
20: 경골
100: 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드
110: 본체부
111: 관통구
120: 본체연장부
130: 핀가이드부
131: 본체부에 형성된 핀가이드부
132: 본체연장부에 형성된 핀가이드부
133: 관통구
140: 움직임방지부
141: 수평연장부
142: 수직연장부
150: 이격부
S100: 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제작방법
S110: 대퇴골 3D 모델링 단계
S120: 핀 위치 설정단계
S130: 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 생성단계
S140: 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제조단계

Claims (18)

  1. 인공슬관절 치환수술을 위한 대퇴골 성형에 사용되는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드(100)로서,
    CT 또는 MRI 스캐닝 방법을 통해 획득한 대퇴골 3D 데이터를 기초로 모델링된 대퇴골 3D 모델의 외부 표면 형상과 대응되는 구조의 내측면을 구비하고, 대퇴골 3D 모델의 상부 일부를 감싸는 형태의 굴곡면을 가지는 본체부(110);
    상기 본체부(110)로부터 일측방향으로 연장되어 대퇴골(10) 하단부 표면과 접촉되는 본체연장부(120);
    상기 본체부(110) 및 본체연장부(120)로부터 일측방향으로 연장되고, 내부에 핀(33)을 삽입할 수 있는 관통구(133)가 형성된 핀가이드부(130); 및
    상기 본체부(110)로부터 일측방향으로 연장되어 대퇴골(10) 측부 표면과 접촉되는 움직임방지부(140);
    를 포함하고,
    상기 움직임방지부(140)는:
    상기 본체부(110)에 형성된 핀가이드부(131)의 관통구(133) 형성방향과 평행한 방향으로 본체부(110)로부터 연장되어 형성된 수평연장부(141); 및
    상기 본체연장부(120)에 형성된 핀가이드부(132)의 관통구(133) 형성방향과 평행한 방향으로 수평연장부(141)의 일단부로부터 연장되어 형성된 수직연장부(142);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체부(110)의 굴곡면은 대퇴골 3D 모델의 하부의 측부면 및 하단면을 동시에 감싸는 형태인 것을 특징으로 하는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체연장부(120)는, CT 또는 MRI 스캐닝 방법을 통해 획득한 대퇴골 3D 데이터를 기초로 모델링된 대퇴골 3D 모델의 외부 표면 형상과 대응되는 구조의 내측면을 구비하고, 대퇴골 3D 모델의 상부 일부를 감싸는 형태의 굴곡면을 가지는 것을 특징으로 하는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체부(110)에 형성된 핀가이드부(131)의 관통구(133) 형성방향은, 본체연장부(120)에 형성된 핀가이드부(132)의 관통구(133) 형성방향과 직교하는 방향인 것을 특징으로 하는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 움직임방지부(140)는, CT 또는 MRI 스캐닝 방법을 통해 획득한 대퇴골 3D 데이터를 기초로 모델링된 대퇴골 3D 모델의 외부 표면 형상과 대응되는 구조의 내측면을 구비하고, 대퇴골 3D 모델의 측부 일부를 감싸는 형태의 굴곡면을 가지는 것을 특징으로 하는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체부로부터 일측방향으로 연장되어 형성된 움직임방지부(140)의 연장 방향은, 측면상 핀가이드부(130)의 관통구(133) 형성방향과 평행한 방향 또는 직교하는 방향인 것을 특징으로 하는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체부(110)에는, 본체부(110)에 의해 가려지는 대퇴골 표면의 일부가 외부로 노출되도록, 소정 크기의 면적으로 관통구(111)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체부(110) 및 본체연장부(120)의 내측면 중 일부에는 대퇴골 3D 모델의 표면과 소정 길이만큼 이격되어 있는 이격부(150)가 형성되어 있는것을 특징으로 하는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드.
  10. 제 1 항 내지 제 6 항, 제 8 항, 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 제작하는 방법(S100)으로서,
    a) 대상 환자의 대퇴골을 CT 또는 MRI 스캐닝 방법을 통해 대퇴골 3D 데이터를 획득하여 대퇴골 3D 모델 이미지를 형성하는 대퇴골 3D모델링 단계(S110);
    b) 대퇴골 3D 모델 이미지에 삽입하고자 하는 핀의 위치를 설정하는 핀 위치 설정단계(S120);
    c) 핀의 위치와 대응되는 위치에 핀가이드부(130), 본체부(110), 본체연장부(120) 및 움직임방지부(140) 형상을 생성하여 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드(100)의 형상을 생성하는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 생성단계(S130); 및
    d) 생성된 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드(100)의 형상 데이터를 이용하여 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드(100)를 제조하는 수술가이드 제조단계(S140);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제작방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 c) 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 생성단계(S130)는:
    본체부(110), 본체연장부(120) 및 움직임방지부(140)가 형성될 위치를 대퇴골 3D 모델 이미지에 설정하고, 본체부(110), 본체연장부(120) 및 움직임방지부(140)의 외곽형상을 설정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제작방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 c) 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 생성단계(S130)는:
    본체부(110), 본체연장부(120) 및 움직임방지부(140)의 외곽형상에 대응되는 대퇴골 3D 모델 이미지의 표면 데이터를 추출하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제작방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 c) 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 생성단계(S130)는:
    본체부(110), 본체연장부(120) 및 움직임방지부(140)의 외곽형상에 대응되는 대퇴골 3D 모델 이미지의 표면 데이터를 바탕으로 두께를 가지는 본체부 및 본체연장부 형상을 생성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제작방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 c) 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 생성단계(S130)는:
    본체부(110) 및 본체연장부(120)의 내측면 중 일부를 대퇴골 3D 모델의 표면과 소정 길이만큼 이격되도록 두께를 변경시키거나 본체부(110) 및 본체연장부(120)의 형상을 변경시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제작방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 본체부(110), 본체연장부(120) 및 움직임방지부(140)의 두께는 3 내지 7 mm 인 것을 특징으로 하는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제작방법.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제조단계(S140)는 CAD/CAM 기술을 이용한 데이터를 기반으로 Rapid Prototyping 장비를 이용하여 제작되는 것을 특징으로 하는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제작방법.
  17. 제 10 항에 따른 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제작방법(S100)을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 저장한 기록매체.
  18. 제 10 항에 따른 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제작방법을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 수행하는 컴퓨터와 모니터; 및
    상기 컴퓨터의 산술 처리부에서 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제작방법에 따라 산출된 형상 데이터에 의해 제어되어 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드를 제작하는 3D 프린터;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 제작장치.
KR1020160007783A 2016-01-21 2016-01-21 움직임방지 구조를 포함하는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 및 이를 제작하는 방법 KR101738109B1 (ko)

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