KR101889128B1 - 인공 골조직의 제조 시스템 및 이의 제조 방법 - Google Patents

인공 골조직의 제조 시스템 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인공 골조직의 제조 시스템 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 골조직 제조 시스템은, 환자의 수술 대상 골조직을 촬영하여 3 차원 영상 정보를 생성하는 촬상부로부터 상기 수술 대상 골조직의 상기 영상 정보를 획득하고, 상기 영상 정보의 송신을 위해 네트워크에 결합되며, 사용자의 입력 또는 정보의 출력을 위한 사용자 인터페이스를 포함하는 클라이언트 컴퓨터; 상기 클라이언트 컴퓨터로부터 수신된 상기 수술 대상 골조직의 상기 영상 정보에 기초하여, 상기 수술 대상 골조직을 식별하고 상기 수술 대상 골조직에 대응하는 적어도 하나 이상의 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성하며, 상기 클라이언트 컴퓨터에 의해 상기 적어도 하나 이상의 치료용 골조직 모델의 상기 영상 정보가 검증 및 확정되도록 상기 적어도 하나 이상의 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 상기 클라이언트 컴퓨터에 전송하는 서버 컴퓨터; 및 상기 서버 컴퓨터로부터 확정된 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보에 기초하여 인공 골조직을 제조하는 가공부를 포함할 수 있다.

Description

인공 골조직의 제조 시스템 및 이의 제조 방법{Device for fabricating artificial osseous tissue and method of fabricating the same}
본 발명은 골조직의 외과적 수술을 위한 컴퓨터 가이드 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 수술 대상 골조직의 치료를 위한 인공 골조직의 제조 시스템 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 골조직이 골절되거나 유전적 질환에 의한 기형 또는 결손, 또는 염증과 같은 질환에 의한 골조직의 소실을 치료하는 경우, 인공 골조직을 이용한 재건, 교체, 또는 보철과 같은 외과적 수술에 의한 치료는 바람직하다. 이러한 골조직의 재건, 교체 또는 보철을 위해서는, 필요한 골조직의 형상, 크기 및/또는 위치를 고려한 적합한 인공 골조직이 제조되어야 한다.
종래에는 환자의 수술 대상 골조직을 육안 또는 컴퓨터 단층 촬영(CT)과 영상 진단 장치를 통해 확인하고, 자가 이식으로서 환자의 치료에 적합한 조직을 타 기관에서 추출하거나 타가 이식으로서 기증된 인체 골조직을 수술 중에 환자의 치료에 적합하도록 가공하는 방식으로 골조직이 준비되었다. 어느 경우에나, 수술을 진행하는 의사는 대체적인 크기, 형상, 및/또는 질환에 따른 골조직의 부분 제거와 같은 요인을 고려하여 대체용 골조직을 정밀하게 가공하여 수술에 적용하였다. 그러나, 상기 수술 중에 이와 같이 골조직을 제조하는 경우, 수술하는 의료진의 고도의 경험이 요구되고, 때로는 수술 중 정확한 골조직의 가공이 어려워 불필요한 침습에 의해 과도한 조직 손상을 초래하거나, 적용될 골조직이 부정확하게 제조되어 수술 후 추가적인 후유증을 유발할 수도 있다. 또한, 수술 중 가공에 의한 장시간의 수술 시간도 문제가 된다.
상기 자가 이식의 경우, 공여부의 조직 결함을 유발하므로 2차 결손을 유도하는 점이 문제점이다. 또한, 타가 이식의 경우에도, 상기 기증된 인체 골조직은 사회 또는 문화에 따라 윤리적 또는 법적 문제를 갖기 때문에 이의 적용에 한계가 있다. 따라서, 기증된 인체 골조직보다 인공 골조직을 이용하여 환자의 치료를 하는 것은 바람직하다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 0001) 한국 등록특허공보 제2012-0016549호" 3차원 골 영상 시뮬레이션 기술을 이용한 본 플레이트 제작 방법"(공개일: 2012.02.24)
(특허문헌 0002) 한국 등록특허공보 제2013-0128783호" 보철물 매칭 시스템 및 방법, 그 기록 매체"(공개일: 2013.11.27)
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 수술 대상 골조직의 외과적 수술에 의한 치료를 위하여 의료진의 고도의 경험이 없더라도 정확하고 신속하게 인공 골조직을 제조할 수 있으며 상기 인공 골조직의 제조 또는 적용을 위해 상기 외과적 수술에 수반되는 침습을 최소화하고 치료의 소요 시간을 단축할 수 있는 인공 골조직의 제조 시스템 또는 외과적 수술의 가이드 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 전술한 이점을 갖는 인공 골조직의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 골조직의 제조 시스템은 환자의 수술 대상 골조직을 촬영하여 3 차원 영상 정보를 생성하는 촬상부로부터 상기 수술 대상 골조직의 상기 영상 정보를 획득하고, 상기 영상 정보의 송신을 위해 네트워크에 결합되며, 사용자의 입력 또는 정보의 출력을 위한 사용자 인터페이스를 포함하는 클라이언트 컴퓨터; 상기 클라이언트 컴퓨터로부터 수신된 상기 수술 대상 골조직의 상기 영상 정보에 기초하여, 상기 수술 대상 골조직을 식별하고 상기 수술 대상 골조직에 대응하는 적어도 하나 이상의 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성하며, 상기 클라이언트 컴퓨터에 의해 상기 적어도 하나 이상의 치료용 골조직 모델의 상기 영상 정보가 검증 및 확정되도록 상기 적어도 하나 이상의 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 상기 클라이언트 컴퓨터에 전송하는 서버 컴퓨터; 및 상기 서버 컴퓨터로부터 확정된 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보에 기초하여 인공 골조직을 제조하는 가공부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 인공 골조직의 제조 가공부에 의해 제조된 상기 인공 골조직을 병원 시스템으로 전달하는 배송 시스템을 더 포함할 수 있다. 상기 촬상부는 X-레이 장치, 컴퓨터 단층촬영(computed tomography 또는 computerized axial tomography) 장치, MRI(magnetic resonance imaging) 장치, 광간섭 단층촬영(optical coherence tomography) 장치, 초음파 영상 장치 및 PET(positron emission tomography) 장치 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 클라이언트 컴퓨터는 상기 수술 대상 골조직의 상기 영상 정보와 함께 상기 수술 대상 골조직의 식별 정보, 질환 명칭 및 수술 방법 중 적어도 하나 이상의 추가적 정보를 상기 서버 컴퓨터에 제공하고, 상기 수술 대상 골조직의 상기 영상 정보와 함께 상기 추가적 정보를 참조하여 상기 서버 컴퓨터가 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성할 수 있다. 상기 서버 컴퓨터는 연령별, 성별, 신장별, 체중별 또는 인종별의 인체들에서 수집된 정상 골조직의 영상 정보들을 포함하는 기초 영상 정보가 저장된 제 1 데이터 베이스를 포함하고, 상기 서버 컴퓨터는 상기 기초 영상 정보로부터 상기 치료용 골조직 모델의 상기 3 차원 영상 정보를 생성할 수 있다.
상기 제 1 데이터 베이스에는 상기 정상 골조직의 식별 정보, 관련 질환 명칭 또는 수술 방법에 관한 정보들이 더 포함될 수 있다. 또한, 상기 제 1 데이터 베이스에는 상기 환자의 과거의 해당 수술 대상 골조직에 관한 영상 정보 또는 상기 수술 대상 골조직의 좌우 대칭 관계에 있는 다른 쪽의 정상 골조직에 관한 영상 정보들이 더 포함될 수 있다.
상기 클라이언트 컴퓨터는 상기 수술 대상 골조직의 상기 영상 정보와 함께 상기 수술 대상 골조직의 수술 방법을 상기 서버 컴퓨터에 전송하고, 상기 서버 컴퓨터는 상기 수술 방법을 참조하여, 상기 정상 골조직의 영상 정보를 수정하여 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성할 수 있다. 상기 서버 컴퓨터는 상기 인공 골조직의 형상, 재료, 미세 조직, 강도, 수술 방법 및 수술 성공률 중 적어도 어느 하나의 정보가 저장되는 제 2 데이터 베이스를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 클라이언트 컴퓨터는 상기 사용자 인터페이스를 통하여 사용자가 상기 서버 컴퓨터로부터 제공된 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 수술 방법에 따라 시뮬레이션할 수 있는 그래픽 객체의 편집, 비교 또는 치수 측정을 수행할 수도 있다. 또한, 상기 사용자는 상기 시뮬레이션 결과를 통해 상기 서버 컴퓨터로부터 전송된 상기 치료용 골조직 모델을 수용하거나 이를 수정하는 단계를 통하여 상기 치료용 골조직 모델이 확정될 수 있다. 이를 위해, 상기 클라이언트 컴퓨터는 상기 시뮬레이션을 수행하기 위한 그래픽 객체의 편집 도구, 비교 도구 및 치수 측정 도구 중 적어도 어느 하나를 포함할 수도 있다.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 시스템은 환자의 수술 대상 골조직을 촬영하여 3 차원 영상 정보를 생성하는 촬상부에 결합되고, 사용자의 입력 또는 정보의 출력을 위한 사용자 인터페이스를 포함하는 컴퓨터 기반의 외과적 수술용 가이드 시스템이다. 일 실시예에 따르면, 상기 가이드 시스템은, 상기 촬상부로부터 상기 수술 대상 골조직의 3 차원 영상 정보를 획득하고, 상기 수술 대상 골조직의 3 차원 영상 정보에 기초하여, 상기 수술 대상 골조직을 식별하고 상기 수술 대상 골조직에 대응하는 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성하는 치료용 골조직 모델의 생성부; 사용자 입력 또는 정보의 출력을 위한 사용자 인터페이스 및 상기 사용자 인터페이스를 통한 사용자 입력 또는 상기 치료용 골조직 모델의 제안에 기초하여, 상기 치료용 골조직 모델의 검증을 수행하고, 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 확정하는 시뮬레이션 수행부; 및 상기 확정된 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보로부터 인공 골조직을 제조하는 가공부를 포함할 수 있다.
상기 치료용 골조직 모델의 검증은 상기 수술 대상 골조직의 3 차원 영상 정보에 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 적용하는 시뮬레이션을 통해 달성될 수 있다. 상기 사용자 입력은, 수술 방법에 따라 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 수정할 수 있도록 그래픽 객체의 편집 도구, 비교 도구 또는 치수 측정 도구 중 적어도 어느 하나를 이용하여 사용자로부터 수신되는 명령어를 포함할 수 있다.
상기 치료용 골조직 모델의 제안은 보철, 재건, 유합 및 환부 처치의 이전 또는 이후 단계에 대한 영상 정보 중 적어도 어느 하나의 수술 방법에 관한 정보를 반영하여 달성될 수 있다. 상기 치료용 골조직 모델의 생성부는 연령별, 성별, 신장별, 체중별 또는 인종별의 인체들에서 수집된 정상 골조직의 영상 정보들을 포함하는 기초 영상 정보가 저장된 제 1 데이터 베이스에 접속하여, 상기 기초 영상 정보로부터 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 검출하고, 검출된 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 상기 시뮬레이션 수행부에 전달하고, 상기 시뮬레이션 수행부는 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 상기 사용자 인터페이스에 출력하여 상기 검증을 준비할 수 있다.
상기 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 골조직의 제조 방법은, 환자의 수술 대상 골조직을 촬영하여 상기 수술 대상 골조직의 3 차원 영상 정보를 생성하는 단계; 상기 수술 대상 골조직의 3 차원 영상 정보에 기초하여, 상기 수술 대상 골조직을 식별하고, 상기 수술 대상 골조직에 대응하는 적어도 하나 이상의 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성하는 단계; 상기 적어도 하나 이상의 치료용 골조직 모델의 적합성을 검증하는 단계; 상기 검증 단계에서, 상기 적어도 하나 이상의 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보의 수정이 없는 경우 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 확정하는 단계; 상기 검증하는 단계에서, 상기 적어도 하나 이상의 치료용 골조직 모델의 3 차원 정보의 수정 정보가 있는 경우 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보에 상기 수정 정보를 반영하여 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 확정하는 단계; 및 상기 확정된 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보로부터 인공 골조직을 제조하는 단계에 의해 수행될 수 있다. 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성하는 단계에서, 보철, 재건, 유합 및 환부 처치의 이전 또는 이후 단계에 대한 영상 정보 중 적어도 어느 하나의 추가적 정보를 반영하여 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성할 수 있다.
또한, 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성하는 단계에서, 상기 수술 대상 골조직의 상기 3 차원 영상 정보와 함께 상기 수술 대상 골조직의 식별 정보, 질환 명칭 및 수술 방법 중 적어도 하나 이상의 추가적 정보를 참조하여 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성할 수도 있다. 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성하는 단계에서, 연령별, 성별, 신장별, 체중별 또는 인종별의 인체들에서 수집된 정상 골조직의 영상 정보들을 포함하는 기초 영상 정보가 저장된 제 1 데이터 베이스가 제공되고, 상기 기초 영상 정보로부터 상기 치료용 골조직 모델의 상기 3 차원 영상 정보를 검출하는 단계가 수행될 수도 있다.
상기 제 1 데이터 베이스에는 상기 정상 골조직의 식별 정보, 관련 질환 명칭 또는 수술 방법에 관한 추가적 정보들이 더 저장되고, 상기 수술 방법을 참조하여, 상기 정상 골조직의 영상 정보를 수정하여 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성할 수도 있다. 상기 인공 골조직의 형상, 재료, 미세 조직, 강도, 수술 방법 및 수술 성공률 중 적어도 어느 하나의 정보가 저장되는 제 2 데이터 베이스가 제공될 수도 있다. 또한, 상기 검증하는 단계는, 3 차원 영상 정보로부터 구현된 그래픽 객체의 편집, 비교 또는 치수 측정에 의하여 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 수술 방법에 따라 시뮬레이션하는 단계에 의해 수행될 수도 있다. 또한, 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 확정하는 단계는, 상기 정상 골조직의 3 차원 영상 정보를 대체 골조직의 3 차원 영상 정보로 대체하여 학습을 수행하는 단계를 더 수행할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 촬영된 수술 대상 골조직의 3 차원 영상 정보를 식별하고 상기 수술 대상 골조직에 대응하는 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성하는 서버 컴퓨터와 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 검증 및 확정하는 클라이언트 컴퓨터의 공조에 의해 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 확정하고, 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보에 기초하여 인공 골조직을 제조함으로써, 의료진의 고도의 경험이 없더라도 정확하고 신속하게 인공 골조직을 제조할 수 있으며 상기 인공 골조직의 제조 또는 적용을 위해 상기 외과적 수술에 수반되는 침습을 최소화하고 치료의 소요 시간을 단축할 수 있는 인공 골조직의 제조 시스템 또는 외과적 수술의 가이드 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 전술한 이점을 갖는 인공 골조직의 제조 방법이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 골조직 제조 시스템을 나타내는 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 골조직의 제조 방법을 도시하는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 골조직을 이용한 컴퓨터 기반의 외과적 수술의 가이드 시스템의 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 골조직 제조 시스템(100)을 나타내는 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 인공 골조직 제조 시스템(100)은 촬상부(111), 클라이언트 컴퓨터(112), 서버 컴퓨터(121) 및 가공부(122)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 촬상부(111) 및 클라이언트 컴퓨터(112)는 병원 시스템(110) 내 수술실 또는 진단실에 설치될 수 있고, 서버 컴퓨터(121) 및 가공부(122)는 수술실 또는 진단실과는 구별되는 별개의 장소에 배치되는 인공 골조직 가공 및 제조 시스템(120)에 설치될 수 있다. 각 구성 요소들은 필요한 경우 도 1에 도시된 바와 같이 네트워크(130)를 통해서 서로 원격지간 접속을 허용할 수 있다. 이를 위하여, 클라이언트 컴퓨터(112) 또는 서버 컴퓨터(121)는 네트워크(130)에 접속하기 위한 통신 인터페이스(미도시)를 포함할 수도 있다.
일 실시예에서, 병원 시스템(110)은 복수 개이고, 그에 따라 클라이언트 컴퓨터(112)와 촬상부(111)도 복수 개일 수 있으며, 인공 골조직 가공 및 제조 시스템(120)은 단일할 수 있다. 이 경우 복수 개의 병원 시스템(110)과 하나의 인공 골조직 가공 및 제조 시스템(120) 사이에 다대일 관계가 성립될 수 있다. 복수의 클라이언트 컴퓨터들과 하나의 서버 컴퓨터는 유무선 통신망을 포함하는 네트워크(130)를 통해 상호간 통신 가능하게 연결될 수 있다.
클라이언트 컴퓨터(112) 또는 서버 컴퓨터(121)는 응용 소프트웨어 및 자료의 저장을 위한 영구 저장 장치 또는 임시 저장 장치, 상기 영구 저장 장치 또는 임시 저장 장치에 저장된 적어도 하나 이상의 데이터 베이스들, 및 이들을 제어하기 위한 중앙처리장치를 포함할 수 있다. 상기 데이터 베이스의 예로서, 서버 컴퓨터(121) 측에 마련된 제 1 및 제 2 데이터 베이스들(123, 124)이 예시되어 있다. 또한, 클라이언트 컴퓨터(112) 또는 서버 컴퓨터(121)는 마우스, 키보드 또는 터치 패널과 같은 입력부, 및 모니터, 프로젝션 디스플레이 및 헤드업 디스플레이와 같은 출력부를 포함하는 사용자 인터페이스를 갖는다. 상기 사용자 인터페이스는 후술하는 시뮬레이션의 현실감과 정보 전달 효율의 향상을 위해 증강 현실을 구현할 수도 있다. 참조 부호 113은 클라이언트 컴퓨터(112)에 결합된 상기 사용자 인터페이스를 도시한다.
일 실시예에서, 클라이언트 컴퓨터(112)의 사용자 인터페이스(113)는 서버 컴퓨터(121)에 의해 원격지간 공유될 수 있다. 예를 들면, 사용자 인터페이스(113)가 디스플레이인 경우, 클라이언트 컴퓨터(112)측의 사용자가 동작시키는 내용은 서버 컴퓨터(121)의 사용자에게 전송되어 서버측(121)의 디스플레이를 통해 사용자 인터페이스(113)에 구현된 동일한 화상 내용이 시현될 수 있다. 마찬가지로, 서버 컴퓨터(121)의 사용자가 동작시키는 내용이 사용자 인터페이스(113)에 구현될 수도 있다. 이의 구현 방식은 인터넷을 이용한 멀티미디어 정보의 스트리밍 또는 제어 정보의 송수신을 통해 실현될 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
클라이언트 컴퓨터(112) 또는 서버 컴퓨터(121), 제 1 및 제 2 데이터 베이스들(123, 124)의 전술한 구성 요소들은 단일 컴퓨터에 구현되는 것에 한정되지 않고, 분산화 또는 클라우드 방식으로 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 클라이언트 컴퓨터(112)의 주요 데이터 및 실행 프로그램은 서버 컴퓨터(121)에 설치되고, 클라이언트 컴퓨터(112)는 이를 다운로드하여 사용할 수도 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
병원 시스템(110) 내에 마련되는 촬상부(111)는 환자의 수술 대상 골조직을 촬영하고, 이를 전기적 신호로 변환하여 클라이언트 컴퓨터(112)에 전송한다. 상기 수술 대상 골조직은 인공 골조직에 의해 비제한적 예로서 구강악안면골, 척추골, 두개골 또는 사지의 장골과 같은 골조직을 재건하기 위해 이의 일부 또는 전부 대체, 보철, 재건되거나, 기존 또는 대체 골조직과 인접 골조직 사이의 유합과 같은 외과적 수술이 요구되는 골조직이다.
촬상부(111)는 상기 수술 대상 골조직의 크기, 형상, 위치 또는 질환에 관한 정보를 포함하는 임의의 3 차원 영상 정보를 생성할 수 있는 이미징 장치일 수 있다. 촬상부(111)는, 비제한적 예로서, X-레이 장치, CT(computed tomography) 장치, MRI(magnetic resonance imaging) 장치 및 PET(positron emission tomography) 장치 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 그러나, 상기 3 차원 영상 정보는 복수의 2 차원 정보들로부터 3 차원 랜더링되어 생성될 수 있으므로, 촬상부(111)는 3 차원 랜더링이 가능한 2 차원 영상 정보를 생성할 수 있는 이미징 장치를 포함할 수 있다.
상기 3 차원 영상 정보는 상기 수술 대상 골조직의 치료를 위해 대체, 보철, 재건, 또는 유합을 위한 상기 수술 대상 골조직의 3 차원 영상 정보를 포함할 수 있다. 선택적으로는, 골조직의 환부 처치(wound bed preparation)에 관한 3 차원 영상 정보 및 수술 방법에 따른 인접 골조직, 근육 조직, 신경 조직 또는 혈관 조직에 관한 영상 정보를 더 포함할 수 있으며, 본 명세서에서는, 이들을 통칭하여 수술 대상 골조직의 3 차원 영상 정보라고 칭한다.
클라이언트 컴퓨터(112)는 촬상부(111)로부터 상기 수술 대상 골조직의 상기 영상 정보를 획득할 수 있다. 클라이언트 컴퓨터(112)는 획득된 수술 대상 골조직의 3 차원 영상 정보를 네트워크(130)를 통하여 다른 컴퓨터로 전송할 수 있다. 일부 실시예에서, 클라이언트 컴퓨터(112)는 상기 수술 대상 골조직의 상기 영상 정보와 함께, 상기 수술 대상 골조직의 해부학적 명칭과 대응되는 식별 정보, 질환 명칭, 및 대체, 보철, 재건 또는 유합과 같은 수술 방법 중 적어도 하나 이상의 정보를 네트워크(130)를 통해 다른 컴퓨터로 전송할 수 있다. 상기 수술 대상 골조직의 식별 정보, 질환 명칭 또는 수술 방법에 관한 정보는 진단 또는 수술과 관련된 의료인에 의해 사용자 인터페이스(113)를 통하여 입력될 수 있다.
서버 컴퓨터(121)는 유선 통신망(62)과 같은 네트워크(130)를 통하여 클라이언트 컴퓨터(112)로부터 전송되는 상기 수술 대상 골조직의 상기 영상 정보를 수신한다. 전송된 영상 정보는 암호화될 수 있으며, 정보의 기밀성 유지를 위해 영구적으로 공개되거나 일정 기간만 확인이 가능한 보안 정보를 더 포함할 수도 있다.
선택적으로는, 서버 컴퓨터(121)는 상기 영상 정보와 함께, 상기 골조직의 해부학적 명칭과 대응되는 식별 정보, 신체 정보(예를 들면, 비제한적 예로서, 나이, 연령, 성별, 신장, 몸무게, 골밀도, 기왕력(anamnesis), 질환 명칭, 및/또는 수술 방법을 더 수신할 수 있다.
서버 컴퓨터(121)는 상기 수술 대상 골조직의 상기 3 차원 영상 정보를 이용한 영상 인식 및 선택적으로는, 상기 식별 정보, 상기 신체 정보, 상기 질환 명칭 및 상기 수술 방법 중 적어도 어느 하나의 정보를 참조하여, 상기 수술 대상 골조직을 식별하고, 상기 수술 대상 골조직에 대응하는 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성할 수 있다. 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보는 단일하거나 복수 개일 수 있다. 사용자는 생성된 복수 개의 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보들로부터 적합한 어느 하나를 선택할 수도 있다. 서버 컴퓨터(121)가 생성하는 상기 치료용 골조직 모델의 상기 영상 정보는 수술 대상 골조직의 치료 방법에 따라 인공 골조직에 의해 비제한적 예로서 구강악안면골, 척추골, 두개골 또는 사지의 장골 등을 재건하기 위해 이의 일부 또는 전부 대체, 보철, 재건되거나, 기존 또는 대체 골조직과 인접 골조직 사이의 유합에 적합한 여하의 형상, 크기, 위치에 관한 정보를 포함할 수 있다.
선택적으로는, 서버 컴퓨터(121)에 의해 상기 치료용 골조직 모델의 상기 영상 정보에 식별 정보, 질환 명칭 및 수술 방법에 관한 정보 중 적어도 어느 하나의 추가적 정보가 더 생성될 수 있다. 이러한 서버 컴퓨터(121)에 의한 식별 정보, 질환 명칭 및 수술 방법에 관한 정보 중 적어도 어느 하나는 서버 컴퓨터(121)의 사용자(또는 의료인)에 의한 진단, 처치 또는 수술을 가이드하는 추천을 위한 것이어서, 사용자가 입력하여 클라이언트 컴퓨터(110)로부터 전송된 식별 정보, 질환 명칭 또는 수술 방법에 관한 정보와 일치하거나, 불일치할 수 있다. 상기 정보들이 서로 일치하는 경우에는 상기 사용자의 판단에 확신을 부여할 수 있고, 상기 정보들이 불일치하는 경우에는 시스템이 제공하는 제안적 정보로서 사용될 수 있으므로 상기 사용자의 판단을 보완하는 효과를 갖는다.
서버 컴퓨터(121)는 자료의 저장을 위한 영구 저장 장치 또는 임시 저장 장치, 및 이들 저장 장치에 기록되는 제 1 데이터 베이스(123)에 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보 및 선택적으로는 상기 추가적 정보를 생성하기 위한 기초 영상 정보가 저장될 수 있다. 상기 기초 영상 정보는 연령별, 성별, 신장별, 체중별, 또는 인종별의 인체들에서 수집된 정상 골조직의 영상 데이터들을 포함하며, 선택적으로는 상기 정상 골조직의 식별 정보, 관련 질환 명칭 또는 수술 방법에 관한 정보들을 더 포함할 수도 있다.
서버 컴퓨터(121)는 클라이언트 컴퓨터(112)로부터 수신된 수술 대상 골조직의 3 차원 영상 정보에 의해, 상기 기초 영상 정보로부터 상기 수술 대상 골조직의 3 차원 영상 정보에 대응되는 정상 골조직의 영상 정보를 검출할 수 있다. 또한, 서버 컴퓨터(121)는 상기 검출된 정상 골조직의 영상 정보와 함께 상기 정상 골조직의 식별 정보, 관련 질환 명칭 또는 수술 방법에 관한 추가적 출력 정보들을 함께 검출할 수도 있다. 이와 같이 검출된 상기 정상 골조직의 3 차원 영상 정보와 선택적으로는 추가적 출력 정보를 상기 정상 골조직의 3 차원 영상 정보에 결합하여, 서버 컴퓨터(121)는 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성할 수 있다.
일부 실시예에서, 클라이언트 컴퓨터(112)로부터 수신된 수술 대상 골조직의 수술 방법에 관한 추가적 정보로서 보철, 재건, 유합 또는 환부 처치의 이전 또는 이후 단계에 대한 영상 정보가 있는 경우, 서버 컴퓨터(121)는 상기 추가적 정보를 참조하여 상기 정상 골조직의 영상 정보에 상기 추가적 정보를 반영하여, 상기 추가적 정보에 따른 정상 골조직의 형상, 크기, 위치에 따른 수정을 하여 이와 같이 수정된 정상 골조직의 영상 정보에 기초한 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성할 수도 있다. 예를 들면, 클라이언트 컴퓨터(112)로부터 수신된 수술 대상 골조직의 수술 방법이 보철 또는 유합인 경우, 인공 골조직으로 정상 골조직을 완전히 대체하여 수술이 진행되는 것이 아니므로, 정상 골조직의 영상 정보의 일부 또는 전체에 대한 수정이 요구되며, 상기 수정된 정상 골조직의 영상 정보에 기초한 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보가 생성될 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 정상 골조직의 3 차원 영상 정보는 환자 자신의 과거의 해당 수술 대상 골조직에 관한 영상 정보이거나, 해당 골조직에 대한 좌우 대칭 관계에 있는 다른 쪽의 정상 골조직에 관한 영상 정보를 더 포함할 수 있다. 환자 자신의 상기 정상 골조직의 영상 정보는 서버 컴퓨터(121)가 수술 대상 골조직을 식별하고, 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성하는데 활용될 수 있다. 예를 들면, 서버 컴퓨터(121)가 수술 대상 골조직의 3 차원 영상 정보와 대응되는 정상 골조직의 상기 영상 정보의 검출이 실패하는 경우, 또는 독립적인 별개의 참조 목적으로, 환자 자신의 과거 정상 골조직 영상 또는 좌우를 반전시켜 대안적인 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성하고, 이를 클라이언트 컴퓨터(112)에 전송함으로써, 클라이언트 컴퓨터(112)가 수술 대상 골조직 영상과 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 용이하게 비교 및 수정할 수도 있도록 한다.
상기 정상 골조직에 관한 영상 정보, 추가적 출력 정보들 또는 수정된 정상 골조직의 영상 정보들에 기초한 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보와 함께, 서버 컴퓨터(121)는 치료용 골조직 모델이 실질적으로 동일한 형상의 인공 골조직으로 구현될 경우의 인공 골조직의 형상, 재료, 미세 조직, 강도, 수술 방법 및 수술 성공률 중 적어도 어느 하나의 인공 골조직에 관한 정보를 생성할 수도 있다. 인공 골조직의 재료, 미세 조직, 강도 또는 수술 성공률과 같은 인공 골조직의 기초 정보는 제 2 데이터 베이스(124)에 저장 관리될 수 있으며, 생성된 치료용 골조직 모델에 관한 정보도 제 2 데이터 베이스(124)에 저장 관리될 수 있다. 제 2 데이터 베이스(124)에 저장 관리되는 인공 골조직의 재료, 미세 조직, 강도 또는 수술 성공률은 사용자에 의해 수정되거나 선호도에 대한 추가적 정보가 더 반영될 수 있다.
전술한 실시예에서는, 치료용 골조직 모델의 도출을 위한 정상 골조직에 관한 정보가 기록된 제 1 데이터 베이스(123)와 생성된 치료용 골조직 모델 및/또는 인공 골조직에 관한 정보가 기록되는 제 2 데이터 베이스(124)는 도 1에 도시된 것과 같이 별개의 데이터 베이스로서 각각 구현될 수 있지만, 이는 예시적일 뿐 하나의 데이터 베이스로 구현되거나 분산 또는 클라우드 시스템으로 다중화될 수도 있으며, 이들 구현 방법에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
서버 컴퓨터(121)에 의해 생성된 골조직 모델의 3 차원 영상 정보와 선택적으로는, 인공 골조직의 형상, 재료, 미세 조직, 강도, 수술 방법 및 수술 성공률 중 적어도 어느 하나의 정보는, 유선 통신망(62)과 같은 네트워크(130)를 통하여 클라이언트 컴퓨터(112)로 전송될 수 있다. 클라이언트 컴퓨터(112)는 이를 수신하여 사용자 인터페이스(113), 예를 들면, 디스플레이 장치와 같은 그래픽 인터페이스를 통해 사용자(예를 들면, 의사)에게, 서버 컴퓨터(121)로부터 수신된 정보들을 제공 및 추천할 수 있다.
상기 사용자는 클라이언트 컴퓨터(112)의 사용자 인터페이스(113)를 통하여 상기 제공 및 추천된 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보 및 관련 추가적 정보들을 확인할 수 있다. 클라이언트 컴퓨터(112)는 전술한 바와 같이 촬상부(111)로부터 수술 대상 골조직의 3 차원 영상 정보와 서버 컴퓨터(121)로부터 수신된 치료용 골조직 모델을 가지고 상기 사용자가 사용자 인터페이스(113)를 통해 대체, 보철, 재건 또는 유합과 같은 수술 방법에 따라 시뮬레이션을 할 수 있는 그래픽 객체의 3 차원적 이동, 회전, 대칭, 자르기, 부분 생성, 확대/축소와 같은 편집 도구, 그래픽 객체들 사이의 비교 도구, 또는 치수 측정 도구와 같은 전용 프로그램 또는 소프트웨어 모듈을 포함할 수 있다. 상기 전용 프로그램 또는 소프트웨어를 통하여 사용자는 수술 대상 골조직의 3 차원 영상 정보 및/또는 서버 컴퓨터(121)로부터 수신된 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보들을 수정하고 저장할 수 있다.
사용자는 전술한 시뮬레이션 결과를 통해, 서버 컴퓨터(120)로부터 제공 및 추천된 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보가 환자의 치료에 적합하다고 판단되는 경우 클라이언트 컴퓨터(112)의 사용자 인터페이스를 통해 이를 수용할 수 있다. 또는, 전술한 바와 같이, 시뮬레이션을 통해 서버 컴퓨터(120)로부터 제공 및 추천된 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보가 환자의 치료를 위해 수정될 필요가 있는 경우, 상기 시뮬레이션 과정 중에서 사용자에 의해 결정된 수정 정보를 반영하여 수정된 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성한다.
전술한 바와 같이, 상기 사용자가 서버 컴퓨터(120)가 제공 및 추천한 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 그대로 수용하거나, 이를 사용자가 수정하여 수정된 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보가 생성된 경우 상기 사용자의 생성된 정보의 수용을 통해 상기 수술 대상 골조직의 치료를 위한 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보가 확정되고, 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보는 제조될 인공 골조직의 3 차원 영상 정보로 변환될 수 있다. 선택적으로는, 상기 인공 골조직 상기 영상 정보와 함께, 상기 인공 골조직의 재료, 미세 조직, 강도 및 수술 방법과 같은 적어도 하나 이상의 추가적 정보들도 확정될 수 있다.
서버 컴퓨터(121)는 제 1 데이터 베이스(123)에 미리 저장된 정상 골조직의 상기 영상 정보와 관련하여, 사용자에 의해 그대로 수용되거나 수정된 정보를 학습하고 이를 기초로 서버 컴퓨터(120)가 제공 및 추천하는 치료용 골조직 모델의 상기 영상 정보의 정확도 및 신뢰도를 더욱 향상시킬 수 있다. 이러한 학습을 위한 알고리듬은, 비제한적 예로서 신경회로망 또는 벡터양자화기의 코드북에 기초할 수 있을 것이다. 상기 학습을 위한 알고리듬은 사용자별로 개인화되거나 공유될 수 있으며, 이에 의해 다음 회의 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보의 검출의 정확도를 향상시키고 소요 시간을 감축시킬 수 있다.
확정된 인공 골조직의 3 차원 영상 정보는 후술하는 가공부(122)에서 디코딩 가능한 임의의 디지털 포맷으로 저장되거나, 비제한적 예로서 오토캐드(AutocadTM), 카티아(CatiaTM), 솔리드웍스 (SolidworksTM), 미믹스 (MIMICSTM), 또는 3D 맥스(3D MAX-TM)와 같은 상용 소프트웨어에서 지원 가능한 3 차원 이미지 정보의 디지털 포맷으로 데이터 베이스(124)에 저장될 수 있다.
가공부(122)는 서버 컴퓨터(121)의 제 2 데이터 베이스(124)에 저장된 인공 골조직 영상 정보 및 선택적으로는 인공 골조직의 재료 및 강도와 같은 추가적 정보들을 수신하고, 이를 기초로, 3 차원 형상의 인공 골조직(125)을 가공할 수 있다. 가공부(122)는, 예를 들면, 상기 영상 정보 또는 추가적 정보들에 기초하여, 가공 툴과 테이블을 3 차원으로 상대 운동시켜서 인공 골조직(125)을 가공할 수 있다. 인공 골조직(125)의 가공은 상용의 밀링 기계를 이용한 밀링 방법에 의해 수행될 수 있다. 필요에 따라, 인공 골조직(125)의 다양한 곡면을 활용하기 위해의 구현을 위해 4 축 혹은 5 축 밀링 기계가 활용될 수 있다. 또한, 인공 골조직(125)의 복잡한 형상의 구현을 위해 다양한 3 차원 프린터가 사용될 수도 있을 것이다.
인공 골조직(125)은, 비제한적 예로서, 하이드록시아파타이트 (hydroxyapatite), 바아이오액티브 글래스 (bioactive glass), 베타-트리칼슘 포스페이트 (β-tricalcium phosphate), 디칼슘포스페이트·디하이드레이트 (Dicalcium Phosphate Dihydrate), 티타늄 또는 그 합금 물질 (Ti6Al4V Extra Low Interstitial), Polyetheretherketone (PEEK) 또는 PEEK/인산칼슘계 세라믹 복합체와 같은 생체 적합성을 갖는 폴리머계, 금속계, 세라믹계 재료 또는 이들 중 2 이상의 복합 재료로 제조될 수 있으며, 이러한 재료는 사용자에 의해 지정된 것일 수 있다. 예를 들면, 인공 골조직(125)은 필요한 인체 특성에 따라 다른 다양한 재료, 및 미세 조직을 가질 수 있다.
가공부(122)는 다른 실시예에서, 주형을 이용하여 인공 골조직(125)을 제조할 수도 있다. 필요에 따라, 가공부(122)는 인공 골조직(125)에 가압 또는 가열과 같은 추가적 에너지의 공급이나 산화 또는 환원과 같은 화학적 처리 공정을 더 수행할 수도 있다. 또한, 가공부(122)에 의해 제조된 인공 골조직(125)은 멸균 또는 항균 처리될 수 있으며, 배송을 위하여 적합한 방식으로 포장될 수도 있다.
포장된 인공 골조직(125)은, 인공 골조직(125)의 적합한 보관 상태를 유지할 수 있는 배송 시스템(140)에 의해 해당 환자의 수술을 위해 병원 시스템(110)으로 운반될 수 있다. 배송 시스템(140)은, 예를 들면, 네트워크에 접속 가능한 비제한적 예로서 무선 통신망(63)을 통하여 병원 시스템(110)과 인공 골조직 제조 시스템(120)에 접속할 수 있으며, 통상의 육상, 항공 또는 해상 운송 장치들과 결합하여 인공 골조직 제조 시스템(120)에서 제조된 인공 골조직을 신속하고 정확하게 병원 시스템(110)으로 운반할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 골조직의 제조 방법을 도시하는 순서도이다.
도 2를 참조하면, X-레이 장치, CT 장치, MRI 장치 및 PET 장치와 같은 3 차원 이미징 장치에 의해 환자의 수술 대상 골조직을 촬영하여 상기 수술 대상 골조직의 3 차원 영상 정보가 생성된다(S10). 상기 수술 대상 골조직의 3 차원 영상 정보는 3 차원 그래픽 데이터로서 식별, 편집 또는 측정과 같은 일련의 자료화 및/또는 편집이 용이한 적합한 디지털 포맷의 데이터로 변환될 수 있다.
이후, 상기 수술 대상 골조직을 식별하고, 상기 수술 대상 골조직에 대응하는 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보가 생성될 수 있다(S20). 상기 수술 대상 골조직의 식별은 정상 골조직의 3 차원 영상 정보와의 대비를 통한 영상 인식을 통해 수행될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 영상 인식을 대체하거나 이와 함께, 해당 골조직의 해부학적 명칭에 관한 식별 정보, 신체 정보, 질환 명칭 및 수술 방법 중 적어도 어느 하나의 정보를 참조하여 상기 수술 대상 골조직을 식별할 수도 있다.
상기 수술 대상 골조직이 식별되면, 상기 수술 대상 골조직에 대응하는 적어도 하나 이상의 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보가 생성될 수 있다(S20). 도 1을 참조하여, 전술한 바와 같이, 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보는, 연령별, 성별, 신장별, 체중별 또는 인종별의 인체들에서 수집된 정상 골조직의 영상 정보들을 포함하는 기초 영상 정보가 저장된 데이터 베이스로부터 검출될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보는, 환자의 과거의 해당 수술 대상 골조직에 관한 영상 정보 또는 상기 수술 대상 골조직의 좌우 대칭 관계에 있는 인체의 다른 쪽의 정상 골조직에 관한 영상 정보들을 포함하는 데이터 베이스로부터 검출될 수도 있다.
후속하여, 생성된 치료용 골조직 모델이 상기 수술 대상 골조직의 대체, 보철, 재건 또는 유합과 같은 수술 방법에 따라 상기 수술 대상 골조직의 치료에 적합한지 여부를 판단하는 검증이 수행될 수 있다(S30). 상기 검증을 위하여, 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보와 상기 수술 대상 골조직의 3 차원 영상 정보를 서로 비교하여 이들 사이의 동일성 또는 적합성 판단이 수행될 수 있다.
다른 실시예에서는, 상기 검증은 상기 수술 대상 골조직의 3 차원 영상 정보에 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 상기 수술 방법에 따라 적용하는 시뮬레이션을 통해 달성될 수 있다. 전술한 검증을 위하여, 상기 수술 대상 골조직의 3 차원 영상 정보와 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보로 구현된 그래픽 객체의 3 차원적 이동, 회전, 대칭, 자르기, 부분 생성, 확대/축소와 같은 편집 도구, 그래픽 객체들 사이의 비교 도구, 또는 치수 측정 도구와 같은 전용 프로그램 또는 소프트웨어 모듈이 제공될 수 있다. 사용자는 이들 모듈을 이용하여 적합한 사용자 인터페이스를 통해 시뮬레이션을 수행하고, 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보에 대한 적합한 수정 정보가 생성될 수 있다.
상기 검증 단계(S30)에서, 상기 생성된 치료용 골조직 모델에 대하여 수정 사항이 있는 경우, 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보에 수정 정보를 반영하고(S45), 이에 의해 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보가 확정된다(S50). 상기 생성된 치료용 골조직 모델에 대하여 수정 사항이 없는 경우에는, 제안된 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보가 그대로 확정될 것이다(S50). 일부 실시예에서는, 상기 수정 정보에 따라 상기 데이터 베이스에 저장된 정상 골조직의 3 차원 영상을 수정하여 상기 대체 골조직 영상을 통해 학습 알고리즘이 수행될 수도 있다.
전술한 것과 같이 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보가 확정되면, 제조될 인공 골조직의 3 차원 영상 정보가 생성되며, 이를 기초로 인공 골조직이 제조될 수 있다(S60). 상기 인공 골조직은 비제한적 예로서 하이드록시아파타이트 (hydroxyapatite), 바아이오액티브 글래스 (bioactive glass), 베타-트리칼슘 포스페이트 (β-tricalcium phosphate), 디칼슘포스페이트디하이드레이트 (Dicalcium Phosphate Dihydrate), 티타늄 또는 그 합금 물질 (Ti6Al4V Extra Low Interstitial), Polyetheretherketone (PEEK) 또는 PEEK/인산칼슘계 세라믹 복합체와 같은 생체 적합성을 갖는 폴리머계, 금속계, 세라믹계 재료 또는 이들 중 2 이상의 복합 재료에 의해 제조될 수 있다. 예를 들면, 인공 디스크의 경우에는 폴리우레탄 핵을 포함하는 중앙부와 상기 중앙부의 상부 및 하부에 티타늄과 같은 생체 적합성 금속을 코팅하여 제조될 수 있다. 상기 인공 골조직은 인체의 골조직 특징에 따라 다양한 재료로 제조될 수도 있다.
상기 인공 골조직은 제조 후 멸균 처리될 수 있다. 또한, 상기 인공 골조직이 원격지에서 제조된 경우, 적합한 배송 시스템에 의해 환자의 치료를 위해 병원으로 배송될 수 있다(S70). 배송된 상기 인공 골조직(예를 들면, 인공 디스크)은 사용자(의사)에 의해 환자의 목이나 허리에 위치하는 수술 대상 골조직에 이식되거나 보철할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 따르면, 골절되거나 유전적 결손 또는 염증과 같은 질환에 의해 치료가 필요한 수술 대상 골조직의 일부 또는 전부를 대체, 보철, 재건, 또는 골조직과 골조직 사이의 유합과 같은 수술 방법에 대응하여 그 형상, 크기 및/또는 위치에 적합한 인공 골조직이 신속하고 저렴하게 제조될 수 있다. 또한, 인공 골조직이 신속하고 저렴하게 제조됨으로써, 수술 시간이 단축될 수 있고, 적합한 시뮬레이션을 활용하여 최소 침습에 의한 치료 결과가 달성될 수도 있다. 또한, 전술한 제조 방법은 클라이언트 컴퓨터가 마련되는 병원 시스템과 서버 컴퓨터가 마련되는 제조 시스템을 다대일로 구성함으로써 치료용 골조직 모델을 생성하기 위한 컴퓨터 리소스를 공유하고, 그 치료 성과를 누적시킴으로써 이에 의한 성공률과 제안적 기능의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있는 이점이 제공될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 골조직을 이용한 컴퓨터 기반의 외과적 수술의 가이드 시스템(200)의 블록도이다.
도 3을 참조하면, 가이드 시스템(200)은 치료용 골조직 모델의 생성부(221), 시뮬레이션 수행부(212) 및 가공부(222)를 포함할 수 있다. 이들 구성부들(221, 212, 222)는 단일 컴퓨터 또는 복수의 컴퓨터들로 구성될 수 있다. 사각형 점선은 치료용 골조직 모델의 생성부(221)와 시뮬레이션 수행부(212)가 단일 컴퓨터로 구현된 것을 예시한다.
상기 복수의 컴퓨터들로 이들 구성부들이 구성된 경우, 상기 복수의 컴퓨터들 사이는 도 1을 참조하여 설명한 것과 같이 클라이언트-서버 관계가 성립될 수도 있다. 상기 컴퓨터들과 함께 적어도 하나 이상의 데이터 베이스들(223, 224)이 더 제공될 수 있다. 이들 구성부들은 하나의 병원 내에 존재하거나, 병원과 인공 골조직 제조 업체에 분산 설치될 수도 있을 것이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
치료용 골조직 모델의 생성부(221)는 촬상부(211)로부터 수술 대상 골조직의 3 차원 영상 정보를 획득하고, 상기 수술 대상 골조직의 3 차원 영상 정보에 기초하여, 상기 수술 대상 골조직을 식별하고 상기 수술 대상 골조직에 대응하는 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성할 수 있다. 치료용 골조직 모델의 생성부(221)는 서버 컴퓨터로서 역할할 수 있으며, 이 경우, 상기 촬상부와 치료용 골조직 모델의 생성부(221) 사이의 촬상부(211)에 접속되어 획득된 수술 대상 골조직의 3 차원 영상 정보를 치료용 골조직 모델의 생성부(221)에 전송하는 클라이언트 컴퓨터가 배치될 수도 있다.
치료용 골조직 모델의 생성부(221)는 연령별, 성별, 신장별, 체중별 또는 인종별의 인체들에서 수집된 정상 골조직의 영상 정보들을 포함하는 기초 영상 정보가 저장된 제 1 데이터 베이스(223)에 접속하여, 상기 기초 영상 정보로부터 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 검출하고, 검출된 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 시뮬레이션 수행부(212)에 전달할 수 있다.
상기 치료용 골조직 모델이 실질적으로 동일한 형상의 인공 골조직으로 구현될 경우의 인공 골조직의 형상, 재료, 미세 조직, 강도, 수술 방법 및 수술 성공률 중 적어도 어느 하나의 인공 골조직에 관한 정보를 생성할 수도 있다. 인공 골조직의 재료, 미세 조직, 강도 또는 수술 성공률과 같은 인공 골조직의 기초 정보는 제 2 데이터 베이스(224)에 저장 관리될 수 있으며, 생성된 치료용 골조직 모델에 관한 정보도 제 2 데이터 베이스(224)에 저장 관리될 수 있다. 제 2 데이터 베이스(224)에 저장 관리되는 인공 골조직의 재료, 미세 조직, 강도 또는 수술 성공률은 사용자에 의해 수정되거나 선호도에 대한 추가적 정보가 더 반영될 수 있다.
시뮬레이션 수행부(212)는 치료용 골조직 모델의 생성부(221)에 접속하여 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 수신하여, 상기 치료용 골조직 모델의 검증을 수행할 수 있다. 상기 검증은 상기 수술 대상 골조직의 3 차원 영상 정보에 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 적용하는 시뮬레이션을 통해 달성될 수 있다. 이를 위하여, 상기 검증은 사용자 입력 또는 정보의 출력을 위한 사용자 인터페이스를 통한 사용자의 입력이나 치료용 골조직 모델의 생성부(221)의 제안에 기초하여 수행될 수 있다. 상기 검증이 완료되면 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보가 확정될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 검증 단계에서, 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보에 수정 사항이 있는 경우, 그 결과는 데이터 베이스에 저장 기록되어 학습 알고리즘에 의해 추후의 제안에 반영될 수 있다.
상기 사용자 입력은, 수술 방법에 따라 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 수정할 수 있도록 그래픽 객체의 편집 도구, 비교 도구 또는 치수 측정 도구 중 적어도 어느 하나를 이용하여 사용자로부터 수신되는 명령어를 포함할 수 있다. 상기 치료용 골조직 모델의 제안은 보철, 재건, 유합 및 환부 처치의 이전 또는 이후 단계에 대한 영상 정보 중 적어도 어느 하나의 수술 방법에 관한 정보를 반영하여 달성될 수 있다.
가공부(222)는 상기 확정된 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보로부터 인공 골조직(225)을 제조한다. 제조된 인공 골조직(225)은 멸균 및 포장의 과정을 거쳐 환자의 치료를 위하여 병원으로 배송될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (25)

  1. 환자의 수술 대상 골조직을 촬영하여 3 차원 영상 정보를 생성하는 촬상부로부터 상기 수술 대상 골조직의 상기 영상 정보를 획득하고, 상기 영상 정보와 함께 상기 수술 대상 골조직의 제 1 및 제 2 식별 정보, 제 1 및 제 2 질환 명칭 및 제 1 및 제 2 수술 방법 중 적어도 하나의 추가적 정보를 보안 및 암호화하여 송신하도록 네트워크에 결합되며, 사용자의 입력 또는 정보의 출력을 위한 사용자 인터페이스를 포함하는 클라이언트 컴퓨터, 상기 수술 대상 골조직의 제 1 식별 정보, 제 1 질환 명칭 및 제 1 수술 방법에 대한 제 1 추가적 정보는 상기 영상 정보에 기반하여 결정되며, 상기 수술 대상 골조직의 제 2 식별 정보, 제 2 질환 명칭 및 제 2 수술 방법에 대한 제 2 추가적 정보는 상기 사용자 인터페이스를 통한 사용자의 입력에 의해 결정되며;
    상기 클라이언트 컴퓨터로부터 수신된 상기 수술 대상 골조직의 상기 영상 정보와 함께 제 1 추가적 정보에 기초하여, 상기 수술 대상 골조직을 식별하고 상기 수술 대상 골조직에 대응하는 적어도 하나 이상의 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성하며, 상기 제 1 추가적 정보와 상기 제 2 추가적 정보를 비교하여, 상기 비교 결과를 사용자에게 제공하고,
    상기 클라이언트 컴퓨터에 의해 상기 적어도 하나 이상의 치료용 골조직 모델의 상기 영상 정보가 검증 및 확정되도록 상기 적어도 하나 이상의 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 상기 클라이언트 컴퓨터에 전송하는 서버 컴퓨터; 및
    상기 클라이언트 컴퓨터로부터 확정된 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보에 기초하여 인공 골조직을 제조하는 가공부를 포함하는 인공 골조직의 제조 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가공부에 의해 제조된 상기 인공 골조직을 병원 시스템으로 전달하는 배송 시스템을 더 포함하는 인공 골조직의 제조 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 촬상부는 X-레이 장치, 컴퓨터 단층촬영(computed tomography 또는 computerized axial tomography) 장치, MRI(magnetic resonance imaging) 장치, 광간섭 단층촬영(optical coherence tomography) 장치, 초음파 영상 장치 및 PET(positron emission tomography) 장치 중 적어도 어느 하나를 포함하는 인공 골조직의 제조 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 클라이언트 컴퓨터는 상기 수술 대상 골조직의 상기 영상 정보와 함께 상기 수술 대상 골조직의 식별 정보, 질환 명칭 및 수술 방법 중 적어도 하나 이상의 추가적 정보를 상기 서버 컴퓨터에 제공하고,
    상기 수술 대상 골조직의 상기 영상 정보와 함께 상기 추가적 정보를 참조하여 상기 서버 컴퓨터가 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성하는 인공 골조직의 제조 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 서버 컴퓨터는 연령별, 성별, 신장별, 체중별 또는 인종별의 인체들에서 수집된 정상 골조직의 영상 정보들을 포함하는 기초 영상 정보가 저장된 제 1 데이터 베이스를 포함하고,
    상기 서버 컴퓨터는 상기 기초 영상 정보로부터 상기 치료용 골조직 모델의 상기 3 차원 영상 정보를 생성하는 인공 골조직의 제조 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 데이터 베이스에는 상기 정상 골조직의 식별 정보, 관련 질환 명칭 또는 수술 방법에 관한 정보들이 더 저장된 인공 골조직의 제조 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 데이터 베이스에는 상기 환자의 과거의 해당 수술 대상 골조직에 관한 영상 정보 또는 상기 수술 대상 골조직의 좌우 대칭 관계에 있는 다른 쪽의 정상 골조직에 관한 영상 정보들이 더 저장된 인공 골조직의 제조 시스템.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 클라이언트 컴퓨터는 상기 수술 대상 골조직의 상기 영상 정보와 함께 상기 수술 대상 골조직의 수술 방법을 상기 서버 컴퓨터에 전송하고,
    상기 서버 컴퓨터는 상기 수술 방법을 참조하여, 상기 정상 골조직의 영상 정보를 수정하여 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성하는 인공 골조직의 제조 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 서버 컴퓨터는 상기 인공 골조직의 형상, 재료, 미세 조직, 강도, 수술 방법 및 수술 성공률 중 적어도 어느 하나의 정보가 저장되는 제 2 데이터 베이스를 포함하는 인공 골조직의 제조 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 클라이언트 컴퓨터는 상기 사용자 인터페이스를 통하여 사용자가 상기 서버 컴퓨터로부터 제공된 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 수술 방법에 따라 시뮬레이션할 수 있는 그래픽 객체의 편집, 비교 또는 치수 측정을 수행하는 인공 골조직의 제조 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 사용자는 상기 시뮬레이션 결과를 통해 상기 서버 컴퓨터로부터 전송된 상기 치료용 골조직 모델을 수용하거나 이를 수정하는 단계를 통하여 상기 치료용 골조직 모델이 확정되는 인공 골조직의 제조 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 클라이언트 컴퓨터는 상기 시뮬레이션을 수행하기 위한 그래픽 객체의 편집 도구, 비교 도구 및 치수 측정 도구 중 적어도 어느 하나를 포함하는 인공 골조직의 제조 시스템.
  13. 환자의 수술 대상 골조직을 촬영하여 3 차원 영상 정보를 생성하는 촬상부에 결합되고, 사용자의 입력 또는 정보의 출력을 위한 사용자 인터페이스를 포함하는 컴퓨터 기반의 외과적 수술용 가이드 시스템으로서,
    상기 촬상부로부터 상기 수술 대상 골조직의 3 차원 영상 정보를 획득하고, 상기 수술 대상 골조직의 3 차원 영상 정보와 함께 상기 수술 대상 골조직의 제 1 식별 정보, 제 1 질환 명칭 및 제 1 수술 방법 중 적어도 하나의 제 1 추가적 정보에 기초하여, 상기 수술 대상 골조직을 식별하고 상기 수술 대상 골조직에 대응하는 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성하는 치료용 골조직 모델의 생성부;
    사용자 입력 또는 정보의 출력을 위한 사용자 인터페이스 및 상기 사용자 인터페이스를 통한 사용자 입력 또는 상기 치료용 골조직 모델의 제안에 기초하여, 상기 제 1 추가적 정보와 사용자 인터페이스를 통한 사용자의 입력에 의해 결정된 상기 수술 대상 골조직의 제 2 식별 정보, 제 2 질환 명칭 및 제 2 수술 방법에 대한 제 2 추가적 정보를 비교하여, 상기 비교 결과를 사용자에게 제공하고, 상기 치료용 골조직 모델의 검증을 수행하고, 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 확정하는 시뮬레이션 수행부; 및
    상기 확정된 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보로부터 인공 골조직을 제조하는 가공부를 포함하는 가이드 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 치료용 골조직 모델의 검증은 상기 수술 대상 골조직의 3 차원 영상 정보에 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 적용하는 시뮬레이션을 통해 달성되는 가이드 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 사용자 입력은, 수술 방법에 따라 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 수정할 수 있도록 그래픽 객체의 편집 도구, 비교 도구 또는 치수 측정 도구 중 적어도 어느 하나를 이용하여 사용자로부터 수신되는 명령어를 포함하는 인공 골조직의 가이드 시스템.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 치료용 골조직 모델의 제안은 보철, 재건, 유합 및 환부 처치의 이전 또는 이후 단계에 대한 영상 정보 중 적어도 어느 하나의 수술 방법에 관한 정보를 반영하여 달성되는 가이드 시스템.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 치료용 골조직 모델의 생성부는 연령별, 성별, 신장별, 체중별 또는 인종별의 인체들에서 수집된 정상 골조직의 영상 정보들을 포함하는 기초 영상 정보가 저장된 제 1 데이터 베이스에 접속하여, 상기 기초 영상 정보로부터 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 검출하고, 검출된 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 상기 시뮬레이션 수행부에 전달하고,
    상기 시뮬레이션 수행부는 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 상기 사용자 인터페이스에 출력하여 상기 검증을 준비하는 가이드 시스템.
  18. 환자의 수술 대상 골조직을 촬영하여 상기 수술 대상 골조직의 3 차원 영상 정보를 생성하는 단계;
    상기 수술 대상 골조직의 3 차원 영상 정보와 함께 상기 수술 대상 골조직의 제 1 식별 정보, 제 1 질환 명칭 및 제 1 수술 방법 중 적어도 하나의 제 1 추가적 정보에 기초하여, 상기 수술 대상 골조직을 식별하고, 상기 수술 대상 골조직에 대응하는 적어도 하나 이상의 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성하는 단계;
    상기 적어도 하나 이상의 치료용 골조직 모델의 적합성을 검증하는 단계;
    상기 검증 단계에서, 상기 제 1 추가적 정보와 사용자 인터페이스를 통한 사용자의 입력에 의해 결정된 상기 수술 대상 골조직의 제 2 식별 정보, 제 2 질환 명칭 및 제 2 수술 방법에 대한 제 2 추가적 정보를 비교하여, 상기 비교 결과를 사용자에게 제공하는 단계;
    상기 적어도 하나 이상의 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보의 수정이 없는 경우 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 확정하는 단계;
    상기 검증하는 단계에서, 상기 적어도 하나 이상의 치료용 골조직 모델의 3 차원 정보의 수정 정보가 있는 경우 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보에 상기 수정 정보를 반영하여 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 확정하는 단계; 및
    상기 확정된 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보로부터 인공 골조직을 제조하는 단계를 포함하는 인공 골조직의 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성하는 단계에서,
    보철, 재건, 유합 및 환부 처치의 이전 또는 이후 단계에 대한 영상 정보 중 적어도 어느 하나의 추가적 정보를 반영하여 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성하는 인공 골조직의 제조 방법.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성하는 단계에서,
    상기 수술 대상 골조직의 상기 3 차원 영상 정보와 함께 상기 수술 대상 골조직의 식별 정보, 질환 명칭 및 수술 방법 중 적어도 하나 이상의 추가적 정보를 참조하여 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성하는 인공 골조직의 제조 방법.
  21. 제 18 항에 있어서, 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성하는 단계에서,
    연령별, 성별, 신장별, 체중별 또는 인종별의 인체들에서 수집된 정상 골조직의 영상 정보들을 포함하는 기초 영상 정보가 저장된 제 1 데이터 베이스가 제공되고,
    상기 기초 영상 정보로부터 상기 치료용 골조직 모델의 상기 3 차원 영상 정보를 검출하는 단계를 포함하는 인공 골조직의 제조 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 데이터 베이스에는 상기 정상 골조직의 식별 정보, 관련 질환 명칭 또는 수술 방법에 관한 추가적 정보들이 더 저장되고,
    상기 수술 방법을 참조하여, 상기 정상 골조직의 영상 정보를 수정하여 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 생성하는 인공 골조직의 제조 방법.
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 인공 골조직의 형상, 재료, 미세 조직, 강도, 수술 방법 및 수술 성공률 중 적어도 어느 하나의 정보가 저장되는 제 2 데이터 베이스가 제공되는 인공 골조직의 제조 방법.
  24. 제 18 항에 있어서,
    상기 검증하는 단계는, 3 차원 영상 정보로부터 구현된 그래픽 객체의 편집, 비교 또는 치수 측정에 의하여 상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 수술 방법에 따라 시뮬레이션하는 단계를 포함하는 인공 골조직의 제조 방법.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 치료용 골조직 모델의 3 차원 영상 정보를 확정하는 단계는, 상기 정상 골조직의 3 차원 영상 정보를 대체 골조직의 3 차원 영상 정보로 대체하여 학습을 수행하는 단계를 더 포함하는 인공 골조직 제조 방법.
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