KR101978440B1 - 생체 재생을 위한 골 지지체 - Google Patents

생체 재생을 위한 골 지지체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생체 재생을 위한 골 지지체에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 환자의 골 재건을 위해 골의 결손 부위에 이식되는 골 지지체에 있어서, 상기 골에 고정되는 메인 지지 부재; 및 상기 골의 결손 부위 내에 설치되고, 상기 골에 가해지는 하중을 지지하는 하중 지지 유닛을 포함하고, 상기 하중 지지 유닛은, 2 단 이상으로 굴곡진 형상을 갖는 지지 부재를 포함하는, 생체 재생을 위한 골 지지체가 제공될 수 있다.

Description

생체 재생을 위한 골 지지체{SCAFFOLD FOR BONE RECONSTRUCTION}
본 발명은 생체 재생을 위한 골 지지체에 관한 것이다.
골 지지체는 질병이나 사고에 의해 손상된 인체의 뼈를 대체하기 위해 치과나 정형외과 분야에서 체내에 매식되는 부재를 말한다. 이러한 골 지지체는 골 결손 부위에 이식되어 골 결손을 보완하는 역할을 하며, 골 지지체 이식을 위한 방법으로는 크게 두 가지 방법이 있다. 하나는 환자 본인의 다른 부위에 있는 뼈를 환부에 이식하는 방식이고, 다른 하나는 인공으로 제작한 지지체를 이식하는 방법이다.
이 중, 환자 본인의 뼈를 이식하는 방식은 이식하기 위한 뼈를 추출하는 과정에서 또 다른 부위의 골 결손이 필연적으로 발생하는 바, 예상치 못한 후유증을 유발할 위험도 있고, 매우 제한적인 경우에만 가능한 방법이므로, 일반적으로는 인공으로 제작한 지지체를 결손 부위에 이식하는 방식이 주로 사용된다. 골 지지체를 인공으로 제작하여 이식하는 종래의 방법에 있어서는, 주로 티타늄이나 세라믹 등의 재료가 사용된다.
한편, 골 결손 부위에 생체 재생 재료를 사용한 골 지지체를 사용하려는 연구가 진행되고 있다. 이러한 생체 재생 골 지지체는 골 결손부위에 이식되어 일정 기간이 지나면 골 조직들이 재생되어 기존의 골과 함께 본연의 기능을 회복할 수 있도록 하는 목적으로 사용된다. 이때, 생체 재생 골 지지체는 결손 부위가 온전히 골로 성장을 하기 전에 충분한 강성을 가져야하며, 결손 부위가 온전한 골로 성장한 후에도 골 자체가 충분한 강성을 갖기 위해서는 적절한 하중이 골 성장 과정에서 반복적으로 작용하여야 한다. 즉, 생체 재생 골 지지체가 기존 뼈처럼 강성을 갖기 위해서는 재생된 후에도 하중을 받으며 일정기간 이상이 지나야 한다.
그러나 종래의 골 지지체는 골 결손 부위에 이식된 이후에는 이를 제거하는 것이 어려우며, 여전히 성장되는 골 대신 하중 지지를 함으로써 새로이 성장한 생체 재생 골 지지체가 강성을 갖기가 어려워진다.
따라서 골이 재생되는 동안에는 골 지지체의 강성이 유지되고, 일정 기간 지난 후에 골 지지체에서 새로이 성장한 골이 충분히 강성을 갖게 되면, 삽입된 골 지지체가 제거되지 않아도 골 지지체에는 하중이 가해지지 않고 새로 성장한 골에 하중이 가해질 수 있는 기술이 요구된다.
한국등록특허 제10-1070341호 공보 (2011.09.28. 등록)
본 발명의 실시예들은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 골이 재생되는 동안에는 골 지지체의 강성이 유지되고, 일정 기간 지난 후에 골 지지체에서 새로이 성장한 골이 충분히 강성을 갖게 되면, 삽입된 골 지지체가 제거되지 않아도 새로 성장한 골에 하중이 가해질 수 있는 생체 재생을 위한 골 지지체를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 환자의 골 재건을 위해 골의 결손 부위에 이식되는 골 지지체에 있어서, 상기 골에 고정되는 메인 지지 부재; 및 상기 골의 결손 부위 내에 설치되고, 상기 골에 가해지는 하중을 지지하는 하중 지지 유닛을 포함하고, 상기 하중 지지 유닛은, 2 단 이상으로 굴곡진 형상을 갖는 지지 부재를 포함하는, 생체 재생을 위한 골 지지체가 제공될 수 있다.
또한, 상기 지지 부재는, 상기 골의 치밀뼈와 접촉 고정되는 접촉부; 상기 접촉부로부터 굴곡지게 연장 형성되고, 상기 치밀뼈에 가해지는 하중을 지지하는 치밀뼈 지지부; 상기 치밀뼈 지지부로부터 굴곡지게 연장 형성되고, 상기 골의 해면뼈와 중첩되는 영역에 배치되는 해면뼈 지지부; 및 상기 해면뼈 지지부로부터 굴곡지게 연장 형성되는 하중 차단부를 더 포함하는, 생체 재생을 위한 골 지지체가 제공될 수 있다.
또한, 상기 지지 부재는 두 개로 제공되고, 두 개의 상기 지지 부재가 상기 하중 차단부에 형성된 체결구를 통해 상호 고정되는, 생체 재생을 위한 골 지지체가 제공될 수 있다.
또한, 상기 메인 지지 부재에는 연결구가 형성되고, 상기 체결구와 상기 연결구에 고정 부재가 삽입되어 상기 메인 지지 부재와 상기 하중 지지 유닛이 체결되는, 생체 재생을 위한 골 지지체가 제공될 수 있다.
또한, 상기 접촉부는 복수 개 제공되고, 상기 치밀뼈 지지부는 상기 접촉부와 동일한 개수로 분지되는 형상을 갖는, 생체 재생을 위한 골 지지체가 제공될 수 있다.
또한, 상기 메인 지지 부재에는 보조구가 형성되고, 상기 지지 부재는, 상기 치밀뼈 지지부로부터 돌출 형성되는 삽입 고정부를 더 포함하고, 상기 보조구와 상기 삽입 고정부에 고정 부재가 삽입되어 상기 메인 지지 부재와 상기 하중 지지 유닛이 체결되는, 생체 재생을 위한 골 지지체가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 골이 재생되는 동안에는 골 지지체의 강성이 유지되고, 일정 기간 지난 후에 골 지지체에서 새로이 성장한 골이 충분히 강성을 갖게 되면, 삽입된 골 지지체가 제거되지 않아도 새로 성장한 골에 하중이 가해질 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 골 지지체를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 A-A 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 골 지지체를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 골 지지체를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 골 지지체를 도시한 도면이다.
도 6은 도 1 내지 도 5에 도시된 골 지지체를 제조하기 위한 제조 시스템을 도시한 블록도이다.
도 7은 도 6의 제조 시스템을 이용하여 골 지지체를 제조하는 방법을 설명하는 순서도이다.
도 8은 도 7의 제조 방법에 있어서 골 결손 부위의 스캔 이미지를 이용하여 재생성 이미지를 얻는 과정을 나타내는 개념도이다.
도 9는 도 7의 제조 방법에 있어서 골 지지체의 단면 형상에 대한 데이터 이미지이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 측면(aspects) 중 하나이며, 하기의 설명은 본 발명에 대한 상세한 기술의 일부를 이룰 수 있다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성 또는 기능에 관한 구체적인 설명은 본 발명을 명료하게 하기 위해 생략할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 포함할 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명을 하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
그리고 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따른 골 지지체는 골절 사고, 수술 등의 요인으로 인해 골 결손을 당한 환자의 골 결손 부위에 이식되어 골 결손을 보상함과 동시에 골 결손 부위의 재건을 돕기 위해 제공되는 것이다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 골 지지체의 제조 시스템 및 방법은 환자의 골 결손된 신체 특성과 회복 후의 일상 생활에서의 동작들로부터 야기되는 압축, 인장, 전단, 굽힘, 좌굴 등의 다양한 하중을 견딜 수 있는 골 지지체를 설계 및 제작하기 위해 제공된다.
이를 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 골 지지체의 제조 시스템 및 방법은 기계 역학적인 주요 구조 강도 변수들을 정의하고 환자의 골 결손 부위의 신체 특성에 따라 오차 범위 안에서 유사한 구조 강도 변수들을 갖도록 골 지지체의 구체적인 형상 및 재질을 설계하고, 이를 기반으로 환자 맞춤형 골 지지체를 제작하는데 사용될 수 있다. 이렇게 제조되는 골 지지체는 다양한 형상을 가질 수 있으며, 이러한 형상은 어느 부위에 이식되는지 여부, 골 결손 부위의 결손된 양, 결손된 부위의 형상 등에 의해 정해질 수 있다. 이하에서는 이렇게 제조되는 골 지지체의 여러 실시예들에 대하여 설명된 후, 이를 제조하기 위한 구체적인 시스템 및 방법에 대하여 설명된다.
도 1 내지 도 5에는 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 제조되는 골 지지체의 다양한 형상들이 도시된다. 각 도면에 도시된 골 지지체의 형상은 설계 결과에 따라 도출된 소정 두께를 가지는 형상이지만 간략한 도시를 위해 해당 두께는 생략 도시하여 실선으로 표현하였다. 도 1 내지 도 5에 도시된 골 지지체의 형상들은 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 설계 및 제작된 형상의 예시들이며, 골 지지체의 형상은 환자의 상황, 골 결손 양태, 의사의 요구 조건 등 다양한 요인에 따라 달리 설계되어 제작될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 골 지지체(10)는 메인 지지 부재(100) 및 하중 지지 유닛(200)을 포함할 수 있다. 메인 지지 부재(100)는 금속, 세라믹 등의 재질로 구성될 수 있으며, 결손 부위를 포함하는 골(1)의 표면에 고정되어 골(1)에 작용하는 하중을 받는다. 이에 따라, 골(1)의 생체 조직이 성장하는 동안 골(1)을 보호할 수 있다.
메인 지지 부재(100)는 플레이트 형상으로 제공될 수 있으며, 골(1)에 고정되기 위해 형성되는 고정구(110) 및 골 결손 부위에 대응되는 부분에 형성되는 연결구(120)를 포함할 수 있다. 고정구(110)를 통해 고정 부재(300)가 삽입되어 골(1)에 고정되며, 이러한 고정 부재(300)로는 일 예로 핀, 나사 등이 제공될 수 있다. 또한, 연결구(120)를 통해 마찬가지로 고정 부재(300)가 삽입되고, 후술할 하중 지지 유닛(200)의 체결구(218)에 삽입되어 하중 지지 유닛(200)과 메인 지지 부재(100)가 서로 연결되어 고정될 수 있다.
하중 지지 유닛(200)은 골(1)의 결손 부위 내에 설치되고, 골(1)에 가해지는 하중을 지지한다. 이러한 하중 지지 유닛(200)은 2 단 이상으로 굴곡진 형상을 갖는 지지 부재(210)를 포함할 수 있다. 지지 부재(210)는 일 예로 두 개로 제공되어 두 개의 지지 부재(210)가 체결구(218)에 삽입되는 고정 부재(300)에 의해 상호 고정될 수 있다. 또한, 지지 부재(210)의 단면적, 두께 등과 같은 지지 부재(210)의 형상은 지지 부재(210)의 재질의 강성과 치밀뼈(1a)의 강성의 비율을 고려하여 선정될 수 있으며, 골 결손 부위의 단면의 외각 형상과 치밀뼈(1a)의 두께에 따라 골 지지체(10) 전체의 무게중심, 단면 이차모멘트, 단면 이차모멘트 주축 방향 등의 파라미터들이 골(1)의 손상 전의 값들과 동일하게 되도록 선정될 수 있다.
또한, 지지 부재(210)는 접촉부(212), 치밀뼈 지지부(214), 해면뼈 지지부(215) 및 하중 차단부(216)를 포함할 수 있다. 이러한 지지 부재(210)는 예컨대 3D 프린팅 기법을 통해 제작될 수 있으나, 본 발명의 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
접촉부(212)는 골(1)의 치밀뼈(1a)와 접촉되어 고정된다. 이때, 접촉부(212)는 인체에 무해한 성분으로 제공되는 접착제를 통해 치밀뼈(1a)에 접착될 수도 있고, 단순히 지지 부재(210) 자체의 복원력에 의해 접촉부(212)가 치밀뼈(1a)를 향해 가압되어 고정될 수도 있다.
치밀뼈 지지부(214)는 접촉부(212)로부터 굴곡지게 연장 형성되고, 치밀뼈(1a)에 가해지는 하중을 지지하도록 형성된다. 또한, 해면뼈 지지부(215)는 치밀뼈 지지부(214)로부터 굴곡지게 연장 형성되고, 골(1)의 해면뼈(1b)와 중첩되는 영역에 배치될 수 있다. 이로써, 골 결손 부위에 생체 재생 조직이 충진되어 충분히 성장할 때까지 치밀뼈 지지부(214)와 해면뼈 지지부(215)에 의해 치밀뼈(1a) 및 해면뼈(1b) 부위로 전달되는 하중을 받게 될 수 있다.
또한, 하중 차단부(216)는 해면뼈 지지부(215)로부터 굴곡지게 연장 형성될 수 있으며 하중 차단부(216)에는 체결구(218)가 형성될 수 있다. 이렇게 한 쌍의 지지 부재(210) 각각에 형성된 체결구(218)에 고정 부재(300)가 삽입됨으로써 한 쌍의 지지 부재(210)가 상호 고정될 수 있다. 이때, 삽입된 고정 부재(300)는 두 개의 체결구(218)는 확실히 관통하면서도 그 단부가 치밀뼈(1a)와 중첩되지는 않도록 삽입됨으로써, 치밀뼈(1a)가 재생되었을 때 재생된 치밀뼈(1a)와 간섭되지 않도록 고정 부재(300)가 설치될 수 있다.
이에 따라, 골의 결손 부위에 골이 재생되기 전까지 지지 부재(210)의 체결구(218)에 고정 부재(300)를 삽입하여 고정시킨 후 외부의 하중을 지지 부재(210)가 받도록 하고, 골이 충분히 재생되면 고정 부재(300)를 제거하여 골(1)에 가해지는 외부의 하중을 재생된 골이 받도록 할 수 있다. 이로써, 손상 전의 골(1)의 강성이 온전히 회복될 수 있다.
한편, 상술한 제1 실시예는 골 지지체(10)의 기본적인 형상으로서 제공될 수 있으나, 골 지지체(10)의 형상은 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 지지 부재(210)의 접촉부(212)가 두 개 이상의 복수 개로 제공되고, 치밀뼈 지지부(214)는 접촉부(212)와 동일한 개수로 분지되는 형상을 갖도록 제공될 수도 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이 지지 부재(210)가 복수의 쌍으로 제공되고, 메인 지지 부재(100)의 연결구(120) 또한 복수 개로 형성되어, 복수의 지지 부재(210)들의 체결구(218)과 복수의 연결구(120)에 각각 고정 부재(300)가 삽입될 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이 메인 지지 부재(100)에는 보조구(130)가 형성되고, 지지 부재(210)는 치밀뼈 지지부(214)로부터 돌출 형성되는 삽입 고정부(219)를 더 포함할 수 있다. 이때, 보조구(130)와 삽입 고정부(219)에 고정 부재(300)가 삽입되어 메인 지지 부재(100)와 하중 지지 유닛(200)이 체결될 수 있다.
이하에서는 상술한 바와 같은 골 지지체(10)를 환자 맞춤형으로 제조하기 위한 제조 시스템과 이를 이용한 골 지지체(10)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 골 지지체의 제조 시스템(20)은 데이터 수집부(22), 입력부(23), 저장부(24), 단면 데이터 생성부(25), 변수 선정부(26), 형상 생성부(28) 및 제작부(29)를 포함할 수 있다.
데이터 수집부(22)는 인체의 각 부위에 대하여 측정된 물성 데이터 및 상기 골 결손 부위의 스캔 데이터를 입수할 수 있다. 인체의 각 부위에 대하여 측정된 물성 데이터는 별도로 제공되는 테스트 장비를 통해 다양한 키와 체중을 가진 사람들을 대상으로 일상적인 움직임에 따라 각 부위에 가해지는 하중, 즉, 압축, 인장, 굽힘, 좌굴, 피로 하중들을 측정하여 얻어진 데이터일 수 있다. 또한, 데이터 수집부(22)는 골 결손이 발생된 환자의 골 결손 부위를 CT 촬영 등을 통해 얻은 스캔 데이터를 입수할 수 있다. 이렇게 데이터 수집부(22)에 의해 수집된 데이터는 저장부(24)에 전달되어 저장될 수 있다.
입력부(23)는 의사 등 사용자로부터 골 지지체의 필요 사양 및 설계 제한 조건을 입력받도록 제공될 수 있다. 이때 입력되는 필요 사양 및 설계 제한 조건은 예를 들어 특정 부위에 형성되는 구멍의 형상, 특정 단면에서의 각 부재들의 간격 등일 수 있다. 이를 위해, 입력부(23)는 키패드 등의 인터페이스를 포함할 수 있다. 이렇게 입력부(23)를 통해 입력된 필요 사양 및 설계 제한 조건은 저장부(24)에 저장될 수 있으며, 형상 생성부(28)에서 골 지지체의 각 단면 데이터를 생성하는데 반영될 수 있다.
단면 데이터 생성부(25)는 데이터 수집부(22)를 통해 얻어져서 저장부(24)에 저장된 골 결손 부위의 스캔 데이터를 이용하여 골 결손 부위의 재생성 이미지(도 8, 3)를 얻고, 이렇게 얻어진 재생성 이미지(3)를 통해 골 결손 부위의 단면 데이터를 생성할 수 있다. 이때, 재생성 이미지(3)의 각 단면은 S0부터 Sn까지 인덱싱되어 표시될 수 있다.
변수 선정부(26)는 골 지지체 및 골 결손 부위의 물성치에 대한 설계 변수를 선정할 수 있다. 이때, 변수 선정부(26)는 저장부(24)에 저장된 인체 부위의 물성치 데이터 중 골 결손 부위에 대응되는 물성치 데이터와 골 결손 부위의 스캔 데이터를 이용하여 골 지지체의 설계를 위해 필요한 변수를 선정할 수 있다. 변수 선정부(26)가 선정하는 설계 변수는 단면적, 허용 강도, 무게 중심, 단면 이차 모멘트의 주축 위치(principal axes of moment of inertia) 및 무게 중심과 주축에서의 단면 이차 모멘트(moment of inertia) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
형상 생성부(28)는 생성된 재생성 이미지(3)의 단면 데이터를 이용하여 골 지지체의 단면 형상에 대한 데이터를 생성하고, 생성된 단면 형상 데이터를 이용하여 골 지지체의 전체 형상에 대한 데이터를 생성할 수 있다. 이때, 형상 생성부(28)는 재생성 이미지(3)의 각 단면에 대응되도록 골 지지체의 단면 형상 데이터를 생성할 수 있다. 이렇게 생성된 골 지지체의 각 단면 형상 데이터는 단면 데이터 생성부(25)에서 생성된 재생성 이미지(3)의 각 단면 데이터와 일대일로 매칭될 수 있으며, 재생성 이미지(3)의 단면 데이터와 마찬가지로 S0부터 Sn까지 인덱싱되어 표시될 수 있다.
또한, 형상 생성부(28)는 변수 선정부(26)에 의해 선정된 골 결손 부위에 대한 설계 변수의 값의 기 설정된 오차 범위 내에 속하도록 골 지지체의 설계 변수의 값을 설정하여 단면 형상 데이터를 생성할 수 있다.
또한, 형상 생성부(28)는 입력부(23)를 통해 입력된 필요 사양 및 설계 제한 조건을 반영하여 골 지지체의 단면 형상 데이터를 생성할 수 있다. 다시 말해서, 형상 생성부(28)는 각 설계 변수 값뿐 아니라 입력된 필요 사양 및 설계 제한 조건들을 모두 반영하여 골 지지체의 단면 형상 데이터를 생성할 수 있다.
형상 생성부(28)를 통해 생성되는 골 지지체의 단면 형상 데이터는 단일의 형상으로 생성될 수도 있고, 필요한 조건들을 만족하는 복수의 가능한 형상들로 생성될 수도 있다. 이렇게 복수의 형상으로 생성될 경우, 형상 생성부(28)는 사용자로부터 입력을 받아서 해당 단면의 복수의 가능한 형상들 중 하나가 선택되도록 하거나, 임의로 선택되도록 할 수도 있다.
또한, 형상 생성부(28)를 통해 생성되는 골 지지체의 단면 형상 데이터 중 어느 하나의 단면 위치에 대한 단면 형상 데이터(Si)는 소정의 두께를 가질 수 있으며, 둘레를 따라 일정한 두께를 가질 수도 있고, 둘레를 따라 두께가 변화될 수도 있으며, 둘레를 따라 단절된 형상을 가질 수도 있다. 이는 골 결손 부위의 치밀뼈의 형상, 두께 등의 특성과 함수 관계에 있다.
제작부(29)는 생성된 골 지지체의 전체 형상 데이터를 기반으로 골 지지체를 제작할 수 있다. 이때, 제작부(29)는 일 예로 3D 프린팅, 인서트/인젝션 몰딩 등의 방법으로 골 지지체를 제작할 수 있다.
이하에서는, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 제조 시스템(20)을 이용하여 골 지지체를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 골 지지체를 제조하는 방법은 인체의 각 부위에 대한 물성 데이터를 측정하여 저장부(24)에 저장하는 단계(S10), 골 결손 부위의 스캔 데이터를 입수하는 단계(S20), 스캔 데이터를 이용하여 골 결손 부위의 재생성 이미지를 얻는 단계(S30), 재생성 이미지를 통해 단면 데이터를 생성하는 단계(S40), 단면 데이터를 이용하여 골 지지체의 단면 형상에 대한 데이터를 생성하는 단계(S50), 골 지지체의 상기 단면 형상 데이터를 이용하여 골 지지체의 전체 형상에 대한 데이터를 생성하는 단계(S60) 및 골 지지체의 전체 형상 데이터를 기반으로 골 지지체를 제작하는 단계(S70)를 포함할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 골 지지체를 제조하는 방법은 입력부(23)를 통해 의사 등 사용자로부터 골 지지체의 필요 사양 및 설계 제한 조건을 입력받는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이때 입력되는 필요 사양 및 설계 제한 조건은 예를 들어 특정 부위에 형성되는 구멍의 형상, 특정 단면에서의 각 부재들의 간격 등일 수 있다. 이렇게 입력된 필요 사양 및 설계 제한 조건은 저장부(24)에 저장될 수 있으며, 단면 데이터를 이용하여 골 지지체의 단면 형상에 대한 데이터를 생성하는 단계(S50)에서 골 지지체의 각 단면 데이터를 생성하는데 반영될 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 재생성 이미지를 통해 단면 데이터를 생성하는 단계(S40)는 골 결손 부위의 재생성 이미지(3)를 소정 간격으로 절단한 단면 형상을 데이터로 생성할 수 있다. 이때, 재생성 이미지(3)의 각 단면은 S0부터 Sn까지 인덱싱되어 표시될 수 있다.
또한, 단면 데이터를 이용하여 골 지지체의 단면 형상에 대한 데이터를 생성하는 단계(S50)는, 골 지지체 및 골 결손 부위의 물성치에 대한 설계 변수를 선정하는 단계(S52) 및 골 결손 부위에 대한 설계 변수의 값의 기 설정된 오차 범위 내에 속하도록 골 지지체의 설계 변수의 값을 설정하는 단계(S54)를 포함할 수 있다. 이때 골 결손 부위의 잔존하는 골(1)의 결손 단면(2) 형상으로부터 기 저장된 알고리즘에 의해 재생성 이미지(3)가 생성될 수 있다.
또한, 골 결손 부위의 재생성 이미지(3)의 각 단면 형상의 외형에 대응되도록 도 9에 도시된 바와 같이 골 지지체의 1차 단면 형상을 생성하고, 변수 선정부(26)에 의해 선정된 설계 변수들을 이용하여 골 지지체의 최종 단면 형상을 생성할 수 있다. 이때, 각 단면에 따른 골 지지체의 형상은 서로 달라질 수 있다.
이에 따라, 재생성 이미지(3)의 S0부터 Sn까지의 단면 형상에 대하여 일대일 매칭이 되도록 골 지지체의 단면 형상 데이터가 생성될 수 있으며, 골 지지체의 각 단면 형상 데이터는 일대일로 매칭되는 재생성 이미지(3)의 단면 형상 데이터의 각 설계 변수 값에 따른 물리적 특성과 유사한 물리적 특성을 갖는 단면 형상을 가질 수 있다.
또한, 입력부(23)를 통해 입력된 필요 사양 및 설계 제한 조건을 반영하여 골 지지체의 단면 형상 데이터를 생성할 수 있다. 다시 말해서, 설계 변수를 선정하는 단계(S52)에서 선정된 각 설계 변수 값뿐 아니라 입력된 필요 사양 및 설계 제한 조건들을 모두 반영하여 골 지지체의 단면 형상 데이터가 생성될 수 있다.
이렇게 생성되는 골 지지체의 단면 형상 데이터는 단일의 형상으로 생성될 수도 있고, 필요한 조건들을 만족하는 복수의 가능한 형상들로 생성될 수도 있다. 이렇게 복수의 형상으로 생성될 경우, 골 지지체의 단면 형상 데이터는 사용자에 의해 해당 단면의 복수의 가능한 형상들 중 하나가 선택될 수도 있고, 임의로 선택될 수도 있다.
또한, 골 지지체의 단면 형상 데이터 중 어느 하나의 단면 위치에 대한 단면 형상 데이터(Si)는 소정의 두께를 가질 수 있으며, 둘레를 따라 일정한 두께를 가질 수도 있고, 둘레를 따라 두께가 변화될 수도 있으며, 둘레를 따라 단절된 형상을 가질 수도 있다. 이는 골 결손 부위의 치밀뼈의 형상, 두께 등의 특성과 함수 관계에 있다.
이렇게 S0부터 Sn까지 생성된 골 지지체의 최종 단면 형상을 부드럽게 연결하여 골 지지체의 전체 형상에 대한 데이터가 생성될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 골 지지체, 이를 제조하는 방법 및 시스템에 따르면, 골이 재생되는 동안에는 골 지지체의 강성이 유지되고, 일정 기간 지난 후에 골 지지체에서 새로이 성장한 골이 충분히 강성을 갖게 되면, 삽입된 골 지지체가 제거되지 않아도 새로 성장한 골에 하중이 가해질 수 있다는 효과가 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 생체 재생을 위한 골 지지체의 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
10: 골 지지체 100: 메인 지지 부재
110: 고정구 120: 연결구
130: 보조구 200: 하중 지지 유닛
210: 지지 부재 212: 접촉부
214: 치밀뼈 지지부 215: 해면뼈 지지부
216: 하중 차단부 218: 체결구
219: 삽입 고정부 300: 고정 부재
20: 골 지지체 제조 시스템 22: 데이터 수집부
23: 입력부 24: 저장부
25: 단면 데이터 생성부 26: 변수 선정부
28: 형상 생성부 29: 제작부

Claims (6)

  1. 환자의 골 재건을 위해 골의 결손 부위에 이식되는 골 지지체에 있어서,
    상기 골에 고정되는 메인 지지 부재; 및
    상기 골의 결손 부위 내에 설치되고, 상기 골에 가해지는 하중을 지지하는 하중 지지 유닛을 포함하고,
    상기 하중 지지 유닛은,
    2 단 이상으로 굴곡진 형상을 갖고, 상기 골의 치밀뼈와 접촉 고정되는 접촉부를 포함하는 지지 부재를 포함하는,
    생체 재생을 위한 골 지지체.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 지지 부재는,
    상기 접촉부로부터 굴곡지게 연장 형성되고, 상기 치밀뼈에 가해지는 하중을 지지하는 치밀뼈 지지부;
    상기 치밀뼈 지지부로부터 굴곡지게 연장 형성되고, 상기 골의 해면뼈와 중첩되는 영역에 배치되는 해면뼈 지지부; 및
    상기 해면뼈 지지부로부터 굴곡지게 연장 형성되는 하중 차단부를 포함하는,
    생체 재생을 위한 골 지지체.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 지지 부재는 두 개로 제공되고, 두 개의 상기 지지 부재가 상기 하중 차단부에 형성된 체결구를 통해 상호 고정되는,
    생체 재생을 위한 골 지지체.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 메인 지지 부재에는 연결구가 형성되고,
    상기 체결구와 상기 연결구에 고정 부재가 삽입되어 상기 메인 지지 부재와 상기 하중 지지 유닛이 체결되는,
    생체 재생을 위한 골 지지체.
  5. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 접촉부는 복수 개 제공되고,
    상기 치밀뼈 지지부는 상기 접촉부와 동일한 개수로 분지되는 형상을 갖는,
    생체 재생을 위한 골 지지체.
  6. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 메인 지지 부재에는 보조구가 형성되고,
    상기 지지 부재는,
    상기 치밀뼈 지지부로부터 돌출 형성되는 삽입 고정부를 더 포함하고,
    상기 보조구와 상기 삽입 고정부에 고정 부재가 삽입되어 상기 메인 지지 부재와 상기 하중 지지 유닛이 체결되는,
    생체 재생을 위한 골 지지체.
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