KR102040454B1 - 3d프린팅을 활용한 환자 맞춤형 임플란트 - Google Patents

Abstract

환자 맞춤형 임플란트가 개시된다. 골반에 삽입 고정되는 환자 맞춤형 임플란트는 상기 골반의 골결손부위에 대응하는 외형을 갖는 몸체부와 상기 몸체부를 상기 골반에 고정하도록 구성되는 고정부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 골 결손부위에 대응하는 형상의 임플란트가 안정적으로 삽입 고정되어 골결손부위를 대체함으로써 환자의 불편함이 최소화된다.

Description

3D프린팅을 활용한 환자 맞춤형 임플란트{Customized implant using 3D printing}

본 발명은 임플란트에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 환자 골반에서 결손된 부위에 맞도록 3D프린팅을 활용하여 형성되는 환자 맞춤형 임플란트에 관한 것이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 사람의 골반(1)이 도시된다. 골반은 장골, 천골 및 미골을 포함한다. 골반(1)은 척추와 양쪽 다리를 이어주는 골격으로 척추를 통해 아래로 내려오는 체중을 다리에 전달하여 걷기에 중요한 역할을 한다. 또한 내장과 방광, 내부 생식기관이 위치하는 공간을 제공하며 외부의 힘과 충격으로부터 이들 내부 장기들을 보호한다.

교통사고, 산업 재해 군대 사고 등 외상으로 인한 분쇄골절이 발생하거나, 종양으로 인해 골결손이 발생할 수 있다. 발생한 종양, 선천성 기형, 골수염 등에 의해 골결손이 발생할 수도 있다. 종양을 제거하는 과정에서 골결손이 발생하는 경우도 있다. 골결손의 형태는 관절을 포함하지 않는 뼈의 결손인 분절결손(segmental defect of bone)과 관절을 포함하는 관절포함결손(joint defect of bone)이 있다. 골결손으로 인한 골결손부위(10)는 결손된 뼈의 단부에 해당하는 결손단부(11)를 포함한다.

골결손이 발생한 경우 기존플레이트만으로 잔존뼈의 고정이 불가능하며, 골결손부위(10)를 대체할 수 있는 보형물에 대한 필요성이 대두되고 있다.

종래기술에 따르면, 종양 등의 제거로 생긴 결손의 재건을 위한 대치물의 제작기간이 지나치게 오래 걸렸으며, 획일적인 디자인으로 인해 대치물과 골결손부위(10)가 맞지 않아 과다한 정상골을 제거해야 하는 문제가 있었다.

골결손부위(10)에 커다란 금속성 종양 대치물을 사용하게 되면, 감영, 금속파손 등의 합병증이 야기될 수 있으며, 대치물의 수명에 한계가 있어 재치환수술이 필요할 수도 있다.

이를 해결하기 위해 자가골이식 또는 동종골이식 방법이 제안되고 있다. 하지만, 자가골이식의 경우 강도가 약하여 골절 및 골흡수 등의 합병증이 야기도리 수 있으며, 장기간 원하는대로 절제하기 어렵다.

동종골이식의 경우 비슷한 사이즈의 기증자뼈를 구하기도 어려운 문제가 있다.

공개특허공보 제10-2016-0001316호

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 사람의 골반에서 발생한 골결손부위를 대체하며, 주변 뼈와 용이하게 결합될 수 있는 환자 맞춤형 임플란트가 제공된다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 골반에 삽입 고정되는 환자 맞춤형 임플란트에 있어서, 상기 골반의 골결손부위에 대응하는 외형을 갖는 몸체부; 상기 몸체부를 상기 골반에 고정하도록 구성되는 고정부를 포함하는 환자 맞춤형 임플란트가 제공된다. 이로 인하여, 골결손부위에 대응하는 크기와 형상의 임플란트가 안정적으로 삽입 고정되어 골결손부위를 대체함으로써 환자의 불편함의 최소화된다.

상기 몸체부는 다공성 구조의 금속재질인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 고정부는 상기 몸체부의 일단에 마련되며, 상기 몸체부를 상기 골결손부위의 일단에 형성되는 결손단부에 고정하도록 구성될 수 있다.

상기 고정부는 일면에 나사못이 관통하기 위한 관통공이 적어도 한 개 이상 형성될 수 있다.

상기 고정부는 나사못이 상기 몸체부를 관통하도록 형성되는 적어도 한 개 이상의 가이드튜브를 포함할 수 있다.

상기 몸체부는 CT촬영된 상기 골결손부위의 이미지에 기초하여 3D프린팅 되는 것을 특징으로 할 수 있다.

인공관절과 결합되기 위한 결합부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 골결손부위에 대응하는 크기와 형상의 임플란트가 안정적으로 삽입 고정되어 골결손부위를 대체함으로써 환자의 불편함이 최소화된다.

나아가, 짧은 시간 내에 골결손 부위에 맞게 제작될 수 있어 수술 시간 단축에 따른 출혈과 감염 등의 합병증을 최소화할 수 있다.

또한, 임플란트가 다공성구조로 형성됨으로써 주위 정상 조직과의 결합 강도가 우수하여 합병증 없이 오래 사용할 수 있다.

도 1은 골결손부위가 발생한 사람의 골반을 도시한다.
도 2는 골결손부위가 발생한 사람의 골반을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 임플란트를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 임플란트를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 임플란트가 삽입되도록 뼈를 절제하기 위한 커팅가이드와 골 커팅용 블레이드의 사용예를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 임플란트가 삽입되도록 뼈를 절제하기 위한 커팅가이드와 골 커팅용 블레이드의 사용예를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 임플란트의 적용예를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 임플란트의 적용예를 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 커팅가이드 적용예를 도시한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 임플란트의 적용예를 도시한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해 질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려 주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 포함한다(comprise) 및/또는 포함하는(comprise) 이란 용어는 언급한 형상들, 숫자, 단계, 부재, 요소 및 또는 이들의 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 언급되지 않은 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하고자 하는 것이 아니다.

또한 다른 형상에 인접하여(adjacent) 배치된 구조 또는 형상은 인접하는 형상에 중첩되거나 하부에 배치되는 부분을 가질 수 있다.

본 명세서에서 아래로(below), 위로(above), 상부의(upper), 하부의(lower), 수평의(horizontal) 또는 수직의(vertical)와 같은 상대적 용어들은 도면들 상에서 도시된 바와 같이, 일 구성 부재, 층 또는 영역들이 다른 구성 부재, 층 또는 영역과 갖는 관계를 기술하기 위하여 사용될 수 있다. 이들 용어들은 도면들에 표시된 방향뿐만 아니라 장치의 다른 방향들도 포괄한다.

이하에서, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들(및 중간구조 들)을 개략적으로 도시하는 단면도들을 참조하여 설명된다. 이들 도면들에 있어서 예를 들면, 부재들의 크기와 형상은 설명의 편의와 명확성을 위하여 과장될 수 있으며, 실제 구현 시, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상으로 한정되지 아니한다.

도 1 과 도 2는 사람의 골반을 도시하고, 도 3 과 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 임플란트를 도시한다.

도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 임플란트(100)는 교통사고나 골반에 발생한 선천성 기형, 골수염, 종양 등으로 인해 뼈가 괴사하거나 제거함으로써 골반(1)에 결손이 발생하는 경우에 발생하는 골결손부위(10)에 삽입되도록 구성된다. 도 1과 도 2는 서로 다른 부위에 골결손부위(10)가 발생한 경우를 도시한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 임플란트(100)는 사람의 골반(1)에만 적용되는 것은 아니다. 도면과 전술된 설명에 불구하고, 임플란트(100)는 전완골, 상완골, 관골, 대퇴골, 경골, 비골, 흉골, 견갑골, 중골, 좌골 등 다양한 부위에 적용될 수 있다.

임플란트(100)는 몸체부(101)와 고정부(103)를 포함한다.

몸체부(101)는 골결손부위(10)에 삽입되며, 결손된 뼈를 대체한다. 몸체부(101)는 다공성 금속재로 형성될 수 있다. 다공성 구조는 기존의 뼈와의 골 유합율(bone fusion rate)을 증가시키고 임플란트(100)의 무게를 감소하는 효과가 있다. 몸체부(101)는 결손된 뼈에 대응하는 크기와 모양을 갖도록 형성된다. 몸체부(101)는 골결손부위(10)에 대해 컴퓨터단층촬영(CT)정보를 획득한 후, 획득한 정보에 기초하여 골결손부위(10)를 대체하기 위한 몸체부(101)의 이미지를 생성한 후, 생성된 이미지에 기초하여 3D프린팅 될 수 있다.

몸체부(101)는 금속으로 형성될 수 있다. 예컨대, 몸체부(101)는 티타늄(titanium)으로 제작될 수 있다. 몸체부(101)가 3D프린터로 제작되는 경우, 금속 재료를 녹인 후, 생성된 이미지와 동일하게 제작되는 첨삭가공식 제조(additive manufacturing) 방법을 사용하여 적층식으로 금속재질을 녹여 붙이는 방법이 수행될 수 있다.

고정부(103)는 몸체부(101)를 골결손부위(10)에 고정하도록 구성된다. 고정부(103)는 몸체부(101)의 일측에 구비되며, 몸체부(101)를 결손단부(11)에 고정한다. 고정부(103)는 몸체부(101)를 골결손부위(10)에 고정하기 위한 나사못이 삽입되는 복수개의 관통공(110)을 포함할 수 있다.

고정부(103)는 몸체부(101)를 관통하도록 형성될 수도 있다. 이 경우 고정부(103)는 나사못이 몸체부(101)를 관통하여 골결손단부(11)에 삽입되도록 하기 위한 가이드튜브(111)를 포함한다.

몸체부(101)의 골결손부위(10)에의 결합은 전술한 바와 같이 금속판 형태의 나사못 고정(plate and screw)형 또는 골수내 스템(intramedullary stem)형으로 체결할 수 있다.

일례로서, 고정부(103)는 골결손단부(11)를 일정 부분 덮거나 감싸기 위한 형태로 구성될 수 있다.

고정부(103)는 몸체부(101)와 마찬가지로 티타늄 등 금속으로 형성될 수 있다. 고정부(103)는 몸체부(101)와 일체로 구성될 수 있다.

추가적인 실시예로서 고정부(103)는 연성의 성질을 갖는 PE, PET, 폴리우레탄 등으로 형성될 수도 있다. 이때, 고정부(103)는 치밀구조로 형성될 수도 있다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 임플란트(100)는 골반(1) 하부뼈가 결손된 경우 이를 대체하기 위해 골반(1)의 골결손부위(10)에 결합된다. 이때, 임플란트(100)는 관절과 결합되기 위한 결합부(105)를 더 포함할 수 있다.

결합부(105)는 골결손전 골반골과 결합되어 있던 관절이 끼어질 수 있도록 구성된다. 끼어지는 관절은 다리뼈 관절일 수 있다.

결합부(105)는 인공관절과 결합될 수도 있다. 이를 위해 결합부(105)에는 인공관절과 결합되는 부위에 관통공이 형성될 수 있다. 인공관절은 결합부(105)의 관통공을 통해 임플란트(100)와 결합된다.

도 5와 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 임플란트가 삽입되도록 뼈를 절제하기 위한 커팅가이드와 골 커팅용 블레이드의 사용예를 도시한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 임플란트(100)가 삽입 고정되기 위해서 임플란트(100)의 몸체부(101)에 대응하는 크기와 모양으로 뼈를 자를 필요가 있다.

커팅가이드(300)는 사용자가 골 커팅용 블레이드(30)를 사용하여 뼈를 쉽게 자르도록 하기 위한 가이드를 제공한다. 커팅가이드(300)는 뼈를 자르기 위한 가이드를 제공하도록 형성되는 가이드홈(301)을 포함한다. 가이드홈(301)의 모양은 몸체부(101)의 절단면의 형상에 대응하도록 형성된다.

사용자는 임플란트(100)의 몸체부(101)가 삽입될 수 있게 골반(1)의 골결손부위(10)에 커팅가이드(300)를 결합한다. 도 5와 도 6과 같이 각각 다른 부위를 커팅하도록 커팅가이드(300)가 구성될 수 있다.

이후, 사용자는 가이드홈(301)을 따라 골 커팅용 블레이드(30)를 작동하여 뼈를 커팅한다.

골 커팅용 블레이드(30)는 뼈를 자르기 위한 톱이 마련된 기기로서, 도시된 전동기구에 한정되지 아니하며, 공지된 다양한 뼈를 자르기 위한 기구가 사용될 수 있다.

도 5와 도 6은 각각 골반(1)의 서로 다른 부위에 골결손부위(10)가 발생한 경우이다. 커팅가이드(300)와 가이드홈(301)은 골결손부위(10)와 잔존골의 형태에 대응하는 형태를 갖도록 구성된다.

도 7과 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 임플란트의 적용예를 도시한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 커팅된 골결손부위에 임플란트(100)가 고정된다. 고정부(103)는 뼈와 고정 결합하는 나사못이 관통하기 위해 형성되는 관통공(110)을 포함할 수 있다. 고정부(103)는 몸체부(101) 내부를 관통하도록 형성될 수도 있다. 이때, 나사못이 몸체부(101)를 관통하여 골결손부위(10)에 직접 삽입 고정된다. 이를 위해 고정부(103)는 나사못의 방향을 가이드하기 위한 가이드튜브(111)를 포함할 수 있다.

사용자는 임플란트(100)의 크기와 모양에 대응하도록 커팅된 골결손부위(10)에 임플란트(100)를 삽입한다. 이어서, 사용자는 고정부(103)를 결손단부(11)에 결합한다. 그 후, 사용자는 나사못을 고정부(103)를 통해 뼈에 삽입 결합함으로써 임플란트(100)를 골결손부위(10)에 고정한다.

나사못은 삽관형 나사(cannulated screw), 피질곳 나사(cortical screw), 외질곳 나사(cancellous screw) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 나사못의 종류는 삽입, 고정되는 뼈의 위치와 종류에 따라 결정된다.

고정부(103)에 형성되는 관통공(110)은 나사못의 종류에 따라 다른 크기를 가질 수도 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면 몸체부(101)는 일체로써 형성되는 것이 아니라 복수의 구성요소의 결합으로 형성될 수 있다. 예컨대, 골결손부위(10)의 형태와 길이에 따라 서로 결합 가능한 맞춤형 임플란트를 복수개를 3D프린팅 한 후 연결 조합하여 몸체부(101)를 형성하도록 할 수 있다. 연결 조합된 몸체부(101)는 고정부(103)를 통해 골결손부위(10)에 삽입고정된다.

도 9와 도 10은 본 발명의 추가적인 실시예에 따라 천골에 커팅가이드를 결합하고, 결합된 커팅가이드를 따라 골을 커팅한 후 임플란트를 결손단부에 적용한 예를 도시한다.

본 실시예에 따르면, 사용자는 환자의 관절부위를 임플란트(100)로 대체하고, 대체된 임플란트(100)의 결합부(105)를 통해 환자의 관절이나 인공관절을 결합할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 임플란트(100)는 결손 및 커팅된 부위에 대응하도록 구성되며, 임플란트(100)를 환자의 천골에 잘 고정할 수 있도록 다양한 형태로 형성되는 고정부(103)가 마련될 수 있음은 상술한 바 있다.

1 - 골반
100 - 임플란트
101 - 몸체부
103 - 고정부
110 - 관통공
111 - 가이드튜브
300 - 커팅가이드
301 - 가이드홈
30 - 커팅블레이드

Claims (7)

1. 골반의 골결손부위를 절단하여 임플란트를 적용시키는 3D프린팅을 활용한 환자 맞춤형 임플란트 시스템에 있어서,
   상기 골결손부위의 컴퓨터단층촬영(CT)정보를 획득하고, 상기 골결손부위를 대체하기 위한 몸체부의 이미지를 생성하는 이미지획득부;
   생성된 상기 몸체부의 이미지에 기초로 하여 상기 골결손부위에 대응하는 외형을 갖도록 금속재료를 녹인 후 첨삭가공식 제조방법을 사용하여 적층식으로 상기 금속재료를 붙임으로써 상기 몸체부의 이미지와 동일하게 3D프린팅되는 몸체부;
   상기 몸체부의 일측에 마련되며, 일면에 나사못이 삽입되기 위해 형성되는 복수개의 관통공을 포함하고, 상기 나사못이 상기 관통공을 통해 상기 골결손부위에 삽입됨으로써 상기 몸체부를 상기 골결손부위에 고정하도록 구성되는 제1고정부;
   상기 몸체부를 관통하여 형성되며, 상기 나사못이 상기 몸체부를 관통하여 상기 골결손부위에 삽입되도록 상기 나사못의 방향을 가이드하기 위한 가이드튜브를 포함하는 제2고정부;
   상기 골결손부위에 결합되어 있던 관절 또는 인공관절과 결합되기 위한 결합부; 및
   상기 골반의 골결손부위에 결합되어 상기 몸체부에 대응하는 영역을 절단하기 위해 가이드하는 커팅가이드를 포함하고,
   상기 커팅가이드는 상기 골결손부위를 상기 몸체부의 절단면의 형상에 대응하도록 자르기 위한 가이드를 제공하기 위한 모양으로 상기 커팅가이드에 형성되는 가이드홈을 포함하며,
   상기 몸체부는 3D프린팅된 복수개 임플란트가 연결 조합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 3D프린팅을 활용한 환자 맞춤형 임플란트 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 몸체부는 다공성 구조의 금속재질인 것을 특징으로 하는 3D프린팅을 활용한 환자 맞춤형 임플란트 시스템.
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