KR102053599B1

KR102053599B1 - 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102053599B1
Application number: KR1020170111292A
Authority: KR
Inventors: 윤종필; 김신윤; 신태진; 김동욱; 최덕길
Original assignee: 주식회사 코렌텍
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2020-01-23
Also published as: KR20190025192A

Abstract

본 발명은 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 개별 환자별 상이한 형상을 가지는 어깨뼈의 글레노이드 측 및 위팔뼈의 상완골두 측에 각각 어깨뼈 지그 및 위팔뼈 지그가 정확하게 안착되어 결합할 수 있도록 하기 위한 지그 시뮬레이션/모델링 장치 및 방법을 제공함으로써, 실제 수술시행 전 의료진이 환자 맞춤형 지그를 시뮬레이션 및 모델링함으로써 실제 수술시 글레노이드의 리밍 및 상완골두 절삭을 위하여 정확한 위치에 가이드 핀을 결합할 수 있도록 하는 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

Description

환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법{Simulation System For Patient Customized Jig Modeling and Method thereof}

본 발명은 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 개별 환자별 상이한 형상을 가지는 어깨뼈의 글레노이드 측 및 위팔뼈의 헤드 측에 각각 어깨뼈 지그 및 위팔뼈 지그가 정확하게 안착되어 결합할 수 있도록 하기 위한 지그 시뮬레이션/모델링 장치 및 방법을 제공함으로써, 실제 수술시행 전 의료진이 환자 맞춤형 지그를 시뮬레이션 및 모델링함으로써 실제 수술시 글레노이드의 리밍 및 헤드 절삭을 위하여 정확한 위치에 가이드 핀을 결합할 수 있도록 하는 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

인공어깨관절(Shoulder Joint)은 어깨뼈(Scapula)와 위팔뼈(Humerus) 사이의 관절을 의미하는 것으로, 상기 어깨뼈에는 상기 위팔뼈를 수용하는 부분인 글레노이드(Glenoid)가 구성되고, 상기 위팔뼈의 가장 위에는 반구 모양의 헤드(Humeral Head)가 형성된다. 구상관절(Ball and Socket Joint)을 이루기 위하여 상기 헤드는 어깨뼈의 글레노이드와 접하게 되어 움직이면서 자연스러운 팔 운동을 가능하게 하는데, 관절염, 외상 등에 의해 상기 어깨관절이 제 기능을 상실하였을 때 파괴된 관절을 대치할 수 있는 임플란트를 이식하여 정상적인 어깨관절의 기능을 수행할 수 있도록 인공어깨관절 치환술을 시술하게 된다.

또한, 인공어깨관절 수술을 진행하는 과정에서는 글레노이드 상에 임플란트를 삽입하기에 앞서, 글레노이드에 리밍(Reaming) 등을 진행하기 위해, 글레노이드 상에는 가이드핀이 삽입되게 된다. 이러한 가이드핀을 계획된 정확한 위치 상에 삽입하기 위해서는 지그가 필요하다.

하지만, 환자의 혈액, 체액 등이 낭자하고, 수술 후 환자의 흉터를 최소화하고자 최소 침습을 이유로 좁은 절개만으로 이루어지는 수술상황에서 수술의의 시야는 극도로 제한이 되며, 좁은 공간 내에서 손을 집어넣어 한 손에는 지그를 잡고 글레노이드 상에 위치설정을 시키는 과정은 비용이하다. 즉, 지그의 모든 접촉면을 환자 맞춤형으로 구성하는 것은 오히려 위치설정에 있어 보다 많은 시간을 필요로 하게 하는바, 수술을 진행하는 수술의의 입장에서는 상당한 부담으로 다가온다. 따라서 이러한 악조건 속에서 글레노이드 상에 가이드핀을 정확하게 고정하는 것은 수술을 진행하는 수술의 숙련도 등에 의해 좌우될 수밖에 없다.

한편, 일반적으로 수술은 CBCT(Cone Beam Computed Tomography, 전산화 단층촬영) 또는 MRI(Magnetic Resonance Imaging, 자기공명영상) 등으로 준비된 2d 단층 이미지 데이터를 보면서 이루어져, 의료진이 어깨관절 부위에 대하여 입체적으로 이해하기 어려운 문제가 있다. 또한, 3D 스캐닝 장비를 이용한다 하더라도 단순히 환자의 어깨관절을 보는 것에 그칠 뿐, 환자 시술은 수술실에서 처음 시행되는 것이어서 시술시 발생할 수 있는 여러 가지 변수를 미리 예상하기는 쉽지 않다.

그러므로 지그에 의하여 환자의 글레노이드 측에 리밍을 시행하기 전, 의료진이 환자 맞춤형 지그를 시뮬레이션/모델링을 수행할 수 있다면, 특히 시뮬레이션을 반복하여 수행하거나 환자마다 상이한 형상으로 형성되는 글레노이드 측에 알맞은 지그의 시뮬레이션/모델링을 할 수 있다면 정확한 리밍을 가능하게 하여 상기와 같은 다양한 문제점을 해결할 수 있을 것이다.

따라서, 본원발명은, 의료진이 다양한 방법을 시도하여 최적의 환자 맞춤형 지그를 모델링/시뮬레이션할 수 있도록 하는 환자 맞춤형 지그 시뮬레이션 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

대한민국 등록특허공보 제10-1403968호 "의료수술 시뮬레이션 장치 및 그 방법"

앞서 본 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로,

본 발명은 수술 시뮬레이션에 사용될 환자의 어깨뼈 및 위팔뼈의 3차원 영상을 제공하는 환자영상 생성부와, 제공된 어깨뼈의 글레노이드 3차원 영상에 환자 지그를 디스플레이하여 시뮬레이션/모델링하는 지그 삽입부를 포함하여, 환자의 실제 어깨관절(Shoulder Joint) 영상을 시뮬레이션 환경에 제공하여 수술시행 전 의료진이 환자 맞춤형 지그를 시뮬레이션 및 모델링하고 실제 수술시 개별 환자별 적합한 지그를 제작할 수 있도록 환자 맞춤형 지그 시뮬레이션 시스템 및 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 조작부를 포함하여 수술영상 표시부에 디스플레이되는 지그 또는 지그의 각 구성요소의 위치/방향/각도 조절을 수행함으로써 환자마다 상이한 형상으로 형성되는 글레노이드에 상응하도록 다양하게 시뮬레이션/모델링 되어 그 활용의 유연성을 도모할 수 있는 환자 맞춤형 지그 시뮬레이션 시스템 및 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 조작부를 포함하여 수술영상 표시부에 표시되는 축의 위치/방향 조절, 구성요소들에 대해 측정하고자 하는 지점 간의 거리/각도 측정하는 시뮬레이션을 수행함으로써 실제 수술상황에 근접한 시뮬레이션 환경을 제공하고 의료진은 다양한 수술방법을 시도할 수 있는 환자 맞춤형 지그 시뮬레이션 시스템 및 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 가이드홀을 포함하는 베이스부와, 상기 베이스부로부터 일정한 각도별로 이격되어 시야 확보를 위한 공간을 형성하며 연장형성된 다리부를 구비하는 지지부를 포함하여 상기 지지부 상에 복수의 접촉부가 형성될 수 있도록 함으로써, 동시에 글레노이드 림부의 여러 지점을 파지할 수 있게 됨에 따라 안정적으로 위치설정이 되도록 하는 환자 맞춤형 지그를 시뮬레이션/모델링 할 수 있도록 하는 환자 맞춤형 지그 시뮬레이션 시스템 및 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 포스트부의 중심축이 베이스부의 중심축과 일정한 각도를 이루도록 구성하여, 특정 접촉부가 상대적으로 길게 구성될 경우 지그의 위치설정시 안정성이 떨어지는 문제를 지그의 접촉부 각각의 길이를 대략 균등하게 유지할 수 있도록 하면서, 핀의 삽입축과 포스트부의 중심축이 불일치하는 문제는 포스트부의 중심축을 베이스부의 중심축으로부터 일정한 각도만큼 기울여 조절할 수 있도록 함으로써 환자에게 알맞은 맞춤형 지그를 모델링/시뮬레이션하는 환자 맞춤형 지그 시뮬레이션 시스템 및 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 조작부를 포함하여 환자의 3차원 영상의 이미지를 변화시켜 실제 지그 등의 뼈(bone) 삽입되는 위치, 삽입각도 등을 확인할 수 있어 실제 수술상황에 근접한 시뮬레이션 환경을 제공하는 환자 맞춤형 지그 시뮬레이션 시스템 및 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 어셈블리부를 포함하여 제1 기준축 및 제3 기준축을 일치시켜 어셈플리 기준축을 형성하고 어셈블리 기준축을 기준으로 모델링된 어깨뼈 및 모델링된 위팔뼈를 결합함으로써 해부학적 모델에 근접한 인공어깨관절을 제공함으로써 실제 환자의 어깨관절 운동범위에 근접한 시술을 제공할 수 있는 환자 맞춤형 지그 시뮬레이션 시스템 및 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 위팔뼈 지그 모델링부를 포함하여 환자의 실제 어깨관절(Shoulder Joint) 영상을 시뮬레이션 환경에 제공하여 수술시행 전 의료진이 환자 맞춤형 위팔뼈 지그를 시뮬레이션 및 모델링하고 실제 수술시 개별 환자별 적합한 위팔뼈 지그를 제작할 수 있도록 환자 맞춤형 지그 시뮬레이션 시스템 및 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 실시예에 의해 구현된다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법은 술 시뮬레이션에 사용될 환자의 어깨뼈 및 위팔뼈의 3차원 영상을 제공하는 환자영상 생성부; 와, 뼈의 3차원 영상에 임플란트를 결합하여 인공 뼈를 모델링하는 뼈 모델링부; 를 포함하여 환자의 실제 어깨관절 영상으로 시뮬레이션 환경을 제공하여 시뮬레이션 정확도를 높일 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법은 상기 뼈 모델링부가 어깨뼈의 3차원 영상에 어깨뼈 임플란트를 결합하여 인공 어깨뼈를 모델링하는 어깨뼈 모델링부를 포함하고, 상기 시스템이 어깨뼈의 글레노이드 3차원 영상에 환자 맞춤형 어깨뼈 지그를 디스플레이하여 시뮬레이션/모델링하는 어깨뼈 지그 모델링부를 포함하여 환자의 실제 어깨뼈 영상으로 시뮬레이션 환경을 제공하여 시뮬레이션 정확도를 높이고 환자마다 다른 어깨뼈의 형상에 대응하는 어깨뼈 지그를 모델링할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법은 상기 어깨뼈 지그 모델링부가 글레노이드 림부의 해부학적 형상에 상응하는 접촉면을 가지며 지그가 글레노이드 림부 상에 안착될 수 있도록 하는 지지부를 시뮬레이션하는 지지부 모델링모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법은 상기 어깨뼈 모델링부가 인공 어깨뼈 모델링 시 필요한 기준값을 설정하는 어깨뼈 기준설정부를 더 포함하고, 상기 어깨뼈 기준설정부는 글레노이드 포사의 중심점과 어깨뼈 좌측점을 연결하여 어깨뼈 임플란트를 가이드 하는 제1 기준축을 생성하는 제1 기준축 생성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법은 상기 지지부 모델링모듈가 디스플레이된 지지부의 이동, 각도범위 또는 회전을 제어를 하여 상기 제 1 기준축과 일치하는 핀 삽입축에 대하여 소정의 각도로 제어되어 시뮬레이션/모델링 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법은 상기 지지부 모델링모듈가 지지부의 베이스부로부터 일정한 각도별로 이격되어 일정 길이 연장 형성되는 다리부를 디스플레이하고 상기 다리부의 이동, 각도범위 또는 회전을 제어하여 글레노이드 림부 형상에 적합하도록 원하는 길이와 각도로 다리부를 시뮬레이션/모델링 하는 다리부 모델링모듈; 과, 상기 다리부의 말단에서 내측방향으로 돌출형성되어 글레노이드 림부 상에 위치하는 환자맞춤형 접촉부를 시뮬레이션/모델링하는 접촉부 모델링모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법은 상기 접촉부 모델링모듈이 상기 다리부와 직각을 이루며 내측방향으로 연장형성되어 지지부를 글레노이드의 캐비티로부터 이격시키는 연장부를 디스플레이하고 상기 연장부의 이동, 각도범위 또는 회전을 제어하여 환자맞춤형 연장부를 시뮬레이션/모델링하는 연장부 모델링모듈; 과, 상기 연장부의 말단에 형성되어 글레노이드 림부의 외주형상과 상보적인 형상을 가지는 환자맞춤형 접촉면의 이동, 각도범위 또는 회전을 제어하여 시뮬레이션/모델링하는 접촉면 모델링모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법은 상기 글레노이드 포사의 중심점이 글레노이드 면에서 상측점, 하측점, 좌측점 및 우측점을 연결하여 생성되는 직선의 교차점인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법은 상기 시스템이 상기 어깨뼈 지그의 이동, 각도범위 또는 회전을 제어하여 어깨뼈 지그 모델링부를 통하여 수행되는 시뮬레이션/모델링 과정을 표시하는 수술영상 표시부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법은 상기 어깨뼈 모델링부가 어깨뼈 3차원 영상에 어깨뼈 임플란트를 결합하여 인공 어깨뼈를 모델링하는 어깨뼈 임플란트 가상이식부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법은 상기 뼈 모델링부가 위팔뼈의 3차원 영상에 위팔뼈 임플란트를 결합하여 인공 위팔뼈를 모델링하는 위팔뼈 모델링부를 포함하고, 상기 시스템은 위팔뼈의 3차원 영상에 환자 맞춤형 윗팔뼈 지그를 디스플레이하여 시뮬레이션/모델링하는 위팔뼈 지그 모델링부를 포함하여 환자의 실제 위팔뼈 영상으로 시뮬레이션 환경을 제공하여 시뮬레이션 정확도를 높이고 환자마다 다른 위팔뼈의 형상에 대응하는 위팔뼈 지그를 모델링할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법은 상기 위팔뼈 지그 모델링부가 위팔뼈 헤드부의 해부학적 형상에 상응하는 접촉면을 가지며 위팔뼈 지그가 헤드부 상에 안착될 수 있도록 하는 가이드부를 시뮬레이션/모델링하는 가이드부 모델링모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법은 상기 위팔뼈 모델링부가 인공 위팔뼈 모델링 시 필요한 기준값을 설정하는 위팔뼈 기준설정부를 더 포함하고, 상기 위팔뼈 기준설정부는 위팔뼈 원위단부의 중심점과 헤드부의 기준점을 연결하여 위팔뼈 스템을 가이드하는 제2 기준축 생성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법은 상기 가이드부 모델링모듈가 상기 제2 기준축과 일치하는 가이드홀에 의해 축 정렬된 가이드부의 이동, 각도범위 또는 회전을 제어하여 헤드부의 외면형상에 상보적인 형상을 가지는 접촉면이 위팔뼈 헤드부에 안착되도록 시뮬레이션/모델링하는 접촉면 정렬 모델링모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법은 상기 위팔뼈 지그 모델링부가 상기 가이드부의 일측에 결합되며 위팔뼈의 이두근 홈에 안착되어 가이드부의 위치를 용이하게 정하는 위치설정부의 이동, 각도범위 또는 회전을 제어하여 위팔뼈의 외면에 상보적인 형상을 가지는 위치설정부를 통해 가이드부를 위팔뼈에 정렬시키도록 시뮬레이션/모델링하는 위치설정부 모델링모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법은 상기 위팔뼈 지그 모델링부가 위팔뼈 헤드부의 일부를 절삭하는 컷팅기구가 결합된 가이드레일의 이동, 각도범위 또는 회전을 제어하여 컷팅기구의 위치를 정렬시키도록 시뮬레이션/모델링하는 가이드레일 모델링모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법은 상기 시스템이 상기 위팔뼈 지그의 이동, 각도범위 또는 회전을 제어하여 위팔뼈 지그 모델링부를 통하여 수행되는 시뮬레이션/모델링 과정을 표시하는 수술영상 표시부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법은 상기 위팔뼈 모델링부가 위팔뼈 3차원 영상에 위팔뼈 임플란트를 결합하여 인공 위팔뼈를 모델링하는 위팔뼈 임플란트 가상이식부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법은 상기 시스템이 시뮬레이션 과정에서 필요한 제어신호를 제공하는 조작부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법은 상기 조작부가 상기 수술영상 표시부에 표시되는 축의 위치 또는 방향 조절 제어신호를 생성하는 축조절 모듈; 과, 상기 수술영상 표시부에 표시되는 지그의 위치 또는 방향 조절 제어신호를 생성하는 지그조절 모듈; 과, 상기 수술영상 표시부에 표시되는 화면 구성요소들에 대해 측정하고자 하는 지점 간의 거리 또는 각도 측정 제어신호를 생성하는 측정 모듈; 과, 상기 수술영상 표시부에 표시되는 환자의 3차원 영상의 이미지 변화 제어신호를 생성하는 이미지변경 모듈; 과, 상기 수술영상 표시부에 표시되는 환자의 위팔뼈 3차원 영상에서 헤드 곡면측정 제어신호를 생성하는 헤드곡면측정 모듈; 중 적어도 하나의 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법은 상기 시스템이 수술 시뮬레이션에 필요한 데이터를 저장하는 데이터베이스를 포함하고, 상기 데이터베이스는 수술 시뮬레이션에 사용될 환자의 어깨뼈 및 위팔뼈의 3차원 영상을 저장하는 3차원 영상저장부; 와, 수술 시뮬레이션에 사용되는 지그를 저장하는 지그저장부; 와, 수술 시뮬레이션 수행 후 모델링된 지그를 저장하는 결과저장부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법은 상기 결과저장부가 베이스부의 위치 또는 각도에 대한 정보; 와, 지지부의 위치, 개수, 각도 또는 길이에 대한 정보; 와, 상기 어깨뼈와 맞닿는 부분을 기준으로 컷팅된 접촉면에 대한 정보; 와, 가이드부, 위치설정부 및 슬롯의 위치, 각도, 개수 또는 길이에 대한 정보; 와, 상기 위팔뼈와 맞닿는 부분을 기준으로 컷팅된 접촉면에 대한 정보; 중 하나 이상의 값을 저장하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법은 시뮬레이션에 사용될 환자의 어깨뼈 3차원 영상에 어깨뼈 임플란트를 결합하여 인공 어깨뼈를 모델링하는 어깨뼈 모델링단계; 와, 어깨뼈의 3차원 영상에 어깨뼈 지그를 결합하여 환자맞춤형 지그를 시뮬레이션/모델링 하는 어깨뼈 지그 모델링단계; 를 포함하고, 상기 어깨뼈 모델링단계는 인공 어깨뼈 모델링 시 필요한 기준값을 설정하는 어깨뼈 기준설정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법은 상기 어깨뼈 지그 모델링단계가 이동 및/또는 각도 범위 및/또는 회전 제어가 되어 시뮬레이션을 통하여 상기 글레노이드 림부 측에 결합될 환자 맞춤형 지그를 시뮬레이션/모델링할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법은 상기 어깨뼈 기준설정단계가 글레노이드 포사의 중심점과 어깨뼈 좌측점을 연결하여 어깨뼈 임플란트를 가이드 하는 제1 기준축을 생성하는 제1 기준축 생성단계; 및 글레노이드 포사의 중심점, 어깨뼈 좌측점 및 어깨뼈 최하점을 연결하여 어깨뼈의 해부학적 기준이 되는 스케퓰라면을 형성하는 스케퓰라면 형성단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법은 상기 글레노이드 포사의 중심점이 글레노이드 면에서 상측점, 하측점, 촤측점 및 우측점을 연결하여 생성되는 직선의 교차점인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법은 시뮬레이션에 사용될 환자의 위팔뼈 3차원 영상에 위팔뼈 임플란트를 결합하여 인공 위팔뼈를 모델링하는 위팔뼈 모델링단계; 와, 위팔뼈의 3차원 영상에 위팔뼈 지그를 결합하여 환자맞춤형 지그를 시뮬레이션/모델링 하는 위팔뼈 지그 모델링단계; 를 포함하고, 상기 위팔뼈 모델링단계는 인공 위팔뼈 모델링 시 필요한 기준값을 설정하는 위팔뼈 기준설정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법은 상기 위팔뼈 지그 모델링단계가 위팔뼈 지그의 이동, 각도범위 또는 회전을 제어하는 시뮬레이션을 통하여 상기 위팔뼈에 결합된 환자 맞춤형 지그를 시뮬레이션/모델링할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법은 상기 위팔뼈 모델링단계가 위팔뼈 원위단부의 중심점과 헤드부의 기준점을 연결하여 위팔뼈 스템을 가이드하는 제2 기준축을 생성하는 제2 기준축 생성단계; 와, 상기 제2 기준축과 헤드부의 또 다른 기준점을 지나는 제3 기준축을 생성하는 제3 기준축 생성단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템 및 방법은 상기 위팔뼈 지그 모델링단계가 위팔뼈의 헤드부에 안착되는 가이드부의 접촉면이 헤드부에 외관에 상보적인 형상을 갖도록 형성하는 가이드부 모델링단계; 와, 상기 가이드부의 일측에 형성되고 헤드부의 이두근 홈에 안착되어 가이드부의 위치를 설정하는 위치설정부가 헤드부에 상보적인 형상을 갖도록 형성하는 위치설정부 모델링단계; 및 상기 가이드부와 컷팅기구를 연결하는 가이드레일을 수용하는 슬롯의 위치를 형성하는 슬롯 모델링단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 앞서 본 구성에 의하여 다음과 같은 효과를 가진다.

본 발명은 수술 시뮬레이션에 사용될 환자의 어깨뼈 및 위팔뼈의 3차원 영상을 제공하는 환자영상 생성부와, 제공된 어깨뼈의 글레노이드 3차원 영상에 환자 지그를 디스플레이하여 시뮬레이션/모델링하는 지그 삽입부를 포함하여, 환자의 실제 어깨관절(Shoulder Joint) 영상을 시뮬레이션 환경에 제공하여 수술시행 전 의료진이 환자 맞춤형 지그를 시뮬레이션 및 모델링하고 실제 수술시 개별 환자별 적합한 지그를 제작할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 조작부를 포함하여 수술영상 표시부에 디스플레이되는 지그 또는 지그의 각 구성요소의 위치/방향/각도 조절을 수행함으로써 환자마다 상이한 형상으로 형성되는 글레노이드에 상응하도록 다양하게 시뮬레이션/모델링 되어 그 활용의 유연성을 도모할 수 있도록 하는 효과를 가진다.

또한, 본 발명은 조작부를 포함하여 수술영상 표시부에 표시되는 축의 위치/방향 조절, 구성요소들에 대해 측정하고자 하는 지점 간의 거리/각도 측정하는 시뮬레이션을 수행함으로써 실제 수술상황에 근접한 시뮬레이션 환경을 제공하고 의료진은 다양한 수술방법을 시도할 수 있도록 하는 효과가 도출된다.

또한, 본 발명은, 가이드홀을 포함하는 베이스부와, 상기 베이스부로부터 일정한 각도별로 이격되어 시야 확보를 위한 공간을 형성하며 연장형성된 다리부를 구비하는 지지부를 포함하여 상기 지지부 상에 복수의 접촉부가 형성될 수 있도록 함으로써, 동시에 글레노이드 림부의 여러 지점을 파지할 수 있게 됨에 따라 안정적으로 위치설정이 되도록 하는 환자 맞춤형 지그를 시뮬레이션/모델링 할 수 있도록 하는 효과를 보인다.

또한, 본 발명은, 포스트부의 중심축이 베이스부의 중심축과 일정한 각도를 이루도록 구성하여, 특정 접촉부가 상대적으로 길게 구성될 경우 지그의 위치설정시 안정성이 떨어지는 문제를 지그의 접촉부 각각의 길이를 대략 균등하게 유지할 수 있도록 하면서, 핀의 삽입축과 포스트부의 중심축이 불일치하는 문제는 포스트부의 중심축을 베이스부의 중심축으로부터 일정한 각도만큼 기울여 조절할 수 있도록 함으로써 환자에게 알맞은 맞춤형 지그를 모델링/시뮬레이션 할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 조작부를 포함하여 환자의 3차원 영상의 이미지를 변화시켜 실제 지그 등의 뼈(bone) 삽입되는 위치, 삽입각도 등을 확인할 수 있어 실제 수술상황에 근접한 시뮬레이션 환경을 제공할 수 있도록 하는 효과를 가진다.

또한, 본 발명은 어셈블리부를 포함하여 제1 기준축 및 제3 기준축을 일치시켜 어셈플리 기준축을 형성하고 어셈블리 기준축을 기준으로 모델링된 어깨뼈 및 모델링된 위팔뼈를 결합함으로써 해부학적 모델에 근접한 인공어깨관절을 제공함으로써 실제 환자의 어깨관절 운동범위에 근접한 시술을 제공할 수 있도록 하는 효과를 보인다.

또한, 본 발명은 위팔뼈 지그 모델링부를 포함하여 환자의 실제 어깨관절(Shoulder Joint) 영상을 시뮬레이션 환경에 제공하여 수술시행 전 의료진이 환자 맞춤형 위팔뼈 지그를 시뮬레이션 및 모델링하고 실제 수술시 개별 환자별 적합한 위팔뼈 지그를 제작할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 1a는 일반적인 어깨관절을 개괄적으로 설명하는 도면이다.
도 1b는 일반적인 인공어깨관절을 개괄적으로 설명하는 도면이다.
도 1c는 일반적인 토탈형 인공어깨관절을 개괄적으로 설명하는 도면이다.
도 1d는 일반적인 리버스형 인공어깨관절을 개괄적으로 설명하는 도면이다.
도 2a는 토탈형 인공어깨관절의 입체적 형상을 나타낸 도면이다.
도 2b는 토탈형 인공어깨관절의 분해 사시도이다.
도 2c는 리버스형 인공어깨관절의 입체적 형상을 나타낸 도면이다.
도 2d는 리버스형 인공어깨관절의 분해 사시도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 지그의 구성요소를 보여주는 사시도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 지그의 구성요소를 보여주는 분해 사시도이다.
도 4a는 도 3a 내지 3b에 따른 베이스부의 가이드 홀의 각도가 수직인 것을 보여주는 단면도이다.
도 4b는 도 3a 내지 3b에 따른 베이스부의 가이드 홀의 각도가 오른쪽으로 기울어진 것을 보여주는 단면도이다.
도 4c는 도 3a 내지 3b에 따른 베이스부의 가이드 홀의 각도가 왼쪽으로 기울어진 것을 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 어깨뼈 지그의 포스트부를 보여주는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 어깨뼈 지그의 포스트부를 보여주는 사시도이다.
도 7은 도 3a 내지 3b에 따른 지그가 글레노이드 상에 안착되는 것을 보여주는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 위팔뼈 지그를 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 위팔뼈 지그에 가이드레일이 결합된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 위팔뼈 지그를 위팔뼈에 결합시킨 상태를 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 환자 맞춤형 지그 시뮬레이션 시스템을 보여주는 블럭도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수술영상 표시부를 보여주는 도면이다.
도 13a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 어깨뼈에 결합되는 글레노이드 임플란트를 도시한 디스플레이 화면을 나타낸 도면이다.
도 13b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 어깨뼈에 결합되는 어깨뼈헤드 임플란트를 도시한 디스플레이 화면을 나타낸 도면이다.
도 13c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 위팔뼈에 결합되는 토탈형 임플란트를 도시한 디스플레이 화면을 나타낸 도면이다.
도 13d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 위팔뼈에 결합되는 리버스형 임플란트를 도시한 디스플레이 화면을 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 글레노이드 측에 결합되는 지그를 도시한 도면이다.
도 15는 일반적인 해부학적 자세와 해부학적 기준면을 설명하는 도면이다.
도 16a는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제1 기준축을 형성하는 시뮬레이션 과정을 보여주는 도면이다.
도 16b는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제1 기준축을 형성하는 시뮬레이션 과정의 원리를 보여주는 도면이다.
도 16c는 본 발명의 일 실시 예에 따라 스케퓰라면을 형성하는 시뮬레이션 과정을 보여주는 도면이다.
도 16d는 본 발명의 일 실시 예에 따라 스케퓰라면을 형성하는 시뮬레이션 과정의 원리를 보여주는 도면이다.
도 17a는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제2 및 제3 기준축을 형성하는 시뮬레이션 과정에서 상완골헤드를 보여주는 도면이다.
도 17b는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제2 및 제3 기준축을 형성하는 시뮬레이션 과정에서 위팔뼈 디스탈을 보여주는 도면이다.
도 17c는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제2 및 제3 기준축이 형성된 상태를 보여주는 도면이다.
도 18은 본 발명의 일 실시 예에 따라 위팔뼈의 넥 커팅 시뮬레이션 과정을 보여주는 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따라 위팔뼈의 넥 커팅 시뮬레이션 과정을 마친 상태를 보여주는 도면이다.
도 20a는 본 발명의 일 실시 예에 따라 토탈형 인공어깨관절의 운동가능범위를 시뮬레이션하는 과정을 보여주는 첫 번째 도면이다.
도 20b는 본 발명의 일 실시 예에 따라 토탈형 인공어깨관절의 운동가능범위를 시뮬레이션하는 과정을 보여주는 두 번째 도면이다.
도 20c는 본 발명의 일 실시 예에 따라 리버스형 인공어깨관절의 운동가능범위를 시뮬레이션하는 과정을 보여주는 첫 번째 도면이다.
도 20d는 본 발명의 일 실시 예에 따라 리버스형 인공어깨관절의 운동가능범위를 시뮬레이션하는 과정을 보여주는 두 번째 도면이다.
도 21a는 본 발명의 일 실시 예에 따라 축제어 모듈의 제어로 수술 시뮬레이션이 수행되는 과정을 보여주는 도면이다.
도 21b는 본 발명의 일 실시 예에 따라 축제어 모듈의 제어로 글레노이드 임플란트의 위치가 변경된 상태를 보여주는 도면이다.
도 22a는 본 발명의 일 실시 예에 따라 임플란트조절 모듈의 제어로 수술 시뮬레이션이 수행되는 과정을 보여주는 도면이다.
도 22b는 본 발명의 일 실시 예에 따라 임플란트조절 모듈의 제어로 어깨뼈헤드 임플란트의 위치가 변경된 상태를 보여주는 도면이다.
도 23은 본 발명의 일 실시 예에 따라 측정 모듈의 제어로 수술 시뮬레이션이 수행되는 과정을 보여주는 도면이다.
도 24a는 본 발명의 일 실시 예에 따라 이미지변경 모듈의 제어로 수술 시뮬레이션이 수행되는 과정을 보여주는 첫 번째 도면이다.
도 24b는 본 발명의 일 실시 예에 따라 이미지변경 모듈의 제어로 수술 시뮬레이션이 수행되는 과정을 보여주는 두 번째 도면이다.
도 24c는 본 발명의 일 실시 예에 따라 이미지변경 모듈의 제어로 수술 시뮬레이션이 수행되는 과정을 보여주는 세 번째 도면이다.
도 24d는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제1 기준축을 도시한 상태에서 이미지변경 모듈의 제어로 수술 시뮬레이션이 수행되는 과정을 보여주는 첫 번째 도면이다.
도 24e는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제1 기준축을 도시한 상태에서 이미지변경 모듈의 제어로 수술 시뮬레이션이 수행되는 과정을 보여주는 두 번째 도면이다.
도 24f는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제1 기준축을 도시한 상태에서 이미지변경 모듈의 제어로 수술 시뮬레이션이 수행되는 과정을 보여주는 세 번째 도면이다.
도 25a는 본 발명의 일 실시 예에 따라 손상된 헤드 부분의 정상상태 곡면을 추정하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 25b는 본 발명의 일 실시 예에 따라 손상된 헤드 부분의 정상상태 곡면을 복원한 상태를 설명하는 도면이다.
도 26은 도 14에 따른 어깨뼈 지그가 제 1 기준축을 따라 상측으로 이동하여 글레노이드로부터 이격된 것을 보여주는 도면이다.
도 27a는 어깨뼈 지그의 베이스부가 회전하여 제 1 기준축으로부터 틀어진 것을 보여주는 도면이다.
도 27b는 어깨뼈 지그가 글레노이드 측으로 이동한 것을 보여주는 도면이다.
도 27c는 어깨뼈 지그의 지지부가 제 1 기준축을 중심으로 회전한 것을 보여주는 도면이다.
도 27d는 어깨뼈 지그의 지지부 중 하나가 베이스로부터 멀어진 것을 보여주는 도면이다.
도 27e는 어깨뼈 지그의 지지부가 한 개 추가된 것을 보여주는 도면이다.
도 27f는 어깨뼈 지그의 포스트부가 글레노이드로부터 멀어진 것을 보여주는 도면이다.
도 28a는 본 발명의 일 실시 예에 따라 위팔뼈에 위팔뼈 지그 가이드부를 디스플레이한 모습을 나타내는 도면이다.
도 28b는 본 발명의 일 실시 예에 따라 디스플레이된 위팔뼈 지그 가이드부를 회전 및 평행이동시킨 모습을 나타내는 도면이다.
도 29a은 도 28b의 가이드부에 위치설정부를 결합시킨 것을 보여주는 도면이다.
도 29b은 도 29a의 디스플레이된 위치설정부를 회전 및 평행이동시킨 것을 보여주는 도면이다.
도 30a는 도 29b의 위팔뼈 지그에 가이드레일을 결합시킨 것을 보여주는 도면이다.
도 30b는 도 30a의 위팔뼈 지그 결합된 가이드레일을 회전시킨 것을 보여주는 도면이다.
도 30c는 도 30b의 가이드레일에 컷팅기구를 결합시킨 것을 보여주는 도면이다.
도 31은 본 발명의 일 실시 예에 따른 환자 맞춤형 인공어깨관절 수술 시뮬레이션 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 32는 본 발명의 일 실시 예에 따른 환자영상 준비단계를 설명하는 흐름도이다.
도 33은 본 발명의 일 실시 예에 따른 어깨뼈 모델링 단계를 설명하는 흐름도이다.
도 34는 본 발명의 일 실시 예에 따른 위팔뼈 모델링 단계를 설명하는 흐름도이다.
도 35는 본 발명의 일 실시 예에 따른 운동범위 확인 단계를 설명하는 흐름도이다.
도 36은 본 발명의 일 실시 예에 따른 어깨뼈 지그 모델링단계를 설명하는 흐름도이다.
도 37은 본 발명의 일 실시 예에 따른 위팔뼈 지그 모델링단계를 설명하는 흐름도이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 또한, 본 발명의 도면과 명세서에서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 환자 맞춤형 지그 시뮬레이션 시스템 및 방법에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1a는 일반적인 건강한 어깨관절을 설명하는 도면이며, 도 1b는 토탈 형 인공어깨관절을 설명하는 도면이며, 도 1c는 토탈형으로 인공어깨관절 수술을 시행한 환자의 엑스레이 화면이며, 도 1d는 리버스형으로 인공어깨관절 수술을 시행한 환자의 엑스레이 화면이다.

도 1a을 참고하면, 관절염 등 다양한 원인으로 어깨관절(또는 어깨관절, Shoulder Joint) 부분이 손상될 수 있다. 손상된 어깨관절을 대체하는 인공어깨관절은 토탈형(Total Shoulder Replacement) 및 리버스형(Reverse Total Shoulder Replacement)이 있으며, 인체 구조상 어깨관절은 볼-소켓 관절(ball-Socket)이다.

토탈형은 위팔뼈(upper arm bone, Humerus, 상완골)의 헤드(head)/볼(ball)이 어깨뼈(Scapula)의 소켓(shallow socket)에 끼워진다. 이때 소켓(socket)은 글레노이드(Glenoid)라고 불려 진다. 즉, 글레노이드(Glenoid)를 어깨뼈(Scapula)에 삽입고정하고, 스템(stem)을 위팔뼈(Humerus)에 매식한 후 스템(stem)의 리세스에 헤드(Humeral Head)를 고정시킨 후, 글레노이드(Glenoid)의 관절면과 헤드(Humeral Head)의 관절면의 곡면 접촉을 유도하여 자연스러운 어깨관절운동을 구현할 수 있도록 시술된다.

리버스형은 토탈형에서 설명한 볼(ball)과 소켓(socket)의 위치가 변경된다. 즉, 리버스형은 어깨뼈(Scapula)에 헤드(head)/볼(ball)이 결합되고, 위팔뼈(Humerus)에 스템(stem)을 매식한 후 스템(stem)의 리세스에 소켓(socket)을 삽입고정시킨 후, 어깨뼈의 볼(ball)과 위팔뼈의 소켓(Humeral Cup, Socket)의 곡면접촉을 유도하기 위해 부가적인 구성요소(ex, Humeral Insert 등)를 결합하여 자연스러운 어깨관절운동을 구현할 수 있도록 시술된다.

리버스형은 어깨관절의 손상 정도가 커 일반적인 토탈형으로는 시술이 어렵거나, 일부 특이한 어깨관절 구조를 가지는 환자의 특성을 반영하기 위해 제안된 인공어깨관절이다.

한편, 토탈형 또는 리버스형은 의료진의 수술방법 선택으로 결정되며, 본 발명에서는 양 타입 중 어느 하나의 타입을 선택하는 것을 전제로 설명한다.

도 2a 내지 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공어깨관절의 유형과 구성요소를 설명하는 도면이다. 본 발명은 환자 맞춤형 인공어깨관절 수술 시뮬레이션 진행 시, 도 2a 내지 2d에 개시된 구성요소를 3D로 형태로 제공할 수 있다.

도 2a 및 2b는 토탈형 인공어깨관절(Total Shoulder Replacement)의 구성요소이다. 도 2a 및 2b를 참고하면, 토탈형 인공어깨관절은 글레노이드(31), 위팔뼈헤드(33, Humeral Head), 스템(35, Humeral Stem) 임플란트를 개시하고 있다. 특히, 글레노이드(31)는 사람마다 다양한 해부학적 구조를 잘 반영하기 위해 구조가 부분적으로 상이한 3가지 예시를 보여주고 있다.

도 2c 및 2d는 리버스형 인공어깨관절(Reverse Total Shoulder Replacement)의 구성요소이다. 도 2c 및 2d를 참고하면, 리버스형 인공어깨관절은 베이스플레이트(Baseplate, 32), 어깨뼈헤드(34, Scapula Head), 위팔뼈소켓(361, Humeral Insert), 인서트(362, insert), 스템(38, Humeral Stem)을 개시하고 있다. 이때, 리버스형 인공어깨관절은 어깨뼈헤드(34, Scapula Head)가 어깨뼈(Scapula)에 결합되는 점에서 토탈형 인공어깨관절에서 위팔뼈헤드(33, Humeral Head)가 위팔뼈(Humerus)에 결합되는 것과 차이점이 있다.

이하, 본 발명에서는 도 2a 및 2b에 개시된 글레노이드(31)는 토탈형 어깨뼈 임플란트, 그리고 위팔뼈헤드(33) 및 스템(35)은 통칭하여 토탈형 위팔뼈 임플란트라고 지칭한다. 또한, 도 2c 및 2d에 개시된 베이스플레이트(32) 및 어깨뼈헤드(34)는 통칭하여 리버스형 어깨뼈 임플란트, 그리고 위팔뼈소켓(361), 인서트(362) 및 스템(38)은 통칭하여 리버스형 위팔뼈 임플란트라고 지칭한다.

또한, 본 발명은 도 2a 내지 도 2d에 개시된 토탈형 인공어깨관절 및 리버스형 인공어깨관절의 예시에 한정되지 아니하며, 새로운 인공어깨관절과 관련된 다양한 형태의 임플란트를 환자 맞춤형 인공어깨관절 수술 시뮬레이션 진행 시 3D로 형태로 제공할 수 있다.

다음으로, 도 3a 내지 도 7을 참고하여 본 발명의 일 실시 예에 따라 디스플레이되어 시뮬레이션/모델링 되는 어깨뼈 지그(5)의 실제 구성을 설명하겠다.

도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 어깨뼈 지그의 구성요소를 보여주는 도면이며, 도 4a, 4b, 4c는 도 3a 및 3b에 따른 베이스부의 가이드 홀의 각도를 보여주는 도면이며, 도 5는 환자의 글레노이드의 형상에 따라 어깨뼈 지그의 접촉면 형상이 달라지는 것을 설명하는 도면이며, 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 어깨뼈 지그의 포스트부를 보여주는 도면이며, 도 7은 도 3에 따른 어깨뼈 지그가 글레노이드 상에 안착되는 것을 보여주는 도면이다.

도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 글레노이드의 리밍(Reaming)을 진행하기 위하여 사용되는 어깨뼈 지그(Jig)의 구성요소를 설명하는 도면이다. 본 발명은 환자 맞춤형 지그 시뮬레이션/모델링 진행시, 도 3a 및 3b에 개시된 구성요소를 3D 형태로 제공할 수 있다.

도 3a 및 3b는 어깨뼈 지그(Jig)의 구성요소이다. 도 3a 및 3b를 참고하면, 인공어깨관절 치환수술을 진행하는 과정에서 글레노이드 상에 인공보철물을 삽입하기에 앞서, 글레노이드의 리밍을 진행하기 위하여 글레노이드 상에 가이드 핀(미도시)이 삽입되며, 이러한 가이드 핀(미도시)을 계획된 정확한 위치 상에 삽입하기 위하여 지그(5)가 위치된다.

본 발명에 따른 시뮬레이션 시스템을 통하여 시뮬레이션 되는 지그(5)의 구성요소에 대하여 구체적으로 살펴보면, 글레노이드(371)의 림부(373)의 해부학적 형상에 상응하는 접촉면을 가지는 지지부(51)와, 가이드홀(5111)의 중심축(38)을 따라 상기 가이드홀(5111)이 외측방향으로 연장되도록 베이스부(511)를 연장형성하는 포스트부(52)를 포함한다. 또한, 상기 지지부(51)는 핀 삽입축(38)에 따라 관통하도록 형성되어 핀을 가이드 하는 가이드홀(5111)을 포함하는 베이스부(511)와, 상기 베이스부(511)로부터 일정한 각도별로 이격되어 연장형성되는 다리부(513)와, 상기 다리부(513)의 말단에서 내측방향으로 돌출형성되어 글레노이드(371)의 림부(373) 상에 위치하는 접촉부(515)를 포함한다.

또한 도 4a에 도시된 바와 같이 상기 가이드홀(5111)은 원판형으로 이루어지는 베이스부(511)의 중심부를 대략 수직으로 관통하는 것이 일반적이지만, 상기 가이드홀(5111)이 상기 베이스부(511)를 수직으로 관통하는 것은 물론, 도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이 소정의 각도로 기울어져 가이드홀(5111)을 형성할 수도 있다. 다만, 어떠한 경우라도 상기 가이드홀(5111)의 중심축(38)은 수술의가 환자의 글레노이드(371) 상에 삽입시키고자 하는 핀의 삽입방향인 삽입축(38)과 일치시키는 것이 바람직하다.

도 3a 내지 3b을 참조하면, 다리부(513)는 원판형의 베이스부(511)로부터 4방향으로 뻗어나간 형태이지만, 이는 예시적인 것이며, 이에 한정되지 않고 상기 다리부(513)의 개수를 줄이거나 늘릴 수도 있으며, 대칭 또는 비대칭으로 다리부(513) 사이 간격을 일정하게 하거나 일정하지 않게 할 수도 있는 등 환자의 글레노이드(371) 형상에 맞게 얼마든지 다양한 형태로 구성될 수 있다.

접촉부(515)는 상기 다리부(513)의 말단에서 내측방향으로 돌출형성되어 글레노이드(371)의 림부(373) 상에 위치하는 구성이며, 상기 다리부(513)와 직각을 이루며 내측방향으로 연장형성되어 지지부(51)를 글레노이드(371)의 캐비티(372)로부터 이격시키는 연장부(5151)와, 상기 연장부(5151)의 말단에 형성되어 글레노이드(371)의 림부(373)의 외주형상과 상보적인 형상을 가지는 접촉면(5153)을 포함한다.

도 5의 경우 상기 포스트부(52)가 베이스부(51)로부터 수직하게 형성되어 있으나, 도 6의 경우 상기 포스트부(52)가 베이스부(51)로부터 소정의 각도로 기울어져 형성되어 있음을 알 수 있다. 상기 포스트부(52)는 가이드홀(5111)의 중심축(38)을 따라 상기 가이드홀(5111)이 외측방향으로 연장되도록 상기 베이스부(51)를 연장형성한 것이므로, 베이스부(51)에 포함된 가이드홀(5111)의 중심축(38)이 핀의 삽입축(38)을 따라 기울어지게 될 경우, 이러한 가이드홀(5111)을 외측방향으로 연장형성하고자 할 때, 형성되는 포스트부(52)가 도 6에 도시된 바와 같이 기울어 지게 된다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션 시스템을 통하여 생산되는 환자 맞춤형 지그가 글레노이드 상에 안착되는 것을 도시한 도면으로, 전술한 과정을 거쳐 3D 프린팅 기술 등으로 완성된 어깨뼈지그(5)는 환자의 글레노이드(371)의 림부(373) 상의 정해진 지점에 정확히 안착될 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 도 3a 내지 도 7에 개시된 지그의 예시에 한정되지 아니하며, 다양한 형태의 지그를 환자 맞춤형 지그 시뮬레이션 진행 시 3D로 형태로 제공할 수 있다.

다음으로, 도 8 내지 도 10을 참고하여 본 발명의 일 실시 예에 따라 디스플레이되어 시뮬레이션/모델링 되는 위팔뼈지그의 실제 구성을 설명하겠다.

도 8은 위팔뼈지그를 나타낸 사시도이고, 도 9는 상기 위팔뼈지그 위에 컷팅기구(97)가 결합된 가이드레일(96)이 안착된 모습을 나타낸 사시도이며, 도 10은 상기 결합된 위팔뼈지그 어셈블리를 위팔뼈(39) 위에 장착한 모습을 나타낸 사시도이다.

도 8을 참고하여 설명하면, 상기 위팔뼈지그는 인공 어깨관절 치환수술을 진행하는 과정에서, 수술의가 사전에 계획된 대로 환자의 상완골두를 컷팅하고 컷팅된 상완골두에 임플란트를 이식하기에 앞서, 상완골두를 컷팅하는데 사용되는 상완골두 컷팅 가이드를 정위치에 안착시키고자, 그 이전 준비작업으로 컷팅 전의 상완골두 상에 가이드핀을 정확한 위치에 정확한 방향으로 삽입하는데에 사용되는 수술기구를 말한다. 이러한 상기 환자 맞춤형 위팔뼈지그는 가이드부(94)와, 위치설정부(95)를 포함한다.

상기 가이드부(94)는, 상완골두의 해부학적 형상에 상보적인 접촉면(941)을 가지면서 상완골두에 삽입될 핀을 가이드하는 구성을 말한다. 도 8을 참고하여 설명하면, 상기 가이드부(94)는 전체적으로 수직하게 신장된 형태를 가진다. 이러한 가이드부(94)의 수직 높이가 길어질수록, 상기 환자 맞춤형 어깨뼈지그에 의해 가이드 되어 환자의 어깨뼈에 삽입되는 가이드핀을 가이드 하는 영역이 커짐에 따라 보다 안정적으로 가이드핀을 가이드할 수 있게 된다. 반면에 가이드부(94)의 수직 높이가 길어지게 되면 환자의 상완골두 상에 상기 가이드부(94)를 안착하였을 때, 안정성이 다소 떨어질 수 있다. 따라서 상기 가이드부(94)의 수직 높이는 가이드핀의 가이드 영역의 관점과 가이드부(94) 안착시 안정성의 측면을 고려하여 정해질 수 있다. 이러한 상기 가이드부(94)는 가이드홀(945)과 슬롯(943)을 포함한다.

상기 슬롯(943)은, 상기 가이드레일(96, 도 9 참고)이 끼워져 고정되는 부분으로, 가이드레일(96)의 일부가 상기 슬롯(943)에 끼워져 고정될 수 있으며, 이로써 상기 슬롯(943)에 의해 상완골두 가이드레일(96)의 회전 등은 방지될 수 있다.

도 9를 참고하면, 상기 가이드레일(96)은 일측에 커팅기구(97)가 결합되어 있는 구성으로, 상기 슬롯(943)에 안착될 수 있다.

상기 커팅기구(97)는 위팔뼈(39)의 상완골두(391, 도 10 참고) 일부를 절삭하는 톱 등의 절삭수단이 삽입될 수 있도록 얇은 관통공이 형성되어 있다.

도 10을 참고하면, 상기 위치설정부(95)는 상기 상완골두(391)의 이두근 홈에 위치하여 위팔뼈지그의 위치를 용이하게 설정하도록 도와주는 구성으로, 그 내측에 접촉면(951)을 포함한다. 상기 접촉면(951)은 상기 헤드(391)의 일측에 접하는 구성으로, 헤드(391)에 상보적인 형상을 가지는데 그 모델 원리에 대해서는 후술한다.

이제, 상기 설명한 위팔뼈 지그 및 어깨뼈 지그의 실제 구성을 바탕으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템을 도 11 내지 도 36을 참고하여 설명하겠다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 환자 맞춤형 지그 시뮬레이션 시스템을 보여주는 블럭도이다.

도 11을 참고하면, 환자 맞춤형 지그 시뮬레이션 시스템은 환자영상 생성부(100), 수술영상 표시부(200), 어깨뼈 모델링부(300), 위팔뼈 모델링부(400), 운동범위 확인부(600), 조작부(700), 어깨뼈 지그모델링부(500), 위팔뼈 지그모델링부(900), 그리고 데이터베이스(800)를 포함할 수 있으며, 의료진에게 환자의 신체조건에 따른 적응적인 시뮬레이션 환경을 제공할 수 있다.

환자영상 생성부(100)는 수술 시뮬레이션에 사용될 환자의 어깨뼈 및 위팔뼈에 대한 3차원 영상을 생성할 수 있다. 환자영상 생성부(100)에서 생성된 어깨뼈 및 위팔뼈에 대한 3차원 영상은 데이터베이스(700)에 저장된다.

환자영상 생성부(100)는 X-선 촬영, CBCT(Cone Beam Computed Tomography, 전산화 단층촬영), 그리고 MRI(Magnetic Resonance Imaging, 자기공명영상) 등으로 준비된 2d 단층 이미지 데이터를 활용하여 어깨뼈 및 위팔뼈에 대한 3D 본 모델(bone model)을 생성할 수 있다. 또한, 본 발명은 상기와 같은 예시에 한정되지 아니하고, 수술 시뮬레이션에 사용될 환자의 3D 본 모델을 생성하는 다양한 형태의 소프트웨어 모델을 포함하는 개념이다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술영상 표시부를 보여주는 도면이다.

도 11 및 도 12를 참고하면, 수술영상 표시부(200)는 메뉴표시부(210), 프로젝트 선택부(220), 레이어 매니저부(230), 임플란트 제시부(241), 지그 제시부(242), 메인표시부(250), 컨트롤부(260) 및 기준면표시부(270)를 포함하며, 상기 어깨뼈 모델링부(300) 및 상기 위팔뼈 모델링부(400)에서 수행되는 모델링 과정을 환자의 3차원 영상에 표시하고 모델링된 어깨뼈 및 모델링된 위팔뼈가 결합된 인공어깨관절의 운동가능범위 측정과정을 표시한다.

메뉴표시부(210)는 수술 시뮬레이터 실행시 필요한 각종 메뉴실행, 파일저장, 파일 불러오기와 같은 제어입력단자를 포함할 수 있다.

또한, 메뉴표시부(210)는 수술 시뮬레이션 수행시 데이터베이스(700)에 저장된 환자의 3차원 본(bone) 영상, 즉, 어깨뼈 3차원 영상 및 위팔뼈 3차원 영상을 불러오고 현재 진행할 환자의 수술 프로젝트를 정의할 수 있다. 예를 들어, 수술 시뮬레이션 정의는 환자의 이름 등으로 특정할 수 있다.

특히, 메뉴표시부(210)는 의료진의 제어입력에 따라 인공어깨관절의 유형을 결정한다, 즉, 의료진은 메뉴표시부(210)를 통하여 토탈형(Total Shoulder Replacement) 및 리버스형(Reverse Total Shoulder Replacement) 중 하나를 선택하여 이후 수행되는 수술 시뮬레이션 종류를 결정할 수 있다.

프로젝트 선택부(220)는 상기 메뉴표시부(210)가 호출하여 정의한 환자의 어깨뼈 3차원 영상 및 위팔뼈 3차원 영상 중 하나를 선택하여 이후 진행할 모델링 대상을 특정할 수 있다. 또한, 프로젝트 선택부(220)는 선택된 3차원 영상에 대한 모델링이 진행되도록 레이어 매니저부(230), 임플란트 제시부(241), 지그 제시부(242), 메인표시부(250) 및 기준면표시부(270)를 제어할 수 있다.

예를 들어, 프로젝트 선택부(220)가 어깨뼈 3차원 영상(Scapula 3D)을 선택한 경우, 임플란트 제시부(241) 및 지그 제시부(242)는 어깨뼈에 결합되는 지그, 또는 어깨뼈 및/또는 위팔뼈에 결합되는 다양한 임플란트를 제시하고, 메인표시부(260)에는 어깨뼈 3차원 영상이 표시되는 것이다. 또한, 이 경우, 레이어 매니저부(230)는 선택된 어깨뼈 3차원 영상과 이에 대응되는 지그의 각종 구성요소와, 임플란트 사양 등의 목록을 표시할 수 있다. 또한, 프로젝트 선택부(220)가 위팔뼈 3차원 영상(Humerus)을 선택한 경우에도 상기와 같은 방법으로 레이어 매니저부(230), 임플란트 제시부(241), 지그 제시부(242), 메인표시부(250), 컨트롤부(260) 및 기준면표시부(270)를 제어할 수 있다.

레이어 매니저부(230)는 수술 시뮬레이션 수행시 프로젝트 선택부(220)에 의해 선택된 환자의 3차원 본(bone) 영상, 지그 제시부(242) 및/또는 임플란트 제시부(241)에서 선택되는 각종 지그의 구성요소 및/또는 임플란트 목록들을 제시한다. 의료진은 레이어 매니저부(230)가 제시하는 복수의 목록 중 특정 목록을 선택하면, 선택된 목록에 대한 이미지 화면이 메인표시부(250)에 표시된다. 또한, 레이어 매니저부(230)는 메인표시부(250)에 표시된 이미지의 감추기, 잠금(lock) 및 삭제 등과 같은 제어기능을 수행할 수 있다.

도 13a 내지 13d는 본 발명의 일 실시예에 따른 어깨뼈 및 위팔뼈에 결합되는 임플란트를 도시한 도면이다. 도 13a 및 도 13b는 어깨뼈 임플란트를 도시하고, 도 13c 및 도 13d는 위팔뼈 임플란트를 보여주고 있다. 또한, 14은 본 발명의 일 실시예에 따른 어깨뼈의 글레노이드에 결합되는 지그를 도시한 도면이다.

임플란트 제시부(241) 및 지그 제시부(242)는 수술 시뮬레이션 수행시 필요한 임플란트/지그의 종류 및 사양을 제시하여 실행 가능하도록 지원한다. 특히, 프로젝트 선택부(220)에서 선택되는 인공어깨관절의 유형에 따라 필요한 각종 임플란트를 제시한다.

예를 들어, 의료진이 메뉴표시부(210)를 통하여 토탈형(Total Shoulder Replacement)을 선택하고, 프로젝트 선택부(220)를 통하여 어깨뼈 3차원 영상을 선택한 경우, 임플란트 제시부(250)는 토탈형 어깨뼈 임플란트에 속하는, 도 2a 내지 2b에 예시를 포함하여 다양한 유형의 글레노이드에 대한 이미지 화면을 제시할 수 있다.

도 13a를 참고하면, 토탈형에서 사용되는 어깨뼈 임플란트로 글래노이드(31)를 예를 들어 도시하고, 도 13b를 참고하면, 리버스형에서 사용되는 어깨뼈 임플란트로 베이스플레이트(32) 및 어깨뼈헤드(34)를 예를 들어 도시하고 있다.

도 13c를 참고하면, 토탈형에서 사용되는 위팔뼈 임플란트로 위팔뼈헤드(33) 및 스템(35)을 도시하고 있다. 도 13d를 참고하면, 리버스형에서 사용되는 위팔뼈 임플란트로 위팔뼈소켓(361), 인서트(362) 및 스템(38)을 도시하고 있다.

도 13c 및 도 13d를 참고하면, 스템 임플라트(35, 38)는 위팔뼈 축을 따라 삽입되며 토탈형 및 리버스형에서 모두 동일하게 삽입될 수 있다. 특히, 토탈형에서는 볼 형태의 위팔뼈헤드(33)가 스템(35)의 리세스에 결합하고, 리버스형에서는 소켓 형태의 위팔뼈소켓(361) 및 인서트(362)가 스템(38)의 리세스에 결합하는 점에 양자 차이를 보이고 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 글레노이드 측에 결합되는 지그를 도시한 도면이다. 도 14를 참고하면, 글레노이드(371)의 리밍을 위하여 글레노이드(371) 상에 가이드 핀을 삽입하기 위한 지그(5)로, 그 구성요소로서 지지부(51)와 포스트부(52)를 도시하고 있다. 상기 지그(5)는 임플란트와는 다르게, 프로젝트 선택부(220)에서 선택되는 인공어깨관절의 유형과는 관계 없이 동일한 구성요소가 제시된다.

메인표시부(250)는 현재 사용자가 보고자 하는 어깨뼈 3차원 영상(Scapula 3D), 위팔뼈 3차원 영상(Humerus 3D) 또는 인공어깨관절 어셈블리 영상 등 시뮬레이션 화면을 표시한다. 또한, 메인표시부(250)에서 지그 및/또는 임플란트 삭제, 수정 등과 같은 시뮬레이션 작업을 수행할 수 있다.

컨트롤부(260)는, 도 12를 참고하면, 이동모듈(261), 틸팅 모듈(262), 그리고 축회전 모듈(263)을 포함할 수 있으며, 수술 시뮬레이션에서 의료진이 원하는 수술진행 방향으로 임플란트 또는 가이드 축을 제어할 수 있다.

이동모듈(261)은 임플란트 가이드 축과 상관없이 상하좌우 방향으로 이동하도록 지그 및/또는 임플란트를 제어한다. 사람마다 본(bone) 형상이 매우 다양하므로, 이동모듈(261)을 이용하여 환자 맞춤형 수술 시뮬레이션을 다양하게 시도할 수 있다.

틸팅 모듈(262)은 지그 또는 임플란트 또는 가이드 축의 각도 범위를 제어할 수 있다. 틸팅 모듈(262)을 이용하여 최적의 환자 맞춤형의 수술 시뮬레이션을 수행할 수 있다.

축회전 모듈(263)은 지그 및/또는 임플란트가 가이드 축이 고정된 상태에서 회전하도록 제어할 수 있다.

도 15는 일반적인 해부학적 자세와 해부학적 기준면을 설명하는 도면이다.

도 15를 참고하면, 신체의 부분과 동작을 설명하는데 있어 보편적으로 인정하는 초기 기준자세는 반드시 필요하며, 이러한 표준자세를 해부학적 자세(Anatomical Position)라고 한다. 해부학적 자세에서 주요 해부학적 기준면을 해부학적 기준면이라고 하는데, 몸의 기준면에서 시상면(sagital plane), 관상면(coronal plane) 및 횡단면(traverse plane)은 많이 있으나, 정중면(median plane)은 하나만 있다.

정중면은 몸 가운데를 지나며 오른쪽과 왼쪽이 똑같이 절반으로 나뉜다. 시상면 중 특수한 경우로 정중시상면(mid-sagital plane)이라고도 한다. 시상면은 관상면과 직각을 이루는 절단면으로 몸을 수직으로 관통하여 오른쪽과 왼쪽으로 나누는 면이다. 관상면은 시상면과 직각을 이루는 절단면으로 몸을 수직으로 관통하여 앞부분과 뒷부분으로 나누는 면이다. 횡단면은 몸을 가로로 나누는 절단면으로 윗부분과 아랫부분으로 나누는 면이며, 수평면(horizontal plane)이라고도 한다.

기준면표시부(270)는, 도 12를 참고하면, 기준면표시부(270)의 관상면표시부(271), 시상면표시부(272) 및 가로면표시부(273)를 포함할 수 있다. 관상면표시부(271), 시상면표시부(272) 및 가로면표시부(273)가 기준면표시부(270)에 배치되는 위치는 제한없이 임의적으로 배치하도록 구성할 수 있다.

예를 들어, 프로젝트 선택부(220)가 어깨뼈 3차원 영상(Scapula 3D) 또는 위팔뼈 3차원 영상(Humerus 3D)을 선택한 경우 메인표시부(250)는 선택된 어깨뼈 3차원 영상 또는 위팔뼈 3차원 영상을 표시한다. 이때, 상기 메인표시부(260)에 표시되는 3D bone model에 대하여 해부학적 기준면인 관상면, 시상면 및 횡단면을 의료진이 설정할 수 있고, 설정된 관상면, 시상면 및 횡단면이 관상면표시부(271), 시상면표시부(272) 및 가로면표시부(273)에 각각 표시될 수 있다.

본 발명은 의료진이 직접 해부학적 기준면인 관상면, 시상면 및 횡단면을 설정하도록 구성하고 설정된 해부학적 기준면을 관상면표시부(271), 시상면표시부(272) 및 가로면표시부(273)에 각각 저장함으로써, 수술 시뮬레이션을 수행하는 과정에서 관상면표시부(271), 시상면표시부(272) 및 가로면표시부(273)를 클릭하는 것만으로 해당 기준면의 이미지가 메인표시부(250)에 표시되도록 구성함으로써 시뮬레이션 수행의 편의성을 제공할 수 있는 것을 기술적 특징으로 한다.

도 16a 내지 16d는 본 발명의 일 실시예에 따라 제1 기준축(38) 및 스케퓰라면(39)을 형성하는 시뮬레이션 과정을 보여주는 도면이다. 도 16a는 글레노이드 포사의 중심점(371x)을 생성하는 과정을 보여주는 시뮬레이션 화면이며, 어깨뼈에 대한 시상면을 도시하고 있다. 도 16b는 도 16a의 글레노이드 포사의 중심점(371x)을 생성하는 과정을 자세히 보여주는 도면이다. 도 16c는 제1 기준축(38) 및 스케퓰라면(39)을 보여주는 도면이며, 어깨뼈에 대한 관상면을 비스듬히 틀어진 상태를 보여주는 시뮬레이션 화면이다. 도 16d는 도 16c의 제1 기준축(38) 및 스케퓰라면(39)을 생성하는 과정을 자세히 보여주는 도면이다.

어깨뼈 모델링부(300)는 어깨뼈 기준설정부(310), 그리고 어깨뼈 임플란트 가상이식부(320)를 포함하며, 환자의 어깨뼈 3차원 영상에 어깨뼈 임플란트를 결합하여 인공 어깨뼈를 모델링한다.

어깨뼈 기준설정부(310)는 제1 기준축 생성부(311), 스케퓰라면 형성부(312), 그리고 해부학면 형성부(313)를 포함하며, 인공 어깨뼈 모델링 시 필요한 기준값을 설정할 수 있다.

제1 기준축 생성부(311)는 글레노이드 포사의 중심점(371x)과 어깨뼈 좌측점(371e)을 연결하여 어깨뼈 임플란트를 가이드 하는 제1 기준축(38)을 생성한다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 도 16b를 참고하면, 글레노이드 포사의 중심점(371x)은 가이드 핀이 삽입되는 지점에 해당하며, 상기 중심점(371x)은 글레노이드 상의 최상측점(Most Superior Point; MSP, 371a), 최하측점(Most Inferior Point: MIP, 371b), 최좌측점(Most Anterior Point; MAP, 371c) 및 최우측점(Most Posterior Point; MPP, 371d)을 연결하여 생성되는 직선의 교점으로 정의될 수 있다. 본 발명에서 중심점(371x)은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 의료분야에서 시행되는 다양한 방법을 포함하는 개념이다.

어깨뼈 좌측점(371e)은, 도 16d을 참고하면, 어깨뼈를 관상면을 기준으로 봤을 때, 척추(spine)에 가장 가까운 어깨뼈 지점으로 정의할 수 있다.

스케퓰라면 형성부(312)는 글레노이드 포사의 중심점(371x), 어깨뼈 좌측점(371e) 및 어깨뼈 최하점(371f)을 연결하여 형성되는 스케퓰라면(39)을 형성한다. 스케퓰라면(39)은 어깨뼈의 해부학적인 기준면 설정시 기준이 되는 면으로 정의할 수 있다. 어깨뼈 최하점(371f)은, 도 16b을 참고하면, 어깨뼈를 관상면을 기준으로 봤을 때, 가장 하단에 위치하는 지점으로 정의할 수 있다.

해부학면 형성부(313)는 스케퓰라면(39)을 기준으로 시상면(sagital plane), 관상면(coronal plane) 및 가로면(traverse plane)을 사용자가 설정할 수 있다.

어깨뼈 임플란트 가상이식부(320)는 어깨뼈의 3차원 영상에 어깨뼈 임플란트를 결합하여 인공 어깨뼈를 모델링한다.

어깨뼈 임플란트는 토탈형 어깨뼈 임플란트 및 리버스형 어깨뼈 임플란트를 포함할 수 있으며, 도 13a 및 도 13b를 참고하면, 인공어깨관절 종류에 따라 대응되는 어깨뼈 임플란트가 어깨뼈의 3차원 영상에 결합될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 2 및 도 13을 참고하면, 토탈형 어깨뼈 임플란트는 도 2a에 개시된 글레노이드(31)와 같은 임플란트를 포함하고, 리버스형 어깨뼈 임플란트는 도 2b에 개시된 베이스플레이트(32) 및 어깨뼈헤드(34)와 같은 임플란트를 포함할 수 있다.

도 17a 내지 17c는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제2 및 제3 기준축을 형성하는 시뮬레이션 과정을 보여주는 도면이고, 도 18 및 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따라 위팔뼈의 넥 커팅 시뮬레이션 과정을 보여주는 도면이다.

도 17a는 위팔뼈 헤드의 헤드(391)에 기준점을 표시한 도면, 도 17b는 위팔뼈 몸체(392)의 원위단(393)에 기준점들을 표시한 도면, 도 17c는 헤드(391)에 기준점 및 원위단(393)에 기준점들로 생성된 제2 기준축(395) 및 제3 기준축(397)을 보여주는 도면이다. 도 17a 및 17b를 참고하면, 헤드(391)과 몸체(392)로 구성되는 위팔뼈의 구조에서 심장에서 가까운 위치 영역을 근위(proximal), 심장에서 먼 위치 영역을 원위(distal)라 하며, 그 끝단을 근위단과 원위단(393)이라 칭한다.

위팔뼈 모델링부(400)는 위팔뼈 기준설정부(410), 위팔뼈 넥 커팅부(420), 그리고 위팔뼈 임플란트 가상이식부(430)를 포함할 수 있으며, 위팔뼈의 3차원 영상에 위팔뼈 임플란트를 결합하여 인공 위팔뼈를 모델링한다.

위팔뼈 기준설정부(410)는 제2 기준축 생성부(411), 그리고 제3 기준축 생성부(412)를 포함할 수 있으며, 인공 위팔뼈(artificial humerus) 모델링 시 필요한 기준값을 설정한다.

제2 기준축 생성부(411)는 스템 임플란트의 결합 가이드 역할을 하는 제2 기준축(395)을 생성한다.

도 17a 내지 17c를 참고하면, 본 발명은 도 17a에 도시된 헤드(391)의 기준점(391a)과 도 17b에 도시된 원위단(393)의 중심점(393x)의 연결로 형성되는 직선이 제2 기준축(395)이 될 수 있는 실시예를 보여준다. 중심점(393x)은 원위단(393) 외곽을 따르는 네 선(D1, D2, D3, D4)의 각 중심점(3951, 393b, 393c, 393d), 즉 4개의 기준점을 연결하여 생성되는 직선의 교점으로 정의될 수 있다.

헤드(391)의 기준점(391a)은 모의수술 시뮬레이션을 수행하는 의료진이 임상적 전문지식에 따라 환자의 3차원 위팔뼈 영상에 표시할 수 있도록 구성하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 의료진은 기준점에 선정에 따라 다양한 제2 기준축(395)이 형성되는 과정을 확인할 수 있고, 반복적인 수행으로 환자의 위팔뼈에 스템 임플란트가 최적 위치에 삽입될 수 있도록 가이드 하는 제2 기준축(395)을 찾을 수 있는 효과를 가진다.

제3 기준축 생성부(412)는 위팔뼈헤드(Humeral Head) 또는 위팔뼈소켓(Humeral Insert)의 결합 가이드 역할을 하는 제3 기준축(397)을 생성한다.

도 17c를 참고하면, 본 발명은 도 17a에 도시된 헤드(391)의 또 다른 기준점(391b)과 도 17c에 도시된 상기 제2 기준축(395)과 연결로 형성되는 직선이 제3 기준축(397)이 될 수 있는 실시예를 보여준다. 일반적으로, 제2 기준축(395)인 직선과 헤드(391)의 또 다른 기준점(391b)인 한점에 의해 만들어지는 직선은 수없이 많을 수 있으나, 본 발명은 제2 기준축(395)과 헤드(391)의 또 다른 기준점(391b)이 일정한 각도(a°)로 이루어지는 단일 직선인 실시예를 포함한다. 신체 해부학적으로 바람직한 실시 예는 40° a°< 50°이며, 가장 바람직하게는 a°= 45°인 실시예를 포함한다.

본 발명은, 의료진이 총 6개의 기준점, 즉 헤드(391)의 두 기준점(391a, 391b) 및 원위단(393) 외곽을 따르는 네 선(D1, D2, D3, D4)의 각 중심점인 네 기준점(391a, 393b, 393c, 393d)을 각각 환자의 3차원 위팔뼈 영상에 지정(표시)하는 시뮬레이션만으로, 제2 기준축 생성부(411)가 원위단(393)의 중심점(393x)을 생성하고, 헤드(391)의 기준점(391a)과 원위단(393)의 중심점(393x)의 연결하여 제2 기준축(395)을 생성할 수 있다. 또한, 제3 기준축 생성부(412)가 정해진 각도로 제2 기준축(395)과 헤드(391)의 또 다른 기준점(393b)을 연결하여 제3 기준축(397)을 생성하는 실시예를 포함할 수 있다.

본 발명은 의료진이 상기 총 6개의 기준점을 표시하는 시뮬레이션(ex, 마우스를 이용하여 메인표시부(250)에 표시되는 환자의 위팔뼈 3차원 영상에 마우스 등으로 기준점을 표시하는 행위)을 수행하면, 위팔뼈 기준설정부(410)가 디스탈(393)의 중심점(393x), 제2 기준축(395) 및 제3 기준축(397)을 생성하는 과정이 순차적으로 자동으로 이루어지는 실시예를 포함할 수 있다.

위팔뼈 넥 커팅부(420)는 위팔뼈 헤드(391) 부분에 3개의 기준점을 지정하고 기준점을 연결하여 형성되는 면을 절단하여 위팔뼈 임플란트가 결합될 영역, 즉 헤드(391) 절단면을 형성한다. 본 발명은 상기 기준점의 개수를 3개로 설정하는 실시예를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 기준점은 의료진이 원하는 개수를 임의로 설정할 수 있고 헤드(391) 절단면을 형성하는 다양한 개수의 기준점을 지정하는 실시 예를 모두 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따라, 도 18은 헤드(391)에 3개의 기준점(391c, 391d, 391e)을 찍어 만들어진 평면을 보여주며, 도 19는 평면에 따라 위팔뼈 헤드(391)가 절단된 상태를 보여주는 도면이다.

위팔뼈 임플란트 가상이식부(430)는 스템삽입부(431), 그리고 위팔뼈 임플란트 삽입부(432)를 포함할 수 있으며, 위팔뼈의 3차원 영상에 위팔뼈 임플란트를 결합하여 인공 위팔뼈(artificial humerus)를 모델링한다.

본 발명의 일 실시 예에 따라, 도 2 및 도 12를 참고하면, 토탈형 위팔뼈 임플란트는 도 2a에 개시된 위팔뼈헤드(33, Humeral Head) 및 스템(35, Humeral Stem)과 같은 임플란트를 포함하고, 리버스형 위팔뼈 임플란트는 도 2b에 개시된 위팔뼈소켓(361, Humeral Insert), 인서트(362, Insert) 및 스템(38, Humeral Stem)과 같은 임플란트를 포함할 수 있다.

스템삽입부(431)는 제2 기준축(395)을 따라 스템 임플란트(35, 38)를 삽입한다.

위팔뼈 임플란트 삽입부(432)는 제3 기준축(397)을 따라 위팔뼈헤드(33, Humeral Head) 또는 위팔뼈소켓(361, Humeral Insert) 또는/및 인서트(362, Insert)을 삽입한다. 앞서 설명에서, 토탈형 위팔뼈 임플란트는 위팔뼈헤드(33) 및 스템(35)과 같은 임플란트를 포함하고, 리버스형 위팔뼈 임플란트는 위팔뼈소켓(361), 인서트(362) 및 스템(38)을 포함할 수 있다고 하였으나, 스템삽입부(431)가 제2 기준축(395)을 따라 스템 임플란트(35, 38)를 삽입하고 위팔뼈 임플란트 삽입부(432)는 상기 스템 임플란트(35, 38)를 제외한 나머지 위팔뼈 임플란트를 제3 기준축(397)을 따라 삽입하는 것으로 설명할 수 있다.

도 12 및 도 17a 내지 17c를 참고하면, 토탈형에서는 위팔뼈 임플란트 삽입부(432)가 제3 기준축(397)을 따라 위팔뼈헤드(33, Humeral Head)를 삽입하고, 리버스형에서는 위팔뼈 임플란트 삽입부(432)가 제3 기준축(397)을 따라 위팔뼈소켓(36, Humeral Insert)을 삽입한다. 도 13c 및 도 13d를 참고하면, 인공어깨관절 종류에 따라 대응되는 위팔뼈 임플란트가 위팔뼈의 3차원 영상에 결합된 실시 예를 보여준다.

도 20a 내지 20d는 본 발명의 일 실시 예에 따라 인공어깨관절의 운동가능범위를 시뮬레이션하는 과정을 보여주는 도면이다.

운동범위 확인부(600)는 어셈블리 모듈(610), 운동범위확인 모듈(620), 경고표시 모듈(630)을 포함할 수 있으며, 모델링된 어깨뼈 및 모델링된 위팔뼈가 결합된 인공어깨관절의 운동범위를 확인한다.

어셈블리 모듈(610)은 제1 기준축(38) 및 제3 기준축(397)을 일치시켜 어셈플리 기준축(600a)을 형성하고 어셈블리 기준축(600a)을 기준으로 모델링된 어깨뼈 및 모델링된 위팔뼈를 결합하여 인공어깨관절을 형성할 수 있다. 도 20a는 토탈형 인공어깨관절 어셈블리, 도 20b는 리버스형 인공어깨관절 어셈블리를 보여주는 실시예이다.

운동범위확인 모듈(620)은 상기 어셈블리 모듈(610)에서 형성된 인공어깨관절의 운동범위를 확인할 수 있다. 특히, 운동범위확인 모듈(520)은 구부리기(flexion), 펴기(extension), 외전운동(abduction), 내전운동(adduction) 및 회전운동(roation)와 같은 어깨관절 운동범위(Range of Motion, ROM) 중 적어도 하나를 수행하여 인공어깨관절의 운동가능범위를 측정하는 것을 특징으로 한다. 상기 어깨관절 운동범위(Range of Motion, ROM)에 대한 내용은 공연히 알려진 내용으로 자세한 설명을 생략한다.

도 20a는 토탈형 인공어깨관절에서 운동가능 범위를 측정하는 전후 비교도면이며, 도 20b는 리버스형 인공어깨관절에서 운동가능 범위를 측정하는 전후 비교도면이다. 도 20a 및 20b를 참고하면, 인공어깨관절이 삽입된 환자의 운동가능 범위를 예측해보고, 이를 기초로 의료진은 환자 맞춤형 인공어깨관절 수술 시뮬레이션을 반복하여 시도함으로써 최상의 수술진행방법을 모색할 수 있는 특징이 있다.

경고표시 모듈(630)은 상기 운동범위확인 모듈(620)이 인공어깨관절의 운동가능범위를 측정하는 과정에서 인접하는 구성 또는 환자의 본(bone)과 접촉하는 경우 충격표시 및 충격음 중 적어도 하나를 표시하여 부적합한 운동영역 범위를 경고할 수 있다.

도 21a 및 21b는 본 발명의 일 실시예에 따라 축제어 모듈의 제어로 수술 시뮬레이션이 수행되는 과정을 보여주는 도면이며, 도 22a 및 22b는 본 발명의 일 실시예에 따라 임플란트조절 모듈의 제어로 수술 시뮬레이션이 수행되는 과정을 보여주는 도면이며, 도 23은 본 발명의 일 실시예에 따라 측정 모듈의 제어로 수술 시뮬레이션이 수행되는 과정을 보여주는 도면이며, 도 24a 내지 24c는 본 발명의 일 실시예에 따라 이미지변경 모듈의 제어로 수술 시뮬레이션이 수행되는 과정을 보여주는 도면이며, 도 25a 및 25b는 본 발명의 일 실시 예에 따라 손상된 헤드 부분의 정상상태 곡면을 추정하는 과정을 설명하는 도면이다.

조작부(700)는 축조절 모듈(710), 지그조절 모듈(720), 임플란트조절 모듈(720), 측정 모듈(730), 이미지변경 모듈(740), 그리고 헤드곡면측정 모듈(750)을 포함할 수 있으며, 상기 어깨뼈 모델링부(300) 및 상기 위팔뼈 모델링부(400) 또는 지그 삽입부(500)에서 수행되는 시뮬레이션/모델링과정 또는 상기 운동범위 확인부(500)에서 수행되는 인공어깨관절의 운동범위 확인과정에서 필요한 제어신호를 제공할 수 있다.

축조절 모듈(710)는 수술영상 표시부(200)에 표시되는 축의 위치 또는 방향 조절 제어신호를 생성할 수 있다.

축조절 모듈(710)은 임플란트 가이드 축을 다양한 위치 및 각도로 조작할 수 있다. 도 21a 내지 21b는 리버스형 어깨뼈 임플란트(베이스플레이트, 32)가 삽입될 때 가이드하는 제1 기준축(38)을 상하로 조작하는 실시예를 도시하고 있다. 본 발명은 축조절 모듈(610)에 의해 제1 기준축(38), 제2 기준축(395) 및 제3 기준축(397)이 제어되는 실시예를 포함한다.

또한, 본 발명은 축조절 모듈(710)이 가이드 축을 이동시 가이드 축에 결합된 임플란트도 함께 이동하는 실시예 및 축조절 모듈(710)이 가이드 축만 이동하도록 하고 임플란트는 설정된 위치에 고정되도록 하는 다른 실시예를 포함할 수 있다.

지그조절 모듈(720)은 수술영상 표시부에 표시되는 지그의 일부 또는 전체 구성요소의 위치 또는 방향 조절 제어신호를 생성할 수 있다. 상기 제어신호에 의하여 도 25a 내지 도 29C와 같이 지그가 이동 방향/각도 범위/회전 제어될 수 있다.

지그조절 모듈(720)에 의해 제1 기준축(38)과 별도로 지그의 구성요소만이 다양한 위치 및 각도로 조작되는 실시예를 도시하고 있다. 따라서, 환자마다 본(bone) 모양이 상이한 경우라도 지그조절 모듈(720)에 의하여 지그를 환자 맞춤형으로 위치를 설정하여 지그를 삽입할 수 있는 시뮬레이션 환경을 제공할 수 있다.

임플란트조절 모듈(730)은 수술영상 표시부(200)에 표시되는 임플란트의 위치 또는 방향 또는 각도 조절 제어신호를 생성할 수 있다.

도 22a 및 22b를 참고하면, 임플란트조절 모듈(730)에 의해 제1 기준축(38)과 별도로 리버스형 어깨뼈 임플란트만 다양한 위치 및 각도로 조작하는 실시예를 도시하고 있다. 도 22a은 리버스형 어깨뼈 임플란트, 즉 베이스플레이트(32)가 어깨뼈에 고정되어 있고 어깨뼈헤드(34)가 제1 기준축(38)에 따라 삽입되는 과정을 도시하고 있다. 도 22b는 임플란트조절 모듈(730)에 의해 어깨뼈헤드(34)만 제1 기준축(38)을 중심으로 일정 각도범위에서 이동시키는 실시 예를 도시하고 있다.

따라서, 환자마다 본(bone) 모양이 상이한 경우라도 임플란트조절 모듈(730)에 의해 임플란트를 환자 맞춤형으로 위치를 설정하여 임플란트를 삽입할 수 있는 시뮬레이션 환경을 제공할 수 있다.

측정 모듈(740)은 수술영상 표시부(200)에 표시되는 화면 구성요소들에 대해 측정하고자 하는 지점 간의 거리 또는 각도를 측정하는 제어신호를 생성할 수 있다.

도 23a 및 23b를 참고하면, 본 발명은 측정 모듈(740)에 의해 임플란트가 삽입되는 위치나 각도 또는 뼈의 일정영역의 위치나 각도 등을 측정하는 실시 예를 포함하고 있다. 실제 수술과정에서 의료진은 임플란트가 삽입되는 위치나 각도, 또는 뼈의 일정영역의 위치나 각도 등을 측정할 필요가 있는데, 본 발명은 측정 모듈(740)을 포함하여 실제 수술환경과 유사한 시뮬레이션 환경을 제공할 수 있게 된다. 이때 측정된 수치들은 데이터베이스(800)에 저장 된다.

이미지변경 모듈(750)은 수술영상 표시부(200)에 표시되는 환자의 3차원 영상의 이미지 변화 제어신호를 생성할 수 있다.

도 24a 내지 24f를 참고하면, 도 24a, 24b, 24c를 차례로 설명하면, 환자의 실제 어깨뼈에 가장 가까운 이미지 영상, 환자의 어깨뼈에 대한 엑스레이 이미지 영상, 환자의 어깨뼈의 윤곽선 정도만 보여주는 이미지 영상을 보여준다. 특히, 도 24d, 24e, 24f를 보면, 글레노이드 임플란트가 어깨뼈에 삽입이 제 위치에 잘 되었는지 이미지 영상의 변경에 따라 알 수 있다. 따라서, 본 발명은 의료진이 수술 시뮬레이션을 수행하는 과정에서 임플란트가 환자의 어깨뼈 또는 위팔뼈에 어떤 위치에 어떤 각도로 삽입되었는지 확인할 수 있어 수술 시뮬레이션의 정밀도 향상에 기여할 수 있다.

본 발명은 도 24a 내지 24f에 도시된 이미지 영상에 한정되지 아니하고, 다양한 본(bone) 형상의 3차원 이미지를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명은 시뮬레이션 과정에서 본(bone) 형상의 3차원 이미지를 다양하게 제공함으로써 의료진의 기호에 맞게 다양한 수술방법을 선택할 수 있도록 할 수 있다.

헤드곡면측정 모듈(760)은 상기 수술영상 표시부(200)에 표시되는 환자의 위팔뼈 3차원 영상에서 헤드 곡면측정 제어신호를 생성할 수 있다.

도 25a 및 25b는 손상된 헤드의 복원과정을 설명하는 도면이다. 본 발명의 다른 실시예에 따라, 헤드곡면측정 모듈(760)은 헤드 곡면측정 제어신호를 생성하기 이전에 손상된 헤드복원을 수행하고, 상기 헤드복원 수행방법은 손상되지 아니한 반대쪽 어깨뼈(예를 들어, 오른쪽 어깨뼈)의 정상 헤드(391) 곡면을 기준으로 손상된 어깨뼈(예를 들어, 외쪽 어깨뼈)의 헤드(391)를 복원하는 방법을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 도 25a를 참고하면, 헤드곡면측정 모듈(650)의 상기 헤드복원 수행방법은 임의의 복수 개의 기준점을 지정하고 지정된 기준점이 연결되는 곡면을 기준으로 손상된 헤드(391)를 복원하는 방법을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라, 도 25b를 참고하면, 헤드곡면측정 모듈(760)의 상기 헤드복원 수행방법은 헤드(391)의 손상된 곡면을 연장하여 연장된 면이 손상된 면에 인접한 다른 면들과 자연스런 곡면을 형성하는 경우 자연스런 곡면을 기준으로 손상된 헤드(391)를 복원하는 방법을 포함할 수 있다.

도 26은 도 14에 따른 어깨뼈 지그가 제 1 기준축을 따라 상측으로 이동하여 글레노이드로부터 이격된 것을 보여주는 도면이고, 도 27a는 어깨뼈 지그의 베이스부가 회전하여 제 1 기준축으로부터 틀어진 것을 보여주는 도면이며, 도 27b는 어깨뼈 지그가 글레노이드 측으로 이동한 것을 보여주는 도면이고, 도 27c는 어깨뼈 지그의 지지부가 제 1 기준축을 중심으로 회전한 것을 보여주는 도면이며, 도 27d는 어깨뼈 지그의 지지부 중 하나가 베이스로부터 멀어진 것을 보여주는 도면이고, 도 27e는 어깨뼈 지그의 지지부가 한 개 추가된 것을 보여주는 도면이며, 도 27f는 어깨뼈 지그의 포스트부가 글레노이드로부터 멀어진 것을 보여주는 도면이다.

도 2a 내지 2d 및 도 26 내지 도 27f를 참고하면, 어깨뼈 지그 모델링부(500)는 위팔뼈를 수용하는 부분인 어깨뼈의 글레노이드 상에 리밍(Reaming) 등을 진행하기 위한 가이드 핀(미도시)을 삽입하도록 상기 수술영상표시부(200)에 표시된 글레노이드의 3차원 영상에 환자 맞춤형 어깨뼈 지그(5)를 디스플레이하여 시뮬레이션/모델링 할 수 있도록 하는 구성이다.

도 11을 참고하면, 어깨뼈지그모델링부(500)는 베이스부모델링모듈(510)과, 지지부모델링모듈(520)과, 포스트부모델링모듈(530)을 포함할 수 있다.

데이타베이스(800)의 지그저장부(820)에 저장된 어깨뼈지그의 템플릿이 로딩된 상태를 보여주는 도면인 도 26을 참고하면, 상기 어깨뼈지그모델링부(500)는 지그제시부(242)의 어깨뼈지그제시부가 클릭되어 지그저장부(820)에 저장되어 로딩된 어깨뼈지그의 템플릿을 이용하여 해당 환자의 어깨뼈의 해부학적 형상에 적합한 그리고 글래노이드의 포사나 림의 해부학적 형상에 상보적인 접촉면 가진 어깨뼈지그를 모델링하게 되는데, 로딩되는 어깨뼈지그의 템플릿은 베이스부(511), 지지부(513), 포스트부(52)를 포함하므로, 이들 각각이 화면상에 디스플레이되게 된다. 이때 포스트부(52)의 가이드홀(5111)의 축과 제 1 기준축(38)이 자동적으로 일치되게 설정되며, 로딩된 어깨뼈지그(5)는 초기에는 글레노이드(371)로부터 일정 거리 이격되어 위치한다.

상기 베이스부모델링모듈(510)은 상기 베이스부(511)의 위치 및 각도를 조절하는 구성이다. 이는 도 27a에서 확인할 수 있는데, 도 26과 비교시 베이스부(511)가 틀어진 것을 볼 수 있다. 이는 디스플레이된 베이스부(511)를 클릭한 뒤, 도 12에 도시된 컨트롤부(260)의 틸팅 모듈(262) 또는 축회전 모듈(263)을 클릭하여 베이스부(511)를 제 1 기준축(38)을 기준으로 회전시킴으로써 이루어진다. 지그저장부(820, 도 11 참고)에서 호출된 어깨뼈지그(5)의 베이스부(511)는 초기에는 제 1 기준축(38)에 수직으로 위치하나, 환자의 글레노이드(371) 형상에 따라 다양하게 회전시켜 가며 최적의 형상을 모델링한다. 도 27a에서는 이러한 과정을 거쳐 베이스부(511)가 기울어져 있는 모습을 확인할 수 있다.

또한 도 27b를 참고하면, 도 27a와 비교할 시 상기 베이스부(511)를 포함한 어깨뼈지그(5)가 글레노이드(371) 측으로 가깝게 붙어 있는 것을 확인할 수 있다. 이는 상기 베이스부(511)를 클릭한 뒤 글레노이드(371) 측으로 드래그하여 이루어진다. 이때 이동경로는 제 1 기준축(38)을 따라 움직인다. 어깨뼈지그(5)는 글레노이드(371)측으로 가깝게 접근하다가, 접촉부(515)가 글레노이드(371) 내측으로 들어갈 정도로 가까워지면, 해당 부분의 접촉면(5153)은 곧 글레노이드(371)와 경계가 되는 면으로 설정된다. 즉, 글레노이드(371) 면과 꼭 맞닿을 수 있도록 이에 상보적인 형태로 어깨뼈지그(5)의 접촉면(5153) 형태가 자동으로 설정되는 것이다. 이렇게 설정된 접촉면(5153)의 형태에 의해 어깨뼈지그(5)는 각 환자마다 다른 어깨뼈에 안정적으로 안착될 수 있다.

상기 지지부모델링모듈(520)은 상기 지지부(513)의 길이 및 각도를 조절하는 구성이다. 이는 도 27b, 27c 및 27e에서 확인 가능한데, 상기 베이스부(511)의 평행이동에 의해 글레노이드(371)와의 적정 거리가 설정된 후에, 상기 지지부(513)를 클릭하여 컨트롤부(260, 도 12 참고)를 이용해 회전시키거나 평행이동시켜 각도 및 거리를 조절한다. 즉, 한 개의 지지부(513)를 클릭한 뒤 틸팅모듈(262) 혹은 축회전모듈(263)을 클릭하여 회전시킴으로써 베이스부(511)와의 각도를 조절하거나, 혹은 이웃한 지지부(513)와의 각도 및 거리를 조절할 수 있다. 이는 도 27b와 비교할시 도 27c의 지지부(513)의 각도가 변경된 것을 통해 확인할 수 있다. 이러한 미세 조정에 의해 환자마다 다른 글레노이드(371) 형상에 부합하는 모양으로 모델링함으로써 어깨뼈지그(5)의 안정적인 안착을 도와준다.

도 27d에서는 이동모듈(261)에 의해 지지부(513)가 외측으로 이동하여 글레노이드(371) 바깥으로까지 뻗어 나온 모습을 확인할 수 있다. 이렇듯 지지부(513)를 평행이동시켜 환자마다 다른 글레노이드(371) 형상에 부합하는 모양으로 모델링함으로써 어깨뼈지그(5)의 안정적인 안착을 도와준다.

또한 도 27e를 참고하면, 도 27d와 비교할 때 지지부(513)의 개수가 하나 더 늘어난 것을 확인할 수 있다. 즉, 기존의 4개에서 5개로 늘어났다. 이는 레이어매니저부(230, 도 12 참고)에 디스플레이된 아이콘을 클릭하여 실행할 수 있는데, 이렇게 늘어난 지지부(513)에 의해 좀 더 견고하고 안정적으로 글레노이드(371) 상에 안착시킬 수 있다. 그러나 반드시 지지부(513)의 개수가 많다고 용이한 결합이 가능한 것은 아니며, 환자마다 다른 글레노이드(371) 형상을 고려하여 그 개수를 정해야 한다. 혹은 레이어매니저부(230)를 통해 지지부(513)의 개수를 줄일 수도 있다.

상기 포스트모델링모듈(530)은 상기 포스트부(52)의 길이를 조절하는 구성으로, 도 27f를 참고하면 포스트부(52)가 글레노이드(371) 위쪽으로 높게 튀어나온 것을 확인할 수 있다. 즉, 포스트부(52)를 클릭한 뒤 드래그하여 뒤쪽으로 당기면 포스트부(52)가 글레노이드(371)로부터 멀어진다. 이런 작업을 통해 최적 길이의 포스트부(52)를 가지는 어깨뼈지그(5)를 모델링할 수 있다.

상기 과정을 거쳐 만들어진 어깨뼈지그모델은 결과저장부(840, 도 11 참고)에 저장되는데, 자세한 것은 후술하겠다.

다음으로, 도 11 및 도 28a 내지 도 30c를 참고하여, 위팔뼈지그를 디스플레이하여 시뮬레이션 및 모델링하는 과정을 설명하겠다.

도 11을 참고하면, 상기 위팔뼈 지그모델링부(900)는 가이드부 모델링모듈(910)과, 위치설정부 모델링모듈(920)과, 가이드레일 모델링모듈(930)을 포함할 수 있다.

데이타베이스(800)의 지그저장부(820)에 저장된 어깨뼈지그의 템플릿이 로딩된 상태를 보여주는 도면인 도 28a를 참고하면, 상기 위팔뼈지그모델링부(900)는 지그제시부(242)의 위팔뼈지그가 클릭되어 지그저장부(820)에 저장되어 로딩된 위팔뼈지그의 템플릿을 이용하여 해당 환자의 위팔뼈의 해부학적 형상에 적합한 그리고 헤드(391)에 상보적인 접촉면 가진 어깨뼈지그를 모델링하게 되는데, 로딩되는 어깨뼈지그의 템플릿은 가이드부(94), 위치설정부(95), 가이드레일(96)을 각각 포함하므로, 이들 각각이 화면상에 디스플레이되게 된다. 이때 상기 제2 기준축(395)이 상기 가이드홀(945)에 삽입되어 양 축이 일치하도록 자동으로 정렬된다.

상기 가이드부모델링모듈(91)은, 가이드부(94)의 위치와 각도를 변경하여 가이드부(94)의 형상을 모델링하는 구성이다. 이는 도 28b에서 확인할 수 있는데, 도 28a와 비교해보면 상기 가이드부(94)가 가이드홀(945)의 축을 기준으로 회전되어 있다. 이러한 작업은 가이드부(94)를 클릭한 뒤, 컨트롤부(260, 도 12 참고)의 틸팅모듈(262) 혹은 축회전모듈(263)을 클릭하여 가이드부(94)를 회전시킴으로써 이루어진다.

이때 바람직하게는 가이드부(94)가 헤드(391)와 접하는 접촉면이 상기 헤드(391)의 근위단부를 지나도록 설정하는데, 이는 위팔뼈지그가 헤드(391) 위에서 미끄러지지 않고 견고하고 안정적으로 안착될 수 있게 하기 위함이다. 그러나 반드시 이러한 실시 예에 한하는 것은 아니고, 상황에 따라, 환자의 위팔뼈(39) 헤드(391) 형상에 따라 얼마든지 다른 모델링도 가능함은 물론이다.

또한 전술한 바와 같이 로딩 초기에는 상기 가이드부(94)의 가이드홀(945)과 제2 기준축(395)이 일치하게 정렬되나, 가이드홀(945)을 이동시킬 필요가 있는 경우에는 가이드부(94)를 평행이동시킬 수도 있으며, 이 경우 제2 기준축(395)과 일치하지 않게 된다.

추가적으로, 가이드부(94)의 일부는 회전 또는 평행이동에 의해 헤드(391)의 내부와 중첩되는데, 이때 중첩되는 부분은 제거된 채 헤드(391)와 가이드부(45) 사이의 경계면을 기준으로 가이드부(94)의 형상이 형성된다. 이렇게 위팔뼈(39)에 상보적인 형태를 갖도록 가이드부(94)가 모델링됨에 따라 실제 수술시에 위팔뼈지그를 헤드(391) 위에 신속하고 안정적으로 안착시킬 수 있다.

위치설정부모델링모듈(920)은 상기 정렬된 가이드부(94)의 일측에 디스플레이된 위치설정부(95)를 회전 및 평행이동시키는 구성이다. 도 29b를 참고하면, 도 29a와 비교할 시 상기 위치설정부(95)가 회전되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이는 컨트롤부(260, 도 12 참고)의 틸팅모듈(262) 혹은 이동모듈(261)을 클릭하여 위치설정부(95)를 가이드부(94)에 대하여 이동시킴으로써 이루어진다. 이때 상기 위치설정부(95)는 상완골두(391)의 이두근 홈에 위치하는 것이 바람직한데, 이는 실제 수술에서 내측으로 일정 깊이 파인 이두근 홈에 위치설정부(95)를 위치시킴으로써 용이하고 신속하게 위팔뼈지그의 위치를 정하면서도 안정적으로 지지될 수 있기 때문이다. 만일 디스플레이된 위치설정부(95)의 위치가 이두근 홈에 맞지 않거나 차이가 있으면 회전시키거나 평행이동시켜 그 위치를 설정한다.

또한 위치설정부(95)의 일부는 회전 또는 평행이동에 의해 헤드(391)의 내부와 중첩되는데, 이때 중첩되는 부분은 제거된 채 헤드(391)와 위치설정부(95) 사이의 경계면을 기준으로 접촉면(951)이 형성된다. 이렇게 위팔뼈(39)에 상보적인 접촉면(951)을 갖도록 위치설정부(95)가 모델링됨에 따라 실제 수술시에 위팔뼈지그를 헤드(391) 위에 신속하고 안정적으로 안착시킬 수 있다.

가이드레일모델링모듈(930)은 상기 정렬된 위팔뼈지그 상에 가이드레일(96)과 커팅기구(97)를 디스플레이하여 그 위치와 각도를 조정하는 구성이다. 도 30a를 참고하면, 가이드레일(96)과 커팅기구(97)를 확인할 수 있는데, 도 30b를 보면 도 30a에 비해 가이드레일(96)이 회전되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이때 회전 각도는 적절한 커팅이 가능하도록 커팅기구(97)에 형성된 홈을 참고하며 결정된다. 구체적으로는, 가이드레일(96)을 선택한 뒤 컨트롤부(260)의 틸팅모듈(262)을 클릭하여 가이드홀(945)을 기준으로 회전시킨다.

이때 커팅기구(97)에 형성된 홈이 헤드(391)의 적정위치를 향하게 될 때까지 회전시키는데, 가이드부(95)와 가이드레일(96)이 중첩되는 부분에는 빈 공간인 슬롯(943)이 형성되어 가이드레일(96)이 고정 상태로 안착된다. 이렇게 슬롯(943)의 위치까지 모델링함에 따라 실제 수술에서는 가이드레일(96)을 슬롯(943)에 안착시키기만 하면 절삭위치가 특정되므로 매우 신속한 수술이 가능하다.

이렇게 정렬된 위팔뼈지그는 위팔뼈과 경계과 되는 단면을 기준으로 컷팅된 상태로 결과저장부(840)에 저장된다. 따라서 위팔뼈지그의 접촉면(941)은 각 환자마다 다른 위팔뼈(39)의 상완골두(39B) 형상에 상보적인 형상을 띄게 되므로 용이하게 안착시킬 수 있다. 상기 결과저장부(840)에는 상기 접촉면(941)에 대한 정보 이외에도, 가이드부(94), 위치설정부(95) 및 슬롯(943)의 위치, 각도, 개수 또는 길이에 대한 정보를 저장하는데, 자세한 것은 후술한다.

데이터베이스(800)는 3차원 영상저장부(810), 지그저장부(820), 임플란트저장부(830), 그리고 결과저장부(840)를 포함할 수 있으며, 수술 시뮬레이션에 필요한 데이터를 저장한다.

3차원 영상저장부(810)는 수술 시뮬레이션에 사용될 환자의 어깨뼈 및 위팔뼈의 3차원 영상을 저장할 수 있다. 즉, 3차원 영상저장부(810)는 환자영상 생성부(100)에서 생성된 3차원 영상을 저장하고 수술영상 표시부(200)의 호출시 저장된 3차원 영상을 제공할 수 있다.

지그저장부(820)는 지그의 템플릿을 저장하는 곳으로, 수술 시뮬레이션에 사용되며 글레노이드(371)의 특정 위치에 결합 또는 일정한 각도를 이루는 지그의 기초적인 모델을 저장할 수 있다. 이때 지그는 어깨뼈지그와 위팔뼈지그를 포함한다. 사용자는 상기 지그저장부(820)에서 지그의 기초 모델을 불러와 이를 바탕으로 길이나 각도 등을 조절해가며 환자 맞춤형 지그를 모델링하게 된다.

임플란트저장부(830)는 임플란트의 템플릿을 저장하는 곳으로, 수술 시뮬레이션에 사용되는 각종 임플란트를 저장할 수 있다. 사용자는 상기 임플란트저장부(830)에서 다양한 크기와 형상의 임플란트를 불러와 디스플레이된 뼈 형상과 대비해가며 최적의 임플란트를 선정하게 된다.

결과저장부(840)는 수술 시뮬레이션 수행 후 모델링된 어깨뼈, 모델링된 위팔뼈, 환자맞춤형 지그 및 인공어깨관절 어셈블리 중 적어도 하나 이상을 저장할 수 있다. 즉, 결과저장부(840)는 수술 시뮬레이션 과정에서 어깨뼈 및 위팔뼈에 결합된 지그 및/또는 임플란트의 사양 및 결합 위치, 각도 값 또는 인공어깨관절 어셈블리를 구성하는 모델링된 어깨뼈 및 모델링된 위팔뼈의 결합 상태를 저장하는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같이, 결과저장부(840)는 모델링된 지그의 결합 위치, 각도 값 등을 저장하며, 예를 들어, 어깨뼈지그의 베이스부(51)와, 포스트부(52) 또는 제 1 기준축(38)과의 결합각도 및/또는 다리부(513)의 개수 및/또는 연장부(5151)의 길이 및/또는 접촉부(515)의 길이 및/또는 글레노이드(371) 림부(373)와 상보적인 접촉면(5153)의 형상 및/또는 포스트부(52)의 전체적인 길이 등을 저장한다.

또한 결과저장부(840)는 위팔뼈지그의 가이드부(94)와, 위치설정부(95)와, 그 접촉면(951)과, 가이드레일(96)의 위치, 형상, 각도 등의 3차원 정보 데이터를 저장한다.

도 31을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따라, 환자 맞춤형 인공어깨관절 수술 시뮬레이션 방법은 환자영상 준비단계(S10), 어깨뼈 모델링단계(S20), 위팔뼈 모델링단계(S30), 운동범위 확인단계(S40), 어깨뼈 지그 모델링단계(S50), 위팔뼈 지그 모델링단계(S60)를 포함할 수 있으며, 의료진에게 환자의 신체조건에 따른 적응적인 시뮬레이션 방법을 제공할 수 있다.

도 32는 본 발명의 일 실시예에 따른 환자영상 준비단계를 설명하는 흐름도이다.

환자영상 준비단계(S10)는 기저장된 환자의 3차원 어깨관절 영상을 불러오는 단계(S11), 그리고 인공어깨관절 종류를 선정하는 단계(S12)를 포함할 수 있으며, 수술 시뮬레이션에 수행될 인공어깨관절 유형을 정하고 환자의 어깨뼈 및 위팔뼈의 3차원 영상을 제공할 수 있다.

기저장된 환자의 3차원 어깨관절 영상을 불러오는 단계(S11)는 의료진의 제어입력에 따라 메뉴표시부(210)가 데이터베이스(700)에 저장된 환자의 3차원 본(bone) 영상, 즉, 어깨뼈 3차원 영상 및 위팔뼈 3차원 영상을 불러오고 현재 진행할 환자의 수술 프로젝트를 정의하는 단계이다. 예를 들어, 수술 프로젝트 정의는 환자의 이름 등으로 특정할 수 있다.

인공어깨관절 종류를 선정하는 단계(S12)는 의료진의 제어입력에 따라 메뉴표시부(210)가 인공어깨관절의 유형을 선택하는 단계이다. 인공어깨관절의 유형은 토탈 어깨관절 교체형(S121) 및 리버스 어깨관절 교체형(S122)을 포함할 수 있다.

인공어깨관절 종류를 선정하는 단계(S12)는 상기 기저장된 환자의 3차원 어깨관절 영상을 불러오는 단계(S11)에서 수술 프로젝트가 정의된 환자의 3차원 본(bone) 영상을 확인하고 환자의 어깨관절의 손상 정도에 따라 의료진은 메뉴표시부(210)를 통하여 토탈형(S121) 또는 리버스형(S122)를 선택할 수 있다.

또한, 환자영상 준비단계(S10)는 상기 인공어깨관절 종류를 선정하는 단계(S12) 수행 이후, 프로젝트 선택부(220)가 수술 프로젝트가 정의된 어깨뼈 3차원 영상 및 위팔뼈 3차원 영상 중 하나를 선택하여 이후 진행할 모델링 대상을 특정하는 단계를 포함할 수 있다.

따라서, 환자영상 준비단계(S10) 이후 수행되는 어깨뼈 모델링단계(S20)와 위팔뼈 모델링단계(S30) 및 지그 모델링단계(S50, S60)를 순서대로 설명하나, 이하 설명되는 순서에 한정되지 아니하고 어깨뼈 모델링단계(S20)와 위팔뼈 모델링단계(S30) 그리고 지그 모델링단계(S50, S60)는 의료진의 제어신호 입력에 따라 프로젝트 선택부(220)가 임의적으로 선택할 수 있다.

도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 어깨뼈 모델링 단계를 설명하는 흐름도이다.

어깨뼈 모델링단계(S20)는 어깨뼈 기준설정단계(S21), 그리고 어깨뼈 임플란트 가상 이식단계(S22)를 포함하며, 상기 환자영상 준비단계(S10)에서 제공된 어깨뼈의 3차원 영상에 어깨뼈 임플란트을 결합하여 인공 어깨뼈(artificial scapula)를 모델링하는 단계이다.

또한, 어깨뼈 모델링단계(S20)는 프로젝트 선택부(220)가 상기 환자영상 준비단계(S10)에서 정의된 환자의 어깨뼈 3차원 영상을 선택하여 모델링 대상을 특정하는 단계를 포함하는 것을 전제로 한다. 상기 어깨뼈 3차원 영상을 선택하여 모델링 대상을 특정하는 단계는 메인표시부(250)에 어깨뼈 3차원 영상이 표시되는 단계, 레이어 매니저부(230)가 선택된 어깨뼈 3차원 영상과 이에 대응되는 각종 임플란트 사양 등의 목록을 표시하는 단계를 포함할 수 있다.

어깨뼈 기준설정단계(S21)는 제1 기준축 생성단계(S211), 스케퓰라면 형성단계(S212), 해부학 기준면 형성단계(S213)를 포함할 수 있으며, 어깨뼈 기준설정부(310)가 인공 어깨뼈 모델링 시 필요한 기준값을 설정하는 단계이다.

제1 기준축 생성단계(S211)는 제1 기준축 생성부(311)가 글레노이드 포사의 중심점과 어깨뼈 좌측점(371e)을 연결하여 어깨뼈 임플란트를 가이드하는 제1 기준축(38)을 생성하는 단계이다. 여기서, 상기 글레노이드 포사의 중심점(371x)은 글레노이드 상의 최상측점(MSP, 371a), 최하측점(MIP, 371b), 최좌측점(MAP, 371c) 및 최우측점(MPP, 371d)을 연결하여 생성되는 직선의 교점으로 정의될 수 있다. 본 발명에서 글레노이드 포사의 중심점(371x)은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 의료분야에서 시행되는 다양한 방법을 포함하는 개념이다. 또한, 어깨뼈 좌측점(371e)은, 도 7B을 참고하면, 어깨뼈를 관상면을 기준으로 봤을 때, 척추(spine)에 가장 가까운 어깨뼈 지점으로 정의할 수 있다.

스케퓰라면 형성단계(S212)는 스케퓰라면 형성부(312)가 글레노이드 포사의 중심점(371x), 어깨뼈 좌측점(371e) 및 어깨뼈 최하점(371f)을 연결하여 형성되는 스케퓰라면(39)을 형성하는 단계이다. 어깨뼈 최하점(371f)은, 도 13b을 참고하면, 어깨뼈를 관상면을 기준으로 봤을 때, 가장 하단에 위치하는 지점으로 정의할 수 있다.

해부학 기준면 형성단계(S213)는 해부학면 형성부(313)가 스케퓰라면(39)을 기준으로 시상면(sagital plane), 관상면(coronal plane) 및 가로면(traverse plane)을 설정하는 단계이다.

어깨뼈 임플란트 가상 이식단계(S22)는 토탈형 어깨뼈 이식단계(S221); 및 리버스형 어깨뼈 이식단계(S222)를 포함할 수 있으며, 어깨뼈 임플란트 가상이식부(320)가 어깨뼈의 3차원 영상에 어깨뼈 임플란트를 결합하여 인공 어깨뼈를 모델링할 수 있다.

도 2를 참고하면, 토탈형 어깨뼈 이식단계(S221)는 어깨뼈 임플란트 가상이식부(320)가 도 2a에 개시된 글레노이드(31)와 같은 토탈형 어깨뼈 임플란트를 어깨뼈의 3차원 영상에 결합하는 실시예를 포함할 수 있다. 또한, 리버스형 어깨뼈 이식단계(S222)는 어깨뼈 임플란트 가상이식부(320)가 도 2b에 개시된 베이스플레이트(32) 및 어깨뼈헤드(34)와 같은 리버스형 어깨뼈 임플란트를 어깨뼈의 3차원 영상에 결합하는 실시예를 포함할 수 있다. 도 20을 참고하면, 인공어깨관절 종류에 따라 대응되는 어깨뼈 임플란트가 어깨뼈의 3차원 영상에 결합되는 실시예를 보여준다.

도 34는 본 발명의 일 실시예에 따른 위팔뼈 모델링 단계를 설명하는 흐름도이다.

위팔뼈 모델링단계(S30)는 위팔뼈 기준설정단계(S31), 위팔뼈 넥 커팅단계(S32), 그리고 위팔뼈 임플란트 가상 이식단계(S33)를 포함할 수 있으며, 위팔뼈 모델링부(400)가 상기 환자영상 준비단계(S10)에서 제공된 위팔뼈의 3차원 영상에 위팔뼈 임플란트를 결합하여 인공 위팔뼈(artificial humerus)를 모델링하는 단계이다.

또한, 위팔뼈 모델링단계(S30)는 프로젝트 선택부(220)가 상기 환자영상 준비단계(S10)에서 정의된 환자의 위팔뼈 3차원 영상을 선택하여 모델링 대상을 특정하는 단계를 포함하는 것을 전제로 한다. 상기 위팔뼈 3차원 영상을 선택하여 모델링 대상을 특정하는 단계는 메인표시부(250)에 위팔뼈 3차원 영상이 표시되는 단계, 레이어 매니저부(230)가 선택된 위팔뼈 3차원 영상과 이에 대응되는 각종 임플란트 사양 등의 목록을 표시하는 단계를 포함할 수 있다.

위팔뼈 기준설정단계(S31)는 제2 기준축 생성단계(S311), 그리고 제3 기준축 생성단계(S312)를 포함할 수 있으며, 위팔뼈 기준설정부(410)가 인공 위팔뼈 모델링 시 필요한 기준값을 설정하는 단계이다.

제2 기준축 생성단계(S311)는 제2 기준축 생성부(411)가 스템 임플란트의 결합 가이드 역할을 하는 제2 기준축(395)을 생성하는 단계이다. 도 17을 참고하면, 본 발명은 도 17a에 도시된 헤드(391)부의 기준점(11)과 도 17b에 도시된 디스탈(393)의 중심점(393x)의 연결로 형성되는 직선이 제2 기준축(395)이 될 수 있는 실시예를 보여준다.

제3 기준축 생성단계(S312)는 제3 기준축 생성부(412)가 위팔뼈헤드(33, Humeral Head) 또는 위팔뼈소켓(36, Humeral Insert)의 결합 가이드 역할을 하는 제3 기준축(397)을 생성하는 단계이다. 도 17c를 참고하면, 본 발명은 도 17a에 도시된 헤드(391)부의 또 다른 기준점(391b)과 도 17D에 도시된 상기 제2 기준축(395)과 연결로 형성되는 직선이 제3 기준축(397)이 될 수 있는 실시예를 보여준다.

위팔뼈 넥 커팅단계(S32)는 위팔뼈 넥 커팅부(420)가 위팔뼈 헤드(391) 부분에 3개의 기준점을 지정하고 기준점을 연결하여 형성되는 면을 절단하여 위팔뼈 임플란트가 결합될 영역, 즉 헤드(391) 절단면을 형성하는 단계이다.

본 발명은 상기 기준점의 개수를 3개로 설정하는 실시예를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 기준점은 의료진이 원하는 개수를 임의로 설정할 수 있고 헤드(391) 절단면을 형성하는 다양한 개수의 기준점을 지정하는 실시예를 모두 포함할 수 있다.

위팔뼈 임플란트 가상 이식단계(S33)는 스템 삽입단계(S331), 그리고 위팔뼈 임플란트 삽입단계(S332)를 포함할 수 있으며, 위팔뼈 임플란트 가상이식부(430)가 상기 위팔뼈 넥 커팅단계(S32)에서 형성된 위팔뼈의 절단면에 위팔뼈 임플란트를 결합하여 인공 위팔뼈(artificial humerus)를 모델링하는 단계이다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 도 2 및 도 13을 참고하면, 토탈형 위팔뼈 임플란트는 도 2a에 개시된 위팔뼈헤드(33, Humeral Head) 및 스템(35, Humeral Stem)과 같은 임플란트를 포함하고, 리버스형 위팔뼈 임플란트는 도 2b에 개시된 위팔뼈소켓(36, Humeral Insert) 및 스템(38, Humeral Stem)과 같은 임플란트를 포함할 수 있다.

스템 삽입단계(S331)는 스템삽입부(431)가 제2 기준축(395)을 따라 스템 임플란트(35, 38)를 삽입하는 단계이다.

위팔뼈 임플란트 삽입단계(S332)는 토탈형 위팔뼈 임플란트 삽입단계(S332a) 그리고 리버스형 위팔뼈 임플란트 삽입단계(S332b)를 포함할 수 있으며, 위팔뼈 임플란트 삽입부(432)가 제3 기준축(397)을 따라 위팔뼈헤드(33, Humeral Head) 또는 위팔뼈소켓(36, Humeral Insert)를 삽입하는 단계이다.

즉, 앞서 설명에서, 토탈형 위팔뼈 임플란트는 위팔뼈헤드(33) 및 스템(35)과 같은 임플란트를 포함하고, 리버스형 위팔뼈 임플란트는 위팔뼈소켓(361), 인서트(362) 및 스템(38)을 포함할 수 있다고 하였으나, 스템 삽입단계(S331)에서 스템삽입부(431)가 제2 기준축(395)을 따라 스템 임플란트(35, 38)를 삽입하고 위팔뼈 임플란트 삽입단계(S332)에서 위팔뼈 임플란트 삽입부(432)가 상기 스템 임플란트(35, 38)를 제외한 나머지 위팔뼈 임플란트를 제3 기준축(397)을 따라 삽입하는 것으로 설명할 수 있다.

토탈형 위팔뼈 임플란트 삽입단계(S332a)는 위팔뼈 임플란트 삽입부(432)가 제3 기준축(397)을 따라 위팔뼈헤드(33, Humeral Head)를 삽입하는 단계이다.

리버스형 위팔뼈 임플란트 삽입단계(S332b)는 위팔뼈 임플란트 삽입부(432)가 제3 기준축(397)을 따라 위팔뼈소켓(36, Humeral Insert)을 삽입하는 단계이다.

본 발명의 인공어깨관절 종류에 따른 어깨뼈 모델링단계(S20) 및 위팔뼈 모델링단계(S30)를 종합하여 정리할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 인공어깨관절 종류를 선정하는 단계(S11)에서 토탈 어깨관절 교체형(S121)으로 설정한 경우, 상기 어깨뼈 임플란트 가상 이식단계(S22)에서 토탈형 어깨뼈 이식단계(S221)는 어깨뼈 임플란트 가상이식부(320)가 글레노이드(31)를 제1 기준축(38)을 따라 이식하고, 상기 위팔뼈 임플란트 가상 이식단계(S33)에서 스템 삽입단계(S331)는 제2 기준축(395)을 따라 스템 임플란트을 삽입하고, 위팔뼈 임플란트 삽입단계(S332)는 위팔뼈 임플란트 삽입부(432)가 제3 기준축(397)을 따라 위팔뼈헤드(33, Humeral Head)를 삽입하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 인공어깨관절 종류를 선정하는 단계(S11)에서 리버스 어깨관절 교체형(S122)으로 설정한 경우, 상기 어깨뼈 임플란트 가상 이식단계(S22)에서 리버스형 어깨뼈 이식단계(S222)는 어깨뼈 임플란트 가상이식부(320)가 베이스플레이트(32) 및 어깨뼈헤드(34)를 제1 기준축(38)을 따라 이식하고, 상기 위팔뼈 임플란트 가상 이식단계(S33)에서 스텝 삽입단계(S331)는 제2 기준축(395)을 따라 스템 임플란트을 삽입하고, 위팔뼈 임플란트 삽입단계(S332)는 위팔뼈 임플란트 삽입부(432)가 제3 기준축(397)을 따라 위팔뼈소켓(36, Humeral Insert)을 삽입하는 것을 특징으로 한다.

도 35는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 운동범위 확인 단계를 설명하는 흐름도이다.

운동범위 확인단계(S40)는 어셈블리 단계(S41), 그리고 맞춤형 운동범위 확인단계(S42)를 포함할 수 있으며, 운동범위 확인부(600)가 모델링된 어깨뼈 및 모델링된 위팔뼈를 결합하여 인공어깨관절을 형성하고 형성된 인공어깨관절의 운동범위를 확인하는 단계이다.

어셈블리 단계(S41)는 어셈블리 모듈(610)이 제1 기준축(38) 및 제3 기준축(397)을 일치시켜 어셈블리 기준축(381)을 형성하고 어셈블리 기준축(600a)을 기준으로 모델링된 어깨뼈 및 모델링된 위팔뼈를 결합하여 인공어깨관절을 형성하는 단계이다. 도 20a는 토탈형 인공어깨관절 어셈블리, 도 20b는 리버스형 인공어깨관절 어셈블리를 보여주는 실시 예이다.

맞춤형 운동범위 확인단계(S42)는 상기 어셈블리 단계(S41)에서 형성된 인공어깨관절에 대하여 운동범위확인 모듈(620)이 운동범위를 확인하는 단계이다.

특히, 맞춤형 운동범위 확인단계(S42)는 운동범위확인 모듈(620)이 상기 어셈블리 단계(S41)에서 형성된 인공어깨관절에 대하여 구부리기(flexion), 펴기(extension), 외전운동(abduction), 내전운동(adduction) 및 회전운동(roation)와 같은 어깨관절 운동범위(Range of Motion, ROM) 중 적어도 하나를 수행하여 인공어깨관절의 운동가능범위를 측정하는 것을 특징으로 한다.

어깨뼈 지그 모델링단계(S50)는 도 36에 도시된 바와 같이 베이스부모델링단계(S51)와, 지지부모델링단계(S52)와, 포스트모델링단계(S53)를 포함할 수있다.

상기 베이스부모델링단계(S51)는 전술한 베이스부시뮬레이션모듈(510)에서 이루어지는 것으로써 스캐닝을 통해 얻은 환자 어깨뼈를 디스플레이한 후 로딩된 어깨뼈지그(5)의 베이스부(511)를 회전/평행이동시켜 최적의 어깨뼈지그(5)를 모델링하는 단계이다.

상기 지지부모델링단계(S52)는 상기 베이스부모델링단계(S51) 이후, 지지부(513)를 회전/평행이동시켜 환자마다 다른 글레노이드(371)의 형상에 상보적인 접촉면을 갖는 어깨뼈지그(5)를 모델링하는 단계로써 상기 지지부모델링모듈(520)에서 진행된다.

상기 포스트모델링단계(S53)는 포스트부(52)의 길이를 조절하는 단계로써 상기 포스트모델링모듈(530)에서 진행된다.

위팔뼈지그모델링단계(S60)는 도 37에 도시된 바와 같이 가이드부모델링단계(S61), 위치설정부모델링단계(S62), 슬롯모델링단계(S63)를 포함할 수 있다.

상기 가이드부모델링단계(S610)은 전술한 가이드부시뮬레이션모듈(910)에서 진행되는 과정으로 스캐닝을 통해 얻은 환자의 위팔뼈를 디스플레이한 후 로딩된 위팔뼈지그의 가이드부(94)를 회전/평행이동시켜 헤드(391)에 상보적인 접촉면을 갖는 위팔뼈지그를 모델링하는 단계이다.

상기 위치설정부모델링단계(S62)는 상기 가이드부모델링단계(S61) 이후 가이드부(94)의 일측에 디스플레이된 위치설정부(95)를 회전시켜 이두근 홈 사이에 위치시키는 단계로써, 위치설정부시뮬레이션모듈(920)에서 진행된다.

상기 슬롯모델링단계(S63)는 상기 가이드부모델링단계(S62) 이후 가이드레일(95)을 가이드부(94)에 대해 회전시켜 컷팅기구(96)의 홈이 절삭하고자 하는 위치를 바라보게 정렬하는 단계로써 상기 슬롯시뮬레이션모듈(930)에서 진행된다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다.

100: 환자영상 생성부 200: 수술영상 표시부
300: 어깨뼈 모델링부 400: 위팔뼈 모델링부
500: 어깨뼈지그 모델링부 600: 운동범위 확인부
700: 조작부 800: 데이터베이스
900: 위팔뼈지그 모델링부

Claims

수술 시뮬레이션에 사용될 환자의 어깨뼈 및 위팔뼈의 3차원 영상을 제공하는 환자영상 생성부와,
어깨뼈의 3차원 영상에 어깨뼈 임플란트를 결합하여 인공 어깨뼈를 모델링하는 어깨뼈 모델링부를 포함하고,
상기 어깨뼈 모델링부는 인공 어깨뼈 모델링 시 필요한 기준값을 설정하는 어깨뼈 기준설정부를 더 포함하되,
상기 어깨뼈 기준설정부는 글레노이드 포사의 중심점과 어깨뼈 좌측점을 연결하여 어깨뼈 임플란트를 가이드 하는 제1 기준축을 생성하는 제1 기준축 생성부를 포함하여 환자의 실제 어깨관절 영상으로 시뮬레이션 환경을 제공하여 시뮬레이션 정확도를 높일 수 있는 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템.
제1항에 있어서,
상기 시스템은 어깨뼈의 글레노이드 3차원 영상에 환자 맞춤형 어깨뼈 지그를 디스플레이하여 시뮬레이션/모델링하는 어깨뼈 지그 모델링부를 포함하여 환자의 실제 어깨뼈 영상으로 시뮬레이션 환경을 제공하여 시뮬레이션 정확도를 높이고 환자마다 다른 어깨뼈의 형상에 대응하는 어깨뼈 지그를 모델링할 수 있는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템.
제2항에 있어서,
상기 어깨뼈 지그 모델링부는 글레노이드 림부의 해부학적 형상에 상응하는 접촉면을 가지며 지그가 글레노이드 림부 상에 안착될 수 있도록 하는 지지부를 시뮬레이션하는 지지부 모델링모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템.
삭제
제3항에 있어서,
상기 지지부 모델링모듈은 디스플레이된 지지부의 이동, 각도범위 또는 회전을 제어를 하여 상기 제1 기준축과 일치하는 핀 삽입축에 대하여 소정의 각도로 제어되어 시뮬레이션/모델링 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템.
제3항에 있어서,
상기 지지부 모델링모듈은 지지부의 베이스부로부터 일정한 각도별로 이격되어 일정 길이 연장 형성되는 다리부를 디스플레이하고 상기 다리부의 이동, 각도범위 또는 회전을 제어하여 글레노이드 림부 형상에 적합하도록 원하는 길이와 각도로 다리부를 시뮬레이션/모델링 하는 다리부 모델링모듈; 과, 상기 다리부의 말단에서 내측방향으로 돌출형성되어 글레노이드 림부 상에 위치하는 환자맞춤형 접촉부를 시뮬레이션/모델링하는 접촉부 모델링모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템.
제6항에 있어서,
상기 접촉부 모델링모듈은 상기 다리부와 직각을 이루며 내측방향으로 연장형성되어 지지부를 글레노이드의 캐비티로부터 이격시키는 연장부를 디스플레이하고 상기 연장부의 이동, 각도범위 또는 회전을 제어하여 환자맞춤형 연장부를 시뮬레이션/모델링하는 연장부 모델링모듈; 과, 상기 연장부의 말단에 형성되어 글레노이드 림부의 외주형상과 상보적인 형상을 가지는 환자맞춤형 접촉면의 이동, 각도범위 또는 회전을 제어하여 시뮬레이션/모델링하는 접촉면 모델링모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템.
제1항에 있어서,
상기 글레노이드 포사의 중심점은 글레노이드 면에서 상측점, 하측점, 좌측점 및 우측점을 연결하여 생성되는 직선의 교차점인 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템.
제7항에 있어서,
상기 시스템은 상기 어깨뼈 지그의 이동, 각도범위 또는 회전을 제어하여 어깨뼈 지그 모델링부를 통하여 수행되는 시뮬레이션/모델링 과정을 표시하는 수술영상 표시부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템.
제9항에 있어서,
상기 어깨뼈 모델링부는 어깨뼈 3차원 영상에 어깨뼈 임플란트를 결합하여 인공 어깨뼈를 모델링하는 어깨뼈 임플란트 가상이식부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템.
수술 시뮬레이션에 사용될 환자의 어깨뼈 및 위팔뼈의 3차원 영상을 제공하는 환자영상 생성부와,
위팔뼈의 3차원 영상에 위팔뼈 임플란트를 결합하여 인공 위팔뼈를 모델링하는 위팔뼈 모델링부를 포함하고,
위팔뼈의 3차원 영상에 환자 맞춤형 윗팔뼈 지그를 디스플레이하여 시뮬레이션/모델링하는 위팔뼈 지그 모델링부를 포함하되,
상기 위팔뼈 지그 모델링부는 위팔뼈 헤드부의 일부를 절삭하는 컷팅기구가 결합된 가이드레일의 이동, 각도범위 또는 회전을 제어하여 컷팅기구의 위치를 정렬시키도록 시뮬레이션/모델링하는 가이드레일 모델링모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템.
제11항에 있어서,
상기 위팔뼈 지그 모델링부는 위팔뼈 헤드부의 해부학적 형상에 상응하는 접촉면을 가지며 위팔뼈 지그가 헤드부 상에 안착될 수 있도록 하는 가이드부를 시뮬레이션/모델링하는 가이드부 모델링모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템.
제12항에 있어서,
상기 위팔뼈 모델링부는 인공 위팔뼈 모델링 시 필요한 기준값을 설정하는 위팔뼈 기준설정부를 더 포함하고,
상기 위팔뼈 기준설정부는 위팔뼈 원위단부의 중심점과 헤드부의 기준점을 연결하여 위팔뼈 스템을 가이드하는 제2 기준축 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템.
제13항에 있어서,
상기 가이드부 모델링모듈은 상기 제2 기준축과 일치하는 가이드홀에 의해 축 정렬된 가이드부의 이동, 각도범위 또는 회전을 제어하여 헤드부의 외면형상에 상보적인 형상을 가지는 접촉면이 위팔뼈 헤드부에 안착되도록 시뮬레이션/모델링하는 접촉면 정렬 모델링모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템.
제14항에 있어서,
상기 위팔뼈 지그 모델링부는 상기 가이드부의 일측에 결합되며 위팔뼈의 이두근 홈에 안착되어 가이드부의 위치를 용이하게 정하는 위치설정부의 이동, 각도범위 또는 회전을 제어하여 위팔뼈의 외면에 상보적인 형상을 가지는 위치설정부를 통해 가이드부를 위팔뼈에 정렬시키도록 시뮬레이션/모델링하는 위치설정부 모델링모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템.
삭제
제15항에 있어서,
상기 시스템은 상기 위팔뼈 지그의 이동, 각도범위 또는 회전을 제어하여 위팔뼈 지그 모델링부를 통하여 수행되는 시뮬레이션/모델링 과정을 표시하는 수술영상 표시부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템.
제17항에 있어서,
상기 위팔뼈 모델링부는 위팔뼈 3차원 영상에 위팔뼈 임플란트를 결합하여 인공 위팔뼈를 모델링하는 위팔뼈 임플란트 가상이식부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템.
제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제15항 및 제17항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시스템은 시뮬레이션 과정에서 필요한 제어신호를 제공하는 조작부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템.
제19항에 있어서,
상기 조작부는 상기 수술영상 표시부에 표시되는 축의 위치 또는 방향 조절 제어신호를 생성하는 축조절 모듈; 과,
상기 수술영상 표시부에 표시되는 지그의 위치 또는 방향 조절 제어신호를 생성하는 지그조절 모듈; 과,
상기 수술영상 표시부에 표시되는 화면 구성요소들에 대해 측정하고자 하는 지점 간의 거리 또는 각도 측정 제어신호를 생성하는 측정 모듈; 과,
상기 수술영상 표시부에 표시되는 환자의 3차원 영상의 이미지 변화 제어신호를 생성하는 이미지변경 모듈; 과,
상기 수술영상 표시부에 표시되는 환자의 위팔뼈 3차원 영상에서 헤드 곡면측정 제어신호를 생성하는 헤드곡면측정 모듈; 중 적어도 하나의 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템.
제20항에 있어서,
상기 시스템은 수술 시뮬레이션에 필요한 데이터를 저장하는 데이터베이스를 포함하고,
상기 데이터베이스는 수술 시뮬레이션에 사용될 환자의 어깨뼈 및 위팔뼈의 3차원 영상을 저장하는 3차원 영상저장부; 와, 수술 시뮬레이션에 사용되는 지그를 저장하는 지그저장부; 와, 수술 시뮬레이션 수행 후 모델링된 지그를 저장하는 결과저장부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템.
제21항에 있어서,
상기 결과저장부는 베이스부의 위치 또는 각도에 대한 정보; 와, 지지부의 위치, 개수, 각도 또는 길이에 대한 정보; 와, 상기 어깨뼈와 맞닿는 부분을 기준으로 컷팅된 접촉면에 대한 정보; 와, 가이드부, 위치설정부 및 슬롯의 위치, 각도, 개수 또는 길이에 대한 정보; 와, 상기 위팔뼈와 맞닿는 부분을 기준으로 컷팅된 접촉면에 대한 정보; 중 하나 이상의 값을 저장하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 시스템.
어깨뼈 모델링부가 시뮬레이션에 사용될 환자의 어깨뼈 3차원 영상에 어깨뼈 임플란트를 결합하여 인공 어깨뼈를 모델링하는 어깨뼈 모델링단계와, 어깨뼈 지그 모델링부가 어깨뼈의 3차원 영상에 어깨뼈 지그를 결합하여 환자맞춤형 지그를 시뮬레이션/모델링 하는 어깨뼈 지그 모델링단계를 포함하고,
상기 어깨뼈 모델링단계는 어깨뼈 기준설정부가 인공 어깨뼈 모델링 시 필요한 기준값을 설정하는 어깨뼈 기준설정단계를 포함하며,
상기 어깨뼈 기준설정단계는 글레노이드 포사의 중심점과 어깨뼈 좌측점을 연결하여 어깨뼈 임플란트를 가이드 하는 제1 기준축을 생성하는 제1 기준축 생성단계 및 글레노이드 포사의 중심점, 어깨뼈 좌측점 및 어깨뼈 최하점을 연결하여 어깨뼈의 해부학적 기준이 되는 스케퓰라면을 형성하는 스케퓰라면 형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 방법.
제23항에 있어서,
상기 어깨뼈 지그 모델링단계는 이동 및/또는 각도 범위 및/또는 회전 제어가 되어 시뮬레이션을 통하여 글레노이드 림부 측에 결합될 환자 맞춤형 지그를 시뮬레이션/모델링할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 방법.
삭제
제23항에 있어서,
상기 글레노이드 포사의 중심점은 글레노이드 면에서 상측점, 하측점, 촤측점 및 우측점을 연결하여 생성되는 직선의 교차점인 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 방법.
위팔뼈 모델링부가 시뮬레이션에 사용될 환자의 위팔뼈 3차원 영상에 위팔뼈 임플란트를 결합하여 인공 위팔뼈를 모델링하는 위팔뼈 모델링단계와, 위팔뼈 지그 모델링부가 위팔뼈의 3차원 영상에 위팔뼈 지그를 결합하여 환자맞춤형 지그를 시뮬레이션/모델링 하는 위팔뼈 지그 모델링단계를 포함하고,
상기 위팔뼈 모델링단계는 인공 위팔뼈 모델링 시 필요한 기준값을 설정하는 위팔뼈 기준설정단계와 위팔뼈 원위단부의 중심점과 헤드부의 기준점을 연결하여 위팔뼈 스템을 가이드하는 제2 기준축을 생성하는 제2 기준축 생성단계 및 상기 제2 기준축과 헤드부의 또 다른 기준점을 지나는 제3 기준축을 생성하는 제3 기준축 생성단계를 포함하며,
상기 위팔뼈 지그 모델링단계는 위팔뼈 지그의 이동, 각도범위 또는 회전을 제어하는 시뮬레이션을 통하여 상기 위팔뼈에 결합된 환자 맞춤형 지그를 시뮬레이션/모델링할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 방법.
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제27항에 있어서,
상기 위팔뼈 지그 모델링단계는 위팔뼈의 헤드부에 안착되는 가이드부의 접촉면이 헤드부에 외관에 상보적인 형상을 갖도록 형성하는 가이드부 모델링단계; 와, 상기 가이드부의 일측에 형성되고 헤드부의 이두근 홈에 안착되어 가이드부의 위치를 설정하는 위치설정부가 헤드부에 상보적인 형상을 갖도록 형성하는 위치설정부 모델링단계; 및 상기 가이드부와 컷팅기구를 연결하는 가이드레일을 수용하는 슬롯의 위치를 형성하는 슬롯 모델링단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 지그 모델링이 가능한 시뮬레이션 방법.