KR102371932B1 - 척추체 유합수술 시뮬레이션 방법 - Google Patents

척추체 유합수술 시뮬레이션 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 척추체 유합 수술 시뮬레이션 방법은 환자의 X-ray 사진으로부터 이미지 처리를 통하여 각 척추체의 이미지를 인식 및 분리하는 이미지 처리 단계; 상기 이미지 처리 단계와 병렬적으로 수행되고, 상기 X-ray 사진 또는 상기 X-ray 사진에 대응하는 MRI 사진으로부터 케이지가 삽입될 척추체들을 선정하여 수술 부위를 결정하는 수술레벨 결정 단계; 및 상기 분리된 척추체 이미지와 상기 결정된 수술 부분에 대한 정보를 전달받아 제1 후만곡 라인에 따라 상기 분리된 척추체 이미지들을 배열하여 사용자에게 제공하는 시뮬레이션 단계;를 포함한다.

Description

척추체 유합수술 시뮬레이션 방법{Spondylodesis simulation method}
본 발명은 척추체 유합수술 시뮬레이션 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 척추체 유합수술 전에 시뮬레이션을 통하여 케이지의 삽입 상태를 시뮬레이션 할 수 있는 방법에 대한 것이다.
척추 골절이나 척수신경 압박이 있는 경우 그 주위의 구조물(추간판, 비후된 후관절, 황색인대 등)을 제거하고 척추경 나사못과 케이지(cage)를 삽입한 후 그 골이나 골 대체제를 이용하여 하나의 분절로 구성하게 하는 수술을 척추유합술이라고 한다.　 즉, 위　아래 척추 뼈 사이에　인경적으로 삽입한 후 두개의 뼈를 고절하여 하나로 합치는 수술이라고 할 수 있다.
퇴행성 척추 질환의 수술적 치료 방법 중 가장 오랫동안 활용된 융합술에 이용되는 케이지 또는 추간체유합보형재는 추간체의 높이와 척추의 굴곡을 복원시켜주며, 척추체를 구조적으로 지지하여 척추의 생체 역학적 안정성을 복원시켜주는 역할을 한다.
추간체유합보형재는 고령화 사회로 인해 증가되고 있는 척추간 협착증, 추간판 탈출증, 후관절 비대증 등과 같은 척추질환의 치료를 위해 광범위하게 사용되고 있으며, 디자인, 시술방법, 재질 등에 따라 다양한 종류로 개발되고 있다.
추간체유합보형재(spinal cage, intervertebral body fusion device)는 보통 퇴행성 추간판 탈출증 (degenerative intervertebral disks)으로 인한 구조적 이상을 치료하기 위해 사용하는 케이지 형태의 기기. 기계적인 안정성 또는 추간체 유합이 일어나기 충분한 공간을 제공하기 위하여 뼈나 이식용뼈 사이에 이식한다. 안정성이 확인된 재질로 구성되어 있으며 표면처리(금속재질의 porous coating, 산화막 등)된 것을 포함한다.
추간체유합보형재는 사용목적에 따라 추간체제거술(corpectomy)용 VBR(vertebral body replacement)과 추간체 골유합술(fusion)용 intervertebral replacement로 분류된다. 그리고 사용부위에 따라 크게 경추용(cervical)과 요추용(lumbar)으로 구분한다. 추간체유합보형재는 주로 경추(cervical), 요추(lumbar) 부분에서 사용되며, 경추와 요추에 삽입되는 추간체유합보형재의 크기는 삽입되는 척추 분절의 추간판 및 척추체의 해부학적 특성(넓이, 종판의 곡률 등)에 의해 결정된다.
이와 관련된 선행문헌으로서 대한민국 공개특허 제10-2012-0000905호를 들 수 있다.
또한 추간체유합보형재는 도 1에 도시된 바와 같이 다양한 타입 및 형태로 제공될 수 있다.
나사형(horizontal cylinders) 추간체유합보형재는 주로 전방 및 후방 시술(anterior, posterior approach)로 이루어지며 추간체유합보형재의 외곽에 나사산을 주어 시술 및 삽입 위치에 나사산을 따라 비틀어서 고정시키는 방식을 사용한다. 추간체유합보형재의 나사산으로 인해 접촉 단면적의 증가로 척추 상하 방향을 지탱하는 역할 이외에도 나사산에 의한 종판과의 추가적인 고정 효과로 전, 후방의 고정력까지 제공한다. 하지만 나사산의 존재로 인해 결합력이 증가하기는 하나 척추체의 추간판에 손상이 초래하여 오히려 척추의 안정성을 감소시킨다는 사례도 보고되고 있다.
상자형(open boxes) 추간체유합보형재는 주로 후방 시술(posterior approach)을 하며 나사형과는 다르게 종판사이에서 상하방향으로만 지탱하는 역할을 한다. 보통 단독으로 사용되지 않으며 후방 융합술 같은 척추 시술(rigid fixation)과 함께 쓰인다.
원통형(thick-walled vertical rings) 추간체유합보형재는 주로 전방 시술(anterior approach)로 이루어지며 상자형과 동일하게 종판사이에서 상하방향으로만 지탱하는 역할을 한다. 대체적으로 나사형과 상자형에 비해 원통형 제품의 크기가 크기 때문에 시술 시 보다 많은 섬유테의 제거가 요구된다.
수술시 삽입 방법에 따라 전방(anterior lumbar/cervical interbody fusion, ALIF/ACIF), 후방(posterior lumbar interbody fusion, PLIF), 측방(direct lateral Interbody fusion, DLIF), 추간공(transforaminal lumbar interbody fusion, TLIF) 유합술용 추간체유합보형재로 구분할 수 있다.
본 발명은 케이지 등의 보형재를 이용하여 척추 특히 요추에 대한 수술을 진행하는 경우 수술 전 미리 시뮬레이션을 통하여 케이지의 규격을 결정하여 수술 후의 척추라인을 예측하거나, 수술후의 이상적인 척추라인을 가정하여 이에 적합한 케이지의 물리적인 규격을 예측할 수 있는 수단을 제공한다.
본 발명에 따른 척추체 유합 수술 시뮬레이션 방법은 환자의 X-ray 사진으로부터 이미지 처리를 통하여 각 척추체의 이미지를 인식 및 분리하는 이미지 처리 단계; 상기 이미지 처리 단계와 병렬적으로 수행되고, 상기 X-ray 사진 또는 상기 X-ray 사진에 대응하는 MRI 사진으로부터 케이지가 삽입될 척추체들을 선정하여 수술 부위를 결정하는 수술레벨 결정 단계; 및 상기 분리된 척추체 이미지와 상기 결정된 수술 부분에 대한 정보를 전달받아 제1 후만곡 라인에 따라 상기 분리된 척추체 이미지들을 배열하여 사용자에게 제공하는 시뮬레이션 단계;를 포함한다.
또한 상기 이미지 처리 단계는, 상기 X-ray 사진으로부터 에지 디텍팅 및 2진화 영상처리를 통하여 척추체 각각을 인식하는 이미지 처리 제1 단계; 및 상기 인식된 척추체들 각각의 개별적인 객체 이미지로 저장하는 이미지 처리 제2 단계;를 포함할 수 있다.
또한 상기 제1 후만곡 라인은 미리 설정된 제1번 요추 및 제5번 요추의 각도에 따라 척추체들이 배열된 배열라인일 수 있다.
또한 상기 미리 설정된 제1번 요추 및 제5번 요추의 각은 28도 내지 32도일 수 있다.
또한 상기 수술레벨 결정 단계는 사용자로부터 케이지가 삽입될 인접하는 척추체들을 입력받아 수술 부위를 결정할 수 있다.
또한 상기 수술레벨 결정 단계에서 인접하는 척추체 간의 간격이 기준 이하인 경우, 척추체의 경계부분에서의 흰색으로의 명도 변화가 기준치 이상인 경우, 척추체의 골극의 발달 정도가 기준 이상인 경우 및 압박골절 여부를 인식하여 해당 부분을 사용자에게 표시할 수 있다.
또한 상기 시뮬레이션 단계에서, 상기 제1 후만곡 라인은 상기 환자의 굽힌 상태의 x-ray 사진과 뒤로 젖힌 상태의 x-ray 사진으로부터 인식된 각 척추체의 간격 및 회전 각도 범위를 반영하여 결정될 수 있다.
또한 상기 시뮬레이션 단계에서, 비 수술 대상인 척추체들을 상기 제1 후만곡 라인에 따라 먼저 배열한 후 상기 수술 부위에 해당하는 척추체들을 배열하고, 상기 수술 부위에 해당하는 척추체들 사이의 간격 및 각도에 따라 적합한 케이지의 물리적 규격을 추천할 수 있다.
또한 상기 시뮬레이션 단계에서, 상기 사용자의 입력에 의하여 상기 제1 후만곡 라인을 미세조정할 수 있다.
또한 상기 시뮬레이션 단계에서, 상기 사용자의 입력에 의하여 상기 각 척추체들의 수직, 수평 위치 및 회전각도를 조정할 수 있다.
또한 상기 시뮬레이션 단계에서, 상기 수술 부위에 해당하는 척추체들 사이에 적합한 규격의 케이지 이미지를 해당 수술 부위에 더 표시할 수 있다.
또한 상기 시뮬레이션 단계에서, 상기 사용자의 입력에 의하여 상기 표시된 케이지 이미지의 물리적 규격을 변경하고, 상기 변경된 케이지 이미지의 물리적 규격에 따라 척추체들의 배열을 변경할 수 있다.
본 발명에 따른 척추체 유합수술 시뮬레이션 방법은 이와 같이 케이지를 삽입하여 고정시킬 부분을 시뮬레이션을 통하여 미리 확인할 수 있도록 함으로써 수술 후 x-ray 사진을 통하여 수술의 예후를 확인하는 번거로움을 최소화하고 시행착오를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 추간체유합보형재들의 모습을 나타내는 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 척추체 유합수술 시뮬레이션 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 척추체 유합수술 시뮬레이션 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 환자의 요추를 나타내는 X-ray 사진이다.
도 5는 환자의 분리된 척추체 이미지들을 나타내는 도면이다.
도 6 및 도 7은 퇴행성 또는 골절에 의한 척추체 이상상태를 나타내는 도면이다.
도 8은 분리된 척추체 이미지를 배열하는 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 9 내지 도 11은 각각 환자가 정상적인 자세인 경우, 앞으로 굽힌 경우 및 뒤로 젖힌 경우의 X-ray 사진을 나타낸다.
도 12는 환자의 신체적 특성 및 상태를 고려한 후만곡 라인에 따라 배열된 척추체들을 나타내는 도면이다.
도 13은 도 12의 척추체들의 배열과 이상적인 후만곡 라인과의 차이를 나타내는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다. 또한 각 실시예를 통하여 동일한 도면부호는 동일한 부재를 가리킨다. 한편, 도면상에서 표시되는 각 구성은 설명의 편의를 위하여 그 두께나 치수가 과장될 수 있으며, 실제로 해당 치수나 구성간의 비율로 구성되어야 함을 의미하지는 않는다.
'추간체유합보형재'는 이하에서 편의상 타입 및 형상에 관계없이 '케이지'의 용어로서 설명한다.
앞서 설명한 바와 같이 척추체 유합수술은 수술 적용 부위 즉, 신경이 많이 눌리는 부분을 풀어주고 케이지로 고정하기 위한 수술이다. 본 발명에 따른 척추체 유합수술 시뮬레이션 방법은 이와 같이 케이지를 삽입하여 고정시킬 부분을 시뮬레이션을 통하여 미리 확인하여 케이지에 따른 척추라인을 확인하거나 이상적인 척추라인에 적합한 케이지의 규격을 확인할 수 있도록 함으로써 수술 후 x-ray 사진을 통하여 수술의 예후를 확인하는 번거로움을 최소화하고 시행착오를 줄일 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 척추체 유합수술 시뮬레이션 방법은 전단계로서 병렬적으로 수행되는 이미지 처리 및 환자상태 분석 프로세스와, 이후 이를 이용한 시뮬레이션 프로세스로 구분된다. 이하 각 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 2 내지 도 8을 참조하여 제1 실시예에 따른 척추체 유합수술 시뮬레이션 시스템 및 그 방법을 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 척추체 유합수술 시뮬레이션 시스템을 나타내는 블록도이고, 도 3은 일 실시예에 따른 척추체 유합수술 시뮬레이션 방법을 나타내는 순서도이다.
제1 실시예에 따른 척추체 유합수술 시뮬레이션 방법은 도 3에 도시된 바와 같이 이미지 처리 단계(S100)와 수술레벨 결정 단계(S200)와 시뮬레이션 단계(S300)를 포함한다.
이미지 처리 단계(S100)는 X-ray 사진으로부터 이미지 처리를 통하여 각 척추체의 이미지를 분리하는 단계이며, 수술레벨 결정 단계(S200)는 이미지 처리 단계(S100)와 병렬적으로 수행되는 단계로서 X-ray 사진 등을 이용하여 수술, 즉 케이지가 삽입될 수술 부분을 결정하는 단계이며, 시뮬레이션 단계(S300)는 분리된 척추체 이미지와 결정된 수술 부분에 대한 데이터를 이용하여 척추체 유합수술의 시뮬레이션을 수행하는 단계이다.
이미치 처리 단계(S100)는 환자 정보 입력부(100)로부터 입력되거나 환자 정보 입력부(100)를 통하여 기존 데이터베이스로부터 읽어 들인 X-ray 사진 등 환자 관련 정보를 이용하여 이미지 처리부(200)에서 수행된다.
수술레벨 결정 단계(S200)는 수술레벨 결정부(300)가 사용자에게 X-ray 사진 등 환자의 척추체 들의 상태를 확인할 수 있는 자료를 제공하고 이를 통하여 사용자로부터 척추체 유합 수술이 진행될 척추체에 대한 정보를 입력받는다.
시뮬레이션 단계(S300)는 시뮬레이션부(400)에 의하여 진행되며, 특정 규격에 의한 케이지의 삽입에 따른 척추체의 배열 상태를 사용자에게 나타내거나 수술 후의 척추체 라인 설정에 따라 상기 수술 부위에 적용될 케이지의 물리적 규격에 대한 정보를 사용자에게 제공한다.
이하 구체적으로 설명한다.
먼저 이미지 처리(S100) 제1 단계로서, x-ray 사진으로부터 척추체, 즉 특히 총 5개의 요추 각각을 인식한다. 이 때 X-ray 사진을 이용하여 첫 번째 프로세스를 진행할 수 있다.
척추체 특히 요추는 도 4에 도시된 바와 같이 상부로부터 1번부터 5번에 이르기까지 번호가 붙어 있으며, 요추의 상부에는 흉추가 연결되고 아래에는 천골(꼬리뼈)과 미골이 연결된다. 제1 단계에서는 이러한 각 척추체들을 이미지 상에서 인식하는 작업을 수행한다.
이러한 인식 작업은 이미지 처리 기법 중 에지 디텍팅 및 이진화 기법 등을 이용하여 척추체의 외곽선을 인식함으로써 수행될 수 있다.
다음으로 이미지 처리 제2 단계로서, 도 5에 도시된 바와 같이 전만곡 등 이상이 있는 환자의 척추체 사진으로부터 인식된 각각의 척추체를 별도의 이미지로 분리시킨다. 분리된 척추체 이미지는 각각의 척추체별로 별도의 객체로서 분리 및 저장되어 이미지 상에서 각 척추체에 대한 이동 및 회전이 가능하도록 배열되다.
수술레벨 결정(S200) 제1 단계로서, 수술레벨, 즉 수술부위를 결정해서 입력한다. 이 때 MRI를 통해 "신경이 눌리는 부분"으로 결정하거나, 또는 x-ray 사진 상에서 "가장 심해보이는 부분"을 케이지를 삽입할 부분으로 결정할 수 있다.
"신경이 눌리는 부분"은 x-ray 사진상에서 "가장 심해보이는 부분"과 꼭 일치하는 것은 아니며, MRI를 통해 확인이 가능하다.
수술부위의 결정은 예를 들어 케이지 2개 삽입으로 결정된 경우 MRI를 촬영하지 않고도 다음과 같이 X-ray 사진에서 "가장 심해보이는 부분"으로 결정할 수 있다. 이 때 수술 부위로 결정된 척추체 간의 간격 및 각도는 케이지의 물리적인 규격에 따라 결정되나, 나머지 척추체들은 수술부위에 케이지를 삽입한 상태의 각도 변화에 따라 또는 환자의 원래 신체적 특징이나 상태에 따라 자연스럽게 변화된다.
X-ray 상에서 "가장 심해보이는 부분"의 결정은 다음과 같은 상태를 참조하여 결정할 수 있다.
노화가 시작되면 뼈와 디스크에도 노화가 따르게 되어 수분 함량이 줄어 들고 딱딱해지며 부피도 작아져 충격을 제대로 흡수하지 못하게 된다. 이로인해 디스크 내 압력이 증가하고 퇴행이라는 변성과정을 겪으며 척추뼈 사이 간격도 좁아져 뼈와 뼈가 맞닿기도 하고 어긋나기도 하면서 자라난 골극(뼈 표면에 국한하여 형성되는 과격한 골조직)이 신경을 자극해 통증을 일으키게 된다. 이러한 퇴행적 현상 등을 고려하여 척추 중 가장 심해보이는 부분을 결정할 수 있다.
예를 들면, 첫째, 상부 척추체와 하부 척추체의 협착정도를 상부 척추체와 하부 척추체의 거리를 통하여 판단하여, 상하부 척추체 간의 거리가 일정 정도 이상으로 가까운 경우 협착이 진행된 것으로 판단할 수 있다.
둘째, 퇴행성 변화정도(경화정도)를 판단할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이 X-ray 사진상에서 척추체의 경계부분에서 하얗게 명도 변화(P1)가 일어나거나, 골극(bone spurs, P2) 정도를 고려할 수 있다. 정상적인 척추뼈는 높이가 일정하고 모서리가 부드러운 모양을 가지고 있는 반면 퇴행된 척추뼈는 찌그러져 있고 끝부분이 자라나 있으며 간격이 고르지 못하다.
셋째, 압박골절 여부를 고려할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이 정상적인 척추체에 비하여 일측이 압박으로 인하여 변형된 정도를 고려할 수 있다.
수술레벨 결정부(300)는 X-ray 사진 상에서 이러한 이상 상태를 표시하여 사용자로 하여금 수술 부위 및 케이지의 삽입수를 결정할 수 있도록 정보를 제공하고 사용자로부터 수술 부위 및 케이지 삽입에 대한 정보를 입력받는다.
이와 같은 X-ray 사진 상태를 고려하여 사용자로부터 수술 부위를 입력받거나 사용자가 선택할 수 있도록 이상이 발견되는 X-ray 상의 척추체들을 인식하여 사용자에게 표시할 수 있다.
시뮬레이션 단계(S300)에서는 도 8에 도시된 바와 같이 분리된 척추체 이미지를 정상 상태(후만곡, L2), 예를 들어 1번 요추(A1)와 5번 요추(A5)가 이루는 각도를 28도 내지 32도 바람직하게는 약 30도 정도로 미리 결정하고 이에 가장 가까운 상태로 배열한다.
이 때 수술 부위가 아닌 척추체들(1, 2, 3)은 후만곡(L2) 상태, 즉 1번 및 5번 요추에 대하여 정해진 각도에 따라 미리 정해진 각도로 배열이 된다. 전만곡(L1)으로부터 후만곡(L2) 상태로 변경되는 경우 각 척추체들은 전면측 간격이 확장되고 척추체들은 전면부로부터 후면부를 향하여 회전하는 상태가 된다. 이 때 1번 요추의 간격 및 회전 정도를 최대치로 하여 나머지 척추체에 적용함으로써 후만곡 상태로의 배열을 할 수 있다.
또한 수술 부위로 결정된 척추체(3번과 4번 사이, 4번과 5번 사이)들은 환자의 생체 특성이나 상태에 의존하기 보다는 케이지의 삽입에 따라 간격 및 각도가 결정된다. 위와 같이 1번 요추의 간격 및 회전 정도를 최대치로 하여 나머지 척추체들에 간격 설정 및 회전 정도를 분배함으로써 후만곡 각도를 형성할 수 있게 된다.
이러한 상태에서 시뮬레이션부(400)는 3번과 4번 사이에 들어갈 케이지의 규격과 4번과 5번 사이에 삽입될 케이지의 규격을 추천하거나, 미리 준비된 케이지 이미지를 해당 수술 부위에 적용함으로써 사용자로 하여금 확인할 수 있도록 한다.
도 9 내지 도 11을 참조하여 제2 실시예에 따른 척추체 유합수술 시뮬레이션 방법을 설명한다. 도 9 내지 도 11은 각각 환자가 정상적인 자세인 경우, 앞으로 굽힌 경우 및 뒤로 젖힌 경우의 X-ray 사진을 나타낸다.
제2 실시예에 따른 척추체 유합수술 시뮬레이션 방법은 분리된 척추체 각각의 이미지들을 배열하는 방법면에서 차이가 있다.
구체적으로 환자의 X-ray 사진을 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이 바른 자세와 앞으로 굽힌 자세와 뒤로 젖힌 자세의 3개의 세트로 촬영하여 입력받는다.
이 때 이미지 처리부(200)는 3개의 세트 x-ray 사진 들로부터 각각의 척추체들을 인식하여 각 척추체 간의 간격 및 각도를 산출한다.
이 후 시뮬레이션부(400)는 후만곡의 각도, 즉 1번 요추와 5번 요추의 간격을 결정할 때 3개의 세트 사진으로부터 얻은 해당 환자의 신체 특성을 고려하는 것이 가능하다. 또한 비수술 대상인 각 척추체 간의 간격을 x-ray 세트 사진을 고려하여 결정한 후 수술 부위의 간격 및 각도를 형성할 수 있다.
이러한 결과로 사용자의 신체 특성을 반영한 수술 후 척추체의 배열 상태를 얻을 수 있으며, 이를 사용자에게 제공함으로써 보다 효율적인 척추체 유합 수술을 시뮬레이션 할 수 있도록 한다.
도 12 및 도 13을 참조하여 제3 실시예에 따른 척추체 유합 수술 시뮬레이션 방법을 설명한다. 도 12는 환자의 신체적 특성 및 상태를 고려한 후만곡 라인에 따라 배열된 척추체들을 나타내는 도면이고, 도 13은 도 12의 척추체들의 배열과 이상적인 후만곡 라인과의 차이를 나타내는 도면이다.
제3 실시예에 따른 척추체 유합 수술 시뮬레이션 방법은 앞서 설명한 실시예에 비하여 수동적으로 척추체의 간격 및 각도를 미세조정할 수 있는 기능을 추가하는 기술에 대한 것이다.
구체적으로, 앞서 설명한 실시예와 같이 다양한 방법으로 이상적인 후만곡 곡선들을 제시하고 이에 따라 척추체들을 배열하는 것이 가능하다. 도 12의 경우 환자의 특성을 고려한 척추체 라인을 제시하고 이에 따라 척추체를 배열함으로써 수술 후의 척추체 배열 상태를 시뮬레이션하고 케이지(C1, C2)들의 물리적인 규격을 확인할 수 있다.
그러나 이 때 도 13에 도시된 바와 같이 환자의 특성을 고려한 후만곡 라인(L2)과 이상적인 후만곡 라인(L3) 사이에는 차이가 있을 수 있으며 이러한 곡선 사이에서 미세 조정의 필요성이 있을 수 있다.
이 때 시뮬레이션부(400)는 예를 들면 다음과 같은 기능을 제공하여 사용자로 하여금 미세 조정을 할 수 있도록 한다.
첫째, 환자 특성을 고려한 후만곡 척추라인(L1)과 이상적인 후만곡 척추라인(L2)을 고려하여 실제 수술 후의 후만곡 척추라인을 미세조정을 통하여 설정할 수 있다.
둘째, 각 케이지(C1, C2) 들의 물리적인 규격을 최소화하여 환자의 신체에 무리가 가는 것을 방지하기 위한 다양한 목적 등을 위하여 1번 내지 5번 요추(척추체)들의 수평 수직 이동 및 회전 기능을 사용자가 수동으로 할 수 있도록 기능을 제공한다.
셋째, 각 케이지(C1, C2)의 물리적인 규격을 변경함으로써 전체 척추체들이 배열되는 라인이 변경되는 것을 시뮬레이션 한다.
이러한 기능들을 단독으로 또는 복합적으로 사용함으로써 환자의 신체 특성, 현제의 허리 상태 및 이상적인 상태를 사용자 즉, 의사가 복합적으로 고려하여 최종적인 척추체 유합 수술을 시뮬레이션 할 수 있도록 할 수 있다.
기존에는 기성 케이지 복수개를 수술 도중 맞춰보고 경험 및 감으로 케이지의 물리적인 규격, 즉 사이즈 등을 결정하고, 수술 후에는 x-ray를 찍어서 수술이 잘 되었는지 확인하였으나, 최근에는 케이지를 3D 프린터로 만들기 때문에 환자 맞춤형이 가능하며, 이러한 취지에서 본 발명에 따른 척추체 유합수술 시뮬레이션 시스템 또는 방법(프로그램)을 통하여 미리 환자에 최적화된 수술 위치, 케이지의 물리적인 규격, 수술 후의 척추체의 구조적인 상태 등을 미리 확인할 수 있게 된다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양하게 구현될 수 있다.
100: 환자 정보 입력부
200: 이미지 처리부
300: 수술레벨 결정부
400: 시뮬레이션부

Claims (10)

  1. 이미지 처리부가 환자의 X-ray 사진으로부터 이미지 처리를 통하여 각 척추체의 이미지를 인식 및 분리하는 이미지 처리 단계;
    수술레벨 결정부가 상기 이미지 처리 단계와 병렬적으로 수행되고, 상기 X-ray 사진 또는 상기 X-ray 사진에 대응하는 MRI 사진으로부터 케이지가 삽입될 척추체들을 선정하여 수술 부위를 결정하는 수술레벨 결정 단계; 및
    시뮬레이션부가 상기 분리된 척추체 이미지와 상기 결정된 수술 부분에 대한 정보를 전달받아 제1 후만곡 라인에 따라 상기 분리된 척추체 이미지들을 배열하여 사용자에게 제공하는 시뮬레이션 단계;를 포함하고,
    상기 이미지 처리 단계는,
    상기 X-ray 사진으로부터 에지 디텍팅 및 2진화 영상처리를 통하여 척추체 각각을 인식하는 이미지 처리 제1 단계; 및
    상기 인식된 척추체들 각각의 개별적인 객체 이미지로 저장하는 이미지 처리 제2 단계;를 포함하며,
    상기 수술레벨 결정 단계는 환자정보 입력부를 통하여 사용자로부터 케이지가 삽입될 인접하는 척추체들을 입력받아 수술 부위를 결정하는 척추체 유합 수술 시뮬레이션 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 후만곡 라인은 미리 설정된 제1번 요추 및 제5번 요추의 각도에 따라 척추체들이 배열된 배열라인인 척추체 유합 수술 시뮬레이션 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 미리 설정된 제1번 요추 및 제5번 요추의 각은 28도 내지 32도인 척추체 유합 수술 시뮬레이션 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수술레벨 결정 단계는 인접하는 척추체 간의 간격이 기준 이하인 경우, 척추체의 경계부분에서의 흰색으로의 명도 변화가 기준치 이상인 경우, 척추체의 골극의 발달 정도가 기준 이상인 경우 및 압박골절 여부를 인식하여 해당 부분을 사용자에게 표시하는 척추체 유합 수술 시뮬레이션 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 단계는,
    상기 제1 후만곡 라인은 상기 환자의 굽힌 상태의 x-ray 사진과 뒤로 젖힌 상태의 x-ray 사진으로부터 인식된 각 척추체의 간격 및 회전 각도 범위를 반영하여 결정되는 척추체 유합 수술 시뮬레이션 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 단계는,
    비 수술 대상인 척추체들을 상기 제1 후만곡 라인에 따라 먼저 배열한 후 상기 수술 부위에 해당하는 척추체들을 배열하고, 상기 수술 부위에 해당하는 척추체들 사이의 간격 및 각도에 대응하는 케이지의 물리적 규격을 추천하는 척추체 유합 수술 시뮬레이션 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 단계에서,
    상기 사용자의 입력에 의하여 상기 제1 후만곡 라인을 미세조정하는 척추체 유합 수술 시뮬레이션 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 단계에서, 상기 사용자의 입력에 의하여 상기 각 척추체들의 수직, 수평 위치 및 회전각도를 조정하는 척추체 유합 수술 시뮬레이션 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 단계에서, 상기 수술 부위에 해당하는 척추체들 사이 간격에 대응하는 규격의 케이지 이미지를 해당 수술 부위에 더 표시하는 척추체 유합 수술 시뮬레이션 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 단계에서, 상기 사용자의 입력에 의하여 상기 표시된 케이지 이미지의 물리적 규격을 변경하고, 상기 변경된 케이지 이미지의 물리적 규격에 따라 척추체들의 배열을 변경하는 척추체 유합 수술 시뮬레이션 방법.

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