KR102440716B1 - System and method for providing optimal model of porous structure for implant - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템은, 생체 삽입용 임플란트의 표면에 형성되는 포러스 구조체의 최적 모델을 구현하기 위한 시스템으로, 인체의 특정 뼈에 대한 해면골의 제1 단면 - 상기 제1 단면은, 상기 인체의 생체 하중이 상기 해면골에 가해지는 방향과 수직한 방향에 대한 단면임 - 을 기준으로, xz단면 상에 제공되는 제1 공극의 정보 및 yz단면 상에 제공되는 제2 공극의 정보가 저장된 공극 정보 저장부 - 상기 인체의 생체 하중이 상기 해면골에 가해지는 방향에 대한 축이 z축이고, 상기 제1 단면 상에서 상기 z축에 수직한 방향에 대한 축이 x축이며, 상기 x축과 상기 z축에 수직한 축이 y축임 - ; 및 소정의 부피를 가지는 모체공간 내에 무작위 점을 생성하고, 생성된 상기 무작위 점을 기초로 보로노이 다이어그램의 원리를 이용한 3차원의 1차 공극 단위체를 형성하고, 상기 제1 공극의 정보 및 상기 제2 공극의 정보를 기초로 상기 3차원의 1차 공극 단위체를 최적 공극 단위체로 가공하여 상기 포러스 구조체의 최적 모델을 도출하는 최적 모델 도출부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The system for implementing the optimal model of the porous structure for implant according to the present invention is a system for implementing the optimal model of the porous structure formed on the surface of the implant for implantation, and the first cross-section of the cancellous bone for a specific bone of the human body - The first cross-section is a cross-section in a direction perpendicular to the direction in which the biological load of the human body is applied to the cancellous bone - based on the information of the first air gap provided on the xz cross-section and the first void information provided on the yz cross-section 2 The air gap information storage unit storing the information of the air gap - The axis with respect to the direction in which the biological load of the human body is applied to the cancellous bone is the z axis, and the axis with respect to the direction perpendicular to the z axis on the first cross section is the x axis, an axis perpendicular to the x-axis and the z-axis is the y-axis; and generating a random point in the parent space having a predetermined volume, forming a three-dimensional primary pore unit using the principle of a Voronoi diagram based on the generated random point, and forming the first pore information and the second 2 An optimal model derivation unit for deriving an optimal model of the porous structure by processing the three-dimensional primary pore unit into an optimal pore unit based on the information on the second pore; may be characterized in that it comprises.

Description

임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템 및 그 방법{System and method for providing optimal model of porous structure for implant}System and method for providing optimal model of porous structure for implant

본 발명은 생체 삽입용 임플란트에 골유착이 향상되도록 하는 최적의 포러스 구조체를 형성하기 위해 사용될 수 있는 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템 및 그 방법에 대한 발명이다.The present invention relates to a system and method for implementing an optimal model of a porous structure for implants that can be used to form an optimal porous structure that improves osseointegration in an implant for bio-insertion.

최근 고령화 사회에 진입하면서 관절염의 발병이 확대되고 있으며, 늘어나는 비만 인구의 증가 등으로 인해 퇴행성 관절염 등의 질병이 급속도로 증가하고 있다.Recently, as we enter an aging society, the incidence of arthritis is increasing, and diseases such as degenerative arthritis are rapidly increasing due to an increase in an increasing number of obese people.

이로 인해, 인공관절(artificial joint)의 시장 규모는 더욱 커지고 있는 상황이며, 합병증 등의 부작용을 최소화 하고자 개인 맞춤형 인공관절, 다공성 표면 처리 등의 기술에 대한 관심이 증대되고 있다.Due to this, the market size of the artificial joint is growing, and interest in technologies such as personalized artificial joints and porous surface treatment is increasing in order to minimize side effects such as complications.

여기서, 인공관절은 정형외과 임플란트로 대변될 수 있으며, 정형외과 임플란트는 일반적으로 임플란트 베이스에 다공성 구조의 코팅을 통해 뼈의 성장, 즉, 골생성 및 골유착 등을 촉진시키고 있다.Here, the artificial joint may be represented by an orthopedic implant, and the orthopedic implant generally promotes bone growth, ie, osteogenesis and osseointegration, through coating of a porous structure on an implant base.

여기서 임플란트 베이스의 표면에 형성되는 다공성 코팅층은 골생성 및 골유착 등을 촉진시키기 위해 한국등록특허 제10-1109086호에 개시된 바와 같이 코팅층의 두께, 코팅층 내의 공극의 크기, 공극률 및 공극의 형상 등을 조절하여 제조되고 있다.Here, the porous coating layer formed on the surface of the implant base has the thickness of the coating layer, the size of the pores in the coating layer, the porosity and the shape of the pores, as disclosed in Korean Patent No. 10-1109086, in order to promote osteogenesis and osseointegration, etc. Manufactured under control.

그러나, 코팅층의 두께, 코팅층 내의 공극의 크기, 공극률 및 공극의 형상 등의 조절에도 불구하고 종래의 임플란트 베이스 표면에 형성되는 다공성 코팅층의 공극 구조는 인체의 특정 뼈에 대한 해면골의 공극 구조와의 상당한 차이로 인해 골생성 및 골유착이 활발히 유도되지 못한다는 문제가 여전히 존재하고 있다.However, despite the control of the thickness of the coating layer, the size of the pores in the coating layer, the porosity and the shape of the pores, the pore structure of the porous coating layer formed on the surface of the conventional implant base is significantly different from the pore structure of cancellous bone for specific bones of the human body. Due to the difference, there is still a problem that osteogenesis and osseointegration are not actively induced.

따라서, 인체의 특정 뼈에 대한 해면골의 공극의 형상과 실질적으로 유사한 최적 구조의 다공성 코팅층을 제조하기 위한 연구가 시급한 실정이다.Therefore, there is an urgent need to study for preparing a porous coating layer having an optimal structure substantially similar to the shape of the cavity of cancellous bone for specific bones of the human body.

본 발명의 목적은 인체의 특정 뼈에 대한 해면골의 포러스 구조와 최대로 유사한 포러스 구조체를 구비한 임플란트를 제조하기 위해 사용되는 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a system and method for implementing an optimal model of a porous structure for an implant used to manufacture an implant having a porous structure that is maximally similar to the porous structure of cancellous bone for a specific bone of the human body.

본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템은, 생체 삽입용 임플란트의 표면에 형성되는 포러스 구조체의 최적 모델을 구현하기 위한 시스템으로, 인체의 특정 뼈에 대한 해면골의 제1 단면 - 상기 제1 단면은, 상기 인체의 생체 하중이 상기 해면골에 가해지는 방향과 수직한 방향에 대한 단면임 - 을 기준으로, xz단면 상에 제공되는 제1 공극의 정보 및 yz단면 상에 제공되는 제2 공극의 정보가 저장된 공극 정보 저장부 - 상기 인체의 생체 하중이 상기 해면골에 가해지는 방향에 대한 축이 z축이고, 상기 제1 단면 상에서 상기 z축에 수직한 방향에 대한 축이 x축이며, 상기 x축과 상기 z축에 수직한 축이 y축임 - ; 및 소정의 부피를 가지는 모체공간 내에 무작위 점을 생성하고, 생성된 상기 무작위 점을 기초로 보로노이 다이어그램의 원리를 이용한 3차원의 1차 공극 단위체를 형성하고, 상기 제1 공극의 정보 및 상기 제2 공극의 정보를 기초로 상기 3차원의 1차 공극 단위체를 최적 공극 단위체로 가공하여 상기 포러스 구조체의 최적 모델을 도출하는 최적 모델 도출부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The system for implementing the optimal model of the porous structure for implant according to the present invention is a system for implementing the optimal model of the porous structure formed on the surface of the implant for implantation, and the first cross-section of the cancellous bone for a specific bone of the human body - The first cross-section is a cross-section in a direction perpendicular to the direction in which the biological load of the human body is applied to the cancellous bone - based on the information of the first air gap provided on the xz cross-section and the first void information provided on the yz cross-section 2 The air gap information storage unit storing the information of the air gap - The axis with respect to the direction in which the biological load of the human body is applied to the cancellous bone is the z axis, and the axis with respect to the direction perpendicular to the z axis on the first cross section is the x axis, an axis perpendicular to the x-axis and the z-axis is the y-axis; and generating a random point in the parent space having a predetermined volume, forming a three-dimensional primary pore unit using the principle of a Voronoi diagram based on the generated random point, and forming the first pore information and the second 2 An optimal model derivation unit for deriving an optimal model of the porous structure by processing the three-dimensional primary pore unit into an optimal pore unit based on the information on the second pore; may be characterized in that it comprises.

본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템의 상기 제1 공극의 정보는, 상기 xz단면 상에 제공되는 공극에 원 또는 타원을 매칭시켜, 매칭된 원 또는 타원에 대한 상기 xz단면 상에서의 장축과 단축의 비율에 대한 분포 정보인 제1 비율 분포 정보, 및 상기 z축과 상기 xz단면 상에서의 장축의 각도 분포에 대한 정보인 제1 각도 분포 정보를 포함하며, 상기 제2 공극의 정보는, 상기 yz단면 상에 제공되는 공극에 원 또는 타원에 매칭시켜, 매칭된 원 또는 타원에 대한 상기 yz단면 상에서의 장축과 단축의 비율에 대한 분포 정보인 제2 비율 분포 정보, 및 상기 z축과 상기 yz단면 상에서의 장축의 각도 분포에 대한 정보인 제2 각도 분포 정보를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The information of the first void of the system for implementing the optimal model of the porous structure for implant according to the present invention is by matching a circle or an ellipse to the void provided on the xz cross-section, and the xz cross-section for the matched circle or ellipse and first ratio distribution information, which is distribution information about the ratio of the major axis to the minor axis, and first angle distribution information, which is information about the angular distribution of the z-axis and the major axis on the xz section, The information includes second ratio distribution information that is distribution information about the ratio of the major axis and the minor axis on the yz section to the matched circle or ellipse by matching the void provided on the yz section with a circle or an ellipse, and the z It may be characterized in that it includes second angle distribution information, which is information about an angle distribution of an axis and a major axis on the yz section.

본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템의 상기 모체공간 내에 생성되는 무작위 점은, 상기 xz단면 상에 제공되는 공극에 매칭되는 원 또는 타원의 개수, 및 상기 yz단면 상에 제공되는 공극에 매칭되는 원 또는 타원의 개수에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다.The random points generated in the parent space of the system for implementing the optimal model of the porous structure for implants according to the present invention are the number of circles or ellipses matching the voids provided on the xz section, and provided on the yz section It may be characterized in that it is set based on the number of circles or ellipses matching the voids.

본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템의 상기 최적 모델 도출부는, 상기 3차원의 1차 공극 단위체에 상기 제1 비율 분포 정보 및 상기 제2 비율 분포 정보를 적용하여 부피를 변화시키고, 상기 제1 각도 분포 정보 및 상기 제2 각도 분포 정보를 적용하여 상기 z축에 대한 기울어진 정도를 변화시켜, 상기 3차원의 1차 공극 단위체를 2차 공극 단위체로 가공하는 것을 특징으로 할 수 있다.The optimal model derivation unit of the system for implementing the optimal model of the porous structure for implants according to the present invention changes the volume by applying the first ratio distribution information and the second ratio distribution information to the three-dimensional primary pore unit and changing the degree of inclination with respect to the z-axis by applying the first angle distribution information and the second angle distribution information, characterized in that the three-dimensional primary pore unit is processed into a secondary pore unit. can

본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템의 상기 최적 모델 도출부는, 상기 2차 공극 단위체의 모서리가 만곡하게 되도록, 상기 모서리를 가공하여, 상기 2차 공극 단위체를 3차 공극 단위체로 가공하는 것을 특징으로 할 수 있다.The optimal model derivation unit of the system for implementing the optimal model of the porous structure for implant according to the present invention processes the edge so that the edge of the secondary pore unit is curved, and converts the secondary pore unit into the tertiary pore unit. It may be characterized by processing with

본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템의 상기 최적 모델 도출부는, 상기 3차 공극 단위체 간의 사이에 존재하는 공간을 메워 상기 해면골의 골 부분과 대응되도록 하고, 상기 3차 공극 단위체가 공간화된 제4차 공극 단위체가 되도록, 상기 3차 공극 단위체를 가공하는 것을 특징으로 할 수 있다.The optimal model derivation unit of the system for implementing the optimal model of the porous structure for implant according to the present invention fills the space existing between the tertiary pore units to correspond to the bone part of the cancellous bone, and the tertiary pore unit It may be characterized in that the tertiary pore unit is processed so that it becomes a spatialized quaternary pore unit.

본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템의 상기 최적 모델 도출부는, 상기 제4차 공극 단위체가 형성되면, 상기 제4차 공극 단위체를 상기 해면골의 상기 제1 단면의 형상과 대응되도록 가공하여, 상기 제4차 공극 단위체가 상기 최적 공극 단위체로 가공된 상기 포러스 구조체의 최적 모델이 도출되도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.The optimal model derivation unit of the system for implementing the optimal model of the porous structure for implant according to the present invention corresponds to the shape of the first cross-section of the cancellous bone when the fourth pore unit is formed By processing as possible, it may be characterized in that an optimal model of the porous structure in which the fourth pore unit is processed into the optimal pore unit is derived.

본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템 및 그 방법에 의하면, 인체의 특정 뼈에 대한 해면골의 포러스 구조와 최대로 유사한 포러스 구조체의 최적 모델을 구현할 수 있다.According to the system and method for implementing the optimal model of the porous structure for implants according to the present invention, it is possible to implement an optimal model of the porous structure that is maximally similar to the porous structure of the cancellous bone for a specific bone of the human body.

또한, 포러스 구조체의 최적 모델 구현으로 인하여 이를 기초로 제조되는 생체 삽입용 임플란트는 골생성 및 골유착 등이 향상되어 환자의 질병 치료에 효과적일 수 있다.In addition, due to the implementation of the optimal model of the porous structure, the implant for bio-insertion manufactured on the basis of the implant may be effective in treating a patient's disease by improving osteogenesis and osseointegration.

도 1은 본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템을 설명하기 위한 블록구성도.
도 2는 본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 방법에 대한 순서도.
도 3은 인체의 무릎 해면골의 제1 단면도.
도 4는 도 3의 AA 선에 대한 xz단면도.
도 5는 도 4의 A 부분에 대한 확대도.
도 6은 도 4의 BB 선에 대한 yz단면도.
도 7은 도 6의 B부분에 대한 확대도.
도 8은 보로노이 다이어그램의 원리를 이용하여 3차원의 1차 공극 단위체가 형성되는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 9는 3차원의 1차 공극 단위체가 2차 공극 단위체 및 3차 공극 단위체로 가공되는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 10은 3차 공극 단위체가 4차 공극 단위체로 가공된 상태를 설명하기 위한 도면.
도 11은 본 발명에 의해 도출된 포러스 구조체의 최적 모델을 도시한 도면.
1 is a block diagram for explaining a system for implementing an optimal model of a porous structure for implants according to the present invention.
Figure 2 is a flow chart for a method for implementing the optimal model of the porous structure for implants according to the present invention.
Figure 3 is a first cross-sectional view of the knee spongy bone of the human body.
Fig. 4 is an xz cross-sectional view taken along line AA of Fig. 3;
Figure 5 is an enlarged view of part A of Figure 4;
Fig. 6 is a yz cross-sectional view taken along line BB of Fig. 4;
Fig. 7 is an enlarged view of part B of Fig. 6;
8 is a view for explaining a process of forming a three-dimensional primary pore unit using the principle of the Voronoi diagram.
9 is a view for explaining a process in which a three-dimensional primary pore unit is processed into a secondary pore unit and a tertiary pore unit;
10 is a view for explaining a state in which a tertiary pore unit is processed into a quaternary pore unit;
11 is a view showing an optimal model of the porous structure derived by the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다. Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to the presented embodiment, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention may add, change, delete, etc. other elements within the scope of the same spirit, through addition, change, deletion, etc. Other embodiments included within the scope of the invention may be easily suggested, but this will also be included within the scope of the invention.

또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.In addition, components having the same function within the scope of the same idea shown in the drawings of each embodiment will be described using the same reference numerals.

도 1은 본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템을 설명하기 위한 블록구성도이다.1 is a block diagram illustrating a system for implementing an optimal model of a porous structure for implants according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템(100)은 생체 삽입용 임플란트의 표면에 형성되는 포러스 구조체의 최적 모델을 도출하기 위한 시스템으로, 인체의 특정 뼈에 대한 해면골의 단면에 대한 정보를 저장하는 공극 정보 저장부(110) 및 상기 정보를 기초로 하여 포러스 구조체의 최적 모델을 도출하는 최적 모델 도출부(120) 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a system 100 for implementing an optimal model of a porous structure for implant according to the present invention is a system for deriving an optimal model of a porous structure formed on the surface of an implant for bio-insertion, and a specific bone of the human body It may include a void information storage unit 110 for storing information on the cross-section of the cancellous bone for , and an optimum model derivation unit 120 for deriving an optimal model of the porous structure based on the information.

여기서, 상기 포러스 구조체는 정형외과 임플란트의 표면에 형성되는 코팅층에 적용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 포러스 구조가 요구되는 부분에 모두 적용될 수 있다.Here, the porous structure may be applied to the coating layer formed on the surface of the orthopedic implant, but is not limited thereto, and may be applied to any portion requiring the porous structure.

상기 공극 정보 저장부(110)는 인체의 특정 뼈에 대한 해면골의 제1 단면을 기준으로, xz단면 상에 제공되는 제1 공극의 정보 및 yz단면 상에 제공되는 제2 공극의 정보를 저장하는 구성요소일 수 있다.The void information storage unit 110 stores information on the first void provided on the xz cross-section and the second void information provided on the yz cross-section based on the first cross-section of the cancellous bone for a specific bone of the human body. It can be a component.

여기서, 상기 인체의 특정 뼈는 예를 들어 무릎 뼈일 수 있으며, 상기 제1 단면은 도 3에 도시된 바와 같이 인체의 생체 하중이 해면골에 가해지는 방향과 수직한 방향에 대한 단면(xy단면)일 수 있다.Here, the specific bone of the human body may be, for example, a knee bone, and the first cross-section is a cross-section (xy cross-section) in a direction perpendicular to a direction in which a biological load of the human body is applied to the cancellous bone as shown in FIG. 3 . can

상기 xz단면 및 상기 yz단면은 상기 제1 단면 상에서의 x축, y축 및 z축에 의해 정의되는 단면으로, 상기 z축은 상기 인체의 생체 하중이 상기 해면골에 가해지는 방향에 대한 축이며, 상기 x축은 상기 제1 단면 상에서 상기 z축에 수직한 방향에 대한 축이고, 상기 y축은 상기 x축 및 상기 z축에 수직한 축이다.The xz cross-section and the yz cross-section are cross-sections defined by an x-axis, a y-axis, and a z-axis on the first cross-section, and the z-axis is an axis with respect to a direction in which the biological load of the human body is applied to the cancellous bone, The x-axis is an axis in a direction perpendicular to the z-axis on the first cross-section, and the y-axis is the x-axis and an axis perpendicular to the z-axis.

한편, 상기 제1 단면, xz단면 및 yz단면은 Micro-CT에 의해 획득될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 단층 촬영 수단에 의해 획득될 수도 있다.Meanwhile, the first cross-section, the xz cross-section, and the yz cross-section may be obtained by Micro-CT, but are not limited thereto, and may be obtained by various tomography means.

상기 최적 모델 도출부(120)는 소정의 부피를 가지는 모체공간 내에 무작위 점을 생성하고, 생성된 상기 무작위 점을 기초로 보로노이 다이어그램의 원리를 이용한 3차원의 1차 공극 단위체를 형성하고, 상기 제1 공극의 정보 및 상기 제2 공극의 정보를 기초로 상기 3차원의 1차 공극 단위체를 최적 공극 단위체로 가공하여 상기 포러스 구조체의 최적 모델을 도출하는 구성요소일 수 있다.The optimal model derivation unit 120 generates a random point in the parent space having a predetermined volume, forms a three-dimensional primary pore unit using the principle of the Voronoi diagram based on the generated random point, and the It may be a component for deriving an optimal model of the porous structure by processing the three-dimensional primary pore unit into an optimal pore unit based on the information of the first pore and the second pore information.

상기 출력부(130)는 도출된 상기 포러스 구조체의 최적 모델을 출력할 수 있는 수단으로 디스플레이 등과 같은 시각 출력 모듈 등을 포함할 수 있다.The output unit 130 may include a visual output module such as a display as a means for outputting the derived optimal model of the porous structure.

이하에서는 본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 방법에 대해 구체적으로 설명하면서 본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템(100)에 대해 설명한다.Hereinafter, a system 100 for implementing an optimal porous structure model for implants according to the present invention will be described while specifically explaining a method for implementing an optimal porous structure model for implants according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 방법에 대한 순서도이다.2 is a flowchart for a method for implementing an optimal model of a porous structure for implants according to the present invention.

우선, 본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 방법은 본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템(100)에 의한 동작을 포함하는 개념임을 밝혀둔다.First, the method for implementing the optimal model of the porous structure for implants according to the present invention is a concept including the operation by the system 100 for implementing the optimal model of the porous structure for implants according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 방법은, 해면골의 제1 공극의 정보 및 제2 공극의 정보를 획득하는 제1 단계(S10), 모체공간 내에 무작위 점을 생성하는 제2 단계(S20), 3차원의 1차 공극 단위체를 형성하는 제3 단계(S30), 상기 1차 공극 단위체를 가공하여 2차 공극 단위체를 형성하는 제4 단계(S40), 상기 2차 공극 단위체를 가공하여 3차 공극 단위체를 형성하는 제5 단계(S50), 상기 3차 공극 단위체를 가공하여 4차 공극 단위체를 형성하는 제6 단계(S60), 상기 제3차 공극 단위체를 이용하여 포러스 구조체의 최적 모델을 도출하는 제7 단계(S70) 및 포러스 구조체의 최적 모델을 출력하는 제8 단계(S80)를 포함할 수 있다.Referring to Figure 2, the method for implementing the optimal model of the porous structure for implantation according to the present invention, a first step (S10) of obtaining information of the first void and the second void information of the cancellous bone, random in the maternal space A second step of generating a point (S20), a third step of forming a three-dimensional primary pore unit (S30), a fourth step of processing the primary pore unit to form a secondary pore unit (S40), A fifth step of processing the secondary pore unit to form a tertiary pore unit (S50), a sixth step of processing the tertiary pore unit to form a quaternary pore unit (S60), and the tertiary pore unit It may include a seventh step (S70) of deriving an optimal model of the porous structure using

이하 각 단계에 대해 도 3 내지 도 11을 참조로 구체적으로 설명한다.Hereinafter, each step will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 11 .

도 3은 인체의 무릎 해면골의 제1 단면도이고, 도 4는 도 3의 AA 선에 대한 xz단면도이며, 도 5는 도 4의 A 부분에 대한 확대도이다.3 is a first cross-sectional view of the cancellous bone of the knee of the human body, FIG. 4 is an xz cross-sectional view taken along line AA of FIG. 3 , and FIG. 5 is an enlarged view of part A of FIG. 4 .

또한, 도 6은 도 4의 BB 선에 대한 yz단면도이고, 도 7은 도 6의 B부분에 대한 확대도이다.Also, FIG. 6 is a yz cross-sectional view taken along line BB of FIG. 4 , and FIG. 7 is an enlarged view of part B of FIG. 6 .

도 3 내지 도 7을 참조하면, 상기 제1 단계(S10)는 인체의 특정 뼈에 대한 해면골(210)의 제1 단면을 기준으로 xz단면 상에 제공되는 제1 공극의 정보 및 yz단면 상에 제공되는 제2 공극의 정보를 획득하는 단계일 수 있다.3 to 7, the first step (S10) is based on the first cross-section of the cancellous bone 210 for a specific bone of the human body, information of the first air gap provided on the xz section and on the yz section It may be a step of obtaining information of the provided second void.

여기서, 상기 제1 공극의 정보 및 상기 제2 공극의 정보는 공극 정보 저장부(110)에 이미 저장되어 상기 공극 정보 저장부(110)를 통해 획득할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Here, the information of the first void and the information of the second void are already stored in the void information storage unit 110 and may be obtained through the void information storage unit 110 , but the present invention is not limited thereto.

예를 들어, 상기 제1 공극의 정보 및 상기 제2 공극의 정보는 별도의 입력수단을 통해 입력 받아 획득되거나 이미 저장된 별도의 서버와의 네트워크를 이용한 통신을 통해 획득될 수도 있다.For example, the information of the first void and the information of the second void may be obtained by receiving input through a separate input means or may be acquired through communication using a network with a separate server that is already stored.

상기 제1 공극의 정보는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 xz단면 상에 제공되는 공극에 원 또는 타원을 매칭시켜, 매칭된 원 또는 타원에 대한 상기 xz단면 상에서의 장축(AX1)과 단축(AX2)의 비율에 대한 분포 정보인 제1 비율 분포 정보와 상기 z축과 상기 xz단면 상에서의 장축(AX1)의 각도 분포에 대한 정보인 제1 각도 분포 정보를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 5 , the information of the first void is obtained by matching a circle or an ellipse to the void provided on the xz cross-section, and the major axis AX1 and the minor axis AX2 on the xz cross-section for the matched circle or ellipse. .

상기 제1 비율 분포 정보는 특정 비율에 대한 분포율(%)의 관계로 정리될 수 있으며, 상기 제1 각도 분포 정보는 특정 각도에 대한 분포율(%)의 관계로 정리될 수 있다.The first ratio distribution information may be organized as a relationship of a distribution ratio (%) with respect to a specific ratio, and the first angle distribution information may be organized as a relationship of a distribution ratio (%) with respect to a specific angle.

상기 제2 공극의 정보는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 yz단면 상에 제공되는 공극에 원 또는 타원을 매칭시켜, 매칭된 원 또는 타원에 대한 상기 yz단면 상에서의 장축(AX3)과 단축(AX4)의 비율에 대한 분포 정보인 제2 비율 분포 정보를 포함할 수 있다.The information of the second void is obtained by matching a circle or an ellipse to the void provided on the yz cross-section as shown in FIG. ) may include second ratio distribution information, which is distribution information about the ratio.

또한, 상기 제2 공극의 정보는 상기 z축과 상기 yz단면 상에서의 장축(AX3)의 각도 분포에 대한 정보인 제2 각도 분포 정보를 포함할 수 있다.In addition, the information on the second gap may include second angle distribution information that is information about the angular distribution of the z-axis and the long axis AX3 on the yz cross-section.

상기 제2 비율 분포 정보는 특정 비율에 대한 분포율(%)의 관계로 정리될 수 있으며, 상기 제2 각도 분포 정보는 특정 각도에 대한 분포율(%)의 관계로 정리될 수 있다.The second ratio distribution information may be organized as a relationship of a distribution ratio (%) with respect to a specific ratio, and the second angle distribution information may be organized as a relationship of a distribution ratio (%) with respect to a specific angle.

도 8은 보로노이 다이어그램의 원리를 이용하여 3차원의 1차 공극 단위체가 형성되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.8 is a view for explaining a process of forming a three-dimensional primary pore unit using the principle of the Voronoi diagram.

상기와 같이 제1 공극의 정보 및 제2 공극의 정보가 획득되면 최적 모델 도출부(120)에 의해 소정의 부피를 가지는 모체공간(S) 내에 무작위 점이 생성되는 제2 단계(S20)가 진행(도 8(a) 및 도 8(b) 참조))될 수 있다.As described above, when the information of the first void and the second void information is obtained, the second step (S20) in which random points are generated in the mother space S having a predetermined volume by the optimal model derivation unit 120 proceeds ( 8(a) and 8(b))).

여기서, 상기 무작위 점은 xz단면 상에 제공되는 공극에 매칭되는 원 또는 타원의 개수, 및 yz단면 상에 제공되는 공극에 매칭되는 원 또는 타원의 개수에 기초하여 설정될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 의학적인 통계적 수치에 기초하여 설정될 수도 있다.Here, the random point may be set based on the number of circles or ellipses matching the voids provided on the xz cross-section and the number of circles or ellipses matching the voids provided on the yz cross-section. It is not, and may be set based on medical statistical values.

상기와 같이 모체공간(S) 내에 무작위 점이 생성되면, 생성된 상기 무작위 점을 기초로 보로노이 다이어그램의 원리를 이용한 3차원의 1차 공극 단위체가 상기 최적 모델 도출부(120)에 의해 형성되는 제3 단계(S30)가 진행(도 8(c) 참조)될 수 있다.When a random point is generated in the parent space (S) as described above, a three-dimensional primary pore unit using the principle of the Voronoi diagram based on the generated random point is formed by the optimal model derivation unit (120). Step 3 (S30) may proceed (refer to FIG. 8(c)).

상기 보로노이 다이어그램은 평면 위의 점들이 있을 때, 각각의 점을 하나씩 포함하는 다각형으로 면을 분할하되 소정의 조건을 만족시키는 경우를 의미하며, 이는 공지된 영역 구획 방법이므로 구체적인 설명을 생략하기로 한다.The Voronoi diagram refers to a case in which, when there are points on a plane, a surface is divided into polygons including one point each, but a predetermined condition is satisfied. do.

도 9는 3차원의 1차 공극 단위체가 2차 공극 단위체 및 3차 공극 단위체로 가공되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.9 is a view for explaining a process in which a three-dimensional primary pore unit is processed into a secondary pore unit and a tertiary pore unit.

보로노이 다이어그램의 원리를 이용하여 3차원의 1차 공극 단위체(E1)가 형성되면 상기 최적 모델 도출부(120)에 의해 상기 제1차 공극 단위체(E1)가 제2차 공극 단위체(E2)로 가공되는 제4 단계(S40)가 진행될 수 있다.When the three-dimensional primary pore unit E1 is formed using the principle of the Voronoi diagram, the first pore unit E1 is converted to the second pore unit E2 by the optimal model derivation unit 120 . A fourth step (S40) of processing may be performed.

상기 제4 단계(S40)는 상기 3차원의 1차 공극 단위체(E1)에 상기 제1 비율 분포 정보 및 상기 제2 비율 분포 정보를 적용하여 부피를 변화시키고, 상기 제1 각도 분포 정보 및 상기 제2 각도 분포 정보를 적용하여 상기 z축에 대한 기울어진 정도를 변화시켜, 상기 3차원의 1차 공극 단위체(E1)가 2차 공극 단위체(E2)로 가공되는 단계를 의미할 수 있다.In the fourth step (S40), the volume is changed by applying the first ratio distribution information and the second ratio distribution information to the three-dimensional primary pore unit E1, and the first angle distribution information and the second It may mean a step in which the three-dimensional primary pore unit E1 is processed into a secondary pore unit E2 by applying the second angle distribution information to change the degree of inclination with respect to the z-axis.

상기 제4 단계(S40)가 진행되면 상기 3차원의 1차 공극 단위체(E1)는 소정 비중으로 부피 및 상기 z축에 대한 기울어진 정도가 달라지게 된다.When the fourth step (S40) is performed, the volume of the three-dimensional primary pore unit E1 and the degree of inclination with respect to the z-axis are changed by a predetermined specific gravity.

상기와 같이 제4 단계(S40)가 완료되면, 상기 최적 모델 도출부(120)에 의해 상기 2차 공극 단위체(E2)가 3차 공극 단위체(E3)로 가공되는 제5 단계(S50)가 진행될 수 있다.When the fourth step (S40) is completed as described above, a fifth step (S50) in which the secondary pore unit E2 is processed into a tertiary pore unit E3 by the optimal model derivation unit 120 will proceed. can

상기 제5 단계(S50)는 최적 모델 도출부(120)에 의해 진행되는 단계로, 상기 2차 공극 단위체(E2)의 모서리가 만곡하게 되도록, 상기 모서리를 가공하여, 상기 2차 공극 단위체(E2)를 3차 공극 단위체(E3)로 가공하는 단계일 수 있다.The fifth step ( S50 ) is a step performed by the optimal model derivation unit 120 , and machining the corner so that the corner of the secondary pore unit E2 is curved, and the secondary pore unit E2 ) may be a step of processing the tertiary pore unit (E3).

여기서, 상기 모서리의 가공은 인체의 생체 하중이 해면골(210)에 가해지는 경우 상기 모서리로 인한 공극의 파괴를 방지하기 위한 요소인 동시에 실제 해면골(210)에 형성되는 공극의 형상과 더욱 일치시키기 위함이다.Here, the processing of the corner is a factor for preventing the destruction of the void due to the corner when a biological load of the human body is applied to the cancellous bone 210, and at the same time to further match the shape of the void actually formed in the cancellous bone 210 to be.

도 10은 3차 공극 단위체가 4차 공극 단위체로 가공된 상태를 설명하기 위한 도면이며, 도 11은 본 발명에 의해 도출된 포러스 구조체의 최적 모델을 도시한 도면이다.10 is a view for explaining a state in which the tertiary pore unit is processed into a quaternary pore unit, and FIG. 11 is a view showing an optimal model of the porous structure derived by the present invention.

도 10을 참조하면, 상기 3차 공극 단위체 간의 사이에 존재하는 공간(SP)을 소정의 물질로 메워 상기 해면골(210)의 골 부분과 대응되도록 하고, 상기 3차 공극 단위체(E3)가 공간화된 제4차 공극 단위체(E4)가 되도록, 상기 3차 공극 단위체(E3)가 상기 최적 모델 도출부(120)에 가공되는 제6 단계(S60)가 진행될 수 있따.Referring to FIG. 10 , the space SP existing between the tertiary pore units is filled with a predetermined material to correspond to the bone portion of the cancellous bone 210 , and the tertiary pore unit E3 is spaced. A sixth step (S60) in which the tertiary pore unit E3 is processed in the optimal model derivation unit 120 may be performed so as to become a fourth pore unit E4.

여기서, 상기 공간화는 상기 제3 공극 단위체(E3)가 공간으로 변환되는 것을 의미할 수 있다.Here, the spatialization may mean that the third pore unit E3 is transformed into a space.

도 11을 참조하면, 상기 제4차 공극 단위체(E4)가 형성되는 제6 단계(S60)가 완료되면, 상기 4차 공극 단위체(E4)가 상기 최적 모델 도출부(120)에 의해 상기 해면골(210)의 상기 제1 단면의 형상에 대응되도록 가공되어, 상기 제4차 공극 단위체(E4)가 최적 공극 단위체로 가공된 포러스 구조체의 최적 모델(M)이 도출되는 제7 단계(S70)가 진행될 수 있다.11, when the sixth step (S60) of forming the fourth pore unit E4 is completed, the quaternary pore unit E4 is converted into the cancellous bone ( 210), a seventh step (S70) of deriving an optimal model M of the porous structure in which the fourth pore unit E4 is processed into an optimal pore unit is processed to correspond to the shape of the first cross-section. can

여기서, 도 11에서는 단순한 원기둥의 형태로 가공된 상태를 도시하였으나, 이는 일예에 불과할 뿐, 실제 해면골(210)의 형상과 대응되는 형상으로 가공될 수 있다.Here, although FIG. 11 shows a state processed in the form of a simple cylinder, this is only an example, and may be processed into a shape corresponding to the shape of the actual cancellous bone 210 .

한편, 상기 제7 단계(S70)에 의해 포러스 구조체의 최적 모델(M)이 도출되면, 이는 출력부(130)를 통해 출력되는 제8 단계(S80)가 진행될 수 있다.On the other hand, when the optimal model M of the porous structure is derived by the seventh step (S70), the eighth step (S80) outputted through the output unit 130 may proceed.

상기와 같이 본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템(100) 및 그 방법에 의해 도출된 포러스 구조체의 최적 모델은 인체의 특정 뼈에 대한 해면골의 포러스 구조와 최대로 유사하게 되며, 이로 인해 최적 모델을 기초로 제조되는 임플란트는 골생장 및 골유착 등의 측면에서 우수하여 환자의 질병 치료에 효과적일 수 있다.As described above, the system 100 for implementing the optimal model of the porous structure for implants according to the present invention and the optimal model of the porous structure derived by the method are maximally similar to the porous structure of cancellous bone for a specific bone of the human body. , because of this, implants manufactured based on the optimal model are excellent in aspects such as bone growth and osseointegration, and thus can be effective in treating diseases of patients.

상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.In the above, the configuration and features of the present invention have been described based on the embodiments according to the present invention, but the present invention is not limited thereto, and it is understood that various changes or modifications can be made within the spirit and scope of the present invention. It is intended that such changes or modifications will be apparent to those skilled in the art, and therefore fall within the scope of the appended claims.

100: 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템
110: 공극 정보 저장부
120: 최적 모델 도출부
130: 출력부
100: A system for implementing an optimal model of a porous structure for implants
110: void information storage unit
120: optimal model derivation unit
130: output unit

Claims (7)

생체 삽입용 임플란트의 표면에 형성되는 포러스 구조체의 최적 모델을 구현하기 위한 시스템에 있어서,
인체의 특정 뼈에 대한 해면골의 제1 단면 - 상기 제1 단면은, 상기 인체의 생체 하중이 상기 해면골에 가해지는 방향과 수직한 방향에 대한 단면임 - 을 기준으로, xz단면 상에 제공되는 제1 공극의 정보 및 yz단면 상에 제공되는 제2 공극의 정보가 저장된 공극 정보 저장부 - 상기 인체의 생체 하중이 상기 해면골에 가해지는 방향에 대한 축이 z축이고, 상기 제1 단면 상에서 상기 z축에 수직한 방향에 대한 축이 x축이며, 상기 x축과 상기 z축에 수직한 축이 y축임 - ; 및
소정의 부피를 가지는 모체공간 내에 무작위 점을 생성하고,
생성된 상기 무작위 점을 기초로 보로노이 다이어그램의 원리를 이용한 3차원의 1차 공극 단위체를 형성하고,
상기 제1 공극의 정보 및 상기 제2 공극의 정보를 기초로 상기 3차원의 1차 공극 단위체를 최적 공극 단위체로 가공하여 상기 포러스 구조체의 최적 모델을 도출하는 최적 모델 도출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템.
In the system for implementing the optimal model of the porous structure formed on the surface of the implant for bio-insertion,
A first cross-section of the cancellous bone for a specific bone of the human body - The first cross-section is a cross-section in a direction perpendicular to the direction in which the biological load of the human body is applied to the cancellous bone - The first cross-section provided on the xz cross-section A void information storage unit storing information on the first void and the second void information provided on the yz section - The axis with respect to the direction in which the biological load of the human body is applied to the cancellous bone is the z-axis, and the z-axis on the first section An axis with respect to a direction perpendicular to is an x-axis, and an axis perpendicular to the x-axis and the z-axis is a y-axis; and
Create a random point in the parent space having a predetermined volume,
Based on the generated random points, a three-dimensional primary pore unit is formed using the principle of Voronoi diagram,
An optimal model derivation unit for deriving an optimal model of the porous structure by processing the three-dimensional primary pore unit into an optimal pore unit based on the information of the first pore and the second pore information A system for implementing an optimal model of the porous structure for implants.
제1항에 있어서,
상기 제1 공극의 정보는,
상기 xz단면 상에 제공되는 공극에 원 또는 타원을 매칭시켜, 매칭된 원 또는 타원에 대한 상기 xz단면 상에서의 장축과 단축의 비율에 대한 분포 정보인 제1 비율 분포 정보, 및 상기 z축과 상기 xz단면 상에서의 장축의 각도 분포에 대한 정보인 제1 각도 분포 정보를 포함하며,
상기 제2 공극의 정보는,
상기 yz단면 상에 제공되는 공극에 원 또는 타원에 매칭시켜, 매칭된 원 또는 타원에 대한 상기 yz단면 상에서의 장축과 단축의 비율에 대한 분포 정보인 제2 비율 분포 정보, 및 상기 z축과 상기 yz단면 상에서의 장축의 각도 분포에 대한 정보인 제2 각도 분포 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템.
According to claim 1,
The information of the first void is,
By matching a circle or an ellipse to the void provided on the xz section, first ratio distribution information, which is distribution information about the ratio of the major axis and the minor axis on the xz section to the matched circle or ellipse, and the z axis and the Includes first angle distribution information, which is information about the angle distribution of the major axis on the xz section,
The information of the second void is,
Second ratio distribution information that is distribution information about the ratio of the major axis and the minor axis on the yz section to the matched circle or ellipse by matching the void provided on the yz section with a circle or an ellipse, and the z axis and the A system for implementing an optimal model of a porous structure for implants, characterized in that it includes second angular distribution information, which is information about the angular distribution of the long axis on the yz section.
제2항에 있어서,
상기 모체공간 내에 생성되는 무작위 점은,
상기 xz단면 상에 제공되는 공극에 매칭되는 원 또는 타원의 개수, 및 상기 yz단면 상에 제공되는 공극에 매칭되는 원 또는 타원의 개수에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 하는 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템.
3. The method of claim 2,
A random point generated in the parent space is
The optimal model of a porous structure for implants, characterized in that it is set based on the number of circles or ellipses matching the voids provided on the xz cross-section, and the number of circles or ellipses matching the voids provided on the yz cross-section. system to implement.
제2항에 있어서,
상기 최적 모델 도출부는,
상기 3차원의 1차 공극 단위체에 상기 제1 비율 분포 정보 및 상기 제2 비율 분포 정보를 적용하여 부피를 변화시키고, 상기 제1 각도 분포 정보 및 상기 제2 각도 분포 정보를 적용하여 상기 z축에 대한 기울어진 정도를 변화시켜, 상기 3차원의 1차 공극 단위체를 2차 공극 단위체로 가공하는 것을 특징으로 하는 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템.
3. The method of claim 2,
The optimal model derivation unit,
The volume is changed by applying the first ratio distribution information and the second ratio distribution information to the three-dimensional primary pore unit, and the first angle distribution information and the second angle distribution information are applied to the z-axis. A system for implementing an optimal model of a porous structure for implants, characterized in that the three-dimensional primary pore unit is processed into a secondary pore unit by changing the degree of inclination.
제4항에 있어서,
상기 최적 모델 도출부는,
상기 2차 공극 단위체의 모서리가 만곡하게 되도록, 상기 모서리를 가공하여, 상기 2차 공극 단위체를 3차 공극 단위체로 가공하는 것을 특징으로 하는 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템.
5. The method of claim 4,
The optimal model derivation unit,
A system for implementing an optimal model of a porous structure for implantation, characterized in that by processing the edge so that the edge of the secondary pore unit is curved, the secondary pore unit is processed into a tertiary pore unit.
제5항에 있어서,
상기 최적 모델 도출부는,
상기 3차 공극 단위체 간의 사이에 존재하는 공간을 메워 상기 해면골의 골 부분과 대응되도록 하고, 상기 3차 공극 단위체가 공간화된 제4차 공극 단위체가 되도록, 상기 3차 공극 단위체를 가공하는 것을 특징으로 하는 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템.
6. The method of claim 5,
The optimal model derivation unit,
The tertiary pore unit is processed so that the space existing between the tertiary pore units is filled to correspond to the trough portion of the cancellous bone, and the tertiary pore unit becomes a spatialized quaternary pore unit, characterized in that A system for implementing an optimal model of a porous structure for implants.
제6항에 있어서,
상기 최적 모델 도출부는,
상기 제4차 공극 단위체가 형성되면, 상기 제4차 공극 단위체를 상기 해면골의 상기 제1 단면의 형상과 대응되도록 가공하여, 상기 제4차 공극 단위체가 상기 최적 공극 단위체로 가공된 상기 포러스 구조체의 최적 모델이 도출되도록 하는 것을 특징으로 하는 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템.
7. The method of claim 6,
The optimal model derivation unit,
When the fourth pore unit is formed, the fourth pore unit is processed to correspond to the shape of the first cross-section of the cancellous bone, and the fourth pore unit is processed into the optimal pore unit of the porous structure A system for implementing an optimal model of the porous structure for implants, characterized in that the optimal model is derived.
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