KR102472323B1

KR102472323B1 - 보강 임플란트

Info

Publication number: KR102472323B1
Application number: KR1020200105129A
Authority: KR
Inventors: 김정성; 강여경; 김성진
Original assignee: 주식회사 코렌텍
Priority date: 2020-08-21
Filing date: 2020-08-21
Publication date: 2022-12-01
Also published as: KR20220023885A; WO2022039392A1; US20230310160A1; EP4197495A1

Abstract

본 발명은 보강 임플란트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 다공성 구조로 이루어진 바디부에 비다공성 구조의 프레임부를 결합하여 바디부의 기계적 강도를 높이고 외력에 의한 바디부의 손상을 방지하며, 프레임부의 영역을 최소화하여 골내성장을 극대화할 뿐만 아니라, 보강 임플란트를 특정 방향만이 아닌 다양한 방향으로 삽입할 수 있도록 하고, 3D 프린팅에 의해 보강 임플란트를 제작할 때 프레임부 상에 서포트가 연결되도록 함으로써 서포트를 제거하는 과정에서 다공성 구조의 손상없이 그 제거가 용이하게 이루어질 수 있도록 하는, 보강 임플란트에 관한 것이다.

Description

보강 임플란트 {Augment Implant}

관절(Joint)이란, 2개 또는 그 이상의 뼈가 움직일 수 있는 구조로 맞닿아 있는 신체상의 부분을 말한다. 인간의 관절은 반복적 사용에 의한 손상, 관절염, 노화 등을 이유로 다양한 문제가 발생할 수 있는데, 관절이 본래의 제 기능을 상실할 만큼 손상된 경우에는 손상된 관절을 임플란트로 대체하는 인공관절치환술이 행해질 수 있다.

인공관절치환술은 손상된 관절의 해부학적 형상에 상보적인 형상을 가지는 임플란트를 제작한 뒤, 손상된 관절의 뼈를 소정의 범위 내에서 절제하고, 절제된 부위에 임플란트를 이식하는 과정으로 이루어진다.

이때 손상된 관절부위가 광범위하게 넓을 경우, 국부적으로 심한 손상이 있을 경우, 재치환수술을 진행해야 하는 경우 등 전체적 또는 부분적으로 골 컷팅 부위를 잡아야 할 경우, 컷팅에 의해 결손된 골 부위를 보상하기 위하여 보강 임플란트가 사용될 수 있다.

상기 보강 임플란트는 소실된 골을 보완하기 위한 구성으로, 소실된 골 부위의 형상과 상보적인 형상을 가지도록 구성됨으로써, 절제된 골에 의해 만들어진 빈 공간상에 안착된다.

일반적으로 이러한 보강 임플란트는 생체소재(생체금속, 생체세라믹, 생체고분자) 등을 재료로 하여 솔리드(Solid)한 형태로 구성될 수 있다.

하지만 상기 보강 임플란트를 공극이 없는 솔리드한 형태로 구성할 경우, 보강 임플란트가 차지하게 되는 공간만큼의 영역에는 골이 생장될 수가 없게 된다.

이로 인해 상기 보강 임플란트를 다수의 공극이 형성된 다공성 재료로 구성하는 방안이 모색되었다.

도 1은 종래의 다공성 임플란트(90)에 관한 도면으로, 이는 한국공개특허공보 제10-2014-0031828호(2014.03.13.)에 개시되어 있다.

상기 종래의 다공성 보강 임플란트(90)는, 환자의 정형외과적 관절과 접촉하는 다공성 제1면(91)을 포함하고, 상기 다공성 제1면(91)은 보강 임플란트 내로 골 내성장을 수용하도록 사이징된 복수의 공극을 갖고, 상기 보강 임플란트는 다공성 제1면(91)과 연결되고 다공성 제1면(91) 위로 200 ㎛ 내지 400 ㎛ 솟아 있는 복수의 돌기부(93)를 더 포함하며, 상기 복수의 돌기부(93)는 골 표면 내로 연장하지 않으며 복수의 공극 내로의 골 내성장에 간섭하지 않고 골 표면과 마찰을 생성하도록 구성된다.

상기 종래기술(90)에 의할 경우, 다수의 공극이 형성된 상기 다공성 제1면(91)에 의해, 환자의 자생적인 골 생장이 촉진될 수 있게 되어, 보강 임플란트와 환자의 골 사이에는 강한 유합이 이루어질 수 있었다.

하지만, 상기 종래기술(90)과 같이, 보강 임플란트가 다수의 공극을 가지는 다공성 재료만으로 구성될 경우, 환자의 자생적인 골 성장을 촉진할 수는 있겠지만, 보강 임플란트에 형성된 수많은 공극으로 인하여 보강 임플란트의 자체적인 기계적 강도가 떨어지게 되는 또 다른 문제가 발생하게 된다.

즉, 상대적으로 강성이 약한 다공성 보강 임플란트는 작은 외력에도 부서지거나, 깨지거나, 찌그러지는 등 쉽게 손상될 수 있다.

다공성 부분의 손상 과정에서는 그 파편인 미세 입자(Porous Particle)가 형성될 수 있는데, 이러한 미세 입자가 다공성 부분의 공극 사이 사이에 들어가게 되면, 세척과정을 거치더라도 완전히 제거되지 않는 경우가 생긴다.

만일, 미세 입자가 제거되지 않은 보강 임플란트가 환자의 몸에 이식되면, 이식된 다공성 보강 임플란트로부터 상기 미세 입자가 떨어져 나와, 환자의 혈관, 장기 등에 침투하게 될 수 있는바, 각종 염증 반응, 조직 괴사 등의 문제가 야기될 수 있다.

더욱이, 보강 임플란트는 임플란트에 결합되어 함께 이식되는 경우가 많은데, 보강 임플란트와 임플란트를 체결하는 과정에서 사용되는 스크류 등이 다공성 보강 임플란트를 가압하게 되면, 강도가 약한 다공성 보강 임플란트가 상기 스크류 등에 의해 쉽게 파손되고, 이로 인해 보강 임플란트와 임플란트 간의 강한 고정력이 충분히 확보될 수 없게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해 골 시멘트를 사용하는 경우도 있었으나, 이 경우에는 골 시멘트의 누출 문제가 발생했으며, 이로 인해 임플란트와 환자의 골이 접하는 부위에서 뼈가 녹아내리는 현상인 골 용해(Osteolysis) 현상이 보고되고 있다. 게다가, 골 시멘트를 사용할 경우, 다공성 부분의 공극 중 상당 부분이 막히게 되는 문제도 있었는바, 자연적인 환자의 골 생장을 촉진하기 위해 만든 부분이 골 시멘트에 의해 막혀 골 내성장을 촉진하지 못하였다.

끝으로, 종래의 다공성 보강 임플란트는 3D 프린팅으로 불리는 적증 제조 방법에 의해 제조되었는데, 3D 프린터로 인쇄되는 출력물에 비어 있는 공간이 있을 경우, 이를 지지하는 수단인 서포트(Support)가 필요하게 되며, 서포트가 없을 경우에는 3D 프린터가 허공에 재료를 적층하게 되는바, 원하는 형상의 출력물을 인쇄하기 위해서는 상기 서포트의 적절한 배치 설계가 요구되었다.

그러나, 도 1에 도시된 바와 같이, 보강 임플란트 전체를 공극이 형성된 구조로 형성할 경우, 서포트가 상대적으로 강성이 약한 다공성 부분에 붙을 수밖에 없으므로, 출력 후 다공성 보강 임플란트에서 서포트를 떼려고 할 때, 떨어지지 말아야할 다공성 부분까지 서포트와 함께 제거되는 문제가 발생하게 되면서, 완성된 제품의 불량률이 높았고, 이에 따라 3D 프린팅 제작 공정을 다시 수행해야 하는 문제가 있었는바, 불필요한 시간, 비용, 노고의 낭비가 초래되었다.

이에 관련 업계에서는 환자의 골 생장을 극대화 하는 다공성 구조를 가지되, 다공성 부분을 보호하고, 3D 프린팅 제작시 필요한 서포트의 제거를 용이하게 할 수 있는 새로운 기술의 도입을 요구하고 있는 실정이다.

한국공개특허공보 제10-2014-0031828호(2014.03.13.)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로,

본 발명의 목적은, 인공관절치환술에서 손상되거나 결손된 골 부분을 보상하고 안정성을 제공함으로써 환자의 통증을 완화하고 회복을 촉진하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 다수의 공극이 형성된 다공성 구조의 바디부를 구성하여, 표면 거칠기와 자생적인 골내성장으로 높은 안정성을 유도하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 다공성 구조로 이루어진 바디부에 다공성 구조보다 강도가 높은 비다공성 구조의 프레임부를 결합하여, 바디부의 기계적 강도를 높이고, 외력에 의한 바디부의 손상을 방지하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 프레임부의 영역을 최소화하고, 바디부의 영역을 최대화함으로써, 골 성장을 극대화하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 다공성 구조의 바디부에 비다공성 구조의 프레임부를 결합하더라도, 프레임부가 바디부의 어느 일 면도 폐쇄하지 않도록 함으로써, 보강 임플란트를 특정 방향만이 아니라, 다양한 방향으로 삽입할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 비다공성 구조의 프레임부를 구성해 상대적으로 강도가 약한 다공성 구조의 바디부를 보호하면서도, 바디부의 공극률 저하를 최소화하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 바디부에 프레임부를 형성하더라도 어느 일면이 프레임부에 의해 막히지 않도록 함으로써, 프레임부가 바디부의 일면을 덮을 경우, 해당 면에서의 골내성장이 유도될 수 없고, 이로 인해 해당 면이 강한 고정력이 발현되어야 할 골접촉면으로 될 수 없는 문제를 방지하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 바디부 중에서 면과 면 사이의 경계인 엣지 상에 선형의 프레임부를 형성함으로써, 바디부를 보호하고 그 강도를 높이며, 바디부가 다양한 방향에서 높은 공극률을 가져 어느 방향에서든지 골 성장을 촉진할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 바디부 중 임플란트와 접촉하는 면인 임플란트접촉면과 골과 접촉하는 면인 골접촉면 사이의 경계인 접촉 엣지를 따라 엣지프레임부를 구성하여, 강도가 약한 바디부의 단부가 파손되는 것을 방지하며, 3D 프린팅에 의해 보강 임플란트를 제작할 때 엣지프레임부 상에 서포트가 연결되도록 함으로써 서포트를 제거하는 과정에서 다공성 구조의 손상없이 그 제거가 용이하게 이루어지도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 임플란트접촉면과 골접촉면이 형성하는 접촉 엣지를 샤프 엣지로 구성하여, 보강 임플란트를 임플란트에 접촉시킬 때 빈 공간이 생성되는 것을 최소화하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 관통홀을 일측에서 타측방향으로 갈수록 축경되어 절두원추형상의 공간을 형성하는 제1테이퍼홀과, 상기 제1테이퍼홀에 대향되며 타측에서 일측방향으로 갈수록 축경되어 절두원추형상의 공간을 형성하는 제2테이퍼홀과, 상기 제1테이퍼홀과 상기 제2테이퍼홀을 연통시키는 연결홀을 포함하도록 구성하여, 보강 임플란트를 고정하기 위한 스크류 등의 고정수단을 관통홀에 삽입했을 때, 테이퍼진 경사면을 따라 고정수단의 삽입 각도를 다양하게 함으로써, 환자의 상태에 맞는 다양한 방향으로의 고정이 가능하도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 바디부에 형성된 관통홀의 내측에 홀프레임부를 구성하여, 보강 임플란트를 고정하기 위해 관통홀 내에 체결수단을 삽입할 때 관통홀 주변의 바디부가 외력에 의해 손상되는 것을 방지하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 홀프레임부를 일면과 타면이 개방된 통형으로 형성하되, 홀프레임부의 외부표면이 관통홀의 내부표면과 상보적인 형상을 가지도록 함에 따라, 홀프레임부가 관통홀 상에 안정적으로 고정되어 관통홀을 보호하면서 체결수단과 견고하게 결합될 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 3D 프린팅에 의해 다공성 구조의 바디부에 비다공성 구조를 가지는 프레임부가 결합된 보강 임플란트가 일체 제작될 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 3D 프린팅을 이용해 마이크로 사이즈 등의 미세 공극을 가지는 다공성 구조를 정확하고 용이하게 제작하는 것이다.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은, 골 대체 형상을 가지는 바디부와, 상기 바디부의 손상을 방지하는 형상을 가지며 상기 바디부에 결합되는 프레임부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 바디부는, 골내성장을 유도하는 공극이 형성된 다공성 구조인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 프레임부는, 상기 다공성 구조보다 강도가 높은 비다공성 구조인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 프레임부는, 상기 바디부의 다방향 삽입이 가능하도록 상기 바디부의 어느 일 면도 폐쇄하지 않는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 바디부는, 면과 면 사이의 경계인 엣지(Edge)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 엣지(Edge)는, 상기 바디부 중 임플란트와 접촉하는 면인 임플란트접촉면과 골과 접촉하는 면인 골접촉면 사이의 경계인 접촉 엣지를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 접촉 엣지는, 상기 임플란트와 상기 임플란트접촉면 간의 빈 공간을 최소화하는 샤프 엣지(Sharp Edge)를 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 프레임부는, 상기 접촉 엣지 상에 형성된 엣지프레임부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 임플란트접촉면은, 임플란트의 외주면과 상보적인 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 바디부는, 일면에서 타면을 관통하도록 형성된 관통홀을 포함하며, 상기 프레임부는, 상기 관통홀 내측에 형성된 홀프레임부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 관통홀은, 일측에서 타측방향으로 갈수록 축경되어 절두원추형상의 공간을 형성하는 제1테이퍼홀과, 상기 제1테이퍼홀에 대향되며 타측에서 일측방향으로 갈수록 축경되어 절두원추형상의 공간을 형성하는 제2테이퍼홀과, 상기 제1테이퍼홀과 상기 제2테이퍼홀을 연통시키는 연결홀을 포함하여, 고정수단의 다방향 고정을 가능하게 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 홀프레임부는, 일면과 타면이 개방된 통형으로 형성되어 상기 관통홀의 내부표면을 감싸고, 상기 홀프레임부의 외부표면은, 상기 관통홀의 내부표면과 상보적인 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 보강 임플란트는, 3D 프린팅에 의해 일체 제작되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 보강 임플란트는, 상기 프레임부에 3D 프린팅시 발생하는 서포트(Support)가 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은, 인공관절치환술에서 손상되거나 결손된 골 부분을 보상하고 안정성을 제공함으로써 환자의 통증을 완화하고 회복을 촉진하는 효과를 가진다.

본 발명은, 다수의 공극이 형성된 다공성 구조의 바디부를 구성하여, 표면 거칠기와 자생적인 골내성장으로 높은 안정성을 유도하는 효과를 도출한다.

본 발명은, 다공성 구조로 이루어진 바디부에 다공성 구조보다 강도가 높은 비다공성 구조의 프레임부를 결합하여, 바디부의 기계적 강도를 높이고, 외력에 의한 바디부의 손상을 방지하는 효과가 있다.

본 발명은, 프레임부의 영역을 최소화하고, 바디부의 영역을 최대화함으로써, 골 성장을 극대화하는 효과를 가진다.

본 발명은, 다공성 구조의 바디부에 비다공성 구조의 프레임부를 결합하더라도, 프레임부가 바디부의 어느 일 면도 폐쇄하지 않도록 함으로써, 보강 임플란트를 특정 방향만이 아니라, 다양한 방향으로 삽입할 수 있도록 하는 효과를 도출한다.

본 발명은, 비다공성 구조의 프레임부를 구성해 상대적으로 강도가 약한 다공성 구조의 바디부를 보호하면서도, 바디부의 공극률 저하를 최소화하는 효과가 있다.

본 발명은, 바디부에 프레임부를 형성하더라도 어느 일면이 프레임부에 의해 막히지 않도록 함으로써, 프레임부가 바디부의 일면을 덮을 경우, 해당 면에서의 골내성장이 유도될 수 없고, 이로 인해 해당 면이 강한 고정력이 발현되어야 할 골접촉면으로 될 수 없는 문제를 방지하는 효과를 가진다.

본 발명은, 바디부 중에서 면과 면 사이의 경계인 엣지 상에 선형의 프레임부를 형성함으로써, 바디부를 보호하고 그 강도를 높이며, 바디부가 다양한 방향에서 높은 공극률을 가져 어느 방향에서든지 골 성장을 촉진할 수 있도록 하는 효과를 도출한다.

본 발명은, 바디부 중 임플란트와 접촉하는 면인 임플란트접촉면과 골과 접촉하는 면인 골접촉면 사이의 경계인 접촉 엣지를 따라 엣지프레임부를 구성하여, 강도가 약한 바디부의 단부가 파손되는 것을 방지하며, 3D 프린팅에 의해 보강 임플란트를 제작할 때 엣지프레임부 상에 서포트가 연결되도록 함으로써 서포트를 제거하는 과정에서 다공성 구조의 손상없이 그 제거가 용이하게 이루어지도록 하는 효과가 있다.

본 발명은, 임플란트접촉면과 골접촉면이 형성하는 접촉 엣지를 샤프 엣지로 구성하여, 보강 임플란트를 임플란트에 접촉시킬 때 빈 공간이 생성되는 것을 최소화하는 효과를 가진다.

본 발명은, 관통홀을 일측에서 타측방향으로 갈수록 축경되어 절두원추형상의 공간을 형성하는 제1테이퍼홀과, 상기 제1테이퍼홀에 대향되며 타측에서 일측방향으로 갈수록 축경되어 절두원추형상의 공간을 형성하는 제2테이퍼홀과, 상기 제1테이퍼홀과 상기 제2테이퍼홀을 연통시키는 연결홀을 포함하도록 구성하여, 보강 임플란트를 고정하기 위한 스크류 등의 고정수단을 관통홀에 삽입했을 때, 테이퍼진 경사면을 따라 고정수단의 삽입 각도를 다양하게 함으로써, 환자의 상태에 맞는 다양한 방향으로의 고정이 가능하도록 하는 효과를 도출한다.

본 발명은, 바디부에 형성된 관통홀의 내측에 홀프레임부를 구성하여, 보강 임플란트를 고정하기 위해 관통홀 내에 체결수단을 삽입할 때 관통홀 주변의 바디부가 외력에 의해 손상되는 것을 방지하는 효과가 있다.

본 발명은, 홀프레임부를 일면과 타면이 개방된 통형으로 형성하되, 홀프레임부의 외부표면이 관통홀의 내부표면과 상보적인 형상을 가지도록 함에 따라, 홀프레임부가 관통홀 상에 안정적으로 고정되어 관통홀을 보호하면서 체결수단과 견고하게 결합될 수 있도록 하는 효과를 가진다.

본 발명은, 3D 프린팅에 의해 다공성 구조의 바디부에 비다공성 구조를 가지는 프레임부가 결합된 보강 임플란트가 일체 제작될 수 있도록 하는 효과를 도출한다.

본 발명은, 3D 프린팅을 이용해 마이크로 사이즈 등의 미세 공극을 가지는 다공성 구조를 정확하고 용이하게 제작하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 다공성 임플란트를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보강 임플란트를 일 시점에서 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보강 임플란트를 다른 시점에서 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 바디부를 도시한 도면.
도 5는 라운드 엣지를 가지는 바디부와 임플란트와의 결합 및 샤프 엣지를 가지는 바디부와 임플란트와의 결합을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 관통홀을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 프레임부를 도시한 도면.
도 8은 프레임부에 서포트가 결합되는 것을 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 사용상태도.
도 10은 본 발명의 사용상태도.

이하에서는 본 발명에 따른 보강 임플란트의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 공지의 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고 만약 본 명세서에서 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에서 사용된 정의에 따른다.

본 발명인 보강 임플란트(1)는, 인공관절치환술에서 손상되거나 결손된 골 부분을 보상하기 위한 것으로, 안정성을 제공하고, 환자의 통증을 완화하며, 회복을 촉진하기 위해 사용되는 것이다. 상기 보강 임플란트(1)는 환자의 자생적인 골내성장을 촉진할 수 있도록 다공성 구조를 가지도록 형성함으로써, 보강 임플란트(1)가 환자의 몸속에 이식되더라도 생체 내 이상반응을 일으키지 않고, 환자의 본래 뼈와 잘 유합될 수 있도록 한다. 단, 보강 임플란트(1)를 다수의 공극이 형성된 다공성 구조만으로 구성할 경우, 기계적 강도가 약화되어 외력에 의해 쉽게 찌그러지거나 깨지는 등의 문제가 유발될 수 있고, 이 과정에서 미세 입자인 포러스 파티클(Porous Particle)이 형성될 수 있는바, 보강 임플란트(1)가 전체적으로 다공성 구조를 가지도록 형성하되, 특정 부분에는 강도를 보강하기 위한 별도의 수단이 추가적으로 형성된 특징이 있다.

상기 보강 임플란트(1)가 제작되는 방식을 어느 특정 방식으로만 한정하는 것은 아니지만, 바람직하게는, 적층 제조(Additive Manufacturing) 방식인 3D 프린팅에 의해 제작될 수 있다. 후술하겠지만, 상기 보강 임플란트(1)는 다공성 구조의 바디부(10)와, 비다공성 구조의 프레임부(30)로 크게 구분되는데, 바디부(10)를 형성하고 프레임부(30)를 결합시키거나, 프레임부(30)를 형성하고 그 위에 바디부(10)를 구성하는 것 등을 제외하는 것은 아니지만, 바람직하게는, 바디부(10)와 프레임부(30)는 3D 프린팅에 의해 일체 제작될 수 있다. 이로써, 마이크로 사이즈, 나노 사이즈 등의 미세 공극을 가지는 다공성 구조를 포함한 보강 임플란트(1)를 보다 정확하고 용이하게 제작할 수 있게 된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보강 임플란트(1)를 일 시점에서 도시한 도면이고, 도 3은 다른 시점에서 도시한 도면으로, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명인 보강 임플란트(1)는, 바디부(10), 프레임부(30)를 포함한다.

상기 바디부(10)는, 골 손상 부위를 대체하는 형상을 가지는 구성으로, 도시된 바와 같이, 골내성장을 유도하는 공극이 형성된 다공성 구조로 구성된다. 다수의 공극이 형성된 다공성 구조의 상기 바디부(10)를 구성함으로써, 표면 거칠기를 높여 바디부(10)가 골에 안정적으로 안착될 수 있도록 하고, 다수의 공극을 통해 골내성장을 촉진할 수 있다.

상기 바디부(10)의 형상은 어느 특정 형상으로만 제한되는 것은 아니며, 골 손상, 결손 등이 발생한 골 부위를 채우는데 적합한 형상을 가지도록 구성될 수 있다. 이를 위해, MRI나 CT와 같은 의료영상 등을 재구성하여 보강 임플란트(1)가 필요한 환자의 골 부위를 측정하고, 모델링하는 과정 및 3D 프린팅 과정을 통해 환자 맞춤형으로 상기 바디부(10)를 형성할 수 있다. 상기 바디부(10)는 환자의 결손된 골의 형상과 상보적인 형상을 가지도록 구성됨이 바람직하다. 상기 바디부(10)는 면을 형성하는데, 임플란트 보철물(Prosthesis)과 접촉하는 면인 임플란트접촉면(101)과, 골과 접촉하는 면인 골접촉면(103)과, 상기 임플란트접촉면(101)과 상기 골접촉면(103)을 연결하는 연결면(105)으로 구분될 수 있다. 본 발명인 보강 임플란트(1)는 바람직하게는 고관절 리비전(Revision) 수술에 사용될 수 있으며, 환자의 비구(Acetabular)에 삽입되는 임플란트 보철물인 비구컵(Acetabular Cup) 측면에 결합되어 손상된 골을 재건하는데 사용되고, 이를 위해 상기 바디부(10)의 임플란트접촉면(101)은 임플란트 보철물의 외주면과 상보적인 형상을 가지도록 구성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 바디부(10)를 도시한 도면으로, 이러한 상기 바디부(10)는, 엣지(11), 관통홀(13)을 포함한다.

상기 엣지(Edge)(11)는, 상기 바디부(10)의 서로 다른 면과 면이 만나는 경계를 의미하는 것으로, 물체에서 모가 진 가장자리인 모서리를 의미하는 것으로 볼 수 있다. 즉, 상기 엣지(11)는, 상기 임플란트접촉면(101)과 골접촉면(103) 사이의 경계, 상기 골접촉면(103)과 연결면(105) 사이의 경계, 상기 연결면(105)과 상기 임플란트접촉면(101) 사이의 경계 등에서 형성될 수 있다.

상기 엣지(11)는 접촉 엣지(111)를 포함하는데, 상기 접촉 엣지(111)란, 상기 바디부(10) 중 임플란트와 접촉하는 면인 임플란트접촉면(101)과 골과 접촉하는 면인 골접촉면(103) 사이의 경계를 의미한다. 바람직하게는, 상기 접촉 엣지(111)는, 상기 임플란트(A)와 상기 임플란트접촉면(101) 간의 빈 공간을 최소화하는 샤프 엣지(Sharp Edge)를 형성하도록 구성될 수 있다.

샤프 엣지(Sharp Edge)는 라운드 엣지(Round Edge)에 반대되는 개념으로, 도 5는 라운드 엣지(Round Edge)를 가지는 바디부(10)와 임플란트(A)와의 결합 및 샤프 엣지(Sharp Edge)를 가지는 바디부(10)와 임플란트(A)와의 결합을 도시하고 있다. 도 5를 참조하면, 상기 접촉 엣지(111)가 라운드 엣지(Round Edge)를 가지도록 형성될 경우, 임플란트(A)와 보강 임플란트(1)가 결합되었을 때, 빈 공간이 많이 발생하게 되는 것을 알 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 상기 접촉 엣지(111)가 도 5의 우측에 도시된 바와 같이, 샤프 엣지(Sharp Edge)를 가지도록 구성함으로써, 보강 임플란트(1)를 임플란트(A)에 접촉시킬 때 빈 공간이 생성되는 것을 최소화한다.

상기 관통홀(13)은, 상기 바디부(10)의 일면에서 타면을 관통하도록 형성된 구멍을 가리키며, 체결수단이 삽입될 수 있는 공간을 제공하는 구성이다. 상기 관통홀(13)은 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 바디부(10)의 임플란트접촉면(101)에서 골접촉면(103)을 관통하도록 형성될 수도 있고, 상기 바디부(10)의 연결(105)에서 골접촉면(103)을 관통하도록 형성될 수도 있다. 이러한 상기 관통홀(13)의 형상은 체결수단의 삽입이 용이하도록 단면의 형상이 원형으로 구성됨이 바람직할 수 있다. 또한 보강 임플란트(1)의 고정력 확보를 위해, 상기 관통홀(13)은 상기 바디부(10)에 복수 개로 구성될 수 있다.

도 6은 본 발명의 관통홀(13)을 도시한 도면으로, 도 6을 참고하면, 상기 관통홀(13)은, 제1테이퍼홀(131), 제2테이퍼홀(133), 연결홀(135)을 포함한다.

상기 제1테이퍼홀(131)은, 일측에서 타측방향으로 갈수록 축경되어 절두원추형상의 공간을 형성하는 구성을 말한다. 상기 제1테이퍼홀(131)에 의해 경사면이 형성되는바, 경사면을 따라 가이드된 스크류(Screw), 골 시멘트(Bone Cement) 등의 고정수단(S)이 다양한 각도로 삽입되어 고정될 수 있게 된다.

상기 제2테이퍼홀(133)은, 상기 제1테이퍼홀(131)에 대향되며 타측에서 일측방향으로 갈수록 축경되어 절두원추형상의 공간을 형성하는 구성을 말한다. 상기 제2테이퍼홀(133)에 의해 상기 제1테이퍼홀(131)의 반대쪽에도 경사면이 형성되므로, 일측에서 타측 방향으로의 고정수단(S)의 다방향 고정뿐만 아니라, 타측에서 일측 방향으로서 고정수단(S)의 다방향 고정이 가능해 질 수 있다.

상기 연결홀(135)은, 상기 제1테이퍼홀(131)과 상기 제2테이퍼홀(133)을 연통시키는 구성으로, 상기 연결홀(135)의 형상을 어느 특정 형상으로만 한정하는 것은 아니지만, 바람직하게는, 원기둥 형상의 공간을 형성하는 구성으로 볼 수 있으며, 상기 연결홀(135)을 통해 수직방향의 고정수단(S) 삽입이 가능할 수 있다.

상기 프레임부(30)는, 상기 바디부(10)의 손상을 방지하는 형상을 가지며 상기 바디부(10)에 결합되는 구성으로, 상기 다공성 구조보다 강도가 높은 비다공성 구조로 형성된다. 비다공성 구조란, 다공성 구조의 반대되는 개념으로, 공극이 전혀 없는 것을 포함함은 물론이거니와, 상기 프레임부(30)가 상기 바디부(10)의 강도를 보강하고 다공성 구조물을 보호하기 위한 구성이며, 공극률(Porosity)이 낮을 수록 강도는 상대적으로 높아질 수 있다는 점에서, 상기 다공성 구조에 비해 공극률이 낮은 구조도 포함하는 광의의 개념으로 봄이 바람직하다. 이러한, 비다공성 구조의 상기 프레임부(30)를 구성해 상대적으로 강도가 약한 다공성 구조의 상기 바디부(10)를 보호하며, 상기 바디부(10)의 기계적 강도를 높이고, 외력에 의한 상기 바디부(10)의 손상을 방지하면서도, 상기 바디부(10)의 공극률 저하를 최소화할 수 있게 된다.

보다 바람직하게는, 상기 프레임부(30)는, 상기 바디부(10)의 다방향 삽입이 가능하도록 상기 바디부(10)의 어느 일 면도 폐쇄하지 않는다. 즉, 다공성 구조의 상기 바디부(10)에 비다공성 구조의 상기 프레임부(30)를 결합하더라도, 상기 프레임부(30)가 상기 바디부(10)의 어느 일 면도 폐쇄하지 않도록 함으로써, 상기 보강 임플란트(1)를 특정 방향만이 아니라, 다양한 방향으로 삽입할 수 있게 된다. 만일 상기 프레임부(30)가 상기 바디부(10)의 일면을 덮을 경우에는, 해당 면에서의 골내성장이 유도될 수 없고, 이로 인해 해당 면이 강한 고정력이 발현되어야 할 골접촉면으로 될 수 없는 문제가 발생할 수 있다. 그러나, 상기 바디부(10)에 상기 프레임부(30)를 형성하더라도 어느 일면이 상기 프레임부(30)에 의해 막히지 않도록 함으로써, 모든 방향에서 골 침투가 가능하게 됨에 따라, 수술후 보강 임플란트(1)와 환자의 골 사이에 강한 결합이 발생하도록 할 수 있다.

전술한 바에 의하면, 복잡한 형상을 가지는 다공성 구조를 포함하는 보강 임플란트(1)를 용이하게 제작하기 위해서는, 상기 보강 임플란트(1)를 3D 프린팅에 의해 일체 제작함이 바람직하다고 하였는데, 3D 프린팅에 의한 출력 과정에서는 재료를 적층하는 방식이 사용되기 때문에, 3D 프린터로 인쇄되는 출력물에 비어있는 공간이 있을 경우, 이를 지지하는 수단이 필요하게 된다. 그러한 지지수단이 없으면 3D 프린터는 허공에 재료를 분출할 수도 있고, 인쇄된 출력물에는 처짐현상 등이 발생할 수 있기 때문이다. 본 발명인 보강 임플란트(1)는 환자의 해부학적 형상에 상보적인 형상을 가지게 되는바, 비정형의 보강 임플란트(1)를 3D 프린팅 방식에 의해 사전에 계획된 형상대로 구현해 내기 위해서는 비정형의 보강 임플란트(1)를 지지하는 서포트(S)를 함께 출력해야 할 필요가 있다.

상기 서포트(S)는 완성된 보강 임플란트(1) 상에서 결국 제거가 되는데, 상기 서포트(S)가 다공성 구조를 가지는 바디부(10)에 결합될 경우, 상기 서포트(S)를 제거하는 과정에서, 상대적으로 강도가 약한 바디부(10)가 서포트(S)와 함께 떨어져 나갈 수가 있으며, 이 경우 보강 임플란트(1)를 재출력해야하는 번거로움과, 비용 및 시간의 낭비 등이 발생한다.

이에 본 발명은 보강 임플란트(1)를 3D 프린팅에 의해 일체 제작하되, 3D 프린팅시 발생하는 서포트(S)가 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 프레임부(30)에 연결되도록 함으로써, 서포트(S)가 보강 임플란트(1) 상에 붙어서 출력되더라도, 상대적으로 강도가 강하고 매끈한 표면을 가지는 프레임부(30)로부터 상기 서포트(S)가 용이하게 제거될 수 있도록 한다.

도 7은 본 발명의 프레임부(30)를 도시한 도면으로, 이러한 상기 프레임부(30)는, 엣지프레임부(31), 홀프레임부(33)를 포함한다.

상기 엣지프레임부(31)는, 상기 접촉 엣지(111) 상에 형성된 비다공성 구조의 프레임부(30)를 말한다. 상기 바디부(10) 중 임플란트와 접촉하는 면인 임플란트접촉면(101)과 골과 접촉하는 면인 골접촉면(103) 사이의 경계인 접촉 엣지(111)를 따라 상기 엣지프레임부(31)를 구성하여, 강도가 약한 상기 바디부(10)의 단부가 파손되는 것을 방지하며, 3D 프린팅에 의해 보강 임플란트(1)를 제작할 때 상기 엣지프레임부(31) 상에 서포트(S)가 연결되도록 함으로써 서포트를 제거하는 과정에서 다공성 구조의 손상없이 그 제거가 용이하게 이루어지도록 한다. 무엇보다도, 상기 바디부(10) 중에서 면과 면 사이의 경계인 엣지 상에 선형의 상기 엣지프레임부(31)를 형성함으로써, 상기 프레임부(30)의 영역을 최소화하고, 상기 바디부(10)의 영역을 최대화함으로써, 골 성장을 극대화할 수 있으며, 상기 바디부(10)가 다양한 방향에서 높은 공극률을 가져 어느 방향에서든지 골 성장을 촉진할 수 있게 된다.

상기 홀프레임부(33)는, 상기 관통홀(13) 내측에 형성된 프레임부(30)로, 도 7에 도시된 바와 같이, 일면과 타면이 개방된 통형으로 형성되어 상기 관통홀(13)의 내부표면을 감싸도록 구성된다. 상기 홀프레임부(33)를 통해 보강 임플란트(1)를 고정하기 위해 상기 관통홀(13) 내에 체결수단을 삽입할 때 상기 관통홀(13) 주변의 상기 바디부(10)가 외력에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다. 상기 홀프레임부(33)의 외부표면은 상기 관통홀(13)의 내부표면과 상보적인 형상을 가지도록 구성됨이 바람직하다. 이를 통해 상기 홀프레임부(33)가 상기 관통홀(13) 상에 안정적으로 고정되어 상기 관통홀(13)을 보호하면서 체결수단과 견고하게 결합될 수 있다. 바람직하게는 상기 홀프레임부(33)는 상기 관통홀(13)의 개수만큼 형성될 수 있다.

도 9는 본 발명의 사용상태도로, 도 9를 참조하여 설명하면, 본 발명인 보강 임플란트(1)는, 고관절 리비전(Revision) 수술 등에 사용될 수 있으며, 환자의 비구(Acetabular)에 삽입되는 임플란트 보철물인 비구컵(Acetabular Cup) 측면에 결합되어 손상된 골을 재건할 수 있다. 본 발명인 보강 임플란트(1)는 임플란트 보철물(A)에 결합되어 환자의 골 결손 부위 등을 보강하는 것으로, 골내성장을 촉진하는 다공성 구조의 바디부(10)를 형성하되, 이러한 바디부(10)를 보호하고 강도를 높이기 위해 바디부(10)의 접촉 엣지(111)를 따라 엣지프레임부(31)를 구성하며, 바디부(10)의 관통홀(13) 내측에 홀프레임부(33)를 구성한다. 이때 상기 바디부(10)의 어느 일면도 프레임부(30)에 의해 폐쇄되지 않는바, 상기 바디부(10)를 다양한 방향으로 삽입할 수 있게 되며, 모든 방향에서의 골 성장이 가능하게 된다. 게다가, 바디부(10)의 엣지(11)가 샤프 엣지(Sharp Edge)를 형성하도록 함으로써, 임플란트(A)와 보강 임플란트(1) 결합할 때 불필요한 이격 공간이 발생하는 것을 막을 수 있다. 3D 프린팅 시 서포트는 상기 프레임부(30)에 결합되도록 설계되므로, 서포트를 제거하는 과정에서 상대적으로 강도가 약한 바디부(10)가 깨지거나, 서포트와 함께 떨어져 나가는 등의 문제를 방지하게 된다.

또한, 상기 관통홀(13)은 일측에서 타측방향으로 갈수록 축경되어 절두원추형상의 공간을 형성하는 제1테이퍼홀(131)과, 상기 제1테이퍼홀(131)에 대향되며 타측에서 일측방향으로 갈수록 축경되어 절두원추형상의 공간을 형성하는 제2테이퍼홀(133)과, 상기 제1테이퍼홀(131)과 상기 제2테이퍼홀(133)을 연통시키는 연결홀(135)을 포함하도록 구성하고, 일면과 타면이 개방된 통형으로 형성되어 상기 관통홀(13)의 내부표면을 감싸는 홀프레임부(33)를 구성하며, 상기 홀프레임부(33)의 외부표면은 상기 관통홀(13)의 내부표면과 상보적인 형상을 가지도록 함으로써, 도 10에 도시된 바와 같이, 스크류 등의 고정수단(S)이 상기 관통홀(13)의 경사진 내벽면을 따라 다양한 각도로 삽입될 수 있고, 이 과정에서 상기 홀프레임부(33)에 의해 상대적으로 강도가 약한 관통홀(13)이 외력에 의해 손상되지 않을 수 있게 된다.

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 범위내에서 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. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

1: 보강 임플란트
10: 바디부
101: 임플란트접촉면
103: 골접촉면
105: 연결면
11: 엣지
111: 접촉 엣지
13: 관통홀
131: 제1테이퍼홀
133: 제2테이퍼홀
135: 연결홀
30: 프레임부
31: 엣지프레임부
33: 홀프레임부

Claims

골 내성장을 유도하는 공극이 포함된 다공성 구조로 형성되어 골 대체 형상을 가지는 바디부와, 상기 다공성 구조보다 강도가 높은 비다공성 구조로 형성되어 상기 바디부의 손상을 방지하는 형상을 가지면서 상기 바디부에 결합되는 프레임부를 포함하고,
상기 바디부는, 임플란트 보철물에 접촉하는 면인 임플란트접촉면과, 골에 접촉하는 면인 골접촉면과, 상기 임플란트접촉면 및 상기 골접촉면을 연결하는 연결면을 포함하되, 상기 임플란트접촉면과 상기 골접촉면 사이의 경계인 접촉 엣지를 형성하며,
상기 프레임부는, 3D 프린팅시 서포트가 형성될 수 있도록, 상기 바디부의 임플란트접촉면, 골접촉면 및 연결면 중 어느 일 면도 폐쇄하지 않으면서 상기 접촉 엣지 상에 형성되어 상기 서포트 제거시 다공성 부분의 손상을 방지하는 선형의 엣지프레임부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 보강 임플란트.
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제1항에 있어서,
상기 접촉 엣지는, 상기 임플란트와 상기 임플란트접촉면 간의 빈 공간을 최소화하는 샤프 엣지(Sharp Edge)를 형성하는 것을 특징으로 하는, 보강 임플란트.
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제1항에 있어서,
상기 임플란트접촉면은, 임플란트의 외주면과 상보적인 형상을 가지는 것을 특징으로 하는, 보강 임플란트.
제1항에 있어서,
상기 바디부는, 일면에서 타면을 관통하도록 형성된 관통홀을 포함하며,
상기 프레임부는, 상기 관통홀 내측에 형성된 홀프레임부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 보강 임플란트.
제10항에 있어서,
상기 관통홀은, 일측에서 타측방향으로 갈수록 축경되어 절두원추형상의 공간을 형성하는 제1테이퍼홀과, 상기 제1테이퍼홀에 대향되며 타측에서 일측방향으로 갈수록 축경되어 절두원추형상의 공간을 형성하는 제2테이퍼홀과, 상기 제1테이퍼홀과 상기 제2테이퍼홀을 연통시키는 연결홀을 포함하여, 고정수단의 다방향 고정을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는, 보강 임플란트.
제11항에 있어서,
상기 홀프레임부는, 일면과 타면이 개방된 통형으로 형성되어 상기 관통홀의 내부표면을 감싸고, 상기 홀프레임부의 외부표면은, 상기 관통홀의 내부표면과 상보적인 형상을 가지는 것을 특징으로 하는, 보강 임플란트.
제1항, 제7항 및 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보강 임플란트는, 3D 프린팅에 의해 일체 제작되는 것을 특징으로 하는, 보강 임플란트.
제13항에 있어서,
상기 보강 임플란트는, 상기 프레임부에 3D 프린팅시 발생하는 서포트(Support)가 연결되는 것을 특징으로 하는, 보강 임플란트.