KR102585850B1 - 인공관절 모의수술 보조장치 및 모의수술 평가방법 - Google Patents

인공관절 모의수술 보조장치 및 모의수술 평가방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일측면에 따르면, 모형뼈 한 쌍을 인체의 무릎관절 형태로 재현시켜 정렬하는 관절고정부; 및 상기 관절고정부의 외곽을 레일을 따라 이동하는 3d카메라를 설치하고, 상기 3d카메라를 이용해 모형뼈의 절삭면을 측정하여 피드백 데이터를 획득하도록 된 카메라 설치부;를 포함하는 인공관절 모의수술 보조장치가 제공될 수 있다.

Description

인공관절 모의수술 보조장치 및 모의수술 평가방법{Surgery Simulation Apparatus for Artificial Joint}
본 발명은 인공관절 모의수술 보조장치 및 모의수술 평가방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실제 수술상황과 유사한 환경에서 미리 무릎관절의 정렬과정부터 경골의 근위단부와 대퇴골의 원위단부를 일정량 절삭하는 모의 수술을 과정을 실습할 수 있도록 하는 인공관절 모의수술 보조장치 및 모의수술 평가방법에 관한 것이다.
고령화 시대에 진입하면서 무릎 관절의 수명이 중요해졌고, 이에 따라 부분치환 인공슬관절에 대한 필요성이 중요해지고 있다.
변형성 무릎관절증이나 만성 관절류머티즘 등에 의하여 무릎관절이 고도로 변형된 경우, 정상적인 기능으로 회복시키기 위하여, 인공관절로 치환하는 수술이 행해지고 있다.
인공관절이란 사람의 관절 일부가 관절염, 외상 등에 의해 제 기능을 하지 못하는 경우, 파괴된 관절을 대체하는 임플란트를 의미한다. 이러한 인공관절을 위한 치환술은 대체할 관절 부위의 뼈 일부를 절삭한 뒤 그 위치에 임플란트를 이식함으로써 이루어진다.
변형성 무릎관절증이나 만성 관절류머티즘 등에 의하여 무릎관절이 고도로 변형된 경우, 정상적인 기능으로 회복시키기 위하여, 인공관절로 치환하는 수술이 행해지고 있다.
이러한 치환술은 고도의 시술능력이 요구된다.
치환술에 이용되는 임플란트 즉, 인공관절은 크게 경골(Tibia) 삽입부재와 대퇴골(Femur) 삽입부재, 그리고 양자의 사이에 위치하여 베어링 역할을 수행하는 인서트로 나누어 볼 수 있다.
상기 경골 삽입부재와 대퇴골 삽입부재를 이식하기 위해선 경골의 근위단부와 대퇴골의 원위단부를 일정량 절삭하여야 하는데, 절단면의 기울기 및 절삭량에 따라 삽입부재의 부착 가능여부가 좌우되므로 이러한 절삭작업은 고도의 정밀함과 숙련도가 요구된다.
그러나, 이러한 치환술의 정밀함과 숙련도는 오랫동안의 시술경험을 통해서 축적되고 향상되는 것이어서, 미숙련자의 시술로 인한 의료사고의 위험과 후유증이 남는 문제가 있었다.
특히, 환자의 신체조건이 저마다 상이하고 경골과 대퇴골이 불특정한 각도로 꺽여진 상태에서의 치환술을 수행해야 하는 등 까다로운 조건으로 인해 쉽게 숙련도가 향상되지 못하는 문제점이 있었다.
따라서, 실제와 유사한 모의상황을 다양하게 연출하여 치환술을 연습하고 익힐 수 있도록 하는 인공관절 모의수술 보조장치의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-2019889호
본 발명은 실제 수술상황과 유사한 환경에서 미리 무릎관절의 정렬과정부터 경골의 근위단부와 대퇴골의 원위단부를 일정량 절삭하는 모의 수술을 과정을 실습할 수 있도록 하는 인공관절 수술을 위한 모의수술 보조장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 모의 수술을 통해 절삭된 뼈 단면을 3D 카메라를 이용해 측정토록 함으로써, 절단면의 기울기 및 절삭량을 데이터화시켜 피드백함으로써, 학습평가 자료로 사용할 수 있고, 시술의 정확도 및 숙련도를 향상하는데 있다.
본 발명의 일측면에 따르면, 모형뼈 한 쌍을 인체의 무릎관절 형태로 재현시켜 정렬하는 관절고정부; 및 상기 관절고정부의 외곽을 레일을 따라 이동하는 3d카메라를 설치하고, 상기 3d카메라를 이용해 모형뼈의 절삭면을 측정하여 피드백 데이터를 획득하도록 된 카메라 설치부;를 포함하는 인공관절 모의수술 보조장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 관절고정부는, 모형뼈를 수직방향으로 정렬하는 제1고정부; 모형뼈를 수평방향으로 정렬하는 제2고정부; 및 상기 제1고정부와 제2고정부 사이를 일정 회전반경의 자유도를 갖도록 연결하는 조인트부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 카메라 설치부는, 한 쌍이 상호 마주 보는 위치에 이격 설치되는 수직가이드부를 형성하고, 상기 수직가이드부의 상단을 연결하는 수평가이드부를 형성하며, 상기 수직가이드부 및 수평가이드부의 외면을 따라서 레일부를 형성하는 설치프레임; 및 3d카메라를 탑재한 상태로 상기 레일부를 따라 이동 가능하도록 설치되는 카메라 거치대;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 카메라 거치대는, 설치프레임의 레일부에 슬라이딩 가능하게 결합되는 레일가이드; 상기 레일가이드와 레일부 사이에 설치되어 구름 운동되는 베어링부재; 및 상기 레일가이드에 제1설치면이 회전 가능하게 힌지 결합되고, 상기 제1설치면으로부터 절곡 연장되어 3d카메라가 탑재되는 제2설치면을 형성하는 거치브라켓;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 조인트부는, 제1고정부 측에 일측이 결합되고 링-형상의 볼가이드를 형성하는 제1조인트부재; 및 상기 제1조인트부재의 볼가이드에 결합되는 볼부재를 형성하고 일측에 제2고정부가 결합되는 제2조인트부재;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 관절고정부를 이용해 모형뼈 한 쌍을 인체의 무릎관절 형태로 재현시켜 정렬하는 단계; 카메라 설치부를 이용해 3d카메라를 모형뼈 절삭 단면 촬영위치에 세팅하는 단계; 3d카메라를 촬영하여 모형뼈 절삭 단면의 복수 포인트에 대한 깊이 값을 측정하는 단계; 인공뼈 절삭 단면의 가로, 세로, 대각 방향 길이를 실측하는 단계; 및 측정 값을 기반으로 모형뼈 절삭 단면의 기울기를 산출하여 적합성을 평가하는 단계;를 포함하는 인공관절 모의수술 평가방법이 제공될 수 있다.
한편, 상기 깊이 값을 측정하는 단계는 모형뼈의 절삭 단면을 방사상의 8개 포인트로 분할하고 8개 각각의 포인트와 중심포인트에 대한 깊이(depth)값을 측정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 적합성 평가단계는 실측한 모형뼈 절삭 단면 길이(직경)의 절반을 밑변으로 하고 중심포인트와 8방향 외곽포인트 중 특정 포인트의 깊이 차이를 높이로 하는 삼각형을 그리고 역탄젠트 함수를 이용한 계산을 통해 8방향의 단면 기울기를 구하여 해당 절삭 단면의 인공 슬관절 장착 적합성을 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 인공관절 수술을 위한 모의수술 보조장치를 통해서 실제 수술상황과 유사한 환경에서 미리 무릎관절의 정렬과정부터 경골의 근위단부와 대퇴골의 원위단부를 일정량 절삭하는 모의 수술을 과정을 실습함으로써 시술자의 경험치와 숙련도를 최대로 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 모의 수술을 통해 절삭된 뼈 단면을 3D 카메라를 이용해 측정토록 함으로써, 절단면의 기울기 및 절삭량을 데이터화시켜 피드백함으로써, 학습평가 자료로 사용할 수 있고, 시술의 정확도 및 숙련도를 향상하는데 기여하는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 인공관절 모의수술 보조장치를 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 제1클램프를 이용해 모형뼈를 정렬하는 예를 도시한 확대도.
도 3은 도 1의 조인트부를 도시한 확대도.
도 4는 도 1의 카메라 거치대를 도시한 확대도.
도 5는 본 발명에 따른 모의수술 평가를 위한 절삭 단면의 측정포인트를 도시한 개념도.
도 6은 본 발명에 따른 모의수술 평가를 위한 절삭 단면 기울기 산출 예시도.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 인공관절 모의수술 보조장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 제1클램프를 이용해 모형뼈를 정렬하는 예를 도시한 확대도이며, 도 3은 도 1의 조인트부를 도시한 확대도이고, 도 4는 도 1의 카메라 거치대를 도시한 확대도이다.
동 도면에서 보는 바와 같은 본 발명에 따른 인공관절 모의수술 보조장치는 크게 관절고정부(100), 및 카메라 설치부(200)로 구성된다.
상기 관절고정부(100)는 모형뼈(300) 한 쌍을 인체의 무릎관절 형태로 재현시켜 정렬하는 것이다.
이하, 관절고정부(100)의 구성에 대해 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.
상기 관절고정부(100)는, 모형뼈(300)를 수직방향으로 정렬하는 제1고정부(110)를 형성한다. 한편, 또 다른 모형뼈(300)를 수평방향으로 정렬하는 제2고정부(120)가 제1고정부(110)와 세트로 형성된다.
이때, 상기 제1고정부(110)와 제2고정부(120)는 조인트부(130)로 연결되는데, 상기 조인트부(130)는 상기 제1고정부(110)와 제2고정부(120) 사이를 일정 회전반경의 자유도를 갖도록 볼조인트 방식으로 연결한다.
먼저, 상기 제1고정부(110)의 구성에 대해서 설명한다. 상기 제1고정부(110)의 구성은 도1, 도2를 통해서 개시된다.
상기 제1고정부(110)는 제1링크(111)를 형성한다. 상기 제1링크(111)는 길이방향으로 연장된 지지대의 구조를 갖는다.
상기 제1링크(111)는 길이방향으로 절개된 장공형태의 제1가이드홈(111a)을 형성한다. 상기 제1가이드홈(111a)에는 제1클램프(113)가 축 결합되어 길이방향으로 이동 가능하게 설치된다.
상기 제1클램프(113)는 "ㄷ"자형태의 고정클립(113a)를 형성하고, 상기 고정클립(113a)의 내측에는 고정클립(113a)의 일측벽에 대해 상대 거리를 좁히거나 넓힘으로써, 대상물을 물어서 클램핑되도록 하는 가동클립(113b)이 설치된다.
이때, 상기 가동클립(113b)은 가동샤프트(113c)에 연결되고, 가동샤프트(113c)는 고정클립(113a)의 타측벽을 관통하여 축 결합된다.
상기 고정클립(113a)의 타측벽을 관통한 가동샤프트(113c)는 제1링크(111)의 제1가이드홈(111a)을 관통하여 결합되며, 제1가이드홈(111a)의 길이방향으로 이동하여 결합위치를 가변할 수 있게 된다.
이때, 상기 가동클립(113b)과 고정클립(113a) 사이를 관통하는 가동샤프트(113c) 상에는 스프링 형태의 탄성부재(113d)가 개재될 수 있다.
이때, 상기 탄성부재(113d)는 가동클립(113b)을 일측방향으로 밀어서 가압하는 가압력을 제공하게 되는데, 이는 모형뼈(300)의 절삭작업시, 모형뼈(300)를 보다 강력하게 클램핑하는 동시에 절삭 진동을 감쇄시켜 정교한 절삭작업이 이루어지도록 지지하는 역할을 하게 된다.
이때, 모형뼈(300)를 클램핑하는 가동클립(113b)과 고정클립(113a)의 대향면에는 각각 패드(113e)를 설치할 수 있는데, 상기 패드(113e)는 고무재질을 이용할 수 있다.
이와 같은 패드(113e)는 모형뼈(300)가 미끌리는 것을 방지하는 역할과 함께 모형뼈(300)가 클램핑 압력에 의해 훼손되는 것을 방지하는 역할을 하게 된다.
한편, 상기 제2고정부(120)는 제2링크(121), 제2클램프(123)의 구성으로 이루어지는데, 제1고정부(110)의 제1링크(111), 제1클램프(113)의 구성과 상기 제2고정부(120)의 제2링크(121), 제2클램프(123)의 구성은 동일한 구성으로서 이에 대한 설명은 생략한다.
이하, 조인트부(130)에 대해서 설명한다.
상기 조인트부(130)는 제1고정부(110) 측에 일측이 결합되고 링-형상의 볼가이드(131a)를 형성하는 제1조인트부재(131)와, 상기 제1조인트부재(131)의 볼가이드(131a)에 결합되는 볼부재(133a)를 형성하고 일측에 제2고정부(120)가 결합되는 제2조인트부재(133)로 구성된다.
예컨대, 상기 제1조인트부재(131)는 링-형상의 볼가이드(131a)의 일측으로 막대형상의 연장부를 형성하여 제1고정부(110)의 제1링크(111) 단부에 연결되도록 할 수 있다.
마찬가지로 제2조인트부재(133)는 볼부재(133a)의 일측으로 막대형상의 연장부를 형성하여 제2고정부(120)의 제2링크(121) 단부에 연결되도록 할 수 있다.
상기 볼가이드(131a)는 볼부재(133a)의 외면을 감싸서 결합하게 되고, 볼부재(133a)의 구름운동이 이루어지게 된다.
이와 같은 결합구조를 통해서 상기 제2조인트부재(133)는 제1조인트부재(131)에 대하여 일정반경의 자유도를 갖는 회전운동이 가능하게 된다.
상기 조인트부(130)의 자유도에 의해 실습자는 모형뼈(300)를 실제 인체의 구조에 근접한 형태로 조절하여 정렬할 수 있게 된다.
이때, 상기 제1조인트부재(131)의 볼가이드(131a) 외측에는 체결부재(135)가 나사 결합되는데, 상기 체결부재(135)는 나사 결합력에 의해 볼부재(133a)를 가압시켜 볼조인트의 움직임을 고정시키는 역할을 하게 된다.
상기 체결부재(135)는 드라이버 등의 체결공구를 이용해 회전력을 가할 수 있고, 이를 위해 "_"자 또는 "+"자 형상의 드라이버 홈을 형성할 수 있다.
이하, 카메라 설치부(200)에 대해서 설명한다.
본 발명의 카메라 설치부(200)는 관절고정부(100)를 외곽에서 관찰 및 측정하기 위한 3d카메라를 설치하여 운용하기 위한 구조를 제공한다.
즉, 3d카메라가 관절고정부(100)의 외곽을 따라 레일 구동되면서 모형뼈(300)의 절삭면에 대한 카메라 투사각도를 평행하게 유지되도록 하여, 정확한 측정데이터를 획득할 수 있도록 한다.
상기 카메라 설치부(200)는, 설치프레임(210)과 카메라 거치대(220)로 구성된다.
특히, 설치프레임(210)은 한 쌍이 상호 마주 보는 위치에 이격 설치되는 수직가이드부(212)를 형성하고, 상기 수직가이드부(212)의 상단을 연결하는 수평가이드부(213)를 형성하며, 상기 수직가이드부(212) 및 수평가이드부(213)의 외면을 따라서 레일부(211)를 형성한다.
이와 같은 설치프레임(210)은 "ㄷ"자 형태로 제작될 수 있는데, 양측 수직가이드부(212)가 세워진 상태로 건물 바닥 또는 실습 테이블 위에 고정 설치되도록 할 수 있다.
이와 같은 설치프레임(210)에는 레일부(211)가 형성되는데, 상기 레일부(211)는 설치프레임(210)의 외면에 선형의 홈을 형성하는 것으로서, 도 1에서 보는 바와 같이 설치프레임(210)의 전, 후면에 각각 형성되도록 할 수 있다.
이와 같은 레일부(211)에는 구름 이동이 가능한 볼형태의 베어링부재(222)가 삽입될 수 있다.
상기 카메라 거치대(220)는 상기 레일부(211)를 따라 이동 가능하도록 설치되고, 3d카메라를 탑재한다.
이때, 상기 카메라 거치대(220)의 구성에 대해 살펴보면, 설치프레임(210)의 레일부(211)에 슬라이딩 가능하게 결합되는 레일가이드(221)를 형성한다.
상기 레일가이드(221)는 도 1, 도 4에서 보는 바와 같이 설치프레임(210)의 3개면을 감싸는 형태로 결합할 수 있다.
이때, 레일가이드(221)의 결합방향은 설치프레임(210)의 내측에서 외측을 향해 결합되도록 하며, 레일부(211)에 대향하는 내면에는 베어링부재(222)를 설치하기 위한 베어링홈(221a)을 형성한다.
예컨대, 상기 레일가이드(221)와 레일부(211) 사이에 베어링부재(222)가 개재되어 구름운동이 이루어지게 되고, 베어링부재(222)는 레일가이드(221)의 베어링홈(221a)에 안정적으로 삽입되어 이탈이 방지된 상태로 구름 운동하게 된다.
이때, 상기 베어링부재(222)는 1개가 설치되는 예를 도시하였으나, 2개 이상 복수 개로 설치하는 것도 가능하다.
한편, 상기 레일가이드(221)에는 위치를 고정할 수 있는 위치 고정수단이 마련될 수 있다. 위치 고정수단의 예로서 레일가이드(221)를 관통하여 설치프레임(210) 외면을 가압하여 고정되도록 하는 볼트류가 사용될 수 있다. 물론, 본 발명은 예를 들어 설명한 볼트류에 의한 위치 고정수단 외에도 다양한 형태의 스톱퍼 장치가 이용될 수 있다.
그리고, 상기 레일가이드(221)에는 거치브라켓(223)이 힌지결합된다.
상기 거치브라켓(223)은 상기 레일가이드(221)에 회전 가능하게 힌지(233c) 결합되는 제1설치면(223a)과, 상기 제1설치면(223a)으로부터 절곡 연장되어 3d카메라가 탑재되는 제2설치면(223b)으로 이루어진다.
상기 제2설치면(223b)에는 3d카메라를 착탈 가능하게 결합하기 위한 카메라 고정홀(223d)이 형성된다. 즉, 상기 고정홀(223d)을 통해 볼트부재 등을 이용해 3d카메라를 고정할 수 있는 것이다.
이하, 3d카메라를 이용한 모형뼈의 절삭 단면평가방법에 대해 설명한다.
먼저, 촬영 전 카메라 세팅단계로서, 카메라의 렌즈초점과 모형뼈의 절삭 단면의 중심이 동일 축선상에 위치하도록 한다.
이는, 설치프레임(210) 상의 카메라 거치대(220)의 위치를 레일가이드(221)를 이용해서 이동시키는 한편, 거치브라켓(223)의 각도를 조절하여 카메라의 초점을 조정한다.
이때, 카메라의 초점이 기울어져 있는 경우, 측정값의 큰 오차가 발생할 수 있기 때문에 세심한 세팅이 요구된다.
다음으로, 모형뼈의 절삭 단면 촬영단계로서, 3D카메라를 이용해 모형뼈의 절삭 단면을 촬영하여 깊이(depth)값을 측정한다.
이때, 사용자는 전용 프로그램을 이용하여 특정 지점의 깊이(depth)값을 측정할 수 있다. 한편 절삭 단면의 기울기 및 절삭량 등의 평가를 위해서는 절삭 단면을 복수의 측정 포인트로 분할하여 이들 각각의 포인트를 측정 비교하는 과정을 필요로 하게 된다.
예컨대, 도 5에서 보는 바와 같이 모형뼈의 절삭 단면을 방사상의 8개 포인트(P1)로 분할하고 8개 각각의 포인트(P1)와 중심포인트(P2)에 대한 깊이(depth)값을 측정하여 평가할 수 있다.
다음으로, 절삭 단면 평가 단계로서, 모형뼈 절삭 후 절삭 단면의 중심포인트(P2)와 8방향 외곽포인트(P1)을 포함한 9개의 포인트 각각의 깊이 값을 3D카메라를 통해 측정하고 단면의 가로, 세로, 대각 방향 길이를 측정한다. 이때의 측정방법으로는 버니어 캘리퍼스를 이용한 실측방법이 이용될 수 있다.
이후, 도 6에서 보는 바와 같이 버니어 캘리퍼스로 측정한 길이(L)의 절반(1/2L)을 밑변(D)으로 하고 중심포인트(P2)와 8방향 외곽포인트(P1) 중 특정 포인트(P1)의 깊이 차이를 높이(H)로 하는 삼각형을 그리고 역탄젠트 함수를 이용한 계산을 통해 8방향의 단면 기울기(θ)를 구할 수 있고, 해당 기울기를 통해서 절삭 단면의 인공 슬관절 장착 적합성을 판단할 수 있게 된다.
본 발명은 인공관절 수술을 위한 모의수술 보조장치를 통해서 실제 수술상황과 유사한 환경에서 미리 무릎관절의 정렬과정부터 경골의 근위단부와 대퇴골의 원위단부를 일정량 절삭하는 모의 수술을 과정을 실습함으로써 시술자의 경험치와 숙련도를 최대로 향상시킬 수 있고, 모의 수술을 통해 절삭된 골부재 단면을 3D 카메라를 이용해 측정토록 함으로써, 절단면의 기울기 및 절삭량을 데이터화시킬 수 있고, 이를 피드백함으로써, 학습평가 자료로 활용될 수 있고, 피드백 과정을 통해서 실습자의 시술 정확도 및 숙련도를 향상시키는데 기여할 수 있게 된다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 관절고정부 110: 제1고정부
111: 제1링크 111a: 제1가이드홈
113: 제1클램프 113a: 고정클립
113b: 가동클립 113c: 가동샤프트
113d: 탄성부재 113e: 패드
120: 제2고정부 121: 제2링크
121a: 제2가이드홈 123: 제2클램프
123a: 고정클립 123b: 가동클립
123c: 가동샤프트 123d: 탄성부재
123e: 패드 130: 조인트부
131: 제1조인트부재 131a: 볼가이드
133: 제2조인트부재 133a: 볼부재
135: 체결부재 200: 카메라 설치부
210: 설치프레임 211: 레일부
212: 수직가이드부 213: 수평가이드부
220: 카메라 거치대 221: 레일가이드
221a: 베어링홈 222: 베어링부재
223: 거치브라켓 223a: 제1설치면
223b: 제2설치면 223c: 힌지
223d: 고정홀 300: 모형뼈

Claims (8)

  1. 모형뼈 한 쌍을 인체의 무릎관절 형태로 재현시켜 정렬하는 관절고정부; 및 상기 관절고정부의 외곽을 레일을 따라 이동하는 3d카메라를 설치하고, 상기 3d카메라를 이용해 모형뼈의 절삭면을 측정하여 피드백 데이터를 획득하도록 된 카메라 설치부;를 포함하고,
    상기 카메라 설치부는, 한 쌍이 상호 마주 보는 위치에 이격 설치되는 수직가이드부를 형성하고, 상기 수직가이드부의 상단을 연결하는 수평가이드부를 형성하며, 상기 수직가이드부 및 수평가이드부의 외면을 따라서 레일부를 형성하는 설치프레임; 및 3d카메라를 탑재한 상태로 상기 레일부를 따라 이동 가능하도록 설치되는 카메라 거치대;를 포함하며,
    상기 카메라 거치대는, 설치프레임의 레일부에 슬라이딩 가능하게 결합되는 레일가이드; 상기 레일가이드와 레일부 사이에 설치되어 구름 운동되는 베어링부재; 및 상기 레일가이드에 제1설치면이 회전 가능하게 힌지 결합되고, 상기 제1설치면으로부터 절곡 연장되어 3d카메라가 탑재되는 제2설치면을 형성하는 거치브라켓;을 포함하는 인공관절 모의수술 보조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 관절고정부는, 모형뼈를 수직방향으로 정렬하는 제1고정부;
    모형뼈를 수평방향으로 정렬하는 제2고정부; 및
    상기 제1고정부와 제2고정부 사이를 일정 회전반경의 자유도를 갖도록 연결하는 조인트부;를 포함하는 인공관절 모의수술 보조장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 모형뼈 한 쌍을 인체의 무릎관절 형태로 재현시켜 정렬하는 관절고정부; 및 상기 관절고정부의 외곽을 레일을 따라 이동하는 3d카메라를 설치하고, 상기 3d카메라를 이용해 모형뼈의 절삭면을 측정하여 피드백 데이터를 획득하도록 된 카메라 설치부;를 포함하고,
    상기 관절고정부는, 모형뼈를 수직방향으로 정렬하는 제1고정부; 모형뼈를 수평방향으로 정렬하는 제2고정부; 및 상기 제1고정부와 제2고정부 사이를 일정 회전반경의 자유도를 갖도록 연결하는 조인트부;를 포함하며,
    상기 조인트부는, 제1고정부 측에 일측이 결합되고 링-형상의 볼가이드를 형성하는 제1조인트부재; 및 상기 제1조인트부재의 볼가이드에 결합되는 볼부재를 형성하고 일측에 제2고정부가 결합되는 제2조인트부재;를 포함하는 인공관절 모의수술 보조장치.
  6. 삭제
  7. 관절고정부를 이용해 모형뼈 한 쌍을 인체의 무릎관절 형태로 재현시켜 정렬하는 단계;
    카메라 설치부를 이용해 3d카메라를 모형뼈 절삭 단면 촬영위치에 세팅하는 단계;
    3d카메라를 촬영하여 모형뼈 절삭 단면의 복수 포인트에 대한 깊이 값을 측정하는 단계;
    인공뼈 절삭 단면의 가로, 세로, 대각 방향 길이를 실측하는 단계; 및
    측정 값을 기반으로 모형뼈 절삭 단면의 기울기를 산출하여 적합성을 평가하는 단계;를 포함하고,
    상기 깊이 값을 측정하는 단계는 모형뼈의 절삭 단면을 방사상의 8개 포인트로 분할하고 8개 각각의 포인트와 중심포인트에 대한 깊이(depth)값을 측정하는 것을 특징으로 하는 인공관절 모의수술 평가방법.
  8. 관절고정부를 이용해 모형뼈 한 쌍을 인체의 무릎관절 형태로 재현시켜 정렬하는 단계;
    카메라 설치부를 이용해 3d카메라를 모형뼈 절삭 단면 촬영위치에 세팅하는 단계;
    3d카메라를 촬영하여 모형뼈 절삭 단면의 복수 포인트에 대한 깊이 값을 측정하는 단계;
    인공뼈 절삭 단면의 가로, 세로, 대각 방향 길이를 실측하는 단계; 및
    측정 값을 기반으로 모형뼈 절삭 단면의 기울기를 산출하여 적합성을 평가하는 단계;를 포함하고,
    상기 적합성 평가단계는 실측한 모형뼈 절삭 단면 길이(직경)의 절반을 밑변으로 하고 중심포인트와 8방향 외곽포인트 중 특정 포인트의 깊이 차이를 높이로 하는 삼각형을 그리고 역탄젠트 함수를 이용한 계산을 통해 8방향의 단면 기울기를 구하여 해당 절삭 단면의 인공 슬관절 장착 적합성을 판단하는 것을 특징으로 하는 인공관절 모의수술 평가방법.
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