KR102673857B1 - 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 척추유합술(spinal fusion) 시행 시 사용하는 추간체 유합보형재(spinal cage) 어셈블리에 관한 것으로, 선단부가 유선형으로 이루어지며 후단부에는 수술기구와 결합하기 위한 홈(groove)과 나사부(thread)가 형성되고, 중앙에는 상하로 관통되어 뼈증식물질(bone graft)을 채우기 위한 창(window)이 형성되는 케이지 몸체와, 상기 케이지 몸체의 상면에 결합되며, 척추 뼈판(endplate)과 맞닿는 부분에 미끄러짐을 방지하는 스파이크(spike)가 형성되고 뼈증식물질(bone graft)을 채우기 위한 창(window)이 있는 상판과, 상기 케이지 몸체의 하면에 결합되며, 척추 뼈판(endplate)과 맞닿는 부분에 미끄러짐을 방지하는 스파이크(spike)가 형성되고 뼈증식물질(bone graft)을 채우기 위한 창(window)이 있는 하판을 포함하며, 상기 상판과 하판은 3D 프린팅 기술을 통해 환자 맞춤형으로 제작되도록 수술 시 환자의 해부학적 구조에 맞게 제작되며, 각 요소들은 개별로 제공되어 척추유합술 시 상황에 따라 사용자가 수술실 내부에서 조립하여 골유합률을 크게 높일 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 척추유합술(spinal fusion) 시행 시 사용하는 추간체 유합보형재(spinal cage) 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 뼈대가 되는 케이지 몸체(body)와, 상기 몸체의 상부 및 하부에 각각 결합되는 상판(top) 및 하판(bottom)으로 구성되며, 상기 상판과 하판을 3D 프린팅 기술을 통해 환자 맞춤형으로 제작하여 수술의 정확성을 향상시키고 골유합율을 높일 수 있는 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리에 관한 것이다.
인간의 척추(spine)는 천추(sacrum)과 미추(coccyx)를 제외하고 통상 24개의 척추뼈로 이루어져 있으며, 각 척추뼈의 사이에는 디스크(disc)가 위치하여 외부에서 오는 물리적인 충격을 흡수하고, 몸의 하중을 지지하는 역할을 한다.
척추가 선천적인 기형이나 퇴행성 질환, 외부적인 요인에 따라 손상되거나 틀어질 경우 척추관(vertebral canal)을 통과하는 신경(spinal cord)이 압박을 받아 통증을 유발하게 된다.
이러한 척추 관련 질환으로 척추분리증(spondylolysis), 척추측만증(scoliosis), 추간판탈출증(disc herniation), 척추 골절(fracture) 등이 있으며, 척추의 병리적 문제가 심각한 경우 추간판을 제거하고 척추체 사이에 추간체 유합보형재를 삽입하여 척추체를 유합(fusion)시키는 수술을 시행하게 된다.
통상, 추간체 유합보형재의 재료로는 티타늄합금(titanium alloy), PEEK(polyetherether ketone), 아크릴, 세라믹 등이 있으며, PEEK 소재의 경우 방사선을 투과시키는 특성을 가지면서 적절한 강도로 가장 많이 사용되고 있으나, 상대적으로 낮은 골유합율로 인해 가관절증(pseudoarthrosis)이 발생할 위험이 있다.
또한, PEEK(polyetherether ketone) 소재로 형성된 추간체 유합보형재는 방사선 투과성 소재이기 때문에 CT 상에서 케이지의 위치를 확인하기 위하여 티타늄 마커를 케이지 내부에 삽입하여 사용하여 왔다.
그러나, 상기 PEEK 소재의 경우 추체간 삽입 시 파손되는 경우가 종종 발생하고 있으며, 티타늄 마커에 의해서는 정확한 케이지의 위치를 확인하는 것이 어려운 단점이 있었다.
한편, 티타늄합금(titanium alloy) 소재의 추간체 유합보형재는 골유합 특성이 우수하나, 높은 강도로 인해 수술 후 내부로 침강(subsidence)되거나 방사선이 투과되지 않아 수술 부위의 경과나 골유합을 확인하기 어렵다는 단점이 있다.
종래의 이러한 문제점을 해결하기 위해, 한국등록특허 제10-1370424호 "척추용 복합형 임플란트" 에서는, 수지 소재로 형성된 케이지와 상기 케이지의 외면에 부착되고 다공성 금속 소재로 형성된 금속 레이어를 포함하는 척추형 복합형 임플란트를 개시하고 있다.
상기 종래 기술은 상술한 바와 같은 문제점을 어느 정도 해결하여, 수지 소재의 케이지와 금속 소재의 금속 레이어의 이중 구조로 인해 침강을 방지하며 골유합율을 높일 수 있는 장점이 있으나, 금속 레이어를 수지 케이지에 열압착하는 방식으로 구현되어 제조방법이 까다로우며, 크기 및 형태가 고정되어 있어 삽입하고자 하는 추체간 형태나 간격에 따라 신속하게 적용할 수가 없어 정확하고 정밀한 수술의 어려움이 있다.
또한, 금속 레이어가 평판 형태로 형성되어, 추체간에 견고하게 고정되지 않아 처음 시술된 위치에서 이탈될 염려가 있어, 수술의 정확성이 떨어지는 문제점이 있다.
이러한, 문제점을 해결하기 위한 한국등록특허 제10-1846828호 "추간체 유합 복합 보형재"에서는 폴리머 소재의 케이지와, 케이지 상부 및 하부에 각각 결합된 메탈커버로 이루어져 폴리머 및 메탈의 복합재료로 구현된 추간체 유합 복합 보형재가 개시되어 있다.
이러한, 선행문헌에서는 케이지와 메탈커버가 착탈식으로 결합되며, 상기 케이지에서의 메탈커버의 분리 및 결합이 용이하여 추체간 형태나 간격에 따라 수술 중에도 신속하게 유합 보형재를 다양하게 적용할 수가 있지만, 환자의 추체간 형태나 간격에 맞는 케이지와 메탈커버를 찾아서 적용하지 못하는 경우, 수술의 정확성을 기대하기 어려운 단점이 있다.
즉, 환자의 추체간 형태나 간격은 환자의 신장, 나이, 성별 등 다양한 요소에 의해 환자마다 다르므로, 환자에게 맞춤형으로 케이지를 제작하여 수술하는 것이 가장 바람직하며, 당업계에서는 수술의 정확성을 향상시키기 위한 방안이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 뼈대가 되는 케이지 몸체와, 그 상부와 하부에 조립되는 상판과 하판으로 구성하여 결합하되, 상기 상판과 하판을 수술실 내부에서 3D 프린팅 기술을 이용하여 환자의 해부학적 구조에 딱 맞게 환자 맞춤형으로 제작하여 조립할 수 있는 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 환자의 추체간 형태나 간격에 따라 사용자가 수술실 내부에서 환자 맞춤형으로 조립하여 사용할 수 있도록 상판과 하판의 각도, 높이, 형상 등 다양한 옵션으로 제작되는 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 케이지 몸체와 상판, 하판이 착탈식으로 결합되어, 상기 케이지 몸체에서의 상판, 하판의 분리 및 결합이 용이하여 추체간 형태나 간격에 따라 수술 중에도 신속하게 유합 보형재를 다양하게 적용할 수가 있어, 정확하고 정밀한 수술이 가능한 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 케이지 몸체와 상판, 하판의 결합 후 이탈을 방지하도록 상기 케이지 몸체와 상판, 하판의 접면에는 이탈방지구조가 형성되어 매우 안정적인 결합상태를 유지할 수 있는 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 케이지 몸체는 의료용 플라스틱으로 이루어지어, 폴리머 소재의 케이지가 적합한 강도로 척추를 지지할 수 있으며 인체골과 가장 유사한 탄성을 제공하여 부작용이 없고 방사선 투과율이 높은 장점을 가지면서, 척추 뼈판(endplate)과 맞닿는 부분에는 다공성 구조를 갖는 메탈 소재의 상판과 하판이 적용되어 골이식(bone graft)에 유리하고, 방사선 사진 상 마커의 역할을 하게 되어 골유합 여부를 정확하게 확인할 수 있어, 수술 성공률을 높여줄 수 있는 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 선단부가 유선형으로 이루어지며 후단부에는 수술기구와 결합하기 위한 홈(groove)과 나사부(thread)가 형성되고, 중앙에는 상하로 관통되어 뼈증식물질(bone graft)을 채우기 위한 중공부가 형성되는 케이지 몸체와, 상기 케이지 몸체의 상면에 결합되며, 척추 뼈판(endplate)과 맞닿는 부분에 미끄러짐을 방지하는 스파이크(spike)가 형성되고, 상기 중공부와 연통되어 뼈증식물질(bone graft)을 채우기 위한 개구부가 있는 상판과, 상기 케이지 몸체의 하면에 결합되며, 척추 뼈판(endplate)과 맞닿는 부분에 미끄러짐을 방지하는 스파이크(spike)가 형성되고, 상기 중공부와 연통되어 뼈증식물질(bone graft)을 채우기 위한 개구부가 있는 하판을 포함하며, 상기 상판과 하판은 3D 프린팅 기술을 통해 환자의 해부학적 구조에 맞게 제작되며, 각 요소들은 개별로 제공되어 척추유합술 시 상황에 따라 사용자가 수술실 내부에서 조립하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리가 제공된다.
본 발명에서, 상기 케이지 몸체는 상기 중공부에 연통되며 좌우로 관통되는 다수개의 측공부가 형성될 수 있다.
상기 측공부는 횡방향과 종방향으로 나란하게 배열되는 다수개의 홀로 이루어지며, 상기 홀은 상하방향으로 탄성을 주어 충격을 흡수할 수 있는 마름모 형상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 케이지 몸체는 방사선 투과 특성을 가지면서 탄성 계수(Elastic modulus)가 피질골(Cortical bone)과 유사한 폴리머 소재로 이루어지고, 상기 상판과 하판은 표면 골유합율이 높고 탄성 계수가 낮으면서 3D 프린팅이 가능한 메탈 소재로 이루어질 수 있다.
본 발명에서, 상기 케이지 몸체의 상면과 하면에는 복수개의 결합홈이 형성되고, 상기 상판과 하판의 상기 케이지 몸체와 접하는 접면에는 상기 결합홈에 탈착가능한 결합돌기가 형성되어, 상기 케이지 몸체에 상기 상판과 하판이 탈착식으로 결합될 수 있다.
또한, 상기 결합홈과 결합돌기의 결합 후 이탈을 방지하도록 상기 케이지 몸체와 상판, 하판의 접면에는 이탈방지구조가 형성될 수 있다.
상기 이탈방지구조는 상기 케이지 몸체와 상판, 하판의 접면 양단에 단턱을 형성하여 견고한 결합이 가능하도록 하며, 상기 단턱은 케이지 몸체의 상면과 하면에 평평하게 형성되는 평면부와, 상기 평면부의 양단에서 평면부보다 높게 형성되는 단차부와, 상기 평면부와 단차부를 연결하며 상기 평면부에서 단차부로 갈수록 중앙을 향해 소정각도로 경사지는 경사부로 이루어진다.
이 경우, 상기 경사부가 수직방향의 수직선과 이루는 경사각도는 1° 내지 5°인 것이 바람직하다.
한편, 상기 상판과 하판은 다공성 메쉬(mesh) 구조를 포함하며, 상기 다공성 메쉬 구조를 통해 표면적을 넓혀 골유합율을 향상시키게 된다.
아울러, 상기 상판과 하판은 메쉬(mesh)와 솔리드(solid)가 혼합된 하이브리드(hybrid) 구조로 구성되며, 상기 메쉬의 크기 및 비율은 대상 척추뼈의 구조적 특성에 따라 정해질 수 있다.
상기 상판과 하판의 다공성 메쉬 구조는, 상기 메쉬의 홀 크기가 다양하게 이루어지는 랜덤(random)구조 또는 메쉬 구조의 강도를 더 향상시킬 수 있는 벌집구조를 포함할 수 있다.
또한, 상기 상판과 하판은 환자의 해부학적 구조에 맞게 다양한 각도, 높이 및 형상으로 제작되며, 상기 스파이크의 크기, 배열 및 모양에 따라 상기 상판과 하판의 형상이 달라질 수 있다.
본 발명에서, 상기 상판과 하판은 엑스레이(X-ray) 또는 컴퓨터 단층촬영(CT)을 통해 환자의 손상된 척추의 정보를 획득하고, 획득된 정보를 통해 이미지를 생성하고, 생성된 상기 이미지에 대응하는 외형을 갖도록 금속재료를 녹여 3D 프린팅으로 출력될 수 있다.
이 경우, 상기 상판과 하판은 환자의 엑스레이(X-ray) 또는 컴퓨터 단층촬영(CT)을 통한 데이터(Data)를 바탕으로 척추체(vertebra body)의 강도를 분석하여 상판과 하판을 대칭으로 조립하지 않고 각각 별도의 다른 형상으로 제작한 후 조립할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 의하면, 뼈대가 되는 케이지 몸체와, 그 상부와 하부에 조립되는 상판과 하판으로 구성하여 결합하되, 상기 상판과 하판을 수술실 내부에서 3D 프린팅 기술을 이용하여 환자의 해부학적 구조에 딱 맞게 환자 맞춤형으로 제작하여 조립할 수 있는 효과가 있다.
또한, 케이지 몸체와 상판, 하판이 착탈식으로 결합되어, 상기 케이지 몸체에서의 상판, 하판의 분리 및 결합이 용이하여 추체간 형태나 간격에 따라 수술 중에도 신속하게 유합 보형재를 다양하게 적용할 수가 있어, 정확하고 정밀한 수술이 가능한 효과가 있다.
또한, 케이지 몸체는 의료용 플라스틱으로 이루어지어, 폴리머 소재의 케이지가 적합한 강도로 척추를 지지할 수 있으며 인체골과 가장 유사한 탄성을 제공하여 부작용이 없고 방사선 투과율이 높은 장점을 가지면서, 척추 뼈판(endplate)과 맞닿는 부분에는 다공성 구조를 갖는 메탈 소재의 상판과 하판이 적용되어 골이식(bone graft)에 유리하고, 방사선 사진 상 마커의 역할을 하게 되어 골유합 여부를 정확하게 확인할 수 있어, 수술 성공률을 높여줄 수 있는 효과가 있다.
또한, 케이지 몸체와 결합되는 상판과 하판의 접면에 결합 후 이탈을 방지하는 구조를 적용하여, 구성 간 결합을 위한 별도의 부품 없이 안정적인 결합이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리의 결합 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리의 분해 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리의 결합 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리의 결합 단면도이다.
도 6은 본 발명의 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리의 다양한 실시예를 도시한 측면도이다.
도 7은 본 발명의 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리의 상판과 하판의 다양한 실시예를 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리의 분해 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리의 결합 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리의 결합 단면도이다.
도 6은 본 발명의 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리의 다양한 실시예를 도시한 측면도이다.
도 7은 본 발명의 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리의 상판과 하판의 다양한 실시예를 도시한 평면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 이때 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리의 결합 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리의 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리의 분해 측면도이다.
본 발명은 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리에 관한 것으로, 크게 케이지 몸체(100)와, 상기 케이지 몸체(100)의 상면에 결합되는 상판(200)과, 상기 케이지 몸체(100)의 하면에 결합되는 하판(300)으로 이루어진다.
상기 케이지 몸체(100)는 척추체 간 삽입이 용이하도록 선단부가 유선형으로 이루어질 수 있으며, 후단부에는 수술기구와 결합하기 위한 홈(groove)(104)과 나사부(thread)(102)가 형성된다.
또한, 케이지 몸체(100)의 중앙에는 뼈증식물질(bone graft)을 채우기 위한 중공부(110)가 상하로 관통형성된다.
본 발명에서, 상기 케이지 몸체(100)는 상기 중공부(110)에 연통되며 좌우로 관통되는 다수개의 측공부(120)가 형성될 수 있다.
즉, 상기 케이지 몸체(100)는 상하방향으로는 상기 중공부(110)가 형성되고, 좌우방향으로는 상기 측공부(120)가 형성되는 것이다.
이러한 상기 측공부(120)는 횡방향과 종방향으로 나란하게 배열되는 다수개의 홀로 이루어진다. 상기 중공부(110)가 뼈증식물질(bone graft)을 채우기 위한 공간으로 중앙에 단일의 큰 홀로 관통형성되는 것에 비해, 상기 측공부(120)는 다수개의 홀이 횡방향과 종방향으로 배열되는 형태를 가진다.
이와 같이, 상하방향으로는 상기 중공부(110)가 형성되고, 좌우방향으로는 상기 측공부(120)가 형성되는 케이지 몸체(100)는 상기 중공부(110)를 통한 수직적 골유합 뿐만 아니라 몸체(100)의 측공부(120)의 홀을 통해 전방위적(상하-좌우)으로 골 유합이 진행될 수 있다.
여기서, 상기 측공부(120)의 홀은 상하방향으로 탄성을 주어 충격을 흡수할 수 있는 마름모 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 즉, 다수개의 홀이 횡방향과 종방향으로 나란하게 배열되는 측공부(120)는 골 유합의 진행 뿐 아니라, 상하방향으로 탄성을 주어 충격을 흡수할 수 있는 역할을 하며, 이 경우, 상기 측공부(120)의 홀은 상하방향의 충격흡수에 가장 적합한 형태인 마름모 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
이러한, 마름모 형상의 홀은 각 면을 기준으로 인접한 홀끼리 나란하게 배열되어 상하방향으로 하중이 전달될 때 마름모 형상의 홀이 수평방향으로 벌어지면서 충격을 흡수할 수 있다.
또한, 도면에서는 케이지 몸체(100)의 상면과 하면이 평면으로 형성된 것이 도시되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 케이지 몸체(100)의 상면과 하면이 상기 측공부(120)의 마름모 형상을 갖는 홀과 연통되어 개구된 형태를 갖도록 형성될 수도 있다. 이러한 개구된 형태의 홀은 상하방향의 충격흡수에 보다 적합할 수 있다.
한편, 상기 케이지 몸체(100)의 상면에 결합되는 상판(200)은 척추 뼈판(endplate)과 맞닿는 부분에 미끄러짐을 방지하는 스파이크(spike)(202)가 형성되고, 상기 중공부(110)와 연통되어 뼈증식물질(bone graft)을 채우기 위한 개구부(210)가 형성된다.
상기 개구부(210)는 상기 중공부(110)와 동일한 면적으로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 중공부(110)에 충진된 골 형성 재료(bone graft material)가 상기 개구부(210)를 통해 노출되어 인접한 척추로부터의 골 성장에 의해 골유합이 이루어지게 된다.
이러한 상판(200)은 상면에 스파이크(spike)(202)가 형성되고, 상기 스파이크(202)는, 삼각돌기 형태로 형성되며, 추간 삽입 방향에 대한 면이 보다 작은 각도로 형성되어, 추간 삽입은 용이하도록 하면서 삽입된 방향의 반대방향으로는 잘 이탈되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 케이지 몸체(100)의 하면에 결합되는 하판(300) 역시 척추 뼈판(endplate)과 맞닿는 부분에 미끄러짐을 방지하는 스파이크(spike)(302)가 형성되고, 상기 중공부(110)와 연통되어 뼈증식물질(bone graft)을 채우기 위한 개구부(310)가 형성된다.
이러한, 본 발명의 추간체 유합보형재 어셈블리는 케이지가 3개의 부품으로 구분되어 형성되며, 3개의 부품이 개별로 제공되어 척추유합술 시 상황에 따라 사용자가 수술실 내부에서 조립하여 사용할 수 있다는 점에서 특징이 있다.
더 나아가, 상기 상판(200)과 하판(300)은 환자의 해부학적 구조에 맞게 제작되어 사용하도록 3D 프린팅 기술을 통해 제작된다.
즉, 상기 상판(200)과 하판(300)은 환자의 해부학적 구조에 맞게 다양한 각도, 높이 및 형상으로 제작되며, 상기 스파이크(202)(302)의 크기, 배열 및 모양에 따라 상기 상판(200)과 하판(300)의 형상이 달라질 수 있다.
본 발명에서, 상기 상판(200)과 하판(300)을 환자의 해부학적 구조에 맞게 3D 프린팅 기술을 통해 제작하기 위해, 엑스레이(X-ray) 또는 컴퓨터 단층촬영(CT)을 통해 환자의 손상된 척추의 정보를 획득하고, 획득된 정보를 통해 이미지를 생성하고, 생성된 상기 이미지에 대응하는 외형을 갖도록 금속재료를 녹여 3D 프린팅으로 출력될 수 있다.
이러한 본 발명의 추간체 유합보형재 어셈블리는 케이지 몸체(100)가 방사선 투과 특성을 가지면서 탄성 계수(Elastic modulus)가 피질골(Cortical bone)과 유사한 폴리머 소재로 이루어지고, 상기 상판(200)과 하판(300)은 표면 골유합율이 높고 탄성 계수가 낮으면서 3D 프린팅이 가능한 메탈 소재로 이루어진다.
즉, 본 발명에서의 추간체 유합 보형재 어셈블리는 폴리머 소재의 케이지 몸체(100)와 메탈 소재의 상판(200)과 하판(300)으로 형성되어, 폴리머 소재 및 메탈 소재의 단점을 상호 보완하도록 한 것이다.
상기 폴리머 소재로는 생체 적합성이 우수한 PEEK(Polyether ether ketone)를 사용하며, Carbon-PEEK 또는 초고분자량폴리에틸렌(UHMWPE) 등의 폴리머가 사용될 수 있다. 메탈 소재로는 생체 적합성이 우수한 티타늄 합금(Titanium alloy)을 사용하며, 스테인레스 스틸(Stainless Steel), 니티놀(Nitinol) 또는 코발트-크롬 합금(Co-Cr alloy) 등의 금속재료가 사용될 수 있다.
PEEK 소재는 체내 척추골 지지에 적합한 강도이나 티타늄에 비해서는 기계적 강도가 낮으며, 생체 적합성이 우수하여 케이지 몸체(100) 재료로 널리 사용되고 있으며, 사람의 골과 유사한 탄성계수를 가지고 있어, 응력차폐(Stress shielding) 효과가 방지되고, 방사선 투과가 됨으로서, 케이지 몸체(100) 내부에서 발생되는 골유합 및 골 생성 과정을 파악할 수 있으나 시술 후 골유합률이 낮고 유합기간이 다소 긴 단점을 가지고 있다.
그리고, 티타늄 소재는 체내 척추골 지지에 뛰어난 기계적 강도를 가지고 있으며, 생체 적합성이 우수한 장점이 있는 반면, 생체의 골질과 대비해 탄성계수가 굉장히 높아 골내 침강효과(subsidence) 등 부작용 발생 가능성이 높은 단점이 있고, 방사선 투과가 되지 않아 골유합 등 치료경과를 확인하기 어려우나, 생체 적합성이 뛰어남으로 골유합률이 높아 환자의 빠른 회복이 가능한 장점이 있다.
상기와 같이 본 발명은 PEEK 소재의 케이지 몸체(100) 상부 및 하부에 상판(200)과 하판(300)이 결합된 어셈블리 형태이므로, 상기의 각 재료에 대한 장단점을 상호 보완할 수 있도록 한 것이다.
즉, 뼈와 접촉하는 상판(200)과 하판(300)은 뼈와의 빠른 유합을 위해 골유합률이 높은 티타늄 소재로 구현되고, 인체 흉골의 강도와 유사한 PEEK 소재가 케이지 몸체(100)로 제조되어 생체 적합성이 높으며, 침강효과 방지, 방사선 투과를 통한 치료효과 개선 등 두 소재의 장점만을 결합시킨 것이다.
아울러, 본 발명의 상판(200)과 하판(300)은 다공성 메쉬(mesh) 구조를 포함하여 이루어지며, 상기 다공성 메쉬 구조를 통해 표면적을 넓혀 골유합율을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
즉, 뼈와 닿는 부분에 다공성 메쉬 구조의 티타늄 재료가 적용되어 티타늄이 방사선 사진 상 마커의 역할을 하게 되어 골유합 여부를 정확하게 확인할 수 있으며, 다공성 메쉬 구조를 통해 표면적을 넓혀 골유합율을 향상시키게 된다.
이와 같이, 각 재료의 단점을 보완하고 장점을 극대화하여 환자에게 최적화된 임플란트를 제공할 수 있도록 하면서, 뼈와 직접 닿는 부분에 사용된 티타늄 다공성 구조는 솔리드(solid)로 깎은 구조물보다 피와 유기물질 등의 이동이 보다 용이하여 골유합률을 높이는데 효과가 있으며, 환자의 치료 효과에 매우 큰 장점으로 작용하게 되며, 시술 후 빠르고 높은 골유합률을 유도하여 수술 성공률을 높여준다.
또한, PEEK 소재의 방사선 투과 특성에 따라 수술 후 케이지 내부에 삽입된 이식골의 골유합 및 골생성 과정을 파악할 수 있으며, 티타늄 소재의 상판(200)과 하판(300)은 높은 탄성계수로 인해 수술 후 척추체를 변형시키거나 내부로 침강되는 현상이 빈발되나 PEEK 소재의 케이지를 사용함으로써 인체골과 유사한 탄력을 제공하게 되어 환자의 수술 후 침강 현상에 따른 재수술 등의 부작용을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 상판(200)과 하판(300)은 티타늄 소재를 3D 프린팅하여 제조함으로서, 주조 방식의 티타늄 합금보다 표면 골유합율이 높고 탄성 계수가 낮은 특성을 갖는다.
한편, 본 발명의 케이지 몸체(100)와 상판(200), 하판(300)은 착탈식으로 결합되어, 상기 케이지 몸체(100)에서의 상판(200), 하판(300)의 분리 및 결합이 용이하여 추체간 형태나 간격에 따라 수술 중에도 신속하게 유합 보형재를 다양하게 적용할 수가 있어, 정확하고 정밀한 수술이 가능하도록 한다.
이를 위해, 상기 케이지 몸체(100)의 상면(130)과 하면에는 복수개의 결합홈(132)이 형성되고, 상기 상판(200)과 하판(300)의 상기 케이지 몸체(100)와 접하는 접면에는 상기 결합홈(132)에 탈착가능한 결합돌기(222)(332)가 형성되어, 상기 케이지 몸체(100)에 상기 상판(200)과 하판(300)이 탈착식으로 결합될 수 있다.
상기 케이지 몸체(100)에 형성된 결합홈(132)과 상기 상판(200)과 하판(300)에 형성된 결합돌기(222)(332)는 상호 대응되도록 형성되며, 상기 케이지 몸체(100)에 대해 수직 방향으로 상기 상판(200)과 하판(300)이 끼움결합되도록 형성된다.
이러한 본 발명은 상기 케이지 몸체(100)에서의 상판(200)과 하판(300)의 분리 및 결합이 용이하여 수술 중에라도 추체간 형태나 간격에 따라 신속하게 유합 보형재를 다양한 형태로 구현할 수가 있어, 정확하고 정밀한 수술이 가능하도록 한 다.
또한, 본 발명에서는 상기 결합홈(132)과 결합돌기(232)(332)의 결합 후 이탈을 방지하도록 상기 케이지 몸체(100)와 상판(200), 하판(300)의 접면에는 이탈방지구조가 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리의 결합 측면도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리의 결합 단면도이다.
본 발명에서는 상기 케이지 몸체(100)와 상판(200), 하판(300)의 결합 후 이탈방지를 위한 구조를 갖기 위해서, 상기 케이지 몸체(100)와 상판(200), 하판(300)의 접면 양단에 단턱을 형성하는 것을 일실시예로 제안하며, 상기 단턱의 형상을 통해 결합 후 상판(200)과 하판(300)의 이탈을 방지하며 각 구성요소 간 견고한 결합이 가능하도록 한다.
구체적으로, 상기 단턱은 케이지 몸체(100)의 상면과 하면에 평평하게 형성되는 평면부(130)와, 상기 평면부(130)의 양단에서 평면부 보다 높게 형성되는 단차부(140)와, 상기 평면부(130)와 단차부(140)를 연결하며 상기 평면부(130)에서 단차부(140)로 갈수록 중앙을 향해 소정각도로 경사지는 경사부(150)로 이루어진다.
상기 단턱은 케이지 몸체(100)의 상면과 하면에 모두 형성되어, 케이지 몸체(100)에서 상판(200)과 하판(300)의 이탈을 방지하며, 케이지 몸체(100)의 길이방향으로 양단에 형성된다.
여기서, 상기 경사부(150)는 케이지 몸체(100)의 폭방향으로 길게 형성될 수 있다.
즉, 상기 평면부(130)와 단차부(140)를 연결하는 경사부(150)가 케이지 몸체(100)의 폭방향으로 길게 형성되어 케이지 몸체(100)의 양단에 각각 한 개의 단턱이 형성되는 구조를 갖는다.
여기서, 상기 경사부(150)는 상기 평면부(130)에서 단차부(140)로 갈수록 중앙을 향해 소정각도로 경사지는 형태로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
즉, 도 4의 확대도에서 보는 바와 같이, 케이지 몸체(100)의 선단부에 형성된 경사부(150)는 상기 평면부(130)에서 단차부(140)로 갈수록 후방으로 점차 경사지게 형성되며, 케이지 몸체(100)의 후단부에 형성된 경사부(150)는 상기 평면부(130)에서 단차부(140)로 갈수록 전방으로 점차 경사지게 형성되어 각각의 경사부(150)가 평면부(130)에서 단차부(140)로 갈수록 케이지 몸체(100)의 중앙을 향해 소정각도로 경사지는 형태를 갖는 것이다.
한편, 상기 평면부(130)와 경사부(150)의 연결부위 및 상기 단차부(140)와 경사부(150)의 연결부위는 소정의 곡률반경을 가지는 굴곡면으로 이루어지는 것이 바람직하다.
이러한 상기 단턱의 형상으로 인해, 상기 케이지 몸체(100)에 상판(200)과 하판(300)의 결합 시 결합되는 방향으로는 삽입이 용이하지만, 그 반대방향으로의 이탈은 어렵게 되어 상판(200)과 하판(300)의 이탈을 방지할 수 있게 된다.
또한, 상기 경사부(150)가 케이지 몸체(100)의 폭방향으로 길게 형성되어 케이지 몸체(100)의 양단에 각각 한 개의 단턱이 형성되는 구조를 가짐으로써, 구조가 단순하여 제조가 용이하고, 사용자가 수술실 내부에서 상기 케이지 몸체(100)와 상판(200), 하판(300)을 조립하기에도 편한 장점이 있다.
한편, 상기 경사부(150)는 소정의 각도를 갖도록 형성되며, 상기 경사부(150)가 수직방향의 수직선과 이루는 경사각도(a°)는 1° 내지 5°인 것이 바람직하다.
예컨대, 상기 경사부(150)가 수직방향의 수직선과 이루는 경사각도(a°)가 1°이하인 경우에는, 상기 상판(200)과 하판(300)이 케이지 몸체(100)에 결합 후 쉽게 이탈될 수 있는 가능성이 있으며, 상기 경사부(150)가 수직방향의 수직선과 이루는 경사각도(a°)가 5°이상인 경우, 상기 케이지 몸체(100)에 상판(200)과 하판(300)을 삽입하기가 다소 어렵게 되는 단점이 있다.
따라서, 상기 경사부(150)가 수직방향의 수직선과 이루는 경사각도(a°)는 1° 내지 5°인 것이 바람직하며, 케이지 몸체(100)의 선단부에 형성된 경사부(150)와 후단부에 형성된 경사부(150)의 경사각도는 경우에 따라서 다르게 형성될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리의 다양한 실시예를 도시한 측면도이다.
본 발명의 상기 상판(200)과 하판(300)은 환자의 해부학적 구조에 맞게 제작되어 사용하도록 3D 프린팅 기술을 통해 제작된다. 즉, 상기 상판(200)과 하판(300)은 환자의 해부학적 구조에 맞게 다양한 각도, 높이 및 형상으로 제작되며, 상기 스파이크의 크기, 배열 및 모양에 따라 상기 상판과 하판의 형상이 달라질 수 있다.
도 6의 (a)는 앞서 설명한 본 발명의 일실시예를 도시한 측면도이고, 도 6의 (b)는 상기 상판(200)과 하판(300)을 환자의 해부학적 구조에 맞게 각도에 변화를 주어 형성한 것을 도시하며, 도 6의 (c)는 상기 상판(200)과 하판(300)의 높이를 높게 하여 형성한 것이다.
또한, 도 6의 (d)는 상기 상판(200)과 하판(300)의 스파이크의 크기, 배열 및 모양에 변화를 주어 상판과 하판의 형상이 달라진 것을 도시한다.
이와 같이, 본 발명은 환자의 해부학적 구조에 맞게 상판(200)과 하판(300)을 3D 프린팅 기술을 통해 제작함으로써, 다양한 각도, 높이 및 형상으로 제작이 가능하다.
또한, 상기 상판(200)과 하판(300)은 환자의 엑스레이(X-ray) 또는 컴퓨터 단층촬영(CT)을 통한 데이터(Data)를 바탕으로 척추체(vertebra body)의 강도를 분석하여 상판과 하판을 대칭으로 조립하지 않고 각각 별도의 다른 형상으로 제작한 후 조립할 수 있다.
이 경우, 상기 케이지 몸체(100)는 정형화된 형태로 제공되어, 추간체 유합보형재의 전체 형상은 조립되는 상판과 하판에 의해 결정될 수 있으며, 케이지 몸체(100)가 작아진 형태에서 상판(200)과 하판(300)의 면적이 늘어남으로써, 다공성 구조의 면적이 넓어 기존에 비해 골 유합률이 향상될 수 있다.
또한, 상기 케이지 몸체(200)는 적어도 2~3개의 높이로 제공될 수 있다. 즉, 케이지 몸체(200)의 형태는 정형화된 형태로 제공되나, 그 높이를 2~3개로 다양하게 하여 필요에 따라 다른 높이의 케이지 몸체(200)를 적용하는 것도 가능하다. 이 경우, 케이지 몸체의 높은 사이즈에서 상기 상판과 하판의 비중이 너무 커지지 않도록 해야 한다.
아울러, 상기 상판(200)과 하판(300)은 다공성 메쉬(mesh)와 솔리드(solid)가 혼합된 하이브리드(hybrid) 구조로 구성될 수 있으며, 상기 메쉬의 크기 및 비율은 대상 척추뼈의 구조적 특성에 따라 정해질 수 있다.
도 7은 본 발명의 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리의 상판과 하판의 다양한 실시예를 도시한 평면도이다.
도 7에서 보는 바와 같이, 상기 메쉬의 크기 및 비율을 대상 척추뼈의 구조적 특성에 따라 달리할 수 있다. 상기 상판과 하판의 다공성 메쉬 구조는, 상기 메쉬의 홀 크기가 다양하게 이루어지는 랜덤(random)구조 또는 메쉬 구조의 강도를 더 향상시킬 수 있는 벌집구조를 포함하여, 골유합이 우선적으로 필요한 경우에는 랜덤(random)한 구조를 사용하여 사이사이 넓은 부분에 혈관들이 잘 생성될 수 있게 할 수 있으며, 골다공증 환자와 같이 강도적인 측면이 더 필요한 경우에는 static한 벌집구조를 적용하여 단단한 강도를 가질 수 있도록 설계할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 또한, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 케이지 몸체 102: 나사부(thread)
104: 홈(groove) 110: 중공부
120: 측공부 130: 평면부
132: 결합홈 140: 단차부
150: 경사부 200: 상판
202: 스파이크 220: 다공성 구조
232: 결합돌기 300: 하판
302: 스파이크 320: 다공성 구조
332: 결합돌기
104: 홈(groove) 110: 중공부
120: 측공부 130: 평면부
132: 결합홈 140: 단차부
150: 경사부 200: 상판
202: 스파이크 220: 다공성 구조
232: 결합돌기 300: 하판
302: 스파이크 320: 다공성 구조
332: 결합돌기
Claims (14)
- 선단부가 유선형으로 이루어지며 후단부에는 수술기구와 결합하기 위한 홈(groove)과 나사부(thread)가 형성되고, 중앙에는 상하로 관통되어 뼈증식물질(bone graft)을 채우기 위한 중공부가 형성되는 케이지 몸체;
상기 케이지 몸체의 상면에 결합되며, 척추 뼈판(endplate)과 맞닿는 부분에 미끄러짐을 방지하는 스파이크(spike)가 형성되고, 상기 중공부와 연통되어 뼈증식물질(bone graft)을 채우기 위한 개구부가 있는 상판; 및
상기 케이지 몸체의 하면에 결합되며, 척추 뼈판(endplate)과 맞닿는 부분에 미끄러짐을 방지하는 스파이크(spike)가 형성되고, 상기 중공부와 연통되어 뼈증식물질(bone graft)을 채우기 위한 개구부가 있는 하판;
을 포함하며,
상기 상판과 하판은 3D 프린팅 기술을 통해 환자의 해부학적 구조에 맞게 제작되고, 상기 케이지 몸체, 상판 및 하판은 개별로 제공되어 척추유합술 시 상황에 따라 사용자가 수술실 내부에서 조립하여 사용할 수 있으며,
상기 케이지 몸체의 상면과 하면에는 복수개의 결합홈이 형성되고, 상기 상판과 하판의 상기 케이지 몸체와 접하는 접면에는 상기 결합홈에 탈착가능한 결합돌기가 형성되어, 상기 케이지 몸체에 상기 상판과 하판이 탈착식으로 결합되며,
상기 케이지 몸체와 상판, 하판의 결합되는 접면의 양단에는 상기 케이지 몸체에 상판과 하판의 결합 시 결합되는 방향으로는 삽입이 용이하지만, 그 반대방향으로의 이탈은 어렵게 되어 상판과 하판의 이탈을 방지할 수 있는 이탈방지구조가 형성되되,
상기 이탈방지구조는 상기 케이지 몸체와 상판, 하판의 접면 양단에 단턱을 형성하여 견고한 결합이 가능하도록 하며, 상기 단턱은 케이지 몸체의 상면과 하면에 평평하게 형성되는 평면부와, 상기 평면부의 양단에서 평면부보다 높게 형성되는 단차부와, 상기 평면부와 단차부를 연결하며 상기 평면부에서 단차부로 갈수록 중앙을 향해 소정각도로 경사지는 경사부로 이루어지고,
상기 평면부와 경사부의 연결부위 및 상기 단차부와 경사부의 연결부위는 소정의 곡률반경을 가지는 굴곡면으로 이루어지며,
상기 경사부가 수직방향의 수직선과 이루는 경사각도는 1° 내지 5°인 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리. - 청구항 1에 있어서,
상기 케이지 몸체는 상기 중공부에 연통되며 좌우로 관통되는 다수개의 측공부가 형성되는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리. - 청구항 2에 있어서,
상기 측공부는 횡방향과 종방향으로 나란하게 배열되는 다수개의 홀로 이루어지며,
상기 홀은 상하방향으로 탄성을 주어 충격을 흡수할 수 있는 마름모 형상인 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리. - 청구항 1에 있어서,
상기 케이지 몸체는 방사선 투과 특성을 가지면서 탄성 계수(Elastic modulus)가 피질골(Cortical bone)과 유사한 폴리머 소재로 이루어지고,
상기 상판과 하판은 표면 골유합율이 높고 탄성 계수가 낮으면서 3D 프린팅이 가능한 메탈 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 상판과 하판은 다공성 메쉬(mesh) 구조를 포함하며,
상기 다공성 메쉬 구조를 통해 표면적을 넓혀 골유합율을 향상시키는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리. - 청구항 9에 있어서,
상기 상판과 하판은 메쉬(mesh)와 솔리드(solid)가 혼합된 하이브리드(hybrid) 구조로 구성되며, 상기 메쉬의 크기 및 비율은 대상 척추뼈의 구조적 특성에 따라 정해지는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리. - 청구항 9에 있어서,
상기 상판과 하판의 다공성 메쉬 구조는,
상기 메쉬의 홀 크기가 다양하게 이루어지는 랜덤(random)구조 또는 메쉬 구조의 강도를 더 향상시킬 수 있는 벌집구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리. - 청구항 1에 있어서,
상기 상판과 하판은 환자의 해부학적 구조에 맞게 다양한 각도, 높이 및 형상으로 제작되며, 상기 스파이크의 크기, 배열 및 모양에 따라 상기 상판과 하판의 형상이 달라지는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리. - 청구항 1에 있어서,
상기 상판과 하판은 엑스레이(X-ray) 또는 컴퓨터 단층촬영(CT)을 통해 환자의 손상된 척추의 정보를 획득하고, 획득된 정보를 통해 이미지를 생성하고, 생성된 상기 이미지에 대응하는 외형을 갖도록 금속재료를 녹여 3D 프린팅으로 출력되는 것을 포함하는 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리. - 청구항 12에 있어서,
상기 상판과 하판은 환자의 엑스레이(X-ray) 또는 컴퓨터 단층촬영(CT)을 통한 데이터(Data)를 바탕으로 척추체(vertebra body)의 강도를 분석하여 상판과 하판을 대칭으로 조립하지 않고 각각 별도의 다른 형상으로 제작한 후 조립하는 것을 특징으로 하는 환자 맞춤형 추간체 유합보형재 어셈블리.
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2023
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