KR20050050734A

KR20050050734A - 골강내 고정 가이드와 진동을 이용한 골강 가공장치

Info

Publication number: KR20050050734A
Application number: KR1020030084338A
Authority: KR
Inventors: 윤용산; 박영배
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2003-11-26
Filing date: 2003-11-26
Publication date: 2005-06-01
Also published as: JP4092326B2; US7189241B2; JP2005152623A; KR100563252B1; US20050113839A1

Abstract

본 발명은 정형외과에서 인공 고관절 수술 시 인공관절을 삽입하기 위해 대퇴골에 구멍을 가공하는 경우에 사용되는 골강 가공장치에 관한 것으로, 골강내에 강제 압입된 고정가이드와, 상기 고정가이드에 삽입되어 길이방향으로 이동 가능하도록 설치된 골강 가공용 브로우치와, 상기 골강 가공용 브로우치가 상기 고정가이드에 안내되면서 진동을 일으키면서 골강이 가공되도록 골강 가공용 브로우치에 위치된 진동발생수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 골강 가공을 수작업이 아닌 기계적 진동을 이용하여 골강을 수월하게 갈아냄으로서 의사의 불편이 해소된다. 또한 골강의 축방향을 따라 가이드에 안내되면서 가공이 이루어지기 때문에 가공된 형상의 정확도가 향상되고, 필요시 골강가공용 브로우치의 위치를 조절할 수 있어 가공된 골강의 위치 정밀도가 향상된다.

Description

골강내 고정 가이드와 진동을 이용한 골강 가공장치{Apparatus for bone broaching by percussion which guided by the guide installed inside the bone cavity}

본 발명은 정형외과에서 인공 고관절 수술 시 인공관절을 삽입하기 위해 대퇴골에 구멍을 가공하는 경우에 사용되는 골강 가공장치에 관한 것으로, 특히 가이드장치와 진동을 이용하여 정확한 위치와 형상의 골강 가공이 가능토록 한 골강 가공장치에 관한 것이다.

인공 고관절(다리와 엉덩이를 연결하는 관절) 수술은 인공 관절을 대퇴골에 삽입하여, 손상된 대퇴골두 대신 인공 관절이 골반과 마찰하도록 하여 통증을 줄이는 수술 기법이다. 이때 인공 관절을 다리측 대퇴골에 삽입하기 위해서는 대퇴골에 인공 관절의 형상과 유사한 구멍을 가공하여야 한다.

인공 관절의 고정은 접착제(bone cement)를 이용하는 방법과, 접착제를 이용하지 않고 인공 관절의 모양과 정확하게 일치되도록 대퇴골에 구멍을 가공한 후 이 구멍에 인공 관절을 끼워넣고 뼈가 자라서 인공관절을 결합하는 고정 방법이 있다.

따라서, 대퇴골에 가공된 구멍의 위치 또한 시술자가 원래 의도한 위치에 정확하게 위치하여야 수술 후 수술한 다리가 뒤틀리거나 길이가 짧아지는 등의 일이 발생하지 않는다.

종래에는 인공 관절과 같은 형상으로 생긴 브로우치(broach)를 수작업으로 삽입하여 구멍을 가공하나, 이 방법은 가공된 구멍의 형상 및 위치가 정확하지 않은 단점이 있다. 수작업으로 가공시 줄을 망치로 때려 넣는 방법 대신 공압을 이용한 고속 진동기로 줄을 삽입하는 방법이 있으나, 이 방법은 망치에 비하여 작업의 편의성은 높아지나 구멍의 형상 및 위치의 정확도에 대한 신뢰성이 떨어진다.

다른 방법으로서 컴퓨터와 연결된 밀링 로봇으로 대퇴골을 가공하는 방법이 있으나, 로봇을 적용한 경우 구멍의 형상과 위치는 정확하나 로봇의 가격이 비싸고 수술시간이 길어지며 경우에 따라 추가적인 수술이 필요하며, 결국 비용소모가 커지며 환자의 출혈량이 많아져 혈전증 등의 위험이 높아지는 단점이 있다.

본 발명에서는 전동 또는 공압을 이용한 고속 진동기로 브로우치(broach)를 삽입하면서, 브로우치의 원하는 위치 및 방향으로 정확히 대퇴골을 가공하도록 가이드를 같이 제공하여 결과적으로 골강에 가공된 구멍의 형상 및 위치 정밀도를 대폭 개선코자 한다.

특히, 가이드가 신체 외부에 설치되는 경우 가이드와 대퇴골이 잘 정렬되어 원하는 위치가 되도록 하는 작업이 매우 까다롭고 오래 걸릴 수 있는 점을 가이드를 골강내에 설치하므로서 매우 간단하게 해결할 수 있다. 가공된 구멍은 대퇴골에 대하여 정확한 위치에 만들어져야 하며, 특히 수술의 목적상 가공된 구멍이 대퇴골 내부에 존재하는 대퇴골강(femoral cavity)과 정렬되어야 되므로, 대퇴골강에 가이드를 설치하는 경우 자연스럽게 이러한 위치관계가 성립되어 가공 위치의 선택 및 정렬이 용이하다.

또한, 임상적으로 중요성을 띠고 있는 내전/외전각(valgus-varus angle)은 골강 가이드를 완전히 설치한 후 간단히 돌림나사로 맞출 수 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 창안된 것으로서, 가공된 골강의 구멍 형상의 정확도를 향상시키고, 필요시 골강가공용 브로우치의 위치를 조절할 수 있도록 하여 가공된 골강의 위치 정밀도를 향상시키고, 골강 가공을 수작업이 아닌 기계적 진동을 이용하여 골강을 수월하게 갈아냄으로서 의사의 불편을 해소할 수 있도록 한 골강내 고정 가이드와 진동을 이용한 골강 가공장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,

고관절에 인공관절을 삽입하기 위한 골강을 가공하기 위한 장치에 있어서,

골강내에 강제 압입된 고정가이드와;

상기 고정가이드에 삽입되어 길이방향으로 이동 가능하도록 설치된 골강 가공용 브로우치와;

상기 골강 가공용 브로우치가 상기 고정가이드에 안내되면서 진동을 일으키면서 골강이 가공되도록 골강 가공용 브로우치에 위치된 진동발생수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 골강 가공장치의 조립상태도이고, 도 2,3은 본 발명에 적용되는 진동발생장치의 다양한 예시도이고, 도 4는 도 1의 A-A선에서 본 단면도이고, 도 5는 도 1의 B-B선에서 본 단면도이다.

본 발명은 도 1과 같이 고관절(10)에 인공관절(미도시)을 삽입하기 위해 선행되어야 할 골강 가공을 위한 고정가이드(20)가 구비된다.

상기 고정가이드(20)는 고관절(10)의 골강내에 강제 압입된 것이다.

상기 고정가이드(20)는 환자의 골강 크기에 맞게 여러가지 크기로 미리 준비된다. 고정가이드(20)는 가공할 구멍이 대퇴골과 축방향으로 정렬되도록 유지시켜 주는 기능을 한다. 고정가이드(20)는 일단이 골강에 끼움되어 마찰에 의해 고정되는 고정부(21)와 타단이 후술할 골강 가공용 브로우치(30)의 상하운동만 허용하도록 안내하는 안내축(22)으로 구성된다.

상기 고정가이드(20)에는 골강 가공용 브로우치(30)가 삽입되어 있다. 구체적으로 골강 가공용 브로우치(30)는 고정가이드(20)의 안내축(22) 길이방향을 따라 상하로 이동 가능하게 설치되어 있다.

상기 골강 가공용 브로우치(30)는 전둘레에 걸쳐 날이 형성되어 있는 것으로서 실질적으로 인공관절(미도시)이 위치되는 구멍을 형성시켜 주는 공구이다.

상기 골강 가공용 브로우치(30)에는 진동발생장치(40)가 위치된다. 이 진동발생장치(40)는 골강 가공용 브로우치(30)에 고정 또는 착탈가능하게 설치될 수 있다. 진동발생장치(40)는 진동을 일으켜 고정가이드(20)에 삽입된 골강 가공용 브로우치(30)에 상하 진동을 유발시키는 기능을 한다.

상기 진동발생장치(40)는 전동식 또는 공압식으로 구성될 수 있다.

일례로 전동식의 경우 도 2와 같은 진동발생장치로 구성될 수 있다.

도 2는 골강가공용 브로우치(40)에 연결된 진동몸체(42)와, 상기 진동몸체(42)에 고정 장착된 구동모터(44)와, 상기 진동몸체(42)에 회전 가능하게 설치됨과 동시에 상기 구동모터(44)의 회전 출력을 받아 회전하고, 회전 무게중심을 반복적으로 변동시켜 진동몸체(42)를 진동시키는 진동판(46)으로 구성된 것이다.

본 실시예에서 상기 진동판(46)은 원판형태로서 한쪽에 진동을 유도하는 무게추(46a)가 구비되어 있다.

이는 구동모터(44)가 회전되면 진동판(46)의 무게추(46a)가 진동판(46)의 무게 중심을 변동시키고, 이것에 의해 골강가공용 브로우치(30)에 구속된 진동몸체(42)가 상하로 진동되는 원리를 적용한 것이다.

한편, 공압식의 경우 일례로 도 3과 같이 상기 골강가공용 브로우치(30)에 연결된 피스톤 하우징(142)과, 상기 피스톤 하우징(142)에 상하 이동 가능하게 장착된 피스톤(144)과, 상기 피스톤(144)의 상하 이동을 반복시키는 절환수단(146)과, 상기 절환수단(146)에 연결되고 피스톤(144)측 공압실에 공압을 가하는 공압원으로 구성된다. 이때 절환수단(146)은 전기적으로 제어되어 절환위치를 바꿈에 따라 피스톤(144)의 이동방향을 제어한다.

다른 한편, 본 발명은 상기 골강 가공용 브로우치(30)의 가공 진행 방향을 설정하기 위한 수단으로, 상기 고정가이드(20)와 상기 골강 가공용 브로우치(30)의 사이에 위치되고, 고정가이드(20)와는 일체로 회전할 수 있도록 결합되고 골강 가공용 브로우치(30)와는 회전 가능하게 조립된 로테이션 조인트(50)와, 상기 로테이션 조인트(50)의 회전 조절 및 고정을 위해 골강 가공용 브로우치(30)에 설치된 로커(60)가 더 포함될 수 있다.

이때, 로테이션 조인트(50)와 고정가이드(20)는 도 5와 같이 반달 단면형태로 결합될 수 있다.

여기서 상기 로테이션 조인트(50)는 도 4와 같이 상단에 피니언기어(52)가 형성되고, 상기 로커(60)는 피니언기어(52)에 이맞물림된 웜기어(62)가 형성되어 있다. 따라서 로커(60)를 회전시키는 방향에 따라 웜기어(62)가 피니언기어(52)의 둘레를 따라 이맞물려져 회전하고, 이에 의해 로커(60)가 고정되어 있는 골강가공용 브로우치(30)가 회전 조절된다. 이때 로테이션 조인트(50)는 고정가이드(20)에 반달 단면 형태로 결합되어 있어 회전을 하지 못하고 고정상태를 유지한다.

미설명 부호 42a, 142a는 골강가공용 브로우치(30)에 연결되기 위한 조인팅구멍이다.

이와 같이 구성된 본 실시예의 작용을 설명한다.

먼저, 리머(reamer)(미도시)로 고관절(10)의 대퇴골강에 축방향으로 구멍을 형성한 후 고정가이드(20)를 설치한다. 이 때 고정가이드(20)의 고정부(21)가 압입 마찰력으로 고정을 확고하게 유지한다.

이 상태에서 골강가공용 브로우치(30)를 고정가이드(20)의 안내축(22)에 삽입한다.

이 상태에서 골강가공용 브로우치(30)의 가공 방향을 살펴서 의도한 방향이 아니면 로테이션 조인트(50)와 로커(60)를 이용하여 골강가공용 브로우치(30)의 가공방향을 조절한다.

즉, 로커(60)를 어느 일방으로 회전시키면 로커측 웜기어(62)가 로테이션 조인트측 피니언기어(52)에 이맞물림된 상태에서 상대적으로 로커(60)가 골강가공용 브로우치(30)와 일체로 회전 조절된다.

이같이 로커(60)의 조작이 완료되면 골강가공용 브로우치(30)의 가공 방향이 결정되고, 이어서 진동발생장치를 작동시킨다.

진동발생장치를 작동시키면 발생된 진동이 골강가공용 브로우치(30)에 전달되고, 골강가공용 브로우치(30)가 상하 미세 운동을 반복하게 된다.

여기서 진동은 예로 도 2와 같이 전원에 연결된 구동모터(44)가 구동하고, 이에 연동하여 진동판(46)이 회전하여 진동이 유도될 수 있고, 도 3과 같이 공압원(147)에 연결된 피스톤(144)이 상하로 반복적으로 작동하여 진동이 유도될 수 있다.

이같이 골강가공용 브로우치(30)가 고정가이드(20)의 안내를 받으면서 축방향을 따라 상하로 미세 진동 운동을 빠른 속도로 반복하게 되면 뼈의 부드러운 연질골(spongeous bone)을 갈아내면서 골강을 가공해 들어가게 된다.

이때 시술자(의사)는 한 손으로 고정가이드(20)의 최 상단 부위를 잡고 다른 한 손으로 진동발생장치(40)를 잡는다.

이같이 하여 원하는 골강의 가공이 완료되면, 고정가이드(20)로부터 골강가고용 브로우치(30)를 진동발생장치(40)와 함께 제거하고, 최종적으로 고정가이드(20)를 제거한다.

이같이 본 발명은 고정가이드(20)를 따라 이동 안내되면서 골강가공용 브로우치(30)가 골강을 가공하게 되어 정밀도가 향상된다. 또한 수작업이 아니라 기계적으로 가공이 이루어져 작업이 훨씬 수월하고 안전하게 이루어질 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 고관절 수술에 이용되는 골강 가공장치에 따르면, 골강 가공을 수작업이 아닌 기계적 진동을 이용하여 골강을 수월하게 갈아냄으로서 의사의 불편이 해소된다. 또한 골강의 축방향을 따라 가이드에 안내되면서 가공이 이루어지기 때문에 가공된 형상의 정확도가 향상되고, 필요시 골강가공용 브로우치의 위치를 조절할 수 있어 가공된 골강의 위치 정밀도가 향상된다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 골강 가공장치의 조립상태도.

도 2,3은 본 발명에 적용되는 진동발생장치의 다양한 예시도.

도 4는 도 1의 A-A선에서 본 단면도.

도 5는 도 1의 B-B선에서 본 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20 : 고정가이드

30 : 골강가공용 브로우치

42 : 진동몸체

44 : 구동모터

46 : 진동판

50 : 로테이션 조인트

52 : 피니언기어

60 : 로커

62 : 웜기어

142 : 피스톤 하우징

144 : 피스톤

146 : 절환수단

147 : 공압원

Claims

고관절에 인공관절을 삽입하기 위한 골강을 가공하기 위한 장치에 있어서,

상기 골강내에 강제 압입된 고정가이드(20)와;

상기 고정가이드(20)에 삽입되어 길이방향으로 이동 가능하도록 설치된 골강 가공용 브로우치(30)와;

상기 골강 가공용 브로우치(30)가 상기 고정가이드(20)에 안내되면서 진동을 일으키면서 골강이 가공되도록 골강 가공용 브로우치(30)에 위치된 진동발생수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 골강내 고정 가이드와 진동을 이용한 골강 가공장치.
제 1항에 있어서,

상기 진동발생수단은,

상기 골강가공용 브로우치(30)에 연결된 진동몸체(42)와;

상기 진동몸체(42)에 고정 장착된 구동모터(44)와;

상기 진동몸체(42)에 회전 가능하게 설치됨과 동시에 상기 구동모터(44)의 회전 출력을 받아 회전하고, 회전 무게중심을 반복적으로 변동시켜 진동몸체(42)를 진동시키는 진동판(46)으로 구성된 것을 특징으로 하는 골강내 고정 가이드와 진동을 이용한 골강 가공장치.
제 1항에 있어서,

상기 진동발생수단은, 상기 골강가공용 브로우치(30)에 연결된 피스톤 하우징(142)과, 상기 피스톤 하우징(142)에 상하 이동 가능하게 장착된 피스톤(144)과, 상기 피스톤(144)의 상하 이동을 반복시키는 절환수단(146)과, 상기 절환수단(146)에 연결되고 피스톤(144)측 공압실에 공압을 가하는 공압원으로 구성된 것을 특징으로 하는 골강내 고정 가이드와 진동을 이용한 골강 가공장치.
제 1항에 있어서,

상기 골강 가공용 브로우치의 가공 진행 방향을 설정하기 위한 수단으로,

상기 고정가이드(20)와 상기 골강 가공용 브로우치(30)의 사이에 위치되고, 고정가이드(20)와는 일체로 회전할 수 있도록 결합되고 골강 가공용 브로우치(30)와는 회전 가능하게 조립된 로테이션 조인트(50)와, 상기 로테이션 조인트(50)의 회전 조절 및 고정을 위해 골강 가공용 브로우치(30)에 설치된 로커(60)가 포함되고,

상기 로테이션 조인트(50)는 피니언기어(52)가 형성되고, 상기 로커(60)는 피니언기어(52)에 이맞물림된 웜기어(62)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 골강내 고정 가이드와 진동을 이용한 골강 가공장치.