KR20120071874A - 주문형 인공 고관절용 비구컵 제작방법 - Google Patents

주문형 인공 고관절용 비구컵 제작방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 환자 개개인의 특성에 맞게 제공되는 주문형 인공 고관절용 비구컵 제작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 환자의 의료영상을 기초로 환자 개개인별 특징에 부합하는 맞춤형 인공고관절용 비구컵을 정확하고 신속하게 제작할 수 있고, 환자의 의료영상에서 추출한 설계변수를 실제 설계환경에 정확하고 신속하게 정렬시킬 수 있는 방법을 제공하며, 비구컵의 내경은 외경의 크기에 따라 미리 규격화된 내경설계 중 선택하는 방식을 사용함으로써 설계기간 단축은 물론 기성화된 베어링을 사용할 수 있도록 하여 비용을 절감할 수 있도록 하며, 비구컵 외경에서 돌출되는 플랜지를 비구부 주위의 뼈방향 별로 각각 별도의 플랜지로 분리설계함으로써 재료절감은 물론 비구컵의 시술시 방향을 용이하게 설정할 수 있도록 하며, 비구부 내 골소실 부위를 충전할 골충전부위를 정확하게 설계하고 이를 비구컵에 정확하게 결합시킬 수 있도록 하여 환자 개개인별 맞춤형 비구컵을 정확하게 신속하게 제작할 수 있는 것을 특징으로 하는 주문형 인공 고관절용 비구컵 제작방법을 제공하는 것이다.

Description

주문형 인공 고관절용 비구컵 제작방법{The Manufacturing Method of Acetabular Cup for Order-type Artificial Hip-joint}
본 발명은 환자 개개인의 특성에 맞게 제공되는 주문형 인공 고관절용 비구컵 제작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 환자의 의료영상을 기초로 환자 개개인별 특징에 부합하는 맞춤형 인공고관절용 비구컵을 정확하고 신속하게 제작할 수 있고, 환자의 의료영상에서 추출한 설계변수를 실제 설계환경에 정확하고 신속하게 정렬시킬 수 있는 방법을 제공하며, 비구컵의 내경은 외경의 크기에 따라 미리 규격화된 내경설계 중 선택하는 방식을 사용함으로써 설계기간 단축은 물론 기성화된 베어링을 사용할 수 있도록 하여 비용을 절감할 수 있도록 하며, 비구컵 외경에서 돌출되는 플랜지를 비구부 주위의 뼈방향 별로 각각 별도의 플랜지로 분리설계함으로써 재료절감은 물론 비구컵의 시술시 방향을 용이하게 설정할 수 있도록 하며, 비구부 내 골소실 부위를 충전할 골충전부위를 정확하게 설계하고 이를 비구컵에 정확하게 결합시킬 수 있도록 하여 환자 개개인별 맞춤형 비구컵을 정확하게 신속하게 제작할 수 있는 것을 특징으로 하는 주문형 인공 고관절용 비구컵 제작방법을 제공하는 것이다.
고관절은 인체의 대퇴골과 골반 사이를 연결하는 관절로서, 사람이 앉거나 서는데 있어서 가장 중요한 작용을 하는 관절이고, 여러 가지의 병적 원인과 외상 등에 의해서 손상될 수 있으며, 이를 치유하기 위하여 외과 수술을 통하여 인공 고관절이 적용될 수 있다.
통상적으로 인공 고관절은 도 1에 도시된 바와 같이 골반(a)의 비구부에 고정되는 비구컵(100)과 대퇴골(b)에 삽입 고정되는 대퇴스템(c)으로 구성되는데, 대퇴스템(c)과 비구컵(100)은 예를 들면 인체에 무해한 티타늄 합금 등으로 제작된다. 대퇴스템(c)의 단부에는 세라믹 또는 금속재료로 형성된 대퇴골두(c1)가 고정되고, 비구컵(100) 안에는 상기 대퇴골두(c1)가 수용되어 회전할 수 있는 베어링(200)이 끼워져 있으며 상기 베어링(200)은 세라믹 재료 또는 고분자 폴리에틸렌으로 제작된다. 이와 같이 구성된 인공 고관절은 대퇴골(b) 및 대퇴스템(c)의 움직임에 따라 대퇴골두(c1)가 베어링(200)에 대한 회전운동을 할 수 있도록 되어 있다.
인공 고관절은 일정한 규격에 따라 미리 제작되어진 기성형 인공고관절과 기성형 인공고관절에 적합하지 않는 대퇴골 형상을 가진 환자를 위해 환자의 개별적인 특성에 맞게 제작되어지는 주문형 인공고관절로 크게 나누어볼 수 있는데, 주문형 인공고관절용 비구컵에 대해 요구되는 가장 중요한 요소는 환자 개개인별 골반형상에 부합하는 비구컵을 정확하고 신속하게 설계제작하여 제공할 수 있도록 하는 것이다.
또한, 비구컵을 설계함에 있어 환자별로 비구부 내에 골이 소실된 부위를 확인하여 골소실 부위를 정확하게 충진할 수 있는 비구컵을 제공하는 것 역시 중요하다.
또한, 비구컵을 비구부 및/또는 골반에 고정시키는 데에 필요한 별도의 플랜지를 설계함에 있어서도 비용을 절감할 수 있고, 비구컵 시공시의 시공성에도 도움이 될 수 있는 플랜지 설계방법 역시 필요성이 대두되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
본 발명의 목적은 환자의 의료영상을 기초로 환자 개개인별 특징에 부합하는 맞춤형 인공고관절용 비구컵을 정확하고 신속하게 제작할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 환자의 의료영상에서 추출한 설계변수를 실제 설계환경에 정확하고 신속하게 정렬시킬 수 있는 방법을 제공하여 각 환자에 맞는 인공고관절용 비구컵을 정확하게 제작할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 비구컵의 내경은 외경의 크기에 따라 미리 규격화된 내경설계 중 선택하는 방식을 사용함으로써 설계기간 단축은 물론 기성화된 베어링을 사용할 수 있도록 하여 비용을 절감할 수 있도록 하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 비구컵 외경에서 돌출되는 플랜지를 비구부 주위의 뼈방향 별로 각각 별도의 플랜지로 분리설계함으로써 재료절감은 물론 비구컵의 시술시 방향을 용이하게 설정할 수 있도록 하여 시공성을 향상시킬 수 있는 제작방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 비구부 내 골소실 부위를 충전할 골충전부위를 정확하게 설계하고 이를 비구컵에 정확하게 결합시킬 수 있도록 하여 환자 개개인별 맞춤형 비구컵을 정확하게 신속하게 제작할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 주문형 인공 고관절용 비구컵 제작방법은 다음과 같은 구성을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 주문형 인공 고관절용 비구컵 제작방법은 환자의 골반 형상정보로부터 비구컵을 설계,제작하는데 필요한 설계변수를 추출하는 설계변수추출단계; 상기 설계변수추출단계에서 얻은 정보를 비구컵의 설계환경에 맞게 정렬시키는 전처리단계; 상기 설계변수추출단계에서 추출된 설계변수를 이용하여 환자에 맞는 비구컵을 설계하는 비구컵설계단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 주문형 인공 고관절용 비구컵 제작방법에 있어서 상기 설계변수추출단계에서 추출하는 설계변수는 비구부의 곡면정보를 추출하여 산정한 비구부 중심과 직경; 비구부 주위 비구순 등선을 평면으로 보간한 기준평면; 상기 기준평면상에서 비구부 중심으로부터 해부학적으로 내측으로 향하는 법선벡터; 골밀도가 높고 골고정 나사를 깊이 고정할 수 있는 부위를 선정한 골고정 나사위치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 주문형 인공 고관절용 비구컵 제작방법에 있어서 상기 설계변수추출단계에서 추출하는 설계변수는 비구부 주위 각 뼈 방향으로 비구컵 플랜지를 고정할 수 있는 부위를 선정한 플랜지고정 나사위치; 비구부의 골이 소실된 부위의 위치와 크기를 산정한 골소실 부위 중심과 반지름;을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 주문형 인공 고관절용 비구컵 제작방법에 있어서 상기 전처리단계는 상기 기준평면을 설계환경의 설계평면에 맞게 정렬하는 평면정렬단계와, 상기 비구부의 중심을 설계환경의 중심에 맞게 정렬하는 중심정렬단계와, 상기 법선벡터를 설계환경의 상측 방향에 맞게 정렬하는 방향정렬단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 주문형 인공 고관절용 비구컵 제작방법에 있어서 상기 비구컵설계단계는 상기 비구부 중심과 직경을 토대로 비구컵의 외경을 설계하는 외경설계단계와, 상기 외경설계단계에서 설계된 비구컵의 외경을 토대로 비구컵의 내경을 선택하는 내경선택단계와, 상기 골고정 나사위치를 토대로 골고정 나사를 결합할 수 있는 나사공을 설계하는 나사공설계단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 주문형 인공 고관절용 비구컵 제작방법에 있어서 상기 비구컵설계단계는 설계변수추출단계에서 추출한 플랜지고정 나사위치를 토대로 비구컵의 외경에서 돌출되는 플랜지와 제2나사공을 설계하는 플랜지설계단계와, 설계변수추출단계에서 추출한 골소실 부위 중심과 반지름을 토대로 골소실 부위에 결합할 골충전부위를 설계하는 골충전부위설계단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 주문형 인공 고관절용 비구컵 제작방법에 있어서 상기 플랜지설계단계는 상기 플랜지를 비구부 주위의 뼈방향 별로 각각 별도의 플랜지로 분리하여 설계하고, 상기 골충전부위설계단계는 골소실 부위의 중심에서 반지름만큼 이격된 반지름형성점과 가장 깊이 소실된 부위의 끝점을 연결하는 타원형태의 골충전부위를 설계하며, 골소실 부위의 중심과 설계환경의 중심을 연결하는 축을 토대로 골충전부위를 비구컵에 결합할 수 있는 골충전부위 결합공을 설계하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 환자의 의료영상을 기초로 환자 개개인별 특징에 부합하는 맞춤형 인공고관절용 비구컵을 정확하고 신속하게 제작할 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명은 환자의 의료영상에서 추출한 설계변수를 실제 설계환경에 정확하고 신속하게 정렬시킬 수 있는 방법을 제공하여 각 환자에 맞는 인공고관절용 비구컵을 정확하게 제작할 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명은 비구컵의 내경은 외경의 크기에 따라 미리 규격화된 내경설계 중 선택하는 방식을 사용함으로써 설계기간 단축은 물론 기성화된 베어링을 사용할 수 있도록 하여 비용을 절감할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.
본 발명은 비구컵 외경에서 돌출되는 플랜지를 비구부 주위의 뼈방향 별로 각각 별도의 플랜지로 분리설계함으로써 재료절감은 물론 비구컵의 시술시 방향을 용이하게 설정할 수 있도록 하여 시공성을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명은 비구부 내 골소실 부위를 충전할 골충전부위를 정확하게 설계하고 이를 비구컵에 정확하게 결합시킬 수 있도록 하여 환자 개개인별 맞춤형 비구컵을 정확하게 신속하게 제작할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 인공고관절이 시술된 상태를 나타내는 개략도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주문형 인공 고관절용 비구컵 제작방법의 공정을 나타내는 블럭도
도 3은 환자의 골반 형상정보로부터 비구부 중심과 직경을 추출하는 것을 도시한 참고도
도 4는 환자의 골반 형상정보로부터 기준평면과 법선벡터를 추출하는 것을 도시한 참고도
도 5는 환자의 골반 형상정보로부터 골고정 나사위치를 추출하는 것을 도시한 참고도
도 6은 환자의 골반 형상정보로부터 플랜지고정 나사위치를 추출하는 것을 도시한 참고도
도 7은 환자의 골반 형상정보로부터 골소실부위 중심과 반지름을 추출하는 것을 도시한 참고도
도 8은 전처리단계의 과정을 도시한 참고도
도 9는 비구컵의 외경을 설계하는 과정을 도시한 참고도
도 10은 비구컵의 내경을 선택하여 규격대로 설계하는 과정을 도시한 참고도
도 11은 비구컵의 나사공을 설계하는 과정을 도시한 참고도
도 12는 비구컵의 플랜지와 제2나사공을 설계하는 과정을 도시한 참고도
도 13은 비구컵의 골충전부위를 설계하는 과정을 도시한 참고도
도 14는 비구컵의 설계가 완성된 모습을 도시한 참고도
이하에서는 본 발명에 따른 주문형 인공 고관절용 비구컵 제작방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 인공고관절이 시술된 상태를 나타내는 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주문형 인공 고관절용 비구컵 제작방법의 공정을 나타내는 블럭도이고, 도 3은 환자의 골반 형상정보로부터 비구부 중심과 직경을 추출하는 것을 도시한 참고도이고, 도 4는 환자의 골반 형상정보로부터 기준평면과 법선벡터를 추출하는 것을 도시한 참고도이고, 도 5는 환자의 골반 형상정보로부터 골고정 나사위치를 추출하는 것을 도시한 참고도이고, 도 6은 환자의 골반 형상정보로부터 플랜지고정 나사위치를 추출하는 것을 도시한 참고도이고, 도 7은 환자의 골반 형상정보로부터 골소실부위 중심과 반지름을 추출하는 것을 도시한 참고도이고, 도 8은 전처리단계의 과정을 도시한 참고도이고, 도 9는 비구컵의 외경을 설계하는 과정을 도시한 참고도이고, 도 10은 비구컵의 내경을 선택하여 규격대로 설계하는 과정을 도시한 참고도이고, 도 11은 비구컵의 나사공을 설계하는 과정을 도시한 참고도이고, 도 12는 비구컵의 플랜지와 제2나사공을 설계하는 과정을 도시한 참고도이고, 도 13은 비구컵의 골충전부위를 설계하는 과정을 도시한 참고도이고, 도 14는 비구컵의 설계가 완성된 모습을 도시한 참고도이다.
도 1 내지 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 주문형 인공 고관절용 비구컵 제작방법은 환자의 골반 형상정보로부터 비구컵(100)을 설계,제작하는데 필요한 설계변수를 추출하는 설계변수추출단계(S1); 상기 설계변수추출단계(S1)에서 얻은 정보를 비구컵(100)의 설계환경에 맞게 정렬시키는 전처리단계(S3); 상기 설계변수추출단계(S1)에서 추출된 설계변수를 이용하여 환자에 맞는 비구컵(100)을 설계하는 비구컵설계단계(S5);를 포함할 수 있다.
상기 설계변수추출단계(S1)는 환자의 골반 형상정보로부터 비구컵(100)을 설계,제작하는데 필요한 설계변수를 추출하는 과정으로, 환자의 골반 형상에 관한 엑스레이 영상정보나 CT(Computer Tomography) 등으로부터 환자의 3차원 골반 영상정보를 얻고 이로부터 필요한 설계변수를 추출하는 과정을 의미한다.
환자의 3차원 골반 영상정보는 국제 의료영상표준인 다이콤(DICOM) 의료영상정보를 이용하여 컴퓨터 산술처리 및 각 이미지 프로세싱을 이용하여 정확한 값을 획득할 수 있다.
[사진1]
Figure pat00001
상기 사진 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 이렇게 획득한 환자의 3차원 골반 영상정보로부터 필요한 설계변수를 추출해내는데, 필요한 설계변수로는 비구부의 곡면정보를 추출하여 산정한 비구부 중심(301)과 직경(302); 비구부 주위 비구순(303) 등선을 평면으로 보간한 기준평면(304); 상기 기준평면(304)상에서 비구부 중심으로부터 해부학적으로 내측으로 향하는 법선벡터(305); 골밀도가 높고 골고정 나사를 깊이 고정할 수 있는 부위를 선정한 골고정 나사위치(306); 비구부 주위 각 뼈 방향으로 비구컵 플랜지(102)를 고정할 수 있는 부위를 선정한 플랜지고정 나사위치(307); 비구부의 골이 소실된 부위의 위치와 크기를 산정한 골소실 부위 중심(308)과 반지름(309);이 있다.
비구부(300)의 중심(301)과 직경(302)은 환자에 맞는 비구컵(100)의 중심과 외경을 설계하기 위해 필요한 설계변수로, 도 3에 도시된 바와 같이 환자의 3차원 골반 형상정보에 나타나 있는 비구부의 형태를 토대로 비구부 중심과 비구부 중심에서 크게 장골(illium), 좌골(ischium), 치골(pubis)방향의 비구순 까지의 거리를 산정하여 비구부의 곡면정보를 구로 보간하여 구의 중심과 직경을 각각 비구부 중심(301)과 직경(302)으로 획득한다.
기준평면(304)은 환자의 골반 형상정보로부터 얻은 설계변수들을 실제 설계환경과 맞추기 위한 기준이 되는 정보로, 도 4에 도시된 바와 같이 환자의 3차원 골반 형상정보에 나타나 있는 비구부 주위 비구순(303) 등선을 따라 점을 생성한 후, 이 점들을 한 평면으로 보간하여 기준이 되는 기준평면(304)을 선정하게 된다. 상기 기준평면(304)상에서 비구부 중심으로부터 해부학적으로 내측(medial)으로 향하는 벡터를 법선벡터(305)로 산정하여, 기준평면상에서 어느 측이 비구부 내측을 향하는지에 대한 기준으로 삼게 된다.
골고정 나사위치(306)는 설계된 비구컵(100)을 시술시 비구컵(100)을 비구부 내에 고정시키기 위한 골고정 나사를 시술할 위치를 의미하는 것으로, 도 5에 각각 도시된 바와 같이 환자의 3차원 골반 형상정보를 토대로 골고정 나사위치(306)를 선정하게 되는데, 이때 환자의 CT영상정보와 함께 비교하여 비구부 주위에서 골밀도가 높고 깊이 골고정 나사를 고정할 수 있는 부위를 골고정 나사위치(306)로 선정하는 것이 바람직하다.
플랜지고정 나사위치(307)는 설계된 비구컵(100)을 시술시 비구컵(100)의 비구순 내 안착 및 고정을 위해 비구컵(100)의 외주로 돌출형성된 플랜지(102)를 설계하고, 설계된 플랜지(102)를 고정시키기 위한 플랜지고정 나사를 시술할 위치를 선정하기 위해 필요한 설계변수로, 도 6에 도시된 바와 같이 비구부 주위의 비구순에서 크게 장골(illium), 좌골(ischium), 치골(pubis)방향으로 플랜지고정 나사위치(307)를 선정하게 되는데, 이때에도 앞서 설명한 바와 같이 환자의 CT영상정보와 함께 비교하여 비구부 주위에서 골밀도가 높고 깊이 플랜지고정 나사를 고정할 수 있는 부위를 플랜지고정 나사위치(307)로 선정하는 것이 바람직하다.
골소실 부위 중심(308)과 반지름(309)은 특히 환자 중 비구부 내에 뼈가 손실된 환자의 경우 골이 소실된 부위를 확인하여 상기 환자에 맞는 비구컵(100) 설계시 골소실 부위를 충전할 수 있는 골충전부위(104)를 설계하기 위해 필요한 설계변수로, 도 7에 도시된 바와 같이 환자의 3차원 골반 형상정보에 나타나 있는 비구부 내에 골이 소실된 부위의 형태를 토대로, 골소실 부위의 중심이 되는 지점을 골소실부위 중심(308)으로 하고, 골소실 부위 둘레의 반지름형성점(310)과 골소실부위 중심(308) 간의 거리를 반지름(309)으로 하고, 골소실 부위에서 가장 깊이 함입된 부위(가장 깊이 소실된 부위) 지점을 끝점(311)으로 획득한다.
환자의 3차원 골반 형상정보로부터 필요한 설계변수를 추출해내는 작업은 프로그램에 의해 수행되는데, 이때 사용되는 프로그램으로는 Pre-operation Planning Program 등이 사용될 수 있다.
상기 전처리단계(S3)는 상기 설계변수추출단계(S1)에서 얻은 정보를 비구컵(100)의 설계환경에 맞게 정렬시키는 과정으로, 설계변수추출단계(S1)에서 얻은 설계변수들을 이용하여 환자에 맞는 비구컵(100)을 설계하기 위해서는 설계변수들을 실제 설계환경에 맞게 정렬시켜야 하는데, 이를 위해 상기 전처리단계(S3)는 상기 기준평면(304)을 설계환경의 설계평면에 맞게 정렬하는 평면정렬단계(S31)와, 상기 비구부의 중심(301)을 설계환경의 중심에 맞게 정렬하는 중심정렬단계(S32)와, 상기 법선벡터(305)를 설계환경의 상측 방향에 맞게 정렬하는 방향정렬단계(S33)를 포함할 수 있다.
상기 평면정렬단계(S31)는 설계변수추출단계(S1)에서 얻은 기준평면(304)을 설계환경의 설계평면(500)에 맞게 정렬하는 과정으로, 도 8의 (1)에 도시된 바와 같이 설계변수추출단계(S1)에서 얻은 기준평면(304)을 실제 설계환경의 설계평면(500)에 맞추어 정렬시키게 된다.
상기 중심정렬단계(S32)는 설계변수추출단계(S1)에서 얻은 비구부의 중심(301)을 설계환경의 중심에 맞게 정렬하는 과정으로, 도 8의 (2)에 도시된 바와 같이 비구부의 중심(301)을 설계평면(500)상의 기준이 되는 비구컵의 중심으로 맞추어 정렬시키게 된다.
상기 방향정렬단계(S33)는 설계변수추출단계(S1)에서 얻은 법선벡터(305)를 설계환경의 상측 방향에 맞게 정렬하는 과정으로, 설계환경에서 설계평면(500)의 어느 측이 비구부 내측을 향하는지를 명확하게 정렬시키기 위해 도 8의 (1)에 도시된 바와 같이 설계변수추출단계(S1)에서 얻은 법선벡터(305)를 설계환경에서 설계평면(500)의 상측 방향에 맞추어 정렬시키게 된다.
이와 같이 상기 평면정렬단계(S31), 중심정렬단계(S32), 방향정렬단계(S33)를 통해 설계환경과의 정렬이 완료되면 추출된 설계변수들을 설계평면(500)상의 비구컵 중심(설계환경의 중심)으로부터 상대적인 위치에 배치하여 설계에 필요한 설계변수 정렬을 마무리하게 된다.
상기 비구컵설계단계(S5)는 상기 설계변수추출단계(S1)에서 추출된 설계변수를 이용하여 환자에 맞는 비구컵(100)을 설계하는 과정으로, 상기 비구컵설계단계(S5)는 상기 비구부 중심(301)과 직경(302)을 토대로 비구컵(100)의 외경을 설계하는 외경설계단계(S51)와, 상기 외경설계단계(S51)에서 설계된 비구컵(100)의 외경을 토대로 비구컵(100)의 내경을 선택하는 내경선택단계(S52)와, 상기 골고정 나사위치(306)를 토대로 골고정 나사를 결합할 수 있는 나사공(101)을 설계하는 나사공설계단계(S53)와, 설계변수추출단계(S1)에서 추출한 플랜지고정 나사위치(307)를 토대로 비구컵(100)의 외경에서 돌출되는 플랜지(102)와 제2나사공(103)을 설계하는 플랜지설계단계(S54)와, 설계변수추출단계(S1)에서 추출한 골소실 부위 중심(308)과 반지름(309)을 토대로 골소실 부위에 결합할 골충전부위(104)를 설계하는 골충전부위설계단계(S55)를 포함할 수 있다.
상기 외경설계단계(S51)는 설계변수추출단계(S1)에서 추출한 비구부 중심(301)과 직경(302)을 토대로 비구컵(100)의 외경을 설계하는 과정으로, 도 9에 도시된 바와 같이 설계변수추출단계(S1)에서 추출한 비구부 중심(301)과 직경(302)을 토대로 비구컵(100)의 중심으로부터 외경까지의 직경을 고려하여 비구컵(100)의 외경을 설계하게 된다.
상기 내경선택단계(S52)는 상기 외경설계단계(S51)에서 설계된 비구컵(100)의 외경을 토대로 비구컵(100)의 내경을 선택하는 과정으로, 본 발명에서는 특히 비구컵의 내경을 별도로 독자적으로 설계하는 방식이 아닌 비구컵 외경의 크기에 따라 미리 규격화된 내경설계 중 선택하는 방식을 사용함으로써 설계기간 단축은 물론 기성화된 베어링을 사용할 수 있도록 하여 비용을 절감할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 도 10에 도시된 바와 같이 비구컵 외경의 크기에 따라 선택된 규격화된 내경설계를 토대로 비구컵(100) 내경 설계가 이루어진다.
상기 나사공설계단계(S53)는 설계변수추출단계(S1)에서 추출한 골고정 나사위치(306)를 토대로 골고정 나사를 결합할 수 있는 나사공(101)을 설계하는 과정으로, 도 11에 도시된 바와 같이 설계환경의 설계평면을 중심으로 배치된 골고정 나사위치(306)와 비구컵(100) 중심을 연결하는 축을 생성하고, 이 축에 맞추어 비구컵(100)의 외경에 골고정 나사를 결합할 수 있는 나사공(101)을 설계하게 된다.
상기 플랜지설계단계(S54)는 설계변수추출단계(S1)에서 추출한 플랜지고정 나사위치(307)를 토대로 비구컵(100)의 외경에서 돌출되는 플랜지(102)와 제2나사공(103)을 설계하는 과정으로, 본 발명에서는 특히 비구컵의 플랜지(102) 설계시 비구컵(100) 전체를 둘러싸는 단순한 형태의 플랜지를 설계하는 방식이 아닌 플랜지(102)를 비구부(비구컵) 주위의 뼈방향 별(즉, 장골(illium), 좌골(ischium), 치골(pubis)방향별)로 각각 별도의 플랜지(102)로 분리설계함으로써 재료절감은 물론 비구컵(100)의 시술시 방향을 용이하게 설정할 수 있도록 하여 시공성을 향상시킬 수 있게 하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 도 12에 도시된 바와 같이 비구부(비구컵) 주위의 각 뼈방향 별로(통상 3방향이 바람직함) 나사공을 묶어 별도의 플랜지(102)를 설계하고, 각 플랜지(102)에는 추출된 플랜지고정 나사위치(307)에 맞게 제2나사공(103)을 설계하게 된다.
상기 골충전부위설계단계(S55)는 설계변수추출단계(S1)에서 추출한 골소실 부위 중심(308)과 반지름(309)을 토대로 골소실 부위에 결합할 골충전부위(104)를 설계하는 과정으로, 본 발명에 따른 주문형 인공 고관절용 비구컵 제작방법은 환자 개개인에 맞는 비구컵을 제작하는 방식이므로 특히 비구부 내 골소실 부위가 있는 환자에 맞는 비구컵(100)을 제작할 시에 골소실 부위를 충전할 골충전부위(104)를 비구컵(100)에 함께 설계하여 제공할 수 있는데, 이때 도 13에 도시된 바와 같이 설계변수추출단계(S1)에서 추출한 골소실부위 중심(308)으로부터 반지름(309)만큼 이격되며 각각 대칭되게 획득한 2개의 반지름형성점(310, 2개의 반지름형성점은 각각 골소실부위 중심을 기준으로 대칭됨)과, 골소실 부위에서 가장 깊이 함입된 부위(가장 깊이 소실된 부위)인 끝점(311)을 연결하는 타원형태로 골충전부위(104)를 설계하고, 골소실 부위의 중심(308)과 설계환경의 중심(즉, 비구컵의 중심-이는 비구부의 중심과 일맥상통하게 됨)을 연결하는 축(X)을 토대로 하여 골충전부위(104)를 비구컵에 결합할 수 있도록 관통형성되는 골충전부위 결합공(105-도 14참조)을 비구컵(100)의 외경에 설계함으로써, 비구부 내 골소실 부위를 충전할 골충전부위(104)를 정확하게 설계하고 이를 비구컵(100)에 정확하게 결합(이 경우 통상 나사식 결합이 사용됨)시킬 수 있도록 하여 특히 비구부 내 골소실 부위가 있는 환자 개개인별 맞춤형 비구컵을 정확하고 신속하게 제작할 수 있게 된다.
이와 같은 비구컵설계단계(S5)를 거쳐 비구컵(100)의 설계가 완성된 모습은 도 14에 도시되어 있는 바와 같다.
이상에서, 출원인은 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
100: 비구컵 101: 나사공 102: 플랜지 103: 제2나사공
104: 골충전부위 105: 골충전부위 결합공
200: 베어링
301: 비구부 중심 302: 비구부 직경 303: 비구순
304: 기준평면 305: 법선벡터
306: 골고정 나사위치 307: 플랜지고정 나사위치
308: 골소실부위 중심 309: 골소실부위 반지름 310: 반지름형성점
311: 끝점
500: 설계평면
a: 골반 b: 대퇴골 c: 대퇴스템 c1: 대퇴골두

Claims (7)

  1. 환자의 골반 형상정보로부터 비구컵을 설계,제작하는데 필요한 설계변수를 추출하는 설계변수추출단계;
    상기 설계변수추출단계에서 얻은 정보를 비구컵의 설계환경에 맞게 정렬시키는 전처리단계;
    상기 설계변수추출단계에서 추출된 설계변수를 이용하여 환자에 맞는 비구컵을 설계하는 비구컵설계단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 주문형 인공 고관절용 비구컵 제작방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 설계변수추출단계에서 추출하는 설계변수는
    비구부의 곡면정보를 추출하여 산정한 비구부 중심과 직경; 비구부 주위 비구순 등선을 평면으로 보간한 기준평면; 상기 기준평면상에서 비구부 중심으로부터 해부학적으로 내측으로 향하는 법선벡터; 골밀도가 높고 골고정 나사를 깊이 고정할 수 있는 부위를 선정한 골고정 나사위치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 주문형 인공 고관절용 비구컵 제작방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 설계변수추출단계에서 추출하는 설계변수는
    비구부 주위 각 뼈 방향으로 비구컵 플랜지를 고정할 수 있는 부위를 선정한 플랜지고정 나사위치; 비구부의 골이 소실된 부위의 위치와 크기를 산정한 골소실 부위 중심과 반지름;을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 주문형 인공 고관절용 비구컵 제작방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 전처리단계는
    상기 기준평면을 설계환경의 설계평면에 맞게 정렬하는 평면정렬단계와,
    상기 비구부의 중심을 설계환경의 중심에 맞게 정렬하는 중심정렬단계와,
    상기 법선벡터를 설계환경의 상측 방향에 맞게 정렬하는 방향정렬단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주문형 인공 고관절용 비구컵 제작방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 비구컵설계단계는
    상기 비구부 중심과 직경을 토대로 비구컵의 외경을 설계하는 외경설계단계와,
    상기 외경설계단계에서 설계된 비구컵의 외경을 토대로 비구컵의 내경을 선택하는 내경선택단계와,
    상기 골고정 나사위치를 토대로 골고정 나사를 결합할 수 있는 나사공을 설계하는 나사공설계단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주문형 인공 고관절용 비구컵 제작방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 비구컵설계단계는
    설계변수추출단계에서 추출한 플랜지고정 나사위치를 토대로 비구컵의 외경에서 돌출되는 플랜지와 제2나사공을 설계하는 플랜지설계단계와,
    설계변수추출단계에서 추출한 골소실 부위 중심과 반지름을 토대로 골소실 부위에 결합할 골충전부위를 설계하는 골충전부위설계단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 주문형 인공 고관절용 비구컵 제작방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 플랜지설계단계는 상기 플랜지를 비구부 주위의 뼈방향 별로 각각 별도의 플랜지로 분리하여 설계하고,
    상기 골충전부위설계단계는 골소실 부위의 중심에서 반지름만큼 이격된 반지름형성점과 가장 깊이 소실된 부위의 끝점을 연결하는 타원형태의 골충전부위를 설계하며, 골소실 부위의 중심과 설계환경의 중심을 연결하는 축을 토대로 골충전부위를 비구컵에 결합할 수 있는 골충전부위 결합공을 설계하는 것을 특징으로 하는 주문형 인공 고관절용 비구컵 제작방법.
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