KR20150056573A - 환자-특정 플레이트를 제조하기 위한 방법 - Google Patents

환자-특정 플레이트를 제조하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

환자 특정 외과적 정형외과용 임플란트를 제조하는 방법은 특정 조직체에 걸쳐 맞춤되도록 구성되는 정형외과용 임플란트의 가상 모델을 획득하는 단계, 및 정형외과용 임플란트의 구멍들을 가상 설계하는 단계를 포함한다.

Description

환자-특정 플레이트를 제조하기 위한 방법{METHOD FOR PRODUCING PATIENT-SPECIFIC PLATE}
관련 출원과의 상호 참조
본 출원은 2012년 9월 12일자로 출원된 미국 가출원 제61/699,938호, 및 2013년 3월 13일자로 출원된 미국 특허 출원 제13/801,244호의 이익을 주장하고, 이들의 전체 개시내용은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 발명은 일반적으로 정형외과용 임플란트들을 제조하는 방법들 및 시스템들에 관한 것으로, 특히 환자-특정 하악골 플레이트(patient-specific mandible plate)들을 제조하는 방법들 및 시스템들에 관한 것이다.
많은 외과적 시술들은 뼈 또는 뼈 이식편(bone graft)에 대한 하악골 플레이트들과 같은 정형외과용 임플란트들의 고정을 포함한다. 뼈 나사들과 같은 하나 이상의 체결구들이 뼈 또는 뼈 이식편에 정형외과용 임플란트를 고정하는 데 사용될 수 있다. 일부 정형외과용 임플란트들은 체결구들을 수용하도록 구성된 임플란트 구멍들을 포함한다. 이와 같이, 이들 정형외과용 임플란트들은 각각의 임플란트 구멍을 통해 뼈 또는 뼈 이식편 내로 체결구를 삽입함으로써 뼈 또는 뼈 이식편에 부착될 수 있다. 그러나, 체결구가 뼈의 소정 영역들과 접촉하지 않는 것이 중요하다. 예를 들어, 하악골 재건에서, 체결구는 신경, 치아, 및/또는 치아 임플란트와 접촉하지 않아, 신경, 치아, 치아 임플란트 또는 임의의 다른 하드웨어를 손상시키는 것을 피하여야 한다. 또한, 정형외과용 임플란트의 임플란트 구멍들을 통해 삽입될 때 체결구들이 서로 간섭하지 않는 것이 중요하다. 따라서, 체결구들이 서로 간섭하지 않고 신경 및 치아와 같은 특정 조직 부분들과 접촉하지 않도록 임플란트 구멍들의 각형성(angulation)을 조정하는 것이 바람직하다. 각각의 환자의 신경 및 치아의 위치 및 배향은 다를 수 있다. 따라서, 임플란트 구멍들의 각형성을 조정하기 위하여 특정 환자를 위해 구체적으로 설계된 정형외과용 임플란트를 제조하는 것이 바람직하다.
본 발명은 특히 컴퓨터 이용 소프트웨어(computer-aided software)를 실행시키는 컴퓨팅 장치를 사용하여 환자 특정 정형외과용 임플란트(patient specific orthopedic implant)를 제조하는 방법에 관한 것이다. 일 실시예에서, 방법은 하기의 단계들 중 하나 이상을 포함한다: (a) 조직체(tissue body)의 가상 3차원 모델을 획득하는 단계; (b) 임플란트 몸체를 포함하는 정형외과용 임플란트의 가상 3차원 모델을, 정형외과용 임플란트의 가상 3차원 모델이 조직체의 가상 3차원 모델의 특정 부분에 걸쳐 맞춤되게 윤곽 형성되도록, 설계하는 단계; 및 (c) 임플란트 몸체를 통해 연장되는 적어도 하나의 구멍을, 체결구의 가상 3차원 모델이 적어도 하나의 구멍 내에 적어도 부분적으로 배치될 때 체결구의 가상 3차원 모델이 조직체의 가상 3차원 모델의 미리 결정된 섹션 내로 연장되지 않게 적어도 하나의 구멍이 임플란트 몸체에 대하여 위치되거나 경사지도록, 설계하는 단계.
다른 실시예에서, 방법은 하기의 단계들 중 하나 이상을 포함한다: (a) 조직체의 가상 3차원 모델의 미리 결정된 부분에 걸쳐 맞춤되도록 윤곽 형성되고 임플란트 몸체를 포함하는, 정형외과용 임플란트의 가상 3차원 모델을 설계하는 단계; 및 (b) 정형외과용 임플란트의 가상 3차원 모델의 임플란트 몸체를 통해 연장되는 적어도 하나의 가상 구멍을, 체결구의 가상 3차원 모델이 적어도 하나의 구멍 내에 적어도 부분적으로 배치될 때 체결구의 가상 3차원 모델이 조직체의 가상 3차원 모델의 미리 결정된 섹션 내로 연장되게 적어도 하나의 가상 구멍이 임플란트 몸체에 대해 위치되거나 경사지도록, 생성하는 단계.
전술한 개요뿐만 아니라 출원의 바람직한 실시예들의 하기의 상세한 설명은 첨부 도면과 함께 읽을 때 더 잘 이해될 것이다. 본 출원의 외과용 기기 및 방법을 예시할 목적으로, 도면들에서 바람직한 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 본 출원이 개시된 특정 실시예들 및 방법들로 제한되지 않고, 그 목적을 위해 특허청구범위가 참조된다는 것을 이해하여야 한다.
도 1a는 하악골, 및 하악골에 결합되는 환자 특정 정형외과용 임플란트로서, 정형외과용 임플란트는 복수의 구멍들을 한정하고, 구멍들 각각은 체결구를 수용하도록 구성되고 크기 설정된, 상기 환자 특정 정형외과용 임플란트의 사시도.
도 1b는 구멍들 중 적어도 일부를 통해 하악골 내로 삽입되는 체결구를 도시하는, 도 1a에 도시된 정형외과용 임플란트 및 하악골의 일부분의 상부 투시도.
도 1c는 도 1b에 도시된 정형외과용 임플란트 및 하악골의 일부분의 저부 투시도.
도 1d는 도 1c의 단면 1D 주위에서 취해진, 도 1c에 도시된 정형외과용 임플란트의 일부분의 확대 단면도.
도 2a는 도 1a에 도시된 환자 특정 정형외과용 임플란트의 사시도.
도 2b는 도 2a에 도시된 환자 특정 정형외과용 임플란트의 측면도.
도 2c는 도 2a에 도시된 환자 특정 정형외과용 임플란트의 정면도.
도 2d는 도 2c의 단면 선 2C-2C를 따라 취해진, 도 2a에 도시된 환자 특정 정형외과용 임플란트의 확대 단면도.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 환자 특정 정형외과용 임플란트의 사시도.
도 3b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 환자 특정 정형외과용 임플란트의 사시도.
도 4는 도 2a 내지 도 2c 및 도 3a와 도 3b에 도시된 환자 특정 정형외과용 임플란트를 제조하는 방법을 도시하는 도면.
오직 편의를 위해 하기의 설명에서 소정 용어가 사용되며, 제한적이지 않다. 단어 "우측", "좌측", "하부" 및 "상부"는 참조하는 도면에서의 방향들을 가리킨다. 단어 "근위방향으로(proximally)" 및 "원위방향으로(distally)"는 각각 외과용 장치를 사용하는 외과의를 향하는 방향 및 그로부터 멀어지는 방향을 지칭한다. 단어 "전방", "후방", "상방", "하방"과 관련 단어 및/또는 어구는 참조하는 인체에서 바람직한 위치와 배향을 가리키며, 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 용어는 위에 열거된 단어, 그의 파생어, 및 유사한 의미의 단어를 포함한다.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 외과용 시스템은 환자의 조직체(10)에 결합되도록 구성되는 환자 특정 정형외과용 임플란트(100)를 포함할 수 있다. 외과용 시스템은 조직체(10)에 환자 특정 정형외과용 임플란트(100)를 결합하도록 구성되는 하나 이상의 체결구(108)들을 추가로 포함할 수 있다. 하나 이상의 체결구(108)들은 뼈 나사(110)들로서 구성될 수 있다. 그의 형상에 관계없이, 각각의 체결구(108)는 조직체(10)에 환자 특정 정형외과용 임플란트(100)를 고정하기 위하여 구멍(106)들 중 하나 내에 그리고 조직체(10) 내로 삽입되도록 구성되고 크기 설정된다. 환자 특정 정형외과용 임플란트(100)는 특정 환자의 조직체(10)의 특정 부분에 걸쳐 맞춤되도록 윤곽 형성될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 조직체(10)는 하악골(16)과 같은 환자의 뼈를 포함할 수 있다. 도면이 하악골(16)을 도시하지만, 조직체(10)는 상악골(maxilla)과 같은 환자의 해부학적 구조물의 다른 부분일 수 있다.
환자 특정 정형외과용 임플란트(100)는 조직체(10)의 제1 조직 세그먼트(12)를 조직체(10)의 제2 조직 세그먼트에 고정하는 데 사용될 수 있다. 제1 조직 세그먼트(12)는 결함 또는 병든 조직 부분에 의해 제2 조직 세그먼트로부터 분리될 수 있다. 결함은 예를 들어 골절일 수 있다. 따라서, 제1 조직 세그먼트(12)는 골절에 의해 제2 조직 세그먼트(14)로부터 분리될 수 있다. 제1 조직 세그먼트(12) 및 제2 조직 세그먼트(14)의 고정은 조직체(10)의 치료를 촉진할 수 있다. 따라서, 환자 특정 정형외과용 임플란트(100)는 골 형성(osteogenesis)이 일어나는 동안에 제2 조직 세그먼트(13)에 대해 제1 조직 세그먼트(12)를 지지 및 유지할 수 있다. 대안적으로, 환자 특정 정형외과용 임플란트(100)는 제1 조직 세그먼트(12) 및 제2 조직 세그먼트(14)에 뼈 이식편을 고정하는 데 사용될 수 있다. 그러한 경우, 조직체(10)의 병든 부분은 환자로부터 제거되고 뼈 이식편으로 교체될 수 있다. 이어서, 정형외과용 임플란트(100)가 제1 조직 세그먼트(12) 및 제2 조직 세그먼트(14)에 뼈 이식편을 고정하는 데 사용될 수 있다. 특히, 뼈 이식편은 제2 조직 세그먼트(14)로부터 제1 조직 세그먼트(12)를 분리할 수 있다. 따라서, 환자 특정 정형외과용 임플란트(100)는 제1 조직 세그먼트(12) 및 제2 조직 세그먼트(14)에 대하여 뼈 이식편을 지지 및 유지할 수 있다.
환자 특정 정형외과용 임플란트(100) 및 이의 다양한 구성요소들이 직교 방향 성분들과 관련하여 본 명세서에서 기술된다. 즉, 정형외과용 임플란트(100)의 다양한 부위들은 길이방향(L), 측방향(A) 및 횡방향(T)을 따라 연장될 수 있다. 횡방향(T)은 측방향(A) 및 길이방향(L)에 대하여 실질적으로 수직일 수 있다. 본 명세서에서 달리 특정되지 않는다면, 용어 "측방향", "길이방향" 및 "횡방향"은 환자 특정 정형외과용 임플란트(100)의 다양한 부위들의 직교 방향 성분들을 기술하기 위해 사용된다. 환자 특정 정형외과용 임플란트(100)가 조직체(10)에 결합될 때, 횡방향(T)은 환자의 미골-두개골(caudal-cranial) 방향을 따라 연장하고, 측방향(A)은 환자의 내측-외측(medial-lateral) 방향을 따라 연장하고, 길이방향(L)은 환자의 전방-후방(anterior-posterior) 방향을 따라 연장된다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 환자 특정 정형외과용 임플란트(100)는 뼈 플레이트(102)로서 구성될 수 있고, 임의의 적절한 생체적합성 재료로부터 부분적으로 또는 전체적으로 만들어질 수 있는 임플란트 몸체(104)를 포함한다. 적합한 생체적합성 재료는 코발트 크롬 몰리브덴(CoCrMo), 티타늄 및 티타늄 합금, 스테인레스강, 세라믹, 또는 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르케톤케톤(PEKK)과 같은 중합체, 및 생체흡수성 재료를 포함하지만, 이로 한정되지 않는다. 물리적 또는 화학적 특성을 개선하거나 약제를 제공하기 위해 임플란트 몸체(104)에 코팅이 부가되거나 적용될 수 있다. 코팅의 예는 플라즈마-분무 티타늄 코팅 또는 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite)를 포함한다.
임플란트 몸체(104)는 외측 임플란트 표면(112) 및 반대편의 내측 임플란트 표면(114)을 한정한다. 내측 임플란트 표면(114)은 축방향(116)을 따라 외측 임플란트 표면(112)으로부터 이격될 수 있다. 임플란트 몸체(104)가 완전하게 평면인 구성을 갖지 않기 때문에, 축방향(116)은 임플란트 몸체(104)의 상이한 부위들에 따라 상이할 수 있다. 임플란트 몸체(104)의 두께는 축방향(116)을 따라 외측 임플란트 표면(112)으로부터 내측 임플란트 표면(114)까지 한정될 수 있다. 따라서, 임플란트 몸체(104)는 내측 임플란트 표면(114)과 외측 임플란트 표면(112) 사이에서 연장되는 하나 이상의 두께 축(118)들을 한정할 수 있다. 두께 축(118)은 내측 임플란트 표면(114)과 외측 임플란트 표면(112)에 실질적으로 수직일 수 있다. 내측 임플란트 표면(114)은 조직체(10)의 특정 외측 표면의 윤곽과 부합하도록 윤곽 형성될 수 있어, 환자 특정 정형외과용 임플란트(100)가 조직체(10)의 그 특정 외측 표면에 걸쳐서만 맞춤될 수 있게 한다.
환자 특정 정형외과용 임플란트(100)는 내측 임플란트 표면(114)과 외측 임플란트 표면(112) 사이에서 임플란트 몸체(104)를 통해 연장되는 하나 이상의 구멍(106)들을 한정한다(도 2a). 구멍(106)들 각각은 체결구(108)들 중 하나를 수용하도록 된 구성되고 크기 설정될 수 있다(도 1b). 수술 시에, 하나의 체결구(108)가 조직체(10)에 환자 특정 정형외과용 임플란트(100)를 결합시키도록 구멍(106)을 통해 조직체(10) 내로 삽입될 수 있다. 구멍(106)들은 내측 임플란트 표면(114)과 외측 임플란트 표면(112) 사이에서 연장되는 긴 구멍 축(120)을 가질 수 있다. 구멍 축(120)은 일정 각도(θ)로 두께 축(118)에 대해 배향될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각도(θ)는 약 0 내지 약 15도 사이의 범위일 수 있다. 그러나, 각도(θ)는 15도보다 클 수 있다. 구멍(106)들은 상이한 각형성들을 갖는 상이한 구멍 축(120)들을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 구멍(106)들은 두께 축들에 대해 비스듬한 각도로 배향되는 구멍 축(120)들을 한정할 수 있는 반면, 다른 구멍(106)들은 두께 축(118)에 실질적으로 평행한 구멍 축(120)들을 한정할 수 있다. 두께 축(118)들에 대한 구멍(106)들의 각형성은 다수의 요인들에 의존할 수 있다. 예를 들어, 외과의는 특정 구멍(106)을 두께 축(118)에 대하여 특정 각도로 배향시키는 것을 원하여, 그 구멍(106)을 통해 삽입된 체결구(108)가 신경, 치아 또는 조직체(10)의 임의의 다른 원하는 조직 부분과 접촉하지 않게 할 수 있다. 더욱이, 외과의는 2개 이상의 인접 구멍(106)들을 두께 축(118)에 대해 특정 각도로 배향하는 것을 원하여, 체결구(108)들이 이들 구멍(108) 내로 삽입될 때 체결구(108)들이 서로 간섭하지 않게 할 수 있다(도 1d 참조).
임플란트 몸체(104)는 각각의 구멍(106)에 대응하는 내부 임플란트 표면(122)들을 가질 수 있다. 각각의 내부 임플란트 표면(122)은 구멍(106)들 중 하나를 한정한다. 구멍(106)들 중 일부 또는 전부는 나사형성될 수 있다. 따라서, 구멍(106)들 중 일부 또는 전부는 체결구(108)가 임플란트 몸체(104)에 결합될 수 있도록 체결구(108)의 외부 나삿니들과 정합하도록 구성되는 내부 임플란트 나삿니(124)들을 포함할 수 있다. 구멍(106)들 중 일부 또는 전부는 내부 나삿니들을 갖지 않을 수 있다.
환자 특정 정형외과용 임플란트(100)는 조직체(10)의 외측 윤곽의 형상에 부합하도록 실질적으로 형상화될 수 있다. 도시된 실시예에서, 환자 특정 정형외과용 임플란트(100)는 하악골(16)의 일면에 결합되도록 설계될 수 있다. 이를 위해, 임플란트 몸체(104)는 제1 임플란트 부분(126), 및 제1 임플란트 부분(126)으로부터 각도 오프셋된 제2 임플란트 부분(128)을 포함할 수 있다(도 2a). 제1 임플란트 부분(126)은 하악골(16)의 전방 표면에 걸쳐 맞춤되도록 구성될 수 있다. 더욱이, 제1 임플란트 부분(126)은 각도 오프셋으로 제2 임플란트 부분(128)에 연결될 수 있다. 도시된 실시예에서, 제1 임플란트 부분(126)은 제2 임플란트 부분(128)에 대하여 비스듬한 각도로 오프셋될 수 있다. 제2 임플란트 부분(128)은 하악골(16)의 측방향 표면에 걸쳐 맞춤되도록 구성될 수 있다. 임플란트 몸체(104)는 제1 임플란트 부분(126)과 제2 임플란트 부분(128)으로부터 각도 오프셋되는 제3 임플란트 부분(130)을 추가로 포함할 수 있다. 제3 임플란트 부분(130)은 각도 오프셋으로 제2 임플란트 부분(128)에 연결될 수 있다. 도시된 실시예에서, 제3 임플란트 부분(130)은 제2 임플란트 부분(128)에 대해 비스듬한 각도로 각도 오프셋될 수 있다. 더욱이, 제3 임플란트 부분(130)은 하악골(16)의 분기(ramus)의 적어도 일부분에 걸쳐 맞춤되도록 구성될 수 있다.
도 3a는 전술된 환자 특정 정형외과용 임플란트(100)와 유사한 환자 특정 정형외과용 임플란트(200)의 다른 실시예를 도시한다. 환자 특정 임플란트(200)는 뼈 플레이트(202)로서 구성될 수 있고, 적합한 생체적합성 재료로부터 만들어지는 임플란트 몸체(204)를 포함한다. 적합한 생체적합성 재료는 코발트 크롬 몰리브덴(CoCrMo), 티타늄 및 티타늄 합금, 스테인레스강, 세라믹, 또는 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르케톤케톤(PEKK)과 같은 중합체, 및 생체흡수성 재료를 포함하지만, 이로 한정되지 않는다. 환자 특정 임플란트(200)는 임플란트 몸체(204)를 통해 연장되는 복수의 구멍(206)들을 추가로 한정할 수 있다. 구멍(206)들은 전술된 환자 특정 임플란트(100)의 구멍(106)들과 실질적으로 유사할 수 있다. 따라서, 구멍(206)들은 체결구(108)들을 수용하도록 구성된다. 임플란트 몸체(204)는 하악골(12)의 대부분에 걸쳐 맞춤되도록 설계될 수 있다. 이를 위해, 임플란트 몸체(204)는 제1 임플란트 부분(226), 및 제1 임플란트 부분(226)으로부터 각도 오프셋된 제2 임플란트 부분(228)을 포함할 수 있다. 제1 임플란트 부분(226)은 하악골(16)의 분기의 적어도 일부분에 걸쳐 맞춤되도록 구성될 수 있다. 더욱이, 제1 임플란트 부분(226)은 비스듬한 각도로 제2 임플란트 부분(228)에 연결될 수 있다. 제2 임플란트 부분(228)은 하악골(16)의 측방향 표면에 걸쳐 맞춤되도록 구성될 수 있다. 임플란트 몸체(204)는 제2 임플란트 부분(228)에 연결되는 제3 임플란트 부분(230)을 추가로 포함할 수 있다. 제3 임플란트 부분(230)은 하악골(16)의 전방 표면에 걸쳐 맞춤되도록 구성될 수 있다. 또한, 제3 임플란트 부분(230)은 제2 임플란트 부분(228)으로부터 각도 오프셋될 수 있다. 임플란트 몸체(204)는 제3 임플란트 부분(230)에 연결되는 제4 임플란트 부분(232)을 포함한다. 제4 임플란트 부분(232)은 하악골(16)의 측방향 표면에 걸쳐 맞춤되도록 구성될 수 있다. 더욱이, 제4 임플란트 부분(232)은 제3 임플란트 부분(230)으로부터 각도 오프셋될 수 있다. 임플란트 몸체(204)는 제4 임플란트 부분(232)에 연결되는 제5 임플란트 부분(234)을 포함한다. 제5 임플란트 부분(234)은 하악골(16)의 분기의 적어도 일부분에 걸쳐 맞춤되도록 구성될 수 있다. 또한, 제5 임플란트 부분(234)은 제4 임플란트 부분(232)으로부터 각도 오프셋될 수 있다. 정형외과 분야에서, 환자 특정 정형외과용 임플란트(200)는 이중각(double-angled) 임플란트로 지칭된다.
도 3b는 환자 특정 임플란트(300)의 다른 실시예를 도시한다. 환자 특정 임플란트(300)는 하악골(16)의 2개의 측방향 부분들의 전방 부분 및 부위들에 걸쳐 맞춤되도록 구성될 수 있다. 도시된 실시예에서, 환자 특정 임플란트(300)는 뼈 플레이트(302)로서 구성될 수 있고, 임플란트 몸체(304)를 포함한다. 환자 특정 임플란트(300)는 임플란트 몸체(304)를 통해 연장되는 구멍(306)들을 한정한다. 구멍(306)들은 체결구(108)들을 수용하도록 구성될 수 있다. 구멍(306)들은 전술된 구멍(106)들과 실질적으로 유사할 수 있다. 임플란트 몸체(304)는 제1 임플란트 부분(326), 및 제1 임플란트 부분(326)에 연결된 제2 임플란트 부분(328)을 포함한다. 제1 임플란트 부분(326)은 하악골(16)의 측방향 부분에 걸쳐 맞춤되도록 구성되고, 제1 임플란트 부분(326)에 대해 각도 오프셋된다. 제2 임플란트 부분(328)은 하악골(16)의 전방 표면에 걸쳐 맞춤될 수 있다. 임플란트 몸체(304)는 제2 임플란트 부분(328)에 연결되는 제3 임플란트 부분(330)을 추가로 포함할 수 있다. 제2 임플란트 부분(328)은 제2 임플란트 부분(328)에 대해 각도 오프셋될 수 있고, 하악골(16)의 측방향 부분에 걸쳐 맞춤되도록 구성될 수 있다.
도 4는 전술된 환자 특정 정형외과용 임플란트들 중 임의의 것을 제조하는 방법을 도시한다. 간결성을 위하여, 이 방법은 환자 특정 정형외과용 임플란트(100)와 관련하여 기술된다. 그러나, 이 방법은 전술된 환자 특정 정형외과용 임플란트들 중 임의의 것을 제조하는 데 사용될 수 있다. 이 방법은 전술된 단계들 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 환자 특정 정형외과용 임플란트(100)는 수술 전에 제조될 수 있다. 적절한 수술을 개시하기 전에, 임의의 적합한 기술을 사용하여 조직체(10)의 가상 3차원 이미지가 획득된다. 조직체(10)의 가상 3차원 이미지는 해부학적 조직을 스캔하는 데 적합한 스캐닝 기계(400)를 사용하여 조직체(10)를 스캐닝함으로써 획득될 수 있다. 예를 들어, 하악골(16)의 가상 3차원 이미지는 스캐닝 기계(400)를 사용하여 획득될 수 있다. 스캐닝 기계(400)는 컴퓨터 단층(computed tomography, CT) 스캔 기계, 레이저 스캐닝 기계, 광학 스캐닝 기계, 자기 공명 이미징(magnetic resonance imaging, MRI) 기계, 좌표 측정 기계, 또는 조직체(10)를 스캐닝할 수 있는 임의의 다른 기계 또는 장치일 수 있다. 구체적으로, 스캐닝 기계(400)는 조직체(10)를 스캔하는 데 사용될 수 있다. 채용되는 스캐닝 방법에 상관없이, 조직체(10)의 가상 3차원 이미지가 획득된다. 이 이미지는 신경들을 수용하는 터널들의 이미지들을 포함한다. 따라서, 조직체(10) 내의 신경들의 위치가 식별될 수 있다.
일단 조직체(10)의 가상 3차원 이미지가 획득되면, 스캐닝 기계(400)에 의해 획득된 이미지 데이터는 이어서 조직체(10)의 가상 3차원 모델을 생성하기 위하여 컴퓨팅 장치(402)로 다운로드되거나 전송될 수 있다. 컴퓨팅 장치(402)는 로컬(즉, 스캐닝 기계(400)와 동일한 일반적인 영역 내)일 수 있거나 이미지가 네트워크를 통해 전달되어야 하는 원격일 수 있다. 컴퓨팅 장치(402)는 이미지 데이터를 조작할 수 있는 프로세서를 포함한다. 프로세서에 더하여, 컴퓨팅 장치(402)는 이미지 데이터를 저장할 수 있는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체를 포함할 수 있다. 대안적으로, 컴퓨팅 장치(402)는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체를 포함하지 않을 수 있는데, 오히려, 컴퓨팅 장치(402)는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 결합될 수 있다. 이 경우, 컴퓨팅 장치(402)는 컴퓨터 이용 설계 소프트웨어를 실행시킬 수 있다.
정형외과용 임플란트(100)와 같은 정형외과용 임플란트의 가상 3차원 모델이 획득될 수 있다. 정형외과용 임플란트(100)의 가상 3차원 모델은 프로세서에 의해 조작될 수 있고 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체에 의해 판독될 수 있는 데이터로 구성될 수 있다. 이 데이터는 다양한 포맷들로 되어 있을 수 있다. 예를 들어, 정형외과용 임플란트(100)의 가상 3차원 모델은 STL(Standard Tessellation Language) 포맷의 데이터를 포함할 수 있다. 데이터 포맷과 관계없이, 정형외과용 임플란트(100)의 가상 3차원 모델은 정형외과용 임플란트(100)의 형상, 윤곽 및 크기를 맵핑한 데이터를 포함한다. 정형외과용 임플란트(100)의 가상 3차원 모델은 컴퓨터에서 가상적으로 생성될 수 있다. 컴퓨팅 장치(402) 또는 다른 컴퓨팅 장치에서, 정형외과용 임플란트(100)의 가상 3차원 모델은 조직체(10)의 가상 3차원 모델의 특정 부분에 걸쳐 맞춤되도록 윤곽 형성되고 형상화되도록 설계된다. 예를 들어, 정형외과용 임플란트(100)의 가상 3차원 모델은 하악골(16)의 전방 표면 및 측방향 표면에 걸쳐 맞춤되도록 형상화되고 윤곽 형성될 수 있다. 정형외과용 임플란트(100) 및 조직체(10)의 가상 3차원 모델은 신세스(Synthes)에 의해 상표명 프로플랜 씨엠에프(PROPLAN CMF)(등록상표) 하에서 판매되는 소프트웨어와 같은 적합한 소프트웨어를 사용하여 조작될 수 있다.
정형외과용 임플란트(100)의 가상 3차원 모델은 이어서 하나 이상의 구멍(106)들을 생성하도록 처리될 수 있다. 외과의와 같은 사용자는 미리 결정된 수술 계획에 따라 구멍(106)들의 각형성 및 위치를 결정할 수 있다. 구체적으로, 정형외과용 임플란트(100)의 가상 3차원 모델은 체결구들이 구멍(106)들 내에 적어도 부분적으로 배치될 때 체결구(108)들이 조직체(10)의 미리 결정된 섹션 내로 연장되지 않게 구멍(106)들이 임플란트 몸체(104)에 대해 위치되도록 조작될 수 있다. 예를 들어, 정형외과용 임플란트(100)의 가상 3차원 모델은 체결구(108)들이 조직체(10)의 신경 또는 치아와 접촉하지 않게 구멍(106)들이 임플란트 몸체(104)를 따라 위치되도록 조작될 수 있다. 유사하게, 정형외과용 임플란트(100)의 가상 3차원 모델은 체결구(108)들이 조직체(10)의 신경, 치아 및/또는 치아 임플란트와 접촉하지 않게 구멍(106)들이 임플란트 몸체(104)에 대해 비스듬하도록 조작될 수 있다. 구멍(106)들은 체결구(108)들이 치과용 임플란트와 같은 임의의 유형의 하드웨어와 접촉하지 않도록 위치되거나 정렬될 수 있다. 사용자는 또한 체결구(108)들이 도 1d에 도시된 바와 같을 때 체결구(108)들이 서로 접촉하지 않도록 구멍(106)들의 위치 및/또는 각형성을 조정하기 위해 정형외과용 임플란트(100)의 가상 3차원 모델을 조작할 수 있다. 임플란트 몸체(104)에 대하여 구멍(106)들의 적절한 위치 및/또는 각형성을 결정함에 있어서, 사용자는 체결구(108)들이 구멍(106) 내에 삽입될 때 체결구(108)들이 서로 간섭하지 않도록 적절한 길이를 갖는 체결구(108)들을 선택할 수 있다. 체결구(108)들의 가상 3차원 모델들이 획득될 수 있다는 것이 예상된다. 체결구(108)들의 가상 3차원 모델들은 체결구(108)들이 신경, 치아 내로 연장되거나 서로 간섭하는지 여부를 판단하기 위하여 정형외과용 임플란트(100)의 가상 3차원 모델의 구멍(108)들을 통해 삽입될 수 있다. 체결구(108)들의 가상 3차원 모델들이 신경, 치아 또는 서로와 간섭한다면, 정형외과용 임플란트(100)의 가상 3차원 모델의 구멍(108)들의 위치 또는 각형성이 조작될 수 있다. 수술실에서 특정 환자에게 맞도록 정형외과용 임플란트(100)를 조정하는 데 사용되는 시간의 양을 감소시키기 위하여 외과의가 수술 전에 정형외과용 임플란트(100)의 가상 3차원 모델을 조작할 수 있다는 것이 예상된다. 수술실 시간이 감소되기 때문에, 마취 지속 기간이 또한 감소될 수 있다.
일단 정형외과용 임플란트(100)의 가상 3차원 모델이 완성되면, 정형외과용 임플란트(100)는 임의의 적합한 기술을 사용하여 생성될 수 있다. 정형외과용 임플란트(100)의 완성된 가상 3차원 모델은 컴퓨팅 장치(402)로부터 CAD/CAM 제조 기계와 같은 제조 기계(404)로 다운로드되거나 전송될 수 있다. 정형외과용 임플란트(100)의 완성된 가상 3차원 모델은 컴퓨팅 장치(402)로부터 제조 기계(404)로 직접적으로 또는 컴퓨팅 장치(402)로부터 다른 컴퓨터로 그리고 이어서 제조 기계(404)로 전송되거나 다운로드될 수 있다. 제조 기계(404)는 컴퓨터 수치 제어(computer numerical control, CNC) 기계일 수 있다. 정형외과용 임플란트(100)의 가상 3차원 모델을 표현하는 데이터로부터 CNC 코드를 생성하기 위해 적합한 소프트웨어가 사용될 수 있다. 예를 들어, 캐드스 게엠베하(CADS GmbH)에 의해 상표명 시놉시스(SYNOPSIS)™ 하에서 판매되는 소프트웨어가 정형외과용 임플란트(100)의 가상 3차원 모델로부터 CNC 코드를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 소프트웨어는 임의의 적합한 프로그래밍 언어로 CNC 코드를 생성할 수 있다. 예를 들어, 시놉시스 또는 임의의 다른 적합한 소프트웨어는 G-코드(G-code) 또는 STEP-NC 프로그래밍 언어로 CNC 코드를 생성할 수 있다. CNC 코드는 이어서 CNC 기계로 다운로드 또는 전송될 수 있어, CNC 기계가 환자 특정 정형외과용 임플란트(100)를 제조할 수 있게 한다.
전술된 방법이 본 명세서에 기술된 정형외과용 임플란트를 제조할 뿐만 아니라 다른 정형외과용 임플란트 또는 안내 임플란트를 제조하기 위해 사용될 수 있다는 것이 예상된다. 예를 들어, 본 명세서에 기술된 방법은, 그 개시 내용 전체가 본 명세서에 참고로 포함된, 2011년 4월 1일자로 출원된 미국 특허출원 공개 제2012/0029574호에 기술된 뼈 고정 임플란트 및 골절술 안내 임플란트를 제조하는 데 사용될 수 있다. 더욱이, 본 명세서에 기술된 방법은, 그 개시 내용 전체가 참고로 포함된, 2012년 3월 21일자로 출원된 미국 특허출원 제13/426,079호에 기술된 뼈 고정 장치, 뼈 플레이트 및 조준 가이드를 제조 및 주문제작하는 데 사용될 수 있다.
도면에 도시된 실시예들의 예시 및 논의가 예시적 목적만을 위한 것이며, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다는 점에 주목해야 한다. 당업자는 본 발명이 다양한 실시예들을 고려한다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 본 발명이 가상 3차원 모델을 언급하지만, 본 명세서에 기술된 가상 모델들 중 임의의 것은 2차원일 수 있다는 것이 구상된다. 또한, 일 실시예에 따라 기술되고 예시된 특징부들 및 구조들은 달리 언급되지 않은 한, 본 명세서에 기술된 바와 같은 모든 실시예들에 적용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 부가적으로, 전술된 실시예들과 함께 전술된 개념들이 단독으로 또는 전술된 다른 실시예들 중 임의의 실시예와 조합되어 채용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (24)

  1. 컴퓨터 이용 설계 소프트웨어(computer-aided design software)를 실행시키는 컴퓨팅 장치를 사용하여 환자 특정 정형외과용 임플란트(patient specific orthopedic implant)를 제조하는 방법으로서,
    조직체(tissue body)의 가상 3차원 모델을 획득하는 단계;
    임플란트 몸체를 포함하는 정형외과용 임플란트의 가상 3차원 모델을, 상기 정형외과용 임플란트의 상기 가상 3차원 모델이 상기 조직체의 상기 가상 3차원 모델의 특정 부분에 걸쳐 맞춤되게 윤곽 형성되도록, 설계하는 단계;
    상기 임플란트 몸체를 통해 연장되는 적어도 하나의 구멍을, 체결구의 가상 3차원 모델이 상기 적어도 하나의 구멍 내에 적어도 부분적으로 배치될 때 상기 체결구의 상기 가상 3차원 모델이 상기 조직체의 상기 가상 3차원 모델의 미리 결정된 섹션 내로 연장되지 않게 상기 적어도 하나의 구멍이 상기 임플란트 몸체에 대하여 위치되거나 경사지도록, 설계하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2의 설계하는 단계에서, 상기 조직체의 상기 미리 결정된 섹션은 신경, 치아 또는 하드웨어를 포함하는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2의 설계하는 단계에서, 상기 미리 결정된 섹션은 상기 임플란트 몸체를 통해 연장되는 다른 체결구와의 교차부인, 방법.
  4. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 조직체는 하악골(mandible)이고, 상기 획득하는 단계는 상기 하악골의 가상 3차원 모델을 획득하는 단계를 포함하는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조직체는 상악골(maxilla)이고, 상기 획득하는 단계는 상기 상악골의 가상 3차원 모델을 획득하는 단계를 포함하는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 획득하는 단계는 컴퓨터 단층(computed tomography, CT) 스캔 기계, 레이저 스캐닝 기계, 광학 스캐닝 기계, 자기 공명 이미징(magnetic resonance imaging, MRI) 기계, 및 좌표 측정 기계로 이루어진 군으로부터 선택되는 스캐닝 기계를 사용하여 상기 조직체를 스캐닝하는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 구멍은 제1 구멍이고, 상기 체결구는 제1 체결구이며, 상기 제2의 설계하는 단계는 상기 임플란트 몸체를 통해 연장되는 제2 구멍을, 상기 제1 체결구의 상기 가상 3차원 모델 및 제2 체결구의 가상 3차원 모델이 상기 제1 및 제2 구멍들 내에 각각 적어도 부분적으로 배치될 때 상기 제2 체결구의 상기 가상 3차원 모델이 상기 제1 체결구의 상기 가상 3차원 모델과 접촉하지 않게 상기 제2 구멍이 상기 임플란트 몸체에 대해 위치되거나 경사지도록, 설계하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제조 기계를 사용하여 상기 정형외과용 임플란트의 상기 가상 3차원 모델과 실질적으로 동일한 정형외과용 임플란트를 제조하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 정형외과용 임플란트의 상기 가상 3차원 모델 및 상기 적어도 하나의 구멍을 나타내는 데이터를 사용하여 CNC 코드를 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 제조하는 단계는 상기 CNC 코드를 CNC 기계에 전송하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제조하는 단계는 상기 CNC 기계를 사용하여 상기 신체적 정형외과용 임플란트를 제조하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1의 설계하는 단계는 상기 조직체의 상기 가상 3차원 모델에 상기 정형외과용 임플란트의 상기 가상 3차원 모델을 결합시키는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 컴퓨터 이용 설계 소프트웨어를 실행시키는 컴퓨팅 장치를 사용하여 환자 특정 정형외과용 임플란트를 제조하는 방법으로서,
    조직체의 가상 3차원 모델의 미리 결정된 부분에 걸쳐 맞춤되도록 윤곽 형성되고 임플란트 몸체를 포함하는, 정형외과용 임플란트의 가상 3차원 모델을 설계하는 단계;
    상기 정형외과용 임플란트의 상기 가상 3차원 모델의 상기 임플란트 몸체를 통해 연장되는 적어도 하나의 가상 구멍을, 체결구의 가상 3차원 모델이 상기 적어도 하나의 구멍 내에 적어도 부분적으로 배치될 때 상기 체결구의 상기 가상 3차원 모델이 상기 조직체의 가상 3차원 모델의 미리 결정된 섹션 내로 연장되게 상기 적어도 하나의 가상 구멍이 상기 임플란트 몸체에 대해 위치되거나 경사지도록, 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 조직체의 상기 가상 3차원 모델을 획득하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 획득하는 단계는 스캐닝 기계를 사용하여 상기 조직체를 스캐닝하는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 획득하는 단계에서, 상기 스캐닝 기계는 컴퓨터 단층(CT) 스캔 기계, 레이저 스캐닝 기계, 광학 스캐닝 기계, 자기 공명 이미징(MRI) 기계, 및 좌표 측정 기계로 이루어진 군으로부터 선택되는 스캐닝 기계로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
  17. 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 획득하는 단계에서, 상기 조직체는 하악골이고, 상기 획득하는 단계는 스캐닝 기계를 사용하여 상기 하악골을 스캐닝하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  18. 제12항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생성하는 단계에서, 상기 미리 결정된 섹션은 신경 또는 치아가 없는 섹션인, 방법.
  19. 제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 제조 기계를 사용하여 상기 정형외과용 임플란트의 상기 가상 3차원 모델과 실질적으로 동일한 신체적 정형외과용 임플란트를 제조하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 정형외과용 임플란트의 상기 가상 3차원 모델 및 상기 적어도 하나의 가상 구멍을 나타내는 데이터를 사용하여 CNC 코드를 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 제조하는 단계는 상기 CNC 코드를 CNC 기계에 전송하는 단계를 포함하는, 방법.
  22. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제조하는 단계는 상기 CNC 기계를 사용하여 상기 신체적 정형외과용 임플란트를 제조하는 단계를 포함하는, 방법.
  23. 제12항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가상 구멍은 제1 구멍이고, 상기 체결구는 제1 체결구이며, 상기 생성하는 단계는 제2 가상 구멍을, 상기 제1 체결구의 상기 가상 3차원 모델 및 제2 체결구의 가상 3차원 모델이 상기 제1 및 제2 가상 구멍들 내에 각각 적어도 부분적으로 배치될 때 상기 제2 체결구의 상기 가상 3차원 모델이 상기 제1 체결구의 상기 가상 3차원 모델과 간섭하지 않게 상기 제2 가상 구멍이 상기 임플란트 몸체에 대해 위치되고 경사지도록, 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  24. 제12항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생성하는 단계는 상기 임플란트 몸체에 대하여 상기 적어도 하나의 가상 구멍의 원하는 각도 또는 위치에 대한 정보를 포함하는 위치 데이터를 획득하는 단계를 포함하는, 방법.
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