KR20190023417A - 인공발목관절 거골요소 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인공발목관절 거골요소에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인서트와 접하는 관절면, 뼈와 접하는 접촉면을 포함하고, 상기 접촉면은 거골 절단면과 상보적인 형상으로 형성하여 절단면을 모두 수복해 응력을 분산시키고 수술 후 골용해 또는 이소성골화증 등의 부작용을 감소시키는 것을 특징으로 하는 인공발목관절 거골요소에 대한 것이다.

Description

인공발목관절 거골요소{Talar component of artificial ankle joint}

본 발명은 인공발목관절 거골요소에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인서트와 접하는 관절면, 뼈와 접하는 접촉면을 포함하고, 상기 접촉면은 거골 절단면과 상보적인 형상으로 형성하여 절단면을 모두 수복해 응력을 분산시키고 수술 후 골용해 또는 이소성골화증 등의 부작용을 감소시키는 것을 특징으로 하는 인공발목관절 거골요소에 대한 것이다.

발목의 퇴행성 관절염, 외상 후 관절염 등 다양한 원인에 의하여 발목관절이 제기능을 하지 못하는 경우, 인공 족관절을 이용한 치환술을 실시하게 된다. 1970년대에 처음 시작된 인공발목관절 치환술은 초기에 많은 부작용이 발생하는 등 기대 이하의 임상결과를 보였고, 그 시술과정이 고도로 복잡하여 시술자에게 큰 부담이 되어 기피되는 경향이 있었기에 발목고정술로 치료하는 경우가 많았다. 그러나 치환물의 발달과 수술방법의 발전에 따라 점차적으로 임상결과가 좋아지고 환자의 만족도가 높아짐에 따라 오늘날에는 보편적으로 시행되는 관절 치환술이라 볼 수 있다.

이러한 인공발목관절에는 여러 종류가 있으며 크게 나누어 볼 때, 경골에 결합하는 경골대치물, 거골에 결합하는 거골대치물, 상기 양 요소를 연결하여 베어링 역할을 하는 인서트로 이루어진 3-component 가동형(mobile-bearing)이 우리나라에서 가장 널리 쓰이고 있다.

일반적으로 거골(91)에 거골대치물을 이식하기 위해선 거골대치물의 접촉면에 상응할 수 있도록 거골 원개를 일정범위 절삭한 뒤 그 위에 거골대치물을 결합하는데, 재치환술 등을 고려하면 뼈절삭량을 최소화하는 것이 좋다.

<특허문헌>

유럽 등록특허 EP 2124832호(2001.08.08.등록) "IMPROVEMENTS IN AND RELATING TO AN ANKLE PROSTHESIS"

상기 특허문헌에 도시된 발명은 뼈절삭량을 최소화하기 위해 접촉면에 3개의 평면을 포함하고 있다. 그러나 전방과 후방의 경계가 내측으로 오목하게 함입형성되어 거골의 절단면을 완전히 덮지 못하기에 접촉면 경계에서 거골의 단면이 노출되는 일이 많고 노출된 절삭면에 대한 관절액의 지속적인 자극으로 골용해(Osteolysis)가 발생하거나, 불필요한 뼈가 생성되는 이소성 골화증(Heterotopic Ossification)이 발생할 수 있다.

일반적으로 골용해는 뼈 절삭면 중에서 대치물로 덮이지 않는 부분을 통하여 관절액이 뼈 속으로 유입됨으로써 발생하는 것으로 알려져 있다. 이러한 골용해는 초기에는 증상이 없는 경우가 대부분이나, 점차 진행하면서 통증을 동반하게 된다. 또한, 골용해는 뼈와 대치물 사이의 해리를 유발함으로써 인공관절의 수명에 영향을 주며, 심할 경우 대치물 주변 골절을 야기하기도 한다. 진행성의 골용해에 대해서는 추가적인 골이식술을 요하며, 임플란트의 안정성에 영향을 주는 경우 재치환술까지 필요한 경우도 있다.

이소성 골화증이란, 비정상적인 부위에 골조직이 형성되는 것으로써, 주로 관절주위에 자주 발생한다. 인공발목관절 치환술 후에 이소성 골화증이 발생하면, 임플란트 주위로 뼈가 자라 관절통증을 유발할 뿐만 아니라, 관절운동을 감소시켜 인공관절의 제 기능을 상실케 할 수 있다.

이소성 골화증이 발생하는 부위는 도 1에서도 확인할 수 있는데, 주로 거골대치물로 덮이지 못한 전방과 후방의 가운데 빗금친 부분인 A에서 발생한다. 이는 종래의 거골대치물 구조상 전후방으로 곡률을 유지하면서 인서트의 가이드를 위해 중간을 밑으로 파인 홈의 형태로 구성하려다 보니 전후방 경계가 내측으로 함입형성되기 때문이다.

인공발목관절 치환술 후에 이소성 골화증의 발생률은 시술자마다 다르게 보고되나, 통상 25% 정도 발생 되고 있다. 특히 최근 연구결과에 의하면 이소성 골화증은 발생 환자의 약 5%에서 증상을 동반하며 이로 인해 관절의 가동범위가 제한되고, 관절통증이 심하여 인공관절의 기능이 현저히 떨어지는 것으로 보고되고 있다. 이런 불편을 해소하기 위해서는 수술을 통해 발생한 뼈를 제거하는 외과적 방법을 사용하여야 하는바, 환자에게 재수술의 부담이 가중된다.

그렇다고 이를 방지하기 위해 무턱대고 큰 거골대치물을 사용할 수도 없다. 거골은 그 해부학적 형상이 전방이 후방보다 더 넓은 구조를 갖고 있는데, 종래의 거골대치물은 전방과 후방의 폭이 동일하여 그 형상이 일치하지 않고, 이에 의해 거골대치물의 후방에서 내외측의 복사뼈(medial/lateral malleolus)와 충돌할 가능성이 있기 때문이다. 따라서 거골대치물과 복사뼈 후방 부위와의 충돌을 방지하기 위해 일반적으로 약간 작은 임플란트를 사용하며, 뼈의 절단면 수복을 위해서는 큰 임플란트를 사용해야 하므로 임플란트의 크기 결정에 어려움이 많다. 결국 단순히 크기를 가지고 해결할 수는 없고, 거골대치물 자체의 형상을 바꾸어 해결해야만 한다. 특히 임상적으로 골용해는 전방 부위에 주로 발생하고, 이소성 골화증은 후방(posterior) 쪽에서 더 많이 발생하는데, 때문에 거골대치물의 앞,뒷부분 구조를 개선해야한다.

이렇듯 '임플란트 주위 골용해'나 '이소성 골화증' 발생여부는 인공발목관절의 수명과 성공여부를 가늠할 수 있는 중요한 요소인바, 이를 예방할 수 있는 구조를 가진 인공발목관절에 대한 필요성이 대두된다.

또한, 상기 특허문헌에 도시된 발명은 전후방 경계가 내측으로 오목하게 함입됨에 따라 베어링 역할을 수행하는 인서트의 가동범위가 제한적일 수밖에 없다. 일반적으로 정상적인 발목관절은 족배 굴곡(dorsiflextion) 20도, 족저 굴곡(plantar flextion) 40~50도 정도의 범위에서 운동하고, 인공발목관절은 치환 후 최소한 족배 굴곡 10도, 족저 굴곡 20도를 달성하여야만 한다. 그러나 상기 특허문헌의 발명은 족배굴곡과 족저굴곡의 최종범위에서 인서트와 거골대치물이 관절면을 이룰 수 없어 인서트의 마모가 우려되며 굴곡 범위가 제한될 수밖에 없기에, 환자에게 큰 불편함을 주고 만족감을 떨어뜨리는 문제가 있었다.

따라서 완전한 가동 범위를 확보할 수 있는 구조를 가진 인공발목관절에 대한 필요성이 대두된다.

마지막으로, 상기 특허문헌에 도시된 발명의 거골대치물은 거골에 고정하기 위한 페그(peg)를 포함하고 있는데, 상기 페그는 거골대치물이 거골과 맞닿는 접촉면 중에서 전방(anterior)에 치우쳐 형성되어 있다. 그러나 페그가 전방(anterior)에 위치하면 임플란트를 거골에 고정시키기 위해 임팩팅(impacting)할 경우, 거골대치물의 후방(posterior)이 위로 들려 거골에 접촉되지 못해 결합력을 약화시킬 수밖에 없다. 이러한 구조는 도 2의 종래기술에서도 확인할 수 있다.

발목은 그 크기 자체가 여타 관절에 비하여 작기에 수술부위 역시 매우 좁다. 또한 발목관절 치환술에서는 주로 앞부분을 절개하는 전방 도달법이 사용되는데, 전방에서 접근하게 되면 절개범위가 더욱 협소하다. 이렇듯 좁은 절개부위를 통한 시술 과정에서는 임팩팅을 위한 힘을 가할 때 정위치에 내리치기도 힘들다. 특히 페그(B)가 전방에 위치한다면 임팩팅시 옆에서 힘을 가하여야 하므로 시술자의 자세가 불편해 오차가 발생할 가능성은 더욱 높다.

이렇게 힘의 작용점 위치가 빗나가면 뒷부분이 거골로부터 뜨게 되는데, 페그(B)가 전방에 있다면 그 정도가 훨씬 심해진다(C). 또한 임플란트는 튼튼한 금속으로 만들어지는 경우가 대부분이긴 하지만 강체는 아니기에, 힘을 제대로 가한다고 하여도 전방에 힘이 집중되어 약간의 변형이 발생해 뒷부분이 거골에 견고히 안착되지 못한다. 이렇게 페그(B)가 전방쪽에 위치하여 뒷부분까지 거리가 멀기 때문에 후방의 접촉이 제대로 이루어지지 않으면 거골과 임플란트의 결합이 견고할 수 없고, 수술 후에 인체의 하중에 의해 뒷부분이 가라앉아 접촉이 발생한다 해도 정위치에 안착되지 못하는 문제가 발생할 수 있다.

실제 수술중에 이러한 현상이 자주 발생하므로 항상 영상증폭기(image intensifier)를 이용하여 확인하여야 하며, 이는 수술자의 방사선 노출위험과 감염위험을 높일 수 있다.

따라서 거골대치물의 임팩팅 시 뒤쪽이 뜨는 현상을 방지하여 처음부터 제대로 거골에 안착될 수 있는 구조의 인공발목관절에 대한 필요성이 대두된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

본 발명의 목적은 뼈의 해부학적 형상에 상응하여 수술 후 이소성 골화증을 예방하고 응력을 분산시키는 임플란트를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 거골의 해부학적 형상에 상응하여 수술 후 이소성 골화증을 예방하고 응력을 분산시키는 임플란트를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 인서트를 안정적으로 가이드하고 탈구를 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 임플란트를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 거골 후방의 해부학적 형상에 상응하여 수술 후 이소성 골화증을 예방하고 응력을 분산시키는 임플란트를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 거골 전방의 해부학적 형상에 상응하여 수술 후 골용해를 예방하고 응력을 분산시키는 임플란트를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 거골의 전체적인 해부학적 형상에 상응하여 수술 후 임플란트 주위 골용해와 이소성 골화증을 예방하고 응력을 분산시키는 임플란트를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 뼈 절삭량을 최소화하여 재치환시 용이한 수술을 위한 임플란트를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 거골의 내측, 외측 관절면을 절제하지 않고 보존함으로써 수술시간을 단축시키고 수술을 쉽게 할 수 있는 임플란트를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 전방 도달법을 이용한 인공발목관절 치환시 용이한 삽입이 가능한 임플란트를 제공하는데 있다.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 인공발목관절 거골요소는 이식되는 뼈의 절단면과 상보적인 형상을 갖는 접촉면을 가짐으로써 응력을 분산시키고 수술 후 부작용을 완화시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 인공발목관절 거골요소는 인공발목관절 치환술에서 거골에 결합되는 거골요소이고, 상기 거골요소는 인서트와 접하는 관절면을 포함하며, 상기 관절면은 발목의 관절운동이 가능하도록 전후로 곡률을 가지고 굽어진 채 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 인공발목관절 거골요소는 상기 관절면이 내측에 위치하는 내측 관절면과 외측에 위치하는 외측 관절면 없이 인서트와 접하는 상방 관절면 만을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 인공발목관절 거골요소는 상기 접촉면의 후방경계가 완만한 호 형태로써 후방으로 볼록하게 형성되고 상기 관절면은 상기 접촉면의 후방경계까지 곡률을 가지고 후방으로 연장 형성되어 거골과 넓은 접촉면적을 유지함으로써 응력을 분산시키고 수술 후 부작용을 완화시킬 수 있으며 넓은 범위에서 가동할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 인공발목관절 거골요소는 상기 접촉면의 전방경계가 완만한 호 형태로써 전방으로 볼록하게 형성되고, 상기 관절면은 상기 접촉면의 전방경계까지 곡률을 가지고 전방으로 연장 형성되어 거골과 넓은 접촉면적을 유지함으로써 응력을 분산시키고 수술 후 부작용을 완화시킬 수 있으며 넓은 범위에서 가동할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 인공발목관절 거골요소는 상기 접촉면의 후방경계가 완만한 호 형태로써 후방으로 볼록하게 형성되고 상기 관절면은 상기 접촉면의 후방경계까지 곡률을 가지고 후방으로 연장 형성되며, 상기 접촉면의 전방경계는 완만한 호 형태로써 전방으로 볼록하게 형성되고, 상기 관절면은 상기 접촉면의 전방경계까지 곡률을 가지고 전방으로 연장 형성되어 거골과 넓은 접촉면적을 유지함으로써 응력을 분산시키고 수술 후 부작용을 완화시킬 수 있으며 넓은 범위에서 가동할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 인공발목관절 거골요소는 상기 내측관절면의 후방내측경계와 상기 외측관절면의 후방외측경계가 각각의 접선이 서로 반대의 기울기를 가지고 상기 연결관절면을 향해 연속적으로 연장되어 상호 이어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 인공발목관절 거골요소는 상기 내측관절면의 전방내측경계와 상기 외측관절면의 전방외측경계가 각각의 접선이 서로 반대의 기울기를 가지고 상기 연결관절면을 향해 연속적으로 연장되어 상호 이어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 인공발목관절 거골요소는 상기 내측관절면의 후방내측경계와 상기 외측관절면의 후방외측경계가 각각의 접선이 서로 반대의 기울기를 가지고 상기 연결관절면을 향해 연속적으로 연장되어 상호 이어지고, 상기 내측관절면의 전방내측경계와 상기 외측관절면의 전방외측경계는 각각의 접선이 서로 반대의 기울기를 가지고 상기 연결관절면을 향해 연속적으로 연장되어 상호 이어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 인공발목관절 거골요소는 각각의 상기 접선의 기울기가 상기 연결관절면에 근접할 수록 대략 0에 근접하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 인공발목관절 거골요소는 거골 절단면에 상보적인 형상을 갖도록 후방에서 전방으로 갈수록 폭이 넓어지는 절두 원추형으로 형성되어 해부학적 형태를 구현하며, 뼈 절삭량을 최소화할 수 있고 접촉면적을 확대함에 따라 응력을 분산시키고 수술 후 부작용을 완화시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 인공발목관절 거골요소는 상기 접촉면이 전방에서 일측으로 기울어진 전방면, 중간에 평면으로 형성된 중간면, 후방에서 일측으로 기울어진 후방면을 포함하여 뼈 절삭량을 최소화 할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 인공발목관절 거골요소는 상기 중간면에서 윈위방향으로 연장되는 페그를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 인공발목관절 거골요소는 상기 페그가 후방으로 일정 각도 경사지게 연장되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 인공발목관절 거골요소는 상기 페그가 후방으로 60~70°로 경사지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 뼈의 해부학적 형상에 상응하여 수술 후 골용해 및 이소성 골화증을 예방하고 응력을 분산시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명 거골의 해부학적 형상에 상응하여 수술 후 골용해 및 이소성 골화증을 예방하고 응력을 분산시키는 효과를 가진다.

또한, 본 발명은 관절운동 시 인서트를 안정적으로 가이드하고 탈구를 방지할 수 있는 효과를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명은 거골 후방의 해부학적 형상에 상응하여 수술 후 골용해 및 이소성 골화증을 예방하고 응력을 분산시키는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명은 거골 전방의 해부학적 형상에 상응하여 수술 후 골용해 및 이소성 골화증을 예방하고 응력을 분산시키는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 거골의 전체적인 해부학적 형상에 상응하여 수술 후 골용해 및 이소성 골화증을 예방하고 응력을 분산시키는 효과가 존재한다.

또한, 본 발명은 뼈 절삭량을 최소화하여 재치환시 용이한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 거골에 고정을 위한 임팩팅시 뒷부분이 뜨지 않고 임플란트 전체가 절삭면에 균등히 접할 수 있는 효과가 존재한다.

또한, 본 발명은 인공발목치환 수술시 용이한 삽입이 가능하고 삽입 과정에서 임플란트의 회전을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 전방 도달법을 이용한 인공발목관절 치환시 용이한 삽입이 가능한 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 거골요소가 거골에 결합된 모습을 나타낸 평면도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 거골요소를 페그를 이용하여 거골에 임팩팅할 때 임플란트 뒷부분이 들리게 되는 현상을 나타낸 측면도이다.
도 3은 거골의 위치와 해부학적 형상을 나타낸 평면도, 측면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 거골요소가 경골요소, 인서트와 결합한 모습을 나타낸 측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 거골요소의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 거골요소의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 거골요소의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 거골요소를 위에서 본 평면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 거골요소를 앞에서 본 정면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 거골요소를 뒤에서 본 배면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 거골요소를 옆에서 본 측면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 중간면을 밑에 두고 본 저면도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 전방면을 밑에 두고 본 저면도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 후방면을 밑에 두고 본 저면도이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 거골요소를 거골에 결합한 모습을 나타낸 평면도이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 거골요소가 거골에 결합한 채로 인서트의 가동범위를 나타낸 측면도이다.
도 17은 종래 기술에 따른 거골요소와 본 발명의 실시예에 따른 거골요소를 거골에 결합하는 과정 중 잘못 힘이 가해진 경우를 비교한 측단면도이다.
도 18은 종래 기술에 따른 인공발목관절을 치환시 발생할 수 있는 이소성 골화증에 대한 방사선 사진을 나타낸 도면이다.

이하에서는 본 발명에 따른 인공발목관절 거골요소를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고 만약 본 명세서에 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다.

그러면 도면을 참고하여 본 발명의 인공발목관절 거골요소에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 종래 기술에 따른 거골요소가 거골에 결합된 모습을 나타낸 평면도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 거골요소를 페그를 이용하여 거골에 고정하는 과정을 나타낸 측면도이며, 도 3은 거골의 위치와 해부학적 형상을 나타낸 평면도, 측면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 거골요소가 경골요소, 인서트와 결합한 모습을 나타낸 측면도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 거골요소의 사시도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 거골요소의 사시도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 거골요소의 사시도이며, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 거골요소를 위에서 본 평면도이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 거골요소를 앞에서 본 정면도이며, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 거골요소를 뒤에서 본 배면도이고, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 거골요소를 옆에서 본 측면도이며, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 중간면을 밑에 두고 본 저면도이고, 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 전방면을 밑에 두고 본 저면도이며, 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 후방면을 밑에 두고 본 저면도이고, 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 거골요소를 거골에 결합한 모습을 나타낸 평면도이며, 도 16은 본 발명의 실시예에 따른 거골요소가 거골에 결합한 채로 인서트의 가동범위를 나타낸 측면도이고, 도 17은 종래 기술에 따른 거골요소와 본 발명의 실시예에 따른 거골요소를 거골에 결합하는 과정을 비교한 측단면도이며, 도 18은 종래 기술에 따른 인공발목관절 치환시 발생할 수 있는 이소성 골화증에 대한 방사선 사진을 나타낸 도면이다.

다음으로 도 3을 참고하여 거골의 위치와 해부학적 형상을 설명하겠다.

도 3의 A는 발목관절에서 거골(목말뼈, 91)이 위치하는 부분을 나타낸 측면도이다. 거골(91)은 주상골(95)과 경골과 종골(발꿈치뼈, 97) 사이에 위치하며, 경골(93) 아래에서 근위단부(931)와 접하여 발목관절을 형성하여 관절운동을 수행한다.

도 3의 B는 거골(91)만을 확대한 측면도로써, 거골(91)은 크게 경골(93)과 맞닿는 거골 체부(목말뼈몸통, 911);와 주상골(95)과 맞닿는 거골 두부(목말뼈머리, 915); 그리고 체부(911)와 두부(915)를 잇는 거골 경부(목말뼈목, 913);로 이루어져 있다.

거골 체부(911)는 거골(91)의 상부에 위치하며, 원뿔대의 옆면과 같은 형태의 거골 원개를 가진다. 거골 원개는 경골(93) 근위단부(931)와 맞닿아 있으며, 경골(93)은 이 거골 원개 위를 전후로 이동하며 족배 굴곡(dorsiflextion) 및 족저 굴곡(plantar flextion) 운동을 수행한다. 일반적으로 인공발목관절 치환술에서 거골 원개 상부를 일정범위 절삭하여 거골요소와 상응할 수 있는 단면을 만들어 삽입한다. 제품마다 차이는 있으나, 뼈 절삭량을 최소화하기 위한 3면 경골요소의 경우는 전방, 중간, 후방에 3개의 절삭단면을 만들어야 한다. 상기 전방, 후방 절삭단면(9111, 9115)은 도 3 B의 굵은 선을 따라 전후방으로 경사지어 형성된다.

도 3의 C는 거골(91)의 평면도로써, 상기 거골 원개는 전방(anterior)이 후방(posterior)보다 더 넓은 형상을 가지고 있다. 그러나 종래의 인공발목관절의 경우, 거골요소의 전후방 폭이 동일하여 거골 형상을 제대로 모사하지 못하였다. 또한 사람마다 조금씩 차이는 있으나, 경골(93)의 원활한 관절운동을 돕기 위해 거골원개의 중앙측은 내측(medial) 및 외측(lateral)보다 밑으로 약간 함입되어 형성된 경우가 있다.

상기 거골 원개의 평면도를 참고하면, 뒤쪽 경계선은 후방으로 약간 볼록하게 곡선형태로 형성되어 있다. 따라서 후술할 거골 절단면 중 후방부(9115)도 그 후방 둘레(9115a)는 뒤쪽으로 휘어질 수밖에 없다. 그러나 종래의 인공발목관절의 거골요소는 후방 둘레가 내측으로 함입되거나 직선으로 형성되어 거골 형상을 제대로 모사하지 못하였다.

또한 거골 원개의 각 코너는 직각이 아닌 뭉툭한 곡선의 형태를 가진다. 그러나 종래의 인공발목관절 거골요소는 직사각형으로 구성되어 거골 절단면 형상에 정확히 상응하지 못하였다.

다음으로, 도 4를 참고하여 거골요소(1)와 결합하여 발목의 관절운동을 대신하는 인공발목관절 시스템과 그 원리를 간략히 설명하겠다.

거골요소(1)의 위에 플라스틱 등으로 이루어져 베어링의 역할을 수행하는 인서트(5)가 위치하며, 발목움직임에 의해 상기 인서트(5) 하면의 곡률을 따라 거골요소(1)가 전후로 미끄러짐으로써 족배굴곡 및 족저굴곡에 해당하는 관절운동을 재현한다. 상기 인서트(5)의 위에는 경골(93)의 원위단부(933)에 결합되어 경골(93)로부터 하중을 받는 경골요소(3)가 존재한다. 상기 경골요소(3)는 인서트(3)와 완전히 결합되어 고정된 고정형일 수도 있고, 서로 부분적으로 구속하여 제한적인 상대운동을 하는 반고정형일 수도 있으며, 자유로운 운동이 가능한 자유형일 수도 있다.

이러한 3가지 내지 2가지 요소의 결합에 의해 발목을 대신하여 관절운동을 수행한다.

그럼 도 5 내지 17을 참고하여 본 발명을 설명하겠다.

본 발명을 도시한 도 5 및 6을 참고하면, 본 발명의 거골요소(1)는 베어링 운동을 가이드하고 거골(91)과 맞닿는 몸체(11)와, 거골(91)에 결합되기 위해 몸체(11)로부터 일측으로 연장형성된 페그(13)를 포함할 수 있다.

도 7을 참고하면, 상기 몸체(11)는 인서트와 맞닿아 관절운동을 구현해내는 관절면(111)과, 거골과 결합하는 접촉면(113)을 포함할 수 있다.

도 8 및 6을 참고하면, 상기 관절면(111)은 인서트(5)의 관절운동을 가이드하기 위해 전후로 곡률을 가지고 굽어진 채 형성될 수 있다. 상기 곡률 진 구성에 의해 인공발목관절 수술 후에 발목을 위로 올리는 족배 굴곡 및 밑으로 굽히는 족저 굴곡이 원활해진다. 보다 자연스러운 가동을 위하여 상기 곡률은 실제 거골 원개의 곡률과 유사하게 설정함이 바람직하다.

상기 관절면(111)은 인체의 중앙측에 가까운 내측관절면(1111)과, 바깥측에 가까운 외측관절면(1115)을 포함할 수 있다. 상기 내측관절면(1111) 및 외측관절면(1115) 사이에 위치한 연결관절면(1113)은 양 측부(1111, 1115)보다 아래로 함입하여 형성할 수 있다. 이는 도 9 및 10 에서 보다 정확한 확인이 가능하다. 이러한 구성에 의해 후술할 인서트(5)는 관절면(111) 위를 따라 전후로 관절운동할 때 내외측으로 이탈하지 않고 안정적으로 이동할 수 있다. 상기 내외측관절면(1111, 1115) 및 연결관절면(1113)을 연결하는 부분은 각지게 구성할 수도 있으나, 완만한 곡선 형태로 형성할 수도 있다.

내외측관절면(1111, 1115)의 내외측 방면은 각진 형태로 구성할 수도 있으나, 완만한 곡선 형태로 구성함이 더 바람직하다. 전술한 종래기술은 관절면(111)의 내외측 경계를 일정 길이만큼 높게 형성하여 인서트(5)의 탈구를 방지하는 효과는 탁월하였으나, 한번 탈구가 발생하면 자가복구가 불가능하여 수술적 방법에 의하여 복구할 수밖에 없는 단점이 있었기 때문이다. 그러나 곡선 형태의 경계를 가진다면 인서트(5)의 아탈구가 일어나더라도 다시 자연스럽게 제자리로 돌아올 수도 있다.

또한 관절면(111)은 후술할 접촉면(113)의 둘레까지 상기 곡률을 가지고 곡선 형태로 전후/내외측으로 연장형성됨이 바람직하다. 접촉면(113)의 둘레들이 거골 원개 절단면을 따라 형성될 수 있는데, 이러한 둘레까지 관절면(11)도 확장되어야 인서트(5)의 가동범위를 최대화하고 효율적인 응력분포가 가능하다.

그리고, 관절면(111)은 그 경계에서 접촉면(113)의 경계와 만날 수밖에 없는바, 후술할 접촉면(113)의 경계들(1131a, 1131b, 1133a, 1133b, 1135a, 1135b)을 서로 공유한다. 따라서 접촉면(113)의 경계는 관절면(111)의 경계라고 볼 수도 있는바, 청구항을 포함한 명세서 전반에 걸쳐 양자 모두 해당하는 의미로 사용한다. 다만, 도면 상 접촉면(113)을 기준으로 서술하는 것이 더 명확한바, 아래에서 서술한다.

도 12 내지 14을 참고하여 접촉면(113)의 구체적인 형상을 설명하겠다.

우선, 도 12를 보면 내외측과 경계가 되는 측방 둘레(1133a)는 후방(posterior)에서 전방(anterior)으로 갈수록 그 사이 간격이 넓어지게 구성할 수 있다. 즉, 거골요소(1)는 전체적으로 전방이 후방보다 폭이 넓은 절두 원추형 구조를 가질 수 있다. 이는 전술하였듯이 거골(91) 자체의 형상이 후방보다 전방이 넓은 구조이기 때문으로, 상기와 같은 구성을 통해 거골(91)의 절단면(9111, 9113, 9115)에 상보적인 형상을 가지게 되어 빈틈없이 결합 가능하다. 따라서 노출되는 절단면에서부터 자라나는 뼈에 의한 가동범위 제한을 방지할 수 있고, 또한 접촉면적 극대화로 응력을 고르게 분포해 인공발목관절의 수명을 향상시킬 수 있다. 그리고 해부학적 형상에 더 가깝게 디자인되므로 보다 생리적인 관절 임플란트가 되어 수술 후 편안한 관절을 제공할 수 있다.

도 13을 참고하면, 접촉면(113)은 전방으로 경사진 전방면(1131), 후방으로 경사진 후방면(1135), 그 사이에 위치한 중간면(1133)을 포함할 수 있다.

상기 전방면(1131)은 그 외측에 전방외측경계(1131a)를, 그 내측에 전방내측경계(1131b)를 포함할 수 있는데, 상기 두 전방경계(1131a,b)는 완만한 호 형태로써 전방으로 볼록하게 형성되어 거골 원개 절단면에 상보적인 형상을 가질 수 있다. 전술하였듯이 거골 절단면 전방부(9111)는 앞으로 모여드는 형상을 지니기 때문이다.

이때 중간면(1133)과 전방면(1131)의 경계가 되는 전방 면경계(1131c)를 수평축으로, 이제 수직이고 전방면(1131)에 포함되는 선(113a)을 수직축으로 설정하고, 전방을 수직축의 양의 방향, 내측을 수평축의 양의 방향으로 정의하면, 전방내측경계(1131a)와 전방외측경계(1131b)는 각각의 접선이 서로 반대의 기울기를 가지고 상기 연결관절면(1113)이 있는 곳을 향해 연속적으로 연상되어 상호 이어질 수 있다. 나아가, 각각의 상기 접선의 기울기는 상기 연결관절면에 근접할 수록 대략 0에 근접할 수 있다. 이렇게 자연스러운 곡선으로 부드럽게 전방 경계를 구성함으로써 거골의 해부학적 형상과 일치하게 된다.

이에 의해 접촉면(113)과 그 경계까지 연장형성된 관절면(111)을 포함한 거골요소(1)의 전방은 거골(91)의 절단면 전방부(9111)와 상보적인 형상을 가지게 된다. 거골임플란트가 골절단면을 최대한 커버하는 구조로써 골용해를 방지하는 중요한 기능을 한다. 그리고 이에 의해 이소성 골화증의 예방이 가능하며, 접촉면적을 최대한 넓힘에 따라 응력을 고르게 분포하여 하중집중을 막아 인공관절의 수명을 연장시킬 수 있다.

도 14를 참고하면, 상기 후방면(1135)은 그 외측에 후방외측경계(1135a)를, 그 내측에 후방내측경계(1135b)를 포함할 수 있는데, 상기 두 후방경계(1135a,b)는 완만한 호 형태로써 후방으로 볼록하게 형성되어 거골 원개 절단면에 상보적인 형상을 가질 수 있다. 전술하였듯이 거골 절단면 후방부(9115)는 뒤로 모여드는 형상을 지니기 때문이다.

이때 중간면(1133)과 후방면(1135)의 경계가 되는 후방 면경계(1135c)를 수평축으로, 이제 수직이고 후방면(1135)에 포함되는 선(113a)을 수직축으로 설정하고, 전방을 수직축의 양의 방향, 내측을 수평축의 양의 방향으로 정의하면, 후방내측경계(1135a)와 후방외측경계(1135b)는 각각의 접선이 서로 반대의 기울기를 가지고 상기 연결관절면(1113)이 있는 곳을 향해 연속적으로 연상되어 상호 이어질 수 있다. 나아가, 각각의 상기 접선의 기울기는 상기 연결관절면에 근접할 수록 대략 0에 근접할 수 있다. 이렇게 자연스러운 곡선으로 부드럽게 후방 경계를 구성함으로써 거골의 해부학적 형상과 일치하게 된다.

이에 의해 접촉면(113)과 그 경계까지 연장형성된 관절면(111)을 포함한 거골요소(1)의 후방은 거골(91)의 절단면 후방부(9115)와 상보적인 형상을 가지게 된다. 그리고 이에 의해 이소성 골화증의 예방이 가능하며, 접촉면적을 최대한 넓힘에 따라 응력을 고르게 분포하여 하중집중을 막아 인공관절의 수명을 연장시킬 수 있다.

도 11 및 17을 참고하면, 페그(13)는 접촉면(113)에서 시작하여 일측으로 연장형성될 수 있다.

페그(13)는 거골요소(1)가 거골(91)에 견고히 고정될 수 있도록 거골(91) 절단면을 지나 뼈 내측으로 깊숙히 파고 들어가는 요소로써, 내/외측에 각각 하나씩 구비하여 삽입 과정에서 회전을 방지함이 바람직하다.

페그(13)의 하부(133)는 둥근 반구의 형태로 구성할 수도 있으며, 삼각뿔이나 사각뿔 등 뾰족한 형태일 수도 있다. 이 밖에 삽입과 고정이 가능한 어떠한 구성도 가능함은 물론이다.

상기 페그(13)는 접촉면(113) 중에서도 중간면(1133)에서 시작되어 일측으로 연장형성됨이 바람직하다.

인공발목관절 치환술에서 뼈 절삭 과정과 모제품(trial)을 이용한 크기 선정 작업을 마친 뒤, 거골(91)에 구멍을 내고 상기 페그(13)를 삽입하여 거골요소(1)를 삽입하게 된다. 이때 거골요소(1)의 고정을 위해 페그(13)를 상기 구멍에 일정 깊이 삽입한 후, 망치 등을 이용하여 내려쳐 깊숙히 집어넣는 임팩팅 단계가 존재한다. 이때 상기 페그(13)가 중간면(1133)에 위치하면 거골(91)에 삽입을 위한 임팩팅시 거골요소(1)가 페그(13)를 중심으로 전후방향으로 돌아 후방이 거골(91)로부터 뜨는 현상을 방지할 수 있다.

상기와 같이 후방이 뜨는 현상을 방지하는 원리를 도 17을 참고하여 설명하겠다.

A는 거골요소이고, B는 페그(13)가 중간면(1133)에 위치한 본원발명을 도시한 것이다.

도 17을 보면, 실제 임플란트는 그 크기가 작고 발목관절 치환술 자체가 협소한 절개부위 사이로 이루어지기에 임팩팅 과정에서 정확한 위치에 힘을 가한다는 것이 쉽지 않다. 따라서 A와 B의 경우와 같이 잘못된 위치에 힘을 가하게 되는 경우가 많다. 이렇게 조금이라도 잘못된 위치에 힘을 가하게 되면, 페그를 중심으로 모멘트(moment)가 발생한다. 이 모멘트는 페그까지의 거리 d와 힘 F에 비례하고, 이에 의해 거골요소(1)는 페그를 중심으로 회전하게 된다. 모멘트가 발생하더라도 페그로부터 후방 끝부분까지 거리(r2)가 작다면 큰 문제는 되지 않는다. 그러나 종래기술(A)과 같이 페그가 전방에 위치하여 r2'이 큰 경우에는 뒷부분이 위로 들려 거골 단면 후방부(9115)로부터 떨어지게 된다. 일반적으로 임팩팅 이전에 거골요소(1)의 접촉면(113)에 접착제인 뼈시멘트를 발라 고정을 돕지만, 이렇게 뒷부분이 뜨게 되면 접착체를 바르더라도 결합에 아무런 도움이 되지 못한다. 특히, 협소한 절개부위를 통한 시술 과정에서는 거골요소 뒷부분과 거골 절단면 후방부가 아예 보이지도 않아 항상 영상증폭기를 이용하여 확인하여야 하므로, 수술자의 방사선 노출위험과 감염위험을 높일 수 있다. 따라서 처음부터 오차 없이 거골에 안착되는 구조가 필요하다.

본 발명(B)과 같이 페그(13)가 중간면(1133)에 위치한다면, 모멘트의 중심인 페그(13)로부터 끝부분까지의 거리(r2)가 짧아 모멘트가 발생하여도 많이 뜨지 않게 되어 거골(91)과 견고한 결합이 가능하다. 힘의 작용점부터 페그까지의 거리 d와 d'이 같아 양 경우 걸리는 모멘트가 같더라도 뒷부분이 뜨는 정도가 달라지게 되는 것이다(S'>S).

상기 페그(13)는 접촉면(113)의 중간면(1133)에서 시작하여 후방으로 경사를 지고 연장형성될 수 있다. 인공발목관절 치환술에서는 발목의 앞부분을 절개하여 시술하는 전방 도달법이 주로 시행되는데, 발목은 다른 부위에 비해 얇기에 전방 절개하는 범위도 매우 협소하다. 따라서 앞에서부터 좁은 공간으로 거골요소(1)를 밀어넣어 고정시켜야 하므로, 페그(13)가 전방에서 후방으로 경사지어 형성되면 보다 수월한 삽입 및 임팩팅이 가능하다. 이때 상기 경사의 각도는 중간면(1133)과 60~70° 정도로 형성됨이 바람직하다.

상기 서술한 구성에 의해 거골요소(1)는 거골(91) 체부(911)를 절삭한 절단면에 상보적인 형상을 가져 노출되는 단면 없이 견고히 결합 가능하다. 또한 이소성 골화증을 방지할 수 있으며, 이로 인해 골용해 등도 예방 가능하다. 그리고 접촉면적을 넓혀 응력을 고루 분포함에 따라 임플란트의 수명을 증가시킬 수도 있다.

도 18을 참고하면, 인공발목관절 치환술 후에 이소성 골화증의 단계별 사진으로, C와 D에서 후방부에 불필요한 뼈가 형성된 것을 확인할 수 있다. 이렇게 뼈가 자라나면 발목의 관절운동 범위에 제한을 줄 수 있고 통증을 유발하며, 마찰에 의한 마모입자가 골융해를 일으켜 인공발목관절의 수명을 단축시키게 된다.

이제까지 인공발목관절에 사용되는 거골요소에 한정하여 설명하였으나, 경골요소에도 쓰일 수 있으며, 인공무릎관절, 인공엉덩이관절, 인공어깨관절 등에 사용되는 임플란트에도 적용 가능함은 물론이다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

1: 거골요소
11: 몸체 111: 관절면 113: 접촉면
1111: 내측관절면 1113: 연결관절면 1115: 외측관절면
1131: 전방면 1133: 중간면 1135: 후방면
13: 페그
3: 경골요소
5: 인서트
91: 거골

Claims (15)

1. 체내에 이식되는 임플란트에 있어서,
   상기 임플란트는 이식되는 뼈의 절단면과 상보적인 형상을 갖는 접촉면을 포함하여 뼈와 넓은 면적으로 접촉함으로써 응력을 분산시키고 수술 후 부작용을 완화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 임플란트.
2. 제1항에 있어서,
   상기 임플란트는 인공발목관절 치환술에서 거골에 결합되는 거골요소이고,
   상기 거골요소는 인서트와 접하는 관절면을 포함하며,
   상기 관절면은 발목의 관절운동이 가능하도록 전후로 곡률을 가지고 굽어진 채 형성된 것을 특징으로 하는 임플란트.
3. 제2항에 있어서,
   상기 관절면은 내측에 위치하는 내측 관절면과 외측에 위치하는 외측 관절면과 상기 내측 관절면과 상기 외측관절면을 연결하는 연결관절면을 포함하는 것을 특징으로 하는 임플란트.
4. 제3항에 있어서,
   상기 접촉면의 후방경계는 완만한 호 형태로써 후방으로 볼록하게 형성되고
   상기 관절면은 상기 접촉면의 후방경계까지 곡률을 가지고 후방으로 연장 형성되어 거골과 넓은 접촉면적을 유지함으로써 응력을 분산시키고 수술 후 부작용을 완화시킬 수 있으며 넓은 범위에서 가동할 수 있는 것을 특징으로 하는 임플란트.
5. 제3항에 있어서,
   상기 접촉면의 전방경계는 완만한 호 형태로써 전방으로 볼록하게 형성되고,
   상기 관절면은 상기 접촉면의 전방경계까지 곡률을 가지고 전방으로 연장 형성되어 거골과 넓은 접촉면적을 유지함으로써 응력을 분산시키고 수술 후 부작용을 완화시킬 수 있으며 넓은 범위에서 가동할 수 있는 것을 특징으로 하는 임플란트.
6. 제3항에 있어서,
   상기 접촉면의 후방경계는 완만한 호 형태로써 후방으로 볼록하게 형성되고
   상기 관절면은 상기 접촉면의 후방경계까지 곡률을 가지고 후방으로 연장 형성되며,
   상기 접촉면의 전방경계는 완만한 호 형태로써 전방으로 볼록하게 형성되고,
   상기 관절면은 상기 접촉면의 전방경계까지 곡률을 가지고 전방으로 연장 형성되어 거골과 넓은 접촉면적을 유지함으로써 응력을 분산시키고 수술 후 부작용을 완화시킬 수 있으며 넓은 범위에서 가동할 수 있는 것을 특징으로 하는 임플란트.
7. 제4항에 있어서,
   상기 내측관절면의 후방내측경계와 상기 외측관절면의 후방외측경계는 각각의 접선이 서로 반대의 기울기를 가지고 상기 연결관절면을 향해 연속적으로 연장되어 상호 이어지는 것을 특징으로 하는 임플란트.
8. 제5항에 있어서,
   상기 내측관절면의 전방내측경계와 상기 외측관절면의 전방외측경계는 각각의 접선이 서로 반대의 기울기를 가지고 상기 연결관절면을 향해 연속적으로 연장되어 상호 이어지는 것을 특징으로 하는 임플란트.
9. 제6항에 있어서,
   상기 내측관절면의 후방내측경계와 상기 외측관절면의 후방외측경계는 각각의 접선이 서로 반대의 기울기를 가지고 상기 연결관절면을 향해 연속적으로 연장되어 상호 이어지고,
   상기 내측관절면의 전방내측경계와 상기 외측관절면의 전방외측경계는 각각의 접선이 서로 반대의 기울기를 가지고 상기 연결관절면을 향해 연속적으로 연장되어 상호 이어지는 것을 특징으로 하는 임플란트.
10. 제7항에 있어서, 각각의 상기 접선의 기울기는 상기 연결관절면에 근접할 수록 대략 0에 근접하는 것을 특징으로 하는 임플란트.
11. 제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 거골요소는 거골 절단면에 상보적인 형상을 갖도록 후방에서 전방으로 갈수록 폭이 넓어지는 절두 원추형으로 형성되어 뼈 절삭량을 최소화할 수 있고 접촉면적을 확대함에 따라 응력을 분산시키고 수술 후 부작용을 완화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 임플란트.
12. 제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접촉면은 전방에서 일측으로 기울어진 전방면, 중간에 평면으로 형성된 중간면, 후방에서 일측으로 기울어진 후방면을 포함하여 뼈 절삭량을 최소화 할 수 있는 것을 특징으로 하는 임플란트.
13. 제12항에 있어서,
    상기 중간면에서 윈위방향으로 연장되는 페그를 포함하는 것을 특징으로 하는 임플란트.
14. 제13항에 있어서,
    상기 페그는 후방으로 일정 각도 경사지게 연장되는 것을 특징으로 하는 임플란트.
15. 제14항에 있어서,
    상기 페그는 후방으로 60~70°로 경사지는 것을 특징으로 하는 임플란트.
    

Images