KR20220086997A - 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템 및 그 방법 - Google Patents

임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템 및 그 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220086997A
KR20220086997A KR1020200177289A KR20200177289A KR20220086997A KR 20220086997 A KR20220086997 A KR 20220086997A KR 1020200177289 A KR1020200177289 A KR 1020200177289A KR 20200177289 A KR20200177289 A KR 20200177289A KR 20220086997 A KR20220086997 A KR 20220086997A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
axis
section
optimal model
unit
information
Prior art date
Application number
KR1020200177289A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102440716B1 (ko
Inventor
임도형
반훈영
장진주
이은숙
Original Assignee
알앤엑스(주)
세종대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 알앤엑스(주), 세종대학교산학협력단 filed Critical 알앤엑스(주)
Priority to KR1020200177289A priority Critical patent/KR102440716B1/ko
Publication of KR20220086997A publication Critical patent/KR20220086997A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102440716B1 publication Critical patent/KR102440716B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30—Joints
    • A61F2/3094—Designing or manufacturing processes
    • A61F2/30942—Designing or manufacturing processes for designing or making customized prostheses, e.g. using templates, CT or NMR scans, finite-element analysis or CAD-CAM techniques
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30—Joints
    • A61F2/30767—Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth
    • A61F2/30771—Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth applied in original prostheses, e.g. holes or grooves
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30—Joints
    • A61F2/30767—Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth
    • A61F2002/3092—Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth having an open-celled or open-pored structure
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30—Joints
    • A61F2/30767—Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth
    • A61F2002/3093—Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth for promoting ingrowth of bone tissue
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30—Joints
    • A61F2/30767—Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth
    • A61F2002/30934—Special articulating surfaces
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30—Joints
    • A61F2/3094—Designing or manufacturing processes
    • A61F2/30942—Designing or manufacturing processes for designing or making customized prostheses, e.g. using templates, CT or NMR scans, finite-element analysis or CAD-CAM techniques
    • A61F2002/30943—Designing or manufacturing processes for designing or making customized prostheses, e.g. using templates, CT or NMR scans, finite-element analysis or CAD-CAM techniques using mathematical models

Abstract

본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템은, 생체 삽입용 임플란트의 표면에 형성되는 포러스 구조체의 최적 모델을 구현하기 위한 시스템으로, 인체의 특정 뼈에 대한 해면골의 제1 단면 - 상기 제1 단면은, 상기 인체의 생체 하중이 상기 해면골에 가해지는 방향과 수직한 방향에 대한 단면임 - 을 기준으로, xz단면 상에 제공되는 제1 공극의 정보 및 yz단면 상에 제공되는 제2 공극의 정보가 저장된 공극 정보 저장부 - 상기 인체의 생체 하중이 상기 해면골에 가해지는 방향에 대한 축이 z축이고, 상기 제1 단면 상에서 상기 z축에 수직한 방향에 대한 축이 x축이며, 상기 x축과 상기 z축에 수직한 축이 y축임 - ; 및 소정의 부피를 가지는 모체공간 내에 무작위 점을 생성하고, 생성된 상기 무작위 점을 기초로 보로노이 다이어그램의 원리를 이용한 3차원의 1차 공극 단위체를 형성하고, 상기 제1 공극의 정보 및 상기 제2 공극의 정보를 기초로 상기 3차원의 1차 공극 단위체를 최적 공극 단위체로 가공하여 상기 포러스 구조체의 최적 모델을 도출하는 최적 모델 도출부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

Description

임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템 및 그 방법{System and method for providing optimal model of porous structure for implant}
본 발명은 생체 삽입용 임플란트에 골유착이 향상되도록 하는 최적의 포러스 구조체를 형성하기 위해 사용될 수 있는 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템 및 그 방법에 대한 발명이다.
최근 고령화 사회에 진입하면서 관절염의 발병이 확대되고 있으며, 늘어나는 비만 인구의 증가 등으로 인해 퇴행성 관절염 등의 질병이 급속도로 증가하고 있다.
이로 인해, 인공관절(artificial joint)의 시장 규모는 더욱 커지고 있는 상황이며, 합병증 등의 부작용을 최소화 하고자 개인 맞춤형 인공관절, 다공성 표면 처리 등의 기술에 대한 관심이 증대되고 있다.
여기서, 인공관절은 정형외과 임플란트로 대변될 수 있으며, 정형외과 임플란트는 일반적으로 임플란트 베이스에 다공성 구조의 코팅을 통해 뼈의 성장, 즉, 골생성 및 골유착 등을 촉진시키고 있다.
여기서 임플란트 베이스의 표면에 형성되는 다공성 코팅층은 골생성 및 골유착 등을 촉진시키기 위해 한국등록특허 제10-1109086호에 개시된 바와 같이 코팅층의 두께, 코팅층 내의 공극의 크기, 공극률 및 공극의 형상 등을 조절하여 제조되고 있다.
그러나, 코팅층의 두께, 코팅층 내의 공극의 크기, 공극률 및 공극의 형상 등의 조절에도 불구하고 종래의 임플란트 베이스 표면에 형성되는 다공성 코팅층의 공극 구조는 인체의 특정 뼈에 대한 해면골의 공극 구조와의 상당한 차이로 인해 골생성 및 골유착이 활발히 유도되지 못한다는 문제가 여전히 존재하고 있다.
따라서, 인체의 특정 뼈에 대한 해면골의 공극의 형상과 실질적으로 유사한 최적 구조의 다공성 코팅층을 제조하기 위한 연구가 시급한 실정이다.
본 발명의 목적은 인체의 특정 뼈에 대한 해면골의 포러스 구조와 최대로 유사한 포러스 구조체를 구비한 임플란트를 제조하기 위해 사용되는 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템은, 생체 삽입용 임플란트의 표면에 형성되는 포러스 구조체의 최적 모델을 구현하기 위한 시스템으로, 인체의 특정 뼈에 대한 해면골의 제1 단면 - 상기 제1 단면은, 상기 인체의 생체 하중이 상기 해면골에 가해지는 방향과 수직한 방향에 대한 단면임 - 을 기준으로, xz단면 상에 제공되는 제1 공극의 정보 및 yz단면 상에 제공되는 제2 공극의 정보가 저장된 공극 정보 저장부 - 상기 인체의 생체 하중이 상기 해면골에 가해지는 방향에 대한 축이 z축이고, 상기 제1 단면 상에서 상기 z축에 수직한 방향에 대한 축이 x축이며, 상기 x축과 상기 z축에 수직한 축이 y축임 - ; 및 소정의 부피를 가지는 모체공간 내에 무작위 점을 생성하고, 생성된 상기 무작위 점을 기초로 보로노이 다이어그램의 원리를 이용한 3차원의 1차 공극 단위체를 형성하고, 상기 제1 공극의 정보 및 상기 제2 공극의 정보를 기초로 상기 3차원의 1차 공극 단위체를 최적 공극 단위체로 가공하여 상기 포러스 구조체의 최적 모델을 도출하는 최적 모델 도출부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템의 상기 제1 공극의 정보는, 상기 xz단면 상에 제공되는 공극에 원 또는 타원을 매칭시켜, 매칭된 원 또는 타원에 대한 상기 xz단면 상에서의 장축과 단축의 비율에 대한 분포 정보인 제1 비율 분포 정보, 및 상기 z축과 상기 xz단면 상에서의 장축의 각도 분포에 대한 정보인 제1 각도 분포 정보를 포함하며, 상기 제2 공극의 정보는, 상기 yz단면 상에 제공되는 공극에 원 또는 타원에 매칭시켜, 매칭된 원 또는 타원에 대한 상기 yz단면 상에서의 장축과 단축의 비율에 대한 분포 정보인 제2 비율 분포 정보, 및 상기 z축과 상기 yz단면 상에서의 장축의 각도 분포에 대한 정보인 제2 각도 분포 정보를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템의 상기 모체공간 내에 생성되는 무작위 점은, 상기 xz단면 상에 제공되는 공극에 매칭되는 원 또는 타원의 개수, 및 상기 yz단면 상에 제공되는 공극에 매칭되는 원 또는 타원의 개수에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템의 상기 최적 모델 도출부는, 상기 3차원의 1차 공극 단위체에 상기 제1 비율 분포 정보 및 상기 제2 비율 분포 정보를 적용하여 부피를 변화시키고, 상기 제1 각도 분포 정보 및 상기 제2 각도 분포 정보를 적용하여 상기 z축에 대한 기울어진 정도를 변화시켜, 상기 3차원의 1차 공극 단위체를 2차 공극 단위체로 가공하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템의 상기 최적 모델 도출부는, 상기 2차 공극 단위체의 모서리가 만곡하게 되도록, 상기 모서리를 가공하여, 상기 2차 공극 단위체를 3차 공극 단위체로 가공하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템의 상기 최적 모델 도출부는, 상기 3차 공극 단위체 간의 사이에 존재하는 공간을 메워 상기 해면골의 골 부분과 대응되도록 하고, 상기 3차 공극 단위체가 공간화된 제4차 공극 단위체가 되도록, 상기 3차 공극 단위체를 가공하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템의 상기 최적 모델 도출부는, 상기 제4차 공극 단위체가 형성되면, 상기 제4차 공극 단위체를 상기 해면골의 상기 제1 단면의 형상과 대응되도록 가공하여, 상기 제4차 공극 단위체가 상기 최적 공극 단위체로 가공된 상기 포러스 구조체의 최적 모델이 도출되도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템 및 그 방법에 의하면, 인체의 특정 뼈에 대한 해면골의 포러스 구조와 최대로 유사한 포러스 구조체의 최적 모델을 구현할 수 있다.
또한, 포러스 구조체의 최적 모델 구현으로 인하여 이를 기초로 제조되는 생체 삽입용 임플란트는 골생성 및 골유착 등이 향상되어 환자의 질병 치료에 효과적일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템을 설명하기 위한 블록구성도.
도 2는 본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 방법에 대한 순서도.
도 3은 인체의 무릎 해면골의 제1 단면도.
도 4는 도 3의 AA 선에 대한 xz단면도.
도 5는 도 4의 A 부분에 대한 확대도.
도 6은 도 4의 BB 선에 대한 yz단면도.
도 7은 도 6의 B부분에 대한 확대도.
도 8은 보로노이 다이어그램의 원리를 이용하여 3차원의 1차 공극 단위체가 형성되는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 9는 3차원의 1차 공극 단위체가 2차 공극 단위체 및 3차 공극 단위체로 가공되는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 10은 3차 공극 단위체가 4차 공극 단위체로 가공된 상태를 설명하기 위한 도면.
도 11은 본 발명에 의해 도출된 포러스 구조체의 최적 모델을 도시한 도면.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템을 설명하기 위한 블록구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템(100)은 생체 삽입용 임플란트의 표면에 형성되는 포러스 구조체의 최적 모델을 도출하기 위한 시스템으로, 인체의 특정 뼈에 대한 해면골의 단면에 대한 정보를 저장하는 공극 정보 저장부(110) 및 상기 정보를 기초로 하여 포러스 구조체의 최적 모델을 도출하는 최적 모델 도출부(120) 등을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 포러스 구조체는 정형외과 임플란트의 표면에 형성되는 코팅층에 적용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 포러스 구조가 요구되는 부분에 모두 적용될 수 있다.
상기 공극 정보 저장부(110)는 인체의 특정 뼈에 대한 해면골의 제1 단면을 기준으로, xz단면 상에 제공되는 제1 공극의 정보 및 yz단면 상에 제공되는 제2 공극의 정보를 저장하는 구성요소일 수 있다.
여기서, 상기 인체의 특정 뼈는 예를 들어 무릎 뼈일 수 있으며, 상기 제1 단면은 도 3에 도시된 바와 같이 인체의 생체 하중이 해면골에 가해지는 방향과 수직한 방향에 대한 단면(xy단면)일 수 있다.
상기 xz단면 및 상기 yz단면은 상기 제1 단면 상에서의 x축, y축 및 z축에 의해 정의되는 단면으로, 상기 z축은 상기 인체의 생체 하중이 상기 해면골에 가해지는 방향에 대한 축이며, 상기 x축은 상기 제1 단면 상에서 상기 z축에 수직한 방향에 대한 축이고, 상기 y축은 상기 x축 및 상기 z축에 수직한 축이다.
한편, 상기 제1 단면, xz단면 및 yz단면은 Micro-CT에 의해 획득될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 단층 촬영 수단에 의해 획득될 수도 있다.
상기 최적 모델 도출부(120)는 소정의 부피를 가지는 모체공간 내에 무작위 점을 생성하고, 생성된 상기 무작위 점을 기초로 보로노이 다이어그램의 원리를 이용한 3차원의 1차 공극 단위체를 형성하고, 상기 제1 공극의 정보 및 상기 제2 공극의 정보를 기초로 상기 3차원의 1차 공극 단위체를 최적 공극 단위체로 가공하여 상기 포러스 구조체의 최적 모델을 도출하는 구성요소일 수 있다.
상기 출력부(130)는 도출된 상기 포러스 구조체의 최적 모델을 출력할 수 있는 수단으로 디스플레이 등과 같은 시각 출력 모듈 등을 포함할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 방법에 대해 구체적으로 설명하면서 본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템(100)에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 방법에 대한 순서도이다.
우선, 본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 방법은 본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템(100)에 의한 동작을 포함하는 개념임을 밝혀둔다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 방법은, 해면골의 제1 공극의 정보 및 제2 공극의 정보를 획득하는 제1 단계(S10), 모체공간 내에 무작위 점을 생성하는 제2 단계(S20), 3차원의 1차 공극 단위체를 형성하는 제3 단계(S30), 상기 1차 공극 단위체를 가공하여 2차 공극 단위체를 형성하는 제4 단계(S40), 상기 2차 공극 단위체를 가공하여 3차 공극 단위체를 형성하는 제5 단계(S50), 상기 3차 공극 단위체를 가공하여 4차 공극 단위체를 형성하는 제6 단계(S60), 상기 제3차 공극 단위체를 이용하여 포러스 구조체의 최적 모델을 도출하는 제7 단계(S70) 및 포러스 구조체의 최적 모델을 출력하는 제8 단계(S80)를 포함할 수 있다.
이하 각 단계에 대해 도 3 내지 도 11을 참조로 구체적으로 설명한다.
도 3은 인체의 무릎 해면골의 제1 단면도이고, 도 4는 도 3의 AA 선에 대한 xz단면도이며, 도 5는 도 4의 A 부분에 대한 확대도이다.
또한, 도 6은 도 4의 BB 선에 대한 yz단면도이고, 도 7은 도 6의 B부분에 대한 확대도이다.
도 3 내지 도 7을 참조하면, 상기 제1 단계(S10)는 인체의 특정 뼈에 대한 해면골(210)의 제1 단면을 기준으로 xz단면 상에 제공되는 제1 공극의 정보 및 yz단면 상에 제공되는 제2 공극의 정보를 획득하는 단계일 수 있다.
여기서, 상기 제1 공극의 정보 및 상기 제2 공극의 정보는 공극 정보 저장부(110)에 이미 저장되어 상기 공극 정보 저장부(110)를 통해 획득할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 제1 공극의 정보 및 상기 제2 공극의 정보는 별도의 입력수단을 통해 입력 받아 획득되거나 이미 저장된 별도의 서버와의 네트워크를 이용한 통신을 통해 획득될 수도 있다.
상기 제1 공극의 정보는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 xz단면 상에 제공되는 공극에 원 또는 타원을 매칭시켜, 매칭된 원 또는 타원에 대한 상기 xz단면 상에서의 장축(AX1)과 단축(AX2)의 비율에 대한 분포 정보인 제1 비율 분포 정보와 상기 z축과 상기 xz단면 상에서의 장축(AX1)의 각도 분포에 대한 정보인 제1 각도 분포 정보를 포함할 수 있다.
상기 제1 비율 분포 정보는 특정 비율에 대한 분포율(%)의 관계로 정리될 수 있으며, 상기 제1 각도 분포 정보는 특정 각도에 대한 분포율(%)의 관계로 정리될 수 있다.
상기 제2 공극의 정보는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 yz단면 상에 제공되는 공극에 원 또는 타원을 매칭시켜, 매칭된 원 또는 타원에 대한 상기 yz단면 상에서의 장축(AX3)과 단축(AX4)의 비율에 대한 분포 정보인 제2 비율 분포 정보를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 공극의 정보는 상기 z축과 상기 yz단면 상에서의 장축(AX3)의 각도 분포에 대한 정보인 제2 각도 분포 정보를 포함할 수 있다.
상기 제2 비율 분포 정보는 특정 비율에 대한 분포율(%)의 관계로 정리될 수 있으며, 상기 제2 각도 분포 정보는 특정 각도에 대한 분포율(%)의 관계로 정리될 수 있다.
도 8은 보로노이 다이어그램의 원리를 이용하여 3차원의 1차 공극 단위체가 형성되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
상기와 같이 제1 공극의 정보 및 제2 공극의 정보가 획득되면 최적 모델 도출부(120)에 의해 소정의 부피를 가지는 모체공간(S) 내에 무작위 점이 생성되는 제2 단계(S20)가 진행(도 8(a) 및 도 8(b) 참조))될 수 있다.
여기서, 상기 무작위 점은 xz단면 상에 제공되는 공극에 매칭되는 원 또는 타원의 개수, 및 yz단면 상에 제공되는 공극에 매칭되는 원 또는 타원의 개수에 기초하여 설정될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 의학적인 통계적 수치에 기초하여 설정될 수도 있다.
상기와 같이 모체공간(S) 내에 무작위 점이 생성되면, 생성된 상기 무작위 점을 기초로 보로노이 다이어그램의 원리를 이용한 3차원의 1차 공극 단위체가 상기 최적 모델 도출부(120)에 의해 형성되는 제3 단계(S30)가 진행(도 8(c) 참조)될 수 있다.
상기 보로노이 다이어그램은 평면 위의 점들이 있을 때, 각각의 점을 하나씩 포함하는 다각형으로 면을 분할하되 소정의 조건을 만족시키는 경우를 의미하며, 이는 공지된 영역 구획 방법이므로 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
도 9는 3차원의 1차 공극 단위체가 2차 공극 단위체 및 3차 공극 단위체로 가공되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
보로노이 다이어그램의 원리를 이용하여 3차원의 1차 공극 단위체(E1)가 형성되면 상기 최적 모델 도출부(120)에 의해 상기 제1차 공극 단위체(E1)가 제2차 공극 단위체(E2)로 가공되는 제4 단계(S40)가 진행될 수 있다.
상기 제4 단계(S40)는 상기 3차원의 1차 공극 단위체(E1)에 상기 제1 비율 분포 정보 및 상기 제2 비율 분포 정보를 적용하여 부피를 변화시키고, 상기 제1 각도 분포 정보 및 상기 제2 각도 분포 정보를 적용하여 상기 z축에 대한 기울어진 정도를 변화시켜, 상기 3차원의 1차 공극 단위체(E1)가 2차 공극 단위체(E2)로 가공되는 단계를 의미할 수 있다.
상기 제4 단계(S40)가 진행되면 상기 3차원의 1차 공극 단위체(E1)는 소정 비중으로 부피 및 상기 z축에 대한 기울어진 정도가 달라지게 된다.
상기와 같이 제4 단계(S40)가 완료되면, 상기 최적 모델 도출부(120)에 의해 상기 2차 공극 단위체(E2)가 3차 공극 단위체(E3)로 가공되는 제5 단계(S50)가 진행될 수 있다.
상기 제5 단계(S50)는 최적 모델 도출부(120)에 의해 진행되는 단계로, 상기 2차 공극 단위체(E2)의 모서리가 만곡하게 되도록, 상기 모서리를 가공하여, 상기 2차 공극 단위체(E2)를 3차 공극 단위체(E3)로 가공하는 단계일 수 있다.
여기서, 상기 모서리의 가공은 인체의 생체 하중이 해면골(210)에 가해지는 경우 상기 모서리로 인한 공극의 파괴를 방지하기 위한 요소인 동시에 실제 해면골(210)에 형성되는 공극의 형상과 더욱 일치시키기 위함이다.
도 10은 3차 공극 단위체가 4차 공극 단위체로 가공된 상태를 설명하기 위한 도면이며, 도 11은 본 발명에 의해 도출된 포러스 구조체의 최적 모델을 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 상기 3차 공극 단위체 간의 사이에 존재하는 공간(SP)을 소정의 물질로 메워 상기 해면골(210)의 골 부분과 대응되도록 하고, 상기 3차 공극 단위체(E3)가 공간화된 제4차 공극 단위체(E4)가 되도록, 상기 3차 공극 단위체(E3)가 상기 최적 모델 도출부(120)에 가공되는 제6 단계(S60)가 진행될 수 있따.
여기서, 상기 공간화는 상기 제3 공극 단위체(E3)가 공간으로 변환되는 것을 의미할 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 제4차 공극 단위체(E4)가 형성되는 제6 단계(S60)가 완료되면, 상기 4차 공극 단위체(E4)가 상기 최적 모델 도출부(120)에 의해 상기 해면골(210)의 상기 제1 단면의 형상에 대응되도록 가공되어, 상기 제4차 공극 단위체(E4)가 최적 공극 단위체로 가공된 포러스 구조체의 최적 모델(M)이 도출되는 제7 단계(S70)가 진행될 수 있다.
여기서, 도 11에서는 단순한 원기둥의 형태로 가공된 상태를 도시하였으나, 이는 일예에 불과할 뿐, 실제 해면골(210)의 형상과 대응되는 형상으로 가공될 수 있다.
한편, 상기 제7 단계(S70)에 의해 포러스 구조체의 최적 모델(M)이 도출되면, 이는 출력부(130)를 통해 출력되는 제8 단계(S80)가 진행될 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 따른 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템(100) 및 그 방법에 의해 도출된 포러스 구조체의 최적 모델은 인체의 특정 뼈에 대한 해면골의 포러스 구조와 최대로 유사하게 되며, 이로 인해 최적 모델을 기초로 제조되는 임플란트는 골생장 및 골유착 등의 측면에서 우수하여 환자의 질병 치료에 효과적일 수 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.
100: 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템
110: 공극 정보 저장부
120: 최적 모델 도출부
130: 출력부

Claims (7)

  1. 생체 삽입용 임플란트의 표면에 형성되는 포러스 구조체의 최적 모델을 구현하기 위한 시스템에 있어서,
    인체의 특정 뼈에 대한 해면골의 제1 단면 - 상기 제1 단면은, 상기 인체의 생체 하중이 상기 해면골에 가해지는 방향과 수직한 방향에 대한 단면임 - 을 기준으로, xz단면 상에 제공되는 제1 공극의 정보 및 yz단면 상에 제공되는 제2 공극의 정보가 저장된 공극 정보 저장부 - 상기 인체의 생체 하중이 상기 해면골에 가해지는 방향에 대한 축이 z축이고, 상기 제1 단면 상에서 상기 z축에 수직한 방향에 대한 축이 x축이며, 상기 x축과 상기 z축에 수직한 축이 y축임 - ; 및
    소정의 부피를 가지는 모체공간 내에 무작위 점을 생성하고,
    생성된 상기 무작위 점을 기초로 보로노이 다이어그램의 원리를 이용한 3차원의 1차 공극 단위체를 형성하고,
    상기 제1 공극의 정보 및 상기 제2 공극의 정보를 기초로 상기 3차원의 1차 공극 단위체를 최적 공극 단위체로 가공하여 상기 포러스 구조체의 최적 모델을 도출하는 최적 모델 도출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 공극의 정보는,
    상기 xz단면 상에 제공되는 공극에 원 또는 타원을 매칭시켜, 매칭된 원 또는 타원에 대한 상기 xz단면 상에서의 장축과 단축의 비율에 대한 분포 정보인 제1 비율 분포 정보, 및 상기 z축과 상기 xz단면 상에서의 장축의 각도 분포에 대한 정보인 제1 각도 분포 정보를 포함하며,
    상기 제2 공극의 정보는,
    상기 yz단면 상에 제공되는 공극에 원 또는 타원에 매칭시켜, 매칭된 원 또는 타원에 대한 상기 yz단면 상에서의 장축과 단축의 비율에 대한 분포 정보인 제2 비율 분포 정보, 및 상기 z축과 상기 yz단면 상에서의 장축의 각도 분포에 대한 정보인 제2 각도 분포 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 모체공간 내에 생성되는 무작위 점은,
    상기 xz단면 상에 제공되는 공극에 매칭되는 원 또는 타원의 개수, 및 상기 yz단면 상에 제공되는 공극에 매칭되는 원 또는 타원의 개수에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 하는 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 최적 모델 도출부는,
    상기 3차원의 1차 공극 단위체에 상기 제1 비율 분포 정보 및 상기 제2 비율 분포 정보를 적용하여 부피를 변화시키고, 상기 제1 각도 분포 정보 및 상기 제2 각도 분포 정보를 적용하여 상기 z축에 대한 기울어진 정도를 변화시켜, 상기 3차원의 1차 공극 단위체를 2차 공극 단위체로 가공하는 것을 특징으로 하는 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 최적 모델 도출부는,
    상기 2차 공극 단위체의 모서리가 만곡하게 되도록, 상기 모서리를 가공하여, 상기 2차 공극 단위체를 3차 공극 단위체로 가공하는 것을 특징으로 하는 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 최적 모델 도출부는,
    상기 3차 공극 단위체 간의 사이에 존재하는 공간을 메워 상기 해면골의 골 부분과 대응되도록 하고, 상기 3차 공극 단위체가 공간화된 제4차 공극 단위체가 되도록, 상기 3차 공극 단위체를 가공하는 것을 특징으로 하는 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 최적 모델 도출부는,
    상기 제4차 공극 단위체가 형성되면, 상기 제4차 공극 단위체를 상기 해면골의 상기 제1 단면의 형상과 대응되도록 가공하여, 상기 제4차 공극 단위체가 상기 최적 공극 단위체로 가공된 상기 포러스 구조체의 최적 모델이 도출되도록 하는 것을 특징으로 하는 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템.
KR1020200177289A 2020-12-17 2020-12-17 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템 및 그 방법 KR102440716B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200177289A KR102440716B1 (ko) 2020-12-17 2020-12-17 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템 및 그 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200177289A KR102440716B1 (ko) 2020-12-17 2020-12-17 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템 및 그 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220086997A true KR20220086997A (ko) 2022-06-24
KR102440716B1 KR102440716B1 (ko) 2022-09-28

Family

ID=82216090

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200177289A KR102440716B1 (ko) 2020-12-17 2020-12-17 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템 및 그 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102440716B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101109086B1 (ko) * 2011-01-04 2012-01-31 주식회사 코렌텍 포러스코팅층이 형성된 생체삽입용 임플란트
KR20120081631A (ko) * 2009-11-12 2012-07-19 스미스 앤드 네퓨, 인크. 제어된 무작위 다공성 구조물 및 이의 제작 방법
KR20130137609A (ko) * 2010-08-13 2013-12-17 스미스 앤드 네퓨, 인크. 정형외과적 시술의 매개변수들을 최적화하기 위한 시스템들 및 방법들
KR20190055478A (ko) * 2017-11-15 2019-05-23 연세대학교 산학협력단 다공성 구조를 포함하는 생체적합성 구조물 및 이를 제조하는 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120081631A (ko) * 2009-11-12 2012-07-19 스미스 앤드 네퓨, 인크. 제어된 무작위 다공성 구조물 및 이의 제작 방법
KR20130137609A (ko) * 2010-08-13 2013-12-17 스미스 앤드 네퓨, 인크. 정형외과적 시술의 매개변수들을 최적화하기 위한 시스템들 및 방법들
KR101109086B1 (ko) * 2011-01-04 2012-01-31 주식회사 코렌텍 포러스코팅층이 형성된 생체삽입용 임플란트
KR20190055478A (ko) * 2017-11-15 2019-05-23 연세대학교 산학협력단 다공성 구조를 포함하는 생체적합성 구조물 및 이를 제조하는 방법

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Chen, Wei, 등, Personalized design of functional gradient bone tissue engineering scaffold, Journal of Biomechanical Engineering, 2019년, 141권, 11호 *
박성훈, 등, 혼합체 이론과 보로노이 셀에 의한 다공성 구조 모델 생성 기법과 연성해석 기술 개발, 중견연구자지원사업 최종(결과)보고서, 2019년, 페이지 1-38 *

Also Published As

Publication number Publication date
KR102440716B1 (ko) 2022-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sumida et al. Custom-made titanium devices as membranes for bone augmentation in implant treatment: clinical application and the comparison with conventional titanium mesh
Parthasarathy 3D modeling, custom implants and its future perspectives in craniofacial surgery
KR102230876B1 (ko) 환자-특정 플레이트를 제조하기 위한 방법
JP5318864B2 (ja) 多孔性芯と緻密な表面層から構成された外科用インプラント
US7604665B2 (en) Glenoid component for shoulder arthroplasty
CN204581484U (zh) 一种具有三维贯通多孔结构的3d打印骨螺钉
CN102579163B (zh) 骶骨人工假体
Mangano et al. Custom-made computer-aided-design/computer-aided-manufacturing biphasic calcium-phosphate scaffold for augmentation of an atrophic mandibular anterior ridge
US20060287654A1 (en) Implant securing device and method
CN108433851B (zh) 一种胫骨中上段肿瘤型假体的制备方法
WO2009075562A1 (en) Process to design and fabricate a custom-fit implant
CN104758042A (zh) 一种具有三维贯通多孔结构的骨螺钉
CN105748177A (zh) 一种个性化具有仿生微孔的脊椎植入假体及其制造方法
US20230218373A1 (en) Osseointegrable implants and screws comprising structurally porous surface, process for preparing the implants and screws and uses thereof
Inoue et al. Reconstruction of the alveolar bone using bone augmentation with selective laser melting titanium mesh sheet: a report of 2 cases
US20150202045A1 (en) Bone Implant Apparatus and Method
Zheng et al. Tissue transformation mold design and stereolithography fabrication
KR102440716B1 (ko) 임플란트용 포러스 구조체 최적 모델을 구현하기 위한 시스템 및 그 방법
CN102429747A (zh) 寰椎融合假体
CN211561236U (zh) 一种骨缺损修复支架
Xu et al. Reconstruction of Craniomaxillofacial bone defects with customized prosthesis of hydroxyapatite/epoxide acrylate maleic compound designed by computer-aided technique
CN208677653U (zh) 一种生物医用陶瓷人工椎骨植入物
CN211750283U (zh) 生物学仿生多孔假体
WO2017024346A1 (en) Systems and methods for designing and manufacturing medical devices
KR20170139566A (ko) 골 재생을 위한 차단 배리어의 제조방법과 상기 방법에 의해 제조된 차단 배리어

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right