KR940000855B1 - 골격의 입체적 분석을 위한 입체 디지타이저 - Google Patents

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구레고리 에이 · 후레이저
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Abstract

내용 없음.

Description

골격의 입체적 분석을 위한 입체 디지타이저
제1도는 환자가 서 있는 자세에서의 본 발명 장치의 측면도.
제1a도는 본 발명 장치의 수준기 조정 클램프.
제2도는 환자가 제1도와는 다른 자세에서의 본 발명 장치의 평면도.
제3도는 본 발명 장치의 포인트 디지타이저.
제4도는 본 발명 장치의 롤링 디지타이저.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 서포트 칼럼 2 : 스탠드
3 : 베이스 플레이트 5 : 서포트
7 : 고정 블럭 9 : 곡형부
10 : 설치 수단 11 : 스캐닝 디지타이저
12 : 조정기 13 : 변환기
15 : 링크 부재 16 : 수준기
17 : 스캐닝 디지타이저 팁 18 : 클램프 블럭
19 :(마이크로)컴퓨터 21 : 환자
23 : 포인트 디지타이저 25 : 고정 블럭
26 : 막대형 부재 27 : 자유단부
29 : 롤링 디지타이저 팁 31 : 고정 블럭
33 : 휠(Wheel)
본 발명은 골격의 입체적 분석 장치에 대한 것이며 특히, 입체 디지타이저를 포함하는 분석 장치에 대한것이다.
공지된 골격 분석용 장치로 미국 특허 제2,324,672(Bierman 외, 1943. 7.20), 미국 특허 제2,532,915(Horner, 1950.12. 5), 미국 특허 제4,036,213(Cregory, 1977. 7.19) 미국 특허 제4,492,236(Pile,1985. 1.8)등이다.
제2,324,672에서는 신축성 있는 부재가 척추의 만곡부를 지나며 척추의 만곡을 측정하는 직립형 서포트칼럼을 사용한다. 본 장치는 한가지 변수 즉, 척추의 만곡 만을 측정하는데 한정되므로 척추의 선 만을 따라서 측정할 뿐이다.
제2,532,915에서는 척추가 똑바르게 수직으로 나 있는지, 아니면 엉망으로 휘어있는지 측정하기 위해 척추의 각 측면에 배치되는 음성 송신기와 수신기를 사용한다. 상기 특허에서는 이러한 목적에 레이다 원리를 이용한다. 또한 한가지의 변수 즉, 척추 만곡의 측정에 한정되다. 또한, 2차원적인 평면적인 측정도 제공된다.
제4,036,213에서는 수직으로 연장되어 있는 칼럼을 사용하며, 슬라이딩 탐침기를 이동시켜 환자의 척추의 위치를 측정한다. 척추의 위치는 각각 상대적으로 측정한다. 상기 장치도 입체적인 스캐닝(scanning)이 불가능하다.
제4,492,236은 골격의 자세 균형을 맞추는 장치에 관한 것이다. 또한 이 장치는 매우 복잡한 정합(alignment) 과정을 요한다. 그러므로, 본 발명의 목적은 선행 기술의 단점을 보완한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적을 입체적인 측정이 가능한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 스캐닝(scanning) 디지타이저 팁(digitizer tip)이나 포인트 디지타이저 팁(pointdigitizer tip)을 수용하기에 적합한 디지타이저 수단이 포함된 장치를 사용하여 입체적으로 환자의 골격 분석을 수행하는 방법이 제공된다.
본 발명의 방법은 환자를 근골격(musculoskeleton)장해에 따라 자세를 다양하게 두는 단계와 스캐닝 디지타이저 팁에 의한 일련의 롤링 스캐닝과 골격에 대한 입체적인 데이타를 얻기 위한 포인트 디지타이저 팁에 의한 근골격 경계의 각 측정점 경계의 디지틀화를 수행하는 단계들을 포함한다. 그리고, 근골격의 양과 불균형에 대한 임상학적으로 적합한 입체적인 정보를 제공할 수 있도록 데이타를 분석한다.
본 발명은 상기한 방법의 목적을 달성하기 위하여 환자의 입체적인 골격 분석을 수행하는 장치를 제공하는 것이다. 본 발명 장치는 수직인 서포트 칼럼(support column)과, 환자가 기댈 수 있는 서포트 칼럼을 따라서 상하로 움직이고 앞뒤로 이동시킬 수 있는 서포트를 포함한다. 디지타이저 수단은 복수개의 회전가능한 변환기와 이들을 연결하는 복수개의 링크(link) 부재를 포함한다. 디지타이저 수단의 한쪽 단부는 서포트 칼럼에 연결되며 다른쪽은 자유단부이다. 디지타이저 수다의 자유단부는 디지타이저 팁을 수용하기에 적합하다. 또한 본 장치는 컴퓨터 수단과 컴퓨터 수단에 데이타를 제공하여 입체적으로 환자의 신체상의 각측정점이나 일단의 측정점들의 위치를 계산하도록 디지타이저 수단의 출력 장치를 컴퓨처 수단에 연결하는 수단도 포함된다.
본 발명 장치는 다음의 설명과 첨부된 도면을 검토함으로써 보다 잘 이해될 수 있을 것이다.
제1도에서, 본 발명 장치에는 스탠드(2)내로 삽입 가능한 서포트 칼럼(1)이 포함되며, 또한 스탠드(2)가 베이스(3)상에 고정된다. 환자의 전후로 이동시킬 수 있는 서포트(5)는 가동성 있는 고정 블럭(7)으로 서포트 칼럼(1)상에서 이동할 수 있도록 고정된다. 서포트(5)의 한쪽 단부는 회전가능한 곡형부(9)가 있고, 곡형부(9)는 곡형의 패드를 댄 부분으로 되어 있어서 적용되는 신체의 어느 부분에나 사용될 수 있다. 서포트(5)는 자세 분석중에 발생하는 일반적인 흔들림을 제거하고 측정의 정확성을 기하게 해준다. 서포트(5)는 고정 블럭(7)을 적절히 조작하여 서포트 칼럼(1)에서 수직으로 이동시킬 수 있다.
스탠드(2)에는 수직의 서포트 칼럼(1)을 정확히 베이스 플레이트(3)에 수직 방향으로 설치해 주는 수준기 설치 수단(10)이 구성되어 있으며, 베이스 플레이트(3)상의 조정기(12)로써 수직 방향으로 조정한다.
서포트 칼럼(1)은 베이스 플레이트(3)의 목재 판상이나 모서리 상에 장치하기 위해 스탠드(2)로부터 빼낼수 있다.
제1a도에서, 수준기(16)를 포함한 수준기 조정 클램프(14)는 베이스 플레이트 (3)의 모서리 상에 서포트 칼럼(1)을 장치하는데 이용될 수 있다.
또한, 본 발명 장치는 링크 부재(15)에 의해 서로 연결된 복수개의 회전가능한 변환기(13)들을 포함하는 입체 스캐닝 디지타이저(11)로 구성된다. 스캐닝 디지타이저 팁(scanning digitizer tip)(17)은 디지타이저의 자유단부에 위치한다. 입체 디지타이저는 변환기(13)들을 연결해 주는 링크 부재,(15)를 사용하여 입체적으로 일 측정점 또는 일단의 측정점들의 위치를 측정하는 다시 말해서 변환기(13)의 회전을 측정하는 6단계(six-degree) 자유조정수단이다. 동 출원인의 미국 특허 제4,549,555에 상술된 입체 디지타이저의 내용을 참고로 설명하면 다음과 같다.
디지타이저는 슬라이딩 가능한 블럭을 수단으로 하여 서포트 칼럼 상에도 장치되므로, 수직으로 서포트칼럼을 따라서 상하로 이동될 수 있다. 디지타이저로부터 얻는 출력은 마이크로컴퓨터(19)에 공급된다. 또한, 동 출원의 미국 특허 제4,549,555에는 마이크로컴퓨터의 작동 프로그램이 상술되어 있다.
제3도 및 제4도에서, 디지틀화에 요구되는 여러가지 가능한 디지타이저 팁이 이용된다. 제3도는 변환기(31)가 없는 단일 포인트 디지타이저 팁(23)이 도시된 것이다. 포인트 디지타이저 팁(23)은 이를 입체 디지타이저 상에 설치하는 수단인 고정 블럭(25)을 포함한다. 고정 블럭(25)으로부터 막대형 부재(26)가 연장되어 있다. 막대형 부재(26)의 자유단부(27)는 단락 없이 이어지도록 일정 직경의 둥근 팁으로 되어 있다.
제4도는 고정 블럭(31)에 의해 입체 디지타이저 상에 설치된 롤링(rolling) 디지타이저를 도시한 것이며, 두개의 휠(33)을 포함한다. 롤링 디지타이저는 마찰력 받으며 고정 볼럭(31)에 장치되므로 휠(33)들의 회전 및 위치를 조정할 수 있다. 롤링 디지타이저 팁(29)은 척추와 흉곽 등의 만곡을 확인할 목적으로 일단의 측정들을 연속적으로 스캐닝하는데 이용된다.
조작시에, 스캐닝 디지타이저(11)의 링크 시스템에 의해서 환자의 전후 모두에 접촉할 수 있도록 환자는 본 발명의 장치에 대해서 환자의 측면(제2도), 또는 후부(제1도)가 수직으로 지지되도록 밀착하여 선다.
입체 스캐닝 디지타이저(11)에서 나온 정보가 마이크로컴퓨터(19)에 공급되면 입체 스캐닝 디지타이저(11)의 자료를 분석하여 임상학적 분석을 수행하기 위한 3차 좌표계(들)로 표시한다.
임상전문의는 본 장치에 골격 균형 분석의 결과를 적절한 좌표에 제공하기 위해서 임상 전문의에게 여러골격의 측정 경계에 디지타이저 팁을 놓도록 지시하는 음성 신서사이저(synthesizer)를 통한 마이크로컴퓨터(19)의 지시를 받는다. 마이크로컴퓨터용 소프트웨어는 메뉴 방식이며, 생리적인 문제에 연관된 다양한 분석 결과를 제공한다.
자동 프롬프트(prompt)에 도달한 데이타를 마이크로컴퓨터(19)로 분석하여 환자의 골격의 불균형의 정도를 결정하는데 요구되는 회전면과 회전각, 만곡된 반경, 길이의 차이등을 제공한다.
입체 디지타이저는 수술시에 사용될 수 있도록 무균 슬리이브(sleeve)의 이용이 가능하도록 고안되었다.그러한 목적에서 디지타이저 팁을 빼내어 종래의 고압솥을 이용한 소독 기술을 이용하여 살균할 수 있다. 작은 풋 프린트(foot print)와 휴대형 마이크로컴퓨터는 비좁은 수술실에 적용하는데 이상적진 구조를 갖는다. 특히, 응용 소프트웨어 루틴은 가장 발전한 것으로 정형외과에서 요구되는 기타의 다양한 입체화는 물론 전체 관절을 인공 관절로 교체하여 인공 관절이 인체에 적응하는데 도움을 제공하는 메뉴 방식 소프트웨어에서 선택된 것이다.
본 발명에 의하면, 골격 분석 및 균형화에 본 발명 장치에 의한 다음의 방법이 이용된다.
[척추만곡 스캐닝(scanning)]
일반인이나 양호 교사에 의하여 학교나 병원에서 척추만곡을 신속하게 정확히 측정하기 위해서 일련의 점진적인 스크리닝(screening)의 진행/비진행 고속 테스트가 제공된다. 일련의 테스트는 상당히 정교하고 상세한 것으로 정확한 보고서를 만들어 내었고, 다음의 테스트가 포함된다.
즉, 1. 늑골(rib hump)스캐닝
2. 척추 스캐닝
3. 하지(下肢)스캐닝
다음 단계를 진행하기 위해서는 각 단계마다 최소의 조건(비정상)에 도달되어야 한다. 따라서, 늑골의 스캐닝에서 최소의 조건이나 편차에 도달되지 못하면 환자는 척추만곡의 증상이 없는 것이므로, 기타 테스트를 실시한 필요가 없다. 환자가 세가지 테스트를 모두 실시한 후에 척추만곡의 증상을 보이면 담당 의사에게 출력 정보 지시 테이프가 제공된다.
1. 늑골이 스캐닝시에, 환자를 골반에서 앞쪽으로 약 90도 구부리게 하고 세가지의 스캐닝을 실시한다. 세가지의 스캐닝은 제4도의 롤링 디지타이저로 실시한다. 수평 롤링 스캐닝은 흉추의 중안, 흉요추, 요추의 중앙에서 실시하게 된다. 그 선과 수평 위치와의 각도 즉, 몸통의 회전 각도를 측정하기 위해서 내측과 외측의 치대 기형 지점들을 연결하는 분석을 행한다. 상기 스캐닝의 어느 레벨에서나 몸통의 회전이 5도 이상이면 다음 단계의 테스트로 이어진다.
2. 척추 스캐닝은 환자가 똑바로 선 자세로 하여 실시한다. 제4도의 롤링 디지타이저를 또다시 사용한다. 스캐닝은 두개골의 베이스에서부터 시작하여 요천골 관점까지 진행한다. 똑바로 선 자세에서만 나타난는 코브(comb)각에 대한 최종 보고서로 출력된 그래프가 제공된다. 코브각이 20도 이상이면 양성이므로 다음 단계의 테스트를 실시한다.
3. 또한, 환자가 똑바로 선 자세에서 하지를 검사한다. 이 검사에서는 단일 포인트의 팁인 제3도의 디지타이저를 사용한다. 하지가 신체의 건강 상태에 미치는 영향을 정량화 하기 위해서 분리되어 있는 수많은 뼈의 측정 경계를 디지틀화 한다. 여기에는 전후부의 윗쪽 장골(腸骨)의 골즐(骨櫛)과 복사뼈의 디지틀화, 2개를 플레인(plane)으로 된 골반의 회전, 똑바로 선 자세에서의 다리의 길이와 외견상의 다리의 길이들이 포함된다.
일반적인 측정 과정은 치료 및 회복의 검토에 주로 이용되는 척추만곡 진행의 정도의 분류 작업에 이용된다. 그 내용은 다음과 같다. 즉,
1. 등뼈의 입체적인 수직 스캐닝
2. 척추의 만곡 분석
3. 하지의 정합(alignment)스캐닝
1. 등뼈의 입체적인 수직 스캐닝(프로필)은 똑바로 선 자세에서 수행하며, 경추의 베이스에서 요천골 관절까지 롤링 디지타이저(29)로 실시하는 일련의(일반적으로 10가지) 수평 스캐닝으로 구성된다.
컴퓨터는 다음의 수평 스캐닝을 실시할 수직 자세를 계산하여 사용자에게 정확한 자세를 알려준다. 척추와 척추선에 평행하며 좌우측으로 약 4인치 떨어져 있는 두개의 선들을 따라 세개의 수직선들에 대한 국소해부학적인 데이타가 제공된다면 그 극소해부학적인 도면에 배면도, 측면도 및 평면도가 포함된다. 그 중의 한 슬라이스(slice)에서 가장 높은 점이 지적되고, 요천골 관절과 두개골의 베이스를 잇는 표준 직립선에서 몇 밀리미터 이탈하였는지 표시된다.
2. 척추골 만곡의 분석은 척추만곡의 분석으로 3가지 방식으로 이루어진다. 즉, 직립상태, 좌측으로 기댄 상태 우측으로 기댄 상태의 세가지 방식이다. 이러한 측정 의도는 아직 유연성이 있고, 특정의 만곡으로 고착되어 버린 척추 부분을 밝히고자 함이다. 본 분석에 사용되는 2개의 휠(33)이 달린 롤링 디지타이저 팁(29)은 각각 세가지 자세에서 두개골의 베이스로부터 요천골 관절까지 지니게 된다. 컴퓨터는 흉부, 흉요부, 요부로 구분하는 표준 해부학적 구분법을 이용한다. 출력된 두가지 도식은 각각 세가지 자세에서의 코브(cobb)각을 보여주며 척추후 만증과 척추전만증의 만곡 반경을 밀리미터로 평가하여 제공한다.
3. 일련의 하지 정압 디지틀화 및 스캐닝은 상체의 자세에 영향을 미칠 수 있는 다리의 길이, 생리학적인 내반족(varus)과 외반족(valgus)등의 매개 변수와 기타 변수를 결정하기 위하여 환자가 똑바로 선 직립 자세에서 골반에서부터 복사뼈까지 롤링 디지타이저 팁(29)으로 실시한다.
[자세 분석]
상기 일련의 루틴(routine)은 전체적인 바른 자세에 영향을 주는 신체 전체와 여러 주요 부분들의 자세결함을 일반화하여 평가하도록 고안된 것이다. 롤링 디지타이저 팁(29)을 이용한 스캐닝은 곡선의 바른 정도(alignment)를 설정하기 위해 일련의 측정 경계의 디지틀화에 의해 대체적으로 신체의 외형과 자세를 결정할 수 있도록 수행된다. 루틴은 다음과 같다. 즉,
1. 수평 스캐닝
2. 수직 스캐닝
3. 특정 경계의 디지틀화.
1. 세가지의 수평 스캐닝은 다음과 같다. 즉,
(가) T1에서 흉추(Thoracic vertebrae)의 상부까지
(나) 대략 T7에서 T8까지의 흉추의 중앙
(다) L1에서 요추(Lumbar Vertebrae)의 상부까지 수평 스캐닝에서의 루틴에는 롤링 디지타이저 팁(29)이 이용된다.
2. 다음의 5가지 수직 스캐닝을 수행하는데도 롤링 디지타이저 팁(29)이 이용된다. 즉,
(가) 양 다리의 좌우측과 내측
(나) 귓볼 밑에서부터 복사뼈 외측까지의 바깥쪽 좌우측
(다) 두개골의 후부 베이스에서 요천골 관절까지
(라) 세번째 스캐닝의 좌우측으로 4인치
(마) 위쪽 전부(前部)의 골반 골즐에서 발끝까지 이어지는 선을 포함해서 양다리의 전부와 후부
3. 특정점의 경계의 디지틀화는 환자를 똑바로 세운 자세에서 포인트 디지타이저(23)를 사용하여 다음의 각 측정점 경계의 디지틀화를 측정하였다. 즉,
(가) 내외측 복사뼈
(나) 내외측 습관절
(다) 후부의 좌우 골반 골즐
(라) 전부의 상부 좌우 장골 골즐
(마) 좌우의 대(大) 전자(轉子)
(바) 좌우 귓볼
(사) 양 다리의 슬개골 좌우 가장자리
(아) 중앙턱과 콧마루의 상부
(자) 양 발이 바닥에 닿는 내외 가장자리.
자세 분석 루틴은 곡선의 부분별 바른 정도, 척추의 후만증, 척추전만증, 다리 길이 등을 설명해 주는 표와 도표를 출력해 준다. 출력된 데이타는 일반적인 자세의 진행 및 치료의 판단과 진단과 치료 방법의 선택 등에 이용될 수 있다.
상기에서 디지타이저 팁들은 자세의 변수들을 측정하는 도구로 기술되었다. 그러나, 디지타이저 팁들은 예를들면 체온이나 경직성 등의 다른 변수들을 측정하는 도구로도 변경될 수 있다.
예를들면, 제3도의 포인트 디지타이저 팁(23)의 막대형 부재(26)는 자유단부( 27)를 온도 변환부를 포함한 온도 탐침기를 포함할 수 있다. 온도 탐침기를 사용함으로써 3차원 공간에서 온도 변화를 스캐닝하고 이를 도표화 할 수 있다. 그러나, 이러한 기능은 본 발명의 분야인 의학 이외에 다른 많은 분야에서 응용할 수 있고, 상처입은 관절의 국소적인 온도 변화을 측정하여 정확한 손상 부위를 찾아낼 수 있다.
막대형 부재(26)는 경직성 탐침기를 포함할 수도 있다. 이러한 경우에, 자유단부(27)는 입체적으로 여러부분에서 경직도를 측정하는 능력을 디지타아저 팁에 제공하는 에너지 변환기를 포함하게 될 것이다. 예를들면, 에너지 변환기를 이용한 척추의 여러 척추골에 힘을 적용다는 것이 척추의 여러 부분에서 경직도 즉, 힘에 의한 변형을 측정하는 능력을 준다.
상기에서는 체온과 경직도 탐침기에 대해서 기술하였으나, 상이한 변환기들을 배치함으로써 3차원 공간에서 다양한 변수의 값을 구할 수 있고 분석용 그래프로 도시될 수 있을 것이다.
본 기술분야의 전문가들에겐 명확하겠으나, 변환기는 탐침기와 디지타이저 요소들을 관통하며 연장되는 리이드에 의해 마이크로컴퓨터(19)에 연결될 것이다. 상기의 전기 접속은 본 기술분야의 전문가에게는 주지의 사실이므로 상설할 필요가 없을 것이다.
변환기에서 리이드에 의해 전달되는 전기신호는 마이크로 처리장치에 의해 전기 고니오미터의 신호와 연계하여 분석하고 적절한 소프트웨어를 이용하여 처리한다. 이러한 관점에서, 부가적으로 제공될 수 있는 유일한 소프트웨어는 전기 신호를 변수 값(즉, 전기 신호를 체온이나 경직도 값)으로 변환시키는 소프트웨어가 될 것이다. 탐침기 팁들의 3차원 공간에서의 위치를 결정하기 위한 소프트웨어는 이미 제공되었다.
상기의 특정 실시예들은 본 발명을 설명하려는 것이 목적이지 제한하려는 것은 아니다. 본 기술분야의 전문가들이 신속하게 이해할 수 있는 여러가지 변경 실시는 본 발명의 범위인 청구범위로써 제한된다.

Claims (7)

  1. 복수개의 회전가능한 변환기(13)와, 변환기들을 연결하는 복수개의 단단한 링크(15)부재로 구성된 디지타이저에 의하여 환자의 골격 분석을 입체적으로 수행하는 공지의 장치에 있어서, 직립형의 서포트 칼럼(1)과, 환자가 기댈 수 있도록 서포트 칼럼(1)을 따라 상하와 전후로 이동되는 서포트(5)와, 한쪽단부는 서포트 칼럼(1)을 따라 연결되고 다른쪽의 자유단부에 디지타이저 팁(7)이 장치된 디지타이저 수단으로 구성되며, 컴퓨터(19) 수단과 디지타이저 수단의 출력장치가 연결되어 입체적으로 환자의 신체상의 일측정점과 일단의 측정점들의 위치를 측정하도록 데이타를 컴퓨터에 제공하는 것을 특징으로 하는 입체 디지타이저.
  2. 제1항에 있어서, 스탠드(2)와 스탠드(2)내로 인입될 수 있는 서포트 칼럼(1)이 포함되며, 스탠드(2)는 서포트 칼럼(1)을 똑바로 수직 상태로 유지하며, 베이스 플레이트(3)위에 스탠드(2)가 장치되고 수준기(16)가 예정된 수직 방향에서 서포트 칼럼(1)을 고정시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 입체 디지타이저.
  3. 제1항에 있어서, 수준기 조정 클램프(14)를 포함하며, 수준기 조정 클램프(14)내에 서포트 칼럼(1)이 수용되게 하고 수준기 조정 클램프(14)가 베이스 플레이트(3)의 외곽 테투리에 장치되어 예정된 수직 방향에 맞게 조정되는 것을 특징으로 하는 입체 디지타이저.
  4. 제1항에 있어서, 디지타이저 팁에는 입체 스캐닝 디지타이저 팁(17)이 포함되는 것을 특징으로 하는 입체 디지타이저.
  5. 제1항에 있어서, 디지타이저 팁에는 포인트 디지타이저 팁(23)이 포함되는 것을 특징으로 하는 입체 디지타이저.
  6. 제1항에 있어서 디지타이저 팁에는 온도 변환기를 포함한 온도 탐침기가 포함되는 것을 특징으로 하는 입체 디지타이저.
  7. 제1항에 있어서, 디지타이저 팁에는 에너지 변환기를 포함한 경직도 탐침기가 포함되는 것을 특징으로 하는 입체 디지타이저.
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