WO2017183945A1 - 3차원 모델 기반 하악골 우각부 절제 수술용 가이드 기구 및 그 제조 방법 - Google Patents

3차원 모델 기반 하악골 우각부 절제 수술용 가이드 기구 및 그 제조 방법 Download PDF

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WO2017183945A1
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dimensional model
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mandibular
mandible
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장세명
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Definitions

  • the present invention relates to a guide mechanism for mandibular right angle resection surgery and a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a guide mechanism for guiding the movement path of the cutting tool while protecting the nerves, soft tissues, and the mandibular skeleton around the mandible and effectively fixing the exoskeleton of the mandible.
  • Excision of the mandibular right corner is usually performed for cosmetic purposes, but it can also be used as a means of correction.
  • the nerve bundles including the alveolar in addition to the skeleton passes through the mandible, so it is very important to check the location of the nerve bundle in the surgery to remove the protrusion of the mandible.
  • Korean Patent No. 10-0975856 Guide for Mandibular Right Section Resection Surgery
  • Korean Patent No. 10-0975856 “Guide for Mandibular Right Section Resection Surgery” may be cited as a prior art related to a guide mechanism for mandibular right section resection surgery.
  • the prior art guides the movement path of the guide plate 12 and the hook 13, the surgical cutting tool for fixing the guide 10 to the exoskeleton 21 of the mandible 20 of the surgical target Slot 12a is formed through.
  • the present invention was derived to solve the problems shown in the prior art, and an object of the present invention is to provide a surgical guide that reflects the protrusion and structure of the outer surface of the mandibular bone of the patient as it is.
  • An object of the present invention is to propose a new guide mechanism having a customized structure reflecting the shape and structure of a skeleton of a surgical subject, and improving safety so that resection can be performed in consideration of the location of nerve bundles and surrounding soft tissues.
  • An object of the present invention is to propose a guide that can be easily in close contact with the surgical site of the mandible of the patient without any special effort.
  • An object of the present invention is to propose a guide of a structure covering a hinge line of the lower jaw so as to maintain a fixed state in close contact with the outer edge of the lower jaw despite unexpected external force during surgery.
  • An object of the present invention is to provide a customized guide that reflects the structure and shape of the outer surface of the mandibular bone of a real patient by a three-dimensional printing technique implemented using a mandibular three-dimensional model based on digital medical images.
  • the guide structure for mandibular surgery includes an inner wall in contact with the preoperative mandible of the surgical subject, the surface of the inner wall is It is formed along the shape of the outer surface of the three-dimensional model of the preoperative mandible of the surgical subject.
  • the inner wall of the guide structure may be formed to cover both sides of the hinge line (hinge line) of the protrusion of the lower skeleton before the operation.
  • the guide structure may include a first portion located in an outward direction of the mandible skeleton before the surgery; And a second part located in an inward direction of the preoperative mandible skeleton from a hinge line of the preoperative mandible skeleton, wherein the first part and the second part may be seamlessly connected without boundaries.
  • the outer boundary line of the guide structure is designed to reflect the ablation line, the boundary line of the inner wall of the guide structure in contact with the outside of the lower mandible before surgery may be formed along the pre-set lower mandible ablation line.
  • the guide structure may further include a guide portion formed by reflecting a direction of introduction of a predetermined surgical effector from the boundary of the inner wall in contact with the outer side of the mandible before the surgery.
  • the method for manufacturing a guide for mandibular surgery the step of setting the resection line to be excised during the operation on the outer surface of the mandibular preoperative surgery through a three-dimensional simulation of mandibular surgery ; Generating a first three-dimensional model surrounded by the presurgical outer surface of the mandible, the ablation line and the lower boundary line; And forming a guide structure for mandibular ablation surgery based on the first three-dimensional model in an actual three-dimensional space.
  • the lower boundary line may be located beyond the hinge line of the protrusion of the lower mandible from the ablation line. That is, the lower boundary line may be set on the opposite side of the outer surface where the cut line is set based on the hinge line of the protrusion of the lower jaw before the operation.
  • the forming of the guide structure for mandibular surgery may be performed by a three-dimensional printing technique based on digital data.
  • the step of generating the first three-dimensional model generates the first three-dimensional model so that the surface of the inner wall of the first three-dimensional model is formed along the shape of the outer surface of the three-dimensional model of the lower mandible before surgery can do.
  • the generating of the first three-dimensional model may include generating the first three-dimensional model such that an inner wall of the first three-dimensional model covers both sides of a hinge line of a protrusion of the preoperative mandible skeleton. can do.
  • the method for manufacturing a guide for mandibular surgery is based on the three-dimensional simulation results and the excision of the mandibular surgery before generating the first three-dimensional model of the mandibular surgery
  • the method may further include simulating an ablation surface of the.
  • Simulating the ablation surface of the mandibular surgery may be performed in consideration of at least one or more of the symmetry of the shape of the left and right of the mandible before the operation, or the position of the nerve inside the mandible before the operation.
  • the generating of the first three-dimensional model may generate the first three-dimensional model having the extended volume at an outer side of the boundary surface based on the boundary surface from which the ablation surface from which the surgical site is removed is extended. That is, when the volume is expanded to generate the first three-dimensional model of the guide, the ablation plane may be set as the reference plane so that the expanded volume does not exceed the direction of the ablation plane.
  • the method may further include generating a second three-dimensional model in the first three-dimensional model further including a guide portion protruding from the extended interface of the excision plane in which the surgical site is removed to guide the direction of entry of the surgical effector. Can be.
  • the method for manufacturing a guide for mandibular surgery generating a third three-dimensional model of the surgical site of the mandible of the mandible through a three-dimensional simulation of mandibular surgery; Generating a fourth three-dimensional model having a volume extending outwardly from an outer surface of the third three-dimensional model; Separating the fourth three-dimensional model and the third three-dimensional model having the extended volume; And forming a guide structure for mandibular surgery existing in an actual three-dimensional space based on the fourth three-dimensional model.
  • the forming of the guide structure for mandibular surgery may be performed by a three-dimensional printing technique based on digital data.
  • the generating of the fourth 3D model may include generating the fourth 3D model such that the surface of the inner wall of the fourth 3D model is formed along the shape of the outer surface of the lower 3D model of the mandible before surgery. can do.
  • the generating of the fourth three-dimensional model may include generating the fourth three-dimensional model such that an inner wall of the fourth three-dimensional model covers both sides of a hinge line of the protrusion of the preoperative lower jaw skeleton. can do.
  • the method for manufacturing a guide for mandibular surgery simulates the ablation surface of the mandibular surgery through a three-dimensional simulation of the mandibular surgery before generating the third three-dimensional model It may further comprise the step.
  • Simulating the ablation surface of the mandibular surgery may be performed in consideration of at least one or more of the symmetry of the shape of the left and right of the mandible before the operation, or the position of the nerve inside the mandible before the operation.
  • the generating of the fourth three-dimensional model may generate the fourth three-dimensional model having the extended volume at an outer side of the boundary surface with respect to the boundary surface from which the ablation surface from which the surgical site is removed is extended. That is, when the volume is extended to generate the fourth 3D model of the guide, the ablation plane may be set as the reference plane so that the expanded volume does not exceed the direction of the ablation plane.
  • the method may further include generating a fifth three-dimensional model in the fourth three-dimensional model, the guide unit further including a guide portion protruding from the extended boundary surface of the cut-off surface of the surgical site to guide the inflow direction of the surgical effector. Can be.
  • a surgical guide that reflects the protrusion and structure of the outer surface of the mandibular bone of the patient as it is.
  • a new guide mechanism having a customized structure reflecting the shape and structure of the surgical subject's skeleton and improving the safety so that resection can be performed in consideration of the position of the nerve bundle and the surrounding soft tissue.
  • the guide of the structure covering the hinge line of the lower jaw can be manufactured to maintain a fixed state in close contact with the outer edge of the lower jaw.
  • the present invention by using a three-dimensional printing technique implemented using a three-dimensional model of the mandible based on digital medical images, it is possible to manufacture a customized guide that reflects the structure and shape of the outer surface of the mandibular bone of the actual surgical subject.
  • the present invention it is possible to provide a customized guide structure unique to the surgical subject by pre-modeling the unique mandibular shape of the surgical subject and manufacturing a three-dimensional guide structure according to the model, and each surgical process is optimized for the surgical subject. Therefore, the safety of the operation is high and the operation time can be significantly shortened.
  • the guide structure is formed according to the unique mandible shape of the operation target, the guide structure is not required for the procedure of attaching the guide during the surgical procedure. Can be attached to, so there is no fear of confusion.
  • the adhesion between the mandible and the guide structure is very high, so that the range of frictional force or strength of the surface is wide, and the freedom of material selection is very wide and economical. On the side, it can be a great effect.
  • FIG. 1 is a view showing an example of the guide mechanism for mandibular right angle resection surgery of the prior art.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a three-dimensional model including a mandible of a surgical subject, which forms part of a guide generation process for mandibular surgery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view showing a process of confirming through the simulation the target site and the ablation line as a part of the process for generating a guide for mandibular surgery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a part of a process of generating a guide for mandibular surgery according to an embodiment of the present invention through simulation.
  • 5 and 6 illustrate a three-dimensional model of a mandibular region cut down on a simulation and a guide structure surrounding the mandible according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a three-dimensional model assuming a situation in which a guide is overlaid on the entire mandible model according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view showing the actual body of the right lower protrusion and the guide structure surrounding the lower mandible after the lower mandible surgery is applied according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a method of generating a guide for mandibular surgery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing a schematic structure of a guide structure including a guide for guiding the insertion direction of the surgical effector according to an embodiment of the present invention.
  • 11 to 13 are each a flowchart illustrating a method of generating a guide for mandibular surgery according to an embodiment of the present invention.
  • the guide structure for mandibular surgery includes an inner wall in contact with the preoperative mandible of the surgical subject, the surface of the inner wall is It is formed along the shape of the outer surface of the three-dimensional model of the preoperative mandible of the surgical subject.
  • the inner wall of the guide structure may be formed to cover both sides of the hinge line (hinge line) of the protrusion of the lower skeleton before the operation.
  • the guide structure may include a first portion located in an outward direction of the mandible skeleton before the surgery; And a second part located in an inward direction of the preoperative mandible skeleton from a hinge line of the preoperative mandible skeleton, wherein the first part and the second part may be seamlessly connected without boundaries.
  • the outer boundary line of the guide structure is designed to reflect the ablation line, the boundary line of the inner wall of the guide structure in contact with the outside of the lower mandible before surgery may be formed along the pre-set lower mandible ablation line.
  • the guide structure may further include a guide portion formed by reflecting a direction of introduction of a predetermined surgical effector from the boundary of the inner wall in contact with the outer side of the mandible before the surgery.
  • the method for manufacturing a guide for mandibular surgery the step of setting the resection line to be excised during the operation on the outer surface of the mandibular preoperative surgery through a three-dimensional simulation of mandibular surgery ; Generating a first three-dimensional model surrounded by the presurgical outer surface of the mandible, the ablation line and the lower boundary line; And forming a guide structure for mandibular ablation surgery based on the first three-dimensional model in an actual three-dimensional space.
  • the lower boundary line may be located beyond the hinge line of the protrusion of the lower mandible from the ablation line. That is, the lower boundary line may be set on the opposite side of the outer surface where the cut line is set based on the hinge line of the protrusion of the lower jaw before the operation.
  • the forming of the guide structure for mandibular surgery may be performed by a three-dimensional printing technique based on digital data.
  • the step of generating the first three-dimensional model generates the first three-dimensional model so that the surface of the inner wall of the first three-dimensional model is formed along the shape of the outer surface of the three-dimensional model of the lower mandible before surgery can do.
  • the generating of the first three-dimensional model may include generating the first three-dimensional model such that an inner wall of the first three-dimensional model covers both sides of a hinge line of a protrusion of the preoperative mandible skeleton. can do.
  • the method for manufacturing a guide for mandibular surgery is based on the three-dimensional simulation results and the excision of the mandibular surgery before generating the first three-dimensional model of the mandibular surgery
  • the method may further include simulating an ablation surface of the.
  • Simulating the ablation surface of the mandibular surgery may be performed in consideration of at least one or more of the symmetry of the shape of the left and right of the mandible before the operation, or the position of the nerve inside the mandible before the operation.
  • the generating of the first three-dimensional model may generate the first three-dimensional model having the extended volume at an outer side of the boundary surface based on the boundary surface from which the ablation surface from which the surgical site is removed is extended. That is, when the volume is expanded to generate the first three-dimensional model of the guide, the ablation plane may be set as the reference plane so that the expanded volume does not exceed the direction of the ablation plane.
  • the method may further include generating a second three-dimensional model in the first three-dimensional model further including a guide portion protruding from the extended interface of the excision plane in which the surgical site is removed to guide the direction of entry of the surgical effector. Can be.
  • the method for manufacturing a guide for mandibular surgery generating a third three-dimensional model of the surgical site of the mandible of the mandible through a three-dimensional simulation of mandibular surgery; Generating a fourth three-dimensional model having a volume extending outwardly from an outer surface of the third three-dimensional model; Separating the fourth three-dimensional model and the third three-dimensional model having the extended volume; And forming a guide structure for mandibular surgery existing in an actual three-dimensional space based on the fourth three-dimensional model.
  • the forming of the guide structure for mandibular surgery may be performed by a three-dimensional printing technique based on digital data.
  • the generating of the fourth 3D model may include generating the fourth 3D model such that the surface of the inner wall of the fourth 3D model is formed along the shape of the outer surface of the lower 3D model of the mandible before surgery. can do.
  • the generating of the fourth three-dimensional model may include generating the fourth three-dimensional model such that an inner wall of the fourth three-dimensional model covers both sides of a hinge line of the protrusion of the preoperative lower jaw skeleton. can do.
  • the method for manufacturing a guide for mandibular surgery simulates the ablation surface of the mandibular surgery through a three-dimensional simulation of the mandibular surgery before generating the third three-dimensional model It may further comprise the step.
  • Simulating the ablation surface of the mandibular surgery may be performed in consideration of at least one or more of the symmetry of the shape of the left and right of the mandible before the operation, or the position of the nerve inside the mandible before the operation.
  • the generating of the fourth three-dimensional model may generate the fourth three-dimensional model having the extended volume at an outer side of the boundary surface with respect to the boundary surface from which the ablation surface from which the surgical site is removed is extended. That is, when the volume is extended to generate the fourth 3D model of the guide, the ablation plane may be set as the reference plane so that the expanded volume does not exceed the direction of the ablation plane.
  • the method may further include generating a fifth three-dimensional model in the fourth three-dimensional model, the guide unit further including a guide portion protruding from the extended boundary surface of the cut-off surface of the surgical site to guide the inflow direction of the surgical effector. Can be.
  • Method for manufacturing a guide for mandibular surgery generating a first three-dimensional model that is excised through a three-dimensional simulation of mandibular surgery; Generating a second three-dimensional model having a volume extending outwardly from a surface of the outer portion of the first three-dimensional model that has been cut off; Separating the second three-dimensional model and the first three-dimensional model having an extended volume; And forming a guide for mandibular surgery existing in an actual three-dimensional space based on the separated second three-dimensional model; It includes.
  • the first three-dimensional model of the ablation surface of the first three-dimensional model does not have an extended volume
  • the second three-dimensional model having the extended volume may be designed not to have an extended volume beyond the direction of the ablation surface as well as the ablation surface.
  • the step of forming the mandibular surgical guide existing in the actual three-dimensional space may be performed by a three-dimensional printing technique based on digital data.
  • the surface of the inner wall of the separated second three-dimensional model may be designed to follow the shape of the surface of the outer surface of the actual mandible model or the first three-dimensional model of the patient as it is.
  • Simulating the ablation surface of the mandibular surgery in the three-dimensional model of the mandible may be further included.
  • the step of simulating can be performed in consideration of the symmetry of the shape of the left and right of the mandible, the position of the nerve inside the mandible, thereby improving the safety of the surgery.
  • Guide structure for mandibular surgery is characterized in that the contour of the inner wall follows the shape of the surface of the outer surface of the three-dimensional model of the preoperative mandible intact.
  • the boundary surface of the outer part of the mandible in contact with the outside of the mandible is characterized in that formed along the ablation surface on the preset simulation.
  • the inner wall of the guide structure may be formed to cover both sides of the hinge line of the protrusion of the mandibular skeleton, wherein the first portion of the guide structure is located in the outward direction of the mandible skeleton and the second portion of the guide structure is It may be located in the inward direction of the mandibular skeleton beyond the hinge line.
  • the first portion and the second portion are formed to meet at the hinge line, and the first portion and the second portion are seamlessly connected without boundaries.
  • the outer boundary that contacts the outside of the mandible as part of the guide structure may be designed to extend from the simulated ablation plane along the direction of entry of the ablation effector.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a three-dimensional model 200 including a mandible of a surgical subject, which forms a part of a guide generation process for mandibular surgery according to an embodiment of the present invention.
  • the 3D model may classify and display the mandible 210, the neural tube 220, and the teeth 211 through image segmentation.
  • the three-dimensional model including the image segmented mandible 210, neural tube 220, teeth 211 can be converted into STL file and stored.
  • the three-dimensional model of the present invention has the advantage of intuitively grasping the position and shape of structures such as the neural tube 220 and the teeth 211 in the lower jaw, which are difficult to grasp only by the conventional two-dimensional CT image.
  • the three-dimensional model 200 illustrated in FIG. 2 is displayed assuming that it is viewed from the front left side of the subject.
  • the structure of the lower mandible 210 on the front left side of the surgical subject is displayed on the front of the screen, and the structure of the mandible 210a on the right side of the surgical subject is hidden by other structures in the three-dimensional model 200 may be displayed only a part. .
  • a user menu for adjusting an angle at which the 3D model 200 is displayed may be provided to the user.
  • the lower jaw 210 on the left side and the lower jaw 210a on the right side, and the symmetry between the lower jaw 210 on the left and the lower jaw 210a on the right side to reveal the three-dimensional The model 200 may be displayed.
  • FIG 3 is a view showing a process of confirming through the simulation the ablation surgery target site 313 and the cutting line 331 as part of the process for generating a guide for mandibular surgery according to an embodiment of the present invention.
  • the doctor in charge and the surgery target may display a portion 313 to be excised on the 3D model of the preoperative mandible 310 of the surgery target through a consulting process referring to the 3D model.
  • an ablation plane (not shown) on the three-dimensional model, it is possible to predict in advance whether the neural tube 320 is located on the ablation surface, that is, whether the neural tube 320 is likely to be ablation.
  • the boundary line between the ablation plane (not shown) and the exoskeleton of the lower jaw 310 will be referred to as an ablation line 331 for convenience of description.
  • the ablation plane may be displayed if the three-dimensional model is displayed at an appropriate viewpoint by rotating the three-dimensional model of the mandrel 310.
  • the curve where the ablation surface meets the mandible 310 instead of the ablation surface is displayed as an ablation line 331.
  • the user may predict the necessity of ablation of the neural tube 320 indirectly through the indication of the ablation line 331. have.
  • the doctor or the user may enter the ablation line 331 to be ablated on the three-dimensional model of the mandibular 310 before surgery through a user interface, and approve the recommended ablation line 331 provided by the computing system or processor. You may.
  • the doctor or the user may display the ablation line 331 on the three-dimensional model according to the trajectory to be resected.
  • the area to be resected by reflecting the trajectory of the ablation line 331 input by the doctor or the user is displayed.
  • An ablative surface on which 313 may be ablated may be derived by a computing system or a processor.
  • the three-dimensional model is rotated so that the volume of the ablation target region 313 including the ablation surface is clearly visible, so that the setting of the ablation surface and the ablation target region 313 are appropriate.
  • the doctor or user may apply input that confirms.
  • the image segmentation information of the neural tube 320 may be displayed together and provided as a means for supporting an accurate judgment of a doctor or a user.
  • 4A and 4B are views illustrating a part of a process of generating a guide for mandibular surgery according to an embodiment of the present invention through simulation.
  • FIG. 4A there is shown a side view of the mandible 410 and the guide structure 440 of the surgical subject.
  • FIG. 4B a view of the mandible 410 and the guide structure 440 from below is shown.
  • Guide structure 440 may be designed to include both outer and inner sides.
  • the guide structure 440 is attached to the mandible 410 as if it surrounds the mandible 410, and thus, the guide structure 440 is intuitively easy to find when the mandible 410 is removed. 440 can be easily fixed with fixing equipment.
  • the distance of the neural tube 420 may be intuitively displayed from the outer surface of the mandible 410 to allow the user to visually check the safety of mandibular surgery.
  • the information of the cutting line 331 of FIG. 3 may be utilized. That is, the guide structure 440 is generated to surround the mandible 410 from the outside, the upper boundary surface may be defined by the cutting line 331 or the extension surface of the cutting line 331.
  • the lower interface of the guide structure 440 may be set based on the hinge line 412.
  • An extension surface of the ablation line 331 may be generated by extending the ablation line 331 in the outward direction of the mandible 410.
  • the guide structure 440 is set to be surrounded by the lower boundary based on the mandibular 410, the ablation line 331 or the ablation line 331, the hinge line 412, and has a predetermined thickness from the mandrel 410.
  • the guide structure 440 may be simulated by setting to have a volume.
  • 5 and 6 illustrate a three-dimensional model of a mandibular region cut down on a simulation and a guide structure surrounding the mandible according to an embodiment of the present invention.
  • the three-dimensional model of the guide structure 540 includes an inner wall 541.
  • the inner wall 541 refers to a part of the 3D model of the guide structure 540 surrounding the outer surface of the surgical target region 513.
  • the 3D model of the guide structure 540 may be generated based on the 3D model of the surgical target region 513.
  • the surface of the inner wall 541 on the three-dimensional model of the guide structure 540 may be generated by reflecting the shape and curvature of the outer surface of the three-dimensional model of the surgical target region 513. That is, the inner wall 541 of the completed guide structure 540 may be designed to fit the surface of the outer surface of the surgical target region 513.
  • the bending of the surface of the inner wall 541 and the surface of the outer surface of the surgical target portion 513 are formed to be engaged with each other like the intaglio and the relief of the same pattern so that the guide structure 540 is the outer edge of the surgical target region 513. It can be easily attached to.
  • FIG. 5 An ablation surface 530 is shown in FIG. 5 in which the surgical target site 513 is excised from the mandible before surgery. Since FIG. 5 is not a view after actual ablation but a three-dimensional model generated by simulation of mandibular ablation surgery, the ablation surface 530 of FIG. 5 may be regarded as a section to be ablation.
  • the curve formed by the ablation surface 531 meeting the surface of the outer side of the mandible is called the ablation line 531 as described above.
  • the guide structure 640 is attached to a surface of an outer portion of the surgical target region 613. Since the description of the ablation surface 630 and the ablation line 631 of the operation target region 613 is the same as that of the ablation surface 530 and the ablation line 531 in FIG. 5, redundant description thereof will be omitted.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a three-dimensional model assuming a situation in which guides 740 and 740a are overlaid on the entire mandibular models 710 and 710a according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 the structure of the three-dimensional model of the right mandible 710 and the left mandible 710a of the surgical subject is shown together.
  • the right surgical guide 740 is attached to the outside of the surgical target site of the right mandible 710 and the left surgical guide 740a is attached to the outside of the surgical target site of the left mandible 710a.
  • the three-dimensional simulation of the mandibular resection is performed under consideration of the symmetry of the left and right shapes of the mandible. Can be.
  • FIG. 8 is a view showing the actual body of the resected mandibular right protrusions 810a and 810b and the guide structures 820a and 820b surrounding the mandible after the mandibular surgery according to an embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 8 the left guide structure 820a surrounding the right lower right protrusion 810a and the right guide structure 820b surrounding the right lower right protrusion 810b are shown.
  • the outer boundaries 830a and 830b of the guide structures 820a and 820b correspond to the cutoff lines on the three-dimensional simulation.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a method of generating a guide for mandibular surgery according to an embodiment of the present invention.
  • the method of generating the mandibular surgical guide may be performed in a computing system including a processor, a memory, a display device, and an implementation device capable of realizing three-dimensional model data in three dimensions.
  • An implementation apparatus capable of realizing 3D model data in 3D realities may be, for example, a 3D printer, and a memory, a display device, and a 3D printer may perform the following operations under the control of a processor.
  • the method for generating a guide for mandibular resection surgery is performed by 3D simulation for mandibular resection surgery (S910).
  • the mandibular resection can be simulated through an anatomical 3D model including the mandibular and peripheral parts of the surgical subject.
  • the calculation required for the simulation is executed by the processor described above, and the three-dimensional model obtained as a result of the calculation may be displayed through the display device.
  • the ablation line is set on the surface of the outer edge of the mandible before the operation (S920).
  • the boundary line between the excision surface of the mandible that is to be resected through surgery and the outer surface of the 3D model of the mandible before surgery is called an excision line.
  • the input of the apex or the apex may be received by a physician through an interface device of the computing system.
  • the processor may receive a user input and display the ablation plane on the anatomical three-dimensional model and display the ablation plane through a display device.
  • the doctor may display the currently displayed ablation plane on the mandible, neural, and tooth surfaces.
  • the mandibular, neural tube, and teeth may be image-divided and displayed on an anatomical three-dimensional model so as to confirm that the harmonics are not harmed.
  • the processor may provide a user menu to the doctor and receive a user command for acknowledging the currently displayed cut line or cutaway surface in response to the user menu.
  • the first three-dimensional model may be a three-dimensional model of the guide structure. Or it may be a circular three-dimensional model for generating the guide structure. That is, the first three-dimensional model may have a volume of a constant thickness in the outward direction of the outer surface of the outer periphery of the outer surface of the mandrel before the saline.
  • An upper side of the first three-dimensional model may be surrounded by an extension line of the cutting line or the cutting line, and the lower side may be surrounded by the extension surface of the lower boundary line or the lower boundary line.
  • the lower boundary line may be set at a position beyond the hinge line of the protrusion of the lower mandible from the ablation line. That is, the hinge line is included in the area from the ablation line to the lower boundary line.
  • the guide structure may have a volume of a predetermined thickness both on the outside and the inside of the hinge line, and the guide structure from the ablation line to the lower boundary line may acquire mechanical support force so that it can be fixed over the hinge line.
  • the processor and the 3D printer may form a guide structure for mandibular surgery on an actual 3D space based on the first 3D model (S940).
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating a method of generating a guide for mandibular resection surgery to which a step of simulating an ablation surface according to an embodiment of the present invention is added.
  • steps S1110 to S1120 and steps S1140 to S1150 are the same as steps S910 to S940 of FIG. 9, and thus redundant descriptions thereof will be omitted.
  • the input of the ablation plane or the ablation line may be received by a physician or user through an interface device of the computing system.
  • the processor may receive a user input and simulate and display an ablation plane based on an ablation line input on the anatomical three-dimensional model, and on the contrary, may display an ablation line based on the input ablation plane.
  • a constraint may be given so that the currently set ablation plane does not harm the mandible, the neural tube, and the tooth.
  • the result of the ablation plane simulation thus obtained can also be displayed along with the ablation plane by image segmenting the mandibular, neural tube, and teeth on the anatomical three-dimensional model for the doctor or user to confirm.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating a method of generating a guide for mandibular surgery according to an embodiment of the present invention.
  • the method for generating a guide for mandibular resection surgery performs a three-dimensional simulation for mandibular resection surgery (S1210).
  • the mandibular resection can be simulated through an anatomical 3D model including the mandibular and peripheral parts of the surgical subject.
  • calculations necessary for the simulation may be performed through the processor described above, and the 3D model obtained as a result of the calculation may be displayed through the display device.
  • a third three-dimensional model representing only the excised mandible is generated (S1220).
  • the input of the apex or the apex may be received by a physician through an interface device of the computing system.
  • the processor may receive a user input and display the ablation plane on the anatomical three-dimensional model and display the ablation plane through a display device.
  • the doctor may display the currently displayed ablation plane on the mandible, neural, and tooth surfaces.
  • the mandibular, neural tube, and teeth may be image-divided and displayed on an anatomical three-dimensional model so as to confirm that the harmonics are not harmed.
  • the processor may provide a user menu to the doctor and receive a user command to approve the currently displayed ablation plane in response to the user menu.
  • a third three-dimensional model corresponding to the excised lower jaw is generated by separating the anatomical three-dimensional model based on the ablation surface (S1220).
  • the third three-dimensional model has a shape enclosed between the ablation plane and the outer surface other than the ablation plane.
  • a fourth 3D model having a volume extending outward from the outer surface of the third 3D model is generated (S1230).
  • the third three-dimensional model and the fourth three-dimensional model do not overlap in three-dimensional space, and the fourth three-dimensional model may be generated using the outer surface of the third three-dimensional model as the contour surface of the inner wall of the fourth three-dimensional model. have.
  • the boundary line where the ablation surface meets the outer surface of the third 3D model may be expressed as an ablation line, which may be a boundary line of the contour surface of the inner wall of the fourth 3D model.
  • the 3D model and the third 3D model may share information about the cut line.
  • the third 3D model and the fourth 3D model are separated on the screen (S1240).
  • the fourth three-dimensional model is a three-dimensional model corresponding to the guide structure for mandibular surgery, and the third three-dimensional model is a three-dimensional model corresponding to the resected mandible.
  • the processor and the 3D printer may form a guide structure for mandibular surgery on an actual 3D space based on the fourth 3D model (S1250).
  • FIG. 10 is a view showing a schematic structure of a guide structure including a guide for guiding the insertion direction of the surgical effector according to an embodiment of the present invention.
  • a third three-dimensional model 1010 is shown as a three-dimensional model of a portion to be excised from the mandible of the patient, and the fourth three-dimensional model 1040 as a three-dimensional model that is the basis of the guide for mandibular surgery. ) Is shown.
  • the third three-dimensional model 1010 is a three-dimensional model of the portion of the mandible to be excised.
  • the line where the ablation surface 1030 to be surgically resected meets the surface of the outer edge of the mandible is called an ablation line 1031 of the third 3D model.
  • the fourth three-dimensional model 1040 is a three-dimensional model of the guide for mandibular surgery.
  • the fourth three-dimensional model 1040 may extend to the extended boundary 1042 of the ablation plane 1030.
  • the initial insertion direction 1060 of the surgical effector may slightly deviate from the ablated surface 1030 or the extended boundary surface 1042 of the ablated surface 1030. In this case, as illustrated in FIG.
  • a guide part 1050 added to the extended boundary surface 1042 of the ablation surface 1030 of the guide may be formed.
  • the third three-dimensional model of the guide unit 1050 is coupled to the fourth three-dimensional model 1040 to complete the fifth three-dimensional model of the guide structure.
  • the guide 1050 may protrude from the extended interface 1042 to guide the retraction direction 1060 of the surgical effector.
  • Surgical effector means a means that actually shows the effect of resection, suture, etc. as a surgical tool, it may mean a knife (invade) to invade the surgical target site of the patient for resection (ablation).
  • the surgical effector is inserted along the retraction direction 1060, shown along the guide 1050 which is added to the extended boundary 1042 of the ablation plane 1030.
  • the outer surface 1051 of the guide part 1050 may be designed to guide the retraction direction 1060 of the surgical effector.
  • the shape of the guide portion 1050, that is, the gap between the outer surface 1051 and the extended boundary surface 1042 is shown to be exaggerated, but this is merely an exaggeration for explanation, and in fact, the outline of the guide portion 1050. It will be apparent to those skilled in the art that the spacing between face 1051 and elongated interface 1042 may be a fine gap.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating a method for generating a guide for mandibular surgery in which a step of generating a fifth three-dimensional model according to an exemplary embodiment of the present invention is added.
  • steps S1310 to S1340 are the same as steps S1210 to S1240 of FIG. 12, and thus redundant descriptions thereof will be omitted.
  • a fifth 3D model in which a guide part for guiding the insertion direction of the surgical tool is added to the fourth 3D model may be generated (S1350).
  • a guide structure for mandibular surgery on an actual 3D space may be formed (S1360).
  • step S1350 is performed after step S1340 is performed, but according to an embodiment, step S1350 is performed after step S1330, and instead of step S1340, the fifth 3D model and the third 3D model are separated. Step S1360 may be performed later.
  • the method according to the embodiment may be embodied in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium.
  • the computer readable medium may include program instructions, program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.
  • the program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the embodiments, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts.
  • Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks.
  • Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
  • the hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
  • the present invention relates to a guide mechanism for mandibular right angle resection surgery and a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a guide mechanism for guiding the movement path of the cutting tool while protecting the nerves, soft tissues, and the mandibular skeleton around the mandible and effectively fixing the exoskeleton of the mandible.
  • the contour of the inner wall follows the shape of the outer surface of the three-dimensional model of the preoperative mandible of the surgical subject.
  • the boundary surface of the portion of the guide structure for mandibular surgery that is in contact with the outer side of the mandible of the surgical subject is formed along the ablation surface on the preset simulation.

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Abstract

본 발명은 하악골 우각부 절제 수술을 위한 가이드 기구 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 하악골 주변의 신경, 연조직, 및 하악골의 골조를 보호하고 효과적으로 수술 대상자의 하악골의 외골격에 고정되면서 절단기구의 이동경로를 안내하기 위한 가이드 기구에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 하악 절제 수술용 가이드 구조물은 내벽의 윤곽은 수술 대상자의 수술 전 하악의 3차원 모델의 외곽의 표면의 형상을 그대로 따른다. 이때 하악 절제 수술용 가이드 구조물의 일 부분으로서 수술 대상자의 하악의 외측에 접촉하는 부분의 외곽의 경계면은 미리 설정된 시뮬레이션 상의 절제면을 따라 형성된다.

Description

3차원 모델 기반 하악골 우각부 절제 수술용 가이드 기구 및 그 제조 방법
본 발명은 하악골 우각부 절제 수술을 위한 가이드 기구 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 하악골 주변의 신경, 연조직, 및 하악골의 골조를 보호하고 효과적으로 수술 대상자의 하악골의 외골격에 고정되면서 절단기구의 이동경로를 안내하기 위한 가이드 기구에 관한 것이다.
하악골 우각부의 절제 수술은 대개 미용 목적으로 행해지지만, 교정의 수단으로 활용되기도 한다. 한편, 하악골 주변에는 골격 외에 치신경을 포함한 신경 다발이 통과하므로 하악골의 돌출부를 절제하는 수술에서 신경 다발의 위치를 확인하는 것은 대단히 중요하다.
하악골 우각부의 절제 수술용 가이드 기구에 관한 선행기술로서 한국등록특허 제10-0975856호 "하악골 우각부 절제 수술용 가이드 기구"를 들 수 있다.
도 1을 참조하면 상기 선행기술은 가이드(10)를 수술 대상자의 하악골(20)의 외골격(21)에 고정하기 위한 가이드판(12)과 후크(13), 수술용 절단기구의 이동 경로를 안내하기 위한 슬롯(12a)이 관통 형성되는 특징을 가진다.
그러나 이러한 선행기술에 의하더라도 환자마다 골격의 형상 및 구조가 상이하므로 가이드 기구가 정확히 고정되기 어려운 문제점이 있으며, 상기 선행기술의 방식으로는 주변 연조직을 보호할 목적이라고는 하나 신경 다발의 위치를 고려하고 있지 않다는 점에서 수술의 안전성이 저해될 우려가 있다.
본 발명은 상기의 종래 기술에서 나타난 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 수술 대상자의 하악골의 외곽의 표면의 돌출 및 구조를 그대로 반영한 수술용 가이드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 수술 대상자의 골격의 형상 및 구조를 반영한 맞춤형 구조를 가지고, 신경 다발 및 주변 연조직의 위치를 고려하여 절제 수술이 이루어질 수 있도록 안전성이 향상된 새로운 가이드 기구를 제안하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 특별한 노력 없이도 용이하게 수술 대상자의 하악의 수술 부위에 밀착할 수 있는 가이드를 제안하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 수술 도중 예상치 못한 외력에도 불구하고 하악의 외곽에 밀착되어 고정된 상태를 유지할 수 있도록 하악의 힌지 라인(hinge line)을 덮는 구조의 가이드를 제안하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 디지털 의료 영상에 기반한 하악의 3차원 모델을 이용하여 구현된 3차원 프린팅 기법에 의하여 실제 수술 대상자의 하악골의 외곽의 표면의 구조 및 형상을 그대로 반영한 맞춤형 가이드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 도출된 구성으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 하악 절제 수술용 가이드 구조물은 수술 대상자의 수술 전 하악과 접촉하는 내벽을 포함하고, 상기 내벽의 표면은 상기 수술 대상자의 상기 수술 전 하악의 3차원 모델의 외곽의 표면의 형상을 따라 형성된다. 이때 상기 가이드 구조물의 내벽은 상기 수술 전 하악의 골격의 돌출부의 힌지 라인(hinge line)의 양쪽을 덮도록 형성될 수 있다. 또한 상기 가이드 구조물은 상기 수술 전 하악의 골격의 외측 방향에 위치하는 제1 부분; 및 상기 수술 전 하악의 골격의 힌지 라인으로부터 상기 수술 전 하악의 골격의 내측 방향에 위치하는 제2 부분;을 포함하고, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 경계 없이 매끄럽게(seamless) 이어질 수 있다. 또한 가이드 구조물의 외곽 경계선은 절제선을 반영하도록 설계되는데 상기 수술 전 하악의 외측과 접촉하는 상기 가이드 구조물의 내벽의 경계선은 미리 설정된 상기 수술 전 하악의 절제선을 따라 형성될 수 있다. 또한 상기 가이드 구조물은 상기 수술 전 하악의 외측과 접촉하는 상기 내벽의 경계선으로부터 미리 설정된 수술용 이펙터의 인입 방향을 반영하여 형성되는 안내부;를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 하악 절제 수술용 가이드를 제조하는 방법은, 하악 절제 수술의 3차원 시뮬레이션을 통하여 수술 대상자의 수술 전 하악의 외곽의 표면에 수술 시 절제될 절제선을 설정하는 단계; 상기 수술 전 하악의 외곽의 표면, 상기 절제선 및 하부 경계선에 의하여 둘러싸인 제1 3차원 모델을 생성하는 단계; 및 상기 제1 3차원 모델에 기반하여 실제 3차원 공간에 존재하는 하악 절제 수술용 가이드 구조물을 형성하는 단계;를 포함한다. 이 때 하부 경계선은 상기 절제선으로부터 상기 수술 전 하악의 돌출부의 힌지 라인(hinge line)을 넘어 위치할 수 있다. 즉, 수술 전 하악의 돌출부의 힌지 라인을 기준으로 절제선이 설정된 외곽의 표면의 반대측에 하부 경계선이 설정될 수 있다.
이 때 상기 하악 절제 수술용 가이드 구조물을 형성하는 단계는, 디지털 데이터에 기반한 3차원 프린팅 기법에 의하여 수행될 수 있다. 이 때 제1 3차원 모델을 생성하는 단계는 제1 3차원 모델의 내벽의 표면이 수술 대상자의 수술 전 하악의 3차원 모델의 외곽의 표면의 형상을 따라 형성되도록 상기 제1 3차원 모델을 생성할 수 있다.
또한, 상기 제1 3차원 모델을 생성하는 단계는 상기 제1 3차원 모델의 내벽이 상기 수술 전 하악의 골격의 돌출부의 힌지 라인(hinge line)의 양쪽을 덮도록 상기 제1 3차원 모델을 생성할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 하악 절제 수술용 가이드를 제조하는 방법은 상기 제1 3차원 모델을 생성하는 단계 이전에 상기 하악 절제 수술의 3차원 시뮬레이션 결과와 절제선에 기반하여 상기 하악 절제 수술의 절제면을 시뮬레이션하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 하악 절제 수술의 절제면을 시뮬레이션하는 단계는 상기 수술 전 하악의 좌우의 형상의 대칭성, 또는 상기 수술 전 하악의 내부의 신경의 위치 중 적어도 하나 이상을 고려한 시뮬레이션을 수행할 수 있다.
상기 제1 3차원 모델을 생성하는 단계는 상기 수술 부위가 절제된 절제면이 연장된 경계면을 기준으로 경계면의 외측에서 상기 연장된 볼륨을 가지는 상기 제1 3차원 모델을 생성할 수 있다. 즉, 가이드의 제1 3차원 모델을 생성하기 위해 볼륨을 확장할 때 확장된 볼륨이 절제면의 방향을 넘어서지 않도록 절제면을 기준면으로 설정할 수 있다.
또한, 수술 도구의 초기 인입 방향이 절제면과 미세하게 어긋나 있을 때, 이를 안내할 수 있는 안내부의 3차원 모델을 부가한 3차원 모델을 생성할 수 있다. 즉, 제1 3차원 모델에 상기 수술 부위가 절제된 절제면의 연장된 경계면으로부터 수술용 이펙터의 인입 방향을 안내하도록 돌출되는 안내부를 추가로 포함하는 제2 3차원 모델을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 하악 절제 수술용 가이드를 제조하는 방법은, 하악 절제 수술의 3차원 시뮬레이션을 통하여 수술 대상자의 하악의 수술 부위가 절제된 제3 3차원 모델을 생성하는 단계; 상기 제3 3차원 모델의 외곽면에서 외부 방향으로 연장된 볼륨을 가지는 제4 3차원 모델을 생성하는 단계; 상기 연장된 볼륨을 가지는 제4 3차원 모델과 상기 제3 3차원 모델을 분리하는 단계; 및 상기 제4 3차원 모델에 기반하여 실제 3차원 공간에 존재하는 하악 절제 수술용 가이드 구조물을 형성하는 단계;를 포함한다. 이 때 상기 하악 절제 수술용 가이드 구조물을 형성하는 단계는, 디지털 데이터에 기반한 3차원 프린팅 기법에 의하여 수행될 수 있다. 이 때 제4 3차원 모델을 생성하는 단계는 제4 3차원 모델의 내벽의 표면이 수술 대상자의 수술 전 하악의 3차원 모델의 외곽의 표면의 형상을 따라 형성되도록 상기 제4 3차원 모델을 생성할 수 있다.
또한, 상기 제4 3차원 모델을 생성하는 단계는 상기 제4 3차원 모델의 내벽이 상기 수술 전 하악의 골격의 돌출부의 힌지 라인(hinge line)의 양쪽을 덮도록 상기 제4 3차원 모델을 생성할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 하악 절제 수술용 가이드를 제조하는 방법은 상기 제3 3차원 모델을 생성하는 단계 이전에 상기 하악 절제 수술의 3차원 시뮬레이션을 통하여 상기 하악 절제 수술의 절제면을 시뮬레이션하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 하악 절제 수술의 절제면을 시뮬레이션하는 단계는 상기 수술 전 하악의 좌우의 형상의 대칭성, 또는 상기 수술 전 하악의 내부의 신경의 위치 중 적어도 하나 이상을 고려한 시뮬레이션을 수행할 수 있다.
상기 제4 3차원 모델을 생성하는 단계는 상기 수술 부위가 절제된 절제면이 연장된 경계면을 기준으로 경계면의 외측에서 상기 연장된 볼륨을 가지는 상기 제4 3차원 모델을 생성할 수 있다. 즉, 가이드의 제4 3차원 모델을 생성하기 위해 볼륨을 확장할 때 확장된 볼륨이 절제면의 방향을 넘어서지 않도록 절제면을 기준면으로 설정할 수 있다.
또한, 수술 도구의 초기 인입 방향이 절제면과 미세하게 어긋나 있을 때, 이를 안내할 수 있는 안내부의 3차원 모델을 부가한 3차원 모델을 생성할 수 있다. 즉, 제4 3차원 모델에 상기 수술 부위가 절제된 절제면의 연장된 경계면으로부터 수술용 이펙터의 인입 방향을 안내하도록 돌출되는 안내부를 추가로 포함하는 제5 3차원 모델을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 수술 대상자의 하악골의 외곽의 표면의 돌출 및 구조를 그대로 반영한 수술용 가이드를 제조할 수 있다.
본 발명에 따르면 수술 대상자의 골격의 형상 및 구조를 반영한 맞춤형 구조를 가지고, 신경 다발 및 주변 연조직의 위치를 고려하여 절제 수술이 이루어질 수 있도록 안전성이 향상된 새로운 가이드 기구를 제조할 수 있다.
본 발명에 따르면 특별한 노력 없이도 용이하게 수술 대상자의 하악의 수술 부위에 밀착할 수 있는 가이드를 이용하여 수술 과정을 간략화하고 수술 시간을 단축할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따르면 수술 도중 예상치 못한 외력에도 불구하고 하악의 외곽에 밀착되어 고정된 상태를 유지할 수 있도록 하악의 힌지 라인(hinge line)을 덮는 구조의 가이드를 제조할 수 있다.
본 발명에 따르면 디지털 의료 영상에 기반한 하악의 3차원 모델을 이용하여 구현된 3차원 프린팅 기법에 의하여 실제 수술 대상자의 하악골의 외곽의 표면의 구조 및 형상을 그대로 반영한 맞춤형 가이드를 제조할 수 있다.
본 발명에 따르면 수술 대상자의 고유한 하악의 형상을 미리 모델링하고, 모델에 따른 3차원 가이드 구조물을 제조함으로써 수술 대상자에게 고유한 맞춤형 가이드 구조물을 제공할 수 있으며, 각 수술 과정은 수술 대상자에게 최적화되어 있으므로 수술의 안전성이 높고 수술 시간을 현저하게 단축할 수 있다.
본 발명에 따르면 수술 대상자의 고유한 하악의 형상에 따라 가이드 구조물이 형성되므로 수술 과정에서 가이드를 부착하는 과정에서 상하, 좌우의 방향을 나타내는 별도의 지표를 필요로 하지 않으며 직관적으로 가이드 구조물을 수술 부위에 부착할 수 있어 혼동의 우려도 없다.
본 발명에 따르면 수술 대상자의 하악의 고유한 형상에 따라 가이드의 내벽의 구조가 재현되므로 하악과 가이드 구조물 간의 밀착도가 매우 높아 표면의 마찰력이나 강도의 선택 범위가 넓고, 재료 선택의 자유도가 매우 넓어 경제성 측면에서도 큰 효과를 거둘 수 있다.
도 1은 종래 기술의 하악골 우각부 절제 수술용 가이드 기구의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하악 절제 수술용 가이드 생성 과정의 일부분을 구성하는, 수술 대상자의 하악을 포함하는 3차원 모델을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하악 절제 수술용 가이드 생성 과정의 일부분으로서 절제 수술 대상 부위 및 절제선을 시뮬레이션을 통하여 확인하는 과정을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하악 절제 수술용 가이드를 시뮬레이션을 통하여 생성하는 과정의 일부를 도시하는 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션 상으로 절제된 하악 부위와 그를 둘러싸는 가이드 구조물의 3차원 모델을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하악 전체 모형에 가이드가 덧씌워진 상황을 가정한 3차원 모델을 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하악 절제 수술이 적용된 이후, 절제된 하악의 우각 돌출부와 그를 둘러싸는 가이드 구조물의 실물을 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 하악 절제 수술용 가이드를 생성하는 방법을 도시하는 동작 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 이펙터의 인입 방향을 안내하는 안내부가 포함된 가이드 구조물의 개략적인 구조를 도시하는 도면이다.
도 11 내지 도 13 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 하악 절제 수술용 가이드를 생성하는 방법을 도시하는 동작 흐름도이다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 도출된 구성으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 하악 절제 수술용 가이드 구조물은 수술 대상자의 수술 전 하악과 접촉하는 내벽을 포함하고, 상기 내벽의 표면은 상기 수술 대상자의 상기 수술 전 하악의 3차원 모델의 외곽의 표면의 형상을 따라 형성된다. 이때 상기 가이드 구조물의 내벽은 상기 수술 전 하악의 골격의 돌출부의 힌지 라인(hinge line)의 양쪽을 덮도록 형성될 수 있다. 또한 상기 가이드 구조물은 상기 수술 전 하악의 골격의 외측 방향에 위치하는 제1 부분; 및 상기 수술 전 하악의 골격의 힌지 라인으로부터 상기 수술 전 하악의 골격의 내측 방향에 위치하는 제2 부분;을 포함하고, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 경계 없이 매끄럽게(seamless) 이어질 수 있다. 또한 가이드 구조물의 외곽 경계선은 절제선을 반영하도록 설계되는데 상기 수술 전 하악의 외측과 접촉하는 상기 가이드 구조물의 내벽의 경계선은 미리 설정된 상기 수술 전 하악의 절제선을 따라 형성될 수 있다. 또한 상기 가이드 구조물은 상기 수술 전 하악의 외측과 접촉하는 상기 내벽의 경계선으로부터 미리 설정된 수술용 이펙터의 인입 방향을 반영하여 형성되는 안내부;를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 하악 절제 수술용 가이드를 제조하는 방법은, 하악 절제 수술의 3차원 시뮬레이션을 통하여 수술 대상자의 수술 전 하악의 외곽의 표면에 수술 시 절제될 절제선을 설정하는 단계; 상기 수술 전 하악의 외곽의 표면, 상기 절제선 및 하부 경계선에 의하여 둘러싸인 제1 3차원 모델을 생성하는 단계; 및 상기 제1 3차원 모델에 기반하여 실제 3차원 공간에 존재하는 하악 절제 수술용 가이드 구조물을 형성하는 단계;를 포함한다. 이 때 하부 경계선은 상기 절제선으로부터 상기 수술 전 하악의 돌출부의 힌지 라인(hinge line)을 넘어 위치할 수 있다. 즉, 수술 전 하악의 돌출부의 힌지 라인을 기준으로 절제선이 설정된 외곽의 표면의 반대측에 하부 경계선이 설정될 수 있다.
이 때 상기 하악 절제 수술용 가이드 구조물을 형성하는 단계는, 디지털 데이터에 기반한 3차원 프린팅 기법에 의하여 수행될 수 있다. 이 때 제1 3차원 모델을 생성하는 단계는 제1 3차원 모델의 내벽의 표면이 수술 대상자의 수술 전 하악의 3차원 모델의 외곽의 표면의 형상을 따라 형성되도록 상기 제1 3차원 모델을 생성할 수 있다.
또한, 상기 제1 3차원 모델을 생성하는 단계는 상기 제1 3차원 모델의 내벽이 상기 수술 전 하악의 골격의 돌출부의 힌지 라인(hinge line)의 양쪽을 덮도록 상기 제1 3차원 모델을 생성할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 하악 절제 수술용 가이드를 제조하는 방법은 상기 제1 3차원 모델을 생성하는 단계 이전에 상기 하악 절제 수술의 3차원 시뮬레이션 결과와 절제선에 기반하여 상기 하악 절제 수술의 절제면을 시뮬레이션하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 하악 절제 수술의 절제면을 시뮬레이션하는 단계는 상기 수술 전 하악의 좌우의 형상의 대칭성, 또는 상기 수술 전 하악의 내부의 신경의 위치 중 적어도 하나 이상을 고려한 시뮬레이션을 수행할 수 있다.
상기 제1 3차원 모델을 생성하는 단계는 상기 수술 부위가 절제된 절제면이 연장된 경계면을 기준으로 경계면의 외측에서 상기 연장된 볼륨을 가지는 상기 제1 3차원 모델을 생성할 수 있다. 즉, 가이드의 제1 3차원 모델을 생성하기 위해 볼륨을 확장할 때 확장된 볼륨이 절제면의 방향을 넘어서지 않도록 절제면을 기준면으로 설정할 수 있다.
또한, 수술 도구의 초기 인입 방향이 절제면과 미세하게 어긋나 있을 때, 이를 안내할 수 있는 안내부의 3차원 모델을 부가한 3차원 모델을 생성할 수 있다. 즉, 제1 3차원 모델에 상기 수술 부위가 절제된 절제면의 연장된 경계면으로부터 수술용 이펙터의 인입 방향을 안내하도록 돌출되는 안내부를 추가로 포함하는 제2 3차원 모델을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 하악 절제 수술용 가이드를 제조하는 방법은, 하악 절제 수술의 3차원 시뮬레이션을 통하여 수술 대상자의 하악의 수술 부위가 절제된 제3 3차원 모델을 생성하는 단계; 상기 제3 3차원 모델의 외곽면에서 외부 방향으로 연장된 볼륨을 가지는 제4 3차원 모델을 생성하는 단계; 상기 연장된 볼륨을 가지는 제4 3차원 모델과 상기 제3 3차원 모델을 분리하는 단계; 및 상기 제4 3차원 모델에 기반하여 실제 3차원 공간에 존재하는 하악 절제 수술용 가이드 구조물을 형성하는 단계;를 포함한다. 이 때 상기 하악 절제 수술용 가이드 구조물을 형성하는 단계는, 디지털 데이터에 기반한 3차원 프린팅 기법에 의하여 수행될 수 있다. 이 때 제4 3차원 모델을 생성하는 단계는 제4 3차원 모델의 내벽의 표면이 수술 대상자의 수술 전 하악의 3차원 모델의 외곽의 표면의 형상을 따라 형성되도록 상기 제4 3차원 모델을 생성할 수 있다.
또한, 상기 제4 3차원 모델을 생성하는 단계는 상기 제4 3차원 모델의 내벽이 상기 수술 전 하악의 골격의 돌출부의 힌지 라인(hinge line)의 양쪽을 덮도록 상기 제4 3차원 모델을 생성할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 하악 절제 수술용 가이드를 제조하는 방법은 상기 제3 3차원 모델을 생성하는 단계 이전에 상기 하악 절제 수술의 3차원 시뮬레이션을 통하여 상기 하악 절제 수술의 절제면을 시뮬레이션하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 하악 절제 수술의 절제면을 시뮬레이션하는 단계는 상기 수술 전 하악의 좌우의 형상의 대칭성, 또는 상기 수술 전 하악의 내부의 신경의 위치 중 적어도 하나 이상을 고려한 시뮬레이션을 수행할 수 있다.
상기 제4 3차원 모델을 생성하는 단계는 상기 수술 부위가 절제된 절제면이 연장된 경계면을 기준으로 경계면의 외측에서 상기 연장된 볼륨을 가지는 상기 제4 3차원 모델을 생성할 수 있다. 즉, 가이드의 제4 3차원 모델을 생성하기 위해 볼륨을 확장할 때 확장된 볼륨이 절제면의 방향을 넘어서지 않도록 절제면을 기준면으로 설정할 수 있다.
또한, 수술 도구의 초기 인입 방향이 절제면과 미세하게 어긋나 있을 때, 이를 안내할 수 있는 안내부의 3차원 모델을 부가한 3차원 모델을 생성할 수 있다. 즉, 제4 3차원 모델에 상기 수술 부위가 절제된 절제면의 연장된 경계면으로부터 수술용 이펙터의 인입 방향을 안내하도록 돌출되는 안내부를 추가로 포함하는 제5 3차원 모델을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하악 절제 수술용 가이드를 제조하는 방법은, 하악 절제 수술의 3차원 시뮬레이션을 통하여 절제된 제1 3차원 모델을 생성하는 단계; 절제된 제1 3차원 모델의 외곽의 표면에서 외부 방향으로 연장된 볼륨을 가지는 제2 3차원 모델을 생성하는 단계; 연장된 볼륨을 가지는 제2 3차원 모델과 제1 3차원 모델을 분리하는 단계; 및 분리된 제2 3차원 모델에 기반하여 실제 3차원 공간에 존재하는 하악 절제 수술용 가이드를 형성하는 단계; 를 포함한다.
이때 절제된 제1 3차원 모델의 절제면 상에서는 연장된 볼륨을 가지지 않으며, 연장된 볼륨을 가지는 제2 3차원 모델은 절제면 뿐만 아니라 절제면의 방향을 넘어서는 연장된 볼륨을 가지지 않도록 설계될 수 있다.
실제 3차원 공간에 존재하는 하악 절제 수술용 가이드를 형성하는 단계는 디지털 데이터에 기반한 3차원 프린팅 기법에 의하여 수행될 수 있다.
이때 분리된 제2 3차원 모델의 내벽의 표면은 수술 대상자의 실제 하악의 모델 또는 제1 3차원 모델의 외곽의 표면의 형상을 그대로 따르도록 설계될 수 있다.
하악의 3차원 모델에서 하악 절제 수술의 절제면을 시뮬레이션하는 단계가 더 포함될 수 있다. 이때 시뮬레이션하는 단계는 하악의 좌우의 형상의 대칭성, 하악 내부의 신경의 위치를 고려하여 실행될 수 있으며 이를 통하여 수술의 안전성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 하악 절제 수술용 가이드 구조물은 내벽의 윤곽은 수술 대상자의 수술 전 하악의 3차원 모델의 외곽의 표면의 형상을 그대로 따르는 것을 특징으로 한다.
이때 하악 절제 수술용 가이드 구조물의 일 부분으로서 수술 대상자의 하악의 외측에 접촉하는 부분의 외곽의 경계면은 미리 설정된 시뮬레이션 상의 절제면을 따라 형성되는 것을 특징으로 한다.
가이드 구조물의 내벽은 하악 골격의 돌출부의 힌지 라인(hinge line)의 양쪽을 덮도록 형성될 수 있으며, 가이드 구조물의 제1 부분은 하악 골격의 외측 방향에 위치하고 가이드 구조물의 제2 부분은 하악 골격의 힌지 라인을 넘어서 하악 골격의 내측 방향에 위치할 수 있다. 이때 제1 부분과 제2 부분은 힌지 라인에서 만나도록 형성되며 제1 부분과 제2 부분은 경계 없이 매끄럽게 (seamless) 이어진다.
가이드 구조물의 일 부분으로서 하악의 외측에 접촉하는 외곽 경계면은 시뮬레이션된 절제면으로부터 절제용 이펙터(effector, 수술 도구)의 인입 방향에 따라 연장되도록 설계될 수 있다.
이하, 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하악 절제 수술용 가이드 생성 과정의 일부분을 구성하는, 수술 대상자의 하악을 포함하는 3차원 모델(200)을 도시하는 도면이다.
도 2를 참조하면 3차원 모델은 영상분할(segmentation) 기법을 통하여 하악(mandible)(210), 신경관(nerve)(220), 치아(teeth)(211) 구조를 구분하여 표시할 수 있다.
이 때 본 발명의 하악 절제 수술용 가이드 생성 과정에 따르면 영상분할된 하악(210), 신경관(220), 치아(211)를 포함하는 3차원 모델은 STL 파일로 변환하여 저장될 수 있다.
본 발명의 3차원 모델은 기존의 2차원 CT 영상만으로는 파악하기 어려운 하악 내부의 신경관(220)과 치아(211) 등 구조물의 위치와 형상을 직관적으로 파악할 수 있는 장점이 있다.
도 2에 도시된 3차원 모델(200)은 수술 대상자의 좌측 전면에서 바라본 것을 가정하여 표시된다. 이 경우 수술 대상자의 좌측 전면의 하악(210)의 구조가 화면 상의 전면에 표시되고, 수술 대상자의 우측의 하악(210a)의 구조는 3차원 모델(200) 내의 다른 구조체에 가려져 일부만 표시될 수 있다.
도 2에 도시되지는 않았지만 3차원 모델(200)이 표시되는 각도를 조절할 수 있는 사용자 메뉴가 사용자에게 제공될 수 있다. 3차원 모델(200)이 표시되는 각도에 따라서는 좌측의 하악(210)과 우측의 하악(210a)을 비교하고 좌측의 하악(210)과 우측의 하악(210a) 간의 대칭 여부가 드러나도록 3차원 모델(200)이 표시될 수도 있을 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하악 절제 수술용 가이드 생성 과정의 일부분으로서 절제 수술 대상 부위(313)및 절제선(331)을 시뮬레이션을 통하여 확인하는 과정을 도시하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 담당 의사와 수술 대상자는 3차원 모델을 참고한 컨설팅 과정을 통하여 수술 대상자의 수술 전 하악(310)의 3차원 모델 상에서 절제하고자 하는 부위(313)를 표시할 수 있다.
3차원 모델 상에서 절제면(도시되지 않음)을 표시함으로써 절제면 상에 신경관(320)이 위치하는지, 즉, 신경관(320)의 절제 가능성이 있는지를 미리 예측 가능하며, 또한 하악(310)의 3차원 모델을 표시함으로써 좌우 양측의 형상의 대칭성을 예측할 수 있다. 절제면(도시되지 않음)과 하악(310)의 외골격과의 경계선을 설명의 편의상 절제선(331)이라 표기하기로 한다. 도 3에서는 절제면이 도시되지 않았으나, 하악(310)의 3차원 모델을 회전시켜 적절한 뷰 포인트에서 3차원 모델을 표시한다면 절제면이 드러나도록 표시할 수 있을 것이다. 도 3에서는 절제면 대신 절제면과 하악(310)이 만나는 곡선이 절제선(331)으로서 표시되고 있는데, 절제선(331)의 표시를 통해서도 사용자는 간접적으로나마 신경관(320)의 절제 가능성을 예측할 수 있다.
의사 또는 사용자는 수술 전 하악(310)의 3차원 모델 상에서 절제하고자 하는 절제선(331)을 사용자 인터페이스를 통하여 입력할 수도 있고, 컴퓨팅 시스템 또는 프로세서에 의하여 제공되는 추천된 절제선(331)을 승인할 수도 있다.
예를 들어 의사 또는 사용자는 절제하고자 하는 궤적을 따라서 절제선(331)을 3차원 모델 상에 표시할 수 있는데, 이때 의사 또는 사용자가 입력한 절제선(331)의 궤적을 반영하여 절제하고자 하는 부위(313)가 절제될 수 있는 절제면이 컴퓨팅 시스템 또는 프로세서에 의하여 도출될 수 있다.
절제선(331) 및 절제면이 설정된 이후, 절제면이 포함된 절제 대상 부위(313)의 볼륨이 잘 보이도록 3차원 모델을 회전시켜 절제면의 설정, 절제 대상 부위(313)의 설정이 적절한 지 확인한 이후에 의사 또는 사용자가 컨펌하는 입력을 가할 수도 있다. 이때 신경관(320)의 영상분할(segmentation) 정보가 함께 표시되어 의사 또는 사용자의 정확한 판단을 지원하는 수단으로 제공될 수 있다.
도 4A와 4B는 본 발명의 일 실시예에 따른 하악 절제 수술용 가이드를 시뮬레이션을 통하여 생성하는 과정의 일부를 도시하는 도면이다.
도 4A를 참조하면 수술 대상자의 하악(410)과 가이드 구조물(440)을 측면에서 바라본 도면이 도시된다. 도 4B를 참조하면 하악(410)과 가이드 구조물(440)을 아래에서 바라본 도면이 도시된다.
도 4A와 도 4B를 참조하면 절제될 예정인 하악(410)의 부위에 대한 3차원 모델로부터 일정한 두께의 볼륨을 가지고 절제선 및 하악(410)의 힌지 라인(412)을 기준으로 하악(410)의 외측과 내측을 모두 포함하도록 가이드 구조물(440)이 디자인될 수 있다.
도 4B에 도시된 바와 같이 하악(410)을 감싸듯이 가이드 구조물(440)이 하악(410)에 부착되므로 하악(410) 절제 시 가이드 구조물(440)의 부착점을 직관적으로 찾기 쉽고, 가이드 구조물(440)을 고정 장비로 쉽게 고정할 수 있다.
도 4A에서는 하악(410)의 외곽의 표면으로부터 신경관(420)의 거리를 직관적으로 표시함으로써 사용자로 하여금 하악 절제 수술의 안전성에 대하여 시각적으로 점검할 수 있도록 할 수 있다.
도 4A와 도 4B에서 가이드 구조물(440)의 시뮬레이션 시 도 3의 절제선(331) 정보가 활용될 수 있다. 즉, 가이드 구조물(440)은 하악(410)을 외측에서 둘러싸도록 생성되며, 상측의 경계면은 절제선(331) 또는 절제선(331)의 연장면에 의하여 규정될 수 있다. 가이드 구조물(440)의 하측의 경계면은 힌지 라인(412)에 기반하여 설정될 수 있다. 절제선(331)의 연장면은 절제선(331)을 하악(410)의 외측 방향으로 연장시킴으로써 생성될 수 있다. 가이드 구조물(440)은 하악(410), 절제선(331) 또는 절제선(331)의 연장면, 힌지 라인(412)에 기반한 하측의 경계면에 둘러싸이도록 설정되고, 하악(410)으로부터 일정 두께의 볼륨을 가지도록 설정함으로써 가이드 구조물(440)이 시뮬레이션될 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션 상으로 절제된 하악 부위와 그를 둘러싸는 가이드 구조물의 3차원 모델을 도시하는 도면이다.
도 5에서는 가이드 구조물(540)의 3차원 모델이 도시된다. 가이드 구조물(540)의 3차원 모델은 내벽(541)을 포함한다. 여기서 내벽(541)은 수술 대상 부위(513)의 외곽의 표면을 둘러싸는 가이드 구조물(540)의 3차원 모델의 일 부분을 의미한다.
가이드 구조물(540)의 3차원 모델은 수술 대상 부위(513)의 3차원 모델에 기반하여 생성될 수 있다. 이때 가이드 구조물(540)의 3차원 모델 상의 내벽(541)의 표면은 수술 대상 부위(513)의 3차원 모델의 외곽의 표면의 형상 및 굴곡을 반영하여 생성될 수 있다. 즉, 완성된 가이드 구조물(540)의 내벽(541)이 수술 대상 부위(513)의 외곽의 표면에 들어맞도록 설계될 수 있다. 이때 내벽(541)의 표면의 굴곡과 수술 대상 부위(513)의 외곽의 표면의 굴곡은 동일 패턴의 음각과 양각과 같이 서로 맞물리도록 형성되어 가이드 구조물(540)이 수술 대상 부위(513)의 외곽에 용이하게 부착될 수 있다.
수술 대상 부위(513)가 수술 전 하악으로부터 절제되는 절제면(530)이 도 5에 도시된다. 도 5는 실제 절제된 이후의 도면이 아니고 하악 절제 수술의 시뮬레이션에 의하여 생성된 3차원 모델을 도시하는 것이므로, 도 5의 절제면(530)은 절제 예정인 단면으로 간주할 수 있다.
절제면(531)이 하악의 외측의 표면과 만나서 형성되는 곡선을 절제선(531)이라 함은 앞에서 설명한 바와 같다.
도 6에서는 가이드 구조물(640)이 수술 대상 부위(613)의 외곽의 표면에 부착된 상태를 도시한다. 수술 대상 부위(613)의 절제면(630)과 절제선(631)에 대한 설명은 도 5에서의 절제면(530) 및 절제선(531)과 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하악 전체 모형(710, 710a)에 가이드(740, 740a)가 덧씌워진 상황을 가정한 3차원 모델을 도시하는 도면이다.
도 7을 참조하면 수술 대상자의 우측 하악(710)과 좌측 하악(710a)의 3차원 모델의 구조가 함께 도시된다. 우측 하악(710)의 수술 대상 부위의 외곽에는 우측 수술용 가이드(740)가 부착되고 좌측 하악(710a)의 수술 대상 부위의 외곽에는 좌측 수술용 가이드(740a)가 부착된다.
절제 수술 이후 남은 하악의 부위가 좌측-우측 간의 대칭성을 유지하는 것은 하악 절제 수술의 미용적 측면에서 매우 중요한 과제이므로, 하악 절제 수술의 3차원 시뮬레이션은 하악의 좌우의 형상의 대칭성을 고려한 상태에서 수행될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하악 절제 수술이 적용된 이후, 절제된 하악의 우각 돌출부(810a, 810b)와 그를 둘러싸는 가이드 구조물(820a, 820b)의 실물을 도시하는 도면이다. 가이드 구조물의 외곽 경계선(830a, 830b)을 따라 수술용 이펙터를 움직임으로써 수술 과정이 간단하고 기존 수술 시간 대비 단축의 효과가 현저한 장점이 있다.
도 8에서는 수술 대상자의 좌측 하악의 우각 돌출부(810a)를 둘러싸는 좌측의 가이드 구조물(820a)과 우측 하악의 우각 돌출부(810b)를 둘러싸는 우측의 가이드 구조물(820b)가 도시된다. 가이드 구조물(820a, 820b)의 외곽 경계선(830a, 830b)은 3차원 시뮬레이션 상의 절제선에 대응한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 하악 절제 수술용 가이드를 생성하는 방법을 도시하는 동작 흐름도이다. 하악 절제 수술용 가이드를 생성하는 방법은 프로세서, 메모리, 디스플레이 장치, 3차원 모델 데이터를 3차원 실물로 구현할 수 있는 구현 장치를 포함하는 컴퓨팅 시스템 내에서 수행될 수 있다. 3차원 모델 데이터를 3차원 실물로 구현할 수 있는 구현 장치는 예를 들면 3차원 프린터일 수 있으며, 메모리, 디스플레이 장치, 3차원 프린터는 프로세서의 제어를 받아 하기의 동작을 수행할 수 있다.
도 9를 참조하면 하악 절제 수술용 가이드 생성 방법은 하악 절제 수술을 위한 3차원 시뮬레이션을 수행한다(S910). 이때 하악 절제 수술은 수술 대상자의 하악 및 주변 부위를 포함하는 해부학적 3차원 모델(anatomical 3D model)을 통하여 시뮬레이션될 수 있다. 시뮬레이션 시 필요한 연산은 앞에서 설명한 프로세서를 통하여 실행되고, 연산의 결과로 얻어지는 3차원 모델은 디스플레이 장치를 통하여 디스플레이될 수 있다.
3차원 시뮬레이션을 통하여 생성된 3차원 모델에서, 수술 전 하악의 외곽의 표면에 절제선을 설정한다(S920). 수술을 통하여 절제될 하악의 절제면과 수술 전 하악의 3차원 모델의 외곽의 표면이 만나는 경계선을 절제선이라 할 수 있다. 절제면 또는 절제선의 입력은 의사에 의하여 컴퓨팅 시스템의 인터페이스 장치를 통하여 수신될 수 있다. 프로세서는 사용자 입력을 수신하여 해부학적 3차원 모델 상에 절제면을 표시하여 디스플레이 장치를 통하여 디스플레이할 수 있고, 의사로 하여금 현재 표시된 절제면이 하악(mandible), 신경관(nerve), 치아(teeth)를 해하지 않는지 확인할 수 있도록 해부학적 3차원 모델 상에 하악, 신경관, 치아를 영상분할하여 표시할 수 있다.
프로세서는 의사에게 사용자 메뉴를 제공하고 사용자 메뉴에 대한 응답을 통하여 현재 표시된 절제선 또는 절제면을 승인하는 사용자 명령을 입력받을 수 있다.
현재 표시된 절제선 또는 절제면이 승인되면 절제선을 기준으로 수술 전 하악의 외곽의 표면, 절제선, 및 하부 경계선으로 둘러싸인 제1 3차원 모델이 생성된다(S930). 제1 3차원 모델은 가이드 구조물의 3차원 모델일 수 있다. 또는 가이드 구조물을 생성하기 위한 원형의 3차원 모델일 수 있다. 즉, 제1 3차원 모델은 수줄 전 하악의 외곽의 표면을 외부에서 둘러싸며 외곽의 표면의 외측 방향으로 일정한 두께의 볼륨을 가질 수 있다. 제1 3차원 모델의 상측은 절제선 또는 절제선의 연장면에 의하여 둘러싸이고, 하측은 하부 경계선 또는 하부 경계선의 연장면에 의하여 둘러싸일 수 있다.
하부 경계선은 절제선으로부터 수술 전 하악의 돌출부의 힌지 라인(hinge line)을 넘어서는 위치에 설정될 수 있다. 즉, 절제선으로부터 하부 경계선까지의 영역 내에 힌지 라인이 포함된다. 이로 인하여 가이드 구조물은 힌지 라인을 경계로 외측과 내측에 모두 일정 두께의 볼륨을 가질 수 있으며, 절제선으로부터 하부 경계선에 이르는 가이드 구조물은 힌지 라인에 걸쳐 고정될 수 있도록 기계적 지지력을 획득할 수 있다.
프로세서 및 3차원 프린터는 제1 3차원 모델에 기반하여 실제 3차원 공간 상의 하악 절제 수술용 가이드 구조물을 형성할 수 있다(S940).
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 절제면을 시뮬레이션하는 단계가 부가된 하악 절제 수술용 가이드를 생성하는 방법을 도시하는 동작 흐름도이다.
도 11에서 단계 S1110 내지 단계 S1120, 단계 S1140 내지 S1150은 도 9의 단계 S910 내지 단계 S940 과 동일하므로 중복된 설명은 생략한다.
앞서 기재한 바와 같이, 절제면 또는 절제선의 입력은 의사 또는 사용자에 의하여 컴퓨팅 시스템의 인터페이스 장치를 통하여 수신될 수 있다. 프로세서는 사용자 입력을 수신하여 해부학적 3차원 모델 상에 입력된 절제선에 기반하여 절제면을 시뮬레이션하여 표시할 수 있고, 반대로 입력된 절제면에 기반하여 절제선을 표시할 수 있다.
이때 프로세서의 절제면 시뮬레이션에서는 현재 설정된 절제면이 하악(mandible), 신경관(nerve), 치아(teeth)를 해하지 않도록 한정 조건(constraint)이 부여될 수 있다. 이렇게 도출된 절제면 시뮬레이션의 결과 또한 의사 또는 사용자가 확인할 수 있도록 해부학적 3차원 모델 상에 하악, 신경관, 치아를 영상분할하여 절제면과 함께 표시할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 하악 절제 수술용 가이드를 생성하는 방법을 도시하는 동작 흐름도이다.
도 12를 참조하면 하악 절제 수술용 가이드 생성 방법은 하악 절제 수술을 위한 3차원 시뮬레이션을 수행한다(S1210). 이때 하악 절제 수술은 수술 대상자의 하악 및 주변 부위를 포함하는 해부학적 3차원 모델(anatomical 3D model)을 통하여 시뮬레이션될 수 있다. 시뮬레이션 시 필요한 연산은 앞에서 설명한 프로세서를 통하여 실행되고, 연산의 결과로 얻어지는 3차원 모델은 디스플레이 장치를 통하여 디스플레이될 수 있음은 앞서 도 9를 통하여 설명한 바와 같다.
3차원 시뮬레이션을 통하여 생성된 3차원 모델에서, 절제된 하악만을 나타내는 제3 3차원 모델이 생성된다(S1220). 절제면 또는 절제선의 입력은 의사에 의하여 컴퓨팅 시스템의 인터페이스 장치를 통하여 수신될 수 있다. 프로세서는 사용자 입력을 수신하여 해부학적 3차원 모델 상에 절제면을 표시하여 디스플레이 장치를 통하여 디스플레이할 수 있고, 의사로 하여금 현재 표시된 절제면이 하악(mandible), 신경관(nerve), 치아(teeth)를 해하지 않는지 확인할 수 있도록 해부학적 3차원 모델 상에 하악, 신경관, 치아를 영상분할하여 표시할 수 있다.
프로세서는 의사에게 사용자 메뉴를 제공하고 사용자 메뉴에 대한 응답을 통하여 현재 표시된 절제면을 승인하는 사용자 명령을 입력받을 수 있다.
현재 표시된 절제면이 승인되면 절제면을 기준으로 해부학적 3차원 모델을 분리하여 절제된 하악에 대응하는 제3 3차원 모델이 생성된다(S1220).
제3 3차원 모델은 절제면과 절제면 이외의 외곽의 표면 사이에 둘러싼 형태를 가진다. 제3 3차원 모델의 외곽의 표면에서 외부 방향으로 연장된 볼륨을 가지는 제4 3차원 모델이 생성된다(S1230). 이때 제3 3차원 모델과 제4 3차원 모델은 3차원 공간 상에서 겹치지 않으며 제3 3차원 모델의 외곽의 표면을 제4 3차원 모델의 내벽의 윤곽면으로 하여 제4 3차원 모델이 생성될 수 있다.
이때 절제면 방향으로는 볼륨이 연장되거나 확장되지 않아, 제3 3차원 모델과 제4 3차원 모델 모두 절제면에 대한 정보를 공유하도록 설계될 수 있다.
특히 절제면이 제3 3차원 모델의 외곽의 표면과 만나는 경계선을 절제선이라 표현할 수 있는데, 절제선은 제4 3차원 모델의 내벽의 윤곽면의 경계선이 될 수 있으며, 이와 같은 방식으로 제4 3차원 모델과 제3 3차원 모델은 절제선에 대한 정보를 공유할 수 있다.
제3 3차원 모델과 제4 3차원 모델이 화면 상에서 분리된다(S1240).
제4 3차원 모델은 하악 절제 수술용 가이드 구조물에 대응하는 3차원 모델이며, 제3 3차원 모델은 절제된 하악에 대응하는 3차원 모델이다.
프로세서 및 3차원 프린터는 제4 3차원 모델에 기반하여 실제 3차원 공간 상의 하악 절제 수술용 가이드 구조물을 형성할 수 있다(S1250).
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 이펙터의 인입 방향을 안내하는 안내부가 포함된 가이드 구조물의 개략적인 구조를 도시하는 도면이다.
도 10을 참조하면, 환자의 하악에서 절제될 부분의 3차원 모델로서 제3 3차원 모델(1010)이 도시되고, 하악 절제 수술용 가이드의 기반이 되는 3차원 모델로서 제4 3차원 모델(1040)이 도시된다.
제3 3차원 모델(1010)은 하악의 절제될 부분의 3차원 모델이다. 수술로 절제될 절제면(1030)이 하악의 외곽의 표면과 만나는 선을 제3 3차원 모델의 절제선(1031)이라 한다. 제4 3차원 모델(1040)은 하악 절제 수술용 가이드의 3차원 모델이다. 제4 3차원 모델(1040)은 절제면(1030)의 연장된 경계면(1042)까지 확장될 수 있다. 실시예에 따라서는 도 10과 같이 수술용 이펙터(effector)의 초기 인입 방향(1060)이 절제면(1030) 또는 절제면(1030)의 연장된 경계면(1042)으로부터 살짝 벗어날 수 있다. 이때, 도 10과 같이 가이드의 절제면(1030)의 연장된 경계면(1042)에 부가되는 안내부(1050)가 형성될 수 있다. 제4 3차원 모델(1040)에 안내부(1050)의 3차원 모델이 결합되어 가이드 구조물의 제5 3차원 모델이 완성된다.
안내부(1050)는 연장된 경계면(1042)로부터 수술용 이펙터의 인입 방향(1060)을 안내하도록 돌출될 수 있다.
수술용 이펙터는 수술 도구로서 절제, 봉합 등의 효과를 실제로 나타내는 수단을 의미하며, 여기서는 절제를 위한 환자의 수술 대상 부위에 침습하는(invade) 나이프(knife)를 의미할 수 있다.
수술용 이펙터는 절제면(1030)의 연장된 경계면(1042)에 부가되는 안내부(1050)를 따라 도시한 인입 방향(1060)을 따라 삽입된다. 도 10에서 안내부(1050)의 외곽면(1051)은 수술용 이펙터의 인입 방향(1060)을 안내하도록 설계될 수 있다. 도 10에서 안내부(1050)의 형상, 즉, 외곽면(1051)과 연장된 경계면(1042) 사이의 간격이 과장된 채로 도시되었으나 이는 설명을 위한 과장일 뿐, 실제로는 안내부(1050)의 외곽면(1051)과 연장된 경계면(1042) 사이의 간격은 미세한 틈새일 수 있음은 당업자라면 자명하게 이해할 수 있을 것이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 제5 3차원 모델을 생성하는 단계를 부가한 하악 절제 수술용 가이드 생성 방법을 도시하는 동작 흐름도이다.
도 13에서 단계 S1310 내지 단계 S1340은 도 12의 단계 S1210 내지 단계 S1240 과 동일하므로 중복된 설명은 생략한다.
하악 절제 수술용 가이드 생성 방법은, 제4 3차원 모델에 수술 도구의 인입 방향을 안내하는 안내부가 추가된 제5 3차원 모델을 생성할 수 있다(S1350).
제5 3차원 모델에 기반하여 실제 3차원 공간 상의 하악 절제 수술용 가이드 구조물을 형성할 수 있다.(S1360).
도 13에서는 단계 S1340이 수행된 이후 단계 S1350이 수행되는 경우가 도시되었으나, 실시예에 따라서는 단계 S1330 이후 단계 S1350이 수행되고, 단계 S1340 대신 제5 3차원 모델과 제3 3차원 모델이 분리된 후에 단계 S1360이 수행될 수도 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 프로그램 인스트럭션, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
본 발명은 하악골 우각부 절제 수술을 위한 가이드 기구 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 하악골 주변의 신경, 연조직, 및 하악골의 골조를 보호하고 효과적으로 수술 대상자의 하악골의 외골격에 고정되면서 절단기구의 이동경로를 안내하기 위한 가이드 기구에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하악 절제 수술용 가이드 구조물은 내벽의 윤곽은 수술 대상자의 수술 전 하악의 3차원 모델의 외곽의 표면의 형상을 그대로 따른다. 이때 하악 절제 수술용 가이드 구조물의 일 부분으로서 수술 대상자의 하악의 외측에 접촉하는 부분의 외곽의 경계면은 미리 설정된 시뮬레이션 상의 절제면을 따라 형성된다.

Claims (20)

  1. 수술 대상자의 수술 전 하악과 접촉하는 내벽;
    을 포함하고,
    상기 내벽의 표면은 상기 수술 대상자의 상기 수술 전 하악의 3차원 모델의 외곽의 표면의 형상을 따라 형성되는
    하악 절제 수술용 가이드 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 장치의 내벽은 상기 수술 전 하악의 골격의 돌출부의 힌지 라인(hinge line)의 양쪽을 덮도록 형성되는
    하악 절제 수술용 가이드 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 장치는
    상기 수술 전 하악의 골격의 외측 방향에 위치하는 제1 부분; 및
    상기 수술 전 하악의 골격의 힌지 라인으로부터 상기 수술 전 하악의 골격의 내측 방향에 위치하는 제2 부분;
    을 포함하고,
    상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 경계 없이 매끄럽게(seamless) 이어지는 하악 절제 수술용 가이드 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수술 전 하악의 외측과 접촉하는 상기 내벽의 경계선은 미리 설정된 상기 수술 전 하악의 절제선을 따라 형성되는
    하악 절제 수술용 가이드 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수술 전 하악의 외측과 접촉하는 상기 내벽의 경계선으로부터 미리 설정된 수술용 이펙터의 인입 방향을 반영하여 형성되는 안내부;
    를 더 포함하는 하악 절제 수술용 가이드 장치.
  6. 하악 절제 수술의 3차원 시뮬레이션을 통하여 수술 대상자의 수술 전 하악의 외곽의 표면에 수술 시 절제될 절제선을 설정하는 단계;
    상기 수술 전 하악의 외곽의 표면을 외부로부터 둘러싸고, 상기 절제선 및 하부 경계선을 경계로 하는 제1 3차원 모델을 생성하는 단계; 및
    상기 제1 3차원 모델에 기반하여 실제 3차원 공간에 존재하는 하악 절제 수술용 가이드 구조물을 형성하는 단계;
    를 포함하는 하악 절제 수술용 가이드를 제조하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하악 절제 수술용 가이드 구조물을 형성하는 단계는,
    디지털 데이터에 기반한 3차원 프린팅 기법에 의하여 수행되는 것
    을 특징으로 하는 하악 절제 수술용 가이드를 제조하는 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 3차원 모델을 생성하는 단계는
    상기 제1 3차원 모델의 내벽의 표면은 상기 수술 대상자의 상기 수술 전 하악의 3차원 모델의 외곽의 표면의 형상을 따라 형성되도록 상기 제1 3차원 모델을 생성하는 하악 절제 수술용 가이드를 제조하는 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 수술 전 하악의 골격의 돌출부의 힌지 라인(hinge line)을 기준으로 상기 절제선이 설정된 상기 외곽의 표면의 반대측에 상기 하부 경계선을 설정하는 단계;
    를 더 포함하는 하악 절제 수술용 가이드를 제조하는 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제1 3차원 모델의 내벽이 상기 수술 전 하악의 골격의 돌출부의 힌지 라인(hinge line)의 양쪽을 덮도록 상기 하부 경계선을 설정하는 단계;
    를 더 포함하는 하악 절제 수술용 가이드를 제조하는 방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 제1 3차원 모델을 생성하는 단계 이전에,
    상기 하악 절제 수술의 3차원 시뮬레이션과 상기 절제선에 기반하여 상기 하악 절제 수술의 절제면을 시뮬레이션하는 단계
    를 더 포함하는 하악 절제 수술용 가이드를 제조하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 하악 절제 수술의 절제면을 시뮬레이션하는 단계는
    상기 수술 전 하악의 좌우의 형상의 대칭성, 또는 상기 수술 전 하악의 내부의 신경의 위치 중 적어도 하나 이상을 고려한 시뮬레이션을 수행하는 것을 특징으로 하는 하악 절제 수술용 가이드를 제조하는 방법.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 제1 3차원 모델을 생성하는 단계는
    상기 수술 부위가 절제된 절제면이 연장된 경계면을 기준으로 경계면의 외측에서 상기 연장된 볼륨을 가지는 상기 제1 3차원 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 하악 절제 수술용 가이드를 제조하는 방법.
  14. 제6항에 있어서,
    상기 제1 3차원 모델에 상기 수술 부위가 절제된 절제면의 연장된 경계면으로부터 수술용 이펙터의 인입 방향을 안내하도록 돌출되는 안내부를 추가로 포함하는 제2 3차원 모델을 생성하는 단계
    를 더 포함하는 하악 절제 수술용 가이드를 제조하는 방법.
  15. 하악 절제 수술의 3차원 시뮬레이션을 통하여 수술 대상자의 하악의 수술 부위가 절제된 제1 3차원 모델을 생성하는 단계;
    상기 제1 3차원 모델의 외곽의 표면에서 외부 방향으로 연장된 볼륨을 가지는 제2 3차원 모델을 생성하는 단계;
    상기 연장된 볼륨을 가지는 제2 3차원 모델과 상기 제1 3차원 모델을 분리하는 단계; 및
    상기 제2 3차원 모델에 기반하여 실제 3차원 공간에 존재하는 하악 절제 수술용 가이드 구조물을 형성하는 단계;
    를 포함하는 하악 절제 수술용 가이드를 제조하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 하악 절제 수술용 가이드 구조물을 형성하는 단계는,
    디지털 데이터에 기반한 3차원 프린팅 기법에 의하여 수행되는 것
    을 특징으로 하는 하악 절제 수술용 가이드를 제조하는 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제2 3차원 모델을 생성하는 단계는
    상기 제2 3차원 모델의 내벽의 표면은 상기 수술 대상자의 상기 수술 전 하악의 3차원 모델의 외곽의 표면의 형상을 따라 형성되도록 상기 제2 3차원 모델을 생성하는 하악 절제 수술용 가이드를 제조하는 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제2 3차원 모델을 생성하는 단계는
    상기 제2 3차원 모델의 내벽이 상기 수술 전 하악의 골격의 돌출부의 힌지 라인(hinge line)의 양쪽을 덮도록 상기 제2 3차원 모델을 생성하는 단계;
    를 포함하는 하악 절제 수술용 가이드 구조물 제조 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 제1 3차원 모델을 생성하는 단계 이전에,
    상기 하악 절제 수술의 3차원 시뮬레이션을 통하여 상기 하악 절제 수술의 절제면을 시뮬레이션하는 단계
    를 더 포함하는 하악 절제 수술용 가이드를 제조하는 방법.
  20. 제6항 내지 제19항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체.
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