WO2018110747A1 - 수술가이드 제조 장치 및 방법, 그리고 수술가이드 - Google Patents

수술가이드 제조 장치 및 방법, 그리고 수술가이드 Download PDF

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WO2018110747A1
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incision
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김남국
경윤수
김국배
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울산대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a surgical guide manufacturing apparatus and method, and more particularly, surgical guide manufacturing apparatus and method, which is mounted on the organ of soft tissue during medical surgery, to guide the surgical tool to the incision formed to surround the tumor of the organ, And a surgical guide.
  • This 3D printing technology using an imaging device such as magnetic resonance imaging (MRI) or computed tomography (CT) to obtain an image of the print object, and then 3D modeling on the software based on the image It is made by making a blueprint and laminating it in three-dimensional space as if it is printed on paper.
  • MRI magnetic resonance imaging
  • CT computed tomography
  • a surgical guide device for calculating a surgical site on an organ and guiding a path so that surgical instruments can be guided to the surgical site prior to the removal of cancer (tumor) of the organ has been proposed.
  • Such a surgical guide device can not only stably use the surgical tool by fixing the movement of the organ having a soft, but also to increase the accuracy of the surgery by guiding the correct surgical site.
  • Japanese Patent No. 2014-217549 is disclosed as a surgical guide device related thereto.
  • an image acquisition unit that acquires a three-dimensional image representing an organ
  • an organ extraction unit that extracts the organ from the three-dimensional image
  • a treatment unit acquisition unit that acquires a treatment unit on the surface of the organ where desired treatment is performed on the organ.
  • an inner surface having an outer surface and a surface shape along the outer surface of the organ and the guide wall connecting the inner surface from the outer surface along the treatment portion based on the extracted organ and the treated portion.
  • a surgical guide having the guide wall disposed along the treatment part is provided.
  • the conventional surgical guide guides the treatment part exposed to the outer surface of the organ, but when the tumor is located inside the organ without being exposed to the surface of the organ, there is a limitation that the position cannot be guided.
  • This limitation is to cut out the inside of the organ, the risk of damaging the normal tissue of the organ as the surgical tool enters the site of the normal tissue other than the treatment unit.
  • Particular resection of renal tumors (RCC, Renal cell carcinoma) is necessary to improve the function of organs in case of excessive damage to normal tissues.
  • the present invention has been created to solve the above problems, it is custom made to fit the characteristics of the organ of the patient, can accurately guide the surgical tool to the ablation area of the inside of the organ, it is possible to more accurate and safe resection surgery It is an object of the present invention to provide a surgical guide manufacturing apparatus and method, and a surgical guide.
  • the surgical guide manufacturing apparatus is a device for manufacturing a surgical guide for guiding a cutting line (cutting line) formed to surround the tumor of the organ, the organ based on the image of the patient taken by an external imaging device
  • a long term modeling unit for modeling a 3D image of the apparatus
  • An incision determination unit for determining the incision line and the incidence angle of the incision of the surgical tool in a three-dimensional image of the organ
  • And based on the three-dimensional image of the organ and includes a guide manufacturing unit for manufacturing a surgical guide for guiding the surgical tool inclined in response to the entry angle to the incision line.
  • the surgical guide manufacturing method is a method of manufacturing a surgical guide for guiding a cutting line (cutting line) formed to surround the tumor of the organ, mounted on the organ during medical surgery, a patient taken by an external imaging device Modeling a 3D image of the organ based on an image of the organ; Determining the incision and the incidence angle of the incision of the surgical tool to correspond to the location of the tumor in the 3D image of the organ; And based on the three-dimensional image of the organ, comprising the step of producing a surgical guide for guiding the surgical tool inclined in response to the entry angle to the incision line.
  • the guide manufacturing unit may be formed so that the thickness of the surgical guide corresponds to the difference value between the maximum reach and the incision length of the surgical tool.
  • the surgical guide according to the present invention is mounted on an organ during medical surgery, and guides a surgical tool to a cutting line surrounding a tumor of the organ, including a body mounted on the organ, and the incision in the body.
  • the guide hole is formed to be exposed, and the inner wall of the guide hole is formed to be inclined.
  • the thickness of the surgical guide may be formed so as to correspond to the difference between the maximum reach and the incision length of the surgical tool.
  • the body of the surgical guide according to the present invention may form a space into which one side of the organ is inserted.
  • the organ according to the invention is characterized in that the kidney, the body of the surgical guide is preferably formed in the form of a cap (cap) covering one side of the kidney.
  • the surgical guide body according to the present invention may be made of a mesh network.
  • the body of the surgical guide according to the present invention may be made of a shape memory alloy which is restored to the specified shape in response to temperature or electricity.
  • the surgical guide as well as guide the surgical tool to the position of the incision line of the organ, by guiding the incision angle and the incision depth of the surgical tool entering the inside of the organ, the inner part of the organ In the process of ablation, damage to normal tissues can be minimized.
  • the operator is configured to perform the incision procedure by sliding the surgical tool in contact with the guide wall in a state in which the surgical guide is mounted on the organ, it is possible to perform a safer and more convenient procedure.
  • the surgical guide is tailored to suit the long-term characteristics of the patient, is formed in the shape of a cap (Cap) corresponding to the outer curve of the organ, it is easy to install and can be used without a separate fixing means even after mounting.
  • Cap cap
  • the surgical guide can be folded or contracted in vitro and then inserted into the body through a laparoscopy tube.
  • the surgical guide is expanded according to temperature and electrical response, but deployed to restore to a design plan. It is less needed for recovery and has the effect of minimizing skin scars by minimizing the incision surface.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a surgical guide manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a flow chart for explaining a surgical guide manufacturing method according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a use state diagram showing a state in which the surgical guide is mounted on the organ according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a use state diagram showing a modification of the surgical guide shown in FIG.
  • FIG. 5 is a front view of FIG. 3;
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 5;
  • Figure 7 is an exemplary view illustrating the entry angle of the surgical tool for each case according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a surgical guide according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a use state diagram showing a state in which the surgical guide according to another embodiment of the present invention mounted on the organ,
  • the organ modeling unit for modeling a three-dimensional image of the organ based on the image of the patient taken by an external imaging device, In the three-dimensional image of the organ, the incision and the surgery to correspond to the location of the tumor Incision line determination unit for determining the incision line entry angle of the tool, and a guide manufacturing unit for manufacturing a surgical guide for guiding the surgical tool inclined corresponding to the entry angle to the incision line based on the three-dimensional image of the organ It includes a surgical guide body mounted to the organ through, to form a guide hole to expose the incision line in the surgical guide body, provides a surgical guide formed inclined the inner wall of the guide hole.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the surgical guide manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a state diagram showing the state used to mount the surgical guide according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a state diagram showing a modified example of the surgical guide shown in FIG. 3
  • FIG. 5 is a front view of FIG. 3
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line AA 'of FIG.
  • the surgical guide manufacturing apparatus (100: hereinafter referred to as 'manufacturing device') is mounted on the organ (O) of the soft tissue during medical surgery, the surgical tool is attached to the organ (0 Surgical guide is prepared to guide the incision (L) formed to surround the tumor (T) of the).
  • the manufacturing apparatus 100 includes an organ modeling unit 110, an incision determining unit 120, and a guide manufacturing unit 130.
  • the organ modeling unit 110 models a 3D image of the organ 0 based on an image of a patient photographed from an external imaging apparatus 50.
  • the imaging device 50 may be a CT or an MRI, but is not limited thereto.
  • the organ modeling unit 110 receives a plurality of tomographic images of the organ O photographed by the imaging apparatus 50 and converts the tomographic images into 3D images.
  • the incision determination unit 120 determines the incision line L and the incision angle of the incision line to correspond to the position of the boil T on the 3D image of the organ O.
  • the guide manufacturing unit 130 manufactures a surgical guide 10 as shown in FIG. 3 based on the 3D of the organ (O).
  • the surgical guide includes a body 10 and a guide hole 10h, and guides the surgical tool to the incision line L through the guide hole 10h.
  • the surgical guide body 10 guides the surgical tool to the incision line (L), but guides to tilt in response to the entry angle.
  • the guide manufacturing unit 130 may be formed so that the thickness (dg) of the surgical guide, corresponding to the difference value between the maximum reach (de) and the incision length (do) of the surgical tool.
  • FIG. 2 is a flow chart for explaining a surgical guide manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • the organ modeling unit 110 models a 3D image of the organ O based on an image of a patient photographed by the imaging apparatus 50 (S210). .
  • the organ modeling unit 110 receives a plurality of tomographic images of the organ O of the imaging apparatus 50 and converts the tomographic images into image data.
  • the converted image data is classified into objects for each organization.
  • the organ modeling unit 110 may divide the image data into the parenchyma and the tumor (T) of the organ (O).
  • the image data divided for each object is shaped into a 3D image.
  • the 3D image may be implemented on a design program such as CAD (Computer Aided Design) or CAM (Computer Aided Manufacturing).
  • the organ modeling unit 110 may be distinguished with the naked eye by giving different colors depending on the objects separated in the 3D image.
  • the incision determining unit 120 determines the incision line L and the incision angle of the incision of the surgical tool so as to correspond to the position of the boil T on the 3D image of the organ O ( S220).
  • the incision line L is a region exposed on the outer surface of the organ O, and the tumor T is formed to surround a portion exposed to the outside of the organ O.
  • the incision line entry angle of the surgical tool based on the position information of the tumor (T) formed on the inner side of the organ (O) to determine the incision angle of the inner portion of the organ (O), the incision angle Calculate to respond.
  • the incision determining unit 130 may determine the incision depth of the inner portion of the organ (O) based on the location information of the tumor (T) formed in the inner portion of the organ (O).
  • the guide manufacturing unit 130 manufactures a surgical guide based on the 3D image of the organ O and the information determined by the incision determining unit 120 (S230).
  • the guide manufacturing unit 130 preferably forms the surgical guide body 10 along the outline of the organ (O).
  • a guide hole 10h may be formed in the surgical guide body 10 so that the incision line L is exposed.
  • the guide manufacturing unit 130 may form an inner wall on which the guide hole 10h is formed as an inclined surface corresponding to the incision line entry angle of the surgical tool.
  • the guide manufacturing unit 130 is preferably formed so that the thickness (dg) of the surgical guide, corresponding to the difference value of the maximum reach (de) and the incision length (do) of the surgical tool. .
  • the surgical guide according to the present invention is mounted on the organ (O) to guide the surgical tool to the incision line (L), a surgical guide for embedding a part of the organ (O) It includes a body 10, one side of the surgical guide body 10 is formed with a guide hole (10h) corresponding to the incision line (L).
  • the guide hole 10h is formed along the incision line L, and the tumor T is exposed therein. At this time, the operator can visually check the state of the tumor through the guide hole 10h.
  • the inner wall of the guide hole (10h) is formed to be inclined.
  • the inner wall of the guide hole 10h may correspond to the incidence angles of incidence ( ⁇ , ⁇ ', ⁇ ′′, ⁇ , ⁇ ′, ⁇ ′′) of the surgical tool determined by the incision determination unit 120. It is preferable to incline.
  • the lower end of the inner wall of the guide hole (10h) is preferably in contact with the incision line (L).
  • the surgical guide body 10 formed as described above may perform an incision only by the operator sliding the surgical tool along the inner wall while the operator contacts the inner tool of the guide hole 10h.
  • the surgical guide body 10 may form a space in which one side of the organ (O) is inserted. More preferably, the surgical guide body 10 may be formed in a cap shape to surround one side of the organ (O).
  • the organ (0) may be a kidney (kidney).
  • the height is 10-14cm long, 5-6cm wide, 2.5-3cm thick, small organs with rounded upper and lower ends, one side convex, and the other side slightly curved concave.
  • such a cap-shaped surgical guide has the advantage that it is easy to be mounted on the kidney and does not peel off well even after wearing.
  • Such a shape of the surgical guide is another modification of the surgical guide body 10 of the kidney, as shown in Figure 4, the support portion 12, the guide hole 10h is shaped, and one end of the support portion 11 It may be composed of a connection portion 12 which is connected to each edge of and selectively attached to the other end of each other.
  • the surgical guide body 10 formed as described above is easy to install and can be used without a separate fixing means even after mounting.
  • the surgical guide body 10 may be formed such that its thickness dg corresponds to a difference value between the maximum reach distance de and the incision length do of the surgical tool.
  • the surgical tool when the surgical tool is formed of a handle frame in which a user's hand is held and a blade extending from an end of the handle frame, the length of the blade may be inserted into the organ (0) when the length of the blade is 20 mm.
  • the maximum reach (de) of the surgical tool can be assumed to be 20 mm.
  • the incision length (do) of one point is 12mm
  • the thickness (dg) of the surgical guide for guiding the point is formed to 8mm so that the surgical tool is inserted only 12mm into the incision line (L).
  • the end of the handle frame of the surgical tool is over the top of the surgical guide body (10).
  • Laparoscopic surgery can be operated with limited information on the size and location of the lesions due to the limitation of the field of vision and the operation through the camera, so in order to increase the success rate of laparoscopic surgery, there is a tendency to maximize the extent of resection. .
  • the surgical guide of another embodiment of the present invention may be implemented in a self-expanding type.
  • the self-expandable surgical guide is inserted into the body in a folded state through a laparoscopy tube, and then expands and develops in a shape corresponding to the shape of the organ in the body, and attaches it to the organ, and completes the installation of the surgical guide.
  • the surgical lesion and ablation line, angle, depth, etc. are accurately displayed / presented.
  • the surgical guide body 100 is preferably formed in a cap shape to cover or wrap one side of the organ (O), On one side, after mounting the surgical guide body 100 to the organ (O), the guide hole (100h) is formed so that the incision line is exposed, the inner wall of the guide hole (100h) is formed to be inclined.
  • the surgical guide body 100 may be formed of a mesh network.
  • the cap-shaped surgical guide body 100 made of the mesh network is compressed to be densely spaced between the meshes and deformed into a tube shape to deform the body. Is inserted into.
  • the tubular surgical guide body 100 deformed into a tube shape and inserted into the pso is expanded or deployed so that the spacing between the meshes in the body is coarse and restored to a cap shape.
  • the surgical guide restored to the cap shape is placed in the surgical position is mounted for a long time.
  • the expansion or deployment of the surgical guide body 100 may be expanded or deployed by an operator, such as a person pulls through the laparoscopic device, and also, the surgical guide body 100 is formed of a shape memory alloy In response to temperature or electricity optionally applied in or outside the body, the body may be expanded or developed and contracted to the designated shape, thereby deforming or restoring the shape.
  • the surgical guide body 100 is formed of a collapsible thin film, and fold the surgical guide body 100 made of a thin film in a predetermined form, and then inserted into the body through a laparoscopic surgical tube, inserted into the body
  • the operation guide body 100 can be deployed to the designated shape by manipulation, or applied to the corresponding temperature or electricity to be deployed and restored to the specified shape.

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Abstract

본 발명에 따른 수술가이드 제조장치는, 장기의 종양을 둘러싸도록 형성된 절개선(Cutting line)을 안내하는 수술가이드를 제조하는 장치에 관한 것으로서, 외부 영상 장치에서 촬영된 환자의 영상에 기초하여 상기 장기에 대한 3차원 영상을 모델링하는 장기 모델링부; 상기 장기의 3차원 영상에서, 상기 종양의 위치에 대응하도록 상기 절개선과, 상기 수술도구의 절개선 진입각도를 결정하는 절개선 결정부; 및 상기 장기의 3차원 영상을 기반으로, 상기 수술도구를 상기 절개선으로 상기 진입각도에 대응하여 기울어지게 안내하는 수술가이드를 제조하는 가이드 제조부를 포함한다. 이러한 본 발명에 따른 수술가이드에 의하면, 장기의 내측부를 절제하는 과정에서 정상 조직의 손상을 최소화할 수 있고, 수술도구를 안내벽에 접촉시켜 슬라이딩시키는 방법으로 절개 시술을 수행할 수 있어서, 보다 안전하고 간편한 시술이 가능하다.

Description

수술가이드 제조 장치 및 방법, 그리고 수술가이드
본 발명은 수술가이드 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 의료 수술 중에 연조직의 장기에 장착되어, 수술도구를 상기 장기의 종양을 둘러싸도록 형성된 절개선으로 안내하는 수술가이드 제조 장치 및 방법, 그리고 수술가이드에 관한 것이다.
최근 들어, 의학 기술 산업에 '3D 프린팅'으로도 알려진 적층제조 방식이 도입되면서, 환자별 맞춤형 의료 서비스가 가능해지고 있다.
더욱이 환자의 장기, 혈관 또는 종양 등의 생체조직과 동일한 생체모델을 제작하는 것이 가능해지면서, 생체 모델을 이용한 의료 시뮬레이션 뿐만 아니라 상기 생체 모델에 맞추어진 맞춤형 의료보조기의 제작도 또한 가능해졌다.
이러한 3D 프린팅 기술은, 자기공명영상법(MRI)나 컴퓨터단층촬영(CT)와 같은 영상장비를 이용하여 인쇄대상물의 영상을 획득한 뒤, 상기 영상을 기반으로 소프트웨어 상에 3D 모델링(Modeling)하여 설계도를 제작하고, 이를 종이에 인쇄하듯 3차원 공간 안에 적층하여 인쇄하는 방식으로 이루어진다.
위와 같은 맞춤형 의료보조기 중 하나로서, 장기의 암(종양) 제거 수술에 앞서, 장기 상의 수술 부위를 계산하고 수술도구가 상기 수술 부위로 안내될 수 있도록 경로를 가이드하는 수술용 가이드 장치가 제안되고 있다.
이와 같은 수술용 가이드 장치는 연성을 갖는 장기의 움직임을 고정하여 수술도구를 보다 안정적으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 정확한 수술 부위를 안내하여 수술의 정확도를 높일 수 있다.
이에 관련된 수술용 가이드 장치로서 일본등록특허 제2014-217549호가 개시되어 있다. 여기에서는 장기를 나타내는 3차원 화상을 취득하는 화상 취득부와 상기 3차원 화상으로부터 상기 장기를 추출하는 장기 추출부와 상기 장기에 대한 원하는 처치가 실시되는 상기 장기 표면의 처치부를 취득하는 처치부 취득부와 추출된 상기 장기와 취득된 상기 처치부에 기초하여 외표면과 상기 장기의 외표면을 따른 표면 형상을 가지는 내표면과 상기 처치부를 따라 상기 외표면으로부터 상기 내표면을 잇는 안내벽과 상기 장기상의 상기 처치부를 따라 상기 안내벽이 배치된 수술가이드를 제공하고 있다.
그러나 종래와 같은 수술가이드는 장기의 외표면에 드러난 처치부를 안내하고 있으나, 장기의 표면에 드러나지 않고 장기의 내측에 종양이 위치하는 경우, 그 위치를 안내할 수 없다는 한계점이 있다.
이러한 한계점은 장기의 내측을 절제하여 도려내는 데 있어서, 상기 수술도구가 처치부 이외의 정상 조직의 부위로 진입되면서 장기의 정상 조직에 손상을 입힐 위험이 있다. 특히, 신장 종양(RCC, Renal cell carcinoma)의 부분절제술의 경우, 과도하게 정상 조직의 손상될 시 장기의 기능 유지에 문제가 발생할 수 있기 때문에 이에 대한 개선이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 환자의 장기 특성에 맞도록 맞춤형으로 제작되고, 수술도구를 상기 장기 내측부의 절제 영역까지 정확하게 안내할 수 있어서, 보다 정확하고 안전한 절제 수술을 가능하게 하는 수술가이드 제조 장치 및 방법, 그리고 수술가이드를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 수술가이드 제조장치는 상기 장기의 종양을 둘러싸도록 형성된 절개선(Cutting line)을 안내하는 수술가이드를 제조하는 장치에 있어서, 외부 영상 장치에서 촬영된 환자의 영상에 기초하여 상기 장기에 대한 3차원 영상을 모델링하는 장기 모델링부; 상기 장기의 3차원 영상에서, 상기 종양의 위치에 대응하도록 상기 절개선과, 상기 수술도구의 절개선 진입각도를 결정하는 절개선 결정부; 및 상기 장기의 3차원 영상을 기반으로, 상기 수술도구를 상기 절개선으로 상기 진입각도에 대응하여 기울어지게 안내하는 수술가이드를 제조하는 가이드 제조부를 포함한다.
본 발명에 따른 수술가이드 제조 방법은 의료 수술 중 장기에 장착되어, 상기 장기의 종양을 둘러싸도록 형성된 절개선(Cutting line)을 안내하는 수술가이드를 제조하는 방법에 있어서, 외부 영상 장치에서 촬영된 환자의 영상에 기초하여 상기 장기에 대한 3차원 영상을 모델링하는 단계; 상기 장기의 3차원 영상에서, 상기 종양의 위치에 대응하도록 상기 절개선과, 상기 수술도구의 절개선 진입각도를 결정하는 단계; 및 상기 장기의 3차원 영상을 기반으로, 상기 수술도구를 상기 절개선으로 상기 진입각도에 대응하여 기울어지게 안내하는 수술가이드를 제조하는 단계를 포함한다. 여기서 상기 가이드 제조부는 상기 수술가이드의 두께가, 상기 수술도구의 최대 도달 거리와 절개길이의 차이 값에 대응하도록 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 수술가이드는 의료 수술 중 장기에 장착되어, 수술도구를 상기 장기의 종양을 둘러싼 절개선(Cutting line)으로 안내하는데, 상기 장기에 장착되는 몸체를 포함하고, 상기 몸체에서 상기 절개선이 드러나도록 가이드홀을 형성하며, 상기 가이드홀의 내벽을 경사지게 형성된다. 여기서 상기 수술가이드의 두께가, 상기 수술도구의 최대 도달 거리와 절개길이의 차이 값에 대응하도록 형성할 수 있다.
여기서 본 발명에 따른 수술가이드의 몸체는 상기 장기의 일측이 삽입되는 공간을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 장기는 신장인 것을 특징으로 하며, 상기 수술가이드의 몸체는 신장의 일측을 씌우는 캡(cap) 형태로 형성인 것이 바람직하다.
이때 본 발명에 따른 상기 수술가이드 몸체는 메쉬망으로 이루어질 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 상기 수술가이드의 몸체는 온도 또는 전기에 반응하여 해당 지정형상으로 복원되는 형상기억합금으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수술가이드에 의하면, 수술도구를 장기의 절개선의 위치로 안내할 뿐만 아니라, 상기 장기 내측부로 진입하는 수술도구의 절개각도와 절개 깊이를 안내함으로써, 상기 장기의 내측부를 절제하는 과정에서 정상 조직의 손상을 최소화할 수 있다.
또한, 수술자가 상기 수술가이드를 장기에 장착한 상태에서, 상기 수술도구를 안내벽에 접촉시켜 슬라이딩시키는 방법으로 절개 시술을 수행하도록 구성되어, 보다 안전하고 간편한 시술이 가능하다.
더불어, 상기 수술가이드는 환자의 장기 특성에 맞도록 맞춤형으로 제작되며, 장기의 외곽 굴곡에 대응하는 캡(Cap)형상으로 형성되어, 장착이 간편하고 장착 후에도 별도의 고정수단 없이 사용할 수 있다.
그리고 상기 수술가이드는 체외에서 접거나, 수축시킨 후 복강경 수술용 관을 통해 체내로 삽입 가능하도록 하고, 체내에 삽입된 수술가이드를 온도 및 전기적 반응에 따라 팽창시키나, 전개되어 설계안 형태로 복원도록 하여, 회복에 소요되는 적고, 절개면의 최소화하여 피부 반흔을 최소화할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수술가이드 제조장치의 구성을 도시한 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수술가이드 제조 방법을 설명하기 위한 순서도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수술가이드를 장기에 장착한 상태를 도시한 사용 상태도,
도 4는 도 3에서 나타낸 수술가이드의 변형예를 도시하는 사용 상태도,
도 5은 도 3의 정면도,
도 6는 도 5의 AA'선을 따라 취한 단면도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 케이스별 수술도구의 진입 각도를 예시한 예시도,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술가이드를 도시한 구성도,
도 9은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술가이드를 장기에 장착한 상태를 도시한 사용 상태도,
본 발명은 외부 영상 장치에서 촬영된 환자의 영상에 기초하여 상기 장기에 대한 3차원 영상을 모델링하는 장기 모델링부, 상기 장기의 3차원 영상에서, 상기 종양의 위치에 대응하도록 상기 절개선과, 상기 수술도구의 절개선 진입각도를 결정하는 절개선 결정부, 및 상기 장기의 3차원 영상을 기반으로 상기 수술도구를 상기 절개선으로 상기 진입각도에 대응하여 기울어지게 안내하는 수술가이드를 제조하는 가이드 제조부를 통해 상기 장기에 장착되는 수술가이드 몸체를 포함하고, 상기 수술가이드 몸체에 상기 절개선이 드러나도록 가이드홀을 형성하며, 상기 가이드홀의 내벽을 경사지게 형성한 수술가이드를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수술가이드 제조장치의 구성을 도시한 블록 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수술가이드를 장기에 장착한 상태를 도시한 사용 상태도이며, 도 4는 도 3에서 나타낸 수술가이드의 변형예를 도시하는 사용 상태도이고, 도 5은 도 3의 정면도이며, 도 6는 도 5의 AA'선을 따라 취한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수술가이드 제조 장치는(100: 이하 '제조 장치'라 함.)의료 수술 중에 연조직의 장기(O)에 장착되어, 수술도구를 상기 장기(0)의 종양(T)을 둘러싸도록 형성된 절개선(L)으로 안내하는 수술가이드 제조한다. 이를 위해 상기 제조 장치(100)는 장기 모델링부(110), 절개선 결정부(120) 및 가이드 제조부(130)를 포함한다.
상기 장기 모델링부(110)는 외부 영상 장치(50)로부터 촬영된 환자의 영상에 기초하여 상기 장기(0)에 대한 3차원 영상을 모델링(Modelling)한다. 여기서 상기 영상 장치(50)로는 CT 또는 MRI를 예시할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 이때 장기 모델링부(110)는 상기 영상 장치(50)로부터 촬영된 상기 장기(O)에 대한 복수의 단층 영상을 수신하여 3차원 영상으로 변환한다.
상기 절개선 결정부(120)는 상기 장기(O)의 3차원 영상 상에 상기 종기(T)의 위치에 대응하도록 절개선(L)과, 수술도구의 상기 절개선 진입각도를 결정한다.
상기 가이드 제조부(130)는 상기 장기(O)의 3차원을 기반으로, 도 3과 같은 수술가이드(10)를 제조한다. 이때 상기 수술가이드는 몸체(10)와 가이드홀(10h)을 포함하고, 상기 가이드홀(10h)을 통해 수술도구를 상기 절개선(L)으로 안내한다. 이때 도 6을 참조하면 상기 수술가이드 몸체(10)는 상기 수술도구를 상기 절개선(L)으로 안내하되, 상기 진입각도에 대응하여 기울어지도록 안내한다. 또한 상기 가이드 제조부(130)는 상기 수술가이드의 두께(dg)가, 상기 수술도구의 최대 도달 거리(de)와 상기 절개길이(do)의 차이 값에 대응하도록 형성할 수 있다.
이하에서는, 도 2, 도 3 및 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 수술가이드 제조 방법을 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수술가이드 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2 및 도 3을 참조하여 살펴보면, 먼저 상기 장기 모델링부(110)는 상기 영상장치(50)에서 촬영된 환자의 영상에 기초하여 상기 장기(O)에 대한 3차원 영상을 모델링한다(S210). 이때 상기 장기 모델링부(110)는 상기 영상 장치(50)의 상기 장기(O)에 대한 복수의 단층 영상을 수신하여 영상 데이터로 변환한다. 그리고 변환된 영상데이터를 조직 별 객체로 구분한다. 예컨대, 상기 장기 모델링부(110)는 상기 영상데이터를 상기 장기(O)의 실질과 종양(T)으로 구분할 수 있다. 그리고 상기 객체별 구분된 영상데이터를 각각 3차원 영상으로 형상화 한다. 여기서 상기 3차원 영상은 CAD(Computer Aided Design), CAM(Computer Aided Manufacturing) 과 같은 설계 프로그램 상에서 구현될 수 있다. 또한 상기 장기 모델링부(110)는 상기 3차원 영상에 구분된 객체에 따라 다른 색감을 주어 육안으로 구분될 수 있도록 한다.
그리고 상기 절개선 결정부(120)는 상기 장기(O)의 3차원 영상 상에 상기 종기(T)의 위치에 대응하도록 절개선(L)과, 수술도구의 상기 절개선 진입각도를 결정한다(S220). 이때 상기 절개선(L)은 도 5에서 나타낸 바와 같이 상기 장기(O)의 외표면에 드러나는 영역으로서, 상기 종양(T)이 상기 장기(O)의 외부로 드러난 부분을 감싸도록 형성한다. 또한 상기 수술도구의 상기 절개선 진입각도는, 상기 장기(O)의 내측부에 형성된 상기 종양(T)의 위치 정보를 기반으로 상기 장기(O)의 내측부의 절개 각도를 결정하고, 상기 절개 각도에 대응하도록 산정한다. 또한 상기 절개선 결정부(130)는 상기 장기(O)의 내측부에 형성된 상기 종양(T)의 위치 정보를 기반으로, 상기 장기(O)의 내측부의 절개 깊이를 결정할 수 있다.
뒤이어 상기 가이드 제조부(130)는 상기 장기(O)의 3차원 영상과 상기 절개선 결정부(120)에서 결정된 정보를 기반으로, 수술가이드를 제조한다(S230). 이때 상기 가이드 제조부(130)는 상기 수술가이드 몸체(10)를 상기 장기(O)의 외곽선을 따라 형성하는 것이 바람직하다. 또한 상기 절개선(L)이 드러나도록 상기 수술가이드 몸체(10)에는 가이드홀(10h)을 형성할 수 있다. 또한 상기 가이드 제조부(130)는 상기 가이드홀(10h)이 형성된 내벽을, 상기 수술도구의 상기 절개선 진입각도에 대응하는 경사면으로 형성할 수 있다. 이때 도 6과 같이 상기 가이드 제조부(130)는 상기 수술가이드의 두께(dg)가, 상기 수술도구의 최대 도달 거리(de)와 절개길이(do)의 차이 값에 대응하도록 형성하는 것이 바람직하다.
이하에서는, 도 3 내지 도 6를 참조하여 본 발명에 따른 수술가이드를 자세히 설명하도록 한다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 수술가이드는 상기 장기(O)에 장착되어 수술도구를 상기 절개선(L)으로 안내하는 것으로서, 상기 장기(O)의 일부를 내장하는 수술가이드 몸체(10)를 포함하고, 상기 수술가이드 몸체(10)의 일측에는 상기 절개선(L)에 대응하는 가이드홀(10h)이 형성된다.
상기 가이드홀(10h)은 상기 절개선(L)을 따라 형성되며, 그 내부로 상기 종양(T)이 드러난다. 이때 수술자는 상기 가이드홀(10h)을 통하여 종양의 상태를 육안으로 확인할 수 있다. 이때 도 6과 같이, 상기 가이드홀(10h)의 내벽은 경사지게 형성된다. 이때, 상기 가이드홀(10h)의 내벽은 상기 절개선 결정부(120)에서 결정된 상기 수술도구의 상기 절개선 진입각도(α, α′,α″, β, β′,β″)와 대응하도록 경사지는 것이 바람직하다. 또한 상기 가이드홀(10h)의 내벽 하단은 상기 절개선(L)과 맞닿는 것이 바람직하다. 이처럼 형성된 수술가이드 몸체(10)는 수술자가 상기 가이드홀(10h)의 내벽에 수술도구를 접촉시킨 상태로 상기 수술도구를 상기 내벽을 따라 슬라이딩 시키는 동작만으로 절개를 수행할 수 있다. 또한 상기 수술가이드 몸체(10)는 상기 장기(O)의 일측이 삽입되는 공간을 형성할 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 수술가이드 몸체(10)는 상기 장기(O)의 일측을 감싸도록 캡(Cap)형상으로 형성될 수 있다. 이때 상기 장기(0)로는 신장(kidney)이 예시될 수 있다. 신장은 길이가 10~14cm, 폭은 5~6cm, 두께는 2.5~3cm 정도의 크기가 작은 장기로, 상하단이 둥글며, 일측부가 볼록하고 타측부가 다소 오목하게 휘어진 형태의 강낭콩 형상을 갖는다. 이와 같은 신장의 형상을 고려하였을 때, 상기와 같은 캡형상의 수술가이드는 신장에 장착하기에 용이하고 착용 후에도 잘 벗겨지지 않는 장점이 있다. 이와 같은 수술가이드의 형상은 신장의 또한 상기 수술가이드 몸체(10)의 다른 변형예로는, 도 4와 같이, 상기 가이드홀(10h)이 형된 지지부(12)와, 일단이 상기 지지부(11)의 가장 자리와 각각 연결되고 타단이 서로 선택적으로 부착되는 연결부(12)로 구성될 수 있다. 이처럼 형성되는 수술가이드 몸체(10)는 장착이 간편하며, 장착 후에도 별도의 고정수단 없이 사용 가능하다. 또한 상기 수술가이드 몸체(10)는 그 두께(dg)가, 상기 수술도구의 최대 도달 거리(de)와 절개길이(do)의 차이 값에 대응하도록 형성될 수 있다. 예컨대, 수술도구가 사용자의 손이 파지되는 손잡이프레임과, 상기 손잡이프레임의 단부로부터 연장되는 칼날로 형성되는 경우, 상기 칼날의 길이가 20mm이면 상기 장기(0)내로 최대 삽입될 수 있는 길이, 즉 수술도구의 최대 도달 거리(de)를 20mm라고 가정할 수 있다. 이때 일 지점의 절개길이(do)가 12mm이면, 해당 지점을 안내하는 수술가이드의 두께(dg)를 8mm로 형성하여 상기 수술도구가 상기 절개선(L)으로 12mm만 삽입되도록 할 수 있다. 이때 상기 수술가이드 몸체(10)의 상단에 상기 수술도구의 손잡이 프레임의 단부가 걸쳐지는 것이 바람직하다.
한편, 수술 시 절제 범위를 최소화(최소침습수술 minimum invasive surgery)하는 것이 중요한데, 특히 입원 기간의 단축 및 절개면의 단축으로 인한 피부 반흔이 적은 이점을 가진 복강경수술(로봇보조 포함) 빈도가 증가하고 있는 추세이다.
상기한 복강경 수술은 수술 시야의 한계 및 카메라를 통한 시술로 병변 크기 및 위치에 대하여 제한적인 정보를 가지고 수술할 수 밖에 없는 관계로, 복강경 수술 성공률을 높이기 위해, 절제 범위를 최대한 크게 하려는 경향이 있다.
이를 극복하기 위해 본 발명의 다른 실시예의 수술가이드는 자가팽창형으로 구현될 수 있다.
상기 자가팽창형 수술가이드는 복강경 수술용 관을 통해 접힌 상태로 체내로 삽입된 후, 체내에서 해당 장기의 형상에 대응하는 형태로 자가팽창 및 전개되어, 장기에 장착하고, 수술가이드의 장착이 완료되면 수술 병변 및 절제라인, 각도, 깊이 등을 정확하게 표시/제시하게 된다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술가이드 몸체(100)는 상기 장기(O)의 일측을 덮거나, 감쌀 수 있도록 캡(Cap)형상으로 형성하는 것이 바람직하고, 일측에는 수술가이드 몸체(100)를 장기(O)에 장착한 후, 절개선이 드러나도록 가이드홀(100h)이 형성되며, 상기 가이드홀(100h)의 내벽은 경사지게 형성된다.
상기 수술가이드 몸체(100)는 메쉬망으로 형성될 수 있다. 수술가이드몸체를 복강경 수술용 관을 통하여 체내로 삽입하는 경우, 상기 메쉬망으로 이루어진 캡 형상의 수술가이드 몸체(100)는 메쉬들의 간격들이 조밀해지도록 압축되어 튜브형태로 변형된 상태로 변형되어 체내로 삽입된다. 튜브 형태로 변형되어 pso로 삽입된 튜브 형태의 수술가이드 몸체(100)는 체내에서 메쉬 사이의 간격들이 엉성해지도록 팽창 또는 전개되어 캡 형상으로 복원된다. 캡 형상으로 복원된 수술가이드는 장기 장착되어 수술위치에 배치된다.
상기 수술가이드 몸체(100)의 팽창 또는 전개는 수술자가 복강경 장치를 통해 임의로 잡아당기는 등의 조작으로 팽창 또는 전개를 실시할 수 있고, 또한, 상기 수술가이드 몸체(100)는 형상기억합금으로 형성되어 , 체내 또는 체외에서 임의로 가하여 지는 온도 또는 전기에 반응하여, 해당 지정형상으로 팽창 또는 전개 그리고 수축되어 그 형태가 변형 또는 복원될 수 있다.
또한, 상기 수술가이드 몸체(100)는 접힐 수 있는 얇은 막으로 형성하고, 얇은 막으로 이루어진 수술가이드 몸체(100)를 지정 형태로 접은 후, 복강경 수술용 관을 통해 체내로 삽입하고, 체내에 삽입된 수술가이드 몸체(100)를 조작으로 해당 지정형상으로 전개하거나, 해당 온도 또는 전기를 가해 해당 지정형상으로 전개되어 복원되도록 할 수도 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 의료 수술 중 장기에 장착되어, 상기 장기의 종양을 둘러싸도록 형성된 절개선(Cutting line)을 안내하는 수술가이드를 제조하는 장치에 있어서,
    외부 영상 장치에서 촬영된 환자의 영상에 기초하여 상기 장기에 대한 3차원 영상을 모델링하는 장기 모델링부;
    상기 장기의 3차원 영상에서, 상기 종양의 위치에 대응하도록 상기 절개선과, 상기 수술도구의 절개선 진입각도를 결정하는 절개선 결정부; 및
    상기 장기의 3차원 영상을 기반으로, 상기 수술도구를 상기 절개선으로 상기 진입각도에 대응하여 기울어지게 안내하는 수술가이드를 제조하는 가이드 제조부를 포함하는 수술가이드 모델 제조 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가이드 제조부는 상기 수술가이드의 두께가, 상기 수술도구의 최대 도달 거리와, 절개길이의 차이 값에 대응하도록 형성하는 수술가이드 제조 장치.
  3. 의료 수술 중 장기에 장착되어, 상기 장기의 종양을 둘러싸도록 형성된 절개선(Cutting line)을 안내하는 수술가이드를 제조하는 방법에 있어서,
    외부 영상 장치에서 촬영된 환자의 영상에 기초하여 상기 장기에 대한 3차원 영상을 모델링하는 단계;
    상기 장기의 3차원 영상에서, 상기 종양의 위치에 대응하도록 상기 절개선과, 상기 수술도구의 절개선 진입각도를 결정하는 단계; 및
    상기 장기의 3차원 영상을 기반으로, 상기 수술도구를 상기 절개선으로 상기 진입각도에 대응하여 기울어지게 안내하는 수술가이드를 제조하는 단계를 포함하는 수술가이드 제조 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    수술가이드를 제조하는 단계는 상기 수술가이드의 두께가, 상기 수술도구의 최대 도달 거리와, 절개길이의 차이 값에 대응하도록 형성하는 수술가이드 제조 방법.
  5. 의료 수술 중 장기에 장착되어, 수술도구를 상기 장기의 종양을 둘러싼 절개선(Cutting line)으로 안내하는 수술가이드에 있어서,
    상기 장기에 장착되는 수술가이드 몸체를 포함하고,
    상기 수술가이드 몸체에 상기 절개선이 드러나도록 가이드홀을 형성하며, 상기 가이드홀의 내벽을 경사지게 형성한 수술가이드.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 수술가이드 몸체는
    상기 장기의 일측이 삽입되는 공간을 형성하는 수술가이드.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 장기는 신장인 것을 특징으로 하며,
    상기 수술가이드 몸체는 신장의 일측을 씌우는 캡(cap) 형태로 형성하는 수술가이드.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 수술가이드 몸체는
    메쉬망으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수술가이드.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 수술가이드 몸체는
    온도 또는 전기에 반응하여 해당 지정형상으로 복원되는 형상기억합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수술가이드.
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