WO2019168254A1 - 골 재건을 위한 골 지지체, 이의 제조 방법 및 시스템 - Google Patents

골 재건을 위한 골 지지체, 이의 제조 방법 및 시스템 Download PDF

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WO2019168254A1
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bone
support
data
cross
reconstruction
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PCT/KR2018/015052
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이경돈
서태석
이종원
박기영
김재성
진병주
김기주
윤도균
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고등기술연구원연구조합
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Definitions

  • the present invention relates to a bone support for bone reconstruction, a method and system for producing the same.
  • Bone support is a member that is buried in the body in the field of dentistry or orthopedics to replace the bones of the human body damaged by disease or accident.
  • the bone support is implanted in the bone defect site and serves to compensate for the bone defect, and there are two methods for the bone support implantation. One is to implant bones from other parts of the patient into the affected area, and the other is to implant artificially produced scaffolds.
  • a method of implanting an artificial support body into a defect site is mainly used.
  • a material such as titanium or ceramic is mainly used.
  • Embodiments of the present invention have been made to solve the problems of the prior art as described above, to provide a bone support, a method and system for manufacturing the same, the physical characteristics of the missing bone of the patient similarly mimicked within the error range do.
  • a bone support implanted into a bone defect site for bone reconstruction of a patient comprising: a main support provided to receive a load applied to the bone defect site of the bone defect site; And a coupling member connected to both ends of the main support and including a coupling member for coupling the bone defect site and the main support to the bone support for bone reconstruction.
  • a fastening hole is formed in the coupling member, a screw passing through the fastening hole is inserted into the remaining bone of the bone defect site, the coupling member is coupled to the bone can be provided a bone support for bone reconstruction.
  • the main support may have a hollow therein, and a bone support for bone reconstruction having a circumferential surface surrounding the hollow may be provided.
  • the main support a plurality of vertical support for interconnecting the two coupling members connected to both ends; And a horizontal support connecting the plurality of longitudinal supports to each other, a bone support for bone reconstruction may be provided.
  • the main support may include a first support member; And a second support member engaged with the first support member, a bone support for bone reconstruction.
  • the first support member may include an assembly frame having a first assembly hole formed therein for engagement with the second support member, and the second support member may be disposed at a position corresponding to the first assembly hole formed in the assembly frame. 2 is formed, the bone assembly for bone reconstruction, wherein the first assembly hole and the second assembly hole is fastened to each other by inserting a screw into the first assembly hole and the second assembly hole.
  • the main support may include an outer support member having a hollow formed therein; And an inner support member provided inside the outer support member, a bone support for bone reconstruction may be provided.
  • connecting frame connecting the outer supporting member and the inner supporting member, wherein the connecting frame is provided to be formed along a circumference of the inner supporting member and is connected to the inner supporting member and the outer supporting member. frame; And a vertical frame connected to the horizontal frame, the vertical frame extending from a circumference of the inner support member in a direction deviating from the direction in which the horizontal frame extends.
  • the horizontal frame may be provided in plurality
  • the vertical frame may be provided to interconnect the plurality of the horizontal frame
  • bone support for bone reconstruction may be provided.
  • the main support may include a plurality of connecting pillars connecting the two coupling members and supporting a load applied to the bone defect site;
  • a bone support for bone reconstruction may be provided, including a first frame and a second frame provided at both ends of a plurality of said connecting pillars.
  • the main support may further include a bone support for bone reconstruction, which further includes a reinforcement formed to surround the plurality of connection pillars.
  • a method for manufacturing a bone support implanted in the bone defect site for bone reconstruction of the patient comprising the steps of measuring the physical property data for each part of the human body in the storage unit; Obtaining scan data of the bone defect site; Obtaining a regenerated image of the bone defect site using the scan data; Generating cross-sectional data from the regenerated image; Generating data on the cross-sectional shape of the bone support using the cross-sectional data; Generating data on the overall shape of the bone support using the cross-sectional shape data of the bone support; And manufacturing the bone support based on the overall shape data of the bone support, there may be provided a method for producing a bone support for bone reconstruction.
  • the step of generating data on the cross-sectional shape selecting the design parameters for the physical properties of the bone support and the bone defect site; And setting a value of the design variable of the bone support so as to fall within a preset error range of the value of the design variable for the bone defect site.
  • a method of manufacturing a bone support for bone reconstruction may be provided. have.
  • the design variable may include at least one of cross-sectional area, permissible strength, center of gravity, principal axes of moment of inertia, and principal moments of inertia of the center of gravity and the principal axis. Including, there may be provided a method for producing a bone support for bone reconstruction.
  • the system for producing a bone support implanted in the bone defect site for bone reconstruction of the patient the physical property data and the scan of the bone defect site measured for each part of the human body
  • a data collection unit for obtaining data A storage unit which stores data collected by the data collection unit;
  • a cross-sectional data generator which obtains a regenerated image of the bone defect area using the scan data and generates cross-sectional data through the regenerated image;
  • a shape generating unit generating data on the cross-sectional shape of the bone support by using the cross-sectional data and generating data on the overall shape of the bone support by using the cross-sectional shape data;
  • a manufacturing unit for manufacturing the bone support based on the overall shape data of the bone support a system for manufacturing a bone support for bone reconstruction may be provided.
  • the apparatus may further include a variable selecting unit configured to select a design variable for a physical property of the bone support and the bone defect site, wherein the shape generating unit is within a preset error range of the value of the design variable for the bone defect site.
  • a system for making a bone support for bone reconstruction can be provided that sets the value of the design parameter of the bone support to produce the cross-sectional shape data.
  • the design variable selected by the variable selector may include a cross-sectional area, an allowable strength, a center of gravity, a principal axis of moment of inertia, and a cross-sectional secondary moment at the center of gravity and the main axis.
  • a system for producing a bone support for bone reconstruction comprising at least one of.
  • a bone support in which the physical characteristics of the missing bone of the patient can be similarly simulated within the margin of error can be manufactured and implanted, so that the patient can be affected by the load that the bone support will receive in everyday life. Nevertheless, there is an effect that results similar to those before the bone defect can be obtained.
  • FIG. 1 is a view showing a bone support according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a bone support according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view showing a bone support according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing a bone support according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing a bone support according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a manufacturing system for manufacturing the bone support shown in FIGS. 1 to 5.
  • FIG. 7 is a flow chart illustrating a method of making a bone support using the manufacturing system of FIG. 6.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating a process of obtaining a regenerated image using a scanned image of a bone defect part in the manufacturing method of FIG. 7.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating a process of generating data about a cross-sectional shape of a bone support in the manufacturing method of FIG. 7.
  • the bone support according to the embodiments of the present invention is provided to compensate for the bone defect and to help reconstruct the bone defect at the same time as the bone defect is implanted in a patient suffering from a bone defect due to factors such as a fracture accident, surgery, etc. .
  • the system and method for producing a bone support according to embodiments of the present invention is a variety of loads, such as compression, tension, shear, bending, buckling, etc. resulting from the bone-defective body characteristics of the patient and the activities in everyday life after recovery It is provided for designing and manufacturing a bone support capable of withstanding.
  • the system and method for producing a bone support define the main mechanical strength parameters and to have similar structural strength parameters within the margin of error depending on the physical characteristics of the bone defect site of the patient. It can be used to design a specific shape and material of, and to create a patient-specific bone support based on this.
  • the bone support prepared in this way may have various shapes, and the shape may be determined by whether or not to which site is implanted, the amount of the missing bone, the shape of the missing site, and the like.
  • various embodiments of the bone support thus produced will be described, and then a detailed system and method for manufacturing the same will be described.
  • Shapes of the bone support shown in Figures 1 to 5 are examples of shapes designed and manufactured by the manufacturing method according to the present invention, the shape of the bone support is a variety of factors, such as the situation of the patient, bone defects, the requirements of the doctor Depending on the design can be manufactured.
  • the bone support 10 may include a main support part 100 and a coupling member 200.
  • the main support part 100 may be manufactured by simulating the bone shape of the bone defect site, thereby supplementing the bone defect of the bone defect site.
  • the main support 100 is provided to be connected to the defect cross section of the bone defect site to receive a load applied to the bone defect site.
  • the main support portion 100 may have a hollow therein, and may be provided in a shape having a circumferential surface surrounding the hollow, and the circumferential surface may be formed in a shape extending smoothly from the remaining bone shape of the bone defect site. have.
  • the coupling member 200 is connected to both ends of the main support part 100, and is provided to couple the bone defect site with the main support part 100. At this time, the coupling member 200 is formed with a receiving space in which the end portion of the bone defect portion can be accommodated, the periphery of the receiving space may be provided in a shape surrounding the wall. In addition, a fastening hole 202 for screwing into the remaining bone of the bone defect site may be formed.
  • the coupling member 200 may be provided extending from both ends of the main support part 100, may be formed integrally with the main support part 100, and may be manufactured separately from the main support part 100 to be provided as a main support part ( It may be provided in a manner combined with 100).
  • the first embodiment described above may be provided as a basic shape of the bone support 10, but the shape of the bone support may be variously modified.
  • a bone support 11 according to a second embodiment of the present invention may be provided.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in the shape of the main support part 100, and the difference will be mainly described, and the same parts will use the first embodiment.
  • the main support portion 100 of the bone support 11 is a plurality of longitudinal supports 110 and a plurality of longitudinal supports 110 interconnecting two coupling members 200 connected to both ends of each other. It may include a horizontal support 120 for connecting.
  • the load applied to the bone defect may be primarily applied to the longitudinal support 110, and the longitudinal support 110 may be supported by the transverse support 120.
  • the horizontal support 120 may be provided in one layer or may be provided in a plurality of layers, as shown in FIG. 2.
  • the vertical support 110 and the horizontal support 120 may be formed integrally, or may be provided in a manner that is coupled to each other after being manufactured separately.
  • the main support part 100 may be made of two or more members so that each member may be fastened to each other by screwing or the like.
  • the bone support 12a illustrated in FIG. 3A may include a first support member 102 and a second support member 104 fastened to the first support member 102.
  • the first support member 102 includes an assembly frame 108 in which a first assembly hole 106 for fastening with the second support member 104 is formed
  • the second support member 104 includes an assembly frame
  • the second assembly hole 107 may be formed at a position corresponding to the first assembly hole 106 formed in the 108. Accordingly, a screw is inserted into the first assembly hole 106 and the second assembly hole 107 so that the first support member 102 and the second support member 104 are coupled to each other.
  • the main support part 100 may be formed.
  • the coupling member 200 may also be provided divided into two members, the first assembly 204 and the second assembly 206, the first assembly 204 is provided at both ends of the first support member 102 Extending from the second assembly 206 may extend from both ends of the second support member 104. In this case, the first assembly 204 and the second assembly 206 may not be fastened to each other, or may be fastened to each other through a separate fastening member. In the former case, as shown in FIG. 3A, the main assembly 204 is connected to the first and second support members 104 and 106, respectively. Positions relative to 100 may be maintained respectively.
  • the assembly frame 108 may be formed on the first support member 102 or on the second support member 104, and as shown in FIG. 3, the first support member 102 and the second support. All may be formed in the member 104. In addition, the assembly frame 108 may be formed at one end of the first support member 102 and / or the second support member 104, and may have a step shape to have two corners.
  • the assembly protrusion protruding in the vertical direction from the first support member 102 and / or the second support member 104. 109 may be engaged with the remaining bone of the bone defect site.
  • a second assembly hole 107 is formed in the assembly protrusion 109, and the first assembly hole 106 may be formed at a position on the assembly frame 108 corresponding to the position of the second assembly hole 107. . Accordingly, the screw inserted into the first assembly hole 106 and the second assembly hole 107 is inserted into the remaining bone so that the main support part 100 may be implanted and fixed to the bone defect site.
  • the main support 100 and the coupling member 200 is shown as an example divided into two members, but the spirit of the present invention is not limited to this, the main support 100 is three or more members It is also possible to be divided and formed by combining each member.
  • FIG. 4 shows a bone support 13 according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the main support part 100 may include an outer support member 135, an inner support member 130, and a connection frame 140.
  • the outer support member 135 may have a hollow formed therein, and the inner support member 130 may be provided in the hollow of the outer support member 135.
  • the connection frame 140 may be provided to connect the outer support member 135 and the inner support member 130.
  • the connecting frame 140 is provided to be formed along the circumference of the inner support member 130 to the horizontal frame 142 and the horizontal frame 142 connected to the inner support member 130 and the outer support member 135. It may include a vertical frame 144 connected to extend in a direction deviating from the direction in which the horizontal frame 142 extends from the circumference of the inner support member 130.
  • the horizontal frame 142 may be provided in plurality, and the vertical frame 144 may be provided to interconnect the plurality of horizontal frames 142. Accordingly, the outer support member 135 and the inner support member 130 are connected by the horizontal frame 142 and the vertical frame 144 are fixed to each other.
  • the outer support member 135, the inner support member 130 and the connecting frame 140 may be formed integrally, or each may be manufactured separately and fastened to each other.
  • FIG. 5 shows a bone support 14 according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the main support part 100 of the bone support 14 according to the fifth embodiment may include a connection pillar 150, a reinforcing rod 160, a first frame 162, and a second frame 164.
  • connection pillar 150 may be provided in plural to connect two coupling members 200 provided at both ends of the main support part 100, and may be provided to support a load applied to a bone defect site of the patient.
  • the connection column 150 may be formed in a curved bar shape as a cross-section of a square, or may be formed in a pipe shape having a hollow therein.
  • first and second frames 162 and 164 may be provided at both ends of the plurality of connection pillars 150. In this case, the first frame 162 and the second frame 164 may be provided to connect the plurality of connection pillars 150 and the coupling member 200.
  • the reinforcing table 160 may be formed to surround the plurality of connection columns 150 may be provided to reinforce the rigidity of the main support portion (100).
  • the connecting pillar 150, the reinforcing rod 160, the first frame 162 and the second frame 164 may be integrally formed, or may be separately manufactured and fastened to each other.
  • the system 20 for preparing a bone support includes a data collector 22, an input unit 23, a storage unit 24, and a cross-sectional data generator 25.
  • the selection unit 26, the shape generating unit 28 and the manufacturing unit 29 may be included.
  • the data collection unit 22 may obtain physical property data measured for each part of the human body and scan data of the bone defect site.
  • the physical data measured for each part of the human body is provided by separate test equipment, which is applied to people of various heights and weights according to their daily movements, ie compression, tension, bending, buckling, Data obtained by measuring fatigue loads.
  • the data collection unit 22 may obtain scan data obtained through CT imaging of a bone defect site of a patient in which a bone defect has occurred.
  • the data collected by the data collector 22 may be transferred to and stored in the storage 24.
  • the input unit 23 may be provided to receive a specification and design constraints of the bone support from a user such as a doctor.
  • the necessary specification and design constraints to be input may be, for example, the shape of a hole formed in a specific site, the spacing of each member in a specific cross section, and the like.
  • the input unit 23 may include an interface such as a keypad.
  • the necessary specifications and design constraints input through the input unit 23 may be stored in the storage unit 24 and may be reflected in generating the cross-sectional data of the bone support in the shape generating unit 28.
  • the cross-sectional data generation unit 25 is obtained through the data collection unit 22 to obtain a regenerated image (Figs. 8 and 3) of the bone defect site by using the scan data of the bone defect site stored in the storage unit 24.
  • the obtained regenerated image 3 can generate cross-sectional data of the bone defect site.
  • each cross section of the regenerated image 3 may be indexed and displayed from S 0 to S n .
  • the variable selector 26 may select design variables for physical properties of the bone support and the bone defect site. In this case, the variable selector 26 selects the necessary parameters for the design of the bone support by using the physical property data corresponding to the bone defect site and the scan data of the bone defect site among the physical property data of the human body stored in the storage unit 24. can do.
  • the design variables selected by the variable selector 26 include the cross-sectional area, the allowable strength, the center of gravity, the principal axes of moment of inertia, and the moments of inertia of the center of gravity and the principal axis. It may include at least one.
  • the shape generating unit 28 generates data on the cross-sectional shape of the bone support by using the cross-sectional data of the generated regenerated image 3 and generates data on the overall shape of the bone support by using the generated cross-sectional shape data. can do.
  • the shape generator 28 may generate cross-sectional shape data of the bone support so as to correspond to each cross section of the regenerated image 3.
  • Each cross-sectional shape data of the bone support thus generated may be matched one-to-one with each cross-sectional data of the regenerated image 3 generated by the cross-sectional data generator 25, and S 0 may be similar to the cross-sectional data of the regenerated image 3.
  • S n can be indexed and displayed.
  • the shape generating unit 28 sets the value of the design variable of the bone support so as to fall within the preset error range of the value of the design variable for the bone defect site selected by the variable selecting unit 26 to obtain the cross-sectional shape data. Can be generated.
  • the shape generating unit 28 may generate the cross-sectional shape data of the bone support by reflecting the necessary specifications and design constraints input through the input unit 23. In other words, the shape generator 28 may generate the cross-sectional shape data of the bone support by reflecting not only each design variable value but also input requirements and design constraints.
  • the cross-sectional shape data of the bone support generated through the shape generating unit 28 may be generated in a single shape, or may be generated in a plurality of possible shapes satisfying necessary conditions.
  • the shape generating unit 28 may receive an input from a user so that one of the plurality of possible shapes of the corresponding cross section is selected or arbitrarily selected.
  • any of the cross-sectional shape data (S i) of the cross-sectional position of the shape generator 28 is a cross-sectional shape data of the bone support that is generated by may have a predetermined thickness and may have a constant thickness along the circumference The thickness may vary along the perimeter and may have a shape cut along the perimeter. This is a function of the shape and thickness of the dense bone at the bone defect site.
  • the manufacturing unit 29 may manufacture the bone support based on the overall shape data of the generated bone support.
  • the manufacturing unit 29 may produce a bone support by, for example, 3D printing, insert / injection molding.
  • measuring physical property data of each part of the human body and storing it in the storage unit 24 (S10), scanning the bone defect site Acquiring the data (S20), obtaining a regenerated image of the bone defect site using the scan data (S30), generating a cross-sectional data through the regenerated image (S40), cross-section of the bone support using the cross-sectional data Generating data on the shape (S50), generating data on the overall shape of the bone support using the cross-sectional shape data of the bone support (S60) and the bone support based on the overall shape data of the bone support It may include the step of producing (S70).
  • the method for manufacturing a bone support may further include receiving input requirements and design constraints of the bone support from a user such as a doctor through the input unit 23.
  • the necessary specification and design constraints to be input may be, for example, the shape of a hole formed in a specific site, the spacing of each member in a specific cross section, and the like.
  • the necessary specifications and design constraints thus input may be stored in the storage unit 24.
  • Each cross-sectional data of the bone support is generated in step S50 of generating data on the cross-sectional shape of the bone support using the cross-sectional data. Can be reflected.
  • each cross section of the regenerated image 3 may be indexed and displayed from S 0 to S n .
  • the step of selecting the design parameters for the physical properties of the bone support and bone defect site (S52) and design for the bone defect site may include the step (S54) of setting the value of the design variable of the bone support to fall within the predetermined error range of the value of the variable.
  • the regenerated image 3 may be generated by a pre-stored algorithm from the shape of the missing cross section 2 of the remaining bone 1 of the bone missing part.
  • the primary support of the bone support so as to correspond to the appearance of each cross-sectional shape (Figs. 9 (a-1), 9 (b-1), 9 (c-1)) of the regenerated image 3 of the bone defect site.
  • 9 (a-2), 9 (b-2), 9 (c-2) are generated, and the final design of the bone support using the design variables selected by the variable selector 26.
  • Cross-sectional shapes Figs. 9 (a-3), 9 (b-3) and 9 (c-3)
  • the shape of the bone support according to each cross section may be different from each other.
  • the cross-sectional shape data of the bone support may be generated to have a one-to-one matching with respect to the cross-sectional shape of S 0 to S n of the regenerated image 3, and each cross-sectional shape data of the bone support is one-to-one matching regenerated image It may have a cross-sectional shape having a physical property similar to the physical property according to the value of each design variable of the cross-sectional shape data of (3).
  • the cross-sectional shape data of the bone support may be generated by reflecting not only the values of each design variable selected in the step S52 of selecting the design variable, but also input requirements and design constraints.
  • the cross-sectional shape data of the bone support thus generated may be generated in a single shape, or may be generated in a plurality of possible shapes satisfying necessary conditions.
  • the cross-sectional shape data of the bone support may be selected by the user from one of a plurality of possible shapes of the corresponding cross section, or may be arbitrarily selected.
  • the cross-sectional shape data either one of the cross-sectional shape data (S i) of the cross-sectional position of the bone support may have a predetermined thickness and may have a constant thickness along the periphery, it may be varied in thickness along the periphery It may have a shape cut along the circumference. This is a function of the shape and thickness of the dense bone at the bone defect site.
  • the final cross-sectional shape of the bone support generated from S 0 to S n may be smoothly connected to generate data on the overall shape of the bone support.
  • the bone support according to the embodiments of the present invention, a method and a system for manufacturing the same as described above, it is possible to produce and implant a bone support in which the physical characteristics of the missing bone of the patient are similarly mimicked within an error range.
  • the effect of the load that the bone support will receive in everyday life there is an effect that results similar to those before the bone defect can be obtained.

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Abstract

본 발명은 골 재건을 위한 골 지지체, 이의 제조 방법 및 시스템에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 환자의 골 재건을 위해 골 결손 부위에 이식되는 골 지지체에 있어서, 상기 골 결손 부위의 결손 단면에 연결되어 상기 골 결손 부위에 가해지는 하중을 받도록 제공되는 메인 지지부; 및 상기 메인 지지부의 양 단에 연결되며, 상기 골 결손 부위와 상기 메인 지지부를 결합시키는 결합 부재를 포함하는, 골 재건을 위한 골 지지체, 이의 제조 방법 및 시스템이 제공될 수 있다.

Description

골 재건을 위한 골 지지체, 이의 제조 방법 및 시스템
본 발명은 골 재건을 위한 골 지지체, 이의 제조 방법 및 시스템에 관한 것이다.
골 지지체는 질병이나 사고에 의해 손상된 인체의 뼈를 대체하기 위해 치과나 정형외과 분야에서 체내에 매식되는 부재를 말한다. 이러한 골 지지체는 골 결손 부위에 이식되어 골 결손을 보완하는 역할을 하며, 골 지지체 이식을 위한 방법으로는 크게 두 가지 방법이 있다. 하나는 환자 본인의 다른 부위에 있는 뼈를 환부에 이식하는 방식이고, 다른 하나는 인공으로 제작한 지지체를 이식하는 방법이다.
이 중, 환자 본인의 뼈를 이식하는 방식은 이식하기 위한 뼈를 추출하는 과정에서 또 다른 부위의 골 결손이 필연적으로 발생하는 바, 예상치 못한 후유증을 유발할 위험도 있고, 매우 제한적인 경우에만 가능한 방법이므로, 일반적으로는 인공으로 제작한 지지체를 결손 부위에 이식하는 방식이 주로 사용된다. 골 지지체를 인공으로 제작하여 이식하는 종래의 방법에 있어서는, 주로 티타늄이나 세라믹 등의 재료가 사용된다.
그런데, 이러한 종래의 골 지지체 제조 기술의 경우, 골 지지체 제조에 사용되는 재료가 인체의 뼈와 매우 상이한 물리적인 특성을 가지고, 환부에 이식된 골 지지체가 받을 다양한 하중 상태가 제대로 고려되기가 어려우므로, 뼈 구조체로서의 외형적 부적합, 재료의 부적합, 기계역학적인 부적합, 열적 부적합, 표면 특성 부적합 등으로 인해, 이식 후 환부에서의 신체 변형을 유발하거나, 환자가 불편함을 느끼고 심한 경우 주변 조직에 2차적인 피해를 가하게 될 수도 있다는 점에서 많은 문제점이 있다.
이에, 환자의 소실된 골의 물리적 특성이 오차 범위 내에서 유사하게 모방된 골 지지체를 제조하기 위한 기술이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 실시예들은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 환자의 소실된 골의 물리적 특성이 오차 범위 내에서 유사하게 모방된 골 지지체, 이를 제조하는 방법 및 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 환자의 골 재건을 위해 골 결손 부위에 이식되는 골 지지체에 있어서, 상기 골 결손 부위의 결손 단면에 연결되어 상기 골 결손 부위에 가해지는 하중을 받도록 제공되는 메인 지지부; 및 상기 메인 지지부의 양 단에 연결되며, 상기 골 결손 부위와 상기 메인 지지부를 결합시키는 결합 부재를 포함하는, 골 재건을 위한 골 지지체가 제공될 수 있다.
또한, 상기 결합 부재에는 체결공이 형성되고, 상기 골 결손 부위의 잔존하는 골에 상기 체결공을 통과한 나사가 삽입되어 상기 결합 부재가 상기 골에 결합되는, 골 재건을 위한 골 지지체가 제공될 수 있다.
또한, 상기 메인 지지부는 내부에 중공을 갖고, 상기 중공을 둘러싸는 둘레면을 갖는, 골 재건을 위한 골 지지체가 제공될 수 있다.
또한, 상기 메인 지지부는, 양 단에 연결된 두 개의 상기 결합 부재를 상호 연결하는 복수의 세로 지지대; 및 복수의 상기 세로 지지대를 서로 연결시키는 가로 지지대를 포함하는, 골 재건을 위한 골 지지체가 제공될 수 있다.
또한, 상기 메인 지지부는, 제1 지지 부재; 및 상기 제1 지지 부재와 체결되는 제2 지지 부재를 포함하는, 골 재건을 위한 골 지지체가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 지지 부재는, 상기 제2 지지 부재와 체결되기 위한 제1 조립공이 형성된 조립 프레임을 포함하고, 상기 제2 지지 부재에는 상기 조립 프레임에 형성된 상기 제1 조립공과 대응되는 위치에 제2 조립공이 형성되고, 상기 제1 조립공과 상기 제2 조립공에 나사가 삽입됨으로써 상기 제1 조립공과 상기 제2 조립공이 상호 체결되는, 골 재건을 위한 골 지지체가 제공될 수 있다.
또한, 상기 메인 지지부는, 내부에 중공이 형성된 외측 지지 부재; 및 상기 외측 지지 부재의 내측에 제공되는 내측 지지 부재를 더 포함하는, 골 재건을 위한 골 지지체가 제공될 수 있다.
또한, 상기 외측 지지 부재와 상기 내측 지지 부재를 연결하는 연결 프레임을 포함하고, 상기 연결 프레임은, 상기 내측 지지 부재의 둘레를 따라 형성되도록 제공되어 상기 내측 지지 부재와 상기 외측 지지 부재에 연결되는 가로 프레임; 및 상기 가로 프레임에 연결되고, 상기 내측 지지 부재의 둘레로부터 상기 가로 프레임이 연장되는 방향과 어긋나는 방향으로 연장 형성되는 세로 프레임을 포함하는, 골 재건을 위한 골 지지체가 제공될 수 있다.
또한, 상기 가로 프레임은 복수 개로 제공되고, 상기 세로 프레임은 복수의 상기 가로 프레임을 상호 연결하도록 제공되는, 골 재건을 위한 골 지지체가 제공될 수 있다.
또한, 상기 메인 지지부는, 두 개의 상기 결합 부재를 연결하고, 상기 골 결손 부위에 가해지는 하중을 지지하는 복수의 연결 기둥; 복수의 상기 연결 기둥들의 양 단부에 제공되는 제1 프레임 및 제2 프레임을 포함하는, 골 재건을 위한 골 지지체가 제공될 수 있다.
또한, 상기 메인 지지부는, 복수의 상기 연결 기둥을 감싸도록 형성되는 보강대를 더 포함하는, 골 재건을 위한 골 지지체가 제공될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 환자의 골 재건을 위해 골 결손 부위에 이식되는 골 지지체를 제조하는 방법에 있어서, 인체의 각 부위에 대한 물성 데이터를 측정하여 저장부에 저장하는 단계; 상기 골 결손 부위의 스캔 데이터를 입수하는 단계; 상기 스캔 데이터를 이용하여 상기 골 결손 부위의 재생성 이미지를 얻는 단계; 상기 재생성 이미지를 통해 단면 데이터를 생성하는 단계; 상기 단면 데이터를 이용하여 상기 골 지지체의 단면 형상에 대한 데이터를 생성하는 단계; 상기 골 지지체의 상기 단면 형상 데이터를 이용하여 상기 골 지지체의 전체 형상에 대한 데이터를 생성하는 단계; 및 상기 골 지지체의 전체 형상 데이터를 기반으로 상기 골 지지체를 제작하는 단계를 포함하는, 골 재건을 위한 골 지지체의 제조 방법이 제공될 수 있다.
또한, 단면 형상에 대한 데이터를 생성하는 단계는, 상기 골 지지체 및 상기 골 결손 부위의 물성치에 대한 설계 변수를 선정하는 단계; 및 상기 골 결손 부위에 대한 상기 설계 변수의 값의 기 설정된 오차 범위 내에 속하도록 상기 골 지지체의 상기 설계 변수의 값을 설정하는 단계를 포함하는, 골 재건을 위한 골 지지체의 제조 방법이 제공될 수 있다.
또한. 상기 설계 변수는, 단면적, 허용 강도, 무게 중심, 단면 이차 모멘트의 주축 방향(principal axes of moment of inertia) 및 상기 무게 중심과 상기 주축에서의 단면 이차 모멘트(principal moment of inertia) 중 적어도 하나 이상을 포함하는, 골 재건을 위한 골 지지체의 제조 방법 이 제공될 수 있다..
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 환자의 골 재건을 위해 골 결손 부위에 이식되는 골 지지체를 제조하는 시스템에 있어서, 인체의 각 부위에 대하여 측정된 물성 데이터 및 상기 골 결손 부위의 스캔 데이터를 입수하는 데이터 수집부; 상기 데이터 수집부에 의해 수집된 데이터를 저장하는 저장부; 상기 스캔 데이터를 이용하여 상기 골 결손 부위의 재생성 이미지를 얻고, 상기 재생성 이미지를 통해 단면 데이터를 생성하는 단면 데이터 생성부; 상기 단면 데이터를 이용하여 상기 골 지지체의 단면 형상에 대한 데이터를 생성하고, 상기 단면 형상 데이터를 이용하여 상기 골 지지체의 전체 형상에 대한 데이터를 생성하는 형상 생성부; 및 상기 골 지지체의 전체 형상 데이터를 기반으로 상기 골 지지체를 제작하는 제작부를 포함하는, 골 재건을 위한 골 지지체의 제조 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 골 지지체 및 상기 골 결손 부위의 물성치에 대한 설계 변수를 선정하는 변수 선정부를 더 포함하고, 상기 형상 생성부는 상기 골 결손 부위에 대한 상기 설계 변수의 값의 기 설정된 오차 범위 내에 속하도록 상기 골 지지체의 상기 설계 변수의 값을 설정하여 상기 단면 형상 데이터를 생성하는, 골 재건을 위한 골 지지체의 제조 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 변수 선정부에서 선정하는 상기 설계 변수는, 단면적, 허용 강도, 무게 중심, 단면 이차 모멘트의 주축 위치(principal axes of moment of inertia) 및 상기 무게 중심과 상기 주축에서의 단면 이차 모멘트(moment of inertia) 중 적어도 하나 이상을 포함하는, 골 재건을 위한 골 지지체의 제조 시스템이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 환자의 소실된 골의 물리적 특성이 오차 범위 내에서 유사하게 모방된 골 지지체를 제조 및 이식할 수 있어, 환자가 일상 생활에서 골 지지체가 받게 될 하중의 영향에도 불구하고 골 결손 이전의 상태와 유사한 결과를 얻을 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 골 지지체를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 골 지지체를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 골 지지체를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 골 지지체를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 골 지지체를 도시한 도면이다.
도 6은 도 1 내지 도 5에 도시된 골 지지체를 제조하기 위한 제조 시스템을 도시한 블록도이다.
도 7은 도 6의 제조 시스템을 이용하여 골 지지체를 제조하는 방법을 설명하는 순서도이다.
도 8은 도 7의 제조 방법에 있어서 골 결손 부위의 스캔 이미지를 이용하여 재생성 이미지를 얻는 과정을 나타내는 개념도이다.
도 9는 도 7의 제조 방법에 있어서 골 지지체의 단면 형상에 대한 데이터를 생성하는 과정을 나타내는 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 측면(aspects) 중 하나이며, 하기의 설명은 본 발명에 대한 상세한 기술의 일부를 이룰 수 있다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성 또는 기능에 관한 구체적인 설명은 본 발명을 명료하게 하기 위해 생략할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 포함할 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
그리고 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따른 골 지지체는 골절 사고, 수술 등의 요인으로 인해 골 결손을 당한 환자의 골 결손 부위에 이식되어 골 결손을 보상함과 동시에 골 결손 부위의 재건을 돕기 위해 제공되는 것이다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 골 지지체의 제조 시스템 및 방법은 환자의 골 결손된 신체 특성과 회복 후의 일상 생활에서의 동작들로부터 야기되는 압축, 인장, 전단, 굽힘, 좌굴 등의 다양한 하중을 견딜 수 있는 골 지지체를 설계 및 제작하기 위해 제공된다.
이를 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 골 지지체의 제조 시스템 및 방법은 기계 역학적인 주요 구조 강도 변수들을 정의하고 환자의 골 결손 부위의 신체 특성에 따라 오차 범위 안에서 유사한 구조 강도 변수들을 갖도록 골 지지체의 구체적인 형상 및 재질을 설계하고, 이를 기반으로 환자 맞춤형 골 지지체를 제작하는데 사용될 수 있다. 이렇게 제조되는 골 지지체는 다양한 형상을 가질 수 있으며, 이러한 형상은 어느 부위에 이식되는지 여부, 골 결손 부위의 결손된 양, 결손된 부위의 형상 등에 의해 정해질 수 있다. 이하에서는 이렇게 제조되는 골 지지체의 여러 실시예들에 대하여 설명된 후, 이를 제조하기 위한 구체적인 시스템 및 방법에 대하여 설명된다.
도 1 내지 도 5에는 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 제조되는 골 지지체의 다양한 형상들이 도시된다. 각 도면에 도시된 골 지지체의 형상은 설계 결과에 따라 도출된 소정 두께를 가지는 형상이지만 간략한 도시를 위해 해당 두께는 생략 도시하여 실선으로 표현하였다. 도 1 내지 도 5에 도시된 골 지지체의 형상들은 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 설계 및 제작된 형상의 예시들이며, 골 지지체의 형상은 환자의 상황, 골 결손 양태, 의사의 요구 조건 등 다양한 요인에 따라 달리 설계되어 제작될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 골 지지체(10)는 메인 지지부(100) 및 결합 부재(200)를 포함할 수 있다. 메인 지지부(100)는 골 결손 부위의 골 형상을 모사하여 제작될 수 있으며, 이에 따라 골 결손 부위의 골 결손을 보완할 수 있다. 이를 위해, 메인 지지부(100)는 골 결손 부위의 결손 단면에 연결되어 골 결손 부위에 가해지는 하중을 받도록 제공된다. 또한, 메인 지지부(100)는 내부에 중공을 갖고, 중공을 둘러싸는 둘레면을 갖는 형상으로 제공될 수 있으며, 이러한 둘레면은 골 결손 부위의 잔존하는 골 형상으로부터 매끄럽게 연장되는 형상으로 형성될 수 있다.
결합 부재(200)는 메인 지지부(100)의 양 단에 연결되며, 골 결손 부위와 메인 지지부(100)를 결합시키도록 제공된다. 이때, 결합 부재(200)는 골 결손 부위의 단부가 일부 수용될 수 있는 수용 공간이 형성되고, 수용 공간의 주위가 벽 형상으로 둘러싼 형상으로 제공될 수 있다. 또한, 골 결손 부위의 잔존하는 골에 나사 결합되기 위한 체결공(202)이 형성될 수 있다.
이러한 결합 부재(200)는 메인 지지부(100)의 양 단부로부터 연장 형성되어 제공될 수 있으며, 메인 지지부(100)와 일체로 형성될 수도 있고, 메인 지지부(100)와는 별개로 제작되어 메인 지지부(100)와 결합되는 방식으로 제공될 수도 있다.
상술한 제1 실시예는 골 지지체(10)의 기본적인 형상으로서 제공될 수 있으나, 골 지지체의 형상은 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 골 지지체(11)가 제공될 수도 있다. 제2 실시예는 메인 지지부(100)의 형상에 있어서 제1 실시예와 차이가 있으며, 이러한 차이를 위주로 설명하며, 동일한 부분은 제1 실시예를 원용하겠다.
제2 실시예에 따른 골 지지체(11)의 메인 지지부(100)는 양 단에 연결된 두 개의 결합 부재(200)를 상호 연결하는 복수의 세로 지지대(110) 및 복수의 세로 지지대(110)를 서로 연결시키는 가로 지지대(120)를 포함할 수 있다. 골 결손 부위에 가해지는 하중은 세로 지지대(110)에 일차적으로 가해지고, 가로 지지대(120)에 의해 세로 지지대(110)가 지지될 수 있다. 가로 지지대(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 한 개의 층으로 제공될 수도 있고, 복수의 층으로 제공될 수도 있다. 또한, 세로 지지대(110)와 가로 지지대(120)는 일체로 형성될 수도 있고, 서로 별개로 제작된 후에 결합되는 방식으로 제공될 수도 있다.
한편, 도 3에는 본 발명의 제3 실시예에 따른 골 지지체(12a, 12b)가 도시된다. 제3 실시예에 따른 골 지지체(12a, 12b)는 메인 지지부(100)가 둘 이상의 부재로 제작되어 나사 결합 등에 의해 각 부재가 상호 체결될 수 있다. 구체적으로, 도 3(a)에 도시된 골 지지체(12a)는 제1 지지 부재(102) 및 제1 지지 부재(102)와 체결되는 제2 지지 부재(104)를 포함할 수 있다.
이때, 제1 지지 부재(102)는, 제2 지지 부재(104)와 체결되기 위한 제1 조립공(106)이 형성된 조립 프레임(108)을 포함하고, 제2 지지 부재(104)에는 조립 프레임(108)에 형성된 제1 조립공(106)과 대응되는 위치에 제2 조립공(107)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 조립공(106)과 제2 조립공(107)에 나사가 삽입되어 제1 지지 부재(102)와 제2 지지 부재(104)가 상호 결합되며. 이로써 메인 지지부(100)가 형성될 수 있다.
또한, 결합 부재(200)도 제1 결합체(204)와 제2 결합체(206)의 두 개 부재로 나누어져서 제공될 수 있으며, 제1 결합체(204)는 제1 지지 부재(102)의 양 단으로부터 연장 형성되고, 제2 결합체(206)는 제2 지지 부재(104)의 양 단으로부터 연장 형성될 수 있다. 이때, 제1 결합체(204)와 제2 결합체(206) 상호간에는 체결되지 않을 수도 있고, 상호간에 별도의 체결 부재를 통해 체결될 수도 있다. 전자의 경우 도 3(a)에 도시된 바와 같이 제1 결합체(204)와 제2 결합체(206)는 각각 제1 지지 부재(104)와 제2 지지 부재(106)에 연결된 상태로 메인 지지부(100)에 대한 위치가 각각 유지될 수 있다.
조립 프레임(108)은 제1 지지 부재(102)에 형성될 수도 있고, 제2 지지 부재(104)에 형성될 수도 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 지지 부재(102)와 제2 지지 부재(104)에 모두 형성될 수도 있다. 또한, 조립 프레임(108)은 제1 지지 부재(102) 및/또는 제2 지지 부재(104)의 일측 단부에 형성될 수 있으며, 두 개의 모서리를 갖도록 스텝 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
또한, 도 3(b)에 도시된 골 지지체(12b)의 경우, 결합 부재(200) 대신 제1 지지 부재(102) 및/또는 제2 지지 부재(104)로부터 상하 방향으로 돌출 형성된 조립 돌출체(109)에 의해 골 결손 부위의 잔존하는 골과 체결될 수 있다. 이를 위해, 조립 돌출체(109)에 제2 조립공(107)이 형성되고, 제1 조립공(106)은 제2 조립공(107)의 위치와 대응되는 조립 프레임(108) 상의 위치에 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 조립공(106)과 제2 조립공(107)에 삽입된 나사가 잔존하는 골에 삽입됨으로써 메인 지지부(100)가 골 결손 부위에 이식되어 고정될 수 있다.
본 실시예에서는 메인 지지부(100)와 결합 부재(200)가 각각 두 개의 부재로 나누어진 것을 예로 들어 도시되었으나, 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니고, 메인 지지부(100)는 셋 이상의 부재로 나뉘어져 각각의 부재가 상호 결합되어 형성되는 것도 가능하다.
한편, 도 4에는 본 발명의 제4 실시예에 따른 골 지지체(13)가 도시된다. 제4 실시예에 따른 골 지지체(13)는 메인 지지부(100)가 외측 지지 부재(135), 내측 지지 부재(130) 및 연결 프레임(140)을 포함할 수 있다.
외측 지지 부재(135)는 내부에 중공이 형성될 수 있고, 이러한 외측 지지 부재(135)의 중공에 내측 지지 부재(130)가 제공될 수 있다. 또한, 연결 프레임(140)은 외측 지지 부재(135)와 내측 지지 부재(130)를 연결하도록 제공될 수 있다. 이때, 연결 프레임(140)은 내측 지지 부재(130)의 둘레를 따라 형성되도록 제공되어 내측 지지 부재(130)와 외측 지지 부재(135)에 연결되는 가로 프레임(142) 및 가로 프레임(142)에 연결되고, 내측 지지 부재(130)의 둘레로부터 가로 프레임(142)이 연장되는 방향과 어긋나는 방향으로 연장 형성되는 세로 프레임(144)을 포함할 수 있다.
가로 프레임(142)은 복수 개로 제공되고, 세로 프레임(144)은 복수의 가로 프레임(142)을 상호 연결하도록 제공될 수 있다. 이에 따라, 외측 지지 부재(135)와 내측 지지 부재(130)는 가로 프레임(142)과 세로 프레임(144)에 의해 연결되어 상호 고정된다.
이러한 외측 지지 부재(135), 내측 지지 부재(130) 및 연결 프레임(140)은 일체로 형성될 수도 있고, 각각이 별도로 제작되어 상호 체결될 수도 있다.
한편, 도 5에는 본 발명의 제5 실시예에 따른 골 지지체(14)가 도시된다. 제5 실시예에 따른 골 지지체(14)의 메인 지지부(100)는 연결 기둥(150), 보강대(160), 제1 프레임(162) 및 제2 프레임(164)를 포함할 수 있다.
연결 기둥(150)은 메인 지지부(100)의 양 단에 제공된 두 개의 결합 부재(200)를 연결하도록 복수 개로 제공될 수 있고, 환자의 골 결손 부위에 가해지는 하중을 지지하도록 제공될 수 있다. 이러한 연결 기둥(150)은 단면이 사각형의 형상으로서 굴곡진 바 형상으로 형성될 수도 있고, 내부에 중공을 갖는 파이프 형상으로 형성될 수도 있다. 또한, 복수의 연결 기둥(150)들의 양 단부에 제1 프레임(162) 및 제2 프레임(164)이 제공될 수 있다. 이때, 제1 프레임(162) 및 제2 프레임(164)은 복수의 연결 기둥(150)과 결합 부재(200)를 연결하도록 제공될 수 있다. 또한, 보강대(160)는 복수의 연결 기둥(150)을 감싸도록 형성되어 메인 지지부(100)의 강성을 보강하도록 제공될 수 있다.
이러한 연결 기둥(150), 보강대(160), 제1 프레임(162) 및 제2 프레임(164)은 일체로 형성될 수도 있고, 각각이 별도로 제작되어 상호 체결될 수도 있다.
이하에서는 상술한 바와 같은 골 지지체를 환자 맞춤형으로 제조하기 위한 제조 시스템과 이를 이용한 골 지지체의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 골 지지체의 제조 시스템(20)은 데이터 수집부(22), 입력부(23), 저장부(24), 단면 데이터 생성부(25), 변수 선정부(26), 형상 생성부(28) 및 제작부(29)를 포함할 수 있다.
데이터 수집부(22)는 인체의 각 부위에 대하여 측정된 물성 데이터 및 상기 골 결손 부위의 스캔 데이터를 입수할 수 있다. 인체의 각 부위에 대하여 측정된 물성 데이터는 별도로 제공되는 테스트 장비를 통해 다양한 키와 체중을 가진 사람들을 대상으로 일상적인 움직임에 따라 각 부위에 가해지는 하중, 즉, 압축, 인장, 굽힘, 좌굴, 피로 하중들을 측정하여 얻어진 데이터일 수 있다. 또한, 데이터 수집부(22)는 골 결손이 발생된 환자의 골 결손 부위를 CT 촬영 등을 통해 얻은 스캔 데이터를 입수할 수 있다. 이렇게 데이터 수집부(22)에 의해 수집된 데이터는 저장부(24)에 전달되어 저장될 수 있다.
입력부(23)는 의사 등 사용자로부터 골 지지체의 필요 사양 및 설계 제한 조건을 입력받도록 제공될 수 있다. 이때 입력되는 필요 사양 및 설계 제한 조건은 예를 들어 특정 부위에 형성되는 구멍의 형상, 특정 단면에서의 각 부재들의 간격 등일 수 있다. 이를 위해, 입력부(23)는 키패드 등의 인터페이스를 포함할 수 있다. 이렇게 입력부(23)를 통해 입력된 필요 사양 및 설계 제한 조건은 저장부(24)에 저장될 수 있으며, 형상 생성부(28)에서 골 지지체의 각 단면 데이터를 생성하는데 반영될 수 있다.
단면 데이터 생성부(25)는 데이터 수집부(22)를 통해 얻어져서 저장부(24)에 저장된 골 결손 부위의 스캔 데이터를 이용하여 골 결손 부위의 재생성 이미지(도 8, 3)를 얻고, 이렇게 얻어진 재생성 이미지(3)를 통해 골 결손 부위의 단면 데이터를 생성할 수 있다. 이때, 재생성 이미지(3)의 각 단면은 S0부터 Sn까지 인덱싱되어 표시될 수 있다.
변수 선정부(26)는 골 지지체 및 골 결손 부위의 물성치에 대한 설계 변수를 선정할 수 있다. 이때, 변수 선정부(26)는 저장부(24)에 저장된 인체 부위의 물성치 데이터 중 골 결손 부위에 대응되는 물성치 데이터와 골 결손 부위의 스캔 데이터를 이용하여 골 지지체의 설계를 위해 필요한 변수를 선정할 수 있다. 변수 선정부(26)가 선정하는 설계 변수는 단면적, 허용 강도, 무게 중심, 단면 이차 모멘트의 주축 위치(principal axes of moment of inertia) 및 무게 중심과 주축에서의 단면 이차 모멘트(moment of inertia) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
형상 생성부(28)는 생성된 재생성 이미지(3)의 단면 데이터를 이용하여 골 지지체의 단면 형상에 대한 데이터를 생성하고, 생성된 단면 형상 데이터를 이용하여 골 지지체의 전체 형상에 대한 데이터를 생성할 수 있다. 이때, 형상 생성부(28)는 재생성 이미지(3)의 각 단면에 대응되도록 골 지지체의 단면 형상 데이터를 생성할 수 있다. 이렇게 생성된 골 지지체의 각 단면 형상 데이터는 단면 데이터 생성부(25)에서 생성된 재생성 이미지(3)의 각 단면 데이터와 일대일로 매칭될 수 있으며, 재생성 이미지(3)의 단면 데이터와 마찬가지로 S0부터 Sn까지 인덱싱되어 표시될 수 있다.
또한, 형상 생성부(28)는 변수 선정부(26)에 의해 선정된 골 결손 부위에 대한 설계 변수의 값의 기 설정된 오차 범위 내에 속하도록 골 지지체의 설계 변수의 값을 설정하여 단면 형상 데이터를 생성할 수 있다.
또한, 형상 생성부(28)는 입력부(23)를 통해 입력된 필요 사양 및 설계 제한 조건을 반영하여 골 지지체의 단면 형상 데이터를 생성할 수 있다. 다시 말해서, 형상 생성부(28)는 각 설계 변수 값뿐 아니라 입력된 필요 사양 및 설계 제한 조건들을 모두 반영하여 골 지지체의 단면 형상 데이터를 생성할 수 있다.
형상 생성부(28)를 통해 생성되는 골 지지체의 단면 형상 데이터는 단일의 형상으로 생성될 수도 있고, 필요한 조건들을 만족하는 복수의 가능한 형상들로 생성될 수도 있다. 이렇게 복수의 형상으로 생성될 경우, 형상 생성부(28)는 사용자로부터 입력을 받아서 해당 단면의 복수의 가능한 형상들 중 하나가 선택되도록 하거나, 임의로 선택되도록 할 수도 있다.
또한, 형상 생성부(28)를 통해 생성되는 골 지지체의 단면 형상 데이터 중 어느 하나의 단면 위치에 대한 단면 형상 데이터(Si)는 소정의 두께를 가질 수 있으며, 둘레를 따라 일정한 두께를 가질 수도 있고, 둘레를 따라 두께가 변화될 수도 있으며, 둘레를 따라 단절된 형상을 가질 수도 있다. 이는 골 결손 부위의 치밀뼈의 형상, 두께 등의 특성과 함수 관계에 있다.
제작부(29)는 생성된 골 지지체의 전체 형상 데이터를 기반으로 골 지지체를 제작할 수 있다. 이때, 제작부(29)는 일 예로 3D 프린팅, 인서트/인젝션 몰딩 등의 방법으로 골 지지체를 제작할 수 있다.
이하에서는, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 제조 시스템(20)을 이용하여 골 지지체를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 골 지지체를 제조하는 방법은 인체의 각 부위에 대한 물성 데이터를 측정하여 저장부(24)에 저장하는 단계(S10), 골 결손 부위의 스캔 데이터를 입수하는 단계(S20), 스캔 데이터를 이용하여 골 결손 부위의 재생성 이미지를 얻는 단계(S30), 재생성 이미지를 통해 단면 데이터를 생성하는 단계(S40), 단면 데이터를 이용하여 골 지지체의 단면 형상에 대한 데이터를 생성하는 단계(S50), 골 지지체의 상기 단면 형상 데이터를 이용하여 골 지지체의 전체 형상에 대한 데이터를 생성하는 단계(S60) 및 골 지지체의 전체 형상 데이터를 기반으로 골 지지체를 제작하는 단계(S70)를 포함할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 골 지지체를 제조하는 방법은 입력부(23)를 통해 의사 등 사용자로부터 골 지지체의 필요 사양 및 설계 제한 조건을 입력받는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이때 입력되는 필요 사양 및 설계 제한 조건은 예를 들어 특정 부위에 형성되는 구멍의 형상, 특정 단면에서의 각 부재들의 간격 등일 수 있다. 이렇게 입력된 필요 사양 및 설계 제한 조건은 저장부(24)에 저장될 수 있으며, 단면 데이터를 이용하여 골 지지체의 단면 형상에 대한 데이터를 생성하는 단계(S50)에서 골 지지체의 각 단면 데이터를 생성하는데 반영될 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 재생성 이미지를 통해 단면 데이터를 생성하는 단계(S40)는 골 결손 부위의 재생성 이미지(3)를 소정 간격으로 절단한 단면 형상을 데이터로 생성할 수 있다. 이때, 재생성 이미지(3)의 각 단면은 S0부터 Sn까지 인덱싱되어 표시될 수 있다.
또한, 단면 데이터를 이용하여 골 지지체의 단면 형상에 대한 데이터를 생성하는 단계(S50)는, 골 지지체 및 골 결손 부위의 물성치에 대한 설계 변수를 선정하는 단계(S52) 및 골 결손 부위에 대한 설계 변수의 값의 기 설정된 오차 범위 내에 속하도록 골 지지체의 설계 변수의 값을 설정하는 단계(S54)를 포함할 수 있다. 이때 골 결손 부위의 잔존하는 골(1)의 결손 단면(2) 형상으로부터 기 저장된 알고리즘에 의해 재생성 이미지(3)가 생성될 수 있다.
또한, 골 결손 부위의 재생성 이미지(3)의 각 단면 형상(도 9(a-1), 도 9(b-1), 도 9(c-1))의 외형에 대응되도록 골 지지체의 1차 단면 형상(도 9(a-2), 도 9(b-2), 도 9(c-2))을 생성하고, 변수 선정부(26)에 의해 선정된 설계 변수들을 이용하여 골 지지체의 최종 단면 형상(도 9(a-3), 도 9(b-3), 도 9(c-3))을 생성할 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 각 단면에 따른 골 지지체의 형상은 서로 달라질 수 있다.
이에 따라, 재생성 이미지(3)의 S0부터 Sn까지의 단면 형상에 대하여 일대일 매칭이 되도록 골 지지체의 단면 형상 데이터가 생성될 수 있으며, 골 지지체의 각 단면 형상 데이터는 일대일로 매칭되는 재생성 이미지(3)의 단면 형상 데이터의 각 설계 변수 값에 따른 물리적 특성과 유사한 물리적 특성을 갖는 단면 형상을 가질 수 있다.
또한, 입력부(23)를 통해 입력된 필요 사양 및 설계 제한 조건을 반영하여 골 지지체의 단면 형상 데이터를 생성할 수 있다. 다시 말해서, 설계 변수를 선정하는 단계(S52)에서 선정된 각 설계 변수 값뿐 아니라 입력된 필요 사양 및 설계 제한 조건들을 모두 반영하여 골 지지체의 단면 형상 데이터가 생성될 수 있다.
이렇게 생성되는 골 지지체의 단면 형상 데이터는 단일의 형상으로 생성될 수도 있고, 필요한 조건들을 만족하는 복수의 가능한 형상들로 생성될 수도 있다. 이렇게 복수의 형상으로 생성될 경우, 골 지지체의 단면 형상 데이터는 사용자에 의해 해당 단면의 복수의 가능한 형상들 중 하나가 선택될 수도 있고, 임의로 선택될 수도 있다.
또한, 골 지지체의 단면 형상 데이터 중 어느 하나의 단면 위치에 대한 단면 형상 데이터(Si)는 소정의 두께를 가질 수 있으며, 둘레를 따라 일정한 두께를 가질 수도 있고, 둘레를 따라 두께가 변화될 수도 있으며, 둘레를 따라 단절된 형상을 가질 수도 있다. 이는 골 결손 부위의 치밀뼈의 형상, 두께 등의 특성과 함수 관계에 있다.
이렇게 S0부터 Sn까지 생성된 골 지지체의 최종 단면 형상을 부드럽게 연결하여 골 지지체의 전체 형상에 대한 데이터가 생성될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 골 지지체, 이를 제조하는 방법 및 시스템에 따르면, 환자의 소실된 골의 물리적 특성이 오차 범위 내에서 유사하게 모방된 골 지지체를 제조 및 이식할 수 있어, 환자가 일상 생활에서 골 지지체가 받게 될 하중의 영향에도 불구하고 골 결손 이전의 상태와 유사한 결과를 얻을 수 있다는 효과가 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 골 재건을 위한 골 지지체, 이의 제조 방법 및 시스템의 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.

Claims (17)

  1. 환자의 골 재건을 위해 골 결손 부위에 이식되는 골 지지체에 있어서,
    상기 골 결손 부위의 결손 단면에 연결되어 상기 골 결손 부위에 가해지는 하중을 받도록 제공되는 메인 지지부; 및
    상기 메인 지지부의 양 단에 연결되며, 상기 골 결손 부위와 상기 메인 지지부를 결합시키는 결합 부재를 포함하는,
    골 재건을 위한 골 지지체.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 결합 부재에는 체결공이 형성되고,
    상기 골 결손 부위의 잔존하는 골에 상기 체결공을 통과한 나사가 삽입되어 상기 결합 부재가 상기 골에 결합되는,
    골 재건을 위한 골 지지체.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 메인 지지부는 내부에 중공을 갖고, 상기 중공을 둘러싸는 둘레면을 갖는,
    골 재건을 위한 골 지지체.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 메인 지지부는,
    양 단에 연결된 두 개의 상기 결합 부재를 상호 연결하는 복수의 세로 지지대; 및
    복수의 상기 세로 지지대를 서로 연결시키는 가로 지지대를 포함하는,
    골 재건을 위한 골 지지체.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 메인 지지부는,
    제1 지지 부재; 및
    상기 제1 지지 부재와 체결되는 제2 지지 부재를 포함하는,
    골 재건을 위한 골 지지체.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 지지 부재는,
    상기 제2 지지 부재와 체결되기 위한 제1 조립공이 형성된 조립 프레임을 포함하고,
    상기 제2 지지 부재에는 상기 조립 프레임에 형성된 상기 제1 조립공과 대응되는 위치에 제2 조립공이 형성되고,
    상기 제1 조립공과 상기 제2 조립공에 나사가 삽입됨으로써 상기 제1 조립공과 상기 제2 조립공이 상호 체결되는,
    골 재건을 위한 골 지지체.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 메인 지지부는,
    내부에 중공이 형성된 외측 지지 부재; 및
    상기 외측 지지 부재의 내측에 제공되는 내측 지지 부재를 더 포함하는,
    골 재건을 위한 골 지지체.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 외측 지지 부재와 상기 내측 지지 부재를 연결하는 연결 프레임을 포함하고,
    상기 연결 프레임은,
    상기 내측 지지 부재의 둘레를 따라 형성되도록 제공되어 상기 내측 지지 부재와 상기 외측 지지 부재에 연결되는 가로 프레임; 및
    상기 가로 프레임에 연결되고, 상기 내측 지지 부재의 둘레로부터 상기 가로 프레임이 연장되는 방향과 어긋나는 방향으로 연장 형성되는 세로 프레임을 포함하는,
    골 재건을 위한 골 지지체.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 가로 프레임은 복수 개로 제공되고,
    상기 세로 프레임은 복수의 상기 가로 프레임을 상호 연결하도록 제공되는,
    골 재건을 위한 골 지지체.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 메인 지지부는,
    두 개의 상기 결합 부재를 연결하고, 상기 골 결손 부위에 가해지는 하중을 지지하는 복수의 연결 기둥;
    복수의 상기 연결 기둥들의 양 단부에 제공되는 제1 프레임 및 제2 프레임을 포함하는,
    골 재건을 위한 골 지지체.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 메인 지지부는,
    복수의 상기 연결 기둥을 감싸도록 형성되는 보강대를 더 포함하는,
    골 재건을 위한 골 지지체.
  12. 환자의 골 재건을 위해 골 결손 부위에 이식되는 골 지지체를 제조하는 방법에 있어서,
    인체의 각 부위에 대한 물성 데이터를 측정하여 저장부에 저장하는 단계;
    상기 골 결손 부위의 스캔 데이터를 입수하는 단계;
    상기 스캔 데이터를 이용하여 상기 골 결손 부위의 재생성 이미지를 얻는 단계;
    상기 재생성 이미지를 통해 단면 데이터를 생성하는 단계;
    상기 단면 데이터를 이용하여 상기 골 지지체의 단면 형상에 대한 데이터를 생성하는 단계;
    상기 골 지지체의 상기 단면 형상 데이터를 이용하여 상기 골 지지체의 전체 형상에 대한 데이터를 생성하는 단계; 및
    상기 골 지지체의 전체 형상 데이터를 기반으로 상기 골 지지체를 제작하는 단계를 포함하는,
    골 재건을 위한 골 지지체의 제조 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    단면 형상에 대한 데이터를 생성하는 단계는,
    상기 골 지지체 및 상기 골 결손 부위의 물성치에 대한 설계 변수를 선정하는 단계; 및
    상기 골 결손 부위에 대한 상기 설계 변수의 값의 기 설정된 오차 범위 내에 속하도록 상기 골 지지체의 상기 설계 변수의 값을 설정하는 단계를 포함하는,
    골 재건을 위한 골 지지체의 제조 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 설계 변수는,
    단면적, 허용 강도, 무게 중심, 단면 이차 모멘트의 주축 방향(principal axes of moment of inertia) 및 상기 무게 중심과 상기 주축에서의 단면 이차 모멘트(principal moment of inertia) 중 적어도 하나 이상을 포함하는,
    골 재건을 위한 골 지지체의 제조 방법.
  15. 환자의 골 재건을 위해 골 결손 부위에 이식되는 골 지지체를 제조하는 시스템에 있어서,
    인체의 각 부위에 대하여 측정된 물성 데이터 및 상기 골 결손 부위의 스캔 데이터를 입수하는 데이터 수집부;
    상기 데이터 수집부에 의해 수집된 데이터를 저장하는 저장부;
    상기 스캔 데이터를 이용하여 상기 골 결손 부위의 재생성 이미지를 얻고, 상기 재생성 이미지를 통해 단면 데이터를 생성하는 단면 데이터 생성부;
    상기 단면 데이터를 이용하여 상기 골 지지체의 단면 형상에 대한 데이터를 생성하고, 상기 단면 형상 데이터를 이용하여 상기 골 지지체의 전체 형상에 대한 데이터를 생성하는 형상 생성부; 및
    상기 골 지지체의 전체 형상 데이터를 기반으로 상기 골 지지체를 제작하는 제작부를 포함하는,
    골 재건을 위한 골 지지체의 제조 시스템.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 골 지지체 및 상기 골 결손 부위의 물성치에 대한 설계 변수를 선정하는 변수 선정부를 더 포함하고,
    상기 형상 생성부는 상기 골 결손 부위에 대한 상기 설계 변수의 값의 기 설정된 오차 범위 내에 속하도록 상기 골 지지체의 상기 설계 변수의 값을 설정하여 상기 단면 형상 데이터를 생성하는,
    골 재건을 위한 골 지지체의 제조 시스템.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 변수 선정부에서 선정하는 상기 설계 변수는,
    단면적, 허용 강도, 무게 중심, 단면 이차 모멘트의 주축 위치(principal axes of moment of inertia) 및 상기 무게 중심과 상기 주축에서의 단면 이차 모멘트(moment of inertia) 중 적어도 하나 이상을 포함하는,
    골 재건을 위한 골 지지체의 제조 시스템.
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