WO2022124851A1 - Method and apparatus for simulation of total joint arthroplasty for hip joints - Google Patents

Method and apparatus for simulation of total joint arthroplasty for hip joints Download PDF

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WO2022124851A1
WO2022124851A1 PCT/KR2021/018756 KR2021018756W WO2022124851A1 WO 2022124851 A1 WO2022124851 A1 WO 2022124851A1 KR 2021018756 W KR2021018756 W KR 2021018756W WO 2022124851 A1 WO2022124851 A1 WO 2022124851A1
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stem
acetabular cup
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채동식
강경일
박성준
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가톨릭관동대학교산학협력단
한국교통대학교산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for simulating total hip arthroplasty, and more particularly, to a method and apparatus capable of assisting in determining the physical size and position of an implant to be inserted in total hip arthroplasty.
  • the hip joint implant shown in FIGS. 1 and 2 may be used for hip replacement surgery.
  • the hip joint implant includes a head 110 , a stem 120 , and a neck 123 , and the acetabular cup 150 is fixed to the pelvic joint bone.
  • the head 110 is accommodated in the shell 155 with a liner interposed therebetween and rotates within a predetermined angle to replace the hip joint.
  • the total hip arthroplasty is performed accordingly.
  • the size of the cap can be determined using the template of FIG. 3, and the position of the cap of the corresponding size can be determined on the x-ray photograph.
  • the size of the stem, the neck, and the head can be determined using the templates of FIGS. 4 and 5, etc. Determine the offset and the rotation center of the joint.
  • the present invention is to break away from the method of determining the size and angle of a femur insert while randomly or sequentially overlapping femur templates provided for each two-dimensional (planar) size.
  • Provided are a method and a device according to which data can be selected by providing data on implants of suitable physical specifications.
  • the present invention provides a method and apparatus for predicting the result after surgery in order to provide information on an implant to be selected or through a simulation result by an implant of a selected standard and location.
  • the present invention provides a simulation method and apparatus capable of quickly taking follow-up measures in response to errors that may occur during a surgical procedure.
  • the apparatus for simulating total hip arthroplasty includes: a photographing unit that takes an X-ray photograph of a patient; an image processing unit for storing the photo data taken by the photo taking unit as a first layer, extracting a femur image corresponding to the affected part from the first layer, and dividing the image into a second layer; Using the image data captured by the photographing unit, the patient's abnormal state is analyzed from the physical dimensions and angles of the affected hip joint and the normal hip joint, and motions such as physical dimensions and range of motion predicted from the normal hip joint state an image analysis unit for identifying characteristics; and a template recommendation unit selected by providing images according to a plurality of standards of implants to be inserted into the affected hip joint to the doctor in charge of the patient.
  • It may also include; a simulation unit that calculates joint characteristics and motion characteristics according to physical size and angle by simulating the post-operative state of the affected area according to the specifications of the acetabular cup, head and stem selected through the template recommendation unit.
  • the simulation unit, the joint characteristics and movement characteristics of the affected part may be evaluated by comparing the joint characteristics and movement characteristics of the normal side.
  • an error response prediction unit that provides data on the type of error that can occur when surgery is performed according to the physical size and location of the implant selected through the template recommendation unit and the standard variation data according to the type of error value; includes; can do.
  • the standard variation value data may be a data table including a plurality of data pairs of variation values corresponding to error values.
  • the error type may be at least one of a stem size error, a stem insertion depth error, an acetabular cup inner insertion depth error, an acetabular cup size error, and an acetabular cup insertion angle error.
  • the corresponding value according to the type of error may be a variation value of at least one of a receiving groove depth in the head of the implant, an offset of the implant, a stem length of the implant, and a stem size of the implant.
  • the template recommendation unit may provide an acetabular cup image of the implant according to a plurality of standards to determine the size of the acetabular cup, the positioning of the acetabular cup, and the rotational center of the acetabular cup on the third layer from the doctor.
  • the template recommendation unit may mark the rotation center of the acetabular cup determined by the doctor.
  • the template recommendation unit provides the head and stem images of the implant according to a plurality of standards, so that the size, position and receiving groove depth of the head and the offset, length and size of the stem can be selected from the doctor on the fourth layer. have.
  • the template recommendation unit may be positioned so that the rotational center of the acetabular cup coincides with the rotational center of the head.
  • an X-ray photograph suitable for a surgeon who operates by breaking away from the method of determining the size and angle of a femoral implant while randomly or sequentially overlapping the existing two-dimensional (planar) size-specific femur templates
  • comparison of the surgical result can be performed in various ways.
  • the present invention can prevent delays during surgery by promptly taking follow-up measures in response to errors that may occur during the surgical procedure.
  • FIG. 1 and 2 are photographs showing an example of an implant used in total hip arthroplasty.
  • 3 to 5 are photographs illustrating a template for selecting an acetabular cup and a stem according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating an apparatus for simulating total hip arthroplasty according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a physical specification of a stem according to an embodiment.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a method for simulating total hip arthroplasty according to an embodiment.
  • 10 to 11 are images illustrating a process of selecting an implant by using each layer.
  • the apparatus for simulating total hip arthroplasty includes: a photographing unit that takes an X-ray photograph of a patient; an image processing unit for storing the photo data taken by the photo taking unit as a first layer, extracting a femur image corresponding to the affected part from the first layer, and dividing the image into a second layer; Using the image data captured by the photographing unit, the patient's abnormal state is analyzed from the physical dimensions and angles of the affected hip joint and the normal hip joint, and motions such as physical dimensions and range of motion predicted from the normal hip joint state an image analysis unit for identifying characteristics; and a template recommendation unit selected by providing images according to a plurality of standards of implants to be inserted into the affected hip joint to the doctor in charge of the patient.
  • FIGS. 6 and 7 A total hip arthroplasty simulation apparatus 200 according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7 .
  • 6 is a block diagram illustrating an apparatus for simulating total hip arthroplasty according to an embodiment
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the specifications of an artificial joint implant.
  • the artificial joint simulation apparatus 200 includes a photo capturing unit 210 , an image processing unit 220 , an image analysis unit 230 , a simulation unit 240 , and an error response prediction unit 250 .
  • the photographic unit 210 obtains basic data by taking an MRI or CT photograph, including an X-ray photograph including a pelvic bone and a femur, for a specific patient.
  • the photo taking unit 210 allows to calculate the length between specific points in the photographed image by using the photographing by placing markers at regular intervals.
  • the image processing unit 220 stores the photographed photo data as a first layer, extracts an image of the femur therefrom, and divides the image into a separate layer, that is, a second layer.
  • the image analysis unit 230 calculates the angle of commitment from the physical dimensions and angles of the normal affected hip joint and the contralateral hip joint, such as the femur head, the acetabulum, and the femoral neck, using the image data captured by the photographing unit 210, valgus Analyze the patient's condition, such as high and varus elevation, and identify motion characteristics such as physical dimensions and range of motion predicted from the normal hip joint condition.
  • the template recommendation unit 240 displays an acetabular cup image on the third layer that can be layered in various sizes to determine the acetabular cup size, positioning, and head depth (center of rotation) so that the doctor can select it. let it be Also, the template recommendation unit 240 may provide a head and stem image for selecting a head and a stem on the fourth layer.
  • the template recommendation unit 240 can provide data by simply removing from the list the acetabular cup, head, and stem of unapplicable sizes from the data analyzed by the image analysis unit 230 and displaying it, and more actively A method of recommending implant components of an appropriate standard analyzed from the image is also possible. Finally, by applying the images from the presented list to the corresponding layers in turn, the doctor selects the acetabular cup, head, and stem of the appropriate size, and selects the location of the corresponding configuration.
  • the simulation unit 250 predicts the joint characteristics of the post-operatively affected area through the specifications of the acetabular cup, head, and stem finally selected through the template recommendation unit 240, and uses the predicted post-operative state image. Simulations such as comparison of leg lengths and comparison of conditions with the normal side are performed, and the results are displayed to the doctor. At this time, it is also possible to display the expected problems with respect to the physical movement state.
  • the simulation unit 250 may perform a simulation for each standard of the acetabular cup, head, and stem to be recommended through the template recommendation unit 240 and present the results together with a recommendation list. That is, the simulation unit 250 may provide a result value to the doctor by simulating the implant before and after determining the size and position for surgery.
  • the simulation results for each case may be displayed together, and the suitability of the selected standards and positions in the simulation may be evaluated.
  • the error response prediction unit 260 provides a database of errors that may actually occur when surgery is performed according to the selected physical standard and location. It provides data so that doctors can respond quickly without having to leave the operating room and go through separate calculations and tasks.
  • the types of errors that can occur and corresponding figures according to changes in the corresponding physical specifications are provided in advance, in addition to the implants of the determined physical specifications, the surgery is performed in response to the errors quickly by preparing the implants of the preliminary specifications in advance and performing the operation. can make it go ahead. That is, the type of error, a list of possible standard changes for that type of error, the amount of change in motion characteristics for each list item, or comparison data between the changed motion characteristics and the normal motion characteristics analysis value are presented to promptly respond to the error and perform surgery. make it possible to proceed
  • the stem goes into the femur by 1 mm less or more, an error has occurred compared to the planned situation.
  • an ad hoc response was taken, such as leaving the operating room, recalculating it, replacing it with a stem or head of a standard suitable for the calculated items, and resuming the operation in the operating room, or inserting a stem by grinding bones with the eye.
  • the error response prediction unit 260 in preparation for possible errors, the stem and head specifications according to the follow-up measures are presented in the form of a list for each data in advance so that the error can be quickly responded to.
  • the error response predicting unit 260 provides a data set or data table with a classification for each type of generated error, a changed countermeasure according to the error size, and the corresponding standard of the stem and head, thereby eliminating the need for separate calculation.
  • the size determined before surgery can be changed simply by inserting a stem of a different size and selecting an appropriate one.
  • the stem size before surgery was determined to be 3 and applied in the actual operation. If there is room for the bone inside the proximal femur where the implant is inserted, increase the size and apply the size lower.
  • the depth of the receiving groove of the head change the depth of the receiving groove of the head or change the offset of the stem.
  • the stem goes in less and sometimes more.
  • adjust the depth of the receiving groove of the head to match the length of the leg (almost similar to the opposite leg). If the leg is longer than the normal side, select the one with a deep head and insert the stem to expose the neck relatively short. If the leg is shorter than the normal side, select the one with the deep head.
  • the stem length (A), the offset (B), the leg adjustment length (C), has the characteristics of the main physical specifications such as the neck length (D).
  • the configuration inserted into the thigh of the stem and the distance to the head correspond to the stem length (A) and the leg adjustment length (C).
  • the rotation center is changed and the offset is also changed.
  • the leg length adjustment and the maintenance of stability can be maximized. can do.
  • the depth of the head receiving groove or the offset of the stem is changed, or the length of the stem is adjusted.
  • the center of rotation may move toward the acetabulum and the length of the leg may be shortened.
  • the length of the legs is adjusted by selecting the shallow depth of the receiving groove of the head so that the neck is exposed relatively long from the head.
  • the leg length can be lengthened on the contrary.
  • the offset may increase or decrease due to a change in the leg adjustment length C, data can be provided to ensure maximum stability along with the adjustment of the leg length through adjustment of these values.
  • the size of the acetabular cup is re-determined in consideration of the degree of exposure or burial of the contact surface of the acetabular cup and the acetabulum and the upper end.
  • the angle of the acetabular cup is such that the lower surface of the hemisphere (receiving side of the head) forms an angle of 45 to 50 degrees with respect to the central axis of the body.
  • the leg length is different than expected, but also various deformations of the leg may occur due to the change of the angle of focus. Even in this case, it is possible to evaluate the balance, stability, and movement characteristics after surgery through simulation and provide the appropriate change standard in the form of a data table to the doctor in the form of a data table, etc.
  • FIGS. 8 to 11 A method of simulating total hip arthroplasty according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 8 to 11 .
  • 8 is a flowchart illustrating a method for simulating total hip arthroplasty according to an embodiment
  • FIGS. 10 to 11 are images illustrating a process of selecting an implant using each layer.
  • a first layer After taking an X-ray picture, it is prepared as a first layer, and the femur is recognized from the X-ray picture and separated into a second layer (S100). At this time, an X-ray picture is taken in an anatomical position, and a marker at a predetermined interval (eg, 10 cm) is placed and taken during imaging, and the size of the implant and calibration can be performed using this.
  • a marker at a predetermined interval eg, 10 cm
  • the acetabular cup size, positioning, and head depth (rotation center) are determined on the third layer (S200).
  • images of the acetabular cup are provided on the third layer for various sizes so that the size and position of the acetabular cup can be determined.
  • the appropriate size of the acetabular cup and the position of the rotation center of the artificial joint are determined in consideration of the femoral antevesion on the first layer.
  • the size is determined by referring to the internal margin, and the rotation center may be marked on the third layer in consideration of the optimal position and bone contact.
  • the determined center of rotation is involved in determining the depth of the stem receiving groove of the head.
  • a head and a stem are selected on the fourth layer (S300).
  • the insertion size, offset, and head depth of the implant head (ball) are determined. Since the head is provided for each depth of the receiving groove for accommodating the stem (especially the neck), the length of the neck exposed from the head is changed when the depth of the receiving groove is changed, and accordingly, the position of the rotation center of the stem is changed.
  • the stem is selected. Choose a stem size suitable for the proximal femur and equal to the length of the leg. Stem images are available with standard offset or high offset options for all stem sizes. Match the cup's center of rotation to the desired center of rotation to determine the option to restore the appropriate offset.
  • a simulation is performed with respect to the dimensions and positions of the selected acetabular cup, head, and stem (S400).
  • the simulation can also be performed for a plurality of selections, and even when data of implant components for a plurality of standards and positions are provided to a doctor for selection, data for comparative analysis can be obtained through this. can be provided together.
  • a method of calculating the leg length difference by comparing the vertical lengths from the lower ends of both sides of the pelvis to the greater or lesser trochanter of the femur may be considered.

Abstract

An apparatus for simulation of total joint arthroplasty for hip joints, according to the present invention, comprises: an image capturing unit which captures X-ray images of a patient; an image processing unit which stores, as a first layer, image data obtained from the images captured by the image capturing unit, extracts a femur image corresponding to an affected part from the first layer, and divides the femur image into a second layer; an image analysis unit which analyzes the patient's abnormal condition from physical dimensions and angles of a hip joint on the affected side and a normal hip joint by using the image data obtained from the images captured by the image capturing unit, and identifies motion characteristics such as physical dimensions and a range of motion predicted from the condition of the normal hip joint; and a template recommendation unit which provides a doctor in charge of the patient with images according to a plurality of standards of an implant to be inserted into the hip joint on the affected side, and receives a selection.

Description

고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 방법 및 장치Total hip arthroplasty simulation method and device
본 발명은 고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고관절 인공관절 전치환술에 있어서 삽입될 임플란트의 물리적 규격 및 위치 결정을 보조할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.The present invention relates to a method and apparatus for simulating total hip arthroplasty, and more particularly, to a method and apparatus capable of assisting in determining the physical size and position of an implant to be inserted in total hip arthroplasty.
질병이나 사고에 의한 관절의 손상을 입는 환자가 늘어나고 있다. 이러한 관절부의 손상은 인체의 자연치유 능력으로 치유되는 경우도 있으나, 회복 불능인 경우, 또는 관절부의 손상에 의한 통증이 심한 경우에는 인공관절 치환 수술을 받아야 한다.The number of patients suffering joint damage due to disease or accidents is increasing. In some cases, such joint damage can be healed by the body's natural healing ability, but in the case of irreversibility or severe pain due to joint damage, artificial joint replacement surgery is required.
다양한 인공 관절 수술 방법 및 인공 관절 제품이 이용되고 있으나, 기본적으로 인공 관절 치환 수술은 과 수술적으로 손상된 뼈와 연골을 관절 양쪽에서 모두 정교하게 잘라내고 나서 관절의 역할을 대신하도록 만들어진 인공물을 뼈에 고정하는 과정을 의미한다.Various artificial joint surgery methods and artificial joint products are being used, but basically, artificial joint replacement surgery precisely cuts both surgically damaged bone and cartilage from both sides of the joint, and then inserts an artificial joint into the bone to replace the joint. It refers to the process of fixing.
현재 전체 인공 관절 치환 수술의 절반 정도는 인공 고관절(hip joint) 치환 수술이며, 나머지의 대부분은 슬관절(Knee joint)이고 그 외에는 견관절이나 손가락 관절 등인 것으로 알려져 있다.Currently, about half of all artificial joint replacement surgeries are hip joint replacement surgery, and most of the rest are knee joints, and it is known that the others are shoulder joints or finger joints.
고관절 치환 수술에는 도 1 및 도 2에 도시된 고관절 임플란트가 이용될 수 있다. 고관절측 임플란트는 도 1에 도시된 바와 같이 헤드(110), 스템(120), 넥(123)으로 구성되고, 골반뼈 관절골에는 비구컵(150)이 고정된다. 헤드(110)는 라이너(liner)가 개재된 상태로 쉘(155)에 수용되어 일정한 각도 내에서 회동하는 방식으로 고관절을 대체한다.The hip joint implant shown in FIGS. 1 and 2 may be used for hip replacement surgery. As shown in FIG. 1 , the hip joint implant includes a head 110 , a stem 120 , and a neck 123 , and the acetabular cup 150 is fixed to the pelvic joint bone. The head 110 is accommodated in the shell 155 with a liner interposed therebetween and rotates within a predetermined angle to replace the hip joint.
한편, 종래에는 환자의 X-ray 사진에 도 3 내지 도 5에 도시된 투명한 템플릿들을 겹치는 방식으로 확인하여 환자에게 적합한 임플란트이 규격과 위치를 결정한 후 이에 따라 고관절 인공관절 전치환술을 시행하게 된다. 도 3의 템플릿을 이용하여 캡의 사이즈를 결정하고, x-ray 사진 상에서 해당 사이즈의 캡의 위치를 결정할 수 있으며, 마찬가지로 도 4 및 도 5 등의 템플릿을 이용하여 스템의 사이즈, 넥, 헤드의 오프셋 및 관절의 회전 중심 등을 결정한다.Meanwhile, in the prior art, after determining the size and location of an implant suitable for the patient by checking the transparent templates shown in FIGS. 3 to 5 on the X-ray photograph of the patient, the total hip arthroplasty is performed accordingly. The size of the cap can be determined using the template of FIG. 3, and the position of the cap of the corresponding size can be determined on the x-ray photograph. Similarly, the size of the stem, the neck, and the head can be determined using the templates of FIGS. 4 and 5, etc. Determine the offset and the rotation center of the joint.
그러나 이러한 종래의 방법의 경우 의사의 숙련도에 따라 수술의 정밀도가 달라질 수 있으며, 수술 중 의도치 못한 오차에 의하여 임플란트의 규격이나 회전 중심 등이 애초에 의도와는 달리 변경되어야 하는 경우에는 수술실을 벗어나 다시 임플란트의 규격 및 위치 등을 재산출하여야 하는 불편함이 따른다.However, in the case of such a conventional method, the precision of the operation may vary depending on the skill of the surgeon. The inconvenience of having to recalculate the size and position of the implant follows.
본 발명은 기존 2차원(평면) 크기별로 구비된 대퇴골 템플릿(template)를 임의로 또는 순차적으로 겹쳐보면서 대퇴골 삽입물의 크기 및 각도를 결정하던 방식에서 탈피하기 위한 것으로서, 수술하는 의사에게 X-ray 사진으로부터 적합한 물리적인 규격의 임플란트에 대한 데이터를 제공하여 선택받을 수 있는 방법 및 이에 따른 장치를 제공한다.The present invention is to break away from the method of determining the size and angle of a femur insert while randomly or sequentially overlapping femur templates provided for each two-dimensional (planar) size. Provided are a method and a device according to which data can be selected by providing data on implants of suitable physical specifications.
또한 본 발명은 선택하고자 하는 임플란트에 대한 정보를 제공하기 위해 또는 선택된 규격 및 위치의 임플란트에 의한 시뮬레이션 결과를 통하여 수술 후의 결과를 예측할 수 있는 방법 및 이에 따른 장치를 제공한다.In addition, the present invention provides a method and apparatus for predicting the result after surgery in order to provide information on an implant to be selected or through a simulation result by an implant of a selected standard and location.
또한 본 발명은 수술 과정에서 발생할 수 있는 오차에 대응하여 신속하게 후속조치를 취할 수 있는 시뮬레이션 방법 및 장치를 제공한다.In addition, the present invention provides a simulation method and apparatus capable of quickly taking follow-up measures in response to errors that may occur during a surgical procedure.
본 발명에 따른 고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 장치는 환자의 X-ray 사진을 촬영하는 사진촬영부; 상기 사진촬영부에 의하여 촬영된 사진 데이터를 제1 레이어로 저장하고, 상기 제1 레이어로부터 환부에 대응하는 대퇴골 영상을 추출하여 제2 레이어로 분할시키는 영상 처리부; 상기 사진촬영부에 의하여 촬영된 영상 데이터를 이용하여 환부측 고관절과 정상측 고관절의 물리적인 치수 및 각도로부터 환자의 이상 상태를 분석하고 정상측 고관절 상태로부터 예측되는 물리적인 치수 및 가동범위 등의 운동특성을 파악하는 영상분석부; 및 상기 환자를 담당하는 의사에게 상기 환부측 고관절에 삽입될 임플란트의 복수의 규격에 따른 이미지를 제공하여 선택받는 템플릿 추천부;를 포함한다.The apparatus for simulating total hip arthroplasty according to the present invention includes: a photographing unit that takes an X-ray photograph of a patient; an image processing unit for storing the photo data taken by the photo taking unit as a first layer, extracting a femur image corresponding to the affected part from the first layer, and dividing the image into a second layer; Using the image data captured by the photographing unit, the patient's abnormal state is analyzed from the physical dimensions and angles of the affected hip joint and the normal hip joint, and motions such as physical dimensions and range of motion predicted from the normal hip joint state an image analysis unit for identifying characteristics; and a template recommendation unit selected by providing images according to a plurality of standards of implants to be inserted into the affected hip joint to the doctor in charge of the patient.
또한 상기 템플릿 추천부를 통하여 선정된 비구 컵, 헤드 및 스템의 규격에 따른 환부의 수술 후의 상태를 시뮬레이션하여 물리적 사이즈 및 각도에 따른 관절 특성 및 운동 특성을 산출하는 시뮬레이션부;를 포함할 수 있다.It may also include; a simulation unit that calculates joint characteristics and motion characteristics according to physical size and angle by simulating the post-operative state of the affected area according to the specifications of the acetabular cup, head and stem selected through the template recommendation unit.
또한 상기 시뮬레이션부는, 상기 환부의 관절 특성 및 운동 특성을 정상측의 관절 특성 및 운동 특성과 비교하여 평가할 수 있다.In addition, the simulation unit, the joint characteristics and movement characteristics of the affected part may be evaluated by comparing the joint characteristics and movement characteristics of the normal side.
또한 상기 템플릿 추천부를 통하여 선정된 상기 임플란트의 물리적인 규격과 위치에 따라 수술을 진행하는 경우 발생가능한 오차의 유형 및 해당 유형의 오차값에 따른 규격 변동값 데이터를 제공하는 오차대응 예측부;를 포함할 수 있다.In addition, an error response prediction unit that provides data on the type of error that can occur when surgery is performed according to the physical size and location of the implant selected through the template recommendation unit and the standard variation data according to the type of error value; includes; can do.
또한 상기 규격 변동값 데이터는 오차값에 대응하는 변동값의 복수의 데이터 쌍을 포함하는 데이터 테이블일 수 있다.Also, the standard variation value data may be a data table including a plurality of data pairs of variation values corresponding to error values.
또한 상기 오차의 타입은 스템의 사이즈 오차, 스템 삽입 깊이의 오차, 비구 컵 비구 내측 삽입 깊이의 오차, 비구 컵 사이즈 오차, 비구 컵의 삽입 각도 오차 중 적어도 어느 하나일 수 있다.Also, the error type may be at least one of a stem size error, a stem insertion depth error, an acetabular cup inner insertion depth error, an acetabular cup size error, and an acetabular cup insertion angle error.
또한 상기 오차의 타입에 따른 대응 값은 상기 임플란트의 헤드 내 수용홈 깊이, 상기 임플란트의 오프셋, 상기 임플란트의 스템 길이, 상기 임플란트의 스템 사이즈 중 적어도 어느 하나의 변동값일 수 있다.In addition, the corresponding value according to the type of error may be a variation value of at least one of a receiving groove depth in the head of the implant, an offset of the implant, a stem length of the implant, and a stem size of the implant.
또한 상기 템플릿 추천부는 복수의 규격에 따른 상기 임플란트의 비구 컵 이미지를 제공하여 상기 의사로부터 제3 레이어 상에서 상기 비구 컵 사이즈, 상기 비구 컵의 위치 결정 및 상기 비구 컵의 회전 중심을 결정할 수 있다.In addition, the template recommendation unit may provide an acetabular cup image of the implant according to a plurality of standards to determine the size of the acetabular cup, the positioning of the acetabular cup, and the rotational center of the acetabular cup on the third layer from the doctor.
또한 상기 템플릿 추천부는 상기 의사에 의하여 결정된 상기 비구 컵의 회전 중심에 마킹을 수행할 수 있다.Also, the template recommendation unit may mark the rotation center of the acetabular cup determined by the doctor.
또한 상기 템플릿 추천부는 복수의 규격에 따른 상기 임플란트의 헤드 및 스템 이미지를 제공하여 상기 의사로부터 제4 레이어 상에서 상기 헤드의 사이즈, 위치 및 수용홈 깊이와 상기 스템의 옵셋, 길이 및 사이즈를 선택받을 수 있다.In addition, the template recommendation unit provides the head and stem images of the implant according to a plurality of standards, so that the size, position and receiving groove depth of the head and the offset, length and size of the stem can be selected from the doctor on the fourth layer. have.
또한 상기 템플릿 추천부는 상기 비구 컵의 회전 중심과 상기 헤드의 회전 중심을 일치시키도록 위치시킬 수 있다.In addition, the template recommendation unit may be positioned so that the rotational center of the acetabular cup coincides with the rotational center of the head.
본 발명에 따르면 기존 2차원(평면) 크기별로 구비된 대퇴골 템플릿(template)를 임의로 또는 순차적으로 겹쳐보면서 대퇴골 삽입물의 크기 및 각도를 결정하던 방식에서 탈피하여 수술하는 의사에게 X-ray 사진으로부터 적합한 물리적인 규격의 임플란트에 대한 데이터를 제공하여 선택 받도록 함으로써 효율적인 의사선택을 보조할 수 있다.According to the present invention, an X-ray photograph suitable for a surgeon who operates by breaking away from the method of determining the size and angle of a femoral implant while randomly or sequentially overlapping the existing two-dimensional (planar) size-specific femur templates By providing data on implants of human size so that they can be selected, it is possible to assist in efficient doctor selection.
또한 본 발명에 따르면 선택하고자 하는 임플란트에 대한 정보를 제공하기 위해 또는 선택된 규격 및 위치의 임플란트에 의한 시뮬레이션 결과를 통하여 수술 후의 결과를 예측하도록 함으로써 수술결과에 대한 비교를 다양하게 수행할 수 있도록 한다.In addition, according to the present invention, in order to provide information on the implant to be selected or to predict the postoperative result through the simulation result by the implant of the selected standard and location, comparison of the surgical result can be performed in various ways.
또한 본 발명은 수술 과정에서 발생할 수 있는 오차에 대응하여 신속하게 후속조치를 취함으로써 수술 시 지연 등을 방지할 수 있다.In addition, the present invention can prevent delays during surgery by promptly taking follow-up measures in response to errors that may occur during the surgical procedure.
도 1 및 도 2는 고관절 인공관절 전치환술에 이용되는 임플란트의 일 예를 나타내는 사진이다.1 and 2 are photographs showing an example of an implant used in total hip arthroplasty.
도 3 내지 도 5는 일 실시예에 따른 비구 컵 및 스템의 선택을 위한 템플릿을 나타내는 사진이다.3 to 5 are photographs illustrating a template for selecting an acetabular cup and a stem according to an exemplary embodiment.
도 6은 일 실시예에 따른 고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 장치를 나타내는 불록도이다.6 is a block diagram illustrating an apparatus for simulating total hip arthroplasty according to an embodiment.
도 7은 일 실시예에 따른 스템의 물리적 규격을 설명하기 위한 개략도이다.7 is a schematic diagram for explaining a physical specification of a stem according to an embodiment.
도 8은 일 실시예에 따른 고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 방법을 나타내는 순서도이다. 8 is a flowchart illustrating a method for simulating total hip arthroplasty according to an embodiment.
도 10 내지 도 11은 각 레이어를 이용하여 임플란트를 선정하는 과정을 나타내는 이미지이다.10 to 11 are images illustrating a process of selecting an implant by using each layer.
본 발명에 따른 고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 장치는 환자의 X-ray 사진을 촬영하는 사진촬영부; 상기 사진촬영부에 의하여 촬영된 사진 데이터를 제1 레이어로 저장하고, 상기 제1 레이어로부터 환부에 대응하는 대퇴골 영상을 추출하여 제2 레이어로 분할시키는 영상 처리부; 상기 사진촬영부에 의하여 촬영된 영상 데이터를 이용하여 환부측 고관절과 정상측 고관절의 물리적인 치수 및 각도로부터 환자의 이상 상태를 분석하고 정상측 고관절 상태로부터 예측되는 물리적인 치수 및 가동범위 등의 운동특성을 파악하는 영상분석부; 및 상기 환자를 담당하는 의사에게 상기 환부측 고관절에 삽입될 임플란트의 복수의 규격에 따른 이미지를 제공하여 선택받는 템플릿 추천부;를 포함한다.The apparatus for simulating total hip arthroplasty according to the present invention includes: a photographing unit that takes an X-ray photograph of a patient; an image processing unit for storing the photo data taken by the photo taking unit as a first layer, extracting a femur image corresponding to the affected part from the first layer, and dividing the image into a second layer; Using the image data captured by the photographing unit, the patient's abnormal state is analyzed from the physical dimensions and angles of the affected hip joint and the normal hip joint, and motions such as physical dimensions and range of motion predicted from the normal hip joint state an image analysis unit for identifying characteristics; and a template recommendation unit selected by providing images according to a plurality of standards of implants to be inserted into the affected hip joint to the doctor in charge of the patient.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다. 또한 각 실시예를 통하여 동일한 도면부호는 동일한 부재를 가리킨다. 한편, 도면상에서 표시되는 각 구성은 설명의 편의를 위하여 그 두께나 치수가 과장될 수 있으며, 실제로 해당 치수나 구성간의 비율로 구성되어야 함을 의미하지는 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Unless there is a specific definition or reference, the terms indicating the direction used in this description are based on the state indicated in the drawings. In addition, the same reference numerals refer to the same members throughout each embodiment. On the other hand, each component shown in the drawings may have an exaggerated thickness or dimension for convenience of description, and does not mean that it should actually be configured in a ratio between the corresponding dimensions or components.
도 6 및 도 7을 참조하여 일 실시예에 따른 고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 장치(200)를 설명한다. 도 6은 일 실시예에 따른 고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 장치를 나타내는 블록도이고, 도 7은 인공관절 임플란트의 규격을 설명하기 위한 개략도이다.A total hip arthroplasty simulation apparatus 200 according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7 . 6 is a block diagram illustrating an apparatus for simulating total hip arthroplasty according to an embodiment, and FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the specifications of an artificial joint implant.
본 실시에에 따른 인공관절 시뮬레이션 장치(200)는 사진 촬영부(210), 영상처리부(220), 영상분석부(230), 시뮬레이션부(240) 및 오차대응 예측부(250)를 포함한다.The artificial joint simulation apparatus 200 according to the present embodiment includes a photo capturing unit 210 , an image processing unit 220 , an image analysis unit 230 , a simulation unit 240 , and an error response prediction unit 250 .
사진촬영부(210)는 특정 환자에 대하여 골반뼈 및 대퇴골을 포함하는 X-ray 사진을 포함하여 MRI 또는 CT 사진 등을 촬영하여 기초 데이터를 확보한다. 사진촬영부(210)는 일정 간격의 마커를 놓고 촬영함으로써 이를 이용하여 촬영된 영상에서의 특정 지점간의 길이를 산출할 수 있도록 한다.The photographic unit 210 obtains basic data by taking an MRI or CT photograph, including an X-ray photograph including a pelvic bone and a femur, for a specific patient. The photo taking unit 210 allows to calculate the length between specific points in the photographed image by using the photographing by placing markers at regular intervals.
영상 처리부(220)는 촬영된 사진 데이터를 제1 레이어로 저장하고, 이로부터 대퇴골 부분의 영상을 추출하여 별도의 레이어, 즉 제2 레이어로 분할시킨다.The image processing unit 220 stores the photographed photo data as a first layer, extracts an image of the femur therefrom, and divides the image into a separate layer, that is, a second layer.
영상 분석부(230)는 사진촬영부(210)에 의하여 촬영된 영상 데이터를 이용하여 정상적인 환부측 고관절과 반대측 고관절의 대퇴골두, 관골구, 대퇴경 등의 물리적인 치수 및 각도로부터 전념각 산출, 외반고 및 내반고 여부 등의 환자의 상태를 분석하고, 정상측 고관절 상태로부터 예측되는 물리적인 치수 및 가동범위 등의 운동특성을 파악한다.The image analysis unit 230 calculates the angle of commitment from the physical dimensions and angles of the normal affected hip joint and the contralateral hip joint, such as the femur head, the acetabulum, and the femoral neck, using the image data captured by the photographing unit 210, valgus Analyze the patient's condition, such as high and varus elevation, and identify motion characteristics such as physical dimensions and range of motion predicted from the normal hip joint condition.
템플릿 추천부(240)는 비구 컵(acetabular cup) 사이즈, 위치 결정 및 헤드 깊이(회전 중심)을 결정하기 위하여 다양한 크기의 레이어가 가능한 비구 컵 이미지를 제3 레이어 상에 표시하여 의사로 하여금 선택할 수 있도록 한다. 또한 템플릿 추천부(240)는 제4 레이어 상에서 헤드 및 스템을 선정하기 위한 헤드 및 스템 이미지를 제공할 수 있다.The template recommendation unit 240 displays an acetabular cup image on the third layer that can be layered in various sizes to determine the acetabular cup size, positioning, and head depth (center of rotation) so that the doctor can select it. let it be Also, the template recommendation unit 240 may provide a head and stem image for selecting a head and a stem on the fourth layer.
템플릿 추천부(240)는 단순히 영상 분석부(230)에 의하여 분석된 데이터로부터 적용이 불가능한 사이즈의 비구 컵, 헤드 및 스템을 리스트에서 제거하여 표시하는 방식으로 데이터를 제공할 수 있으며, 보다 적극적으로 영상으로부터 분석된 적절한 규격의 임플란트 구성부들을 추천하는 방식도 가능하다. 최종적으로는 제시된 리스트의 이미지를 차례로 해당 레이어에 적용하여 의사가 적합한 규격의 비구 컵, 헤드 및 스템을 선정하고, 해당 구성의 위치를 선정한다.The template recommendation unit 240 can provide data by simply removing from the list the acetabular cup, head, and stem of unapplicable sizes from the data analyzed by the image analysis unit 230 and displaying it, and more actively A method of recommending implant components of an appropriate standard analyzed from the image is also possible. Finally, by applying the images from the presented list to the corresponding layers in turn, the doctor selects the acetabular cup, head, and stem of the appropriate size, and selects the location of the corresponding configuration.
시뮬레이션부(250)는 템플릿 추천부(240)를 통하여 최종적으로 선정된 비구 컵, 헤드 및 스템의 규격을 통하여 예상되는 수술 후의 환부의 관절 특성을 예측하고, 예측된 수술 후 상태의 이미지를 이용하여 다리 길이의 비교, 정상측과의 상태 비교 등의 시뮬레이션을 수행하고, 그 결과를 의사에게 표시한다. 이 때 물리적인 운동 상태에 관한 예상되는 문제점 등을 함께 표시하는 것도 가능하다. 또한 시뮬레이션부(250)는 템플릿 추천부(240)를 통하여 추천하기 위한 비구 컵, 헤드 및 스템의 각각의 규격에 대한 시뮬레이션을 수행하여 그 결과를 추천 리스트와 함께 제시하는 것도 가능하다. 즉, 시뮬레이션부(250)는 수술을 위한 사이즈 및 위치의 결정의 전후에 해당 임플란트를 시뮬레이션하여 결과값을 의사에게 제공할 수 있다.The simulation unit 250 predicts the joint characteristics of the post-operatively affected area through the specifications of the acetabular cup, head, and stem finally selected through the template recommendation unit 240, and uses the predicted post-operative state image. Simulations such as comparison of leg lengths and comparison of conditions with the normal side are performed, and the results are displayed to the doctor. At this time, it is also possible to display the expected problems with respect to the physical movement state. In addition, the simulation unit 250 may perform a simulation for each standard of the acetabular cup, head, and stem to be recommended through the template recommendation unit 240 and present the results together with a recommendation list. That is, the simulation unit 250 may provide a result value to the doctor by simulating the implant before and after determining the size and position for surgery.
의사가 템플릿 추천부(240)를 통하여 복수의 구성부들의 사이즈 및 위치를 선정한 경우에는 각 케이스에 대한 시뮬레이션 결과를 함께 표시하고, 선정된 규격 및 위치가 시뮬레이션 상의 적합도를 평가할 수 있다.When the doctor selects the sizes and positions of the plurality of constituent parts through the template recommendation unit 240 , the simulation results for each case may be displayed together, and the suitability of the selected standards and positions in the simulation may be evaluated.
오차대응 예측부(260)는 선정된 물리적인 규격과 위치에 의하여 수술을 진행하는 경우 실제 발생할 수 있는 오차 데이터베이스를 제공하여 특정 오차가 발생하여 임플란트의 물리적 규격이나 위치의 변동에 따른 후속조치가 필요한 경우에도 의사가 수술실을 벗어나 별도의 계산과 작업을 거치지 않고 신속하게 대응할 수 있도록 데이터를 제공한다. 발생 가능한 오차의 타입과 이에 대응하는 물리적인 규격의 변동에 따른 대응 수치들이 미리 제공되는 경우 결정된 물리적 규격의 임플란트 이외에도 예비적인 규격의 임플란트를 미리 구비하여 수술을 진행함으로써 신속히 발생한 오류에 대응하여 수술이 진행되도록 할 수 있다. 즉, 오차의 유형, 해당 유형의 오차에 대한 가능한 규격 변경 리스트, 리스트 각 항목 별 운동특성 변화량 또는 변화된 운동특성과 정상측 운동특성 분석값과의 비교 데이터를 제시하여 신속하게 오차에 대응하여 수술을 진행할 수 있도록 한다.The error response prediction unit 260 provides a database of errors that may actually occur when surgery is performed according to the selected physical standard and location. It provides data so that doctors can respond quickly without having to leave the operating room and go through separate calculations and tasks. When the types of errors that can occur and corresponding figures according to changes in the corresponding physical specifications are provided in advance, in addition to the implants of the determined physical specifications, the surgery is performed in response to the errors quickly by preparing the implants of the preliminary specifications in advance and performing the operation. can make it go ahead. That is, the type of error, a list of possible standard changes for that type of error, the amount of change in motion characteristics for each list item, or comparison data between the changed motion characteristics and the normal motion characteristics analysis value are presented to promptly respond to the error and perform surgery. make it possible to proceed
예를 들어, 대퇴골에 스템이 1mm 덜 들어가거나 더 들어갈 때는 계획했던 상황에 비하여 오차가 발생한 것이며, 이를 그대로 수술을 진행하는 경우 다리길이가 짧아지거나 길어지는 문제가 발생할 수 있다. 종래에는 수술실에서 벗어나 이를 다시 계산하고 산출된 사항에 적합한 규격의 스탬 또는 헤드로 교체하여 수술실에서 수술을 재개하거나 눈대중으로 뼈를 갈아서 스템을 삽입하는 등 임기응변식의 대응을 하는 경우도 있었다. 본 실시예에 따른 오차대응 예측부(260)의 경우 발생가능한 오차에 대비하여 미리 후속조치에 따른 스템 및 헤드의 규격을 데이터별 리스트의 형태 등으로 제시함으로써 신속히 오차에 대응할 수 있도록 한다.For example, when the stem goes into the femur by 1 mm less or more, an error has occurred compared to the planned situation. In the past, there were cases where an ad hoc response was taken, such as leaving the operating room, recalculating it, replacing it with a stem or head of a standard suitable for the calculated items, and resuming the operation in the operating room, or inserting a stem by grinding bones with the eye. In the case of the error response prediction unit 260 according to the present embodiment, in preparation for possible errors, the stem and head specifications according to the follow-up measures are presented in the form of a list for each data in advance so that the error can be quickly responded to.
이러한 수술 상의 오차는 다양한 원인에 의하여 발생할 수 있다. 인체는 입체적인 형상을 갖고 있으나, 이를 촬영하는 단계에서의 한계로 인하여 오차가 발생하는 것도 가능하고, 해부학적 자세에서 촬영이 진행되어야 하나 대부분의 촬영이 이상적이 상태에서 진행되지는 못하기 때문에 오차가 발생할 수 있으며, 골수와 콜텍스 사이의 간격의 유무에 따른 오차가 발생할 수 있다. 이와 같이 복합적인 원인에 의하여 수술 시 오차가 발생할 수 있으며, 이를 촬영된 영상만으로 오차를 제거하는 것은 어렵다.These surgical errors may occur due to various causes. Although the human body has a three-dimensional shape, it is possible that errors may occur due to limitations in the filming stage. may occur, and errors may occur depending on whether there is a gap between the bone marrow and the cortex. An error may occur during surgery due to such complex causes, and it is difficult to remove the error only from the captured image.
오차대응 예측부(260)는 발생된 오차의 타입별 분류, 및 오차 크기에 따른 변경된 대응방안 및 이에 따른 스템 및 헤드의 규격을 데이터 세트 또는 데이터 테이블로 제공하여 별도의 계산이 필요 없도록 한다.The error response predicting unit 260 provides a data set or data table with a classification for each type of generated error, a changed countermeasure according to the error size, and the corresponding standard of the stem and head, thereby eliminating the need for separate calculation.
예를 들어, 수술 전 결정된 사이즈와 실제 수술 시 적용하였을 때에 필요한 스템 사이즈에 차이가 있는 경우에는 다른 사이즈의 스템을 삽입해보고 적절한 것을 선택함으로써 간단하게 변경이 가능하다. 수술 전 스템 사이즈가 3으로 결정되어 실제 수술에서 적용하였는데 임플란트가 삽입되는 근위 대퇴부 안쪽의 뼈의 여유가 있는 경우 사이즈를 높여 적용하고 여유가 없는 경우 사이즈를 낮추어 적용한다.For example, if there is a difference between the size determined before surgery and the required stem size when applied during actual surgery, it can be changed simply by inserting a stem of a different size and selecting an appropriate one. The stem size before surgery was determined to be 3 and applied in the actual operation. If there is room for the bone inside the proximal femur where the implant is inserted, increase the size and apply the size lower.
스템 삽입의 깊이의 차이가 발생하는 경우에는 헤드의 수용홈의 깊이를 변경하거나 스템의 오프셋을 변경한다. 대퇴골에 스템을 삽입하는 경우 스템이 덜 들어가고, 더 들어가는 경우가 있다. 이때 다리 길이를 맞추기 위해(반대편 다리와 거의 비슷하게) 헤드의 수용홈 깊이를 조절하여 맞춘다. 다리가 정상인 측보다 긴 경우 헤드의 깊이가 깊은 것을 선택하여 스템을 삽입하여 넥이 상대적으로 짧게 노출되도록 하고, 다리가 정상인 측보다 짧으면 헤드의 깊이가 깊은 것을 선택한다.If there is a difference in the depth of stem insertion, change the depth of the receiving groove of the head or change the offset of the stem. When the stem is inserted into the femur, the stem goes in less and sometimes more. At this time, adjust the depth of the receiving groove of the head to match the length of the leg (almost similar to the opposite leg). If the leg is longer than the normal side, select the one with a deep head and insert the stem to expose the neck relatively short. If the leg is shorter than the normal side, select the one with the deep head.
한편, 스템의 오프셋을 변경하는 것은 안정성과 관련성이 있다. 도 7을 참조하여 설명하면, 스템길이(A), 오프셋(B), 다리조정길이(C), 넥 길이(D) 등의 주요 물리적인 규격에 대한 특징을 갖는다. 스템의 대퇴부에 삽입되는 구성과 헤드까지의 거리는 스템길이(A)와 다리조정길이(C)에 대응한다. 앞서 설명한 바와 같이 삽입 깊이의 조정을 위하여 헤드의 수용홈의 깊이를 변경하는 경우 회전 중심이 변경되어 오프셋도 함께 변경된다. 이 경우 정상적인 반대측의 대퇴부와 비교하여 대퇴골의 위치가 몸의 중심쪽으로 이동하는 결과가 되기 때문에 안정성에 문제가 생길 수 있어 오프셋을 증가시킬 필요가 있다. 이 때는 스템 길이(A), 오프셋(B) 및 넥 길이(D) 간의 조정을 통하여 다리길이 조정과 안정성의 유지를 최대화할 수 있으며, 이러한 시뮬레이션을 시뮬레이션부에서 산출한 결과값의 비교를 통하여 수행할 수 있다.On the other hand, changing the offset of the stem is related to stability. Referring to Figure 7, the stem length (A), the offset (B), the leg adjustment length (C), has the characteristics of the main physical specifications such as the neck length (D). The configuration inserted into the thigh of the stem and the distance to the head correspond to the stem length (A) and the leg adjustment length (C). As described above, when the depth of the receiving groove of the head is changed to adjust the insertion depth, the rotation center is changed and the offset is also changed. In this case, since the position of the femur moves toward the center of the body compared to the normal opposite side of the femur, there may be a problem in stability, so it is necessary to increase the offset. In this case, by adjusting the stem length (A), the offset (B), and the neck length (D), the leg length adjustment and the maintenance of stability can be maximized. can do.
오차의 다른 예로서, 비구 컵의 내측 삽입 깊이의 차이가 발생하는 경우 헤드 수용홈의 깊이 또는 스템의 오프셋을 변경하거나 스템의 길이를 조정한다. As another example of the error, when a difference in the inner insertion depth of the acetabular cup occurs, the depth of the head receiving groove or the offset of the stem is changed, or the length of the stem is adjusted.
비구 컵이 비구에 삽입될 때 예정보다 비구 내측으로 깊게 삽입되는 경우 회전 중심이 비구측으로 이동하고 다리의 길이가 짧아 질 수 있다. 이 때는 헤드의 수용홈 깊이가 얕은 것을 선택하여 넥이 헤드로부터 상대적으로 길게 노출되도록 함으로써 다리의 길이를 조절한다. 컵이 비구에 삽입되었을 때 안정적이지만 얕게 삽입되었을 때는 반대로 다리 길이가 길어 질 수 있으므로 헤드의 수용홈 깊이가 깊은 것을 선택하여 다리 길이를 짧게 조절할 수 있다. 다만, 이 경우에도 다리조정길이(C)의 변동으로 오프셋이 증가하거나 감소할 수 있기 때문에 이들 값들의 조정을 통하여 다리 길이의 조정과 함께 안정성을 최대한 확보하도록 데이터를 제공할 수 있다.When the acetabular cup is inserted into the acetabulum, if it is inserted deeper into the acetabulum than expected, the center of rotation may move toward the acetabulum and the length of the leg may be shortened. In this case, the length of the legs is adjusted by selecting the shallow depth of the receiving groove of the head so that the neck is exposed relatively long from the head. When the cup is inserted into the acetabulum, it is stable, but when the cup is inserted shallowly, the leg length can be lengthened on the contrary. However, even in this case, since the offset may increase or decrease due to a change in the leg adjustment length C, data can be provided to ensure maximum stability along with the adjustment of the leg length through adjustment of these values.
일반적으로 트라이얼 인공관절을 삽입하였을 때, 고관절 안전성 테스트에서 쉽게 탈구되는 등 불안정하면 오프셋을 늘려 안전성을 키우는 방식을 이용하였으나, 위와 같은 방법을 이용하는 경우 시뮬레이션을 통하여 안정성을 최대화할 수 있는 오차 보정을 위한 데이터들이 제공된다.In general, when a trial artificial joint is inserted, when it is unstable, such as easily dislocated in the hip joint safety test, the method of increasing the offset was used to increase safety. data is provided.
또한, 비구 컵 사이즈에 따른 오차가 발생하는 경우 비구 컵과 비구의 접촉면 및 상부 끝단의 노출 또는 매몰 정도를 고려하여 사이즈를 재결정하게 된다.Also, if an error occurs due to the size of the acetabular cup, the size is re-determined in consideration of the degree of exposure or burial of the contact surface of the acetabular cup and the acetabulum and the upper end.
또한 비구 컵의 각도가 예정한 각도에 비하여 오차가 발생하는 경우는 보다 복잡한 조정이 필요하다. 비구 컵의 각도는 몸의 중심축을 기준으로 반구의 밑면(헤드의 수용측)이 45도 내지 50도의 각도를 이루도록 하는 것이 일반적이다. 이 경우 다리 길이가 예정보다 달라질 뿐 아니라 전념각이 변경되어 다리의 다양한 변형이 발생할 수 있다. 이 경우에도 시뮬레이션을 통하여 수술 후의 균형, 안정성 및 운동특성 등을 평가하여 적합한 변경 규격을 데이터 테이블 등의 형식으로 의사에게 제공하여 템플릿이 선정이나 수술 시의 빠른 대처가 가능하도록 할 수 있다.Also, if the angle of the acetabular cup has an error compared to the predetermined angle, more complicated adjustment is required. In general, the angle of the acetabular cup is such that the lower surface of the hemisphere (receiving side of the head) forms an angle of 45 to 50 degrees with respect to the central axis of the body. In this case, not only the leg length is different than expected, but also various deformations of the leg may occur due to the change of the angle of focus. Even in this case, it is possible to evaluate the balance, stability, and movement characteristics after surgery through simulation and provide the appropriate change standard in the form of a data table to the doctor in the form of a data table, etc.
도 8 내지 도 11을 참조하여 일 실시예에 따른 고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 방법을 설명한다. 도 8은 일 실시예에 따른 고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 방법을 나타내는 순서도이고, 도 10 내지 도 11은 각 레이어를 이용하여 임플란트를 선정하는 과정을 나타내는 이미지이다.A method of simulating total hip arthroplasty according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 8 to 11 . 8 is a flowchart illustrating a method for simulating total hip arthroplasty according to an embodiment, and FIGS. 10 to 11 are images illustrating a process of selecting an implant using each layer.
먼저, X-ray 사진을 촬영한 후 제1 레이어로 준비하고, X-ray 사진으로부터 대퇴골을 인식하여 제2 레이어로 분리한다(S100). 이 때 해부학적 자세에서 X 레이 사진을 촬영하며, 촬영 시 일정 간격(예를 들면 10cm)의 마커를 놓고 촬영하고 이를 이용하여 임플란트의 사이즈 결정과 캘리브레이션을 수행할 수 있다.First, after taking an X-ray picture, it is prepared as a first layer, and the femur is recognized from the X-ray picture and separated into a second layer (S100). At this time, an X-ray picture is taken in an anatomical position, and a marker at a predetermined interval (eg, 10 cm) is placed and taken during imaging, and the size of the implant and calibration can be performed using this.
다음으로 제3 레이어 상에서 비구 컵(acetabular cup) 사이즈, 위치 결정 및 헤드 깊이(회전 중심)을 결정한다(S200). 도 9에 도시된 바와 같이 비구컵의 이미지를 다양한 사이즈별로 제3 레이어 상에 제공하여 비구컵의 사이즈 및 위치를 결정할 수 있도록 한다. 제1 레이어 상의 대퇴골 전념(antevesion)을 고려하여 비구컵의 적절한 사이즈와 인공관절의 회전 중심의 위치를 결정한다. 이 때 내부 마진을 참조하여 사이즈를 결정하며, 최적의 위치와 뼈 접촉을 고려하여 회전 중심을 제3 레이어 상에 마킹할 수 있다. 결정된 회전 중심은 헤드의 스템 수용홈의 깊이를 결정하는 데에 연관된다.Next, the acetabular cup size, positioning, and head depth (rotation center) are determined on the third layer (S200). As shown in FIG. 9, images of the acetabular cup are provided on the third layer for various sizes so that the size and position of the acetabular cup can be determined. The appropriate size of the acetabular cup and the position of the rotation center of the artificial joint are determined in consideration of the femoral antevesion on the first layer. At this time, the size is determined by referring to the internal margin, and the rotation center may be marked on the third layer in consideration of the optimal position and bone contact. The determined center of rotation is involved in determining the depth of the stem receiving groove of the head.
다음으로, 도 10에 도시된 바와 같이 제4 레이어 상에서 헤드 및 스템을 선정한다(S300). 먼저, 임플란트 헤드(볼)의 삽입 사이즈, 옵셋, 헤드 깊이 결정한다. 헤드는 스템(특히 넥)을 수용하는 수용홈의 깊이 별로 구비되어 있기 때문에 수용홈의 깊이가 달라지면 헤드로부터 노출되는 넥의 길이가 달라지며, 이에 따라 스템의 회전 중심의 위치가 변동된다. Next, as shown in FIG. 10 , a head and a stem are selected on the fourth layer (S300). First, the insertion size, offset, and head depth of the implant head (ball) are determined. Since the head is provided for each depth of the receiving groove for accommodating the stem (especially the neck), the length of the neck exposed from the head is changed when the depth of the receiving groove is changed, and accordingly, the position of the rotation center of the stem is changed.
이후 스템을 선정한다. 근위 대퇴골에 적합하고 다리 길이와 동일한 스템의 크기를 선정한다. 스템 이미지는 모든 스템 크기에 대해 표준 오프셋 또는 높은 오프셋 옵션으로 구비된다. 컵의 회전 중심을 원하는 헤드 회전 중심과 일치시켜 적절한 오프셋을 복원하는 옵션을 결정한다.After that, the stem is selected. Choose a stem size suitable for the proximal femur and equal to the length of the leg. Stem images are available with standard offset or high offset options for all stem sizes. Match the cup's center of rotation to the desired center of rotation to determine the option to restore the appropriate offset.
다음으로 선정된 비구 컵, 헤드 및 스템의 규격 및 위치에 대하여 시뮬레이션을 수행한다(S400). 다만, 앞서 설명한 바와 같이 시뮬레이션은 복수의 선택에 대하여 수행하는 것도 가능하고, 선택을 위하여 복수의 규격 및 위치에 대한 임플란트 구성부들의 데이터를 의사 등에게 제공하는 경우에도 이를 통하여 비교 분석에 대한 데이터를 함께 제공할 수 있다. 이 때 진행되는 시뮬레이션의 일 예로서 도 11에 도시된 바와 같이 골반뼈의 양측 하단으로부터 대퇴골의 대전자 또는 소전자까지의 수직 길이를 비교하여 다리 길이를 차이를 산출하는 방식 등을 고려할 수 있다.Next, a simulation is performed with respect to the dimensions and positions of the selected acetabular cup, head, and stem (S400). However, as described above, the simulation can also be performed for a plurality of selections, and even when data of implant components for a plurality of standards and positions are provided to a doctor for selection, data for comparative analysis can be obtained through this. can be provided together. As an example of the simulation performed at this time, as shown in FIG. 11 , a method of calculating the leg length difference by comparing the vertical lengths from the lower ends of both sides of the pelvis to the greater or lesser trochanter of the femur may be considered.
최종적인 규격 및 위치에 대한 선택이 완료되는 경우 이에 대한 발생할 수 있는 오차의 유형 및 각 유형에 대한 오차값에 따른 보정값에 대한 데이터 테이블을 제공한다(S500).When selection of the final standard and location is completed, a data table is provided for types of errors that may occur and correction values according to error values for each type (S500).
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양하게 구현될 수 있다.Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the technical spirit of the present invention is not limited to the above-described preferred embodiment, and can be implemented in various ways without departing from the technical spirit of the present invention embodied in the claims. have.

Claims (11)

  1. 환자의 X-ray 사진을 촬영하는 사진촬영부;A photography unit that takes an X-ray picture of the patient;
    상기 사진촬영부에 의하여 촬영된 사진 데이터를 제1 레이어로 저장하고, 상기 제1 레이어로부터 환부에 대응하는 대퇴골 영상을 추출하여 제2 레이어로 분할시키는 영상 처리부;an image processing unit for storing the photo data taken by the photo taking unit as a first layer, extracting a femur image corresponding to the affected part from the first layer, and dividing the image into a second layer;
    상기 사진촬영부에 의하여 촬영된 영상 데이터를 이용하여 환부측 고관절과 정상측 고관절의 물리적인 치수 및 각도로부터 환자의 이상 상태를 분석하고 정상측 고관절 상태로부터 예측되는 물리적인 치수 및 가동범위 등의 운동특성을 파악하는 영상분석부; 및Using the image data captured by the photographing unit, the patient's abnormal state is analyzed from the physical dimensions and angles of the affected hip joint and the normal hip joint, and motions such as physical dimensions and range of motion predicted from the normal hip joint state an image analysis unit for identifying characteristics; and
    상기 환자를 담당하는 의사에게 상기 환부측 고관절에 삽입될 임플란트의 복수의 규격에 따른 이미지를 제공하여 선택받는 템플릿 추천부;를 포함하는 고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 장치.and a template recommendation unit that provides images according to a plurality of standards of implants to be inserted into the affected hip joint to a doctor in charge of the patient, and selects the template recommendation unit.
  2. 제1항에 있어서,According to claim 1,
    상기 템플릿 추천부를 통하여 선정된 비구 컵, 헤드 및 스템의 규격에 따른 환부의 수술 후의 상태를 시뮬레이션하여 물리적 사이즈 및 각도에 따른 관절 특성 및 운동 특성을 산출하는 시뮬레이션부;를 포함하는 고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 장치.Total hip arthroplasty including; a simulation unit that calculates joint characteristics and motion characteristics according to physical size and angle by simulating the post-operative state of the affected area according to the specifications of the acetabular cup, head and stem selected through the template recommendation unit; simulation device.
  3. 제2항에 있어서,3. The method of claim 2,
    상기 시뮬레이션부는, 상기 환부의 관절 특성 및 운동 특성을 정상측의 관절 특성 및 운동 특성과 비교하여 평가하는 고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 장치.The simulation unit, a total hip arthroplasty simulation device for evaluating the joint characteristics and motion characteristics of the affected part by comparing them with the joint characteristics and motion characteristics of the normal side.
  4. 제3항에 있어서,4. The method of claim 3,
    상기 템플릿 추천부를 통하여 선정된 상기 임플란트의 물리적인 규격과 위치에 따라 수술을 진행하는 경우 발생가능한 오차의 유형 및 해당 유형의 오차값에 따른 규격 변동값 데이터를 제공하는 오차대응 예측부;를 포함하는 고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 장치.Including a type of error that can occur when surgery is performed according to the physical size and location of the implant selected through the template recommendation unit and an error response prediction unit that provides data on the standard variation value according to the type of error value Total hip arthroplasty simulation device.
  5. 제4항에 있어서,5. The method of claim 4,
    상기 규격 변동값 데이터는 오차값에 대응하는 변동값의 복수의 데이터 쌍을 포함하는 데이터 테이블인 고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 장치.The standard variation value data is a data table including a plurality of data pairs of variation values corresponding to error values, a total hip arthroplasty simulation apparatus.
  6. 제4항에 있어서,5. The method of claim 4,
    상기 오차의 타입은 스템의 사이즈 오차, 스템 삽입 깊이의 오차, 비구 컵 비구 내측 삽입 깊이의 오차, 비구 컵 사이즈 오차, 비구 컵의 삽입 각도 오차 중 적어도 어느 하나인 고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 장치.The error type is at least one of stem size error, stem insertion depth error, acetabular cup inner insertion depth error, acetabular cup size error, and acetabular cup insertion angle error.
  7. 제6항에 있어서,7. The method of claim 6,
    상기 오차의 타입에 따른 대응 값은 상기 임플란트의 헤드 내 수용홈 깊이, 상기 임플란트의 오프셋, 상기 임플란트의 스템 길이, 상기 임플란트의 스템 사이즈 중 적어도 어느 하나의 변동값인 고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 장치.The corresponding value according to the type of error is a variation value of at least one of a receiving groove depth in the head of the implant, an offset of the implant, a stem length of the implant, and a stem size of the implant.
  8. 제1항에 있어서,According to claim 1,
    상기 템플릿 추천부는 복수의 규격에 따른 상기 임플란트의 비구 컵 이미지를 제공하여 상기 의사로부터 제3 레이어 상에서 상기 비구 컵 사이즈, 상기 비구 컵의 위치 결정 및 상기 비구 컵의 회전 중심을 결정하는 고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 장치.The template recommendation unit provides an image of the acetabular cup of the implant according to a plurality of standards to determine the size of the acetabular cup, the positioning of the acetabular cup, and the rotational center of the acetabular cup on the third layer from the doctor. Replacement surgery simulation device.
  9. 제8항에 있어서,9. The method of claim 8,
    상기 템플릿 추천부는 상기 의사에 의하여 결정된 상기 비구 컵의 회전 중심에 마킹을 수행하는 고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 장치.The template recommendation unit marks the rotation center of the acetabular cup determined by the doctor, a total hip arthroplasty simulation device.
  10. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9,
    상기 템플릿 추천부는 복수의 규격에 따른 상기 임플란트의 헤드 및 스템 이미지를 제공하여 상기 의사로부터 제4 레이어 상에서 상기 헤드의 사이즈, 위치 및 수용홈 깊이와 상기 스템의 옵셋, 길이 및 사이즈를 선택받는 고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 장치.The template recommendation unit provides the head and stem images of the implant according to a plurality of standards, and the doctor selects the size, position, and receiving groove depth of the head and the offset, length and size of the stem on the fourth layer. Total arthroplasty simulation device.
  11. 제10항에 있어서,11. The method of claim 10,
    상기 템플릿 추천부는 상기 비구 컵의 회전 중심과 상기 헤드의 회전 중심을 일치시키도록 위치시키는 고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 장치.A total hip arthroplasty simulation apparatus for positioning the template recommendation unit so that the rotational center of the acetabular cup coincides with the rotational center of the head.
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