WO2022211445A1 - 뼈 나사용 경로 형성 장치 - Google Patents

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WO2022211445A1
WO2022211445A1 PCT/KR2022/004397 KR2022004397W WO2022211445A1 WO 2022211445 A1 WO2022211445 A1 WO 2022211445A1 KR 2022004397 W KR2022004397 W KR 2022004397W WO 2022211445 A1 WO2022211445 A1 WO 2022211445A1
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perforation
bone
bone screw
guide tube
path
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PCT/KR2022/004397
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이성
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연세대학교 산학협력단
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    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2063—Acoustic tracking systems, e.g. using ultrasound

Definitions

  • the present invention relates to a path forming apparatus for a bone screw, and more particularly, to a path forming apparatus for a bone screw provided to visually sense an insertion path of a bone screw using ultrasound.
  • Treatment of diseases related to the spine includes an indirect treatment method through physical therapy and a direct treatment method in which a separate fixing device is installed on the damaged spine to correct the spine.
  • Physical therapy is performed for mild cases of spinal disease. However, if the disease is severe in the cervical, thoracic, lumbar, sacrum, and intervertebral discs that make up the spine, a separate spinal fixation device is used for treatment.
  • the spinal fixation device includes a screw 90 inserted at a predetermined angle and depth into the vertebra S to fix the damaged spine to a normal state and then fix it without movement, a plurality of It is composed of a rod 91 and the like for connecting the screws. After inserting and fixing the screw 90 to the vertebra (S) in an appropriate direction and position for the treatment of the damaged spine, the rod 91 is used to correct the spine to a normal state to complete the treatment.
  • the operator inserts the needle pin into the vertebra (S) at a preset angle of entry in order to fix the screw (90) to the vertebra (S), x -Ray is taken, and based on the x-ray picture, find out the difference between the insertion site and the angle of entry of the hour needle pin and the location of the drilling where the screw should be inserted and the angle of entry. That is, the screw 90 is measured with the eye of the operator and manually adjusted, so the accuracy of the drilling position and the angle of entry is low. There is a problem that an abnormality may occur.
  • the present invention is to solve the above problems, by receiving a signal reflected by the bone through the cutout formed in the perforation, confirming whether the perforation is properly formed in the inside of the bone, muscle, blood,
  • An object of the present invention is to provide an apparatus for forming a path for a bone screw capable of determining whether a blood vessel is detected or the like.
  • the apparatus for forming a path for a bone screw has an internal space and extends in one direction, and is inserted into the main body part with a perforation on one side, a cutout formed on one side of the perforation, and an internal space, and the cutout and a sensing unit positioned opposite to, and the sensing unit may detect the position of the perforation within the bone when the perforation is inserted into the bone.
  • the sensing unit may receive the reflected wave of the ultrasonic wave transmitted through the cutout to detect the insertion path of the perforation unit.
  • the cutout may be formed on the circumferential surface of the perforation and may have a cut angle of 20° to 180° opened around the center of the centrifugal portion of the perforation.
  • the sensing unit may be inserted into the guide tube and positioned to face the inclined unit. It may further include a fixing portion connected to the guide tube and fixing the guide tube to the body portion.
  • the fixing part may include a fastening part including a fastening hole therein, and a holding part through which the guide pipe passes through the inside and one side is inserted into the fastening hole to hold the guide pipe.
  • the fixing part may include a movement preventing part inserted into the body part in a direction perpendicular to one direction and fixing the guide tube and the sensing part to the body part. It may further include an output unit electrically connected to the sensing unit and outputting the converted reflected wave into a cross-sectional image of the bone.
  • the apparatus for forming a path for a bone screw transmits and receives ultrasound in real time through an incision when a bone is perforated, detects a perforated area inserted into the bone, and monitors the perforation process to prevent the perforation from falling outside the pedicle and the spine damage or neurological abnormalities can be prevented in advance.
  • the apparatus for forming a path for a bone screw according to the present invention outputs an abnormal signal when the pedicle is separated from the outside of the pedicle or is highly likely to be separated while determining the position of the perforation, surrounding muscles, blood, blood vessels, etc. in real time.
  • the insertion path of the perforation part can be adjusted.
  • FIG. 1 is a view schematically showing an application example of a path forming apparatus for a bone screw according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded view schematically showing a form of a path forming apparatus for a bone screw according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a perspective view schematically showing one form of the apparatus for forming a path for a bone screw according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically illustrating a form of a perforation and a cutout of the apparatus for forming a path for a bone screw according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view schematically showing one form of a fixing part of the apparatus for forming a path for a bone screw according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing one form of a movement preventing unit of the apparatus for forming a path for a bone screw according to an embodiment of the present invention.
  • IVUS 7 and 8 are Intravascular Ultrasound (IVUS) image photographs to which a path forming apparatus for a bone screw according to an embodiment of the present invention is applied.
  • IVUS Intravascular Ultrasound
  • FIGS. 1 to 8 a path forming apparatus 1 for a bone screw according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 8 .
  • detailed descriptions of related well-known functions or configurations are omitted so as not to obscure the gist of the present invention.
  • FIG. 1 is a view schematically showing an application example of an apparatus for forming a path for a bone screw according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a view schematically showing a form of an apparatus for forming a path for a bone screw according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a perspective view schematically showing a form of a path forming apparatus for a bone screw according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a cloth of a path forming apparatus for a bone screw according to an embodiment of the present invention.
  • It is a cross-sectional view schematically showing a form of a study and an incision
  • FIG. 5 is a perspective view schematically showing a form of a fixing part of a path forming apparatus for a bone screw according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is an embodiment of the present invention
  • FIGS. 7 and 8 are Intravascular Ultrasound (IVUS) to which a path forming apparatus for a bone screw according to an embodiment of the present invention is applied. It's a video picture.
  • IVUS Intravascular Ultrasound
  • the apparatus 1 for forming a path for a bone screw may include a main body 10 and a sensing unit 20 .
  • the body portion 10 may have a cylindrical shape extending along one direction and having a space therein.
  • One side of the body portion 10 may have a perforated portion 11 formed thereon, and an operation portion 13 may be formed on the other side thereof.
  • the perforation 11 has a cylindrical shape, and a thread may be formed on the outer surface.
  • the perforation 11 may be inserted into the vertebra 60 to puncture the vertebra 60 .
  • the perforation 11 may be made of titanium, a titanium alloy, a stainless steel alloy material, a biocompatible material, or the like.
  • the manipulation unit 13 may rotate the body unit 10 and the perforation unit 11 .
  • the manipulation unit 13 may be connected to a driving device (not shown) to automatically rotate according to the control of the driving device.
  • the sensing unit 20 may be connected to the extension unit 21 , and the extension unit 21 may pass through the body unit 10 to be electrically connected to the output unit 50 .
  • the sensing unit 20 and the output unit 50 may be connected by wire or wirelessly.
  • the output unit 50 may convert the bones, blood vessels, surrounding muscles 63 , and blood 64 adjacent to the perforated area into images through the reflected wave detected by the sensing unit 20 and output the converted images.
  • the output unit 50 may output an abnormal signal when the perforation unit 11 is separated from the outside of the pedicle 61 or is in a state with a high probability of being separated.
  • the abnormal signal may be a visual or audible notification.
  • the operator determines the position of the perforation unit 11 inserted into the vertebrae 60, the surrounding muscles 63, the blood 64, etc. in real time with the image of the output unit 50, and the insertion path of the perforation unit 11 can be adjusted.
  • the bone screw path forming apparatus 1 can monitor the process in which the perforation part 11 is inserted in real time through the sensing unit 20 and the output unit 50, and the perforation unit 11 is a pedicle. (61) When there is a high possibility that deviation to the outside occurs, an abnormal signal is automatically generated so that the depth and direction of the perforation portion 11 can be adjusted immediately. Therefore, since the path forming apparatus 1 for a bone screw can increase the accuracy of the insertion position, insertion depth, and insertion angle of the perforation part 11, it is possible to prevent damage to the spine or neurological abnormalities in advance.
  • the apparatus 1 for forming a path for a bone screw may include a main body 10 , a sensing unit 20 and a guide tube 30 .
  • the sensing unit 20 may be an ultrasonic transducer.
  • the sensing unit 20 may irradiate ultrasonic waves and detect a reflected wave signal of the reflected ultrasonic waves, and the sensed signal may be transmitted to the output unit 50 wirelessly or by wire through the extension unit 21 .
  • the detection unit 20 or the guide tube 30 into which the detection unit 20 is inserted may be inserted into the body unit 10 .
  • a perforation 11 may be formed at one side of the main body 10 .
  • the perforation 11 may have a pointed front end to facilitate bone perforation, and may have an outer surface on which a helical thread 14 is formed.
  • the perforation 11 may include a cutout 12 .
  • the cutout 12 may be formed on a circumferential surface that is an outer side of the perforation 11 .
  • the cutout 12 is an area in which a part of the circumferential surface of the perforation part 11 is opened, and a part of the sensing part 20 inserted into the body part 10 or a part of the guide tube 30 may be exposed. .
  • the sensing unit 20 may be inserted into the guide tube 30 .
  • the guide tube 30 may be positioned to extend along one direction and surround the extension 21 .
  • the extension 21 may have flexibility.
  • the guide tube 30 may be made of metal, and may guide the extension 21 in the body 10 while supporting the outside of the flexible extension 21 .
  • a rotational force or an external force may be applied to the body portion 10, and the guide tube 30 prevents the detection portion 20 and the extension portion 21 from being twisted by the rotational force.
  • the guide tube 30 prevents the detection portion 20 and the extension portion 21 from being twisted by the rotational force.
  • the sensing unit 20 and the extension unit 21 can be protected from external forces.
  • the guide tube 30 may include an inclined portion 31 .
  • the inclined portion 31 may be inclined from one side of the guide tube 30 toward the other side facing the other side.
  • the inclined cross-section of the inclined portion 31 may have an elliptical shape.
  • the guide tube 30 may be inserted into the main body 10 , and the sensing unit 20 may be inserted into the guide tube 30 .
  • the cutout 12 may be positioned to face the inclined part 31
  • the inclined part 31 may be positioned to face the sensing part 20 .
  • the sensing unit 20 may form the ultrasonic region A in a state of being opened to the outside of the perforation portion 11 through the inclination portion 31 and the cutout portion 12 .
  • the sensing unit 20 irradiates an ultrasonic wave to the ultrasonic region A, receives a reflected wave signal on the same plane reflected by the bone, and detects a signal for the internal structure of the bone.
  • the sensed signal is output to the output unit 50 through the extension unit 21, and the operator checks the bones, blood vessels, muscles 63, blood 64, etc. It is possible to determine the insertion path of the study (11).
  • the cutout 12 may be formed on the circumferential surface of the perforation 11 .
  • the cutout 12 may be a cutout area D in which a part of the side surface of the perforation 11 is opened.
  • the yz cross-section of the cutout 12 may have a circular arc shape.
  • the opened incision angle (R) of the cutout portion 14 may be 20° to 180° with the center of the centrifugal portion of the perforation portion 11 .
  • the sensing unit 20 inserted into the perforation unit 11 also rotates and transmits and receives ultrasound through the incision 12, and transmits and receives ultrasound waves through the perforation area, including bones, blood vessels, It is possible to detect the muscle 63, blood 64, and the like in the area around the puncture. That is, even if the cutout 12 is formed only in a partial area of the perforated portion 11 , the cross-sectional structure of the perforated area can be sensed over the entire area while the sensing unit 20 rotates 360°.
  • the open incision angle R of the incision portion 14 is less than 20° with respect to the center of the distal portion of the perforation portion 11, the incision area D is small and the time to detect the bone in the perforation area may be longer.
  • the open incision angle (R) of the incision (14) exceeds 180 ° with respect to the center of the distal portion of the perforation (11), the area of the thread (14) becomes smaller, so that the bone perforation efficiency of the perforation (11) is reduced. may be lowered, and the durability of the perforation portion 11 may be reduced. Accordingly, it is preferable to adjust the opening angle R of the cutout 14 in the above-described range.
  • the path forming apparatus 1 for bone screws may include a fixing unit 40 for fixing the guide tube 30 and the sensing unit 20 to the body unit 10 .
  • the fixing part 40 may include a fastening part 41 and a holding part 43 .
  • the fastening part 41 and the holding part 43 may be inserted into the body part 10 in a state in which the guide tube 30 is held by being coupled to each other.
  • the fastening part 41 and the holding part 43 may be located in the operation part 13 .
  • a plurality of ribs 44 may be formed on one side of the holding part 43 .
  • the plurality of ribs 44 may have elasticity so as to be separated from each other or to be in close contact with each other.
  • the rib 44 may have a prismatic shape having a cross section such as a sector shape having one arc edge, a curved trapezoid having two arc edges, and the like. When the plurality of ribs 44 are in close contact, the overall cross-section of the plurality of ribs 44 may be circular.
  • the meaning of the prototype means that it can be recognized as a prototype at a glance when viewed as a whole rather than a prototype in a mathematically perfect sense.
  • the ribs 44 When the guide tube 30 is inserted between the plurality of ribs 44 , the ribs 44 may be in contact with the outer surface of the guide tube 30 in a state of being spaced apart from each other. When the fastening part 41 and the holding part 43 are coupled in this state, the ribs 44 may be inserted into the fastening hole 42 . The outer surfaces of the ribs 44 are in close contact with the inner surfaces of the fastening holes 42 to compress the guide tube 30 and the extension portion 21 inserted into the guide tube 30 . Accordingly, the flow in the x-axis direction of the guide tube 30 , the extension 21 inserted into the guide tube 30 , and the sensing unit 20 connected to the extension 21 can be prevented.
  • the fixing part 40 may include a movement preventing part 45 .
  • the movement preventing part 45 may be inserted into the body part 10 in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the body part 10 .
  • the movement preventing part 45 has a bolt shape and may be fastened to the body part 10 along the z-axis direction.
  • the movement preventing unit 45 may be fixed to the main body 10 while pressing one side of the extension 21 and the guide tube 30 .
  • the movement preventing unit 45 controls the flow in the y-axis or z-axis direction of the guide tube 30 , the extension 21 inserted into the guide tube 30 , and the sensing unit 20 connected to the extension 21 . can be prevented
  • the bone screw path forming device 1 is a guide tube 30 using the fixing portion 40 , the extension portion 21 inserted into the guide tube 30 , and a sensing unit connected to the extension portion 21 . (20) can be firmly fixed to the body portion (10).
  • the bone screw path forming device 1 can primarily prevent the movement of the guide tube 30 in the longitudinal direction of the guide tube 30 by combining the fastening portion 41 and the holding portion 43, The movement of the guide tube 30 in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the guide tube 30 can be prevented secondarily by using the movement preventing unit 45 .
  • the guide tube 30 , the extension part 21 inserted into the guide tube 30 , and the sensing part 20 connected to the extension part 21 are x-axis, y-axis, z-axis inside the body part 10 .
  • the position of the axis may be fixed. Therefore, even though the bone screw path forming apparatus 1 rotates as a whole and the bone is punctured, the fixed position does not change, so the detection reliability of the sensor 20 and the output stability of image conversion may be increased.
  • IVUS 7 and 8 show Intravascular Ultrasound (IVUS) images obtained by capturing a scene in which the path forming device for bone screws manufactured according to FIG. 1 of the present invention is inserted into animal bones and punctures animal bones in real time.
  • IVUS Intravascular Ultrasound
  • Fig. 7 (a) is an IVUS image in the air before the device for forming a path for a bone screw is inserted into an animal bone
  • Figs. 7 (b), (a) and (b) are a path for a bone screw. This is an IVUS image of an animal bone puncture scene after the forming device is inserted into the animal bone.
  • the path forming apparatus for a bone screw when the path forming apparatus for a bone screw is inserted into the bone, the reflected wave of the transmitted ultrasound may be received and the cross-section of the bone and blood may be checked in the image.
  • the muscles around the puncture area into which the path forming device for bone screws is inserted can also be identified.
  • the bone screw path forming device is inserted while checking the location of the cross section of the bone. Accordingly, it can be seen that the apparatus for forming a path for a bone screw can be accurately inserted into a preset position of a bone, and drilling can be performed while checking a cross-section of a bone and surrounding muscles in real time.
  • the present invention relates to a path forming apparatus for a bone screw, and more particularly, to a path forming apparatus for a bone screw provided to visually sense an insertion path of a bone screw using ultrasound.
  • the apparatus for forming a path for a bone screw transmits and receives ultrasound in real time through an incision when a bone is perforated, detects a perforated area inserted into the bone, and monitors the perforation process to prevent the perforation from falling outside the pedicle and the spine damage or neurological abnormalities can be prevented in advance.

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Abstract

본 발명에 따른 뼈 나사용 경로 형성 장치는 척추경의 외부로 이탈되거나, 이탈될 가능성이 높은 상태일 경우 이상 신호를 출력하여 천공부의 위치, 주변 근육, 혈액, 혈관 등을 실시간으로 판단하면서 천공부의 삽입 경로를 조정할 수 있으며, 본 발명의 한 실시예에 따른 뼈 나사용 경로 형성 장치는 내부 공간을 가지며 일방향으로 연장되고, 일측에 천공부가 마련된 본체부, 천공부의 일측에 형성된 절개부, 및 내부 공간에 삽입되고, 절개부와 대향하며 위치하는 감지부를 포함하고, 감지부는 천공부가 뼈에 삽입될 경우, 뼈 내부에서 천공부의 위치를 감지할 수 있다.

Description

뼈 나사용 경로 형성 장치
본 발명은 뼈 나사용 경로 형성 장치에 관한 것이며, 상세하게는 뼈 나사의 삽입 경로를, 초음파를 이용하여 시각적으로 감지하도록 제공되는 뼈 나사용 경로 형성 장치에 관한 것이다.
척추와 관련된 질환의 치료는 물리치료를 통한 간접적인 치료방법과 손상된 척추부에 별도의 고정장치를 장착하여 척추를 교정하는 직접적인 치료방식을 포함한다. 척추질환이 경미한 경우에는 물리치료를 시행하나, 척추를 구성하고 있는 경추, 흉추, 요추, 천골 및 추간원판 등에 질환이 심한 경우에는 별도의 척추고정장치를 이용하여 치료를 하고 있다.
일반적으로, 도 9에 도시한 바와 같이, 척추고정장치는 손상된 척추를 정상적인 상태로 교정한 후 움직임 없이 고정하기 위하여 척추뼈(S)에 소정의 각도와 깊이로 삽입되는 나사(90), 복수개의 나사를 연결하는 로드(91) 등으로 구성된다. 손상된 척추의 치료를 위해 나사(90)를 척추뼈(S)에 적절한 방향과 위치에 삽입 고정한 후, 로드(91)를 사용하여 척추를 정상적인 상태로 교정하여 치료를 완료한다.
한편, 척추뼈(S)에 나사를 고정하기 위한 일례로, 집도자는 척추뼈(S)에 나사(90)를 고정하기 위해서 미리 설정된 진입각도로 척추뼈(S)에 시침핀을 삽입한 뒤, x-ray 촬영을 하고, x-ray 사진을 바탕으로 시침핀의 삽입부위 및 진입각도와 실제 나사가 삽입되어야 할 천공 위치 및 진입 각도의 차이를 파악한다. 즉, 나사(90)는 집도자의 육안으로 측정되어 수기로 조절되므로 천공위치 및 진입각도의 정확성이 낮으며, 정확하지 않은 위치 및 경로로 나사(90)가 삽입될 경우, 척추의 손상 및 신경학적 이상이 발생될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 천공부에 형성된 절개부를 통해 뼈에 반사되는 신호를 받아 뼈의 내부에 적절하게 천공부가 형성되고 있는지를 확인하고, 천공부 주변에 근육, 혈액, 혈관 등 감지되는지 여부 등을 파악할 수 있는 뼈 나사용 경로 형성 장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 감지부를 통해 천공부가 삽입되는 과정을 실시간으로 모니터링하고 천공부의 삽입 위치, 삽입 깊이, 삽입 각도 등의 정확도를 높여 척추의 손상이나 신경학적 이상을 방지하는 뼈 나사용 경로 형성 장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 뼈 나사용 경로 형성 장치는 내부 공간을 가지며 일방향으로 연장되고, 일측에 천공부가 마련된 본체부, 천공부의 일측에 형성된 절개부, 및 내부 공간에 삽입되고, 절개부와 대향하며 위치하는 감지부를 포함하고, 감지부는 천공부가 뼈에 삽입될 경우, 뼈 내부에서 천공부의 위치를 감지할 수 있다.
감지부는, 절개부를 통하여 발신된 초음파의 반사파를 수신하여 천공부의 삽입 경로를 감지할 수 있다. 절개부는, 천공부의 원주면에 형성되고 천공부의 원심을 중심으로 개구된 절개각도가 20°내지 180°일 수 있다.
내부 공간에 삽입되고 일측 단부에 경사부가 형성된 가이드관을 더 포함할 수 있다. 감지부는, 가이드관에 삽입되고 경사부와 대향하며 위치할 수 있다. 가이드관과 연결되고 가이드관을 본체부에 고정하는 고정부를 더 포함할 수 있다. 고정부는, 내부에 체결공을 포함하는 체결부 및 가이드관이 내부를 통과하고 일측이 체결공에 삽입되어 가이드관을 홀딩하는 홀딩부를 포함할 수 있다.
고정부는, 일방향과 수직한 방향으로 본체부에 삽입되고 가이드관과 감지부를 본체부에 고정하는 이동방지부를 포함할 수 있다. 감지부와 전기적으로 연결되고 반사파를 뼈의 단면 영상으로 변환하여 출력하는 출력부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 뼈 나사용 경로 형성 장치는 뼈의 천공시, 절개부를 통해 실시간으로 초음파를 송수신하여 뼈에 삽입된 천공 영역을 감지하고 천공 과정을 모니터링 하여 천공부가 척추경 외부로 이탈되는 현상 및 척추의 손상이나 신경학적 이상을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 뼈 나사용 경로 형성 장치는 척추경의 외부로 이탈되거나, 이탈될 가능성이 높은 상태일 경우 이상 신호를 출력하여 천공부의 위치, 주변 근육, 혈액, 혈관 등을 실시간으로 판단하면서 천공부의 삽입 경로를 조정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 뼈 나사용 경로 형성 장치의 적용예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 뼈 나사용 경로 형성 장치의 일 형태를 개략적으로 나타내는 분해도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 뼈 나사용 경로 형성 장치의 일 형태를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 뼈 나사용 경로 형성 장치의 천공부 및 절개부의 일 형태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 뼈 나사용 경로 형성 장치의 고정부의 일 형태를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 뼈 나사용 경로 형성 장치의 이동방지부의 일 형태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 뼈 나사용 경로 형성 장치가 적용된 Intravascular Ultrasound(IVUS) 영상 사진이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 뼈 나사용 경로 형성 장치(1)가 상세하게 설명된다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 뼈 나사용 경로 형성 장치의 적용예를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 뼈 나사용 경로 형성 장치의 일 형태를 개략적으로 나타내는 분해도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 뼈 나사용 경로 형성 장치의 일 형태를 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 뼈 나사용 경로 형성 장치의 천공부 및 절개부의 일 형태를 개략적으로 나타내는 단면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 뼈 나사용 경로 형성 장치의 고정부의 일 형태를 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 뼈 나사용 경로 형성 장치의 이동방지부의 일 형태를 개략적으로 나타내는 단면도이며, 도7및 도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 뼈 나사용 경로 형성 장치가 적용된 Intravascular Ultrasound(IVUS) 영상 사진이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 뼈 나사용 경로 형성 장치(1)는 본체부(10) 및 감지부(20)를 포함할 수 있다. 본체부(10)는 일방향을 따라 연장되고 내부에 공간을 가지는 원통형 형상일 수 있다. 본체부(10)의 일측에는 천공부(11)가 형성되고, 타측에는 조작부(13)가 형성될 수 있다.
천공부(11)는 원통형 형상으로, 외면에 나사산이 형성될 수 있다. 천공부(11)는 척추뼈(60)에 삽입되어 척추뼈(60)를 천공할 수 있다. 천공부(11)는 티타늄, 티타늄 합금, 스테인리스강 합금 재료, 생체 적합성 재료 등으로 제조될 수 있다.
조작부(13)는 본체부(10) 및 천공부(11)를 회전시킬 수 있다. 조작부(13)가 수동일 경우, 집도자가 조작부(13)를 잡고 본체부(10)를 회전시켜 천공부(11)를 척추뼈(60)에 삽입할 수 있다. 조작부(13)가 자동일 경우, 조작부(13)는 구동장치(미도시)와 연결되어 구동장치의 제어에 따라 자동으로 회전할 수 있다.
감지부(20)는 연장부(21)와 연결되고, 연장부(21)는 본체부(10)를 통과하여 출력부(50)와 전기적으로 연결될 수 있다. 감지부(20)와 출력부(50)는 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다. 천공부(11)가 척추뼈(60)에 삽입될 경우, 감지부(20)는 척추뼈(60)를 향하여 발신된 초음파에 대한 반사파를 수신하여 척추뼈(60) 내부에서의 천공부(11)의 위치를 감지할 수 있다.
출력부(50)는 감지부(20)에서 감지된 반사파를 통해서 천공 영역에 인접한 뼈, 혈관, 주변 근육(63), 혈액(64) 등을 영상으로 변환하여 출력할 수 있다. 출력부(50)는 천공부(11)가 척추경(61)의 외부로 이탈되거나, 이탈될 가능성이 높은 상태일 경우, 이상 신호를 출력할 수 있다. 이상 신호는 시각적 또는 청각적 알림일 수 있다. 집도자는 출력부(50)의 영상으로 척추뼈(60)에 삽입된 천공부(11)의 위치, 주변 근육(63), 혈액(64) 등을 실시간으로 판단하면서 천공부(11)의 삽입 경로를 조정할 수 있다.
종래에는 집도자가 육안으로 천공 위치 및 진입 각도를 파악하고 수기로 천공부의 위치, 각도 등을 조절하므로 정확성이 낮으며, 정확하지 않은 위치에 천공부가 삽입될 경우, 천공부의 고정력이 낮아질 수 있으며. 척추경(61) 외벽을 벗어나거나 신경(62)을 손상시킬 가능성이 있다.
반면에, 뼈 나사용 경로 형성 장치(1)는 감지부(20) 및 출력부(50)를 통해 천공부(11)가 삽입되는 과정을 실시간으로 모니터링 할 수 있으며 천공부(11)가 척추경(61) 외부로 이탈이 발생될 가능성이 높을 경우, 자동으로 이상 신호를 발생시켜 천공부(11)의 깊이와 방향을 즉각적으로 조정할 수 있다. 따라서, 뼈 나사용 경로 형성 장치(1)는 천공부(11)의 삽입 위치, 삽입 깊이, 삽입 각도의 정확도를 높일 수 있으므로 척추의 손상이나 신경학적 이상을 미연에 방지할 수 있다.
이하에서는 도 2 내지 도 6을 사용하여 뼈 나사용 경로 형성 장치(1)를 좀더 상세하게 설명한다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 뼈 나사용 경로 형성 장치(1)는 본체부(10), 감지부(20) 및 가이드관(30)을 포함할 수 있다. 감지부(20)는 초음파 트랜스듀서일 수 있다. 감지부(20)는 초음파를 조사하고, 반사되는 초음파의 반사파 신호를 감지할 수 있으며, 감지된 신호는 연장부(21)를 통해 무선 또는 유선으로 출력부(50)에 전송될 수 있다.
본체부(10)에는 감지부(20) 또는 감지부(20)가 삽입된 가이드관(30)이 삽입될 수 있다. 본체부(10)의 일측에는 천공부(11)가 형성될 수 있다. 천공부(11)는 뼈의 천공이 용이하도록 뾰족한 형상의 전단부를 가지며, 나선형의 나사산(14)이 형성된 외측면을 가질 수 있다.
천공부(11)는 절개부(12)를 포함할 수 있다. 절개부(12)는 천공부(11)의 외측 측면인 원주면에 형성될 수 있다. 절개부(12)는 천공부(11)의 원주면의 일부를 개구한 영역으로, 본체부(10)에 삽입된 감지부(20)의 일부 또는 가이드관(30)의 일부를 노출시킬 수 있다.
가이드관(30)에는 감지부(20)가 삽입될 수 있다. 가이드관(30)은 일방향을 따라 연장되고 연장부(21)를 둘러싸며 위치할 수 있다. 연장부(21)는 유연성을 가질 수 있다. 가이드관(30)은 금속으로 제조되어, 유연성을 가지는 연장부(21)의 외측을 지지하면서 본체부(10)의 내부에서 연장부(21)를 가이드 할 수 있다.
천공부(11)가 뼈에 삽입될 경우, 본체부(10)에 회전력 또는 외력이 가해질 수 있는데, 가이드관(30)은 회전력에 의해 감지부(20)와 연장부(21)가 뒤틀리지 않도록 지지할 수 있으며, 외력으로부터 감지부(20)와 연장부(21)를 보호할 수 있다.
가이드관(30)은 경사부(31)를 포함할 수 있다. 경사부(31)는 가이드관(30)의 일측면에서 마주보는 타측면을 향하여 경사진 형상일 수 있다. 가이드관(30)이 원통형 형상일 경우, 경사부(31)의 경사 단면은 타원형일 수 있다.
본체부(10)의 내부에는 가이드관(30)이 삽입되고, 가이드관(30)의 내부에는 감지부(20)가 삽입될 수 있다. 이 경우, 절개부(12)는 경사부(31)와 대향하며 위치하고, 경사부(31)는 감지부(20)와 대향하며 위치할 수 있다. 감지부(20)는 경사부(31) 및 절개부(12)를 통해 천공부(11)의 외부로 개구된 상태로 초음파영역(A)을 형성할 수 있다.
천공부(11)가 뼈에 삽입될 경우, 감지부(20)는 초음파영역(A)으로 초음파를 조사하고, 뼈에 반사되는 동일한 평면상의 반사파 신호를 받아 뼈의 내부 구조에 대한 신호를 감지할 수 있다. 감지된 신호는 연장부(21)를 통해 출력부(50)에 출력되고, 집도자는 출력부(50)에 나타난 천공 영역의 뼈, 혈관, 근육(63), 혈액(64) 등을 확인하면서 천공부(11)의 삽입 경로를 판단할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 절개부(12)는 천공부(11)의 원주면에 형성될 수 있다. 절개부(12)는 천공부(11)의 측면의 일부를 개구한 절개영역(D)일 수 있다. 절개부(12)의 yz단면은 원호(circular arc)형상일 수 있다. 절개부(14)의 개구된 절개각도(R)는 천공부(11)의 원심을 중심으로 20°내지 180°일 수 있다.
천공부(11)는 360°회전하면서 뼈를 천공하므로, 천공부(11)에 삽입된 감지부(20)도 함께 회전하면서 절개부(12)를 통해 초음파를 송수신 하며 천공 영역의 뼈, 혈관, 천공 주변 영역의 근육(63), 혈액(64) 등을 감지할 수 있다. 즉, 절개부(12)가 천공부(11)의 일부 영역에만 형성되더라도 감지부(20)가 360° 회전하면서 천공 영역의 단면 구조를 전 영역에 걸쳐 감지할 수 있다.
한편, 절개부(14)의 개구된 절개각도(R)가 천공부(11)의 원심을 중심으로 20°미만일 경우, 절개영역(D)이 작아 천공 영역의 뼈를 감지하는 시간이 길어질 수 있다. 또한 절개부(14)의 개구된 절개각도(R)가 천공부(11)의 원심을 중심으로 180°초과일 경우, 나사산(14)의 영역이 작아져 천공부(11)의 뼈 천공 효율성이 낮아질 수 있으며, 천공부(11)의 내구성이 저하될 수 있다. 이에, 절개부(14)의 개구된 절개각도(R)는 전술한 범위로 조절하는 것이 바람직하다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 뼈 나사용 경로 형성 장치(1)는 가이드관(30) 및 감지부(20)를 본체부(10)에 고정하는 고정부(40)를 포함할 수 있다. 고정부(40)는 체결부(41) 및 홀딩부(43)를 포함할 수 있다. 체결부(41)와 홀딩부(43)는 상호 결합하여 가이드관(30)을 홀딩한 상태로 본체부(10)에 삽입될 수 있다. 이 경우, 체결부(41)와 홀딩부(43)는 조작부(13)에 위치할 수 있다.
홀딩부(43)의 일측에는 복수개의 리브(44)가 형성될 수 있다. 복수개의 리브(44)는 서로 멀어지거나 밀착될 수 있도록 탄성을 가질 수 있다. 리브(44)는 각각 하나의 원호변을 가지는 부채꼴, 두 개의 원호변을 가지는 굴곡된 사다리꼴 등의 단면을 가지는 각기둥 형상일 수 있다. 복수개의 리브(44)가 밀착될 경우, 복수개의 리브(44)의 전체적인 단면은 원형일 수 있다. 여기서 원형의 의미는 수학적으로 완전한 의미의 원형이 아니라 전체적으로 볼 때 일견하여 원형으로 인식될 수 있음을 의미한다.
복수개의 리브(44)들 사이에 가이드관(30)이 삽입되면, 리브(44)들은 서로 벌어진 상태로 가이드관(30)의 외면과 접촉할 수 있다. 이 상태에서 체결부(41)와 홀딩부(43)가 결합할 경우, 리브(44)들은 체결공(42)에 삽입될 수 있다. 리브(44)들의 외면은 체결공(42)의 내면과 맞닿으면서 상호 밀착되어 가이드관(30) 및 가이드관(30)에 삽입된 연장부(21)를 압착할 수 있다. 이에, 가이드관(30), 가이드관(30)에 삽입된 연장부(21), 연장부(21)와 연결된 감지부(20)의 x축 방향에 대한 유동을 방지할 수 있다.
고정부(40)는 이동방지부(45)를 포함할 수 있다. 이동방지부(45)는 본체부(10)의 길이방향과 수직한 방향으로 본체부(10)에 삽입될 수 있다. 이동방지부(45)는 볼트 형상을 가지며, z축 방향을 따라 본체부(10)에 체결될 수 있다. 이동방지부(45)는 연장부(21) 및 가이드관(30)의 일측면을 압착하면서 본체부(10)에 고정시킬 수 있다. 이동방지부(45)는 가이드관(30), 가이드관(30)에 삽입된 연장부(21), 연장부(21)와 연결된 감지부(20)의 y축 또는 z축 방향에 대한 유동을 방지할 수 있다.
정리하면, 뼈 나사용 경로 형성 장치(1)는 고정부(40)를 이용하여 가이드관(30), 가이드관(30)에 삽입된 연장부(21), 연장부(21)와 연결된 감지부(20)를 본체부(10)에 견고하게 고정시킬 수 있다. 뼈 나사용 경로 형성 장치(1)는 체결부(41)와 홀딩부(43)를 결합하여 가이드관(30)의 길이 방향에 대한 가이드관(30)의 움직임을 1차적으로 방지할 수 있으며, 이동방지부(45)를 이용하여 가이드관(30)의 길이 방향과 수직인 방향에 대한 가이드관(30)의 움직임을 2차적으로 방지할 수 있다.
즉, 가이드관(30), 가이드관(30)에 삽입된 연장부(21), 연장부(21)와 연결된 감지부(20)는 본체부(10)의 내부에서 x축, y축, z축의 위치가 고정될 수 있다. 따라서, 뼈 나사용 경로 형성 장치(1)가 전체적으로 회전하면서 뼈를 천공하더라도 고정 위치는 가변 되지 않으므로 감지부(20)의 감지 신뢰도 및 영상 변환의 출력 안정성이 높아질 수 있다.
이하에서는 실험예를 사용하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
실험예 1
도 7 및 도 8는 본 발명의 도 1에 따라 제조한 뼈 나사용 경로 형성 장치가 동물뼈에 삽입되어 실시간으로 동물뼈를 천공하는 장면을 촬영한 Intravascular Ultrasound(IVUS) 영상 사진을 나타낸다.
도 7의 (a)는 뼈 나사용 경로 형성 장치가 동물뼈에 삽입되기 전 공기에서의 IVUS 영상 사진이며, 도 7의 (b), 도8의 (a) 및 (b)는 뼈 나사용 경로 형성 장치가 동물뼈에 삽입된 후의 동물 뼈 천공 장면의 IVUS 영상 사진이다.
도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 뼈 나사용 경로 형성 장치가 뼈에 삽입되면 발신된 초음파의 반사파를 수신하여 뼈의 단면 및 혈액을 영상에서 확인할 수 있다. 또한, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 뼈 나사용 경로 형성 장치가 삽입된 천공 영역 주변의 근육도 확인할 수 있다.
도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 뼈 나사용 경로 형성 장치는 뼈의 단면을 위치를 확인하면서 삽입된다. 이에, 뼈 나사용 경로 형성 장치는 미리 설정된 뼈의 위치에 정확하게 삽입될 수 있으며, 실시간으로 뼈의 단면과 주변 근육 등을 확인하면서 천공을 진행할 수 있다는 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
본 발명은 뼈 나사용 경로 형성 장치에 관한 것이며, 상세하게는 뼈 나사의 삽입 경로를, 초음파를 이용하여 시각적으로 감지하도록 제공되는 뼈 나사용 경로 형성 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 뼈 나사용 경로 형성 장치는 뼈의 천공시, 절개부를 통해 실시간으로 초음파를 송수신하여 뼈에 삽입된 천공 영역을 감지하고 천공 과정을 모니터링 하여 천공부가 척추경 외부로 이탈되는 현상 및 척추의 손상이나 신경학적 이상을 미연에 방지할 수 있다.

Claims (9)

  1. 내부 공간을 가지며 일방향으로 연장되고, 일측에 천공부가 마련된 본체부,
    상기 천공부의 일측에 형성된 절개부, 및
    상기 내부 공간에 삽입되고, 상기 절개부와 대향하며 위치하는 감지부,
    를 포함하고,
    상기 감지부는 상기 천공부가 뼈에 삽입될 경우, 뼈 내부에서 상기 천공부의 위치를 감지하는 것을 특징으로 하는 뼈 나사용 경로 형성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감지부는, 상기 절개부를 통하여 발신된 초음파의 반사파를 수신하여 상기 천공부의 삽입 경로를 감지하는 것을 특징으로 하는 뼈 나사용 경로 형성 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 절개부는, 상기 천공부의 원주면에 형성되고 상기 천공부의 원심을 중심으로 개구된 절개각도가 20°내지 180°인 것을 특징으로 하는 뼈 나사용 경로 형성 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 내부 공간에 삽입되고 일측 단부에 경사부가 형성된 가이드관을 더 포함하는 뼈 나사용 경로 형성 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 감지부는, 상기 가이드관에 삽입되고 상기 경사부와 대향하며 위치하는 것을 특징으로 하는 뼈 나사용 경로 형성 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가이드관과 연결되고 상기 가이드관을 상기 본체부에 고정하는 고정부를 더 포함하는 뼈 나사용 경로 형성 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고정부는, 내부에 체결공을 포함하는 체결부 및 상기 가이드관이 내부를 통과하고 일측이 상기 체결공에 삽입되어 상기 가이드관을 홀딩하는 홀딩부를 포함하는 뼈 나사용 경로 형성 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고정부는, 상기 일방향과 수직한 방향으로 상기 본체부에 삽입되고 상기 가이드관과 상기 감지부를 상기 본체부에 고정하는 이동방지부를 포함하는 뼈 나사용 경로 형성 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 감지부와 전기적으로 연결되고 상기 반사파를 뼈의 단면 영상으로 변환하여 출력하는 출력부를 더 포함하는 뼈 나사용 경로 형성 장치.
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