KR101137991B1

KR101137991B1 - 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 보형물의 제조방법 및 그 척추 보형물

Info

Publication number: KR101137991B1
Application number: KR1020090092837A
Authority: KR
Inventors: 박석호; 박종오
Original assignee: 전남대학교산학협력단
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2012-04-20
Anticipated expiration: 2029-09-30
Also published as: US20120191192A1; WO2011040677A1; KR20110035214A; US9039772B2

Abstract

본 발명은 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 보형물의 제조방법 및 척추 보형물에 관한 것으로, 척추 수술에서 사용되는 척추 보형물의 장착을 위해 척추에 손상을 주는 문제를 해결하기 위하여 환자의 영상이미지를 도입하여 삽입 가능한 환자 개개인의 척추형상에 맞추어진 척추 보형물을 폴리머 기반의 재료로 제작하고 수술하는 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 보형물의 제조방법 및 그 척추 보형물에 관한 것이다.

척추, 수술, 의료, 맞춤형, 폴리머, 보형물, 영상

Description

영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 보형물의 제조방법 및 그 척추 보형물{Fabrication and manufacturing method of image based patient specific spinal implant}

본 발명은 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 보형물의 제조방법 및 그 척추 보형물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 환자의 영상이미지를 도입하여 삽입 가능한 환자 개개인의 척추형상에 맞추어진 척추 보형물을 폴리머기반의 재료를 이용하여 제작하게 되는 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 보형물의 제조방법 및 그 척추 보형물에 관한 것이다.

척추와 관련된 질환의 치료에 있어 일반적으로 물리치료를 통한 간접적인 치료방법과 손상된 척추부에 별도의 고정장치를 장착하여 척추를 교정 및 고정하는 직접적인 치료방식이 시행된다.

즉, 척추질환이 경미한 경우에는 물리치료를 시행하나, 척추를 구성하고 있는 경추, 흉추, 요추, 천골 및 추간원판등에 질환이 심한 경우에는 별도의 척추고정장치를 이용하여 치료를 하고 있다.

통상적으로 시술되는 척추고정장치의 구성은 손상된 척추부를 정상적인 상태 로 교정한 후 움직임 없이 고정할 수 있도록, 척추골의 척추경 또는 천골에 소정의 각도와 깊이로 삽입되는 고정 스크류와 척추부의 일측에 위치되는 지지바 그리고 상기한 지지바와 고정용 스크류를 연계하여 체결하는 고정용 캡 또는 고정용 콘넥터로 구성된다.

한편, 도 1에 도시한 바와 같이 손상된 척추부의 치료를 위해 우선 고정 스크류를 추골의 척추경 또는 천골에 적절한 방향과 위치에 삽입 고정한 후, 지지바를 사용하여 척추부를 정상적인 상태로 교정하고 고정용 캡 또는 고정용 콘낵터를 이용하여 지지바와 고정 스크류를 고정하여 치료를 완료한다.

상기 고정 스크류를 고정용 로드(rod)에 연결하는데 사용되는 하나 이상의 연결용 슬라이딩 부품을 포함한 고정용 로드는 원통형 베어링에 삽입되고, 작은 클램프와 죔 스크류를 포함하는 죔 수단을 사용하여 고정된다. 연결용 슬라이딩 부품은 고정 스크류의 축과 수렴하는 방향에서 고정용 로드를 위한 원통형 베어링으로부터 멀어지게 연장하는 하나 이상의 팁을 포함한다. 이런 방식으로, 연결용 슬라이딩 부품은 척추에 대해 이 부품을 눌러 임시으로 고정되며, 고정 스크류는 이후에 제 위치에 나사고정되고, 마지막으로 작은 클램프와 죔 스크류를 사용하여 죄이기 전에 원통형 베어링으로 고정용 로드가 측방향으로 삽입된다. 장치는 척주에 전방 이식하도록 설계되어 있다.

상기와 같은 척추고정장치를 사용하는 치료에 있어서, 기존의 임플란트들은 완벽하게 만족할 만하지 못하였다. 특히 척추뼈 치료 시, 기존의 임플란트는 척추간 공간을 완벽하게 복원시키지 못하거나, 임플란트 자체가 척추의 움직임을 방해 하는 장애물이 되거나, 척추판으로 삽입될 수 있는 위험성을 유발하거나, 임플란트의 이식이 어렵거나, 임플란트의 내구성 혹은 이식 고정부의 내구성에 관련된 신뢰도가 상당히 떨어진다

이같은 척추 고정장치의 가장 큰 문제점은 척추에 손상을 주는 문제이다.

기존의 척추 고정을 위한 보형물과 이를 이용한 수술에 관해 도면 1을 보면 나사못 형태를 이용한 척추 고정술은 다음과 같은 단점을 가지고 있다.

먼저, 척추보정을 위한 보형물은 영상기반으로 선정되지만 환자 맞춤형이 아니며, 척추 보형물의 부착을 위해 연결체(볼트 등)을 척추의 뼈 부분에 박는 것이다.

이러한 척추침습은 뼈 자체의 손상을 줄 뿐만 아니라 경우에 따라 척추신경(spinal cord)를 손상시켜 큰 문제를 야기하기도 한다.

그리고, 척추 보형물은 상대적으로 큰 구조물의 금속물로 이루어져 환자의 거부감이 있으며, 또한 한번 조절되어 고정된 보형물은 조정이 불가능하여 향후 조절이 필요한 경우에는 추가적인 절개 수술이 필요한 문제점이 발생한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 보형물의 제조방법 및 척추 보형물은, 척추 수술에서 사용되는 척추 보형물의 장착을 위해 척추에 손상을 주는 문제를 해결하기 위하여 환자의 영상이미지를 도입하여 삽입 가능한 환자 개개인의 척추형상에 맞추어진 척추 보형물을 폴리머 기반의 재료로 제작하고 수술하는 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 보형물의 제조방법 및 그 척추 보형물을 제공함에 있다.

이러한, 본 발명에 따른 영상 기반의 환자 맞춤형 임플란트 보형물 제조방법은 영상기법을 기반으로 생성된 척추영상을 기반으로 환자 개개인에 맞추어져 임플란트 보형물을 제작하는 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 보형물의 제조방법 및 그 척추 보형물을 제공함에 있다.

그리고 기존의 보형물의 금속성이라는 단점을 극복하기 위해 생체 친화적 폴리머 기반의 임플란트 보형물을 제안하여 생체 친화적 폴리머를 사용하므로 환자로부터의 거부감이 적게 할 수 있는 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 보형물의 제조방법 및 척추 보형물을 제공함에 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 보형물의 제조방법은, 영상기법을 이용한 척추 영상을 획득하는 단계; 상기 영상기법으로 얻은 분할된 연속 영상을 3차원 영상으로 복원하는 단계; 상기 3차원 영상 중 뼈와 근육, 신경 등을 세분화 기법으로 각각 영상을 추출하는 단계; 상기 3차원 영상 이용 환자 척추에 일치하는 맞춤형 척추 임플란트 보형물을 설계하는 단계; 상기 환자 척추에 일치하는 맞춤형 척추 임플란트 보형물을 시술 전 환자의 3차원 척추영상에서 환자척추에 삽입하여 모형 테스트하는 단계; 및 상기 모형 테스트를 통해 얻은 최적화된 척추 보형물 제작단계; 로 이루어진 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 영상기법은 CT, X-ray, MRI 중 어느 하나를 선택하여 환자의 척추 영상 획득하는 것을 포함함을 특징으로 한다.

더 바람직하게, 상기 보형물을 환자의 척추를 촬영한 3차원 영상을 기본으로 하여 척추 돌기에 삽입 가능하도록 설계된 3차원 척추영상에서 환자의 척추에 삽입하는 시뮬레이션을 반복 수행으로 척추 돌기와 보형물의 삽입공 오차를 보정하여 척추 돌기와 일치하는 보형물을 설계 테스트 과정을 실시하는 것을 포함함을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 보형물 제작은 쾌속조형(rapid prototyping) 방법으로 다양한 형상을 직접 폴리머 재료를 사용하여 제작하는 것을 포함함을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 보형물 제작에서 RP용 폴리머로 임플란트 보형물 형상을 제작 후 보형물 성형틀로 제작하여 성형하는 몰딩 방법에 의해 원하는 생체 친화성 폴리머 임플란트 보형물을 제작하는 것을 더 포함함을 특징으로 한다.

한편, 본 발명은 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 보형물에 관한 것으로서, 환자 시술부위의 척추 돌기 형체의 크기와 형상에 대응하여 소정의 형태를 이루게 한 지지구 삽입공을 형성한 보형물; 및 상기 척추 돌기와 대응하는 보형물의 삽입공으로 다수의 척추 돌기가 보형물에 내포되어 척추 돌기 간을 지지하면서 척추의 움직임에 변형 가능한 가변성을 제공하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 보형물은, 3차원 영상을 이용하여 삽입 가능한 환자 맞춤형 임플란트로 설계하여 환자의 각 척추 돌기 간을 연결 지지하며, 삽입공에 인입된 척추 돌기를 고정지지하는 것을 포함함을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 보형물은, 척추의 운동에 의해 이탈이 되지 않는 구조를 갖고, 척추의 하중과 임플란트의 강성을 고려하여 제작된 것을 포함함을 특징으로 한다.

더 바람직하게, 상기 보형물은, 환자의 척추를 촬영한 3차원 영상을 기본으로 하여 척추 돌기에 삽입 가능하도록 보형물의 삽입공이 환자 척추 돌기의 형상과 동일한 형태로 제작되는 것을 포함함을 특징으로 하는 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 보형물.

더 바람직하게, 상기 보형물은, 생체 친화적 폴리머를 사용하여 인체의 체온에 의해 팽창되어 더욱 완벽하게 고정될 수 있는 재료를 사용한 것을 포함함을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 척추 수술에서 사용되는 척추 보형물의 장착을 위해 척추에 손상을 주는 문제를 해결하기 위하여 영상 기반의 환자 맞춤형 임플란트 보형물은 영상기법을 기반으로 생성된 척추영상을 기반으로 환자 개개인에 맞추어져 임플란트를 제작한다는 효과가 있다.

그리고, 척추에 나사못을 박지 않고 삽입 가능한 구조를 가지고 있기 때문에 최소 침습적인 시술 방법이라 할 수 있다.

또한, 기존의 임플란트는 금속성이라는 단점을 극복하기 위해 생체 친화적 폴리머 기반의 임플란트를 제안하여 생체 친화적 폴리머를 사용하므로 환자로부터의 거부감이 적게 할 수 있는 효과가 있다.

마지막으로 시뮬레이션을 이용하여 임플랜트의 삽입시 시술전/후의 치료효과를 예측할 수 있고 치료 후 수술 영상을 확인을 통해 수술의 효과를 확인할 수 있는 효과가 있으므로 매우 유용한 발명인 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

영상기법을 이용한 척추 영상을 획득하는 단계;

상기 영상기법으로 얻은 분할된 연속 영상을 3차원 영상으로 복원하는 단계;

상기 3차원 영상 중 뼈와 근육, 신경 등을 세분화 기법으로 각각 영상을 추 출하는 단계;

상기 추출한 3차원 영상을 기반으로 병변의 원인 분석과 그 치료 방법을 구상하는 단계;

상기 3차원 영상 이용 환자 척추에 일치하는 맞춤형 척추 임플란트 보형물을 설계하는 단계;

상기 환자 척추에 일치하는 맞춤형 척추 임플란트 보형물을 시술 전 환자의 3차원 척추영상에서 환자척추에 삽입하여 모형 테스트하는 단계;

상기 환자 척추에 적합한 맞춤형 척추 보형물 제작단계;

상기 환자 척추 수술 준비가 이루어지고, 환자의 척추 병변부에 맞춤형 척추 보형물 고정 수술 단계;

상기 환자의 체온에 의해 삽입된 맞춤형 척추 보형물 온도 활성화 단계;

상기 환자의 척추 수술 부분을 영상 획득하여 결과 확인하는 단계; 로 이루어진 것을 특징으로 하는 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 수술 방법을 제공함으로써 달성하였다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의하여 상세하게 설명한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명에 따른 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 수술 방법을 나타낸 블럭도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 수술 방법 및 척추 보형물은 척추 수술에서 사용되는 척추 보형물(200)의 장착을 위해 척추(10)에 손상을 주는 문제를 해결하기 위하여 환자의 영상이미지를 도입하여 삽입 가능한 환자 개개인의 척추(10) 형상에 맞추어진 척추 보형물(200)을 폴리머 기반의 재료로 제작하고 수술하는 것이다.

아울러, 본 발명의 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 수술 방법은 먼저 영상기법을 이용하여 환자의 척추(10) 영상을 획득(S101)하게 된다.

여기서, 상기 영상기법은 CT, X-ray, MRI 중 어느 하나를 선택하여 환자의 척추(10) 영상 획득하는 것으로, 일반적으로 척추질환을 판단하기 위해서는 영상기법을 많이 이용하는데 이 중에서 CT와 X-ray가 많이 사용되고, 또한 MRI도 사용한다.

일반적으로 이러한 영상은 2D 슬라이스(Slice)의 연속영상으로 이루어져 있다.

그리고, 상기 영상기법으로 얻은 분할된 환자의 척추(10) 연속 영상을 3차원 영상으로 복원(S102)한다.

이는, CT와 MRI로 촬영해 2차원 영상으로부터 3차원 첨단 의료영상으로 복원하는 것으로 최첨단 CT와 MRI로 환자의 병변부를 촬영한 후 이를 3차원 영상으로 복원해 정확히 보여주는 영상이다.

다음으로, 상기 영상기법을 통해서 얻은 환자의 척추(10) 2D 슬라이스(slice) 연속영상을 이용하여 도 3에 도시한 바와 같이 3차원 영상으로 복원하고, 그 중에서 뼈와 근육, 신경 등을 CT와 X-ray를 통하여 얻어진 영상을 분석하여 특정 척추(10)의 영상 부분를 다른 조직(뼈와 근육, 신경 등)의 영상부분으로부터 분리(segmentation)기법을 이용하여 추출(S103)한다.

다음으로, 상기 추출한 3차원 영상을 기반으로 병변의 원인 분석과 그 치료 방법을 구상(S104)하게 된다.

환자의 3차원 영상을 통해 척추(10)의 이상 증상, 척추 변형으로 보여지는 부분을 정확히 판단하여 보형물 고정 부위를 판단하게 된다.

아울러, 상기 환자의 보형물(200) 고정할 위치가 결정되면 3차원 영상 이용 환자 척추(10)에 일치하는 맞춤형 척추 임플란트 보형물(200)을 설계(S105)하게 된다.

상기 3차원 영상으로 환자의 척추(10)와 일치하는 형태의 보형물(200)을 설계할 수 있다.

여기서, 상기 환자 척추(10)에 일치하는 맞춤형 척추 임플란트 보형물(200)을 설계한 후에 실물 보형물(200)을 제작하여 시술하기 전에 먼저 환자의 시술한 척추(10)와 일치하는 3차원 척추영상에서 환자 척추(10)에 삽입하는 모형 테스트(S106)를 시행한다.

이것은, 상기 보형물(200)을 환자의 척추(10)를 촬영한 3차원 영상을 기본으로 하여 척추 돌기(20)에 삽입 가능하도록 설계된 3차원 척추영상에서 환자의 척추(10)에 삽입하는 시뮬레이션을 반복 수행으로 척추 돌기(20)와 보형물(200)의 삽입공(210) 오차를 보정하여 척추 돌기(20)와 일치하는 보형물(200)을 설계 테스트 과정을 실시하는 것이다.

상기 설계 테스트 방법으로 설계된 보형물(200)에 대해 3차원 척추영상에 삽입하여 다양한 시뮬레이션을 수행한다.

일단 임플란트 보형물(200)의 삽입을 통해 척추(10)의 기구학적 교정 부분을 확인한다.

그리고, 상기 보형물(200)의 강도 테스트를 통해 본 임플란트 보형물(200)이 인체의 하중 (정하중, 동하중)을 잘 견딜 수 있는지에 대해 확인한다.

또, 열팽창 시뮬레이션을 통해 온도에 의해 팽창하는 임플란트 보형물(200)이 전체 구조에 어떠한 영향이 보이는 지에 대해 시뮬레이션을 수행한다.

이러한, 시뮬레이션을 통해 설계된 임플란트가 잘 설계되었는지에 대해 확인한다.

만약 시뮬레이션 결과 임플란트 보형물(200)의 설계가 적절치 않은 경우는 상기 임플란트 보형물(200) 설계과정과 시뮬레이션 과정을 반복한다.

반복 과정에 의해 최적화로 환자의 척추(10)와 일치하는 보형물(200)의 삽입 공(210)을 만들게 되는 것이다.

즉, 3차원 영상을 이용하여 삽입 가능게 설계된 환자 맞춤형 임플란트 보형물(200)은 환자의 척추영상으로부터 각 척추 돌기(vertebra)(20)의 역상을 가지면서 임플란트의 기능을 하고, 또한 삽입되어 빠지지 않는 걸림구조로 임플란트 보형물(200)을 설계하게 된다.

다음으로 상기 환자 척추(10)에 적합한 맞춤형 척추 보형물(200)을 제작(S107)하게 된다.

상기 보형물(200)은 척추(10)의 운동에 의해 이탈이 되지 않는 구조를 갖고 또한 척추(10)의 하중과 임플란트의 강성을 고려하여 임플란트 보형물(200)로 제작된다.

또한, 상기 보형물(200)의 재질을 기본적으로 생체 친화적 폴리머를 사용하며 인체의 체온에 의해 팽창되어 더욱 완벽하게 고정될 수 있는 재료로 제작된다.

이때, 상기 보형물(200)을 제작하게 되는 폴리머 중에서 일 실시예로 탄성 가변력이 있는 하이드로젤로 제작하게 된다.

이러한, 상기 보형물(200) 제작은 다양하게 제작 가능하며, 먼저 쾌속조형(rapid prototyping) 방법으로는 다양한 형상을 직접 폴리머 재료를 사용하여 보형물(200)을 제작하는 것과 RP용 폴리머로 임플란트 보형물(200) 형상을 제작 후 보형물(200) 성형틀로 제작하여 성형하는 몰딩 방법에 의해 원하는 생체 친화성 폴리머 임플란트 보형물(200)을 제작하는 두가지 방법이 있다.

정리하면, 상기 보형물(200)에 대한 설계가 확인된 임플란트 보형물(200) 설 계에 대해 쾌속조형(RP)방식과 몰딩(Molding)방법을 이용하여 제작한다.

상기 쾌속조형(RP, Rapid Prototyping) 방법은 주어진 임플란트 보형물(200)의 CAD 데이터를 이용하여 직접 쌓아서 가공하는 방식으로 다양한 형상을 직접 폴리머 재료를 이용하여 제작할 수 있다.

이때, 직접적인 생체친화 폴리머 재료의 가공이 어려울 경우에는 다른 RP용 폴리머로 임플란트 보형물(200) 형상을 만든 다음 이를 이용하여 성형틀(Molder)를 제작하고, 이 성형틀을 이용하여 몰딩(Molding) 방법에 의해 원하는 생체 친화성 폴리머 임플란트 보형물(200)을 제작 가능하다. 이와 같은 방법으로 제작되는 임플란트 보형물(200)의 형태 예를 보여주는 것으로 임플란트 보형물(200)의 형태는 시술의 상황에 따라 다양하게 변형될 수 있다.

이렇게 제작된 환자의 척추(10)와 동일한 보형물(200)이 준비되면 제작된 임플란트 보형물(200)을 삽입하기 위해 환자 척추(10) 수술 준비가 이루어지고, 환자의 수술부를 절개하고 임플란트 보형물(200)을 삽입할 수 있는 환경으로 준비하여 환자의 척추 병변부에 맞춤형 척추 보형물(200) 고정 수술(S108)을 시행하게 된다.

즉, 제작된 임플란트 보형물(200)을 환자의 척추(10) 병변부에 삽입하게 되고, 이때, 보형물(200)의 걸림구조가 환자의 척주 돌기(20)에 확실하게 고정되고, 다른 척추부에 밀착될 수 있도록 삽입한다. 그리고, 환자의 절개부분을 봉합한다.

아울러, 상기 환자의 척추 돌기 부위에 수술된 보형물(200)은 체온에 의해 삽입된 맞춤형 척추 보형물(200)이 온도에 활성화(S109)된다.

상기 환자의 척추 돌기(20) 부위에 삽입되는 보형물(200)은 환자의 체온에 의해 밀착되어 삽입된 보형물(200)은 팽창하여 다른 척추부에 더욱 밀착될 수 있고 고정될 수 있다.

마지막으로 상기 환자의 척추(10) 수술 부분을 영상 획득을 수행하여 전반적으로 수술의 결과 확인(S110)한다.

이와 같이, 환자의 척추 돌기(20) 형상과 동일하게 제작된 보형물(200)은 삽입 가능한 구조를 가지고 있기 때문에 최소 침습적인 시술 방법이라 할 수 있다.

또한, 상기 보형물(200)을 제작하기 전 시뮬레이션을 이용하여 임플란트 보형물(200)의 삽입시 시술 전/후의 치료효과를 예측할 수 있고, 치료 후 수술 영상을 확인을 통해 수술의 효과를 확인할 수 있다.

상술한 본 발명의 일실시예에 따른 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 보형물에 대하여 도 4를 이용하여 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 보형물을 나타낸 도면이다.

상기 도면에 도시된 바와 같이, 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 수술 방법 및 척추 보형물은 위에서 설명한 영상기법으로 도 3에 도시한 바와 같이 환자의 척추(10)를 3차원 영상으로 환자의 척추 돌기(20)와 일치한 보형물(200)을 제작하게 된다.

상기 보형물(200)은 척추(10)의 운동에 의해 이탈이 되지 않는 구조를 갖고 또한 척추(10)의 하중과 임플란트 보형물(200)의 강성을 고려하여 보형물(200)로 제작된다.

이러한, 상시 보형물(200)은 도 5에 도시한 바와 같이 환자 시술부위의 척추 돌기(20) 형체의 크기와 형상에 대응하여 소정의 형태를 이루게 한 지지구 삽입공(210)을 형성하게 제작된다.

이때, 상기 보형물(200)의 형상과 삽입공(210)은 환자의 척추 돌기(20)에 맞춰 일시시예로 형성한 것으로 보형물(200)의 소정의 길이와 폭, 삽입공(210)은 환자의 척추 돌기(20)에 맞춰 그 형태가 달라질 수 있는 것이다.

상기 보형물(200)은 소정의 두께를 가지며 또한 소정의 크기를 가져 척추 돌기(20) 간을 서로 연결 지지하게 되는 것이다.

아울러, 상기 척추 돌기(20)와 대응하는 보형물(200)의 삽입공(210)으로 다수의 척추 돌기(20)가 보형물(200)에 내포되어 척추 돌기(20) 간을 지지하면서 척추(10)의 움직임에 변형 가능한 가변성을 제공하게 되는 것이다.

즉, 상기 보형물(200)은 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이 3차원 영상을 이용하여 삽입 가능한 환자 척추(10) 맞춤형 임플란트로 설계하여 환자의 각 척추 돌기(20) 간을 연결 지지하며, 삽입공(210)에 인입된 척추 돌기(20)를 고정지지하는 것이다.

이같은, 상기 보형물(200)은 척추(10)의 운동에 의해 이탈이 되지 않는 구조를 갖고, 척추(10)의 하중과 보형물(200)의 강성을 고려하여 제작된다.

이때, 상기 보형물(200)은 환자의 척추(10)를 촬영한 3차원 영상을 기본으로 하여 척추 돌기(20)에 삽입 가능하도록 보형물(200)의 삽입공(210)이 환자 척추 돌기(20)의 형상과 동일한 형태로 제작이 가능하다.

상기 보형물(200)은 생체 친화적 폴리머를 사용하여 인체의 체온에 의해 팽창되어 더욱 완벽하게 고정될 수 있게 된다.

본 발명의 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 수술 방법 및 척추 보형물에 의해 척추 수술에서 사용되는 보형물(200)은 영상기법을 기반으로 생성된 척추영상을 기반으로 환자 개개인에 맞추어져진 임플란트 보형물(200)을 제작하여 척추(10)에 나사못을 박지 않고 삽입 가능한 구조를 가지고 있기 때문에 최소 침습적인 시술 방법이라 할 수 있다.

또한, 기존의 임플란트는 금속성이라는 단점을 극복하기 위해 생체 친화적 폴리머 기반의 보형물(200)을 제안하여 생체 친화적 폴리머를 사용하므로 환자로부터의 거부감이 적게 할 수 있는 장점이 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 종래의 척추 고정술을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명에 따른 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 수술 방법을 나타낸 블럭도.

도 3은 본 발명에 따른 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 수술 방법의 3차원으로 구현되는 환자의 척추를 나타낸 도면.

도 4는 본 발명에 따른 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 보형물을 나타낸 도면.

도 5는 본 발명에 따른 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 보형물의 일측면 단면도.

도 6은 본 발명에 따른 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 보형물이 척추에 삽입전을 나타낸 도면.

도 7은 본 발명에 따른 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 보형물이 환자의 척추에 삽입되어 지지되는 것을 나타낸 도면.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10:척추 20:척추 동기

200:보형물 210:삽입공

Claims

영상기법을 이용한 척추 영상을 획득하는 단계;

상기 영상기법으로 얻은 분할된 연속 영상을 3차원 영상으로 복원하는 단계;

상기 3차원 영상 중 뼈와 근육, 신경 등을 세분화 기법으로 각각 영상을 추출하는 단계;

상기 3차원 영상을 이용하여 환자 척추에 일치하는 맞춤형 척추 임플란트 보형물을 설계하는 단계;

상기 환자 척추에 일치하는 맞춤형 척추 임플란트 보형물을 시술 전 환자의 3차원 척추영상에서 환자척추에 삽입하여 모형 테스트하는 단계; 및

상기 모형 테스트를 통해 얻은 최적화된 척추 보형물 제작단계; 로 이루어진 것을 특징으로 하는 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 보형물의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 영상기법은 CT, X-ray, MRI 중 어느 하나를 선택하여 환자의 척추 영상 획득하는 것을 포함함을 특징으로 하는 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 보형물의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 보형물을 환자의 척추를 촬영한 3차원 영상을 기본으로 하여 척추 돌기에 삽입 가능하도록 설계된 3차원 척추영상에서 환자의 척추에 삽입하는 시뮬레이션을 반복 수행으로 척추 돌기와 보형물의 삽입공 오차를 보정하여 척추 돌기와 일치하는 보형물을 설계 테스트 과정을 실시하는 것을 포함함을 특징으로 하는 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 보형물의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 보형물 제작은 쾌속조형(rapid prototyping) 방법으로 다양한 형상을 직접 폴리머 재료를 사용하여 제작하는 것을 포함함을 특징으로 하는 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 보형물의 제조방법.
제4항에 있어서,

상기 보형물 제작에서 RP용 폴리머로 임플란트 보형물 형상을 제작 후 보형물 성형틀로 제작하여 성형하는 몰딩 방법에 의해 원하는 생체 친화성 폴리머 임플란트 보형물을 제작하는 것을 더 포함함을 특징으로 하는 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 보형물의 제조방법.
환자 시술부위의 척추 돌기 형체의 크기와 형상에 대응하여 소정의 형태를 이루게 한 지지구 삽입공을 형성한 보형물; 및

상기 척추 돌기와 대응하는 보형물의 삽입공으로 다수의 척추 돌기가 보형물에 내포되어 척추 돌기 간을 지지하면서 척추의 움직임에 변형 가능한 가변성을 제공하는 것을 특징으로 하는 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 보형물.
제6항에 있어서,

상기 보형물은,

3차원 영상을 이용하여 삽입 가능한 환자 맞춤형 임플란트로 설계하여 환자의 각 척추 돌기 간을 연결 지지하며, 삽입공에 인입된 척추 돌기를 고정지지하는 것을 포함함을 특징으로 하는 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 보형물.
제7항에 있어서,

상기 보형물은,

척추의 운동에 의해 이탈이 되지 않는 구조를 갖고, 척추의 하중과 임플란트의 강성을 고려하여 제작된 것을 포함함을 특징으로 하는 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 보형물.
제7항에 있어서,

상기 보형물은,

환자의 척추를 촬영한 3차원 영상을 기본으로 하여 척추 돌기에 삽입 가능하도록 보형물의 삽입공이 환자 척추 돌기의 형상과 동일한 형태로 제작되는 것을 포함함을 특징으로 하는 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 보형물.
제6항에 있어서,

상기 보형물은,

생체 친화적 폴리머를 사용하여 인체의 체온에 의해 팽창되어 더욱 완벽하게 고정될 수 있는 재료를 사용한 것을 포함함을 특징으로 하는 영상기반의 환자 맞춤 의료형 척추 보형물.