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WO2014123263A1 - 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드 및 이를 이용하는 시스템 - Google Patents

모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드 및 이를 이용하는 시스템 Download PDF

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Publication number
WO2014123263A1
WO2014123263A1 PCT/KR2013/001007 KR2013001007W WO2014123263A1 WO 2014123263 A1 WO2014123263 A1 WO 2014123263A1 KR 2013001007 W KR2013001007 W KR 2013001007W WO 2014123263 A1 WO2014123263 A1 WO 2014123263A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bone
guide
registration guide
marker
patient
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2013/001007
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이건우
장태호
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SNU R&DB Foundation
Original Assignee
SNU R&DB Foundation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SNU R&DB Foundation filed Critical SNU R&DB Foundation
Priority to PCT/KR2013/001007 priority Critical patent/WO2014123263A1/ko
Priority to US14/766,431 priority patent/US10058335B2/en
Publication of WO2014123263A1 publication Critical patent/WO2014123263A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods
    • A61B17/14—Surgical saws
    • A61B17/15—Guides therefor
    • A61B17/154—Guides therefor for preparing bone for knee prosthesis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/39—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers
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    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods
    • A61B17/16—Instruments for performing osteoclasis; Drills or chisels for bones; Trepans
    • A61B17/17—Guides or aligning means for drills, mills, pins or wires
    • A61B17/1739—Guides or aligning means for drills, mills, pins or wires specially adapted for particular parts of the body
    • A61B17/1764—Guides or aligning means for drills, mills, pins or wires specially adapted for particular parts of the body for the knee
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    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2055—Optical tracking systems
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    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/39—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers
    • A61B2090/3904—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers specially adapted for marking specified tissue
    • A61B2090/3916—Bone tissue
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    • A61B90/39—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers
    • A61B2090/3983—Reference marker arrangements for use with image guided surgery

Definitions

  • the present invention relates to a modular patient-specific registration guide and a system using the same, and more particularly, to modularized to quickly perform the initial registration process of the bone, the surgical site, and to facilitate the registration process during surgery A patient-specific registration guide and a system using the same.
  • knee cartilage or bone is difficult to recover to normal state due to inflammation and injury, artificial knee arthroplasty is a procedure that replaces it with artificial joint and cuts both ends of femur and tibia and inserts artificial joint.
  • the conventional knee arthroplasty method has low precision because it cuts the bone of the patient depending on the experience and the feeling of the operator.
  • cutting methods using robots and cutting methods using optical infrared marker tracking are widely used. These methods are used to measure relative positions and postures between a cutting target bone and a cutting device in order to increase cutting accuracy and precision.
  • the matching process is performed.
  • the registration process is not an essential process for achieving the original purpose of the procedure, such as cutting the actual bone and inserting an artificial joint, but is an ancillary process to assist the operation, but inevitably to secure the accuracy of the procedure.
  • the process takes about 15 to 20 minutes.
  • the registration is performed by pointing the probe to the 40 anatomical features of the femur and tibia, and many errors occur, resulting in an incorrect registration result or failure of the registration itself.
  • An object of the present invention is to recognize in advance the relationship information between the patient's bone and the registration guide through the marker of the registration guide, modularized patient-specific registration guide that can quickly induce the registration between the coordinates of the bone and the surgical robot and It is to provide a system using the same.
  • Modular patient-specific registration guide for achieving the above object, is a registration guide manufactured according to the three-dimensional shape of the bone obtained by the imaging device, one or more markers, in close contact with the bone
  • a first member having one or more extensions and having a groove on one side;
  • a second member housed in or detachable from the groove of the first member and having one or more markers.
  • the second member may have one or more through holes to be fixed to the bone by bolts.
  • the marker may have a shape that protrudes or recesses from the surface of the first member or the second member.
  • the marker may be configured to penetrate a portion of the first member or the second member.
  • the marker may consist of an optical marker for optical tracking.
  • a metal ring may be inserted into and fixed to the through hole of the second member.
  • the surgical robot ; An imaging device for acquiring data about a three-dimensional shape of the bone to be operated; A guide manufacturing device for manufacturing a matching guide according to the three-dimensional shape of the bone obtained by the imaging device; And a registration guide manufactured by the guide manufacturing apparatus, wherein the registration guide includes: a first member having at least one marker and at least one extension part in close contact with a bone, and having a groove at one side; And a second member accommodated in or detachable from the groove of the first member and having one or more markers, wherein the relationship information between the coordinates of the bone and the coordinates of the marker obtained when the registration guide is manufactured is used for the surgery.
  • the surgical robot matches the coordinates of the surgical robot with the coordinates of the bone by inputting the robot in advance and deriving the relationship information between the coordinates of the surgical robot and the coordinates of the marker through measurement.
  • the second member may have one or more through holes to be fixed to the bone by bolts.
  • a metal ring may be inserted into and fixed to the through hole of the second member.
  • the guide manufacturing apparatus may be a rapid prototyping apparatus.
  • Modular patient-specific registration guide and system of the present invention is to produce a registration guide according to the actual bone shape of the patient, there is an effect that can improve the accuracy of registration.
  • the modular patient-specific registration guide and system of the present invention can know in advance the relationship information between the bone of the patient and the guide, thereby dramatically reducing the time and effort required in the process of matching the coordinates of the bone and the coordinates of the surgical robot There is an effect that can be reduced.
  • the modular patient-specific registration guide and system of the present invention has the effect of facilitating the registration process during surgery as well as the initial registration process.
  • FIG. 1 is a view for explaining the operation of the modular patient-specific registration guide system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is an exploded perspective view of a modular patient-specific registration guide according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2B is a plan view of the first member of FIG. 2A viewed from below.
  • FIG 3 is a partial perspective view of a second member of the modular patient-specific registration guide of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing a state in which the modular patient-specific registration guide of the present invention is attached to the bone.
  • FIG. 5 is a view showing a state in which the first member of the modular patient-specific registration guide of the present invention is removed.
  • FIG. 1 is a view for explaining the operation of the modular patient-specific registration guide system according to an embodiment of the present invention.
  • the modular patient-specific registration guide system of the present invention the coordinates of the bone 100, for registration of the coordinates of the bone 100 and the coordinates of the surgical robot 300 And relationship information between the marker 210 of the registration guide and relationship information between the coordinates of the surgical robot 300 by measurement and the marker 210 of the registration guide, and obtaining the relationship information of the bone 100 from the relationship information. Matching of the coordinates and the coordinates of the surgical robot 300 is performed.
  • the relationship information between the coordinates of the bone 100 and the marker 210 of the registration guide is information that can be obtained in advance while manufacturing the registration guide, and the relationship between the surgical robot 300 coordinates and the marker 210 of the registration guide. Since the information is information that can be obtained quickly by measurement, matching of the coordinates of the bone 100 and the coordinates of the surgical robot 300 can be performed quickly according to the present invention.
  • the registration guide In order to manufacture the registration guide, data about a three-dimensional shape of the bone 100 to be operated on is previously acquired through an imaging device (not shown).
  • the imaging device for example, provides a radiographic image (X-ray), computed tomography (CT) image or magnetic resonance image (MRI), and from the CT or MRI image of the patient's femur and tibia The shape of can be obtained.
  • the guide manufacturing apparatus (not shown) manufactures the registration guide having the marker 210 according to the 3D image of the bone obtained by the imaging apparatus.
  • the guide manufacturing apparatus may be, for example, a rapid prototyping apparatus.
  • a registration guide manufactured by the guide manufacturing apparatus is attached to the bone 100 to be operated on, and as described above, the relationship information between the coordinates of the bone 100 and the marker 210 of the registration guide and measurement
  • the relationship information between the surgical robot 300 coordinates and the marker 210 of the registration guide By obtaining relationship information between the surgical robot 300 coordinates and the marker 210 of the registration guide, registration of the coordinates of the bone 100 and the surgical robot 300 coordinates is performed from the relationship information.
  • the matching information on the relative position and posture between the surgical target bone 100 and the surgical robot 300 is calculated.
  • FIG. 2A is an exploded perspective view of a modular patient-specific registration guide according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2B is a plan view of the first member of FIG. 2A viewed from below.
  • the registration guide 400 includes a first member 420 and a second member 440.
  • the registration guide 400 of the present invention is manufactured according to the three-dimensional shape of the bone obtained by the imaging apparatus as described above.
  • the first member 420 has one or more extensions 424 to bring the manufactured mating guide 400 into close contact with the bone.
  • the shape and number of extensions 424 may be variously modified in consideration of the shape of the bone 100, ease of manufacture, and the like.
  • the first member 420 includes one or more markers 422 that serve as recognition markers for the surgical robot 300 in the registration process.
  • the marker 422 protrudes from the surface of the first member 420, and may be configured to protrude in a cylindrical shape, for example.
  • the extension 424 and the marker 422 of the first member 420 may be integrally manufactured by one molding process.
  • the marker 422 is not limited to the shape shown in FIG. 2, and is, for example, formed in a shape recessed from the surface of the first member 420 or the second member 440, or the first member. It may be configured to penetrate a portion 420 or a portion of the second member 440. Furthermore, the marker 422 may be configured as an optical marker for optical tracking.
  • the first member 420 and the second member 440 of the registration guide 400 of the present invention is a modular form that can be combined and separated. That is, the groove 426 is provided at one side of the first member 420, and the second member 440 may be accommodated or separated in the groove 426.
  • the registration guide 400 may be attached to the surgical target bone in a state where the second member 440 is accommodated in the groove 426 of the first member 420 to perform an initial registration process. Since the member 420 and the second member 440 are separated, only the second member 440 may be left in the bone. In order to maintain the second member 440 fixed to the bone even after the first member 420 is separated, various fixing methods such as screwing and applying an adhesive may be applied. However, in the present embodiment, the second member 440 may be applied. ), A through hole 444 is formed, and a bolt penetrates the through hole 444 to screw the second member 440 to the bone.
  • FIG 3 is a partial perspective view of a second member of the modular patient-specific registration guide of the present invention.
  • a metal ring 446 is inserted into and fixed to the through hole 444 of the second member 440.
  • the registration guide 400 of the present invention is made of a material of a soft material so as to minimize the damage to the bone during the process of randomly attaching to the target bone, registration process, removal process, the second member (drilling)
  • the metal ring 446 is inserted into the through hole 444 of the second member 440, so that the shape of the through hole 444 is not distorted.
  • the bolt may pass through the through hole 444 in a straight line.
  • FIG 4 is a view showing a state in which the modular patient registration guide of the present invention is attached to the bone
  • Figure 5 is a view showing a state in which the first member of the modular patient registration guide of the present invention is removed.
  • the second member 440 is integrally attached to the bone 100 while being accommodated in the groove 426 of the first member 420. Since the first member 420 and the second member 440 are provided with markers 422 and 442, the surgical robot 300 recognizes the markers 422 and 442 and performs an initial matching process.
  • the first member 420 is removed from the bone 100 in order to proceed with surgery such as cutting of the bone 100, and auxiliary devices for surgery such as cutting may be located at the position of the first member 420. Is attached to. At this time, since the second member 440 is fixed to the bone 100 by a bolt, the second member 440 is still left in the bone 100 separately from the first member 420.
  • the registration guide 400 of the present invention can continue to provide the position information of the bone 100 by the marker 442 of the second member 420 even after the initial registration, information necessary for registration in real time even during surgery Has the advantage of providing.
  • the registration guide and the system according to the present invention can precisely instruct the cutting area or assist the cutting according to the bone shape of the patient, so that all orthopedic surgery using artificial joints such as hip arthroplasty, elbow arthroplasty, arthroplasty, etc. Of course, it can be used in almost all types of surgery involving bone.

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Abstract

본 발명은 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드 및 이를 이용하는 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는, 수술 부위인 뼈의 최초 정합 과정을 신속하게 수행하도록 하며, 수술 중에도 정합 과정을 용이하게 수행하도록 유도하는 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드 및 이를 이용하는 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드는, 영상 장치에서 획득한 뼈의 3차원 형상에 따라 제조되는 정합 가이드로서, 하나 이상의 마커와, 뼈에 밀착하는 하나 이상의 연장부를 가지며, 일측에 홈이 구비되는 제1 부재; 및 상기 제1 부재의 홈에 수용되거나 분리 가능하며, 하나 이상의 마커를 갖는 제2 부재를 포함한다.

Description

모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드 및 이를 이용하는 시스템
본 발명은 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드 및 이를 이용하는 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는, 수술 부위인 뼈의 최초 정합 과정을 신속하게 수행하도록 하며, 수술 중에도 정합 과정을 용이하게 수행하도록 유도하는 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드 및 이를 이용하는 시스템에 관한 것이다.
인공슬관절치환술은 무릎의 연골이나 뼈가 염증 및 손상으로 인하여 정상적인 상태로의 복구가 어려운 경우, 이를 인공 관절로 대체하는 시술법으로 대퇴골과 경골의 양 끝단을 절삭하고 인공 관절을 삽입하는 과정을 거친다.
종래의 인공슬관절치환술 시술 방식은 시술자의 경험과 감에 의존하여 환자의 뼈를 절삭하기 때문에 정밀도가 낮았다. 이를 보완하기 위해 로봇을 이용한 절삭 방식과 광학식 적외선 마커 추적을 이용한 절삭 방식이 현재 널리 쓰이고 있으며, 이들 방식은 절삭의 정확도 및 정밀도를 높이기 위해 절삭 대상인 뼈와 절삭 장치 간의 상대적 위치 및 자세를 측정하기 위한 정합 과정을 거치게 된다.
그러나, 상기 정합과정은 실제 뼈를 절삭하고 인공관절을 삽입하는 등의 시술의 본연의 목적을 달성하는데 있어서 필수적인 과정이 아니라 이를 돕기 위한 부수적인 과정일 뿐이나, 시술의 정확성을 확보하기 위하여 부득이하게 15~20분가량의 복잡한 절차를 거쳐 수행되게 된다.
정합은 대퇴골 및 경골의 40여 군데의 해부학적 특징점을 탐침으로 가리켜 줌으로써 수행되며, 이때 많은 오차가 발생하게 되어 잘못된 정합 결과가 도출되거나 정합 자체가 실패하는 경우도 발생한다.
상기 정합 과정 동안 환자의 슬관절은 절개된 상태로 노출이 되며 이로 인해 2차 감염의 위험성이 크게 높아지고 불필요한 출혈 또한 지속적으로 발생하게 된다. 더구나 광학식 적외선 마커 추적을 이용한 절삭 방식의 경우, 환자의 대퇴골과 경골에 각각 적외선 마커가 부착된 1~2개의 막대를 직접적으로 삽입하여야 하기 때문에 추후 해당 부위의 골절의 위험 또한 존재한다.
따라서 정합의 오차를 줄이면서도 간편하고 이에 소요되는 시간을 줄일 수 있는 새로운 정합방식이 요구된다.
본 발명의 목적은 정합 가이드의 마커를 통해 환자의 뼈와 정합 가이드 간의 관계 정보를 미리 인지하여, 뼈의 좌표와 수술용 로봇의 좌표 간의 정합을 신속하게 유도할 수 있는 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드 및 이를 이용하는 시스템을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드는, 영상 장치에서 획득한 뼈의 3차원 형상에 따라 제조되는 정합 가이드로서, 하나 이상의 마커와, 뼈에 밀착하는 하나 이상의 연장부를 가지며, 일측에 홈이 구비되는 제1 부재; 및 상기 제1 부재의 홈에 수용되거나 분리 가능하며, 하나 이상의 마커를 갖는 제2 부재를 포함한다.
상기 제2 부재는 볼트에 의해 상기 뼈에 고정되도록 하나 이상의 관통홀을 구비할 수 있다.
상기 마커는 상기 제1 부재 또는 제2 부재의 표면으로부터 돌출하거나 함몰되는 형상을 가질 수 있다.
상기 마커는 상기 제1 부재 또는 제2 부재의 일부 영역을 관통하는 형태로 구성될 수 있다.
상기 마커는 광학식 추적을 위한 광학식 마커로 이루어질 수 있다.
상기 제2 부재의 관통홀에 금속 재질의 링이 삽입되어 고정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드 시스템은, 수술용 로봇; 수술 대상 뼈의 3차원 형상에 관한 데이터를 획득하는 영상 장치; 상기 영상 장치에서 획득한 뼈의 3차원 형상에 따라 정합 가이드를 제조하는 가이드 제조 장치; 및 상기 가이드 제조 장치에 의해 제조되는 정합 가이드를 포함하며, 상기 정합 가이드는, 하나 이상의 마커와, 뼈에 밀착하는 하나 이상의 연장부를 가지며, 일측에 홈이 구비되는 제1 부재; 및 상기 제1 부재의 홈에 수용되거나 분리 가능하며, 하나 이상의 마커를 갖는 제2 부재를 포함하고, 상기 정합 가이드의 제작 시 획득된 상기 뼈의 좌표와 상기 마커의 좌표의 관계 정보가 상기 수술용 로봇에 미리 입력되고, 상기 수술용 로봇의 좌표와 상기 마커의 좌표의 관계 정보를 측정을 통해 도출함으로써, 상기 수술용 로봇이 상기 수술용 로봇의 좌표와 상기 뼈의 좌표를 정합한다.
상기 제2 부재는 볼트에 의해 상기 뼈에 고정되도록 하나 이상의 관통홀을 구비할 수 있다.
상기 제2 부재의 관통홀에 금속 재질의 링이 삽입되어 고정될 수 있다.
상기 가이드 제조 장치는 신속 프로토타이핑(rapid prototyping) 장치로 이루어질 수 있다.
본 발명의 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드 및 시스템은 환자의 실제 뼈 형상에 맞추어 정합 가이드를 제작하므로, 정합의 정밀도를 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드 및 시스템은 환자의 뼈와 가이드 간의 관계 정보를 미리 알 수 있으므로, 뼈의 좌표와 수술용 로봇의 좌표를 정합시키는 과정에서 요하는 시간 및 노력을 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드 및 시스템은 최초 정합 과정 뿐만 아니라 수술 중에도 정합 과정을 용이하게 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드 시스템의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드의 분리 사시도이며, 도 2b는 도 2a의 제1 부재를 하부에서 바라본 평면도이다.
도 3은 본 발명의 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드의 제2 부재의 부분 사시도이다.
도 4는 본 발명의 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드가 뼈에 부착된 상태를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드의 제1 부재가 제거된 상태를 도시하는 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드 시스템의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 모듈화된 환자-맞춤형 정합 가이드 시스템은, 뼈(100)의 좌표(coordinate)와 수술용 로봇(300) 좌표의 정합(registration)을 위해, 뼈(100)의 좌표와 정합 가이드의 마커(210) 사이의 관계 정보와, 측정에 의한 수술용 로봇(300) 좌표와 정합 가이드의 마커(210) 사이의 관계 정보를 획득하며, 상기 관계 정보들로부터 뼈(100)의 좌표와 수술용 로봇(300) 좌표의 정합이 수행된다.
뼈(100)의 좌표와 정합 가이드의 마커(210) 사이의 관계 정보는 정합 가이드를 제조하면서 미리 획득할 수 있는 정보이며, 수술용 로봇(300) 좌표와 정합 가이드의 마커(210) 사이의 관계 정보는 측정에 의해 신속하게 획득할 수 있는 정보이므로, 본 발명에 따르면 뼈(100)의 좌표와 수술용 로봇(300) 좌표의 정합이 신속하게 수행될 수 있다.
상기 정합 가이드를 제조하기 위해서, 영상 장치(미도시)를 통해 수술 대상 뼈(100)의 3차원 형상에 관한 데이터를 미리 획득한다. 상기 영상 장치는, 예를 들어, 방사선 영상(X-ray), 컴퓨터 단층 촬영(CT) 영상 또는 자기 공명 영상(MRI)을 제공하며, 상기 CT 또는 MRI 영상으로부터 수술 대상 부위인 환자의 대퇴골과 경골의 형상을 획득할 수 있다. 이어서, 가이드 제조 장치(미도시)는 상기 영상 장치에서 획득한 뼈의 3차원 영상에 따라, 마커(210)를 갖는 정합 가이드를 제조한다. 상기 가이드 제조 장치는, 예를 들어, 신속 프로토타이핑(rapid prototyping) 장치가 될 수 있다.
계속하여, 가이드 제조 장치에서 제조된 정합 가이드가 수술 대상 뼈(100)에 부착되며, 전술한 바와 같이, 뼈(100)의 좌표와 정합 가이드의 마커(210) 사이의 관계 정보와, 측정에 의한 수술용 로봇(300) 좌표와 정합 가이드의 마커(210) 사이의 관계 정보를 획득하여, 상기 관계 정보들로부터 뼈(100)의 좌표와 수술용 로봇(300) 좌표의 정합이 수행된다. 상기 정합이 수행되면, 수술 대상 뼈(100)와 수술용 로봇(300) 간의 상대적 위치와 자세에 관한 정보 등이 산출된다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드의 분리 사시도이며, 도 2b는 도 2a의 제1 부재를 하부에서 바라본 평면도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 정합 가이드(400)는 제1 부재(420)와 제2 부재(440)를 포함한다.
본 발명의 정합 가이드(400)는 전술한 바와 같이 영상 장치에서 획득한 뼈의 3차원 형상에 따라 제조된다. 제조된 정합 가이드(400)를 뼈에 밀착시키기 위해 제1 부재(420)는 하나 이상의 연장부(424)를 구비한다. 연장부(424)의 형태 및 개수는 뼈(100)의 형상, 제조의 용이성 등을 고려하여, 다양하게 변형될 수 있다.
또한, 제1 부재(420)는 정합 과정에서 수술용 로봇(300)에 대한 인식 표지로서 기능하는 하나 이상의 마커(422)를 포함한다. 마커(422)는 제1 부재(420)의 표면으로부터 돌출하며, 예를 들어, 원기둥 형상으로 돌출된 형태로 구성될 수 있다. 제1 부재(420)의 연장부(424)와 마커(422)는 하나의 성형 공정에 의해 일체로 제조될 수 있다.
또한, 마커(422)는 도 2에 도시된 형태로 제한되지 않으며, 예를 들어, 상기 제1 부재(420) 또는 제2 부재(440)의 표면으로부터 함몰되는 형상으로 이루어지거나, 상기 제1 부재(420) 또는 제2 부재(440)의 일부 영역을 관통하는 형태로 구성될 수 있다. 나아가, 마커(422)는 광학식 추적을 위한 광학식 마커로 구성될 수도 있다.
본 발명의 정합 가이드(400)의 제1 부재(420)와 제2 부재(440)는 결합 및 분리가 가능한 모듈화된 형태이다. 즉, 제1 부재(420)의 일측에는 홈(426)이 구비되며, 상기 홈(426)에 제2 부재(440)가 수용되거나 분리될 수 있는 형태이다.
제1 부재(420)의 홈(426)에 제2 부재(440)가 수용된 상태로 수술 대상 뼈에 정합 가이드(400)가 부착되어 최초 정합 과정을 수행할 수 있으며, 최초 정합 후에는, 제1 부재(420)와 제2 부재(440)가 분리되어, 제2 부재(440)만 뼈에 남겨질 수 있다. 제1 부재(420)가 분리된 후에도 제2 부재(440)가 뼈에 고정된 상태를 유지하기 위해, 나사 결합, 접착제 적용 등 다양한 고정 방법이 적용될 수 있으나, 본 실시예에서 제2 부재(440)에 관통홀(444)을 형성하여, 상기 관통홀(444)을 볼트가 관통하여, 제2 부재(440)를 뼈에 나사 결합시킨다.
도 3은 본 발명의 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드의 제2 부재의 부분 사시도이다.
도 3을 참조하면, 제2 부재(440)의 관통홀(444)에 금속 재질의 링(446)이 삽입되어 고정된다. 본 발명의 정합 가이드(400)는 수술 대상 뼈에 임의로 부착시키는 과정, 정합 과정, 제거 과정에서 뼈에 가해지는 손상을 최소화하도록 연성 재질의 물질로 이루어지므로, 드릴링(drilling)을 통해 제2 부재(440)를 뼈에 고정하고자 할 때, 제2 부재(440)의 관통홀(444)이 볼트에 대한 가이드 기능을 충분히 수행하지 못할 가능성이 있다. 따라서, 드릴링 시, 볼트에 대한 가이드 기능을 강화하기 위해, 제2 부재(440)의 관통홀(444)에 금속 재질의 링(446)이 삽입됨으로써, 관통홀(444)의 형태가 일그러지지 않고, 볼트가 직선으로 관통홀(444)을 관통할 수 있다.
도 4는 본 발명의 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드가 뼈에 부착된 상태를 도시하는 도면이며, 도 5는 본 발명의 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드의 제1 부재가 제거된 상태를 도시하는 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제2 부재(440)가 제1 부재(420)의 홈(426)에 수용된 상태에서 일체로 뼈(100)에 부착된다. 제1 부재(420)와 제2 부재(440)에는 마커(422, 442)가 구비되어 있으므로, 수술용 로봇(300)이 상기 마커(422, 442)를 인식하여 최초 정합 과정을 수행한다.
최초 정합 이후, 뼈(100)의 절삭 등의 수술을 진행하기 위해, 제1 부재(420)가 뼈(100)로부터 제거되며, 절삭 등의 수술을 위한 보조 장치들이 제1 부재(420)의 위치에 부착된다. 이때, 제2 부재(440)는 볼트에 의해 뼈(100)에 고정된 상태이므로, 제1 부재(420)와 별개로 여전히 뼈(100)에 남아있게 된다.
따라서, 본 발명의 정합 가이드(400)는 최초 정합 이후에도 제2 부재(420)의 마커(442)에 의해 계속하여 뼈(100)의 위치 정보를 제공할 수 있으므로, 수술 중에도 실시간으로 정합에 필요한 정보를 제공할 수 있는 이점을 갖는다.
본 발명에 의한 정합 가이드 및 시스템은, 환자의 뼈 형상에 맞추어 시술할 부위를 정확하게 지시하거나 절삭을 보조할 수 있어서 인공고관절치환술, 인공주관절치환술, 인공족관절치환술 등 인공관절이 사용되는 모든 정형외과 수술은 물론 뼈에 관련된 거의 모든 방식의 수술에서 사용이 가능하다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (10)

  1. 영상 장치에서 획득한 뼈의 3차원 형상에 따라 제조되는 정합 가이드로서,
    하나 이상의 마커와, 뼈에 밀착하는 하나 이상의 연장부를 가지며, 일측에 홈이 구비되는 제1 부재; 및
    상기 제1 부재의 홈에 수용되거나 분리 가능하며, 하나 이상의 마커를 갖는 제2 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 부재는 볼트에 의해 상기 뼈에 고정되도록 하나 이상의 관통홀을 구비하는 것을 특징으로 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 마커는 상기 제1 부재 또는 제2 부재의 표면으로부터 돌출하거나 함몰되는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 마커는 상기 제1 부재 또는 제2 부재의 일부 영역을 관통하는 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드.
  5. 제1항에 있어서, 상기 마커는 광학식 추적을 위한 광학식 마커인 것을 특징으로 하는 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 부재의 관통홀에 금속 재질의 링이 삽입되어 고정되는 것을 특징으로 하는 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드.
  7. 수술용 로봇;
    수술 대상 뼈의 3차원 형상에 관한 데이터를 획득하는 영상 장치;
    상기 영상 장치에서 획득한 뼈의 3차원 형상에 따라 정합 가이드를 제조하는 가이드 제조 장치; 및
    상기 가이드 제조 장치에 의해 제조되는 정합 가이드를 포함하며,
    상기 정합 가이드는,
    하나 이상의 마커와, 뼈에 밀착하는 하나 이상의 연장부를 가지며, 일측에 홈이 구비되는 제1 부재; 및
    상기 제1 부재의 홈에 수용되거나 분리 가능하며, 하나 이상의 마커를 갖는 제2 부재를 포함하고,
    상기 정합 가이드의 제작 시 획득된 상기 뼈의 좌표와 상기 마커의 좌표의 관계 정보가 상기 수술용 로봇에 미리 입력되고, 상기 수술용 로봇의 좌표와 상기 마커의 좌표의 관계 정보를 측정을 통해 도출함으로써, 상기 수술용 로봇이 상기 수술용 로봇의 좌표와 상기 뼈의 좌표를 정합하는 것을 특징으로 하는 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 부재는 볼트에 의해 상기 뼈에 고정되도록 하나 이상의 관통홀을 구비하는 것을 특징으로 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제2 부재의 관통홀에 금속 재질의 링이 삽입되어 고정되는 것을 특징으로 하는 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드 시스템.
  10. 제7항에 있어서, 상기 가이드 제조 장치는 신속 프로토타이핑(rapid prototyping) 장치인 것을 특징으로 하는 모듈화된 환자 맞춤형 정합 가이드 시스템.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2019397176B2 (en) 2018-12-13 2025-07-03 Paragon 28, Inc. Total ankle replacement surgical method
WO2020124044A1 (en) 2018-12-13 2020-06-18 Paragon 28, Inc. Joint replacement alignment guides, systems and methods of use and assembly
EP3893766B1 (en) 2018-12-13 2025-09-03 Paragon 28, Inc. Systems for total ankle replacement
AU2019397526B2 (en) 2018-12-13 2025-07-03 Paragon 28, Inc. Alignment instruments and methods for use in total ankle replacement
EP3893772A4 (en) 2018-12-13 2022-11-23 Paragon 28, Inc. RESECTION GUIDES, SWEEPING CUTTERS AND METHODS FOR USE IN TOTAL ANKLE REPLACEMENT
CA3122698A1 (en) 2018-12-13 2020-06-18 Paragon 28, Inc. Distractors having attachable paddles, impaction devices, and methods for use in total ankle replacement
EP3998956B1 (en) * 2019-07-17 2025-10-01 MAKO Surgical Corp. Surgical registration tools for use in computer-assisted surgery

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020133163A1 (en) * 2001-02-28 2002-09-19 Axelson Stuart L. Apparatus used in performing femoral and tibial resection in knee surgery
US20080161815A1 (en) * 2006-02-27 2008-07-03 Biomet Manufacturing Corp. Patient Specific Knee Alignment Guide And Associated Method
US20110060341A1 (en) * 2009-09-10 2011-03-10 Laurent Angibaud Alignment guides for use in computer assisted orthopedic surgery to prepare a bone element for an implant
US20110257653A1 (en) * 2010-04-14 2011-10-20 Smith & Nephew, Inc. Systems and Methods for Patient-Based Computer Assisted Surgical Procedures
WO2012169642A1 (ja) * 2011-06-06 2012-12-13 株式会社大野興業 レジストレーション用テンプレートの製造方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7316715B2 (en) * 2005-02-18 2008-01-08 Howmedica Osteonics Corp. Polyaxial screw for acetabular cup
US9289253B2 (en) 2006-02-27 2016-03-22 Biomet Manufacturing, Llc Patient-specific shoulder guide
US9113971B2 (en) 2006-02-27 2015-08-25 Biomet Manufacturing, Llc Femoral acetabular impingement guide
US8608748B2 (en) 2006-02-27 2013-12-17 Biomet Manufacturing, Llc Patient specific guides
US8591516B2 (en) 2006-02-27 2013-11-26 Biomet Manufacturing, Llc Patient-specific orthopedic instruments
US8328873B2 (en) 2007-01-10 2012-12-11 Biomet Manufacturing Corp. Knee joint prosthesis system and method for implantation
CN102137637B (zh) 2007-04-19 2015-01-14 史密夫和内修有限公司 膝部和肩部关节修补物
KR100925282B1 (ko) 2007-06-26 2009-11-05 이송 무릎관절 외과 수술용 절단 가이드 모듈 및 그 사용방법
GB0803514D0 (en) 2008-02-27 2008-04-02 Depuy Int Ltd Customised surgical apparatus
WO2010011978A1 (en) 2008-07-24 2010-01-28 OrthAlign, Inc. Systems and methods for joint replacement
CA2778057C (en) 2009-10-29 2019-02-19 Zimmer, Inc. Patient-specific mill guide
DE102010000067A1 (de) 2010-01-13 2011-07-14 Aesculap AG, 78532 Kniegelenkendoprothese
US9066727B2 (en) 2010-03-04 2015-06-30 Materialise Nv Patient-specific computed tomography guides

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020133163A1 (en) * 2001-02-28 2002-09-19 Axelson Stuart L. Apparatus used in performing femoral and tibial resection in knee surgery
US20080161815A1 (en) * 2006-02-27 2008-07-03 Biomet Manufacturing Corp. Patient Specific Knee Alignment Guide And Associated Method
US20110060341A1 (en) * 2009-09-10 2011-03-10 Laurent Angibaud Alignment guides for use in computer assisted orthopedic surgery to prepare a bone element for an implant
US20110257653A1 (en) * 2010-04-14 2011-10-20 Smith & Nephew, Inc. Systems and Methods for Patient-Based Computer Assisted Surgical Procedures
WO2012169642A1 (ja) * 2011-06-06 2012-12-13 株式会社大野興業 レジストレーション用テンプレートの製造方法

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US10058335B2 (en) 2018-08-28
US20150374384A1 (en) 2015-12-31

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