KR101286930B1 - 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구 - Google Patents

Abstract

환자의 대퇴골경부에 일치하여 끼워맞춤 되는 내측 표면을 가진 C자형 밴드를 포함하는 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구가 기술된다. 아치가 C자형 밴드의 한 측면으로부터 상기 C자형 밴드의 다른 측면으로 연장되며 환자의 대퇴골두를 넘어 추가적으로 연장된다. 정렬 튜브 가이드는 상기 아치로부터 외부를 향해 연장되며 아치를 따라 배열된다.

대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구, C자형 밴드, 아치, 정렬 튜브 가이드

Description

대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구{FEMORAL HEAD SURGICAL RESURFACING AID}

이 가특허출원은 2008년 7월 21일 출원되었으며 발명의 명칭이 "Custom Self Clamping Hip Resurfacing Surgical Aid"인 미국 가특허출원 61/082, 227호를 우선권주장한다.

본 발명은 일반적으로 고관절 재표면처리 수술용 보조기구, 특히 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구에 관한 것이다.

관절연골은 뼈들 사이에 완충기능을 제공하는 섬유 형태의 연결 조직이다. 골관절염, 류마티스 관절염 및 무혈관성 괴사(avascular necrosis)와 같은 신체 질환 및 질병; 양성 또는 악성 골종양; 과잉 신체 활동 및 유전성 결핍증은 연골 파열, 손상(erosion), 또는 퇴화를 야기시킬 수 있다. 예컨대 골관절염은 또는 유전적 소인(genetic predisposition) 혹은 비만으로 인해 관절 부위에 외상이 뒤따르게 할 수도 있다. 이 병은 두 뼈들 사이의 관절을 둘러싸고 있는 연골의 때 이른 마모 또는 "손상"에 기인한다. 이와 같은 연골의 마모는 뼈들이 서로 직접 마찰되는 것으로 이어질 수 있고, 이는 차례대로 뼈 표면들에 구멍이 뚫리고 기형을 야기할 수 있으며 운동의 범위를 제한시키고 고통을 수반케 한다. 골관절염 치료 요법은 환부 관절을 안정시키고 진통제와 소염제를 처방하며 식생활 개선 및 가벼운 운동을 포함한다. 중증인 경우에는, 손상을 입은 또는 기능장애성 관절 표면들을 치료하기 위하여 관절성형 수술 절차와 같은 외과적 수술이 필요할 수도 있다.

고관절은 특히 연골 위태(cartilage compromise)에 취약하며 통상 "고관절 대치술(total hip replacement; THR)"로 불리는 고관절성형술로 이에 따른 고통을 완화시키고 손상을 입은 고관절의 기능을 되돌리고 원래의 상태로 복원하려 시도한다. THR에서, 대퇴골두와 대퇴골경부를 포함하는 대퇴골 상측 부분은 보철물 이식의 스템 부분을 수용하도록 제거된다. 통상 성공적이긴 하지만, 후(後) THR 고관절 악화로 인해 교정 수술이 추가적으로 필요할 수도 있으며, 이에 따라 THR 보철물 스템을 제거하기 위해 대퇴골을 분리시킴으로써 대퇴골을 근본적으로 재구성하고 외과적으로 대퇴골을 대체하여 연장된 회복기를 포함하는 수술이 수반되고 비용이 증가한다.

최근 들어, 특히 상대적으로 어리고 보다 활동적인 환자들에게 적합하며 THR에 대한 활동적 수술 대안법으로서 고관절 재표면처리술(hip resurfacing)이 개발되었다. 고관절 재표면처리술은 통상 대퇴골두 보철물과 관골구 보철물(acetabular prosthesis)로 구성된 고관절 보철물의 이식을 수반한다. THR과는 달리, 대퇴골의 상측 부분이 손상되지 않은 채로 유지되며, 대신, 덜 확장적인 보철물 대퇴골 캡(cap)을 수용하도록 형태가 변하게 된다. 재표면처리술은 뼈를 제거할 필요성이 상대적으로 작아서 교정 수술이 더 쉽게 될 수 있으며, 후에 필요할 때를 위해 뼈 스톡(bone stock)을 더 많이 보존할 수 있다.

관골구에 대한 관골구 보철물을 관골구에 대해 정확하게 정렬하고 그리고 대퇴골경부의 중앙 통로를 따라 대퇴골두 보철물을 정확하게 정렬하는 것은 성공적인 고관절 재표면처리술을 위한 핵심적인 사항이다. 임의의 오배열(misalignment)도 고통을 야기시킬 수 있으며 관절 회전과 발의 연장각도에 영향을 끼칠 수 있다. 통상, 고관절 재표면처리술 절차를 계획하기 위하여 고관절과 이를 둘러싼 뼈 구조들의 엑스레이, 컴퓨터 단층촬영(CT), 자기공명영상(MRI) 또는 그 외의 다른 비침습적영상(non-invasive imaging)이 찍힌다. 보철물의 이식축(implantation axis)과 크기를 근사화(approximate)하기 위하여 영상들과 함께 수술 템플릿(surgical template)들이 사용된다.

관골구 보철물 및 대퇴골두 보철물의 수술전의 계획된 위치(preoperatively planned position)들이 수술실에서 실제 환자에게 전달되어야 하는데, 이는 수동으로 이루어지며 본질적으로 부정확한 공정이다. 종래의 고관절 재표면처리 수술 동안, 계획된 대퇴골두 보철물의 축을 따라 대퇴골두의 중앙을 통해 파일럿 홀(pilot hole)이 천공되며 재표면처리 수술 동안 안내봉(guide rod)이 뒤따르도록 리밍 장치(reaming device)가 삽입된다. 심지어 수술전 계획과 함께, 수술 동안 파일럿 홀의 축과 위치를 결정하는 것은 수동으로 이루어지며 시간이 오래 걸리고 잠재적으로 오류에 취약한 절차이며, 수술의사의 숙련도, 영상의 퀄리티 및 환자의 컨디션 에 매우 좌우된다.

종래적으로, 정렬 가이드(alignment guide) 또는 지그(jig)는 안내봉을 대퇴골두 내에 배열하여 대퇴골경부의 중앙축과 일직선에 있게 되는 위치에 배향되도록 사용된다. 예를 들어, 2005년 4월 20일에 출원되었으며 Tuke 등에게 허여된 미국특허공보번호 2005/0245934호는 대퇴골두 재표면처리 수술에 사용하기 위한 정렬 가이드를 개시한다. 이 정렬 가이드는 대퇴골경부 주위에 배열되고 정렬봉(alignment rod)은 대퇴골두를 넘어서 한 위치 내로 조작된다(manipulated). 상기 정렬봉은 대퇴골두 상으로 낮춰져서 한 위치 내에 고정된다. 대퇴골두 내에 파일럿 홀을 천공하고 후에 리밍 장치 정렬에 사용하기 위하여 봉을 통해 드릴(drill)이 삽입된다. 실시할 때, 수용가능한 파일럿 홀이 천공될 수 있으나, 그럼에도 불구하고 현재의 배치상태는 전체 수술 동안 봉의 적절한 위치배열을 유지하기 위해 종종 가이드의 수동 조절을 필요로 한다.

고관절은 특히 연골 위태(cartilage compromise)에 취약하며 통상 "고관절 대치술(total hip replacement; THR)"로 불리는 고관절성형술로 이에 따른 고통을 완화시키고 손상을 입은 고관절의 기능을 되돌리고 원래의 상태로 복원하려 시도한다. THR에서, 대퇴골두와 대퇴골경부를 포함하는 대퇴골 상측 부분은 보철물 이식의 스템 부분을 수용하도록 제거된다. 통상 성공적이긴 하지만, 후(後) THR 고관절 악화로 인해 교정 수술이 추가적으로 필요할 수도 있으며, 이에 따라 THR 보철물 스템을 제거하기 위해 대퇴골을 분리시킴으로써 대퇴골을 근본적으로 재구성하고 외과적으로 대퇴골을 대체하여 연장된 회복기를 포함하는 수술이 수반되고 비용이 증가한다.

최근 들어, 특히 상대적으로 어리고 보다 활동적인 환자들에게 적합하며 THR에 대한 활동적 수술 대안법으로서 고관절 재표면처리술(hip resurfacing)이 개발되었다. 고관절 재표면처리술은 통상 대퇴골두 보철물과 관골구 보철물(acetabular prosthesis)로 구성된 고관절 보철물의 이식을 수반한다. THR과는 달리, 대퇴골의 상측 부분이 손상되지 않은 채로 유지되며, 대신, 덜 확장적인 보철물 대퇴골 캡(cap)을 수용하도록 형태가 변하게 된다. 재표면처리술은 뼈를 제거할 필요성이 상대적으로 작아서 교정 수술이 더 쉽게 될 수 있으며, 후에 필요할 때를 위해 뼈 스톡(bone stock)을 더 많이 보존할 수 있다.

관골구에 대한 관골구 보철물을 관골구에 대해 정확하게 정렬하고 그리고 대 퇴골경부의 중앙 통로를 따라 대퇴골두 보철물을 정확하게 정렬하는 것은 성공적인 고관절 재표면처리술을 위한 핵심적인 사항이다. 임의의 오배열(misalignment)도 고통을 야기시킬 수 있으며 관절 회전과 발의 연장각도에 영향을 끼칠 수 있다. 통상, 고관절 재표면처리술 절차를 계획하기 위하여 고관절과 이를 둘러싼 뼈 구조들의 엑스레이, 컴퓨터 단층촬영(CT), 자기공명영상(MRI) 또는 그 외의 다른 비침습적영상(non-invasive imaging)이 찍힌다. 보철물의 이식축(implantation axis)과 크기를 근사화(approximate)하기 위하여 영상들과 함께 수술 템플릿(surgical template)들이 사용된다.

관골구 보철물 및 대퇴골두 보철물의 수술전의 계획된 위치(preoperatively planned position)들이 수술실에서 실제 환자에게 전달되어야 하는데, 이는 수동으로 이루어지며 본질적으로 부정확한 공정이다. 종래의 고관절 재표면처리 수술 동안, 계획된 대퇴골두 보철물의 축을 따라 대퇴골두의 중앙을 통해 파일럿 홀(pilot hole)이 천공되며 재표면처리 수술 동안 안내봉(guide rod)이 뒤따르도록 리밍 장치(reaming device)가 삽입된다. 심지어 수술전 계획과 함께, 수술 동안 파일럿 홀의 축과 위치를 결정하는 것은 수동으로 이루어지며 시간이 오래 걸리고 잠재적으로 오류에 취약한 절차이며, 수술의사의 숙련도, 영상의 퀄리티 및 환자의 컨디션에 매우 좌우된다.

한 실시예는 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구를 제공하는데, 이 보조기 구는 환자의 대퇴골경부(femoral neck)에 일치하여 끼워맞춤 되는 내측 표면을 가진 C자형 밴드를 포함한다. 아치(arch)가 C자형 밴드의 한 측면으로부터 상기 C자형 밴드의 다른 측면으로 연장되며 환자의 대퇴골두를 넘어 추가적으로 연장된다. 정렬 튜브 가이드는 상기 아치로부터 외부를 향해 연장되며 아치를 따라 배열된다.

또 다른 실시예는 대퇴골두 보철물 이식축을 정렬하기 위한 방법을 제공한다. 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구가 제공되며 이 보조기구는 환자의 대퇴골경부에 일치하여 끼워맞춤 되는 내측 표면을 가진 C자형 밴드를 포함한다. 아치가 C자형 밴드의 한 측면으로부터 상기 C자형 밴드의 다른 측면으로 연장되며 환자의 대퇴골두를 넘어 추가적으로 연장된다. 정렬 튜브 가이드는 상기 아치로부터 외부를 향해 연장되며 아치를 따라 배열된다. 정렬 튜브 가이드의 축은 평행하며 계획된 대퇴골두 보철물 이식축과 일직선에 있게 된다. 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구는 환자의 대퇴골경부 위의 한 위치에 배열된다. 보링 공구(boring tool)가 정렬 튜브 가이드를 통해 삽입되며 상기 보링 공구로 대퇴골두 내에 파일럿 홀이 천공된다.

고려할 수 있는 최상의 방식을 예시함으로써 실시예들을 기술하는 하기 상세한 설명으로부터, 다른 실시예들도 해당 업계 종사자들에게 명확해질 것이다. 그 외의 다른 실시예들과 상이한 실시예들도 가능하며 이들의 세부사항들은 모두 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 다양한 방법들로 개조될 수 있다. 이에 따라 도면들과 상세한 설명은 본질적으로 예시적인 것으로 간주되어야 하며 제한하려는 것이 아니다.

고관절(hip joint)은 걷기와 뛰기 동안에 운동성을 제공하고 일어서기와 그 외의 다른 체중-지탱 활동 동안에 안정성을 제공하는데 있어 핵심적이 된다. 이 고관절은 걷기로부터 오는 충격으로 인해 상체에 대해 중요한 충격 흡수 기능을 제공한다. 도 1은 예로서 명확하게 도시하기 위하여 골반(12)으로부터 탈구된 대퇴골(11)을 포함하는 고관절(10)을 도시한 측면도이다. 대퇴골두(13)는 대퇴골 몸체(14)의 근위단부에서 볼(ball)을 형성하는데, 이 대퇴골 몸체는 대퇴골두-대퇴골경부 접합부(15b)에서 대퇴골두(13)와 만나는 대퇴골경부(15a)에 의해 분리된다. 대퇴골 몸체(14)에 인접하는 골질 돌기(bony prominence)인 대퇴골 대전자(greater trochanter, 16)와 소전자(lesser trochanter, 17)는 대퇴골경부(15a)가 연장되는 기저(base)를 형성한다. 건강한 사람의 경우, 연골은 대퇴골두(13)를 덮고 있으며 대퇴골두(13)와 골반(12) 사이에 완충기능을 제공한다.

대퇴골두(13)는 관골구(acetabulum, 18)에서 골반(12) 내에 관절로 이어져서(articulate) 고관절(10)을 형성한다. 이 관골구(18)는 대퇴골두(13)를 수용하기 위해 골반(12)의 양 측면 위에서 컵 형태의 오목부(depression)를 형성한다. 관골구와(acetabular fossa, 19)는 관골구(17)의 공동의 바닥에 위치된 만입 영역(indented region)이 된다. 이 후 인프라(infra)로 기술되는 대퇴골두 보철물의 이식 및 이 보철물을 위한 준비에 있어서 대퇴골두(13)의 재표면처리술용 리밍 장치의 정렬은 이론적으로 대퇴골경부(15a)의 중앙축(15c)을 따라 이루어진다.

고관절 재표면처리 수술 동안, 고관절 연골은 제거되며 타고난 고관절(10)을 대체하기 위해 고관절 보철물(21)이 이식된다. 도 2는 종래 기술의 재표면처리된 고관절을 도시한 측면도이다. 완전한 고관절 보철물(21)은 2개 부분 즉 대퇴골두 보철물(22)과 관골구 보철물(23)을 가지는데, 이들은 각각 대퇴골두(13)와 관골구(17)의 기능을 대체한다. 대퇴골두 보철물(22)은 재표면처리된 대퇴골두(13) 내로 이식되는 반면, 관골구 보철물(23)은 관골구 내에 이식된다.

종래적으로, 수술의사들은 대퇴골두 보철물(22)과 관골구 보철물(23)의 근사화된 크기와 정렬상태를 결정하기 위하여 예를 들어 엑스레이, 컴퓨터 단층촬영 및 MRI와 같은 비침습적영상(non-invasive imaging)에 의지한다. 수술 시에, 대퇴골두(13)는 탈구되어(dislocated) 대퇴골두 보철물(23)의 근사화된 크기는 수술용 헤드 템플릿(head template)을 대퇴골경부(15a) 주위에 배열함으로써 원래 위치(in situ)와 일치하게 된다(confirmed).

수술 동안 가이드 와이어, 다양한 커터(cutter), 리머(reamer) 및 리세이퍼 공구(reshaper tool) 그리고 대퇴골두 보철물(22)을 정확하게 배치시키기 위해 대퇴골경부(15a)에 대한 대퇴골두(13) 위의 정확한 위치 결정이 필수적이다. 게다가 대퇴골두 보철물(22)을 위해 불충분한 간극(clearance)으로 인해 재표면처리술 동안 리밍 장치에 의해 대퇴골경부(15a)의 노칭(notching)현상을 야기시킬 수 있으며 수술후 고관절이 약화될 수 있다. 대퇴골경부(15a)의 중앙축(15c)과 나란하게 정렬 되는 대퇴골두(13) 위의 한 점을 결정하기 위해 지그(jig)가 사용된다(이 지그는 도시되지 않음). 지그는 일반적으로 대퇴골에 부착되거나 또는 대퇴골(11) 상에서 원주방향으로 배열된다. 지그 상의 안내 메커니즘(guide mechanism)은 대퇴골두 보철물(22)을 위한 정확한 정렬축을 일치시키기 위해 모든 평면들을 통해 조절될 수 있다. 일단 정렬되고 나면, 안내 메커니즘은 지그 상의 한 위치에 고정될 수 있으며 결정된 축을 따라 가이드 와이어가 대퇴골두(13) 내로 삽입되고, 이후 지그가 해체되고 제거된다. 가이드 와이어에 리밍 장치가 장착되고 대퇴골경부(15a)에 수평인 대퇴골두(13)를 트리밍(trim)한다. 대퇴골두(13)은 필요 시에 추가적으로 트리밍될 수 있으며 이에 따라 대퇴골두 보철물(22)의 마우스(mouth)는 대퇴골두-대퇴골경부 접합부(15b)의 높이(level)에 있게 된다. 또 다른 리밍 장치는 대퇴골두(13) 상에서 챔퍼(chamfer) 또는 베벨 에지(beveled edge)를 절단한다. 가이드 와이어가 제거되고 대퇴골두 보철물(22)이 그 위치 내로 접합된다.

이와 유사하게, 관골구 보철물(23)을 정확하게 배열시키기 위하여 관골구 리밍 장치의 축배열을 정확하게 결정하는 것이 요구된다. 종래적으로, 의사가 리밍 공정 동안 또는 가이드를 관골구(18) 주위에서 계획된 축을 근사화하는 각도로 배열시킴으로써, 축이 수동으로 근사화된다. 우선 연골을 제거하고 형성되었을 수도 있는 골증식체(osteophytes)를 제거함으로써 관골구(18)가 관골구 보철물(23)을 위해 준비된다. 그 뒤, 관골구 보철물(23)을 수용하도록 관골구가 감소된다(reduced). 관골구 보철물(23)의 수술전 축은 필요 시에 조절되며 제자리로 끼워진다(impacted).

대퇴골두 보철물(22)을 수술전 계획된 이식축을 따라 신속하고 정확하게 배열하는 것은 종래 기술의 고관절 재표면처리 수술용 정렬 가이드를 환자의 특징에 낮춰 설계된 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구로 대체함으로써 용이하게 할 수 있다. 도 3은 한 실시예에 따르는 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구를 도시한 투시도이다. 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구(30)는 이 보조기구(30)를 효율적으로 고정 배치시키며 용이하게 제거하게 할 수 있다. 각각의 보조기구(30)는 생체적합성의 가요성 재료로부터 일정하게 제작된다. 바람직하게, 이 재료는 인프라(infra)라고 기술되는 신속한 프로토타입(prototype)의 제조에 적합하다. 이러한 재료의 예로서, 폴리카보네이트와 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS)과 같은 의료용 플라스틱이 포함된다. 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구(30)의 제조를 위해 그 외의 다른 재료들도 가능하다.

대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구(30)는 대퇴골경부(15a) 주위에 넉넉하게 그리고 안락하게 끼워맞춤되는 C자형 밴드(31)를 포함하며, 보조기구가 움직이거나 또는 미끄러지는 것을 방지한다. C자형 밴드의 개구(32)는 대퇴골경부(15a)보다 약간 더 작은데, 통상 3 밀리미터 내지 10 밀리미터 더 작다. 다른 크기들도 가능하다. 밑에서 추가적으로 도 4와 도 5를 참조하여 논의되는 바와 같이, 개구(32)의 에지들로부터 약간 뒤에서 C자형 밴드(31) 외측의 마주보는 측면들 상에 아치(arch, 33)가 형성되며, 원래 위치에 배열될 때 대퇴골두(13)를 넘어 수직방향으로 연장된다. 상기 아치(33)는 통상 대퇴골두(13)보다 5 밀리미터 더 크며 대퇴골두(13)의 윤곽으로 이어진다. 다른 크기들도 가능하다. 아치(33)의 수치들은 일반 적으로 10 밀리미터 x 7 밀리미터이다. 다른 수치도 가능하다. 아치(33)는, 인프라(infra)라고 논의되는 것처럼, 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구(30)의 일부분으로서 일체구성된다.

정렬 튜브(34)는 아치(33)의 상부로부터 외부를 향해 수직으로 돌출하며 축방향으로 대퇴골두로부터 이격되도록 연장된다. 정렬 튜브(34)는 보링 공구를 수용하도록 크기가 정해진 내측 직경을 가지는데, 도 2를 참조하여 위에서 논의된 것처럼, 이 보링 공구는 가이드 와이어 배열을 위한 파일럿 홀을 천공하도록 사용된다. 통상, 파일럿 홀은 3 밀리미터 내지 4 밀리미터 사이가 된다. 정렬 튜브(34)의 외측 직경은 10 밀리미터이며, C자형 밴드(31)의 외측 표면으로부터는 45 밀리미터의 길이를 가진다. 다른 수치들도 가능하다.

정렬 튜브(34)의 축이 평행하며 수술전 대퇴골두 보철물축과 일직선이 되게 하도록 정렬 튜브(34)는 아치(33)의 상부를 따라 배향된다. 정렬 튜브(34)의 외측 직경이 아치(33)의 폭과 일치하도록 정렬 튜브(34)가 구성되는 것이 바람직하며, 이에 따라 아치(33)에 의해 "스냅 오프(snap off)"와 같이 정렬 튜브(34)가 용이하게 제거되게 해 준다. 또한 정렬 튜브(34)를 제거하는 것은 아치를 길이방향으로 2 부분으로 분리시켜 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구(30)를 신속하게 제거하게 해준다.

또 다른 실시예에서, 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구(30)가 한 자리로 회전될 때, 원래 위치에서 대퇴골두(13)의 표면과 접촉하도록 하나 또는 그 이상의 스태빌라이저(stabilizer, 35)가 아치(33)의 측면들로부터 연장된다. 대퇴골두 재 표면처리 수술용 보조기구(30)는 요구되는 안정성과 보조기구의 형태에 기초하여 하나 또는 그 이상의 스태빌라이터(35)를 포함할 수 있다. 스태빌라이저(35)는 양 측면으로부터 연장될 수 있고 아치(33)를 따라 어떤 한 점에서 연장될 수 있다. 각각의 스태빌라이저(35)는 원래 위치에 배치될 때 대퇴골두(13)와 접촉하도록 원위부에서 아래를 향해 만곡되는(downturn) 뾰족한 단부 또는 둥근 단부를 가진 클로(claw) 형태이다. 구형 및 원통형과 같이 다른 형태의 스태빌라이저도 가능하다.

스태빌라이저(35)는 정렬 튜브(34)를 통해 보링 공구가 삽입될 때 제공될 수 있는 것과 같은 임의의 횡방향 틸팅 압력(tilting pressure)을 견뎌낸다(counter). 이에 따라 스태빌라이저(35)는 미끄러짐이나 오배열을 방지하는데 도움을 준다. 스태빌라이저(35)는, 인프라(infra)로 논의되는 것처럼, 보조기구(30)의 나머지 부분과 같은 동일한 재료로 구성되고 및 이 재료로 일정하게 그리고 일체구성 방식으로 제작된다. 또한, 도 4를 참조하여 밑에서 더욱 논의되는 것처럼, 스태빌라이저(35)의 배열, 길이 및 배향은 환자의 특징에 맞는 대퇴골두(13)에 기초하여 설계된다.

대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구(30)가 대퇴골두(13) 주위에 원래 위치에 배열될 때, 보링 공구가 파일럿 홀을 천공하도록 사용될 수 있다. 파일럿 홀의 수치는 일반적으로 임플란트 제조자의 요구사항에 기초한다. 파일럿 홀이 천공되고 보링 공구가 제거되고 나면, 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구(30)의 효율적으로 용이하게 제거하기 위하여 정렬 튜브(34)가 스냅-오프된다(snapped off). 그 뒤 도 2를 참조하여 위에서 논의한 바와 같이 대퇴골두 재표면처리술이 진행된다.

바람직하게, 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구(30)는 환자의 물리적인 대퇴골 특징에 기초한 신속한 프로토타입(prototype)이다. 환자의 고관절 영역은 CT 또는 MRI와 같이 비침습적영상기술을 이용하여 촬영된다. 이 영상은 캐드(CAD) 프로그램 또는 컴퓨터 시스템에 탑재된 그 외의 다른 3차원 모델링 소프트웨어, 가령, 예를 들어 미국 메사추세츠주 렉싱턴에 위치한 Able Software Corporation사가 판매하는 3D-DOCTOR 내로 입력된다. 상기 컴퓨터 시스템은 통상적인 목적의 디지털 컴퓨터 장치로, 중앙처리유닛(CPU), RAM, 하드 드라이브 또는 CD ROM 드라이브와 같은 비휘발성 이차 저장장치, 네트워크 인터페이스 및 키보드와 디스플레이와 같은 유저 인터페이스 수단을 포함하는 주변 장치들을 포함한다. 소프트웨어 프로그램을 포함하는 프로그램 코드 및 데이터는 CPU에 의해 처리되고 실행하기 위한 RAM 내로 입력되며 디스플레이, 출력, 전송 또는 저장을 위해 결과값이 발생된다.

캐드 프로그램은 골 구조를 세분화시켜 관골구(18) 및 대퇴골(11)의 3차원 모델을 생성시킨다. 그 뒤 상기 3차원 모델은 환자의 해부학적 구성에 따라 대퇴골두 보철물(22)의 이식축과 크기의 수술전 계획용으로 사용된다. 또한, 골 구조 및 돌기(protuberance), 가령, 예컨대 대전자(16)와 소전자(17)를 연결하는 전자간능(intertrochanteric crest), 및 오목부(depression), 리지(ridge), 흉터(scar), 및 줄무늬(striation)들을 포함하는 대퇴골(11) 상의 핵심 지표점(key landmark point)들이 식별된다.

상기 핵심 지표점들, 환자의 특정적인 대퇴골 표면 구조 및 대퇴골두 보철물(22)의 계획된 위치를 이용하는 CAD 프로그램으로, 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구(30)의 3차원 모델이 생성된다. 예를 들어, 표면 구조와 핵심 지표들은 C 자형 밴드(31)의 내측 표면과 수치들을 대퇴골경부(15a) 윤곽들에 일치하도록 하기 위하여 사용된다. 이와 유사하게, 대퇴골두 보철물(22)의 계획된 이식축은 정렬 튜브(34)를 이식축과 일직선이 되도록 위치시키기 위해 그리고 아치(33)가 상기 계획된 이식축을 교차하도록 상기 아치(33)를 C자형 밴드(31)를 따라 배치시키기 위해 사용된다. 아치(33)를 따르는 스태빌라이저(35)의 길이와 위치는 대퇴골두(13)의 식별된 핵심 지표들과 표면 구조에 기초한다. 예를 들어, 대퇴골두(13)의 곡률은 스태빌라이저(35)의 하부방향 각도를 결정하도록 사용될 수 있으며, 줄무늬와 흉터와 같은 환자의 특정적인 표면 특징들은 상기 스태빌라이저(35)가 대퇴골두(13)와 접촉되는 점들로서 사용될 수 있다. 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구(30) 모델은 메모리에 저장되고 인터넷과 같은 인터네트워크 또는 인트라네트워크 상에서 FDM 400mc와 같은 신속 프로토타입 시스템에 또는 이 시스템에서 전자적으로 전송되는데, 상기 FDM 400mc는 이 보조기구(30)를 제작하기 위하여 미국 미네소타주 에덴 프레이어에 있는 Stratsys, Inc.사에서 제조된다.

다른 실시예에서, 기존의 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구(30) 모델은 환자의 해부학적 구조, 핵심 지표점들 및 계획된 보철물 위치에 기초한 특정 환자 모델을 생성하기 위해 모르핑(morphing), 스트레칭(stretching) 및 와핑(warping)에 의해 디지털 방식으로 조작가능하다. 이 모델이 도시될 수 있으며 제작 전에 필요할 때 조절될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 환자 정보(도시되지 않음)가 보조기구(30)의 표면 위에 인쇄되고, 장식되거나 또는 표시될 수 있다. 환자 정보는 환자 이름, 환자 식별번 호, 수술의사 이름, 병원 이름, 어떤 고관절이 대체되어야 하는 지에 대한 식별사항, 보조기구(30)의 회전방향 및 사용되어야 하는 보철물의 크기와 유형을 포함한다. 보조기구(30) 위에 직접적으로 환자의 정보를 포함시킴으로써 보조기구(30)를 적절한 환자 또는 병원으로 보내도록 도와줄 수 있으며 환자가 동시에 양쪽 고관절의 고관절 대치술(total hip replacement)을 받을 때와 같은 수술 상황 동안 수술의사에게 도움을 줄 수 있다.

수술전 수술계획에 따라 대퇴골두 보철물(22)을 정확하게 배열하기 위해 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구(30)가 사용된다. 도 4와 도 5는 대퇴골경부(15a) 위의 한 위치에 있는 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구(30)를 도시한 마주보는 양 측면도이다. 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구(30)는 대퇴골경부(15a)의 상부 또는 바닥으로부터 대퇴골경부(15a) 위에 배치될 수 있으며 그 뒤 그 위치로 회전된다. 회전방향 즉 시계방향 또는 반시계방향이 보조기구(도시되지 않음)의 표면 위에 인쇄되고, 장식되거나 또는 표시될 수 있다.

C자형 밴드(31)의 내측 표면은 원래 위치에 배열될 때 대퇴골경부(15a)의 표면에 일치하도록 이어진다. 대퇴골경부(15a)의 표면을 일치시킴에 따라 C자형 밴드(31)가 대퇴골경부의 횡단면의 약간의 타원 형태로 인해 그 위치에 자동적으로 고정되게 된다. 또한 C자형 밴드(31)가 대퇴골두-대퇴골경부 접합부(15b) 및 대전자-대퇴골경부 접합부(32) 모두에 미치기 때문에 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구(30)는 제자리에 안정적으로 고정되며 대퇴골두(13)를 향해 또는 대퇴골두(13)로부터 멀어지도록 미끄러지는 것이 방지된다. 또한 보조기구의 가요성 특징은 수 술 조작 동안 추가적인 이점을 제공한다.

또 다른 실시예에서, 스태빌라이저(35)는 보조기구(30)에 횡방향으로 추가적인 지지력을 제공한다. 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구(30)가 원래의 위치에 배치될 때 대퇴골두(13)의 표면에 접촉하기 위하여 하부방향으로 그리고 아치(33)로부터 외부를 향해 하나 또는 그 이상의 스태빌라이저(35)가 연장된다. 스태빌라이저(35)는 대퇴골두(13) 내로 파일럿 홀(42)이 천공되는 동안 보조기구(30)의 움직임을 방지한다. 도 3을 참조하여 위에서 논의된 바와 같이, 환자의 특정적인 대퇴골두(13) 표면 특징들은 스태빌라이저(35)의 길이와 위치를 결정하도록 사용될 수 있다. 예를 들어 스태빌라이저(35)의 원위단부가 대퇴골두(13)의 표면 위에서 줄무늬를 그립(grip)하도록 클로(claw) 형태의 스태빌라이저(35)가 위치될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구(30)의 C자형 밴드(31)는 상기 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구(30)가 대퇴골경부 위로 미끄러지게 하고 마찰방식으로 그 자리에 고정되게 하는 개구(32)를 가진다. 이 개구(32)는 대퇴골경부(15a)의 크기보다 약간 작은데, 통상 3 밀리미터 내지 10 밀리미터 더 작다. 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구(30)가 강성이지만 가요성 재료로 제조되기 때문에, 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구(30)가 대퇴골경부(15a)를 넘어 가압될 수 있으며(pushed over) 그 뒤 그 위치로 회전된다.

또 다른 실시예에서, 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구(30)는 하나 또는 그 이상의 고정점(도시되지 않음)들을 포함하는데, 이 고정점들은 보조기구(30)가 제대로 배치되었는 지를 추가적으로 확인해 줄 수 있다. 종래적으로, 촬영된 뼈의 영상의 점들을 이에 상응하는 뼈의 표면 위에 등록하거나 또는 상세히 표시하기 위해 네비게이션 시스템에 결합된 디지타이저(digitizer)가 사용된다. 이러한 특징에 기초한 등록사항은 컴퓨터-도움 수술 동안 임플란트의 정확한 위치선정에 도움을 줄 수 있다. 이와 유사하게, 고정점들의 위치를 논의된 스프라(supra)와 같은 뼈 구조의 촬영된 영상에서의 위치들로 등록하기 위하여 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구(30)의 고정점들이 사용될 수 있다. 그 뒤 등록사항은 보조기구(30)가 대퇴골경부(15a) 위의 정확한 위치에 있다는 추가적인 확인을 제공할 수 있다. 상기 고정점들은, 논의된 스프라(supra)와 같이, 3차원 모델 생성 공정의 일부분으로서 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구(30)에 추가될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 고정점들은 후-제작(post-fabrication)에 추가될 수도 있다. 고정점들은 보조기구(30)의 외측 표면 내의 오목부 또는 홀들이 될 수 있거나 또는 보조기구(30)의 외측 표면으로부터의 돌출부가 될 수 있다. 그 외의 다른 유형의 고정점들도 가능하다.

본 발명이 본 발명의 실시예들을 참조하여 특별히 도시되고 기술되었지만, 종래 기술의 해당 업계 종사자는 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 본 명세서에 제공된 형태와 세부사항에 있어서 전술한 변경사항들과 그 외의 다른 변경사항들도 가능함을 이해할 것이다.

도 1은 예로서 명확하게 도시하기 위하여 골반으로부터 탈구된 대퇴골을 포함하는 고관절을 도시한 측면도.

도 2는 종래 기술의 재표면처리된 고관절을 도시한 측면도.

도 3은 한 실시예에 따르는 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구를 도시한 투시도.

도 4와 도 5는 대퇴골경부 위의 한 위치에 있는 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구를 도시한 마주보는 양 측면도.

Claims (22)

1. -내측 표면이 환자의 대퇴골경부(femoral neck)에 일치하여 끼워맞춤되는 C자형 밴드,

   -C자형 밴드의 한 측면으로부터 상기 C자형 밴드의 다른 측면으로 연장되고 추가적으로 환자의 대퇴골두(femoral head)를 넘어서 연장되는 아치(arch) 및

   -상기 아치로부터 외부를 향해 연장되며 상기 아치를 따라 배열된 정렬 튜브 가이드(alignment tube guide)를 포함하며,

   상기 C자형 밴드가 고정 위치에 있을 때 대퇴골두에 접촉하도록 구성되며 아치로부터 연장되는 하나 또는 그 이상의 스태빌라이저(stabilizer)를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구.
2. 제 1항에 있어서,

   C자형 밴드의 내측 표면은 고정 위치에 있을 때 대퇴골경부의 표면과 일치하는 것을 특징으로 하는 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구.
3. 제 2항에 있어서,

   C자형 밴드가 고정 위치 내로 회전되는 것을 특징으로 하는 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구.
4. 제 1항에 있어서,

   정렬 튜브 가이드의 축은 평행하며 계획된 대퇴골 보철물 이식축과 일직선에 있는 것을 특징으로 하는 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구.
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,

   C자형 밴드의 폭은 대퇴골두-대퇴골경부 접합부(junction) 및 대전자(greater trochanter)-대퇴골경부 접합부에 이르는(span) 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구.
7. 제 1항에 있어서,

   C자형 밴드의 개구의 크기는 대퇴골경부보다 더 작은 것을 특징으로 하는 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구.
8. 제 1항에 있어서,

   정렬 튜브 가이드는 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구로부터 탈착가능한 것을 특징으로 하는 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구.
9. 제 1항에 있어서,

   대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구는 생체적합성의 가요성 의료용 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구.
10. 제 1항에 있어서,

    재료는 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌과 폴리카보네이트 중 하나로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구.
11. 제 1항에 있어서,

    대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구는 환자 정보, 보철물 정보 및 회전방향 중 적어도 하나로 새겨져 있는 것을 특징으로 하는 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구.
12. 제 1항에 있어서,

    하나 또는 그 이상의 등록점(registration point)들을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 대퇴골두 재표면처리 수술용 보조기구.
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
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17. 삭제
18. 삭제
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21. 삭제
22. 삭제

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