KR102467242B1 - Total hip arthroplasty simulation method and device - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 장치는 환자의 X-ray 사진을 촬영하는 사진촬영부; 상기 사진촬영부에 의하여 촬영된 사진 데이터를 제1 레이어로 저장하고, 상기 제1 레이어로부터 환부에 대응하는 대퇴골 영상을 추출하여 제2 레이어로 분할시키는 영상 처리부; 상기 사진촬영부에 의하여 촬영된 영상 데이터를 이용하여 환부측 고관절과 정상측 고관절의 물리적인 치수 및 각도로부터 환자의 이상 상태를 분석하고 정상측 고관절 상태로부터 예측되는 물리적인 치수 및 가동범위 등의 운동특성을 파악하는 영상분석부; 및 상기 환자를 담당하는 의사에게 상기 환부측 고관절에 삽입될 임플란트의 복수의 규격에 따른 이미지를 제공하여 선택받는 템플릿 추천부;를 포함한다.Total hip arthroplasty simulation apparatus according to the present invention includes a photographing unit for taking an X-ray picture of a patient; an image processing unit that stores the photo data taken by the photo capturing unit in a first layer, extracts a femur image corresponding to the affected part from the first layer, and divides it into a second layer; Using the image data taken by the photographing unit, the patient's abnormal condition is analyzed from the physical dimensions and angles of the affected hip joint and the normal hip joint, and motion such as physical dimensions and range of motion predicted from the normal hip joint condition Image analysis unit to determine the characteristics; and a template recommendation unit that provides a doctor in charge of the patient with images according to a plurality of standards of an implant to be inserted into the hip joint on the side of the affected part and selects a template.
Description
본 발명은 고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고관절 인공관절 전치환술에 있어서 삽입될 임플란트의 물리적 규격 및 위치 결정을 보조할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.The present invention relates to a method and apparatus for simulating total hip arthroplasty, and more particularly, provides a method and apparatus capable of assisting in determining the physical dimensions and position of an implant to be inserted in total hip arthroplasty.
질병이나 사고에 의한 관절의 손상을 입는 환자가 늘어나고 있다. 이러한 관절부의 손상은 인체의 자연치유 능력으로 치유되는 경우도 있으나, 회복 불능인 경우, 또는 관절부의 손상에 의한 통증이 심한 경우에는 인공관절 치환 수술을 받아야 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION An increasing number of patients suffer from joint damage due to diseases or accidents. In some cases, the damage to the joint part is healed by the body's natural healing ability, but if it is not recoverable, or if the pain caused by the damage to the joint part is severe, artificial joint replacement surgery should be performed.
다양한 인공 관절 수술 방법 및 인공 관절 제품이 이용되고 있으나, 기본적으로 인공 관절 치환 수술은 과 수술적으로 손상된 뼈와 연골을 관절 양쪽에서 모두 정교하게 잘라내고 나서 관절의 역할을 대신하도록 만들어진 인공물을 뼈에 고정하는 과정을 의미한다.Various artificial joint surgery methods and artificial joint products are being used, but basically, artificial joint replacement surgery precisely cuts the surgically damaged bone and cartilage on both sides of the joint, and then inserts an artificial product to replace the role of the joint into the bone. refers to the fixation process.
현재 전체 인공 관절 치환 수술의 절반 정도는 인공 고관절(hip joint) 치환 수술이며, 나머지의 대부분은 슬관절(Knee joint)이고 그 외에는 견관절이나 손가락 관절 등인 것으로 알려져 있다.Currently, it is known that about half of all artificial joint replacement surgeries are hip joint replacement surgeries, most of the rest are knee joint replacement surgeries, and the rest are shoulder joints or finger joints.
고관절 치환 수술에는 도 1 및 도 2에 도시된 고관절 임플란트가 이용될 수 있다. 고관절측 임플란트는 도 1에 도시된 바와 같이 헤드(110), 스템(120), 넥(123)으로 구성되고, 골반뼈 관절골에는 비구컵(150)이 고정된다. 헤드(110)는 라이너(liner)가 개재된 상태로 쉘(155)에 수용되어 일정한 각도 내에서 회동하는 방식으로 고관절을 대체한다.The hip joint implant shown in FIGS. 1 and 2 may be used for hip replacement surgery. As shown in FIG. 1, the hip joint implant is composed of a
한편, 종래에는 환자의 X-ray 사진에 도 3 내지 도 5에 도시된 투명한 템플릿들을 겹치는 방식으로 확인하여 환자에게 적합한 임플란트이 규격과 위치를 결정한 후 이에 따라 고관절 인공관절 전치환술을 시행하게 된다. 도 3의 템플릿을 이용하여 캡의 사이즈를 결정하고, x-ray 사진 상에서 해당 사이즈의 캡의 위치를 결정할 수 있으며, 마찬가지로 도 4 및 도 5 등의 템플릿을 이용하여 스템의 사이즈, 넥, 헤드의 오프셋 및 관절의 회전 중심 등을 결정한다.On the other hand, conventionally, the transparent templates shown in FIGS. 3 to 5 are checked in an overlapping manner on the patient's X-ray picture to determine the size and location of an implant suitable for the patient, and then total hip arthroplasty is performed accordingly. The size of the cap can be determined using the template of FIG. 3, and the position of the cap of that size can be determined on the x-ray photograph. Similarly, the size of the stem, neck, and head can be determined using the templates of FIGS. 4 and 5. Determine the offset and center of rotation of the joint.
그러나 이러한 종래의 방법의 경우 의사의 숙련도에 따라 수술의 정밀도가 달라질 수 있으며, 수술 중 의도치 못한 오차에 의하여 임플란트의 규격이나 회전 중심 등이 애초에 의도와는 달리 변경되어야 하는 경우에는 수술실을 벗어나 다시 임플란트의 규격 및 위치 등을 재산출하여야 하는 불편함이 따른다.However, in the case of these conventional methods, the precision of surgery may vary depending on the skill level of the surgeon, and if the size or center of rotation of the implant needs to be changed unintentionally due to an unintended error during surgery, leave the operating room and try again. It is inconvenient to recalculate the dimensions and location of the implant.
본 발명은 기존 2차원(평면) 크기별로 구비된 대퇴골 템플릿(template)를 임의로 또는 순차적으로 겹쳐보면서 대퇴골 삽입물의 크기 및 각도를 결정하던 방식에서 탈피하기 위한 것으로서, 수술하는 의사에게 X-ray 사진으로부터 적합한 물리적인 규격의 임플란트에 대한 데이터를 제공하여 선택받을 수 있는 방법 및 이에 따른 장치를 제공한다.The present invention is to break away from the method of determining the size and angle of a femoral implant by randomly or sequentially overlapping femoral templates provided for each two-dimensional (plane) size, and to provide a surgeon with an X-ray picture. Provides a method that can be selected by providing data on an implant of a suitable physical standard and a device according to the method.
또한 본 발명은 선택하고자 하는 임플란트에 대한 정보를 제공하기 위해 또는 선택된 규격 및 위치의 임플란트에 의한 시뮬레이션 결과를 통하여 수술 후의 결과를 예측할 수 있는 방법 및 이에 따른 장치를 제공한다.In addition, the present invention provides a method for predicting a postoperative result through simulation results of an implant having a selected size and location and providing information on an implant to be selected, and a device according to the method.
또한 본 발명은 수술 과정에서 발생할 수 있는 오차에 대응하여 신속하게 후속조치를 취할 수 있는 시뮬레이션 방법 및 장치를 제공한다.In addition, the present invention provides a simulation method and apparatus capable of quickly taking follow-up measures in response to errors that may occur during surgery.
본 발명에 따른 고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 장치는 환자의 X-ray 사진을 촬영하는 사진촬영부; 상기 사진촬영부에 의하여 촬영된 사진 데이터를 제1 레이어로 저장하고, 상기 제1 레이어로부터 환부에 대응하는 대퇴골 영상을 추출하여 제2 레이어로 분할시키는 영상 처리부; 상기 사진촬영부에 의하여 촬영된 영상 데이터를 이용하여 환부측 고관절과 정상측 고관절의 물리적인 치수 및 각도로부터 환자의 이상 상태를 분석하고 정상측 고관절 상태로부터 예측되는 물리적인 치수 및 가동범위 등의 운동특성을 파악하는 영상분석부; 및 상기 환자를 담당하는 의사에게 상기 환부측 고관절에 삽입될 임플란트의 복수의 규격에 따른 이미지를 제공하여 선택받는 템플릿 추천부;를 포함한다.Total hip arthroplasty simulation apparatus according to the present invention includes a photographing unit for taking an X-ray picture of a patient; an image processing unit that stores the photo data taken by the photo capturing unit in a first layer, extracts a femur image corresponding to the affected part from the first layer, and divides it into a second layer; Using the image data taken by the photographing unit, the patient's abnormal condition is analyzed from the physical dimensions and angles of the affected hip joint and the normal hip joint, and motion such as physical dimensions and range of motion predicted from the normal hip joint condition Image analysis unit to determine the characteristics; and a template recommendation unit that provides a doctor in charge of the patient with images according to a plurality of standards of an implant to be inserted into the hip joint on the side of the affected part and selects a template.
또한 상기 템플릿 추천부를 통하여 선정된 비구 컵, 헤드 및 스템의 규격에 따른 환부의 수술 후의 상태를 시뮬레이션하여 물리적 사이즈 및 각도에 따른 관절 특성 및 운동 특성을 산출하는 시뮬레이션부;를 포함할 수 있다.In addition, it may include a simulation unit that calculates joint characteristics and motion characteristics according to physical size and angle by simulating the postoperative state of the affected area according to the specifications of the acetabular cup, head, and stem selected through the template recommendation unit.
또한 상기 시뮬레이션부는, 상기 환부의 관절 특성 및 운동 특성을 정상측의 관절 특성 및 운동 특성과 비교하여 평가할 수 있다.In addition, the simulation unit may evaluate the joint characteristics and motion characteristics of the affected part by comparing them with the joint characteristics and motion characteristics of the normal side.
또한 상기 템플릿 추천부를 통하여 선정된 상기 임플란트의 물리적인 규격과 위치에 따라 수술을 진행하는 경우 발생가능한 오차의 유형 및 해당 유형의 오차값에 따른 규격 변동값 데이터를 제공하는 오차대응 예측부;를 포함할 수 있다.In addition, an error response prediction unit providing data on the type of error that may occur when surgery is performed according to the physical size and location of the implant selected through the template recommendation unit and the standard change value data according to the error value of the type; can do.
또한 상기 규격 변동값 데이터는 오차값에 대응하는 변동값의 복수의 데이터 쌍을 포함하는 데이터 테이블일 수 있다.Also, the standard variation value data may be a data table including a plurality of data pairs of variation values corresponding to error values.
또한 상기 오차의 타입은 스템의 사이즈 오차, 스템 삽입 깊이의 오차, 비구 컵 비구 내측 삽입 깊이의 오차, 비구 컵 사이즈 오차, 비구 컵의 삽입 각도 오차 중 적어도 어느 하나일 수 있다.In addition, the type of error may be at least one of stem size error, stem insertion depth error, acetabular cup insertion depth error inside the acetabular cup, acetabular cup size error, and acetabular cup insertion angle error.
또한 상기 오차의 타입에 따른 대응 값은 상기 임플란트의 헤드 내 수용홈 깊이, 상기 임플란트의 오프셋, 상기 임플란트의 스템 길이, 상기 임플란트의 스템 사이즈 중 적어도 어느 하나의 변동값일 수 있다.Also, the corresponding value according to the type of error may be a variation value of at least one of the depth of the receiving groove in the head of the implant, the offset of the implant, the length of the stem of the implant, and the size of the stem of the implant.
또한 상기 템플릿 추천부는 복수의 규격에 따른 상기 임플란트의 비구 컵 이미지를 제공하여 상기 의사로부터 제3 레이어 상에서 상기 비구 컵 사이즈, 상기 비구 컵의 위치 결정 및 상기 비구 컵의 회전 중심을 결정할 수 있다.In addition, the template recommendation unit may provide an acetabular cup image of the implant according to a plurality of standards, and determine the size of the acetabular cup, the position of the acetabular cup, and the center of rotation of the acetabular cup on the third layer from the doctor.
또한 상기 템플릿 추천부는 상기 의사에 의하여 결정된 상기 비구 컵의 회전 중심에 마킹을 수행할 수 있다.Also, the template recommendation unit may mark a rotation center of the acetabular cup determined by the doctor.
또한 상기 템플릿 추천부는 복수의 규격에 따른 상기 임플란트의 헤드 및 스템 이미지를 제공하여 상기 의사로부터 제4 레이어 상에서 상기 헤드의 사이즈, 위치 및 수용홈 깊이와 상기 스템의 옵셋, 길이 및 사이즈를 선택받을 수 있다.In addition, the template recommendation unit may provide images of the head and stem of the implant according to a plurality of standards, and select the size, position, and depth of the receiving groove of the head and the offset, length, and size of the stem on the fourth layer from the doctor. have.
또한 상기 템플릿 추천부는 상기 비구 컵의 회전 중심과 상기 헤드의 회전 중심을 일치시키도록 위치시킬 수 있다.In addition, the template recommendation unit may be positioned so that the center of rotation of the acetabular cup coincides with the center of rotation of the head.
본 발명에 따르면 기존 2차원(평면) 크기별로 구비된 대퇴골 템플릿(template)를 임의로 또는 순차적으로 겹쳐보면서 대퇴골 삽입물의 크기 및 각도를 결정하던 방식에서 탈피하여 수술하는 의사에게 X-ray 사진으로부터 적합한 물리적인 규격의 임플란트에 대한 데이터를 제공하여 선택 받도록 함으로써 효율적인 의사선택을 보조할 수 있다.According to the present invention, the size and angle of the femoral implant are determined by randomly or sequentially overlapping existing femoral templates provided for each two-dimensional (plane) size, and the size and angle of the femoral implant are determined. Efficient doctor selection can be assisted by providing data on phosphorus-standard implants so that they can be selected.
또한 본 발명에 따르면 선택하고자 하는 임플란트에 대한 정보를 제공하기 위해 또는 선택된 규격 및 위치의 임플란트에 의한 시뮬레이션 결과를 통하여 수술 후의 결과를 예측하도록 함으로써 수술결과에 대한 비교를 다양하게 수행할 수 있도록 한다.In addition, according to the present invention, comparison of surgical results can be performed in various ways by providing information on the implant to be selected or by predicting the result after surgery through simulation results by the implant of the selected size and location.
또한 본 발명은 수술 과정에서 발생할 수 있는 오차에 대응하여 신속하게 후속조치를 취함으로써 수술 시 지연 등을 방지할 수 있다.In addition, the present invention can prevent delays during surgery by promptly taking follow-up measures in response to errors that may occur during surgery.
도 1 및 도 2는 고관절 인공관절 전치환술에 이용되는 임플란트의 일 예를 나타내는 사진이다.
도 3 내지 도 5는 일 실시예에 따른 비구 컵 및 스템의 선택을 위한 템플릿을 나타내는 사진이다.
도 6은 일 실시예에 따른 고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 장치를 나타내는 불록도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 스템의 물리적 규격을 설명하기 위한 개략도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 방법을 나타내는 순서도이다.
도 10 내지 도 11은 각 레이어를 이용하여 임플란트를 선정하는 과정을 나타내는 이미지이다.1 and 2 are photographs showing an example of an implant used in total hip arthroplasty.
3 to 5 are photographs showing a template for selection of an acetabular cup and stem according to an embodiment.
6 is a block diagram showing a total hip arthroplasty simulation device according to an embodiment.
7 is a schematic diagram illustrating physical specifications of a stem according to an exemplary embodiment.
8 is a flowchart illustrating a method for simulating total hip arthroplasty according to an embodiment.
10 to 11 are images illustrating a process of selecting an implant using each layer.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다. 또한 각 실시예를 통하여 동일한 도면부호는 동일한 부재를 가리킨다. 한편, 도면상에서 표시되는 각 구성은 설명의 편의를 위하여 그 두께나 치수가 과장될 수 있으며, 실제로 해당 치수나 구성간의 비율로 구성되어야 함을 의미하지는 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Unless there is a specific definition or reference, the terms indicating directions used in this description are based on the state shown in the drawings. In addition, the same reference numerals refer to the same members throughout each embodiment. On the other hand, the thickness or dimensions of each component shown in the drawings may be exaggerated for convenience of description, and it does not mean that the dimensions or proportions between the components should actually be configured.
도 6 및 도 7을 참조하여 일 실시예에 따른 고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 장치(200)를 설명한다. 도 6은 일 실시예에 따른 고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 장치를 나타내는 블록도이고, 도 7은 인공관절 임플란트의 규격을 설명하기 위한 개략도이다.A total hip
본 실시에에 따른 인공관절 시뮬레이션 장치(200)는 사진 촬영부(210), 영상처리부(220), 영상분석부(230), 시뮬레이션부(240) 및 오차대응 예측부(250)를 포함한다.The artificial
사진촬영부(210)는 특정 환자에 대하여 골반뼈 및 대퇴골을 포함하는 X-ray 사진을 포함하여 MRI 또는 CT 사진 등을 촬영하여 기초 데이터를 확보한다. 사진촬영부(210)는 일정 간격의 마커를 놓고 촬영함으로써 이를 이용하여 촬영된 영상에서의 특정 지점간의 길이를 산출할 수 있도록 한다.The photographing
영상 처리부(220)는 촬영된 사진 데이터를 제1 레이어로 저장하고, 이로부터 대퇴골 부분의 영상을 추출하여 별도의 레이어, 즉 제2 레이어로 분할시킨다.The
영상 분석부(230)는 사진촬영부(210)에 의하여 촬영된 영상 데이터를 이용하여 정상적인 환부측 고관절과 반대측 고관절의 대퇴골두, 관골구, 대퇴경 등의 물리적인 치수 및 각도로부터 전념각 산출, 외반고 및 내반고 여부 등의 환자의 상태를 분석하고, 정상측 고관절 상태로부터 예측되는 물리적인 치수 및 가동범위 등의 운동특성을 파악한다.The
템플릿 추천부(240)는 비구 컵(acetabular cup) 사이즈, 위치 결정 및 헤드 깊이(회전 중심)을 결정하기 위하여 다양한 크기의 레이어가 가능한 비구 컵 이미지를 제3 레이어 상에 표시하여 의사로 하여금 선택할 수 있도록 한다. 또한 템플릿 추천부(240)는 제4 레이어 상에서 헤드 및 스템을 선정하기 위한 헤드 및 스템 이미지를 제공할 수 있다.The
템플릿 추천부(240)는 단순히 영상 분석부(230)에 의하여 분석된 데이터로부터 적용이 불가능한 사이즈의 비구 컵, 헤드 및 스템을 리스트에서 제거하여 표시하는 방식으로 데이터를 제공할 수 있으며, 보다 적극적으로 영상으로부터 분석된 적절한 규격의 임플란트 구성부들을 추천하는 방식도 가능하다. 최종적으로는 제시된 리스트의 이미지를 차례로 해당 레이어에 적용하여 의사가 적합한 규격의 비구 컵, 헤드 및 스템을 선정하고, 해당 구성의 위치를 선정한다.The
시뮬레이션부(250)는 템플릿 추천부(240)를 통하여 최종적으로 선정된 비구 컵, 헤드 및 스템의 규격을 통하여 예상되는 수술 후의 환부의 관절 특성을 예측하고, 예측된 수술 후 상태의 이미지를 이용하여 다리 길이의 비교, 정상측과의 상태 비교 등의 시뮬레이션을 수행하고, 그 결과를 의사에게 표시한다. 이 때 물리적인 운동 상태에 관한 예상되는 문제점 등을 함께 표시하는 것도 가능하다. 또한 시뮬레이션부(250)는 템플릿 추천부(240)를 통하여 추천하기 위한 비구 컵, 헤드 및 스템의 각각의 규격에 대한 시뮬레이션을 수행하여 그 결과를 추천 리스트와 함께 제시하는 것도 가능하다. 즉, 시뮬레이션부(250)는 수술을 위한 사이즈 및 위치의 결정의 전후에 해당 임플란트를 시뮬레이션하여 결과값을 의사에게 제공할 수 있다.The
의사가 템플릿 추천부(240)를 통하여 복수의 구성부들의 사이즈 및 위치를 선정한 경우에는 각 케이스에 대한 시뮬레이션 결과를 함께 표시하고, 선정된 규격 및 위치가 시뮬레이션 상의 적합도를 평가할 수 있다.When the doctor selects the size and position of a plurality of components through the
오차대응 예측부(260)는 선정된 물리적인 규격과 위치에 의하여 수술을 진행하는 경우 실제 발생할 수 있는 오차 데이터베이스를 제공하여 특정 오차가 발생하여 임플란트의 물리적 규격이나 위치의 변동에 따른 후속조치가 필요한 경우에도 의사가 수술실을 벗어나 별도의 계산과 작업을 거치지 않고 신속하게 대응할 수 있도록 데이터를 제공한다. 발생 가능한 오차의 타입과 이에 대응하는 물리적인 규격의 변동에 따른 대응 수치들이 미리 제공되는 경우 결정된 물리적 규격의 임플란트 이외에도 예비적인 규격의 임플란트를 미리 구비하여 수술을 진행함으로써 신속히 발생한 오류에 대응하여 수술이 진행되도록 할 수 있다. 즉, 오차의 유형, 해당 유형의 오차에 대한 가능한 규격 변경 리스트, 리스트 각 항목 별 운동특성 변화량 또는 변화된 운동특성과 정상측 운동특성 분석값과의 비교 데이터를 제시하여 신속하게 오차에 대응하여 수술을 진행할 수 있도록 한다.The error
예를 들어, 대퇴골에 스템이 1mm 덜 들어가거나 더 들어갈 때는 계획했던 상황에 비하여 오차가 발생한 것이며, 이를 그대로 수술을 진행하는 경우 다리길이가 짧아지거나 길어지는 문제가 발생할 수 있다. 종래에는 수술실에서 벗어나 이를 다시 계산하고 산출된 사항에 적합한 규격의 스탬 또는 헤드로 교체하여 수술실에서 수술을 재개하거나 눈대중으로 뼈를 갈아서 스템을 삽입하는 등 임기응변식의 대응을 하는 경우도 있었다. 본 실시예에 따른 오차대응 예측부(260)의 경우 발생가능한 오차에 대비하여 미리 후속조치에 따른 스템 및 헤드의 규격을 데이터별 리스트의 형태 등으로 제시함으로써 신속히 오차에 대응할 수 있도록 한다.For example, when the stem is inserted 1 mm less or more into the femur, an error has occurred compared to the planned situation, and if the surgery is performed as it is, a problem of shortening or lengthening the leg may occur. In the past, there was a case of ad hoc response, such as recalculating it out of the operating room and replacing it with a stem or head of a suitable standard for the calculated item, restarting the operation in the operating room, or inserting a stem by grinding a bone with an eye patch. In the case of the error
이러한 수술 상의 오차는 다양한 원인에 의하여 발생할 수 있다. 인체는 입체적인 형상을 갖고 있으나, 이를 촬영하는 단계에서의 한계로 인하여 오차가 발생하는 것도 가능하고, 해부학적 자세에서 촬영이 진행되어야 하나 대부분의 촬영이 이상적이 상태에서 진행되지는 못하기 때문에 오차가 발생할 수 있으며, 골수와 콜텍스 사이의 간격의 유무에 따른 오차가 발생할 수 있다. 이와 같이 복합적인 원인에 의하여 수술 시 오차가 발생할 수 있으며, 이를 촬영된 영상만으로 오차를 제거하는 것은 어렵다.These surgical errors may occur due to various causes. Although the human body has a three-dimensional shape, it is possible for errors to occur due to limitations in the photographing stage, and although photographing should be performed in an anatomical position, errors may occur because most photographing is not conducted in an ideal state. may occur, and an error may occur depending on the presence or absence of a gap between the bone marrow and the cortex. Errors may occur during surgery due to such complex causes, and it is difficult to eliminate errors only with images taken.
오차대응 예측부(260)는 발생된 오차의 타입별 분류, 및 오차 크기에 따른 변경된 대응방안 및 이에 따른 스템 및 헤드의 규격을 데이터 세트 또는 데이터 테이블로 제공하여 별도의 계산이 필요 없도록 한다.The error
예를 들어, 수술 전 결정된 사이즈와 실제 수술 시 적용하였을 때에 필요한 스템 사이즈에 차이가 있는 경우에는 다른 사이즈의 스템을 삽입해보고 적절한 것을 선택함으로써 간단하게 변경이 가능하다. 수술 전 스템 사이즈가 3으로 결정되어 실제 수술에서 적용하였는데 임플란트가 삽입되는 근위 대퇴부 안쪽의 뼈의 여유가 있는 경우 사이즈를 높여 적용하고 여유가 없는 경우 사이즈를 낮추어 적용한다.For example, if there is a difference between the size determined before surgery and the stem size required when applied during actual surgery, it is possible to change simply by inserting a stem of a different size and selecting an appropriate one. The stem size was determined to be 3 before surgery and was applied in the actual surgery. If there is room in the bone inside the proximal femoral area where the implant is to be inserted, the size is increased, and if there is no room, the size is lowered.
스템 삽입의 깊이의 차이가 발생하는 경우에는 헤드의 수용홈의 깊이를 변경하거나 스템의 오프셋을 변경한다. 대퇴골에 스템을 삽입하는 경우 스템이 덜 들어가고, 더 들어가는 경우가 있다. 이때 다리 길이를 맞추기 위해(반대편 다리와 거의 비슷하게) 헤드의 수용홈 깊이를 조절하여 맞춘다. 다리가 정상인 측보다 긴 경우 헤드의 깊이가 깊은 것을 선택하여 스템을 삽입하여 넥이 상대적으로 짧게 노출되도록 하고, 다리가 정상인 측보다 짧으면 헤드의 깊이가 깊은 것을 선택한다.If there is a difference in stem insertion depth, the depth of the receiving groove of the head is changed or the offset of the stem is changed. When the stem is inserted into the femur, there are cases where the stem goes in less or more. At this time, in order to match the length of the leg (almost similar to that of the opposite leg), adjust the depth of the receiving groove on the head. If the legs are longer than the normal side, select a head with a deep depth and insert the stem to expose the neck relatively short. If the legs are shorter than the normal side, select a head with a deep depth.
한편, 스템의 오프셋을 변경하는 것은 안정성과 관련성이 있다. 도 7을 참조하여 설명하면, 스템길이(A), 오프셋(B), 다리조정길이(C), 넥 길이(D) 등의 주요 물리적인 규격에 대한 특징을 갖는다. 스템의 대퇴부에 삽입되는 구성과 헤드까지의 거리는 스템길이(A)와 다리조정길이(C)에 대응한다. 앞서 설명한 바와 같이 삽입 깊이의 조정을 위하여 헤드의 수용홈의 깊이를 변경하는 경우 회전 중심이 변경되어 오프셋도 함께 변경된다. 이 경우 정상적인 반대측의 대퇴부와 비교하여 대퇴골의 위치가 몸의 중심쪽으로 이동하는 결과가 되기 때문에 안정성에 문제가 생길 수 있어 오프셋을 증가시킬 필요가 있다. 이 때는 스템 길이(A), 오프셋(B) 및 넥 길이(D) 간의 조정을 통하여 다리길이 조정과 안정성의 유지를 최대화할 수 있으며, 이러한 시뮬레이션을 시뮬레이션부에서 산출한 결과값의 비교를 통하여 수행할 수 있다.On the other hand, changing the offset of the stem is related to stability. Referring to FIG. 7, it has characteristics for major physical standards such as stem length (A), offset (B), leg adjustment length (C), and neck length (D). The configuration of the stem inserted into the thigh and the distance to the head correspond to the stem length (A) and the leg adjustment length (C). As described above, when the depth of the receiving groove of the head is changed to adjust the insertion depth, the center of rotation is changed and the offset is also changed. In this case, since the position of the femur is moved toward the center of the body compared to the normal femur on the opposite side, there may be a problem with stability, and it is necessary to increase the offset. In this case, leg length adjustment and maintenance of stability can be maximized by adjusting the stem length (A), offset (B), and neck length (D), and this simulation is performed by comparing the results calculated by the simulation unit. can do.
오차의 다른 예로서, 비구 컵의 내측 삽입 깊이의 차이가 발생하는 경우 헤드 수용홈의 깊이 또는 스템의 오프셋을 변경하거나 스템의 길이를 조정한다. As another example of the error, when a difference occurs in the insertion depth of the acetabular cup, the depth of the head receiving groove or the offset of the stem is changed or the length of the stem is adjusted.
비구 컵이 비구에 삽입될 때 예정보다 비구 내측으로 깊게 삽입되는 경우 회전 중심이 비구측으로 이동하고 다리의 길이가 짧아 질 수 있다. 이 때는 헤드의 수용홈 깊이가 얕은 것을 선택하여 넥이 헤드로부터 상대적으로 길게 노출되도록 함으로써 다리의 길이를 조절한다. 컵이 비구에 삽입되었을 때 안정적이지만 얕게 삽입되었을 때는 반대로 다리 길이가 길어 질 수 있으므로 헤드의 수용홈 깊이가 깊은 것을 선택하여 다리 길이를 짧게 조절할 수 있다. 다만, 이 경우에도 다리조정길이(C)의 변동으로 오프셋이 증가하거나 감소할 수 있기 때문에 이들 값들의 조정을 통하여 다리 길이의 조정과 함께 안정성을 최대한 확보하도록 데이터를 제공할 수 있다.When the acetabular cup is inserted into the acetabulum deeper than expected, the center of rotation may shift to the acetabular side and the length of the leg may be shortened. In this case, the length of the leg is adjusted by selecting a head with a shallow depth of the receiving groove so that the neck is exposed relatively long from the head. When the cup is inserted into the acetabulum, it is stable, but when it is inserted shallowly, the length of the legs may increase. However, even in this case, since the offset may increase or decrease due to the variation of the leg adjustment length C, it is possible to provide data to ensure stability as much as possible along with the adjustment of the leg length through the adjustment of these values.
일반적으로 트라이얼 인공관절을 삽입하였을 때, 고관절 안전성 테스트에서 쉽게 탈구되는 등 불안정하면 오프셋을 늘려 안전성을 키우는 방식을 이용하였으나, 위와 같은 방법을 이용하는 경우 시뮬레이션을 통하여 안정성을 최대화할 수 있는 오차 보정을 위한 데이터들이 제공된다.In general, when a trial artificial joint is inserted, if it is unstable, such as easily dislocated in the hip joint safety test, a method to increase safety by increasing the offset was used. data is provided.
또한, 비구 컵 사이즈에 따른 오차가 발생하는 경우 비구 컵과 비구의 접촉면 및 상부 끝단의 노출 또는 매몰 정도를 고려하여 사이즈를 재결정하게 된다.In addition, when an error occurs according to the size of the acetabular cup, the size is re-determined in consideration of the contact surface between the acetabular cup and the acetabulum and the degree of exposure or burial of the upper end.
또한 비구 컵의 각도가 예정한 각도에 비하여 오차가 발생하는 경우는 보다 복잡한 조정이 필요하다. 비구 컵의 각도는 몸의 중심축을 기준으로 반구의 밑면(헤드의 수용측)이 45도 내지 50도의 각도를 이루도록 하는 것이 일반적이다. 이 경우 다리 길이가 예정보다 달라질 뿐 아니라 전념각이 변경되어 다리의 다양한 변형이 발생할 수 있다. 이 경우에도 시뮬레이션을 통하여 수술 후의 균형, 안정성 및 운동특성 등을 평가하여 적합한 변경 규격을 데이터 테이블 등의 형식으로 의사에게 제공하여 템플릿이 선정이나 수술 시의 빠른 대처가 가능하도록 할 수 있다.In addition, when an error occurs in the angle of the acetabular cup compared to the predetermined angle, more complicated adjustment is required. The angle of the acetabular cup is generally such that the bottom of the hemisphere (receiving side of the head) forms an angle of 45 to 50 degrees with respect to the central axis of the body. In this case, not only the length of the legs is different than expected, but also the angle of immersion is changed, which can cause various deformations of the legs. Even in this case, balance, stability, motion characteristics, etc. after surgery are evaluated through simulation, and suitable modified specifications are provided to the doctor in the form of a data table, etc., so that a template can be selected or quickly coped with during surgery.
도 8 내지 도 11을 참조하여 일 실시예에 따른 고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 방법을 설명한다. 도 8은 일 실시예에 따른 고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 방법을 나타내는 순서도이고, 도 10 내지 도 11은 각 레이어를 이용하여 임플란트를 선정하는 과정을 나타내는 이미지이다.A total hip arthroplasty simulation method according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 8 to 11 . 8 is a flowchart illustrating a method for simulating total hip arthroplasty according to an embodiment, and FIGS. 10 to 11 are images illustrating a process of selecting an implant using each layer.
먼저, X-ray 사진을 촬영한 후 제1 레이어로 준비하고, X-ray 사진으로부터 대퇴골을 인식하여 제2 레이어로 분리한다(S100). 이 때 해부학적 자세에서 X 레이 사진을 촬영하며, 촬영 시 일정 간격(예를 들면 10cm)의 마커를 놓고 촬영하고 이를 이용하여 임플란트의 사이즈 결정과 캘리브레이션을 수행할 수 있다.First, after taking an X-ray picture, it is prepared as a first layer, and the femur is recognized from the X-ray picture and separated into a second layer (S100). At this time, an X-ray picture is taken in an anatomical position, and a marker at a certain interval (eg, 10 cm) is placed and taken, and the size of the implant can be determined and calibrated using this.
다음으로 제3 레이어 상에서 비구 컵(acetabular cup) 사이즈, 위치 결정 및 헤드 깊이(회전 중심)을 결정한다(S200). 도 9에 도시된 바와 같이 비구컵의 이미지를 다양한 사이즈별로 제3 레이어 상에 제공하여 비구컵의 사이즈 및 위치를 결정할 수 있도록 한다. 제1 레이어 상의 대퇴골 전념(antevesion)을 고려하여 비구컵의 적절한 사이즈와 인공관절의 회전 중심의 위치를 결정한다. 이 때 내부 마진을 참조하여 사이즈를 결정하며, 최적의 위치와 뼈 접촉을 고려하여 회전 중심을 제3 레이어 상에 마킹할 수 있다. 결정된 회전 중심은 헤드의 스템 수용홈의 깊이를 결정하는 데에 연관된다.Next, the acetabular cup size, positioning, and head depth (center of rotation) are determined on the third layer (S200). As shown in FIG. 9 , images of the acetabular cup are provided on the third layer according to various sizes so that the size and position of the acetabular cup can be determined. An appropriate size of the acetabular cup and the position of the center of rotation of the artificial joint are determined in consideration of the femoral anvesion on the first layer. At this time, the size is determined by referring to the inner margin, and the center of rotation may be marked on the third layer in consideration of the optimal position and bone contact. The determined center of rotation is related to determining the depth of the stem receiving groove of the head.
다음으로, 도 10에 도시된 바와 같이 제4 레이어 상에서 헤드 및 스템을 선정한다(S300). 먼저, 임플란트 헤드(볼)의 삽입 사이즈, 옵셋, 헤드 깊이 결정한다. 헤드는 스템(특히 넥)을 수용하는 수용홈의 깊이 별로 구비되어 있기 때문에 수용홈의 깊이가 달라지면 헤드로부터 노출되는 넥의 길이가 달라지며, 이에 따라 스템의 회전 중심의 위치가 변동된다. Next, as shown in FIG. 10, the head and stem are selected on the fourth layer (S300). First, determine the insertion size, offset, and head depth of the implant head (ball). Since the head is provided according to the depth of the accommodating groove accommodating the stem (particularly the neck), the length of the neck exposed from the head changes when the depth of the accommodating groove changes, and accordingly, the position of the rotation center of the stem changes.
이후 스템을 선정한다. 근위 대퇴골에 적합하고 다리 길이와 동일한 스템의 크기를 선정한다. 스템 이미지는 모든 스템 크기에 대해 표준 오프셋 또는 높은 오프셋 옵션으로 구비된다. 컵의 회전 중심을 원하는 헤드 회전 중심과 일치시켜 적절한 오프셋을 복원하는 옵션을 결정한다.After that, the stem is selected. Select a stem size that fits the proximal femur and equals the length of the leg. Stem images are available in standard offset or high offset options for all stem sizes. Determine the option to restore the proper offset by matching the center of rotation of the cup to the desired center of rotation of the head.
다음으로 선정된 비구 컵, 헤드 및 스템의 규격 및 위치에 대하여 시뮬레이션을 수행한다(S400). 다만, 앞서 설명한 바와 같이 시뮬레이션은 복수의 선택에 대하여 수행하는 것도 가능하고, 선택을 위하여 복수의 규격 및 위치에 대한 임플란트 구성부들의 데이터를 의사 등에게 제공하는 경우에도 이를 통하여 비교 분석에 대한 데이터를 함께 제공할 수 있다. 이 때 진행되는 시뮬레이션의 일 예로서 도 11에 도시된 바와 같이 골반뼈의 양측 하단으로부터 대퇴골의 대전자 또는 소전자까지의 수직 길이를 비교하여 다리 길이를 차이를 산출하는 방식 등을 고려할 수 있다.Next, simulation is performed on the dimensions and positions of the selected acetabular cup, head, and stem (S400). However, as described above, simulation can also be performed for a plurality of selections, and even when data of implant components for a plurality of specifications and positions are provided to a doctor, etc. for selection, data for comparative analysis can be obtained through this. can be provided together. As an example of the simulation performed at this time, as shown in FIG. 11 , a method of calculating a leg length difference by comparing vertical lengths from both lower ends of the pelvic bones to the greater or lesser trochanter of the femur may be considered.
최종적인 규격 및 위치에 대한 선택이 완료되는 경우 이에 대한 발생할 수 있는 오차의 유형 및 각 유형에 대한 오차값에 따른 보정값에 대한 데이터 테이블을 제공한다(S500).When the selection of the final specification and position is completed, a data table for correction values according to possible error types and error values for each type is provided (S500).
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양하게 구현될 수 있다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the technical spirit of the present invention is not limited to the above-described preferred embodiments, and can be implemented in various ways within the scope of the technical spirit of the present invention embodied in the claims. have.
210: 사진 촬영부
220: 영상처리부
230: 영상분석부
240: 템플릿 추천부
250: 시뮬레이션부
260: 오차대응 예측부210: photographing unit
220: image processing unit
230: image analysis unit
240: template recommendation unit
250: simulation unit
260: error response prediction unit
Claims (11)
상기 사진촬영부에 의하여 촬영된 사진 데이터를 제1 레이어로 저장하고, 상기 제1 레이어로부터 환부에 대응하는 대퇴골 영상을 추출하여 제2 레이어로 분할시키는 영상 처리부;
상기 사진촬영부에 의하여 촬영된 영상 데이터를 이용하여 환부측 고관절과 정상측 고관절의 물리적인 치수 및 각도로부터 환자의 이상 상태를 분석하고 정상측 고관절 상태로부터 예측되는 물리적인 치수 및 가동범위 중 적어도 어느 하나 이상의 운동특성을 파악하는 영상분석부; 및
상기 환자를 담당하는 의사에게 상기 환부측 고관절에 삽입될 임플란트의 복수의 규격에 따른 이미지를 제공하여 선택받는 템플릿 추천부;를 포함하고,
상기 템플릿 추천부를 통하여 선정된 비구 컵, 헤드 및 스템의 규격에 따른 환부의 수술 후의 상태를 시뮬레이션하여 물리적 사이즈 및 각도에 따른 관절 특성 및 운동 특성을 산출하는 시뮬레이션부;를 포함하며,
상기 시뮬레이션부는, 상기 환부의 관절 특성 및 운동 특성을 정상측의 관절 특성 및 운동 특성과 비교하여 평가하고,
상기 템플릿 추천부를 통하여 선정된 상기 임플란트의 물리적인 규격과 위치에 따라 수술을 진행하는 경우 발생가능한 오차의 유형 및 해당 유형의 오차값에 따른 규격 변동값 데이터를 제공하는 오차대응 예측부;를 포함하며,
상기 규격 변동값 데이터는 오차값에 대응하는 변동값의 복수의 데이터 쌍을 포함하고,
상기 오차의 타입은 스템의 사이즈 오차, 스템 삽입 깊이의 오차, 비구 컵 비구 내측 삽입 깊이의 오차, 비구 컵 사이즈 오차, 비구 컵의 삽입 각도 오차 중 적어도 어느 하나이며,
상기 오차의 타입에 따른 대응 값은 상기 임플란트의 헤드 내 수용홈 깊이, 상기 임플란트의 오프셋, 상기 임플란트의 스템 길이, 상기 임플란트의 스템 사이즈 중 적어도 어느 하나의 변동값이고,
상기 템플릿 추천부는 복수의 규격에 따른 상기 임플란트의 비구 컵 이미지를 제공하여 상기 의사로부터 제3 레이어 상에서 상기 비구 컵 사이즈, 상기 비구 컵의 위치 결정 및 상기 비구 컵의 회전 중심을 결정하며,
상기 템플릿 추천부는 상기 의사에 의하여 결정된 상기 비구 컵의 회전 중심에 마킹을 수행하고,
상기 템플릿 추천부는 복수의 규격에 따른 상기 임플란트의 헤드 및 스템 이미지를 제공하여 상기 의사로부터 제4 레이어 상에서 상기 헤드의 사이즈, 위치 및 수용홈 깊이와 상기 스템의 옵셋, 길이 및 사이즈를 선택받고,
상기 템플릿 추천부는 상기 비구 컵의 회전 중심과 상기 헤드의 회전 중심을 일치시키도록 위치시키는 고관절 인공관절 전치환술 시뮬레이션 장치.A photographing unit for taking an X-ray picture of a patient;
an image processing unit that stores the photo data taken by the photo capturing unit in a first layer, extracts a femur image corresponding to the affected part from the first layer, and divides it into a second layer;
The patient's abnormal state is analyzed from the physical dimensions and angles of the affected hip joint and the normal hip joint using the image data captured by the photographing unit, and at least any one of the physical dimensions and range of motion predicted from the normal hip joint condition is analyzed. An image analysis unit for identifying one or more motion characteristics; and
A template recommendation unit for providing a doctor in charge of the patient with images according to a plurality of standards of an implant to be inserted into the affected hip joint and receiving a selection;
A simulation unit that calculates joint characteristics and motion characteristics according to physical size and angle by simulating the postoperative state of the affected area according to the specifications of the acetabular cup, head, and stem selected through the template recommendation unit;
The simulation unit evaluates the joint characteristics and movement characteristics of the affected part by comparing them with the joint characteristics and movement characteristics of the normal side,
An error response prediction unit that provides standard variation value data according to the type of error that can occur when surgery is performed according to the physical specifications and location of the implant selected through the template recommendation unit and the error value of the corresponding type; ,
The standard variation value data includes a plurality of data pairs of variation values corresponding to error values,
The type of error is at least one of stem size error, stem insertion depth error, acetabular cup acetabular insertion depth error, acetabular cup size error, and acetabular cup insertion angle error,
The corresponding value according to the type of error is a variation value of at least one of the depth of the receiving groove in the head of the implant, the offset of the implant, the stem length of the implant, and the stem size of the implant,
The template recommendation unit provides an acetabular cup image of the implant according to a plurality of standards to determine the size of the acetabular cup, the location of the acetabular cup, and the center of rotation of the acetabular cup on a third layer from the doctor;
The template recommendation unit marks the center of rotation of the acetabular cup determined by the doctor;
The template recommendation unit provides images of the head and stem of the implant according to a plurality of standards, and selects the size, position, and depth of the receiving groove of the head and the offset, length, and size of the stem on a fourth layer from the doctor,
The total hip arthroplasty simulation device for positioning the template recommendation unit to match the center of rotation of the acetabular cup and the center of rotation of the head.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
X091 | Application refused [patent] | ||
AMND | Amendment | ||
X701 | Decision to grant (after re-examination) |