KR101806140B1

KR101806140B1 - 삼차원 프린터로 출력된 단위 구조를 가진 척추 임플란트

Info

Publication number: KR101806140B1
Application number: KR1020170082465A
Authority: KR
Inventors: 김의준; 이일환; 박정윤
Original assignee: 주식회사 멘티스로지텍; 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2017-06-29
Filing date: 2017-06-29
Publication date: 2017-12-15
Anticipated expiration: 2037-06-29
Also published as: US10575965B2; US20190000636A1

Abstract

본 발명은 척추뼈와 이웃한 척추뼈 사이에 삽입되며, 적어도 하나 이상의 원형 링으로 이루어진 단위체가 일정 패턴으로 반복되게 삼차원 프린터로 출력되어 형성되는 골유합 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하여, 시술후 골유합이 이루어진 상태뿐만 아니라, 골유합이 진행되는 과정 중에도 기존의 척추뼈와 같은 탄성력을 구현하여 우수한 시술 결과를 획득할 수 있도록 한 삼차원 프린터로 출력된 단위 구조를 가진 척추 임플란트에 관한 것이다.

Description

삼차원 프린터로 출력된 단위 구조를 가진 척추 임플란트{SPINAL IMPLANT WITH UNIT STRUCTURE PRINTED 3D PRINTER}

본 발명은 삼차원 프린터로 출력된 단위 구조를 가진 척추 임플란트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시술후 골유합이 이루어진 상태뿐만 아니라, 골유합이 이루어지는 과정 중에도 기존의 척추뼈와 같은 탄성력을 구현하여 우수한 시술 결과를 획득할 수 있도록 한 삼차원 프린터로 출력된 단위 구조를 가진 척추 임플란트에 관한 것이다.

척추 뼈와 뼈 사이에 존재하는 디스크는 관절의 기능을 하며 척추의 움직임에 따라서 디스크의 안쪽에 수용된 수핵의 위치와 모양이 바뀌면서 척추에 가해지는 충격을 최소화하는 매우 중요한 역할을 하게 된다.

수핵의 대부분은 수분(물)으로 이루어져 있는데 나이를 먹으면서 점차 수분량이 줄어들어 디스크는 완충기능을 상실하게 된다.

이로 인해 섬유에 과도한 압력이 가해지면 허리통증이 발생하고, 여기서 더 진행되면 섬유가 심하게 늘어나거나 파열되면서 뒤쪽에 위치한 신경근을 눌러서 골반, 다리 등에 통증이 발생하게 된다.

이후 척추의 간격이 점차 좁아지거나 척추 뼈가 내려앉으면서 척추변형이 일어나는 등 각종 부작용들이 발생하고 있다.

이렇게 디스크로 인해 수반되는 질병 치료의 한 방법으로, 손상된 척추 간 디스크를 제거한 후, 두 개의 인접한 척추 사이의 공간을 보형재, 소위 케이지(Cage)로 대체하는 방법이 있다.

즉, 보형재는 척추 간 디스크의 원래 높이인 두 개의 인접한 척추체 사이의 원래 거리가 회복되도록 하여 척추 기능을 회복시키도록 하는 것이다.

그러나, 일반적인 보형재는 티타늄 또는 티타늄 합금과 같은 금속재로 이루어진 중실체의 구조로 되어 있어, 척추뼈와 이웃한 척추뼈 사이에 삽입하고 시술이 완료된 후에 척추뼈와 이웃한 척추뼈의 마주보는 면이 보형재의 상, 하면에 의하여 침강(subsidence)되는 문제점이 발생하게 된다.

상기와 같은 관점에서 안출된 것으로, 공개특허 제10-2016-0128236호의 "다공성 금속 임플란트의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 다공성 금속 임플란트"(이하 '선행기술')를 포함한 도 11에 도시된 바와 같은 다양한 종류의 3D 프린팅 기술을 활용한 보형재가 개발되어 있다.

선행기술 및 도 11에 도시된 기존의 3D 프린팅 제작 방식에 의하여 제작된 보형재들은 골유합도를 높이기 위하여 전체적으로 직선의 격자 형상으로 된 메시(mesh) 구조로 되어 있다.

그러나, 선행기술을 포함한 기존의 3D 프린팅 제작 방식에 의하여 제작된 보형재들은 모두 시술후 골유합은 어느 정도 이루어졌을지 모르겠으나, 피시술자의 체중 및 자세 변환에 따른 압력과 충격에 대하여 완충 효과를 구현하기 위한 탄성력의 발생이 거의 전무한 실정이다.

따라서, 시술후 골유합이 진행되는 과정에서 즉, 골유합이 완전히 이루어지기 전까지는 탄성력이 없는 기존의 3D 프린팅 제작 방식에 의한 보형재는 척추뼈와 이웃한 척추뼈의 마주보는 면에서 발생하는 침강(subsidence) 현상을 막을 수가 없었던 것이다.

또한, 골유합이 이루어진 후에는 기존의 척추뼈와 같이 신체의 충격을 흡수하는 자연스러운 탄성력을 제공하지는 못하였다.

공개특허 제10-2016-0128236호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로, 시술후 골유합이 이루어진 상태에서도 기존의 척추뼈와 같은 탄성력을 구현하여 우수한 시술 결과를 획득할 수 있도록 하는 삼차원 프린터로 출력된 단위 구조를 가진 척추 임플란트를 제공하기 위한 것이다.

또한, 기존과 달리 충분한 탄성력을 제공하는 구조에 의해 시술후 골유합이 진행되는 과정에서 즉, 골유합이 완전히 이루어지기 전에도 척추뼈와 이웃한 척추뼈의 마주보는 면에서 발생하는 침강(subsidence) 현상을 막을 수 있도록 하는 삼차원 프린터로 출력된 단위 구조를 가진 척추 임플란트를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 척추뼈와 이웃한 척추뼈 사이에 삽입되며, 적어도 하나 이상의 원형 링으로 이루어진 단위체가 일정 패턴으로 반복되게 삼차원 프린터로 출력되어 형성되는 골유합 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 삼차원 프린터로 출력된 단위 구조를 가진 척추 임플란트를 제공할 수 있다.

여기서, 상기 일정 패턴은, 복수의 상기 원형 링이 행 또는 열을 이루도록 동일 평면상에 배치된 제1 레이어와, 행 또는 열을 이루는 상기 제1 레이어에 대하여 직교하는 행 또는 열을 이루는 복수의 상기 원형 링이 배치되어 이루어진 제2 레이어를 포함하며, 상기 일정 패턴은 상기 제1 레이어와 상기 제2 레이어가 맞닿은 패턴이 상, 하, 좌, 우, 전, 후로 반복되고, 복수의 상기 원형 링 각각의 가장자리가 맞닿는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 일정 패턴은, 복수의 상기 원형 링이 행 또는 열을 이루도록 동일 평면상에 배치된 제3 레이어와, 행 또는 열을 이루는 상기 제3 레이어에 대하여 직교하는 행 또는 열을 이루는 복수의 상기 원형 링이 배치되어 이루어진 제4 레이어를 포함하며, 상기 제3 레이어는 별개의 가상 평면에 대하여 일정 각도로 경사지게 배치되고, 상기 일정 패턴은 상기 제3 레이어와 상기 제4 레이어가 맞닿은 패턴이 상, 하, 좌, 우, 전, 후로 반복되며, 복수의 상기 원형 링 각각의 가장자리가 맞닿는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 일정 패턴은, 적어도 둘 이상의 상기 원형 링이 각각의 직경을 관통하는 제1 가상선을 공유하도록 교차하여 두 개의 교차점을 형성하는 제1 단위 입체를 포함하며, 상기 일정 패턴은 복수의 상기 제1 단위 입체가 상, 하, 좌, 우, 전, 후로 맞닿아 반복되고, 상기 두 개의 교차점은 각각 상기 척추뼈의 하면 및 상기 척추뼈와 이웃한 척추뼈의 상면과 대면하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 일정 패턴은, 적어도 둘 이상의 상기 원형 링이 각각의 직경을 관통하는 제2 가상선을 공유하도록 교차하여 두 개의 교차점을 형성하는 제2 단위 입체를 포함하며, 상기 일정 패턴은 복수의 상기 제2 단위 입체가 상, 하, 좌, 우, 전, 후로 맞닿아 반복되고, 상기 두 개의 교차점을 관통하는 상기 제2 가상선은 상기 척추뼈와 이웃한 척추뼈 사이의 공간을 관통하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 척추뼈(이하 제1 척추뼈)와 이웃한 척추뼈(이하 제2 척추뼈) 사이에 삽입되며, 상기 골유합 유닛을 수용하는 내부 공간을 형성하고, 상기 골유합 유닛과 함께 상기 삼차원 프린터로 출력되어 형성되는 메인 프레임을 더 포함하며,

상기 골유합 유닛의 상면과 하면과 좌, 우측면 및 배면은 외부로 노출되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메인 프레임은, 상기 제1 척추뼈의 하면과 대면하며 평행하게 배치되는 한 쌍의 상부 바와, 상기 제2 척추뼈의 상면과 대면하며 평행하게 배치되는 한 쌍의 하부 바와, 상기 한 쌍의 상부 바 각각의 전방측 단부로부터 각각 하향 경사지게 연장되는 상부 삽입 바와, 상기 한 쌍의 하부 바 각각의 전방측 단부로부터 각각 상향 경사지게 연장되는 하부 삽입 바를 포함하며, 상기 골유합 유닛은 상기 한 쌍의 상부 바와 상기 한 쌍의 하부 바와 상기 상부 삽입 바 및 상기 하부 삽입 바가 형성하는 내부 공간에 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.

우선, 본 발명은 척추뼈와 이웃한 척추뼈 사이에 삽입되며, 적어도 하나 이상의 원형 링으로 이루어진 단위체가 일정 패턴으로 반복되게 삼차원 프린터로 출력되어 형성되는 골유합 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하여, 골유합도를 대폭 증대시키면서도 척추뼈와 이웃한 척추뼈 사이에서 탄성력을 발생시킬 수 있는 원형 링 형상을 포함하는 단위체에 의하여 시술후 골유합이 이루어진 후는 물론이고, 골유합이 진행되는 중에도 침강 현상도 방지할 수 있게 되므로, 우수한 시술 결과를 획득할 수 있게 될 것이다.

특히, 본 발명은 골유합 유닛이 원형 링을 포함한 단위체들의 일정 패턴에 의하여 전체적으로 다공질 구조를 제공하게 됨으로써, 기존의 척추뼈와 가장 유사한 조직 구조를 가지고 장시간 경과에도 기존의 골조직과 유사한 탄성 구조에 의한 보형재 본연의 기능을 성실히 수행할 수 있게 될 것이다.

또한, 본 발명은 이러한 골유합 유닛을 포함하는 척추 임플란트를 삼차원 프린터의 출력에 의하여 제작되도록 함으로써, 더욱 복잡하고 미세한 구조도 삼차원 그래픽 툴에 의하여 정확하게 설계만 하였다면, 간단하게 출력하여 피시술자의 골조직과 가장 유사한 다공질의 탄성력을 발휘하는 견고한 구조를 제공할 수 있게 되는 것이다.

아울러, 본 발명은 이러한 골유합 유닛과 함께 척추뼈와 척추뼈 사이에서 하중과 압력 및 충격에 내구성을 유지할 수 있도록 메인 프레임을 함께 삼차원 프린터에 의하여 일체로 출력 형성하되, 이러한 척추 임플란트 전체를 경우에 따라서 티타늄, 티타늄 합금 또는 폴리에테르에테르케톤(polyether ether ketone: PEEK)과 같은 다양하고 인체에 무해한 재료를 자유로이 선택하여 제작할 수 있게 될 것이다.

여기서, 본 발명은 척추 임플란트를 전체적으로 티타늄 또는 티타늄 합금으로 제작할 경우, 표면의 마찰력이 높아 잘 미끄러지지 않으므로, 척추뼈와 이웃한 척추뼈 사이에서 이탈되지 않는 견고한 안착 상태를 유지할 수 있게 될 것이다.

이때, 본 발명은 척추 임플란트를 전술한 PEEK로 제작할 경우 우수한 탄성계수를 가진 척추 임플란트를 피시술자에게 제공할 수 있으므로, 시술후 장시간이 경과하더라도 척추뼈와 이웃한 척추뼈의 마주보는 면이 침강(subsidence)되는 것을 확실하게 방지할 수 있게 될 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 삼차원 프린터로 출력된 단위 구조를 가진 척추 임플란트의 측면 개념도
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 삼차원 프린터로 출력된 단위 구조를 가진 척추 임플란트의 외관을 도시한 사시도
도 3은 도 2의 화살표 III 방향에서 바라본 평면 개념도
도 4는 도 2의 화살표 IV 방향에서 바라본 측면 개념도
도 5는 도 2의 화살표 Va 및 Vb 방향에서 바라본 것으로, 도 5(a)는 정면 개념도이며, 도 5(b)는 배면 개념도
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 삼차원 프린터로 출력된 단위 구조를 가진 척추 임플란트의 외관을 도시한 사시도
도 7은 도 6의 화살표 VII 방향에서 바라본 평면 개념도
도 8은 도 6의 화살표 VIII 방향에서 바라본 측면 개념도
도 9는 도 6의 화살표 IXa 및 IXb 방향에서 바라본 것으로, 도 9(a)는 정면 개념도이며, 도 9(b)는 배면 개념도
도 10은 본 발명의 기타 실시예에 따른 삼차원 프린터로 출력된 단위 구조를 가진 척추 임플란트의 주요부인 골유합 유닛을 구성하는 제3 단위 입체의 구조를 도시한 개념도
도 11은 3D 프린팅 제작 방식에 의하여 제작된 기존의 보형재들을 나타낸 도면 대용 사진

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하며, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.

또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

우선, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 삼차원 프린터로 출력된 단위 구조를 가진 척추 임플란트의 측면 개념도이다.

그리고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 삼차원 프린터로 출력된 단위 구조를 가진 척추 임플란트의 외관을 도시한 사시도이며, 도 3은 도 2의 화살표 III 방향에서 바라본 평면 개념도이고, 도 4는 도 2의 화살표 IV 방향에서 바라본 측면 개념도이며, 도 5는 도 2의 화살표 Va 및 Vb 방향에서 바라본 것으로, 도 5(a)는 정면 개념도이며, 도 5(b)는 배면 개념도이다.

그리고, 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 삼차원 프린터로 출력된 단위 구조를 가진 척추 임플란트의 외관을 도시한 사시도이고, 도 7은 도 6의 화살표 VII 방향에서 바라본 평면 개념도이며, 도 8은 도 6의 화살표 VIII 방향에서 바라본 측면 개념도이며, 도 9는 도 6의 화살표 IXa 및 IXb 방향에서 바라본 것으로, 도 9(a)는 정면 개념도이며, 도 9(b)는 배면 개념도이다.

또한, 도 10은 본 발명의 기타 실시예에 따른 삼차원 프린터로 출력된 단위 구조를 가진 척추 임플란트의 주요부인 골유합 유닛(100)을 구성하는 제3 단위 입체(130)의 구조를 도시한 개념도이다.

본 발명은 도 1과 같이, 척추뼈(310, 이하 도 1(a) 참조)와 이웃한 척추뼈(320, 이하 도 1(a) 참조) 사이에 삽입되며, 적어도 하나 이상의 원형 링(105)으로 이루어진 단위체가 일정 패턴으로 반복되게 삼차원 프린터로 출력되어 형성되는 골유합 유닛(100)을 포함하는 구조임을 파악할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 실시예의 적용이 가능하며, 다음과 같은 다양한 실시예의 적용 또한 가능함은 물론이다.

우선, 전술한 일정 패턴은, 도 1(a)와 같이 제1, 2 레이어(101, 102)를 포함하는 구조임을 파악할 수 있다.

제1 레이어(101)는 복수의 원형 링(105)이 행 또는 열을 이루도록 동일 평면상에 배치된 것이다.

제2 레이어(102)는 행 또는 열을 이루는 제1 레이어(101)에 대하여 직교하는 행 또는 열을 이루는 복수의 원형 링(105)이 배치되어 이루어진 것이다.

따라서, 전술한 일정 패턴은 제1 레이어(101)와 제2 레이어(102)가 맞닿은 패턴이 상, 하, 좌, 우, 전, 후로 반복되고, 복수의 원형 링(105) 각각의 가장자리가 맞닿아 전체적으로 다공질의 골유합 유닛(100)을 형성하게 됨을 알 수 있다.

한편, 전술한 일정 패턴은, 도 1(b)와 같이 제3, 4 레이어(103, 104)를 포함하는 구조의 실시예를 적용할 수도 있음은 물론이다.

우선, 제3 레이어(103)는 복수의 원형 링(105)이 행 또는 열을 이루도록 동일 평면상에 배치된 것이다.

제4 레이어(104)는 행 또는 열을 이루는 제3 레이어(103)에 대하여 직교하는 행 또는 열을 이루는 복수의 원형 링(105)이 배치되어 이루어진 것이다.

따라서, 제3 레이어(103)는 별개의 가상 평면(도 1(b)에서 가상선 L이 지나는 평면)에 대하여 일정 각도로 경사지게 배치되고, 일정 패턴은 제3 레이어(103)와 제4 레이어(104)가 맞닿은 패턴이 상, 하, 좌, 우, 전, 후로 반복되며, 복수의 원형 링(105) 각각의 가장자리가 맞닿아 전체적으로 다공질의 골유합 유닛(100)을 형성하게 됨을 알 수 있다.

한편, 전술한 일정 패턴은 도 2 내지 도 5와 같이 적어도 둘 이상의 원형 링(105)이 각각의 직경을 관통하는 제1 가상선(ℓ1)을 공유하도록 교차하여 두 개의 교차점(111, 112)을 형성하는 제1 단위 입체(110)를 포함하는 구조임을 파악할 수 있다.

여기서, 전술한 일정 패턴은 복수의 제1 단위 입체(110)가 상, 하, 좌, 우, 전, 후로 맞닿아 반복되고, 두 개의 교차점(111, 112)은 각각 척추뼈(310)의 하면 및 척추뼈(310)와 이웃한 척추뼈(320)의 상면과 대면하게 되는 것이다.

이때, 두 개의 교차점(111, 112) 중 하나의 교차점(112)은 제1 단위 입체(110)와 이웃한 제1 단위 입체(110)의 두 개의 교차점(111, 112) 중 하나의 교차점(111)과 맞닿게 됨으로써, 전체적으로 전술한 제1 단위 입체(110)가 도 3과 같이 격자 형상으로 배치되는 다공질의 골유합 유닛(100)을 형성하게 될 것이다.

한편, 전술한 일정 패턴은 도 6 내지 도 9와 같이 적어도 둘 이상의 원형 링(105)이 각각의 직경을 관통하는 제2 가상선(ℓ2)을 공유하도록 교차하여 두 개의 교차점(121, 122)을 형성하는 제2 단위 입체(120)를 포함하는 구조임을 파악할 수 있다.

여기서, 전술한 일정 패턴은 두 개의 교차점(121, 122)을 관통하는 제2 가상선(ℓ2)은 척추뼈(310)와 이웃한 척추뼈(320) 사이의 공간을 관통하되, 복수의 제2 단위 입체(120)가 상, 하, 좌, 우, 전, 후로 맞닿아 반복됨으로써, 전체적으로 제2 단위 입체(120)가 도 8과 같이 측면에서 보아 'X'자 구조가 반복적으로 복수의 행과 열을 이루어 다단으로 적층된 다공질의 골유합 유닛(100)을 형성하게 될 것이다.

즉, 본 발명은 도 1 내지 도 9를 통하여 전술한 바와 같이 골유합 유닛(100)을 형성하기 위한 가장 최소 단위인 원형 링(105)의 구조가 척추뼈(310)와 이웃한 척추뼈(320) 사이에서 전방위로 가해지는 하중과 압력에 대하여 탄성 변형 및 탄성 복원을 허용하는 탄성력을 발생시킴으로써, 척추뼈(310)와 이웃한 척추뼈(320) 사이의 침강(subsidence) 현상을 방지할 수 있게 될 것이다.

특히, 'X'자 구조가 반복적으로 다단 적층된 다공질의 골유합 유닛(100)은, 척추뼈(310)와 이웃한 척추뼈(320) 사이에서 위로부터 아래로 가해지는 하중은 물론 전방향에서 가해질 수도 있는 압력과 충격을 적절히 분산 지지하는 효과를 도모할 수도 있을 것이다.

한편, 본 발명은 척추뼈(310)(이하 제1 척추뼈(310))와 이웃한 척추뼈(320)(이하 제2 척추뼈(320)) 사이에 삽입되며, 골유합 유닛(100)을 수용하는 내부 공간을 형성하고, 골유합 유닛(100)과 함께 삼차원 프린터로 출력되어 형성되는 메인 프레임(200)을 더 구비할 수도 있다.

여기서, 골유합 유닛(100)의 상면과 하면과 좌, 우측면 및 배면은, 도시된 바와 같이 제1 척추뼈(310)와 제2 척추뼈(320) 사이에서 골유합이 높은 정도로 이루어질 수 있도록, 외부로 노출되는 것이 바람직하다.

이때, 메인 프레임(200)은, 다시 도 2를 참조하여 더욱 구체적으로 살펴보면, 크게 한 쌍의 상부 바(210, 210)와, 한 쌍의 하부 바(220, 220)와, 상부 삽입 바(230, 230)와, 하부 삽입 바(240, 240)를 포함하는 구조임을 파악할 수 있다.

우선, 한 쌍의 상부 바(210, 210)는 제1 척추뼈(310)의 하면과 대면하며 평행하게 배치되는 부재이며, 한 쌍의 하부 바(220, 220)는 제2 척추뼈(320)의 상면과 대면하며 평행하게 배치되는 부재이다.

그리고, 상부 삽입 바(230, 230)는 한 쌍의 상부 바(210, 210) 각각의 전방측 단부로부터 각각 하향 경사지게 연장되는 부재이며, 하부 삽입 바(240, 240)는 한 쌍의 하부 바(220, 220) 각각의 전방측 단부로부터 각각 상향 경사지게 연장되는 부재이다.

따라서, 골유합 유닛(100)은 도시된 바와 같이, 한 쌍의 상부 바(210, 210)와 한 쌍의 하부 바(220, 220)와 상부 삽입 바(230, 230) 및 하부 삽입 바(240, 240)가 형성하는 내부 공간에 배치되는 것을 알 수 있다.

또한, 메인 프레임(200)은, 상부 삽입 바(230, 230) 및 하부 삽입 바(240, 240) 각각의 전방측 단부와 연결되는 평판 형상의 전방 마감편(250)을 더 구비할 수 있다.

그리고, 메인 프레임(200)은, 상부 삽입 바(230, 230) 및 하부 삽입 바(240, 240) 각각의 전방측 단부를 상호 연결하며, 전방 마감편(250)의 상부 가장자리 및 하부 가장자리와 맞닿는 제1 연결 바(260)를 더 구비할 수 있다.

그리고, 메인 프레임(200)은, 한 쌍의 상부 바(210, 210) 및 한 쌍의 하부 바(220, 220) 각각의 전방측 단부를 상호 연결하며, 제1 연결 바(260)와 평행하게 배치되는 제2 연결 바(270)를 더 구비할 수도 있다.

또한, 메인 프레임(200)은, 한 쌍의 상부 바(210, 210) 및 한 쌍의 하부 바(220, 220) 각각의 후방측 단부를 상호 연결하며, 제2 연결 바(270)와 평행하게 배치되는 제3 연결 바(280)를 더 구비할 수도 있음은 물론이다.

여기서, 메인 프레임(200)은 경우에 따라서 골유합 정도를 더욱 높이고 하중과 충격의 분산 지지에 더욱 주안점을 맞춘 도 6 내지 도 9의 실시예에 따른 구조의 경우, 제1 연결 바(260)를 생략할 수도 있을 것이다.

이때, 골유합 유닛(100)과 메인 프레임(200)은 인체에 무해하며 구조적 강도를 우선시하거나 탄성력을 우선시하는 여부에 따라서, 티타늄, 티타늄 합금 또는 폴리에테르에테르케톤(polyether ether ketone: PEEK)으로 이루어지도록 할 수 있을 것이다.

한편, 본 발명은 전술한 바와 같이 제1, 2 단위 입체(110, 120)처럼 두 개의 원형 링(105)을 서로 교차되게 형성한 구조로 골유합 유닛(100)을 출력 제작할 수 있음은 물론, 도 10과 같이 둘 이상, 예를 들면 네 개의 원형 링(105)을 서로 교차시켜 전체적으로 구 형상에 가까운 형상을 이루는 제3 단위 입체(130)를 포함한 골유합 유닛(100)을 전술한 메인 프레임(200)과 함께 출력 제작할 수도 있을 것이다.

특히, 제3 단위 입체(130)를 포함한 골유합 유닛(100)의 경우는, 퇴행성 척추 질환으로 고통받는 피시술자에게 빠른 골유합을 유도하기 위하여, 도 1 내지 도 9에 비하여 더욱 미세하고 촘촘한 다공질 구조를 제공할 수 있게 될 것이다.

이하, 본 발명의 작용 및 효과에 관하여 다음과 같이 기술할 것이다.

우선, 본 발명은 척추뼈(310)와 이웃한 척추뼈(320) 사이에 삽입되며, 적어도 하나 이상의 원형 링(105)으로 이루어진 단위체가 일정 패턴으로 반복되게 삼차원 프린터로 출력되어 형성되는 골유합 유닛(100)을 포함하는 것을 특징으로 하여, 골유합도를 대폭 증대시키면서도 척추뼈(310)와 이웃한 척추뼈(320) 사이에서 탄성력을 발생시킬 수 있는 원형 링(105) 형상을 포함하는 단위체에 의하여 침강 현상도 방지할 수 있게 되므로, 우수한 시술 결과를 획득할 수 있게 될 것이다.

특히, 본 발명은 골유합 유닛(100)이 원형 링(105)을 포함한 단위체들의 일정 패턴에 의하여 전체적으로 다공질 구조를 제공하게 됨으로써, 기존의 척추뼈와 가장 유사한 조직 구조를 가지고 장시간 경과에도 기존의 골조직과 유사한 탄성 구조에 의한 보형재 본연의 기능을 성실히 수행할 수 있게 될 것이다.

또한, 본 발명은 이러한 골유합 유닛(100)을 포함하는 척추 임플란트를 삼차원 프린터의 출력에 의하여 제작되도록 함으로써, 더욱 복잡하고 미세한 구조도 삼차원 그래픽 툴에 의하여 정확하게 설계만 하였다면, 간단하게 출력하여 피시술자의 골조직과 가장 유사한 다공질의 탄성력을 발휘하는 견고한 구조를 제공할 수 있게 되는 것이다.

아울러, 본 발명은 이러한 골유합 유닛(100)과 함께 척추뼈와 척추뼈 사이에서 하중과 압력 및 충격에 내구성을 유지할 수 있도록 메인 프레임(200)을 함께 삼차원 프린터에 의하여 일체로 출력 형성하되, 이러한 척추 임플란트 전체를 경우에 따라서 티타늄, 티타늄 합금 또는 폴리에테르에테르케톤(polyether ether ketone: PEEK)과 같은 다양하고 인체에 무해한 재료를 자유로이 선택하여 제작할 수 있게 될 것이다.

여기서, 본 발명은 척추 임플란트를 전체적으로 티타늄 또는 티타늄 합금으로 제작할 경우, 표면의 마찰력이 높아 잘 미끄러지지 않으므로, 척추뼈(310)와 이웃한 척추뼈(320) 사이에서 이탈되지 않는 견고한 안착 상태를 유지할 수 있게 될 것이다.

이때, 본 발명은 척추 임플란트를 전술한 PEEK로 제작할 경우 우수한 탄성계수를 가진 척추 임플란트를 피시술자에게 제공할 수 있으므로, 시술후 장시간이 경과하여 골유합이 완전하게 이루어진 경우는 물론이고, 시술후 골유합이 이루어지는 과정 중에도 척추뼈(310)와 이웃한 척추뼈(320)의 마주보는 면이 침강(subsidence)되는 것을 확실하게 방지할 수 있게 될 것이다.

이상과 같이 본 발명은 시술후 골유합이 이루어진 상태뿐만 아니라, 골유합이 진행되는 과정 중에도 기존의 척추뼈와 같은 탄성력을 구현하여 우수한 시술 결과를 획득할 수 있도록 하는 삼차원 프린터로 출력된 단위 구조를 가진 척추 임플란트를 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.

그리고, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당해 업계 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형 및 응용 또한 가능함은 물론이다.

100...골유합 유닛
101...제1 레이어
102...제2 레이어
103...제3 레이어
104...제4 레이어
105...원형 링
110...제1 단위 입체
111, 112, 121, 122...교차점
120...제2 단위 입체
130...제3 단위 입체
200...메인 프레임
210, 210...상부 바
220, 220...하부 바
230, 230...상부 삽입 바
240, 240...하부 삽입 바
250...전방 마감편
260...제1 연결 바
270...제2 연결 바
280...제3 연결 바
310...척추뼈(제1 척추뼈)
320...이웃한 척추뼈(제2 척추뼈)
ℓ1...제1 가상선
ℓ2...제2 가상선

Claims

골유합 유닛(100)을 형성하기 위한 가장 최소 단위인 원형 링(105)의 구조가 척추뼈(310)와 이웃한 척추뼈(320) 사이에서 전방위로 가해지는 하중과 압력에 대하여 탄성 변형 및 탄성 복원을 허용하는 탄성력을 발생시킴으로써, 척추뼈(310)와 이웃한 척추뼈(320) 사이의 침강(subsidence) 현상을 방지하는 삼차원 프린터로 출력된 단위 구조를 가진 척추 임플란트로서,
척추뼈(310)와 이웃한 척추뼈(320) 사이에 삽입되며, 두 개의 원형 링(105)으로 이루어진 단위체가 일정 패턴으로 반복되게 삼차원 프린터로 출력되어 형성되는 골유합 유닛(100)을 포함하되,
상기 일정 패턴은,
상기 두 개의 원형 링(105)이 각각의 직경을 관통하는 제1 가상선(ℓ1)을 공유하도록 교차하여 두 개의 교차점(111, 112)을 형성하는 제1 단위 입체(110)를 포함하며,
상기 일정 패턴은 복수의 상기 제1 단위 입체(110)가 상, 하, 좌, 우, 전, 후로 맞닿아 반복되고,
상기 두 개의 교차점(111, 112)은 각각 상기 척추뼈(310)의 하면 및 상기 척추뼈(310)와 이웃한 척추뼈(320)의 상면과 대면하며,
상기 두 개의 교차점(111, 112) 중 하나의 교차점(112)은 제1 단위 입체(110)와 이웃한 제1 단위 입체(110)의 두 개의 교차점(111, 112) 중 하나의 교차점(111)과 맞닿게 됨으로써, 위에서 볼 때 전체적으로 제1 단위 입체(110)가 격자 형상으로 배치되는 다공질의 골유합 유닛(100)을 형성하는 것을 특징으로 하는 삼차원 프린터로 출력된 단위 구조를 가진 척추 임플란트.
청구항 1에 있어서,
상기 일정 패턴은,
복수의 상기 원형 링이 행 또는 열을 이루도록 동일 평면상에 배치된 제1 레이어와,
행 또는 열을 이루는 상기 제1 레이어에 대하여 직교하는 행 또는 열을 이루는 복수의 상기 원형 링이 배치되어 이루어진 제2 레이어를 포함하며,
상기 일정 패턴은 상기 제1 레이어와 상기 제2 레이어가 맞닿은 패턴이 상, 하, 좌, 우, 전, 후로 반복되고,
복수의 상기 원형 링 각각의 가장자리가 맞닿는 것을 특징으로 하는 삼차원 프린터로 출력된 단위 구조를 가진 척추 임플란트.
청구항 1에 있어서,
상기 일정 패턴은,
복수의 상기 원형 링이 행 또는 열을 이루도록 동일 평면상에 배치된 제3 레이어와,
행 또는 열을 이루는 상기 제3 레이어에 대하여 직교하는 행 또는 열을 이루는 복수의 상기 원형 링이 배치되어 이루어진 제4 레이어를 포함하며,
상기 제3 레이어는 별개의 가상 평면에 대하여 일정 각도로 경사지게 배치되고,
상기 일정 패턴은 상기 제3 레이어와 상기 제4 레이어가 맞닿은 패턴이 상, 하, 좌, 우, 전, 후로 반복되며,
복수의 상기 원형 링 각각의 가장자리가 맞닿는 것을 특징으로 하는 삼차원 프린터로 출력된 단위 구조를 가진 척추 임플란트.
삭제
골유합 유닛(100)을 형성하기 위한 가장 최소 단위인 원형 링(105)의 구조가 척추뼈(310)와 이웃한 척추뼈(320) 사이에서 전방위로 가해지는 하중과 압력에 대하여 탄성 변형 및 탄성 복원을 허용하는 탄성력을 발생시킴으로써, 척추뼈(310)와 이웃한 척추뼈(320) 사이의 침강(subsidence) 현상을 방지하는 삼차원 프린터로 출력된 단위 구조를 가진 척추 임플란트로서,
척추뼈(310)와 이웃한 척추뼈(320) 사이에 삽입되며, 두 개의 원형 링(105)으로 이루어진 단위체가 일정 패턴으로 반복되게 삼차원 프린터로 출력되어 형성되는 골유합 유닛(100)을 포함하되,
상기 일정 패턴은,
상기 두 개의 원형 링(105)이 각각의 직경을 관통하는 제2 가상선(ℓ2)을 공유하도록 교차하여 두 개의 교차점(121, 122)을 형성하는 제2 단위 입체(120)를 포함하며,
상기 일정 패턴은 복수의 상기 제2 단위 입체(120)가 상, 하, 좌, 우, 전, 후로 맞닿아 반복되고,
상기 두 개의 교차점(121, 122)을 관통하는 상기 제2 가상선(ℓ2)은 상기 척추뼈(310)와 이웃한 척추뼈(320) 사이의 공간을 관통하며,
복수의 제2 단위 입체(120)가 상, 하, 좌, 우, 전, 후로 맞닿아 반복됨으로써, 측면에서 볼 때 전체적으로 제2 단위 입체(120)는 X 자 구조가 반복적으로 복수의 행과 열을 이루어 다단으로 적층된 다공질의 골유합 유닛(100)을 형성하는 것을 특징으로 하는 삼차원 프린터로 출력된 단위 구조를 가진 척추 임플란트.
청구항 1에 있어서,
척추뼈(이하 제1 척추뼈)와 이웃한 척추뼈(이하 제2 척추뼈) 사이에 삽입되며, 상기 골유합 유닛을 수용하는 내부 공간을 형성하고, 상기 골유합 유닛과 함께 상기 삼차원 프린터로 출력되어 형성되는 메인 프레임을 더 포함하며,
상기 골유합 유닛의 상면과 하면과 좌, 우측면 및 배면은 외부로 노출되는 것을 특징으로 하는 삼차원 프린터로 출력된 단위 구조를 가진 척추 임플란트.
청구항 6에 있어서,
상기 메인 프레임은,
상기 제1 척추뼈의 하면과 대면하며 평행하게 배치되는 한 쌍의 상부 바와,
상기 제2 척추뼈의 상면과 대면하며 평행하게 배치되는 한 쌍의 하부 바와,
상기 한 쌍의 상부 바 각각의 전방측 단부로부터 각각 하향 경사지게 연장되는 상부 삽입 바와,
상기 한 쌍의 하부 바 각각의 전방측 단부로부터 각각 상향 경사지게 연장되는 하부 삽입 바를 포함하며,
상기 골유합 유닛은 상기 한 쌍의 상부 바와 상기 한 쌍의 하부 바와 상기 상부 삽입 바 및 상기 하부 삽입 바가 형성하는 내부 공간에 배치되는 것을 특징으로 하는 삼차원 프린터로 출력된 단위 구조를 가진 척추 임플란트.