무릎이식 모델과 생체역학

전문가 제언

○ 이 해설논문은 무릎이식의 유한요소분석 및 생체역학적 거동을 검토하였다. 여러 연구자들이 무릎이식 모델의 성능을 평가하기 위하여 무릎이식 삽입물의 생체 역학을 연구하고 특정 부하조건에서 무릎이식의 품질을 실증하기 위하여 접촉응력, 운동학 및 피로와 같은 생체역학적 요소들을 조사한다.

○ 무릎이식에 사용된 재료들은 요구강도와 생체적합성 필요가 균형을 잡도록 선택한다. 티타늄합금, 코발트크롬 및 초고분자량에틸렌(UHMWPE) 같은 재료의 사용은 이식설계를 향상시킨 반면, 마모, 이완 및 다른 요소들은 무릎이식의 성능을 계속 제한한다. 유한요소법이 여러 가지 정적 및 동적 부하조건에서 이식의 생체 역학 거동을 예측하기 위하여 사용된다.

○ 국내에는 홍익대학과 KIST의 이문규 등이 생체 내 인공관절 환경을 정확히 표현할 수 있는 무릎 시뮬레이터를 제작하였다. 네 방향의 자유도를 갖고 있는 이 시뮬레이터는 압축하중과 대퇴 삽입물의 굴곡 각을 조정할 수 있고 보행주기 같은 운동정보를 이용하여 인공관절을 평가할 수 있다.

○ 무릎이식에서 숙주 뼈(host bone)와 동종 이식결합 후 접착이나 프레스 맞춤된 말뚝을 사용한 대퇴 삽입물 뼈 이식의 접착경계면 하중분담과 안정성을 평가했는데 생체 내의 평가 어려움으로 FEM을 사용하였다. FEM 결과는 대퇴부 수정에서 구조적 동종이식을 사용하면 프레스 맞춤된 축의 선택이 적절했다.

○ 전두 및 시상 면(frontal and sagittal plane)에서 양 삽입물의 접촉 형상을 수정하여 UHMWPE 마모를 감소하였다. 시상 면에서 대퇴골 과(femoral condyles)의 곡률반지름 감소, 전두단면의 반지름 증가 및 이식 삽입물 사이의 정합을 감소시켜 마모를 연간 55,248mm3에서 45,013mm3로 18.5% 감소시켰다.

저자

Brandi C. Karr et. al.,

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

정밀기계

연도

2009

권(호)

30

잡지명

Materials & Design

과학기술
표준분류

정밀기계

페이지

398~413

분석자

신*순

분석물

• 무릎이식 모델과 생체역학.pdf [401,993 byte]

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