척추경 나사못 설계를 위한 기계적 평가와 생체역학적 유용성 분석
Mechanical evaluation and biomechanical efficacy analysis for pedicle screw design
초록/요약
인간의 평균수명 연장과 사회 환경의 변화로 인하여 사회 활동을 하는 노년층이 늘어남에 따라 요추부 척추관 협착증이나 퇴행성 척추 전방전위증과 같은 퇴행성 요추질환의 발생 빈도가 급속히 증가하고 있다. 척추경 나사못 시스템을 이용한 유합술은 해부학적으로 척추의 가장 튼튼한 구조물인 척추경을 통해 척추 전후방에 안정성을 부여할 수 있다. 또한 수술 초기에 통증을 완화하는 데 있어 큰 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 퇴행성 요추부 질환의 치료를 위해서 척추경 나사못(Pedicle Screw) 시스템의 하중에 대한 변형 저항을 감소시킨 다양한 후방 추간체 고정재 제품들이 소개되고 있다. 척추경 나사못의 간격(Pitch)차이를 일정 범위내에서 유지하고 리드의 수에 변화를 주는 연구가 이루어 지고 있다. 본 연구의 목적은 척추경 나사못의 간격(Pitch)차이를 일정 범위내에서 유지하고 리드의 수에 변화를 주어 Single Thread, Double Thread & Quad Thread의 척추경 나사못(Pedicle Screw)을 설계하고, 기계적 강도를 실험하고 유한요소 모델을 구현하여 생체역학적 영향을 평가하였다. 실험과 유한요소 결과를 비교하여 상관관계에 따른 유의성을 분석하여 기계적 강도를 유지하면서 생체역학적으로 임상적인 효과를 증대시킨 척추경 나사못(Pedicle Screw)의 설계 요소를 도출했다
more목차
1.서론 1
2.연구 배경 3
2.1 요추부(Lumbar Spine)의 해부학 및 생체역학 이론 3
2.1.1 척추의 해부학적 구조 3
a.척주(Vertebral Column) 3
b.추간판(Intervertebral Disc) 4
c.후관절(Facet Joints) 5
d.척추 인대(Vertebral Ligaments) 6
2.1.2 척추 생체 역학(Spine Biomechanics) 7
2.1.3 퇴행성 요추 질환(Degenerative Lumbar Diseases) 8
2.2 척추경 나사못의 설계 11
2.2.1 나사 설계의 이론적 배경 11
2.2.2 나사의 기계 요소학적 측면 13
2.3 유한요소 해석 14
2.4 척추경 나사못(Pedicle Screw)의 실험 문제점 및 대안 15
3. 연구 목적 17
4. 연구방법 및 재료 18
4.1 척추경 나사못 디자인 18
4.2 유한요소 모델링 구현 22
4.2.1 3포인트 굽힘 변형량 모델 구현 22
4.2.2 3포인트 굽힘 변형량의 하중 조건 및 경계 조건 24
4.2.3 정상인 요추부 3차원 유한 요소 모델의 구현 25
a. 척추체(Vertebral Body an Posterior Element) 27
b. 종판(Cartilaginous Endplate) 27
c. 후관절(Facet Joints) 27
d. 요추부 골조직 및 연부조직의 물성치(Meterial Properties) 28
4.2.4 척추체 인장(Pullout)력 모델 구현 30
4.2.5. 척추체 인장(Pullout)력의 하중 조건 및 경계 조건 32
4.3 척추경 나사못(Pedicle Screw)의 기계적 평가 방법 33
4.3.1 3포인트 굽힘 변형량 평가 방법 33
4.3.2 정적 압축 평가 방법 35
5. 연구결과 36
5.1 척추경 나사못의 기계적 강도 및 생체적합적 평가 36
5.1.1 3포인트 굽힘 변형량 결과 36
5.1.2 3포인트 굽힘 변형량과 FEA Validation 결과 46
5.1.3 척추경 나사못의 인장(Pullout)력 결과 47
5.1.4 정적 압축 하중 시험 결과 58
6.고찰 63
7.결론 64
7.1 연구 결론 요약 64
7.2 연구의 한계점 및 연구방향 65
참고 문헌 66
ABSTRACT 71
