지원사업
학술연구/단체지원/교육 등 연구자 활동을 지속하도록 DBpia가 지원하고 있어요.
커뮤니티
연구자들이 자신의 연구와 전문성을 널리 알리고, 새로운 협력의 기회를 만들 수 있는 네트워킹 공간이에요.
논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 임도형
- 발행연도
- 2015
- 저작권
- 세종대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수2
이 논문의 연구 히스토리 (5)
2014
- 이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
- 연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
- 이 논문의 연구 히스토리 확인하기
초록· 키워드
오류제보하기
인공슬관절 개발 및 평가를 위하여 모사경골을 이용한 시험이 수행되고 있으나 제조공정 중 필연적으로 생성되는 인위적 결함에 대한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서 인위적 결함으로 인한 응력분포 패턴 및 미세거동 패턴의 변화를 평가함으로써 모사경골 사용의 타당성 유무를 확인하고자 하였다.
모사경골과 동일한 3차원 CAD 모델 (Digital 3D Tibia #3473, Sawbones, USA)를 이용하여 경골 근위부에 위치한 지름 3mm원기둥 형상의 인위적 결함의 유무에 따른 두 가지의 모델을 제작하였다. 인공슬관절 경골부는 스페이서(Spacer)와 기저판으로 구성되어있으며 무릎 관절각도 구현 및 하중전달을 위하여 인공슬관절 대퇴부를 개발하였다. 이때 유한요소 모델의 객관적 검증을 위하여 기계적 시험을 통해 접촉압력 및 경골 근위부의 변형률을 비교하였다. 내외측 경골 고평부(Tibia Plateau)에 작용하는 하중 조건은 실제 운동학적 측면을 고려한 몸무게의 약 3배인 2000N이며, 인공슬관절 대퇴부의 내측과 외측 평면에 각각 6:4의 비율로 적용한 후 인공슬관절 경골부 스페이서에 전달되도록 접촉조건을 구현하였다. 본 연구에서 고려된 관절각도는 일반적으로 구현되는0°, 60°도와 과굴곡 상태의 120°, 140°이며, 준정적 해석(Quasi-static Analysis)를 이용하였다.
각도 변화에 따른 각각의 모델에서 내/외측 피질골의 인위적 결함을 중심으로 3mm이내에 위치한 관심영역에서 -8.8-141.9%(-0.3-4.3MPa)의 많은 응력 변화율을 보였으며, 3mm이상의 관심영역에서는 -43.3-75.5% (-1.9-1.5MPa)의 응력 변화율을 확인할 수 있었다. 또한 해면골과 인공슬관절 경골부 기저판 사이의 상대적 움직임을 측정한 미세거동 패턴 차이의 경우 전반적으로 0.58㎛이내의 매우 작은 차이를 보여 인위적 결함이 경골 내부에 미치는 영향은 미미함을 확인할 수 있었다.
고려된 관절각도 중 0°에서 가장 큰 응력 분포 패턴 및 미세거동 패턴 변화를 확인 할 수 있었으며, 인공슬관절 대퇴부의 롤백(Roll-back)에 의하여 응력이 경골 후방부에 집중되는 경향성을 보여 내/외측을 관통하는 인위적 결함 주위의 응력분포 패턴 및 미세거동 패턴 변화에는 많은 영향을 미치지 않는 것으로 판단된다. 3mm이내의 피질골의 영역에서 나타난 응력분포의 차이가 절대값이 낮으므로 응력 분포 및 경골의 안정성에는 영향이 없을 것으로 사료되지만, 변형률 측정 및 응력 예측 분석 시 3mm 이상 떨어진 위치에서 측정하는 것이 기계적 시험 평가의 오류를 최소화 할 수 있을 것이라 사료된다.
모사경골과 동일한 3차원 CAD 모델 (Digital 3D Tibia #3473, Sawbones, USA)를 이용하여 경골 근위부에 위치한 지름 3mm원기둥 형상의 인위적 결함의 유무에 따른 두 가지의 모델을 제작하였다. 인공슬관절 경골부는 스페이서(Spacer)와 기저판으로 구성되어있으며 무릎 관절각도 구현 및 하중전달을 위하여 인공슬관절 대퇴부를 개발하였다. 이때 유한요소 모델의 객관적 검증을 위하여 기계적 시험을 통해 접촉압력 및 경골 근위부의 변형률을 비교하였다. 내외측 경골 고평부(Tibia Plateau)에 작용하는 하중 조건은 실제 운동학적 측면을 고려한 몸무게의 약 3배인 2000N이며, 인공슬관절 대퇴부의 내측과 외측 평면에 각각 6:4의 비율로 적용한 후 인공슬관절 경골부 스페이서에 전달되도록 접촉조건을 구현하였다. 본 연구에서 고려된 관절각도는 일반적으로 구현되는0°, 60°도와 과굴곡 상태의 120°, 140°이며, 준정적 해석(Quasi-static Analysis)를 이용하였다.
각도 변화에 따른 각각의 모델에서 내/외측 피질골의 인위적 결함을 중심으로 3mm이내에 위치한 관심영역에서 -8.8-141.9%(-0.3-4.3MPa)의 많은 응력 변화율을 보였으며, 3mm이상의 관심영역에서는 -43.3-75.5% (-1.9-1.5MPa)의 응력 변화율을 확인할 수 있었다. 또한 해면골과 인공슬관절 경골부 기저판 사이의 상대적 움직임을 측정한 미세거동 패턴 차이의 경우 전반적으로 0.58㎛이내의 매우 작은 차이를 보여 인위적 결함이 경골 내부에 미치는 영향은 미미함을 확인할 수 있었다.
고려된 관절각도 중 0°에서 가장 큰 응력 분포 패턴 및 미세거동 패턴 변화를 확인 할 수 있었으며, 인공슬관절 대퇴부의 롤백(Roll-back)에 의하여 응력이 경골 후방부에 집중되는 경향성을 보여 내/외측을 관통하는 인위적 결함 주위의 응력분포 패턴 및 미세거동 패턴 변화에는 많은 영향을 미치지 않는 것으로 판단된다. 3mm이내의 피질골의 영역에서 나타난 응력분포의 차이가 절대값이 낮으므로 응력 분포 및 경골의 안정성에는 영향이 없을 것으로 사료되지만, 변형률 측정 및 응력 예측 분석 시 3mm 이상 떨어진 위치에서 측정하는 것이 기계적 시험 평가의 오류를 최소화 할 수 있을 것이라 사료된다.
목차
1. 서 론 11.1 연구 배경 11.2 연구 동향 31.3 연구 목적 52. 연구 방법 62.1 유한요소 모델 개발 62.1.1 경골 유한요소 모델 구현 62.1.2 인공슬관절 경골부 및 대퇴부 유한요소 모델 개발 102.1.3 인공슬관절 삽입형 경골 유한요소 모델 개발 112.2 하중, 접촉, 경계조건 설정 132.3 유한요소 모델 검증 및 해석 결과 분석 방법 153. 연구 결과 203.1 유한요소 모델 검증 203.2 인위적 결함에 따른 응력분포 패턴 변화 263.3 인위적 결함에 따른 미세거동 패턴 변화 314. 토 의 345. 결 론 39참 고 문 헌 40ABSTRACT 43
최근 본 자료
댓글(0)
0