금관을 위한 유지구에 관한 삼차원 유한요소분석

강유미 서울대학교 치의학대학원 2014 국내석사

목 적: 이 연구의 목적은 주조 금관을 위한 지대치 형성 시 사용되는 유지구가 저작력 하에서 주조금관의 기능에 어떤 영향을 미치는지 생역학적인 면에서 분석하는 것이다. 방 법: 발치된 대구치를 마이크로 컴퓨터 단층촬영(micro CT)을 이용하여 스캔한 다음, 구획화 프로그램(Amira; FEI, Burlington, MA, USA)을 사용하여 읽은 후 STL(stereolithography)형식으로 저장하였다. 최종 컴퓨터 모형은 구획화 프로그램에서 생성된 표면 형상 정보를 바탕으로 유한요소 제작 프로그램(Pam-Crash; ESI group, Paris, France)를 이용하여 육면체 요소로 이루어진 모형을 제작하였다. 모형은 일반적인 주조금관 형성 원리에 따라 형성하였고 12°의 치아 경사도를 갖는 유지구가 없는 모형과 협측 중앙에 유지구가 1개 있는 모형을 제작하였다. 각 모형은 법랑질, 상아질, 치주인대, 해면골, 피질골, 시멘트, 주조금관으로 나누어 제작하였다. 주조금관의 구개측 교두에 300N의 수직하중을 가한 후 최대등가응력 (Max. von Mises stress)의 분포를 분석 하였다. 결 과: 주조금관, 시멘트에서 유지구가 있는 모형의 최대등가응력 값이 낮았다. 특히 시멘트에서 유지구가 있는 모형의 최대등가응력 값이 유지구가 없는 모형의 최대등가응력 값의 1/5 수준으로 관찰되었다. 반면 법랑질, 상아질에서는 유지구가 있는 모형의 최대등가응력 값은 유지구가 없는 모형의 최대등가응력 값 보다 높았다. 치주인대, 피질골, 해면골에서는 두 모형 간 최대등가응력 값의 차이가 없었다. 유지구는 시멘트에 가해진 응력을 법랑질, 상아질로 분산시켜 시멘트에 응력이 집중되는 것을 막았으며 유지구가 치주인대, 피질골, 해면골의 응력분포에는 영향을 주지 않았다. 지대치에 사용되는 유지구는 강도가 약한 시멘트에 응력이 집중되는 것을 막는 역할을 하므로 생역학적인 면에서 사용이 추천된다.

세 개의 2.7mm 나사와 두 개의 3.5mm 나사를 이용한 골다공증성 인간 원위 비골 골절 고정의 생역학적 비교

김민범 서울대학교 대학원 2012 국내박사

서론: 발목 관절 주위의 골절 손상에서 비골 외과는 가장 흔하게 골절되는 부위이다. 발목에 대한 외회전 염전력에 의해 주로 발생되는 이 손상은 비골 외과에 길고 비스듬한 골절선을 만든다. 현재까지 많은 수술 방법들이 소개되어 있는데, 가장 표준적인 방법으로 인정받는 것은 ‘골절 골편간 지연 나사 고정 후 외측 금속판 고정법’이다. 하지만 이 방법은 수술 절개선이 길고 나사 삽입을 위해 많은 골천공이 필요하며, 외측에서 내측으로 향하는 나사들을 삽입하는 과정에서 발목 관절 연골을 손상시킬 위험성이 있다는 단점들이 보고되고 있다. 그러나 최근 들어, 이런 장사형(長斜形)의 비골 외과 골절에 하나 또는 두 개의 3.5mm 두께의 피질골 나사를 골편간 결합 지연 나사 고정법에 대한 좋은 임상 결과가 보고 되고 있다. 방법: 이를 변형시킨 방법인, 2.7mm 소형나사를 3 개 이상 사용하여 양피질 골절편간 나사 고정법(bicortical interfragmentary screw technique)으로 고정한 임상 치료 결과에서 좋은 결과를 얻었는데, 본 연구는 새로운 골절 고정 방법과 기존의 3.5mm 지연 나사 고정법 사이의 생역학적인 차이를 확인하고자 한다. 실험 전 기존 논문들의 자료를 확인하여 통계적 유의성을 확보하는데 필요한 시료의 수를 검정력 분석을 통해 먼저 구하였다. 그리고 그 수에 맞게 인간 사체의 비골을 채취하여, 준비 기간 동안 재료를 영하 20도 정도에서 보관하도록 하였다. 장사형 골절 (long oblique fracture)을 그대로 재현하도록 하기 위해 표준 전후방 절골을 미세 진동 전기 톱을 이용하여 절골하였다. 종골의 골 밀도를 Dual Energy X-ray Absorptiometry를 이용하여 측정하였다. 비골 조직을 무작위로 2개의 조작 군에 배정하였다. 각 군은 3 개의 2.7 mm bicortical 나사 고정군과, 2개의 3.5 mm lag screws 고정군으로 나눈다. 모든 절골부를 정복하고 bone clamp로 일시적 압박을 유지한 후, 각각의 해당 군의 고정 방법대로 고정한다. bicortical screw fixation은 정복된 절골부를 2.0mm drill bit로 골 천공 후 2.7mm 소형 나사만을 삽입 고정하는 방법이고 지연 나사 고정은 양 피질골을 2.0mm drill bit으로 천공 후 근위 피질골을 2.5 mm drill bit으로 천공하여 고정한다. 표본들을 검사 기기에 단단하게 위치시키고, 외팔보 휨 부하와 염전 부하를 가하여 construct stiffness, average load-to-failure, mode of failure를 분석하고 고정법 사이의 결과 확인을 통해 새로운 고정 방법의 유용성에 대해, 비열등 검증(non-inferiority test) 한다. 모든 시료들은 골밀도 검사에서 골다공증으로 판정되었다. 결과: 두 가지 부하 검사 모두에서 새로운 고정 방법이 기존 방법에 비해 load-to-failure나 torque-to-failure, construct stiffness가 열등하지 않음을 확인할 수 있었다. 골다공성 원위 비골의 단순 사형 골절에 대해, 세 개의 2.7 –mm 소형 나사를 이용한 양피질 골편간 고정 방법(bi-cortical inter-fragmentary fixation)은, 임상적 성과가 이미 소개된 3.5-mm 피질골 지연 나사 고정법에 비해 외팔보 휨 부하나 염전 부하 검사 결과에서 열등하지 않았다. 결론: 새로운 고정 방법은 굵기가 가는 원통형의 비골 에서, 기존의 3.5mm 나사보다, 더 많은 나사를 안전하게 삽입하여 보다 적정한 골절 고정을 하는데 좋은 대안이 될 수 있을 것이다. Introduction: The fixation of simple oblique fractures of short tubular bones with only inter-fragmentary screws is simple and straightforward, but its stability is dubious. Methods: This study compared the biomechanical properties of fixation using three 2.7–mm mini-screws and fixation using two 3.5–mm lag screws construct for simple oblique fractures of the distal fibula in osteoporotic bone. Isolated simple oblique fractures of the distal fibula at the level of the syndesmosis were examined with a fibular osteotomy and ligamentous sectioning in 15 paired fresh frozen ankles. The bone mineral density (BMD) was measured. Fractures were fixed with either a mini-screw fixation system using three 2.7–mm mini-screws (group 1) or two 3.5-mm lag screws (group 2) in each pair of ankles. The specimens were examined under a cantilever bending load and an external rotational load to failure. The torque-to-failure, load-to-failure, and construct stiffness of the two fixation groups were compared using a non-inferiority test, with a pre-specified non-inferiority margin. The mode of failure for each specimen was observed. The BMD of calcaneus was assessed as osteoporotic based on reference values for 20- to 29-year-old healthy Koreans. Results: The torque-to-failure, load-to-failure, and construct stiffness of the group 1 were not inferior to those of the group 2. For the group 1, the construct failure was initiated from the distal-most screw hole in the anterior cortex. Fixation with only three 2.7-mm mini-screws provided biomechanical stability comparable to conventional method for simple oblique osteoporotic fractures in the distal fibula under torsional stress, and is straightforward and simple. Conclusions: Fixation with three 2.7-mm mini-screws only may be an alternative treatment for simple oblique fractures of the distal fibula, with torsional stability similar to that with the two 3.5-mm lag screws fixation method.

후상방 광범위 회전근개 파열에서 상부관절낭 재건술 및 하부승모근 건이전술의 생역학적 분석

이준범 울산대학교 대학원 2023 국내박사

국문 요약 배경 및 목적 광범위 회전근개 파열은 견관절의 동적 안정 구조물인 회전근개와 정적 안정 구조물인 관절낭의 손실로, 삼각근의 수축력으로 상완골두의 상방 이동으로 인한 관절의 관절염이 진행하는 것으로 알려져 있다. 광범위 회전근개 파열의 치료로서, 상부관절낭 재건술은 상완골구와 관절와의 상방을 연결하는 정적 안정 구조물 재건술로 상완골두 상방 이동을 방지하는 것으로 알려져 있다. 하부승모근건이전술은 동적 안정 구조물 재건술 방법으로 하부승모근을 동종 아킬레스건을 이용하여 극하근의 부착부에 연결하여 횡짝힘(transverse couple force)를 회복하는 수술법이다. 두 수술방법 모두, 후상방 광범위 회전근개 파열에 적용되어왔고, 보고된 임상결과는 두 수술 모두 양호한 것으로 알려져 있다. 하지만, 각각의 수술은 하나는 정적 안정구조물만을 하나는 동적 안정구조물만을 복원하는 방법으로 모두 견관절 생역학의 완전한 복원에는 제한적이다. 본 연구에서는 각각의 술식의 생역학적 특징을 확인하며, 두 수술을 동시에 시행한 수술의 생역학적 결과를 비교해보고자 한다. 방법 여덟 개 신선 냉동 사체 견관절로 5개 상황에 대하여 시험을 진행하였다. 각각은 1) 정상 견관절, 2) 후상방 광범위 파열 (극상근 및 극하근 파열 모델), 3) 상부관절낭 재건술, 4) 하부승모근건 이전술, 5) 상부관절낭 재건술 및 하부승모근건 이전술 이다. 이에 견관절의 총회전 관절운동범위와 상완골두 상부 이동, 견봉하 최대 접촉 압력을 각각 0º, 30º, 60º 견관절 외전 각도에서 측정하였다. 분산 검정의 반복측정 분석이 수행되었고, Tukey 사후검정법으로 비교분석 하였다. 결과 후상방광범위 파열 모델의 경우, 견관절의 총회전 관절운동범위, 상완골두 상방이동, 및 견봉하 최대 접촉 압력이 정상 모델에 비해 유의하게 증가하였다. 상부관절낭 재건술의 경우, 견관절 0º, 30º 외전각도에서 유의하게 관절운동범위, 상완골두 상방이동, 및 견봉하 최대 접촉 압력이 줄어들었다. 하부 승모근건 이전술도 견관절 0º, 30º, 60º 에서 광범위 파열에 비해 유의하게 상완골두 상방이동, 및 견봉하 최대 접촉 압력이 줄었다. 0º, 30º에서는 상부관절낭 재건술이 유의한 차이로 하부승모근건 이전술에 비해 상완골두 상부 이동 및 견봉하 최대 접촉 압력의 결과가 낮았다. 상부관절낭재건술 및 하부승모근건 이전술을 동시에 한 경우 0º, 30º, 60º 견관절 외전 각도에서 관절운동 범위, 상완골 상방 이동, 견봉하 최대 접촉 압력에서 유의하게 감소하였다. 결론 상부관절낭 재건술 및 하부승모근건 이전술 동시에 시행하는 경우 관절낭 재건술 또는 하부승모근건 이전술 단독으로 시행하였을 때보다 효과적으로 견관절의 생역학적 복구가 효과적이였다. 따라서, 상부관절낭 재건술과 하부승모근건 이전술을 동시에 시행하는 것이 후상방 광범위 회전근개 파열에서 효과적인 수술 후 결과를 얻을 것으로 보인다.

대퇴골 원위골절의 잠김 압박 금속판 고정에 대한 생역학적 분석

이진한 경북대학교 대학원 2017 국내박사

The stable fixation of a distal femur fracture is essential for early joint motion and ambulation. A locking compression plate with the technique of minimal invasive plate osteosynthesis has been the most commonly used procedure in distal femur fractures. However, because of the patho-anatomical features of the patient and fracture characteristic, it is difficult to fix a sufficient number of screws at the distal part of the plate. From this viewpoint, this study aimed to identify how biomechanical stability varies according to the numbers of distal part screws of the LCP – DF, which is a standard implant for the distal femur fractures. Biomechanical stability was compared between three LCP-DF fixation groups (3-screw group, 4-screw group, and 6-screw group). For each group, 6 synthetic adult-sized femur models(Model 3403, Pacific Research Laboratories) were used for the biomechanical research. The composite replicate femurs was used to simulate the distal femur fracture with comminution. After fixing the LCP-DF, the bone of 6cm and 8.5cm above the distal edge of knee part, was removed with a gap of 2.5cm. For the biomechanical analysis, the servo-hydraulic testing machine(MTS 810 Material Test System, MTS Systems, Eden Prairie, MN) was used. For the cyclic loading, an axial loading of 100N-1000N, 3Hz, and 100,000 cycle was given, after a 100N pre-load was given. For the failure test, an axial load at a velocity of 10 mm/min was given so that the load to failure, mode of failure and displacement at load to failure were all recorded and analyzed. During the cyclic loading test, there was no failure in all of the 3-screw, 4-screw and 6-screw groups. In load-to-failure test, average load to failure was 4214.8N(ranging from 4138 to 4390N) for the 3-screw group, 4273.2N(from 4143 to 4329N) for 4-screw group, and 4713.3N(from 4587 to 4955N) for the 6-screw group(p=0.007). Every sample taken from the three groups showed cracks. The average displacement in the failure showed an average of 10.3mm(ranging from 9.6 to 11.8mm) for the 3-screw group, 9.1mm(ranges from 6.5 to 11.7mm) for 4-the screw group and an average of 8.8mm(ranges from 6.4 to 10.4mm) for the 6-screw group. As expected, 6 screws group was the strongest biomechanical construct of LCP-DF in the fixation of extra-articular distal femur fractures. However, in fractures with the difficulty to fix 6 screws at the distal fracture segment, the fixation of three to four screws were also achieved an acceptable stability, biomechanically. However, the further study is needed in the model of the elderly people or osteoporotic fractures.

동작분석 장치를 이용한 근감소증 여성 노인의 스쿼트 동작 특성 분석

이다연 연세대학교 대학원 2026 국내석사

국 문 요 약 동작분석 장치를 이용한 근감소증 여성 노인의 스쿼트 동작 특성 분석 본 연구는 RGB-D 카메라 기반 동작분석 장치를 이용하여 근감소증 여성 노인의 오버헤드 스쿼트 동작 특성을 분석하였다. 연구대상은 편의 표집 방식에 따라 강남세브란스병원을 내원한 외래 환자 가운데 만 65세 이상의 여성 노인을 대상으로 AWGS 2019 기준에 따라 근감소증군 34명과 대조군 34명으로 구분하여 선정하였다. 대상자들은 RGB-D 카메라가 부착된 동작분석 장치로부터 200cm 거리에 양발을 발판의 기준선에 맞추어 11자로 정렬하고, 오버헤드 스쿼트를 5회 수행하였고, 동작분석 장치에서 출력된 데이터로 머리의 상하 움직임 폭, 총 이동거리, 평균 속도, 좌우 및 앞뒤 흔들림, 무릎 벌어짐과 무릎 굽힘 각도를 산출하였다. 측정 자료는 SPSS 30.0과 R4.4.1을 이용하여 기술통계 분석 및 집단 간 차이를 비교하고, 이를 시각적으로 나타내었다. 분석한 결과 운동 능력에서는 머리 상하 움직임 폭과 머리 총 이동 거리 그리고 머리 움직임의 평균 속도는 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다. 동적 균형 능력에서는 머리의 앞뒤 흔들림에서는 유의한 차이를 보였지만, 좌우 흔들림에서는 차이가 나타나지 않았다. 하체 정렬과 관절 가동범위에서는 무릎 벌어짐과 무릎 굽힘 각도에서 유의한 차이를 확인하였다. 이처럼 근감소증군은 전반적인 운동 수행 능력과 하체 정렬 및 관절 가동범위에서 대조군보다 유의하게 낮은 평균값을 보였다. 이 결과는 근감소증이 있는 여성 노인은 운동 수행 능력과 하체 정렬과 관절 가동범위에서 신체 능력이 상대적으로 저하되어 있음을 보여준다. 본 연구는 RGB-D 기반 동작분석을 통해 이러한 운동학적 변화를 객관적 수치로 제시하였으며, 이는 근감소증 노인의 낙상 예방 및 맞춤형 재활 프로그램 설계를 위한 기초 자료로 활용될 수 있다. This study aimed to quantitatively elucidate the kinematic characteristics of overhead squats performed by elderly women with sarcopenia using RGB-D-based motion analysis. The study subjects were women aged 65 years or older, and were divided into sarcopenia and control groups based on the diagnosis of sarcopenia according to the AWGS 2019 criteria. Participants performed five overhead squats. During this process, an RGB-D camera-based motion analysis device was used to measure head up-and-down range of motion, total distance traveled, average velocity, left-right and forward-backward sway, knee valgus, and knee flexion angle. These data were used to compare differences between groups. The results showed that the sarcopenia group had significantly smaller head up-and-down range of motion, total distance traveled, average velocity, and knee flexion angle compared to the control group. Furthermore, knee valgus was significantly narrower in the sarcopenia group compared to the control group, and anteroposterior head sway was significantly greater in the sarcopenia group. These results demonstrate that the overhead squat pattern in older women with sarcopenia is characterized not only by reduced speed and range of motion, but also by medial knee collapse and decreased anteroposterior postural control. This study objectively quantified these kinematic changes using RGB-D-based motion analysis, which can serve as a baseline for fall prevention and the design of customized rehabilitation programs for older adults with sarcopenia.

성장기 기토 장관골의 신장골절의 생역학적 특성

안병완 서울大學校 1986 국내박사

Comparison of stiffness and anterior translation in reconstructed sternoclavicular joints treated for dislocation with different surgical techniques : a fresh cadeveric study

박일환 Graduate School, Yonsei University 2015 국내박사

Although the dislocation of sternoclavicular joint is a rare occasion, it poses a high potential risk as many vital organs are located in thorax proximal to sternoclavicular joint. Therefore, operative intervention is considered if anterior or posterior dislocation continue to recur or reduction attempts fail. The importance of sternoclavicular joint reconstruction is emphasized and various methods are attempted in clinical practice. However, biomechanical comparative analysis of these methods and biomechanical study of the structures that maintain the stability of sternoclavicular joint have been limited. Total of 24 cadaver specimens were secured, and each specimen was consisted of clavicle, sternoclavicular joint and the first rib. In patients with anterior dislocation of the SC joint that are irreducible or require surgical reconstruction, figure of eight reconstruction procedure using hamstring tendon showed better stiffness and minimal anterior translation of the clavicle during shoulder movement similar to the normal joint. 흉쇄관절의 탈구는 매우 드물지만 흉쇄관절 근위부의 흉곽에는 생명유지에 치명적인 영향을 주는 장기들이 있어 탈구시 잠재적인 위험이 높다.따라서 전방 또는 후방 탈구가 계속해서 재발하여 증상이 유발되거나 정복 시도에도 불구하고 탈구가 정복되지 않을 때 수술적 개입이 필요하다. 현재 흉쇄관절의 전방 및 후방 안정성의 유지에 중요한 역할을 하는 구조물에 대한 생역학 연구는 물론 현재 시행되고 있는 다양한 재건술 간의 생역학 비교 분석은 많지 않다. 24개의 cadaver specimen을 확보하였으며 각각의 specimen은 쇄골, 흉쇄관절, 제1 늑골을 포함하여 구성하였다. 흉쇄관절 전방탈구 환자에 있어서 정복이 되지 않거나, 탈구가 생명에 치명적인 영향을 줄 수 있을 경우 관혈적 정복 및 재건은 시행되어야 할 대표적인 술식이다. 그 중 대표적인 세가지의 흉쇄관절 재건술을 수술 이후의 강도와 생역학적 운동기능을 평가한바 hamstring figure-of-eight reconstruction이 가장 우수한 흉쇄관절 재건 술기임을 보고한다

대퇴 경부 골절에서 중량 부하의 생역학=

林鎭明 高麗大學校 1990 국내박사

난소절제된 가토에 식립한 선반가공 및 티타늄 플라스마 분사 임플랜트 표면에 대한 생역학 및 조직학적 연구

박수성 檀國大學校 1998 국내박사

골유착의 성공은 부분적으로 숙주골의 상태에 많은 영향을 받는다. 골다공증은 이러한 숙주골의 상태에 영향을 미치는 요인이며, 나이, 성별, 인종, 지역, estrogen, 식이 알콜, 흡연 및 약물등 다양한 요소에 의해 영향을 받는다. 일부 PTV(Periotest Value) 실험에 따르면 통계적으로 노년남성의 PTV가 노년여성의 PTV보다 더 낮은 수치를 가져 상대적인 안정성을 보인다. 본 연구에서는 이런 이유중의 하나인 골다공증 상태에서 임플랜트에 대한 조직 및 생역학적 반응을 연구하였다. 이 논문의 연구목적은 다음과 같다. 1. 정상 가토와 난소절제로 유도된 골다공증 가토간 임플랜트의 경조직 반응을 조직 형태 계측학적 연구와 임플랜트 안정성 실험을 통해 비교하였다. 2. 난소절제된 가토에서 선반가공된 임플랜트와 티타늄 플라스마 분사 임플랜트의 표면 거칠기를 분석하였다. 3. 난소절제 영향하에서 임플랜트 골수용부위를 질적, 양적으로 평가하고, 임플랜트에 하중을 가하였을 때 그 응력분포를 유한요소법으로 분석하였다. 본 연구에서는 선반가공된 나사형 임플랜트와 티티늄 플라스마 분사 임플랜트를 뉴질랜드산 가토의 경골에 식립하여 2개월 후 난소절제를 시행하였으며, 3개월과 6개월 후에 토끼를 희생하여 조직 형태 계측학적 분석, 표면거칠기 분석, 임플랜트 안정성 실험 및 유한요소법 분석을 시행하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 조직 형태 계측학적 분석에서는 실험군도 활발한 골개조의 양상을 보였고, 티타늄 플라스마 분사 임플랜트가 선반가공된 임플랜트보다 골과 금속간의 접촉이 넓었다. 표면거칠기 분석에서는 티타늄 플라스마 분사 임플랜트가 선반가공된 임플랜트보다 약 2배 더 거칠었고, 임플랜트 안정성 실험에서는 대조군이 실험군에 비해 비교적 낮은 수치를 가져 안정성을 보였다. 유한요서법적 분석에서 수직 정하중을 가한 경우 두가지 형태의 임플랜트 모두에서 골밀도의 변화에 상관없이 피질골과 임플랜트 경계부위에서 가장 큰 응력값을 나타내었고, 나사형 임플랜트의 경우 골밀도 변화에 따른 응력밧의 차이가 크게 나타났다. 경사하중을 가한 경우는 원주형 임플랜트에서의 응력값이 나사형 임플랜트에 비해 약 3배정도 크게 나타나고 있으며, 이는 측방력에 대한 저항구조를 가지지 못한데 기인한 것으로 사료된다. 또한 수직 정하중 및 경사하중을 가한 경우 충분한 골밀도를 가진 경우에 있어 나사형 임플랜트가 보다 우수한 응력분포를 보였다. The Purpose of this study was to evaluate the effect of the state of host bone on the success of implants and to comparatively analyze the pattern of stress distribution in various bone densities, according to the type of implant. Ovariectomy was conducted on the rabbits after implantation of machined screw type implants and TPS implants. The rabbits were sacrificed after 3 and 6 months for histomorphometric analysis, surface roughness analysis, implant stability test and finite element analysis. The result were as follows. 1. Histomorphometric analysis The experimental group showed thinner cortical bone and more porosity compared to the control group. However, active bone remodelling could be seen and the quality of the newly formed bone was no different than normal bone. Thus, it its thought that bone-implant interface created after implantation was not highly affected and TPS implant had slightly higher percent of bone to metal contact than the machined implant. As a result of mirror image analysis of the machined screw type implant, the control group and outer thread showed higher percent than the experimental group and inner thread. 2. Surface roughness analysis The roughness of the TPS implant was about twice that of the machined implant. 3. Implant stability test As a result of Periotest evaluation. after 3 months the stability of the control group was better than the experimental group. After 6 months there was no significant difference. There was also difference between each impact direction(45°). As a result of resonance frequency value of the control group slightly increased compared to the experimental group when comparing the 3 month group and 6 month group. This is thought to be because of the increase in osseintegration after 6 months compared to 3 months. 4. Finite element analysis When applying axial load, the difference in stress value according to bone density was larger only in the screw type implant. When applying axial load, the stress value of the cylinder type implant was 3 times higher than the screw type implant. The most superior stress distribution was shown in cases of sufficient bone density and screw type implants. This is thought be due to the difference in implant type. From the result above, osteoporosis revoked by ovariectomy did not have large effects on the success of implants. in consideration of the biomechanical aspect, the screw type showed higher stability. Thus, it is thought that the design of the implant is more important than the state of osteoporosis in selection of implant.

Difference of New Bone Formation according to Combination Ratio of Periosteum-derived Stem Cells and Bio-mechanical Stimulation on Functional Collagen Scaffold

김성원 부산대학교 대학원 2020 국내박사

Background and Purpose Tissue engineering techniques for bone regeneration in the maxillofacial area have been developed. Scaffold, cells, and biophysical and biochemical stimulation are the three key components in regenerative medicine. Biomechanical stimulations using new types of bioreactors promote the proliferation and differentiation of mesenchymal stem cells into osteoblasts in vitro and in vivo. In this study, we developed a new bioreactor with cyclic tensile strain, and observed the effect of biomechanical stimulation on cells in collagen scaffolds. Materials and Methods Cyclic tensile stress (4%, 0.5 Hz for 8 hours) was transmitted to periosteal-derived stem cells in the three-dimensional collagen scaffold using the bioreactor. The collagen scaffold which the tensile strain was applied onto the seeding cells and grafted into the cranial bone defect of rats (5 mm). The rats were scarified after 4, 8, 12 weeks. The effect of cyclic tensile stimulation on the proliferation and differentiation of periosteal-derived stem cells into osteoblasts, and the regeneration of the new bone was evaluated. Three experimental groups were used in this study: collagen scaffold only, collagen scaffold plus stem cells without tensile strain, and the scaffold with the cells with tensile strain. Control groups were divided into negative control group without any graft material on the defect and positive control group with Bio-oss graft. The rat calvarias specimen were treated and observed using immunohistochemistry and micro CT. Results 1. The findings of scanning electron microscopy showed that stem cells in the collagen scaffold transmitted with tensile strain were well differentiated into osteoblasts. 2. Histological findings using H & E stain and Masson Trichrome staining in the experimental stem cells in the collagen scaffold transmitted with tensile strain showed significant, active, new bone formation compared with that in the control group. 3. Immunohistochemical findings related to SPARC/M-CSF/TGF-ß2 in the experimental stem cells in the collagen scaffold transmitted with tensile strain also revealed significantly higher capacity of bone regeneration. Additionally, the micro CT study of the same experimental cells with tensile strain revealed a higher degree of healing than that more healed state than that in other experimental cells. Conclusion The cyclic biomechanical stimulation of periosteum-derived stem cells in the 3D collagen scaffold significantly enhanced bone formation in vitro and in vivo.