인체 척추 수핵 복원을 위한 인공 수핵 및 주입 제어기에 대한 연구 = A study of artificial discs and injection controller for human lumbar spine discs restoration

국문 초록 (Abstract)

국내에서의 근골격계 질환은 최근 10년간 지속적인 증가를 보이고 있으며, 그 중 요통은 가장 발병률이 높고, 치료와 생산력 저하 등 직⦁간접적으로 경제적 부담이 큰 질환중 하나이다. 대한통계 보도 자료(2001~2010)에 의하면 최근 10년간 척추관련 병증이 4배 이상 증가한 것으로 나타났다.[1] 요통은 외상에서 퇴행성 변화(일종의 비정상적인 노화 현상에 의한 변화)에 이르기까지 여러 가지 원인에 의해 야기되며, 이에 대한 정형 외과적 시술로써 추간판 절제술, 수핵 성형술, 척추 유합술, 인공디스크를 이용한 삽입술등이 시행되고 있다. 최근 앞서 언급한 시술 중 디스크를 둘러싸는 섬유륜 (annulus fibrous)의 손상을 최소화하고 병변이 되는 디스크 수핵(nucleus pulposus)을 치료하는 미세 침습적 시술방법이 각광을 받고 있으며, 디스크 수핵 제거(nucleotomy) 및 안정화에 따른 연구논문 또한 많이 발표되고 있다.[2] 척추에 관한 연구는 최근 들어 유한요소해석기법을 이용하여 더욱 활발하게 진행되고 있으며 그 중 임플란트를 위한 인공디스크의 생체역학적 거동특성은 매우 중요한 부분을 차지한다. 지금까지 인공디스크를 이용한 삽입술의 경우 추간판(Intervertebral discs)을 완전제거하고 그 자리에 티타늄 소재의 인공디스크를 삽입하는 시술이 진행되어왔으나, 시술의 어려움과 시술후의 부작용으로 인한 문제점의 발생으로 추간판에서 섬유륜(anulus fibrosus)부분에는 최소한의 손상만으로 병변 디스크 수핵(nucleus pulposus)부분만을 제거하고 그 자리를 인공디스크 수핵으로 대체하는 방법이 요구되고 있다. 인공디스크는 탄성과 운동성을 모두 적절하게 갖추고 있어야 하는 요구조건을 만족하기 위하여 기존의 티타늄재료가 아닌 섬유소재를 이용한 인공디스크 및 PDN등이 제시된 바 있다. 본 연구에서는 이러한 탄성과 운동성을 모두 적절하게 갖춘 인공디스크 수핵을 유한 요소 기법을 통하여 선정하고, 시술 시 적정내압을 유지하여 인체 척추디스크 수핵의 복원을 위한 인공디스크 수핵과 주입 제어기에 대한 연구가 수행되었다.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• Abstract ................................................................................................................. 1
• 국문요약 ................................................................................................................ 3
• 목차 ................................................................................................................ 5
• 그림 목차 ................................................................................................................ 7
• 표 목차 ................................................................................................................ 8
• 1. 서론
• 1.1 연구의 배경 ................................................................................................. 9
• 1.2 선행 연구 조사 ......................................................................................... 12
• 1.3 연구의 목적 ............................................................................................... 14
• 2. 연구 대상 및 방법 ........................................................................................... 15
• 2.1 요추 척추분절 유한요소 모델의 구성 ................................................ 17
• 2.1.1 기준 요추 모델 ................................................................................ 17
• 2.1.2 공극 탄성 수핵 모델 ..................................................................... 20
• 2.1.3 유체 충진 수핵 모델 ..................................................................... 21
• 2.1.4 경계 조건 및 하중 조건 ............................................................... 22
• 2.2 실험 기기 ................................................................................................... 23
• 2.2.1 척추 실험기기 구성 ....................................................................... 23
• 2.2.2 척추 실험기의 하중 부여 ............................................................. 25
• 2.2.3 인공디스크 수핵 주입 제어기의 구성 ....................................... 28
• 2.2.4 인공디스크 수핵의 내압조절 ....................................................... 30
• 2.2.5 최적 설계에 의한 인공디스크 수핵 제작 ................................. 32
• 2.3 실험 방법 및 구성 ................................................................................... 33
• 2.3.1 실험 시편의 준비 ............................................................................ 33
• 2.3.2 실험 구성 .......................................................................................... 34
• 3.결과 ........................................................................................................................ 37
• 3.1 요추 척추분절 유한요소 모델 해석 결과 .......................................... 37
• 3.1.1 실험계획법/반응표면법이용 공극 탄성 수핵 최적 설계 ...... 37
• 3.1.2 유체 충진 모델 거동의 설계 및 해석 결과 ............................ 42
• 3.1.3 공극탄성 수핵모델과 유체 충진 수핵모델의 비교 ................ 45
• 3.2 L4-L5 신선사체 요추분절 실험 결과 ................................................ 48
• 3.2.1 요추분절의 처짐 .............................................................................. 48
• 3.2.2 요추분절의 굴곡-신장 및 측 굽힘 ............................................. 52
• 3.2.3 CT 결과 ............................................................................................ 59
• 3.2.4 분산 분석 결과 ................................................................................ 62
• 4. 결론 ...................................................................................................................... 67
• 참 고 문 헌 ............................................................................................................ 73