새로운 방식의 나사형 인공디스크 고정체 설계 해석

Abstract

전체 대치 인공디스크는 인접 디스크의 퇴행을 촉진시킬 수 있다는 척추융합술의 단점을 보완할 수 있어 다양한 개발 시도가 있어왔다. 그러나 그 성공률이 융합술에 미치지 못하고 있어 융합술을 완전히 대체하기에는 아직 미흡한 실정이다. 본 논문에서는 인공 디스크의 고정 성능을 향상시키기 위하여 추골 사이에 직접 삽입되는 조립형 나사 고정체를 제안하였다. 또한 제안된 고정체의 설계 타당성을 검증하기 위해 기존 상용 인공디스크의 쐐기형 고정체, 판형 고정체와 함께 전방굽힘 10Nm, 측방굽힘 10Nm, 비틀림 10Nm, 압축하중 1000N의 하중조건에서 1`/4 유한요소 모델링을 완성한 후, 유한요소 해석을 수행하였으며 ROM 및 최대응력을 비교하였다. 그 결과 모든 하중조건에서 나사형 고정체는 쐐기형 고정체에 비해 평균 42.7%, 판형 고정체에 비해 35.5%의 ROM 감소를 나타내었다. 골-고정체간의 응력비는 쐐기형 고정체가 전방굽힘에서 48배로 가장 컸고 나사형 고정체가 압축하중에서 6.6배로 최소 응력비를 보였다. 골시멘트 적용 결과 쐐기형 고정체가 80%의 최대 응력 감소를 보여 골시멘트의 적용효과를 가장 크게 본 것으로 나타났다. 마지막으로 중간나사를 체결시켜 나사형 고정체의 깊이를 증가시켜본 결과 깊이가 증가함에 따라 ROM과 해면골의 최대응력이 감소하는 경향을 나타내었다. 향후, 진행 중인 실험과 병행한 골질에 따른 나사 체결수의 조절, 수술용 공구의 개발 등으로 경쟁력있는 인공디스크 개발이 가능할 것이다.; Over the last years, a tremendous effort has been made to develop a total disc replacement(TDR) to make up for the disadvantage of spinal fusion that may accelerate degenerative changes of adjacent discs. However, it is insufficient for TDR to replace spinal fusion for its low success rate. In this study, new screw type fixture that can be assembled directly between the spinal endplates was proposed to improve the fixation of an artificial intervertebral disc. And a finite element analysis of three types such as wedge type, plate type and screw type was performed to compare with three types and to evaluate the validity of the proposed design. The four loadings such as 10Nm for flexion, 10Nm for lateral bending, 10Nm for twisting and 1000N for compression were applied to a quarter FE model. and the ROMs and the maximum equivalent stresses were examined. The result shows that the ROM of the proposed screw type fixture was decreased average 42.7% as compared with the wedge type fixture and 35.5% as compared with the plate type fixture. The maximum stress ratio between the bone and fixture showed 48-fold in wedge-type under flexion and the minimum stress ratio between the bone and fixture showed 6.6-fold in screw- type under compression. In the result of using bone cement, the maximum stress decreased to 80% after bone cement was used in wedge type fixture. Finally, the ROM and the maximum stresses are decreased as the height of screw increases. The following studies on the relationship between the screw depth and the bone quilities and on making the operative tools can be make this artificial disc more competitively.