퇴행성 척추질환의 수술적 치료를 위해 현재 척추경 나사못(pedicle screw system)을 이용한 척추유합술이 가장 널리 사용되고 있다. 척추경 나사못의 여러 장점에도 불구하고 과도한 추궁(lamina)과 후관절(facet joints), 추간공 (intervertebral foramen)의 절제로 척추가 구조적 변형이 발생할 수 있고 추간체 고정재 시스템 (Pedicle Screw System)시술시 과도한 후방 구조 파괴 및 피부절개로 인해 환자에게 많은 부담을 주게 된다. 이에 따라 비교적 작은 피부 절개만으로 척추를 고정 할 수 있는 척추 극돌기간 삽입체 (interspinous spacer)들이 개발 되어 지고 있다. 그러나 이들 기기는 수술과정 중 극상인대(...
퇴행성 척추질환의 수술적 치료를 위해 현재 척추경 나사못(pedicle screw system)을 이용한 척추유합술이 가장 널리 사용되고 있다. 척추경 나사못의 여러 장점에도 불구하고 과도한 추궁(lamina)과 후관절(facet joints), 추간공 (intervertebral foramen)의 절제로 척추가 구조적 변형이 발생할 수 있고 추간체 고정재 시스템 (Pedicle Screw System)시술시 과도한 후방 구조 파괴 및 피부절개로 인해 환자에게 많은 부담을 주게 된다. 이에 따라 비교적 작은 피부 절개만으로 척추를 고정 할 수 있는 척추 극돌기간 삽입체 (interspinous spacer)들이 개발 되어 지고 있다. 그러나 이들 기기는 수술과정 중 극상인대(SSL)의 파괴로 인해 추가적인 척추 불안정성을 유발하며 삽입된 고정기기의 이탈(migration)등의 문제점이 보고되고 있다. 따라서 본 연구에서는 기존 척추극돌기간 삽입체의 문제점을 개선한 새로운 척추극돌기간 삽입체(New ISP Device)를 설계, 제작 하고 기계적 실험을 통해 구조적 안정도 및 이탈 가능성을 평가 하며 각각의 시술상황을 유한요소모델(finite element model)로 구현하여 시술 New ISP Device의 움직임 제한 여부, 인접분절의 영향 및 하중분담을 Pedicle Screw System와 비교 분석 하고자 하였다. 기존의 척추극돌기간 삽입체의 문제점을 해결하기 위해 아래와 같은 설계 입력 조건의 설계를 목적으로 하였다. (1)유합술 후 후방의 안정성을 충분히 확보해야 하며, (2)수술 과정 중 극상인대를 최대한 보존해야 하며, (3)기기의 이탈(migration)현상을 줄여야 하며, (4)다른 추가적인 고정이 없이 시술이 간단해야 하며, (5)척추 극돌기 에서 추가적인 유합이 일어 날수 있도록 해야 한다. 3차원 설계 소프트웨어 (SolidWorks Premium 2012, Dassault System, France)를 사용하여 설계를 진행 하였다. 생성된 모델링을 데이터를 바탕으로 2차원 설계 소프트웨어(AutoCAD 2012, AutoDesk, USA)를 이용해 시작품 제작이 가능한 형태로 도면을 작성했고, 공작기계를 이용해 최종 시제품을 완성 했다. New ISP Device는 판(Plate)과 스페이서(Spacer) 및 고정볼트가 조립되어 완성되는 기기로 회전 운동에 취약한 구조를 가지고 있고, 기존 척추간 극돌기간 삽입체의 가장 큰문제점인 기기이탈 (Migration)을 확인하기 위해 비교제품(COFLEX)과 회전 및 이탈실험을 실시하였다. 정적 회전 실험에서 New ISP Device와 COFLEX의 항복강도는 각각 19N±2.15, 5.64±1.05으로 New ISP Device쪽이 3.3배 높게 나타났으며, 동적 회전 실험의 경우 5,000,000회의 피로 하중에 파단 및 나사 풀림 등이 발생하지 않았다. 그리고 이탈 실험에서 New ISP Device와 COFLEX의 최대강도는 각각 3080±35.51 , 1316±14.12으로 New ISP쪽이 2.3배 높게 나타났다. 이는 판 쪽 구조의 표면적이 COFLEX쪽보다 넓고 돌기(Spike)구조의 디자인으로 인한 것으로 척추간 극돌기간 삽입체의 기기이탈 문제점을 극복 할 수 있을 것으로 사료 된다. New ISP Device 와 Pedicle Screw System 시술 후 생체역학적 거동 변화를 분석하기 위하여 시술 모델에 400N의 follower load를 적용하고, 굴곡 8Nm/신전 6Nm/측굴 6Nm/축 회전 4Nm의 순수 모멘트를 인가하여 척추 분절 간 회전 운동을 측정한 후, 각 분절의 운동량 및 하중 분담의 변화를 분석하였다. 각 시술모델은 운동량은 모두 정상모델보다 감소했다. New ISP Device과 Pedicle Screw System이 사용된 모델에서 굴곡, 신전, 측굴 운동에서 각각 8%, 19%, 7% 만큼 Pedicle Screw System모델이 운동량을 더 제한을 했다. 반면 회전 운동에서는 2% New ISP쪽이 운동량을 더 제한했다. 비록 운동성 제한이 7 ~ 19%까지 차이가 나지만 신전운동에서만 많은 차이가 나고 정상요추 모델과 비교해 보면 22 ~ 69%의 운동량을 제한해 New ISP Device도 척추 시술 후 충분한 고정력을 가질 것으로 사료 된다. 그리고 다른 운동과 달리 회전운동에서 New ISP Device운동량 제한이 큰 것은 극돌기간을 정확하게 골유합됐다고 가정했기 때문에 라고 사료된다. New ISP Device를 이용한 척추 고정법은 기존의 Pedicle Screw System에 비해서 인접부위의 운동 변화에 있어서 5 ~ 19%영향이 덜 한 것으로 나타났다. 따라서 시술 후 인접 부위의 퇴행화 진행을 지연시켜주며, 이에 따른 추가적인 수술의 가능성이 낮아질 것으로 사료된다. 정상 척추의 전？후방 하중 분담 비율이 89:11, 고정기기를 사용하였을 때 약 70:30으로 New ISP Device를 통하여 전달되는 힘이 Pedicle Screw System에 비해 약20% 감소함에 따라 전방으로 전달되는 하중이 증가하여 하중 분담 비율이 75:25로 나타났다. 이를 통해 New ISP Device는 Pedicle Screw System에 비해 응력 방패 현상을 감소시키고 전방에 충분한 자극을 주어, Pedicle Screw System후 문제점으로 보고되고 있는 골감소증(osteopenia) 또는 골다공증(osteoporosis) 증상을 완화시키는 효과를 나타낼 것으로 기대된다. 결과적 New ISP Device는 시술적 면에서 최소침습수술이 가능했고, 기능적 면에서는 기존의 ISP Device의 문제점을 해결 했다. 또 성능적 면에서는 Pedicle Screw System과 유사한 고정력을 보임으로써 이를 대체할 수 있는 새로운 기기가 될 수 있을 것으로 사료 된다.
퇴행성 척추질환의 수술적 치료를 위해 현재 척추경 나사못(pedicle screw system)을 이용한 척추유합술이 가장 널리 사용되고 있다. 척추경 나사못의 여러 장점에도 불구하고 과도한 추궁(lamina)과 후관절(facet joints), 추간공 (intervertebral foramen)의 절제로 척추가 구조적 변형이 발생할 수 있고 추간체 고정재 시스템 (Pedicle Screw System)시술시 과도한 후방 구조 파괴 및 피부절개로 인해 환자에게 많은 부담을 주게 된다. 이에 따라 비교적 작은 피부 절개만으로 척추를 고정 할 수 있는 척추 극돌기간 삽입체 (interspinous spacer)들이 개발 되어 지고 있다. 그러나 이들 기기는 수술과정 중 극상인대(SSL)의 파괴로 인해 추가적인 척추 불안정성을 유발하며 삽입된 고정기기의 이탈(migration)등의 문제점이 보고되고 있다. 따라서 본 연구에서는 기존 척추극돌기간 삽입체의 문제점을 개선한 새로운 척추극돌기간 삽입체(New ISP Device)를 설계, 제작 하고 기계적 실험을 통해 구조적 안정도 및 이탈 가능성을 평가 하며 각각의 시술상황을 유한요소모델(finite element model)로 구현하여 시술 New ISP Device의 움직임 제한 여부, 인접분절의 영향 및 하중분담을 Pedicle Screw System와 비교 분석 하고자 하였다. 기존의 척추극돌기간 삽입체의 문제점을 해결하기 위해 아래와 같은 설계 입력 조건의 설계를 목적으로 하였다. (1)유합술 후 후방의 안정성을 충분히 확보해야 하며, (2)수술 과정 중 극상인대를 최대한 보존해야 하며, (3)기기의 이탈(migration)현상을 줄여야 하며, (4)다른 추가적인 고정이 없이 시술이 간단해야 하며, (5)척추 극돌기 에서 추가적인 유합이 일어 날수 있도록 해야 한다. 3차원 설계 소프트웨어 (SolidWorks Premium 2012, Dassault System, France)를 사용하여 설계를 진행 하였다. 생성된 모델링을 데이터를 바탕으로 2차원 설계 소프트웨어(AutoCAD 2012, AutoDesk, USA)를 이용해 시작품 제작이 가능한 형태로 도면을 작성했고, 공작기계를 이용해 최종 시제품을 완성 했다. New ISP Device는 판(Plate)과 스페이서(Spacer) 및 고정볼트가 조립되어 완성되는 기기로 회전 운동에 취약한 구조를 가지고 있고, 기존 척추간 극돌기간 삽입체의 가장 큰문제점인 기기이탈 (Migration)을 확인하기 위해 비교제품(COFLEX)과 회전 및 이탈실험을 실시하였다. 정적 회전 실험에서 New ISP Device와 COFLEX의 항복강도는 각각 19N±2.15, 5.64±1.05으로 New ISP Device쪽이 3.3배 높게 나타났으며, 동적 회전 실험의 경우 5,000,000회의 피로 하중에 파단 및 나사 풀림 등이 발생하지 않았다. 그리고 이탈 실험에서 New ISP Device와 COFLEX의 최대강도는 각각 3080±35.51 , 1316±14.12으로 New ISP쪽이 2.3배 높게 나타났다. 이는 판 쪽 구조의 표면적이 COFLEX쪽보다 넓고 돌기(Spike)구조의 디자인으로 인한 것으로 척추간 극돌기간 삽입체의 기기이탈 문제점을 극복 할 수 있을 것으로 사료 된다. New ISP Device 와 Pedicle Screw System 시술 후 생체역학적 거동 변화를 분석하기 위하여 시술 모델에 400N의 follower load를 적용하고, 굴곡 8Nm/신전 6Nm/측굴 6Nm/축 회전 4Nm의 순수 모멘트를 인가하여 척추 분절 간 회전 운동을 측정한 후, 각 분절의 운동량 및 하중 분담의 변화를 분석하였다. 각 시술모델은 운동량은 모두 정상모델보다 감소했다. New ISP Device과 Pedicle Screw System이 사용된 모델에서 굴곡, 신전, 측굴 운동에서 각각 8%, 19%, 7% 만큼 Pedicle Screw System모델이 운동량을 더 제한을 했다. 반면 회전 운동에서는 2% New ISP쪽이 운동량을 더 제한했다. 비록 운동성 제한이 7 ~ 19%까지 차이가 나지만 신전운동에서만 많은 차이가 나고 정상요추 모델과 비교해 보면 22 ~ 69%의 운동량을 제한해 New ISP Device도 척추 시술 후 충분한 고정력을 가질 것으로 사료 된다. 그리고 다른 운동과 달리 회전운동에서 New ISP Device운동량 제한이 큰 것은 극돌기간을 정확하게 골유합됐다고 가정했기 때문에 라고 사료된다. New ISP Device를 이용한 척추 고정법은 기존의 Pedicle Screw System에 비해서 인접부위의 운동 변화에 있어서 5 ~ 19%영향이 덜 한 것으로 나타났다. 따라서 시술 후 인접 부위의 퇴행화 진행을 지연시켜주며, 이에 따른 추가적인 수술의 가능성이 낮아질 것으로 사료된다. 정상 척추의 전？후방 하중 분담 비율이 89:11, 고정기기를 사용하였을 때 약 70:30으로 New ISP Device를 통하여 전달되는 힘이 Pedicle Screw System에 비해 약20% 감소함에 따라 전방으로 전달되는 하중이 증가하여 하중 분담 비율이 75:25로 나타났다. 이를 통해 New ISP Device는 Pedicle Screw System에 비해 응력 방패 현상을 감소시키고 전방에 충분한 자극을 주어, Pedicle Screw System후 문제점으로 보고되고 있는 골감소증(osteopenia) 또는 골다공증(osteoporosis) 증상을 완화시키는 효과를 나타낼 것으로 기대된다. 결과적 New ISP Device는 시술적 면에서 최소침습수술이 가능했고, 기능적 면에서는 기존의 ISP Device의 문제점을 해결 했다. 또 성능적 면에서는 Pedicle Screw System과 유사한 고정력을 보임으로써 이를 대체할 수 있는 새로운 기기가 될 수 있을 것으로 사료 된다.
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