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무릎인공관절의 하중에 따른 내구성에 관한 해석적 연구
Analytical Study on Durability due to the Load of Artificial Knee Joint 원문보기

한국융합학회논문지 = Journal of the Korea Convergence Society, v.5 no.2, 2014년, pp.7 - 11  

조재웅 (공주대학교 기계자동차공학부)

초록
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본 연구에서는 텅스텐합금강의 상부구조와 폴리에틸렌소재로 구성된 하부구조의 무릎 인공관절이 하중을 받았을 때에 인공관절의 하중분포와 인공관절의 설치를 위한 지지구멍에 가해지는 응력분포에를 유한요소해석에 의하여 연구하였으며, 이러한 결과들을 이용하여 실물에 대한 실험을 위한 기초자료를 얻을 수 있었다. 상부구조의 모서리 끝부분부터 하중이 집중되어 크랙이 발생되며 이는 의학계에 보고된 인공관절파손에 의한 조직괴사사례와 그 거동이 일치하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The artificial joint is consisted with the upper structure of tungsten alloy steel and the lower part of polyethelene are applied with load. When this joint is applied with load in this study, the load distribution at the joint and the stress distribution of support hole to install the joint are inv...

주제어

#인공관절설계   #유한요소모델   #상당응력   #연결  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 8kgf의 공식을 통해 60kg의 체중을 가진 노인이 걷는 것을 가상하였으며, 1초간의 인터벌간격을 줌으로 한발씩 걸음을 옮기는 것을 가상하였다. 또한 이때 가해지는 하중이 무릎인공관절의 어느 부위에 어떤 형상으로 하중이 이동하여 크랙이 생기며 이로 인해 피로파괴가 진행되는지를 알아보고자 했으며, 지지를 위한 상부와 하부 인공관절의 지지볼트와 지지구멍의 전단과 크랙 파괴의 모습을 관찰하고자한다. 해석결과는 총 5가지로 분류하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
미국 스트라이더社의 ‘Triathlon’ 무릎인공관절의 특징은? 해석의 편의와 값의 정교한 도출을 위해 단순화 과정을 통하여 오류가 일어날 수 있는 부위를 최소화하였다. 모델링은 미국 스트라이더社의 ‘Triathlon’ 무릎인공관절을 토대로 설계하였으며, 본 인공관절은 티타늄합금의 상부인공관절과 하부인공관절 지지부, 반월판을 대체하기 위해 폴리에틸렌 소재의 라이너를 사용한 것이 특징이며, 대한민국에서 가장 많이 시술되는 대표적인 인공관절이다. 해석을 위해 모델링된 부위는 상부 대퇴골절(Femur)과 하부 대퇴골절중 인공관절을 포함한 영역을 연구영역으로 설정 하였다.
국내에서 시술되는 대부분의 인공관절이 수입산을 사용함에 따라 어떤 문제가 있는가? 국내에서 시술되는 대부분의 인공관절은 주로 수입산을 사용하는 있는 실정이다. 하지만 좌식생활이 많으며, 서양인에 비해 무릎을 굽히는 각도인 전경각도가 더 크다는점이 시술되는 인공관절에는 고려되어 있지 않다. 이러한 문제점으로 국내 의료사고에는 인공관절의 골격내 파손으로 인한 조직괴사 사례는 해마다 증가하고 있는 추세이다[1-4]. 인공관절은 신체내부에서 구동되는 특수한 환경속에 있기 때문에 그에 대한 내구성의 신뢰도가 무엇보다 중요하다.
인공관절이 설치된 하부골격의 최대 응력발생지점은? 5는 인공관절이 설치된 하부골격에 대한 응력해석 결과이다. 최대 응력발생지점은 지지볼트가 들어가는 지지구멍주위에서 발생됨을 볼 수 있다. 또한 응력해석 결과에서 두 지지구멍사이의 공간에서도 높은 응력이 발생됨을 볼 수 있다.
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참고문헌 (6)

  1. Ali M.Alsamhan, Rational analysis of human artificial knee replacements, Engineering science, pp. 49-54, 2013. 

  2. Paul F. Lachiewicz, Fixation Survival and Osteolysis with a Mordern Oosteror-stabilized Total Knee Arthroplasty, The Journal of Arthroplasty, pp. 66-70, 2014. 

  3. Paul F. Lachiewicz, MD, Elizabeth S. Soileau, Fixation, Survival and Osteolysis with a Modern Posterior-Stabilized Total Knee Arthroplasty, The Journal of Arthroplasty, pp. 57-60, 2014. 

  4. Sven Herrmann.Christoph Woernle Michael Kaehler.Roman Rachholz.Robert Souffrant. Janos Zierath.Daniel Kluess.Rainer Bader, HiL simulation for testing joint stability after total knee arthroplasty, Multibody Syst Dyn, pp. 55-67, 2012. 

  5. M. M. Davoodi, N. A. Abu Osman, A. A. Oshkour, M. Bayat, Knee Energy Absorption in Full Extension Landing Using Finite Element Analysis, 5th Kuala Lumpur International Conference on Biomedical Engineering 2011 IFMBE Proceedings, Vol. 35, pp. 175-178, 2011. 

  6. M.S.A. Megat Ali, N. Shariffudin, A.H. Jahidin, M.H. Mat Som and A.N. Norali, A Preliminary Study: Finite Element Analysis of an Artificial Knee Implant Design, 2010 IEEE Symposium on Industrial Electronics and Applications (ISIEA 2010), pp. 3-5, 2010. 

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