한국형 인공고관절 개발 Development of Korean Style Total Hip Prosthesis원문보기
보고서 정보
주관연구기관
경희대학교 Kyung Hee University
보고서유형
최종보고서
발행국가
대한민국
언어
한국어
발행년월
2002-12
주관부처
보건복지부
사업 관리 기관
한국보건산업진흥원 Korea Health Industry Development Institute
등록번호
TRKO201300001085
DB 구축일자
2013-05-20
키워드
인공고관절.Ti-In합금.표면처리기법.Total Hip Arthroplasty.Ti-In alloy.plasma spray coating with hydroxyapatite.Total Hip Arthroplasty.Ti-In alloy.plasma spray coating with hydroxyapatite.locking system.
초록▼
인공고관절의 재질로서는 비구컵이나 대퇴 스템 모두에서 titanium 합금이 물성이나 응력전달 측면에서 추천되며 현재 주로 Ti-6Al-4V합금이 주로 사용되고 있으나 임상 시제품의 제작을 위해 새롭게 설계된 Ti-In합금은 인체에 안전한, 세포 독성이 지적되지 않은 합금원소로 이루어진 재료로서 기존에 사용된 생체용 합금에 비해 인장강도, 항복강도, 탄성률 등의 기계적 성질에서 뛰어난 특성을 보여 새로 개발된 합금을 사용하였다. 무시멘트 인공고관절에 있어서 갖추어야할 가장 기본적인 조건은 인공삽입물과 골사이의 결합으로 서 이를
인공고관절의 재질로서는 비구컵이나 대퇴 스템 모두에서 titanium 합금이 물성이나 응력전달 측면에서 추천되며 현재 주로 Ti-6Al-4V합금이 주로 사용되고 있으나 임상 시제품의 제작을 위해 새롭게 설계된 Ti-In합금은 인체에 안전한, 세포 독성이 지적되지 않은 합금원소로 이루어진 재료로서 기존에 사용된 생체용 합금에 비해 인장강도, 항복강도, 탄성률 등의 기계적 성질에서 뛰어난 특성을 보여 새로 개발된 합금을 사용하였다. 무시멘트 인공고관절에 있어서 갖추어야할 가장 기본적인 조건은 인공삽입물과 골사이의 결합으로 서 이를 얻기위한 표면처리기법이 매우 중요하며, 플라즈마 코팅을 비롯한 후처리에 대한 공정 조건을 결정 (biosurface) 하여 인체 내에 유독한 Al과 V의 용출을 차단하고 골결합력을 증대시켜 임상용 시제품에 대한 표면 개질을 향상시켰다. 디자인의 경우 한국인의 비구 및 대퇴골의 기하학적 형태를 조사하여 이를 바탕으로 설계하였다. Acetabular cup의 경우 modular type을 채택하고, 비구컵의 모양은 hemispherical shape으로 하고, metal shell의 고정은 press fit과 screw fixation을 동시에 사용하기로 결정하였으며, liner의 고정은 새롭게 개발된 ring lock system으로 결정하였다. 또한 마멸저하를 위한 비구컵의 설계와 함께 micromotion을 억제하는 metal-back shell type의 새로운 locking system을 설계하였다. 이러한 최적 의 비구컵 설계를 위해 anti-rotation knob, ring-lock, press-fit, screw hole 등 종합적인 설계 모델의 유한요소해석을 실시하여 설계 모델의 응력, 안정성 그리고 micromotion을 분석하였다. Femoral stem의 경우 surface treatment는 proximal 1/3만 처리하는 것이 응력차단에 의한 골약화를 방지하고 추후 revision을 용이하게 하므로 바람직하며 circumferential coating이 필수적이고 collar는 효과가 만족스럽지 못하여 collarless의 형태로 선택하였다. Lateral portion의 fluted wedge는 50%이 상의 rotational stability를 증가시킬 수 있으며 proximal portion이 triplanar shaped wedge으로 설계하여 큰 load resistance 이용하여 proximal canal을 채우고 fitting이 잘 일어나게 하였다. Distalportion은 tapered shape으로 결정하였고 proximal side의 contact이나 bone ingrowth, proximal porosity, bone resorption, stress shielding등의 문제에 있어서 cylindrical shape보다 장점이 많을 것으로 생각된다. Neck length의 경우 medium size가 가장 많이 사용되고 있으나 short size, long size, extra-long size 4가지 size가 모두 필요할 것으로 사료되어 4가지를 생산하기로 하였다. Femoral head의 경우는 국내 상황이나 가공수준을 고려하여 Co-Cr을 채택하였으나 polyethylene cup의 마모면에 있어서 ceramic head가 metal head에 비해 우수한 점이 입증되어 있으므로 향후에 는 ceramic head 개발에 더 치중을 해야할 것으로 사료된다.
Abstract▼
Titanium alloy has been recommended as material of femoral stem, but Ti-In alloy which has been newly developed in this study is superior in mechanical property and corrosion to i-6Al-4V alloy which has been widely used. For the purpose of better biocompatibility and mechanical properties, a new tit
Titanium alloy has been recommended as material of femoral stem, but Ti-In alloy which has been newly developed in this study is superior in mechanical property and corrosion to i-6Al-4V alloy which has been widely used. For the purpose of better biocompatibility and mechanical properties, a new titanium alloy (Ti-In) was developed. This new alloy showed improved mechanical characteristiscs (tensile strength, yield strength, elasticity). Bone ingrowth between bone and prosthesis is essential and surface treatment is most important to get stable and complete fixation of prosthesis. A new surface treatment technology was also developed using plasma spray coating with hydroxyapatite powder. We chose plasma spray coating with hydroxyapatite system through review of article and an experiment using animal femur for bone ingrowth. The hip design was based on the average femur geometry of Korean population. In view of design, we chose a hemispherical modular type of acetabular cup using screw for initial fixation and a ring lock system as the liner locking system. A new locking system for acetabular component was developed for minimizing micromotions in the components and enhancing stability. We chose proximal 1/3 circumferential coating system as a surface treatment. And we selected a femoral stem shaped straight, tapered, collarless, and wedged with lateral flute. Four types (short, medium, long, and extralong) of femoral neck are needed for the modular system. Co-Cr alloy femoral head chosen, but we will still have to need the ceramic head in future for decrease of polyethylene liner wear. Further, we should develop cross linked polyethylene, zirconia ceramic, and ceramic on ceramic articulation.. Newly developed Korean style hip prosthesis has many merits like the followings. Ti-In alloy is excellent in safety, mechanical property. And plasma spray coating with hydroxyapatite system isexcellent in bone ingrowth between host bone and prosthesis. We can achieve rigid initial fixation of acetabular component with press-fit and screw fixation. Polyethylene liner can fix rigidly through ring lock system. We can also prevent osteolysis, subsidence, stress shielding effect through using newly developed hip prosthesis.
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