초록 ▼

본 연구의 목표는 기존의 도수 정복 및 제외 고정 기기를 이용한 골절 정복 방법이 가지고 있는 구조적， 기능적 단점을 개선하고， 3 차원 공간상에서의 자유로운 정복이 가능한 향상된 범용 골절 정복 시스템을 개발하고자 함에 있다. 일반적으로 기구를 사용하지 않는 도수 정복은 골절편의 견인시 많은 힘이 요구되며， 골절편의 움직임을 정밀하게 조절하기 어렵기 때문에 골절편의 해부학적 축을 정확하게 복원하는 것이 쉽지 않으며， 시술의의 경험에 대한 의존도가 높기 때문에 각각의 시술마다 편차가 크게 된다. 이러한 영향에 의하여정확한 정복이 수

본 연구의 목표는 기존의 도수 정복 및 제외 고정 기기를 이용한 골절 정복 방법이 가지고 있는 구조적， 기능적 단점을 개선하고， 3 차원 공간상에서의 자유로운 정복이 가능한 향상된 범용 골절 정복 시스템을 개발하고자 함에 있다. 일반적으로 기구를 사용하지 않는 도수 정복은 골절편의 견인시 많은 힘이 요구되며， 골절편의 움직임을 정밀하게 조절하기 어렵기 때문에 골절편의 해부학적 축을 정확하게 복원하는 것이 쉽지 않으며， 시술의의 경험에 대한 의존도가 높기 때문에 각각의 시술마다 편차가 크게 된다. 이러한 영향에 의하여정확한 정복이 수행되지 않고 고정이 이루어지면 생리학적으로 불유합과 부정유합이 발생하여 재수술이 필요하게 된다. 또한， 이러한 부위에는 골유함에 악영향을 주는 전단 응력이 발생되어 재 전위에 의한 재골절의 가능성도 높아진다. 반면에 기존의 체외고정기구는 초기의 단순고정기능에서 벗어나 다양한 골절 치료와 골연장 등의 목적에 부합되도록 복합 동작이 구현됨에 따라 어느 정도 조절이 가능한 정복이 구현되었다. 그러나 기본적으로 고정을 목적으로 하는 기기이기 때문에 골절편의 움직임에 한계가 있으며， 여러 가지 부가적인 기능을 수행하는 부분들 때문에 단순 체외고정기기에 비하여 구조물의 중량이 증가하였고 구조적으로도 불안정하게 되었다. 따라서 이러한 단점을 극복하기 위해서는 3 차원적인 골절 정복 기능(reduction) 이 가능하며， 장기적인 고정(fIxation) 이 필요할 때는 다른 체외 고정기기를 이용할 수 있는 기기가 필요하다고 생각되었다. 이렇게 함으로서 골절 정복 기능의 신뢰성 및 효율성을 증대시키고자 하였다. 본 연구 개발 과정은 제 l 세부과제인 시제품의 설계 및 제조와 제 2 세부과제인 구조적/기구학적 성능 평가로 이루어졌으며 제 1 일 세부과제는 디케이엠(주)에서， 제 2 세부과제는 한양대학교 기계공학과에서 수행되었다. 제 1 세부과제에 서는 기존의 골절 정복 기법에 관한 자료 수집 및 분석， 골절 정복시 요구되는 기구부의 움직임 해석， 운동 및 조절 메카니즘 설계， 체외 고정기구부와의 연결부 설계， 시제품의 설계 및 제작， 기기의 기능적 임상적 측면에서의 대한 검증 빚 평가， 최종 설계 및 최종 시제품제작의 과정이 수행되었으며， 제 2 세부과제에서는 시제품에 대한 구조적 안정성에 대한 평가가 수행되었다. 우선 골절시 발생되는 해부학적 축의 전위( displacement)를 교정하는 필요한 기구부의 움직임 범위 (motion range) 및 역학적 요구조건을 결정하였다. 이러한 설계 요구사항을 토대로 제작된 시작품의 기계적 · 임상적 성능 평가를 수행하였다. 성능 평가를 통하여 문제점들이 도출되도록 하였으며， 각 문제점들에 대한 해결방안이 최종 시제품의 설계에 반영되도록 하였다- 본 시스템은 몸체를 구성하는 텔레스코픽 튜브， 핀을 고정하는 핀 고정부 (pin retainer), 그리고 몸체와 핀 고정부(pin retainer)을 연계하는 교정 모듈부로 구성하였다. 텔레스코픽 튜브는 central screw mechanism 및 collet chuck mechanism 을 이용하여 축 방향의 길이와 각도의 조절이 가능하도록 하였다. 조작부의 위치 및 크기의 선정은 시술시 공간 확보 및 움직임에 관한 이해도 향상을 위하여 튜브의 축 방향에 위치하며 조작이 가능하도록 하였다.
골절편에 삽입된 핀과 본 시스템을 연결하는 핀 고정부는 본체로부터 분리가 가능하여 고정에 이용될 체외고정기의 종류에 따라 선택적으로 사용이 가능하도록 하였다. 교정 모듈부는 조정 knob을 이용하여 횡 방향의 정복(2-parallel correction)과 각 변위의 정복(2-angular correction) 이 가능하며 텔레스코픽 튜브의 양단에 부착하였다. 이러한 교정 모듈부와 텔레 스코픽 튜브의 상호 조합에 의하여 복잡한 형태의 공간상 골절도 정복이 가능하게 된다. 각 변위와 회전 변위의 정복은 교정 모듈에 부착된 교정용 웜 기어 기구(wonn gear mechanism)와 리드 스크류 기구(lead screw mechanism)을 이용하여 각 교정부의 정밀한 조정이 가능하도록 하였다. 교정의 정확성 및 시술 편의성을 위하여 변위 교정을 위한 모든 움직임이 동일 원점을 기준으로 발생하도록 하였다. 또한， 자립 (self-Iocking)기능이 부가된 조절 나사(adjust screw)를 이용하여 정밀한 교정 및 각 교정부의 외부 하중에도 안정성을 확보하고자 하고자 하였다. 위와 같은 메카니즘을 이용하여 정복을 이룬 후에 골절편에 고정된 핀에 상용 체외 고정 기구부에 부착 시킨후 본 정복 시스템을 분리시킴으로서 골절의 정복과정을 완료하게 된다. 오늘날， 체외 고정은 다양한 형태의 사지 손상(Iimb injury) 의 조기 치료에 잘 정립되고 적절한 치료 방법이다. 지금까지 다양한 시스템이 디자인되었고， 좀 더 높은 강성 (rigidity)을 구현하고 다양한 골절 치료에 적용하기 위하여 체외고정기의 구조를 어떻게 구성해야 하는 가라는 문제에 개발의 초점이 맞추어져 왔다. 따라서， 현재 사용되고 있는 대부분의 장치들은 까다로우며 불필요하게 복잡한 구조를 가지게 되었다. 그러나 체외 고정시스템에서 가장 약한 부분은 고정 핀 자체와 핀과 골 사이의 접합점이라는 것이 생체 역학적 연구를 통하여 밝혀졌다. 그러므로 효과적인 골절 치료를 위하여 좀더 간단한 체외 고정기를 사용할 수 있도록 하는 것이 요구된다. 그러나 연구 보고에 의하면， 간단한 체외 고정시스템에서도 높은 합병증 발생률이 보고되고 었다. 이러한 결과는 불완전한 정복에 의하여 발생되는 골절부의 불안정성에 기언한다. 이와 반대로 골절부의 안정성이 확보되면， 환자에게 편안함과 초기 체중 부하 (weight-be따ing)를 제공한다. 이것은 혈행 순환을 증가시키고，가골 형성과 골화를 증진시킨다. 따라서 이러한 점을 고려하여 보았을 때 기존 체외 고정기의 기능을 골절 정복 기능(reduction)과 고정 기능(fixation)으로 분리하여 고정기와 별도의 정복기가 요구되며 이와 더불어， 일반적으로 체외 고정술을 시행할 때는 임상의의 생체 역학적 이해와 다양한 기술적 고려가 선행되어야 한다. 그러나 공학적 지식이 충분하지 못한임상의가 쉽게 이해하고 사용하기 위해서는 간단하며 직관적으로 움직임을 파악할 수 있는 기구부로 구성된 시스템이 요구된다. 이에， 본 기관에서는 골절 정복 기능을 한 후， 골 고정 기기가 체결되어 골절 부위의 구조적 안정성이 유지되면 분리시킬 수 있는 골절 정복 시스템을 제안하였다. 이려한 골절 정복 시스템은 골 정복 기능과 고정 기능을 분리하였고 골절편을 견인하고 고정하는데 요구되는 하중을 지탱할 수 있는 구조적 안정성과 정확한 골절을 위하여 3 차원적 정밀 조절이 가능한 기능을 확보하였다. 또한 기구부의 움직임을 쉽게 파악할 수 있도록 움직임이 동일선상에서 발생하도록 하였으며 조작부의 위치와 조작 방법도 고려하였다. 이 시스템의 주요한 장점은 환부틀 열지 않고， 자동 정복을 수행할 수 있다는 것과 위험한 수 조작을 회피할 수 있다는 점이다. 골절의 정복도 각 평변에서 발생한 변위를 독자적으로 교정하며 시술 전에 미리 계획할 수 있기 때문에 상황에 따라 정복 과정을 쉽게 조잘할 수 있는 장점이 있다. 그리고 본 시스템에서는 사상 골절의 정복과 지속적인 골절편간의 압축도 가능하다. 경량과 손쉬운 연조직의 처리가 가능하다는 점도 또 다른 장점이다. 결론적으로 본 시제품은 다양한 기능을 손쉽게 조작할 수 있으며 기술적으로도 복잡하지 않다.

Abstract ▼

The fracture reduction method has important role in fracture healing process, providing sufficient stability to fracture portion. Thus, the perfect reduction is the key point in early fracture healing. But current1y, the conventional method, the manual reduction method, has such shortcomings as low

The fracture reduction method has important role in fracture healing process, providing sufficient stability to fracture portion. Thus, the perfect reduction is the key point in early fracture healing. But current1y, the conventional method, the manual reduction method, has such shortcomings as low controllability of fracture fragments, laborous work, and surgeon-dependent process and also the conventional fixation device has increased weight, bulk, and structural instability due to addition of reduction components. Therefore, the separation of reduction function and fixation function is required to establish simple and reliablefracture fixation. Consequent1y, the commercial device showed up, which was composed of reduction unit and fixation unit. but this device doesn’t have sufficient degree of freedom thus it has limited function in spatial fracture reduction and is used with only paired fixation unit. In present study, the multi-purpose fracture reduction device system has been developed to provide separation of reduction and fixation, 6 degree of freedom, collaboration with various extemal fixator, and simplicity in use.
The development process of this study was composed of the product design, the structural and kinematic performance evaluation, and the protype manufacturing. In the product design, there were data acquisition about fracture reduction and mechanism design. In the structural and kinematic performance evaluation, the motion analysis of mechanism, structural evaluation in clinical and mechanical view point. In the protype manufacturing, there were trial prototypes and final prototype production.
The multi-purpose fracture reduction device system was made of telescopic tube, correction modules, and pin retainers. The telescopic tube axial displacement and angulation by means of central screw mechanism and collect chuck mechanism. By these mechanisms, the reliabi1ity and simplicity of operation was guaranteed. The correction head corrected the 2 parallel and 2 angular displacements. In addition to these correction modes, the comp1icated spatial deformation could be reformed along with telescopic tube. It had mechanically efficient and precisely controllable mechanisms consisted of wonn gear, lead screw, and so on. The pin retainer, which connected pins inserted into the bone with the reduction system, was detachable and exchangeable according to exteranl fixator to be used.
The biomechanical and clinical tests were performed to evaluate the performance of prototypes. The problems found during the tests were considered and the solutions of these problems were reflected in next prototype. Also, computer simulation was done to make sure the interference between components. The results of these tests were comparable with other commercial products and in sme points, were superior. Thus, the multi-purpose fracture reduction device system can be used efficiently for fracture treatments, specially in the fracture reduction and fixationof limb.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 목차 ... 3
• 연구개발사업 최종보고서 요약문 ... 4
• Project Summery ... 6
• 총괄연구개발과제 연구결과 ... 7
• 1. 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 7
• 2. 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 내용 및 결과 ... 10
• 3. 총괄연구개발과제의 연구결과 결론과 달성도 ... 17
• 4. 총괄연구개발과제의 연구성과 및 목표달성도 ... 18
• 5. 총괄연구개발과제의 활용계획 ... 21
• 제 1 세부연구개발과제 연구결과 ... 22
• 1. 제 1 세부연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 23
• 2. 제 1 세부연구개발과제의 연구대상 및 방법 ... 25
• 3. 제 1 세부연구개발과제의 최종 연구개발결과 ... 28
• 4. 제 l 세부연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 55
• 5. 제 1 세부연구개발과체의 연구성과 및 목표달성도 ... 57
• 6. 제 I 세부연구개발과제의 활용계획 ... 58
• 7. 참고문헌 ... 59
• 제 2세부연구개발과제 연구결과 ... 60
• 1. 제 2 세부연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 61
• 2. 제 2 세부연구개발과제의 연구대상 및 방법 ... 63
• 3. 제 2 세부연구개발과제의 최종 연구개발결과 ... 67
• 4. 제 2 세부연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 79
• 5. 제 2 세부연구개발과체의 연구성과 및 목표달성도 ... 80
• 6. 제 2 세부연구개발과제의 활용계획 ... 81
• 7. 참고문헌 ... 82
• 끝페이지 ... 82