초록 ▼

□ 연구개요
• 치명적 척추손상의 발생 및 진전의 메커니즘을 규명하고, 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 평가 및 예측하는 척추 헬스케어시스템을 개발.
• 척추질환은 약물치료와 같은 간접적 방법으로는 근본적인 발병 원인을 제거할 수 없으며, 정형외과적 수술만이 유일한 치료법임.
• 척추손상에 대해 대표적으로 적용되는 외과적인 수술법이 척추 고정술이고 이 수술법에는 S2alariliac(S2AI) 나사 고정술, 장골(Iliac) 나사 고정술과 같은 두 타입이 존재함.
• 두 방법 중 우위성을 판별하기 위한 연구를 꾸준히

□ 연구개요
• 치명적 척추손상의 발생 및 진전의 메커니즘을 규명하고, 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 평가 및 예측하는 척추 헬스케어시스템을 개발.
• 척추질환은 약물치료와 같은 간접적 방법으로는 근본적인 발병 원인을 제거할 수 없으며, 정형외과적 수술만이 유일한 치료법임.
• 척추손상에 대해 대표적으로 적용되는 외과적인 수술법이 척추 고정술이고 이 수술법에는 S2alariliac(S2AI) 나사 고정술, 장골(Iliac) 나사 고정술과 같은 두 타입이 존재함.
• 두 방법 중 우위성을 판별하기 위한 연구를 꾸준히 진행 중에 있으나 확실한 정립이 되어 있지 않으며 수술 후 합병증의 문제점에 대한 역학적 원인이 밝혀지지 않고 있는 실정임.
• 두 타입의 고정술이 척추에 미치는 정도를 정량화하여 여러 파라미터에 따른 역학적 우위성을 정립하고 수술 후의 상태를 미리 예측해 봄으로써 이후 나타나는 합병증을 예방할 수 있음.

□ 연구 목표대비 연구결과
(1) 1차년도
• 요추, 천추, 골반을 포함하여 피질골, 해면골, 추간판 등 척추체의 3차원 모델을 환자의 CT 이미지에서 추출 후 상세 수정 작업을 통하여 정밀하게 유한요소모델을 구축함.
• 압축하중 하 해면골 전용 탄점소성 구성방정식 (Elasto-viscoplastic constitutive equation)을 개발하여 척추체 구성요소 (해면골)의 구성모델 구축함.
• Consistent Tangent Modulus (CTM) 방법을 적용하여 해면골 전용 재료 라이브러리인 BONE_MAT (User-defined Material Subroutine: UMAT)을 개발함.
(2) 2차년도
• 뼈의 무기 성분과 일치하는 재료인 HA와 의료용 고분자인 PMMA를 이용하여 해면골을 대체하는 인공골 대체재를 제작, 지지체의 단면을 분석하고 물리적 및 기계적 특성을 평가함.
• 해면골을 대체하는 PUF는 복잡한 재료비선형거동을 보이므로, PUF의 온도와 변형률 속도에 따른 역학적 거동 실험 결과를 재현하기 위하여 BONE_MAT을 적용하였고 시뮬레이션 결과 본 연구에서 개발된 결과물이 PUF의 기계적 거동을 잘 묘사할 수 있다는 결론을 도출할 수 있었음.
(3) 3차년도
• 해면골에 대한 골밀도, 나사 고정술에 대한 타입 및 나사의 길이, 압축, 굽힙 등의 하중 및 지지 조건 등을 조합하여 여러 시나리오를 선정
• 시뮬레이션에서 출력된 물리량을 바탕으로 도출된 결과는 S2AI 나사 고정술의 수술법에서 나사의 길이가 증가하였을 때 다른 시나리오보다 안정된 결과가 나타남.
• 특정한 환자에 어느 수술법을 적용하였을 시 수술 후 환자의 거동을 예상하여 수술부에 부하되는 힘을 예측하고 환자에게 알맞은 수술법 및 합병증 예방법 등을 제시할 수 있는 하나의 환자 맞춤형 척추케어시스템이 구축됨.

□ 연구개발결과의 중요성
• 본 연구를 통해 축적된 기술은 척추에서 발생 가능한 여러 질환에 대해서 대부분 적용할 수 있으며 나아가 질환에 대한 기전을 알지 못할 경우 본 기술을 적용하여 많은 문제점의 해결이 가능함.
• 시뮬레이션의 정확성을 향상시키기 위해 실제와 가장 근접한 인체 모델링 및 시뮬레이션이 필요함. 이에 따라 본 기술의 수정 및 보완을 수행하여 기술의 고도화 및 범용화를 이끌어 낼 계획임.
• 본 연구에서 개발된 일련의 시스템은 환자맞춤형 수술 기법 제시, 척추수술의 최적화 탐색 도구로 유용하게 사용될 수 있음. 외과의가 적극적으로 본 기술을 활용한다면 수술 후의 만족도는 크게 향상될 것으로 기대함.
• 국내의 척추 수술 환자나 이와 같은 질환이 발병할 가능성이 높은 환자의 삶의 질 향상과 개인 및 국가의 의료비 부담을 경감시키는데 크게 이바지할 것으로 예상됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• ㆍ연구개발의 최종목표 ... 3
• ㆍ연구개발의 필요성 ... 3
• ㆍ연구개발의 범위 및 내용 ... 3
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• ㆍ1차년도 ... 4
• ㆍ 2차년도 ... 5
• ㆍ 3차년도 ... 6
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 7
• 4. 참고문헌 ... 8
• 5. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 9