초록 ▼

□ 연구개요
• 본 과제에서는 연차별로 1) 가골 내 세포표현형 및 기하학적 실제 변화를 고려한 골절과정 시뮬레이션 기법 고도화, 2) 생분해 섬유강화 복합재료 보철구의 생체내 물리-화학적 변화를 고려한 골절치료 효과 연구, 3) 생분해 복합재료 보철구의 융합 제조공정 개발 및 고정기술 최적화를 목표로 연구를 진행하였으며, 골절부의 세포분화를 실제와 유사하게 모사하기 위해 가골에서의 편향변형률과 체액의 유속을 주요 파라메터로 사용하는 이상 (Biphasic) 메카노규제 알고리즘을 사용하여 각종 시뮬레이션 기법을 시도하고, 골절

□ 연구개요
• 본 과제에서는 연차별로 1) 가골 내 세포표현형 및 기하학적 실제 변화를 고려한 골절과정 시뮬레이션 기법 고도화, 2) 생분해 섬유강화 복합재료 보철구의 생체내 물리-화학적 변화를 고려한 골절치료 효과 연구, 3) 생분해 복합재료 보철구의 융합 제조공정 개발 및 고정기술 최적화를 목표로 연구를 진행하였으며, 골절부의 세포분화를 실제와 유사하게 모사하기 위해 가골에서의 편향변형률과 체액의 유속을 주요 파라메터로 사용하는 이상 (Biphasic) 메카노규제 알고리즘을 사용하여 각종 시뮬레이션 기법을 시도하고, 골절부의 치료효율을 향상시키기 위한 기술개발의 일환으로 생분해 복합재료를 보철구에 적용하기 위한 실험연구를 진행하였음. 본 연구를 통해 하지장골 골간골절의 치료과정을 보다 잘 이해할 수 있었으며, 효율적인 치료법을 제시하였음.

□ 연구 목표대비 연구결과
• 골절치료 초기 골절부 안정화에 큰 영향을 미치는 외부가골의 발달상태를 정확하게 예측하기 위해 열확산 방정식을 변경한 외부가골 발달거동 모델 제시함.
• 성장하는 가골의 구성세포와 조직 및 관련 기계적 물성을 정확히 예측하기 위한 세포의 생애 전주기 모델링을 통한 세포 및 조직 생물학적 발달 모델 제시함.
• 생분해 섬유 (Mg wire)와 기지(PLA)로 구성된 생분해 복합재료의 섬유 부피분율에 따른 재료거동 실험적으로 규명함.
• 생분해 복합재료 고정판의 생체환경 노출시간에 따른 영계수 감소 거동 모델을 제시함.
• 이러한 점진적 물성감소 모델을 골절치료 시뮬레이션에 적용하여 보다 정확한 치료과정 모델을 제시함.
• 골절치료 기간 중 최적의 물성변화를 유도할 수 있는 하이브리드 고정판 모델을 제시함.
• 생분해 부분과 비분해 부분의 독립-연성 성형프로세스 개발 (3D프린팅 + 열성형 공정)하여 적절한 성형조건을 제시함.
• 환자 보행 시 하중패턴 확인을 위한 센서 및 보조구 (스마트슈즈)를 개발함.
• 생분해/비분해 복합재료로 구성된 하이브리드 보철구 물성변화를 고려한 보다 섬세한 골절치료 시뮬레이션 기법을 제시함.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
• 본 과제를 통해 개발된 정밀한 골절부 치료과정 시뮬레이션 기법은 추가적인 모델링 기법의 상세화 연구를 통해 실제 골절부의 조건을 더욱 정밀하게 모사함으로써 특정 골절유형에 대해 치료에 영향을 미치는 주요 인자를 확인하여 극대화 함으로써 치료효율을 향상시키고, 적절한 보철구를 설계하고 제작하는데 중요한 정보와 기법을 제공할 것으로 기대됨.
• 연구 과정에서 수행한 생분해 복합재료의 성형기법과 기본적인 기계적 물성 데이터베이스를 기반으로 신개념의 고효율 생분해 보철구 설계를 가속화 할 것으로 기대됨. 이는 아직까지 시도되지 못한 분야로써, 미래의 의료장비/부품 기술개발과 시장을 선도하기 위한 의료기술 고도화에 크게 기여할 수 있을 것으로 판단됨.
• 치료과정에 있는 환자의 보행패턴과 골절부에 가해지는 하중정보를 예측할 수 있는 센서는 향후 골절부의 역학적 조건을 보다 상세하게 모니터링 하고, 치료에 도움을 줄 수 있는 재활용 보조기 설계에 적극적으로 적용되고 활용될 수 있을 것으로 기대됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 가골 발달 모델 ... 5
• 2) 세포와 조직의 표현형 예측 ... 6
• 3) 생화학적 부식에 의한 생분해 복합재료 보철구의 체적감소를 고려한 골절치료 과정 시뮬레이션 기법 ... 8
• 4) 생분해 기지의 기계적 특성 향상을 위한 재료구성 최적화 ... 9
• 5) 생분해 섬유강화복합재료 프리폼 제작 및 기계적 특성 평가 ... 10
• 6) 생분해 복합재료와 생적합 비분해 복합재료 하이브리드 보철구 제작을 위한 성형 프로세스 개발 ... 11
• 7) 환자의 운동상태에 따른 하중조건 변화 확인을 위한 센서 제작 ... 12
• 8) 생분해 섬유강화복합재료를 포함한 하이브리드 보철구 성형 및 생체환경 하에서의 기계적 거동평가 ... 14
• 9) 생체환경 내에서의 물성-형상 변화를 고려한 생분해 하이브리드 섬유강화복합재료의 치료효율 시뮬레이션 ... 15
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 17
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 17
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• 3) 목표 달성 수준 ... 17
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 17
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 자체점검표 ... 19
• 7. 참고문헌 ... 19
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 23
• 끝페이지 ... 33