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골밀도를 고려한 척추경 나사못의 최적 디자인 도출을 위한 실험적 연구 (An Experimental Study for Establishing an Optimal Pedicle Screw Design According to Bone Mineral Density)

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최초등록일 2025.03.20 최종젿작일 2020.08
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골밀도를 고려한 척추경 나사못의 최적 디자인 도출을 위한 실험적 연구
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    서정뵖

    · 발행기관 : 대한기계학회
    · 수록지 정보 : 대한기계학회논집 B / 44권 / 8호 / 519 ~ 526페이짿
    · 저자명 : 송찬희, 고태식, 이정섭, 이은선, 허진영, 김윤진, 이치승

    초록

    본 논에서는 퇴행성 및 특발성 척추 질환 치료에 사용되는 척추경 나사못의 최적 디자인을 제안하였다. 최적 디자인 도출을 위하여 서로 다른 골밀도의 인공 해면골과 다양한 척추경 나사못의 디자인에 대한 인발 시험을 수행하여 인발력(고정력)을 검토하였다. 우선, 총 9종의 일반형 나사못의 인발 시험을 통하여 최적의 디자인을 도출하였으며, 여기에서 도출된 최적 일반형 나사못 디자인을 기반으로 이중 나사산형, 침투형, 복합형 척추경 나사못의 디자인을 설계 및 시제품을 제작하였다. 제작된 시제품과 글로벌 기업의 제품에 대한 인발 시험 수행 및 비교를 통하여 본 시제품의 우수성을 검증하였고, 골밀도에 따른 이중 나사산-피질골, 골 시멘트-해면골의 고정력에 미치는 영향에 대하여 검토하였다. 본 연구를 통하여 이중 나사산과 골 시멘트가 고정력에 지대한 영향을 미치며, 골다공증성골에서는 더욱 큰 효과를 보임을 알 수 있었다. 이를 통하여 골밀도를 고려한 최적의 척추경 나사못 디자인을 도출할 수 있었다.

    영어초록

    This paper proposes an optimal pedicle screw design for the treatment of spinal diseases. A pullout test was performed with various pedicle screw designs and artificial bones with different bone mineral densities, in consideration of the pullout force of the pedicle screw. First, the optimal design of the standard pedicle screw (S) was selected through a pullout test of the 9 types of standard pedicle screw, based on which the prototypes of the doublethread (D), penetration (P), and hybrid (H) pedicle screws were designed and produced. The D, P, and H pedicle screws were also subjected to pullout tests and compared with the products of a global medical device company. The effects of the double thread-cortical bone and bone cement-cancellous bone were investigated according to bone mineral density. The double thread and bone cement had significant effects on the fixation force to the osteoporotic bone. The optimal pedicle screw design was derived in consideration of bone mineral density in this study.

    참고자료

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