Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society (한국산학기술학회논문지)

The Korea Academia-Industrial cooperation Society (한국산학기술학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

A Development and Estimation about Flexible Rod for Flexibility of Pedicle Screw System

인공 척추경 나사시스템의 유연성 증가를 위한 플렉시블 로드의 개발 및 평가

  • Yoon, Gil-Sang (Molding & Forming Technology R&D Group, Korea Institute of Industrial Technology) ;
  • Sohn, Jong-In (Molding & Forming Technology R&D Group, Korea Institute of Industrial Technology) ;
  • Kim, Gun-Hee (Molding & Forming Technology R&D Group, Korea Institute of Industrial Technology) ;
  • Seo, Tae-Il (Division of Mechanical System Engineering, University of Incheon)
  • 윤길상 (한국생산기술연구원 금형성형연구그룹) ;
  • 손종인 (한국생산기술연구원 금형성형연구그룹) ;
  • 김건희 (한국생산기술연구원 금형성형연구그룹) ;
  • 서태일 (인천대학교 기계시스템공학부)
  • Received : 2011.03.21
  • Accepted : 2011.04.07
  • Published : 2011.04.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

In this paper, it is analyzed about the mechanical characteristics of pedicle screw system which is a artificial implant for surgery to treatment serious lumbar vertebra diseases. The disk of lumbar vertebra to be fixed by pedicle screw system shows regressive phenomena. But if flexible rod, to give a flexibility(under 6 degree) to fixable disk is applied, it can protect against the degeneration of disk. This research is carried out a mechanical characteristic of pedicle screw system used flexible rod through finite elements analysis, and then flexible rod system was verified about safe movement through compression, tension and torsion test which is the pedicle screw system official recognition test(ASTM F 1717).

본 논문은 요추부의 손상이 심할 경우 척추경 나사시스템이라는 인공물을 이용하여 수술을 하게 되는데, 이때 적용되는 척추경 나사시스템의 역학특성을 분석하였다. 척추경 나사 시스템으로 고정된 디스크는 일반적으로 퇴행되지만, 제안된 플렉시블 로드를 적용할 경우 고정된 디스크에 유연성(6도 이하)을 부여할 수 있어 디스크가 퇴행되는 것을 막아주는 역할을 할 수 있다. 본 연구에서는 유한요소 해석을 이용하여 플렉시블 로드를 적용한 척추경 나사 시스템의 역학특성을 분석한 결과, 10N 이하의 척추 거동에서 플렉서블 로드는 항복 응력 이내의 응력 분포가 나타남을 알 수 있었으며. 분석된 플렉시블 로드 시스템은 실제 제작 후 인장, 압축 비틀림 등의 척추경 나사 시스템 공인 규격 실험(ASTM F 1717)을 수행하여 항복 응력 이내의 안정적인 작동성을 검증하였다.

Keywords

References

  1. 김성민, 양인철, 강호철, "척추경 고정 나사 시스템을 이용한 척추 유합 시술의 생체역학적 분석 모델 연구", 제 27권, 2호, pp. 137-144, 2월, 2010.
  2. Ching Chi Hsu, Ching Kong Chao, Jaw Lin Wang, Sheng Mou Hou, Ying Tsung Tsai, Jinn Lin, "Increase of pullout strength of spinal pedicle screws with conical core: biomechanical test and finite element analyses", Journal of Orthopaedic Research, Vol. 23, pp. 788-794, 2005. https://doi.org/10.1016/j.orthres.2004.11.002
  3. Michael Hahn, Roman Nassutt, Gunter Delling, Oskar Mahrenholtz, Erich Schneider, Michael Morlock, "The influence of material and design features on the mechanical properties of transpedicular spinal fixation implants", Mechanical properties of spinal implants, pp. 354-362, 2002.
  4. 박원만, 김윤혁, "다축 척추경 나사못의 고정나사 조임토크에 따른 나사못 시스템의 정적 특성 분석", 한국정밀공학회 2009년도 추계학술대회논문집, pp.619-620, 2009.
  5. 박준식, 최진화, 조명우, 최길운, "생체공학용 척추경나사의 기계적 거동 예측", 한국기계가공학회지, 제 3권, pp. 72-78, 2004.
  6. 김성민, 양인철, 강호철, "척추경 고정 나사 시스템을 이용한 척추 유압 시술의 생체역학적 분석 모델 연구", 한국정밀공학회지, 제 27권, pp. 137-144, 2010.
  7. 이순욱, 송정일, 배성인, 안면환, "척추경 나사못 고정시스템의 피로하중 영향", 대한기계학회 2000년도 춘계학술대회논문집, pp. 375-380, 2000.
  8. 남기우, 장성민, 이성희, 조명우, "척추경나사의 최적 설계를 위한 유한요소해석과 형상가공에 관한 연구", 한국정밀공학회 2001년도 추계학술대회, pp. 634-638, 2001.
  9. 안면환, 한채형, 구자웅, 정승민, 조재호, " 한국인에서 축추경 나사못 삽입에 있어서 형태학적 특성", 대한정형외과학회지, 제 42권, pp. 255-263, 2007.
  10. Kumar, M. N., Baklanov, A. and Chopin, D., "Correlation between sagittal plane changes and adjacent segment degeneration following lumbar spine fusion", Eur. Spine J., Vol. 10, No. 4, pp. 314-319, 2001. https://doi.org/10.1007/s005860000239
  11. Lee, C. K., "Accelerated degeneration of the segment adjacent to a lumbar fusion", Spine, Vol. 13, No. 3, pp. 375-377, 1988. https://doi.org/10.1097/00007632-198803000-00029
  12. Lehmann, T. R., Spratt, K. F., Tozzi, J. E., Weinstein, J. N., Reinarz, S. J., el-Khoury, G. Y. and Colby. H., "Long-term follow-up of lower lumbar fusion patients", Spine, Vol. 12, No. 2, pp. 97-104, 1987. https://doi.org/10.1097/00007632-198703000-00004
  13. 박원만, "가상시험 기술을 이용한 척추 임플란트의 생체역학 성능평가" 박사학위 논문, pp. 11, 2010.
  14. Antonius Rohlmann, Georg Bergmann, Friedmar Graichen, "loads on internal spinal fixation device during walking", Journal of Biomechanics, Vol. 30, No.1, pp. 41-47, 1997. https://doi.org/10.1016/S0021-9290(96)00103-0
  15. Cedric Y. Barry, Ravi K. Ponnappan, Jason Song and Alexander R. Vaccaro, "Biomechanical Evaluation of Pedicle Screw-Based Dynamic Stabilization Devices for the Lumbar Spine: A systematic Review", SAS Journal, Vol. 02, Issue 04, pp. 159-170, 2008. https://doi.org/10.1016/S1935-9810(08)70035-5