• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제20권1호
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• pp.37-44
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• 1999

인공 슬관절에 사용되는 초고분자량 폴리에틸렌(Ultra-high molecular weight polyethylene : UHMWPE)의 마모는 삽입물의 수명을 결정하는 주요 요인으로 작용한다. UHMWPE의 마모로 입자가 발생하여 조직반응을 일으키고 이에 따른 일련의 반응으로 골용해가 일어나 인공관절의 실패의 원인으로 작용한다. 여러 보고들에 의하면 관절 운동시 발생하는 접촉응력은 UHMWPE의 마모에 영향을 미치는 주요한 인자 중 하나로 알려져 있다. 그러나 이러한 보고들은 관절 접촉면에서의 접촉 조건만을 고려했고 UHMWPE 삽입물을 지지하고 있는 금속 지지판과의 접촉면에서의 접촉 조건은 고려하지 않았다. 본 연구에서는 이러한 접촉 조건들을 고려하여 UHMWPE의 모양, 두께, 마찰, 굴곡 정도 그리고 구성 요소들에 대한 UHMWPE 표면과 내부에서의 응력해석을 통해 이들 변수가 UHMWPE의 마모현상에 미치는 영향을 알아보았다. UHMWPE의 모양에 따른 관절의 일치정도(conformity)에 대한 영향의 경우, 일치정도가 높은 모델이 응력을 줄여줄 수 있는 유형으로 나타났으며, 금속 지지판과의 접촉면에서 접촉조건을 준 경우가 완전히 결합된 것으로 가정한 경우보다 UHMWPE 내부에서의 최대 응력이 1-2mm 더 아래에서 나타났다. 또한 UHMWPE로만 된 유형이 금속 지지판이 있는 유형보다 낮은 응력분포를 보여줌으로써 높은 응력으로 인한 UHMWPE의 마모와 균열을 줄이기 위해서는 UHMWPE로만 된 유형의 삽입물의 사용이 좋을 것으로 사료되었다.

• 핵의학기술
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• 제18권2호
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• pp.3-7
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• 2014

CT를 기반으로 감쇠보정이 시행되는 SPECT/CT 검사에서는 금속 삽입물에 의한 선속경화현상으로 인접한 부위의 과대평가를 유발하며, 영상의 질을 저하시킨다. 이에 대해, 본 연구에서는 인공고관절이 삽입된 팬텀을 이용하여 감쇠보정지도의 매개변수 변화에 따른 금속 인공물이 SPECT/CT 영상에 미치는 영향을 알아보고자 한다. SPECT/CT 장비는 Siemens사의 Symbia T16을 사용하였다. SPECT/PET 팬텀에 인공고관절을 삽입하고, CT영상에서 Bright Streak 영역에 직경 17 mm의 구를 배후방사능 대비 8배가 되도록 Tc-99m을 채웠다. 이후 감쇠보정지도에서 Wide Beam Coefficient[수동모드(0.1~0.9), 자동모드]변화에 따른 열소와 배후방사능의 계수를 측정하였고, 고관절의 유무에 따라 Metal과 Non-Metal의 병소 대 배후방사능 비(Region to Background Ratio, RBR)를 산출 및 비교 분석하였다. 수동모드의 값이 증가할수록 Metal과 Non-Metal의 열소 계수는 증가하는 경향을 나타냈으며, 수동모드 0.4와 0.5에서 두 군과의 열소 계수비가 가장 일치하게 나타났다(수동모드 0.4=1.001, 0.5=0.999). 또한 $RBR^{Metal}$과 $RBR^{Non-Metal}$의 비는 자동모드에서 1.135이였고, 수동모드 0.4와 0.5에서 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다(0.4=0.999, 0.5=1.028, p=0.78). 감쇠보정지도에서 Wide Beam Coefficient의 자동모드는 13.52% 과 보정 되는 것을 알 수 있었으며, 수동모드 중 0.4와 0.5에서 인공물에 의한 과 보정을 최소화 할 수 있었다. 이를 활용하여 환자에게 적용하기 위해서는 추가적인 연구가 이루어져야 할 것이며, 고관절전치환술 환자의 인공고관절 주변에서 금속 인공물에 의한 과 보정을 감소시켜 진단능을 향상시킬 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국방사선학회논문지
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• 제7권5호
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• pp.313-320
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• 2013

류마티스성 관절염 등의 관절 질환이나 내반 변형 등을 동반한 환자에게 정형외과적으로 인공슬관절 치환술을 시행하는데 수술용 금속정을 삽입할 때 대퇴체부의 휨 정도로 인해 대퇴피질부에 손상을 주거나 2차 골절 등의 부작용을 유발하기도 한다. 이때 대퇴체부의 중심 좌표값을 알면 금속정이 해부학적 모양의 중심으로 삽입될 수 있어 이러한 부작용을 예방할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 인공슬관절 치환술이 필요한 10명의 환자와 대퇴골 질환이 없는 정상군 10명의 대퇴부 단층촬영영상을 이용하여 3차원 좌표값을 찾은 후 Matlab을 이용하여 중심좌표값을 찾아 해부학적 모양을 반영한 그래프를 얻었고, 구간별 3차원 곡률반경 값을 구하였다. 그 결과 실험군의 대퇴골 평균 곡률반경과 표준편차는 $758.15{\pm}206.3mm$로 측정되었고, 정상군은 $1672.97{\pm}395.6mm$로 측정되었다. 측정된 결과는 통계적 유의성 확보를 위해 f-검정을 실행하여 두 집단간 평균의 차이를 검증하였다. 이 결과로 미루어 실험군의 대퇴체부 휨 정도가 더 심함을 확일할 수 있었으며 이러한 영상 분석방법을 이용하여 해부학적 중심점을 찾는다면 인공슬관절 치환술 같은 정형외과적 수술에 도움이 될 것이라 사료된다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2003년도 추계학술발표회초록집
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• pp.51-51
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• 2003

생체친화재료란 생체내에 사용하거나 혹은 생체외에서 보조재료로 사용되는 것을 총칭하고, 인체와 직접 또는 간접적으로 접촉하여 사용되는 것이 특징이며 그 때문에 사용상 안전을 확보하기 위하여 생체에 대한 무해성 내지 생체적합성이 요구된다. 생체적합성이란 각각 고유의 기능을 가진 생체와 인공재료가 그 계면에서 서로 기능을 해치는 상호 반응을 일으키지 않고 공존하며 사용목적을 달성하는 것을 말한다. 생체친화재료로서는 재료의 종류에 따라서 인공관절의 고밀도 폴리에틸렌제, 인공힘줄이나 혈액 펌프등의 폴리우레탄 등 고분자재료, 생체기능을 대행하는 구조재료로서 스테인레스강, CO-Cr 합금, 타이타늄 및 그 합금, 탄탈륨 등 금속재료, 정형외과나 치과 등 굵은 조직대체용 재료로서의 세라믹재료로 구분되고 있다.

• 대한골관절종양학회지
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• 제13권2호
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• pp.96-104
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• 2007

목적: 슬관절 주위에서 탄력성 있는 골수강 내고정물과 회전경첩 슬관절 전치환물을 이용한 재건술이 종양인공관절과 자가골 경계부위의 골 흡수를 억제할 수 있는지를 35례에서 분석하였다. 대상 및 방법: 재건 술식은 다음과 같다. 1) 종양 절제, 2) 근위부나 원위부의 골수강에 다수의 Ender 정 삽입, 3) Ender 정과 Endo-Link 형 슬관절 전치환물을 강선 과 골 시멘트를 이용하여 결합 결과: 평균 추시기간은 53개월(30~79개월) 이었다. 최종 추시 상 29명의 환자가 가동관절을 유지하였다. 장관골 길이의 40% 이상을 절제한 군에서 종양인공관절과 자가골 경계부위 골질의 비후가 나타났다(p=0.028). 내고정 금속정의 파괴가 8례 있었으며, 조기 및 지연 감염으로 8례의 내고정물을 제거하였다. 본 재건술의 생존율은 6년에 33%였다. Musculoskeletal Tumor Society System 평가 법에 따른 기능적 결과는 26.8(89.3%)였다. 결론: 본 술식의 단-중기적 결과는 양호하였으며 합병증 발생시 재수술이 매우 용이하였다. 본 술식에서 관찰된 종양인공관절-자가골 이행 부위의 골 비후 소견은 추후 더 연구해 볼 문제로 생각된다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제10권2호
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• pp.117-124
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• 1989

근래에 생명과학과 의료기술의 발전으로 인공장 기의 설용화와 더불어 생체에 이용되는 새로운 소재의 개발이 매우 활발하다. 생체의료용 재료는 독성 이 없고, 생체適合性(biocompatibility)이 우수하며, 생체의료기능과 생체內 내구성이 뛰어나 야한다. 재료의 생체적합성은 생체와 접촉시에 부작용을 일으키지 않는 성질이다. 재료가 혈액과 접촉하면 혈액이 응고되며, 응혈형성이 억제되는 혈액적합 성(blood compatibility)재료의 개 발은 혈관, 인공 심장, 인공신장 및 인공섬폐기등의 순환계 인공장 기개발에 펄수적이다. 또한 재료가 생체조직과 접 촉시에 발열, 염증, 조직폐사플 야기하지 않는 조직융화성(tissue compatibility)이 필요하다. 생체 적합성 재료를 개발하기 위하여 생체에 자극을 일 으키지 않는 생체不活性(bioinert) 재료에 대한 연구가 활발하지만, 끈래에는 생체와 강한 친화력 을 가져서 조직과 결합될 수 있는 생체親和(bi- oadhesive)재료가 많이 개발되고 있으며, 체내에서 분해되는 생체분해성(biodegradable) 재료를 이용 하는 사례도 많이 발표되고 있다. 현재 인공신장을 위시한 인공장기와 인공뼈, 인공관절용 이식재료등에 다양한 금속, 요업재료 및 고분자재료가 활용되고 있으나 보다 우수한 생체 적합성과 생체의료기능을 가지는 재료개발에 많은 연구가 이루어지고 있다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제23권2호
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• pp.119-130
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• 2002

무시멘트 인공 고관절 전치환술 후, 복합재료 스템을 갖는 대퇴골의 장기 거동과 인공 대퇴 보철물의 설계 성능을 분석하기 위하여 비선형 유한요소 프로그램이 개발되었다. 한 발로 서 있을 때의 관절 접촉 하중과 근육하중이 적용되었고, 816개의 brick요소를 갖는 타원형 단면의 복합재료 스템으로 치환된 대퇴골이 3차원 유한요소로 모델링 되었다. 프로그램을 사용하여 대퇴골의 밀도 변화, 응력분포, 상대미소운동이 plate cut과 bend mold와 같은 제작 방법에 대한 스템의 적층 각도 변경에 따라서 평가되었다. 결과는 코발트 크롭 합금, 티타늄 합금, 스테인레스 강과 같은 금속 재료보다 AS4/PEEK, T300/976과 같은 복합재료가 적은 골 흡수를 보였다. 대퇴골 보철물의 장기 안정성 증대는 적당한 복합재료의 적층과 적층 각도의 선택에 의하여 얻어질 수 있었다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 춘계학술발표대회
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• pp.17.2-17.2
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• 2011

모든 생물은 늙어가면서 그 생물체를 이루고 있는 생체조직들이 낡게 되고 약해지기 마련이며, 이외에도 자동차 사고 등 재해에 의해 생체 장기의 손상을 가져올 수도 있다. 또한 인간의 평균수명 연장과 함께 소득 수준이 높아지고 또한 'quality of life'를 추구하는 고령화 시대로 접어듦에 따라, 인공골, 인공치아 또는 인공 고/슬관절 등의 골조직 대체재료의 수요가 빠르게 증가하고 있다. 이와 같은 골조직 대체, 즉 골이식은 크게 자기골 이식(autografting), 동종이식(allografing), 인공재료(man-made materials)의 이식으로 구분된다. 현재 대체물질의 약 58%를 차지하고 있는 자기골 이식의 경우, 거부면역 반응이 없어 임상성공율이 80%에 달한다는 장점을 가지고 있으나, 비용이 비싸고 감염과 통증의 위험이 있다. 또한 시신으로부터 골을 이식하는 동종이식의 경우 대체물질의 약 34%를 차지하고 있는데, 성공률이 떨어지고 질병 감염의 위험이 있는 단점이 있다. 이외에 약 8%를 차지하고 있는 인공재료 이식의 경우, 파단, 독성반응, 마모, 골조직의 remodeling 등이 일어나는 단점이 있으나, 앞에서 언급한 바와 같이 그 필요성이 급격히 증가함에 따라 보다 나은 치료법과 골이식 대체물질의 개발에 많은 노력이 경주되고 있다. 2003년 6월 미국 Financial Times에 의하면, 인체내 식립형 생체재료의 세계시장 규모는 약 650억 달러에 이르며, 매년 200% 이상씩 신장하고 있다고 한다. 따라서 세계 각국의 의학, 약학, 임상학, 생명과학, 공학 등의 관련 연구 분야에서는 이 수요를 충족시키기 위한 활발한 연구활동을 펼치고 있다. 한편 인체내 식립용 임플란트의 국내 시장규모는 치과 임플란트의 경우 2006년 현재 2000억원 규모로, 정형외과, 악안면 성형외과, 이비인후과를 포함하면 소위 'bone-anchored metal implant' 영역의 시장 규모는 4~5조원에 이를 것으로 추산 되고 있다. 또한 소비 신장률 10~15%를 감안하면 향후 시장 규모는 폭발적으로 증가될 것으로 예상된다. 이에 발맞추어, 최근 들어 선진국은 물론, 국내에서도 인체내 식립을 목적으로 하는 생체재료에 관한 연구개발이 활발히 진행되고 있으며, 일부는 실용화 단계에 진입하고 있다. 본 강연에서는 금속 임플란트의 시장현황과 앞으로의 추세에 대하여 조망하고, Ti 임플란트를 중심으로 이의 생체활성을 부여하는 표면개질 필요성 및 최근의 연구개발 동행에 대해 소개하고자 한다.

• 생명과학회지
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• 제26권6호
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• pp.633-639
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• 2016

고분자(polymer), 금속(metal), 세라믹(ceramic), 합성물(composite) 등과 같은 바이오소소재(Biomaterials)는 그들의 물리화학적 성질 때문에 의료용섬유(medical fibers), 인공혈관(artificial blood vessels), 인공관절(artificial joints), 임플란트(implants), 연조직(soft tissue), 인공성형물(plastic surgery materials) 등 의료용으로 많이 사용되며, 개발연구도 활발히 진행되고 있다. 그러나, 필름(film)이나 판(plate)형태의 바이오소재에 대한 생체적합성(biocompatibility)이나 독성(toxicity)을 포유동물세포를 이용하여 평가하는 것은 적절한 평가용 장치가 없기 때문에 매우 어려운 상황이다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해서, 본 연구에서는 고분자필름이나 금속판에 유용하게 적용할 수 있는 실리콘링, 상판(top panel), 하판(bottom panel)으로 구성된 새로운 포유동물배양시스템을 개발하고, 이를 실제 적용하고자 하였다. 개발된 시스템은 평가하고자 하는 시료를 상판과 하판사이에 조립하는 샌드위치시스템을 기반으로 한다. 세포배양장치의 조립 후, SK-MEL-2세포를 3가지 시료; Styela Clava Tunic (SCT)- PF, NaHCO₃-added SCT (SCTN)-PF, magnesium MP (MMP)에 적용하고 37℃ 이산화탄소 배양기에서 24시간과 48시간 동안 배양하였다. MTT분석결과에서, 세포생존율(cell viability)은 24시간과 48시간 동안 SCT-PF배양그룹에서 정상적으로 유지되었지만 48시간 동안 SCTN-PF배양그룹에서는 급격하게 감소되었다. 더불어, MMP배양그룹에서 세포생존율은 24시간과 48시간 배양 후에 대조군과 유사하게 유지되었다. 이러한 결과는 본 연구에서 새롭게 개발된 샌드위치형태의 포유동물세포배양장치는 고분자필름이나 금속판형태의 바이오소재에 대한 독성이나 생체적합성을 평가하기 위한 우수한 잠재력을 보유하고 있음을 제시하고 있다.

• 대한골관절종양학회지
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• 제9권1호
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• pp.115-123
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• 2003

연구계획: 골반골의 악성골종양의 재건술에서 체외열처리를 이용한 재활용 자가골 이식술 및 인공 관절 치환술을 시행한 3례의 후향적 연구 연구목적: 골반골의 악성골종양의 재건술에서 체외열처리를 이용한 재활용 자가골 이식술 및 인공 관절 치환술이 골반골의 재건에 있어 그 유용성을 알아보고자 하였다. 증례: 증 례 1~20세 여자 환자로 3개월 전부터 시작된 우측 고관절부와 대퇴부 동통을 주소로 외부 병원에서 우측 장골에 소파술 및 골 시멘트 충전술 시행 후 악성 골종양으로 진단하에 술 후 방사선 치료 6회 시행 후 전원되어 우측 장골 광범위 절제술 및 섭씨 132도에서 2분간 열처리 후 자가골 재삽입술 시행하고 우측 고관절의 인공 관절 치환술 (ABG$^{(R)}$)을 병행하였다. 수술 당시 전이의 증거는 없었으며 술후 조직 병리 검사상 고분화 골육종 진단되었으며 술전 또는 술후 화학 요법은 시행하지 않았다. 증 례2~56세 여자 환자로 약 3개월 전부터 시작된 우측 대퇴부 동통으로 방사선 검사상 이상 발견되어 전원 후 절개 생검 시행하였다. 결과상 골육종 진단되어 우측 골반골 광범위 절제술 후 섭씨 6 5도 하에서 3 0분간 저온 열처리 후 자가골 삽입 고정술 시행하고 우측 고관절에 대하여 인공 관절 치환술 (ABG$^{(R)}$)을 병행하였다. 수술 당시 전이의 증거는 없었으며 술 후 조직 병리 검사상 고등급 섬유모세포형의 골육종이 진단되었다. 술후 화학 요법은 HDMTX, ADR, CDDP으로 시행하였다. 증 례 3~46세 여자 환자로 우연히 발견된 좌측 장골의 종괴로 연골육종 의심 하에 좌측 골반골 광범위 절제술 후 섭씨 65도 하에서 30분간 저온 열처리 후 자가골 삽입 고정술 시행하고 좌측 고관절에 대하여 인공 관절 치환술 (Protek$^{(R)}$)을 병행하였다. 수술 당시 전이의 증거는 없었으며 술후 조직 병리 검사상 II/III 등급의 연골육종이 진단되었다. 결과: 최종 추시상 각 증례의 종양학적 및 기능적 결과는 증례 1은 7년 추시상 국소적 재발이 없는 상태였으며 Ennecking 등에 따른 기능적 평가 지수에서 53%로 평가되었다. 방사선 추시상 약 1년에서 1년 6개월 사이에 골유합이 관찰되었으며 최종 추시시 장골의 재건 금속판의 파괴 소견이 보였으나 환자의 증상과 연관되지는 않았다. 증례 2는 3년 6개월 추시상 국소적 및 원격 재발이 없는 상태였으며 기능적 평가 지수는 60%로 평가되었다. 증례 3은 7개월 추시상 국소적 및 원격 재발이 없는 상태였으며 기능적 평가 지수는 63%로 평가되었다. 결론: 체외 열처리를 이용한 재활용 자가골 이식술 및 인공 관절 치환술을 시행한 3례에서 비교적 만족할만한 종양학적 및 기능적 결과를 보였으며 한국에서 동종 골 이식술이 어려운 점을 감안할 때 이 방법은 골반골을 재건하는데 한 방법이 될 수 있을 것이라 사료된다.