해면골에 대한 평가는 일반적으로 골밀도를 기준으로 평가하지만, 골밀도는 뼈의 특성을 70-80% 정도만 설명하는 것으로 알려져 있다. 이에 따라 골밀도로 설명이 되지 않는 나머지 특성을 뼈 미세구조의 형태학적 특성을 이용하여 설명하려는 노력이 생체역학 분야에서 오랫동안 있어 왔다. 본 연구는 CAD/CAM 분야의 feature extraction 기술을 이러한 생체역학 분야에 접목함으로써 뼈의 미세구조 평가를 위한 새로운 형태학적 지수 개발의 가능성을 탐색하고자 한다.
본 연구에서는 뼈에서 다공율 및 골미세구조에 대한 음속 및 감쇠계수의 변화를 살펴보기 위하여 원통형 다공을 갖는 폴리아세틸로 제작된 뼈 모사체가 이용되었다. 0 %부터 65.9 %까지의 다공율을 갖는 6개 뼈 모사체의 음속 및 감쇠계수는 12.7 mm의 직경 몇 1.0 MHz의 중심 주파수를 갖는 한 쌍의 광대역, 비집속형 초음파 트랜스듀서를 이용하여 수중에서 투과법에 의하여 측정되었다. 음속은 뼈 모사체의 구조적 특성에 상관없이 다공율이 증가함에 따라 거의 선형적으로 감소하였다. 1.0 MHz에서 측정된 감쇠계수는 뼈 모사체의 구조적 특성에 따라 다공율에 대하여 선형적인 또는 비선형적인 상관관계를 나타냈다. 이와 같은 결과는 뼈 샘플 및 뼈 모사체를 이용하여 다른 연구자들에 의하여 발표된 결과와 잘 일치하며, 사람의 뼈에서 골다공증 진단을 위한 초음파 변수와 골밀도 및 골미세구조 사이에 존재하는 상관관계를 이해하는데 도움이 된다.
방사광은 기존 기계학적인 방법으로 분석했던 연구보다 더 정확한 관찰이 가능해 신뢰도가 높은 결과를 얻을 수 있다. 본 연구의 목적은 흰쥐 정강뼈의 미세구조를 3차원적으로 분석 가능한 방사광기반 경X선을 이용해 골다공증의 진단 및 평가에 필요한 정량화된 분석을 구축하고자 하였다. 흰 쥐의 정강뼈를 방사광을 통해 해부학 구조 및 미세내부구조를 얻은 뒤 3차원적 구조분석을 하였다. 그 후, 방사광으로 얻은 영상 데이터를 통해 뼈 내부 구조를 높은 해상도 이미지로 시각화하여 분석을 할 수 있었다. 따라서, 골다공증과 관련된 퇴행성 골격질환의 정량화된 분석방법을 제시하여 근거중심의 평가와 예방의 기초자료가 될 것으로 기대한다.
뼈는 주변 여건에 따라 뼈의 재질 및 형상이 변하는 일종의 동적 구조물로서, 보철물이 부착되면 뼈의 응력상태가 다라져 새로이 골재형성을 하게 된다. 특히, 골절판 부착시 뼈의 접촉은 촉진되나, 그 부위의 응력 변화에 의하여 골절판과 부착된 부분의 뼈는 오히려 약화되는 골다공증 현상을 야기하기도 한다. 본 연구에서는 뼈의 응력변화와 골재형성의 관계를 3차원 유한 요소법을 이용하여 관련시키고자 한다. 이는, 새로이 설계된 골절판 또는 어떤 보철물이, 비록 그 자체의 생체 적합성 및 충분한 강도를 갖게 되더라도 골재형성에 미치는 영향을 판단할 근거가 요구된다고 사료되기 때문이다. 그래서, 현 사용되는 골절판을 인체 대퇴골에 부착된 3차원 유한 요소 모델을 제작하여, 응력 차이법에 의한 골재형성의 경향을 조사하고, 그 경향을 기존 동물 실험결과와 비교 검토하여, 본 연구의 타당성을 평가하여 보철설계의 역학적 기초를 확립하고자 한다.
뼈 결정과 같이 결정도가 낮은 탄산 인회석 결정의 화학조성 및 구조는 순수 수산화인회석 과 물리적 및 화학적 성질에 있어서 매우 다르다. 극미세 결정으로 결정도가 매우 낮은 불완전 결정이며, 결정 표면은 매우 반응성이 높은 이온으로 구성되어 있어 유기분자나 세포와 활발히 반응할 수 있다. 이와 같은 뼈 결정의 특성을 고형 기질 표면에 불완전 결정도 인회석 박막을 형성시켜 생체재료에 재현하였다. 이 박막에는 뼈세포들이 잘 부착하였는데 특히 골모세포의 부착, 증식, 분화를 촉진하여 장차 이와 같은 뼈 탄산 인회석의 특성을 갖는 인회석을 생체이식 재료로 이용하므로써 우리 몸의 생리에 좀 더 가까운 인공 매식체를 개발할 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구는 발강화 훈련이 유연성 편평발이 동반된 엄지발가락가쪽휨증을 가진 젊은 성인의 엄지발가락가쪽 휨증을 향상하는지에 대하여 평가하였다. 대상자는 총 28명으로 발강화 훈련군(14명)과 대조군(14명)으로 무작위로 나누었다. 8주 훈련 동안 두 군 모두 I.D.W를 착용하였다. 실험군은 발강화 훈련을 8주 동안 주 3회 1회당 20분씩 발강화 훈련을 받았다. 발의 구조와 최대 압력은 엄지발가락 가 쪽 휨 각도, 발허리 뼈의 각도, 발배뼈 높이 변화, 엄지발가락 압력, 2~5번째 발가락 압력, 첫 번째 발 허리뼈 압력, 두 번째 발 허리뼈 압력, 세 번째 발 허리뼈 압력, 네 번째 발허리 뼈 압력, 다섯 번째 발허리 뼈 압력, 중간 발 압력, 안쪽 발뒤꿈치 압력, 바깥쪽 발뒤꿈치 압력에 의하여 평가되었다. 발강화 훈련을 한 군에서 엄지발가락 가 쪽 휨 각도, 1~2 발허리뼈의 각도, 엄지발가락 압력, 첫번째 발 허리뼈 압력, 두 번째 발 허리뼈 압력, 세 번째 발 허리뼈 압력, 중간 발에서 구조와 압력이 유의하게 향상되었다. 본 연구의 결과에서 발 강화 훈련은 유연성 편평발을 동반한 가쪽발가락휨증을 가진 환자에게 유용하고 적절한 훈련으로 제안할 수 있을 것이다.
허허리뼈 전만각(LLA)은 허리뼈의 곡률을 평가하는 데 사용할 수 있는 지표이다. 허리뼈의 구조적 안정성과 추간판 각도(IDA)에서 척추의 각 부분의 안정성을 측정할 수 있다. 특히, 본 연구 자료에 따르면 허리뼈에 대한 비만과 전만각 사이에는 강한 양의 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 또한, 비만의 경우 IDA가 큰 이유는 해부학적 구조의 약화와 중력 효과의 결과인 것으로 보인다. 비만은 정상적인 시상면 균형을 방해하고 최소한의 에너지로 똑바른 자세를 유지하지 못한다. 따라서 비만은 허리뼈 전만증을 변화시켜 요통을 유발하는 중요한 요소가 될 수 있다.
개에서 넙다리뼈 뼈겉질에 결손을 유발하여 뼈 이식재로 사용하는 calcium sulfate (CS), demineralized bone matrix (DBM), calcium metaphosphate (CMP)를 이식하여 뼈 재생 효과를 비교 분석하였다. 비글견 9두, 총 18개의 넙다리뼈에 각각 4개의 결손부를 외과적으로 유발하고, 이 중 3 곳에는 CS, DBM, CMP를 각각 이식하고 나머지 하나는 대조군으로서 총 4개의 군으로 나누어 관찰하였다. 방사선 검사는 수술 전, 수술 후 4, 8, 24주에 실시하였으며, 조직 검사는 4, 8, 24주에 안락사 후에 실시하였다. 방사선 검사에서는 시간 경과에 따른 이식재의 분해성을 관찰할 수 있었으며 뼈겉질의 치유가 이루어짐을 확인하였다. CS군은 빠르게 흡수되어 뼈겉질을 형성하였으며, DBM군은 이식재 주위에 뼈가 형성되면서 점차적으로 겉질뼈를 채우는 양상을 보였다. CMP군은 빠르게 흡수되지 않고 24주가 지난 후에도 이식재 잔여물이 남아 뼈 겉질의 구조적 역할을 수행하면서 뼈를 형성하였다. 방사선 intensity는 대조군이 모든 실험군에 비해서 유의성 있게 낮았다 (p < 0.05). 조직학적 검사에서 CS,DBM,CMP 모두 대조군과 비교할 때 뼈 재생을 촉진시켰으며 (p < 0.05), 뼈 겉질 결손 시 입자 공간이 다소 넓은 DBM보다 CMP가, CMP보다 CS가 뼈 접합체로 적합하였다. CS, DBM, CMP 모두 상당 양의 뼈를 형성하여, 뼈 재생 촉진에 효과적인 것으로 판단되었다.
본 논문에서는 마이크로 CT 영상에서 해면뼈의 형태학적 분석을 위하여 해면뼈를 자동 분할하는 방법을 제안한다. 제안된 방법에서는 임계값을 이용하여 뼈 영역을 추출하고 뼈의 바깥쪽 경계선을 검출한다. 뼈 영역의 각 복셀에 대하여 구 정합을 적용하여 해당 복셀을 중심으로 하는 최대 크기의 구를 구한다. 이 구에 뼈의 바깥쪽 경계선이 포함되면 이 구에 포함된 복셀들은 치밀뼈로 분류되고 그렇지 않으면 해면뼈로 분류된다. 제안된 방법을 쥐의 15개 대퇴골 원위부 영상에 적용하였으며 사람이 수작업으로 분할한 결과와 비교 실험을 수행하였다. 분할된 해면뼈에 대하여 BV/TV, Tb.Th, Tb.Sp, Tb.N의 네 가지 형태학적 지표자를 측정하였다. 회귀분석과 Bland-Altman 방법으로 비교해본 결과 BV/TV, Tb.Th, Tb.Sp, Tb.N 모두 신뢰할 만한 수준의 범위 안에 있었다. 또한 구 정합 방법은 단순하게 구현할 수 있으면서도 3차원 정보를 이용함으로써 해면뼈를 정확하게 분할할 수 있음을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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