경골 골절제의 정도가 절제면의 골 강도에 미치는 영향: 유한 요소 해석을 이용한 연구 (Effects of the Amount of Proximal Tibia Resection on the BoneStrength of Prepared Bone Surface: A FEM Study)

서지정보

· 발행기관 : 대한정형외과학회
· 수록지 정보 : 대한정형외과학회지 / 44권 / 5호 / 507 ~ 513페이지
· 저자명 : 김광균, 원예연, 최문권, 권순행, 이주홍, 김용범

초록

목 적: 유한요소 해석을 이용하여 슬관절의 경골 관절면에서 절단 거리에 따른 절단면의 기계적 강도 차이를 분석하고자 한다.
대상 및 방법: 슬관절 치환술을 위해 내원한 퇴행성 관절염 환자에서 시행한 20예의 슬관절 전산화 단층 촬영 영상을 이용하였고 각 컴퓨터 단층 촬영 이미지를 자동 메쉬 형성(automatic mesh generation) 소프트웨어 BIONIXTM (CANTIBio. Co, Suwon, Korea) 프로그램을 이용하여 8절점 정육방형 요소(8-node hexahedron element)로 모델을 생성하였다. 유한요소 모델은 근위 경골 외과측 관절면에서 6 mm, 8 mm, 10 mm, 12 mm, 15 mm, 18 mm씩 절단하여 20개의 모델당 각 6개의 유한요소 모델을 만들었다. BIONIXTM 소프트웨어에서 생성된 8절점 정육방형 요소는 HyperMeshTM (Altair Engineering. Inc, Seattle, USA) 소프트웨어를 사용하여 1%의 변형률(strain rate)을 가하여 경계 조건을 적용했다. 유한요소 해석은 상용 소프트웨어인 ANSYS 9.0 (ANSYS. Inc, Orlando, USA)을 이용하여 최대 응력(σu, Ultimate stress)을 구하였다.
결 과: 평균 최대 응력은 6 mm에서 906.84 MPa, 8 mm에서 877.22 MPa, 10 mm에서 895.93 MPa, 12 mm에서 852.70 MPa, 15 mm에서 742.90 MPa, 18 mm에서 585.51 MPa로 관절면으로부터 절제 거리가 증가할수록 절단면의 최대 응력이 감소하는 경향을 보였고 15 mm와 18 mm에서는 통계적으로 의미있는 감소를 보였다(15 mm: p=0.005, 18 mm: p=0.000).
결 론: 경골 외과측 관절면에서 절제 거리에 따른 절단면의 강도는 전반적인 감소를 보이나 12 mm 이내에서는 절제면의 골강도를 유의하게 감소시키지 않았다.

영어초록

Purpose: We wanted to evaluate the mechanical strength of proximal tibia as resection distance increased from the joint surface.
Materials and Methods: We obtained the CT images of twenty knee osteoarthritis patients undergoing total knee arthroplasty. The finite element models were created based on the computed tomography images. The 8-node hexahedron element was made from BIONIXTM (CANTIBio. Co, Suwon, Korea), which is automatic mesh generation software program. The finite element model of the proximal tibia was resected at 6 mm, 8 mm, 10 mm, 12 mm, 15 mm and 18 mm from the lateral joint surface. A 1% strain rate was applied to a model by using HyperMeshTM software (Altair Engineering. Inc, Seattle, USA). The ultimate stress was calculated from the finite element analysis with using ANSYS 9.0 (ANSYS. Inc, Orlando, USA).
Results: The mean ultimate stress was 906.84 MPa, 877.22 MPa, 895.93 Mpa, 852.70 MPa, 742.90 Mpa and 585.51 Mpa at the 6 mm, 8 mm, 10 mm, 12 mm, 15 mm and 18 mm resection levels. As compare to the 6 mm resection level, the bone strengths at 15 mm and 18 mm were decreased with statistical significance (15 mm: p=0.005, 18 mm: p=0.000).
Conclusion: The ultimate stress was decreased as the resection distance increased from the joint surface. But within a 12 mm resection distance from the lateral condyle articular surface of the tibia, the ultimate stress was not significantly decreased (p＞0.05).

참고자료

· 없음