다공성 구조의 기계적 성질 조정과 골 성장 촉진을 위한 티타늄 다공성 추간체 유합 보형재 연구 (A study of titanium porous intervertebral body fusion cage for adjusting mechanical properties of porous structure and promoting bone growth)

서지정보

· 발행기관 : 한국재활복지공학회
· 수록지 정보 : 재활복지공학회논문지 / 17권 / 4호 / 267 ~ 274페이지
· 저자명 : 김민욱, 김동국, 서요한, 이성민, 박철순, 박영상, 이종민

초록

본 연구에서는 종래의 PEEK 소재와 티타늄 소재의 추간체 유합 보형재가 가지고 있는 생체 결합의 문제와 높은 탄성계수 등의 단점을 보완하여, 뼈의 탄성계수와 유사한 티타늄 합금(Ti-6Al-4V) 소재 다공성추간체 유합 보형재를 개발하고 검증하는데 중점을 두었다. 공극률 62.7 % 를 가지는 다공성 추간체 유합보형재의 유한요소해석을 통해 도출 된 탄성계수 23.5 GPa 을 기준으로 시제품을 제작하여 검증한 결과탄성계수의 평균값은 24.3 GPa (표준편차 0.57) 으로 확인 되었다. 이는 구조설계 목표치인 25 ± 1.5 GPa 과 비교하여 오차범위 이내로 뼈의 탄성계수와 유사한 범위임을 확인 하였다.
또한, 다공성 추간체 유합 보형재의 제작과 시험에 따른 그룹간의 차이는 유의하지 않았으며, 적층 제조와 실험 과정에서 발생하는 오차는 무시할만한 수준인 것으로 판단된다. 그럼에도 불구하고, 유한요소해석과 시험 결과에 대한 오차율을 좀 더 낮출 수 있도록 구조설계와 제조 및 실험 과정의 다양한 변수들에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.

영어초록

In this study, the focus was on developing and validating a porous titanium composite fusion implant material with a similar elastic modulus to that of bone, addressing the issues of biocompatibility and high elastic modulus associated with conventional PEEK materials and titanium materials. Through finite element analysis of the porous composite fusion implant material with a porosity of 62.7%, an elastic modulus of 23.5 GPa was derived.
Prototype products were manufactured based on this modulus, and the validation results showed an average elastic modulus of 24.3 GPa (standard deviation 0.57). This confirmed that the elastic modulus was within the acceptable range of bone's elastic modulus, considering the design target of 25 ± 1.5 GPa. Furthermore, the differences between the two groups based on the manufacturing and testing of the porous composite fusion implant material were not significant, and errors occurring during the laminated manufacturing and experimental processes were deemed negligible. However, despite these findings, it is considered necessary to conduct additional research on the design, manufacturing, and experimental processes to reduce the margin of error in both finite element analysis and testing results.

참고자료

· 없음