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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

안윤호 (충북대학교, 충북대학교 대학원)

지도교수
차은종
발행연도
2020
저작권
충북대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수15

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2020

3D 프린팅 요추부 다공성 추간체유합보형재의 개발
안윤호 의용생체공학과 2020.01 학위논문
요추부 다공성 추간체유합보형재의 개발 및 기계적 성능 평가
안윤호 ,  유경주 ,  박광민 외 3명 의공학회지 2020.01 학술저널

초록· 키워드

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Recently, 3D printed porous cages have been introduced to provide more desirable stiffness and may be beneficial to bone ingrowth. They are designed to attempt to reduce the subsidence problem of traditional titanium cage and to get osteointegrative property that PEEK doesn''t have. However, its mechanical performance and safety are not well known.
In this study, in vitro biomechanical analysis using mechanical tests and finite element (FE) methods was done systematically to develop and evaluate mechanical safety of the 3D printed lumbar porous cages. Various types of honeycomb shaped lattice structures were developed in consideration of the lattice size and strut thickness. Then, six type of the lumbar porous cages were developed using them. The stiffness and allowable load of each designed model were calculated, then the clinical safety and mechanical stability were evaluated. To compare the mechanical performance(stiffness, yield load, ultimate load, and runout load) of newly developed cages with the PEEK cage, three types of static tests and two type of fatigue test were performed in accordance with the ASTM standards: Static compression, compression-shear, subsidence tests, fatigue compression and compression-shear tests.
The lattice structures with 58∼65% porosity showed similar elastic modulus as the human cortical bone. The 3D printed lumbar porous cages with 60% porosity showed similar device stiffness and strength as the various products submitted to FDA 510(k), and their wider contact area improved the subsidence test results by about 57∼59%. In conclusion, the 3D printed porous cages developed in this study were considered mechanically safe and could be an alternative to solid PEEK cages.
#3D Printing #Additive Manufacturing #Lattice Structure #Intervertebral Fusion Cage #Mechanical Performance Testing #Finite Element Analysis

목차

Ⅰ. 서 론 1
1. 연구 배경 및 필요성 1
2. 연구 목적 4
Ⅱ. 관련 이론 및 연구 5
1. 척추 5
(1) 척추의 구조 5
(2) 추간판의 구조 7
(3) 척추의 퇴행성 질환 8
2. 추간체유합보형재 11
(1) 정의 및 역사 11
(2) 재료적 특성 12
(3) 형태 및 디자인 요소 15
3. 3D 프린팅 기술과 의료기기 17
4. 다공성 구조 21
(1) 정의 21
(2) 기계적 특성 변화 21
5. 유한요소 해석 23
(1) 정의 23
(2) 유한요소 해석 소프트웨어 24
(3) 결과 분석 25
(4) 신뢰도 검증 25
Ⅲ. 연구 방법 26
1. 연구 추진 체계 26
2. 재료 물성 27
3. 격자 구조 개발 30
(1) 격자 모양 30
(2) 설계 변수 31
(3) 유한요소 해석 32
(4) 결과 분석 33
4. 다공성 추간체유합보형재 개발 34
(1) 설계 34
(2) 유한요소 해석 35
(3) 결과 분석 36
(4) 시제품 제작 38
5. 기계적 성능평가 39
(1) 정적 압축 시험 및 압축-전단 시험 39
(2) 정적 침강 시험 39
(3) 통계 분석(Statistical analysis) 41
(4) 피로 압축 시험 및 압축-전단 시험 41
Ⅳ. 연구 결과 42
1. 재료 물성 43
2. 격자 구조 개발 43
(1) 격자 구조 43
(2) 유한요소 모델 44
(3) 유한요소 해석 결과 47
3. 다공성 추간체유합보형재 개발 49
(1) 다공성 추간체유합보형재 49
(2) 유한요소 모델 52
(3) 유한요소 해석 결과 55
4. 기계적 성능 평가 59
(1) 정적 압축 시험 결과 59
(2) 정적 압축-전단 시험 결과 63
(3) 정적 침강 시험 결과 67
(4) 피로 압축 및 압축-전단 시험 결과 70
Ⅳ. 고찰 72
Ⅳ. 결론 78
참고문헌 79
부록 - 통계 분석 결과 87
1. 재료 물성 시험 87
2. 추간체유합보형재의 정적 압축 시험 88
3. 추간체유합보형재의 정적 압축-전단 시험 95
4. 추간체유합보형재의 정적 침강 시험 100
감사의 글 101

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