A Study on the Prediction of Bone Remodeling of Plated-Human Femur using Stress Analysis

응력해석에 의한 골절판이 부착된 인체 대퇴골의 골재형성 예측에 관한 연구

The stress distribution of bone is altered by the rigid bone plate, sometimes resulting in unfavorable osteoporosis. The rigidity and the biocompatibility are important factors for the design of prosthesis, however, it is also necessary to consider the effect on the bone remodeling. In this paper, it is attempted to establish an approximate and simple method to predict the trend of the configuration of surface bone remodeling upon a bone plate using stress analysis. Thus, three dimensional finite element model of plated-human femur is generated and simulated. In addition, the stress difference method (SDM) is introduced and attempted to demonstrate the configuration of surface bone remodeling of the plated-human femur.

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.