Journal of Biomedical Engineering Research (대한의용생체공학회:의공학회지)

The Korean Society of Medical and Biological Engineering (대한의용생체공학회)
권호 표지

A Numerical Study on the Response of the Tibial Component in Total Knee Arthroplasty to Longitudinal Impact

인공무릎관절 전치환술에 있어 축방향 충격에 의한 Tibial Component의 응답 특성 분석 연구

  • 조용균 (의과학연구센터, 한국과학기술연구원) ;
  • 조철형 (의과학연구센터, 한국과학기술연구원) ;
  • 최재봉 (의과학연구센터, 한국과학기술연구원) ;
  • 이태수 (서강대학교 공과대학 기계공학과) ;
  • 최귀원 (의과학연구센터, 한국과학기술연구원)
  • Published : 1998.10.01
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Abstract

In this study, the stress distribution for different tibial components was observed In order to Investigate the load transfer and potential failure mechanism of the tibial components subjected to dynamic impact loading and also to evacuate the effect of bone-implant bonding conditions on the implant system. The 3-dimensional finite element models included an intact tibia, cemented metal-backed tibial component, uncemented metal-blocked tibial component, cemented all-polyethylene tibial component, and metal-backed component with a debonded bone/stem interface. The results showed that the cemented metal-hocked component Induced slightly higher peak stress at stem tip than the uncemented component. The peak stress of the all-polyethylene tibia1 component at stem trip showed about half thats of metal-backed tibial components. The all-polyethylene component showed a similar dynamic response to intact tibia. In case of debonded bone/stem interface, the peak stress below the metal tray was three times Higher than that of the fully bonded interface and unstable stress distribution at the stem tip was observed with time, which causes another adverse bone apposition and implant loosening. Thus, the all-polyethylene tibial component bonded fully to the surrounding bone might be most desirable system under an impact loading.

본 연구에서는 동적충격하중 하에서 다양한 tibial component system의 하중전달현상 및 발생 가능한 실패기전을 관찰하기 위해 서로 다른 tibial component들에 대한 수치해석을 통한 응력분포를 관찰하고 또한 접합 상태에 따른 임플란트 시스템이 받는 영향을 비교 분석하였다. 따라서, 해석에 고려되는 모델은 정상 경골과 현재 가장 많이 적용되는 시스템인 시멘트형과 무시멘트형 metal-backed tibial component, 폴리에틸렌으로 된 시멘트형 tibial component, 그리고 골과 slew사이의 비접합상태를 가정한 metal-backed tibial component을 포함한다. 해석 결과 metal-backed tibial component의 stem 끝 부분에서는 시멘트형이 무시멘트형 보다 약간 더 놀은 최대 응력을 보였다. 반면, 폴리에틸렌으로 된 tibial component의 경우 stem 글 부분에서의 최대 응력은 metal-backed tibial component에 비해 차 반 정도로 줄었고, 전체적으로 정상 경골에 유사한 응답 특성을 보여주었다. 골과 stem 사이의 비접합을 가정한 경우 금속 tray 밑 부된에서의 응력은 완전히 접합된 경우 보다 3배 더 높았고, stem 끝부분에서는 시간에 따른 불안정한 응력이 관찰되어 이 현상은 임플란트 해리현상과 불완전한 골접합을 가중시키는 원인으로 사료된다. 따라서, 수직충격하중을 고려한 경우 골에 안정하게 고정되는 폴리에틸렌 tibial component가 가장 바람직하다.

Keywords

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