• 생명과학회지
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• 제14권3호
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• pp.484-489
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• 2004

인공관절은 21세기 정형외과 발전의 주요변화들 중의 하나이다. 1997년이래 전 세계적으로 무릎인공관절(Total Knee Arthroplasty: TKA)을 사용하는 사람들이 해마다 약 600,000명씩 증가하고 있는 추세이고 미국에서만 인공관절을 사용하고 있는 사람들이 210,000명에 달하고 있으며 그 시장은 대략 $5 billion을 넘고 있다(7). 무릎인공관절은 일상생활에서 의자에 앉았다 일어날 때 계단을 올라 갈 때 등, 무릎의 근 모멘트가 적당한 활동을 해서 무릎관절 근육에 지레와 같은 작용을 하게 하고, 완전한 무릎으로 정상인의 무릎과 같은 기능을 오랫동안 유지하게 한다. 이러한 목적을 달성하기 위해서는 무릎인공관절 디자인 시 정상적인 무릎 회전축(normal knee's axes of rotation)들의 정확한 위치를 파악하는 것은 중요하다. 인공관절 수술 후 무릎관절의 신전과 굴곡 운동을 하는 동안 하나의 회전축(single-axes)을 가진 하나의 회전 반경(single-radius)을 알아보는 것은 여러 축(multi-axes)으로 움직이게 된다는 다축 회전반경(multi-radius)을 분석하기에 앞서 중요한 연구이다. 따라서 본 연구에 서는 무릎이 신전운동과 굴곡 운동 시 신전과 굴곡 모멘트를 만들어내는 대퇴 사두근(quadriceps muscle)과 무릎 오금근 (hamstring)의 역할을 알아보았고, 또한 모멘트와 대퇴 사두근의 iEMG 형태를 파악하였다. 본 연구를 수행하기 위해 무릎인공관절 수술을 받고 1년과 3년이 지난 정상적인 생활을 하는 피검자(1년2명, 3년2명)를 대상으로 Isometric 테스트를 위한 KIN-COM III을 사용하여 60$^\circ$, 30$^\circ$의 무릎굴곡 측정을 하였고, Isokinetic concentric 테스트를 위해서 무릎굴곡각도의 $10^\circ$-80$^\circ$까지 움직임을 측정하였다 또한 15$^\circ$-75$^\circ$까지의 신전운동(sit-to-stand movement)과 굴곡운동(stand-to-sit movement)을 실시하여 시간의 차이, 내전과 외전의 차이 그리고 iEMG의 차이를 알아보았다. 본 연구의 데이터는 여러 번의 실험을 통하여 가장 일반적인 수치를 사용하였다. 이 때 16-channel BTS TELEMG를 사용하여 대퇴사두근과 무릎오금근의 근육활동모양을 알아보았다. 본 연구결과는 시술 후 3년이 지나면서 TKR (Total Knee Replacement)의 대퇴 사두근 토큐가 약해지는 것으로 나타났고, iEMG 실험에서는 N-TKR (Non-Total Knee Replacement)의 대퇴 사두근이 TKR의 대퇴 사두근 보다 근 수축력이 더 크게 발휘되는 것으로 밝혀졌다. 단축회전반경의 굴곡과 신전의 $10^\circ$-80$^\circ$까지의 각 속도는 굴곡동작이 1.19s, 신전 동작이 1.68s로 나타났다. 굴곡과 신전동작에서 다리의 외전(abduction)의 각도변화는 굴곡 시 5.5$^\circ$, 신전 시 5.2$^\circ$로 나타났고, 내전(adduction)의 각도변화는 굴곡 시 7.2$^\circ$, 신전 시 6.1$^\circ$로 나타났다. 대퇴 사두근의 iEMG변화에서는 15$^\circ$-60$^\circ$까지 vastus medialis (VM), vastus lateralis (VL), rectus femoris (RF) 모두 굴곡동작에서 큰 값으로 나타났고, 61$^\circ$-75$^\circ$사이에서는 신전동작에서 iEMG가 큰 값으로 나타났다. 이와 같은 결과들은 인공관절 수술자들의 다축회전 반경을 분석하기에 앞서 중요한 선행연구가 될 것으로 생각된다.

• 기계저널
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• 제53권8호
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• pp.38-42
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• 2013

이 글에서는 무릎 인공관절 전치환술(Total knee arthroplasty) 시 곁인대 이완 절개술(Pie crust technique)에 의한 곁인대 대변형의 정량화 방법에 대하여 소개한다.

• 한국융합학회논문지
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• 제5권2호
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• pp.7-11
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• 2014

본 연구에서는 텅스텐합금강의 상부구조와 폴리에틸렌소재로 구성된 하부구조의 무릎 인공관절이 하중을 받았을 때에 인공관절의 하중분포와 인공관절의 설치를 위한 지지구멍에 가해지는 응력분포에를 유한요소해석에 의하여 연구하였으며, 이러한 결과들을 이용하여 실물에 대한 실험을 위한 기초자료를 얻을 수 있었다. 상부구조의 모서리 끝부분부터 하중이 집중되어 크랙이 발생되며 이는 의학계에 보고된 인공관절파손에 의한 조직괴사사례와 그 거동이 일치하였다.

• Composites Research
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• 제28권3호
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• pp.89-93
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• 2015

본 연구는 무릎 인공관절의 이식 조직으로서 사용되는 이식 부품을 분석한다. 저탄성 티타늄 합금은 응력 차폐 현상을 해소하기 위해 적용되어진다. 이식 부품들의 응력 분포를 연구하기 위하여 시뮬레이션 해석이 수행되어진다. 저탄성 티타늄 합금의 탄성계수에 따른 등가응력 분포를 통하여 골격과의 상관 관계가 도출되고 연구된다. 이식 부품의 응력은 탄성계수가 감소함에 따라 처음에는 감소하다가 약 46 GPa 부근에서 가장 크게 감소하고 다시 증가한다. 이식 부품에 걸리는 응력의 감소는 골격에 더 큰 응력이 가해지게 되므로 응력차폐현상으로 볼 수 있다. 본 연구 결과는 무릎 인공관절의 이식 부품과 같은 복합 재료의 안전한 설계를 개발하는데 필요한 자료로 사료된다.

• 생명과학회지
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• 제18권11호
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• pp.1532-1537
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• 2008

무릎인공관절 단축범위 수술자와 다축범위 수술자를 대상으로 영상분석과 근전도 분석 그리고 운동생리학적 분석을 통하여 얻은 결과는 다음과 같다. 한 계단 오르기와 내리기 동안 소요시간은 대상자들 간에 통계적으로 큰 차이(p=0.380, p=0.171)는 없었지만 평균에서는 약간의 차이가 나타났다. 단 축범위 수술자가 다축범위 수술자보다 오르기와 내리기에서 평균속도가 빠른 것으로 나타났다. 한 계단 오르기 동안 고관절의 각속도, 무릎의 각속도, 발목의 각속도는 세 관절 모두 통계적으로는 유의한 차이(p=0.078, p=0.095, p=0.069)는 없었지만 평균의 비교에서는 단축관절 수술자가 다축관절 수술자보다 빠르게 나타났다. 한 계단 오르기 동안 관절의 최대 토크는 통계적으로 차이(p=0.052, p=0.096, p=0.134)는 나타나지 않았으나 평균의 비교에서는 단축관절 수술자가 다축관절의 수술자보다 각관절의 토큐가 모두 크게 나타났다. 굴곡과 신전으로만 움직이게 단축으로 제작된 인공관절에서는 볼 수 없는 변인으로서 연구의 의미가 있다고 사료된다. 계단 오르기와 내리기 동안 외전과 내전이 일어나는 각도를 알아본 결과 통계적으로는 큰 차이는 없었으나(p=0.103) 계단 오르기 동작 ($6.2^{\circ},\;7.8^{\circ}$)이 내리기 동작($5.8^{\circ},6.4^{\circ}$)보다 약간 크게 나타났다. 다축범위 수술자와 단축범위 수술자의 등장성 수축 시 하지의 근육변화를 알아보기 위하여 $15^{\circ}-75^{\circ}$ 사이의 무릎을 펴는 동안 VM, VL, RF, BF, ST의 근육들의 EMG값을 비교해본 결과 통계적으로 유의한 차이(P<0.05)가 나타났다. Table 5에서 보면 다축범위 수술자와 단축범위 수술자간에 대퇴사두근과 무릎오금근에서 유의한 차이(p<0.05, p<0.01)를 나타내고 있다. 무릎을 펴는 등장성 수축 동작에서 VM EMG값은 단축범위 수술자가 다축범위 수술자보다 $31^{\circ}-45^{\circ}$ 그리고 $61^{\circ}-75^{\circ}$에서 더욱 크게 나타났다. BF EMG값은 모든 구간에서 단축범위 수술자가 다축범위 수술자보다 크게 나타났다. 서로 다른 4그룹에서 운동 강도별 피험자의 체지방율의 변화는 젊은 일반군(C), 노인군(E), 단축범위 수술자(S), 다축범위 수술자(M) 에서 운동시기별 측정값의 통계적 유의한 차이는 나타나지 않았으나, C 그룹에서 시기별 체지방률이 감소하였고, 고강도 운동인 HI 시기에 가장 낮은 값을 나타내었다. 반면에 E, S 및 M 그룹에서는 시기별 감소하는 경향은 있었으나, 증가된 곳도 있고 HI 시기에서는 모든 그룹에서 감소하였다. 하지만 모든 시기에서 통계적인 차이를 나타내지 않았다. 서로 다른 4그룹에서 운동강도별 피험자의 안정시대사량의 변화는 그룹별 용이한 비교를 위하여 체표면적으로 나눈 값으로 표기하였다. C 그룹에서 시기별 안정 시 대사량 값이 증가하여 저강도 운동 후 가장높은 값을 보였고 통계적으로도 유의하게 증가함을 알 수 있었다(p<0.05). 서로 다른 4그룹에서 운동 강도별 피험자의 평균에너지 지출량의 변화는 운동 중과 운동 후 30분간의 에너지 지출량의 평균값을 나타낸 것으로 시기별 C 그룹에 대하여 다른 그룹을 비교 하였다. 우선 고강도 운동 시 C 그룹에 비해 E, S, M 그룹에서 낮은 에너지 소비량 값을 보였고, 모든 그룹에서 통계적으로 낮은 값을 보였다(p<0.05). 그리고 이러한 결과는 저 강도 운동에서도 같은 경향을 보이며 나타났는데, 저강도 운동 시 평균 에너지 지출량은 C그룹에 비하여 E, S, M 그룹에서 낮은 에너지 소비량 값을 보였다. 무릎인공관절 단축범위 수술자와 다축범위 수술자를 대상으로 운동역학적인 변인과 운동생리학적 변인을 동시에 병행하여 연구를 시도한 결과 우선 실험상의 어려움들이 많이 나타났다. 현재는 인공관절 수술이 두 종류의 형태뿐만 아니라 재료가 다른 여러 종류의 인공관절도 제작되고 있다. 계속적으로 추가적인 연구가 실시되어야 할 것으로 사료된다.

• 전기전자학회논문지
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• 제7권1호
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• pp.119-126
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• 2003

CT 영상을 이용하여 인공 무릎관절 모의 치환 시술 환경 구축에 관한 방법을 제시한다. 관절의 3차원 형상의 재구성에 필요한 정보는 영상처리 기법을 이용하여 연속된 CT 영상으로부터 노이즈 제거와 포인트 데이터를 추출하며, 추출된 포인트 데이터는 영상의 해상도와 함께 생역학에서 제시한 역학적 축을 기준으로 실측의 3차원 형상으로 재구성된다. 재구성된 형상은 PC 기반에서 구현된 모의시술 프로그램을 통하여 관절 운동의 해석과 접촉면 해석을 지원하며, 조이스틱과 마우스등을 이용하여 인공관절의 치환과 절단을 가상으로 실행할 수 있도록 하였다. 또한 인공 관절의 접합부에 대한 접촉면 해석을 통하여 시술에 대한 정합성과 연골 부위의 마모성 예측을 시각화하였다.

• 월간 기계설비
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• 10호통권183호
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• pp.99-100
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• 2005

등산은 누구나 손쉽게 즐기는 국민 스포츠이다. 그러나 생각만큼 간단한 운동은 아니다. 의욕만 앞세우다 자칫 발목이나 무릎 관절에 무리를 줄 수 있으며, 심한 경우 관절이나 관절 주변 조직이 찢어져 수술을 받아야 한다. 관절이나 주변 조직의 부상은 만성 관절염으로 연결되기 쉬우며, 만성 관절염은 노후 인공관절 수술을 받게 되는 가장 큰 원인이 된다. 이번 호에서는 등산으로 인한 근육∙골격계 질환에 대해서는 알아보기로 한다. 이 내용은 동아일보에 게재된 내용을 발췌 정리한 것이다.

• 생명과학회지
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• 제16권5호
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• pp.773-779
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• 2006

단축범위 무릎인공관절 수술자와 다축범위 무릎인공관절 수술자를 대상으로 앉았다 일어나는 동안 운동학적 및 운동역학적 요인들을 비교분석한 결과는 다음과 같다. 앉았다 일어나는 동작은 다축범위 수술자 집단이 단축범위 수술자 집단보다 0.19초(p= 0.033) 빠르게 나타났다. 최대상체 굴곡각도는 다축범위 수술자 집단이 단축범위 수술자집단 보다 $10^{\circ}(p=0.014)$정도 크게 나타났다. 상체굴곡 각속도는 다축범위 수술자 집단이 단축범위 수술자 집단보다 $7^{\Omega}{\cdot}S^{-1}$(p= 0.058)빠르게 나타났다. 단축범위 수술자 집단과 다축범위 수술자 집단의 ADD와 ABD의 차이는 거의 없었다. 대퇴사두근의 근전도분석은 내측광근은 무릎굴곡각 $60^{\Omega}-15^{\Omega}$(p＜0.05)에서 단축범위 수술자 집단 근전도 값이 다축범위 수술자집단 근전도값 보다 작게 나타났다. 외측광근은 무릎굴곡각 $60^{\Omega}-45^{\Omega}$(p＜0.05)에서 단축범위 수술자 집단 근전도 값이 다축범위 수술자집단 근전도값 보다 작게 나타났다. 대퇴직근의 값은 무릎굴곡각 $60^{\Omega}-30^{\Omega}$(p<0.05)에서 단축범위 수술자 집단 근전도 값이 다축범위 수술자집단 근전도값 보다 작게 나타났다. 대퇴이두근의 값은 무릎굴곡각 $75^{\Omega}-15^{\Omega}$(p＜0.05)에서 단축범위 수술자 집단 근전도 값이 다축범위 수술자집단 근전도값 보다 작게 나타났다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제21권2호
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• pp.201-212
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• 2000

본 논문에서는 인공고관절과 환자의 고관절 부위를 각각 3차원 영상화한 후에 이들의 정합도 (fitness)를 측정하여 수치적인 정보로 제공함으로써 환자의 체형에 적합한 인공고관절을 선택하고, 더 나아가 정확한 시술방향과 시술깊이를 제공할 수 있는 모의시술시스템을 제시하였다. 이를 위해 region growing 기법등을 이용하여 환자의 CT 영상을 3차원화하고, 또한 인공고관절을 projection 기법 등을 통해 3차원 영상화하였으며, 지금까지 인공고관절 정합도 측정에 사용했던 단순한 단면적 비교방식과는 달리 삽입의 균일성도 가늠할 수 있는 새로운 정합도 측정 방식을 고안하여 적용하였다. 다양한 실험과 분석을 통하여 새로 제안한 정합도 측정 방법의 정확성과 우수함을 확인할 수 있었으며, 본 논문에서 제시하는 모의 시술시스템은 향후 정형외과 분야에서 인공무릎과 같은 다른 영역에서의 시술 보조 시스템으로도 응용될 수 있을 뿐만 아니라, 인공관절의 국산화 및 주문제작 등에성도 많은 활용을 할 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한정형외과학회지
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• 제55권6호
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• pp.527-533
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• 2020

목적: 슬관절 인공관절 전치환술(total knee arthroplasty, TKA) 후 통증 조절을 위한 부프레노르핀 경피 패치(buprenorphine transdermal patch, BTDP)의 흉부 적용 및 무릎 적용 효과를 비교하고자 하였다. 대상 및 방법: 2018년 8월부터 2019년 8월까지 TKA를 시행한 231명 중에서 나이, 성별, 체질량 지수(body mass index) 등을 고려한 환자-대조군 연구를 통해 선별된 200예를 대상으로 후향적으로 분석하였다. BTDP를 적용하기 전후에 Numeric Rating Scale (NRS), 부작용 및 순응도를 측정하였으며 흉부 적용군(A군=100명)과 무릎 적용군(B군=100명) 사이의 모든 측정치를 비교하였다. 결과: 술 후 BTDP 적용군 간의 휴식 시 NRS는 전반적으로 비슷하였으나 B군의 술 후 2, 3일째 오후, 5일, 6일, 7일째 휴식 시 NRS는 A군의 NRS보다 통계적으로 유의하게 낮았다. BTDP 적용 후 중추신경계, 위장관계 부작용은 B군에서 유의하게 낮았다. 심혈 관계, 피부의 부작용은 두 군 간에 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다. 통증 조절을 위한 지속적인 BTDP 유지에서도 B군이 A군에 비하여 유의하게 높게 나타났다. 결론: TKA 후 BTDP를 통증이 있는 무릎 관절에 직접 적용하는 것은 술 후 초기 통증 조절에 있어 우수한 결과를 보였으며 기존의 흉부 적용 방법보다 부작용 빈도를 줄여 환자의 순응도를 높일 수 있는 유용한 방법으로 판단된다.