유한요소해석을 이용한 슬관절 반치환술 정렬에 따른 접촉 응력에 관한 연구

Abstract

29세 한국 남성의 정상 슬관절 영상을 대상으로 전방 및 후방 십자인대, 내측 및 외측 측부인대, 반월상연골, 관절연골을 동반한 정상 슬관절 유한요소모델을 구축한 후 선행 연구결과와 비교하여 개발된 유한요소모델의 유효성을 검증하였다. 검증된 슬관절 유한요소모델을 이용하여 정상 슬관절의 무게중심에 수직하중 800N을 가하였다. 내측과 외측 관절연골로부터 반월상연골에 가해지는 최대 접촉 응력을 기준값 1.000으로 가정하여 정성적 분석을 수행하였다. 삽입한 슬관절 반치환술 유한요소모델의 대퇴경골각을 내반 0°로 교정한 경우 재질 강성의 큰 차이로 인해 내측 베어링의 접촉 응력은 증가, 반월상연골의 접촉 응력은 감소하여 접촉 응력의 비가 약 70.4%와 29.6%로 분포하였다. 내반각 4°와 6°로 교정한 경우 내측 베어링의 접촉 응력이 10.4%와 18.7% 비교적 급격히 증가된 반면, 외측 반월상연골의 접촉 응력은 4.5%와 16.9% 감소되었다. 하지만 내반각 2°의 경우 내측 베어링의 접촉 응력이 2.1% 증가하였고, 외측 반월상연골의 접촉 응력 또한 1.6% 증가하였다. 슬관절 반치환술 유한요소해석 결과 대퇴경골각은 내반 0°에서 2° 사이를 벗어나지 않는 것이 내측 및 외측 접촉 응력의 균형을 비교적 잘 유지한다고 할 수 있다. 더 나아가 내반각 2°를 넘지 않는 범위에서 0°로부터 약간 내반을 유지하는 경우가 장기적으로 베어링의 마모율 저하에 긍정적인 효과를 미칠 것으로 예측된다.