척추경 나사의 헤드 및 잠금 나사 디자인을 통한 구조적 안정성 개선에 대한 생체역학적 조사

Abstract

This study is about a method of improving structural stability through screw head and locking screw design, which are core development elements of pedicle screws. Among situations in which pedicle screws are installed in the human spine, strong fixation and correction force must be secured in severe cases. This is a study to overcome the functional problems of pedicle screws that users experience in cases such as degenerative disc disease, vertebral fracture, and spinal deformity. In this study, we designed three types of pedicle screws (Type 1, Type 2, and Type 3) with different design elements, and realistically designed pedicle screws such as axial fixation, axial rotation, screw fixation force, and structure separation within the same conditions. Through test items that simulate the problems encountered, the fixation power of each design was tested and statistical significance was verified. At the same time, the factors affecting the fixing force were indexed through finite element analysis for three types of locking screw shapes. Through the results of finite element analysis and mechanical testing, it was confirmed that pedicle screw Type 3 showed the highest average value in the four test items and was statistically significant.

본 학위 논문은 척추경 나사못의 개발 요소중 핵심인 나사못 헤드와 잠금나사 디자인을 통한 구조적 안정성을 개선하는 방법에 대하여 연구로, 척추경 나사못이 인체에 식립되는 상황 중, 강력한 고정 및 교정력을 확보해야 하는 중증의 퇴행성 디스크 질환(degenerative disc disease), 척추 골절(vertebral fracture), 척추 변형증(Spinal deformity) 등과 같은 경우, 사용자가 경험하게되는 척추경 나사못의 기능적인 문제들을 극복하기 위한 연구이다. 본 연구에서는 다른 설계요소를 가진 척추경 나사못 3종(Type 1, Type 2, Type 3)을 디자인 하고, 동일한 조건 내에서 축방향 고정, 축방향 회전, 나사못의 고정력, 구조체의 분리등 현실적으로 사용자가 마주하는 문제들을 모사하는 시험항목들을 통하여, 각 설계안의 고정력을 시험하고, 통계적 유의성을 검증 하였다. 동시에 잠금 나사형상 3가지에 대해 유한요소해석법을 통하여, 고정력에 영향을 주는 요인을 색인 하였다. 유한요소 해석법과 기계적 시험의 결과를 통하여 척추경 나사못 Type 3가 4개의 시험항목에서 가장 높은 평균값을 보였으며, 통계적으로 유의함을 확인 하였다.