본문 바로가기
HOME> 논문 > 논문 검색상세

논문 상세정보

Simulator를 이용한 인공무릎관절 접촉면의 압력분포 및 운동성 분석
Analysis of the Contact Pressure Distribution and Kinetics of Knee Implant Using the Simulator

이문규   (의과학연구센터  ); 김종민   (전기공학과 홍익대학교  ); 김동민   (전기공학과 홍익대학교  ); 최귀원   (의과학연구센터  );
  • 초록

    인공무릎관절의 수명에 직접적인 영향을 주는 인자는 접촉면에 대한 접촉면적과 압력분포이다 따라서. 이에 대한 실험적인 평가가 필요하였고 knee simulator 혹은 K-scan sensor를 포함한 시스템과 같은 많은 연구가 진행되어 왔다. 그러나 지금까지 보행주기에 따른 연속적인 인공관절 운동에 대한 접촉면의 압력분포를 실시간으로 분석한 연구는 미흡하다 따라서 본 연구의 목적은 보행주기를 모사하는 simulator와 I-scan을 이용하여 연속적인 동작에 따른 접촉면의 압력분포를 분석함에 있다. 본 연구의 목적을 이루기 위해서 생체내 인공관절 환경을 정확히 표현할 수 있는 knee simulator를 제작하였다. 네 방향의 자유도를 갖고 있는 본 simulator는 soft tissue의 기능을 포함하고 있고 PC Program을 통하여 압축하중과 femoral component의 굴곡각을 조절할 수 있다. 본 시스템의 I-scan sensor는 보행주기에 따른 압력분포를 분석할 수 있다. 보행주기에 대한 압력분포는 압축하중곡선에 따라 주요하게 변화함을 알 수 있고 운동성에 영향을 쿠는 압력중심의 위치도 변한다는 것을 알 수 있다. 따라서 본 연구에서 제작한 knee simulator는 보행주기 같은 특정의 운동정보를 이용하여 접촉면의 압력분포 및 운동성 같은 기계적 성능을 평가할 수 있고 형상 설계를 위한 기초 자료를 제공할 수 있다.


    Contact area and pressure are important factors which directly influence a life of knee implants. Since implant's mechanical functions should be experimentally evaluated for clinical use, many studies using a knee simulator and a pressure sensor system have been conducted. However it has not been reported that the contact pressure's distribution of a knee implant motion was estimated in real-time during a gate cycle. Therefore. the objective of this study was to analyze the contact pressure distribution for the motion of a joint using the knee simulator and I-scan sensor system. For this purpose, we developed a force-controlled dynamic knee simulator to evaluate the mechanical performance of artificial knee joint. This simulator includes a function of a soft tissue and has a 4-degree-of-freedom to represent an axial compressive load and a flexion angle. As axial compressive force and a flexion angle of the femoral component can be controlled by PC program. The pressure is also measured from I-scan system and simulator to visualize the pressure distribution on the joint contact surfaces under loading condition during walking cycle. The compressive loading curve was the major cause for the contact pressure distribution and its center move in a cycle as to a flexion angie. In conclusion, this system can be used to evaluate to the geometric interaction of femoral and tibial design due to a measured mechanical function such as a contact pressure, contact area and a motion of a loading center.


  • 주제어

    Knee implant .   I-scan sensor .   Knee simulator.  

  • 참고문헌 (12)

    1. The use of a force-controlled dynamic knee simulator to quantify the mechanical performance of total knee replacement designs during functional activity , J.D.desJardins;P.S.Walker;H.Haider;J.Perry , J. Biomechanics / v.33,pp.1231-1242,
    2. The biomechanical problems of polyethylene as a bearing surface , J.P.Collier;M.B.Mayor;V.A.Surprenant;L.A.Dauphinais;R.E.Jensen , Clinical Orthopaedics / v.261,pp.107-113,
    3. A study of lower-limb mechanics during stair-climbing , T.P.Andriacchi;G.B.J.Andersson;R.W.Fermier;D.Stern;J.O.Galante , J. of Bone and Joint Surgery / v.62A,pp.749-757,
    4. A Knee simulating machine for performance evaluation of total knee replacements , P.S.Walker;G.W.Blunn;D.R.Broome;J.Perry;A.Watkens;S.Sathasivam;M.E.Dewar;J.P.Paul , J. Biomechanics / v.30,pp.83-89,
    5. Inherent differences in the laxity and stability between the intact knee and total knee replacement , E.Luger;S.Sathasivam;P.S.Walker , The Knee / v.4,pp.7-14,
    6. Wear particulate species and bone loss in failed total joint arthroplasties , Y.Kadoya;P.A.Revell;A.Kobayashi(et al.) , Clinical Orthopaedics / v.340,pp.118-129,
    7. Conformity in condylar replacement knee prostheses , P.S.Walker;H.H.Hsieh , J. of Bone and Joint Surgery / v.59B,pp.222-228,
    8. Tibiofemoral contact pressures in degenerative joint disease , C. Riegger-Krugh;T.N.Gerhart;W.R.Powers;W.C.Hayes , Clinical Orthopaedics / v.348,pp.233-245,
    9. A knee function assessment chart , P.Aichroth;M.A.R.Freeman;I.S.Smillie;W.A.Souter , J. of Bone and Joint Surgery / v.60B,pp.308;309,
    10. An improved method for measuring tibiofemoral contact areas in total knee arthroplasty: a comparison of K-scan sensor and Fuji film , M.L.Harris;P.Morberg;W.J.M.Bruce;W.R.Walsh , J. Biomechanics / v.32,pp.951-958,
    11. 인공슬관절 전치환술에서 형상 모델링 프로그램을 이용한 안정성에 대한 응력 해석 , 이문규;최귀원;이태수 , J. the Korean Orthopaedic Research Society / v.4,pp.,
    12. Results of total knee arthroplasty with a nonconstrained prosthesis , J.M.Cloutier , J. of Bone and Joint Surgery / v.65,pp.906-919,

 활용도 분석

  • 상세보기

    amChart 영역
  • 원문보기

    amChart 영역

원문보기

무료다운로드
  • NDSL :
유료다운로드
  • 원문이 없습니다.

유료 다운로드의 경우 해당 사이트의 정책에 따라 신규 회원가입, 로그인, 유료 구매 등이 필요할 수 있습니다. 해당 사이트에서 발생하는 귀하의 모든 정보활동은 NDSL의 서비스 정책과 무관합니다.

원문복사신청을 하시면, 일부 해외 인쇄학술지의 경우 외국학술지지원센터(FRIC)에서
무료 원문복사 서비스를 제공합니다.

NDSL에서는 해당 원문을 복사서비스하고 있습니다. 위의 원문복사신청 또는 장바구니 담기를 통하여 원문복사서비스 이용이 가능합니다.

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠
이 논문과 함께 출판된 논문 + 더보기