earticle

영어

The pedicle screw system consists of pedicle screws, steel rods and a transverse connecting device. It can be used for treatment of degenerative disc herniation because it can provide stability through two pedicles and can be firmly fixed. ASTM F1717-18 is the standard for evaluating the physical and mechanical properties of the pedicle screw system, and it presents the experimental environment and test method including the jig for the static and dynamic fatigue test of the spinal implant in the vertebral body resection model. ASTM allows the use of finite element analysis for artificial hip joints and artificial knee joints to evaluate stress and strain, but there is no standard for the pedicle screw system. In this study, physical and mechanical data were obtained under compression, tensile and torsional loads by applying ASTM F1717 to the pedicle screw system, and the same loading conditions were applied to the finite element analysis and compared with the experimental data. In this paper, the applicability of the finite element analysis to the physical and mechanical evaluation of the pedicle screw system was investigated. Comparisons of experimental and finite element analyzes of pedicle screw system showed similar values o f stiffness and yield load under static compressive load according to ASTM F1717. Therefore, the results of this study suggest that the finite element analysis can be used to evaluate the physical and mechanical properties of the pedicle screw system.

한국어

척추경 나사못 시스템은 척추경 나사못, 종구조물, 횡연결 기기 등으로 구성되어 있으며, 척추경을 통해 척추 전·후방에 안정성을 부여할 수 있고 견고한 고정이 가능하기 때문에 퇴행성 디스크 수술 등에 널리 사용된다. 척추경 나사못 시스템의 물리·기계적 특성 평가에 관한 규격은 ASTM F1717-18: Standard Test Methods For Spinal Implant Constructs in a Vertebrectomy Model이 있으며, 척추체 절제술 모델에서 척추용 임플란트의 정적 및 동적 피로 시험 을 위한 지그를 비롯한 실험 환경 및 시험방법을 제시하고 있다. ASTM에서는 인공 엉덩이 관절 및 인공 무릎 관절 에 대해 유한 요소 분석을 이용하여 응력과 변형률을 평가하는데 적용할 수 있도록 하고 있으나 척추경 나사못 시스 템에 관해서는 규격이 없는 실정이다. 본 연구에서는 척추경 나사못 시스템에 ASTM F1717을 적용하여 압축, 인장 및 비틀림 하중에서 물리·기계적 데이터를 도출하고, 동일한 하중 조건을 유한 요소 분석에 적용하여 실험 데이터와 비교 하였다. 이를 통해 척추경 나사못 시스템의 물리·기계적 평가에서 있어서 유한 요소 분석의 적용 가능성을 확인 하고자 하였다. 척추경 나사못 시스템의 실험 값과 유한 요소 분석 값을 비교한 결과 ASTM F1717에 따른 정적 압 축 하중 하에서 강성도, 항복 하중은 유사한 값을 보였다. 따라서, 본 연구의 결과를 통해 유한 요소 분석은 척추경 나사못 시스템의 물리·기계적 특성을 평가하는데 있어서 제한적이지만 활용 가능할 것으로 판단된다.