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다양한 상황에서의 경골 원위부 골절에 대한안정적 고정 전략을 확립하기 위한 생체역학적 조사: 유한 요소 분석 연구
양성훈,이준영,정구희,김형태,고바우 대한골절학회 2024 대한골절학회지 Vol.37 No.2
Purpose: This study examined the structural and mechanical stability as well as the clinical significance of various fixation constructs for distal tibial fractures using finite element analysis. Materials and Methods: Fracture models with 20 mm and 120 mm defects were produced, and implants of an intramedullary nail and anatomical plate model were applied. An axial load of 800 N with 60% distribution in the medial compartment and 40% in the lateral compartment was applied and analyzed using Ansys® software. Results: In the intramedullary nail model, the maximum von Mises stress occurred at the primary lag screw hole and adjacent medial cortex, while in the plate model, it occurred at the locking holes around the fracture. The maximum shear stress on the bone and metal implant in the fracture model with a 20 mm defect was highest in the plate assembly model, and in the fracture model with a 120 mm defect, it was highest in the two-lag screw assembly model. Conclusion: Based on an analysis of the maximum shear stress distribution, securing the fixation strength of the primary lag screw hole is crucial, and the assembly model of the intramedullary nail with two lag screws and a blocking screw applied was the model that best withstood the optimal load. Securing the locking hole directly above the fracture is believed to provide the maximum fixation strength because the maximum pressure in the plate model is concentrated in the proximal locking hole and the surrounding cortex. 목적: 유한 요소 분석을 활용하여 원위 경골 골절에 대한 다양한 고정 구조물의 구조적ㆍ기계적 안정성 및 임상적 의미를 파악하고자 하였다. 대상 및 방법: 20 mm 및 120 mm 결함이 있는 골절 모델을 제작하고, 골수강내 금속정과 해부학적 금속판 모델의 인공삽입물을 적용하였다. 내측 구획에 60%, 측면 구획에 40% 의 분포를 가진 800 N의 축력을 적용하고 Ansys® 소프트웨어를 사용하여 분석하였다. 결과: 골수강내 금속정 모델에서 최대 전단 응력은 1차 교합나사 구멍과 주변 내측 피질에서 발생하였고, 금속판 모델에서는 골절 주변의 잠금 구멍에서 발생하였다. 20 mm 결함이 있는 골절 모델에서 뼈 및 금속삽입물에 걸리는 최대 전단 응력은 금속판형 조립 모델에서 가장 컸고 120 mm 결함이 있는 골절 모델에서는 2개의 교합나사 조립 모델에서 가장 컸다. 결론: 최대 전단 응력 분포를 기준으로 분석한 결과, 1차 교합나사 구멍의 고정력 확보가 가장 중요하며, 최적의 하중을 견디는 모델은 골수강내 금속정 조립 모델 중 2개의 교합나사와 차단나사가 적용된 조립 모델이었다. 금속판 모델에서 최대 압력이 근위부 잠김 구멍과 둘러싸인 피질에 집중되는 것을 고려할 때, 골절 바로 위의 잠금 구멍을 고정하면 최대 고정력을 확보할 수 있을 것으로 생각된다.
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