KR100918012B1

KR100918012B1 - 인공무릎관절 시험지그

Info

Publication number: KR100918012B1
Application number: KR1020070123708A
Authority: KR
Inventors: 유규하; 조양하; 탁태오; 박재순; 박용주; 김대희; 국민구; 신승언; 김래겸; 안재호
Original assignee: 대한민국
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2009-09-24
Also published as: KR20090056519A

Abstract

본 발명은 인공무릎관절이 탈구될 때까지의 물리적 성능을 평가하기 위해 하중 조건에 따른 인공무릎관절의 굽힘과 비틀림 등 다양한 형태의 환경을 제공할 수 있는 구조의 인공무릎관절 시험지그에 관한 것으로, 이를 위해 베이스와, 상기 베이스에 고정되되, 전방으로 경골조직을 지지하기 위한 제 1고정대가 연결된 지주대와, 상기 지주대의 상단에 힌지 결합된 연결바를 통해 상기 지주대와 마주보게 연결바에 힌지결합되며, 상기 지주대와 마주보는 안측면으로는 상기 경골조직과 밀착되는 대퇴골조직을 지지하기 위한 제 2고정대가 연결된 지지판과, 상기 지지판을 당겨 인체의 무릎관절에 가해지는 하중을 인공적으로 가할 수 있도록 상기 지지판과 연결되는 무게추;를 포함하여 이루어지되, 상기 경골조직과, 대퇴골조직의 사이에는 연골조직이 개재되어 인체의 무릎관절과 동일한 조건을 갖는 것을 특징으로 한다.

인공무릎관절, 경골, 대퇴부,연골, 무게추, 로드셀

Description

인공무릎관절 시험지그{Testing Jig For Total Knee-Joint Replacement}

본 발명은 인공무릎관절이 탈구될 때까지의 물리적 성능을 평가하기 위해 하중 조건에 따른 인공무릎관절의 굽힘과 비틀림 등 다양한 형태의 환경을 제공할 수 있는 구조의 인공무릎관절 시험지그에 관한 것이다.

일반적으로 무릎관절이란 인체의 대퇴골과 경골로 이루어지는 2개의 뼈가 밀착되게 이루어져 있다. 이 때 각 뼈는 외력이나 심한 압박에도 견딜 수 있도록 연골이 개재되는데, 이러한 연골은 쿠션 같으며 통증이 없이 뼈가 잘 움직이게 하는 것으로 관절이 마찰되거나 닳아빠지는 것을 막아준다

이러한 무릎관절을 대체하기 위한 인공무릎관절은 내마모성, 내화학성, 굽힘 강도, 인장강도, 내구성, 내식성, 유연성 경도 등이 매우 중요하다.

이러한 인공무릎관절은 비구와 비구컵 내부를 가공하여 마모성과 피로현상에 의한 탈구방지와 장기간 고장없이 사용할 수 있도록 하여야 한다.

따라서 인공무릎관절은 환자의 무릎관절이 파손되어 사용하지 못할 경우 인공관절로 대체하여 정상적인 활동을 지속적으로 유지할 수 있도록 하는 것이나 마모, 외부의 강한 물리적인 힘, 인공관절의 구조적인 결함으로 인하여 탈구현상이 발생하여 재치환 수술을 행하여야 하는 문제점이 있었다.

이러한 현상은 인공무릎관절은 내구성에 따라서 상당한 차이를 갖게 되므로 이에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.

하지만 이러한 인공무릎관절의 내구성을 측정하기 위해 탈구될 때까지의 물리적 성능을 평가를 할 수 있는 장치가 전무한 실정이다.

따라서 인공무릎관절의 내구성을 측정하기 위해 탈구될 때까지의 물리적 성능을 평가를 할 수 있도록 인공무릎관절의 굽힘과 비틀림 등 다양한 형태의 조건을 제공할 수 있는 기기의 장치가 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명은 인공무릎관절이 탈구될 때까지의 물리적 성능을 평가하기 위해 인공무릎관절의 굽힘과 비틀림 등 다양한 형태의 환경을 제공할 수 있는 구조의 인공무릎관절 시험지그에 있어서, 베이스와, 상기 베이스에 고정되되, 전방으로 경골조직을 지지하기 위한 제 1고정대가 연결된 지주대와, 상기 지주대의 상단에 힌지 결합된 연결바를 통해 상기 지주대와 마주보게 연결바에 힌지결합되며, 상기 지주대와 마주보는 안측면으로는 상기 경골조직과 밀착되는 대퇴골조직을 지지하기 위한 제 2고정대가 연결된 지지판과, 상기 지지판을 당겨 인체의 무릎관절에 가해지는 하중을 인공적으로 가할 수 있도록 상기 지지판과 연결되는 무게추;를 포함하여 이루어지되, 상기 경골조직과, 대퇴골조직의 사이에는 연골조직이 개재되어 인체의 무릎관절과 동일한 조건을 갖는 것을 특징으로 하는 인공무릎관절 시험지그를 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 인공무릎관절 시험지그는 인공무릎관절이 탈구될 때까지의 물리적 성능을 평가하기 위해 경골을 고정시킨 상태에서 대퇴골을 상/하/좌/우로 각도를 조절할 수 있어 하중에 따른 인공무릎관절의 굽힘과 비틀림, 구속력 등 다양한 형태의 조건을 제공할 수 있는 특징이 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 인공무릎관절 시험지그에 관하여 첨부되어진 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.

도 1a은 본 발명에 따른 인공무릎관절 시험지그의 사시도이고, 도 1b는 도 1의 평면구성도이다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명은 인공무릎관절(60)이 탈구될 때까지의 물리적 성능을 평가하기 위해 경골조직을 고정시킨 상태에서 대퇴골조직을 상/하/좌/우로 각도를 조절할 수 있어 하중 조건에 따른 인공무릎관절(60)의 굽힘과 비틀림, 구속력 등 다양한 형태의 환경을 제공할 수 있는 구조의 인공무릎관절 시험지그(100)에 관한 것이다.

이러한 인공무릎관절 시험지그(100)는 크게 5부분으로 구성되는데, 이는 베이스(10)와, 지주대(20)와, 지지판(30)과, 연결바(40)와, 무게추(50)로 구성된다.

여기서 지주대(20)는 상기 베이스(10)의 상부면에 고정되며, 전방으로 경골조직(61)을 지지하기 위한 제 1고정대(21)가 연결되어 구성된다.

이때 상기 제 1고정대(21)에는 결합된 상기 경골조직(61)을 회전시키는 제 1회전부(211)와, 무게추(50)를 통해 지지판(30)을 거쳐 인공무릎관절(60)로 전달되는 하중을 측정하는 로드셀(212)을 더 포함하여 구성된다.

아울러 상기 연결바(40)는 지주대(20)의 상단에 힌지 결합되어 상기 지지판(30)을 베이스(10)와 이격되게 하는 한편, 상기 지지판(30)을 지주대(20)와 마주 보게 지지하는 기능을 한다. 이 때 상기 지지판(30) 역시 연결바(40)와 힌지결합되어 전/후방향으로 움직일 수 있는 자유도가 발생될 수 있는 구조가 마련된다.

또한 상기 연결바(40)는 중앙부위로 길이를 조절할 수 있도록 2개로 등분되며, 길이조절나사(41)를 통해 상호 연결되어 구성된다.

그리고 상기 지지판(30)은 지주대(20)와 마주보는 안측면으로 상기 경골조직(61)과 밀착되는 대퇴골조직(62)을 지지하기 위한 제 2고정대(31)가 연결되어 구성된다.

여기서 상기 제 2고정대(31)는 상기 대퇴골조직(62)을 회전시키는 제 2회전부(311)와, 상기 대퇴골조직(62)을 상/하부로 구부리는 관절부(312)가 더 포함되는 구조이다.

아울러 상기 지지판(30)은 도 1d 및 도 2d에 도시한 바와 같이, 상기 제 2고정대(31)를 전/후/좌/우 방향으로 유도하여 볼팅 결합할 수 있도록 열십자 형태의 결합공(313)이 형성되어 있다.
즉, 상기 제 2고정대(31)의 회전방향에 따라 지지판(20)과 연결되는 위치가 달라지고 이렇게 제 2 고정대(31)를 상/하/좌/우 방향으로 유도하여 볼팅 결합할 수 있도록 열십자 형태의 결합공(313)이 형성되는 구조이다.

여기서 상기 결합공(313)을 통해 대퇴골조직(62)의 각도를 미리 정한 다음 고정할 수 있는 구조가 마련된다. 이 때 상기 대퇴골조직(62)의 각도는 대퇴골조직(62)을 상/하부로 구부리는 관절부(312)를 통해 용이하게 조절할 수 있다.

아울러 무게추(50)는 상기 지지판(30)을 당겨 인체의 무릎관절에 가해지는 하중을 인공적으로 가할 수 있도록 상기 지지판(30)과 연결되는 구조이다.

여기서 무게추(50)는 지지판(30)과 연결된 와이어(51)를 통해 하중을 전달하며, 와이어(51)는 지주대(20)의 후방에 결합되는 풀리(52)를 통해 지지되는 구조이 다.

한편 상기 경골조직(61)과, 대퇴골조직(62)의 사이에는 연골조직(63)이 개재되어 인체의 무릎관절과 동일한 조건을 갖게 구성된다.

이하에서는 본 발명에 따른 인공무릎관절 시험지그에 동작에 관하여 첨부되어진 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.

도 1c는 도 1b의 작동상태도이고, 도 1d는 도 1c의 우측면도이다.

도 1c 및 도 1d에 도시된 바와 같이, 먼저 인공무릎관절(60)을 시험지그(100)에 설치하고, 제 2고정대(31)에 연결된 대퇴골조직(62)의 각도를 관절부(312)를 통해 수직으로 조절한 다음 지지판(30)의 결합공(313)에 고정시킨다.(도 1d에 도시)

이 후 연결바(40)의 길이조절나사(41)를 통해 인공무릎관절(60)이 시험지그(100)에서 탈구 되지 않도록 고정한다.

그리고 와이어(51)에 연결된 무게추(50)의 무게를 사람이 무릎을 굽혔을 때 또는 사람이 무릎을 피고 섰을 때 작용하는 힘(예: 710N)에 맞춘다. 이 때 로드셀(212)을 통하여 인공무릎관절(60)에 가해지는 하중을 확인하는 것이 선행되어야 한다.

여기서 무게추(50)의 무게가 늘어나게 되면, 상기 와이어(51)는 지지판(30)을 당기게 되고, 지지판(30)이 안측으로 당겨짐에 따라 상기 제 2고정대(31)로 하중이 전달되어 인공무릎관절(60) 전체에 하중을 가하게 되는 것이다.(도 1c에 도 시)

이로써, 본 발명의 인공무릎관절 시험지그(100)는 인체의 하중 조건에 따른 인공무릎관절(60)의 탈구되기 전까지의 굽힘과 비틀림, 구속력 등 다양한 형태의 조건(환경)을 제공할 수 있는 것이다.

한편 이렇게 인공무릎관절 시험지그(100)를 통해 다양한 형태의 환경을 제공한 후, 도 1c의 화살표방향으로 별도의 인장시험기(미도시)를 통해 대퇴골조직(62)에 힘을 가하여, 인장력을 측정할 수 있는 환경을 제공할 수 있다.

또한 인공무릎관절(60)의 구속력은 체틸런 게이지(Chatillon gauge)(미도시)와 연계된 인장시험기와 소프트웨어를 이용하여 측정할 수 있는 환경을 제공할 수 있다.

도 2a는 인공무릎관절을 90˚ 회전시킨 상태의 인공무릎관절 시험지그의 사시도이고, 도 2b는 도 2a의 평면구성도이고, 도 2c는 도 2b의 작동상태도이고, 도 2d는 도 2c의 우측면도이다.

도 2a 내지 도 2d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 인공무릎관절 시험지그(100)는 인공무릎관절(60)의 측면 비틀림과 측면 굽힘과 측면 구속력을 측정할 수 있는 환경을 제공할 수 있다.

이를 위해 먼저 인공무릎관절(60)을 시험지그(100)에 설치한다.

그리고 제 1고정대(21)에 구비된 제 1회전부(211)를 90˚ 정도 회전시키면, 제 2고정대(31)에 구비된 제 2회전부(311) 역시 동반 회전하여 경골조직(61), 대퇴 골조직(62), 연골조직(63)으로 이루어진 인공무릎관절(60)이 90˚만큼 회전된다. 이로써, 인공무릎관절(60)의 측면 비틀림과 측면 굽힘과 측면 구속력을 측정할 수 있는 환경이 제공된다.

그 다음 제 2고정대(31)에 연결된 대퇴골조직(62)의 각도를 관절부(312)를 통해 수평으로 조절한 다음 지지판(30)의 결합공(313)에 고정시킨다.(도 2d에 도시)

이 후 연결바(40)의 길이조절나사를 통해 인공무릎관절(60)이 시험지그(100)에서 탈구 되지 않도록 고정한다.

여기서 와이어(51)에 연결된 무게추(50)의 무게를 사람이 무릎을 굽혔을 때 또는 사람이 무릎을 피고 섰을 때 작용하는 힘(예: 710N)에 맞춘다. 이 때 로드셀(212)을 통하여 인공무릎관절(60)에 가해지는 하중을 확인하는 것이 선행되어야 한다.

아울러 무게추(50)의 무게가 늘어나게 되면, 상기 와이어(51)는 지지판(30)을 당기게 되고, 지지판(30)이 안측으로 당겨짐에 따라 상기 제 2고정대(31)로 하중이 전달되어 인공무릎관절(60) 전체에 하중을 가하게 되는 것이다.(도 2c에 도시)

한편 이렇게 인공무릎관절 시험지그(100)를 통해 인공무릎관절의 측면부를 측정할 수 있는 환경을 제공한 후, 도 2c의 화살표방향으로 별도의 인장시험기(미도시)를 통해 대퇴골조직(62)에 힘을 가하여, 인장력을 측정할 수 있는 환경을 제공할 수 있다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.

도 1a은 본 발명에 따른 인공무릎관절 시험지그의 사시도,

도 1b는 도 1의 평면구성도,

도 1c는 도 1b의 작동상태도,

도 1d는 도 1c의 우측면도,

도 2a는 인공무릎관절을 90˚ 회전시킨 상태의 인공무릎관절 시험지그의 사시도,

도 2b는 도 2a의 평면구성도,

도 2c는 도 2b의 작동상태도,

도 2d는 도 2c의 우측면도,

<도면에 대한 부호의 상세한 설명>

10: 베이스

20: 지주대 21: 제 1고정대 211: 제 1회전부 212: 로드셀

30: 지지판 31: 제 2고정대 311: 제 2회전부 312: 관절부

313: 결합공

40: 연결바 41: 길이조절나사

50: 무게추 51: 와이어 52: 풀리

60: 인공무릎관절 61: 경골조직 62: 대퇴골조직 63: 연골조직

100: 인공무릎관절 시험지그

Claims

인공무릎관절(60)이 탈구될 때까지의 물리적 성능을 평가하기 위해 인공무릎관절(60)의 굽힘과 비틀림 등 다양한 형태의 조건을 제공할 수 있는 구조의 인공무릎관절 시험지그(100)에 있어서,

베이스(10)와,

상기 베이스(10)에 고정되되, 전방으로 경골조직(61)을 지지하기 위한 제 1고정대(21)가 연결된 지주대(20)와,

상기 지주대(20)의 상단에 힌지 결합된 연결바(40)를 통해 상기 지주대(20)와 마주보게 연결바(40)에 힌지결합되며, 상기 지주대(20)와 마주보는 안측면으로는 상기 경골조직(61)과 밀착되는 대퇴골조직(62)을 지지하기 위한 제 2고정대(31)가 연결된 지지판(30)과,

상기 지지판(30)을 당겨 인체의 무릎관절에 가해지는 하중을 인공적으로 가할 수 있도록 상기 지지판(30)과 연결되는 무게추(50);를 포함하여 이루어지되,

상기 경골조직(61)과, 대퇴골조직(62)의 사이에는 연골조직(63)이 개재되어 인체의 무릎관절과 동일한 조건을 갖는 것을 특징으로 하는 인공무릎관절 시험지그.
제 1항에 있어서,

상기 제 1고정대(21)는 상기 경골조직(61)을 회전시키는 제 1회전부(211)와, 무게추(50)를 통해 지지판(30)을 거쳐 인공무릎관절(60)로 전달되는 하중을 측정하는 로드셀(212)을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인공무릎관절 시험지그.
제 1항에 있어서,

상기 무게추(50)는 지지판(30)과 연결된 와이어(51)를 통해 하중을 전달하는 것을 특징으로 하는 인공무릎관절 시험지그.
제 3항에 있어서,

상기 와이어(51)는 지주대(20)의 후방에 결합되는 풀리(52)를 통해 지지되는 것을 특징으로 하는 인공무릎관절 시험지그.
제 1항에 있어서,

상기 제 2고정대(31)는 상기 대퇴골조직(62)을 회전시키는 제 2회전부(311)와, 상기 대퇴골조직(62)을 상/하부로 구부리는 관절부(312)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 인공무릎관절 시험지그.
제 1항에 있어서,

상기 지지판(30)은 제 2고정대(31)를 전/후/좌/우 방향으로 유도하여 볼팅 결합할 수 있도록 열십자 형태의 결합공(313)이 형성된 것을 특징으로 하는 인공무릎관절 시험지그.
제 1항에 있어서,

상기 연결바(40)는 길이를 조절할 수 있도록 2개로 등분되며, 길이조절나사(41)를 통해 상호 연결되어 구성되는 것을 특징으로 하는 인공무릎관절 시험지그.