정형외과용 마이크로 임플란트의 피로시험

정형외과용 마이크로 임플란트는 뼈와 관련된 질병과 골절, 연조직 손상을 치료하기 위해 의학 및 치의학계에서 사용됩니다. 임플란트는 뼈나 연조직이 치료과정 중에 구조적 강성을 유지하고 틀어지지 않도록 튼튼하고 잘 고정되어야 하는 것이 매우 중요합니다. 일반적인 환자들의 행동에서 임플란트는 높은 생체적 부하를 받게되며 그 결과 큰 손상이 발생할 수 있습니다. 따라서 부하를 받는 상황을 시뮬레이션하는 시험은 일반적으로 ASTM, ISO 및 FDA 기준에 따라 특정 시간 이상 또는 특정 하중 형태 이상을 견뎌내는 성능을 가지는 것이 매우 중요합니다. 

 

스트라이커사(Stryker)의 티타늄 손가락 마이크로 임플란트를 인스트론의 Electropuls E1000 및 E3000 시스템을 사용하여 반복 피로시험을 성공적으로 수행하였습니다. (저하중 Dynacell 로드셀을 사용하여 E3000 모델에서 손가락 임플란트를 시험하는 사진을 참조하세요). 이 시험은  250N Dynacell 로드셀을 상부 액츄에이터에 장착하여 작은 볼트와 너트를 부하를 가해주는 치구로 사용하여 시험을 진행하였습니다. 하부 치구는 스트라이커에서 제공한 금속제 바이스 입니다.

 

시험은 안정화를 위하여 먼저 Digital Position 제어로 시작합니다. 다음 단계는 하중 제어로 5, 10, 15 및 20Hz에로 시험합니다. 제어는 매우 안정적이고 피크값은  ±0.1N 이내의 정밀도로 잘 제어되었습니다. 20Hz에서 얻은 결과의 그래프를 참조하십시오. 녹색 곡선은 하중을, 빨간색 곡선은 디지털 위치값(digital position)을 나타냅니다.

 

모든 시험은 표준 강성 튜닝(stiffness tuning)에서 얻은 기본 루프제어 게인값을 사용하여 실행하였습니다. 이 튜닝과 진폭제어기능(Amplitude Control)을 조합하여 사용하여 지시한 진폭을 실행하고 제어의 안정성을 잘 유지할 수 있었습니다. Electropuls 콘트롤러 내부에서는 신호의 회전 및 반응을 개선하기 위한 제어루프를 더욱 정밀하게 조절할 수 있습니다. 이런 최적화에는 더 좋은 루프 게인(loop gain)을 얻기 위하여 단일 비례게인값(proportional term) 및 Gain Factor도 조절할수 있습니다.

 

요약해서 말하면 인스트론의 기계식 피로시험기인 ElectroPuls 시스템은 높은 주파수 범위에서 최상의 반응속도와 정밀도를 구현하고 있으며 임플란트의 내구성 시험에 이상적인 장비입니다. Dynacell이란 로드셀의 관성보정기능(intertia compensation)과 같은 하드웨어 장치를 이용하면 환경조(enviromental bath) 안팎에서 시스템의 반응속도를 최적화 하실 수 있습니다. 이러한 특성으로 연구소들은 아주 폭넓은 부분까지 임플란트의 특성과 성능을 연구할 수 있습니다.