In recent years, degenerative spinal instability has been effectively treated with a cage. However, little attention is focused on the stiffness of the cage. Recent advances in the medical implant industry have resulted in the use of medical carbon fiber reinforced polymer (CFRP) cages. The biomechanical advantages of using different cage material in terms of stability and stresses in bone graft are not fully understood. A previously validated three-dimensional, nonlinear finite element model of an intact L2-L5 segment was modified to simulate posterior interbody fusion cages made of CFRP and titanium at the L4-L5 disc with pedicle screw, to investigate the effect of cage stiffness on the biomechanics of the fused segment in the lumbar region. From the results, it could be found that the use of a CFRP cage would not only reduce stress shielding, but it might also have led to increased bony fusion.

본 논문에서는 척추체 간 유합용 케이지의 응력방패현상을 감소시키기 위하여 강성 차이에 대한 연구를 수행하였다. 최근 의료 임플란트 분야에서는 탄소섬유강화 폴리머를 이용하여 좋은 결과를 보여 왔다. 그러나 생체 역학적으로 이 재료에 대하 여 요추체의 안정성과 골 이식재가 받는 응력에 관련한 연구는 없었다. 따라서 이전에 유효화한 요추체 (L2-L5) 비선형 유한 요소 모델을 이용하여 L4-L5 분절의 케이지의 강성 차이에 따른 효과를 알아보기 위하여 탄소섬유강화 폴리머와 티타늄 케 이지를 이용한 후방 요추체 유합 모델을 만들었다. 자가골 보다 강성이 작은 탄소 섬유강화폴리머 케이지는 인접 분절의 하 종판에 응력이 적게 걸리며, 골 이식재에 응력은 증가시켰다. 위의 결과로 탄소섬유강화 폴리머 케이지는 응력 방패 현상을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 골 유합률을 증가시킬 수 있다.

Keywords: finite element analysis, stress shielding, cage, carbon fiber reinforced polymer

Keywords: 유한요소해석, 응력방패, 케이지, 탄소섬유강화 폴리머