동결견 치료를 위한 오훼상완인대 확장용 풍선카테터의 설계 요소 : 카데바 연구

Abstract

본 논문은 동결견 치료법 중 하나인 풍선성형술 시술에 필요한 풍선카테터의 설계 요소를 제시하는 것을 그 목적으로 한다. 동결견의 대표적인 치료방법 중 하나인 실시간 압력/부피 감시 수압팽창술의 경우 견관절낭 주위의 조직이 섬유화가 진행된 환자에서는 치료에 한계가 있는 것으로 알려져 있다. 본 논문에서는 섬유화가 진행된 조직들 중에서 동결견 치료에 방해가 되는 조직으로 알려져 있는 오훼상완인대에 주목하고자 한다. 오훼상완인대는 견관절의 안정성에 중요한 역할을 하는 조직으로, 동결견이 진행될수록 섬유화, 비대화되는 경향이 있고 이것이 수압팽창술을 통한 치료를 어렵게 하는 것으로 알려져 왔다. 그러므로 오훼상완인대를 가소성 변화시킬 수 있다면 기존 수압팽창술의 문제점을 보완할 수 있을 것으로 알려져 있다. 오훼상완인대를 가소성 변화시키기 위해서 풍선카테터를 이용하는 시술법을 풍선성형술이라고 한다. 풍선성형술을 위한 풍선카테터를 제작하기 위해서는 재질, 직경, 길이, 최대 내압 그리고 주입에 필요한 수액의 부피와 같은 설계 요소들을 알아야 한다. 본 연구에서는 유한 요소 법을 이용한 풍선성형술 모델의 시뮬레이션을 통해서 풍선카테터의 설계 요소들을 구하고자 하였다. 풍선성형술 모델은 오훼상완인대 모델, 풍선카테터 모델, 견관절 모델로 구성되어 있다. 오훼상완인대 모델은 기존의 연구 자료를 이용하여 모델링 하였으며, 견관절 모델은 3차원 CT를 통해서 그리고 풍선카테터 모델은 풍선카테터의 수치 정보와 한국고분자시험연구소의 물성치 자료를 통해서 모델링 하였다. 풍선성형술 모델은 기존의 연구들 보다 신뢰성 있는 결과를 얻기 위해서 3구의 신선 냉동 카데바 실험에서 얻은 데이터로 보정하였다. 이와 같이 보정된 풍선성형술 모델을 통해 231가지 경우(오훼상완인대 길이 30 – 40 mm, 풍선카테터의 풍선 직경 10 – 30 mm)의 유한 요소 시뮬레이션이 시행되었으며, 231가지 경우 내에서 오훼상완인대의 가소성 변화를 일으킬 수 있는 경우는 76가지가 있다는 것을 알 수 있었다. 또한 76가지 경우에 필요한 풍선카테터의 재질, 직경, 길이, 최대 내압 그리고 주입에 필요한 수액의 부피와 같은 설계 요소를 각각 제시할 수 있었다. 본 연구에서 제시한 풍선카테터의 설계 요소들은 현재 생산되고 있는 풍선카테터들의 설계 요소들을 충족한다. 따라서 제시된 설계 요소들은 풍선성형술을 위한 풍선카테터 제작에 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 풍선성형술은 오훼상완인대 이외의 다른 관절의 인대와 건들의 가소성 변화 연구에도 적용할 수 있을 것으로 생각된다.

We have studied balloon angioplasty and balloon catheter as one of the treatments for the painful stiff shoulder. To define an inflatable balloon catheter, material, diameter and length must be known. Besides, in order to apply these values to the balloon angioplasty, the maximum pressure and the injection volume must be present during the operational procedure. In this thesis, we propose the quantitative values for practical application. Hydraulic distension, one of the treatments for the painful stiff shoulder, has been proved the effect since the 1960s. However, once the coracohumeral ligament got enlarged and fibrosis due to the painful stiff shoulder, hydraulic distension is not able to cure the painful stiff shoulder. In this study, we proposed a balloon plasty throughout the extension of coracohumeral ligament (elongation ratio 35.9 ± 11.9%) and developed a balloon catheter for the operation. First, we used modeling technique to quantify parameters, which are necessary for the definition of balloon catheter. In order to apply modeling technique, coracohumeral ligament, balloon catheter and shoulder should be done in modeling. We referenced material data in previous cadaver research for coracohumeral ligament. In the case of balloon catheter, material data was obtained from Korea Polymer Testing and Research Institute (KOPTRI). For shoulder, necessary data for the modeling are obtained from 3D CT image. In addition, it was necessary to calibrate each error to combine individual models for balloon plasty. Thus, we have developed an equipment which measures pressure and volume of coracohumeral ligament in real time and six shoulders in three fresh frozen cadavers were used for material data calibration of each model. Furthermore, boundary conditions were defined to decrease simulation time of balloon plasty. To get the boundary conditions, we injected dental impression material into the one shoulder of a fresh frozen cadaver so that we could get cast results. Throughout this process, twenty one balloon catheters were simulated in eleven different lengths of coracohumeral ligament. Among 231 models, only 76 were valued. For the rest, they didnt meet the necessary elongation 35.9 ± 11.9% for the plasticity changes of coracohumeral ligament. Results are shown in tables. In this thesis, we have discovered that balloon material of balloon catheter would be PloyArmour in a diameter 14 - 26mm and length 20mm for balloon angioplasty. For the operation of ligament plasty, the balloon is required to endure the pressure of 4.767 – 8.254 atm and needed 12.681 – 43.580 ml of infusion solution injection.