응력 차폐의 뜻
뼈보다 훨씬 강성이 높은 임플란트가 하중의 대부분을 떠맡아 주위 뼈에 대한 역학적 자극이 줄고, 뼈가 흡수되어 가늘어지는 현상. 스트레스 실딩이라고도 한다.
일본어 명칭: 応力遮蔽
‘응력 차폐’ 관련 연습 문제는 1개 분야에 5문제가 있습니다(생체 재료 등).
이 용어의 분야: 생체 재료
응력 차폐 연습 문제에 도전
인공 고관절의 스템에 뼈보다 훨씬 영률이 높은 금속을 사용했을 때 문제가 되는 응력 차폐의 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
- A하중의 대부분을 뼈가 담당하므로, 뼈에 과대한 응력이 걸려 골절되기 쉬워진다
- B하중의 대부분을 임플란트가 담당하여 주위 뼈에 걸리는 응력이 줄어들므로, 뼈가 흡수되어 얇아진다
- C임플란트 표면의 부동태 피막이 응력으로 파괴되어 금속 이온의 용출이 늘어난다
정답과 해설 보기
정답: B. 하중의 대부분을 임플란트가 담당하여 주위 뼈에 걸리는 응력이 줄어들므로, 뼈가 흡수되어 얇아진다
뼈와 임플란트가 함께 하중을 받으면 둘은 거의 같은 만큼 변형되므로, 영률이 큰 쪽이 응력의 대부분을 담당합니다. 피질골의 영률은 약 10~30 GPa이지만, Co-Cr 합금은 약 210 GPa, Ti-6Al-4V는 약 110 GPa로 크기 때문에 뼈에 걸리는 응력은 본래보다 작아집니다. 뼈는 받는 역학적 자극에 따라 형성과 흡수의 균형을 바꾸므로(볼프의 법칙), 자극이 줄어든 부분에서는 뼈가 흡수되어 얇아지고, 임플란트의 해리나 주위 골절의 원인이 됩니다. 뼈에 과대한 응력이 걸리는 것은 반대의 상황입니다. 부동태 피막의 손상에 의한 금속 이온의 용출은 프레팅 부식 등 별개의 문제입니다.
해설 속의 ‘응력 차폐’
또한 독성 원소를 포함하지 않더라도, 강성(영률)이 너무 높아 응력 차폐를 일으키거나, 마모 입자가 염증을 일으키거나, 혈액과 접촉하여 혈전을 만들면 그 용도에는 적합하지 않습니다.
생체 재료의 생체 적합성에 대한 개념으로 옳은 것은 무엇인가?뼈만으로 받던 하중의 약 85%를 임플란트가 대신 떠맡으므로 뼈에 대한 자극이 크게 줄어 응력 차폐가 일어납니다.
피질골(영률 20 GPa)과 같은 단면적의 Ti-6Al-4V(영률 110 GPa) 막대가 평행하게 접합되어…β형 합금은 영률이 약 55~80 GPa로 α+β형인 Ti-6Al-4V(약 110 GPa)보다 낮고 뼈(약 10~30 GPa)에 가까워지므로 응력 차폐를 줄일 수 있습니다.
Ti-Nb-Ta-Zr계와 같은 β형 티타늄 합금이 뼈를 고정하는 임플란트용으로 개발되어 온 주된 이유는 무…열린 기공은 뼈가 내부로 자라 들어가는 발판도 되므로, 다공질 금속은 응력 차폐를 줄이는 방법 중 하나입니다.
열린 기공을 가진 다공질 티타늄의 영률을 깁슨-애시비 식 E* = Es(ρ*/ρs)²으로 추정한다. 치밀한…
‘응력 차폐’ 관련 문제(5문제)
- 인공 고관절의 스템에 뼈보다 훨씬 영률이 높은 금속을 사용했을 때 문제가 되는 응력 차폐의 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
- 생체 재료의 생체 적합성에 대한 개념으로 옳은 것은 무엇인가?
- 피질골(영률 20 GPa)과 같은 단면적의 Ti-6Al-4V(영률 110 GPa) 막대가 평행하게 접합되어 길이 방향으로 함께 인장 하중을 받고 있다. 둘의 변형률이 같을 때, 전체 하중 중 뼈가 담당하는 비율에 가장 가까운 것은 무엇인가?
- Ti-Nb-Ta-Zr계와 같은 β형 티타늄 합금이 뼈를 고정하는 임플란트용으로 개발되어 온 주된 이유는 무엇인가?
- 열린 기공을 가진 다공질 티타늄의 영률을 깁슨-애시비 식 E* = Es(ρ*/ρs)²으로 추정한다. 치밀한 티타늄의 영률을 Es = 110 GPa, 기공률을 60%라고 하면 E*에 가장 가까운 것은 무엇인가? ρ*/ρs는 상대 밀도로 한다.