무릎 추적 및 접촉 시뮬레이션의 초기 실험 검증을 위한 센서화된 3D 프린팅 무릎 테스트 기구

계산 시뮬레이션의 실험적 검증은 시뮬레이션 결과의 정확성과 신뢰성을 검증하기 위한 경험적 증거를 제공하므로 중요합니다. 이 검증은 시뮬레이션이 실제 현상을 정확하게 나타내고, 모델의 예측 능력과 실제 시나리오에 적용 가능성에 대한 신뢰를 높입니다. 정형외과 수술에서 근골격계 모델을 사용하면 수술 후 기능의 객관적인 예측과 각 환자에 대한 결과 최적화를 가능하게 합니다. 시뮬레이션이 신뢰할 수 있고 예측 목적으로 사용될 수 있도록 하기 위해서는 시뮬레이션 결과를 실험 데이터와 비교하는 것이 중요합니다. 3D 뼈 형상 확보 및 접촉 힘 추정에서 진전을 이루었지만, 이러한 예측의 검증은 직접적인 생체 내 측정 부족 및 사용 가능한 대안과 관련된 경제적 및 윤리적 제약으로 인해 제한적이었습니다. 본 연구에서는 기존의 상업용 수술 교육 스테이션을 변형하여 전 총 무릎 교체를 위한 센서화된 테스트 벤치로 만들었습니다. 교육 스테이션의 원래 무릎 삽입물은 해당 임플란트를 포함한 개인화된 3D 프린팅 뼈로 교체되었고, 관련 지원과 함께 여러 센서가 추가되었습니다. 기록된 슬개골의 움직임은 압력 센서와 하중 셀에서 기록된 힘과 결합하여, 사용자 정의 개발 라이브러리에 구현된 다물체 동역학 공식을 통해 수행된 시뮬레이션에서 얻은 결과를 검증하는 데 사용되었습니다. 3D 프린트 모델과 센서의 활용은 계산 시뮬레이션의 비용 효과적이고 재현 가능한 실험적 검증을 촉진하였으며, 이는 윤리적 문제를 피하면서 정형외과 수술을 발전시켰습니다.