의료 소재가 정형외과 수술을 어떻게 변화시켰는가

의료 산업, 특히 정형외과 수술에 사용되는 소재는 먼 길을 왔습니다. 새로운 소재가 산업에 도입됨에 따라 절삭 공구 혁신도 이루어집니다. 40년 전 제한된 기술로는 골절된 경골을 고치는 외과의사가 뼈 조각을 맞추고 깁스를 하는 수밖에 없었고, 치유에 수개월이 걸렸습니다. 오늘날 티타늄 같은 현대 소재와 기술 발전 덕분에 같은 골절도 몇 주 만에 치유됩니다.

큰 진전을 이룬 또 다른 분야는 관절 치환 수술입니다. 과거에는 인공 관절의 수명 때문에 이 시술은 주로 노년층에 국한되었습니다. 고관절 치환은 8~10년 지속됐습니다. 오늘날 현대 소재 덕분에 고관절 치환 수명은 약 30년입니다. 이는 50세 환자의 고관절을 치환해도 80대까지 버틸 수 있음을 의미합니다.

시중에 수많은 정형외과 임플란트가 있기에, 이 특정 환자에게는 수명이 길면서 거부 반응 가능성이 가장 낮은 조합을 선택하는 것이 중요했습니다. 대퇴골에 삽입되는 포스트에는 티타늄이 이상적입니다. 가볍고 매우 강하지만 내마모성이 부족합니다. 이 때문에 고관절 소켓에 들어가는 대퇴골 헤드(대퇴골 볼)는 세라믹으로 만듭니다. 세라믹은 극도로 단단하고 우수한 내마모성을 제공합니다. 소결 상태가 되면 가공이 거의 불가능합니다. 비구컵(고관절 소켓)은 대퇴골 헤드와의 정상 운동 범위를 허용해야 고관절이 제대로 기능합니다. 이는 흥미로운 도전을 만듭니다. 고관절 소켓 안쪽 소재는 대퇴골 헤드와의 마찰은 최소화하면서, 고관절 보철물 나머지만큼 오래 버텨야 합니다.

이 해결책은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 라이너가 들어간 코발트크롬 비구컵입니다. 코발트크롬은 B-1112(160 브리넬 자유절삭강) 대비 가공성 등급 15%로 가장 가공하기 어려운 금속 중 하나입니다. HDPE는 매우 날카롭고 높은 포지티브 레이크를 가진 공구로 가장 잘 가공됩니다. 티타늄은 열전도율이 낮아 가공이 어렵습니다. 이 네 가지는 각각 고유한 제조 방식을 요구하는 매우 다른 소재들입니다. 현대 제조 기술과 하이테크 툴링이 30년 지속되는 인공 관절 생산을 가능하게 했습니다. "현대 제조 기술과 하이테크 툴링이 30년 지속되는 인공 관절 생산을 가능하게 했습니다."

관절 치환 기술은 계속 진화합니다. 같은 환자는 부분 슬관절 치환도 받았는데, 고관절에 쓰인 두 소재와 같아 거부 반응 이슈가 없어야 합니다. 코발트크롬 '캡'이 경골 끝과 대퇴골 끝에 설치됩니다. 두 금속 '캡' 사이에 HDPE 인서트가 설치됩니다. 이는 전 슬관절 치환보다 훨씬 덜 침습적이며, 향후 플라스틱 인서트 교체 옵션도 허용합니다.

오늘날 의료 제조에 쓰이는 소재는 전체 범위를 아우릅니다. 수술용 스테인리스강 기구부터 고관절 임플란트 정확한 위치를 잡는 타겟팅 암 제작용 탄소섬유 강화 PEEK까지. 이들 각각은 고유한 제조 과제를 제시하지만, 통증 없이 살 수 있는 사람들은 이 과제들이 첨단 절삭 공구 기술로 해결되고 극복된 것에 깊이 감사합니다.

이전 OSG 툴의 Cutting News 2015 Medical Edition에 게재됨.