몇세대 인공관절 인가요 ? 세람텍(ceramtec)과 세라믹 인공관절

 

인공관절 수술을 설명할때 환자로 부터 가장 많이 듣는 질문중 하나는

인공관절의 수명과 몇세대 인공관절이냐는 것입니다

 

 

인공관절은 과거

무릎이나 고관절 모두 10년이내의 수명을 가지고 있었고

기간이 되면 재수술을 해야 했기에

환자분들의 걱정은 컸을 것입니다

 

하지만 요즘은 인공관절의 수명이 비약적으로 늘어

약 30년에 달하고 있읍니다

 

아래의 고관절 인공관절이

최근 사용되어지는 티타늄 합금과 세라믹 윤활면을 가진

제품입니다

 

 

 

세라믹 윤활면(Liner)이 개발되기 전에는 세대분류 자체가 없었읍니다

그런데 베어링 역활을 하는 세라믹 윤활면이 개발되면서

세라믹의 개발에 따라 세대가 분류 되었고

 

이것이 가능한 이유는

티타늄 합금을 이용한 금속제품은 수많은 회사가

수많은 디자인으로 제각각 만들지만

 

세라민 윤활면은 독일의 세람텍 ceramtec이라는

한 회사에서 전세계에 독점공급하기에

그 회사의 분류에 따르게 된것입니다  

 

 

 

물론 일본에서 아주 소량 생산되어지지만

물량과 품질 모두 독일 세람텍에 비할바는 못됩니다

 

 

 

인공관절에서 윤활면은 아주 중요한 역활을 하게 됩니다

 

금속 부분의 디자인 개발과 개량은 거의 완성단계에 와 있지만

윤활면의 개발은 끝이 없읍니다

 

그리고 이 윤활면의 성능에 따라 인공관절 수명이 결정되어 집니다

 

 

 

과거에 사용되어졌던 윤활면을 보게 되면

 

금속을 이용한 metal on  metal  liner 가 있읍니다

 

 금속을 사용하였기에 충격과 마모에 강하였으나

생성되는 금속이온이 가성종양등 수많은 문제를 일으켜

현재는 사용되지 않고 있읍니다

 

뿐만 아니라 이 제품을 수술받은

많은 환자들이 소송중에 있어

회사로써도 힘든가운데 있읍니다

 

 

 

 

세라믹과 금속을 이용한 윤활면도 있었지만

경도 차이에 의한 세라믹의 파손으로 사용되지 않고 있읍니다

 

 

세라믹과 폴리에틸렌 플라스틱의 조합은

폴리에틸렌 플라스틱의 과도한 마모로 인해

제한적으로 사용되어지고 있읍니다

 

 

 

폴리에틸렌 플라스틱은

과거 30년동안 인공관절 시장에서

애용되어 왔으나

고관절에서는 과도한 마모로 인하여 거의 사용되어 지지 않고 있으나

슬관절에서는

특유의 내충격 특성으로 여전히 애용되고 있읍니다

 

 

 

마지막으로 세라믹과 세라믹을 이용한 윤활면입니다

 

뛰어나 내마모성으로

고관절 인공관절 분야에서는 거의 독점상태에 있읍니다

 

 

 

 

아래 그림에서와 같이 어떤 재질 보다도

세라믹과 세라믹 윤활면은 마모가 적습니다

 

아래 그림은 일정 동일 사용기간에  발생되는

마모 입자의 량을 보여주고 있읍니다

 

이것은 아주아주 중요한 포인트인데요

 관절운동으로 발생하는 마모입자 즉 particle들은

인체속에서 수많은 문제를 일으킵니다

  염증, 뼈의 괴사, 암생성 등등

많은데요 이를 통틀어서  particle disease라고 합니다

 

여기서 세라믹 on 세라믹 윤활면이 각광받게 됩니다

 

 

 

 

모든 인공관절 제조 회사에서 사용하는

세라믹 관절면은 독일 세람텍에서 독점 공급하고 있읍니다

 

 

 

세람텍은 원래 산업용 세라믹을 제조하는 회사였는데

워낙 기술력이 뛰어나고 노하우가 많아

 

 

 

 

타업체에서는 만들고 싶어도

세람텍 제품의 마모한계를 극복할수 없어

포기하고 있는 실정입니다 

 

 

 

 세람텍은 다양한 세라믹 제품들을 거의 독과점하다 싶이 하는데요

 

결국 인공관절에서 가장 중요하고 비싼 윤활면을 독점하고 있으니

재주는 곰이 부리는 형국같읍니다

 

 

 

 다양한 인공관절면을 생산하는 세람텍

 

 

이러한 세라믹 원료를 고온고압으로

가공하고 제품을 만들고 있는데

과정이 꽤나 복잡하고 섬세하다고 합니다

 

 

 

세람텍은 세라믹의 개발 과정에 따라

세대를 분류하고 있는데요

 

 

 

세라믹은 경도가 아주 강해 마모에는 강하지만

강도는 약해서 충격이 가해지면 깨지는 특성이 있읍니다

 

 

 

 

세라믹의 가장 큰 단점은 유리와 같이 충격에 약하다는 것입니다  

 

 

 

따라서 수술시 사소한 각도 오류에도

환자분의 일상생활중 충격으로 인하여

세라믹이 깨지게 되는데

 

 

 

세람텍은 강도와 경도에 따라 현재 4세대 세라믹까지 개발중에 있읍니다

 

 

 

 다시 말하면 요즘 시중에 유통되고 있는

세라믹 윤활면은 4세대가 되는 것입니다

 

인공관절이 4세대가 아니라

윤활관절면이 4세대인것이죠

 

 

 

 

 

 

 

일반 폴리에틸렌 플라스틱 관절면도 종종 깨집니다

하지만 세라믹 보다는 훨씬 충격에 강합니다

 

 

 

 

 

최근 세라믹의 활용도가 늘고 있는데요

 

 

과거 유행하다 없어진

관절표면치환술 즉 resurfacing arthroplasty 용 세라믹 골두(head) 입니다

금속으로 만들어진 과거 제품은 아이디어는 좋았는데

금속 자체로 인한 문제가 많았읍니다

강도 보강만 이루어진다면 좋은 인공관절이 될듯합니다

 

 

 

 

 

 

그리고 개발중인 무릎 세라믹 인공관절입니다

무릎은 고관절과 달리 운동의 자유도가 커서

충격량이 큽니다

고관절은 정해진 운동영역속에서 마찰만 일어나지만

무릎 관절은 덜커덕 거리게 되므로 마찰과 함께 충격이 전해지게되는데

(무릎은 sliding, rolling, rollback등의 복잡한 운동이 일어납니다)

현재까지 개발된 세라믹은 아직 강도면에서 많이 부족합니다

 

하지만 언젠가는 모든 문제들이 해결되어 무릎 인공관절 수명이

비약적으로 늘어나게 될것입니다

 

 

 

 

 

 

 

마지막으로 어깨 인공관절입니다

어깨 역시 운동과정중 덜거덕 거림이 있어

폴리에틸렌 플라스틱이 관절면으로 사용되고 있는데

언젠가는 이 분야에서도 세라믹이 쓰이게 될것입니다

 

 

 

현재 자동차 브레이크 로터 등 예전엔 생각조차 못했던

많은 분야에서 세라믹이 쓰이고 있읍니다

세라믹은 내열성, 경도, 내마모성 등에서 뛰어난 물성을 보여주고 있는데

지속적 발전으로 인공관절 수명이 비약적으로 발전하길 바래보며

 

현재 독일 중심의 세라믹 산업이

세계각국으로 분산되어 가격적 면에서도 합리화 되었으면 좋겠읍니다