임도형 연구실
기계공학과 임도형
임도형 연구실은 기계공학과를 기반으로 정형외과 임플란트, 인공관절, 3D 프린팅 기반 생체모방형 구조체, 근골격계 생체역학 등 융합 바이오메디컬 엔지니어링 분야에서 국내외적으로 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 본 연구실은 금속 적층 제조기술(3D 프린팅)과 생체모방형 표면처리 기술을 활용하여 실제 뼈 조직과 유사한 미세 다공성 구조의 임플란트 및 인공관절을 개발하고, 환자 맞춤형 의료기기 설계 및 제작 기술을 고도화하고 있습니다.
특히, 선택적 레이저 용융(SLM), 직접 에너지 증착(DED) 등 첨단 3D 프린팅 공정의 공정 변수 최적화, 미세구조 및 표면특성 제어, 세포 및 조직 반응 평가, 임상적 요구에 부합하는 맞춤형 임플란트 설계 등 기초부터 응용까지 전주기적 연구를 폭넓게 수행하고 있습니다. 이러한 기술은 인공슬관절, 인공고관절, 인공발목관절, 척추유합보형재, 치과용 임플란트 등 다양한 정형외과 및 치의학 분야에 적용되고 있으며, 관련 특허와 기술이전, 산학협력 프로젝트를 통해 실제 의료기기 산업 현장에 접목되고 있습니다.
또한, 본 연구실은 유한요소해석(FEA), 다물체 동역학 해석, 3차원 동작분석 시스템 등 첨단 시뮬레이션 및 실험 장비를 활용하여 관절 및 근골격계 구조물의 생체역학적 특성, 삽입물의 응력 분포, 미세운동, 피로특성, 인대 및 근육의 변형률 등을 정량적으로 분석합니다. 인공관절의 정렬법, 삽입물 설계, 수술 기법에 따른 임상적 예후와 환자 만족도 향상, 합병증 예방을 위한 최적 설계 및 수술 가이드라인 제시 등 임상 현장과의 연계 연구도 활발히 이루어지고 있습니다.
이외에도 고령자 및 근골격계 질환 환자의 일상생활 동작 분석, 재활훈련 시스템 개발, 외골격 보조기 설계 등 다양한 응용 연구를 통해 국민 건강 증진과 삶의 질 향상에 기여하고 있습니다. 국내외 유수 학술지 논문, 특허, 학회 발표, 산학협력 프로젝트 등 다양한 성과를 창출하고 있으며, 연구실의 기술력과 전문성은 의료기기 산업 및 임상 현장에 실질적인 영향을 미치고 있습니다.
임도형 연구실은 앞으로도 정형외과 임플란트 및 인공관절 분야의 혁신적인 기술 개발, 근골격계 생체역학 분석, 환자 맞춤형 의료기기 설계 및 임상 적용 등 융합 바이오메디컬 엔지니어링 분야의 선도적 연구를 지속적으로 추진해 나갈 것입니다.
정형외과 임플란트 및 3D 프린팅 기반 생체모방형 구조체 개발
본 연구실은 정형외과 임플란트의 성능 향상과 환자 맞춤형 치료를 위해 3D 프린팅 기반의 생체모방형 구조체 개발에 집중하고 있습니다. 특히, 금속 적층 제조기술(AM)과 선택적 레이저 용융(SLM), 직접 에너지 증착(DED) 등 첨단 3D 프린팅 공정을 활용하여, 실제 뼈 조직과 유사한 미세 다공성 구조를 구현하고 있습니다. 이를 통해 임플란트의 골유착성, 기계적 안정성, 생체적합성을 극대화하는 것이 주요 목표입니다.
연구실에서는 다양한 공정 변수(레이저 파워, 스캔 속도 등)가 임플란트의 공극률, 기계적 강도, 형상 정밀도에 미치는 영향을 체계적으로 분석하고 있습니다. 미세구조 및 표면특성의 변화가 세포 부착, 증식, 분화 등 생물학적 반응에 미치는 영향도 다각적으로 평가하고 있으며, 이를 바탕으로 임상적 요구에 부합하는 맞춤형 임플란트 설계 및 제작 기술을 고도화하고 있습니다.
이러한 연구는 인공관절(슬관절, 고관절, 발목관절 등), 척추유합보형재, 치과용 임플란트 등 다양한 정형외과 및 치의학 분야에 적용되고 있습니다. 또한, 관련 특허 출원 및 기술이전, 국내외 산학협력 프로젝트를 통해 실제 의료기기 산업 현장에 기술을 접목하고 있습니다.
관절 및 근골격계 생체역학 분석과 임상 적용
임도형 연구실은 인공관절(슬관절, 고관절, 발목관절 등) 및 근골격계 구조물의 생체역학적 특성 분석에 탁월한 연구 역량을 보유하고 있습니다. 유한요소해석(FEA), 다물체 동역학 해석, 3차원 동작분석 시스템(Vicon) 등 첨단 시뮬레이션 및 실험 장비를 활용하여, 관절의 운동학적 특성, 삽입물의 응력 분포, 미세운동(micromotion), 피로특성, 인대 및 근육의 변형률 등을 정량적으로 평가합니다.
특히, 인공슬관절의 정렬법(운동학적 정렬, 역학적 정렬)에 따른 관절 운동 특성, 인대 장력, 슬개골 추적 패턴, 피로 및 마모 특성 등을 분석하여 임상적 예후와 환자 만족도 향상에 기여하고 있습니다. 또한, 인공관절 삽입 후 발생할 수 있는 골용해, 응력차폐, 삽입물 주위 골절 등 합병증의 원인을 규명하고, 이를 예방하기 위한 최적 설계 및 수술 가이드라인을 제시하고 있습니다.
이와 더불어, 고령자 및 근골격계 질환 환자의 일상생활 동작(보행, 일어서기, 균형 유지 등) 분석, 재활훈련 시스템 개발, 외골격 보조기 설계 등 다양한 응용 연구도 활발히 수행하고 있습니다. 이러한 연구 결과는 국내외 학술지 논문, 특허, 학회 발표, 산학협력 프로젝트 등으로 확산되고 있으며, 실제 임상 현장과 의료기기 산업에 실질적인 기여를 하고 있습니다.
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Kinematical alignment better restores native patellar tracking pattern than mechanical alignment
임도형, Kim, Yong Deok, Koh, In Jun
KNEE SURGERY SPORTS TRAUMATOLOGY ARTHROSCOPY, 202412
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Study on 3D printing a fine quality bone-mimetic porous structure with minimized shape error in pore size: a parametric work on key laser parameters in SLM
임도형, 반훈영, Park Jong-Chul
INTERNATIONAL JOURNAL OF ADVANCED MANUFACTURING TECHNOLOGY, 202412
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Harnessing 3D printed highly porous Ti-6Al-4V scaffolds coated with graphene oxide to promote osteogenesis
임도형, Jang, Hee Jeong
BIOMATERIALS SCIENCE, 202410
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생체모방형 표면처리기술 기반의 임상의 수요 맞춤형 인공 고관절 및 슬관절 시스템 개발(2단계-2차년도)
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생체이식형의료기기 분야 글로벌 연구개발 허브도약을 위한 세부과제 기획연구
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인공슬관절의 구조안정성 및 생체역학적 특성 시험검증
