대퇴골의 3차원 형상 재구성과 유한요소법을 이용한 응력해석
초록/요약
유한요소해석은 뼈, 뼈 -삽입물, 인공관절과 골절 고정장치의 디자인 최적화 및 다양한 조직들의 응력해석에 자주 적용되어 왔다. 이러한 유한요소해석 의 기본요소는 형상, 물성치, 하중, 경계조건으로 구성되며 본 연구의 초점은 그 중 기하학적 형상의 3차원 재구성이다. 본 연구의 대상이 되는 대퇴골의 3 차원 형상을 얻기 위해서 CT 를 이용하 여 단면영상을 얻었고, 이를 일반 컴퓨터에서 사용할 수 있도록 TIF 파일로 변환시켰다. 이 파일을 상업용 그래픽 프로그램인 3D Studio Max 를 사용하여 뼈의 외곽선을 얻어냈고, 곡면화한 후 CT scan thickness 에 해당하는 높이를 부여하여 CAD 에서 일반적인 쓰이는 DXF 파일 형식으로 변환하였다. DXF 로 저 장된 뼈의 외곽선들을 메쉬 생성기인 HyperMesh 에서 tetra meshing 방법을 사 용하여 뼈의 3차원 유한요소 모델을 만들었다. | 이러한 방법들을 대퇴주대가 삽입된 합성 대퇴골의 두 가지 모델에 대해 응 력해석을 수행하여 그 타당성을 검증해보았다. 하나는 골결손이 없는 정상대 퇴골(Intact femur)로 하였고, 다른 하나는 압박고나사 (DHS : Dynamic Hip Screw)의 제거로 인한 골결손이 있는 대퇴골로 하여, 한다리로 서 있을 경우 와 계단을 오르는 경우의 두 가지 하중조건에 대해 ABAQUS 프로그램을 이용하 여 비선형 접촉해석을 수행하였다. 골 결손이 있는 대퇴골의 피질골 표면에서 최대웅력이 걸리는 부위가 근위부로 이동하였고, 근위부 응력 증가를 보였다. | 이러한 방법으로 얻어진 뼈들의 CAD 데이터들은 bone biomechanics 와 인공 보철물의 디자인 평가의 기초 연구에 도움을 줄 수 있다고 판단된다.
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