파라메트릭 형상모델을 이용한 근위 대퇴골의 경부 골절 영향 해석

Abstract

대퇴골 근위부의 기하학적 형상은 대퇴골 경부 골절과 중요한 상관관계를 가지고 있는 것으로 보고되고 있다. 기존의 연구에서는 인장실험법과 유한요소해석법을 이용하여 상관관계를 분석해왔다. 그러나 이 방법들은 인체의 미리 정의된 대퇴골 형상을 변경할 수 없고, 다수의 시험편들을 확보하기 어렵기 때문에 다양한 시험편과 모델을 적용할 수 없다는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 대퇴골 골절 해석에 폭넓게 사용할 수 있도록 매개변수로 기하학적 형상 변형이 가능한 대퇴골 모델을 이용하여 대퇴골 골절과 형상 매개변수의 관계를 분석하였다. 이 관계를 분석하기 위하여 4가지 주요 매개변수(대퇴골두 직경, 대퇴경부 직경, 대퇴경두간 길이, 대퇴경간각)를 이용하여 다양한 해석 모델을 생성하여 유한요소해석을 수행하였다. 이 후 대퇴골두에서의 반력(reaction force)과 경부에서의 응력 분포(stress distribution)를 분석함으로써 유한요 소해석을 수행하였고, 대퇴경부 직경이 대퇴골 경부 골절에 가장 큰 영향을 미치고 대퇴골두 직경이 가장 작은 영향을 미치는 결과가 나타났다.It has been reported that the femoral morphology has a major correlation to femoral neck fractures(FNF). Previous studies to analyze these correlations have relied on mechanical testing and finite element methods. However, these methods have not been widely applied to various femur samples and models. It is because of the availability of the samples from both patients and cadavers, and also of the geometric limitations in changing the shape of the models. In this study we analyzed femoral neck fractures using a parameterized femoral model that could provide flexibility in changing the geometry of the model for the wide applications of FNF analysis. With the parameterization a variety of models could be generated by changing four major dimensions: femoral head diameter(FHD), femoral neck diameter(FND), femoral neck length(FNL), and neck-shaft angle(NSA). We have performed FEA on the models to compute the stress distributions and reaction forces, and compare them with the data previously generated from mechanical testing. The analysis results indicate that the FND is significantly related with the FNF and the FHD is not significantly related with the FNF.