시상면 X-ray 기반 척추 유한요소 단순화 모델 생성 및 이의 신뢰성 검증

Abstract

본 연구는 척추 전체 모델을 구현하기 위한 기초 연구로써 의료영상을 기반으로 전반적인 척추 형상을 단순화한 유한요소 모델을 생성하고 생성된 단순화 요추 모델의 신뢰성을 검증했다. 또한 골반 형상에 따른 대표 모델을 생성함으로써 다양한 척추 형상에 적용 가능함을 확인하였으며 이 중 기존의 유한요소해석 모델과 가장 유사한 척추 형상은 중립 골반 타입이다. 본 연구의 유한요소 모델은 기존의 3차원상에서 곡면까지 구현하는 방식이 아닌 2차원 X-ray 영상 기반으로 시상면 라인을 기반으로 단순화된 척추 모델을 생성했다. 단순화 척추 모델의 신뢰성을 검증하기 위해 인간 척추의 사체 실험에 수행된 동일한 조건의 외력을 본 연구의 유한요소 모델에 수행했다. 운동 범위 결과는 사체 실험 결과와 동일한 조건에서 3차원 의료영상 기반 유한요소 해석을 수행한 선행 연구 결과들을 비교를 통해 모델 신뢰성 검증을 수행했다.

This study, as a basic study to implement the whole spine model, created a finite element model that simplified the overall spine shape based on medical images and verified the reliability of the generated simplified lumbar spine model. And by generating representative models according to the shape of the pelvis, it was confirmed that it can be applied to various spine shapes. Among them, the neutral pelvis (NP) type is the most similar to the existing finite element analysis model. The finite element model of this study created a simplified spine model based on the sagittal line based on the 2D X-ray images, rather than the conventional method of implementing a curved surface in 3D. In order to verify the reliability of the simplified spinal model, the external force under the same conditions performed on the human spine cadaver experiment was performed on the finite element model of this study. The range of motion results was compared with the results of previous studies that performed 3D medical image-based finite element analysis under the same conditions as the results of the cadaver experiment.