Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing (비파괴검사학회지)

The Korean Society for Nondestructive Testing (한국비파괴검사학회)
권호 표지

Generation of the FE Model of a Korean Young Male Adults and Determination of Mechanical Properties for Engineering Analysis

한국 성인 남성의 공학 해석용 정밀 유한 요소 모델 생성과 뼈의 물성 획득에 관한 연구

  • Yoo, Seung-Hyun (Division of Mechanical Engineering, Ajou University) ;
  • Kim, Hak-Kyun (Division of Mechanical Engineering, Ajou University) ;
  • Kim, Jong-Bum (Division of Mechanical Engineering, Ajou University)
  • 유승현 (아주대학교 기계공학부) ;
  • 김학균 (아주대학교 기계공학부) ;
  • 김종범 (아주대학교 기계공학부)
  • Published : 2006.04.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Geometries, boundary renditions, loading renditions and mechanical properties are essential for finite element analysis. However it is a very difficult task to obtain In-vivo geometry and mechanical properties of human body. In this study totally 38 kinds of inner organs are segmented using MRI of young male with Korean standard body shape to make a finite element model. And RUS has been used to acquire anisotropic elasticity matrix of the femoral head.

유한 요소 해석을 위해서는 형상과 경계, 하중 조건 그리고 물성을 결정하여야 한다. 그러나 살아 있는 인체에 대해서는 실험이 어렵기 때문에 정확한 형상과 물성을 얻기가 매우 어렵다. 본 논문에서는 한국인 표준체형을 가진 젊은 남성의 생체 자기 공명 영상(MRI : magnetic resonance imaging)을 이용하여 내부 장기를 38가지로 구역화 하고 이것을 이용하여 정밀 유한 요소 모델을 만들었다. 또한 인체를 이루고 있는 다양한 물질들 가운데 뼈에 대한 물성을 얻기 위한 연구를 시행하였다. 인체 뼈의 이방성을 표현할 수 있는 물성을 얻기 위해 성인 남성과 여성의 사체에서 얻은 대퇴골두 시편을 RUS(resonant ultrasound spectroscopy)를 사용하여 탄성 계수 행렬을 얻을 수 있었다.

Keywords

References

  1. G. Cacciola, et aI., 'A three dimensional mechanical analysis of a stentless fire-reinforced aortic valve prosthesis,' J of Biomechanics, Vol. 33, pp. 521-530,(2000) https://doi.org/10.1016/S0021-9290(99)00222-5
  2. E. C Teo and H. W. Ng, 'First cervical vertebra (atlas) fracture mechanism studies using finite element method,' J. of Biomechanics, Vol. 34, pp. 13-21 (2001) https://doi.org/10.1016/S0021-9290(00)00169-X
  3. S.C Cowin, 'Bone mechanics handbook,' and Ed., CRC Press, (2001)
  4. Klaus-Jurgen Bailie, 'Finite element procedures,' pp. 1-4, Prentice Hall, (1996)
  5. S.C Cowin and M.M. Mehrabadi, 'On the identification of material symmetry for anisotropic elastic materials,' Q.J. Mech. Appl. Math. Vol. 40, pp. 451-476, (1987) https://doi.org/10.1093/qjmam/40.4.451
  6. 이용숙, 정민석, 황성배, 왕지남, 유승현 '자기 공명 영상의 해부 구조를 익히기 위한 3차원영상과 소프트웨어', 대한체질인류학회지 16, pp. 147-164, (2003)
  7. J. Y. Rho: Anultrasonic method for measuring the elastic properties of human tibial cortical and cancellous bone, Ultrasonics, Vol. 34, pp. 777, (1996) https://doi.org/10.1016/S0041-624X(96)00078-9
  8. R. G. Leisure and F. A. Willis, 'Resonant ultrasound spectroscopy,' J. Phys., Vol. 9, pp. 6001-6209, (1997)
  9. B. J. Zadler, J. H. L. Le Rousseau, and J. A. Scales, 'Resonant ultrasound spectroscopy: theory and application,' Int. J. Geophys., Vol. 156, pp. 154-169, (2004) https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2004.02093.x
  10. A Migliori and J. L. Sarrao, Resonant ultrasound spectroscopy, Wiley, New York (1997)
  11. T. Lee, R. S. Lakes and A Lal, 'Investigation of the bovine bone by resonant ultrasound spectroscopy and transmission ultrasound,' Biomech. Model Mechanobiology, Vol. 1, pp. 165-175,(2002) https://doi.org/10.1007/s10237-002-0015-y
  12. S. H. Yoo, W. S. Kim, J. H. Moon and S. S. Lee, 'Evaluation of human bone elastic stiffness by resonant ultrasound spectroscopy and micro finite element method,' Key Engineering Materials, Vol. 273, pp. 2079-2084, (2004) https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.270-273.2079
  13. J. H. Kinney, J. R. Gladden and G. W. Marshall,'Resonant ultrasound spectroscopy measurement of the elastic constants of human dentin,' J. Biomech., Vol. 37, pp. 437-441, (2004) https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2003.09.028