대퇴골두 해면골의 미세구조 특성과 기계적 특성의 분석
Analysis of the Micro-Structural and Mechanical Properties in Human Femoral Head Trabecular Bone with and without Osteoporosis
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초록
골다공증이 있는 대퇴골두 해면골과 골다공증이 없는 대퇴골두 해면골의 특성을 평가하고자 미세단층촬영기 및 유한요소모델을 이용하여 해면골을 미세구조 특성과 기계적 특성을 비교 및 분석하였다. 골다공증이 있는 대퇴골두는 골밀도를 측정하여 T-score 값이 -2.5 이상인 시편 15개를 사용했으며, 골다공증이 없는 대퇴골두는 사망전 골다공증으로 인한 병력이 없었던 사체 4구에서 대퇴골두 5개를 획득하여 사용하였다. 대퇴골두 해면골의 미세구조 특성을 분석하기 위해서 미세단층촬영기를 이용하여 골다공증이 있는 대퇴골두와 골다공증이 없는 대퇴골두를 촬영하여 형태학적 지수(histomorphometry index)를 구했고, 미세단층촬영기에 의해서 획득된 미세영상(pixel size=21.31㎛)을 바탕으로 유한요소모델을 재건하여 기계적 특성을 구하였다. 형태학적지수는 골다공증이 없는 대퇴골두가 골다공증이 있는 대퇴골두에 비해서 골소주 두께, 골 체적, 골 체적비, 이방성 정도 그리고 골소주 개수가 증가했으며, 골소주 간격과 구조모델지수는 감소했다. 기계적특성 지수는 골다공증이 없는 대퇴골두 해면골 시편에서 반력, 표면응력 그리고 영률이 높게 분석되었다. 골다공증이 있는 대퇴골두 해면골 시편에서 미세구조 특성이 퇴화되며, 기계적 특성이 감소된다는 사실을 알수 있었다.
Abstract
This study investigates micro-structural and mechanical properties of trabecular bone in human femoral head with and without osteoporosis using Micro-CT and finite element-model. 15 cored trabecular bone specimens with 20mm of diameter were obtained from femoral heads with osteoporosis (T-score > -2.5 ) resected for total hip arthroplasty, and 5 specimens were removed from femoral head of cadavers, which has no history of musculoskeletal diseases. A high-resolution micro-CT system was used to scan each specimen to obtain histomorphometry indices. Based on obtained micro-images(pixel size=21.31㎛), a FE-model was created to determine mechanical property indices. While non-osteoporosis group had increases trabecular thickness, bone volume, bone volume fraction, degree of anisotropy and trabecular number compared with those of non-osteoporotic group, the non-osteoporotic group showed decreases in trabecular separation and structure model index. Regarding the mechanical property indices, reaction force, apparent stress and young's modulus were lower in osteoporotic group than in non-osteoporotic group. Our data shows salient deteriorations in trabecular micro-structural and mechanical properties in human femoral head with osteoporosis.
참고문헌 (11)
- ""골다공증"" (2000), 서흥출판사
- "Local Differences in the trabecular bone structure of the proximal femur depocted with high-spatial-resolution MR imaging and multisection CT", 9, pp.1395~1406 (2002)
- "In vino assessment of architecture and micro-finite element analysis derived indices of mechanical preperties of trabecular bone in the radius", 13, pp.6~17 (2002), Osteoporos Int.
- "The direct examination of three-dimensional bone architecture in vitro by computed tomography", 4, pp.3~11 (1989)
- "A new method to determine trabecular bone elastic properties and loading using micromechanical finite-element models", 28, pp.69~81 (1995)
- "Trabecular bone ultimate stress can be predicted from lage-scale FE-analyses", pp.8~11
- "Computational strategies for iterative solutions of large FEM applications employing voxel data", 28, pp.2743~2767 (1996)
- "Finite element analysis of trabecular bone structure:a comparison of image-based meshing techniques", 31, pp.1187~1192 (1998)
- "Bone histomorphometry:Standardization of momenclature", 2, pp.595~608 (1987)
- "High-resolution finite element models with tissue strength asymmetry accurately predict failure of trabecular bone", 33, pp.1573~1583 (2000)
- "High-resolution finite element models with tissue strength asymmetry accurately predict failure of trabecular bone", 33, pp.1573~1583 (2000)