[活用事例] Simpleware Software とLS-DYNA の連携による強度解析 - 人体鎖骨モデル
- 分野
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- 医工連携
- モジュール
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- ScanIP、FE Module、CAD Module
- 解析ソフト
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- LS-DYNA
強度解析で2種類のプレートの有意差を検証
本事例は北里大学医療衛生学部医療工学科で鎖骨骨折の固定治療に用いる2種類のプレートの有意差を検証した事例です。「フック付きロッキングプレート」と「アーム付きノンロッキングプレート」を鎖骨や肩甲骨とともにFEMモデル化した後、LS-DYNAを用いたシミュレーションによってそれぞれの結果を検証し、臨床応用にどちらがより役立つものであるかについて調査されています。（データ：北里大学医療衛生学部医療工学科酒井先生ご提供）
モデルの概要
この金属プレートを含む鎖骨模型のモデル化に使用したスライス画像データは、装置の測定可能範囲の都合により３つのエリアに分けて測定されています。このような場合もScanIPでそれぞれの形状を作成した後、CAD Moduleで結合することによって１つのモデルとして使用することが可能です。
肩甲骨と2種類のプレート
Simpleware ScanIP によるモデル化
アーム付きノンロッキングプレート及びフック付きロッキングプレートの構成部分A1,A2、B1,B2、肩甲骨の5種類のCT画像データがあります。１種類ずつScanIPに読み込みセグメンテーションツールを使用してモデル化します。インプラントと骨のグレースケールの値が異なるため、閾値を指定してモデル化を行ないます。図１はアーム付きノンロッキングプレートのA1部分をモデル化した例です。
図１ アーム付きノンロッキングプレート A1
3次元モデル化されたプレートと肩甲骨
Simpleware CAD Moduleによる統合
ScanIPで作成したそれぞれの構成パーツをCAD Moduleに読込み、位置合わせツールを使用して、３つのモデルを一体に結合します。
CAD Moduleでの合成画面
Simpleware ScanIPによるメッシュ作成
結合したモデルをScanIP に読込、メッシュを作成します。作成されたメッシュモデルの要素数は、両パターンとも約27万要素、メッシング時間は約20分です。
アーム付きノンロッキングプレート
フック付きロッキングプレート
LS-DYNAによる応力解析
作成したメッシュを用いて、LS-DYNAで応力解析を行いました。
フック付きロッキングプレートではフックと骨の間の接触部位に高応力が発生し、また、フック付きロッキングプレートの相対変位はアーム付きノンロッキングプレートと比較して大きいことがわかりました。
解析条件
解析結果
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