ツール・サービス 3次元画像データ変換ツール Simpleware Software

[活用事例] Simpleware SoftwareとCAEの連携による応力解析 - 大腿骨モデル

分野

医工連携

モジュール

ScanIP、FE Module、CAD Module

解析ソフト

LS-DYNA

応力解析でスクリューの向きによる緩みの差を研究

本事例は熊本大学大学院自然科学研究科で大腿骨近位部骨折治療に用いるインプラント（IM Nail）を挿入した左右の大腿骨で、スクリューの向きによる緩みの差を研究した事例です。（データ：熊本大学大学院自然科学研究科中西先生ご提供）

モデルの概要
Simpleware ScanIP によるモデル化
Simpleware CAD Moduleによる結合
CAE による応力解析

モデルの概要

左右の大腿骨近位部骨折のインプラント挿入モデルをFEMモデル化した後、CAEを用いることで、簡単に解析が可能です。境界条件等を設定し、接触を考慮した非線形静解析を実施します。骨折部が体重によってどのように変位するかが予測でき、整形インプラントの設計において、重要な指針を得ることが可能です。

スクリューのネジ方向と骨頭部の回転方向

インプラント（右ネジと左ネジ）と左大腿骨近位部骨折のモデル

Simpleware ScanIP によるモデル化

成人女性左大腿骨のCT画像をScanIPにインポートし、閾値で左大腿骨の外形を抽出した後、海綿骨、皮質骨部分などに分離します。CAD Moduleでインプラントと作成した骨モデルを合成し、再度ScanIPでこの骨モデルの骨頭を切断し、骨折およびインプラントによる術後モデルを完成させます。右大腿骨モデルの作成は、ScanIPのFlip機能で左大腿骨モデルをミラーコピーし、同じ右ネジのインプラントを新たに挿入し、比較モデルを作成します。図１は、術後の左大腿骨をモデル化した例です。

図１：セグメンテーション後インプラントを挿入したモデル

図２：セグメンテーション

Simpleware CAD Moduleによる結合

ScanIPで作成した骨モデルとインプラントモデル(STL形式)をCAD Moduleに読み込み、位置合わせツールを使用して、インプラントを骨モデルに挿入します。

CAD Moduleでの合成画面

CAD Moduleを用いて結合したモデルをScanIPに読み込み、メッシュを作成します。骨頭の回旋を予測するため骨頭部と大腿骨下部を節点共有しないよう2種類に分けてメッシュを生成します。作成された左大腿骨下部メッシュモデルの要素数は約27万要素、メッシング時間は約10分、骨頭部の要素数は約6万要素、メッシング時間は約1分でした。

左大腿骨下部のメッシュ