초탄성 구성 모델 기반 인체 폐의 호흡 시뮬레이션 및 이의 임상 검증 (Respiratory Simulation of Human Lungs based on Hyperelastic Constitutive Model and Its Clinical Validation)

서지정보

· 발행기관 : 대한기계학회
· 수록지 정보 : 대한기계학회논문집 B / 45권 / 12호 / 701 ~ 712페이지
· 저자명 : 김병준, 안효영, 이치승

초록

본 연구에서는 초탄성 구성 모델을 기반으로 인체 폐의 호흡 시뮬레이션을 수행하고 그 결과를 임상 데이터와 비교하였다. 즉, 초탄성 재료 특성을 보이는 인체 폐의 재료 거동을 모사하기 위해 다양한 초탄성 구성 모델, 이를테면 Mooney Rivilin, Ogden, Van der Waals, neo-Hooke, Yeoh, polynomial, reduced polynomial 모델을 바탕으로, 문헌상으로 보고된 사체 폐의 이축 인장-압축 선도를 가장 잘 모사하는 구성 모델을 채택, 재료 파라미터를 결정하였다. 한편, 3명의 실험자의 흡기 상태 폐 CT 이미지로부터 유한요소 모델을 구축한 후, 호기 상태를 구현하였으며, 시간에 따른 변위장(magnitude and resultant)의 변화를 평가하였다. 나아가, 제안된 기법의 검증을 위해 시리즈 시뮬레이션 결과를 3명의 실험자의 호기 상태 폐 CT 이미지와 정량적으로 비교하였으며, 폐 상층 횡단면적(superior-inferior cross sectional area)의 상대오차는 0.2~7.4% 범위 내에서 잘 일치하는 것을 확인하였다.

영어초록

In this study, we performed respiratory simulation of human body lung based on hyperelastic constitutive model and compared the results with clinical data. That is, in order to simulate the material behavior of human lung that exhibits hyperelastic material properties, based on various hyperelastic constitutive models, for example, Mooney Rivilin, Ogden, Van der Waals, neo-Hooke, Yeoh, polynomial, reduced polynomial models. Based on this, material parameters were determined by adopting a constitutive model that best simulates the biaxial tension-compression diagram leads of the body lung reported in the literature. On the other hand, after constructing a finite element model from the inhalation lung CT of three experimenters, the exhalation state was implemented and the change in displacement and resultant with time was evaluated. Furthermore, for verification of the provided method, simulation results of the series were quantitatively compared with the exhaled state and lung CT images of three experimenters, and confirmed to be well matched within the range of 0.2 to 7.4% relative error of the lung superior-inferior cross sectional area.

참고자료

· 없음