Choi, Myung Hwan;Koo, Bon Yeol;Chae, Je Wook;Kim, Jay Jung
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.10
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pp.1139-1145
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2014
Creation of a human skeleton model and characterization of the variation in the bone shape are fundamentally important in many applications of biomechanics. In this paper, we present a parametric shape modeling method for femurs that is based on extracting the main parameter of variations of the femur shape from a 3D model database by using statistical shape analysis. For this shape analysis, principal component analysis (PCA) is used. Application of the PCA to 3D data requires bringing all the models in correspondence to each other. For this reason, anatomical landmarks are used for guiding the deformation of the template model to fit the 3D model data. After subsequent application of PCA to a set of femur models, we calculate the correlation between the dominant components of shape variability for a target population and the anatomical parameters of the femur shape. Finally, we provide tools for visualizing and creating the femur shape using the main parameter of femur shape variation.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.31
no.5
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pp.459-465
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2011
It has been reported that the femoral morphology has a major correlation to femoral neck fractures(FNF). Previous studies to analyze these correlations have relied on mechanical testing and finite element methods. However, these methods have not been widely applied to various femur samples and models. It is because of the availability of the samples from both patients and cadavers, and also of the geometric limitations in changing the shape of the models. In this study we analyzed femoral neck fractures using a parameterized femoral model that could provide flexibility in changing the geometry of the model for the wide applications of FNF analysis. With the parameterization a variety of models could be generated by changing four major dimensions: femoral head diameter(FHD), femoral neck diameter(FND), femoral neck length(FNL), and neck-shaft angle(NSA). We have performed FEA on the models to compute the stress distributions and reaction forces, and compare them with the data previously generated from mechanical testing. The analysis results indicate that the FND is significantly related with the FNF and the FHD is not significantly related with the FNF.
This paper presents an estimating method for local property changes and failure prediction of composite materials experiencing large shear deformation during draping process. The bone plate for the metaphyseal femur fracture was chosen to apply the presented method because it has complex geometry. The local property changes due to macro-/microscopic deformations of fabric composites during draping process were evaluated by various tests and the result was applied to predict static/fatigue behaviors of the bone plate. This paper was expected to present useful information on the design of composite structures with complex geometry and their performance evaluation.
Kim, Hyeun A;Kim, Hyeonjin;Lee, Han Sang;Hong, Helen
Journal of KIISE
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v.43
no.8
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pp.869-877
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2016
In this paper, we propose an automated segmentation method of femoral cartilage in knee MR images using multi-atlas-based locally-weighted voting. The proposed method involves two steps. First, to utilize the shape information to show that the femoral cartilage is attached to a femur, the femur is segmented via volume and object-based locally-weighted voting and narrow-band region growing. Second, the object-based affine transformation of the femur is applied to the registration of femoral cartilage, and the femoral cartilage is segmented via multi-atlas shape-based locally-weighted voting. To evaluate the performance of the proposed method, we compared the segmentation results of majority voting method, intensity-based locally-weighted voting method, and the proposed method with manual segmentation results defined by expert. In our experimental results, the newly proposed method avoids a leakage into the neighboring regions having similar intensity of femoral cartilage, and shows improved segmentation accuracy.
The stress distribution of bone is altered by the rigid bone plate, sometimes resulting in unfavorable osteoporosis. The rigidity and the biocompatibility are important factors for the design of prosthesis, however, it is also necessary to consider the effect on the bone remodeling. In this paper, it is attempted to establish an approximate and simple method to predict the trend of the configuration of surface bone remodeling upon a bone plate using stress analysis. Thus, three dimensional finite element model of plated-human femur is generated and simulated. In addition, the stress difference method (SDM) is introduced and attempted to demonstrate the configuration of surface bone remodeling of the plated-human femur.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2009.04a
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pp.51-54
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2009
본 논문에서는 MLS기반 유한요소에 대한 개략적인 현재 개발상황과 향후 예상할 수 있는 응용분야에 대한 제안을 하였다. 이동최소제곱근사를 이용하여 형상함수를 생성하는 MLS기반 유한요소는, 요소의 경계에서 기존 유한요소의 성질-크로네커 델타 조건-을 가지면서도 기존 요소가 갖지 못했던 임의의 절점추가가 자유롭다는 장점이 있어 다양한 변절점요소로의 개발이 이루어져왔다. 선형 또는 이차형상함수를 갖는 2차원 변절점요소 뿐 아니라, 균열선단과 균열면을 포함하고 있는 2차원 균열요소와 3차원에서의 제한적인 변절점요소 등이 개발되어 다양한 불연속성 문제에 적용 가능함이 입증되었다. 이러한 MLS기반 유한요소는 향후 2차원 변절점 3각요소, 2차원 삼각균열요소, 변절점 쉘요소, 균열 쉘요소, 마칭큐브알고리즘에 적합한 3차원 변절점요소로의 개발이 가능할 것으로 예상되며, 본 논문에서는 3차원 변절점요소를 이용한 복잡한 요소망 생성에 대한 예제로 대퇴골의 요소망 생성을 보였다.
After ACL reconstruction. abrasion or wear of graft appeared frequently because of contact stresses between femoral tunnel and ACL. To minimize these problems. optimal shape of femoral tunnel is necessary. In this study. we evaluate friction force by degree of wear due to abrasion of soft tissue and develop 3-dimensional FEM model using ANSYS 5.5.1 version to analyze stress growths between femoral tunnel and ACL, We conclude that femoral tunnel angle must be slacked parallel to tunnel direction to minimize contact stress.
In this paper, the prototype of SIS(Simulated Implantation System) for human femoral head is introduced. SIS is a software which carries on a virtual femoral head replacement surgery including 3d visualization as well as various numeric analyses between a patient's femur and artificial femur through certain stages of the image processing and of the computer graphics. Also, processes required after acquiring consecutive CT-images and projected image of an artificial femur are discussed, and the corresponding results including prototype of SIS are given.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.22
no.4
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pp.335-341
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2009
In this paper, review of developed MLS-based finite elements and a proposal for their applications are described. The shape functions and their derivatives of MLS-based finite elements are constructed using Moving-Least Square approximation. In MLS-based finite element, using the adequate influence domain of weight function used in MLS approximation, kronecker delta condition could be satisfied at the element boundary. Moreover, because of the characteristics of MLS approximation, we could easily add extra nodes at an arbitrary position in MLS-based finite elements. For these reasons, until now, several variable-node elements(2D variable element for linear case and quadratic case and 3D variable-node elements) and finite crack elements are developed using MLS-based finite elements concept. MLS-based finite elements could be extended to 2D variable-node triangle element, 2D finite crack triangle element, variable-node shell element, finite crack shell element, and 3D polyhedron element. In this paper, we showed the feasibility of 3D polyhedron element at the case of femur meshing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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