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섬유주의 이방성에 따른 초음파의 파형 변화
Is ultrasound wave affected by anisotropy of trabeculae 원문보기

한국정보전자통신기술학회논문지 = Journal of Korea institute of information, electronics, and communication technology, v.4 no.4, 2011년, pp.236 - 241  

윤원석 (한양대학교 기계공학부) ,  윤영준 (한양대학교 기계공학부)

초록
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높은 기공성을 갖춘 망상골과 고체의 비율이 높은 피질골의 기계적 성질은 초음파 파동 전파 측정법으로 알 수 있다. 초음파의 속도(SOS)는 bulk wave 방정식과 bar wave 방정식을 통해 산출할 수 있다. Bulk wave는 Biot의 이론에서 빠른 파동과 매우 유사함을 이용해, 본 연구에서 뼈의 이방성을 담은 행렬에 의해 bulk wave 속도가 변하는 여부를 측정하였다. 음파의 속도는 뼈가 횡방적인(transversely isotropy) 특성을 갖을 때보다 등방적인 특성을 갖을 때 0.69% 빠르다. 또한 bar wave 방정식을 사용하여 피질골에 대한 속도를 측정하였다. 전의 논문에 의하면 bar wave 속도는 탄성 계수 텐서 혹은 영의 계수의 함수이고 이와 같은 방법으로 bar wave 속도에 의해 등방성과 이방성을 측정하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Mechanical properties of cancellous bone with a high porosity and cortical bone with a high fraction of solid are estimated by the measurement of ultrasonic wave propagation. The speed of sound (SOS) in ultrasonic waves is usually measured by two equations, bulk wave equation and bar wave equation. ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 우리는 이 연구에서 횡방성(transversely isotropic)을 지닌 뼈와 등방성을 지닌 뼈의 물성치를 바탕으로 초음파 측정의 방법을 역으로 사용하여 각각의 초음파 속도를 추정한 후 각각의 속도를 비교한다면 체적 파형 속도와 bar wave speed가 뼈의 물성치에 어떤 영향을 받는지 살펴보고자 한다. 또한 기존의 다른 공식 (탄성 계수 텐서와의 관계식)과 비교했을 때 얼마만큼의 영향을 받는지 살펴보고자 한다.
  • 우리는 이 연구에서 횡방성(transversely isotropic)을 지닌 뼈와 등방성을 지닌 뼈의 물성치를 바탕으로 초음파 측정의 방법을 역으로 사용하여 각각의 초음파 속도를 추정한 후 각각의 속도를 비교한다면 체적 파형 속도와 bar wave speed가 뼈의 물성치에 어떤 영향을 받는지 살펴보고자 한다. 또한 기존의 다른 공식 (탄성 계수 텐서와의 관계식)과 비교했을 때 얼마만큼의 영향을 받는지 살펴보고자 한다.
  • 망상골의 경우, 두 개의 파형, 즉 빠른 파형은 골조직을 통해서 전파하고 후자는 골조직과 간질액의 상호작용에 의해서 전파된다. 이 논문에서는 전자의 경우만 염두에 두고 서술하려고 하고, 후자의 경우는 이후에 출판되는 논문을 통해서 설명하고자 한다. 특히 망상골의 경우 빠른 파형은 체적 파형 속도 (bulk wave speed)에 거의 같은 속도로 전파된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
초음파의 속도는 어떻게 산출할 수 있는가? 높은 기공성을 갖춘 망상골과 고체의 비율이 높은 피질골의 기계적 성질은 초음파 파동 전파 측정법으로 알 수 있다. 초음파의 속도(SOS)는 bulk wave 방정식과 bar wave 방정식을 통해 산출할 수 있다. Bulk wave는 Biot의 이론에서 빠른 파동과 매우 유사함을 이용해, 본 연구에서 뼈의 이방성을 담은 행렬에 의해 bulk wave 속도가 변하는 여부를 측정하였다.
음파의 속도는 뼈가 횡방적일 때와 등방적일 때 어떻게 다른가? Bulk wave는 Biot의 이론에서 빠른 파동과 매우 유사함을 이용해, 본 연구에서 뼈의 이방성을 담은 행렬에 의해 bulk wave 속도가 변하는 여부를 측정하였다. 음파의 속도는 뼈가 횡방적인(transversely isotropy) 특성을 갖을 때보다 등방적인 특성을 갖을 때 0.69% 빠르다. 또한 bar wave 방정식을 사용하여 피질골에 대한 속도를 측정하였다.
뼈에 대한 측정을 할 때 초음파 측정법을 사용하면 어떤 장점이 있는가? 인장시험에 의한 물성치의 측정은 한 번에 한 개의 시편을 사용할 수 밖에 없는 반면, 초음파 측정법에 의하면 한 개의 시편을 가지고 여러 번에 걸친 측정이 가능하다. 또한 한 시편에 대한 여러 개의 이방성 물성치를 측정할 수 있는 장점이 있다. 이렇듯 초음파 측정법은 물성치를 구하기 어려운 재료의 재료 상수를 구하는 비파괴 검사법으로 매우 유용하고 많은 실험을 통해 그 효용성이 입증되었다.
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