In this study, Finite element method was used to numerically investigate the clinical findings [27] that the larger the curvature of lamina cribrosa is, the more susceptible it is to the development of glaucoma. The nonlinear elastic constitutive equation was applied to the parts constituting the eyeball. By homogenizing the optic nerve bundles and the lamina cribrosa in some areas and calculating equivalent material properties using homogenization method, multiscale analysis was performed. Axisymmetric model was constructed to grasp the overall behavior of the lamina cribrosa and optic nerve bundle. In order to analyze the susceptibility of development of glaucoma according to the change of the curvature of lamina cribrosa, other models with different curvature of lamina cribrosa were constructed and finite element analysis was performed. Three dimensional eye model was constructed to grasp the detailed behavior of the microstructure and to do this, an algorithm was proposed to model the optic nerve bundle, which is a microstructure. In three dimensional models, finite element analysis was performed by constructing other models with different curvature of the lamina cribrosa to analyze the susceptibility of development of glaucoma according to the change of the curvature of lamina cribrosa. As a result of finite element analysis of the models with different curvature of the lamina cribrosa, it was confirmed that the larger the curvature of lamina cribrosa is, the greater the strain and the stress acting on the optic nerve bundle are, so that it is more susceptible to the development of glaucoma. This led to conclusions that correspond to the results of existing clinical studies [27].
본 연구에서는 유한요소법을 이용하여 사상판의 곡률이 클수록 녹내장 발생에 더욱 민감하다는 임상 연구 결과[27]를 수치적으로 규명하였다. 안구를 구성하는 부위에 비선형 탄성 구성 방정식을 적용하였으며 일부 영역은 시신경 다발과 사상판을 하나로 균질화하고 균질화법을 이용하여 등가 물성치를 계산함으로써 다중스케일 해석을 수행하였다. 사상판과 시신경 다발의 전체적인 거동 파악을 위한 축대칭 모델을 구성하였고 사상판의 곡률 변화에 따른 녹내장 발생의 민감성을 분석하기 위해 사상판의 곡률이 다른 모델을 추가로 구성하여 유한요소 해석을 수행하였다. 미세구조의 자세한 거동을 파악하기 위한 3차원 안구 모델을 구성하였으며 이를 위해 미세구조인 시신경 다발을 모델링하는 알고리즘을 제안하였다. 3차원 모델에서도 사상판의 곡률 변화에 따른 녹내장 발생의 민감성을 분석하기 위해 사상판의 곡률이 다른 모델을 추가로 구성하여 유한요소 해석을 수행하였다. 사상판의 곡률이 다른 모델들의 유한요소 해석 결과, 사상판의 곡률이 클수록 시신경 다발에 작용하는 변형률과 응력이 커지게 되어 녹내장 발생에 더욱 민감하다는 것을 확인하였고 이를 통해 기존의 임상 연구 결과[27]에 부합하는 결론을 도출하였다.
