근시교정을 위한 엑시머 레이저 수술의 九學的 해석 = Mechanical Analysis of the Eximer Laser Photorefractive Keratectomy

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 유한요소법을 이용하여 근시 교정을 위한 엑시머 레이저 수술의 역학적 모델을 제시하였다. 엑시머 레이저 수술에는 여러가지 복합적인 요소가 상호 작용하여 그 결과에 영향을 미치고 있으나, 본 연구에서는 역학적인 요소를 선택하여 그것들이 수술의 결과에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 유한 요소해석에 우선되는 중요한 요소는 대상체의 물성치인데, 각막의 물성적 성질은 인체 내의 다른 soft tissue들과 마찬가지로 비선형의 성질을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 비선형의 성질을 사용하였다. 그 외의 역학적 요소로서는 수술의 면적, 안압, 수술의 깊이, 수술전 각막의 두께, 등을 생각할 수 있다. 따라서 각 역학적 요소의 변화에 따른 근시의 교정 정도를 고찰하였다.
연구 결과는 임상 결과와 정성적인 일치를 보였으며, 상달부분 정량적으로도 일치를 보였다. 따라서 본 연구에서는 유한 요소의 인상에 대한 적용 가능성을 입증 할 수가 있었다.
근시 혹은 난시의 교정을 위한 각막굴절 수술의 원리를 역학적 견지에서 고찰해 보면 각막의 형상을 변형시켜서 안구가 원하는 만큼의 빛을 굴절 시킬 수 있도록 하는 것이다. 따라서 굴절수술에서 빛의 굴절에 관여하는 요소들을 추출하여 각 요소의 변화에 따른 수술의 결과를 분석하는 것은 지난 수 십년간 축적된 임상결과를 보다 체계적으로 분류, 정리할 수가 있음은 물론이고 앞으로의 수술에도 보다 과학적인 방법을 제시할 수가 있음을 뜻하게 된다. 각막굴절 수술에는 여러가지가 있으나 현재 보편화되어 있는 것으로는 방사상 각막 절제술과 엑시머 레이저 각막 연마술이 있다. 본 연구에서는 국내외적으로 그 간편성과 효과면에서 그 효용도를 인정 받고 있는 엑시머 레이저 수술에 관여되는 여러 역학적 요소들이 수술의 전과에 미치는 영향을 분석하고 이에 따른 역학적 모델 설정의 가능성을 제시하는 데 그 주안점을 두었다.
만족스러운 수술 결과를 위해서는 이에 관여되는 여러가지의 복잡한 인자들이 조화롭게 상호작용하여야 한다. 여러가지의 인자를 분류해 보면, 생리학적 인자, 역학적 인자, 그리고 시술자의 숙련도, 등을 들 수있다. 역학적 인자로는 각막의 물리적 성질, 수술 부위의 크기와 깊이, 안압, 수술전의 각막의 두께와 형상, 등을 들 수가 있다. 전술한 바와 같이 본 연구에서는 이들의 변화에 따른 수술후 각막의 변형된 형상을 고찰하여 빛의 굴절 변화를 예측하였다.
여러가지 인자의 변화에 따른 각막의 변형은 경우의 수가 많고, 더구나 각막의 복잡한 물성치, 기하학적 형상을 모두 고려하여 하나의 수식으로 표현하기란 수학적으로는 불가능하다. 따라서 본 논문에서는 수치해석의 일종인 유한 요소법을 이용하였다.
유한요소법은 그 용어가 설명하는 바, 해석하고자 하는 물체를 유한개의 작은 요소로 분할하여, 각 요소에서의 변형 현상을 물체의 기본 성질과 처해진 환경(구속 조건)에 의거하여 해석함으로써, 긍극적으로 대상체 전체의 변화를 고찰하는 것이다. 이 방법은 공학 분야에서는 수십 년간 널리 사용되어 왔고, 이미 그 효용도와 정확성이 입증되고 있다. 대표적인 유한 요소법의 장점은 어떤 물체 고유의 물리적 성질이 확인되면, 해석하고자 하는 대상체의 형상과 외부 환경의 변화에 관계없이 해석이 가능하다는 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study proposed a mechanical model of the excimer laser photorefractive keratectomy(PRK) for myopia patients using finite element method. The outcomes of the surgery depends on many factors, which are also dependent on each other. In this study, same mechanical factors are selected and the effects of the selelcted factors on the surgical results were analyzed. One of the important factors in the finite element analysis is the mechanical properties of the object. The representative characteristic of the human cornea is that it shows highly nonlinear property in the stress-strain relationship like most soft tissues in the human body. Therefore, the nonliear property was adopted in this study. Other important mechanical properties which affect the outcomes of the surgery are : a preoperative thickness, intraocular pressure, diameter of ablation zone and the depth of ablation. With various changes of those mechanical factors, the outcomes of the surgery were predicted using the finite element method.
The results show the qualitative agreement with clinical outcomes also promising agreement quantitatively. Therefore, this study shows a potential of the finite element method in clinical application of excimer laser PRK.

Key Words : Finite Element Method. Mechanical Model, Mechanical Properties Department of Medical Engineering, Inje University

목차 (Table of Contents)

• 요약
• 연구 방법
• 1. 유한 요소의 기본 조건
• 2. 모델의 선정 및 해석방법
• 결과
• 고찰