BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Tulang belakang (tulang punggung) merupakan salah satu bagian terpenting rangka yang menopang seluruh tubuh manusia. Tulang belakang terdiri dari susunan 33 ruas tulang yang dimulai dari bagian leher hingga ke bagian tulang ekor. Tiga puluh tiga ruas tersebut dibagi kedalam lima kelompok besar: 7 ruas tulang leher (cervical), 12 ruas tulang punggung (thoracic), 5 ruas tulang pinggang (lumbar), 5 ruas tulang kelangkang (sacrum), dan 4 ruas tulang ekor (coccyx). Gambar 1.1. Susunan ruas tulang belakang manusia (Mow dan Hayes, 1997). 1
2 Tiap ruas tulang belakang dinamai dengan kode tertentu. Ruas tulang leher (cervical) paling atas disebut dengan C1, kemudian ruas bawahnya disebut C2, dan seterusnya hingga C7. Bagian thoracic, yang merupakan ruas tulang belakang yang bersambung dengan tulang rusuk, dimulai dari ruas T1 hingga T12. Dibawahnya tersambung bagian lumbar yang dimulai dengan L1 hingga L5. Kemudian pada susunan paling bawah ada sacrum yang merupakan gabungan dari lima ruas tulang kelangkang, dan kemudian coccyx, gabungan dari empat ruas tulang ekor. Kesemua rangkaian tersebut membentuk satu kesatuan utuh tulang belakang seperti yang terlihat pada Gambar 1.1 diatas. Bagian tulang belakang yang rentan mengalami masalah adalah bagian lumbar. Lumbar menahan sebagian besar beban tubuh sehingga disc antar tulang belakang rentan mengalami penurunan performa (degenerasi). Berkurangnya kandungan air dalam inti disc menyebabkan perubahan karakter disc yang pada awalnya menyerupai fluida menjadi karakter yang lebih menyerupai solid. Disc akan semakin menipis, fiber annulus dan ligament menjadi tertekuk. Perubahan karakteristik dan geometri tersebut berefek pada meningkatnya intradiscal pressure (IDPs), gaya pada sambungan facet, juga perubahan jangkauan gerakan tulang (Park, dkk. 2013). Gambar 1.2. Susunan dua ruas tulang belakang lumbar (Mow dan Hayes, 1997).
3 Dalam kasus degenerasi disc yang kronis, pembedahan perlu dilakukan untuk memasang implan tulang belakang. Implan tulang belakang ini mencakup implan anterior yaitu disc tiruan dan implan posterior, yaitu implan di bagian belakang ruas tulang yang disambungkan antar ruas tulang belakang sebagai penguat. Berbagai penelitian terus dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan implan tulang belakang yang paling sesuai untuk menggantikan fungsi tulang dan disc yang mengalami degenerasi. Penelitian Pemodelan dan Analisis Finite Element Tulang Belakang Lumbar L1-L5 Manusia Berdasarkan Data Hasil CT Scan dengan Menggunakan Software Point Clouds Processing dan Software FEA ini menjadi langkah awal untuk penelitian jangka panjang pembuatan implan tulang belakang di Indonesia. Salah satu pekerjaan utama dalam penelitian ini adalah analisis finite element tulang belakang lumbar L1-L2 dengan menggunakan software FEA. Analisis dengan bantuan komputer seperti ini dapat menggambarkan kondisi variabel tertentu dari sistem tanpa perlu mengeluarkan biaya untuk pembuatan prototype dan melakukan eksperimen laboratorium. Hasil simulasi dapat menjadi pertimbangan dalam mendesain implan tulang belakang, untuk kemudian dibuat prototype-nya, dilakukan uji laboratorium, dievaluasi kecocokan desain yang telah dibuat, dan seterusnya. Untuk mendukung keberhasilan simulasi dengan software FEA, model tiga dimensi tulang belakang perlu dibuat sebaik mungkin. Dengan keterbatasan sumber daya, hal ini menjadi permasalahan tersendiri karena tulang belakang merupakan bentuk yang kompleks dan sulit untuk didesain secara manual. Opsi yang dimiliki adalah pengolahan model dari data hasil CT Scan atau dari data hasil 3D Scan. CT Scan merupakan proses yang jauh lebih murah daripada 3D Scan, namun data hasil CT Scan tidak sebaik data 3D Scan. Dengan mempertimbangkan perbedaan signifikan dari biaya CT Scan dan 3D Scan yang bisa mencapai lima kali lipat, pemodelan tiga dimensi tulang belakang dari hasil CT Scan dipilih pada penelitian ini.
4 1.2 Rumusan Masalah Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah: 1. Bagaimana mengolah file point clouds hasil CT Scan menjadi file solid tiga dimensi dengan menggunakan software point clouds processing sehingga dapat digunakan untuk analisis finite element pada software FEA? 2. Bagaimana analisis finite element tiap tulang belakang lumbar pada software FEA? 3. Bagaimana analisis finite element tulang belakang lumbar L1-L2 pada software FEA? 1.3 Batasan Masalah Batasan masalah dalam penelitian ini adalah: 1. Pemodelan tulang belakang lumbar L1-L5 masing-masing menggunakan satu sampel data hasil CT Scan. 2. Pengolahan file point clouds hasil CT Scan menjadi file solid tiga dimensi menggunakan software point clouds processing Paraform 3.1 dan disempurnakan di software CAD Solidworks 2015. 3. Analisis finite element menggunakan software FEA Abaqus 6.11 dibatasi untuk tiap segmen tulang lumbar dan untuk susunan tulang lumbar L1-L2. 4. Analisis finite element merupakan analisis statis dengan output data Von Mises Stress dan displacement. 5. Software Autodesk Inventor Professional 2012 digunakan sebagai software bantu dalam desain disc spacer. 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah untuk: 1. Membuat prosedur pemodelan tiga dimensi tulang belakang lumbar L1-L5 dari file point clouds hasil CT Scan. 2. Mendapatkan data hasil analisis finite element tiap tulang belakang lumbar.
5 3. Mendapatkan data hasil analisis finite element tulang belakang lumbar L1- L2. 1.5 Manfaat Penelitian Penelitian Pemodelan dan Analisis Finite Element Tulang Belakang Lumbar L1-L5 Manusia Berdasarkan Data Hasil CT Scan dengan Menggunakan Software Point Clouds Processing dan Software FEA ini diharapkan dapat: 1. Menunjukkan variasi metode pemodelan tiga dimensi berdasarkan file point clouds hasil CT Scan dari suatu objek. 2. Menghasilkan prosedur pemodelan tiga dimensi tulang belakang lumbar L1-L5 dari file point clouds hasil CT Scan. 3. Menggambarkan distribusi tegangan dan distribusi displacement dari tulang belakang L1-L2 pada kondisi pembebanan tertentu sehingga dapat menjadi rujukan untuk penelitian-penelitian selanjutnya mengenai tulang belakang. 4. Menjadi referensi untuk perancangan implan disc-spacer pada tulang belakang bagian lumbar.