برای جستجو در بین هزاران پایان نامه در موضوعات مختلف     

      و دانلود متن کامل آنها با فرمت ورد اینجا کلیک کنید     

 
دانلود پایان نامه

پاول کار انجام شده توسط برسلر و فرانکل را با محاسبه نیروی ماهیچه‌ای و نیروی کل مفصل در لگن توسعه داد [21]. منحنی نیروی به دست آمده توسط او هنوز هم به عنوان یک نمودار نیرویی استاندارد در بیشتر شبیه‌سازی‌های زانو مورد استفاده قرار می‌گیرد. بعدها موریسون منحنی شبیه منحنی پاول با اندکی اختلاف ارائه داد که در اثر تفاوت نیروهای ماهیچه‌ای و گشتاورها در مدل او بود.
در مجموع برای تخمین نیروها و گشتاورهای وارد بر مفصل زانو دو تکنیک کاربردی وجود دارد. تکنیک اول، سیستم اندازه‌گیری با امواج رادیویی می‌باشد که یک تقریب آزمایشگاهی مستقیم است و تکنیک دوم، مدل‌سازی ریاضی می‌باشد که بارهای تماسی را بر اساس محاسبات تئوری تخمین می‌زند.
محاسبه نیروها در مفصل زانو
برای سادگی مطالعه مدلی که بر اساس آن رفتار بیومکانیکی پا در هنگام حرکت توصیف می‌شود، یک مدل صفحه‌ای می‌باشد که در آن مفاصل زانو و مچ از نوع لولایی ساده بوده و محورهای دوران این مفاصل بر صفحه مدل (صفحه ساژیتال) عمود می‌باشند. قراردادهای زوایای مفاصل لگن، زانو و مچ در شکل ‏23 نشان داده شده‌است.
در محاسبه نیروها فرضیات زیر در نظر گرفته شده‌اند:
پا به صورت یک سیستم مکانیکی مفصل‌بندی شده متشکل از 4 عضو بدن، ران، ساق و کف پا تعریف شده است که دو به‌ دو به ترتیب با سه مفصل لگن، زانو و مچ به همدیگر پیوند خورده‌اند.
فرض بر این است که عضوهای مذکور دارای تقارن محوری بوده و محورهای تقارن آنها همگی در صفحه ساژیتال قرار گیرند از اینرو هر عضو با یک خط که بر محور مذکور می‌گذرد، مدل می‌گردد.
محور دوران مفاصل مذکور بر صفحه ساژیتال بدن عمود می‌باشد.
زاویه زانو، زاویه انحراف راستای ساق از امتداد ران در نظر گرفته می‌شود.
شکل ‏23: دیاگرام پیکر آزاد مفصل زانو برای حالت اول [22].
با در نظر گرفتن فرضیات مذکور، برای تعیین نیروها و گشتاورهای موثر بر مفصل در حالت استاتیک (وقتی که هیچ حرکتی صورت نمی‌گیرد یا در یک لحظه از یک فعالیت دینامیکی مثل قدم زدن، دویدن یا بلند کردن یک شی) می‌توان از معادلات تحلیل استاتیک و روش دیاگرام پیکره آزاد استفاده نمود [16]. در این راستا روش دیاگرام پیکره آزاد برای محدود کردن تحلیل در یک صفحه به کار رفته و سه نیروی اصلی هم‌صفحه عمل‌کننده روی پیکره آزاد، شناسایی و در دیاگرام پیکره‌ آزاد قرار داده می‌شود. نیروهای گوناگون عمل‌کننده روی مفصل زانو در حالات مختلف را می‌توان به صورت زیر بیان نمود:
Fx- نیروی اصطکاک
Fy- نیروی عکس‌العمل زمین
Fz- نیروی زمین به پا
P- نیروی تاندون پاتلا
J- نیروی عکس‌العمل مفصل
W- نیروی عکس‌العمل زمین
برای ترسیم دیاگرام پیکر آزاد زانو، دو حالت لحاظ شده‌است. حالت اول به صورتی در نظر گرفته می‌شود که کل وزن بدن روی یک مفصل زانو در حالت ایستاده اعمال گردد. این وضعیت در شکل ‏24 قابل مشاهده می‌باشد. در این حالت دو نیروی هم‌صفحه (Fx و Fz) عمل‌کننده روی پا، با اندازه‌گیری فاصله از خط امتداد نیرو از زمین و در نظر گرفتن نیروی عمودی Fy به عنوان وزن بدن محاسبه می‌شوند.
سیستم نیروی خارجی عمل‌کننده روی تیبیا شامل سه نیرو است که از طرف زمین به پا وارد می‌شود (Fx، Fy و Fz). Fx نیروی اصطکاک وارد بر پا است، Fy مولفه عمودی و Fz نیروی جانبی وارد شونده از زمین به پا است. در صفحه‌ی ساژیتال زانو، گشتاور Mz از رابطه‌ Mz=Fy×X و Mz=Fx×Y تخمین زده می‌شود که در آن، X، فاصله‌ی عمودی در امتداد Fy و Y، فاصله‌ی عمودی در امتداد Fx می‌باشد (شکل ‏24). بازوهای اهرمی X و Y از زانو و مختصات مرکز فشار پا محاسبه ‌می‌شوند. در صفحه‌ی کورونال، گشتاور زانوی Mx از رابطه‌ Mx=Fy×Z و Mx=Fz×Y محاسبه می‌شود. نیروهای ناشی از وزن‌های مختلف بر اساس روابط (‏21) و (‏22) به صورت تحلیلی محاسبه و در جدول ‏21 آورده شده‌است.
(‏21)
(‏22)
شکل ‏24: دیاگرام پیکر آزاد مفصل زانو برای حالت اول [16].
حالت دوم، حین قدم زدن یا بلند کردن بار، پا در حالت مایل و کل وزن بدن روی قوزک پا می‌باشد. برای این حالت، دیاگرام پیکره آزاد برای نیروهای هم‌صفحه اعمالی به زانو در شکل ‏25 آورده شده‌است. وقتی یک پا حین بالا رفتن از پله بلند می‌شود، می‌توان از این حالت برای تخمین حداقل مقدار نیروی عکس‌العمل عمل‌کننده روی مفصل تیبیو-فیمورال مربوط به پای با وزن گردان استفاده نمود.
جدول ‏21: مقدار نیروهای وارد بر مفصل زانو به ازای وزن‌های مختلف- حالت اول [16].
دسته بندی : علمی