برای جستجو در بین هزاران پایان نامه در موضوعات مختلف     

      و دانلود متن کامل آنها با فرمت ورد اینجا کلیک کنید     

 
دانلود پایان نامه

شکل ‏17: پروتز های زانوی ثابت (چپ) و متحرک (راست) و اجزای آن [1].
دلایل اصلی خرابی پروتز زانو
در سال 2005 میلادی، زیلمان گزارش داد هر ساله در سراسر دنیا در حدود 440000 تعویض کلی پروتز زانو صورت می پذیرد. به دلیل مشکلات افزایش وزن و بارداری در زنان در آینده تعداد جایگزینی پروتز زانو افزایش نیز خواهد یافت. اگرچه در این مورد حدود 90% بیماران از انجام این عمل راضی هستند، اما تعداد بیمارانی که نیاز به جراحی مجدد پیدا می کنند قابل توجه است [1]. به طوری که سالانه در حدود 35000 مورد از این تعویض پروتز رانو نیاز به تجدید عمل پیدا می کنند. دلایل اصلی مشکلات ایجاد شده در جایگزینی پروتز زانو را می توان به شرح زیر بیان کرد:
خرابی ماده پلی‌اتیلن با وزن مولکولی زیاد به کار رفته در پروتز به دلیل کرنش‌های پلاستیک
فرسودگی پلی‌اتیلن با وزن مولکولی زیاد به کار رفته در پروتز به علت خستگی ناشی از بارگذاری نوسانی
ضد عفونی کردن نامناسب
ناپایداری استخوان‌ها
ناپایداری کاسه زانو (کشکک زانو)
در بسیاری از موارد خرابی پروتز جانشین زانو که منجر به تعویض آن گشته‌است، اعمال بار بیش از حد به ماده پلی‌اتیلن به کار رفته در پروتز و ایجاد کرنش‌های پلاستیک و در نتیجه خرابی زودهنگام پروتز بوده‌است. استفاده نامناسب و قرار گرفتن در موقعیت‌های ناصحیح حین فعالیت‌های روزمره می‌تواند موجب تسریع این امر گردد. مشکل فرسودگی پلی‌اتیلن تحت تأثیر نحوه انطباق سطوح، ضخامت اعضای تشکیل شده از ماده پلی‌اتیلن و مدول الاستیسیته آن می‌باشد. هم‌چنین متأثر از بارهای تماسی وارد شده و سطوح در معرض حرکت است. در این راستا تحلیل دقیق رفتار مکانیکی اجزای پروتز تحت تأثیر نیروهای وارده می‌تواند در بهبود طرح‌های موجود راهگشا باشد. حرکت‌های چند جهته روی مفصل متصل‌کننده استخوان‌های ران و ساق موجب می‌شود در بین آن‌ها نیاز به یک لایه ضخیم‌تر از پلی‌اتیلن باشد. فرسودگی و ساییدگی این لایه موجب می‌شود ذراتی تولید گردند که می‌تواند منجر به نرم شدن و شکستن پروتز‌های به کار رفته شود. عملکرد طولانی پروتز زانوی جایگزین شده وابسته به مسائل حرکتی مفصل زانو می‌باشد. مطالعات مرتبط نشان می‌دهند که نحوه فرسایش و خرابی پروتز‌های زانو متفاوت بوده و وابسته به شرایط تنش و حرکات مستقیم و معکوسی است که در آن رخ می‌دهد. بار ناشی از فعالیت‌های روزمره نیز یک عامل اثر بخش بر عملکرد پروتزهای جایگزین زانو است.
شکل ‏18: نمونه‌ای از آسیب پروتز زانو به دلیل ایجاد تغییر شکل پلاستیک [2].
پیشینه پژوهش
تاکنون تحقیقات فراوانی در زمینه‌ی طراحی هندسی، خواص مواد به کار گرفته شده و روش‌های متفاوت تحلیل پروتز به خصوص پروتز جانشین زانوی انسان صورت گرفته است. بخش از کارهای انجام شده روی بررسی سایش و خستگی پروتز جایگزین زانو متمرکز شده‌اند.
به عنوان نمونه، ویلا و همکاران در سال 2004 میلادی [3] به مطالعه سطوح تماس و فشار در پروتز زانو به عنوان یک مسئله کلیدی برای جلوگیری از خستگی زودهنگام پروتز پرداخته اند. در بخش اول این مطالعه، با در نظر گرفتن الگوهای تنش‌های تماسی روی قطعه‌ی تیبیال پروتز زانو به عنوان شاخص عملکرد سایش پروتز، تنش‌های تماسی برای یک پروتز گردان متحرک زانو با استفاده از روش المان محدود محاسبه شدند. هم‌چنین برای ارزیابی و اعتبار سنجی نتایج حل المان محدود سطوح و تنش‌های تماسی به صورت عملی محاسبه شدند. سپس در بخش دوم این تحقیق، پیوستگی سازه‌ای طولانی مدت قطعات فلزی تیبیال بر حسب عمر خستگی به وسیله تست‌های آزمایشگاهی و شبیه‌سازی‌های المان محدود مورد مطالعه قرار گرفته است. ارزیابی‌های آزمایشگاهی خستگی روی آلیاژ کروم- کبالت قطعه‌ تیبیال‌ترای پروتز زانو بر اساس استانداردهای ISO انجام و مدل‌های المان محدود برای محاسبه الگوهای تنش استفاده شده‌اند. در نهایت احتمال خطر شکست پروتز با یک معیار استاندارد خستگی بر اساس نتایج به دست آمده از محاسبات المان محدود برآورد شد. هم‌چنین، جورجینا و همکاران در سال 2006 میلادی [4] با استفاده از روش‌ المان محدود ارتباط مشترک بین سینماتیک مفصل و سایش پلی اتیلن برای پروتز کلی جانشین زانو را ارائه نموده‌اند. هم‌چنین، آرسین و همکاران در سال 2008 میلادی [5] از تحلیل المان محدود برای بررسی سایش در پروتز زانو استفاده نمودند.
اما آنچه که به طور خاص مد نظر تحقیق حاضر می‌باشد، مطالعات انجام شده در زمینه‌ی بررسی تنش‌های اعمالی و نحوه عملکرد پروتز جایگزین زانو تحت بارهای اعمالی حین فعالیت‌های روزمره بیمار است.
از جمله کارهای انجام شده، مورا و همکاران در سال 2005 میلادی [6] با استفاده از روش المان محدود به بررسی تنش‌های وارد بر قطعه پلیمری در طرح‌های مختلف پروتز زانو حین فعالیت‌های روزانه که نیاز به بیش‌ترین میزان خم شدن در زانو دارند، پرداخته اند. در این راستا با اندازه‌گیری سطوح مفصلی قطعات پروتز با استفاده از پروفایلومتر لیزری، یک مدل سه بعدی المان محدود برای هر طرح پروتز زانو ایجاد شد و سپس تحت بیش‌ترین بار اعمالی در زوایای زانو متفاوت مورد بررسی قرار گرفت.
هم‌چنین، تارنیتا و همکاران در سال 2006 میلادی [7] به مطالعه توزیع تنش و جابه‌جایی در مدل سه بعدی قطعه تیبیال یک نمونه واقعی پروتز جایگزین زانو با استفاده از روش المان محدود پرداختند.
شی در سال 2007 میلادی [1] به تحلیل المان محدود پروتز جانشین زانو تحت نیروها و ناهم‌راستایی سیکل گام پرداخت.
قیار و همکاران در سال 2008 میلادی [8] تحلیل استاتیکی و دینامیکی پروتز برآمدگی زانو را مدنظر قرار دادند. دانک [9] نیز به بررسی توزیع تنش در پروتز زانو با استفاده از نرم‌افزار کامسل پرداخته است.
اینگراسیا و همکاران در سال 2011 میلادی [10] به تجزیه و تحلیل سازه‌ای پروتز مفصل زانو پرداختند. در این تحقیق دو پروتز مختلف که شکل قطعه پلی اتیلنی در آن‌ها متفاوت بود مقایسه شدند و سعی در بهینه سازی شکل نمونه‌ی بهتر صورت گرفت تا حداکثر مقدار تنش‌ها کاهش یابد. در این تحقیق ابتدا مدل ابعادی دو پروتز با استفاده از اسکنر استخراج و سپس مدل سه بعدی CAD آن‌ها تهیه شد. در ادامه مدل‌ها مش‌زنی و تحلیل المان محدود روی آن‌ها انجام شد تا نحوه پاسخ پروتزها به بارهای اعمالی مشخص گردد. در این مطالعه، زوایای مختلف خم شدن زانو مورد تحلیل قرار گرفتند و نیرو در امتداد محور فیمورال اعمال شد. با تحلیل المان محدود، میدان تنش در قطعه‌ی پلی اتیلنی استخراج شد و در نهایت مدل سه بعدی و نرم افزار المان محدود برای بهینه کردن شکل قطعه پلی اتیلنی به منظور کاهش تنش، با هم یکپارچه‌سازی شدند. نتایج خوبی هم برای کاهش تنش و هم کاهش فشار تماسی به دست آمدند.
هم‌چنین، ایناب در سال 2012 میلادی [11] به مقایسه عملکرد قطعات تیبیال‌ترای از جنس فلزی و FGM در پروتز مفصل زانو پرداخت. در این تحقیق از تحلیل المان محدود برای پیش‌بینی رفتار بیومکانیکی پروتز زانو تحت شرایط بارگذاری گوناگون استفاده شده‌است. برای بررسی و مطالعه طراحی مطلوب به عنوان یک ماده FGM تیبیال‌ترای، مدل دو بعدی ابعادی المان محدود تهیه شد که شامل زانوی مصنوعی و بخش هایی از مواد بیولوژیکی اطراف بود. سپس برای یافتن جهت بهینه گرادیان، گرادیان مدول الاستیک به طور عمودی و افقی تغییر داده شد. نتایج تحقیق نشان داد که استفاده از FGM تیبیال‌ترای کارایی عالی نتیجه خواهد داد و عمر پروتز زانو افزایش خواهد یافت.
زیتز و همکاران نیز در سال 2012 میلادی [12] به مقایسه تأثیر سطح مقطع قطعات فیمورال برای بهبود پروتز زانو پرداختند.
جانبرگن و همکاران در سال 2012 میلادی [13] تفاوت توزیع تنش در فیمور انتهایی بین پروتز مفصل پاتلوفیمورال و پروتز زانو را با روش المان محدود مورد مطالعه قرار دادند. در این تحقیق مدل‌های المان محدود مفصل سالم پاتلوفیمورال و مفصل پروتز تهیه شد. سپس برای هریک از این حالات تنش ون مایزز متوسط در دو ناحیه در حالت چمباتمه زدن تا 120 درجه خم شدن مفصل زانو شبیه‌سازی و تحلیل شد. سپس تنش‌های ون‌مایزز متوسط حین خمش زیاد زانوی پا، در همان نواحی قبلی محاسبه و با هم مقایسه شدند.
مالش و همکاران در سال 2012 میلادی [14] به مدل‌سازی المان محدود و تحلیل پروتز مفصل زانو پرداخته‌اند. هدف این تحقیق طراحی یک مدل پروتز مفصل زانو و مطالعه توزیع تنش‌های تماسی در آن با اختصاص خواص کامپوزیت پلی‌اتیلن و فیبر کربن خرد شده و پلی‌اتیلن معمولی به قطعه تیبیال و سرامیک آلومینا به قطعه فیمورال بوده است. در این مطالعه برای تخمین عددی تنش تماسی از ، نرم‌افزار تجاری انسیس استفاده شده‌است. هم‌چنین تأثیرات شعاع ساژیتال، زوایای خم شدن زانو روی تنش‌های مفصل مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت.
کانگ و همکاران در سال 2012 میلادی [15] با استفاده از روش المان صریح محدود به تحلیل تنش‌ها در سطوح تماس پروتز زانو پرداختند.
دسته بندی : علمی