برای جستجو در بین هزاران پایان نامه در موضوعات مختلف     

      و دانلود متن کامل آنها با فرمت ورد اینجا کلیک کنید     

 
دانلود پایان نامه

15/3090
نیروهای وارد بر مدل پروتز زانو برای انجام شبیه سازی
مفصل زانو نه تنها بزرگترین و بلکه یکی از پیچیده‌ترین مفصل‌ها در بدن انسان است. شکل ‏26 استخوان‌های مفصل زانو را نمایش می‌دهد. نیروها و گشتاورهای گوناگونی حین فعالیت به مفصل زانو اعمال می‌گردد؛ اما این نکته حائز اهمیت است که آیا لازم است تمامی این نیروها و گشتاورها برای انجام تحلیل به عنوان شرط مرزی اعمال شود.
همانگونه که پیش از این آمد استخوانهای ساق و ران به واسطه ماهیچه‌هایی که یک سر آن‌ها به ساق و دیگری به ران متصل است نسبت به همدیگر مقید شده اند. شکل ‏28 نمایی از ماهیچه‌ها و رباط‌های گوناگون اطراف مفصل زانو را نشان می‌دهد. برای تحلیل نیروهای تماسی در موضع اتصال ساق به ران در مفصل زانو در صفحه ای به موازات ساژیتال، در حالتی که پا بر زمین تکیه کرده است، استخوان کشکک و رباط های متصل به آن، که از طرف ران توسط ماهیچه‌های چهار سر کشیده می‌شوند، و نیروهای تکیه گاهی زمین به شرح ذیل مؤثرند.
در موازات صفحه ساژیتال نیروهای وارده از طرف استخوان ران ، کشکک و زمین به استخوان ساق از سه موضع وارد می شود:
نیروی وارده از طرف رباط متصل به کشکک زانو؛ راستای این نیرو از محل اتصال رباط به ساق می گذرد و آن را می توان به دو مؤلفه؛ به موازات صفحه تماس کشکک و ران و عمود بر آن تجزیه نمود. همچنین می توان این نیرو را به دو مؤلفه، به موازات راستای ساق و عمود بر آن نیز تجزیه نمود.
نیروی وارده در موضع تماس میان استخوان ران و ساق؛ نظر به اینکه اتصال میان ران و ساق به واسطه لایه بدون اصطکاک غضروفی رخ می‌دهد راستای این نیرو عمود بر سطح مماس می‌باشد. پروفیل طبیعی انتهای ساق و ران به گونه ای است که راستای این نیرو تقریباً به موازات استخوان ساق می باشد.
نیروی عکس العمل تکیه گاهی زمین که به واسطه مفصل مچ پا بر ساق وارد می گردد. این نیرو دارای دو مؤلفه عمود بر سطح زمین و به موازات آن (نیروی اصطکاک پا با زمین) می‌باشد. همچنین می توان این نیرو را به دو مؤلفه، به موازات راستای ساق و عمود بر آن نیز تجزیه نمود. مؤلفه اصطکاکی نیروی تکیه گاهی زمین تنها در هنگام حرکت بدن رو به جلو و یا عقب اثر می گذارد و جهت آن در خلاف جهت حرکت می باشد.
در موازات صفحه ساژیتال نیروهای وارده از طرف استخوان ساق و کشکک به استخوان ران از سه موضع وارد می‌شود:
نیروی وارده از طرف رباط متصل به کشکک زانو؛ راستای این نیرو بر برآیند نیروهای وارده توسط ماهیچه چهار سر به ران منطبق می باشد و آن را می توان به دو مؤلفه، به موازات صفحه تماس کشکک و ران و عمود بر آن تجزیه نمود. همچنین می توان این نیرو را به دو مؤلفه، به موازات راستای ران و عمود بر آن نیز تجزیه نمود.
نیروی تماسی میان کشکک و استخوان ران؛ نظر به اینکه اتصال میان ران و کشکک به واسطه لایه بدون اصطکاک غضروفی رخ می‌دهد این نیرو عمود بر سطح مماس می باشد. در هر موقعیت زاویای زانو نیرو های وارد به کشکک از طرف رباط‌های متصل به ران و ساق می‌بایستی به گونه ای باشد که با نیروی تماسی میان ران و کشکک خنثی گردد.
نیروی عکس العمل وارده در موضع تماس میان استخوان ران و ساق؛
با توجه به مطالبی که پیش از این بیان شد و با در نظر گرفتن استخوان ساق پا به عنوان یک عضو دو نیرویی، نیروی وارد بر سطح تیبیال می‌بایست در امتداد استخوان ساق باشد و می‌توان نیروها و گشتاورهای وارد بر مفصل زانو در سطح تیبیال را مطابق شکل ‏29 نشان داد. با تجزیه این نیرو مطابق شکل ‏29، دو مولفه نیروی مماس بر سطح تیبیال در صفحه ساژیتال (افقی) و نیروی عمود بر سطح تیبیال در صفحه ساژیتال حاصل می‌گردد. به علاوه گشتاور ناشی از وزن بدن نیز می‌بایست لحاظ شود.
شکل ‏26: نمایش استخوان‌های مفصل زانو [16].
شکل ‏27: نیروها و گشتاور وارد بر سطح تیبیال در صفحه ساژیتال زانو.
باید توجه نمود که مولفه‌ نیروی مماس بر سطح تیبیال در صفحه ساژیتال و گشتاور ناشی از وزن توسط این رباط‌ها و ماهیچه‌ها مهار می‌گردد و تنها مولفه نیروی عمود بر سطح تیبیال در صفحه ساژیتال باقی خواهد ماند. بنابراین در تحلیل پروتز جایگزین زانو، فقط همین مؤلفه نیرو (عمودی) در تعیین شرایط مرزی برای انجام شبیه‌سازی و تحلیل اعمال می‌گردد.
شکل ‏28: ماهیچه‌ها و زردپی‌های احاطه کننده مفصل زانو [23].
نکته دیگری که باید به آن توجه نمود آن است که در شبیه‌سازی تنش‌های اعمالی به پروتز مفصل زانو، می‌توان مولفه نیروی عمود بر سطح تیبیال در صفحه ساژیتال را هم از بالا و هم از پایین اعمال نمود که این موضوع بسته به نیاز می‌تواند انتخاب شود و در فصل‌های بعدی از آن استفاده خواهد شد.
موقعیت‌های گوناگون استفاده از پروتز زانو در فعالیت‌های روزمره
با توجه به اینکه مقدار نیروی وارد بر زانو در فعالیت‌های مختلف متفاوت خواهد بود، برای انجام شبیه‌سازی و تحلیل، نیروها و گشتاورهای وارد بر مفصل زانو حین فعالیت‌های گوناگون می‌بایست محاسبه شود. در همین راستا، در این بخش، بحرانی‌ترین حالات استفاده از پروتز مورد نظر در موقعیت‌های متداول فعالیت‌های روزمره مدنظر می‌باشد.
در اواخر دهه 1960 نیروهای عملگر در داخل زانو با استفاده از یک مدل مفصل زانو به دست آمد. در این کار بزرگترین نیروها برای حالت پایین آمدن و بالا رفتن از پله یا یک سراشیبی و کمترین آن برای حالت راه رفتن یکنواخت محاسبه گردید. در سال 1997 میلادی، کوستر و همکاران [24] بارهای وارد بر پروتز زانو را مورد مطالعه قرار دادند. آن‌ها نیروی وارد بر مفصل زانو در دو حالت قدم زدن در سراشیبی و قدم زدن روی سطح صاف را برای 12 نمونه (6 مرد و 6 زن) در سنین بین 23 تا 37 سال (متوسط 9/27) با قد 158 تا 187 سانتی‌متر (متوسط 171) و وزن بین 49 تا 90 کیلوگرم (متوسط 8/70) بررسی کردند. بر اساس نتایج این تحقیق، حداکثر نیروی فشاری تیبیوفیمورال به مقدار متوسط 9/3 برابر وزن بدن برای قدم زدن روی سطح صاف و 8 برابر وزن بدن برای قدم زدن در سراشیبی بود. لازم به ذکر است، زاویه حرکت زانو طبق تعریف ارائه شده توسط هوپنفیلد در سال 1967 [1]، بین 0 تا 135 درجه در حالت های صاف و خم شده می‌باشد.
در تحقیق حاضر، حالت‌های پیاده‌روی، بالا رفتن از پله، از صندلی برخاستن، دو زانو ایستاده و چمپاتمه، مد نظر قرار گرفته‌اند. زاویه زانو و مقدار بار فشاری در بحرانی‌ترین حالت برخاستن از صندلی، بالا رفتن از پله و دو زانو ایستاده در شکل ‏29، شکل ‏210 و شکل ‏211 ارائه شده‌است. جدول ‏23 نیروی اعمالی به زانو (با ارائه ضریبی از وزن بیمار) در بحرانی‌ترین حالت موقعیت‌های مختلف فعالیت‌های روزمره را نشان می‌دهد.
در فصل‌های بعدی، تنش‌‌ها با در نظر گرفتن چند حالت بارگذاری (بحرانی ترین حالت از فعالیت‌های مورد نظر) در نرم‌افزار انسیس مورد مطالعه و بررسی قرار می‌گیرند. هدف مطالعه و ارزیابی بارگذاری‌ها و تنش‌های تأثیرگذار روی مفصل زانو است و با نتایج پروتز مقایسه می‌شود.
شکل ‏29: نمایش زاویه زانو و مقدار بار فشاری در حالت برخاستن از صندلی [25].
دسته بندی : علمی