بیومکانیک ستون مهره‌ها
محمدجواد عین‌افشار؛ سید عطاءالله هاشمی؛ پدرام مژگانی
دوره 14، شماره 3 ، مهر 1399، ، صفحه 169-177
چکیده
درد در ناحیهی کمر یک مشکل رایج پزشکی بوده که تا کنون دلیل مشخصی برای آن یافته نشده است اما در اغلب موارد بی‌ثباتی ستون فقرات به عنوان مهم‌ترین دلیل بروز آن در نظر گرفته میشود. یکی از راه‌های درمان کمردرد، ثابت‌سازی ستون فقرات است که با عمل یا بدون عمل جراحی انجام میشود. یکی از روشهای جراحی، استفاده از پیچ ارتوپدی است که در آن ...
بیشتر
درد در ناحیهی کمر یک مشکل رایج پزشکی بوده که تا کنون دلیل مشخصی برای آن یافته نشده است اما در اغلب موارد بی‌ثباتی ستون فقرات به عنوان مهم‌ترین دلیل بروز آن در نظر گرفته میشود. یکی از راه‌های درمان کمردرد، ثابت‌سازی ستون فقرات است که با عمل یا بدون عمل جراحی انجام میشود. یکی از روشهای جراحی، استفاده از پیچ ارتوپدی است که در آن استحکام و پایداری پیچ اهمیت زیادی دارد. استحکام و پایداری پیچ در استخوان باعث کاهش زمان و هزینه‌ی درمان، کاهش مقدار خون‌ریزی و تسریع درمان میشود. برای ارزیابی پایداری پیچهای ارتوپدی و ستون فقرات میتوان از آزمون‌های پیچش پیچ، نیروی کشش پیچ، گشتاور ورود، بار خستگی و عکس‌های رادیولوژی استفاده کرد. در این پژوهش، بیشینه‌ی گشتاور ورود هنگام ورود پیچ به مهره‌ی ستون فقرات کمری گوسفند با گشتاورسنج دیجیتال اندازهگیری شده، سپس با چکش مخصوص ضربه، ضربه‌ای به پیچ وارد شده و صدای تولید شده با یک میکروفون دیجیتال ضبط شده است. با پردازش سیگنال حاصل با نرم‌افزار متلب و رسم نمودار تبدیل فوریه‌ی سریع، مود ارتعاشی پیچ به دست آمده و نیروی کشش پیچ برای نمونه‌ها با دستگاه آزمون کشش تعیین شده است. نوآوری این مقاله استفاده از روش تحلیل مودال و تعیین رابطه‌ی آن با بیشترین نیروی کشش پیچ و گشتاور ورود است. در این مطالعه 5 پیچ مورد آزمایش قرار گرفته که پارامترهای عمق پیچ، متغیر بودن تاج رزوه‌ی پیچ و خودکار بودن/نبودن پیچ در آنها متفاوت است. بیشترین گشتاور ورود، نیروی کشش و فرکانس طبیعی به ترتیب برابر با 182 N.cm، 992 N و 1916 Hz در پیچ با بدنه‌ی استوانه‌ای محاسبه شده است. با بررسی دادههای به دست آمده مشاهده شده است که یک رابطه‌ی خطی بین بیشترین نیروی کشش پیچ و گشتاور پیچ وجود دارد. با توجه به عدم وجود معناداری در دادههای فرکانس طبیعی و نیروی کشش پیچ بین پیچهای دارای نوک خودکار و غیرخودکار (مقایسهی پیچهای 3 و 4 و پیچهای 1 و 5)، استفاده از پیچهای خودکار یک مزیت به شمار می‌رود. روند صعودی یا نزولی پارامترهای وابسته در هر سه روش بیشترین گشتاور ورود، بیشترین نیروی کشش پیچ و فرکانس طبیعی یک‌سان است که با توجه به غیرمخرب بودن روش آنالیز مودال میتواند یک مزیت برای استفاده در جراحیهای درون‌تنی باشد.
بیومکانیک ستون مهره‌ها
ایرج دهقان هامانی؛ نوید ارجمند
دوره 11، شماره 4 ، بهمن 1396، ، صفحه 327-335
چکیده
اهمیت ستون مهرههای بدن به عنوان پیچیده‌ترین عضو از لحاظ تحمل بارهای مکانیکی بر کسی پوشیده نیست. سالانه میلیون‌ها دلار در دنیا صرف درمان و هزینه‌های ناشی از آسیب ستون مهره‌ها می‌گردد. از این‌رو، مدلهای المان محدود، نقش مهمی در مطالعات بیومکانیکی ستون مهره‌ها دارند. در شبیهسازی یک فرایند مکانیکی در ستون مهره‌ها، دانستن نیروهای ...
بیشتر
اهمیت ستون مهرههای بدن به عنوان پیچیده‌ترین عضو از لحاظ تحمل بارهای مکانیکی بر کسی پوشیده نیست. سالانه میلیون‌ها دلار در دنیا صرف درمان و هزینه‌های ناشی از آسیب ستون مهره‌ها می‌گردد. از این‌رو، مدلهای المان محدود، نقش مهمی در مطالعات بیومکانیکی ستون مهره‌ها دارند. در شبیهسازی یک فرایند مکانیکی در ستون مهره‌ها، دانستن نیروهای عضلات متصل به ستون مهره امری ضروری است. یافتن این نیروها به کمک آزمایشهای تجربی روی انسان، امری مخرب بوده و تخمین این نیروها نیز به کمک روشهای بهینهسازی و یا الکترومایوگرافی، از دقت کافی برخوردار نمی‌باشد. لذا، در این پژوهش به کمک ارائهی یک مدل المان محدود برای ناحیهی کمری ستون مهره‌ها با هندسه‌ی دقیق برای بافتهای غیرفعال (دیسکها و مفاصل خلفی) و همچنین استخراج میزان چرخش و جابه‌جایی مهرههای ناحیهی کمری ستون مهره‌ها (به جای تخمین نیروه‌ها) از تصاویر پزشکی برای سه شخص مختلف، و در نهایت، اعمال جابه‌جایی‌ها و چرخش مهره‌ها به مدل، به عنوان شرایط مرزی، سه حالت خم شدن به جلو برای ناحیهی کمری ستون مهره‌ها شبیهسازی گردیده است. به طور مثال، فشار وارد بر مهره‌ی L4-L5 در حالت خم شدن حدود 60 درجه‌ای به جلو، برابر با 4/2 مگاپاسکال و برای چرخش حدود 40 درجه‌ای، 9/1 مگاپاسکال ارزیابی شده است که با اندازه‌گیری‌های آزمایشگاهی تطابق خوبی دارد.
بیومکانیک ستون مهره‌ها
یوسف محمدی؛ رسول عابدی؛ نوید ارجمند؛ غلامرضا عطایی؛ ناصر فتورائی
دوره 11، شماره 4 ، بهمن 1396، ، صفحه 351-363
چکیده
شیوع کمردرد و ناهنجاریهای کمری در جوامع مختلف رو به افزایش است، به علاوه اندازهگیری مستقیم نیروی مربوط به عضلات و مهرههای ستون فقرات بسیار دشوار است. از این‌رو، استفاده از مدلهای بیومکانیکی اسکلتی-عضلانی به عنوان یک ابزار جهت محاسبه و تخمین نیروهای وارده بر ستون فقرات در فعالیتهای مختلف کاربرد فراوانی پیدا کرده ...
بیشتر
شیوع کمردرد و ناهنجاریهای کمری در جوامع مختلف رو به افزایش است، به علاوه اندازهگیری مستقیم نیروی مربوط به عضلات و مهرههای ستون فقرات بسیار دشوار است. از این‌رو، استفاده از مدلهای بیومکانیکی اسکلتی-عضلانی به عنوان یک ابزار جهت محاسبه و تخمین نیروهای وارده بر ستون فقرات در فعالیتهای مختلف کاربرد فراوانی پیدا کرده است. لذا هدف این پژوهش تخمین نیروهای مذکور به روشهای مختلف به خصوص در فعالیت باربرداری میباشد. بدین منظور از یک مدل اسکلتی-عضلانی آناتومیکی توسعه یافته شامل 6 مفصل سه درجه‌ی آزادی و 76 فسیکل عضلانی استفاده شده است. به علت بیشتر بودن تعداد مجهولات (نیروی عضلات) از تعداد معادلات تعادل، سیستم دچار افزونگی بوده و مساله جهت حل، نامعین میباشند. بنابراین، از روشهای ترکیبی بهینهسازی و الکترومایوگرافی برای تخمین نیروی عضلات استفاده شده است. از آن‌جا که نیروهای عضلات حاصل از روش الکترومایوگرافی، معادلات تعادل را ارضا نمیکند، از یک‌سری ضرایب تصحیح جهت ارضای معادلات تعادل در تمام سطوح مفصلی کمری استفاده شده است. طبق نتایج به دست آمده برای یک فعالیت فیزیکی خاص، به علت استفاده از الگوریتمهای مختلف جهت یافتن نیروها، ضرایب تصحیح متفاوتی برای هر عضله در روشهای ترکیبی مختلف به دست میآید. مقادیر متفاوتی برای نیروی عضلات و میزان پایداری تخمینی توسط روشهای ترکیبی مختلف به دست آمد، اما نیروهای فشاری و برشی مفصلی در مدلهای ترکیبی به یک‌دیگر نزدیک میباشد. جهت صحت‌سنجی نتایج مدل، از دادههای مربوط به فشار دیسک چهارم و پنجم کمری در یک مطالعهی آزمایشگاهی استفاده شد، که هر دو مورد فشار را در محدودهی 3/0 - 8/1 مگاپاسکال گزارش کردهاند.
بیومکانیک ستون مهره‌ها
محمد نیکخو؛ سجاد نجف زاده؛ رومینا کارگر
دوره 9، شماره 4 ، بهمن 1394، ، صفحه 317-326
چکیده
درک مکانیزم تخریب مصنوعی دیسک به‌کمک مدلهای حیوانی، میتواند در مطالعة روشهای احیایی و به امید یافتن راهکارهای درمانی، مفید باشد؛ زیرا برای احیای بافت در مدلهای حیوانی، ابتدا نیاز به مدل تخریب‌شدة بافت است. فرآیند تخریب دیسک میتواند در مدلهای حیوانی و به‌صورت ایجاد جراحت با سوزن سرنگ شبیهسازی شود. این در حالیاست ...
بیشتر
درک مکانیزم تخریب مصنوعی دیسک به‌کمک مدلهای حیوانی، میتواند در مطالعة روشهای احیایی و به امید یافتن راهکارهای درمانی، مفید باشد؛ زیرا برای احیای بافت در مدلهای حیوانی، ابتدا نیاز به مدل تخریب‌شدة بافت است. فرآیند تخریب دیسک میتواند در مدلهای حیوانی و به‌صورت ایجاد جراحت با سوزن سرنگ شبیهسازی شود. این در حالیاست که تاکنون پاسخ مکانیکی دقیق دیسک تخریب‌شده به این روش تحت بارگذاری فیزیولوژیک روزانه، به‌خوبی در ادبیات تحقیق مطالعه نشده است. از این‌رو در این تحقیق، از تحلیل‌های اجزای محدود معکوس در ترکیب با تستهای آزمایشگاهی استفاده شد تا به کمک آنها، خصوصیات مکانیکی دیسکهای سالم (8 نمونه) و دیسکهای تخریب‌شده بهوسیلة سوزن سرنگ (8 نمونه) استخراج شود. پس از آن، مدلهای توسعه داده شده برای هر کدام از 16 نمونه تحت بارگذاری دینامیکی روزانه تحلیل شدند. براساس نتایج حاصل، تغییرات جابجایی محوری، فشار بین دیسکی و جابجایی کلی سیال بعد از 24 ساعت در گروه دیسکهای سالم بالاتر از دیسکهای تخریب‌شده بوده است؛ اما بیشینه استرس محوری داخل دیسک در گروه آسیب‌دیده بالاتر بوده است. نتایج به‌دست آمده، همبستگی مناسبی با نتایج دیسک تخریب‌شدة طبیعی جسد انسان دارد؛ درنتیجه تخریب دیسک بین مهرهای با سوزن سرنگ اندازة 16، روشی ساده و مقرون به صرفه است که میتواند در شبیهسازی مکانیزم تخریب دیسک در مدلهای حیوانی اعمال شود.
بیومکانیک ستون مهره‌ها
مجتبی شهاب؛ بهزاد سیفی؛ ناصر فتورائی؛ امیرسعید صدیقی
دوره 9، شماره 1 ، فروردین 1394، ، صفحه 1-15
چکیده
ناهنجاریهای هندسی ستون فقرات، بطور کلی با دردهای مزمن کمری و گردنی همراه هستند. در این ناهنجاری‌ها، انحنای ستون مهره در فضای سه‌بعدی دستخوش تغییراتی میشود که در بسیاری از موارد ضمن کاهش میزان بازشدگی قفسه سینه، به اختلالات تنفسی و اثرات منفی بر روی سیستم قلبی منجر میشود. برای تصحیح این ناهنجاری‌ها و جلوگیری از پیشرفت آنها ...
بیشتر
ناهنجاریهای هندسی ستون فقرات، بطور کلی با دردهای مزمن کمری و گردنی همراه هستند. در این ناهنجاری‌ها، انحنای ستون مهره در فضای سه‌بعدی دستخوش تغییراتی میشود که در بسیاری از موارد ضمن کاهش میزان بازشدگی قفسه سینه، به اختلالات تنفسی و اثرات منفی بر روی سیستم قلبی منجر میشود. برای تصحیح این ناهنجاری‌ها و جلوگیری از پیشرفت آنها در حالت حاد، جراحان از جراحی فیوژن خلفی ستون مهره‌ها استفاده می‌کنند. قبل از انجام عمل جراحی به منظور تشخیص وضعیت بیمار و انتخاب روش مناسب عمل، استخراج برخی پارامترهای کلینیکی مهم ستون فقرات ازجمله انحناها، زوایای کوب، انحراف جانبی، زوایای مهره‌ها و میزان چرخش آنها در صفحات مختلف ضروری است. دراین پژوهش ابتدا با استفاده از تصاویر توموگرافیک ویرایش شده در نرم‌افزار میمیکس، مدل سه‌بعدی ستون مهره‌ها در قالب ابر نقاط بدستآمد. سپس ضمن تفکیک و جداسازی مهره‌ها به کمک روشهای خوشه‌بندی مختلف ازجمله روش شبکهی عصبی خودسازمان‌ده، روش k-میانگین و روش سلسله مراتبی، اطلاعات هندسی مهم مقاطع ستون مهره‌ها مانند انحناهای ستون مهره‌ها و زوایای آن با استفاده از الگوریتمهای تخصیص منحنی، به‌صورت خودکار استخراج شد. بعلاوه، در حین پیاده‌سازی الگوریتمهای مشخص، سایر ویژگی‌های کلینیکی هریک از مهره‌ها ازجمله کمینه و بیشینه ارتفاع مهره در سه بعد، طول و عرض جسم مهرهای و نیز جابجایی نسبی مهره‌ها به صورت خودکار محاسبه گردید. به‌منظور اعتبارسنجی روشهای ارائه‌شده و اندازه‌های استخراج‌شده، مقادیر به‌دست‌آمده در هر مرحله توسط یک رادیولوژیست و یک جراح ستون فقرات که نسبت به اهداف و نتایج تحقیق ناآگاه بودند، محاسبه شدند. با مقایسهی مقادیر متناظر، اعتبار نتایج و کارایی بالای الگوریتمهای پیشنهادی تأیید گردید.
بیومکانیک استخوان
محمد نیکخو؛ علی تحسری؛ محمد حق‌پناهی
دوره 8، شماره 3 ، مهر 1393، ، صفحه 203-212
چکیده
با توسعهی فنّاوریهای پیشرفته در زمینهی ایمپلنتهای ستون فقرات، طراحی و ساخت کیجهای گردنی برای اوّلین بار در ایران مورد توجه قرار گرفتهاست. این پروژهی تحقیقاتی صنعتی برمبنای مطالعات دقیق بیومکانیکی و براساس مدلهای عملکردی اجزای محدود و آزمایشهای مکانیکی مربوط به آن انجام میشود. درین تحقیق، بهینهسازی ...
بیشتر
با توسعهی فنّاوریهای پیشرفته در زمینهی ایمپلنتهای ستون فقرات، طراحی و ساخت کیجهای گردنی برای اوّلین بار در ایران مورد توجه قرار گرفتهاست. این پروژهی تحقیقاتی صنعتی برمبنای مطالعات دقیق بیومکانیکی و براساس مدلهای عملکردی اجزای محدود و آزمایشهای مکانیکی مربوط به آن انجام میشود. درین تحقیق، بهینهسازی طراحی و مطالعهی بیومکانیکی تنها کیج گردنی بومی سازی شده در ایران (ساخت شرکت دانشبنیان آتیلا ارتوپد) بررسی شد. بدین منظور، ابتدا مدل اجزای محدود گردنی (C2-C7) تهیّه و محدودهی حرکتی آن با نتایج آزمایشهای آزمایشگاهی صحهگذاری شد. سه پارامتر ابعادی به عنوان ورودی و دو پارامتر خروجی (شامل میزان تغییر شکل دندانههای کیج در آزمایش استاتیکی و دینامیکی، طبق استاندارد ASTM F2077 برای فرآیند بهینه سازی طراحی و استفاده شد. سپس، تغییرات مورد نیاز جهت شبیهسازی عمل جراحی همجوشی در سطح C5-C6 با جایگذاری کیج گردنی انجام شد. درنهایت، نتایج مطالعههای بیومکانیکی روی محصول نهایی کیج گردنی بومیسازی ارائه شد. نتایج مطالعههای بیومکانیکی نشان داد که این محصول به خوبی میتواند در اعمال جراحی مورد استفاده قرار گرفته و مطابق با استانداردهای نمونههای خارجی موجود در بازار، جهت کاربرد در جراحیها رقابت نماید.
آنالیز حرکت انسان
سمانه معینی سده؛ نوید ارجمند؛ محمدعلی سنجری؛ حمیدرضا مختاری‌نیا؛ مرتضی عسگری؛ محمد پرنیان‌پور
دوره 7، شماره 4 ، اسفند 1392، ، صفحه 333-340
چکیده
نقش پایداری در جلوگیری از افتادن در حین انجام فعالیتهای روزمره و شغلی بسیار با اهمیت است. پارامترهای کنترلی مانند راستای حرکت و اعمال بار خارجی می‌‌توانند پایداری حرکت را تحت تأثیر قرار دهند. هدف مطالعه حاضر ارزیابی تأثیر عوامل کنترلی ذکر شده بر پایداری ستون فقرات است. دادههای مورد بررسی، سری زمانی حاصل از زوایای دوران کمر ...
بیشتر
نقش پایداری در جلوگیری از افتادن در حین انجام فعالیتهای روزمره و شغلی بسیار با اهمیت است. پارامترهای کنترلی مانند راستای حرکت و اعمال بار خارجی می‌‌توانند پایداری حرکت را تحت تأثیر قرار دهند. هدف مطالعه حاضر ارزیابی تأثیر عوامل کنترلی ذکر شده بر پایداری ستون فقرات است. دادههای مورد بررسی، سری زمانی حاصل از زوایای دوران کمر مربوط به 19 فرد سالم هستند. هرکدام از افراد حرکت خم و راست شدن را در دو حالت باربرداری قرینه (در صفحه ساجیتال) و غیرقرینه (بین صفحه ساجیتال و صفحه عرضی) و در دو وضعیت بدون بار و با بار 8 کیلوگرمی انجام داده‌‌اند. برای ارزیابی پایداری دینامیک، متناسب با انجام حرکات تکراری، از روش غیرخطی نمای لیاپانوف استفاده شده است. نتایج تجزیه واریانس نشان داد اختلاف معنی‌‌داری (0.016=p) بین دو حالت قرینه و غیرقرینه وجود دارد. مقایسه میانگین حاکی از ناپایدارتر بودن حرکت در راستای قرینه در مقایسه با راستای غیرقرینه بود. برای تفسیر این نتیجه میتوان به عواملی مانند فعالیت بیشتر عضلات مایل داخلی و خارجی و وجود قیود مکانیکیبیشتر در ستون فقرات در طول حرکت غیرقرینه اشاره کرد.نتایج تجزیه واریانس همچنین نشان داد که اعمال بار 8 کیلوگرمی و اثر متقابل راستا در بار تأثیر معناداری بر پایداری دینامیک موضعی نداشته است.
پردازش تصاویر پزشکی
مرضیه ارشاد؛ علیرضا احمدیان؛ هوشنگ صابری
دوره 7، شماره 2 ، شهریور 1392، ، صفحه 155-162
چکیده
انطباق تصاویر قبل از عمل با فضای فیزیکی بیمار در حین عمل در سیستم های راهبری جراحی به کمک تصویر، برای ردیابی ابزار جراحی نسبت به بدن بیمار امری ضروری محسوب می شود. جراحی ستون فقرات به کمک تصویر نیز از این امر مستثنی نیست. به دلیل تفاوت در نحوه قرارگیری بیمار در تصویربرداری قبل از عمل و شرایط حین عمل، تفاوتی در انحنای ستون فقرات بیمار ...
بیشتر
انطباق تصاویر قبل از عمل با فضای فیزیکی بیمار در حین عمل در سیستم های راهبری جراحی به کمک تصویر، برای ردیابی ابزار جراحی نسبت به بدن بیمار امری ضروری محسوب می شود. جراحی ستون فقرات به کمک تصویر نیز از این امر مستثنی نیست. به دلیل تفاوت در نحوه قرارگیری بیمار در تصویربرداری قبل از عمل و شرایط حین عمل، تفاوتی در انحنای ستون فقرات بیمار ایجاد می شود این بدین معناست که یک انطباق صلب برای انطباق کل مهره ها کفایت نمی کند و لازم است که هر مهره بطور جداگانه به عنوان یک جسم صلب در نظر گرفته شود و عمل انطباق روی هر مهره بطور جداگانه صورت پذیرد. برای انطباق تک تک مهره ها از الگوریتم انطباق ICP استفاده شده. برای ارزیابی دقت انطباق، خطای TRE با در نظر گرفتن نقطه هدف در پایه مهره که محل جراحی در عمل جایگذاری پیچ در مهره محسوب می شود، محاسبه شد. در این تحقیق عوامل موثر بر خطای TRE که عبارتند از پیکره بندی نشانگرها نسبت به نقطه هدف، خطای FLE و الگوریتم انطباق مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت با پیشنهاد چند پیکره بندی مناسب از لندمارک های آناتومیکی با توجه به محدودیت های حین جراحی و همچنین در نظر گرفتن اثر FLE با استفاده از نسبت دادن وزن هایی به جفت نقاط متناظر در الگوریتم انطباق، بهبود 45 درصدی در خطای TRE حاصل شد.
بیومکانیک ستون مهره‌ها
کریم لیل نهاری؛ ناصر فتورائی؛ محمد صالح گنجویان
دوره 5، شماره 2 ، شهریور 1390، ، صفحه 161-170
چکیده
هدف این مطالعه در دو بخش ، بررسی عملکرد یک نوع جدید تشک با چیدمان سفارشی است . در مرحله اول راستای ستون مهره های مردان بر روی سطح سفت، نرم و تشک سفارشی چیدمان شده، استخراج و مورد مقایسه قرار گرفته است. در ابتدا پس از اخذ داده های ابعاد سنجی، از 25 داوطلب مرد خواسته شد تا بر روی سطوح مذکور بر اساس پروتکل از پیش تعیین شده ای، ...
بیشتر
هدف این مطالعه در دو بخش ، بررسی عملکرد یک نوع جدید تشک با چیدمان سفارشی است . در مرحله اول راستای ستون مهره های مردان بر روی سطح سفت، نرم و تشک سفارشی چیدمان شده، استخراج و مورد مقایسه قرار گرفته است. در ابتدا پس از اخذ داده های ابعاد سنجی، از 25 داوطلب مرد خواسته شد تا بر روی سطوح مذکور بر اساس پروتکل از پیش تعیین شده ای، در وضعیت خواب به پهلو قرار گیرند. سپس مختصات مکانی نشانگرهای نصب شده بر روی زوائد خاری ستون مهره های آنان توسط روش ردیابی نوری در صفحه فرونتال اخذ گردید و زاویه π-P8 از این راستا استخراج شد. مدل آماری آنالیز واریانس یک طرفه و آزمون تعقیبی نشان داد که تفاوت معنی داری بین زاویه π-P8 (p=0.001<0.05) در بین سه تشک سفت، نرم و سفارشی وجود دارد. مشخص گردید که تشک با چیدمان سفارشی روشی مناسب برای نگهداری بهینه ستون مهره ها در هنگام خواب می باشد و تشکهای متداول با سفتی یکنواخت توانایی نگهداری راستای ستون مهره ها در وضعیت طبیعی را ندارند. دربخش دوم جهت بررسی دقیق وضعیت بدن هنگام استقرار بر روی تشک، نرم افزار بی آرجی لایف مد برای مدل سازی مورد استفاده قرار گرفت. از داده های ابعادسنجی 4 نفر شاخص از گروه های مختلف ابعادی برای مدل استفاده شد. مدل های ساخته شده بر روی سطوح مشابه آزمون تجربی از لحاظ خصوصیات مکانیکی، قرار گرفته و توسط نرم افزار تحلیل گردیدند. پس از تطبیق داده های مدلسازی و آزمون تجربی مدلسازی ابزارتقریباً مناسبی برای پیش بینی رفتار ستون مهره ها بر روی سیستم خواب مشاهده شد و توانست تا حدود بسیاری رفتار ستون مهره ها را پیش بینی کند. و نیاز به سفتی سطح خواب چهار گروه مردان از لحاظ آنتروپومتری مشخص گردید.
بیومکانیک استخوان
محمد نیکخو؛ محمد حق‌پناهی؛ جا لین وانگ؛ محمد پرنیان‌پور
دوره 5، شماره 1 ، خرداد 1390، ، صفحه 21-32
چکیده
پیش‌بینی نحوة ارتباط انواع بارهای مکانیکی با ضایعات دیسک بین مهرهای-که برای شناسایی عوامل ریسک بسیار مهم است- صرفاً با انجام آزمایش بر روی موجودات زنده یا بر روی نمونههای جسد انسان بسیار مشکل است. روشهای المان محدود میتواند راه‌حل مناسبی در مطالعات یاد شده محسوب شود و رفتار بیومکانیکی دقیق‌تری را از دیسک حاصل کند. لذا هدف ...
بیشتر
پیش‌بینی نحوة ارتباط انواع بارهای مکانیکی با ضایعات دیسک بین مهرهای-که برای شناسایی عوامل ریسک بسیار مهم است- صرفاً با انجام آزمایش بر روی موجودات زنده یا بر روی نمونههای جسد انسان بسیار مشکل است. روشهای المان محدود میتواند راه‌حل مناسبی در مطالعات یاد شده محسوب شود و رفتار بیومکانیکی دقیق‌تری را از دیسک حاصل کند. لذا هدف اصلی این مقاله، استخراج مدل المان محدود تقارن محوری پروالاستیک غیرخطی یک بخش حرکتی ناحیه کمری ستون فقرات است تا بتوان بر مبنای آن به مطالعه رفتار بیومکانیکی وابسته به زمان آن پرداخت. پس از مقایسة نتایج مدلهای رفتاری مختلف در تحلیل شبه استاتیک و تشریح مدل پروالاستیک، نتایج بارگذاریهای خزش کوتاهمدت، خزش بلند مدت و بارگذاریهای چرخهای ارزیابی شده است. تطابق مناسب نتایج با یافتههای آزمایشگاهی موجود در منابع تحقیق مبین صحت پیش‌بینی مدل در ارائه رفتار بیومکانیکی وابسته به زمان یک بخش حرکتی است. بنابراین برپایة این مدل صحهگذاری شده، میتوان به مطالعه نقش بارگذاریهای دینامیکی مختلف به عنوان عوامل ریسک در شروع فرایند تخریب دیسک بین مهرهای پرداخت.
بیومکانیک ستون مهره‌ها
مهران کسری
دوره 3، شماره 4 ، اسفند 1388، ، صفحه 285-290
چکیده
در برخی از مطالعات پیشین تاثیر فشار بر سلول های دیسک بین مهره ای (IVD) در شرایط مختلف بارگذاری دینامیکی مورد بررسی قرار گرفته است. با وجود این، در بسیاری از این مطالعات فشار هیدروستاتیک در مقادیر پایین استفاده شده و مطالعات کمی تاثیر اعمال فشار بالا را با فرکانس های مختلف بر سلول های IVD گزارش نموده اند. در این پژوهش و در ادامه این ...
بیشتر
در برخی از مطالعات پیشین تاثیر فشار بر سلول های دیسک بین مهره ای (IVD) در شرایط مختلف بارگذاری دینامیکی مورد بررسی قرار گرفته است. با وجود این، در بسیاری از این مطالعات فشار هیدروستاتیک در مقادیر پایین استفاده شده و مطالعات کمی تاثیر اعمال فشار بالا را با فرکانس های مختلف بر سلول های IVD گزارش نموده اند. در این پژوهش و در ادامه این مطالعات، به منظور بررسی فرضیه وابستگی تحریک سنتز کلاژن در این گروه از سلول ها به فشار هیدروستاتیک اعمالی و فرکانس آن، آزمایش هایی بر مبنای سیستم کشت تک لایه ای طرح ریزی شد. برای اعمال فشار هیدروستاتیکی، سلول های IVD به صورت کشت تک لایه ای در یک مخزن تحت فشار طراحی شده تحت بارگذاری دینامیکی قرار گرفتند. سلول ها از IVD ناحیه ستون مهره های کمر خوک تهیه شده و در فلاسک کشت سلولی رشد داده و پس از جدایش با تریپسین، در ظروف 35 mm کشت، بارگذاری شدند. سلول ها به مدت 3 و 7 روز (هر روز 20 دقیقه) تحت بارگذاری هیدروستاتیک سیکلی، با فشار و فرکانس های مختلف قرار گرفتند (به نمونه کنترل نیرویی اعمال نمی شود)، کلاژن درون سلولی با 3 [[H-proline در روز دوم و ششم بارگذاری، نشان گذاری شد. پس از بارگذاری، در روز سوم و هفتم، محیط کشت و سلول ها به طور جداگانه منجمد شدند. شمارش گر جرقه ای مقدار کلاژن سلول ها و کلاژن آزاد شده در محیط را تعیین نمود؛ این مقادیر به وسیله DNA نرمالیزه شدند. در این سیستم، اختلاف قابل ملاحظه ای در نتایج واکنش سلولی در شرایط مختلف بارگذاری (p<0.05) مشاهده شد. در مقایسه با نمونه های کنترل، مقدار کلاژن آزاد شده در نیروی بالا و فرکانس پایین (MPa5 و Hz1)، کاهش و در فرکانس بالا (MPa5 و Hz15)، افزایش یافت که نشان دهنده واکنش آنابولیکی در فشار بالا و پاسخ کاتابولیکی در فرکانس بالاست.
آنالیز حرکت انسان
محسن صادقی مهر؛ داوود نادری؛ نادر فرهپور؛ سعید داوودآبادی فراهانی
دوره 3، شماره 3 ، آذر 1388، ، صفحه 179-187
چکیده
مطالعه حاضر به بررسی واکنش انسان در حفظ تعادل بدن، در حالت ایستاده روی سطح تکیه گاهی با نوسانات سینوسی در صفحه فرونتال، پرداخته است. بعد از طراحی و ساخت دستگاه ایجاد آشفتگی، مارکرها در محل های لازم روی سطح تکیه گاهی و در هنگام آزمایش روی بدن افراد نصب گردیدند. در آزمایش های انجام شده افراد سالم (10 نفر) سعی کردند با وجود نوسانات سطح تکیه ...
بیشتر
مطالعه حاضر به بررسی واکنش انسان در حفظ تعادل بدن، در حالت ایستاده روی سطح تکیه گاهی با نوسانات سینوسی در صفحه فرونتال، پرداخته است. بعد از طراحی و ساخت دستگاه ایجاد آشفتگی، مارکرها در محل های لازم روی سطح تکیه گاهی و در هنگام آزمایش روی بدن افراد نصب گردیدند. در آزمایش های انجام شده افراد سالم (10 نفر) سعی کردند با وجود نوسانات سطح تکیه گاهی، تعادل خود را حفظ کنند. عکس العمل این افراد با تعیین محل مارکرها به کمک سیستم آنالیز حرکت مورد تحلیل قرار گرفت. نیروها و گشتاورها در مفاصل و بین سطوح پاها و تکیه گاه با استفاده از دینامیک معکوس و نتایج سینماتیکی به دست آمده از روش تجربی تعیین شدند. در بررسی تحلیلی مدل رباتیکی بدن با استفاده از روش تکراری نیوتن-اویلر، معادلات سنیماتیکی و دینامیکی حرکت در صفحه فرونتال، استخراج گردید. برای تضمین پایداری مدل، تابع هدفی بر اساس پایداری مدل و معیار نیروهای عمودی تکیه گاه تعریف و زوایای مفصلی مدل تحت آشفتگی و مشتقات زمانی اول و دوم آنها، با بهینه کردن تابع هدف به دست آمد. تطابق خوب ناشی از مقایسه نتایج حاصل از مدلسازی و بهینه یابی، با نتایج تجربی بیانگر این است که در موارد مشابه می توان به جای انجام آزمایش های پرهزینه و زمانبر از مدل انسانی استفاده کرد.
بیومکانیک استخوان
شهاب منصوربقایی؛ مجید حقایق؛ سید محمد رجایی
دوره 3، شماره 3 ، آذر 1388، ، صفحه 243-253
چکیده
در این مقاله روشی تحلیلی برای پیش بینی پاسخ برخورد مایل یک پوسته کروی حاوی سیال با ضخامت دلخواه با یک جسم چنبره ای الاستیک ارائه می شود که می تواند مدلی برای بررسی تحلیلی ضربه به سر انسان باشد. مدل مبتنی بر ترکیبی از شرایط تماسی هرتز و اثر موضعی خمشی و غشائی به منظور به دست آوردن رابطه ای ضمنی برای تعیین نیروی انتقالی است. با استفاده ...
بیشتر
در این مقاله روشی تحلیلی برای پیش بینی پاسخ برخورد مایل یک پوسته کروی حاوی سیال با ضخامت دلخواه با یک جسم چنبره ای الاستیک ارائه می شود که می تواند مدلی برای بررسی تحلیلی ضربه به سر انسان باشد. مدل مبتنی بر ترکیبی از شرایط تماسی هرتز و اثر موضعی خمشی و غشائی به منظور به دست آوردن رابطه ای ضمنی برای تعیین نیروی انتقالی است. با استفاده از پاسخ های حاصل از روابط تحلیلی می توان چنین نتیجه گرفت که در یک سرعت مشخص با افزایش زاویه حمله، نیروی انتقالی کاهش و مدت زمان برخورد افزایش می یابد. همچنین روابط صریح حاصل از حل بسته برای پدیده ضربه ارائه شده تا مشخصات ضربه شامل مدت زمان تماس، حداکثر نیروی انتقالی و حداکثر شتاب پوسته که اهمیت ویژه ای برای محققان دارد، به دست آیند. بنابراین بررسی کمیت های مهم پدیده ضربه به صورت یک حل بسته امکان پذیر می شود. از طرفی در مورد حالات حدی معادلات نیز بحث شده است و اعتبارسنجی مدل پیشنهاد شده به وسیله روش اجزاء محدود انجام شده است. نتایج، انطباق قابل قبولی بین پاسخ های تحلیلی با پاسخ های حاصل از حل عددی نشان می دهد که بیان کننده صحت روابط تحلیلی به دست آمده است.
مهندسی عصبی عضلانی
داوود نادری؛ محسن صادقی مهر؛ نادر فرهپور؛ بهنام میری‌پور فرد
دوره 2، شماره 2 ، شهریور 1387، ، صفحه 85-93
چکیده
شناخت واکنش های حرکتی انسان علاوه بر کاربردهایی رایج در رباتیک و گرافیک کامپیوتری، به محققان این امکان را می دهد که با تشریح و بررسی دقیق عکس العمل ها، ضمن کسب اطلاعات کاملی از فرایند حفظ پایداری و روند وقوع حرکت، الگوهای حرکتی مناسب و بهینه ای برای تقویت سیستم عصبی- عضلانی و کمک به حفظ پایداری انسان، پیشنهاد کنند. در این مقاله به دو ...
بیشتر
شناخت واکنش های حرکتی انسان علاوه بر کاربردهایی رایج در رباتیک و گرافیک کامپیوتری، به محققان این امکان را می دهد که با تشریح و بررسی دقیق عکس العمل ها، ضمن کسب اطلاعات کاملی از فرایند حفظ پایداری و روند وقوع حرکت، الگوهای حرکتی مناسب و بهینه ای برای تقویت سیستم عصبی- عضلانی و کمک به حفظ پایداری انسان، پیشنهاد کنند. در این مقاله به دو روش فرضیه ای و تجربی به بررسی پایداری انسان در برابر اغتشاش ناپایدار کننده ای به صورت دوران سطح زیر پا، پرداخته شده است. در روش فرضیه ای با در نظر گرفتن یک مدل رباتیکی چهار لینکی برای انسان و حل معادلات سینماتیکی و دینامیکی مدل با در نظر گرفتن اغتشاش خارجی، سعی شد به روش بهینه سازی و بر اساس معیار پایداری نقطه ممان صفر، الگوهای حرکتی برای حفظ پایداری انسان تعیین شود. در روش تجربی به منظور مشاهده عکس العمل واقعی انسان به اغتشاش دوران سطح زیر پا، دستگاه اعمال کننده اغتشاش دورانی طراحی و ساخته و آزمایش هایی بر روی 10 فرد سالم انجام شد. با اجرای این آزمایش ها واکنش سینماتیکی انسان به اغتشاش ناپایدار کننده سطح زیر پا به وسیله دوربین های فرکانس بالا ضبط شد. پس از پردازش داده ها، مشاهدات تجربی با محاسبات فرضیه حاصل از روش بهینه سازی مقایسه شدند. بررسی نتایج دو روش- با نمایش انطباق خوب نتایج تجربی و فرضیه ای- توانایی بسیار بالای روش مدلسازی و بهینه سازی در تعیین واکنش های حرکتی انسان را نشان داد. همچنین نتایج هر دو روش نشان داد که سیستم کنترل عصبی- عضلانی انسان به طور عمده استراتژی مچ پا را برای حفظ پایداری در برابر دوران سطح زیر پا فراخوانی می کند. بنابراین تقویت مفصل مچ و عضلاتی که در بکارگیری استراتژی مچ نقش کلیدی دارند یک گام مهم در جلوگیری از افتادن افراد سالخورده در اثر چنین اغتشاشی خواهد بود.
مهندسی بافت
محمد حق‌پناهی؛ محمد نیکخو؛ حبیب اله پیروی
دوره 2، شماره 1 ، خرداد 1387، ، صفحه 47-56
چکیده
در راستای مطالعات مکانیک بیولوژیکی به عنوان یکی از زیر ساختارهای مهم علوم مهندسی بافت، در این مقاله به مدلسازی ترکیبی المان محدود دیسک های بین مهره ای به عنوان یک بافت نرم متخلخل اشباع شده پرداخته شده است. بنابراین در ابتدا با توجه به قوانین حاکم بر مکانیک محیط های پیوسته، روابط حاکم بر مدل سه فازی دیسک های بین مهره ای استخراج شده است. ...
بیشتر
در راستای مطالعات مکانیک بیولوژیکی به عنوان یکی از زیر ساختارهای مهم علوم مهندسی بافت، در این مقاله به مدلسازی ترکیبی المان محدود دیسک های بین مهره ای به عنوان یک بافت نرم متخلخل اشباع شده پرداخته شده است. بنابراین در ابتدا با توجه به قوانین حاکم بر مکانیک محیط های پیوسته، روابط حاکم بر مدل سه فازی دیسک های بین مهره ای استخراج شده است. سپس با استفاده از روش باقیمانده وزنی گلرکین، فرمول بندی المان محدود استخراج و با بهره گیری از روش های نیومارک و بازگشتی اویلر، روابط غیرخطی حل گردیده است. در نهایت به منظور صحه گذاری مدل ریاضیاتی، نتایج مدل یک بعدی با نتایج تحلیلی دکتر سیمون و دکتر سان و همچنین اطلاعات آزمایشگاهی دکتر رست مقایسه شده است. نتایج مبین قابلیت مدل ریاضیاتی برای استفاده در مطالعات بیومکانیکی در قبال بارگذاری های مختلف مکانیکی و الکتروشیمیایی است و بنابراین می توان بر پایه این مدل به بررسی بیومکانیک مهندسی بافت دیسک های بین مهره ای در طرح ریزی فرایند کشت سلولی پرداخت. در نهایت با استفاده از مدل دوبعدی همگن صفحه ساجیتال با خواص مکانیکی دیسک بین مهره ای، به بخشی از کاربردهای متعددی که مدل می تواند در فرایند مطالعات بیومکانیک مهندسی بافت ایفا کند، اشاره ای اجمالی شده است.
بیومکانیک استخوان
محمد حق‌پناهی؛ مهدی پوردانیال
دوره 1، شماره 4 ، اسفند 1386، ، صفحه 289-299
چکیده
در این مقاله مدل المان محدود سه بعدی دقیق مهره اول ستون فقرات گردنی، شامل استخوان قشری و استخوان متخلخل، بر اساس تصاویر سی-تی اسکن، در محیط نرم افزار آنسیس9 توسعه یافت. هدف بررسی تاثیر استخوان متخلخل بر توزیع تنش بیشینه و میانگین در مهره اطلس و ارزیابی تاثیر تغییر خواص مواد بر مقادیر این تنش هاست. طبق نتایج به دست آمده، خواص استخوان ...
بیشتر
در این مقاله مدل المان محدود سه بعدی دقیق مهره اول ستون فقرات گردنی، شامل استخوان قشری و استخوان متخلخل، بر اساس تصاویر سی-تی اسکن، در محیط نرم افزار آنسیس9 توسعه یافت. هدف بررسی تاثیر استخوان متخلخل بر توزیع تنش بیشینه و میانگین در مهره اطلس و ارزیابی تاثیر تغییر خواص مواد بر مقادیر این تنش هاست. طبق نتایج به دست آمده، خواص استخوان متخلخل تاثیر چندانی بر موضع تنش بیشینه و الگوی تنش های میانگین در مقاطع کمان قدامی، محل اتصال کمان خلفی با توده طرفی و شیار مهره ندارد، هرچند وجود استخوان متخلخل سبب افزایش مقدار تنش بیشینه و تنش میانگین می شود. تاثیر شرایط مرزی بر این افزایش قابل توجه است. تغییر خواص مواد استخوان متخلخل، تحت بارگذاری محوری و اکستانسیون شدید فقط بر تنش متوسط در استخوان متخلخل توده های طرفی انجامید، این در حالی است که تغییر خواص مواد استخوان قشری به تغییر تنش متوسط در هر دو ناحیه و نیز جابجایی جانبی توده های طرفی منجر شد. همچنین این تحقیق تاثیر متقابل تغییر خواص مواد دو بافت استخوانی را بر تنش های متوسط آشکار ساخت.
بیومکانیک استخوان
محمد حق‌پناهی؛ علی گرگین زاده؛ صبا سهرابی
دوره 1، شماره 2 ، شهریور 1386، ، صفحه 131-136
چکیده
به دلیل مهلک بودن و عواقب وخیم صدمات ستون گردنی، بررسی رفتار بیومکانیکی اجزای آن حین صدمه حایز اهمیت است. رایج ترین نوع صدمات مهره دوم گردنی، شکستگی زائده دندانه ای است که در این میان شکستگی نوع دوم بیشترین درصد صدمات را به خود اختصاص می دهد. در این مقاله پس از ارایه مدل دقیق سه بعدی مهره اکسس به تحلیل المان محدود آن پرداخته شده است. ...
بیشتر
به دلیل مهلک بودن و عواقب وخیم صدمات ستون گردنی، بررسی رفتار بیومکانیکی اجزای آن حین صدمه حایز اهمیت است. رایج ترین نوع صدمات مهره دوم گردنی، شکستگی زائده دندانه ای است که در این میان شکستگی نوع دوم بیشترین درصد صدمات را به خود اختصاص می دهد. در این مقاله پس از ارایه مدل دقیق سه بعدی مهره اکسس به تحلیل المان محدود آن پرداخته شده است. به منظور مطالعه شکستگی زائده دندانه ای شرایط مختلف بارگذاری شامل برخورد زائده دندانه ای با کمان قدامی مهره اطلس، توده های طرفی مهره اطلس و لیگامان عرضی، مدلسازی شد. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که در این شرایط بارگذاری، تمرکز تنش در محل اتصال زائده دندانه ای با جسم مهره ای وجود دارد که به معنای احتمال بروز شکستگی نوع دوم در صورت برخورد زائده دندانه ای با کمان قدامی مهره اطلس، توده های طرفی مهره اطلس و لیگامان عرضی می باشد.
بیومکانیک استخوان
سید حامد حسینی نسب؛ فرزام فرهمند؛ محمدحسین کارگرنوین؛ محسن کرمی
دوره -1، شماره 2 ، بهمن 1383، ، صفحه 159-172
چکیده
در این مطالعه، چندین مدل المان محدود خطی و غیر خطی از ستون مهره در حالت سالم و تثبیت شده مورد تحلیل قرار گرفته است. مدل سالم با استفاده از تصاویر سی تی اسکن توسعه یافته و پس از بررسی اعتبار آن، عمل تثبیت با استفاده از دو نوع ایمپلنت رایج شبیه سازی شده است. نتایج مدل ها، شامل رفتار بار- تغییر مکان و توزیع تنش در ساختارهای مختلف مورد بررسی ...
بیشتر
در این مطالعه، چندین مدل المان محدود خطی و غیر خطی از ستون مهره در حالت سالم و تثبیت شده مورد تحلیل قرار گرفته است. مدل سالم با استفاده از تصاویر سی تی اسکن توسعه یافته و پس از بررسی اعتبار آن، عمل تثبیت با استفاده از دو نوع ایمپلنت رایج شبیه سازی شده است. نتایج مدل ها، شامل رفتار بار- تغییر مکان و توزیع تنش در ساختارهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. هم چنین اثر تغییر در پارامترهای هندسی پدیکل، خطای جایگذاری و خصوصیات پیوند استخوانی بر نحوه توزیع تنش در ساختارها ستون مهره و اجزای ایمپلنت، با استفاده از یک مدل پارامتری بررسی شده است. نتایج حاصله بر مزیت ایمپلنت های تیتانیومی نسبت به ایمپلنت های فولادی، لزوم استفاده از یک پیوند استخوانی قدامی و افزایش احتمال شکست پیچ در اثر پوکی استخوان در مجموعه های تثبیت شده تاکید می کنند. هم چنین بر مبنای نتایج مطالعه، استفاده از پیچ هایی با قطر بزرگتر برای پدیکل هایی که دارای طول قدامی– خلفی هستند و پرهیز از خطاهای جایگذاری، به منظور کاهش احتمال شکست پیچ های پدیکل به جراحان توصیه شده است.
