نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی
نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران انستیتو مهندسی پزشکی، دانشگاه ملی تایوان، تایپه، تایوان
2 دانشیار،دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران
3 استاد، دانشکده مهندسی صنایع و مدیریت، دانشگاه هنیانگ
4 استاد، دانشکده مهندسی صنایع و مدیریت، دانشگاه هنیانگ، انسان، کره جنوبی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف
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 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.
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Axisymmetric Poroelastic FE Modeling of Intervertebral Disc for Investigation of Lumbar Spine Biomechanics
نویسندگان [English]
- Mohammad Nikkhoo 1
- Mohammad Haghpanahi 2
- J. L. Wang 3
- Mohammad Parnianpour 4
1 Ph.D Candidate, Biomechanics Research Lab, Faculty of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran. ]nstitute of Biomedical Engineering, National Taiwan University, Taipei, Taiwan
2 2 Associate professor, Biomechanics Research Lab, Faculty of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology
3 Professor, Institute of Biomedical Engineering, National Taiwan University
4 Professor, Industrial and Management Engineering Department, Hanyang University, Ansan, South Korea Biomechanics Research Lab, Faculty of Mechanical Engineering, Sharif University of Technology
چکیده [English]
Prediction of the relationship between different types of mechanical loading and the failure of the intervertebral disc is so important to identify the risk factors which are difficult to study in vivo and in vitro. On the basis of finite element methods some of these issues may be overcome enabling more detailed assessment of the biomechanical behavior of the intervertebral disc. The objective of this paper is to develop a nonlinear axisymmetric poroelastic finite element model of lumbar motion segment and show its capability for studying the time-dependent response of disc. After comparison of the response of different models in quasi-static analysis, the poroelastic model of intervertebral disc is presented and the results of short-term, long-term creep tests and cyclic loading were investigated. The results of the poroelastic model are in agreement with experimental ones reported in the literature. Hence, this model can be used to study how different dynamic loading regimes are important as risk factors for initiation of intervertebral disc degeneration.
کلیدواژهها [English]
- Spine
- Finite element
- intervertebral disc
- Porous media theory
- Time-Dependent Response