نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه علم پزشکی تهران، بیمارستان امام خمینی، مرکز رشد فناوری لوازم و تجهیزات پزشکی

2 دانشگاه علم و صنعت ایران، دانشکده مکانیک

3 دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دانشکده مهندسی پزشکی

4 دانشگاه علوم پزشکی ایران، دپارتمان ارتوپدی فنی

10.22041/ijbme.2005.13522

چکیده

یکی از عوارض مهم و شایع در بیماری دیابت، زخم کف پای این افراد است که در اثر توزیع نامناسب فشار در کف پا اتفاق افتاده و در نهایت منجر به قطع پای بیماران می گردد. ب طور کلی، تحقیقات صورت گرفته در زمینه کفی های طبی در سطح یک مدلسازی دو بعدی و در قسمت محدودی از کفی بوده است. این مدل ها برای برسی توزیع تنش در کل کفی کافی نبوده و نیاز به یک مدل سه بعدی که بتواند موقعیت توزیع تنش و کرنش را در تمام قسمت های کفی به طور دقیق تر نشان دهد، احساس می شد. در این تحقیق، به موازات تهیه مدلی سه بعدی از یک کفی کفش و با بهره گیری از نرم افزار Ansys و تحلیل خطی و غیر خطی به روش اجزای محدود، ماده سیلیکون ژل، که درساخت کفی کفش بیماران دیابتی کاربرد فراوانی دارد، مورد بررسی قرار گرفت. برای ساخت مدل سه بعدی با هندسه غیر خطی از المان های هایبرید، جامد، سه بعدی، چهار وجهی، دارای10 گره و هر گره با سه درجه آزادی استفاده شد. با بررسی نتایج به دست آمده در شش منطقه کف پا و در دو حالت بارگذاری خطی و غیر خطی گرفته شد که سیلیکون ژل در ناحیه دارای بیشترین فشار یعنی زیر انگشت بزرگ پا، در جهت Y بیشترین کرنش را نشان می دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

A Three Dimensional Stress Analysis Of Diabetic Insole And Evaluation Of Silicone Gel Material Using Finite Element Approach

نویسندگان [English]

  • Zohre Barani 1
  • Mohammad Haghpanahi 2
  • Hamid Reza Katouzian 3
  • Hasan Saeidi 4

1 Medical Technology Incubation Centre, Research Institute of Science & Technology in Medicine, Tehran Medical Science University

2 School of Mechanical Engineering, Iran University of Science & Technology

3 Department of Biomedical Engineering, Amir Kabir University of Technology

4 Department of Technical Orthopedics, Iran University of Medical Sciences

چکیده [English]

Current research in foot biomechanics includes studies on prevention of recurrence of neuropathic foot ulcers. This prescribes accommodative insoles, which reduce plantar pressure levels particularly under the hallux. There is little quantitative information available regarding the effects of insole materials. The insole models available in the literature are mostly two- dimensional (2-D). Hence, there is a need to develop a three-dimensional (3-D) model with actual geometry which includes sufficient details. In this study a 3-D model of the insole was constructed. A linear and non-linear static analysis using finite element method (FEM) was done. To construct the 3-D finite element model, 14736 nodes and 16170 elements were used. This research has shown that Silicone Gel is very effective in terms of reduction of stress concentrations. The techniques used in this research provide a promising approach to understand the behavior of insole material as well as a guideline in the design of therapeutic footwear and orthoses for insensate feet.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Diabetes
  • Insoles
  • Silicone Gel
  • Three Dimensional Fem
  • Hyperelastisity

[1]     رجب اسد الله؛ بررسی وضعیت هزینه های بیماری دیابت؛ فصلنامه علمی پیام دیابت، بهار 1377، انتشارات انجمن دیابت ایران، سال اول، شماره 3، 5-7.

[2]     Smith KE, Commean PK, Mueller MJ, Robertson DD, Pilgram T, Johnson J; Assessment of the diabetic foot using spiral computed tomography imaging and plantar pressure measurements: A technical report; Journal of Rehabilitation Research and Development, January/ February 2000; 37(1): 190-197.

[3]     نورانی شیلا؛ بررسی وضعیت اپیدمیولوژی بیماری دیابت در جهان؛ فصلنامه علمی پیام دیابت، پاییز 1378، انتشارات انجمن علمی دیابت ایران، سال دوم، شماره 5، 15.

[4]     Pecoraro RE, Reiber GE, Burgess EM; Pathways to diabetic limb amputation: basis for prevention; Diabetes Care 1990; 13: 513-21.

[5]     Hilstrom HJ, Whitney K; Objective assessment of a performed adjustable insole for a conventional diabetic shoe; Journal of Biomehanics 1998; Department of Bioengineering, University of Pennsylvania; 106-114.

[6]     Jacob S, Patil MK.; Three-dimensional Foot Modeling and Analysis of Stresses in Normal and Early Stage Hansen’s Disease with Muscle Paralysis; Journal of Rehabilitation Research and Development 1999; 36(3): 224-231.

[7]     Boulton AJM, Connor H, Cavanagh PR, ;The Foot in Diabetes; 3rd ed 2000 John Wiley & Sons Ltd; Chapter 11, 131.

[8]     Shorten MR; Finite Element Modeling of Soccer Shoe Soles; Journal of Biomechanics 1998; 514-520.

[9]     Ralphs G, Lunsford TR, Greenfield J; Measurement of Plantar Pressure Using Fuji Prescale Film-Preliminary Study; Academy, JPO Library 1998; 2(2): 130-138.

[10] Sacco ICN, Amadio AC; Temporal parameters, peak Pressure Pain Tolerance Thereshold in Gait Analysis of diabetic neuropathic patients; NACOB (North American Congress on Biomechanics) August 1998; University of Waterloo, Waterloo, Ontario, Canada, 20-28.

[11] Ziad OA, Harris GF, Chang AH, Shereff MJ; Evaluation of a rehabilitative pedorthic: plantar pressure alterations with scaphoid pad application; IEEE Transactions on Rehabilitation Engineering 1996; 4(4): 60- 68.

[12] Lemmon D, Shiang TY, Hashmi A, Ulbrecht JS, Cavanagh PT; The effect of insoles in theraputic foot wear - A finit element approach; Journal Of Biomechanics 1997; 262-271.

[13] Ansys 5.4, Element Reference, 000853 Ninth Edition, SASIP Inc, Chapter 4, The Element Library.

[14] ASTM Designation: D395-89 Standard Test Method for Rubber Property - Compression Set, American Society For Testing And Materials, 1916 Race St, Philadelphia, Pa 19103, 1997.

[15] Ansys 5.4, Theory Reference, 000855 Eighth Edition, SASIP Inc, Chapter 4, Structural with Material Non Linearities.

[16] ABAQUS 5.4, Theory Manual Lecture 3, Rubber Elasticity; 1995.