@article { author = {Mosayebi, Mahdieh and Mojra, Afsaneh}, title = {Assessing Time-Dependent Response of Intact and Degenerated Cervical Intervertebral Discs by Employing a Poroviscoelastic Model based on Experimental Relaxation Data}, journal = {Iranian Journal of Biomedical Engineering}, volume = {13}, number = {1}, pages = {31-44}, year = {2019}, publisher = {Iranian Society for Biomedical Engineering}, issn = {5869-2008}, eissn = {9685-8006}, doi = {10.22041/ijbme.2019.90503.1380}, abstract = {Intervertebral disc (IVD) provides flexibility and shock absorption for the spine in the load transmission procedure. Disc degeneration may occur as a result of aging and inappropriate types of loading. Assessing biomechanical parameters of intact IVD in comparison to the degenerated disc with different grades of degeneration can facilitate the detection procedure and planning for suitable therapeutic treatment. In the present study, a real three-dimensional model of cercival IVD ( -  with adjacent vertebrae is constructed by using computed tomography (CT-scan) images. In order to accurately define mechanical properties, the disc and the vertebrae are modelled as poroviscoelastic and poroelastic materials, respectively. A porous medium approach is adopted to consider the considerable water content of both media alongside the solid matrix. For the solid phase of the IVD, the related viscoelastic parameters are extracted from an experimental test on a sheep lumbar intervertebral disc and stress vs. time data are fitted to the generalized Maxwell model with two Maxwell arms. By employing the finite element method, time-dependent response of the intact IVD and three different levels of the degenerated IVD (mild, moderate and severe) are studied in a relaxation test. Results indicate that during relaxation procedure, intradiscal fluid velocity decreases as a result of disc degeneration. This may oppositely affect the flexibility of IVD in the load bearing. It is also observed that stress relaxation of the severe degenerated IVD almost increases up to 16% relative to the intact IVD. Assessing the amount of disc bulging under load application shows enhancement for the degenerated disc compared to the intact disc.}, keywords = {intervertebral disc,relaxation test,poroviscoelastic model,disc degeneration,finite element method}, title_fa = {بررسی پاسخ وابسته به زمان دیسک‌های بین مهره‌ای سالم و دژنره‌شده‌ی ناحیه‌ی گردنی با استفاده از مدل پوروویسکوالاستیک و داده‌های تست تجربی ریلکسیشن}, abstract_fa = {در ستون فقرات، دیسک‌های بین مهره­ای نقش انعطاف­پذیری، انتقال بار و استهلاک انرژی در ضربات ناشی از بارگذاری را بر عهده دارند. افزایش سن و اعمال بارگذاری­های نامناسب منجر به انحطاط (دژنره شدن) دیسک­های بین مهره­ای می­شود. بررسی پارامترهای بیومکانیکی دیسک سالم و دژنره‌شده در سطوح مختلف جهت کشف مکانیزم­های مربوط به دژنره شدن دیسک و یافتن راه‌کارهای درمانی موثر از اهمیت بالایی برخوردار است. در این پژوهش، یک دیسک بین مهره­ای ناحیه‌ی گردنی ستون فقرات به همراه دو مهره‌ی مجاور آن (C5 و C6) با استفاده از روش مقطع­نگاری رایانه­ای (سی­تی اسکن) به یک مدل سه‌بعدی دقیق تبدیل شده است. برای تعریف دقیق خواص بیومکانیکی دیسک و مهره‌ها از دو مدل پوروویسکوالاستیک و پوروالاستیک استفاده شده است. در این دو مدل، ساختار دیسک و مهره به صورت متخلخل در نظر گرفته شده و هم‌چنین خواص ماتریس جامد دیسک و مهره و جریان سیال (آب) درون آن‌ها به عنوان یک عامل اساسی در عمل‌کرد ستون مهره­ها نیز مد نظر قرار داده شده است. خاصیت ویسکوالاستیک فاز جامد دیسک با استفاده از تست آزمایشگاهی ریلکسیشن (آسودگی از تنش) روی نمونه‌ی دیسک گوسفندی و برازش داده­های تنش بر حسب زمان، به مدل عمومی ماکسول دوشاخه­ای استخراج گردیده است. پاسخ­های وابسته به زمان دیسک بین مهره‌ای سالم و دیسک­های دژنره‌شده در سه سطح مختلف (خفیف، متوسط و شدید) در بارگذاری ریلکسیشن، با استفاده از روش المان محدود مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می­دهند که در فرایند ریلکسیشن، با افزایش میزان دژنره شدن دیسک، سرعت جریان سیال درون آن کاهش یافته و این امر منجر به کاهش انعطاف­پذیری دیسک تحت بارگذاری می­گردد. هم‌چنین با بررسی نتایج مشاهده می­شود که تنش ریلکسیشن دیسک­ دژنره‌شده‌ی سطح 3 (شدید) نسبت به دیسک بین مهره­­ای سالم تا حدود 16% افزایش یافته است. بررسی میزان بیرون­زدگی دیسک­های دژنره‌شده و دیسک سالم تحت بارگذاری، نشان می­دهد که با افزایش میزان دژنره شدن دیسک، میزان بیرون­زدگی آن نیز افزایش می‌یابد.}, keywords_fa = {دیسک بین مهره‌ای,تست ریلکسیشن,مدل پوروویسکوالاستیک,انحطاط دیسک,روش المان محدود}, url = {https://www.ijbme.org/article_34320.html}, eprint = {https://www.ijbme.org/article_34320_5572ad244139403221311611add49ef8.pdf} }