Journal of Modern Rehabilitation، جلد ۷، شماره ۴، صفحات ۷۸-۸۵
عنوان فارسی مدل سازی بافت اسفنجی مهره ی ستون فقرات به منظور تخمین خطر شکست استخوانی در بیماری پوکی استخوان بر اساس چگالی و خصوصیات ریزساختاری استخوان اسفنجی
چکیده فارسی مقاله چکیده زمینه و هدف: امروزه یکی از مهم­ترین مسائل بهداشتی در جوامع به خصوص در میان سالمندان، پوکی استخوان می­باشد. کاهش چگالی استخوانی در بافت را تحت عنوان پوکی استخوان می­شناسند که موجب افزایش خطر شکستگی به علت کاهش استحکام و سفتی، در ساختارهای استخوانی می­گردد. یکی از نواحی مستعد پوکی و متعاقب آن شکستگی ناشی از پوکی، مهره­های ستون فقرات می­باشند. در حال حاضر روش­هایی برای پیش­بینی خطر شکست در مهره‏ها وجود دارند که از آن بین می­توان به جذب سنجی دوگانه اشعه ایکس و برش­نگاری کمی کامپیوتری اشاره نمود. تمامی این روش­ها بر اساس سنجش چگالی استخوانی بوده و توجه چندانی به دیگر عوامل موثر در خواص مکانیکی بافت­های استخوانی اسفنجی مانند کیفیت مادی اجزای اسفنجی و کیفیت اتصال بندی ندارند. ریزساختار بافت اسفنجی بر اساس سن و جنس و نژاد متفاوت می­باشد. هدف این پروژه مدل سازی پارامتری بافت اسفنجی بر اساس تئوری جامدات سلولی به صورت ساختاری متخلخل و میله­ای شکل است. روش بررسی: به منظور مدل سازی بافت اسفنجی،-مشابه آن چه در تنه ی مهره وجود دارد-برنامه­ای در نرم افزار ANSYS ، نوشته شد که قابلیت تولید شبکه­های مختلف را چه از نظر خواص مادی و چه از نظر چگالی ساختاری(پارامتر قابل اندازه­گیری در روش­های تصویر برداری) داراست. سپس هر کدام از این شبکه های تحت بار گذاری جابه جایی فشاری قرار گرفته و با ترسیم منحنی تنش-کرنش برای هر یک، مشخصه­های استحکام و سفتی محوری محاسبه می­شوند. به منظور مقایسه جواب­های مدل با جواب­های حاصل از داده­های آزمایشگاهی، مدل برای 6 نمونه­ی استخراج شده از مهره­های جسد یک زن اهدا کننده 78 ساله و یک مرد اهدا کننده 91 ساله بازسازی و پیش بینی سفتی و استحکام نمونه­ها انجام شده است. یافته ‌ ها: پاسخ­های حاصل از تست مکانیکی نمونه­ها، بین دو جواب مدل در دو حالت اتصال­بندی ضعیف و اتصال بندی متوسط، خواهد افتاد و این امر به دلیل مجهول بودن کیفیت اتصال بندی در نمونه­های حاصل از تست مکانیکی نشانه قدرت مدل برای ارائه ی محدوده­ای از خواص مکانیکی می­باشد. به علاوه پاسخ­های مدل در مقایسه با جواب­های حاصل از رابطه ی صرفا مبتنی بر چگالی نزدیکی بیشتری به جواب های حاصل از تست دارد. نتیجه ‌ گیری: بر طبق مدل پیشنهادی می­توان گفت سفتی و استحکام و یا دیگر خواص مکانیکی در مهره­ها به صورت قابل توجهی تابع خواص مادی اجزای اسفنجی تشکیل دهنده و خصوصیات ساختار شناسانه مانند کیفیت اتصال بندی می­باشد. بنابراین خطر شکست در مهره­ها تنها به عامل چگالی که توسط روش­های برش نگاری کامپیوتری کمی و یا جذب سنجی دوگانه­ی اشعه ایکس قابل اندازه­گیری است، بستگی ندارد. نتایج مدل سازی حاکی از آن است که مدل پیشنهادی حال حاضر بر اساس نظریه جامدات سلولی با در نظر گرفتن این مجموعه عوامل می­تواند ارزیابی بهتری از خواص مکانیکی ساختارهای اسفنجی داشته باشد. کلید واژه ‌ ها: تئوری جامدات سلولی، خطر شکستگی، مهره­ی ستون فقرات، استخوان اسفنجی، مدل اجزای محدود
کلیدواژه‌های فارسی مقاله
عنوان انگلیسی A parametrical model of trabecular core of vertebrae in order to assess risk of fracture in osteoporosis based on density and micro structural parameters of trabecular bone
چکیده انگلیسی مقاله Abstract Background and aim: One of the important health problems in societies, especially among aged population is osteoporosis. Loss of bone density in bone structures is called osteoporosis which increases the risk of fracture due to a decrease of bone stiffness and bone strength. One of the most common sites for osteoporosis-related fractures is the spine. Current assessment of osteoporosis status is based on bone densitometry tools like QCT (Quantitative Computed Tomography) or DEXA (Dual Energy X-ray absorptionmetry). With these methods it is only possible to estimate density regardless of the morphology of trabecular constructing parts (rods and plates). The microstructure of cancellous bone in the vertebrae can be varied based on age, sex, race, etc. The cellular solids theory is a common procedure to model porous materials and we have attempted to present a model parametrical for trabecular bone as a rod like structure based on cellular solids method.Materials & Methods: In order to model trabecular bone as foam, like what exists in vertebrae core, a finite element code has been written by APDL capability in ANSYS. This parametric code can produce different lattices that can represent various structural and material properties. Then each cubic sample was loaded under compression displacement to failure point to obtain the stress-strain curve. The stress-strain curve is used to calculate mechanical properties of simulated bone model. In order to compare with experimental results, the model has been reconstructed for 6 bone samples were taken from two different vertebrae donors one has 78 years old and the other one has 91 years old then stiffness and strength predictions have been done. Results: The results have shown that the mechanical properties of experimental results fall between lower and upper limits of model output and it is due to unknown connectivity level for all samples. The model is capable of presenting a band for mechanical properties. Plus the lattices that simulated bone samples taken from cadavers can predict stiffness and strength better than density-based relationships for mechanical properties. Conclusion: According to the findings of the current study, the strength and stiffness or other mechanical properties of trabecular tissues in vertebrae are highly affected by many parameters like material specification of bone tissue and morphology characteristics like connectivity. It can be concluded that risk of fracture in vertebrae is a function of various factors beyond the bone mineral density that is evaluated by measurements such as DEXA and QCT. This has been shown that our cellular solid model may improve the assessments of mechanical properties of trabecular bone structures. Keywords: Cellular solids, Risk of fracture, Vertebrae, Trabecular bone, Finite element model
کلیدواژه‌های انگلیسی مقاله
نویسندگان مقاله محمدرضا امجدی کاشانی | mohammad reza amjadi kashani
m.sc of biomechanics, department of mechanical engineering, sharif university of technology
کارشناس ارشد بیومکانیک دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شریف
سازمان اصلی تایید شده: دانشگاه صنعتی شریف (Sharif university of technology)

آرش رزمجو | arash razmjoo
phd of mechanics, department of mechanical engineering, tarbiat modares university
دکترای مهندسی مکانیک دانشکده ی مکانیک دانشگاه تربیت مدرس
سازمان اصلی تایید شده: دانشگاه تربیت مدرس (Tarbiat modares university)

نوید ارجمند | navid arjmand
assistant of biomechanics, department of mechanical engineering, sharif university of technology
استادیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شریف
سازمان اصلی تایید شده: دانشگاه صنعتی شریف (Sharif university of technology)

کیخسرو فیروز بخش | keykhosro firoozbakhsh
professor of biomechanics, department of mechanical engineering, sharif university of technology
استاد دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شریف
سازمان اصلی تایید شده: دانشگاه صنعتی شریف (Sharif university of technology)

مریم هویت طلب | maryam hoviattalab
m.sc of mechanics, department of mechanical engineering, sharif university of technology
مربی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شریف
سازمان اصلی تایید شده: دانشگاه صنعتی شریف (Sharif university of technology)

محمد پرنیان پور | mohammad parnian pour
professor of biomechanics, department of mechanical engineering, sharif university of technology
استاد معین گروه آموزشی بیومکانیک دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شریف
سازمان اصلی تایید شده: دانشگاه صنعتی شریف (Sharif university of technology)

نشانی اینترنتی http://mrj.tums.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-1-18&slc_lang=fa&sid=fa
فایل مقاله دریافت فایل مقاله
کد مقاله (doi)
زبان مقاله منتشر شده fa
موضوعات مقاله منتشر شده تخصصی
نوع مقاله منتشر شده پژوهشی
برگشت به: صفحه اول پایگاه   |   نسخه مرتبط   |   نشریه مرتبط   |   فهرست نشریات