عنوان پایان‌نامه
مدل‌سازی المان محدود پروتز نگه دارنده تاندون صلیبی (CR) مفصل زانو و تحلیل حرکتی آن جهت بررسی شل شدن زانو
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک طراحی کاربردی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3495;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78857;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3495;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78857
- تاریخ دفاع
- ۲۹ آذر ۱۳۹۵
- دانشجو
- الهه الیاسی
- استاد راهنما
- محمدعلی نظری, مراد کریم پور
- چکیده
- تعویض کامل مفصل زانو درمانی موفق برای بهبود حرکت و کاهش درد زانو می باشد که در مواردی که به علت بروز صدمات شدید عملکرد زانو مختل شده و زانو قابلیت بهبود نداشته باشد، مورد استفاده قرار می-گیرد. با توجه به نرخ روز افزون این عمل جراحی، علی رغم پیشرفتهای چشم گیر حاصل شده در سال های اخیر به منظور بهینه سازی فرآیند تعویض کامل مفصل، هم چنان ناپایداری پس از عمل ناشی از نامتعادل بودن بافت های نرم دربرگیرنده ی زانو یکی از عوامل مهم در بروز عملکرد غیر بهینه پروتز پس از جراحی و در موارد حاد نیاز به جراحی بازبینی به شمار می آید. از همین روی با توجه به محدودیت های ذاتی مطالعات تجربی، بررسی تأثیر متعادل سازی بافت نرم در جراحی تعویض مفصل بر روی پایداری زانو به صورت کمی بسیار ارزشمند می باشد. در راستای این هدف در این پژوهش در مرحله ی نخست یک مدل المان محدود دقیق از زانوی بیمار با استفاده از تصاویر سی تی اسکن و ام آرآی پیش از تعویض مفصل تهیه شده است، که عمل خم و راست شدن غیر انفعالی زانو را شبیه سازی کرده و با داده های تجربی صحت سنجی شده است. سپس برای ایجاد مدل المان محدود زانو پس از تعویض مفصل، روش نوینی برای ایجاد مدل هندسی مورد استفاده قرار می گیرد که طی آن با شبیه سازی فرآیند جراحی به صورت مجازی، استخوان ها و بافت های نرم متصل به آن ها به محل تعیین شده برای برقراری هم راستایی استخوانی مطلوب جابه جا می شوند تا بتوان هندسه و میزان کشش موجود در رباط ها را نزدیک به واقعیت در نظر گرفت. در مرحله ی بعدی پس از قراردهی ایمپلنت در محل مناسب، شبیه سازی عمل خم و راست شدن غیر انفعالی زانو با استفاده از مدل المان محدود زانو پس از تعویض مفصل تکرار شده و مطالعه ی پارامتریک برای بررسی اثر متعادل سازی بافت های نرم به طور همزمان بر روی سینماتیک و عملکرد زانو صورت می پذیرد. نتایج این تحقیق نشان می دهد که عمل متعادل سازی بافت های نرم تأثیر به سزایی بر دست یابی به نتایج بهینه از عمل تعویض کامل مفصل زانو از طریق ایجاد توزیع تنش های تماسی متقارن بر روی پروتز و هم چنین سینماتیک طبیعی برای زانو دارد. بنابراین می توان از روش مورد استفاده در این پژوهش در راستای کمک به تصمیم گیری درباره ی نحوه ی متعادل سازی بافت های نرم حین پروسه جراحی بهره برد. واژه های کلیدی: تعویض کامل مفصل زانو، ناپایداری زانو، متعادل سازی بافت نرم، روش اجزا محدود
- Abstract
- Total Knee Arthroplasty (TKA) is a successful treatment which alleviates pain and restores joint function in patients with advanced knee osteoarthritis. Although the recent advances in optimizing the surgical procedure, instability of the joint as a result of improper balancing of the soft tissues surrounding the knee is still one of the major causes of suboptimal outcomes of TKA, which can possibly lead to revision surgeries. Due to the intrinsic limitations of experimental studies in finding the precise relationship between surgeon’s actions during TKA surgery and postoperative stability of the knee joint, performing a numerical parametric study seems necessary to find out how does the soft tissue balancing effect the stability of the knee after TKA. To address this aim, the present study presents an anatomically accurate patient specific three-dimensional (3D) Finite Element (FE) model of the knee, using a combination of computed tomography (CT) and magnetic resonance imaging (MRI) of a young adult female’s lower limb before TKA. This model is validated using the results of a flexion-extension test performed on 23 fresh frozen cadavers.In the next step, a new methodology for constructing the geometery of the knee after surgery is developed. In this method the patient’s model before surgery is used to virtually simulate the surgical procedure of total knee replacement by moving the bones as well as the attached soft tissues to achieve the desired component alignment. The extracted geometry and stress distribution of the deformed soft tissues after implanting the prosthesis are then imported into the finite element model of the knee after TKA. The model is utilized to simulate the flexion of the knee in order to parametrically study the effect of soft tissue balancing on the kinematics and function of the joint after surgery. The results of the current study shows that balancing the soft tissues during TKA plays an important role in assessing optimal postoperative outcomes, through well-balanced contact force distribution on the implant and normal kinematics of the knee. The methodology presented in this research can be used to suggest the clinically relevant patient-speci?c pre-operative planning for soft tissue balancing and success in TKA. Keywords: Total Knee Arthroplasty, Knee Instability, Soft Tissue Balancing, Finite Element Method.
