عنوان مقاله :
تحليل فركانسي پايداري اوليه‌ي پيچهاي ستون فقرات و مقايسه‌ي آن با روش‌هاي گشتاور ورود و نيروي كشش پيچ
عنوان به زبان ديگر :
Evaluation of Primary Stability of Spinal Pedicle Screws using Modal Analysis, Conventional Pull-Out and Insertion Torque Test
پديد آورندگان :
عين‌افشار، محمدجواد دانشگاه صنعتي اميركبير - دانشكده‌ي مهندسي پزشكي - گروه مهندسي بيومكانيك، تهران، ايران , هاشمي، عطاءالله دانشگاه صنعتي اميركبير - دانشكده‌ي مهندسي پزشكي - گروه مهندسي بيومكانيك، تهران، ايران , مژگاني، پدرام دانشگاه صنعتي اميركبير - دانشكده‌ي مهندسي پزشكي - گروه مهندسي بيومكانيك، تهران، ايران
كليدواژه :
تحليل مودال , فركانس طبيعي , نيروي كشش پيچ , گشتاور ورود , پيچهاي ارتوپدي , خودكار
چكيده فارسي :
درد در ناحيه‌ي كمر يك مشكل رايج پزشكي بوده كه تا كنون دليل مشخصي براي آن يافته نشده است اما در اغلب موارد بي‌ثباتي ستون فقرات به عنوان مهم‌ترين دليل بروز آن در نظر گرفته مي‌شود. يكي از راه‌هاي درمان كمردرد، ثابت‌سازي ستون فقرات است كه با عمل يا بدون عمل جراحي انجام مي‌شود. يكي از روش‌هاي جراحي، استفاده از پيچ ارتوپدي است كه در آن استحكام و پايداري پيچ اهميت زيادي دارد. استحكام و پايداري پيچ در استخوان باعث كاهش زمان و هزينه‌ي درمان، كاهش مقدار خون‌ريزي و تسريع درمان مي‌شود. براي ارزيابي پايداري پيچهاي ارتوپدي و ستون فقرات مي‌توان از آزمون‌هاي پيچش پيچ، نيروي كشش پيچ، گشتاور ورود، بار خستگي و عكس‌هاي راديولوژي استفاده كرد. در اين پژوهش، بيشينه‌ي گشتاور ورود هنگام ورود پيچ به مهره‌ي ستون فقرات كمري گوسفند با گشتاورسنج ديجيتال اندازه‌گيري شده، سپس با چكش مخصوص ضربه، ضربه‌اي به پيچ وارد شده و صداي توليد شده با يك ميكروفون ديجيتال ضبط شده است. با پردازش سيگنال حاصل با نرم‌افزار متلب و رسم نمودار تبديل فوريه‌ي سريع، مود ارتعاشي پيچ به دست آمده و نيروي كشش پيچ براي نمونه‌ها با دستگاه آزمون كشش تعيين شده است. نوآوري اين مقاله استفاده از روش تحليل مودال و تعيين رابطه‌ي آن با بيش‌ترين نيروي كشش پيچ و گشتاور ورود است. در اين مطالعه 5 پيچ مورد آزمايش قرار گرفته كه پارامترهاي عمق پيچ، متغير بودن تاج رزوه‌ي پيچ و خودكار بودن/نبودن پيچ در آن‌ها متفاوت است. بيش‌ترين گشتاور ورود، نيروي كشش و فركانس طبيعي به ترتيب برابر با 182 N.cm، 992 N و 1916 Hz در پيچ با بدنه‌ي استوانه‌اي محاسبه شده است. با بررسي داده‌هاي به دست آمده مشاهده شده است كه يك رابطه‌ي خطي بين بيش‌ترين نيروي كشش پيچ و گشتاور پيچ وجود دارد. با توجه به عدم وجود معناداري در داده‌هاي فركانس طبيعي و نيروي كشش پيچ بين پيچهاي داراي نوك خودكار و غيرخودكار (مقايسه‌ي پيچهاي 3 و 4 و پيچهاي 1 و 5)، استفاده از پيچهاي خودكار يك مزيت به شمار مي‌رود. روند صعودي يا نزولي پارامترهاي وابسته در هر سه روش بيش‌ترين گشتاور ورود، بيش‌ترين نيروي كشش پيچ و فركانس طبيعي يك‌سان است كه با توجه به غيرمخرب بودن روش آناليز مودال مي‌تواند يك مزيت براي استفاده در جراحي هاي درون تني باشد.
چكيده لاتين :
Back pain is a common medical problem. There is no clear cause for the back pain problem so far, but in most cases, spinal instability can be noted. Lumbar spine fixation is performed to treat the problems of low back pain. Spinal fixation can be done with or without surgery. One of the surgical methods is the use of spinal screws in which the strength and stability of the screw are of great importance. The strength and stability of the screw in the bone reduces the time and cost of treatment, reduces the amount of bleeding and accelerates the patient's treatment. In this study, screws were inserted using a digital torque meter. An impact was applied using an impact hammer and resonated sound was recorded using a microphone. The vibration mode of the screw was obtained by processing the signal generated by MATLAB R2017 software and plotting the fast Fourier transform. Finally, tensile test was performed to obtain the ultimate pull-out force. The innovation of this study was to use modal analysis method and to correlate its results with that of the ultimate pull-out force and peak insertion torque. In this study, five screws with different screw depth, and screw thread crest thickness were examined. Also, the effect of self-tapping was investigated. The peak insertion torque, ultimate pull-out strength and natural frequency occurred at 182 Nm, 992 N and 1916 Hz, respectively, for the cylindrical pedicle screw. By comparing the obtained data, results showed a linear relationship between insertion torque and pull-out force of the screws. Due to the lack of significant difference between natural frequency and pull-out force of the self-drilling and non-self-drilling tip screws (comparing between screws number 3 and 4 and between 1 and 5), the use of self-tapping screws can be advantageous. The trend of the dependent parameters in all three methods i.e. insertion torque, pull-out force and natural frequency are the same, indicating the non-destructive advantage of modal analysis in in-vivo surgical application.
عنوان نشريه :
مهندسي پزشكي زيستي
