توسعه‌ي مدل ديناميك چندعضوي صفحه‌اي زانو با در نظر گرفتن مكانيك تماس

مدل‌سازي بيومكانيك مفاصل انسان با توجه به اهميت بالا و كاربرد آن، از ديرباز مورد توجه محققان بوده و از اين رو همواره روش‌هاي مدل‌سازي مفاصل و تحليل ديناميك حركت انسان در حال توسعه است. در اين مقاله مدل بيومكانيكي زانو توسعه داده شده و يك روش كلي براي تجزيه و تحليل ديناميكي مسائل تماس در تركيب با مدل اسكلتي عضلاني ارائه شده است تا تحت شرايط بارگذاري واقعي رفتار مدل ديناميكي زانو ارزيابي شود. توسعه‌ي اين مدل ديناميكي شامل بيان هندسي منحني‌هاي تماسي و الگوريتمي براي تعيين نقاط تصادم است. در اين مطالعه به محاسبه‌ي عمق نفوذ غضروف و نيروي تماس از طريق قانون تماس ناپيوسته‌ي غيرخطي پرداخته شده است. بنابراين حركت نسبي استخوان ران و ساق از طريق نيروهاي عكس‌العمل شامل تماس دو زيرلايه‌ي تماسي غضروف و استخوان در زانو مدل‌سازي شده است. هم‌چنين دو مدل جديد منحني برازش شده صفحه، و مدل كره صفحه با هم مقايسه شده و يك تحليل براي مواردي مانند آرتروز زانو ارائه شده است. در اين پژوهش حداكثر 12% تفاوت در عمق نفوذ غضروف مفصل تيبيوفمورال داخلي مشاهده شده كه با توجه به ضرورت مدل‌سازي دقيق‌تر براي محاسبه‌ي گشتاورهاي زانو، اين مساله از اهميت زيادي برخوردار است. در مقايسه‌ي زانوي سالم و آرتروزي، مشاهده شده است كه لزوما نيروي تماس در بيماران آرتروزي افزايش نيافته بلكه كاهش ضخامت غضروف موجب پيدايش تماس استخوان استخوان در فرايند گام‌برداري مي‌شود. ميزان پيك عمق نفوذ در زانوي سالم 0.705 ميلي‌متر بوده در حالي كه اين ميزان براي زانوي 75% آرتروزي حدود 28% كاهش يافته است. اين روش پيشنهادي با محاسبات نسبتا سريع و دقيق، ابزار مناسبي در تحليل و كنترل مكانيسم‌هاي اسكلت خارجي مي باشد.