بررسي تاثير منيسكتومي بر بيومكانيك زانو با تحليل اجزاي محدود مدل حاصل از ام.آر.آي سه‌بعدي مفصل زانو

The finite element analysis of the effect of meniscectomy on human knee biomechanics by the accurate 3D model of knee joint

زمينه و هدف: تحقيقات نشان داده‌اند تنش‌های فشاری و برشی وارد بر غضروف مفصلی و منيسك‌ها بعد از منيسكتومی زانو عامل اساسی در آسيب‌های مخرب مفصلی از جمله استئوآرتريت می‌باشد. هدف اصلی اين پژوهش تعيين دياگرام توزيع تنش منيسك‌های داخلی و خارجی و تعيين سطح مناسب جهت منيسكتومی می‌باشد.   روش بررسی: مدل اجزای محدود 3 بعدی بيومكانيكی مفصل زانو به كمك عكس‌های سی‌تی‌اسكن ساخته شد. ساختار استخوانی مفصل سالم در نرم‌افزار Mimics و منيسك‌های داخلی و خارجی در Solidworks طراحی شدند.   يافته‌ها: دياگرام توزيع تنش ماكزيمم در مفصل سالم دو برابر مفصل منيسكتومی‌شده بود. نواحی حداكثر فشار و تمركز تنش مشخص شد و سطح مناسب منيسكتومی تعيين گشت. ماكزيمم تنش برای مفصل سالم كه با نواحی بحرانی‌ تلقی شده ‌ اند، در ناحيه خلفی منيسك داخلی با مقدار ‌ MPa(Mega Pascal) 622/1، و در لبه‌های قدامی منيسك خارجی با مقدار MPa ‌ 159/1 رخ می‌دهد.   نتيجه‌گيری: نواحی بحرانی، منطقه مجاز جهت عمل منيسكتومی را برای جراح تعيين می‌كند. با افزايش نيروی وزن يا عمل منيسكتومی دياگرام توزيع تنش تغييری نمی‌كند بلكه فقط مقدار تنش در همان ناحيه مفصل سالم افزايش می‌يابد.    

Background and Aim: Researches had shown that the high levels of shear and compression stresses that appear in the articular cartilage after meniscectomy are partly responsible for cartilage pathologies, such as osteoarthrosis . In this study, we probe to determine the stress distribution of the medial and lateral meniscus and to choose the appropriate region of meniscectomy.   Materials and Methods: Biomechanical 3D finite element model of the knee joint was generated from CT-scan images. Mimics modeled the bony structure of knee and Solidworks developed the medial and lateral meniscus.    Results: Under an axial femoral compressive load, the maximal contact stress in the articular cartilage after meniscectomy was about twice that of a healthy joint. The maximal contact pressures took place in the posterior region of the medial meniscus, with average values of 1.622 MPa and in the anterior horn of the lateral menisci with 1.159 MPa.    Results: Critical regions determine the allowed region of menisectomy for surgeon. Not only stress distribution doesn`t change by increasing of body weight or meniscectomy, but also the rate of stress increase after meniscectomy.