مروري بر برخي مطالعات مدل‌هاي Finite element زانو

A review study of finite element models of knee joint

چكيده مقدمه: زانو يكي از مهم‌ترين و پركاربردترين مفصل‌هاي بدن انسان مي‌باشد كه در معرض آرتروز و بيماري‌ها قرار دارد. استفاده از مدل‌هاي بيومكانيكي و تحليل Finite element، درك صحيحي از نيروهاي ماهيچه‌اي، تنش غضروف و پيش‌بيني آسيب‌هاي زانو در وضعيت‌ها و شرايط مختلف بارگذاري ارايه خواهد نمود. در هنگام رانندگي با ماشين‌آلات زراعي به دليل نامناسب بودن طراحي و عدم برخورداري از ارگونومي مناسب، اعمال نيروي بيش از حد مجاز از طرف راننده به پدال باعث بارگذاري نامناسب مفصل زانو و در نتيجه آسيب ديدن غضروف‌ مفصلي و ايجاد آرتروز زانو مي‌شود. هدف از اين مطالعه، مروري بر نتايج حاصل از تحليل Finite element تحت سينتيك‌هاي مختلف و تحت شرايط فعاليت اپراتورهاي ماشين‌آلات كشاورزي بود. مواد و روش‌ها: بررسي بيومكانيك كل مفصل زانو و مدل‌سازي Finite element سه بعدي اين مفصل با استفاده از روش‌هاي عكس‌برداري و آناتومي هندسه، مي‌تواند سينماتيك و مكانيك اتصال و تماس در اين مفصل را مورد ارزيابي قرار دهد. همچنين با بررسي مدل استقرار و شرايط مختلف بارگذاري‌، مي‌توان نيروهاي ايجاد شده را تجزيه و تحليل نمود. مدل‌‌هاي بيومكانيكي زانو اغلب شامل ساختار استخواني، لايه‌هاي غضروفي مجزا، منيسك‌ها و ليگامنت‌‌هاي اصلي مي‌باشد. يافته‌ها: مطالعه تحقيقات صورت پذيرفته روي مفصل زانو در سينتيك‌هاي مختلف، به خصوص موقعيت‌هاي مشابه فشردن پدال در ماشين‌آلات كشاورزي بيانگر اين نتيجه بود كه به دليل اعمال نيروي زياد به خصوص در اكستنشن كامل زانو، مشابه فشردن پدال‌ها، سينتيك‌هاي خاص مي‌تواند در كاهش تنش‌هاي به وجود آمده تا زير حد تحمل زانو و عملكرد بهتر مفصل، موثر واقع شود. نتيجه‎گيري: ضرورت انجام مطالعه مروري بر روي مفصل زانو، بررسي وضعيت‌هاي مختلف زانو و شرايط تحمل بار و چگونگي سينماتيك، رفتار و عملكرد تحت سينتيك مختلف زانو توسط روش‌هاي Finite element و بيومكانيك مي‌باشد. به ويژه در فعاليت با ماشين‌آلات كشاورزي كه فرد با شرايط خاص قرارگيري، بارهاي شديد و اغلب در شرايط نامناسب ارگونوميكي روبرو مي‌باشد. كليد واژه‌ها: مدل‌سازي، اجزاي محدود، بيومكانيك، مفصل زانو، راننده نوع مقاله: پژوهشي

Abstract Introduction: Knee joints of human body is one of the most widely used human joints and it is subjected to arthritis and injury. Using of biomechanical models and finite element analysis provides a better understanding of the knee function in different conditions and helps to estimate muscular force, cartilage stress and prediction of knee joint damage. While driving with farm vehicle extra force (exceeded the limits) is exerted on the knee joint by the driver to push the clutch pedal due to inappropriate design that cause cartilage damage and knee joint arthritis. Materials and Methods: The biomechanical analysis of the knee joints through 3D finite element analysis and based on real 3D model from MRI dicom photo will enable us to assess the kinematic and kinetic of knee joints contacts during different loading and postures. The biomechanical knee model often consists of bone structure; distinct layers of cartilage, meniscus, and ligaments. Results: The aim of this research was reviewing of the results of finite element analysis on various kinetics during working with farming vehicle. The result of research on knee joints while pushing clutch revealed that due to exerting too much force especially during full knee extension, special kinetic patters could reduce tension on the knee joint and induce a better performance of joint. Conclusion: The result of research on knee joints while push clutch of farming while revealed that due to excessive force especially during full extension of knee special kinetics can reduce tension. Keywords: Modeling, Finite element, Biomechanics, Knee join, Driver Type of article: Original article