ترغب بنشر مسار تعليمي؟ اضغط هنا

المحاكاة الرقمية للسلوك الميكانيكي لعظم الفخذ البشري

Numerical Simulation Of Human Femur Mechanical Behavior

1468   0   10   0 ( 0 )
 تاريخ النشر 2015
والبحث باللغة العربية
 تمت اﻹضافة من قبل Shamra Editor




اسأل ChatGPT حول البحث

أهمية و أهداف البحث : يهتم علم الميكانيك الحيوي بدراسة وظيفة و حركة النسج الحيوية اعتماداً على خصائصها الميكانيكية. يعد العظم من أهم النسج الحيوية حيث يعطي للجسم قوامه و كذلك يؤمن استقراره أثناء الوقوف و الحركة. على وجه الخصوص، يؤمن عظم الفخذ استقرار الجسم أثناء الوقوف كما أنه له دوراً رئيسياً في تحقيق مشية طبيعية و في انتقال متجانس للقوى و العزوم. يتمثل هدف هذا البحث في تصميم نموذج رقمي لعظم الفخذ البشري بدء من الصور الطبية التشريحية عالية الدقة، و ذلك بالاستفادة من البرامج الهندسية المختصة بمعالجة الصور الطبية و بالتصميم الهندسي في سعي لمحاكاة استجابته الميكانيكية. تتمثل فائدة ذلك في تقديم معلومات طبية هامة لأطباء الجراحة التقويمية حول نوع و توزع الإجهادات الأعظمية مما يساعد في توقع مسارات و تفسير أسباب الكسور و التشوهات، كما يتيح إمكانية تقييم الاستقرار الميكانيكي لطرق التثبيت و التقويم الجراحي. مواد و طرائق البحث: تم إنتاج نموذج رقمي ثلاثي الأبعاد لعظم الفخذ اعتماداً على صور طبقية محورية لمنطقة الورك و ذلك باستخدام برنامج DeVIDE v. 9.8 لمعالجة الصور الطبية. تم بعد ذلك بناء نموذج ثلاثي الأبعاد و إنجاز كل من التحليل الميكانيكي السكوني و تحليل التعب باستخدام البرنامج Ansys 14.5. النتائج و المناقشة: تم تحديد الخطوات اللازمة لتصميم النماذج الخاصة ثلاثية الأبعاد انطلاقاً من الصور الشعاعية. أظهرت النتائج لتوزع الإجهادات و الانزياحات ضمن عظم الفخذ البشري الطبيعي عند شروط تحميل طبيعية، حيث بلغت قيمة الانزياح الأعظمي الإجمالي للنموذج 7.18 mm، في حين بلغت القيمة الأعظمية للإجهاد المكافئ للقيمة 26.21 ميغاباسكال. أظهرت نتائج التعب لقيمة حياة قدرها 1e6 و قيمة دنيا لمعامل أمان تساوي 3.28. الاستنتاجات و التوصيات:يوصى باعتماد البرمجيات و تقنيات التحليل الرقمية في نمذجة و محاكاة الأنسجة الحيوية بشكل ثلاثي الأبعاد و ذلك بغية استخدامها في التطبيقات الطبية المختلفة بما يخص الجراحة التقويمية أو تقييم الأطراف التعويضية الصناعية.

المراجع المستخدمة
KIM, K., HSU, S., WOO, L. Tensile properties of the medial patellofemoral ligament: The effect of specimen orientation. J. Biomech. Vol. 21, N°4 , 2013, 92-98
HAMBLI, R., ALLAOUI, S. A robust 3D finite element simulation of human proximal femur progressive fracture under stance load with experimental validation. Ann Biomed Eng. Vol. 41, N°12, 2013, 2515-27
HARRIS, M., ANDERSON, A., HENAK, C. Finite Element Prediction of Cartilage contact stresses in normal human hips, Journal of Orthopedics Research. Vol. 3, N°2, 2012, 1-7
قيم البحث

اقرأ أيضاً

يقدم هذا البحث طريقة رقمية تعتمد على محاكاة حوض ثنائي البعد، لجريان ثنائي البعد صفائحي و غير مستقر لزج و غير قابل للانضغاط. يتم حل معادلات نافييه – ستوكس و معادلة الاستمرار في مجال المائع بتقريبها جبرياً باستخدام طريقة الفروق المتناهية. أما حقل الضغط فيتم الحصول عليه من خلال حل معادلة بواسون و التي تتضمن حقل سرعة تخيلية، حيث تحل معادلة بواسون بطريقة الحجوم المتناهية. يتم استخدام طريقة جديدة هي التنعيم الانتقائي التلاؤمي للشبكة "ASMR" للحصول على سرعة في الحل و دقة في النتائج.
يهدف هذا البحث إلى تحويل بيانات الطبقي المحوري المحوسب لعظم الفخذ المصاب بالسرطان إلى نموذج ثلاثي الأبعاد, و تصميم البديل المعدني للمنطقة المصابة و تحليله في برامج التحليل الميكانيكي, من أجل دراسة وثوقيته و ملاءمته من حيث توزع الإجهادات و القوى تماما ً كما لو كان في جسم المريض بعد التركيب و بالتعاون مع طبيب الجراحة العظمية, يتم الاعتماد على برامج CAD الخاصة بالعمل الميكانيكي الطبي المشترك حيث نستخدم برنامج Mimics لقراءة صورة الطبقي المحوري و برنامج 3MATIC من أجل تحويل الصورة إلى نموذج رقمي ثلاثي الأبعاد بعد عملية توليد السطح و الحجم للبديل العظمي, و تتم عملية تحليل الإجهادات و القوى التي ستتعرض لها منطقة التعويض في برنامج COMSOL, حيث تبين بعد التصميم و التحليل أن البديل ملائم ميكانيكياً و لا يحوي مناطق خطرة بعد تطبيق الحمل المتوقع.
تقع دمشق في الجزء الجنوبي من سورية بالقرب من نظام صدع البحر الميت و خاصة صدع سرغايا أحد فروعه المهمة. و يعد هذا الصدع نشطاً و مصدراً زلزالياً لزلازل مدمرة استناداً إلى الدراسات الحديثـة و السجل الزلزالي التاريخ و الزلازل المسجلة آلياً. و لنمذجة الح ركة الأرضية في سـهل دمـشق و تقـدير تضخيمها طبقنا الطريقة الهجينة التي تجمع بين طريقتي المحصلة الشرطية و شبكة الفروقات المحـدودة على مقطع ثنائي البعد يمر من مدينة دمشق، إذ تسمح هذه الطريقة بحساب الحركة الأرضية فـي وسـط مرن و غير متجانس و بحساب السجلات الزلزالية الصنعية على طول هذا المقطع بتردد قطع مساوي إلى 5 هرتز للمصدر الزلزالي (صدع سرغايا) بافتراض زلزال قدره 5.6 على مقياس ريختر نـاتج عـن هـذا الصدع. لقد تم وضع النموذج الإقليمي و المقطع المتغير للبروفيل من المعطيات الجيولوجية و الجيوتكنيكية المتوافرة عن منطقة الدراسة. وجدت القيم العظمى لتضخيم الحركة الأرضية في سهل دمشق بشكل عـام على الترددات زهاء 1 هرتز و 4 هرتز. إضافة إلى ذلك تمت دراسة احتمال حدوث تمييع للتربة في سهل دمـشق اعتمـاداً علـى طـريقتين إحداهما بناء على معلومات طبوغرافية و جيولوجية، و الثانية بناء على المعلومات الجيوتكنيكية (قـيم N و القطر الحبيبي) و قيمة التسارع الأرضي، و ذلك من أجل حساب معامل مقاومة التميع FL و مؤشر قابليـة التميع IL فوجدنا أن المؤشر يزيد على القيمة 15 ، و هذا يشير إلى احتمال حدوث التمييع.
يقدم البحث طريقة مبتكرة لقياس طول عظم فخذ الجنين في الصور فوق الصوتية, حيث يقوم بتقليل كمية الضجيج الموجودة في تلك الصور, و من ثم تحويلها إلى الشكل الثنائي و اجراء عمليات مورفولوجية لتجزئة عظم الفخذ و عزله عن باقي عناصر الصورة, ثم يستخدم كاشف حواف من أجل إيجاد حواف العظم, و يطبق بعد ذلك تحويل هوف لكشف الخطوط المستقيمة في الصورة, ليقوم بمراكبة المستقيمات الناتجة على الصورة الأصلية, و المستقيم الأبرز و الأطول هو المستقيم المقابل لعظم الفخذ, و يتم حساب طوله بالميلليمتر.
تهدف الدراسة في البحث عن قدرة النماذج العددية للتوصل لمحاكاة السلوك الواقعي للإطارات البيتونية المسلحة تحت تأثير الأحمال الدورية التكرارية.
التعليقات
جاري جلب التعليقات جاري جلب التعليقات
سجل دخول لتتمكن من متابعة معايير البحث التي قمت باختيارها
mircosoft-partner

هل ترغب بارسال اشعارات عن اخر التحديثات في شمرا-اكاديميا