27323

آناليز المان‌ محدود روش تزريق سيمان استخواني در جراحي ورتبروپلاستي

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي-بيومكانيك

1398-1401

1401/7/6

دكتر محمد حق پناهي

مكانيك

هدف: يكي از روش‌هاي كم‌تهاجمي درمان شكست فشاري مهره روش جراحي ورتبروپلاستي مي‌باشد. اين روش در كنار همه‌ي مزايايي كه داراست، مي‌تواند همراه با عوارض جدي نيز باشد. يكي از عوارض اين روش جراحي كه احتمال وقوع نسبتا بالايي دارد، شكست ثانويه مهره پس از جراحي مي‌باشد. هدف اصلي اين تحقيق، كاهش احتمال شكست مهره مجاور به سطح تقويت شده پس از جراحي ورتبروپلاستي با استفاده از روش المان‌ محدود مي‌باشد، به‌گونه‌اي كه از افزايش تنش در بخش قشري و صفحات انتهايي مهره‌ها پس از جراحي جلوگيري نموده و به‌دنبال آن احتمال وقوع شكست ثانويه مهره‌هاي مجاور به سطح تقويت شده كاهش يابد. مواد و روش‌ها: در اين پژوهش سعي شده است با ايجاد مدل المان‌ محدود ستون فقرات (بخش‌هاي حركتي L2-L3 و L3-L4) از سي‌تي‌اسكن يك فرد سالم، چهار حالت شامل: حالت نرمال، حالتي كه شخص به بيماري پوكي استخوان مبتلا بوده و مهره L3 دچار شكست شده و همچنين جراحي ورتبروپلاستي را شبيه‌سازي نموده و ميزان افزايش تنش در بخش‌هاي مختف مدل و در حالات مختلف را بررسي نماييم. جراحي ورتبروپلاستي به دو روش شبيه‌سازي شده است. در حالت اول جراحي، سيمان استخواني تنها در مهره شكسته شده و در حالت دوم، سيمان در هر 3 مهره مدل شده تزريق شده و نتايج را با يكديگر مقايسه مي‌نماييم. مدل تحت سه نوع بارگذاري، شامل نيروي فشاري (300 نيوتن نيروي محوري) در حالتي كه شخص راست ايستاده است، خمش به جلو و خمش به عقب (كشش) (300 نيوتن نيروي محوري بعلاوه Nm10 ممان خمشي) بررسي شده است. همه‌ي نيروها روي سطح فوقاني مهره L2 اعمال شده و سطح تحتاني مهره L4 كاملا مقيد شده است. نتايج: با شكست مهره L3، تنش فون ميزس در بخش‌‌هاي مختلف مدل افزايش چشم‌گيري مي‌يابد. به‌طور ميانگين با شكست مهره L3، ميزان تنش وارد بر بخش قشري و صفحات انتهايي مهره‌ها به ميزان 62 درصد افزايش مي‌يابد. با تزريق سيمان در مركز مهره L3 به طور ميانگين ميزان تنش 5/6 درصد نسبت به حالت شكست مهره L3 كاهش يافته كه اين مقدار براي حالتي كه سيمان در مركز هر 3 مهره تزريق شده است 11 درصد مي باشد.

1401/07/16

Finite Element Analysis for the methodology of PMMA injection in vertebroplasty

9/28/2023 12:00:00 AM

Purpose: Regarding to the increasing the age of societies in last years, the number of the patients with vertebral compression fracture (VCF) is also increasing. Percutaneous vertebroplasty (PVP) the minimally invasive surgery technologies developed in recent years, become the major effective approaches to treat VCFs. Although this method have so much advantages but it could be with some serious problems. One of the problems with a high probability of happening is secondary fracture after vertebroplasty, So the main objective of this research would be decreasing the probability of fracture of adjacent vertebrae after vertebroplasty by using finite element method, so that it avoids increasing stress in cortical part and endplates of vertebras after surgery, and accordingly, decreasing the probability of secondary fracture of adjacent vertebrae. Materials and Methods: In this research, we have tried to investigate the increasing the stress in different parts of model with establish finite element model based on spin’s CT-Scan (L2-L3 and L3-L4 segment motion) in 4 situations including: normal / L3 vertebrae fracture / cement injection into L3 vertebrae / cement injection into all three modeled vertebras and finally we compared the results. For the simulation of vertebral movement, vertical downward (300N longitudinal along the Z axis), forward, and backward pressure (300N longitudinal along the Z axis+10 nm bending moment) was applied on the model’s surface. The stress changes in the upper and lower vertebrae and diseased vertebrae were calculated under different conditions. Results: In the model of L3 vertebrae’s fracture, Von mises stress has a considerable increase in different parts of model. In average, in the model of fracture of L3 vertebrae, the stress in the cortical and endplates, increase 63%. By injection cement into L3 vertebrae, we averagely see 6.5% stress reduction in compare to fracture of L3 vertebrae’s model. This amount is 11 % for the situation that cement in injected in centre of all three vertebras.

آناليز المان‌ محدود , ورتبروپلاستي , تنش فون ميزس , ستون فقرات كمري , شكستگي فشاري مهره

finite element analysis , vertebroplasty , von mises stress , lumbar spine , vertebral compression fracture

Kosar Dehdashtiha

Dr.Mohammad Haghpanahi