• شماره ركورد
    33974
  • پديد آورنده

    رضا پيري حسين آبادي

  • عنوان
    بهينه‌سازي ضخامت پوشش سطحي و توپولوژي هندسي دسته‌راني متخلخل مفصل هيپ
  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي پزشكي
  • سال تحصيل
    1401
  • تاريخ دفاع
    1404/06/31
  • استاد راهنما
    دكتر منصور عليزاده
  • استاد مشاور
    دكتر سياوش كاظمي‌راد
  • دانشكده
    مهندسي مكانيك
  • چكيده
    در سال‌هاي اخير، افزايش نرخ تعويض مفصل ران و نياز به بهبود عملكرد ايمپلنت‌هاي ارتوپدي، لزوم طراحي‌هاي نوآورانه‌ با سازگاري مكانيكي و زيستي بالا را بيش از پيش نمايان ساخته است. يكي از مهم‌ترين چالش‌هاي ايمپلنت‌هاي رايج، بروز پديده‌هايي نظير سپر تنشي، تنش تماسي در محل تماس ايمپلنت و استخوان است كه مي‌توانند منجر به نارسايي‌هاي مكانيكي و كاهش عمر مفيد پروتز شوند. در اين پژوهش، با هدف بهبود عملكرد مكانيكي ايمپلنت مفصل ران، اثر ضخامت پوشش سطحي و توپولوژي متخلخل با هندسه) TPMS سطوح كمينه تناوبي سه‌بعدي از نوع ژيروئيد( در ناحيه پروكسيمال ايمپلنت مورد بررسي و بهينه‌سازي قرار گرفت. بدين منظور، مدل‌هايي با ضخامت پوشش 5/0، 75/0، 1، 25/1 و 5/1 ميلي‌متر و درصدهاي تخلخل 40، 60 و80 درصد طراحي شدند. تحليل‌هاي عددي با استفاده از روش اجزاي محدود انجام شد تا معيارهايي چون تنش تماسي در محل تماس استخوان و پروتز، ميزان سپر تنشي و نيز تغييرشكل نسبي بررسي گردد. در گام بعد، به‌منظور يافتن تركيب بهينه پارامترهاي طراحي، از الگوريتم بهينه‌سازي ازدحام ذرات چندهدفه (MOPSO) استفاده شد. نتايج تحليل‌ها و بهينه‌سازي نشان داد كه مدل با ضخامت پوشش 3/0 ميلي‌متر و تخلخل 85 درصد) مدل (C03P85 عملكرد بهتري نسبت به ساير تركيب‌ها دارد. اين مدل ضمن كاهش مؤثر سپر تنشي، تنش تماسي را در محدوده فيزيولوژيكي حفظ كرده و با ايجاد تطابق مناسب بين سفتي پروتز و استخوان ميزبان، از بروز بازجذب استخوان و شل‌شدگي زودهنگام جلوگيري مي‌كند. در مجموع، يافته‌هاي اين پژوهش نشان مي‌دهد كه طراحي پوشش‌هاي متخلخل بهينه‌شده با استفاده از هندسه‌هاي پيشرفته و روش‌هاي عددي، مي‌تواند به‌طور مؤثري موجب بهبود فيكساسيون اوليه، افزايش پايداري بلندمدت و ارتقاء زيست‌سازگاري ايمپلنت‌هاي مفصل ران شود. همچنين اين مطالعه چارچوبي كاربردي براي طراحي ايمپلنت‌هاي سفارشي‌سازي‌شده فراهم مي‌كند كه در آن خواص هندسي و مكانيكي پوشش قابل تنظيم و متناسب با نياز هر بيمار است.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1404/08/20
  • عنوان به انگليسي
    Optimization of the surface thickness an‎d geometric topology of porous hip stems
  • تاريخ بهره برداري
    9/22/2026 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    رضا پيري حسين ابادي

  • چكيده به لاتين
    In recent years, the rising rate of hip joint replacement surgeries an‎d the growing need to enhance the performance of orthopedic implants have highlighted the importance of innovative designs with high mechanical an‎d biological compatibility. One of the major challenges associated with conventional implants is the occurrence of phenomena such as stress shielding an‎d interfacial contact stresses at the implant–bone interface, which can lead to mechanical failures an‎d a reduction in the service life of the prosthesis. In this study, with the aim of improving the mechanical performance of hip implants, the effects of surface coating thickness an‎d porous topology with three-dimensional triply periodic minimal surface (TPMS) geometry of the gyroid type in the proximal region of the implant were investigated an‎d optimized. For this purpose, models with coating thicknesses of 0.5, 0.75, 1.0, 1.25, an‎d 1.5 mm, as well as porosity levels of 40%, 60%, an‎d 80%, were designed. Finite element analyses were carried out to eva‎luate criteria such as contact stress at the bone–prosthesis interface, stress shielding, an‎d relative deformation. Subsequently, to determine the optimal combination of design parameters, a multi-objective particle swarm optimization (MOPSO) algorithm was employed. The results of the analyses an‎d optimization revealed that the model with a coating thickness of 0.3 mm an‎d 85% porosity (C03P85 model) exhibited superior performance compared to other configurations. This model effectively reduced stress shielding, maintained contact stress within the physiological range, an‎d achieved an appropriate match between the stiffness of the prosthesis an‎d the host bone. Consequently, it can prevent bone resorption an‎d premature loosening. Overall, the findings of this research demonstrate that optimized porous coatings, designed using advanced geometries an‎d numerical methods, can significantly improve initial fixation, enhance long-term stability, an‎d increase the biocompatibility of hip implants. Furthermore, this study provides a practical framework for the design of patient-specific implants, in which the geometric an‎d mechanical properties of the coating can be tailored to meet individual clinical needs.
  • كليدواژه هاي فارسي
    مفصل ران , ايمپلنت متخلخل , سپر تنشي , تنش تماسي , ساخت افزايشي , بهينه‌سازي چندهدفه , TPMS , تحليل المان محدود , ساختار ژيروئيد
  • كليدواژه هاي لاتين
    Porous prosthesis , Additive manufacturing , Multi-objective optimization , TPMS , Finite Element Analysis , Gyroid structure , Stress shielding , Contact stress
  • Author
    Reza Piri Hossein Abadi
  • SuperVisor
    Dr. Mansour Alizadeh