10132

بررسي اجزا محدود مخروط متافيزيال روي عملكرد بيومكانيكي پروتز زانو

كارشناسي

مهندسي مكانيك

1404

دكتر سياوش كاظمي‌راد

1404/08/14

مهندسي مكانيك

Finite Element Analysis of Metaphyseal Cones on the Biomechanical Performance of the Knee Prosthesis

مفصل زانو به‌عنوان يكي از پيچيده‌ترين و با بارگذاري مكانيكي بالا در بدن، نقشي اساسي در تحمل وزن و انتقال نيرو ايفا مي‌كند. در بيماران مبتلا به تخريب شديد مفصل ناشي از آرتروز يا تروما، جراحي تعويض كامل مفصل زانو (TKA) درمان رايج است؛ اما با افزايش سن جمعيت و شمار جراحي‌هاي اوليه، نياز به بازنگري (rTKA) نيز رشد يافته است. چالش اصلي در اين جراحي‌ها، بازسازي تحليل استخوان متافيزيال و دستيابي به پايداري اوليه ايمپلنت است. استفاده از مخروط‌هاي متافيزيال (Metaphyseal Cones) از جنس تيتانيوم متخلخل، با هدف بهبود تماس ايمپلنت–استخوان و كاهش Stress Shielding، رويكردي نوين در طراحي پروتزهاي بازنگري محسوب مي‌شود. در اين پژوهش، تأثير هندسه مخروط متافيزيال بر رفتار بيومكانيكي ايمپلنت تيبيال در rTKA به‌صورت عددي بررسي شد. سه مدل سه‌بعدي از استخوان سالم، ايمپلنت بدون كُن و ايمپلنت داراي كُن متافيزيال، بر اساس داده‌هاي CT و با نرم‌افزارهاي Mimics، 3-Matic، SolidWorks و Abaqus/CAE تحليل گرديدند. خواص مكانيكي استخوان به‌صورت ناهمگن و بر پايه رابطه بين HU و مدول يانگ تعيين شد. مدل‌ها تحت سه حالت بارگذاري عملكردي راه رفتن، بالا رفتن و پايين آمدن از پله (2٫61 تا 3٫46 برابر وزن بدن) ارزيابي شدند. نتايج نشان داد كُن متافيزيال ميكروموشن را حدود 75٪ كاهش داد (از 10–14 µm به 2٫7–3٫3 µm) و پايداري اوليه را به‌طور چشمگيري بهبود بخشيد. اختلاف بيشينه تنش متافيزيال ميان دو مدل كمتر از 5٪ بود، اما حذف كُن باعث افزايش تمركز تنش در انتهاي استم شد (تا حدود 25٪ در راه رفتن). مشاهدات كيفي نيز توزيع يكنواخت‌تر تنش در ناحيه پروگزيمال را در مدل داراي كُن نشان داد. در مجموع، مخروط متافيزيال با كاهش ميكروموشن و تمركز تنش‌هاي ديستال، موجب بهبود پايداري اوليه و انتقال فيزيولوژيك‌تر نيرو مي‌شود. بنابراين، استفاده از آن راهكاري مؤثر براي بهينه‌سازي طراحي ايمپلنت‌هاي بازنگري تيبيال در نسل‌هاي آينده rTKA است.

تعويض كامل مفصل زانو , جراحي بازنگري , مخروط متافيزيال , تحليل اجزاي محدود , ميكروموشن