25518

بهينه سازي شكلي چند هدفه يك دسته راني بدون سيمان

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك-طراحي كاربردي

1397

1400/8/9

سياوش كاظمي راد

-

مهندسي مكانيك

در اين پايان نامه به بررسي ميزان تأثير هر يك از معيارهاي شكست 3 گانه پروتزهاي بدون سيمان در بدن بيمار (سپر تنشي، تنش تماسي و ريز حركتهاي ابتدايي) بر روي نتايج باليني درازمدت آرتروپلاستي اوليه مفصل هيپ پرداخته شد. براي اين منظور ميزان معيارهاي شكست 3 گانه در پروتزهاي Alloclassic و Spotorno CLS از طريق شبيه سازي اجزاي محدود محاسبه گرديد و با نتايج باليني درازمدت آنها مقايسه گرديد. درنهايت اين نتيجه حاصل شد كه سپر تنشي بيش از 2 معيار ديگر ميتواند بر روي نتايج باليني درازمدت اثر بگذارد. بطوريكه سپر تنشي در پروتز Spotorno CLS با نتايج باليني بدتر ، تا 22 مگا پاسكال بيشتر از پروتز Alloclassic بود. سپس يك فرايند بهينه سازي شكلي چند هدفه با الگوريتم فرا ابتكاري MOPSO و باهدف كمينه كردن 3 معيار شكست مذكور، بر روي هندسه دسته راني Taperloc كه داراي نتايج باليني ميان مدت به شدت قابل قبولي بود اجرا گرديد. در انتهاي اين فرايند بهينه سازي نيز يك مجموعه اي از جواب هاي بهينه پرتو يافت شد كه هركدام ازلحاظ يك يا چند هدف بهينه سازي از هندسه مرجع بهتر بودند. همچنين اين نتيجه فرعي از فرايند بهينه سازي شكلي گرفته شد كه دسته هايي با طول كوتاه تر ميتوانند سپر تنشي و تنش تماسي بسيار كمتري از دسته هاي بلند داشته باشند (در مورد هندسه بهينه پايان نامه، سپر تنشي بيشينه حدود 13 مگا پاسكال و تنش تماسي بيشينه حدود 60 مگا پاسكال از هندسه مرجع كمتر بود) ولي ميزان ريز حركتهاي ابتدايي آنها غالباً بزرگتر از دسته هاي بلند است (در مورد هندسه بهينه پايان نامه، ميزان ريز حركتهاي ابتدايي بيشينه حدود 7 ميكرومتر بيشتر از هندسه مرجع بود). لذا دسته هاي كوتاه تر در صورتيكه داراي سپر تنشي و تنش تماسي كمينه باشد و ميزان ريز حركتهاي ابتدايي آن از حد مشخصي فراتر نرود، به دسته هاي راني بلندتر ارجحيت دارند.

1400/08/19

Multi-objective shape optimization of a cementless femoral stem

10/31/2022 12:00:00 AM

The effects of the three failure mechanisms of uncemented hip prosthesis components including the stress shielding, excessive bone-prosthesis interface stress level, and excessive bone-prosthesis interface initial micromotion on the long-term outcomes of total hip arthroplasty (THA) were investigated in this study. To this aim, these three failure mechanisms for the femoral stems of the CLS Spotorno and Alloclassic prostheses were evaluated using the finite element modeling and the results were compared with the long-term clinical outcomes of these two stems. The obtained results revealed that the stress shielding affects the long-term clinical outcomes more than the other two criteria, where the maximum stress shielding in the implanted femur by the Alloclassic prosthesis with worse clinical outcomes was up to 20 MPa higher than that in the implanted femur by the Alloclassic prosthesis. A multi-objective shape optimization with MOPSO metaheuristic algorithm was then performed on the Taperloc stem with acceptable mid-term clinical outcoms for the purpose of the minimization of the three failure mechanisms. A set of Pareto optimal solutions was obtained, each of which was better than the reference geometry in one or more optimization objectives. It was also concluded that the femur prostheses with shorter stems could have significantly smaller stress shielding and contact stress than longer stems. In the selected optimal geometry, the stress shielding was about 13 Mpa and the contact stress was about 60 Mpa less than those in the reference prosthesis geometry. However, the initial micromotion in the optimal gemeometries was higher than that in the reference geometry with a long stem. In the selected optimal geometry, the initial micromotion was about 7 micrometers more than that in the reference geometry. Therefore, the femoral prostheses with short stems are preferable to those with long stems if they have a minimum stress shielding and contact stress and their initial micromotion does not exceed a certain limit.

دسته‌هاي راني بدون سيمان , سپر تنشي , تنش تماسي , ريز حركت‌هاي ابتدايي , شبيه‌سازي اجزاي محدود , بهينه‌سازي شكلي چند هدفه

Uncemented femoral stems , Stress shielding , Contact strees , Initial micromotions , Multi-objective shape optimization , Finite element modeling