31209

تحليل اجزاي محدود بررسي هندسي ابعاد گرفت در ACLR و تاثير آن بر كنديل و مينيسك

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي بيومكانيك

1399

1403/4/12

دكتر محرم حبيب نژاد

دكتر محمد حق پناهي

مكانيك

رباط صليبي قدامي (ACL) نقش حياتي در حفظ ثبات و عملكرد مفصل زانو، عمدتاً با مقاومت در برابر انتقال قدامي تيبيا و نيروهاي چرخشي دارد. آسيب به ACL، كه اغلب در طول فعاليت¬هاي ورزشي يا رويدادهاي آسيب زا رخ مي دهد، مي تواند منجر به اختلال عملكردي قابل توجهي شود و افراد را مستعد ابتلا به استئوآرتريت زودرس كند. درك بيومكانيك ACL و تعامل آن با ساير ساختارهاي زانو، مانند منيسك، براي درك مكانيسم‌هاي آسيب و توسعه استراتژي‌هاي درماني موثر بسيار مهم است. هدف اين مطالعه بررسي اين است كه چگونه يك منيسك پاره شده بر رفتار مكانيكي مفصل زانو، به‌ويژه در زمينه كمبود ACL تأثير مي‌گذارد. اين مطالعه با استفاده از تجزيه و تحليل اجزاي محدود بر روي مدل‌هاي مشتق شده از سي تي اسكن، به دنبال ارائه بينشي در مورد فعل و انفعالات بيومكانيكي پيچيده در مفصل زانو، روشن كردن نقش مينيسك در آسيب‌شناسي زانو مرتبط با ACL و اطلاع‌رساني به روش‌هاي درماني نوآورانه است. تصاوير سي تي اسكن براي ايجاد مدل‌هاي اجزاي محدود مفصل زانو، كه ساختارهاي آناتوميكي مانند ACL و منيسك را در بر مي‌گيرد، استفاده شد. سناريوهاي بارگذاري مختلف، از جمله انتقال قدامي تيبيا و نيروهاي چرخشي، براي ارزيابي پاسخ مكانيكي مفصل زانو با منيسك¬هاي دست نخورده و پاره شده در حضور كمبود ACL شبيه سازي شد. اين مطالعه كاهش 104% و 34% مقادير بيشينه جابجايي و تنش فون ميزز را در حالت كمبود ACL پيش را در مكانيك مفصل زانو و رفتار منيسك به دنبال آسيب ACL و پارگي همزمان منيسك نشان داد. تمركز تنش و الگوهاي جابجايي در منيسك تحت شرايط بارگذاري مختلف مشاهده شد، كه بر تعامل پيچيده بين يكپارچگي ACL، وضعيت منيسك و بيومكانيك مفصل زانو تاكيد مي‌كند. همچنين سايز گرافت 8 ميليمتري با توجه به شبيه سازي ها گزينه مناسب براي درمان پيشنهاد شد كه نتايج باليني اين مطالعه نيز اين موضوع را تاييد مي¬كند. درك پيامدهاي مكانيكي پارگي منيسك در زمينه كمبود ACL براي توسعه استراتژي¬هاي درماني هدفمند با هدف بازگرداندن عملكرد مفصل زانو و جلوگيري از عوارض طولاني مدت ضروري است. تجزيه و تحليل اجزاي محدود بر اساس¬مدل هاي مشتق شده از سي تي اسكن ابزار قدرتمندي براي روشن كردن اين پديده¬هاي بيومكانيكي پيچيده و هدايت رويكردهاي درماني شخصي در آسيب شناسي زانو ارائه مي¬دهد.

1403/06/21

Impact of Graft Dimensions on Knee Joint Biomechanics in ACL Reconstruction: Comprehensive Finite Element Analysis

7/2/2025 12:00:00 AM

The anterior cruciate ligament (ACL) is crucial for knee joint stability, resisting anterior tibial translation and rotational forces. ACL injuries, common in sports and trauma, often lead to functional impairment and early-onset osteoarthritis. This paper investigates the impact of ACL graft size on knee joint biomechanics using finite element analysis (FEA) on CT-derived models. Additionally, it examines the role of a torn meniscus in ACL-deficient knees. The models included anatomical structures such as the ACL and meniscus, simulating anterior tibial translation and rotational forces. Results demonstrated that larger graft diameters significantly reduce joint laxity. Specifically, a 9 mm graft reduced anterior-posterior (AP) translation by 30% compared to a 5 mm graft. ACL-deficient knees exhibited 2.56 times greater AP translation compared to reconstructed knees. Meniscal stress also decreased with larger graft diameters, with peak stresses reducing by 22% for 9 mm grafts compared to 7 mm grafts. Furthermore, articular cartilage contact pressures were reduced by 15% with the use of larger grafts. In ACL-deficient states, there was a 104% reduction in peak displacement and a 34% decrease in von Mises stress values, highlighting the significant impact of ACL injury and concurrent meniscal tears on knee mechanics and meniscal behavior. The study supports using an 8 mm graft size as a suitable treatment option, with clinical results corroborating this recommendation. These findings underscore the importance of precise graft sizing in ACL reconstruction and the critical role of the meniscus in knee stability. FEA provides valuable insights into the biomechanical complexities of ACL injuries, guiding targeted therapeutic strategies and personalized treatments to enhance surgical outcomes and long-term joint health.

رباط صليبي قدامي، ACL، بيومكانيك مفصل زانو، مينيسك، آناليز اجزاي محدود، سي تي اسكن.

Anterior cruciate ligament (ACL), biomechanics, finite element analysis (FEA), knee joint, meniscus, CT scan

Masih Maddahipour

M. H. Korayem, M. Haghpanahi