مدل سازی بافت اسفنجی مهره ی ستون فقرات به منظور تخمین خطر شکست استخوانی در بیماری پوکی استخوان بر اساس چگالی و خصوصیات ریزساختاری استخوان اسفنجی

محمدرضا امجدی کاشانی، mohammad reza amjadi kashani m.sc of biomechanics, department of mechanical engineering, sharif university of technologyکارشناس ارشد بیومکانیک دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شریف آرش رزمجو، arash razmjoo phd of mechanics, department of mechanical engineering, tarbiat modares universityدکترای مهندسی مکانیک دانشکده ی مکانیک دانشگاه تربیت مدرس نوید ارجمند، navid arjmand assistant of biomechanics, department of mechanical engineering, sharif university of technologyاستادیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شریف کیخسرو فیروز بخش، keykhosro firoozbakhsh professor of biomechanics, department of mechanical engineering, sharif university of technologyاستاد دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شریف مریم هویت طلب، maryam hoviattalab m.sc of mechanics, department of mechanical engineering, sharif university of technologyمربی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شریف محمد پرنیان پور، mohammad parnian pour professor of biomechanics, department of mechanical engineering, sharif university of technologyاستاد معین گروه آموزشی بیومکانیک دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شریف

Abstract(in Persian; no English abstract is available)

چکیده زمینه و هدف: امروزه یکی از مهم­ترین مسائل بهداشتی در جوامع به خصوص در میان سالمندان، پوکی استخوان می­باشد. کاهش چگالی استخوانی در بافت را تحت عنوان پوکی استخوان می­شناسند که موجب افزایش خطر شکستگی به علت کاهش استحکام و سفتی، در ساختارهای استخوانی می­گردد. یکی از نواحی مستعد پوکی و متعاقب آن شکستگی ناشی از پوکی، مهره­های ستون فقرات می­باشند. در حال حاضر روش­هایی برای پیش­بینی خطر شکست در مهره‏ها وجود دارند که از آن بین می­توان به جذب سنجی دوگانه اشعه ایکس و برش­نگاری کمی کامپیوتری اشاره نمود. تمامی این روش­ها بر اساس سنجش چگالی استخوانی بوده و توجه چندانی به دیگر عوامل موثر در خواص مکانیکی بافت­های استخوانی اسفنجی مانند کیفیت مادی اجزای اسفنجی و کیفیت اتصال بندی ندارند. ریزساختار بافت اسفنجی بر اساس سن و جنس و نژاد متفاوت می­باشد. هدف این پروژه مدل سازی پارامتری بافت اسفنجی بر اساس تئوری جامدات سلولی به صورت ساختاری متخلخل و میله­ای شکل است. روش بررسی: به منظور مدل سازی بافت اسفنجی،-مشابه آن چه در تنه ی مهره وجود دارد-برنامه­ای در نرم افزار ansys ، نوشته شد که قابلیت تولید شبکه­های مختلف را چه از نظر خواص مادی و چه از نظر چگالی ساختاری(پارامتر قابل اندازه­گیری در روش­های تصویر برداری) داراست. سپس هر کدام از این شبکه های تحت بار گذاری جابه جایی فشاری قرار گرفته و با ترسیم منحنی تنش-کرنش برای هر یک، مشخصه­های استحکام و سفتی محوری محاسبه می­شوند. به منظور مقایسه جواب­های مدل با جواب­های حاصل از داده­های آزمایشگاهی، مدل برای 6 نمونه­ی استخراج شده از مهره­های جسد یک زن اهدا کننده 78 ساله و یک مرد اهدا کننده 91 ساله بازسازی و پیش بینی سفتی و استحکام نمونه­ها انجام شده است. یافته ها: پاسخ­های حاصل از تست مکانیکی نمونه­ها، بین دو جواب مدل در دو حالت اتصال­بندی ضعیف و اتصال بندی متوسط، خواهد افتاد و این امر به دلیل مجهول بودن کیفیت اتصال بندی در نمونه­های حاصل از تست مکانیکی نشانه قدرت مدل برای ارائه ی محدوده­ای از خواص مکانیکی می­باشد. به علاوه پاسخ­های مدل در مقایسه با جواب­های حاصل از رابطه ی صرفا مبتنی بر چگالی نزدیکی بیشتری به جواب های حاصل از تست دارد. نتیجه گیری: بر طبق مدل پیشنهادی می­توان گفت سفتی و استحکام و یا دیگر خواص مکانیکی در مهره­ها به صورت قابل توجهی تابع خواص مادی اجزای اسفنجی تشکیل دهنده و خصوصیات ساختار شناسانه مانند کیفیت اتصال بندی می­باشد. بنابراین خطر شکست در مهره­ها تنها به عامل چگالی که توسط روش­های برش نگاری کامپیوتری کمی و یا جذب سنجی دوگانه­ی اشعه ایکس قابل اندازه­گیری است، بستگی ندارد. نتایج مدل سازی حاکی از آن است که مدل پیشنهادی حال حاضر بر اساس نظریه جامدات سلولی با در نظر گرفتن این مجموعه عوامل می­تواند ارزیابی بهتری از خواص مکانیکی ساختارهای اسفنجی داشته باشد