نویسندگان

• احسان قبادی ها
• محمد نیکخو
• صادق ناصرخاکی

دانشگاه آزاد واحد علوم و تحقیقات تهران

چکیده

مقدمه: در حدود 80 درصد از مردم در زندگی خود درد کمر را تجربه می‌کنند. گرچه خیلی از بیماران درد کمری مرتبط با دژنراسیون دیسک دارند، ولی روند دقیق دژنراسیون همچنان نامشخص است. بیماری دژنراسیون دیسک یک سوم جمعیت جوان جهان را درگیر کرده است. در طول دژنراسیون، دیسک دستخوش تغییرات مورفولوژی و بیوشیمیایی می‌‌شود که در نتیجه آن هیدراسیون بافت، نفوذپذیری و در نهایت ظرفیت تحمل بار دیسک تغییر می‌‌کند. به همین دلیل، مدل اجزای ‌محدود که به منظور مطالعه ارتباط بین باربرداری مکرر و دژنراسیون دیسک طراحی می‌‌شود، باید قادر به تحلیل درست در برابر بارگذاری‌‌های پیچیده شناخته شده در in-vivo باشد. هدف از این مطالعه ساخت و بروزرسانی مدل‌‌های اجزای محدود با خواص پروالاستیک بود تا از این طریق بتوان بارگذاری‌‌های مختلف شبه‌‌استاتیکی را با ارائه مدل شخصی‌‌سازی شده در افراد مختلف بررسی کرد و در مطالعات کلینیکی به منظور شبیه‌‌سازی رفتار بیومکانیکی روزانه جهت تشخیص و درمان دقیق‌‌تر مورد استفاده قرار داد.
روش انجام کار: در این مطالعه سه حالت مختلف از مدلسازی‌‌های موجود اجزای محدود از جمله روش تقارن محوری، مدل پارامتری و مدل دقیق با خواص مکانیکی پروالاستیک شبیه‌‌سازی و نتایج آن با آزمایش‌های تجربی in-vivo مقایسه شد. به منظور اعتبارسنجی مدل‌‌های ساخته شده، نتایج سه آزمایش مختلف شبه استاتیکی خزشی صورت گرفته، از جمله خزش کوتاه مدت، بلند مدت و خزش تحت فعالیت‌‌های منظم روزانه ارائه شده است.
 نتایج: نتایج حاصل نشان‌‌دهنده پیش‌‌بینی تغییرات قد و جابه‌‌جایی محوری ستون فقرات و فشار میان دیسکی مرکز نوکلئوس است.
نتیجه‌گیری: کلیه نتایج مطرح شده بیانگر آن بود که مدل‌‌های ارائه شده در رفتار شبه‌‌استاتیکی پیش‌‌بینی‌های قابل قبولی ارائه کرده و اعتبار کافی جهت بررسی در سایر آزمون‌‌های شبه‌‌استاتیکی داشته اند. از این رو می‌‌توان در بررسی نتایج حاصل در فعالیت‌‌های کلینیکی در تعیین روند دژنراسیون دیسک بین مهره‌‌ای گامی رو به جلو برداشت.

کلیدواژه‌ها

• دیسک بین مهره‌ای
• آنالیز اجزاء محدود
• پروالاستیک
• خزش
• ریکاوری
• تورم
• مدل شخصی‌سازی شده
• بیومکانیک ستون فقرات

عنوان مقاله [English]

Poroelastic Finite Element Modeling of a Lumbar Spine Motion Segment and Validation in Different Motions for Clinical Studies

نویسندگان [English]

• Ehsan GhobadiHa
• Mohammad Nikkhoo
• Sadegh NaserKhaki

چکیده [English]

Background: About 80% of the population will experience back pain in their lifetime; however, although many patients have low back pain associated with disc degeneration, the exact course of degeneration is still unclear. The disc degeneration disorder has affected one-third of the world's young population. During degeneration, the disc undergoes morphological and biochemical changes, which in turn alter the tissue hydration, permeability, and ultimately the load-bearing capacity of the disc. Therefore, the finite element model, designed to study the relationship between frequent loading and disk degeneration, must be able to analyze the complex loading in the in-vivo conditions. The aim of this study was to construct and update models of finite element components with the prolastic properties so that different quasi-static loads could be investigated by presenting a personalized model in different individuals and applied in clinical studies to simulate the daily biomechanical behavior for accurate diagnosis and treatment.
Method: This study simulated three different modes of finite element modeling, including axial symmetry method, parametric model and precision model with poroelastic mechanical properties and its results were compared with experimental in-vivo experiments.
Results: To validate the constructed models, the results of three different quasi-static creep experiments were performed, including short-term creep, long-term creep and creep under regular daily activities, the results of which predicted changes. The results predicted height changes, axial displacement of the spine and the intradiscal pressure of the nucleus.
Conclusion: All the proposed results indicated that the models presented in quasi-statistic behavior predicted acceptable results and have sufficient validity to be examined in other quasi-statistic experiments. Therefore, it is possible to take a step forward in examining the results of clinical activities in determining the process of intervertebral disc degeneration.