توسعه ی مدل دینامیک چندعضوی صفحه ای زانو با در نظر گرفتن مکانیک تماس

مدل سازی بیومکانیک مفاصل انسان با توجه به اهمیت بالا و کاربرد آن، از دیرباز مورد توجه محققان بوده و از این رو همواره روش های مدل سازی مفاصل و تحلیل دینامیک حرکت انسان در حال توسعه است. در این مقاله مدل بیومکانیکی زانو توسعه داده شده و یک روش کلی برای تجزیه و تحلیل دینامیکی مسائل تماس در ترکیب با مدل اسکلتی عضلانی ارائه شده است تا تحت شرایط بارگذاری واقعی رفتار مدل دینامیکی زانو ارزیابی شود. توسعه ی این مدل دینامیکی شامل بیان هندسی منحنی های تماسی و الگوریتمی برای تعیین نقاط تصادم است. در این مطالعه به محاسبه ی عمق نفوذ غضروف و نیروی تماس از طریق قانون تماس ناپیوسته ی غیرخطی پرداخته شده است. بنابراین حرکت نسبی استخوان ران و ساق از طریق نیروهای عکس العمل شامل تماس دو زیرلایه ی تماسی غضروف و استخوان در زانو مدل سازی شده است. هم چنین دو مدل جدید منحنی برازش شده-صفحه، و مدل کره-صفحه با هم مقایسه شده و یک تحلیل برای مواردی مانند آرتروز زانو ارائه شده است. در این پژوهش حداکثر ۱۲% تفاوت در عمق نفوذ غضروف مفصل تیبیوفمورال داخلی مشاهده شده که با توجه به ضرورت مدل سازی دقیق تر برای محاسبه ی گشتاورهای زانو، این مساله از اهمیت زیادی برخوردار است. در مقایسه ی زانوی سالم و آرتروزی، مشاهده شده است که لزوما نیروی تماس در بیماران آرتروزی افزایش نیافته بلکه کاهش ضخامت غضروف موجب پیدایش تماس استخوان-استخوان در فرایند گام برداری می شود. میزان پیک عمق نفوذ در زانوی سالم ۷۰۵/۰ میلی متر بوده در حالی که این میزان برای زانوی ۷۵% آرتروزی حدود ۲۸% کاهش یافته است. این روش پیشنهادی با محاسبات نسبتا سریع و دقیق، ابزار مناسبی در تحلیل و کنترل مکانیسم های اسکلت خارجی می­باشد.

کلیدواژه ها:

دینامیک مستقیم ، ناپیوسته ی غیرخطی ، مدل تماس ، آرتروز ، مدل سازی اسکلتی عضلانی ، غضروف ، عمق نفوذ