شماره ركورد
24525
شماره راهنما
BIOMED2 235
عنوان
طراحي و مدلسازي پچ چسبنده براي ترميم پارگي تاندون روتاتوركاف بهكمك روش المانمحدود
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي پزشكي - بيومتريال
دانشكده
فني و مهندسي
تاريخ دفاع
1403/11/06
صفحه شمار
114 ص.
استاد راهنما
محسن صراف بيدآباد , آزاده قوچاني
استاد مشاور
علي دهقان مروست
كليدواژه فارسي
پارگي تاندون روتاتوركاف , روش اجزايمحدود , مدلسازي ناحيه چسبنده , پچ چسبنده
چكيده فارسي
آسيبهاي وارد شده به شانه، سومين آسيب شايع سيستم اسكلتي-عضلاني است. پارگي تاندون روتاتوركاف، شايعترين آسيب و ناتواني مرتبط با سن در افراد بالاي 45 سال است كه منجر به درد و ناراحتي، كاهش عملكرد و كاهش دامنه حركتي فرد ميشود. روشهاي ترميمي مورد استفاده با استفاده از نخ بخيه، با نرخ بالاي 94 درصد بعد از گذشت چند سال دچار پارگي مجدد ميشوند. در صورت عدم ترميم پارگيهاي جزيي، باگذشت زمان پيشرفت و به پارگي تمام ضخامت تبديل ميگردند. بهدليل نرخ بالاي پارگي تاندون و ناكارآمدي روشهاي ترميم فعلي، به يك روش جديد و مؤثرتر بدون استفاده از بخيه جهت اتصال تاندون به استخوان و مقاوم در برابر بارگذاريهاي روزمره نياز است. در اين مطالعه، مدل سهبعدي اجزايمحدود استخوان كتف، بازو و تاندون از تصاوير سيتياسكن مدلسازي و سپس پچ چسبنده ترميمي مستطيلشكلي روي تاندون و استخوان بازو طراحي ميگردد. با استفاده از مدلسازي ناحيه چسبنده، قدرت چسبندگي اين چسب بررسي شد. پارامترهاي مدل ناحيه چسبنده، از جمله استحكام چسبناك، سفتي ناحيه چسبنده و انرژي شكست، بهطور جداگانه و با ثابت ماندن دو پارامتر ديگر در طي سه حركت ابداكشن 60 درجه، فلكشن و چرخش 45 درجه بهمنظور يافتن خواص مناسب با چسبندگي بالا و مقاوم در طي اين سه حركت بررسي شد. متغيرهاي خروجي آسيب در نرمافزار اجزايمحدود آباكوس، از جمله شروع آسيب و گسستگي پچ و پيشرفت آسيب، بررسي و استخراج شد. نتايج نشان داد كه پچ داراي انرژي شكست بالاتر از 100 ژول بر متر مربع و استحكام چسبناك بين 14/1 تا 10 مگاپاسكال، چسبندگي خود را در طي حركت فلكشن و ابداكشن روي تاندون و استخوان حفظ كرده و گسسته نميشود. اين مقدار براي حركت چرخش داخلي شانه بالاتر بود. پچ در حركت چرخش داخلي، استحكام چسبناك بين 8/1 تا 10 مگاپاسكال و انرژي شكست بالاتر از 500 ژول بر متر مربع، چسبندگي خوبي به تاندون و استخوان دارد. مواد داراي مدول بالاتر، سفتي بيشتر و در نتيجه انتقال نيروي كمتر داشتند. شكست و آسيب پچ در مواد با مدول برشي بالا بيشتر بود. مدول برشي براي حركت ابداكشن بين 5/0 تا 6/7 مگاپاسكال، براي حركت فلكشن بين 5/0 تا 4/11 مگاپاسكال و براي حركت چرخش داخلي بين 5/0 تا 5/1 مگاپاسكال سفتي مناسبي محسوب ميشد. صحت و اعتبار متغير خروجي تكامل آسيب با تغييرات پارامترهاي مدلسازي ناحيه چسبنده، با استفاده از آزمونهاي آماري پيرسون و اسپيرمن بررسي و شدت همبستگي پارامترها بيان شد. بر مبناي نتايج حاصل از آسيب و گسستگي پچ و محدوده مطرح شده، چسبهاي مشتق شده زيستي از جمله DOPA، اورگانوفسفرها، چسبهاي مبتني بر سينواكريلاتهاي تجاري، الاستومرها، بيوسراميكهاي تزريقي و چسبهاي اپوكسي متخلخل و 3و4ديهيدروكسي فنيل كيتوسان مواد مناسب داراي قدرت چسبندگي در محدوده 8/1 تا 10 مگاپاسكال در سه حركت ابداكشن، فلكشن و چرخش داخلي هستند. پچهاي چسبنده مدلسازي شده با روش اجزايمحدود، روشي نوين بدون استفاده از بخيه با قدرت چسبندگي مناسب اتصال روي تاندون و استخوان معرفي كردند. نتايج اين مطالعه به پژوهشگران و پزشكان در انتخاب مواد با قابليت چسبندگي در محيط بيولوژيكي بدن براي ترميم تاندون، با درنظرگرفتن حركات روزمره شانه از جمله ابداكشن، فلكشن و چرخش داخلي كمك شاياني خواهدكرد.
كليدواژه لاتين
Rotator cuff tendon Tear , Finite element method , Cohesive zone model , Adhesive patch
عنوان لاتين
Design and Modeling of Adhesive Patch for Rotator Cuff Tendon Tear Repair using Finite Element Method
گروه آموزشي
مهندسي پزشكي
چكيده لاتين
Shoulder injuries are the third most common musculoskeletal injuries. Rotator cuff tears are the most common age-related injury and disability in people over 45, leading to pain and discomfort, decreased function, and reduced range of motion. Suture-based repair methods have a high re-tear rate of 94% after several years. If partial tears are not repaired, they progress to full-thickness tears over time. Due to the high rate of tendon re-tears and the inefficiency of current repair methods, a new and more effective sutureless method is needed to attach the tendon to the bone that can withstand daily loading. In this study, a three-dimensional finite element model of the scapula, humerus, and tendon was created from CT scan images, and then a rectangular adhesive repair patch was designed on the tendon and humerus. By modeling the adhesive region, the adhesive strength of this adhesive was investigated. The parameters of the adhesive region model, including interfacial strength, penalty stiffness, and fracture energy, were separately investigated while keeping the other two parameters constant during three movements: 60-degree abduction, flexion, and 45-degree rotation, to find suitable properties with high adhesion and resistance during these three movements. Output parameters of damage in Abaqus finite element software, including damage initiation and patch separation and damage progression, were extracted and analyzed. The results showed that the patch with a fracture energy higher than 100 J/m2 and a cohesive strength between 1.14 and 10 MPa maintained its adhesion to the tendon and bone during flexion and abduction movements and did not separate. This value was higher for the shoulder internal rotation movement. In the internal rotation movement, the patch had good adhesion to the tendon and bone with a cohesive strength between 1.8 and 10 MPa and a fracture energy higher than 500 J/m2. Materials with higher modulus and stiffness resulted in less force transfer. Patch failure and damage were higher in materials with high shear modulus. Shear modulus between 0.5 and 7.6 MPa for abduction, between 0.5 and 11 MPa for flexion, and between 0.5 and 1.5 MPa for internal rotation was considered a suitable stiffness. The accuracy and validity of the damage evolution output parameter with changes in the modeling parameters of the adhesive region were investigated using Pearson and Spearman statistical tests, and the correlation coefficient of the parameters was expressed. Based on the results obtained from patch damage and separation and the proposed range, bio-derived adhesives such as DOPA, organophosphates, commercial cyanoacrylate-based adhesives, elastomers, injectable bioceramics, and porous epoxy adhesives and 3,4-dihydroxyphenyl chitosan are suitable materials with adhesive strength in the range of 1.8 to 10 MPa in three movements of abduction, flexion, and internal rotation. Adhesive patches modeled with the finite element method introduced a novel sutureless method with suitable adhesive strength for attachment to the tendon and bone. The results of this study provided significant assistance to researchers and physicians in selecting materials with adhesion capability in the bodyʹs biological environment for tendon repair, considering daily shoulder movements, including abduction, flexion, and internal rotation.
تعداد فصل ها
5
فهرست مطالب pdf
122823
نويسنده