مروری بر کاربردهای مدل سازی المان محدود برای بیومکانیک استخوان
چکیده
در چند دهه ی گذشته، مدل سازی المان محدود به عنوان یک ابزار موثر برای مدل سازی و شبیه سازی سیستم های مهندسی بیومکانیک مورد استفاده قرار گرفته است. روش های مدل سازی المان محدود (FEM) یک تکنیک محاسباتی است که می توان از آن برای حل کردن مسئله های مهندسی بیومکانیک مبتنی بر نظریات مکانیک پیوسته، استفاده کرد. این مقاله جدیدترین کاربرد های مدل سازی المان محدود را در چهار حوزه از بیومکانیک پا ارائه می کند، یعنی تحلیل تنش و کرنش، تعیین ویژگی های مکانیکی، طراحی تثبیت شکستگی ( کاشت یا ایمپلنت) و پیش بینی بار گذاری بر روی محل شکستگی. هدف این مرور فراهم کردن جزییات دقیق در رابطه با توسعه های موجود در حوزه ی کاربرد های FEM در بیومکانیک استخوان در دهه های اخیر می باشد. این مرور به محققان و متخصص های بالینی کمک می کند تا بیماران را بهتر درمان کرده و بتوانند در آینده طراحی های تثبیت شکستگی را ارائه کنند.
مقدمه
روش المان محدود اولین مرتبه در بیومکانیک برای تحلیل رفتار مکانیکی بخش های اسکلتی در سال 1972 مورد استفاده قرار گرفت. به صورت دائم این روش در زمینه های بیومکانیک بسیار محبوب شد. مدل سازی المان محدود دارای سه مرحله ی اصلی برای تحلیل استخوان های انسان می باشد، یعنی مرحله ی پیش پردازنده، راه حل و مرحله ی پسا پردازنده. در مرحله ی پیش پردازنده یک مدل CAD باید ایجاد شود. ویژگی های حالت هندسی و مواد ( واحد های هانسفیلد CT) در استخوان را می توان با استفاده از مقطع نگاری کامپیوتری (CT) به دست آورد. حالت هندسی تثبیت های شکستگی ها ( ایمپلنت ها) هم معمولا بر روی نرم افزار های CAD مانند CATIA ، Solid Works ، Pro-E و غیره انجام می شود. زمانی که مدل استخوان ایجاد شد، کار طراحی مش ها انجام می شود. ویژگی های مواد برای هر مدل مشخص شده و در نهایت شرایط مرزی برای مدل اعمال می شود ( شکل 1) . باید از شرایط مرزی مناسب در FEM استفاده کرد تا نتایج صحیحی را به دست آورد.
Summary
In the past few decades the finite element modelling has been developed as an effective tool for modelling and simulation of the biomedical engineering system. Finite element modelling (FEM) is a computational technique which can be used to solve the biomedical engineering problems based on the theories of continuum mechanics. This paper presents the state of art review on finite element modelling application in the four areas of bone biomechanics, i.e., analysis of stress and strain, determination of mechanical properties, fracture fixation design (implants), and fracture load prediction. The aim of this review is to provide a comprehensive detail about the development in the area of application of FEM in bone biomechanics during the last decades. It will help the researchers and the clinicians alike for the better treatment of patients and future development of new fixation designs.
Introduction
The finite element method was first used in bone biomechanics for analysis of mechanical behaviour of skeletal parts in 1972 (Huiskes and Chao, 1983). Steadily this method has become very popular in biomechanics field. Finite element modelling (FEM) has three major stages to analyse the human bones i.e. pre-processor, solution, and the post process stage. In the pre-process stage a CAD model is required to be generated. The geometry and material properties (CT Hounsfield Units) of bone can be acquired from computed tomography (CT). The geometry of fracture fixation (implant) is usually developed on CAD software like CATIA, Solid works, Pro/E etc. Once the bone model is developed the mesh generation is carried out. The material properties to each model is assigned and finally the boundary conditions are applied (Fig. 1). It is essential to apply the correct boundary conditions in FEM to get accurate results.
چکیده
مقدمه
تحلیل کرنش و تنش
ویژگی های مکانیکی استخوان
طراحی تثبیت شکستگی ( ایمپلنت)
تحلیل بار شکستگی
جمع بندی
Summary
Introduction
Stress and strain analysis
Mechanical properties of bone
Fracture fixation design (implant)
Fracture load analysis
Conclusion
- اصل مقاله انگلیسی با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه