پاسخ بیومکانیک دیسک های تخریب شده و ترمیم شده کمر تحت بارگذاری ضربه ای
چکیده
درک تاثیر بارگذاری ضربه ای بر روی پاسخ مکانیکی دیسک های میان مهره ای (IVD) یکی از مهمترین موضوعات برای ارزیابی مکانیزم های آسیب و تقسیمبندی کردن روش های درمانی موثر می باشد. این مطالعه از 24 بخش حرکتی گردنی خوکی استفاده کرده است تا بتواند پاسخ مکانیکی دیسک های سالم (8) ، تخریب شده ( دناتوره شده با تریپسین، 8) و ترمیم شده ( ترمیم شده با ژنپین 8) را تحت بارگذاری های ضربه ای مشخص کند. یک تحلیل کلی از شبیه سازی های المان محدود متخلخل و الاستیک نیز در ترکیب با تست های کشش و ضربه آزمایشگاهی در این مطالعه مورد استفاده قرار گرفته است تا بتوان ویژگی های مواد را به دست آورد. تحلیل مستقیم نیز در این مطالعه با استفاده از مدل های FE خاص هر مدل انجام شده است تا بتوان تاثیر مدت زمان ضربه را هم ارزیابی کرد. بیشترین تنش محوری در IVD ها ، تنش های ون میسز در صفحه های نهایی و فشار متخلخل بین دیسک ها (IDP) نیز تحت پیش بارگذاری های 400 نیوتونی ، و سپس تحت توالی بار های ضربه ای برای 10 تکرار ( 10 تا 100 میلی ثانیه) ارزیابی شدند. نتایج به دست آمده در تطابق خوبی با آزمایش های کشش و ضربه بودند ( خطای کمتر از 10%). یک تفاوت محسوس نیز در بیشترین تنش محوری بین گروه دیسک های سالم و تخریب شده وجود داشت. در گروه دیسکهای تخریب شده، IDP به صورت محسوس کمتر بود. میزان تنش ون مسیز در صفحه های نهایی مجاور ، در اثر تخریب دیسک ها به صورت محسوس افزایش پیدا می کرد. ژنیپین اتصال دهنده میانی، این پتانسیل را دارد تا تغییرات ایجاد شده در دیسک های تخریب شده را تا حد زیادی بازیابی کند و گاهی می تواند پاسخ های مبتنی بر زمان را هم تغییر دهد، به خصوص در IDP ها. این موضوع بر اساس دانش ما، اولین مطالعه می باشد که تاثیر بارگذاری ضربه ای بر روی دیسک های سالم، تخریب شده و ترمیم شده را با استفاده از اعتبار سنجی های تست کششی و ضربه ای ارزیابی می کند.
1. مقدمه
تخریب دیسک های میان مهره ای (IVD) ها فارغ از نوع این دیسک ها ، عوامل خطر و مکانیزم های شروع این آسیب ها به صورت مستقیم مرتبط با درد شدید در قسمت پایینی کمر (LBP) ، می باشد و مهم ترین عامل نناتوانی در سراسر جهان می باشد. دیسک های تخریب شده (DDD) بیماری است که تقریبا یک سوم جمعیت بالغ جهان را تحت تاثیر خودش قرار داده است و چالش های نا توانی و بار اقتصادی اجتماعی زیادی را برای فرد ایجاد می کنند که با افزایش رشد جمعیت پیر، میزان این بیماری نیز بیشتر شده است. دلایل زیر لایه ای برای تخریب این دیسک ها (DD) ، عوامل مختلفی هستند که عوامل زیست محیطی و ژنتیکی، سن، مشکلات تغذیه ای، و همچنین تاریخچه بارگذاری های مکانیکی همگی باعث می شوند که وضعیت دیسک های سالم تحت تاثیر قرار بگیرد. این موضوع به صورت گسترده پذیرفته شده است که بارگذاری های مکانیکی تاثیر محسوسی بر روی DD ایجاد می کنند.
Abstract
Understanding the effect of impact loading on the mechanical response of the intervertebral disc (IVD) is valuable for investigating injury mechanisms and devising effective therapeutic modalities. This study used 24 porcine thoracic motion segments to characterize the mechanical response of intact (N = 8), degenerated (Trypsin-denatured, N = 8), and repaired (Genepin-treated, N = 8) IVDs subject to impact loading. A meta-model analysis of poroelastic finite element simulations was used in combination with ex-vivo creep and impact tests to extract the material properties. Forward analyses using updated specimen-specific FE models were performed to evaluate the effect of impact duration. The maximum axial stress in the IVDs, Von-Mises stress in the endplates, and intradiscal pore pressure (IDP) were calculated, under a 400 N preload, subject to a sequence of impact loads for 10 impact durations (10–100 ms). The results were in good agreement with both creep and impact experiments (error < 10%). A significant difference was found in the maximum axial stress between the intact and degenerated disc groups. The IDP was also significantly lower in the degenerated disc group. The Von Mises stress in the adjacent endplates significantly increased with degeneration. It is concluded that the disc time-dependent response significantly changes with disc degeneration. Cross-linker Genipin has the potential to recover the hydraulic permeability and can potentially change the time dependent response, particularly in the IDP. This is the first study, to our best knowledge, which explores the effect of impact loading on the healthy, degenerated and repaired IVD using both creep and impact validation tests.
1. Introduction
Degeneration of the intervertebral disc (IVD), regardless of the phenotypes, risk factors and initiating mechanisms is directly linked to acute and chronic low back pain (LBP), the leading cause of disability worldwide (WHO, 2016). Degenerative disc disease (DDD) is estimated to afflict one third of the world’s adult population, instigating significant morbidity and socioeconomic challenges, which are increasing as the elderly population continues to grow. The underlying causes for disc degeneration (DD) are multifactorial, where genetic and environmental factors, age, nutritional compromise, as well as mechanical loading history, all predispose the healthy disc to structural failure (Adams and Roughley, 2006; Dudli et al., 2012). It is widely accepted, though, that mechanical loading plays a key role in DD (Adams and Dolan, 2016).
چکیده
1. مقدمه
2. مواد و روش ها
2.1 آزمایش های محیط مصنوعی
2.2 تست های آزمایشی در محیط طبیعی
2.3 مدل سازی FE الاستیک متخلخل و شناسایی مواد
2.4 شبیه سازی های FE بر اساس مدل های FE به روز رسانی شده خاص نمونه ها
2.5 تحلیل های آماری
3. نتایج
4. مباحث
Abstract
1. Introduction
2. Materials and methods
2.1. Ex-vivo experiment
2.2. Poroelastic FE modeling and material identification
2.3. FE simulations based on updated specimen-specific FE models
2.4. Statistical analysis
3. Results
4. Discussion
5. Conflict of interest
- 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