معماری هوشمند محیطی مبتنی بر زمینه MRPM 12 ضربه ای فیلتر FIR نیم باند بیشتر حساسیت زدایی شده برای سیگنال EEG

Ambient intelligence architecture of MRPM context based 12-tap further desensitized half band FIR filter for EEG signal

چکیده
1. مقدمه
2. اثر مربوط
3. روش ارائه شده
4. نتایج و مباحث
5. نتیجه گیری
منابع

چکیده
فیلتر نیم باند ساخته شده با ساختاری آبشاری از فیلتر FIR عدم حساسیت پاسخ فرکانس را با توجه به کمی سازی ضریب کاهش می دهد. فقدان در حساسیت ضریب را می توان با فیلتر FIR نیم- باند حساسیت زدایی شده، بیشتر کاهش داد. یک فیلتر حساسیت زدایی شده دیجیتال شامل فیلتر نیم باند اول و دوم متصل به یک آبشار بین ورودی و خروجی فیلتر دیجیتال است. طراحی آنالیز سیگنال های (EEG) الکتروانسفالوگرام با معماری (FIR) فیلتر پاسخ پالس محدود نیم- باند انجام می شود. این اثر FIR نیم باند 12- ضربه اضافی حساسیت زدایی شده، یگ (MRPM) افزاینده (ضرب کننده) دهقان روسی تغییر یافته کارآمد را با یک بخش (SQRT CSLA) جمع کننده گزینش رقم نقلی ریشه مربعات به کار می گیریم، لازم به ذکر است که (SQRT CSLA) به منظور کاهش سخت افزار در واحد (MAC) ضرب کننده و جمع کننده استفاده می شود. طراحی فیلتر ارائه شده برای آنالیز سیگنال های EEG با سخت افزار کاهش یافته در مونیتورینگ مربوط به مراقبت های بهداشتی برای محیط پیرامون به کار گرفته می شود. روش ارائه شده کاهش 38.5% در تعداد LUTها، کاهش 47.49% در تعداد تکه ها، کاهش 8.16% در تاخیر (نانو ثانیه) و کاهش 29.80% در قدرت (mw) را به معرض نمایش می گذارد.

2. اثر مربوط
2.1. ضرب کننده دهقان روسی
RPM یکی از بهترین الگوریتم های ضرب است. این به قانون «ضرب و تقسیم» بستگی دارد. به منظور ضرب و تقسیم پیاده سازی داده های دیجیتال، شیفترهای چپ و راست استفاده می شود. جمع کننده ها، شیفترهای چپ، شیفترهای راست، تسهیم کننده های 2:1 در RPM استفاده می شود. این روش آسان برای ضرب دو مقدار بیت «n» بصورت مفصل توسط کومار و رابی (2016) تشریح می شود. در این ضرب، این مشتمل بر 3 مرحله است،
• نسل تولید جزئی (PPG)
• کاهش درخت والاس (WTR)
• واحد اضافه نهایی (FAU)

ساختار تغییر یافته ضرب کننده دهقان روسی در شکل 2 نشان داده شده است. در (MDRPM) ضرب کننده دهقان روسی دیجیتال تغییر یافته تنها شیفترهای چپ برای ارائه نتایج PPG استفاده می شود. (RWTG) نسل کاهشی درخت والاس به منظور ثبت نتایج PPG توسعه می یابد. ترکیب کمپرسورهای 5-2، 3-2، 4-2 و نصف جمع کننده ها در ضرب کننده درخت والاس کاهش یافته، در چهار بخش مختلف از مراحل کاهش تولیدات جزئی به کار گرفته می شود. اضافه دو داده بیت «n» با استفاده از (MSQRTCSLA) SQRTCSLA تغییر یافته 16- بیتی انجام می شود.

بلوک نسل رقم نقلی در SQRT CSLA زمان محاسباتی بیشتری را در فرایند اضافه نمودن خرح می کند. SQRTCSLA با استفاده از بلوک کاهش یافته CG تنها چند گیت AND دارد و گیت های OR به منظور تولید خروجی رقم نقلی استفاده می شوند، هم چنان که در SQRTCSLA مرسوم تعداد بالایی از گیت های AND و OR به کار گرفته می شود. MSQRTCSLA شامل DRPM است همانطور که توسط اوتیاکومار و کامالراج (2017) تشریح می شود.

ارزیابی SAR از تلفن همراه نزدیک به ضربان ساز کاشته شده در بدن انسان

SAR Evaluations of Mobile Phone Close to a Pacemaker Implanted in Human Body

چکیده
1 . مقدمه
2 . تحلیل عددی
3 . نتایج عددی
4 . ارزیابی های تجربی
5 . نتیجه گیری
منابع

چکیده
اخیرا، تداخل الکترومغناطیسی (EMI) تنظیم کننده ضربان قلب ایمپلنت شده با تلفن همراه بسیار مورد بررسی قرار گرفته است. برای این دستگاه، انجمن متخصصان ملی ژاپن توصیه کرده است که تلفن همراه را در فاصله ای امن از دستگاه تنظیم کننده ضربان قلب قرار دهید. بعلاوه، ارزیابی تعامل بین موج الکترومغناطیسی (EM) و بدن انسان در حال انجام است. بنابراین، جذب انرژی EM توسط بدن انسان به ویژه در اطراف تنظیم کننده ضربان قلب، که در این حالت تلفن همراه در جیب پیراهن بیمار حامل دستگاه قرار دارد، کاملا ارزیابی شده است. محاسبه ی توزیع نرخ جذب خاص (SAR) اطراف مدل دستگاه تنظیم کننده ضربان، که در یک مدل نیم تنه مستطیلی متوازی الاضلاع قرار داده شده است، و هنگامی که یک مدل تلفن همراه در مجاورت آن قرار دارد، فراهم شده است. بعلاوه، SAR به صورت تجربی نیز به کار رفت، تا این محاسبات عددی ارزیابی شوند. تاکید می شود که توزیع SAR می تواند از حضور یا غیاب مدل تنظیم کننده ضربان، تخمین شود. بعلاوه، نتایج اندازه گیری توزیع SAR با محاسبات سازگار می باشند، بنابراین اعتبار آن تایید شده است.

2 . تحلیل عددی
شکل های 1a و 1b، آنتن PIFA قرار گرفته روی یک پایه فلزی، و ویژگی S11 آنتن را در فضای آزاد نشان می دهند. شکل 1b نشان می دهد که PIFA در فرکانس 2GHz رزونانس می کند (تشدید می شود). خط ثابت، نتایج محاسبه، و خط منقطع نتایج اندازه گیری می باشند. قراردادی مناسب بین اندازه گیری و محاسبه به دست آمد. شکل 2 یک مدل تنظیم کننده ضربان را نشان می دهد. این مدل در مرجع [6] آمده است. محفظه ی تنظیم کننده ابعادی برابر 40 x 30 x 6 mm3 دارد، و قطر سیم سربی 2 mm و طول آن 240 mm می باشد. الکترود در قلب جاگذاری می شود تا پتانسیل میوکاردی مشخص شود. ابعاد آن 6 x 6 x 6 mm3 می باشد.

شکل 3 مدل ارائه شدهبرای محاسبات عددی را نشان می دهد. مدل تنظیم کننده در یک فانتوم نیم تنهی مستطیلی قرار گرفته است، و PIFA روی یک پایه فلزی در مجاورت این نیم تنه قرار گرفته است. PIFA در فرکانس 2 GHz عمل می کند، و توان خروجی 0.25 W خواهد بود. در این بخش، نیم تنه به یک مستطیل متوازی الاضلاع ساده شده است، که ویژگی های الکتریکی آن با عضلات انسان یکسان می باشند [7]. این خصوصیات به صورت زیر می باشند – گذردهی نسبی εr = 54.2، رسانایی σ = 1.5 S/m در فرکانس 2 GHz، و چگالی ρ = 1040 kg/m3. PIFA در فاصله 15 mm از سطح مدل نیم تنهی قرار می گیرد. این فاصله با استفاده از مرجع [8] انتخاب شده است. بعلاوه، PIFA در جهت z ( شکل 4a) و x (شکل 4b) قرار گرفته است، تا وابستگی آن به جهت پایه ی فلزی بررسی شود. جدول 1 پارامترهای محاسبات FDTD را لیست کرده است.

3 . نتایج عددی
در محاسبه ی SAR در اطراف مدل تنظیم کنند، PIFA در صفحه ی x-z اسکن می شود. شکل 4 ناحیه ی اسکن نقطه ی تغذیه ی PIFA قرار گرفته بر پایه فلزی را نشان می دهد. SAR زمانی محاسبه می شود، که نقطه ی تغذیه ی PIFA، با هر نقطه ی شبکه در شکل 4 تطابق داشته باشد. بعلاوه، SAR در هر موقعیت، به SAR میانگین 10-g تبدیل می شود [9]. در این قسمت، SAR میانگین 10-g در مقداری که SAR محلی دارای میانگین بافت 10 g باشد، تعریف می گرد.

محاسبات SAR در اطراف ضربان ساز قلبی کاشته شده توسط ترمینال رادیویی بی سیم

Calculations of SAR around Implanted Cardiac Pacemaker Induced by Wireless Radio Terminal

چکیده
1 . مقدمه
2 . مدل عددی
3 . نتایج محاسبات
4 . نتیجه گیری
منابع

چکیده
اخیرا، تداخل الکترومغناطیسی (EMI) یک تنظیم کننده ی ایمپلنت شده القایی با یک پایانه ی رادیویی سیار، بررسی شده است. با این حال، مطالعات کمی در مورد نرخ جذب خاص (SAR) در اطراف تنظیم کننده ی ضربان القایی توسط پایانه ی رادیویی سیار وجود دارند. در این مقاله، رابطه ی بین موقعیت تنظیم کننده قرار گرفته در یک مدل نیم تنه، مدل پایانه رادیویی بیسیم، و SAR مورد بررسی قرار می گیرند. در نتیجه محاسبات، احتمال افزایش SAR در برخی موارد مشاهده شده اند.

2 . مدل عددی
شکل 3 یک آنتن F معکوس صفحه ای با پایه ی فلزی را نشان می دهد، که پایانه ی رادیویی سیار را شبیه سازی می کند، و ضریب بازتاب آن در نقطه ی تغذیه محاسبه شده است. این آنتن در فرکانس 2 گیگاهرتز عمل می کند و توان خروجی برابر 0.25 وات می باشد. شکل 4 یک مدل تنظیم کننده ایمپلنت شده در مدل نیم تنه انسان را نشان می دهد. این مدل همانند مدل ارائه شده در مرجع [5] می باشد. در این بخش، محفظه ی تنظیم کننده دارای ابعاد 40 x 30 x 6 mm3 می باشد، و سیم سربی دارای قطر 2 میلی متر و طول 240 میلی متر می باشد. رابط بین محفظه ی تنظیم کننده و سیم سربی، یک فضای خالی 2 میلی متری دارد. شکل 5 آرایش مدل نیم تنه و مدل پایانه رادیویی سیار را نشان می دهد. نیم تنه با یک متوازی الاضللاع مستطیلی شکل شبیه سازی می شود، که ویژگی های الکتریکی آن همانند عضلات انسانی است [6]. آنتن در دو حالت، در راستای محور z ( شکل 5a) و در راستای محور x (شکل 5b)، قرار می گیرد. شکل 6 ناحیه ی اسکن نقطه ی تغذیه را نشان می دهد. در این مقاله، به منظور یافتن بدترین حالت ( موقعیت مدل پایانه ی رادیویی سیار و مدل تنظیم کننده ضربان)، تحت برخی فرضیات، مدل پایانه ی رادیویی سیار در ناحیه ی اسکن، تصویربرداری (اسکن) خواهد شد. در این بخش، مبدا مختصات در ناحیه ی اسکن، فضای خالی بین محفظه ی تنظیم کننده و سیم سربی می باشد. ناحیه ی اسکن تا زمانی که مقادیر SAR در مجاورت خود به طور مناسب کم باشد، بزرگ می شود.

مقادیر SAR هنگامی که نقطه ی تغذیه بر نقطه شبکه ی ناحیه ی اسکن، با تعریف زیر، منطبق شد، محاسبه می شوند.
(1) که در آن σ رسانایی بافت بیولوژیک [S/m]، ρ تراکم بافت بیولوژیک [kg/m3]، و E میدان الکتریکی (rms) [V/m] می باشند. به منظور محاسبه ی مقادیر SAR در هر نقطه، روش دامنه زمانی اختلاف متناهی (FDTD) [7] به کار رفته است. جدول 1 پارامترهای محاسبات FDTD را نمایش می دهد.

3 . نتایج محاسبات
شکل 7 ، SAR میانگین 10-g محاسبه شده را در منطقه ی اسکن، هنگامی که عمق تنظیم کننده برابر d = 14 mm می باشد، را نشان می دهد. از شکل 7a، حداکثر SAR میانگین 10-g در مبدا ناحیه ی اسکن، در جهت z آنتن، مشاهده می شود. از سوی دیگر در شکل 7b، حداکثر SAR ماینگین 10-g در نقطه ی x= 10mm و z= -30 mm مشاهده می شود. این نقطه موقعیتی است که سیم سربی در جهت x (قسمت طویل تر) تقریبا با مرکز پایه ی فلزی مدل پایانه ی رادیویی سیار هم پوشانی دارد. بعلاوه، حداکثر مقادیر هر دو SAR میانگین 10-g برابر 1.36 W/kg می باشند.

دستگاه هشدار و پیش بینی افتادن مبنی بر اینترنت اشیا (IoT)

Internet of Things based Fall Prediction and Alerting Device

چکیده

مقدمه

روش شناسی

1- سامانه ی پیشنهادی

2- Twilio و اینترنت اشیاء

3- بستر اینترنت اشیای Thingspeak

نتایج و بحث

نتیجه گیری

منابع

چکیده

     بیش تر اوقات افراد کهنسال تنها زندگی می کنند یا به دلایل بسیار، از افراد جوان تر جدا هستند. از آنجا که آنان تنها زندگی می کنند، معمولاً بر زمین می افتند. این زمین خوردن منجر به مسائل گوناگونی مرتبط با سلامت می-شود و حتی به مرگ می انجامد. در این مقاله، یک دستگاه پیش بینی و هشداردهنده ی افتادن مبتنی بر اینترنت اشیاء نقش عمده ای در کمک کردن به این افراد کهنسال ایفا می کند، چرا که مراقبت و پرستاری مستمر و پیوسته از آنان دشوار است. افزون بر این، دستگاه پیشنهادی به شکلی طراحی شده است که هرگاه بیمار در آستانه ی افتادن باشد، با حس کردن مقدار مربوط به حسگرهای شتاب سنج و چرخش سنج و مقایسه ی آن ها با مقدار آستانه، زنگ مربوط صدای هشداردهنده ای تولید می کند تا موضوع را به بیمار منتقل کند. همچنین، این دستگاه پس از به زمین افتادن بیمار، پیام های هشداردهنده ای برای سرپرست می فرستد. نتیجه نشان می دهد که پیام به سرپرست بیمار هشدار می دهد و باعث می شود که بیمار کمک را به موقع دریافت کند. بدین ترتیب، مراقبت ویژه تضمین می شود تا از آن افراد مراقبت شود و می توان مانع از رخ دادن مسائل مربوط شد.

سامانه ی پیشنهادی

مدل های کنونی فاقد یک دکمه ی چُرت (خاموشی موقت) برای جلوگیری از هشدار کاذب هستند و هیچ گزینه ای برای هشدار دادن به افراد ناشنوا وجود ندارد. محدودیت زمانی برای دریافت پیام هشدار زمان می برد. بیش تر مدل-های کنونی به صورت دستگاه های پوشیدنی طراحی می شوند که می تواند باعث ناراحتی برای کاربر (استفاده کننده) شود. مدل های کنونی عمدتاً با بوردهای آروئینو طراحی می شوند که نسبت به رزبری پای نسبتاً کندتر هستند.

سامانه ی پیشنهادی در مقایسه با مدل های موجود دارای ارتقاهای زیر است:

• مدل پیشنهادی با دکمه ی چُرت برای جلوگیری از هشدار کاذب طراحی می شود.
• این مدل در هشدار دادن به افراد ناشنوا سودمند است چون با LED طراحی می شود.
• کاربرد Twilio تضمین می کند که پیام هشدار به موقع تحویل داده می شود.
• مدل پیشنهادی یک دستگاه تعبیه شده در ویلچر است که نمی تواند هیچ ناراحتی برای کاربر در پی داشته باشد.
• این سامانه با رزبری پای 3 مدل B+ طراحی می شود که سریع تر و دقیق تر است.

شکل 1 نمودار بلوکی این مدل پیشنهادی را نشان می دهد که هم شامل پیش بینی افتادن و هم سامانه ی هشداردهنده است.

     چند بخش وجود دارد که در این اثر مورد استفاده قرار می گیرند، مانند رزبری پای 3 مدل B+، حسگر شتاب-سنج و چرخش سنج (MPU6050)، زنگ فعال، دکمه ی فشار، پایداری کننده و غیره. این دستگاه بر پایه ی مقادیر ثبت شده توسط حسگر شتاب سنج و چرخش سنج که به سرپرست هشدار می دهند، عمل می کند. سامانه ی هشداردهنده در این دستگاه پیام افتادن را به نزدیکان بیمار منتقل می کند. دستگاه زمانی هشدار خود را فعال می کند که تشخیص دهنده ی افتادن سیگنال های دریافتی از حسگر شتاب سنج و چرخش سنج را بلادرنگ رصد کند و بدین وسیله هشداری مبنی بر این که او در حال افتادن است، برای بیمار فراهم می کند. این هشدار زمانی تولید خواهد شد که مقادیر حسگر از مقدار آستانه ی مشخصی فراتر روند یا زمانی که مقادیر با یک نرخ مشخصی در حال افزایش باشند. افزون بر این، دستگاه پیشنهادی شامل یک دکمه ی فشار است که بیمار می تواند آن را فعال کند تا هشدار را در صورت تولید یک هشدار کاذب قطع کند. چنانچه دکمه ی فشار ظرف 10 ثانیه فعال-سازی نشود، پیام به سرپرست بیمار فرستاده خواهد شد. کل این الگوریتم با استفاده از نرم افزار پایتون در درون محیط رزبری پای کدنویسی می شود.

Twilio و اینترنت اشیاء

     Twilio یک اَبَرتارنما از اتصالات میان ارتباطات راه دور و شبکه است که به متصل شدن بی وقفه ی مشتریان در هر نقطه ای و در هر زمانی کمک می کند. این فعال سازی با ایجاد یک حساب کاربری با استفاده از شناسه ی ایمیل سرپرست بیمار آغاز می شود و شماره ی تلفن سرپرست در این حساب لحاظ می شود. افزون بر این، SID حساب (Accounts SID)، توکن احراز هویت (Auth token) و شماره تلفن Twilio (Twilio phone number) در Twilio تولید خواهند شد. این موضوع را می توان در بخش کنسول این صفحه ی وب Twilio مشاهده کرد. شکل 2 صفحه ی وب کنسول در حساب Twilio را نشان می دهد. Twilio دارای کتابخانه هایی برای NodeJS است که با استفاده از آن می توان قابلیت کنترل با متن را برای رزبری پای خود فراهم کرد.

چگونگی کار با تجزیه الکترومیوگرافی در کلاس های عملی بیومکانیک و فیزیولوژی ورزشی

How to Work with Electromyography Decomposition in Practical Classes of Exercise Physiology and Biomechanics

چکیده

1 مقدمه

2 تاکید بکارگیری واحد حرکتی و ارزیابی آن

3 تجزیه الکترومایوگرافی سطحی و جنبه‌های روش‌شناسی برای درس‌های عملی

4 مثال‌هایی از درس‌های عملی با استفاده از تجزیه الکترومایوگرافی سطحی برای آموزش بکارگیری واحدهای حرکتی “

5 جمع‌بندی

مراجع

چکیده
     مفاهیم مربوط به بکارگیری واحد حرکتی ، مفاهیم مهم یادگیری در کلاس‌های فیزیولوژی ورزش و بیومکانیک هستند که معمولا به صورت نظری آموزش داده می‌شوند. در چند سال اخیر پیشرفت‌های زیادی در تجزیه الکترومایوگرافی سطحی رخ داده‌است که یادگیری مطالب نظری را به روش تجربی امکان پذیر می‌سازد. در این مقاله آموزشی ، ما تجزیه جنبه‌های روش‌شناختی الکترومیوگرافی سطحی و مثال‌هایی برای آموزش مفاهیم بکارگیری واحدهای حرکتی در درس‌های عملی فیزیولوژی ورزش و بیومکانیک را شرح داده‌ایم. این کار با هدف تسهیل فیزیولوژی و بیومکانیک دانشگاهی برای معرفی این تکنیک در کلاس‌های عملی انجام شده‌است.

تاکید بکارگیری واحد حرکتی و ارزیابی آن
     از این مفهوم که تولید حرکت با یک سیگنال عصبی منتقل‌شده از طریق پتانسیل‌های عمل محوری به یک یا چند واحد حرکتی آغاز می‌شود [۶، ۷]‏ تعاریف و محتوای نظری مختلف باید در طول کلاس‌های فیزیولوژیکی و بیومکانیکی ارائه شود. یک نورون حرکتی به نورون در سیستم عصبی مرکزی اشاره می‌کند که آکسون خود را به ماهیچه یا غده گسترش می‌دهد و یک واحد حرکتی تعداد فیبرهای ماهیچه‌ای است که توسط همان نورون‌های حرکتی عصب دار می‌شوند. تعداد واحدهای حرکتی فعال شده و نرخ اخراج متناظر آن‌ها نیروی عضله تولید شده و تعامل آن با محیط را تعیین می‌کند و اطلاعاتی در مورد کنترل فردی سیستم عصبی – عضلانی فراهم می‌کند [۶، ۹، ۱۰]‏. از سال ۱۹۵۷، هنگامی که آزمایش‌ها با گربه‌های بی‌هوش انجام شد [۱۱]‏ عموما پذیرفته شده‌است که واحدهای حرکتی به ترتیب با افزایش اندازه به کار گرفته می‌شوند [۹]‏. با این حال دانش خاص در مورد انواع واحد حرکتی و نرخ‌های اخراج مربوطه در طول دهه‌های اخیر ، تا حدی به دلیل محدودیت‌های روش‌شناختی ، دست‌خوش تغییرات زیادی شده‌است. تا دهه ۱۹۹۰ ، نظریه فرآیند سلسله مراتبی تحلیلی به طور معمول پذیرفته شد که بیان می‌کند که نورون‌های حرکتی کوچک‌تر نرخ‌های اخراج کمتری تولید می‌کنند ، با یک آستانه پایین‌تر و نیروی دامنه بزرگ‌تر و کوچک‌تر نسبت به نورون‌های بزرگ‌تر بکارگرفته می‌شوند[۹]‏.

     با این حال مطالعات خلفی از نظریه طرح Onion – Skin پشتیبانی می‌کنند که در آن واحدهای حرکتی که برای اولین بار به کار گرفته شده‌اند ، نرخ اخراج بالاتری نسبت به واحدهای حرکتی که بعدا به کار گرفته شده‌اند ، دارند [۹، ۱۲]‏. بنابراین واحدهای حرکتی با آستانه پایین‌تر قادر به حفظ تولید نیرو برای دوره‌های زمانی نسبتا طولانی‌تر (‏با نرخ اخراج بالاتر)‏ هستند در حالی که واحدهای حرکتی با آستانه بالاتر و تولید نیروی بالاتر در سطوح نیروی پایین فعال نمی‌شوند و برای کمک به سطوح نیروی بالا ، علی‌رغم سطوح نرخ اخراج پایین ، در دسترس می‌مانند [۹]‏.

     ارزیابی بکارگیری واحد حرکتی در طول ورزش و در جمعیت‌های مختلف بسیار مورد توجه است زیرا می‌تواند اطلاعات مربوط به ظرفیت فیزیکی ، ترکیب و یا عملکرد ماهیچه‌های مختلف و اثر یک مداخله بالینی را فراهم کند [۱۰، ۱۳، ۱۸]‏. علاوه بر این ارزیابی آن در ارائه اطلاعات در مورد تعادل ایستاده [۱۹]‏ ، سطوح نیرو در طول انقباضات دردناک [۲۰]‏ و تحرک و قدرت اندام تحتانی [۲۱]‏ مفید است. پتانسیل عمل واحد حرکتی منجر به سیگنال‌های الکتریکی می‌شود. اگرچه آن‌ها را می توان با استفاده از الکترودهای عضلانی ارزیابی کرد ، ماهیت تهاجمی آن‌ها و کشف حجم کم آن‌ها منجر به مطالعات مرتبط با الکترومیوگرافی سطحی (‏SEMG) ‏و حذف آن‌ها در تدریس درس‌های عملی شده‌است. استخدام واحدهای حرکتی با استفاده از الکترومایوگرافی سطحی با تحلیل فرکانس و طیفی ارزیابی شده‌است [۱۳ – ۱۵]‏، اما این نوع تحلیل به دلیل ارتباط دشوار بین نوع فیبر و سرعت هدایت مورد انتقاد قرار گرفته‌است [۲۳]‏. ظهور و پیشرفت تجزیه الکترومایوگرافی سطحی یک روش جالب برای ارزیابی بکارگیری واحدهای حرکتی و انتقال کاربرد آن‌ها به درس‌های عملی فیزیولوژی و بیومکانیک فراهم کرده‌است.

یک رویکرد چند مقیاس XFEM برای بررسی رفتار شکستگی مواد ترکیبی الهام گرفته زیستی

A multiscale XFEM approach to investigate the fracture behavior of bio-inspired composite materials

چکیده

1- مقدمه

2- مدل محاسباتی

2-1 مدل هندسی

2-2 تحلیل های عددی و ویژگی های مواد

3- نتایج و مباحث

نکات جمع بندی

چکیده

در تنظیمات روش های نو ظهور در طراحی مواد، ما استفاده از روش المان محدود توسعه یافته (XFEM) را بررسی می کنیم تا رفتار ترکیب های تقویت شده با فیبر با الهام از استخوان های زیستی را بررسی کرده و تاثیر آن را بر روی شکستگی بررسی کنیم. خروجی شبیه سازی ها نشان دهنده ی تطابق خوب با نتایج آزمایشی می باشد و نشان دهنده ی نقش کلیدی است که توسط ریز ساختار های ناهمگن در تغییر میدان تنش ایجاد می شود و ترمرکز تنش در نوک ترک را تغییر می دهد و ما همچنین نقش بحرانی سطح مشترک ( یعنی خط سیمان) را در ایجاد فعال سازی مکانیزم های سفت شدگی استخوان بررسی می کنیم تا بتوانیم تحمل کلی شکست این ترکیب ها را بررسی کنیم.

نکات جمع بندی

به صورت خلاصه، این مقاله یک روش عددی جدید مبتنی بر XFEM را ارائه می کند تا بتوان رفتار مکانیکی مواد مرکب الهام گرفته زیستی را که قبلا طراحی و تولید شده است را بررسی کرد و نقش ویژگی های ریز ساختار (خط سیمان) در روند شکستگی را بررسی کرد. خروجی این مطالعه نشان می دهد که این مدل می تواند رفتار آزمایشی و مکانیزم های سفتی را تقلید کند و تطابق خوبی از نظر ویژگی های مکانیکی و حالت های شکست دارد. نتایج ما در رابطه با نقش خط سیمان در ترکیب های زیستی ما اطلاعات جدیدی را ارائه داده و نشان دهنده ی اهمیت تقلید این ویژگی ها به عنوان یک ناحیه ی مشترک در مواد الهام گرفته از شرایط زیستی می باشد و منجر به افزایش فعال سازی مشخصه های مکانیزم های سفت شدن و ارتقای سفتی شکستگی می باشد. این روش های عددی پیشنهاد شده را می توان تنها برای پیش بینی حالت های شکست مواد مرکب استفاده کرد، همچنین می توان از آن ها برای ارزیابی نقش ریز ساختار های رفتار شکستگی کلی استفاده کرد. نتایج ارائه شده ممکن است منجر به درک بهتر روابط بین ساختار و ویژگی ها در مواد زیستی و زیست تقلیدی شود. با پیشرفت به جلو، این قالب کاری را می توان به عنوان یک ابزار برای بهبود راه حل های جدید طراحی استفاده کرده و راه حل های بهینه ای را در آینده ارائه کند و از تکنیک های بهینه سازی بهره ببرد.

Abstract

In the setting of emerging approaches for material design, we investigate the use of the extended finite element method (XFEM) to predict the behavior of a newly designed bone-inspired fiber-reinforced composite and to elucidate the role of the characteristic microstructural features and interfaces on the overall fracture behavior. The outcome of the simulations, showing a good agreement with the experimental results, reveals the fundamental role played by the heterogeneous microstructure in altering the stress field, reducing the stress concentration at the crack tip, and the crucial role of the interface region (i.e. cement line) in fostering the activation of characteristic toughening mechanisms, thus increasing the overall flaw tolerance of the composite.

4- Concluding remarks

In summary, this paper presented a novel numerical approach, based on XFEM, to investigate the mechanical behavior of a de novo bio-inspired composite, previously designed, manufactured and tested by the authors, and the role of a characteristic microstructural feature (i.e. the cement line) in the fracture process. The outcome of this study shows that the models were able to mimic the experimentally observed behavior and toughening mechanisms, showing a good agreement in terms of mechanical properties and failure modes. Our results also shed light on the role of the cement line in our bone-inspired composite and demonstrate the importance of mimicking such feature – as interface region – in new bone-inspired materials, promoting the activation of characteristic toughening mechanisms and enhancing the fracture toughness. This proposed numerical approach can be used not only to predict the failure modes of composite materials, but also to investigate the role of the microstructure on the overall fracture behavior. The presented results may also provide a better understanding of the relationship between the structure and the properties in biological and biomimetic materials. Going forward, this framework could be used as a tool to improve the current design solution and propose future optimal solutions, also leveraging on optimization techniques.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

یک رویکرد چند مقیاس XFEM برای بررسی رفتار شکستگی مواد ترکیبی الهام گرفته زیستی

A multiscale XFEM approach to investigate the fracture behavior of bio-inspired composite materials

مطالعه مدل اسکلتی-عضلانی فعال و غیرمستقیم برای ارزیابی توزیع بار L4-L5

A combined passive and active musculoskeletal model study to estimate L4-L5 load sharing

چکیده

1 مقدمه

2 روش کار

1- 2 مدل MS

2- 2 مدل FE غیرفعال

3- 2 اعتبارسنجی

4- 2 تطبیق مدل FE غیرفعال با MS

5- 2 فعالیت های شبی ‌سازی شده

3- نتایج

1-3 تایید مدل FE غیرفعال

2-3 پیش‌بینی هایی برای فعالیت های in vivo

4 بحث

1- 4 محدودیت‌ها

2- 4 اعتبارسنجی

3- 4 توزیع بار میان ساختارهای مختلف

4- 4 FL معادل

چکیده

تعدادی از مدل‌های المان متناهی (FE) غیرفعال و دقیق از نظر هندسی برای ستون فقرات کمری تولید شده و در شرایط بارگذاری in vitro تایید شده‌اند. این مدل‌ها فاقد ماهیچه‌ها هستند و بنابراین نمی‌توانند مستقیما برای شبیه‌سازی‌های بارگذاری در شرایط in vivo برای ساختارهای مفصل کمری یا ایمپلنت‌های ستون فقرات مورد استفاده قرار گیرند. بارهای گرانشی و نیروهای عضلانی تخمین زده شده با یک مدل اسکلتی عضلانی (MS) تنه تحت دوازده فعالیت استاتیک بر روی مدل FE غیرفعال بندهای L4-L5 اعمال شدند تا توزیع بار میان ساختارهای مفصل (دیسک، رباط‌ها و مفاصل بین مهره‌ای) تحت شرایط شبیه‌سازی شده‌ی بارگذاری in vivo تخمین زده شود. یک دنبال کننده‌ی معادل (FL) که IDP معادل با IDP تولید شده توسط نیروهای عضلانی ایجاد می‌کند، در هر فعالیت محاسبه شد. نتایج نشان دادند که تحت شرایط بارگذاری in vivo، مدل غیرفعال FE فشارهای بین دیسکی (IDPs) را پیش بینی‌ می‌کنند که تطابق بالایی با IDP اندازه‌گیری شده در فعالیت‌های شبیه‌سازی شده دارند (98/0=R2 و خطای مربع میانگین ریشه یا RMSE= 18/0 مگاپاسکال). FL معادل محاسبه شده به خوبی با نیروی حاصل تمام نیروهای عضلانی و بارهای گرانشی عامل بر روی بند L4-L5 مقایسه شد (99/0=R2 و N 58= RMSE). بنابراین، این FL بعنوان رویکردی جایگزین به منظور ارائه‌ی شرایط بارگذاری in vivo در مطالعات مدل غیرفعال FE می‌تواند توسط مدل‌های تجاری یا خانگی MS تخمین زده شود. در کاربردهای بالینی و طراحی ایمپلنت‌ها روش معمول شرایط بارگذاری in vitro بر مدل‌های FE غیرفعال بطور مناسب شرایط بارگذاری in vivo را تحت اعمال نیروی عضلانی نشان نمی‌دهد. بنابراین باید از شرایط بارگذاری in vivo حقیقی‌تری استفاده کرد.

3- 4 توزیع بار میان ساختارهای مختلف
تخمین تقسیم‌بندی بار و همچنین فشارها و کشش‌های سطح بافت تحت بارهای in vivo اجازه‌ی ارزیابی دقیق خطر آسیب را در مقایسه با آستانه‌ی شکست در انواع مختلف را می‌دهد. بعنوان مثال با اینکه خطر آسیب به دیسک و مفاصل بین مهره‌ای در فعالیت‌های بارگذاری شده (IDP و نیروهای مفاصل بین مهره‌ای بالاتر در فعالیت‌های بالا بردن متقارن و نامتقارن را با این نیروها در موقعیت ایستادن طبیعی مقایسه کنید) افزایش می‌یابد، اما خطر آسیب به رباط‌های خلفی در فعالیت‌های بارگذاری شده کاهش می‌یابد (نیروهای رباطی کوچکتر در فعالیت‌های بالابردن متقارن/نامتقارن را با نیروهایی موقعیت ایستادن طبیعی مقایسه کنید) (جدول 2 و تصویر 7). علاوه بر این، با اینکه خطر آسیب به رباط‌های خلفی و دیسک‌ها با افزایش زاویه‌ی فلکشن تنه افزایش می‌یابد، اما مفاصل بین مهره‌ای در این فعالیت‌ها بهبود می‌یابند.

Abstract

A number of geometrically-detailed passive finite element (FE) models of the lumbar spine have been developed and validated under in vitro loading conditions. These models are devoid of muscles and thus cannot be directly used to simulate in vivo loading conditions acting on the lumbar joint structures or spinal implants. Gravity loads and muscle forces estimated by a trunk musculoskeletal (MS) model under twelve static activities were applied to a passive FE model of the L4-L5 segment to estimate load sharing among the joint structures (disc, ligaments, and facets) under simulated in vivo loading conditions. An equivalent follower (FL), that generates IDP equal to that generated by muscle forces, was computed in each task. Results indicated that under in vivo loading conditions, the passive FE model predicted intradiscal pressures (IDPs) that closely matched those measured under the simulated tasks (R2 = 0.98 and root-mean-squared-error, RMSE = 0.18 MPa). The calculated equivalent FL compared well with the resultant force of all muscle forces and gravity loads acting on the L4-L5 segment (R2 = 0.99 and RMSE = 58 N). Therefore, as an alternative approach to represent in vivo loading conditions in passive FE model studies, this FL can be estimated by available in-house or commercial MS models. In clinical applications and design of implants, commonly considered in vitro loading conditions on the passive FE models do not adequately represent the in vivo loading conditions under muscle exertions. Therefore, more realistic in vivo loading conditions should instead be used.

4-3 Load sharing between different structures

Estimation of load partitioning as well as tissue level stresses and strains under in vivo loads allows for a more accurate evaluation of risk of injury when compared to failure threshold of various. For instance, while risk of injury to the disc and facets increased in loaded (more demanding) activities (compare higher IDP and facet forces in symmetric/asymmetric lifting tasks with those in the neutral standing posture), risk of injury to the posterior ligaments reduced in loaded tasks (compare smaller ligament forces in symmetric/asymmetric lifting tasks with those in the neutral standing posture) (Table 2 and Fig. 7). Moreover, while risk of injury to the posterior ligaments and discs increased with the trunk flexion angle, facets were relieved in these tasks.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مطالعه مدل اسکلتی-عضلانی فعال و غیرمستقیم برای ارزیابی توزیع بار L4-L5

A combined passive and active musculoskeletal model study to estimate L4-L5 load sharing

پاسخ بیومکانیکی دیسک های بین مهره ای تخریب شده و ترمیم شده تحت بارگذاری ضربه ای – ارزیابی های Ex-vivo و در محیط سیلیکنی

Biomechanical response of intact, degenerated and repaired intervertebral discs under impact loading – Ex-vivo and In-Silico investigation

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

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.

4- مباحث

درک نقش بارگذاری ضربه ای بر روی ستون فقرات ، مرتبط با انرژی بالایی می باشد که در دوره کوتاهی از زمان آزاد می شود و ساختار های مختلف ستون فقرات را تحت تاثیر قرار می دهد و باعث می شود که IVD ها در معرض شکست و تخریب قرار بگیرند. در مقالات، در رابطه با پاسخ IVD نسبت به بارگذاری های ضربه ای مطالعه های محدودی موجود می باشد ، و دلیل آن نادر بودن این بارگذاری ها در شرایط فیزیولوژیک می باشد زیرا این نوع بارگذاری ها بیشتر در آسیب های سرعت بالا مثلا در تصادف های وسایل نقلیه ، شرایط نظامی یا مبارزه ای و یا ورزش های ضربه ای ایجاد می شود.

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.

4- Discussion

Understanding the role of impact loading on the spine is relevant due to the high energy released in a short period of time affecting various spinal structures and predisposing the IVD to premature degeneration and fracture. In literature, there is a paucity of data on the response of the IVD to impact loads, be it during rare abnormal occurrences in physiological activities, or as a result of high velocity trauma associated with motor vehicle accidents, military/combat situations, or impact sports.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

پاسخ بیومکانیکی دیسک های بین مهره ای تخریب شده و ترمیم شده تحت بارگذاری ضربه ای – ارزیابی های Ex-vivo و در محیط سیلیکنی

Biomechanical response of intact, degenerated and repaired intervertebral discs under impact loading – Ex-vivo and In-Silico investigation

نسبت شاخص توده بدنی به سن بیمار: یک دستورالعمل مقرون به صرفه برای انتخاب ایمپلنت برای آرتروپلاستی کل زانو

The ratio of patient body mass index to age: a cost-effective implant selection guideline for total knee arthroplasty

چکیده

مقدمه

مواد و روش ها

شرکت کنندگان

روش شناسی مطالعه

نتایج

بحث

نتیجه گیری

چکیده

پس زمینه: ما به دنبال توسعه ی یک دستورالعمل انتخاب ایمپلنت معقول بر اساس نسبت شاخص توده ی بدنی (BMI) به سن بیمار، به منظور انتخاب ایمپلنت مناسب و کاهش هزینه و در عین حال حفظ کیفیت هستیم. نسبت BMI به سن می تواند برای تشخیص نیاز بیمار و انتخاب بیمارانی که ممکن است از تکنولوژی جدیدتر و ایمپلنت های گران تر سود ببرند و آن هایی که ایمپلنت های استاندارد برایشان مناسب خواهد بود، مورد استفاده قرار بگیرد. 

روش ها: یک آنالیز گذشته نگر، انواع ایمپلنت های دریافت شده توسط بیمارانی که از ژانویه ی 2012 تا آگوست 2014 تحت آرتروپلاستی کل زانو قرار گرفته بودند را مورد بررسی قرار داده است. بیمارانی که یک نسبت BMI به سن بیشتر از 0.06 داشتند به عنوان گروه دارای نیاز بالا و واجد شرایط برای ایمپلنت های مناسب برای نیاز بالا یا ایمپلنت استاندارد گروه بندی شده بودند. بیمارانی که یک نسبت BMI به سن کوچکتر مساوی 0.60 داشتند به عنوان گروه دارای نیاز استاندارد شناسایی شده بودند و فقط واجد شرایط ایمپلنت-های استاندارد بودند. ایمپلنت های دریافت شده ی واقعی شناسایی شدند و با ایمپلنت هایی که براساس نسبت BMI به سن پپشگویی شده بودند مورد مقایسه قرار گرفتند و میزان صرفه جویی در هزینه (پس انداز) نیز محاسبه شد. 

نتایج: مجموعا 1507 زانوی جراحی شده شناسایی شد. ایمپلنت های مناسب برای نیاز بالا، نسبت به ایمپلنت-های مناسب برای نیاز استاندارد، 31% هزینه ی بیشتری داشتند. 38 تا از 1084 ایمپلنت مناسب برای نیاز بالا در زانوهای دارای نیاز استاندارد کار گذاشته شده بودند و در مجموع 28.6% از زانوهای مناسب برای نیاز بالا در بیماران دارای نیاز استاندارد مورد استفاده قرار گرفته بودند. 

نتیجه گیری: محدود کردن استفاده از ایمپلنت های مناسب برای نیاز بالا برای بیماران دارای نیازهای عملکردی بالا بر اساس نسبت BMI به سن ممکن است به جراحان برای انتخاب ایمپلنت های مناسب کمک کند و در عین حال یک معیار خرید مبتنی بر ارزش را برای انتخاب ایمپلنت های آرتروپلاستی کل زانو ارائه کند. 

نتیجه گیری 

تغییر به سمت نسبت BMI به سن، اثر کمی روی انتخاب ایمپلنت های TKA توسط جراح در موسسه ی ما داشت. به نظر می رسد که دستورالعمل های انتخاب ایمپلنت، قابلیت پیشگویی هزینه های ایمپلنت برای موسسات بهداشت و درمان را بهبود داده است و در عین حال به جراحان اجازه می دهد تا آن بیمارانی که تکنولوژی های جدید ممکن است برایشان سودمند باشند را انتخاب کنند. محدود کردن استفاده از ایمپلنت های مناسب برای نیاز بالا فقط برای بیماران دارای نیاز بالا، براساس نسبت BMI به سن، ممکن است انتخاب ایمپلنت های مناسب توسط جراحان را هدایت کند و در عین حال معیار خرید مبتنی بر ارزش را برای انتخاب ایمپلنت های TKA ارائه کند (6،7،19).

Abstract

Background We sought to develop an objective implant selection guideline based on the ratio of patient body mass index (BMI) to age in order to select implants preoperatively and reduce cost while maintaining quality. The BMI-to-age ratio can be used to distinguish patient demand and select those patients who may benefit from newer technology and higher cost implants and those who would do well with standard-demand implants.

Methods A retrospective analysis investigated the types of implants received by patients undergoing total knee arthroplasty from January 2012 to August 2014. Patients with a BMI-to-age ratio >0.60 were categorized as high demand and were eligible for either a high-demand implant or a standard-demand implant. Patients with a BMI-to-age ratio ≤0.60 were recognized as standard demand and would be eligible for only standard-demand implants. The actual implant received was identified and compared with the implant as predicted by the BMI-to-age ratio and potential cost savings were identified.

Results A total of 1507 operative knees were identified. The high-demand implant carries a 31% greater cost than that of a standard-demand implant. Thirty-eight of 1084 high-demand implants were placed in standard-demand knees. An additional 1.1% cost was realized with 38 standard-demand knees receiving high-demand implants and 28.6% if high-demand knees had been used in all standard-demand patients.

Conclusions Limiting the use of high-demand implants to high-functional-demand patients based on the BMI-to-age ratio may guide the surgeon’s choice in optimizing implant selection while providing value-based purchasing criteria to the selection of total knee arthroplasty implants.

Conclusions

Transition to the BMI-to-age ratio has had little effect on surgeon’s choice of TKA implants at our institution. Objectifying implant selection guidelines improves the predictability of implant costs for health care institutions while allowing surgeon’s choice for those patients where new technology may be indicated. Limiting the use of high-demand implants to only high-demand patients based on the BMI-to-age ratio may guide the surgeon’s choice in optimizing implant selection while providing value-based purchasing criteria to the selection of TKA implants [6,7,19].

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

نسبت شاخص توده بدنی به سن بیمار: یک دستورالعمل مقرون به صرفه برای انتخاب ایمپلنت برای آرتروپلاستی کل زانو

The ratio of patient body mass index to age: a cost-effective implant selection guideline for total knee arthroplasty

بارهای ناشی از بافت نرم بر روی زانوی سالم در انعطاف های مختلف فیزیولوژیکی: رویکرد آزمایشگاهی-عددی

Soft Tissues’ Loadings on Healthy Knee at Different Physiological Flexions: A Coupled Experimental–Numerical Approach

چکیده

مقدمه

روش

اکتساب (جمع آوری) تصاویر EOS

مدل هندسی سه بعدی

مدل سازی المان محدود

شبیه سازی عددی

نتایج

موقعیت درشت نی

نقشه فشار غضروف

فشار رباط

بحث

شرایط مرزی و خصوصیات مواد

تایید مدل FE توسط موقعیت استخوان

نواقص مدل

نقشه های فشار و فشار رباط

جمع بندی

چکیده

در این مطالعه، حرکت بالا رفتن از پله، به 4 تصویر EOS تجزیه شده است. سپس یک مدل زانوی 3 بعدی وابسته به بیمار، از روی MRI ساخته شد و چندین شبیه سازی عددی مطابق با شرایط مرزی آزمایشگاهی (زاویه ی نیرو و فلکشن) انجام شدند تا تعادل مکانیکی کلی زانو تضمین شود. به محض دستیابی به تعادل مکانیکی، به منظور تایید این مدل بیمار ویژه، ساختار استخوان وی با تصاویر EOS مورد مقایسه قرار گرفت. این مدل، تخمینی از فشار در رباط ها برای هر زاویه ی فلکشن و همچنین نقشه ی فشار روی غضروف ها را برای ما ارائه کرده است. 

مقدمه 

آرتروز زانو یکی از علل مهم ناتوانی در افراد مسن است. مطابق با مطالعه ی انجام شده در بریتانیا و هلند روی جمعیت 55 ساله و بیشتر، 25%، درد مزمن و مداوم زانو را اعلام کرده بودند (پائت و همکارانش، 2001). آرتروز، اثر ترکیبی تخریب غضروف، ضخیم شدن استخوان زیرغضروف و تشکیل استخوان جدید روی لبه های غضروف ها است. اصلی ترین ابزار تشخیصی بالینی برای آرتروز، رادیوگرافی است که اثرات آن روی تصاویر رادیوگرافی مشخص می شود ازجمله: باریک شدن فضای مفصل به دلیل تخریب غضروف، تغییر شدت سیگنال به دلیل ضخیم شدن استخوان زیر غضروف و تشکیل استخوان که مستقیما مشاهده می شود. 

جمع بندی 

به منظور مطالعه ی موضوع تخریب زانو و درد، در زمان ابتلا به آرتروز، هم در رابطه با فشار روی غضروف ها و هم ثبات زانو، یک مدل مفصل زانو ایجاد شد. ما یک رویکرد ترکیبی که هم شامل استفاده از یک تصویربرداری پزشکی (MRI، سیستم رادیوگرافی EOS) و هم پلتفرم نیرو همراه با یک مدل FE است را پیشنهاد کردیم. هدف، دستیابی به نقشه های فشار روی غضروف های زانو و فشار تحمیل شده توسط رباط های آن در طی فعالیت روزانه بود.

Abstract

In this study, the movement of climbing a step is decomposed in 4 EOS images. A patient-dependent 3D model of the knee is then created from MRI, and several numerical simulations are carried out according to the experimental boundary conditions (force and flexion angle), so as to ensure the global knee mechanical equilibrium. To validate this patient-specific model, its bony structure is confronted with the EOS images once the mechanical equilibrium is reached. This model gave us an estimation of the stress in the ligaments for every flexion angle as well as a pressure map on the cartilages.

Introduction

Knee osteoarthritis is one of the major causes of disability in older adults. According to a study conducted in the United Kingdom and the Netherlands on a population of 55 y.o. and more, 25% declared having chronical and persistent knee pain (Peat et al. 2001). Osteoarthritis is the combined effect of degradation of the cartilage, thickening of the subchondral bone and new bone formation on the edges of the cartilages. The main clinical diagnosis tool for osteoarthritis is the radiography, with effects being apparent on X-ray images: joint space narrowing for the cartilage destruction, variation of the signal intensity for the thickening of the subchondral bone and the bone formation is directly seen.

Conclusion

In order to study on the question of knee degradation and pain when developing osteoarthritis, related to both the pressure on the cartilages and the knee stability, a knee joint model was created. We proposed a mixed approach, both using medical imaging (MRI, EOS X-ray system) and force platform in conjunction with a FE model. The goal was to obtain pressure maps on the cartilages of the knee and the stress sustained by its ligaments during a daily activity.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

بارهای ناشی از بافت نرم بر روی زانوی سالم در انعطاف های مختلف فیزیولوژیکی: رویکرد آزمایشگاهی-عددی

Soft Tissues’ Loadings on Healthy Knee at Different Physiological Flexions: A Coupled Experimental–Numerical Approach