عنوان

مطالعه میکرومکانیکی تخریب غضروف مفصلی به روش مکانیک آسیب محیط پیوسته

شماره

پ۲۸۱۸۴

زبان متن نوشتاري يا گفتاري و مانند آن

per

عنوان اصلي

مطالعه میکرومکانیکی تخریب غضروف مفصلی به روش مکانیک آسیب محیط پیوسته

نام نخستين پديدآور

هدیه فرهمندپور

نام ناشر، پخش کننده و غيره

مهندسي مکانیک

تاریخ نشرو بخش و غیره

۱۴۰۱

نام خاص و کميت اثر

۶۳ص.

مواد همراه اثر

سی دی

جزئيات پايان نامه و نوع درجه آن

کارشناسی ارشد

نظم درجات

مهندسي پزشکی (گرایش بیومکانیک)

زمان اعطا مدرک

۱۴۰۱/۰۶/۲۷

متن يادداشت

غضروف مفصلی(AC) یکی از بافت¬های پیوندی نرم بدن با قابلیت ترمیم شوندگی محدود می¬باشد که شناخت ویژگی¬های مکانیکی و بررسی بیومکانیکی آن از الزامات استفاده از روش¬های درمانی نوین در عارضه ¬های غضروف مفصلی از جمله آرتروز می¬باشد.آرایش ساختاری و توزیع متفاوت کلاژن¬های موجود در طول عمق این بافت، منجر به رفتار ناهمسانگرد و غیرایزوتروپ این بافت می¬شود. لذا بررسی رفتار غیرایزوتروپ این بافت در طول عمق حائز اهمیت است. در این مطالعه به منظور بررسی رفتار غیرایزوتروپ و میکرومکانیک غضروف مفصلی از توابع انرژی هایپرالاستیک استفاده شده است. به طور کلی مدل¬سازی مکانیکی بافت¬های نرم با استفاده از مکانیک محیط پیوسته و محیط پیوسته در ابعاد میکرو از روش¬های نوین مدل¬سازی مکانیکی بافت¬های نرم می¬باشد. علاوه بر این¬ها به منظور مدل¬سازی رفتار غیرایزوتروپ لایه¬های بافت¬، به داده¬های تجربی و نمودارهای تنش-کرنش حاصل از لایه¬های بافت در دو راستا غضروف مفصلی نیازمندیم. در این مطالعه یک مدل ساختاری هایپرالاستیک غیرایزوتروپ (هولزاپفل) برای بررسی ویژگی¬ها و پارامترهای مادی لایه¬های غضروف مفصلی ارائه شده است که با استفاده از داده¬های تجربی، بارگذاری کششی تک محوری تا شکست بدست می¬آید. همچنین با محاسبه¬ی پارامترهای مادی و معادلات ساختاری، ویژگی¬¬¬های مکانیکی هر یک از سه لایه غضروف بررسی می¬شود. درادامه مدل¬سازی مکانیکی رفتار غیرایزوتروپ لایه¬های این بافت، رفتار کلی بافت در دو راستا پیش¬بینی شده است. در نهایت با گسترش مدل پیشنهادی استفاده شده به مدل آسیب سازنده غضروف مفصلی (CDM) آسیب لایه¬های مختلف غضروف بررسی شده است. به این منظور، با اعمال مقادیر مختلف آسیب در لایه¬های مختلف، به مدل-سازی آسیب لایه¬های بافت در دو راستای مورد بررسی پرداخته شد و در ادامه تاثیرآن بر رفتار کلی بافت مورد بحث قرار گرفت. نتایج حاصل نشان می¬دهد که مدل CDM پیشنهادی قادر به مدل¬سازی آسیب اولیه با بزرگی کوچک و همچنین شکست نهایی کامل بافت AC است. نتایج این مطالعه به روشن شدن مکانیسم¬های آسیب بافتیAC، که شروع و انتشار OA است کمک می¬کند. نتایج و تفسیرهای حاصل از این مطالعه در مهندسی بافت به منظور طراحی اسکفولدها و داربست¬های استخوانی قابل استفاده می¬باشد.هدف این مطالعه گسترش مطالعات و مدل¬سازی مکانیکی مطالعات اخیر با استفاده از مدل هولزاپفل برای درک بهتر آسیب AC است. بنابراین نتایج این مطالعه منجر به بهبود مطالعات فعلی و گسترش درک پژوهشگران از پاسخ مکانیکی لایه¬های این بافت از تخریب و آسیب AC در مقیاس میکرو با توسعه مدل AC می¬شود. علاوه ¬بر این موارد دانستن میزان تنش روی غضروف‌ و ساختار لایه¬های آن‌ نه تنها برای درک فعالیت متابولیک طبیعی سلول‌های غضروفی بسیار مهم است، بلکه برای ایجاد یک واکنش‌گر زیستی بازسازی غضروف مفصلی به عنوان درمان بیماری مفصل زانو بسیار مهم است. با محاسبه پارامترهای مادی و بررسی ویژگی¬های مکانیکی بافت به صورت لایه¬ای و بررسی نتایج، میتوان از اطلاعات حاصل در ساخت اسکفولدها یا داربست¬های غضروفی در فرآیند ترمیم و بازسازی غضروف مفصلی آسیب-دیده و پیش¬بینی پاسخ بافت به مداخلات بالینی استفاده کرد. همچنین مطالعات تجربی و مدل¬سازی¬های آینده که دقت این نتایج را بهبود می¬بخشد می¬تواند برای کمک به درمان بیماران OA و افراد در معرض خطر مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال یکی از گسترش-های بالقوه این مدل، شناسایی تمرین¬ها یا حرکاتی است که ممکن است برای کاهش پیشرفت آسیب AC برای بیمارانی که در حال حاضر در معرض خطر بالای OA هستند، مفید باشد.

متن يادداشت

AbstractArticular cartilage (AC) is one of the soft connective tissues of the body with limited reparability, and the recognition of its mechanical characteristics and biomechanical investigation is one of the requirements for the use of new treatment methods in articular cartilage complications, including arthritis.The structural arrangement and different distribution of collagens in the depth of this tissue lead to anisotropic behavior of this tissue. Therefore, it is crucial to investigate this tissue's non-isotropic behavior and viscosity along the depth. In this study, energy functions have analyzed non-isotropic behavior and micromechanics of articular cartilage. In general, the mechanical modeling of soft tissues using the mechanics of continuous medium and continuous medium in micro dimensions is one of the new mechanical modeling of soft tissues. In addition, we need experimental data and stress-strain diagrams obtained from tissue layers in two directions of articular cartilage to model the micromechanical behavior of tissue. In this study, a structural model (Holzapfel) was presented to investigate the characteristics and micromechanical material parameters of articular cartilage, which was obtained using experimental data of uniaxial tensile loading until failure. Also, the mechanical aspects of each of the three cartilage layers were investigated by calculating the material parameters and structural equations. In continuation of mechanical modeling of the anisotropic behavior of layers of this tissue, the overall behavior of tissue was obtained in two directions. Finally, the damage of different cartilage layers has been investigated by extending the proposed model to the articular cartilage constructive damage model (CDM). The texture was investigated in two directions, then its effect on the overall behavior of the surface was discussed. The results show that the proposed CDM model can model the initial damage with a small magnitude as well as the final complete failure of the AC tissue. This study's results may help clarify the mechanisms of AC tissue damage, which is the initiation and propagation of OA. In addition, covalent and non-covalent interactions of the molecular level between GAG molecules and COL fibers affect the mechanical response of AC. It is also possible to explain the reaction of tissue damage at the micro-scale and tissue layers with physiological phenomena and covalent and non-covalent interactions at the molecular level. The results and interpretations of this study can be used in tissue engineering to design scaffolds and bone scaffolds.This study aims to expand the studies and mechanical modeling of recent studies using the Holzapfel model to understand AC damage better. In addition to these cases, knowing the amount of stress on cartilage and the structure of its layers is very important for understanding the regular metabolic activity of cartilage cells and creating a biological reagent for articular cartilage regeneration as a treatment for knee joint disease. Therefore, the results of this study lead to improvement of current studies and expansion of researchers' knowledge of the mechanical response of the layers of this tissue from AC destruction and damage on a micro-scale by developing the AC model. By calculating the material parameters, checking the mechanical properties of the tissue in a layered manner on a micro-scale, and checking the results, it is possible to use the information obtained in the construction of cartilage scaffolds in the process of repairing and regenerating the damaged articular cartilage. Also, future experimental studies and modeling that improve these results' accuracy can help treat OA patients and people at risk. For example, one potential extension of this model is to identify exercises or movements that may be beneficial in reducing the progression of AC damage for patients currently at high risk for OA.

عنوان گونه گون

Micro-mechanical Investigation of Articular Cartilage Damage with Continuum Damage Mechanics

عنصر شناسه اي

‏فرهمندپور‏،

ساير عناصر نام

هدیه ‏

کد نقش

تهیه کننده

عنصر شناسه اي

‏خواجه سعید،

عنصر شناسه اي

سیدنورانی،

ساير عناصر نام

‏حسام ‏

ساير عناصر نام

محمدرضا ‏

تاريخ

استاد راهنما

تاريخ

استاد مشاور

عنصر شناسه اي

تبریز