طراحی نظری مکانیزم اعمال نیرو بر ستون فقرات در تست های in vitro

در این پژوهش، با ارائه یک مکانیزم کابلی، پروفیل مکانی مهره ها و فشار درون دیسک های L۳/L۴ و L۴/L۵ را در تست های in vitro کنترل می کنیم. رویکرد ما در این پروژه شبیه سازی کامپیوتری است. ستون فقرات از مهم ترین اعضای نظام اسکلتی-عضلانی انسان است. هرگونه نقص در عملکرد این عضو باعث بروز مشکلات حرکتی و درد خواهد شد. برای درمان تهاجمی برخی از بیماری های ستون فقرات، روشهای متعددی نظیر جراحی، کارگذاری ایمپلنت ها و تثبیت کننده ها وجود دارد. جهت حصول اطمینان از عملکرد این روش ها، بررسی آزمایشگاهی آن ها ضروری است. یکی از مطمئن ترین روش های آزمایش ایده های جدید، تست های in vitro است. این تست ها با اجرای بارگذاری شبیه به بارگذاری طبیعی عضلات بدن بر روی نمونه های ستون فقرات بدست آمده از اجساد، سعی در شبیه سازی حالت طبیعی ستون فقرات در آزمایشگاه دارد. اصلی ترین چالش تست های in vitro در حال حاضر، مسئله نحوه بارگذاری است. روش ممان خالص، یکی از روش های شایع بارگذاری است. این روش نمی تواند به درستی جابجایی بین مهره ها و فشار درون دیسک ها را شبیه سازی کند. روشی که شباهت بیشتری با شرایط طبیعی بدن دارد، روش اعمال نیروی دنباله رو است(نیرویی که در تمام نقاط بر انحنایی ستون فقرات مماس است). با این حال، این روش نیز از ایجاد جابجایی صحیح بین مهره ها و همچنین فشار درون دیسک ها عاجز است. در این پروژه با کمک یک مکانیزم کابلی جابجایی بین مهره ها و فشار درون دو دیسک L۳/L۴ و L۴/L۵ را کنترل می کنیم. بدین منظور مدلی ساده شده از ستون فقرات در MSC.Adams ساخته شده است. سپس مکانیزم کابلی به صورت مدار- باز کنترل شده است و نتایج با اهداف کنترلی مقایسه شده اند. نتایج حاکی از موفقیت مکانیزم در شبیه سازی چرخش طبیعی بین مهره ها و فشار درون دیسک های L۳/L۴ و L۴/L۵ است. به عنوان مثال در تعقیب حرکت فلکشن/اکستنشن، اختلاف چرخش مدل با مقدار واقعی بدست آمده از داده های in vivo، تنها ° ۰.۲ بدست آمد که نشان از دقت روش در ایجاد حرکت خواسته شده بر روی مدل دارد.

Keywords:

ستون فقرات کمری , شبیه سازی بار , نیروی دنباله رو , مکانیزم کابلی , بارگذاری فیزیولویک