ارس فایل » پایان نامه مدلسازی بافت نرم جهت بررسی چگونگی ايجاد زخم بستر با استفاده از روش المان محدود
عمر آنقدر کوتاه است که نمی‌ارزد آدم حقیر و کوچک بماند. (دیزرائیلی)
ضمانت بازگشت
فایل های تست شده
پرداخت آنلاین
تضمین کیفیت
دانلود فوری

قیمت فایل : 5900 تومان

نوع فایل : پایان نامه تعداد صفحات : 105 حجم فایل (مگابایت) : 7.683 فرمت فایل : ورد نرم افزارهای مورد نیاز : microsoft office
<span itemprop="name">پایان نامه مدلسازی بافت نرم جهت بررسی چگونگی ايجاد زخم بستر با استفاده از روش المان محدود</span>

مدلسازی بافت نرم جهت بررسی چگونگی ايجاد زخم بستر با استفاده از روش المان محدود

 

چكيده :

 

يكي از مشكلات بشر در زندگي امروزي عدم تحرك كافي و ثابت ماندن بدن در وضعيتهاي محدودي مي باشد . تماس پيوسته و تحت فشار نقاط محدود از بدن سبب عوارضي از قبيل عدم خونرساني كافي به بافت و زخم هاي گسترده و حاد مي شود كه زخم بستر ( Bed sore ) ناميده مي شود. از آنجائيكه فعاليتهاي مختلف شغلي از قبيل رانندگي وسايل نقليه و انواع بيماريها از قبيل ضايعات عصبي افراد زيادي را در معرض مشكل قرار مي دهد فعاليتها و مطالعات وسيعي در زمينه اين آسيب و جوانب آن صورت گرفته است.معمولا براي بررسي ناحيه صدمه ديده از يك مدل سه بعدي المان محدود  كه بر اساس ساختار آن ناحيه با استفاده از تصاوير MRI تهيه مي شود استفاده مي گردد. مدل المان محدود با توجه به استناد به مقالات يك نمود هندسي واقعي و گسترده اي از بافت نرم بدن را تهيه مي كند همچنين از اين مدل مي توان براي بررسي واكنش هاي مكانيكي در بافت هاي عميق بهره جست اين مدل امكان پيش بيني فشارهاي مضر و كشش هاي نزديك ميانجي هاي بافت نرم – استخوان را به طور بالقوه فراهم مي سازد.  با استفاده از نتايج تئوريها و مدلهاي اساسي براي بافت هاي نرم بدن و نتايج مدل المان محدود مي توان تغيير فرم و فشردگي بافتها در نقاط مختلف و چگونگي توزيع تنشها و نقاط داراي تنش بالا و مستعد بروز زخم را پيش بيني كرد. پس به طور كلي مدل المان محدود در آمدي عمده و تلاش متناسب با مهندسي توان بخشي را ارائه مي نمايد . در اين تحقيق زخم بستر از نظر فيزيكي مورد بررسي قرار گرفته و روشهاي مدلسازي عوارض ناشي از آن با استفاده از روشهاي المان محدود معرفي مي گردند.

 

فصل اول

 

بررسی عوامل ايجاد كننده زخم بستر، روشها و مكانيزم هاي پيشگيری ازآن

 

۱-۱- مقدمه

 

اصولاوقتی بدن یک موجود زنده در مدت زمان طولانی بر روی یک تکیه گاه باقی می ماند. تماس پوسته و تحت فشار نقاط محدودی از بدن با تکیه گاه سبب عوارض ناشی از عدم خونرسانی کافی به بافت می گردد.سلولهای نواحی تحت فشار در اثر نرسیدن خون به آنها ،مواد لازم برای سوخت وساز را نمی توانند بدست آورندو مواد دفعی را از محیط پیرامونشان نمی توانند خارج کنندو در نتیجه سریعااز بین می روند زخم هایی در نواحی تحت فشار تشکیل می گردندکه به زخم بستر  معروفند.

این زخمها اغلب زخم های بازی هستند که می توانند در سراسر بافت نرم گسترش یابند ونهایتا به ساختار استخوانی برسند.زخمهای فشاری پاسخ تخریب کننده در بافتهای نرم اطراف نواحی برجسته استخوانی بصورت یک نتیجه از بارگذاری سطح اپي درم پوست در مدت زمان زیادی هستند.

از شرایط مستعد کننده تشکیل زخم بستر ،بیماریهای گردش خون ،در معرض دمای بالا قرار گرفتن بافت ،رطوبت وهمچنین تنش های برشی(یعنی اصطکاک بین پوست وتکیه گاه)که می توانند رگ های خونی را بکشند یا ببندند،می باشند]۱۷[.

به عنوان نمونه بیمارانی که به علت ضایعه عصبی یا ناراحتی جسمی روی تخت ویا صندلی چرخدار در یک حالت ساکن و یا وضعیت و محدود قرار می گیرند،مشکلات ناشی از صندلی وراحتی پشتی در نقاط تماس مداوم بدن با این تجهیزات بصورت عوارض اولیه تا زخمهای گسترش یافته می باشد.

به همین دلیل بررسی این پدیده و جوانب آن برای سلامت جسمی بیماران وتأمین سلامت در مشاغل با تحرک پایین یک ضرورت می باشد و بحث پیرامون این پدیده وچگونگی ساختار تأثیر پذیری بافت نرم ،مدلهای تئوری وعددی اجزای محدود وداده های تجربی وآسیب شناسی بافت نرم از موضوعات مطرح در محافل و کنفرانسهای علمی است.

 

۱-۱-۱- علل زخم های بستر (زخمهای فشاری)

 

زخم بستر زخمی است که بوسیله فشار بیش از اندازه بر یک بافت ودر مدت نسبتا طولانی ایجاد می شود.

این زخم ها همچنین زخم های فشاری نیز نامیده می شوند.این نام ها اشاره بر این دارد که این زخم ها در اثر درازکشیدن بیمار برای مدت نسبتا طولانی ،در اثر نیروی فشار وزن، در نواحی از بدن بیمار که تحت نیروی فشاری قرار دارد ،ایجاد می شود.

اصطلاح زخم بستر یا زخم فشار ،به این دلیل استفاده می شود که نیروی فشاری یا برشی عامل اصلی بوجود آورنده این نوع زخم می با شد،و تمر کز نیروی فشاری در اثر بستری شدن بیمار ،بر روی بافت ایجاد می گردد.معمولا زخم های بستر نزدیک محلهایی از بدن بوجود می آیند که یک برجستگی استخوانی در نزدیکی پوست دارند.

در بررسی های میدانی که توسط پیترسن (۱۹۷۵) انجام گرفت ،این نتیجه بدست آمد که دو سوم تمام زخمها در اطراف کفل ها و روی برجستگی های استخوانی پیدا شدند.

بررسی ها نشان دادند که ما بیشتر از ۸۰%تمام زخم های بستر در ۵ منطقه واقع می شود ،این مناطق عبارتند از:

  1. ناحیه خاجی -دنبالچه
  2. ناحیه تروكانتر بزرگ
  3. ناحیه برجستگی نشیمنگاهی
  4. ناحیه برجستگی كالكانئوس
  5. ناحیه مالئوس جانبي

 

مراجع

 

[۱]- Dohyang Lim.Fang Lin . Rolandw. Hendrix, “Evaluation of a New sitting Concept Designed For Prevention of Pressure ulcer on The Buttock using Finite Element Analysis” , Biomedical Central, 2007.

[۲] Ericl. Wag nac , Carl Eric Aubin , “ Anew Method to Generate A Patient-Specific Finite Element Model of The Human Buttocks” , Transaction on Biomechanical Engineering IEEE , Vol. 55,No.2,2008.

[۳] yiliu, Amye, kerdok, Robert D. Howe, “A Non linear Finite Element Model of soft Tissue Indentation” , International Symposium , Cambridge ,pp.67-76,2004.

[۴] Takehito kemuriyama, Junko Nitsuma, Hideo yano, “An Analysis of Skin Temperature Changes under Pressure Loading and Relief by Animal Experiments” , Vol.20 ,IEEE,1998.

[۵] Yoshio Tanimoto, Hideo Takechi , Hidekazu Nagahata , and yamamoto ,” The Study of Pressure Distribution In Sitting Position on Cushinos For Patient With SCI” , IEEE,No5,Vol44,1998.

[۶] A.P. Yoganathan , “ Advances In Bio engineering” , Asme , 1998.

[۷] Mansor.A.Haider & Mark.H.Holmes, “A mathematical Approximation For The Solution of a Static Indentation Test” , journal.Biomechanics. Vol.30,No.7,pp.747-751,1997.

[۸] M.A. Puso & J.A.Wesis, “ Finite Element Implementation of Anisotropic Quasi-Linear Viscoelasticity using  Discrete Spectrum Approximation” , journal.Biomechanical Engineering , Vol.120 , pp.62-70 , Feb1998.

[۹] J.D. Zhang, A.F.T.Mak & L.D Huang, “A Large Deformation. Biomechanical Model for Pressure ulcers” , journal.Biomechanical Engineering, Vol.119 , pp406-408 , Nov2007.

[۱۰] D.M.Flynn, G.D.Peura , P.Grigge & A.H.Hoffman , “A Finite Element Based Method to Determine The Propertied of Planar Soft Tissue “journal.Biomechanical Engineering ,Vol.120 , pp,202-210 , April1998.

[۱۱] H.Cenk Guler , Necip Bevme & Sheldon Rosimon , “AViscoelastic sphere model for the Representation of Plantar Soft Tissue During Simulations” , journal.Biomeeanical , Vol 31 , pp.847-853 , March 1998.

[۱۲] Wlodzimierz S.erdmann, “ Geometric and Intertial Data of The Tunck In Adult Males, “journal,Biomechanics , Vol.30,No.7, pp.676-688,1997.

[۱۳] P.K.Commean , K.E.smith, Mow.vannier. B.A.Szabo & R.L.Actis, “Finite Element Modeling and Experimental verification of Lower Extremity Shape Change under Load” , journal.Biomechonics , Vol.30 , No.5, pp.531-536,1997.

[۱۴] J.Z.Wu,W.Herzog & M.Epstein, “ Evaluation of The Finite Element Sufware ABAQus for Biomechanical Modeling of Biphasic Tissue” , journal.Biomechanis , Vol.31 , pp 165-169,1998.

[۱۵] W.W.Chow & E.L.odell , “De formation and Stresses in soft Body Tissues of a sitting Person”, journal.Biomechanical Engineering, Vol.100 , pp.79-87 , May 1978.

[۱۶] Van C.Mow , Wilson C.Hayes ,“BASIC ORTHOPEADIC BIOMECHANICS” , Lippincott , 1997.

[۱۷] JG Webster, “Prevention of Pressure Sores”, Bristol Phiadelphia & New york ,1991.

]۱۸[ طيب زاده و سيد محمد رجايي – ‹‹ تجزيه و تحليل مكانيكي زخم بستر ›› – دانشگاه علم و صنعت ايران – دانشكده مهندسي مكانيك – ۱۳۷۸٫

]۱۹[ نام نويسنده : يرگن باته – ترجمه : مهندس فرزاد ولي پور گودرزي – ‹‹ كاربرد روش المانهاي محدود در مهندسي ژتوتكنيك ››- نشر دانشگاه امير كبير – بهار ۱۳۷۷ .

]۲۰[ لكاوس يورگن باته – ترجمه كريم عابد – ‹‹ روش هاي عناصر محدود ›› – نشر دانشگاه صنعتي سهند        ( تبريز ) – ۱۳۷۷٫

]۲۱[ دكتر سيد ابراهيم افجه اي – ‹‹ مقدمه اي بر روش اجزاي محدود ›› – نشر نوپردازان – زمستان ۷۷ .

]۲۲[ اميد اربابيان – ‹‹ تحليل و بررسي علل سوختگي حين جراحي قلب باز ›› – دانشگاه آزاد اسلامي واحد مشهد – دانشكده مهندسي پزشكي – سمينار كارشناسي ارشد – ۱۳۸۶٫

 

فهرست مطالب

 

فصل اول – بررسي عوامل ايجاد كننده زخم بستر، روشها و مكانيزم هاي پيشگيري از آن

۱-۱- مقدمه          ۱

۱-۱-۱- علل زخم های بستر (زخمهای فشاری)   ۲

۱-۲- مراحل پیشرفت زخمهای بستر    ۴

۱-۲-۱- ابزارهای تشخیص زخم بستر  ۵

۱-۳- اثر فشار بر ویژگی های بیو مکانیکی بافت وایجاد زخم بستر    ۶

۱-۴- مقایسه اثر فشار ،اصطکاک و نیروی برشی بر ویژگی های بیومکانیکی بافت       ۷

۱-۵- صدمات بافتی ایجاد شده و اثر آن بر پاسخهای مکانیکی بافت    ۸

۱-۶- شیوه های متداول پیشگیری از زخم بستر   ۱۰

۱-۷- جمع بندي     ۱۳

فصل دوم – مفاهيم اساسي مورد نياز در بسط روش المان محدود

۲-۱- مقدمه          ۱۴

۲-۲- تنش و تعادل             ۱۴

۲-۳- شرايط مرزي            ۱۶

۲-۴- روابط كرنش – جابجايي           ۱۷

۲-۵- روابط تنش – كرنش    ۱۸

۲-۶-  اثرات دما    ۲۱

۲-۷-جمع بندي      ۲۲

فصل سوم- روش اجزاي محدود

۳-۱- مقدمه          ۲۳

۳-۲- المانها          ۲۶

۳-۳- مسائل يك بعدي          ۲۷

۳-۴- مدل سازي المان محدود            ۲۹

۳-۵- نحوه شماره گذاري      ۳۰

۳-۶- كاربردهاي المانهاي مثلثي با كرنش ثابت در مسائل دوبعدي      ۳۲

۳-۷-  مدل سازي المان محدود           ۳۳

۳-۸- تحليل تنش در مسائل سه بعدي    ۳۵

۳-۹- ارتباط روش FEM با FDM       ۳۶

۳-۱۰- مزايا ومعايب روشهاي اجزاء محدود FEM           ۳۸

۳-۱۱- جمع بندي   ۳۸

فصل چهارم  – تئوري هاي اساسي و مدل ها جهت تعيين خصوصيات و رفتار بافت نرم

۴-۱- مقدمه          ۴۰

۴-۲- سوابق تحقيقات و مطالعات        ۴۱

۴-۳- اثر نيروهاي مكانيكي   ۴۴

۴-۴- توزيع تنش مكانيكي دربافت       ۴۵

۴-۵- معادلات حاكم بر نيروي فشاري، كشش ، برش، تنش وارد بربافت          ۴۶

۴-۶- مدل اوليه FEM براي بافت نرم   ۴۸

۴-۷-  تئوري غير همسانگردي بافت نرم بيولوژيك           ۵۰

۴-۷-۱-  مدل هاي يك بعدي ۵۱

۴-۷-۲-  مدل هاي محيط پيوسته همسانگرد تقويت شده      ۵۱

۴-۸- تئوري محيط پيوسته نا همسانگرد بافت نرم            ۵۱

۴-۹- تئوري دو فازي اجزا بافتهاي نرم درون آب قرار گرفته           ۵۳

۴-۱۰-  تئوري سه فازي اجزاي بافت نرم و كاربردهاي آن ۵۴

۴-۱۰-۱- روش حل            ۵۵

۴-۱۱- تئوري تغيير فرمهاي بزرگ براي زخمهاي فشاري ۵۹

۴-۱۱-۱- مدل اجزاي محدود بر مبناي تئوري تغيير فرمهاي بزرگ براي زخمهاي فشاري            ۶۰

۴-۱۲-  مدل كره ويسكوبالاستيك  براي بررسي رفتار ديناميكي بافت نرم         ۶۴

۴-۱۳-  تئوري تحليل بافت نرم به صورت ماده نا همسانگرد ويسكوالاستيسيته شبه خطي

(تئوري QLV) و به كار گيري روش اجزاء محدود با استفاده از تقريب طيف گسسته        ۶۸

۴-۱۳-۱- اجراي روش اجزاي محدود   ۶۸

۴-۱۴- نتيجه گيري            ۷۰

۴-۱۵-  نتايج و بحث هاي نهايي بر روي تئوري هاي بافت و كاربرد آنها        ۷۱

فصل پنجم – مروري بر نحوه شبيه سازي و نتايج بدست آمده از آن توسط روش FEM در مقالات مختلف

۵-۱- مقدمه          ۷۴

۵-۲- اجراي مدل کامپيوتري             ۷۵

۵-۲-۱- کسب داده هاي سه بعدي        ۷۵

۵-۲-۲- ويژگي هاي اينرسي و داده هاي اينرسي تنه انسان ۷۶

۵-۲-۳- شرايط مرزي و محيطي و فشار به کاررفته در مدلهاي معمول           ۷۶

۵-۲-۴- تجزيه و تحليل نيروهاي وارد بر تنه و تعيين نيروهاي مجهول          ۷۷

۵-۲-۵- داده هاي لازم جهت رمزگشايي نرم افزار            ۷۸

۵-۳- مدلهاي مکانيکي FE معمول به کاررفته در مقالات    ۷۹

۵-۴- گسترش مدل FE و مروري بر تاريخچه وكاربرد آن   ۸۰

۵-۵- اعتبار مدلهاي FE و هندسي        ۸۲

۵-۶- روش هاي اعتبار سنجي مدل هندسي سه بعدي (FE )             ۸۳

۵-۷- نتايج حاصل از شبيه سازي ها در مقالات   ۸۴

۵-۸- موارد مهم در شبيه سازي          ۸۴

۵-۹- نتيجه گيري  ۸۵

فصل ششم – جمع بندي و ارائه پيشنهادات

۶-۱- جمع بندي     ۸۷

۶-۲- پيشنهادات     ۸۸

۶-۳- نتايج بررسي روش ها و مكانيزم هاي پيشگيري       ۸۹

مراجع    ۹۱

 

فهرست اشكال

 

شكل ۱-۱– محل هاي شايع وقوع زخم بستر       ۳

شكل ۱-۲-  زخم بستر روي سمت داخلي مچ پاي راست     ۳

شكل ۱-۳– مراحل پيشرفت زخم بستر و تخريب بافت       ۵

شكل ۲-۱- جسم سه بعدي     ۱۵

شكل ۲-۲- تعادل المان حجمي            ۱۶

شكل ۲-۳- يك المان حجمي در صفحه   ۱۷

شكل ۲-۴- المان صفحه اي تغيير شكل يافته       ۱۸

شكل ۲-۵- (الف) تنش صفحه اي و ( ب) كرنش صفحه اي ۲۰

شكل ۳-۱- فرايند تحليل عناصر محدود ۲۵

شكل ۳-۲- انواع اصلي المان هاي محدود          ۲۶

شكل ۳-۳- ميله يك بعدي بارگذاري شده توسط بارهاي كششي ، حجمي و نقطه اي         ۲۹

شكل ۳-۴- مدل سازي المان محدود يك ميله        ۳۰

شكل ۳-۵- بردارهاي Q,F    ۳۱

شكل ۳-۶-  همبندي المان     ۳۱

شكل ۳-۷- مسئله دو بعدي    ۳۲

شكل ۳-۸- جدا سازي المان محدود       ۳۳

شكل۳-۹-  المان مثلثي         ۳۴

شكل ۳-۱۰- مستطيل نمونه با چهار و هشت گره             ۳۷

شكل ۴-۱- (a)نيرويي كه بر سطح كم اعمال مي شود در نتيجه فشارزيادي توليدمي كند.لذادر مسير

جريان آب داخل لوله تغييراتي حاصل ميشود.(فشاروبرش تواما)       ۴۵

شكل ۴-۲- يك عنصر يك بعدي با طول dx در حالي كه تغيير شكل يافته است   ۴۶

شكل ۴-۳- يك عنصر پوستي تغيير شكل يافته     ۴۷

شكل ۴-۴- مدل عنصر سه بعدي با مدل عنصر محدود buttock( چاووآدل ۱۹۷۸)       ۴۸

شكل ۴-۵- شماتيك مسئله فرورفتگي استاتيك براي يك لايه الاستيك كه توسط يك تكيه گاه صلب

مقيد شده است.       ۵۵

شكل ۴-۶ مولفه هاي تغيير فرم در سطح لايه بافت نسبت به (aتنش نرمال در زير ايجاد كننده فرورفتگي

براي چندين مقدار  وقتي   به را نشان مي دهد .مقادير با تنش بي بعد ۵۸

شكل ۴-۷ منحني تغيير فرم نسبت به عمق براي حالت  تنش نرمال در سه عمق در لايه بافت نشان داده مي شود. مقادير با تنش بي بعد  مقياس بندي مي شوند.

B )جابجايي محوري در سه عمق درلايه بافت نشان داده مي شود  .    ۵۸

شكل ۴-۸- شبكه اجزاي محدود براي يك لايه بافت روي يك ساختار استخواني كه در معرض بارگذاري

جابجايي سطح يكنواخت قرار دارد.     ۶۰

شكل ۴-۹ a ) فشردگي بافت b) فشار منافذ بينابيني c) حداكثر تنش برشي به صورت تابعي از زمان در

موقعيت هاي مختلف .         ۶۲

شكل ۴-۱۰ رابطه معكوس بين فشارهاي سطح پوستي و زماني كه براي فشردگي بافت به مقدار ۱۱٫۵

درصد طول آن در عمق ۷۰% را نشان مي دهد. فشارهاي سطح پوستي به صورت فشار سطحي در

(۰ , ۰) = (z , r) گرفته شدند.          ۶۳

شكل ۴-۱۱-a) بافت نرم به صورت قسمتي از يك كره ويسكوالاستيك كه به سطح صفحه G فشرده

مي شود، تقريبا زده شده است. b و c ) تغيير فرم بافت ترم قبل و بعد از تماس با صفحه G را نشان

مي دهد. d) يكي از المان هاي ويسكوالاستيك كلوين در طي فشردگي كه به طور يكنواخت توزيع

گرديده را نشان مي دهد. صفحه A روي سطح G قرار گرفته است.    ۶۴

شكل ۴-۱۲- مدل استفاده شده براي شبيه سازي آزمايشهاي برخورد Valiant     ۶۶

شكل ۵-۱- ثبت داده هاي سه بعدي با استفاده از تصاوير راديوگرافي ۷۵

شکل ۵-۲- نمودار آزاد جسم آزاد تنه که در آن موقعيت نيروهاي وزني اجزاي مختلف تنه و نيروهاي عکس العمل وارد بر تنه نشان داده شده است .  ۷۷

شکل ۵-۳– جرم اجزاي مختلف بدن بر حسب درصد         ۷۸

شکل ۵-۴- حجم انواع بافتهاي نرم و سخت در اجزاي مختلف تنه )   ۷۹

 

فهرست جداول

 

جدول ۲-۱- همبندي المان     ۳۵

جدول ۴-۱-  ضرايب ماده براي (A پاسخ همسانگرد مايل  (Bتابع relaxation پيوسته C) تقريب

سري هاي گسسته.  ۶۹

جدول ۵-۱ ( تصاوير خصوصيات مواد اجزاي تنه )         ۷۸

قیمت فایل : 5900 تومان

دسته بندی : تاريخ : ۱۱ شهریور ۱۳۹۶ به اشتراک بگذارید :