Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Silani,Saeed ZeiaeiRad
محمد سیلانی (استاد مشاور) سعید ضیائی راد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Reyhaneh Rostamian
ریحانه رستمیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395
One of the most common fractures in the skeletal body is the femoral fracture. This bone is the longest bone in the human body and it endures human weight. Therefore, its health is essential for human activities. One of the relevant treatment for femoral fractures is using a screws and plate as an internal fixator. The locking compression plate is one of the best choices for the surgeon with respect to its superiority over the previous plates. Regarding the wide range of patients, choosing a healing technique and appropriate equipment is notably important. Therefore the purpose of this study was to apply a finite element method to optimize the configuration of screws and plate dimensions based on the fracture on the patient in order to provide the stability which is needed for the bone and implant assembly and reduce the effects of the stress shielding phenomenon. Studies conducted in this field mainly focus on screw configuration in simple fractures. Research on plates is also often based on the patient's geometry, regardless of mechanical characteristics. In this research, discrete genetic optimization method, were used to optimize the screws combination for a fixed-dimension plate and optimize the LC plate dimensions for a fixed screw arrangement for desired fracture in bone (fracture’s plate with different angle and distance from the center of femoral shaft). The program and its results were validated by the optimization of the arrangement of 6 screws on the LC plate with a determinate dimensions, according to the physical constraints of the problem and the definition of the maximum displacement of the fractured femur with the LCP system as the objective function, for simple fracture in the center of femoral shaft. The result of the optimal screw arrangement was in line with the previous research which reported in literature. Also, using optimal layouts for 4 to 12 screws, 6 screws were selected as the optimal screw number which matches with the results of other studies. The optimal screw’s layout and the dimensions of the locking plate for three simple types of fractures: fractures in the center of the femoral shaft, a fracture with a 60 degree angle in the middle of the bone and a fracture outside the center of the bone were examined. The results of these optimizations and the simulation of other types of fractures can help the surgeon to select the appropriate plate according to a fracture, as well as screw configuration on the LC plate before the operation begins. Keywords: Finite Element Method, Locking Compression Plate, Femur and Optimization.
یکی از شکستگی های شایع در اسکلت بدن، شکستگی استخوان ران پا می باشد. این استخوان بلندترین استخوان بدن انسان و از اصلی ترین اعضا در تحمل وزن بدن است. بنابراین سلامت آن برای ادامه ی فعالیت انسان ضروری است. یکی از روش های درمانی رایج برای درمان شکستگی استخوان ران پا استفاده از پیچ و صفحه ی نگهدارنده به عنوان ثابت کننده است. صفحه ی نگهدارنده ی قفل شونده با توجه به برتری هایی که نسبت به صفحه های قبلی دارد، یکی از بهترین گزینه های انتخابی برای جراح است. با توجه به طیف وسیع بیماران هدف، انتخاب روش درمانی و در پی آن تجهیزات مناسب به عنوان ثابت کننده اهمیت زیادی پیدا می کند. لذا هدف از انجام این پژوهش به کارگیری روش المان محدود برای بهینه سازی چیدمان پیچ ها و ابعاد صفحه بر مبنای شکستگی وارده بر بیمار به منظور فراهم آمدن ثبات مورد نیاز برای مجموعه ی استخوان و ایمپلنت، و کاهش اثرات ناشی از پدیده ی سپر تنشی است. مطالعات انجام شده در این زمینه عمدتاً به بررسی چینش پیچ ها بر روی شکستگی ساده محدود می شود. پژوهش های انجام شده بر روی صفحه های نگهدارنده نیز غالباً بر اساس هندسه ی بیمار و بدون در نظر گرفتن مشخصه های مکانیکی است. در این پژوهش با استفاده از الگوریتم ژنتیک، الگوریتم هایی جهت بهینه سازی چینش پیچ ها برای صفحه با ابعاد ثابت و بهینه سازی ابعاد صفحه ی نگهدارنده ی قفل شونده برای آرایش ثابت پیچ برای شکستگی دلخواه (صفحه ی شکستگی با زاویه ی متفاوت و فاصله ی دلخواه از مرکز تنه ی استخوان) مورد بررسی قرار گرفت. به منظور صحت سنجی الگوریتم نوشته شده و نتایج آن، بهینه سازی آرایش تعداد 6 پیچ بر روی صفحه با اندازه ی معلوم با توجه به قیود فیزیکی مسئله و تعریف بیشینه ی جابجایی به عنوان تابع هدف، برای شکستگی ساده در مرکز تنه ی استخوان ران انجام شد. نتیجه ی چینش بهینه ی پیچ ها همسو با پژوهش های پیشین واقع شد. همچنین با استفاده از چینش های بهینه برای تعداد 4 تا 12 پیچ، تعداد 6 پیچ نیز به عنوان تعداد پیچ بهینه انتخاب شد که خود با نتیجه ی سایر پژوهش ها مطابقت دارد. در ادامه چیدمان بهینه و ابعاد صفحه ی قفل شونده برای سه نوع شکستگی ساده در مرکز تنه ی استخوان، شکستگی با زاویه ی 60 درجه در وسط استخوان و شکستگی خارج از مرکز استخوان بررسی شد. نتایج این بهینه سازی و شبیه سازی سایر انواع شکستگی ها می تواند کمک شایانی را به جراح برای انتخاب صفحه ی مناسب با شکستگی و در ادامه نحوه ی جایگذاری پیچ ها بر روی صفحه ی نگهدارنده پیش از آغاز عمل کند. کلمات کلیدی: استخوان ران پا، روش المان محدود، صفحه ی نگهدارنده ی قفل شونده و بهینه سازی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی