فهرست مطالب

فصل اول:مقدمه

۱-۱ پیش زمیته و اهمیت موضوع

ستون فقرات بعنوان مهمترین عضو سیستم اسکلت عضلانی و محور حرکات بدن، همواره طی فعالیتهای روزانه بارهای بزرگی را تحمل می کند و ناتوانایی های مربوط به آن هر ساله هزینه بسیاری بر دولتها تحمیل می کند. ستون فقرات نقش بسیار مهمی در تحمل و انتقال نیروی وزن و تیروهای خارجی وارد شده ناشی از بلند کردن بار در تیم تنه بالاثی انسان، ایفاع میکند. بسیاری از مشکلات ستون فقرات که منجر به درد می شوند مرتبط با ناپایداری ستون فقرات و خصوصا نیروی وارده بر دیسکها به خصوص در ناحیه کمری است. ستون فقرات ذاتاً ناپایدار است، اما اعتقاد بر این است که در حالت زنده ترکیبی از مکانیزمهای مختلف ستون فقرات را پایدار می کنند . فشار داخل شکمی یکی از مکانیزمهایی است که تصور می شود باعث پایداری و کاهش نیروی فشاری وارد بر ستون فقرات میگردد. این فشار به صورت معمول در فعالیتهای روزانه مانند دویدن، پریدن و بلند کردن اجسام افزایش مییابد .هر چند محققین تحقیقاتی را در مورد نقش فشار داخل شکمی انجام دادهاند ولی به دلیل پیچیدگیهای که در مکانیزم تولید فشار داخل شکمی وجود دارد، نتایج آنها متفاوت از یکدیگر است و همین موضوع راه را برای تحقیقات گستردهتر باز گذاشته است

۲-۱ اهداف پژوهشی

در این پروژه تمرکز بر ناحیه کمری ستون فقرات است، این ناحیه از ستون فقرات اهمیت بسیار زیادی دارد چون عمده آسیبهای وارده به ستون فقرات مربوط به ناحیه کمری ستون فقرات است. هدف از این پروژه بررسی نحوه تولید فشار داخل شکمی و بررسی اثر افزایش این فشار بر نیروهای وارد بر دیسکهای ناحیه کمری ستون فقرات است. برای رسیدن به این هدف، ابتدا مدلی با قابلیت شبیه سازی عضلات شکمی از فضای شکمی به کمک نرم افزار ANSYS (Mechanical APDL) ساخته شده است. علت ساخت این مدل، بررسی تاثیر فعالیت عضلات چهارگانه شکمی بر فشار داخل شکمی است. مدل دیگر با استفاده از همین نرم افزار از ستون فقرات شامل قسمت سینهای و کمری (T1/S1)ساخته شده است. سپس مساله سینماتیک معکوس و تعادل استاتیکی برای مکانیزم پیشنهادی به کمک نرم افزار (Matlab (MFile حل شده است. با برقراری ارتباط بین Matlab و ANSYS، نتایج حل مساله تعادل به عنوان ورودی به مدل ستون فقرات در ANSYS اعمال شده است و در نهایت خروجی ها با نتایج سایر تحقیقات انجام شده مقایسه شده است.

۱ – ۳ ساختار گزارش

در فصل دوم، مفاهیم پایه مورد نیاز جهت فهم ادامه پروژه مطرح خواهتد شد. سپس در فصل سوم به مرور ادبیات موضوعی و تبیین جایگاه این پروژه در بین سایر تحقیقات خواهیم پرداخت. فصل چهارم پیرامون مدل سازی حفره شکمی و طراحی آزمایش برای پیدا کردن رابطه بین فعالیت عضلات و فشار شکمی خواهد بود. در فصل پنجم، پیرامون ساخت مدل ستون فقرات و بارگذاری های انجام گرفته به منظور بررسی اثر نهایی فشار شکمی خواهیم پرداخت. در فصل ششم به بحث و نتیجه گیری کلی از پروژه میپردازیم.

1-1-پیش زمینه واهمیت موضوع 1

1-2-اهداف پژوهشی   2

1-3-ساختار گزارش 2

جهت فایبرهای هریک از عضلات شکمی

جهت فایبرهای هریک از عضلات شکمی

فصل دوم:مفاهیم پایه

۳-۲-۲ لیگامتت ها

لیگامنتهای ستون فقرات، از مهره های مختلف در طول ستون فقرات می گذرند و عمل اصلی آنها محدود نمودن حرکت بیش از حد مفاصل است. این لیگامنتها شامل لیگامنتهای طولی جلویی و عقبی، لیگامان فلاوم “. لیگامانهای زائده ای” و لیگامان اینترترانسورس است. کپسولهای مفاصل فست همچنین همانند یک سازه که نیروی کششی را تحمل می کند عمل می نماید. با وجود اینکه بیشتر لیگامنت هادر کلی طول ستون مهره ها امتداد دارند ولی لیگامان سوپراسپانیوس از قسمت انتهایی L5 نمیگذرد. یک روش برای آزمایش نقش مکانیکی لیگامنتها در اجزاء حرکتی ستون فقرات بصورت اعمال یک بار تکراری استاندارد به جزء حرکتی که معمولاً ممان خم به جلو میباشد است. این کار تا زمانیکه به ترتیب لیگامانها از عقب به جلو جدا شوند ادامه پیدا می کند. پنجابی و همکارانش نشان دادند زمانی که جزء حرکتی بخش کمری ستون فقرات تحت ممان خم به جلوی 15 Nmقرار می گیرد، کرنش در لیگامنتهایی که دورتر از محور چرخش می باشند می تواند به 207 برسد.

۴-۳-۲ عضلات ستون مهره

نقش عضلات ستون مهره تنها به ایجاد حرکت مهرهها (در محدودهٔ تعیین شده توسط لیگامنتها و سطوح مفصلی) خلاصه نمی شود. یکی از مهمترین وظایف عضلات این ناحیه ایجاد تعادلی در آن است. بدون در نظر گرفتن عضلات، ستون مهره مانند یک میلهٔ انعطاف پذیر است که تنها قادر به تحمل بارهای محوری بسیار کوچک خواهد بودا ۱۰ . لازم به تذکر است که عضلات شکمی و ناحیهٔ گردن نیز در ایجاد تعادل نقش دارند. مهمترین عضلات ستون مهره در شکل زیر نمایش داده شده اند.

۱-۹-۲ مدلسازی برمبنای بهینه سازی

در مدل سازی برمبنای بهینه سازی در واقع از یک راه حل ریاضی جهت حل مساله نامعین استفاده می شود. همانطور که ذکر شد صرف استفاده از معادلات تعادل برای پیشبینی فعالیت عضلات کافی نیست لذا در این روش فعالیت عضلات به گوتهای در نظر گرفته می شود که یک هدف خاصی بهینه شود. به عبارت دیگر با وجود معادلات تعادلی، به علت تا معین بودن مساله، به بیشمار جواب برای حل مساله می توان رسید؛ اما در نهایت با کمک بهینه سازی یک هدف خاص به یک جواب یکتا برای فعالیت عضلات میتوان دست پیدا کرد . از جمله توابع هدفی که تاکنون جهت مدل سازی بر مبنای بهینه سازی به کار گرفته شده است می توان به مینیمم کردن جمع مربع و یا مکعب تنش موجود در عضلات مینیمم کردن جمع مربع نیروهای بین مهرهای ماکزیمم کردن پایداری مکانیکی ستون فقرات و مینیمم کردن جابهجایی بین مهرهای اشاره کرد. البته تابع هدفی که معمولا بیش از همه رایج بوده و جواب بهتری در مقایسه با دادههای الکترومایوگرافی عضلات داده است مینیمم کردن جمع مربع یا مکعب تنش در عضلات است.اما نکتهای که در این میان وجود دارد این است که استفاده تنها از این توابع هدف منجر به این میگردد که فعالیت عضلات آنتاگونیستیک به مقدار صفر پیش بینی شود در حالیکه طبق اطلاعات تجربی و الکترومایوگرافی همواره میزانی از فعالیت عضلات آنتاگونیستیک در هنگام انجام فعالیتهای بدنی وجود دارد

2-1-صفحات مرجع آناتومیکی 3

2-2-آناتومی ستون مهره 4

2-2-1-جسم مهرهای 5

2-2-2-دیسک بین مهرهای 7

2-2-3-لیگامنتها 9

2-2-4-عضلات ستون مهره 9

2-2-5-دیافراگم 15

2-3-فشارداخل شکمی 16

2-3-1-حفره شکمی 16

2-4-خط اثر عضله 17

2-5-غضلات آگونیستیک وآنتاگونیستیک 17

2-6-مکانیک ستون مهره 18

2-7-سینماتیک ستون فقرات 18

2-7-1-دوران مهره ها نسبت به هم      18

2-7-2-محدوده حرکتی مهره 19

2-8-پایداری ومعادلات مربوطه 21

2-9-مدلسازی   21

2-9-1-مدلسازی برمبنای بهینه سازی 22

2-9-2-مدل سازی برمبنای الکترومایوگرافی 22

حفره شکمی،خط اثر عضلات شکمی

حفره شکمی،خط اثر عضلات شکمی

فصل سوم:مروری بر ادبیات

۱-۳ مقدمه

اولین نظریه در مورد فشار داخل شکمی برروی ستون فقرات در سال 1920 توسط کیت ارائه شد  وی عنوان کرد که افزایش فشار داخل شکم باعث کاهش بار فشاری ستون فقرات می شود. در مورد اثر فشار داخل شکم بر ستون فقرات دو نظریه اصلی وجود دارد: نظریه اول که تقریبا بین تمام محققین پذیرفته شده است بیان می کند که افزایش فشار داخل شکم در حین فعالیتهای بلند کردن اجسام باعث افزایش پایداری ستون فقرات می شودا ۲-۴ او نظریه دوم در مورد اثر فشار داخل شکمی بر نیروی فشاری وارد بر ستون فقرات بحث می کند که در این مورد اتفاق نظر وجود ندارد. در ادامه، علت عدم اتفاق نظر محققین بر این مساله توضیح داده می شود. ۳- ۲ مکانیزم اثر فشار داخل شکمی بر ستون فقرات مکانیزم اعمال اثر این فشار بر ستون ققرات به این صورت است که در اثر افزایش فشار داخل شکمی نیرویی رو به بالا تولید می شود که بر دیافراگم اثر می کند و همچتین به علت وجود باز وی گشتاور در محل اثر نیرو بر دیافراگم یک گشتاور اکستنشانی حول ناحیه لومبار تولید می شود. بنابراین فشار داخل شکم، هم بصورت مستقیم با اعمال یک نیروی رو به بالا و هم بصورت غیر مستقیم با اعمال یک گشتاور اکستانشنی می تواند باعث کاهش بار قشاری بر ستون فقرات گردد.

3-1-مقدمه 24

3-2-مکانیزم اثرفشار داخل شمی برستون فقرات 24

3-3-تاثیرفعالیت هریک از عضلات شکمی برمقدار IAPا 26

3-3-1-مدل دگفلد وهمکاران 26

3-3-2-مدل ارجمند وهمکاران 27

3-3-3-مدل مختارزاده 29

3-4-نیروی وارد برستون فقرات+افزایش IAP فقط ناشی ازفعالیت عضله عرضی شکم   32

3-5-نیروی وارد برستون فقرات+ افزایش IAP ناشی از فعالیت عضلات ابلیک وراست شکمی  33

3-6-جمع بندی 36

دیافراگم

دیافراگم

فصل چهارم:ساخت مدل حفره شکمی

۱-۴ مقدمه

بررسی ارتباط بین مقدار فشار داخل شکمی و فعالیت عضلات شکمی به صورت in VIVO امکانپذیر نیست. اندازه گیری درست فعالیت عضلات شکمی با توجه بهاینکه بعضی از این عضلات در عمق هستند، به صورت مستقیم ممکن نیست و یا باعث آسیب رسیدن به شخصی داوطلب می شود و به اصطلاح تهاجمی” است. با توجه به مطالب بیان شده، رویکرد ما در تحلیل رفتار ستون فقرات تحت اثر بارهای وارده بر آن استفاده از شبیه سازی عددی است. برای بررسی نقش فشار شکمی بر روی ستون فقرات در گام اول باید نحوه تغییر فشار بر اساس فعالیت عضلات شکمی بررسی شود از این رو در این فصل نحوه مدل سازی حفره شکمی، برای بدست آوردن رابطه بین فعالیت عضلات شکمی و فشار شکمی توضیح داده می شود. برای پی بردن به رابطه بین فعالیت عضلات شکمی و فشار داخل شکمی باید یک طراحی آزمون صورت گیرد تا در خصوص چگونگی اثر ورودی بر خروجی، اطلاعات لازم بدست آید. مجموعه ای از ورودیها، که فعالیت عضلات شکمی هستند به همراه خروجی متناظر با هر یک از این ورودی ها، که فشار داخل شکمی است را بدست می آوریم و به این ترتیب تابع رگرسیونی حاکم بین ورودی و خروجی را خواهیم داشت. برای رسیدن به این تابع مدلی از حفره شکمی نیاز است، تا با اعمال فعالیت عضلات مقدار فشار بدست آید. با توجه به پیچیدگی ساختاری حفره شکمی، برای مدل سازی آن باید فرضیات مناسبی صورت پذیرد. در این راستا، فرضیات زیر صورت میپذیرد:

-ستون فقرات به صورت یک تیر که از بالا به آخرین دنده ستون فقرات متصل است مدل می شود.

-دیافراگم به صورت یک صفحه صلب مدل می شود.

– عضلات به صورت گسترده مدل می شوند و هیچگونه مقاومتی در مقابل خمش از خود نشان نمی دهند و فقط کشش را تحمل می کنند

– اعضا داخلی مدل نمی شوند و صرفا یک سیال به جای آنها در نظر گرفته می شود.

۴- ۱-۲ شیبیه سازی حفره شکمی

حفره شکمی به صورت سه استوانه هم مرکز و متقارن با مقاطع بیضی شکل در نظر گرفته شده است که از بالا توسط دیافراگم محدود شده می باشند. هر یک از این استوانه ها بیانگر یک عضله شکمی است. استوانه داخلی مربوط به عضله عرضی شکم است که عمقی ترین عضله نسبت به عضلات دیگر شکمی است و لایه میانی مربوط به عضله مایل داخلی است و لایه سطحی مربوط به عضله مایل خارجی است، همچنین عضله راست شکمی بر لایه میانی قرار گرفته است. لایهها دارای قطر بزرگ 230 و 250 و 270 میلی متر و قطر کوچک (160 و 80 و 200 میلی متر هستند که بر اساس اطلاعات گزارش شده توسط گتن ۴۰ او استوکسی ۳۷ در نظر گرفته شدهاند. هر یک از این سه لایه توسط فاشیا به ستون فقرات متصل شدهاند. فاشیا به صورت پوستهای با مدول الاستیسته 10 مگاپاسکال در نظر گرفته شده است. در شکل زیر هر یک از این سه استوانه مشخص میباشند. سیالی با ضریب الاستیک حجمی 250 مگاپاسکال در حفره شکمی در نظر گرفته شده است.این سیالی قابلیت تراکم بسیار کمی دارد بنابراین افزایش فعالیت عضلات شکمی و یا جابجایی دیافراگم باعث افزایش فشار در حفره شکمی می شود.

4-1-مقدمه   37

4-2-جزئیات مدل در نرم افزار ANSYSا  38

4-2-1-شبیه سازی حفره شکمی 38

4-2-2-شبیه سازی رفتار عضله 40

4-2-3-شرایط مرزی 44

4-2-4-الگوریتم حل مساله 46

4-3-طراحی آزمون 48

4-3-1-رویه پاسخ و بسط مدر رگرسیونی 48

دیافراگم آزاد مربوط به بالا تنه،مقطع L5-S1 در حالت بلند کردن بار

دیافراگم آزاد مربوط به بالا تنه،مقطع L5-S1 در حالت بلند کردن بار

فصل پنجم:ساخت مدل ستون فقرات کمری

۱-۵ مقدمه

در سالهای اخیر، توجه قابل ملاحظهای به مدلسازی ستون فقرات گردیده است. این توجه ناشی از تمایل به پیش بینی دقیق رفتار ستون مهره ها در شرایط مهم کلینکی بوده، بگونه ای که دستیابی به این حالتها بصورت آزمایشی غیرممکن بوده است. نمونههایی از اینگونه مسائلی عبارتند از مساله پرتاب خلبان به خارج از هواپیما، صدمات ورزشی و پایداری کلینکی ستون مهره ها  یک مدل از ستون فقرات تنها زمانی خوب خواهد بود که اطلاعات رفتاری ستون فقرات را با آن همراه نمائیم. یک مدل معتبر سه بعدی ستون فقرات نیاز به اطلاعات دقیق همچون سفتی یا انعطاف پذیری هریک از المانهای حرکتی را دارد. جهت بررسی نیروی های وارد بر دیسکهای ستون فقرات تحت بارگذاری های مختلف، نیاز به مدلی از ستون فقرات است که تا حد امکان جزئیات ستون فقرات ( مانند اثر لیگامان ها و دیسک ها) در آن مدل در نظر گرفته شده باشد. با توجه به پیچیدگی ساختاری ستون فقرات، باید فرضیات مناسبی برای مدل سازی آن صورت پذیرد. با توجه به دقتی که از مدل انتظار میرود، فرضیات زیر در مدل سازی صورت میپذیرد

  • تنها قسمت T1/S1 از ستون فقرات مدل می شود.
  • از جزئیات ساختاری مریوط به مهرهها صرف نظر شده و به صورت چند تیر صلب فرض شدهاند.
  • به جای دیسک بین مهرهها از تیرهای انعطاف پذیر استفاده می شود.
  • وزن بالا تنه بین سطوح مختلف از بالا تا پایین ستون فقرات پخش می شود.
  • قسمت T1/T12 به صورت یک لینک صلب فرض شده است.

5-1-مقدمه 52

5-2-جزئیات مدل در نرم افزار ANSYSا 53

5-2-1-ساخت هندسه ستون فقرات 53

5-2-2-ساخت مدل المان محدود ستون مهره ها 55

5-2-3-مدلسازی وزن بالا تنه  62

5-2-4-مدلسازی نیروی خارجی  64

5-3-مدلسازی عضلانی 64

5-3-1-مقدمه 64

5-3-2-مدلسازی عضلات شکمی 65

5-3-3-ساختاربرنامه جهت پیدا کردن نیروی عضلانی 69

5-3-4-مدلسازی نیروی عضلات درنرم افزار ANSYSا 74

5-4-الگوریتم حل مساله برای بارگذاری مشخص 74

سطح مقطع برخی عضلات گذرنده از ناحیه کمر وعضلات شکمی

سطح مقطع برخی عضلات گذرنده از ناحیه کمر وعضلات شکمی

فصل ششم:بررسی نتایج

۱-۶ صحت سنجی مکانیزم پیشنهادی

جهت صحت سنجی مدلهای مربوط به ستون مهرهها معمولا به مقایسه فشار وارده بر دیسکهای بین مهرهای که از مدل بدست آمده با نتایج فشار درون دیسک که به صورت in ViVO گزارش شده است میپردازند. البته با توجه به اینکه در این پروژه علاوه بر نیروی ایجاد شده بر دیسک ها، مقدار فشار داخل شکمی نیز قابل اندازه گیری است می توان نتایج مدل را با نتایج آزمایشگاهی که به مطالعه فشار شکمی میپردازند، مقایسه کرد.

۶- ۱-۱ اندازه گیری فشار دیسک و مقایسه آن با نتایج آزمایشگاهی

مقدار فشار دیسک 5 L4/L توسط ویلکه و همکاران  در حالت ایستاده و استراحت MPal 0.5 و زمانی که یک بار 20 کیلوگرمی نزدیک سینه نگه داشته شده است مقدار آن MP a| 1 است. برای مقایسه نتایج نیروی وارد بر دیسکهای ناحیه کمری در حالت ایستاده با نتایج ارجمند و همکاران با  و ویلکه و همکاران مدل در دو حالت زیر بارگذاری می شود: ها شخص دار حالت استراحت N 194 بار فشاری در فاصله Cm 25 نسبت به T1 در صفحه سجیتال بر مدل اعمال شود. نتیجه بارگذاری برای مدل همزمان با در نظر گرفتن فشار شکمی و بدون آن در نمودارهای میلهای زیر آمده است. برای بدست آوردن فشار دیسک، نیروی فشاری وارد شده بر دیسک 5 L4/L بر سطح مقطع دیسک آنتقسیم شده است.همانطور که از شکل زیر مشخص است، نتایج مدل به نتایج ارجمند و به خصوص نتیجه آزمایش تجربی ویلکه نزدیک است.

6-1-صحت سنجی مکانیزم پیشنهادی 77

6-1-1-اندازه گیری فشار دیسک ومقایسه آن با نتایج آزمایشگاهی 77

6-1-2-اندازه گیری فشار شکمی ومقایسه آن با نتایج آزمایشگاهی 78

6-2-بررسی خروجی های مدل 81

6-3- بررسی حداکثر گشتاورتولید شده توسط عضلات درجهات مختلف  86

6-4-مقایسه فعالیت عضلات با داده های تجربی

عضله عرضی شکم

عضله عرضی شکم

فصل هفتم:جمع بندی

منابع ومراجع      97

فهرست جداول

2-1-حداکثر محدوده حرکت ستون فقرات از وضعیت ایستاده به سایروضعیت ها   20

2-2-ارتباطی خطی بین حرکت لومبار وچرخش مستقل هر مهره 20

3-1-میزان فعالیت عضلات آنتاگونستیک وهمچنین نیرو وگشتاور تولید شده متناظر  در مرکز T12ا    34

4-1-سطح مقطع عضلات شکمی 43

4-2-ضرایب تابع استخراج شده 49

4-3-گزارش مقدارR2ا     50

5-1-مراکز مهره ها 53

5-2-ابعاد مهره ها وزاویه آنها 54

5-3-توزیع وزن بالاتنه درسرتاسر ستون فقرات با وزن نهایی 35 کیلوگرم  62

5-4-قطر بزرگ وکوچک مربوطبه مقاطع بیضی شکل هریک از استوانه ها 65

5-5-نقاط مختلف عضلات شکمی برروی استوانه با سطح مقطع بیضی شکل 65

6-1-نیروی عضلات گلوبال کمری ونیروی فشاری وفشار دیسک ومقایسه آنها با نتایج سایر مدلها 86

6-2-حداکثر گشتاور تولید شده توسط مدل 87

6-3-حداکثر گشتاور تولید شده گزارش شده توسط استوکس وهمکاران 87

6-4-حداکثر گشتاور تولید شده با درنظرگرفتنamax=0.6Mpaا    87

6-5-حداکثر گشتاور تولید شده از مدل وحداکثر گشتاور تولید شده توسط داوطلب در دستگاه دینامومتر   88

6-6-مقادیر فعالیت عضلات شکمی بدست آمده از مدل وداده های تجربی برای حالت استراحت 92

6-7-فعالیت عضلات شکمی تحت بار11.3kg درفاصله 15cmا  92

فهرست شکل ها

شکل ۲-۱: صفحات مرجع آناتومیک  4

شکل ۲-۲: ستون فقرات کامل انسان، نمای قدامی (سمت چپ)، نمای جانبی (وسط)، نمای خلفی(سمت راست)        5

شکل ۲-۳: نماهای لترال، تحتانی و سه بعدی از یک مهره نمونه کمری           7

شکل ۲-۴: نمایی از دیسک بین مهرهای     8

شکل ۲-۵: سطح مقطع برخی عضلات گذرنده از ناحیهٔ کمر و عضلات شکمی       10

شکل ۲-۶. عضله راست شکمی       11

شکل ۲-۷: عضله مایل داخلی       12

شکل ۲-۸: عضله مایل خارجی         13

شکل ۲-۹: عضله عرضی شکم       14

شکل ۲-۱۰: دیافراگم       15

شکل ۲-۱۱: حفره شکمی          16

شکل ۲-۱۲: حفره شکمی ، خط اثر عضلات شکمی         17

شکل ۲-۱۳ دوران کاردانی با توالی XYZا        19

شکل ۲- ۱۴: سمت راستتعادل پایدار، وسطتعادل خنثی  و سمت چپ تعادل ناپایدار    21

شکل ۳-۱: دیاگرام آزاد مربوط به بالا تنه ، مقطع L5-S1، در حالت بلند کردن بار      25

شکل ۳-۲: دیاگرام آزاد بالا تنه با در نظر گرفتن فعالیت عضلات شکمی و فشار داخل شکمی، مقطع L5-S1، در حالت بلند کردن بار       26

شکل ۳-۳: عضلات شکمی و حفره شکمی      27

شکل ۳-۴: جهت فایبرهای هریک از عضلات شکمی             28

شکل ۳-۵: تغییرات فشار داخل شکمی براساس فعالیت هر عضله           29

شکل ۳-۶: مدل حفره شکمی       30

شکل ۳-۷: افزایش فشار شکمی تحت بار خارجی وارده       31

شکل ۳-۸: تاثیر فعالیت عضلات بر کاهش نیروی فشاری وارد بر ستون فقرات            32

شکل ۳-۹: مدل استوکس از حفره شکمی         33

شکل ۳-۱۰: مدل اجزا محدود به همراه عضلات کمری و شکمی و با در نظر گرفتن فشار داخل شکمی           34

شکل ۳-۱۱: نمودار فشار وارد بر دیسکهای کمری با در نظر گرفتن IAP و فعالیت آنتاگونستیک عضلات شکمی        35

شکل ۴-۱: حفره شکمی به صورت استوانههای هممرکز با مقاطع بیضی        39

شکل ۴-۲: مدل حفره شکمی     40

شکل ۴-۳: نمودار کششی – طول      41

شکل ۴-۴: منحنی نیرو- جابجایی مربوط به المانهای پوسته و فنر          42

شکل ۴-۵: جهت فایبرها مربوط به عضلات مایل داخلی و خارجی          44

شکل ۴-۶: مولفههای رابطه قیدی         45

شکل ۴-۷: قیدهای بین سیال و لایه مجاور در جهتX و Yا    46

شکل ۴-۸: بلوک دیاگرام الگوریتم محاسبه فشار شکمی   47

شکل ۵-۱: نمای مدل ستون فقرات در صفحه سجیتال     54

شکل ۵-۲: المان تیری مورد استفاده        55

شکل ۵-۳: ستون فقرات و دیسکهای کمری       58

شکل ۵-۴: نمودار تغییر شکل -نیروی فشاری برای دیسکهای مختلف         59

شکل ۵-۵: نمودار گشتاور فلکشن – انحنا برای دیسکهای مختلف         60

شکل ۵-۶: نمودار گشتاور جانبی – انحنا برای دیسکهای مختلف           60

شکل ۵-۷: نمودار گشتاور پیچشی در مقابل چرخش برای دیسکهای مختلف        61

شکل ۵ -۸ یک جزء حرکتی متشکل از مهرهها و دیسک بینانها          61

شکل ۵-۹: توزیع وزن بالاتنه در سرتاسر ستون فقرات      64

شکل ۵-۱۰: معادلسازی و انتقال بار به مرکز T1ا       64

شکل ۵-۱۱: مدلسازی عضلات شکمی بر اساس مطالعه گتن (الف):مدل عضلانی در صفحه سجیتال (ب) مدل عضلانی در صفحه ترنسورس (ج) مدل عضلانی درصفحه کرونال       69

 شکل ۵-۱۲: برش عرضی از بدن فرد حین بلند کردن یک جسم از روی زمین       70

شکل ۵-۱۳: برش عرضی از بدن فرد حین بلند کردن یک جسم از روی زمین         72

شکل ۵- ۱۴: بلوک دیاگرام محاسبه نیروی عضلات تحت بارگذاری       75

شکل ۶-۱: نمودار میلهای مربوط به فشار دیسک L4/L5ا      78

شکل ۶-۲: تغییرات گشتاور در طی زمان در صفحه سجیتال براساس نتایج آزمایشگاهی            79

شکل ۶-۳: تغییرات فشار شکمی در طی زمان براساس نتایج آزمایشگاهی         79

شکل ۶-۴: نمودار فشار شکمی – گشتاور براساس نتایج مدل و نتایج آزمایش تجربی         80

شکل ۶-۵: نمودار فشار شکمی – گشتاور براساس نتایج مدل و نتایج آزمایش تجربی با اضافه کردن فشار شکمی در حالت استراحت      81

شکل ۶-۶: نیروی فشاری وارد بر دیسکهای کمری ستون فقرات، با و بدون در نظر گرفتن فشار شکمی، در حالت         ایستاده و استراحت     81

شکل7-6: فعالیت عضلات کمری وشکمی برای حالت ایستاده،با و بدون درنظرگرفتن فشار شکمی وبدون بار 82

شکل ۶-۸: فعالیت عضلات کمری و شکمی برای حالت ایستاده، با و بدون در نظر گرفتن فشار شکمی و بار 180Nا       84

شکل 9-6: فعالیت غضلات کمری وشکمی برای حالت ایستاده،با وبدون درنظرگرفتن فشارشکمی وبا بار 180Nا       84

شکل 10-6:بارگذاری انجام شده با بارهای 19.8kg درفاصله 25cm و 10.4kg درفاصله 30cmا      85

شکل ۶-۱۱: مدل عضلانی استوکس و گاردنرا            88

شکل ۶-۱۲: شخصی داوطلب در دستگاه دینامومتر        89

شکل ۶-۱۳: نحوه قرار گیری وزنهها در کنار بدن        90

شکل ۶-۱۴: فعالیت عضلات کمری بدست آمده از EM G (متوسط + انحراف معیار) و مقادیر محاسبه شده از مدل                91


Abstract

Spine is one of the most important musculoskeletal systems of the human body. Any problem which is related to this part of human body causes pain and disability. Spinal compression forces are one of the main reasons of this disability and pain. It is assumed that intra-abdominal pressure causes spinal unloading in lifting. Studies usually don’t consider the role of intra-abdominal pressure and introduce it as an effective parameter which can increases spinal stability and influences spinal mechanics. Generation mechanism of intra-abdominal pressure remain enigmatic, studies that advocate the unloading effect of IAP usually consider a raise in IAP to be primarily due to the activity of transverse abdominis (TrA) whose fibers are mostly oriented in transverse plane thus imposing little or no compression penalty on the lumbar spine. On the other hand, others insist that appreciable increase in IAP cannot develop without simultaneous coactivity of all the abdominal muscles including internal oblique (IO), external oblique(EO), and rectus abdominis (RA) whose activity would counterbalance the upward unloading force and generated extensor moment due to IAP. The main objective of this project is to study the magnitude and pattern of muscle coactivities that occur with an increase in IAP. To achieve this goal, the finite element program ANSYS was used to develop a model of abdominal cavity then the relation between IAP and abdominal muscle coactivities has been achieved by this model, this relation will be used in muscle force evaluation. To evaluate muscle force, a kinematics-based approach along with a nonlinear finite element model of spine were iteratively used to calculate muscle forces and internal loads under prescribed measured posture and loads.

Keywords: Spine, Finite element method (FEM), Intra-abdominal pressure, Abdominal Muscles. Simulation of Muscle Activity


تعداد صفحات فایل : 125

مقطع : کارشناسی ارشد

بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

خرید فایل pdf و word

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید