Subscribe to the gold package and get unlimited access to Shamra Academy
Register a new userNumerical Simulation Of Human Femur Mechanical Behavior
المحاكاة الرقمية للسلوك الميكانيكي لعظم الفخذ البشري
1638
0 10
0
(
0
)
Authors
محمد درويش( باحث )
Created by
Shamra Editor
Ask ChatGPT about the research
أهمية و أهداف البحث : يهتم علم الميكانيك الحيوي بدراسة وظيفة و حركة النسج الحيوية اعتماداً على خصائصها الميكانيكية. يعد العظم من أهم النسج الحيوية حيث يعطي للجسم قوامه و كذلك يؤمن استقراره أثناء الوقوف و الحركة. على وجه الخصوص، يؤمن عظم الفخذ استقرار الجسم أثناء الوقوف كما أنه له دوراً رئيسياً في تحقيق مشية طبيعية و في انتقال متجانس للقوى و العزوم. يتمثل هدف هذا البحث في تصميم نموذج رقمي لعظم الفخذ البشري بدء من الصور الطبية التشريحية عالية الدقة، و ذلك بالاستفادة من البرامج الهندسية المختصة بمعالجة الصور الطبية و بالتصميم الهندسي في سعي لمحاكاة استجابته الميكانيكية. تتمثل فائدة ذلك في تقديم معلومات طبية هامة لأطباء الجراحة التقويمية حول نوع و توزع الإجهادات الأعظمية مما يساعد في توقع مسارات و تفسير أسباب الكسور و التشوهات، كما يتيح إمكانية تقييم الاستقرار الميكانيكي لطرق التثبيت و التقويم الجراحي. مواد و طرائق البحث: تم إنتاج نموذج رقمي ثلاثي الأبعاد لعظم الفخذ اعتماداً على صور طبقية محورية لمنطقة الورك و ذلك باستخدام برنامج DeVIDE v. 9.8 لمعالجة الصور الطبية. تم بعد ذلك بناء نموذج ثلاثي الأبعاد و إنجاز كل من التحليل الميكانيكي السكوني و تحليل التعب باستخدام البرنامج Ansys 14.5. النتائج و المناقشة: تم تحديد الخطوات اللازمة لتصميم النماذج الخاصة ثلاثية الأبعاد انطلاقاً من الصور الشعاعية. أظهرت النتائج لتوزع الإجهادات و الانزياحات ضمن عظم الفخذ البشري الطبيعي عند شروط تحميل طبيعية، حيث بلغت قيمة الانزياح الأعظمي الإجمالي للنموذج 7.18 mm، في حين بلغت القيمة الأعظمية للإجهاد المكافئ للقيمة 26.21 ميغاباسكال. أظهرت نتائج التعب لقيمة حياة قدرها 1e6 و قيمة دنيا لمعامل أمان تساوي 3.28. الاستنتاجات و التوصيات:يوصى باعتماد البرمجيات و تقنيات التحليل الرقمية في نمذجة و محاكاة الأنسجة الحيوية بشكل ثلاثي الأبعاد و ذلك بغية استخدامها في التطبيقات الطبية المختلفة بما يخص الجراحة التقويمية أو تقييم الأطراف التعويضية الصناعية.
Importance and aims of the research Biomechanics science is interested in studying the dynamic function and the movement of vital tissues depending on their mechanical properties. The main objective of this research is to design a digital model of the human femur using the engineering software specialized in medical image processing and engineering design in order to simulate the mechanical behavior. This would provide important medical information to orthopedic surgeons concerning the paths and the causes of bone fractures and deformities, and open a new perspectives in prosthetics efficiency enhancement. Materials and methods A three dimensional digital model of the femur was produced using the software DeVIDE v 9.8 for medical image processing. A surface triangular mesh was constructed and the mechanical response of the model has been simulated using Ansys 14.5. Results and discussions We have shown the steps necessary to design a computerized model of femur bone on the basis of three-dimensional X-ray images. The results showed the distribution of stresses and displacements of human femur at normal load conditions. Conclusion and recommendations It is recommended to adopt the specialized engineering software for the threedimensional simulation which can be used in different medical applications.
Artificial intelligence review:
Research summary
يهدف البحث إلى تصميم نموذج رقمي ثلاثي الأبعاد لعظم الفخذ البشري باستخدام برامج هندسية متخصصة في معالجة الصور الطبية والتصميم الهندسي، وذلك لمحاكاة استجابته الميكانيكية. يساهم هذا النموذج في تقديم معلومات طبية هامة لأطباء الجراحة التقريمية حول نوع وتوزع الإجهادات الأعظمية، مما يساعد في توقع مسارات وأسباب الكسور والتشوهات، وكذلك تقييم الاستقرار الميكانيكي لطرق التثبيت والتقويم الجراحي. تم إنتاج النموذج الرقمي باستخدام برنامج DeVIDE v.9.8 لمعالجة الصور الطبية، ثم تم بناء النموذج ثلاثي الأبعاد وإنجاز التحليل الميكانيكي السكوني وتحليل التعب باستخدام برنامج Ansys 14.5. أظهرت النتائج توزيع الإجهادات والانزياحات ضمن عظم الفخذ البشري الطبيعي عند شروط تحميل طبيعية، حيث بلغت قيمة الانزياح الأعظمي الإجمالي للنموذج 7.18 مم، وقيمة الإجهاد المكافئ 26.21 ميغاباسكال. توصلت الدراسة إلى أن اعتماد البرمجيات وتقنيات التحليل الرقمية في نمذجة ومحاكاة الأنسجة الحيوية بشكل ثلاثي الأبعاد يمكن أن يكون ذا فائدة كبيرة في التطبيقات الطبية المختلفة.
Critical review
تعد الدراسة خطوة هامة في مجال استخدام تقنيات التحليل الرقمية وبرمجيات النمذجة الحديثة في الهندسة الطبية، إلا أنه يمكن توجيه بعض الملاحظات النقدية. أولاً، لم يتم التطرق بشكل كافٍ إلى التحديات المحتملة في تطبيق هذه التقنيات في البيئات الطبية الفعلية، مثل التكلفة والوقت اللازمين لتنفيذ هذه النماذج. ثانياً، كان من الممكن أن تكون الدراسة أكثر شمولية إذا تم تضمين تحليل مقارن مع نماذج أخرى أو تقنيات مختلفة لمحاكاة الاستجابة الميكانيكية للعظام. ثالثاً، لم يتم التطرق إلى كيفية التعامل مع التباين البيولوجي بين الأفراد المختلفين، مما قد يؤثر على دقة النتائج عند تطبيقها على حالات سريرية متنوعة. بشكل عام، الدراسة تقدم إسهاماً مهماً ولكنها تحتاج إلى مزيد من التفصيل والتوسع لتكون أكثر شمولية وملاءمة للتطبيقات العملية.
Questions related to the research
-
ما هو الهدف الرئيسي من البحث؟
الهدف الرئيسي هو تصميم نموذج رقمي ثلاثي الأبعاد لعظم الفخذ البشري لمحاكاة استجابته الميكانيكية وتقديم معلومات طبية هامة لأطباء الجراحة التقريمية.
-
ما هي البرامج المستخدمة في إنتاج النموذج الرقمي؟
تم استخدام برنامج DeVIDE v.9.8 لمعالجة الصور الطبية وبرنامج Ansys 14.5 لإجراء التحليل الميكانيكي.
-
ما هي النتائج الرئيسية التي توصلت إليها الدراسة؟
أظهرت النتائج توزيع الإجهادات والانزياحات ضمن عظم الفخذ البشري الطبيعي عند شروط تحميل طبيعية، حيث بلغت قيمة الانزياح الأعظمي 7.18 مم وقيمة الإجهاد المكافئ 26.21 ميغاباسكال.
-
ما هي التوصيات التي قدمتها الدراسة؟
يوصى باعتماد البرمجيات وتقنيات التحليل الرقمية في نمذجة ومحاكاة الأنسجة الحيوية بشكل ثلاثي الأبعاد لاستخدامها في التطبيقات الطبية المختلفة، بما يخص الجراحة التقريمية أو تقييم الأطراف التعويضية الصناعية.
References used
KIM, K., HSU, S., WOO, L. Tensile properties of the medial patellofemoral ligament: The effect of specimen orientation. J. Biomech. Vol. 21, N°4 , 2013, 92-98
HAMBLI, R., ALLAOUI, S. A robust 3D finite element simulation of human proximal femur progressive fracture under stance load with experimental validation. Ann Biomed Eng. Vol. 41, N°12, 2013, 2515-27
HARRIS, M., ANDERSON, A., HENAK, C. Finite Element Prediction of Cartilage contact stresses in normal human hips, Journal of Orthopedics Research. Vol. 3, N°2, 2012, 1-7
rate research
Read More
This paper deals with a numerical method based on the simulation of a 2D tank, for
unsteady and laminar two - dimensional incompressible viscous flow. Navier-Stokes and
Continuity equations are solved in a fluid domain. These equations are discreti
zed by
Finite Differences Method. The pressure is obtained by solving a Poisson equation dealing
with a fictitious velocity field. The Poisson equation is solved by a Finite Volume Method.
The grid is refined by a new method “Adaptive Selective Mesh Refinement” called
“ASMR”.
This research aims to convert CT data of hip bone that sufferining cancer to 3D
model, and designing metal implant of the infected area on the mechanical analysis
programs, to study operability and convenience in terms of distribution of stresses a
nd
forces just as in patient’s body after installation and under the guidance of the bone
surgeon.By depending on Mimics software to read the CT image and 3MATIC to convert
the image to 3D digital model after generation the surface and the volume of the implant,
the analysis process of stresess and forces in COMSOL software. Where after design and
analysis the metal implant was appropriate mechanicaly and do not contain dangerousareas
after the application of the expected forces.
Damascus is located at the southern part of Syria not far from the Dead sea
fault system, in particular from one of its branches the Sergayah fault. The
latter in particular is a quite active fault system and the main seismic source for
both destr
uctive historical events felt and instrumental seismicity recorded in
Damascus. To model seismic ground motion in Damascus plain and to estimate
its amplifications we use a 2-D hybrid method coupling modal summation with
finite differences. This techniques allows to compute ground motion in
laterally heterogeneous an elastic media. Synthetic seismograms with a cutoff
frequency of 5 Hz are created along one 2-D profile passing through the city of
Damascus for possible seismic source with assumed magnitudes around 6.5
located on the Sergayah fault. The average regional structural model and the
laterally heterogeneous parts of the profiles have been derived from detailed
geological and geotechnical data available for the investigated area. From the
computations we can infer that the maximum ground motion amplification
values in Damascus plain are generally found at frequencies around 1 Hz and 4
Hz. In addition for assessing liquefaction potential in Damascus plain tow
methods have been used. first one evaluated roughly liquefaction potential
based on topographical and geological information and the second one based on
geotechnical data such as N- value, grain size and estimated peak ground
acceleration to calculate a liquefaction resistance factor, FL. and liquefaction
potential index, IL. We found that IL exceeds 15 which mean probable sever
liquefaction.
This Paper offers an effective method to measure the length of the
femur in Fetal Ultrasound Images, it applies a series of steps
starting with the reducing amount of noise in these images, and
then converted them to a binary form and uses morphol
ogical
operations to segment the femur and isolate it from the rest of the
image objects, then it applies an Edge Detector in order to find the
edges of the bone, then uses the Hough Transform to detect straight
lines in the image. we apply overlapping for resulted lines on the
original image, finally we choose the most significant and longest
straight line which is corresponding to the length of the femur. The
proposed method facilitates the measurement of the femur without
the help of a physician through a series of steps.
This study aims to investigate the capacity of numerical
models to reproduce the monotonic behavior of reinforced concrete
framed structures.
Log in to be able to interact and post comments
comments
Fetching comments
Sign in to be able to follow your search criteria
