مطالعه موردی توزیع تنش در مفصل هیپ، قبل و بعد از عمل برنامه‌ریزی شده‌ی شلف استابولوپلاستی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه پژوهشی ارتوپدی بیومکانیک، گروه مکانیک، دانشکده‌ی مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

2 گروه پژوهشی ارتوئدی-بیومکانیک، گروه مهندسی مکانیک ، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند،خراسان جنوبی،ایران

10.22037/sjrm.2025.117405.3335

چکیده

مقدمه و اهداف

در بیماران مبتلا به دیسپلازی تکاملی مفصل هیپ، شلف استابولوپلاستی، یک عمل جراحی رایج جهت رفع کمبود پوشانندگی استابولوم روی سر استخوان فمور است. در این بیماران پوشش ناکافی، می‌تواند باعث کاهش منطقه تحمل وزن، تمرکز تنش در غضروف مفصلی و بروز آرتروز شود. تاکنون عمل شلف استابولوپلاستی با بهره‌گیری از برنامه‌ریزی قبل از عمل، با هدف بهینه‌سازی پارامترهای مورفولوژیکی و بیومکانیکی و بررسی طراحی با تحلیل المان محدود انجام نشده است. هدف از این پژوهش تحلیل المان محدود مفصل هیپ، قبل و بعد از عمل شلف استابولوپلاستی، در صورت بهینه‌سازی پارامترهای بیومکانیکی و مورفولوژیکی در برنامه‌ریزی پیش از عمل است.

مواد و روش ها

مورد مطالعه یک بیمار با دیسپلازی چالش برانگیز مفصل هیپ سمت راست است که برنامه‌ریزی پیش از عمل آن در محیط سه بعدی و با هدف بهبود پارامترهای مورفولوژیکی و بیومکانیکی مفصل انجام شده است. پس از استخراج مدل‌های سه بعدی، تراز استخوان لگن در دستگاه مختصات عملکردی و رجیستر نمودن استخوان فمور روی تصویر رادیوگرافی ایستاده بیمار، نیروی مفصلی محاسبه شد. سپس توزیع تنش روی سطح مفصلی استابولوم قبل و بعد از عمل، با در نظر گرفتن بافت نرم و با استفاده از روش المان محدود، بررسی گردید.

یافته ها

تحلیل المان محدود نشان داد که حداکثر تنش فون‌مایزز در سطح مفصلی استابولوم، از 86/4 مگاپاسکال قبل از عمل به 17/3 مگاپاسکال بعد از عمل (معادل 77/34 درصد) و فشار تماسی غضروف استابولوم، از 94/5 مگاپاسکال قبل از عمل به 77/3 مگاپاسکال پس از عمل (معادل 53/36 درصد) کاهش یافت.

نتیجه گیری

نتایج نشان داد که استفاده از برنامه‌ریزی قبل از عمل با هدف بهبود پارامترهای مورفولوژیکی و بیومکانیکی، می‌تواند باعث کاهش تنش در سطوح مفصلی و کاهش فشار در غضروف استابولوم، بعد از عمل شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A case study of stress distribution in the hip joint before and after planned shelf acetabuloplasty

نویسندگان [English]

  • Jafar Nasrabadi 1
  • Vahid Arbabi 2
  • Saeed Rahnama 1
1 Ortho-Biomechanics Research Group, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran
2 Orthopaedic-BioMechanics Research Group, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, University of Birjand, South Khorasan, Iran.
چکیده [English]

Background and Aims: In patients with developmental dysplasia of the hip, shelf acetabuloplasty is a common surgical procedure aimed at improving the coverage of the acetabulum over the femoral head. So far, shelf acetabuloplasty has not been performed using preoperative planning, aiming to optimize morphological and biomechanical parameters and evaluate the design with finite element analysis. This study aims to perform a finite element analysis of the hip joint before and after shelf acetabuloplasty, contingent upon the optimization of biomechanical and morphological parameters during preoperative planning. In these patients, inadequate coverage can lead to stress concentration in the articular cartilage due to reduced weight-bearing area, resulting in osteoarthritis.

Materials and Methods: The case of study is a patient with challenging right hip dysplasia whose preoperative planning was performed in a three-D environment with the aim of optimizing the morphological and biomechanical parameters of the patient's hip joint. The joint force was calculated after extracting three-D models, aligning the pelvis in the functional coordinate system, and registering the femur on the patient's standing radiograph. Then, the stress distribution on the articular surface of the acetabulum before and after surgery was investigated, considering soft tissue and using the finite element method.

Results: Finite element analysis indicated that the maximum von Mises stress on the acetabular articular surface decreased from 4.86 Mpa preoperatively to 3.17 MPa postoperatively, representing a reduction of 34.77%. Additionally, the contact pressure on the acetabular cartilage was reduced from 5.94 MPa preoperatively to 3.77 MPa postoperatively, equivalent to a decrease of 36.53%.

Conclusion: The results showed that the use of preoperative planning, aimed at improving morphological and biomechanical parameters, can reduce stress in the articular surfaces and reduce contact pressure in the acetabular cartilage postoperatively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dysplasia
  • Shelf Acetabuloplasty
  • Preoperative planning
  • Finite element analysis

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 27 بهمن 1403
  • تاریخ دریافت: 02 بهمن 1403
  • تاریخ بازنگری: 08 بهمن 1403
  • تاریخ پذیرش: 27 بهمن 1403
  • تاریخ اولین انتشار: 27 بهمن 1403