مدل سازی بافت اسفنجی مهره ی ستون فقرات به منظور تخمین خطر شکست استخوانی در بیماری پوکی استخوان بر اساس چگالی و خصوصیات ریزساختاری استخوان اسفنجی

Abstract

چکیده زمینه و هدف: امروزه یکی از مهم­ترین مسائل بهداشتی در جوامع به خصوص در میان سالمندان، پوکی استخوان می­باشد. کاهش چگالی استخوانی در بافت را تحت عنوان پوکی استخوان می­شناسند که موجب افزایش خطر شکستگی به علت کاهش استحکام و سفتی، در ساختارهای استخوانی می­گردد. یکی از نواحی مستعد پوکی و متعاقب آن شکستگی ناشی از پوکی، مهره­های ستون فقرات می­باشند. در حال حاضر روش­هایی برای پیش­بینی خطر شکست در مهره‏ها وجود دارند که از آن بین می­توان به جذب سنجی دوگانه اشعه ایکس و برش­نگاری کمی کامپیوتری اشاره نمود. تمامی این روش­ها بر اساس سنجش چگالی استخوانی بوده و توجه چندانی به دیگر عوامل موثر در خواص مکانیکی بافت­های استخوانی اسفنجی مانند کیفیت مادی اجزای اسفنجی و کیفیت اتصال بندی ندارند. ریزساختار بافت اسفنجی بر اساس سن و جنس و نژاد متفاوت می­باشد. هدف این پروژه مدل سازی پارامتری بافت اسفنجی بر اساس تئوری جامدات سلولی به صورت ساختاری متخلخل و میله­ای شکل است. روش بررسی: به منظور مدل سازی بافت اسفنجی،-مشابه آن چه در تنه ی مهره وجود دارد-برنامه­ای در نرم افزار ANSYS ، نوشته شد که قابلیت تولید شبکه­های مختلف را چه از نظر خواص مادی و چه از نظر چگالی ساختاری(پارامتر قابل اندازه­گیری در روش­های تصویر برداری) داراست. سپس هر کدام از این شبکه های تحت بار گذاری جابه جایی فشاری قرار گرفته و با ترسیم منحنی تنش-کرنش برای هر یک، مشخصه­های استحکام و سفتی محوری محاسبه می­شوند. به منظور مقایسه جواب­های مدل با جواب­های حاصل از داده­های آزمایشگاهی، مدل برای 6 نمونه­ی استخراج شده از مهره­های جسد یک زن اهدا کننده 78 ساله و یک مرد اهدا کننده 91 ساله بازسازی و پیش بینی سفتی و استحکام نمونه­ها انجام شده است. یافته ‌ ها: پاسخ­های حاصل از تست مکانیکی نمونه­ها، بین دو جواب مدل در دو حالت اتصال­بندی ضعیف و اتصال بندی متوسط، خواهد افتاد و این امر به دلیل مجهول بودن کیفیت اتصال بندی در نمونه­های حاصل از تست مکانیکی نشانه قدرت مدل برای ارائه ی محدوده­ای از خواص مکانیکی می­باشد. به علاوه پاسخ­های مدل در مقایسه با جواب­های حاصل از رابطه ی صرفا مبتنی بر چگالی نزدیکی بیشتری به جواب های حاصل از تست دارد. نتیجه ‌ گیری: بر طبق مدل پیشنهادی می­توان گفت سفتی و استحکام و یا دیگر خواص مکانیکی در مهره­ها به صورت قابل توجهی تابع خواص مادی اجزای اسفنجی تشکیل دهنده و خصوصیات ساختار شناسانه مانند کیفیت اتصال بندی می­باشد. بنابراین خطر شکست در مهره­ها تنها به عامل چگالی که توسط روش­های برش نگاری کامپیوتری کمی و یا جذب سنجی دوگانه­ی اشعه ایکس قابل اندازه­گیری است، بستگی ندارد. نتایج مدل سازی حاکی از آن است که مدل پیشنهادی حال حاضر بر اساس نظریه جامدات سلولی با در نظر گرفتن این مجموعه عوامل می­تواند ارزیابی بهتری از خواص مکانیکی ساختارهای اسفنجی داشته باشد. کلید واژه ‌ ها: تئوری جامدات سلولی، خطر شکستگی، مهره­ی ستون فقرات، استخوان اسفنجی، مدل اجزای محدود