بررسی و بهینه‌سازی پارامترهای مؤثر در رفتار نیرو در فرایند سوراخ‌کاری استخوان کورتیکال به روش سطح پاسخ

Abstract

فرایند سوراخ‌کاری استخوان مهمترین فرایند در اعمال جراحی ارتوپدی و درمان شکستگی­هاست و همچنین در دندانپزشکی و نمونه­برداری از استخوان کاربرد فراوانی دارد و به جهت پیچیدگی ماده تحت فرایند ماشین‌کاری و حساسیت فرایند، یکی از مهمترین، حساس­ترین و پرکاربرد­ترین فرایندهای مکانیکی درحوزه مهندسی پزشکی است. با استفاده از ربات‌های جراحی در سوراخ‌کاری استخوان و استفاده از دریل‌های اتوماتیک می توان اعمال جراحی ارتوپدی را بهبود بخشید. در انجام فرایند سوراخ‌کاری استخوان، اعمال نیروی بیش از حد به استخوان سبب ایجاد شکست و ترک خوردگی و ایجاد آسیب جدی در استخوان می­شود. و همچنین این امکان وجود دارد که مته جراحی در داخل بافت دچار شکستگی گردد. در این مقاله یک مدل ریاضی رگرسیون خطی مرتبه دوم به منظور پیش­بینی رفتار نیروی فرایند در حین عمل سوراخ‌کاری استخوان برحسب سرعت دوران ابزار، نرخ پیشروی، قطر ابزار و برهم کنش­های مؤثر آنها ارائه شده است. این مدل می­تواند با دقت مناسب نیروی محوری اعمالی به بافت استخوان را در بازه آزمایش‌ها پیش‌بینی نماید. همچنین با طراحی آزمایش­ها و مدل سازی و بهینه­سازی پارامترهای مؤثر در فرایند سوراخ‌کاری استخوان به روش سطح پاسخ، بهینه‌ی مقدار سرعت دوران ابزار، نرخ پیشروی و قطر ابزار به منظور دستیابی به کمترین مقدار نیرو ایجاد شده در حین سوراخ‌کاری استخوان و عدم آسیب به بافت آن، ارائه گردیده است. نتایج به دست آمده بدین صورت است که هرچه قطر مته مورد استفاده کوچکتر باشد و سرعت دورانی ابزار بیشتر گردد و در فرایند سوراخ‌کاری از نرخ پیشروی کمتری استفاده شود، نیروی محوری وارده بر بافت استخوان کمتر خواهد بود.