Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/10906
Title: Realistic simulation of the knee using modular approach
Other Titles: Ρεαλιστική προσομoίωση του γονάτου χρησιμοποιώντας πολυβαθμωτή προσέγγιση
Authors: Μαμαλάκης, Μιχαήλ
Keywords: ACL
Menisci
Knee joints
Gait
Keywords (translated): Γόνατα
Βάδιση
Abstract: During the last couple of years, computational modeling and simulation have become an important field of research in biomedical sciences, with implications in our ability to efficiently analyze human body functionality. Among others, the knee joint constitutes a big and very much complicated joint in human body. Evidently, the significant increase in the number of knee replacements and surgical operations that have been reported over the last years makes our understanding of the mechanical and anatomical functionality of the knee more than critical. This thesis studies the stress-strain of four ligaments (ACL, LCL, MCL, LCL), of two menisci (lateral, medial) and of two bone cartilages (femur, tibia) for a gait stance cycle motion in an effort to refine and study the knee’s components behavior. In doing so, we have developed two Models (A, B) with different kinematics constrain. We assumed that in Model A the tibia bone is fixed in all dimensions (based on the assumptions in literature), whereas in Model B the tibia is fixed in all dimension except the flexion-extension. For these two Models, we simulated five Cases which were considered based on the kinematics-prescribed motions, and applied them in the finite element knee model. For these prescribed DOFs the flexion-extension of both Models (A, B) is taken as the output of multibody musculoskeletal software OpenSim. The internal-external and valgus-varus prescribed rotationals DOFs are taken from OpenSim too, but modified based on [21], in order to obtain more consistent results of the knee geometry. We applied the two translational DOFs in accordance with the results of [21]. An open-source software was developed, in order to handle the kinematics and kinetic output of OpenSim software and apply as prescribed motions or forces input in finite element analysis (FEBio). The results concludes in three studies. The first study presents the differences of ligaments’ stresses behavior between Case Three - Case Four and between the Case Four - Case Five in both Models (A, B). The second study presents the differences of stresses behavior of ligaments in Case Three, Four and Five between the Model A and Model B. Finally, in third study, a ligaments’ stresses profile during the gait stance cycle is determined for both Models (A, B). In the end of this thesis, a brief study of knee’s total, lateral and medial meniscectomy in gait stance cycle is presented. In these models, the three rotational (flexion-extension, internal-external, valgus-varus) and two translational (anterior-posterior and lateral-medial) at femur bone were set as prescribed DOFs, and the distal-proximal DOF was set to be unconstraint. The tibia set was fixed in all dimensions.
Abstract (translated): Τα τελευταία χρόνια, η υπολογιστική μοντελοποίηση και οι προσομοιώσεις αποτελούν ένα σημαντικό πεδίο έρευνας στις βιοϊατρικές επιστήμες, καθιστώντας δυνατή την ικανότητα να αναλύουμε αποτελεσματικά τη λειτουργικότητα του ανθρώπινου σώματος. Μεταξύ άλλων, η άρθρωση του γόνατος αποτελεί μια μεγάλη και πολύ περίπλοκη άρθρωση στο ανθρώπινο σώμα. Προφανώς, η σημαντική αύξηση του αριθμού των αντικαταστάσεων γόνατος και των χειρουργικών επεμβάσεων που έχουν αναφερθεί τα τελευταία χρόνια καθιστά την κατανόηση της μηχανικής και ανατομικής λειτουργικότητας του γόνατος αναγκαία. Αυτή η εργασία μελετά τις καταπονήσεις των τεσσάρων συνδέσμων (ACL, LCL, MCL, LCL), των δύο μηνίσκων και των δύο χόνδρων των οστών (μηρός, κνήμη) για την κίνηση της βάδισης. Για να μπορέσουμε να μελετήσουμε τη συμπεριφορά των στελεχών του γονάτου, αναπτύξαμε δύο μοντέλα (Α, Β) με διαφορετικούς περιορισμούς της κινηματικής της κνήμης. Υποθέσαμε ότι στο Μοντέλο Α το οστό της κνήμης είναι σταθερό σε όλες τις διαστάσεις (με βάση τις υποθέσεις στη βιβλιογραφία), ενώ στο Μοντέλο Β η κνήμη είναι σταθερή σε όλες τις διαστάσεις, εκτός από τον περιστροφικό βαθμό ελευθερίας έκτασης-κάμψης. Για τα δύο αυτά Μοντέλα, προσομοιώσαμε πέντε περιπτώσεις με βάση τον αριθμό των προδιαγεγραμμένων κινήσεων που εφαρμόστηκαν στο μοντέλο του γονάτου των πεπερασμένων στοιχείων. Για αυτούς τους προδιαγεγραμμένους βαθμούς ελευθερίας, ο περιστροφικός βαθμός ελευθερίας έκταση -κάμψη και των δύο Μοντέλων (Α, Β) λαμβάνεται από την έξοδο του πολυβαθμοτού μυοσκελετικού λογισμικού OpenSim. Οι προδιαγεγραμμένοι βαθμοί ελευθερίας εσωτερικά-εξωτερικά και valgus-varus καθορίζονται από το OpenSim αλλά τροποποιούνται με βάση το [21], προκειμένου να αποκτηθούν πιο συνεπή αποτελέσματα της γεωμετρίας του γόνατος. Εφαρμόσαμε τους δύο μεταφορικούς βαθμούς ελευθερίας (ΒΕ) σύμφωνα με τα αποτελέσματα του [21]. Ένα λογισμικό ανοιχτού κώδικα αναπτύχθηκε για να χειριστεί την κινηματική και κινητική έξοδο του λογισμικού OpenSim και να τις εφαρμόσει ως προδιαγεγραμμένες κινήσεις ή δυνάμεις εισόδου στην ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων (FEBio). Η πέντε κινηματικές περιπτώσεις που αναλύσαμε είναι οι ακόλουθες: Περίπτωση Ένα: Μοντέλο Α: • το οστό του μηρού: χωρίς περιορισμό (ελεύθερο) στον απομακρυσμένο-εγγύ άξονα, προδιαγεγραμμένη κίνηση στον άξονα κάμψης-επέκτασης, σταθεροποιημένο σε όλους τους άλλους ΒΕ. • Το οστό της κνήμης: σταθερό σε όλους τους ΒΕ. Μοντέλο B: • Το οστό του μηρού: χωρίς περιορισμό (ελεύθερο) στον απομακρυσμένο-εγγύ άξονα, προδιαγεγραμμένη κίνηση στον άξονα κάμψης-επέκτασης, σταθεροποιημένο σε όλους τους άλλους ΒΕ. • Το οστό της κνήμης: προδιαγεγραμμένη κίνηση στον άξονα περιστροφής κάμψης-έκτασης σε όλους τους άλλους ΒΕ σταθερό. Περίπτωση Δύο: Μοντέλο Α: • Το οστό του μηρού: χωρίς περιορισμό (ελεύθερο) στον απομακρυσμένο-εγγύ και πρόσθιο-οπίσθιο άξονα, προδιαγεγραμμένη κίνηση στον άξονα κάμψης-επέκτασης και εσωτερικής-εξωτερικής περιστροφής, σταθεροποιημένο σε όλους τους άλλους ΒΕ. • Το οστό της κνήμης: σταθερό σε όλους τους άξονες μεταφοράς και περιστροφής. Μοντέλο B: • Το οστό του μηρού: χωρίς περιορισμό (ελεύθερο) στον απομακρυσμένο-εγγύ και πρόσθιο-οπίσθιο άξονα, προδιαγεγραμμένη κίνηση στον άξονα κάμψης-επέκτασης και εσωτερικής-εξωτερικής περιστροφής, σταθεροποιημένο σε όλους τους άλλους ΒΕ. 10 • Το οστό της κνήμης: προδιαγεγραμμένη κίνηση στον άξονα περιστροφής κάμψης-έκτασης σε όλους τους άλλους ΒΕ σταθερό. Περίπτωση Τρία: Μοντέλο Α: • Το οστό του μηρού: χωρίς περιορισμό (ελεύθερο) στον απομακρυσμένο-εγγύ και πρόσθιο-οπίσθιο άξονα, προδιαγεγραμμένη κίνηση στον άξονα κάμψης-επέκτασης, valgus-varus και εσωτερικής-εξωτερικής περιστροφής, σταθεροποιημένο σε όλους τους άλλους ΒΕ. • Το οστό της κνήμης: σταθερό σε όλους τους ΒΕ. Μοντέλο B: • Το οστό του μηρού: χωρίς περιορισμό (ελεύθερο) στον απομακρυσμένο-εγγύ και πρόσθιο-οπίσθιο άξονα, προδιαγεγραμμένη κίνηση στον άξονα κάμψης-επέκτασης, valgus-varus και εσωτερικής-εξωτερικής περιστροφής, σταθεροποιημένο σε άλλους τους άλλους ΒΕ. • Το οστό της κνήμης: προδιαγεγραμμένη κίνηση στον άξονα περιστροφής κάμψης-έκτασης σε όλους τους άλλους ΒΕ σταθερό. Περίπτωση Τέσσερα: Μοντέλο Α: • Το οστό του μηρού: χωρίς περιορισμό (χωρίς περιορισμό (ελεύθερο) στον απομακρυσμένο-εγγύ άξονα, προδιαγεγραμμένη κίνηση καμπής-εκτάσεως vargus-valus, στον εξωτερικό εσωτερικό άξονα περιστροφής και στον άξονα μετατόπισης του πρόσθιου-οπίσθιου. • Το οστό της κνήμης: σταθερό σε όλους τους ΒΕ. Μοντέλο B: • Το οστό του μηρού: χωρίς περιορισμό (χωρίς περιορισμό (ελεύθερο) στον απομακρυσμένο-εγγύ άξονα, προδιαγεγραμμένη κίνηση καμπής-εκτάσεως vargus-valus, στον εξωτερικό εσωτερικό άξονα περιστροφής και στον άξονα μετατόπισης του πρόσθιου-οπίσθιου. • Το οστό της κνήμης: προδιαγεγραμμένη κίνηση στον άξονα περιστροφής κάμψης-έκτασης σε όλους τους άλλους ΒΕ σταθερό. Περίπτωση Πέντε: Μοντέλο Α: • Το οστό του μηρού: χωρίς περιορισμό (ελεύθερο) στον απομακρυσμένο-εγγύ άξονα, προδιαγεγραμμένη κίνηση καμπής-εκτάσεως vargus-valus, στον εξωτερικό- εσωτερικό άξονα περιστροφής και στον άξονα μετατόπισης του πρόσθιου-οπίσθιου και μέσου-πλευρικού. • Το οστό της κνήμης: σταθερό σε όλους τους ΒΕ. Μοντέλο B: • Το οστό του μηρού: χωρίς περιορισμό (ελεύθερο) στον απομακρυσμένο-εγγύ άξονα, προδιαγεγραμμένη κίνηση καμπής-εκτάσεως vargus-valus, στον εξωτερικό- εσωτερικό άξονα περιστροφής και στον άξονα μετατόπισης του πρόσθιου-οπίσθιου και μέσου-πλευρικού. • Το οστό της κνήμης: προδιαγεγραμμένη κίνηση στον άξονα περιστροφής κάμψης-έκτασης σε όλους τους άλλους ΒΕ σταθερό. Τα αποτελέσματα της διατριβής καταλήγουν σε τρεις μελέτες. Στην πρώτη μελέτη παρουσιάστηκαν οι διαφορές της συμπεριφοράς των συνδέσμων μεταξύ της Περίπτωσης Τρία - Περίπτωσης Τέσσερα και της Περίπτωσης Τέσσερα - Περίπτωσης Πέντε και στα δύο Μοντέλα (Α, Β). Στη δεύτερη μελέτη παρουσιάστηκαν οι διαφορές της συμπεριφοράς της καταπόνησης των συνδέσμων στην Περίπτωση Τρία, Τέσσερα και Πέντε, μεταξύ του 11 Μοντέλου Α και του Μοντέλου Β. Τέλος, στην τρίτη μελέτη προσδιορίζεται το προφίλ των καταπονήσεων των συνδέσμων κατά τη βάδιση και για τα δύο μοντέλα (Α, Β). Στην πρώτη μελέτη, τα αποτελέσματα των πιέσεων των συνδέσμων μεταξύ της Τρία και της Τέσσερα Περίπτωσης στο Μοντέλο Α, μας γνωστοποιούν ότι στην Περίπτωση Τέσσερα, η μέγιστη τάση του ACL αυξάνεται στις φάσεις 1,2,3 και 4 και μειώνεται στη φάση 5, σε σύγκριση με τις μέγιστες πιέσεις του ACL στην Τρία περίπτωση. Στην περίπτωση Τέσσερα, η μέγιστη τάση του PCL αυξάνεται τις φάσεις 1,2,3 και 5 και μειώνεται στη φάση 4, ενώ οι μέγιστες τάσεις της LCL μειώνονται στη φάση 1-3 και αυξάνονται στις 4 και 5, και τέλος οι μέγιστες τάσεις της MCL αυξάνονται στις φάσεις 1, 4 και 5 και παραμένουν σταθερές στη φάση 2 και 3, σε σύγκριση με τις μέγιστες πιέσεις των PCL, LCL και MCL στην Περίπτωση Τρία. Επιπλέον, στην Περίπτωση Τέσσερα, ο μέσος όρος της καταπόνησης του ACL αυξάνεται στις φάσεις 1,2,3,4 και μειώνεται στην φάση 5, ενώ ο μέσος όρος της καταπόνησης του PCL αυξάνεται σε όλες τις φάσεις, επίσης ο μέσος όρος της καταπόνησης του LCL μειώνεται στην φάση 1-3 και αυξάνεται στη φάση 4 5, και τέλος ο μέσος όρος της τάσης του MCL παραμένει σταθερός, σε σύγκριση με την μέση καταπόνηση του ACL, του PCL, του LCL και του MCL στην περίπτωση Τρία. Αυτή η συμπεριφορά αποδίδεται στην προκαθορισμένη κίνηση του πρόσθιου-οπίσθιου ΒΑ που εφαρμόστηκε στην Περίπτωση Τέσσερα, ενώ είχε τεθεί χωρίς περιορισμούς στην Περίπτωση Τρία. Τα αποτελέσματα των πιέσεων των συνδέσμων μεταξύ της Τέσσερα Περίπτωσης και της Πέντε Περίπτωσης στο Μοντέλο Α, υποδηλώνουν ότι στην Περίπτωση Πέντε οι μέγιστες τάσεις του ACL κατά τις φάσεις 1,2,3 αυξάνονται, ενώ παραμένουν σταθερές στις φάσεις 4 και 5 σε σύγκριση με τις μέγιστες καταπονήσεις του ACL στην Περίπτωση Τέσσερα. Στην Περίπτωση Πέντε η μέγιστη τάση του PCL μειώνεται στη φάση 2, αυξάνεται στη φάση 3 και παραμένει σταθερή στις φάσεις 1,4 και 5, ενώ η μέγιστη τιμή της LCL τάσης μειώνεται στη φάση 3, αυξάνεται στη φάση 2 και παραμένει σταθερή στις φάσεις 1,4,5, επίσης οι μέγιστες καταπονήσεις του MCL παραμένουν σταθερές σε όλες τις φάσεις, σε σύγκριση με τις μέγιστες καταπονήσεις των PCL, LCL και MCL στην Περίπτωση Τέσσερα. Στην Περίπτωση Πέντε, ο μέσος όρος της καταπόνησης του ACL αυξάνεται στις φάσεις 1,2,3 και παραμένει σταθερός στις φάσεις 4,5, ενώ ο μέσος όρος της καταπόνησης του PCL μειώνεται στη φάση 2, αυξάνεται στη φάση 3 και παραμένει σταθερός στις φάσεις 1,4,5, σε σύγκριση με τις μέσες τάσεις του ACL και του PCL στην Περίπτωση Τέσσερα. Στην Περίπτωση Πέντε, ο μέσος όρος της καταπόνησης του LCL αυξάνεται στις φάσεις 1,3,4,5 και παραμένει σταθερός στη φάση 2, ενώ ο μέσος όρος της καταπόνησης του MCL παραμένει σταθερός στις φάσεις 1,2,3,4 και 5, σε σύγκριση με το μέσο όρο των καταπονήσεων του LCL και του ΜCL στην Περίπτωση Τέσσερα. Αυτή η συμπεριφορά είναι αποτέλεσμα της προκαθορισμένης κίνησης του πλευρικού-μέσου ΒΕ, ο οποίος εφαρμόστηκε στην Πέντε Περίπτωση και ορίστηκε σταθερός στην Περίπτωση Τέσσερα. Τα αποτελέσματα των πιέσεων των συνδέσμων μεταξύ της Τρία και της Τέσσερα Περίπτωσης στο Μοντέλο Β φανερώνουν ότι στην Περίπτωση Τέσσερα, η μέγιστη τάση του ACL αυξάνεται στις φάσεις 1,2,3,4 και 5, σε σύγκριση με την μέγιστη τάση του ACL στην Τρία Περίπτωση. Στην Τέσσερα Περίπτωση, η μέγιστη τάση του PCL αυξάνεται στις φάσεις 1,2,3, μειώνεται στη φάση 5 και παραμένει σταθερή στη φάση 4, ενώ η μέγιστη τάση του LCL μειώνεται στη φάση 1-5, και τέλος η μέγιστη τάση του MCL μειώνεται στη φάση 2 και παραμένει σταθερή στις φάσεις 1 ,3,4 και 5, σε σύγκριση με τις μέγιστες τάσεις των PCL, LCL και MCL στην Περίπτωση Τρία. Επιπλέον, στην Τέσσερα Περίπτωση, ο μέσος όρος των καταπονήσεων του ACL αυξάνονται στις φάσεις 1,2,3,4 και 5, ενώ ο μέσος όρος των καταπονήσεων του PCL αυξάνεται στις φάσεις 1,2,3,4 και μειώνεται στη φάση 5, επίσης ο μέσος όρος των LCL μειώνεται στη φάση 4 και αυξάνεται στις φάσεις 1,2,3,5, και τέλος οι μέσες καταπονήσεις του MCL παραμένουν σταθερές στις φάσεις 1,3,4,5 και μειώνονται στη φάση 2, σε σύγκριση με τις μέσες 12 καταπονήσεις του ACL, PCL, LCL και MCL κατά την Τρία Περίπτωση. Αυτή η συμπεριφορά αποδίδεται στην προκαθορισμένη κίνηση του πρόσθιου-οπίσθιου ΒΕ που εφαρμόστηκε στην Περίπτωση Τέσσερα, ενώ είχε τεθεί χωρίς περιορισμούς στην Περίπτωση Τρία. Τα αποτελέσματα των καταπονήσεων των συνδέσμων μεταξύ της Περίπτωσης Τέσσερα και της Περίπτωσης Πέντε στο Μοντέλο Β, μας γνωστοποιούν ότι στην Περίπτωση Πέντε η μέγιστη τάση του ACL αυξάνεται κατά τις φάσεις 1, 2, 3, 4 και παραμένει σταθερή στη φάση 5, σε σύγκριση με τη μέγιστη τάση του ACL στην Περίπτωση Τέσσερα. Στην Περίπτωση Πέντε η μέγιστη τάση του PCL μειώνεται στη φάση 2,4,5, αυξάνεται στη φάση 3 και παραμένει σταθερή στη φάση 1, ενώ η μέγιστη καταπόνηση του LCL μειώνεται στις φάσεις 1,3, αυξάνεται στις φάσεις 4,5 και παραμένει σταθερή στη φάση 2, και τέλος η μέγιστη τάση του MCL παραμένει σταθερή σε όλες τις φάσεις, σε σύγκριση με τις μέγιστες καταπονήσεις του PCL, του LCL και του MCL στην Περίπτωση Τέσσερα. Στην Περίπτωση Πέντε, η μέση καταπόνηση του ACL αυξάνεται στις φάσεις 4,5 και παραμένει σταθερή στις φάσεις 1,2,3, ενώ η μέση καταπόνηση του PCL μειώνεται στη φάση 2, αυξάνεται στις φάσεις 1,3,5 και παραμένει σταθερή στη φάση 4, σε σύγκριση με την μέση καταπόνηση του ACL και του PCL στην Περίπτωση Τέσσερα. Στην Περίπτωση Πέντε, η μέση καταπόνηση του LCL αυξάνεται στις φάσεις 1,3,4,5 και παραμένει σταθερή στη φάση 2, ενώ οι μέσες τάσεις του MCL παραμένουν σταθερές στις φάσεις 1,3, μειώνονται στη φάση 2 και αυξάνονται στην φάση 4,5, σε σύγκριση με την μέση καταπόνηση του LCL και του MCL στην Περίπτωση Τέσσερα. Αυτή η συμπεριφορά είναι αποτέλεσμα της προκαθορισμένης κίνησης του πλευρικού-μέσου ΒΕ, ο οποίος εφαρμόστηκε στην Πέμπτη Περίπτωση και ορίστηκε σταθερός στην Περίπτωση Τέσσερα. Στη δεύτερη μελέτη παρουσιάστηκε μια σύγκριση μεταξύ του μοντέλου Β και του μοντέλου Α του μέγιστου στρες των συνδέσμων, στις τρεις τελευταίες Περιπτώσεις. Αποδεικνύεται ότι στο μοντέλο B και στην Περίπτωση Τρία η μέγιστη καταπόνηση του ACL αυξάνεται σε όλες τις φάσεις εκτός από τη φάση 5, σε σύγκριση με τις μέγιστες καταπονήσεις του ACL στο Μοντέλο A. Επιπλέον στην Περίπτωση Τρία, στο μοντέλο Β η μέγιστη τιμή της καταπόνησης του PCL αυξάνεται στις φάσεις 2 και 5, μειώνεται στις φάσεις 2,4 και παραμένει σταθερή στη φάση 3, ενώ η μέγιστη καταπόνηση του LCL αυξάνεται στις φάσεις 1,2,3,4,5, και τέλος η μέγιστη καταπόνηση του MCL αυξάνεται σε όλες τις φάσεις και παραμένει σταθερή στη φάση 3, σε σύγκριση με την μέγιστη τάση του PCL, LCL και του MCL στο Μοντέλο Α. Στην περίπτωση Τέσσερα, στο Μοντέλο Β, η μέγιστη τάση του ACL αυξάνεται σε όλες τις φάσεις εκτός από τη φάση 4 στην οποία παραμένει σταθερή, σε σύγκριση με τις μέγιστες τάσεις του ACL στο μοντέλο Α. Στο μοντέλο Β, η μέγιστη καταπόνηση του LCL αυξάνεται στις φάσεις 1,2,3,4 και μειώνεται στη φάση 5, ενώ η μέγιστη τάση του MCL αυξάνεται στις φάσεις 2,4,5, μειώνεται στη φάση 1 και παραμένει σταθερή στη φάση 3, σε σύγκριση με τη μέγιστη καταπόνηση του LCL, και του MCL, στο μοντέλο Α. Στην Περίπτωση Πέντε, στο Μοντέλο B η μέγιστη τιμή της καταπόνησης του ACL αυξάνεται σε όλες τις φάσεις, ενώ η μέγιστη καταπόνηση του PCL μειώνεται στις φάσεις 1,2,4,5 και παραμένει σταθερή στη φάση 3, επίσης η μέγιστη καταπόνηση του LCL αυξάνεται στις φάσεις 1,2,3,4 και μειώνεται στη φάση 5, και τέλος η μέγιστη καταπόνηση του MCL αυξάνεται στις φάσεις 2,4,5, μειώνεται στη φάση 1 και παραμένει σταθερή στη φάση 3, σε σύγκριση με τις μέγιστες καταπονήσεις στους PCL, LCL, του MCL του Μοντέλο Β. Όσον αφορά τις μέσες τιμές των καταπονήσεων των συνδέσμων, συγκρίναμε το Μοντέλο Β με το Μοντέλο Α για τις τρεις τελευταίες Περιπτώσεις. Παρατηρήθηκε ότι στην Περίπτωση Τρία στο Μοντέλο Β ο μέσος όρος της καταπόνησης του ACL αυξάνεται στις φάσεις 1,2,3,4 και μειώνεται στη φάση 5 σε σύγκριση με τις μέσες καταπονήσεις του ACL στο Μοντέλο Α. Επίσης, στην Περίπτωση Τρία στο Μοντέλο Β, οι μέσες τάσεις του PCL αυξάνονται στις φάσεις 1,5, μειώνονται στις φάσεις 2,4 και παραμένουν σταθερές στην περίπτωση 3, ο ενώ μέσος όρος της καταπόνησης του LCL αυξάνεται τις φάσεις 2,4,5 και μειώνεται στη φάση 1,3, 13 και τέλος ο μέσος όρος των καταπονήσεων του MCL αυξάνεται στις φάσεις 4,5 και μειώνεται στη φάση 1,2,3, σε σύγκριση με τις μέσες τάσεις των PCL, LCL, MCL στο Μοντέλο Α. Στην Περίπτωση Τέσσερα, στο Μοντέλο Β ο μέσος όρος της καταπόνησης του ACL αυξάνεται στις φάσεις 1,2,3,5 και παραμένει σταθερός στη φάση 4, ενώ ο μέσος όρος των καταπονήσεων του PCL μειώνεται σε όλες τις φάσεις, επίσης ο μέσος όρος της καταπόνησης του LCL αυξάνεται τις φάσεις 1,2,3,4 και μειώνεται στη φάση 5 και τέλος ο μέσος όρος της καταπόνησης του MCL αυξάνεται τις φάσεις 2,4,5 και μειώνεται στις φάσεις 1,3, σε σύγκριση με τη μέση καταπόνηση του ACL, PCL, LCL, MCL στο Μοντέλο Α. Στην Περίπτωση Πέντε, στο Μοντέλο Β, ο μέσος όρος της καταπόνησης του ACL αυξάνεται σε όλες τις φάσεις, ενώ η μέση τιμή της καταπόνησης του PCL μειώνεται στις φάσεις 1,2,4,5 και παραμένει σταθερή στη φάση 3, επίσης ο μέσος όρος των καταπονήσεων του LCL αυξάνεται στις φάσεις 1,2,3,4 και μειώνεται στη φάση πέντε, και τέλος ο μέσος όρος των καταπονήσεων του MCL αυξάνεται στις φάσεις 2,4,5 και μειώνεται στις φάση 1,3, σε σύγκριση με τις μέσες καταπονήσεις των ACL, PCL, LCL, MCL στο Μοντέλο A. Αυτή η συμπεριφορά είναι αποτέλεσμα της επιπλέον προκαθορισμένης κίνησης της καμπής-επέκτασης, ΒΕ που εφαρμόστηκε στο μοντέλο Β στο οστό της κνήμης. Σε τρίτη μελέτη, με βάση τα ληφθέντα αποτελέσματα, προσδιορίστηκε η κατατομή των καταπονήσεων των τεσσάρων συνδέσμων στις πέντε φάσεις του κύκλου βάδισης και για τα δύο Μοντέλα Α και Β (Εικόνα 1). Στο Μοντέλο Α, στη φάση 1, η μέγιστη καταπόνηση του LCL είναι υψηλότερη από εκείνη του ACL, αλλά η μέση καταπόνηση του ACL είναι υψηλότερη από εκείνη του LCL. Στη φάση 1, στο Μοντέλο Α οι τιμές πίεσης του PCL και του MCL είναι μικρότερες από 0,1 MPA. Στη φάση 2, στο Μοντέλο Α, οι καταπονήσεις του ACL είναι υψηλότερες από τις καταπονήσεις των άλλων συνδέσμων, ακολουθούμενες από τις καταπονήσεις του PCL. Στη φάση 3, στο Μοντέλο Α, η καταπόνηση του ACL είναι υψηλότερη από τη καταπόνηση των άλλων συνδέσμων, ακολουθούμενη από τη καταπόνηση του LCL. Στη φάση 4, στο Μοντέλο Α η καταπόνηση του LCL είναι υψηλότερη από τη καταπόνηση των άλλων συνδέσμων. Επίσης, στη φάση 4 του Μοντέλου Α, οι τάσεις του PCL, του ACL, του MCL είναι σχεδόν ίδιες. Στη φάση 5 του Μοντέλου Α, η μέγιστη τάση του LCL είναι υψηλότερη από τη μέγιστη τάση του MCL, αλλά οι μέση τάση του MCL είναι υψηλότερη από τη μέση τάση του LCL. Στη φάση 5, στο Μοντέλο Α η μέγιστη τάση της PCL είναι ίδια με του MCL, ενώ η μέση τάση του PCL είναι μικρότερη από τη μέση τάση του MCL. (Εικόνα 1) Στο Μοντέλο Β, στη φάση 1, η μέγιστη τάση του LCL είναι υψηλότερη από τη μέγιστη τάση του ACL, αλλά η μέση τάση του ACL είναι υψηλότερη από τη μέση τάση του LCL. Στο Μοντέλο Β, στη φάση 1, οι καταπονήσεις του PCL και του MCL είναι πολύ μικρές. Στη φάση 2, στο Μοντέλο Β, η τάση του ACL είναι υψηλότερη από την τάση κάθε άλλου συνδέσμου, ακολουθούμενη από τη τάση του PCL. Στη φάση 3, στο Μοντέλο Β, η μέγιστη τάση του ACL είναι μικρότερη από τη μέγιστη τάση του LCL, αλλά η μέση τάση του ACL είναι υψηλότερη από τη μέση τάση του LCL. Στη φάση 4, στο Μοντέλο Β, η μέγιστη τάση του LCL είναι υψηλότερη από όλες τις μέγιστες τάσεις των άλλων συνδέσμων, αλλά η μέση τάση του LCL είναι μικρότερη από τη μέση τάση του MCL και του ACL. Στη φάση 5, στο Μοντέλο Β, η τάση του MCL είναι υψηλότερη από τη τάση των άλλων συνδέσμων, ακολουθούμενη από την τάση του ACL και του LCL. Η κύρια διαφορά μεταξύ των μοντέλων Α και Β είναι ότι στη φάση 1 οι μέγιστες τάσεις του LCL και οι μέγιστες τάσεις της ACL είναι υψηλότερες στο Μοντέλο Β από ότι στο Μοντέλο Α. Στη φάση 2, στο Μοντέλο Β οι μέσες και μέγιστες τάσεις του ACL και οι μέγιστες τάσεις του LCL είναι υψηλότερες από εκείνες του Μοντέλου Α. Στη φάση 3 στο Μοντέλο Β οι μέσες και μέγιστες τάσεις του ACL και οι μέγιστες τάσεις του LCL είναι υψηλότερες από εκείνες στο Μοντέλο Α. Στη φάση 4 στο Μοντέλο Β οι μέσες και μέγιστες τάσεις των ACL και MCL και οι μέγιστες τάσεις του LCL είναι υψηλότερες από εκείνες στο Μοντέλο Α. Τέλος, στη φάση 5, οι μέσες και μέγιστες τάσεις των ACL και MCL είναι υψηλότερες στο μοντέλο Β από το 14 μοντέλο Α και οι μέγιστες τάσεις των PCL και LCL είναι υψηλότερες στο μοντέλο Α από το μοντέλο Β. Τέλος, παρουσιάζουμε επίσης μια σύντομη μελέτη της ολικής, της πλευρικής και της μεσαίας μενισεκτομής. Για την τελευταία μελέτη χρησιμοποιήσαμε τέσσερα μοντέλα: (i) μια υγιή άρθρωση του γόνατος με τους δυο μυνίσκους (ii) μια άρθρωση του γόνατος μετά από ολική μυνσεκτομή και δύο μερικές μυνσεκτομες. Ως προκαθορισμένες κινήσεις θεωρήσαμε τρεις περιστροφικές (κάμψη-επέκταση, εσωτερική-εξωτερική, βαλγούσα-βάρους) και δύο μεταφορικές (πρόσθια-οπίσθια και πλάγια-μεσαία) στο οστό του μηρού και όπου ο περιφερικό-εγγύς ΒΑ θεωρήθηκε άνευ περιορισμών. Η κνήμη ήταν σταθερή σε όλες τις διαστάσεις. Η κίνηση προς μελέτη ειναι η βάδιση. Στο υγιές μοντέλο, η μέγιστη πίεση του χόνδρου λαμβάνεται κατά τη διάρκεια της φάσης 5 του πλευρικού χόνδρου του μηριαίου οστού και στη φάση 4 και 1 στο μεσο χόνδρο της κνήμης και του μηρού. Σε μοντέλο με ολική εμμηνόδεση παρατηρήθηκε ότι η πίεση των χόνδρων στις φάσεις 1, 3 και 5 αυξάνεται σε σύγκριση με την πίεση των χόνδρων σε υγιές μοντέλο. Στο μοντέλο με την μερυκη μυνσεκτομη στον μεσο μυνίσκο , η πίεση των χόνδρων στις φάσεις 5, 2 και 4 αυξάνεται σε σύγκριση με την πίεση των χόνδρων στο υγιές μοντέλο. Οι φάσεις 2,4 και 5 είναι οι φάσεις στις οποίες η πίεση του χόνδρου του πλευρικού μηριαίου οστού είναι υψηλότερη σε υγιές μοντέλο σε σύγκριση με τις άλλες φάσεις. Στο μοντέλο με την αφέρεση του πλευρικό μενίσκο, η πίεση των χόνδρων στις φάσεις 1 και 3 αυξάνεται σε σύγκριση με την πίεση των χόνδρων σε υγιές μοντέλο. Οι φάσεις 1 και 3 είναι οι φάσεις στις οποίες η πίεση του χόνδρου του μεσαίου μηριαίου οστού είναι υψηλότερη σε υγιές μοντέλο σε σύγκριση με τις άλλες φάσεις.
Appears in Collections:Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογιστών (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Nemertes_Mamalakis(ele).pdf5.2 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.