تحقیق مدلسازی بافت نرم زخم بستر به روش المان محدود

مدلسازی بافت نرم جهت بررسی چگونگی ایجاد زخم بستر با استفاده از روش المان محدود

جامعترین محصول موجود با شکلها و منابع کامل، با اطمینان دانلود کنید

توضیحات محصول:

یکی از مشکلات بشر در زندگی امروزی عدم تحرک کافی و ثابت ماندن بدن در وضعیتهای محدودی می باشد . تماس پیوسته و تحت فشار نقاط محدود از بدن سبب عوارضی از قبیل عدم خونرسانی کافی به بافت و زخم های گسترده و حاد می شود که زخم بستر ( Bed sore ) نامیده می شود. از آنجائیکه فعالیتهای مختلف شغلی از قبیل رانندگی وسایل نقلیه و انواع بیماریها از قبیل ضایعات عصبی افراد زیادی را در معرض مشکل قرار می دهد فعالیتها و مطالعات وسیعی در زمینه این آسیب و جوانب آن صورت گرفته است.معمولا برای بررسی ناحیه صدمه دیده از یک مدل سه بعدی المان محدود  که بر اساس ساختار آن ناحیه با استفاده از تصاویر MRI تهیه       می شود استفاده می گردد. ...
...
از آنجائیکه بافتهای نرم بیولوژیکی از مقادیر مختلف فیبرهای کلاژن در یک زمینه (ماتریس)که در مقدار زیادی آب قرار گرفته است ؛تشکیل یافته است . این ریز ساختار پیچیده رفتار بسیار مهم و پیچیده ای از بافت نرم می سازد . بنابراین بافتهای نرم یک ماده غیر همگن ،غیر همسانگرد،تقریبا غیر قابل تراکم (بدلیل درصد بالای آب دربافت نرم) ،ویسکوالاستیک،غیر خطی می باشند که تغییر فرمهای زیادی را تحمل می کنند . بنابراین هر تئوری و مدلی که بر اساس آن تئوری بنا می شود یک شبیه سازی از بافت نرم انجام می دهد . که در واقع بسته به شرایط مکانی،وابستگی به زمان و بعد مورد نیاز در تجزیه وتحلیل برای محقق حاصل می شود. تئوریها و مدلهای ارائه شده در فصول اولیه را میتوان براین اساس دسته بندی کرد.
...
فصل اول –

بررسی عوامل ایجاد کننده زخم بستر، روشها و مکانیزم های پیشگیری از آن

1-1- مقدمه 1
1-1-1- علل زخم های بستر (زخمهای فشاری)2
1-2- مراحل پیشرفت زخمهای بستر4
1-2-1- ابزارهای تشخیص زخم بستر5
1-3- اثر فشار بر ویژگی های بیو مکانیکی بافت وایجاد زخم بستر 6
1-4- مقایسه اثر فشار ،اصطکاک و نیروی برشی بر ویژگی های بیومکانیکی بافت 7
1-5- صدمات بافتی ایجاد شده و اثر آن بر پاسخهای مکانیکی بافت 8
1-6- شیوه های متداول پیشگیری از زخم بستر 10
1-7- جمع بندی 13
فصل دوم –

مفاهیم اساسی مورد نیاز در بسط روش المان محدود

2-1- مقدمه 14
2-2- تنش و تعادل 14
2-3- شرایط مرزی16
2-4- روابط کرنش – جابجایی17
2-5- روابط تنش – کرنش18
2-6-  اثرات دما 21
2-7-جمع بندی22
فصل سوم-

روش اجزای محدود
3-1- مقدمه 23
3-2- المانها 26
3-3- مسائل یک بعدی27
3-4- مدل سازی المان محدود 29
3-5- نحوه شماره گذاری 30
3-6- کاربردهای المانهای مثلثی با کرنش ثابت در مسائل دوبعدی32
3-7-  مدل سازی المان محدود33
3-8- تحلیل تنش در مسائل سه بعدی 35
3-9- ارتباط روش FEM با FDM 36
3-10- مزایا ومعایب روشهای اجزاء محدود FEM38
3-11- جمع بندی 38
فصل چهارم  -

تئوری های اساسی و مدل ها جهت تعیین خصوصیات و رفتار بافت نرم

4-1- مقدمه 40
4-2- سوابق تحقیقات و مطالعات41
4-3- اثر نیروهای مکانیکی44
4-4- توزیع تنش مکانیکی دربافت45
4-5- معادلات حاکم بر نیروی فشاری، کشش ، برش، تنش وارد بربافت46
4-6- مدل اولیه FEM برای بافت نرم 48
4-7-  تئوری غیر همسانگردی بافت نرم بیولوژیک  50
4-7-1-  مدل های یک بعدی 51
4-7-2-  مدل های محیط پیوسته همسانگرد تقویت شده51
4-8- تئوری محیط پیوسته نا همسانگرد بافت نرم51
4-9- تئوری دو فازی اجزا بافتهای نرم درون آب قرار گرفته53
4-10-  تئوری سه فازی اجزای بافت نرم و کاربردهای آن54
4-10-1- روش حل55
4-11- تئوری تغییر فرمهای بزرگ برای زخمهای فشاری 59
4-11-1- مدل اجزای محدود بر مبنای تئوری تغییر فرمهای بزرگ برای زخمهای فشاری60
4-12-  مدل کره ویسکوبالاستیک  برای بررسی رفتار دینامیکی بافت نرم64
4-13-  تئوری تحلیل بافت نرم به صورت ماده نا همسانگرد ویسکوالاستیسیته شبه خطی
(تئوری QLV) و به کار گیری روش اجزاء محدود با استفاده از تقریب طیف گسسته68
4-13-1- اجرای روش اجزای محدود68
4-14- نتیجه گیری 70
4-15-  نتایج و بحث های نهایی بر روی تئوری های بافت و کاربرد آنها 71
فصل پنجم –

مروری بر نحوه شبیه سازی و نتایج بدست آمده از آن توسط روش FEM در مقالات مختلف

5-1- مقدمه 74
5-2- اجرای مدل کامپیوتری 75
5-2-1- کسب داده های سه بعدی 75
5-2-2- ویژگی های اینرسی و داده های اینرسی تنه انسان 76
5-2-3- شرایط مرزی و محیطی و فشار به کاررفته در مدلهای معمول76
5-2-4- تجزیه و تحلیل نیروهای وارد بر تنه و تعیین نیروهای مجهول 77
5-2-5- داده های لازم جهت رمزگشایی نرم افزار 78
5-3- مدلهای مکانیکی FE معمول به کاررفته در مقالات 79
5-4- گسترش مدل FE و مروری بر تاریخچه وکاربرد آن 80
5-5- اعتبار مدلهای FE و هندسی 82
5-6- روش های اعتبار سنجی مدل هندسی سه بعدی (FE ) 83
5-7- نتایج حاصل از شبیه سازی ها در مقالات 84
5-8- موارد مهم در شبیه سازی 84
5-9- نتیجه گیری85
فصل ششم –

جمع بندی و ارائه پیشنهادات
6-1- جمع بندی 87
6-2- پیشنهادات 88
6-3- نتایج بررسی روش ها و مکانیزم های پیشگیری 89
مراجع 91
اشکال
شکل 1-1– محل های شایع وقوع زخم بستر 3
شکل 1-2-  زخم بستر روی سمت داخلی مچ پای راست 3
شکل 1-3– مراحل پیشرفت زخم بستر و تخریب بافت5
شکل 2-1- جسم سه بعدی15
شکل 2-2- تعادل المان حجمی16
شکل 2-3- یک المان حجمی در صفحه17
شکل 2-4- المان صفحه ای تغییر شکل یافته18
شکل 2-5- (الف) تنش صفحه ای و ( ب) کرنش صفحه ای20
شکل 3-1- فرایند تحلیل عناصر محدود25
شکل 3-2- انواع اصلی المان های محدود26
شکل 3-3- میله یک بعدی بارگذاری شده توسط بارهای کششی ، حجمی و نقطه ای29
شکل 3-4- مدل سازی المان محدود یک میله30
شکل 3-5- بردارهای Q,F31
شکل 3-6-  همبندی المان31
شکل 3-7- مسئله دو بعدی32
شکل 3-8- جدا سازی المان محدود33
شکل3-9-  المان مثلثی34
شکل 3-10- مستطیل نمونه با چهار و هشت گره 37
شکل 4-1- (a)نیرویی که بر سطح کم اعمال می شود در نتیجه فشارزیادی تولیدمی کند.لذادر مسیر
جریان آب داخل لوله تغییراتی حاصل میشود.(فشاروبرش تواما)45
شکل 4-2- یک عنصر یک بعدی با طول dx در حالی که تغییر شکل یافته است 46
شکل 4-3- یک عنصر پوستی تغییر شکل یافته 47
شکل 4-4- مدل عنصر سه بعدی با مدل عنصر محدود buttock( چاووآدل 1978) 48
شکل 4-5- شماتیک مسئله فرورفتگی استاتیک برای یک لایه الاستیک که توسط یک تکیه گاه صلب
مقید شده است.55
شکل 4-6 مولفه های تغییر فرم در سطح لایه بافت نسبت به (aتنش نرمال در زیر ایجاد کننده فرورفتگی
 برای چندین مقدار  وقتی   به را نشان می دهد .مقادیر با تنش بی بعد58
شکل 4-7 منحنی تغییر فرم نسبت به عمق برای حالت  تنش نرمال در سه عمق در لایه بافت نشان داده می شود. مقادیر با تنش بی بعد  مقیاس بندی می شوند.
B )جابجایی محوری در سه عمق درلایه بافت نشان داده می شود  .58
شکل 4-8- شبکه اجزای محدود برای یک لایه بافت روی یک ساختار استخوانی که در معرض بارگذاری
 جابجایی سطح یکنواخت قرار دارد. 60
شکل 4-9 a ) فشردگی بافت b) فشار منافذ بینابینی c) حداکثر تنش برشی به صورت تابعی از زمان در
موقعیت های مختلف .62
شکل 4-10 رابطه معکوس بین فشارهای سطح پوستی و زمانی که برای فشردگی بافت به مقدار 11.5
درصد طول آن در عمق 70% را نشان می دهد. فشارهای سطح پوستی به صورت فشار سطحی در
 (0 , 0) = (z , r) گرفته شدند.63
شکل 4-11-a) بافت نرم به صورت قسمتی از یک کره ویسکوالاستیک که به سطح صفحه G فشرده
می شود، تقریبا زده شده است. b و c ) تغییر فرم بافت ترم قبل و بعد از تماس با صفحه G را نشان
می دهد. d) یکی از المان های ویسکوالاستیک کلوین در طی فشردگی که به طور یکنواخت توزیع
گردیده را نشان می دهد. صفحه A روی سطح G قرار گرفته است.64
شکل 4-12- مدل استفاده شده برای شبیه سازی آزمایشهای برخورد Valiant 66
شکل 5-1- ثبت داده های سه بعدی با استفاده از تصاویر رادیوگرافی 75
شکل 5-2- نمودار آزاد جسم آزاد تنه که در آن موقعیت نیروهای وزنی اجزای مختلف تنه و نیروهای عکس العمل وارد بر تنه نشان داده شده است .77
شکل 5-3– جرم اجزای مختلف بدن بر حسب درصد78
شکل 5-4- حجم انواع بافتهای نرم و سخت در اجزای مختلف تنه )79