انجام پروژه کامسول قدرت استخوان با استفاده از مواد ایزوتروپیک و ناهمسانگرد
استخوانهای زنده در صنعت پزشکی قابل شبیه سازی و تست آزمایشگاهی هست اما در حال حاضر هیچ وسیله ای تک منظوره در این زمینه وجود ندارد که بتواند قدرت استخوان را آزمایش کند. با این وجود ، انجام پروژه با نرم افزار comsol پروژه توانسته با استفاده ماژول مکانیک مدل سازی کل آرایش استخوان و با استفاده از شبیه سازی مولتی فیزیک ، اندازه گیری های مربوط به استحکام استخوان را انجام دهد تا استرس و تحلیل کرنش را انجام دهند. قدرت شبیه سازی استخوان با یک نقشه ساده از توپولوژی خارجی استخوان آغاز می شود و سپس به ساختار و ترکیب داخلی آن می رسد که پیچیده می شود
انجام پروژه با نرم افزار comsol
استخوان پا و شباهت آن به مواد ناهمسانگرد در ماژول مکانیک
ابعاد و قدرت مکانیکی یک استخوان ران را می توان با استفاده از نقشه های پرتو ایکس تعیین و از این نظر مشکلی نداریم ، شبیه سازی مولتی فیزیک را از ماژول مکانیک شروع می کنیم و در مراحل بعدی ممکن است به ماژول ترمودینامیک هم نیاز پیدا کنیم. انجام پروژه با نرم افزار comsol مدلهای مختلفی از عناصر محدود را آزمایش می کنیم تا بهترین روش برای طراحی مدلی که از نزدیک شبیه استخوان واقعی است ، تعیین کنیم.
حدود 2 سال پیش قبل ازاینکه این شبیه سازی و انجام پروژه با نرم افزار comsol راانجام دهیم محققین یکی از تکنیک های مدل سازی که آنها کاوش کردنداجرای موادایزوتروپیک، موادی است که به همان روش به نیروهای اعمال شده در جهات مختلف پاسخ می دهند و مواد ناهمسانگرد ، آنهایی که بسته به جهت نیروی اعمال شده دارای خصوصیات بدنی مختلفی هستند. مدل های قبلی فمور فرض می کردند که استخوان ران کاملاً از مواد ایزوتروپی تشکیل شده است. با این حال ، این مدلها نتوانستند الگوهای صحیح شکستگی را پیش بینی کنند که درصورت مواجهه با فشار مفاصل استخوان ران وجود دارد. محققان با استفاده از هر دو ماده ایزوتروپیک و ناهمسانگرد در مدل های خود ، ترکیب ماده ای را تولید کردند که نتیجه ای حاصل می کند که بیشترین داده ها را با آزمایشات انجام شده روی استخوانهای واقعی انسان انجام می دهد.
انجام پروژه کامسول
شبیه سازی مواد ایزوتروپیک و ناهمسانگرد در یک استخوان ران
با اسکن یک استخوان ران در بدن با استفاده از یک اسکنر لیزری سه بعدی شروع کردیم و سپس با استفاده از این اطلاعات ، یک المان محدود سه بعدی را ساختیم. این کار به ما هندسه خارجی استخوان را می دهد. با این حال ، برای تعیین ترکیب داخلی بافتهای مختلف ، آنها با مطالعات قبلی در مورد استحکام استخوان و ترکیب بافت جداگانه مدل کردیم.
استخوان ران از چندین بخش تشکیل شده است: استخوان ترابکولار ، استخوان قشر مغز و کانال مدولاری .استخوان قشر نوعی از بافت استخوانی است که بسیار جمع و جور است و محافظت از اندام ها ، اهرم های تحرک و توانایی تبادل عناصر شیمیایی را فراهم می کند. استخوان ترابکولار اسفنجی و به مرکز نزدیکتر است و کانال مدولاری رگهایی است که مغز استخوان در آن ذخیره می شود. ترکیب ماده ی استخوان را می توان با استفاده از نوعی رادیوگرافی به نام جاذب اشعه ایکس انرژی دو (DXA) که برای اندازه گیری چگالی مواد معدنی استخوان کار می کند ، تعیین کرد.
ما در این پروژه انجام پروژه با نرم افزار comsolدو پرتوی اشعه ایکس با میزان انرژی متفاوت در بافت استخوان را هدف قرار می دهیم ، سپس سطح جذب را کم می کنیم تا از چگالی مواد معدنی استخوان مطلع شویم. علاوه بر این ، این یک تکنیک برای نمایش مقطع اشعه ایکس یا سونوگرافی هم مورد استفاده قرار می گیرد.
انجام پروژه با نرم افزار comsol
ما در انجام پروژه با نرم افزار comsol اینجا سر استخوان ران را به عنوان یك مدل ایزوتروپیك و ناهمسانگرد تعمیم یافته مدل کردیم. استخوانهای ترابکولار و قشر مغز سپس به عنوان یک ماده ناهمسانگرد یا ماده ایزوتروپیک در شبیه سازی های مختلفی که خواص ماده گرفته شده از نتایج تجربی است را در یک فایل دیگرشبیه سازی کردیم.همانطورکه از نمودار نشان داده شده است، مواد ناهمسانگردباداده های آزمایش فیزیکی نزدیکتر هستند. محققان با شبیه سازی و اندازه گیری الگوهای استرس در هر دو مدل ناهمسانگرد و ایزوتروپیک، صحت این مدل را مطابق با الگوهای استرس شناخته شده آزمایش کردند. مدل زیر توزیع تنش های مختلف در ناحیه سر استخوان ران در مدل های ناهمسانگردوایزوتروپیک رانشان می هر دو ماده ایزوتروپیک و ناهمسانگرد می توانند مدل شوند ، و ما نتایج را با استفاده از کانتور استرس و گراف های حجمی نشان دادیم.