تخمین المان محدود نیروهای وارد بر ناحیهی کمری ستون مهره‌ها با استفاده از سینماتیک اندازه‌گیری شده توسط تصویربرداری پزشکی در فعالیت خم شدن به جلو

اهمیت ستون مهره‌های بدن به عنوان پیچیده‌ترین عضو از لحاظ تحمل بارهای مکانیکی بر کسی پوشیده نیست. سالانه میلیون‌ها دلار در دنیا صرف درمان و هزینه‌های ناشی از آسیب ستون مهره‌ها می‌گردد. از این‌رو، مدل‌های المان محدود، نقش مهمی در مطالعات بیومکانیکی ستون مهره‌ها دارند. در شبیه‌سازی یک فرایند مکانیکی در ستون مهره‌ها، دانستن نیروهای عضلات متصل به ستون مهره امری ضروری است. یافتن این نیروها به کمک آزمایش‌های تجربی روی انسان، امری مخرب بوده و تخمین این نیروها نیز به کمک روش‌های بهینه‌سازی و یا الکترومایوگرافی، از دقت کافی برخوردار  نمی‌باشد. لذا، در این پژوهش به کمک ارائه‌ی یک مدل المان محدود برای ناحیه‌ی کمری ستون مهره‏ها با هندسه‌ی دقیق برای بافت‏های غیرفعال (دیسک‏ها و مفاصل خلفی) و هم‌چنین استخراج میزان چرخش و جابه‌جایی مهره‌های ناحیه‌ی کمری ستون مهره‌ها (به جای تخمین نیروه‌ها) از تصاویر پزشکی برای سه شخص مختلف، و در نهایت، اعمال جابه‌جایی‌ها و چرخش مهره‌ها به مدل، به عنوان شرایط مرزی، سه حالت خم شدن به جلو برای ناحیه‌ی کمری ستون مهره‌ها شبیه‌سازی گردیده است. به طور مثال، فشار وارد بر مهره‌ی L4-L5 در حالت خم شدن حدود  60 درجه‌ای به جلو، برابر با 4/2 مگاپاسکال و برای چرخش حدود  40 درجه‌ای، 9/1 مگاپاسکال ارزیابی شده است که با اندازه‌گیری‌های آزمایشگاهی تطابق خوبی دارد.