مدل سازی زانو برای تحلیل پارامترهای بیومکانیکی رباط متقاطع قدامی در شرایط متفاوت فرود ایست-پرش

هدف این تحقیق به دست آوردن گشتاور زانو و محاسبه ی تنش در رباط متقاطع قدامی (acl) در شرایط متفاوت فرود ایست-پرش است که در حیطه ی بیومکانیک آسیب های ورزشی قرار می گیرد. آسیب های زانو، مخصوصاً آسیب غیر تماسی acl در فعالیت های ورزشی بسیار معمول است و اغلب در فعالیت های با کاهش سریع سرعت و نیز فرود اتفاق می افتد. تحلیل بیومکانیکی مفصل زانو برای فهم بهتر مکانیزم آسیب مفصل، تشخیص ریسک فاکتورها و توسعه استراتژی های پیشگیری ضروری است. با شبیه سازی فعالیت های ورزشی قادر به پیش بینی شرایط آسیب رسان در ورزشکاران خواهیم بود. در این مطالعه فرود ایست-پرش با استفاده از مدل سازی دینامیکی و اجزای محدود، شبیه سازی شد. برای این منظور مدلی دینامیکی با استفاده از داده های آنتروپومتریک ایجاد شد که در آن بدن به صورت یک مجموعه ی سه لینکی در صفحه ی ساجیتال در نظر گرفته شد. در این مدل بخش ها و مفاصل بدن به ترتیب به صورت لینک های مکانیکی صلب و مفاصل ساده ی لولایی مدل شدند. داده های سینماتیک شامل زوایا ی مفاصل هیپ، زانو و مچ پا و همچنین میزان جابجایی زاویه ای این مفاصل به عنوان ورودی به مدل داده شد. با استفاده از روش دینامیک معکوس، گشتاور مفصل زانو در شرایط متفاوت فرود به دست آمد. این شرایط شامل تغییر در زاویه ی فلکشن زانو در لحظه ی تماس اولیه ی پا با زمین، تغییر در میزان جابجایی زاویه ای مفصل زانو و تغییر در میزان جابجایی زاویه ای مفصل هیپ در طول فرود بود. نتایج نشان داد که نسبت گشتاور مفصل زانوی زنان به مردان 42/1 است. این بدان معنا است که احتمال آسیب زانو در زنان 42% بیشتر از مردان بوده که مشابه با نتایج مطالعات تجربی پیشین است. با افزایش زاویه ی فلکشن زانو در لحظه ی تماس اولیه ی پا با زمین، ماکزیمم گشتاور زانو کاهش یافت. این نتیجه نشان می دهد که زاویه ی فلکشن زانو در لحظه ی تماس اولیه ی پا با زمین، فاکتور سهیم در آسیب های زانو است. با افزایش میزان جابجایی زاویه ای زانو، ماکزیمم گشتاور زانو ابتدا کاهش و پس از رسیدن به یک مقدار بهینه، دوباره افزایش یافت. در استراتژی سوم نیز با افزایش جابجایی زاویه ای هیپ، نتیجه ای مشابه به دست آمد. بنابراین برای کاهش گشتاور مفصل زانو و افزایش جذب شوک ناشی از فرود، افزایش جابجایی زاویه ای مفاصل زانو و هیپ در طول فرود توصیه می شود. البته نتایج نشان داد که برای میزان جابجایی زاویه ای مفاصل در حین فرود، حد بهینه ای وجود دارد. در مرحله ی دوم تحقیق، گشتاور به دست آمده از مدل دینامیکی در شرایط متفاوت فرود، به عنوان ورودی به مدل اجزای محدود داده شد. این مدل به وسیله ی تصاویر ct و mri و پس از گذشتن از چندین نرم-افزار مکانیکی ایجاد شد. نتایج نشان داد که نسبت تنش acl زنان به مردان 4/1 می باشد که این نتیجه بیانگر احتمال بیشتر آسیب acl در زنان است. دیگر نتایج مدل نشان داد که با افزایش زاویه ی فلکشن زانو در لحظه ی تماس اولیه ی پا با زمین، تنش در acl کاهش یافت. در استراتژی دوم و سوم نیز با افزایش میزان جابجایی مفاصل زانو و هیپ در طول فرود، تنش در acl کاهش یافت. تمامی این نتایج با نتایج مطالعات پیشین سازگار بود. مقایسه ی نتایج حاصل از هر دو مدل و مطالعات تجربی در زمینه ی آسیب های ورزشی نشان می دهد که مدل سازی روشی مفید برای پیش بینی موقعیت های آسیب رسان در ورزش است. مزیت این روش، توانایی شبیه سازی هرگونه موقعیت ورزشی برای هر شخصی می باشد و این در حالی است که مطالعات تجربی قادر به انجام آن نمی باشند.