مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

اثر کفی‌های آف‌-لودینگ برای کنترل پارگی مینیسک زانو

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
1 دانشگاه صنعتی امیرکبیر
2 دانشگاه اصفهان
چکیده
یکی از آسیب‌های مفصل زانو، پارگی مینیسک‌های آن است که کارکرد طبیعی این مفصل را مختل می‌کند. لذا، کنترل پارگی مینیسک به منظور حفظ عملکرد طبیعی این مفصل از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از رویکردهای غیرتهاجمی، توصیه به استفاده از کفی‌های آف-لودینگ است که تجویز این کفی‌ها غالبا بر اساس تجربه درمانگر صورت می‌گیرد. با توجه به انواع مختلف پارگی‌های مینیسک، این نیاز وجود دارد تا از مسیر بررسی‌های بیومکانیکی، اثر مداخله‌ای کفی‌های مختلف در تعامل با انواع پارگی‌ها ارزیابی شود. در راستای همین نیاز، در این پژوهش به کمک تصاویر پزشکی هندسه‌ای کامل از اندام تحتانی استخراج گردید. برای مناسب‌سازی هندسه به دست آمده، دو نوع پارگی شامل پارگی طولی و شعاعی بر هندسه مینیسک اعمال شد. در گام بعد، پیکربندی سه مدل کفی آف-لودینگ موجود در بازار ایران بازسازی شد. نتایج این مدل‌ها نشان می‌دهند که کفی سه لایه بدون لانه زنبوری در پارگی شعاعی، کاهش 1/1 % تنش را در راس پارگی شعاعی به همراه دارد. به کـارگیری کفی تک لایه سیلیکونی سبـب کاهش 8% تنش در مینیسک خارجی در پارگی طولی می‌شود. برای پارگی طولی در سمت مینیسک داخلی با استفاده از کفی سه لایه با لانه زنبوری تا میزان 15% از مقدار تنش کاسته می‌شود. لذا کفی سه لایه با لانه زنبوری را می‌توان به عنوان کفی‌ای مناسب برای کنترل پارگی طولی در سمت مینیسک داخلی دانست. همچنین بر اساس یافته‌های مطالعه و در مقایسه بین دو نوع پارگی، پارگی طولی نسبت به پارگی شعاعی خطرناک‌تر بوده و از احتمال گسترش بالاتری برخوردار است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

The Effect of Off_Loading Insoles for Control of Knee Meniscus Tear

نویسندگان English

Ali Hashemi 1
mostafa rostami 1
nima jamshidi ph d 2
1 Amirkabir University of Technoligy
2 University of Isfahan
چکیده English

Meniscus tears, a prevalent knee joint injury, can significantly hinder joint functionality. Thus, the control of meniscus tears holds significant importance in preserving the joint's regular functionality. A non-invasive approach involves the recommendation of off-loading insoles; which therapists often prescribe based on their clinical experience. Based on the variety of meniscus tear types, it is essential to assess the effectiveness of different insoles when interacting with these distinct tears. This evaluation can be achieved through biomechanical investigations. To address this requirement, the present study utilized medical imaging to establish the precise lower limb geometry. To refine the acquired geometry, both longitudinal and radial tears were applied to the meniscus's geometry. The subsequent phase entails reconstructing the design of three off-loading insole models currently available in the Iranian market. The outcomes of these models demonstrate that the three-layer insole without honeycombs leads to a stress reduction of 1.1% at the apex of the radial tear. When dealing with a longitudinal tear situated on the inner meniscus, the application of a three-layer insole equipped with a honeycomb structure results in a 15% stress reduction. Utilizing a single-layer silicone insole results in an 8% decrease in stress on the external meniscus during longitudinal tears. Hence, the three-layer insole incorporating a honeycomb design is effective for managing longitudinal tears on the inner meniscus. Moreover, the research outcomes indicate that, when comparing the two tear types, longitudinal tears carry a greater risk than radial tears, exhibiting an increased likelihood of worsening.

کلیدواژه‌ها English

Knee Biomechanics
Meniscus Tear
Longitudinal Tear
Radial Tear
Off-Loading Insole
[1] Gregosiewicz A, et al. Double-elevating osteotomy of tibiae in the treatment of severe cases of Blount's disease. J Pediatr Orthop. 1989;9(2):178-81.
[2] Hall SJ. Basic Biomechanics. 8th ed. New York, NY: McGraw-Hill; 2019.
[3] Liu J, et al. Rs143383 in the growth differentiation factor 5 (GDF5) gene significantly associated with osteoarthritis (OA)-a comprehensive meta-analysis.2013;10(3):312.
[4] Chantarapanich N, et al. A finite element study of stress distributions in normal and osteoarthritic knee joints. 2011;92(12):97.
[5] Muthuri SG, et al. What if we prevent obesity? Risk reduction in knee osteoarthritis estimated through a meta-analysis of observational studies.2011;63(7):982-990.
[6] Lecouvet F, et al. Magnetic resonance imaging (MRI) of the knee: Identification of difficult-to-diagnose meniscal lesions. 2018;99(2):55-64.
[7] de Faria JLR, et al. Continuous meniscal suture in radial meniscal tear: The hourglass technique. 2021;10(7):e1763-e1772.
[8] Patel H, et al. Illustrative review of knee meniscal tear patterns, repair and replacement options, and imaging evaluation. 2021;69:4-16.
[9] Bartolo M, et al. Strength of interference screw fixation of meniscus prosthesis matches native meniscus attachments. 2021:1-8.
[10] Pena E, et al. Finite element analysis of the effect of meniscal tears and meniscectomies on human knee biomechanics. 2005;20(5):498-507.
[11] Cao H, et al. Short-term clinical outcomes of 42 cases of arthroscopic meniscectomy for discoid lateral meniscus tears. 2012;4(5):807-810.
[12] Telfer S, et al. Virtually optimized insoles for offloading the diabetic foot: a randomized crossover study. 2017;60:157-161.
[13] Tang L, et al. Functional gradient structural design of customized diabetic insoles.2019;94:279-287.
[14] Ma Z, et al. Design and 3D printing of adjustable modulus porous structures for customized diabetic foot insoles. 2019;2(1):57-63.
[15] Park S, et al. Assessment of stresses at the lower extremity joints wearing laterally wedged insoles. 2017;18:325-331.
[16] Chantarapanich N, et al. Influence of insole slope on bone joint stress, foot bone stress, and foot pressure distribution. 2019;41(2).
[17] Liu X, Zhang MJC. Redistribution of knee stress using laterally wedged insole intervention: Finite element analysis of knee–ankle–foot complex.2013;28(1):6167.
[18] Kedgley AE, et al. Predicting meniscal tear stability across knee-joint flexion using finite-element analysis. 2019;27:206-214.
[19] Ghassemi A, et al. Manufacturing and finite element assessment of a novel pressure reducing insole for Diabetic Neuropathic patients. 2015;38:63-70.
[20] Tarnita D, et al. Contributions on the modeling and simulation of the human knee joint with applications to the robotic structures. 2014:283-297.
[21] Khan, F.S.A., et al., Functionalized multi-walled carbon nanotubes and hydroxyapatite nanorods reinforced with polypropylene for biomedical application. Sci Rep, 2021. 11(1): p. 843.
[22] Papagiannis P, Azariadis P, Papanikos P. Evaluation and optimization of footwear comfort parameters using finite element analysis and a discrete optimization algorithm. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering.2017. IOP Publishing.
[23] Samsami S, et al. Comparison of three fixation methods for femoral neck fracture in young adults: experimental and numerical investigations.2015;35:566579.
[24] Jogi SP, et al. Model for in-vivo estimation of stiffness of tibiofemoral joint using MR imaging and FEM analysis. 2021;19:1-13.
[25] Zhang Q, et al. Finite element analysis of the lumbar spine in adolescent idiopathic scoliosis subjected to different loads. 2021;136:104745.
[26] Praveen Kumar S, RK. Finite element modeling of human knee joint - meniscus under compressive load. 2015;3(3).
[27] Li L, et al. Three-dimensional finite-element analysis of aggravating medial meniscus tears on knee osteoarthritis. 2020;20:47-55.
[28] Dong Y, et al. The effect of meniscal tears and resultant partial meniscectomies on the knee contact stresses: a finite element analysis. 2014;17(13):1452-1463.
[29] Moradi S, Haghpanahi M, Nikkhoo M. Biomechanical effect of longitudinal meniscal tear with or without anterior cruciate ligament tear in knee (finite element analyses). 2016.
[30] Zhang K, et al. The biomechanical changes of load distribution with longitudinal tears of meniscal horns on knee joint: a finite element analysis.2019;14:1-12.
[31] Yemineni BC, et al. Evaluation of maximum principal stress, von Mises stress, and deformation on surrounding mandibular bone during insertion of an implant: a three-dimensional finite element study. 2020;12(7).
[32] Korenczuk CE, et al. Isotropic failure criteria are not appropriate for anisotropic fibrous biological tissues. 2017;139(7):071008.