تخمین المان محدود نیروهای وارد بر ناحیهی کمری ستون مهره ها با استفاده از سینماتیک اندازه گیری شده توسط تصویربرداری پزشکی در فعالیت خم شدن به جلو

اهمیت ستون مهره های بدن به عنوان پیچیده ترین عضو از لحاظ تحمل بارهای مکانیکی بر کسی پوشیده نیست. سالانه میلیون ها دلار در دنیا صرف درمان و هزینه های ناشی از آسیب ستون مهره ها می گردد. از این رو، مدل های المان محدود، نقش مهمی در مطالعات بیومکانیکی ستون مهره ها دارند. در شبیه سازی یک فرایند مکانیکی در ستون مهره ها، دانستن نیروهای عضلات متصل به ستون مهره امری ضروری است. یافتن این نیروها به کمک آزمایش های تجربی روی انسان، امری مخرب بوده و تخمین این نیروها نیز به کمک روش های بهینه سازی و یا الکترومایوگرافی، از دقت کافی برخوردار  نمی باشد. لذا، در این پژوهش به کمک ارایه ی یک مدل المان محدود برای ناحیه ی کمری ستون مهره‏ها با هندسه ی دقیق برای بافت‏های غیرفعال (دیسک‏ها و مفاصل خلفی) و هم چنین استخراج میزان چرخش و جابه جایی مهره های ناحیه ی کمری ستون مهره ها (به جای تخمین نیروه ها) از تصاویر پزشکی برای سه شخص مختلف، و در نهایت، اعمال جابه جایی ها و چرخش مهره ها به مدل، به عنوان شرایط مرزی، سه حالت خم شدن به جلو برای ناحیه ی کمری ستون مهره ها شبیه سازی گردیده است. به طور مثال، فشار وارد بر مهره ی L4-L5 در حالت خم شدن حدود  60 درجه ای به جلو، برابر با 4/2 مگاپاسکال و برای چرخش حدود  40 درجه ای، 9/1 مگاپاسکال ارزیابی شده است که با اندازه گیری های آزمایشگاهی تطابق خوبی دارد.