مروری بر مدل سازی زانو با کاربرد روش المان...

99پائیس 3شماره 5کی تهران دوره جله علمی پژوهشی تواوبخشی وویه ـ داوشکذه تواوبخشی ـ داوشگاه علوم پسشم

همبل هطضی

هسل ؾبظی ظا ثب کبضثطز ضـ الوبى هحسزهطضی ثط

5اثالفل قيطاظی ػسلزکتط ، 4پض هحوس پطيبىزکتط ، 3فبو اؾفسيبضپضزکتط ، 2ؾيس کوبل السيي ههفی، 1بزی ضاحوي

کببزاعيلغی ثيهسيکبل، ثضبثي، يزاكدی زکتطی زاكگب ؾيوى فطيعض، زپبضتوبى ک -1 زاكدی زکتطی زاكگب ؾتطى اتبضي، زپبضتوبى هسؾي هاز هکبيک، لسى، اتبضي، کببزا -2 ، ااظ، ايطاى ااظ، زاكکس تاجركي قبپضاؾتبزيبض زاكگب ػلم پعقکي خسی -3 قطيف، زاكکس هسؾي هکبيک، تطاى، ايطاىاؾتبز هؼيي زاكگب نؼتي -4 تکيک اکل، ثرف هسؾي هکبيک، هتطال، کجک، کببزااؾتبز پلي -5

(7/7/90، تبضيد پصيطـ همبل : 7/2/90)تبضيد اضؾبل همبل:

کببزا، اتبضي ، لسى، زپبضتوبى هسؾي هاز هکبيک زاكگب ؾتطى اتبضي : يؿس هؿئلEmail: [email protected]

همسه

طح ضيکطزبی يي زض زضهبى اذتالالت ؾيؿتن اؾکلتي زض ز ز اذيط، ک سف غبيي زضهبى ضا -ػالي

ب ضا زاس تخ کلييؿيي تأهيي ثجبت ػولکطزی هفهل هيثيف اظ گصقت هؼف يطضت احيبء هکبيک جيؼي هفبنل

اؾت. بت هفهلي وزث ػاى خعء اؾبؾي زضهبى زض يبيؼ بی ثيوبضی ب اس ک آؾيت هبلؼبت ثؿيبضی كبى زاز (.1-5) قس هفبنل هي هفهلي ؾجت تغييط ؾيوبتيک

ک ؾيوبتيک فطيي اػتمبزی اضائ هي قز بيوغيطجيؼي ثب تغييط تظيغ يطب هکبيعم ثبضگصاضی ؾبذتبضبی

،الي گطزز آؾيت تكسيس ؾجت ستا هرتلف هفهل، تب هيپصيطی آؾيت ذطای اؾت ک کس ثلک فبکتض هؿتؼس

. اظ ايي زس غطف ؾبيط ؾبذتبضبی هفهلي ضا افعايف هي ثطضؾي پبضاهتطبی ؾيتيک ؾيوبتيک حطکت هفهلض

ب، ثيوبضی بی هفهلي اظ ظط قبذت اثط آؾيتتاس هي (تاجركي خطاحي اظ )اػن يزضهب بی ضـ تبيح اضظيبثي

ب وچيي تكريم ع قست آؾيت ثطای کلييؿيي خعئيگكتبضبی ثيي ػال تؼييي يطب ث .ثبقساضظقوس

(Inter-segmental torques) ضيعی طاحبى ايوپلت ضا زض پبي ثركس. بی خسيس يبضی هي طح

بی تدطثي قبهل ضـکلي هحمميي اظ ض ث بی ظطی يب ث ثيبى زيگط ضـ ظس هبلؼ ظای خؿس

اؾتفبز ظا هفهل هکبيک تحليل ؾبظی ضيبيي ثطای هسل (.1کس )قکل هي

گيطی کبض بی آظهبيكگبي، هحمميي ثب ث زض پػف بيي ظيط حصف ثطبه ضيعی قس ثطذي ليز )اظ خول قي

، (8)، تؼجي حؿگط زض اخعاء هرتلف هفهل (6-7)ب( ليگبهبى

چکيسقز، زض هؼطو ذط لي ضظقي ثط آى تحويل هيهفهل ظا ث زليل حطکبت ثبضبی ظيبزی ک زض ي ااع فؼبليت بی ضظهط، قغ ظهي سف:

گطزز ک ايي اهط ذز ثبالی نسهبت زغطاؾيى اؾت. اؾتئآضتطيت آؾيت بی ليگبهبي اغلت ؾجت ثطظ زضز کبف ؾح فؼبليت بی فطز هيبزی هبلؼ ثيهکبيک هفهل ظا واض هضز تخ کس. اظ ايي ض ثطای ؾبل بی هتو بی اؿبي التهبزی گفتي ضا ثط خاهغ تحويل هي عي

زيس اؾت. ثضيک ػوس ضـ بی پيكگيطی اظ اؾت. سف انلي ايي تحميمبت قبذت ثتط ػولکطز هفهل ظای ؾبلن آؾيت هحمميي ظيبزی ثز اؾت. آؾيت زضهبى ثط اؾبؼ ويي تحميمبت ثب قس

اؾتفبز اظ زيت بی ػولي اذاللي وچيي عي گفت ادبم هبلؼبت تدطثي ثط ضی ظای ظس خؿسثسليل هكکالت، هحس ضـ ثطضؾي: ؾبظی ضيبيي ث ضـ الوبى هحسز اثعاض کبضا، لی هکولي ثطای ثطضؾي ثيهکبيک هفهل ظا اؾت. هسلزى آى ثطای تلفيك وزى سؾ ؾ ثؼسی هفهل ظا، ليز پيچيس قطاي هعيت ضـ الوبى هحسز زض ثطضؾي ثيهکبيک هفهل همبم ث ب:يبفت

بی غيط ذي بوگي اؾت. ثبضگصاضی، وچيي هازی ثب يػگيب ث تطؾين اس ثحث پيطاهى ػوس تبيح آ زض ايي همبل ثب هطض هبلؼبت هوي ک ثب ضـ الوبى هحسز ث ثطضؾي ثيهکبيک ظا پطزاذت تيد گيطی:

اؾت. اساظ آتي زض ثطضؾي ثيهکبيک هفهل ظا هجبزضت قس چكن ؾبظی، ضـ الوبى هحسز، ليگبهبى، آؾيت، زغطاؾيى، تاجركي، زضهبى هفهل ظا، هسل ب:کليس اغ

Dow

nloa

ded

from

mrj.

tum

s.ac

.ir a

t 8:2

8 IR

ST

on

Thu

rsda

y F

ebru

ary

20th

202

0

http://mrj.tums.ac.ir/article-1-60-fa.html

مروری بر مذل سازی زاوو در ... 2

99پائیس 3شماره 5مجله علمی پژوهشی تواوبخشی وویه ـ داوشکذه تواوبخشی ـ داوشگاه علوم پسشکی تهران دوره

وچيي (9-10) پؾت ب هبضکطگصاضی ثط ضی اؾتراىخبی يب زؾتگب ث (11-13)اػوبل يط اظ طيك ظ لطلط

يطی ػالت ث ثطضؾي هيعاى هكبضکت اخعاء هفهل زض بی ؾيوبتيکيکتطل حطکت، وچيي اثط خطاحبت ثط پبضاهتط

چ هبلؼبت اگط. (6-7)پطزاظس هي حطکت ؾيتيکي کوي زليمي پيطاهى پبضاهتطبی آظهبيكگبي االػبت

، آب زس ؾيوبتيک ؾيتيک حطکت زض اذتيبض لطاض هي

تاس ث تبيي تهيط زليمي اظ يطبی هفهلي زض يک ويس زيگطی ک ثطای حطکت جيؼي اضائ زس. اظ ضقبی هفي

بی هرتلف اظ ؾی هحمميي ثکبض گطفت ثطآضز يطی الوبىبی حؿبؼ ث هظض اؾتفبز اظ فيلنتاى ث هي اؾت قس

تؼييي ؾح يطبی توبؾي، وچيي ؾيؿتن بی ضثبتيک کس، اقبض وز ک اهکبى کتطل ثبض خبثدبيي ضا فطان هي

(16-14) .

جم ثسی اخوبلي اظ ضـ بی تحليل هکبيک ظا زض ازثيبت ثيهکبيک اضتپسی ثبليي -1قکل

ک ث (In-vivo)بی حبلت ظس تطيي ضـ قبيغ

ضس قبهل اؾتفبز اظ کبض هي هظض تحليل هکبيک هفبنل ث -بی هرتلف تهيط بی يسئيي آبليع حطکت، ضـ ؾيؿتن

ؾدف هؿتمين يط گكتبضب اظ ( 17ثطزاضی پعقکي )

بی اؾت. ضـل ههػي نطيك تؼجي حؿگطب ثطضی هفبهصکض يع ػليطغن هعايبی يػ ثب هحسزيتبيي هاخ ؿتس

تاى ث هحسزيت بی اذاللي اؾتفبز اظ ک اظ خول آى هيبی تبخوي هثل کبضثطز هبضکطبی ؾظي، عي ضـ

ضقبی تحليل هکبيک ظا

ضقبی تدطثي ضقبی ظطی

ی خؿسهبلؼ ثط ضی ظا هسل ؾبظی ضيبيي(in-vitro)

هبلؼ ثط ضی ظای ظس(in-vivo)

هسلبی هجتي ثط آبتهي هسلبی پسيس گبض

هسلبی اؼبف پصيط

ؾيؿتن بی يسئيي آبليع حطکت

تهيطثطزاضی

اثعاضبی الکتطهغبيؿي

ؾبيط ضقب

هسلبی نلت

ؾيتيکي

ؾيوبتيکي

اؾتبتيک

زيبهيک

اؾتبتيک جق

Dow

nloa

ded

from

mrj.

tum

s.ac

.ir a

t 8:2

8 IR

ST

on

Thu

rsda

y F

ebru

ary

20th

202

0


3راحمی و همکاران

99پائیس 3شماره 5اوشکذه تواوبخشی ـ داوشگاه علوم پسشکی تهران دوره مجله علمی پژوهشی تواوبخشی وویه ـ د

ب اقکبل زض نحت تبيح ث ؼجي حؿگطالتهبزی گفت تاؾتفبز اظ زليل آضتيفکت بقي اظ حطکت پؾت ثبفت طم زض

بيي يسئيي آبليع حطکت ثب کبضثطز هبضکطبی پؾتي ؾيؿتنگيطی ؾيوبتيک ؾيتيک هفبنل اقبض وز. يطضت اساظ

، هحمميي ضا بی زضهبي ثطای قبذت اثطات خطاحت ضـبی تدطثي طآى زاقت اؾت ک ث تؾؼ تکويل ضـث

تاى ث اؾتفبز اظ ب هي تطيي ضـ ثپطزاظس ک اظ خول خسيسثطضؾي وکبضاف زض آی تؾ لي آض امـ اؾتطئ ضـ

ؾيوبتيک هفهل ظا اقبض وز.بی اضظقوسی ثطای تؼييي وچيي ث تبظگي تالـ

اؾت. اثط ثبضبی فكبضی ادبم قس کطف غطف ظا تحتتغييط گيطی هيعاى وکبضاف ثب اساظ Guterlزض ايي اضتجب

تهبيط هيکطؾکپي زيديتبل لؼبتي اظ قکل غطف زضغطف اؾتراى ک زض توبؼ ثب نفحبت قفبف ثزس

(. 18) کطف غطف ضا زض کل يربهت آى تؼييي کطزستؼييي پيچيسگي آبتهي هفبنل، ثب ايي خز ث زليل

تک ؾبذتبضبی هفهلي زض قطاي هرتلف چگگي ضفتبض تکهؿتمين يطبی زضي هفبنل گيطی وچيي اساظ ثبضگصاضی

اظ ظط التهبزی همطى ث زقاض اؾتزض هبلؼبت تدطثي، ؾبظی ؾبظی، ثب قجي هسل نطف يؿت. اظ ايي ض هحمميي زض

ب ثب آظهبيكبت کطزى هسل هفبنل کبليجطضفتبض پيچيس کس ک ح تؼبهل ػولکطز اخعاء هفهل تدطثي، تالـ هي

ضا ثطای حبالت هرتلف ثطضؾي وبيس.ای اظ ضاث ضيبيي هكتول ثط هدوػب زض الغ هسل

)هؼبزالت حطکت، ليز ايدبز توبؼ لايي ثيي هتغيطببی هفهلي ب کپؿلب، ليگبهبىگبهبىهمبهت ههبلح لي

ثضؾيؿتن ضـ حل آب ؿتس. يک پبضاهتطبی غيط(،، هؼبزالت حطکت، هطظی ، قطايزض ايي ضاث قطاي اليکلي

.قس ليز سؾي لحب هي ليز فيعيلغيکهسلبی ضيبيي ظا ضا ث ز ع (19)ػجسالطحوي حفظي

Phenomenological) ضيبيي گبض سيسبی پ هسل

Mathematical Models) بی هجتي ثط آبتهي جم هسل

ؿتس فيعيکي بی هسل ،گبض بی پسيس اس. هسل ثسی وز ؾبذتبضبی آى ک پبؾد کلي ظا ضا ثسى زض ظط زاقتي ظيط

تطيي هسل فيعيکي ک ثطای وبيف کس. قبيغ تنيف هي ای هتمبغ اؾت هيل ضز هسل چبض يهفهل ظا ثکبض ه حطکت

ثب اؾتفبز اظ ايي هسل ث تنيف فطاايهبلؼبت ک .(20-22، 10) اس ؾيوبتيک هفهل ظا پطزاذت

ؾبذتبض ضضفتب هبلؼ ثطای ،آبتهي ثط هجتي بی هسل ب يبظهس قس. ايي هسل بی هرتلف هفهل ايدبز هي

تنيف زليك سؾ ذال هکبيکي هاز ط يک اظ الوبىتاى ث بی هجتي ثط آبتهي ضا هي بی هفهل ؿتس. هسل

ثسی کطز. ز زؾت ؾيوبتيکي ؾيتيکي جمبی ؾيوبتيکي ضاث ثيي پبضاهتطبی حطکت هفهل هسل

زض ،سک ضا ثسى تخ ث قطاي ثبضگصاضی تنيف تؼييي هيبی ؾيتيکي اضتجب ثيي قطاي ثبضگصاضی ک هسل حبلي

ضا ب هسل. زض يوي ايي زس پبضاهتطبی حطکت ضا قطح هيگبي . وز حل ياؾتبتيک يزيبهيک نضتث ز تاى هيي يع حل وز زض قج اؾتبتيکب ضا ث نضت تاى هسل هي

هؼبزالت ،هبؾتؾطی ليز ثب لحب وزى يک ايي ضـ اظ ايي گطزز هيتؼبزل ثطای ظايبی هؼيي اظ هفهل حل .قس طيك يطب پبضاهتطبی حطکت تؼييي هي

ای تب زاه قسايي ضال ثطای ظايبی زيگط تکطاض بی زيبهيک هكط اظ حطکت هفهل پقف زاز قز. هسل

الت زيفطاؿيلي حطکت، ث يکؿطی ليز هبؾت ثب حل هؼبزيطب پبضاهتطبی حطکت ضا تحت قطاي ثبضگصاضی زيبهيک

قس بيي ک ثطای تحليل ظا ايدبز هي هسل کس. تؼييي هيتاى ثطاؾبؼ لبثليت اؼبف پصيطی نلجيت اخعاء يع ضا هي ثسی وز. جم

لبثل بی نلت اخعا ث نضت اخؿبم غيط زض هسلب ثب خؿن نلت قس )اؾتراى ف زض ظط گطفت هياؼبگطزس(. اظ ايي ض ثب تخ ث ايک بی طم ثب فط هسل هي ثبفت

ب( زض تمبثل ثب يکسيگط تغييط قکل وي اخعای نلت )اؾتراىزس ث تؼجيط زيگط کطف خز ساضز لصا تف تک تک -

. ثبقس گيطی وي اخعا لبثل اساظ زؾت آضزىـ ث ب هسل ـگ ايي بضثطزـک تطيي هن

ػلت ػسم زض ظط ب ث ؾيوبتيک اخعا اؾت. زلت ايي هسلب سؾ زليك آبتهيکي، هحسز اؾت. گطفتي تغييط قکل

ب وچيي زض ثطضؾي ضفتبض زيبهيکي ثؿيبض کبضثطز ايگ هسلت زيبهيکي ث خبی زاضس چطا ک ثب خز پيچيسگي حل هؼبزال

هؿبئل اؾتبتيکي، ؾبزگي زض ؾبذتبض اخعا )نلجيت( ؾجت قز ک پبؾد هسلؿبظی ثب هحبؾجبت کوتط ثسؾت آيس. هي

ؾبظی پصيط تابيي هسل بی اؼبف زض همبثل، هسلثؿيبض زليك هفهل ضا زاضس ايي زلت قبهل زض ظط گطفتي

گطفتي زض ظطسؾ زليك، اػوبل يطب ث هحل هبؾت ب ثبقس. زض ايي هسل ب زض تؼييي پبؾد ؾيؿتن هي تغييط قکل

Dow

nloa

ded

from

mrj.

tum

s.ac

.ir a

t 8:2

8 IR

ST

on

Thu

rsda

y F

ebru

ary

20th

202

0




قز تب اظ گطفت هي ظط زض اؾتبتيکي ثبضگصاضی هؼوالبی زيبهيکي پطيع گطزز. هحبؾج بی ظيبز هسل پيچيسگي

تف کطف ث نضت ؿجتب زليك ػال ثط يطبی ح توبؾي اظ زيگط هعايبی ايي ؾبی طم )ؾيتيک( ثبفت

. اهب ثب تخ ث پيچيسگي سؾي هفبنل ثبقس ب هي گ هسلفطاز بوگي ثزى ذال هاز ط يک اظ اخعا، يچ هسل ا

تحليلي لبزض ث حل زليك ايگ هؿبئل يؿت.بی تحليل تف کطف يکي اظ کبضآهستطيي ضـ

ضـ ػسزی الوبى هحسز زض ؾبذتبضبی هفبنل هدول ظا، ػسزی بی پيكطفت ضـ الوبى هحسز يکي اظ ضـثبقس. هي

ک اهطظ کبضثطز بی ضيبيي اؾت ثطای حل هؼبزالت زض هسلايي ضـ ثطای حل ثؿيبضی زض حل هؿبئل ثيهکبيکي زاضز.

تمطيجي هؼبزالت زيفطاؿيل خعئي وچيي هؼبزالت اتگطال ضز. هعيت ػوس ايي ضـ ضت ثکبض هيهثل هؼبزالت اتمبل حطا

ث ايي هؼب ک ذبی االػبت ، ثجبت هحبؾجبتي آى اؾت ثب خز تبثيط طکسام زض زلت پبؾد، ضزی هحبؾجبت هيبي

زض تيد ذبی بيي ثب طخ کوتطی قس ثب ن خوغ ويايي ضـ اثعاضی لبثل اػتوبز ثطای تحليل هفبنل .کسضقس هيب، اؾت االػبت اضظقوسی زض هضز يطی ليگبهبىاؿبى

زؾت يطب ؾح توبؾي ن چيي تف غطف ث زس. هي

هعيت ػوس ايي ع هبلؼبت زض همبيؿ ثب ؾبيط هبلؼبت پبضاهتطيک پبؾربی هفهلي، اهکبى کتطل زليك ثبضگصاضی، حطکبت، ليز قطاي هطظی ن چيي تغييطات

بضی اؾت. اظ زيگط فايس ػلن الوبى هحسز زض ػلم ؾبذت ثؼسی پيچيس، اؾتفبز اظ بی ؾ ثيهکبيکي تابيي اضائ هسل

بی هتؼسز، ث کبض ثطزى ضاث ؾبذتبضی پيچيس هاز فبظ ثبقس. هسلؿبظی ؾح توبؾي ثب لبثليت خبثدبيي ؿجي ظيبز هي

هسل ؾبظی ث ضـ الوبى هحسز

سل ؾبظی الوبى هحسز ث ض کلي ؾ هطحل زض ظط زض ه گطفت هي قز:

ثبظؾبظی تهبيط پعقکي -1 تليس هف -2

تحليل الوبى هحسز. -3

ثؼسی زض کبض زض هطحل ال ثب اؾتفبز اظ تهبيط زقز. ن لطاض زازى آب، هسل سؾي هفهل ثبظؾبظی هي

,ABAQUSدبضی )ؾپؽ ثب اؾتفبز اظ طم افعاضبی ت

LSDYNA, ANSYS, COSMOS) ،يب ايدبز کسبی ذبل گطزز. زض ب تجسيل هي هسل ثبظؾبظی قس ث هدوػ الوبى

ب اػوبل يطب بيت ثب اؾتفبز اظ ضاث حبکن ثط الوبىقطاي هطظی هطث ث هسل، االػبت هطث ظيط يطبی

آيس. ب هرتلف ث زؾت هيب زض م کككي يب فكبضی يب تفتاى ثطاؾبؼ سؾ بی الوبى هحسز ضا هي هسل

هسل، ذال هاز، فؼبل يب غيطفؼبل ثزى ظا، ؾبلن يب هدطح گطفتي هفهل يع ثطاؾبؼ تبيح اؾترطاج قس اظ آب زض ظط

ب اظ ظط ع ثبضگصاضی ثسی کطز. ػال ثط ايي هسل جمالي( تؼساز اخعاء يع ثب ن فطق زاضس. ای يطی ػ )يطث

بی الي زضثطزاضس اخعاء کوتطی ثزس. اهب ث تسضيح ثب هسل بی تحليلي وچيي پيكطفت تکلغی ضايب ثجز ضـ

ب زض ؾطػت کبضکطز، هحمميي تاؿتس هفهل ظا ضا ثب اخعاء ل، ػليطغن افعايف ثيكتطی هسل کس. ثب افعايف تؼساز اخعاء هس

تط ضفتبض هسل ث هکبيک جيؼي حدن هحبؾجبت، تبيح زليك گطزز. ظا عزيکتط هي

بی ظا ضا ث تاى هسل اظ ظط سؾ يع هي ثؼسی بی ؾ ثؼسی تمؿين وز. هسل ثؼسی ؾ بی ز هسل

زضخ آظازی هسل 6اظ آدب ک لبثليت کتطل، ليس ثبضگصاضی زضگ زس زاضای تبيح لبثل اؾتبزتطی ؿتس اهب ايي ا هيض

ب ثطای ايدبز تحليل ثب هكکالت ثؿيبض ثيكتطی ؿجت هسل ثبقس. ثؼسی ضثط هي بی ز ث هسل

بی زثؼسی، ؾ زضخ آظازی زض همبثل زض هسل ضز تبيح اظ زلت کوتطی ثط وچيي سؾ زليك اظ ثيي هي

، ب بی ليگبهبى ػاى هثبل زض ثسؾت آضزى يط س. ثزاض ذضب ث نضت فط يک ثطذي هحمميي ثب هسل کطزى ليگبهبى

اس ثؼسی فم ث تؼييي يط زض ضاؾتبی لي ثؿس کطز طای ث زؾت ـبی زيگط هحمميي ث طـبليک گـزض ح .(29-22)

ث نضت اخؿبم ب ضا ب زض و ضاؾتبب ليگبهبى آضزى تف ثؼسی زاضای اخعا ػولکطزی هؿتمل يب هطکت هسل کبهال ؾ

. ( 30-34) اس ؾبظی کطزتغييط ؾبذتبض اؾتراي يع چ ث نضت قکل گيطی هبزضظازی آب يب تحت اثط ػاهل ذبضخي يع زض ظهط ع

گيطز. زض ايي ضاؾتب هي تاى ث ثطضؾي سؾ هسل لطاض هيثطآهسگي ثطخؿتگي اؾتراى ثط ثي هکبيک ظا تحت اثط تبثيط

. (35) ثبض بی ػالي اقبض کطز

Dow

nloa

ded

from

mrj.

tum

s.ac

.ir a

t 8:2

8 IR

ST

on

Thu

rsda

y F

ebru

ary

20th

202

0


5راحمی و همکاران

99پائیس 3شماره 5اوشکذه تواوبخشی ـ داوشگاه علوم پسشکی تهران دوره مجله علمی پژوهشی تواوبخشی وویه ـ د

تاى ز هفهل تيجيفوضال زض ثطضؾي ظا وچيي هي پبتلفوضال ث نضت خساگب يب تأهبى هضز ثطضؾي لطاض زاز ک زض ايي نضت اخعا تكکيل زس هسل ثؿيبض هتفبت

يبثي س ثز. ث طحبل ثتطيي پبؾد ظهبي لبثل زؾتذا ظهبى هضز تحليل لطاض ز هفهل ث ض ن اؾت ک ط

وچيي زض ظط گطفتي سؾ اخعای هفهل ک زض گيطس. اؾت. افطاز هرتلف، هتفبت اؾت يع زض هاضزی هضز تخ ثز

بی الوبى هحسز هخز اظ ظط ذال هاز، هسلب ضا هازی ثب ذبنيت ؾبز ثؿيبضی زاضس. ثؿيبضی اظ آى تع

ب تب حس . ؾبذتبض(13،17،12) اس اؾتبتيک تكکيل زاز االؾتاس. هوکي ثطای ؾبزگي زض هحبؾجبت، وگي زض ظط گطفت قس

تطی اظ ضفتبض ثيي زليك تط ک لبثليت پيف بی پيچيس اهب هسلهاز ا زاضس اظ هازی ظيطظا زض قطاي ثبضگصاضی يکؿبى ض

اس. اظ وگي ثط خؿت االؾتيک ب يؿک االؾتيک، بيپط

، (41) فبظی چس (36-40) ؾی زيگط، هبلؼبت پضاالؾتيک بی غطفي ضا زضذهل ثبضگصاضی تغييطات ػولکطز ؾلل

قيطاظی ػسل وکبضاى کس.ثيي هيبی الي هست پيفای غيطذي ثب بی غكبيي پؾت ا تؾ الوبىؾح هفهلي ض

اس. زض ايي ؾبظی کطز ضفتبضی کبهال هكبث ثبفت جيؼي هسلؾح هفهلي ثهضت هازی ثب تغييط هيؿکب هسل

. (42-45) اؾت بی هرتلف زض ظط گطفت قس ذال زض اليب ايي هبلؼبت ضس تغصي، هطگ ؾللي تحليل ثبفت

ت زض همبهت تكي ثيي اخعا نلت ؾيبل ضا هحبؾج هكبضککس وچيي ثطای اليي ثبض هسل ثب ؾبذتبض قجک فيجطی هي

زض هفهل کبهل ظا ضا هيؿکپيچيس ثطای ؾح هفهلي يي ؾبذتبض ث ذهل کس ک تبثيطات اؾبؾي ااؾتفبز هي

بيک زض هک (Deep vertical fibrils) ػويكفيجطبی ػوزی (.2هفهل لبثل تخ اؾت )قکل

(]41[)الی وکبضاى و تهيطهسل الوبى هحسز اظ خؽ پضاالؾتيک -2قکل

ػال ثط ايي، تغييطات ذال هاز زض اخعای هفهل

. (46-47) اؾتث نضت هدعا يع هضز تخ لطاض گطفتک افعايف زس كبى هي (30) (2006هبلؼ پيب وکبضاى )

هسل يبگ زض ؾح توبؾي ؾجت افعايف لبثل تخ فكبض

گطزز )خسل حساکثط تف ثطقي فكبضی زض آب هي توبؾي

زس ک کبف يطيت (. ايي ثطضؾي وچبى كبى هي1پاؾى زض ايي ؾح ثبػث افعايف حساکثط تف ثطقي

(. 1)خسل فكبضی کبف فكبض توبؾي هي گطزز

[30] اثط تغييطات هسل يبگ ؿجت پاؾى ثط فكبض توبؾي تف فكبضی ثطقي حساکثط -1خسل

ؿجت پآؾى هسل يبگ

E-(v=0.46) v-(E=9MPa)

5 9 15 0.3 0.4 0.46

3.68 3.52 3.33 4.36 3.68 3.45 فكبض توبؾي 3.82 3.95 4.20 4.30 3.82 3.61 تف فكبضی

3.27 3.59 3.99 3.53 3.27 3.06 يتف ثطق

Dow

nloa

ded

from

mrj.

tum

s.ac

.ir a

t 8:2

8 IR

ST

on

Thu

rsda

y F

ebru

ary

20th

202

0




بی پيچيس ؾبذت قس ثطای وچيي ثطذي هسلؾبظی ضفتبض ثبفت طم ث ضـ الوبى هحسز ث ثطضؾي قجي

ب اظ خج هسل. (48-49) اسبی طم ظا پطزاذتضفتبض ثبفتبی الي ػوستب اس هسل فؼبل ثزى يع هضز تخفؼبل غيطبی ػالت ػول کس ثط هفهل ط گطفتي يطثسى زض ظ

فؼبل ثب خز اضائ تبيح بی غيط ايگ هسل ؾبذت قس ثزس.هن لبثل تفؿيط وچبى زض تكطيح پبؾد ظا زض حبلت ظس

بی ػالت غيط لبثل نطفظط ک اثط يط بتاى ثزس، چطا هسس .بی فؼبل ثخز آ ، اظ ايي ض هسل ثبقس هي

ب خطاحبت، زض ثطذي ث هظض ثطضؾي اثط ثيوبضیب ظای ؾبلن زض ثطذي زيگط ظای هدطح هضز ثحث هسل

اس. ظای هدطح ذز يع قبهل هاضز ثطضؾي لطاض گطفتب، هيؿک زيسگي خعئي ليگبهبى گبگي چى پبضگي آؾيتبلؼ پيب وکبضاى قز. تبيح ه آؾيت زيسگي اؾتراي هي

بی هيؿک زض ضاؾتبزس پبضگي كبى هي (30) (2005)ثيهکبيک هفهل ظا تبثيط ثط تاس ث قست هرتلف هي

بی توبؾي زض تبيح ايي ثطضؾي حبکي اظ افعايف تف ثگصاضز.

تهي زض ضاؾتبی قؼبػي هبيل ثبلؼکؽ کبف هيؿکاثط پبضگي زض ح توبؾي حبنل اظفكبض توبؾي زض اثط افعايف ؾ

(. 2)خسل ثبقس ضاؾتبی لي هفهل هيث ثطضؾي ک وکبضاى زض آذطيي هبلؼبت قيطاظی ػسل

زليك تغييطات زض فكبض ؾح توبؾي زض اثط ػاهل گبگى تاس تب يب تاهبى ضخ زس( ظيط تغييطات زض پيف هي )

لساهي ک پؽ اظ کكف ذال هازی ليگبهبى هتمبغ افتس. ثطظ تهي خعئي، اتفبق هيهيؿکثبظؾبظی ايي ليگبهبى

.گعاضـ وزستغييطات زض قجک فيجطيلي ػوزی ضا نليجي بی ادبم قس، ليگبهبى ط جك هسل ؾبظیـث

تطيي ؾبظ همبم زض ثطاثط يطی کككي ، هن (ACL)لساهي بهبى نليجي ذلفيليگ (50-53) لساهي ث اؾتراى تيجيب

(PCL) هوتطيي ؾبظ زض همبثل يطی کككي لساهي فوض يبزس ب كبى هي . ثطضؾي(54-63) ثبقس کكف ذلفي تيجيب هي

زض ظايبی اکؿتبؿيى ثبالتط فؼبل نليجي ذلفي ليگبهبىزضخ 90قز ثيكتطيي يطی ذز ضا زض ظاي حسز هي

(. 3)قکل (99)کس تحول هي

تغييطات يط زض ليگبهبى ب ثط اثط پبضگي ليگبهبى -4قکل زض ظايبی هتفبت PCLتغييط يطی -3قکل

(]50[) هگل قيطاظی ػسل هتمبغ لساهي زض ظايبی هرتلف (]50[) هگل قيطاظی ػسل

نليجي ػگي، اثطات پبضگي ليگبهبى ايي يثب تخ ث

ب اؾت. زض ايي ثطضؾي ثؿيبض هضز تخ هحممبى ثز لساهي، پبضگي کبهل خعئي نليجي لساهي ػال ثط پبضگي ليگبهبى

يع نليجي ذلفي ليگبهبى (MCL) بی خبجي زاذلي ليگبهبىب، سف ث زؾت آضزى اس. زض اکثط ايي ثطضؾي هسل قس

ب زض ظايبی هرتلف تحت اثط بىبی هخز زض ليگبه طي بی توبؾي زض وچيي ؾح تف بی هرتلف يط

اؾت. ؾح هفهلي هفبنل تيجي فوضال پبتل فوضال ثز

، هتمبغ لساهي زس ک پبضگي ليگبهبى تبيح ذبل كبى هيؾح بی توبؾي زض هيؿک زاذلي ؾجت افعايف تف

وچيي افعايف اثتسائي فلکؿيى زاذلي هفهل زض ظايبی (29) قز بی خبجي زض ظايبی هرتلف هي يطی ليگبهبى

(.5 3)قکل

Dow

nloa

ded

from

mrj.

tum

s.ac

.ir a

t 8:2

8 IR

ST

on

Thu

rsda

y F

ebru

ary

20th

202

0


7 ارانراحمی و همک


(]50[تغييطات يطی توبؾي زض هفهل ظا ثط اثط پبضگي ليگبهبى هتمبغ لساهي ) هگل قيطاظی ػسل - 5قکل

ثب قجي ؾبظی يک ؾيکل (64، 5) وکبضاى ضىهبلؼ قلج

ػالي يع كبى زاز، ـ ؾبظی ؾيؿتن اؾکلتي ضا ضفتي هسلزاضس انلي زض ثطاثط يطی ثطقي ليگبهبى خبجي زاذلي، ثبظ

لساهي زض ظای ثب آؾيت زيسگي ليگبهبى هتمبغ لساهي اؾت. يع هؤيس هبلؼ خسيسی ک ثط ظای ز خؿس ادبم قس اؾت

افعايف لبثل تخ کطف ليگبهبى خبجي زاذلي زض ظای ثب . (65) بکبضائي ليگبهبى هتمبغ لساهي اؾت

ثطزاضی افعايف ل فيجطبی وچيي ثب ضـ تهيط زضخ 0-90ز ثرف ؾحي ػومي ايي ليگبهبى زض زاه

كبى زاز ليگبهبى هتمبغ لساهيفلکؿيى زض ظای ثب آؾيت . (66) اؾت قس

بی هتؼسز هجي ثط ػليطغن تكبث تبيح ثطضؾيليگبهبى افعايف يطی ليگبهبى خبجي زاذلي زض ظای ثب آؾيت

زض هضز تأثيط ظاي هفهل ثط همساض يط اذتالف هتمبغ لساهيظط خز زاضز ک احتوبال تفبت ضفتبض هکبيکي ز ثرف

بی حطکتي ػلت آى ثز ى زض زاهؾحي ػومي ليگبهب

تط يبظهس لحب وزى ز ثرف ليگبهبى ثض بی زليك ثطضؾيثط ايي ثطضؾي، اثطات ثلس هست پبضگي ػال خساگب اؾت.

تطيي ػاضو ليگبهبى هتمبغ لساهي، ثيبگط آى اؾت ک قبيغ ثلسهست زض ثيوبضاى، آؾيت هيؿک زاذلي تحليل غطف ث

ب . تبيح ثؿيبضی اظ ثطضؾي(67-75) يػ زض اخعای زاذلي اؾتزس، ليگبهبى خبجي زاذلي زض ظای ؾبلن، وچيي كبى هي

ـبيـػبهل انلي همبهت ث چطذف الگؼ ػبهل ث دبيي ـبثـي خـبضخـف ذـطذـل چـبثـبهت زض همـهم

.(76-81، 21) ثبقس لساهي هي ـ ذلفيبی ػالي زض ؾبظی ظای فؼبل، اثط يط هسلزض

ب ؾح توبؾي ثؿيبض هثط افعايف کبف يطی ليگبهبىاؾت. ايي اثط ث تبيي ثطای ط يک اظ ػالت يب ثب زض ظط

اؾت. تبيح امجبيي هضز ثطضؾي لطاض گطفت گطفتي اثط ن وبى هحسز ؾاؾتفبز اظ هسل ال ثب (79-7،80)چسيي هبلؼ

بی هتمبغ ثب افعايف كبى زاز ک يطی ليگبهبى ثؼسی ظا (.6يبثس )قکل يطی چبضؾط افعايف هي

بی هتمبغ لساهي، هتمبغ ذلفي، زاذلي هفهل کكککي ـ ضاي، ذبضخي هفهل کكککي ـ ضاي زض ظايبی هرتلف ظا زض اثط تغييطات يطی ليگبهبى -6قکل

يتي هبيچ چبضؾط ظا. 411 137، 3 يطبیؾبتيوتطی زيؿتبل هفهل )هؿفط، قيطاظی 30 يب 20زضخ زض حبل اػوبل يطی هربلف هوبى ثبظکس زض فانل 90 0بی هتمبغ زض ظايبی يطبی ليگبهبى

(]80[ػسل

Dow

nloa

ded

from

mrj.

tum

s.ac

.ir a

t 8:2

8 IR

ST

on

Thu

rsda

y F

ebru

ary

20th

202

0




]31[کبضاى اثطات هيؿکتهي ثط تف ب فكبضبی توبؾي پيب و -2خسل

CPLM CPMM SLM SMM SMC SLC SMT SLT

1.2 2.55 1.42 2.32 2.75 1.62 2.9 1.45 هفهل ؾبلن

2.49 3.36 2.91 3.49 5.7 2.43 7.05 3.02 هيؿکتهي لي

3.8 3.35 3.21 3.79 7 4.98 9 4 هيؿکتهي هبيل

3.18 4.52 3.17 3.75 8.12 5.3 8.66 3.25 هيؿکتهي قؼبػي

4.83 5.34 5.74 6.41 -- 10 -- 8.69 ؿکتهي زاذلي کبهلهيCPMM ،فكبض توبؾي زض هيؿک زاذليCPLM ،فكبض توبؾي زض هيؿک ذبضخيSMM ،تف فكبضی زض هيؿک زاذلي SLM ذبضخي، تف فكبضی زض هيؿک

SMC ،تف فكبضی زض ؾح توبؾي زاذلي فوضSLC تف فكبضی زض ؾح توبؾي ذبضخي فوض ،SMT تف فكبضی زض ؾح توبؾي زاذلي زضقت ي SLT تف فكبضی زض ؾح توبؾي ذبضخي زضقت ي

اؾت ک ثؼس اظ ثبظؾبظی ثط ايي اؾبؼ پيكبز قسث اکؿتبؿيى کبهل توطيبت عزيک ايبیظ زض ليگبهبى

تبيح هبلؼبت تدطثي يع ؾط جبيس ادبم قز. همبهتي چبضليگبهبى لت اؾت ک ثطذي ثيوبضاى هجتال ث آؾيت هؤيس ايي ه

Quadriceps) ؾطامجبو ػل چبض ثب اختبة اظ هتمبغ لساهي

avoidance gait) هيعاى خبثدبيي لساهي حف ؾؼي ثط کتطل .(1،81) هفهل زاضسثجبت

ػليطغن ثجز ضقبی زضهبى نسهبت هفهلي زض زضيکطزبی زضهبي، وچبى بی اذيط، ثب تخ ث تغييط

ضقبی خطاحي تاجركي زض حبل تؾؼ تکويل اؾت کبت ظيبزی ضقي كس اؾت. زض ايي اضتجب هيتاى ث هاضز

شيل اقبض وز.حطکتي ثط يطبی (82) تبثيط توطيبت ظديط ثؿت ثبظ -1

هفهلي ح ثبضگصاضی ؾبذتبضبی هفهلي وچيي تؼييي ظايب همساض تف هدبظ زض تميت ػالت ث هظض کتطل هيعاى اؾتطؼ اضز ث هفهل اظ هيػبت هضز تخ پعقکبى

ب اؾت. زض ايي ضاث يک هبلؼ اذيط ضظقي فيعيتطاپيؿتزس ک افعايف همساض همبهت زض ظديط ثبظ حطکتي كبى هي

بؾي يطی ؾجت افعايف يطی وؿتطيگ، يطبی توقز. ادبم ايي بی هتمبغ ذلفي خبجي زض ظا هي ليگبهبى

لجيل هبلؼبت همبيؿ تبيح آى ثب هبلؼ هكبث زض ظديط ثؿت حطکتي کوک ظيبزی ث اتربة پطتکل زضهبي ثيوبضاى هي

وبيس. ذبضخي ـ هتكکل اظ ز ثبس ذلفي ليگبهبى هتمبغ لساهي -2بض ـبی هرتلف هفهل ضفت لي اؾت ک زض يؼيتـزاذـ ساهيـل

ثبس ذبضخي ؾفتـ هتفبتي زاضس. زض اکؿتبؿيى، ثبس ذلفي ـظا قسى نـ ثب ذـبليکـلي ؿجتب قل اؾت. زض حـزاذ -لساهي

تط قس ک ؾجت ؾفت قسى ثبس اتهبل فوضال ليگبهبى افمي

اهب قز. هي ذبضخيـ زاذلي قل قسى ثبس ذلفيـ لساهي. تبيح (83) يچکسام اظ فيجطبی ليگبهبى ضفتبض ايعهتطيکي ساضس

-ای ثب ثکبض ثطزى ؾؿض ضثبتيکي يب ييضؾبل ثطای اساظ هبلؼ

robotic/universal force moment) گيطی يط گكتبض

sensor)بضخي مف هوي زض زال ثط ايي اؾت ک ثبس ذلفي ـ ذ . اػتمبز ثط ايي اؾت (84) زض ثطاثط يطبی چطذكي زاضز ثجبت ظا

تاس کوک ز زؾت فيجط هي ک قبذت ح تظيغ يط زضايي، ک ثطذي ظيبزی ث ثجز تکيک ثبظؾبظی ليگبهبى وبيس ثضی

اظ ثبظؾبظی خساگب ز ثبس زض خطاحي ليگبهبى زفبع هي کس.اؾت ک هكرم قس لساهيليگبهبى هتمبغ زض ثبظؾبظی -3

تاس ثط هکبيک کكف الي ظاي تثجيت و پيسی هي (85)هفهل ثمبء و اثط ثگصاضز. هبلؼ هؿفط قيطاظی ػسل

بی هتمبغ زس ک تغييط هيعاى پيف کطف ليگبهبى كبى هيتبثيط ظيبزی زض همساض يطبی توبؾي يطی زيگط ليگبهبى

گصاضز. ايي هحمميي ثط يطضت کكف کوتط ليگبهبى هيهتمبغ زض نضت اؾتفبز اظ تبسى کكکک زض ثبظؾبظی ليگبهبى هتمبغ لساهي ثطای خلگيطی اظ افعايف يطبی هفهلي تبکيس وزس. ثب ايي خز يبظ ث ادبم هبلؼبت ثيكتط ثطای تؼييي همساض کكف

زض هاضز اؾتفبز اظ الي هلة ظاي هبؾت تثجيت و تبسى کكکک وؿتطيگ زض خطاحي احؿبؼ هيكز.

زس ک ثطذي ثيوبضاى ثؼس اظ هبلؼبت فطااي كبى هي -4کس تب بی حطکتي تالـ هي نسهبت هفهل ثب تغييط اؾتطاتػی

ثجبت ػولکطزی هفهل ضا حف وبيس. ث لحب ثبليي اؾتطاتػی ج يکي تأهيي ثجبت ػولکطزی هفهل زخ حطکتي اتربثي اظ

زيگطی آثبض ثلس هست آى ثط ؾبيط ؾبذتبضب اويت زاضز. ثسيي تاس هخت اؾت تغييط الگبی حطکتي آؾيت الي ط ز هي

ض قبؾبيي تغييط ح تظيغ يطبی هفهلي قز. اظ ايي

Dow

nloa

ded

from

mrj.

tum

s.ac

.ir a

t 8:2

8 IR

ST

on

Thu

rsda

y F

ebru

ary

20th

202

0


9 راحمی و همکاران


ط بی زض ذ ب ضا زض ثبفت الگبيي اظ حطکت ک کوتطيي تف ايدبز وبيس ث يػ ثطای هترههيي تاجركي ثؿيبض هن اؾت.

ثجبتي افعايف ػليطغن تأثيط يطبی هحضی زض ايدبز ثي -5ػوس هبلؼبت ادبم (86-87) ليگبهبى هتمبغ لساهيکطف

اس قس ث تحليل هکبيک هفهل تحت اثط يطی لساهي پطزاذتي تظيغ يط زض هفهل ث تأثيط يطبی هحضی زض لم

کوتط تخ ليگبهبى هتمبغ لساهيزيس ث يػ زض آؾيت آؾيت قس اؾت.

زض آيس ن افعايي ؾيؿتن فؼبل غيط فؼبل زض حطکبتي چى -6بی ضظقي ثب اؾتفبز اظ ، چطذف فؼبليت ضفتي پطيسى ضا

ثب زلت بی ترويي يط اخعای هحسز، ثبظ هسل آضآی ؾيؿتن امهترههبى ثط ايي ثبضس ک .(88)ثيكتطی هبلؼ ذاس قس

بی ذبني ثط ضی ؾح هفهلي زض قطاي گبگي ثبيس تؿتظيط حبلت هميس قس يب ثسى ليس ادبم گيطز. وچيي ثطضؾي ثط ضی ايي ؾح زض حبلت پبضگي خعئي زض قطاي ثبضگصاضی ثب

)گصضا( هضز تخ ذاس ثز. تب)تؼبزل( يب ک زض الي

ح زض هسلؿبظی ثبيس ثط جيؼت غيط وگي ؾح هفهلي -7ب ک ثب تغييط ػوك ثبفت افعايف يب لطاضگيطی قجک فيجطيل ثبقس تکي وز.کبف ؾي، هتفبت هي

ثب تخ ث ػسم ادبم هيؿکتهي کبهل ثطای خلگيطی اظ -8پيگيطی ثيوبضاي ک ثبظؾبظی ليگبهبى ثبالی اؾتئاضتطيت، ذط

تهي خعئي ضا زاضس، ثطای هبلؼ هيؿکهتمبغ لساهي ث وطا .(45) ثبقس تفين چگگي اؾتئ آضتطيت ثب اويت هي

غطف بی تطهين ثيلغيک خطاحبت هحلي هبلؼ تالـ -9بی تؼيى هفهل ضا نضت اثجبت کبضآهسی، تمليل عيک زض

س هي زس هؿتلعم تؾؼ ػلن هکبيک ثبفت تجييي تؼبهل يبی ثبفت قطاي هکبيکي هحي، ضس تغصي ػولکطز ؾلل

(41-45). ثبقس هي

طات ـطای تؼييي اثـطی ثـبی ثيكتـ ي تالــاي طـث ػال -10ب ـ تـي وچيي آؾيـعئـي خـهـهيؿکت ي هستـال

ثط غطف هفهلي يطضی اؾت. اؾتئکسضال بی قکؿتگيبی تاس ث قبؾبيي ثبفت ثسيي اؾت ايي لجيل هبلؼبت هي

هبؾت ث ػاى خبيگعيي هلة ثطای غطف هيؿک زيس هيؿکتهي، وچيي هتؼبلت ثطزاقت غطف آؾيت

بی خطاحي هضز اؾتفبز زض تؼييي ثجز طح ؾبذتبض پطة ف اضظيبثي ضس ثجز هفيس ثبقسنسهبت زغطاتي غط

(45،90-89).

REFERENCES

1. Andriacchi T. Dynamic of pathological motion: Applied to the anterior cruciate deficient knee; J. Biomechanics 1990;

23:99-105

2. Andriacchi T, Dyrby CO. Interaction between kinematics and loading during walking for the normal and ACL deficient

knee; J. Biomechanics 2005; 38: 293-295

3. Dennis DA, Mahfouz MR, Komistec RD, Hoff W. In-vivo determination of normal and anterior cruciate ligament-

deficient knee kinematics; J. Biomechanics 2005; 38: 241-253

4. Torzill PA, Deng X, Warren RF. The effect of joint compressive load and Quadriceps muscle force on knee motion in the

intact and anterior cruciate ligament- sectioned knee; Am. J. Sports Med. 1994; 22 :105-112

5. Shelburne KB, Pandy MG, Torry MR. Comparison of shear forces and ligament loading in the healthy and ACL-deficient

knee during gait; J. Biomechanics 2004; 37:313–319

6. Lintner DM, Kamaric E, Moseley B, Noble PC. Partial tears of the anterior cruciate ligament: Are they clinically

detectable; Am. J. Sports Med. 1995; 23: 111-118

7. Hole RL, Lintner DM, Kamaric E, Moseley B. Increased tibial translation after partial sectioning of the anterior cruciate

ligament; Am. J. Sports Med. 1996; 24: 556-560

8. D'Lima DD, Patil S, Steklov N, Slamin JE, Colwell CW. The Chitranjan Ranawat Award: in vivo knee forces after total

knee arthroplasty; Clin. Orthop. Relat. Res. 2005; Nov 45-49

9. Andriacchi TP, Alexander EJ. Studies of human locomotion: past, present and future; J. Biomechanics 2000; 33: 1217-

1224

10. Ferber R, Osternig LR, Woollacott MH, Wasielewski NJ, Lee JH. Gait mechanics in chronic ACL deficiency and

subsequent repair; Clin. Biomech. 2002; 17: 274-285

11. Shapiro MS, Markolf KL, Finerman GA, Mitchell PW. The effect of section of the medial collateral ligament on force

generated in the anterior cruciate ligament; J. Bone Joint Surg. Am. 1991; 73: 248-256

12. Haimes JL, Wroble RR, Grood ES, Noyes FR. Role of the medial structures in the intact and anterior cruciate ligament-

deficient knee, Limits of motion in the human knee; Am. J. Sports Med. 1994; 22: 402-409

13. Liu-Barba D, Hull ML, Howell SM. Coupled motions under compressive load in intact and ACL-deficient knees: a

cadaveric study; J. Biomech. Eng. 2007; 129: 818-824

14. Woo SL and Fisher MB. Evaluation of knee stability with use of a robotic system. J Bone Joint Surg Am, 2009; 91, Suppl

1: 78-84.

Dow

nloa

ded

from

mrj.

tum

s.ac

.ir a

t 8:2

8 IR

ST

on

Thu

rsda

y F

ebru

ary

20th

202

0




15. Li G, Most E, Sultan PG, Schule S, Zayontz S, Park SE, Rubash HE. Knee kinematics with high-flexion posterior

stabilized total knee prosthesis: an in vitro robotic experimental investigation. J Bone Joint Surg Am, 2004, 86-A(8): 1721-

9.

16. Ahmed AM and Burke DL. In-vitro measurement of static pressure distribution in synovial joints--Part I: Tibial surface

of the knee. J Biomech Eng, 1983, 105(3): 216-25.

17. Scarvell JM, Smith PN, Refshauge KM, Golloway H, Woods K. Comparison of kinematics in the healthy and ACL

injured knee using MRI J. Biomechanics 2005; 38: 255-262

18. Guterl CC, Gardner TR, Rajan V, Ahmad CS, Hung CT, Ateshian GA. Two-dimensional strain fields on the cross-section

of the human patellofemoral joint under physiological loading. J Biomech. 2009 Jun 19;42(9):1275-81.

19. Cornelius L. Musculoskeletal Models and Techniques, Biomechanical Systems Techniques and Applications; USA CRC

Press, 2000; 9-15

20. Bertomeu JM, Lois JM, Guillem RB, Pozo AP, Lacuesta J, Mollà CG, Luna PV, Pastor JP. Development of a hinge

compatible with the kinematics of the knee joint; Prosthet. Ortho. Int. 2007; 31: 371-383

21. Heller MO, König C, Graichen H, Hinterwimmer S, Ehrig RM, Duda GN, Taylor WR. A new model to predict in vivo

human knee kinematics under physiological-like muscle activation; J. Biomechanics 2007; 40: S45-S53

22. Muller M. The angles of femoral and tibial axes with respect to the cruciate ligament four-bar system in the knee joint; J.

Theor. Biol. 1993; 161: 221-230

23. Mesfar W, Shirazi-Adl A. Knee joint mechanics under quadriceps-hamstrings muscle forces are influenced by tibial

restraint; Clin. Biomech. 2006; 21: 841–848

24. Moglo KE, Shirazi-Adl A. On the coupling between anterior and posterior cruciate ligaments, and knee joint response

under anterior femoral drawer in flexion: a finite element study; Clin. Biomech. 2003; 18: 751-759

25. Li G, Gil J, Kanamori A, Woo SL. A validated three dimensional computational model of a human joint; J. Biomech.

Eng. 1999; 121: 657–662

26. Pe´rie´ D, Hobatho MC. In vivo determination of contact areas and pressure of the femorotibial joint using nonlinear

finite element analysis; Clin. Biomech. 1998; 13: 394–402

27. Bendjaballah MZ, Shirazi-adl A, Zukor DJ. Biomechanical response of the passive human knee joint under anterior–

posterior forces. Clin. Biomech. 1998; 13: 625–633

28. Bendjaballah, MZ, Shirazi-adl, A, Zukor, DJ. Finite element analysis of human knee joint in varus-valgus; Clin.

Biomech. 1997; 12: 139–148

29. Bendjaballah MZ, Shirazi-adl A, Zukor DJ. Biomechanics of the human knee joint in compression: reconstruction, mesh

generation and finite element analysis; The Knee 1995; 2: 69–79

30. Pen˜ a E, Calvo B, Martinez M, Doblare M. A three-dimensional finite element analysis of the combined behavior of

ligaments and menisci in the healthy human knee joint; J. Biomechanics 2006; 39: 1686–1701

31. Pen˜a E, Martinez M, Calvo B, Palanca D, Doblare M. Finite element analysis of the effect of meniscal tears and

meniscectomy on human knee biomechanics; Clin. Biomech. 2005; 20: 498–507

32. Limbert G, Middleton J, Taylor M. Finite element analysis of the human ACL subjected to passive anterior tibial loads;

Computer Methods in Biomech. and Biomed. Eng. 2004; 7: 1–8

33. Gardiner J, Weiss J. Subject-specific finite element analysis of the human medial collateral ligament during valgus knee

loading; Journal of Orthopaedics Research 2003; 21: 1098–1106

34. Hirokawa, S, Tsuruno, R. Three-dimensional deformation and stress distribution in an analytical/computational model of

the anterior cruciate ligament; J. Biomechanics 2000; 33: 1069–1077

35. Shirazi-Adl A, Mesfar W. Effect of tibial tubercle elevation on biomechanics of the entire knee joint under muscle loads;

Clin. Biomech. 2007; 22: 344–351

36. Ayotte DC, Ito K, Perren SM, Tepic S. Direction-dependent constriction flow in a poroelastic solid: the intervertebral

disc valve; J. Biomech. Eng. 2000; 122: 587-593

37. Laible JP, Pflaster D, Simon BR, Krag MH, Pope M, Haugh LD. A dynamic material parameter estimation procedure for

soft tissue using a poroelastic finite element model; J. Biomech. Eng. 1994; 116: 19-29

38. Lee CK, Kim YE, Lee CS, Hong YM, Jung JM, Goel V K. Impact response of the intervertebral disc in a finite-element

model; Spine 2000; 25: 2431-2439

39. Martinez JB, Oloyede VO, Broom ND. Biomechanics of load-bearing of the intervertebral disc: an experimental and

finite element model; Med. Eng. Phys. 1997; 19: 145-156

40. Simon BR, Wu JS, Carlton MW, Evans JH, Kazarian LE. Structural models for human spinal motion segments based on

a poroelastic view of the intervertebral disk; J. Biomech. Eng. 1985; 107: 327-335

41. Lai WM, Mow VC, Sun DD, Ateshian GA. On the electric potentials inside a charged soft hydrated biological tissue:

streaming potential versus diffusion potential; J. Biomech. Eng. 2000; 122: 336-346

42. Shirazi R, Shirazi-Adl A. Deep vertical collagen fibrils play a significant role in mechanics of articular cartilage; J.

Orthop. Res. 2008; 26: 608-615

43. Shirazi R, Shirazi-Adl A. Analysis of articular cartilage as a composite using non-linear membrane elements for collagen

fibrils; Med. Eng. & Phys. 2005; 27: 827-835

44. Shirazi R, Shirazi-Adl A, Hurtig M. Role of cartillage collagen fibrils networks in knee Joint biomechanics under

compression Biomechanics; J. Biomech. 2008; 41(16);3340-3348

Dow

nloa

ded

from

mrj.

tum

s.ac

.ir a

t 8:2

8 IR

ST

on

Thu

rsda

y F

ebru

ary

20th

202

0


00 راحمی و همکاران


45. Shirazi R, Shirazi-Adl A. Analysis of partial menisectomy and ACL reconstruction in knee joint biomechanics under a

combined loading; J. Biomech. 2009; 24(9); 755-761

46. Weiss JA, Gardiner JC, Ellis BJ, Lujan TJ, Phatak NS. Three-dimensional finite element modeling of ligaments:

Technical aspects; Med. Eng. & Phys. 2005; 27: 845–861

47. Limbert G, Taylor M., Middleton J. Three-dimensional finite element modelling of the human ACL: simulation of

passive knee flexion with a stressed and stress-free ACL. J. Biomechanics 2004; 37: 1723–1731

48. Weiss JA, Bradley NM, Govindjee S. Finite element implementation of incompressible, transversely isotropic

hiperelasticity; Comput. Methods Appl. Mech. Eng. 1996; 135: 107–128

49. Rodriguez JF, Alastrue V, Doblare M. Finite element implementation of a stochastic three dimensional finite-strain

damage model for fibrous soft tissue; Comput. Methods Appl. Mech. Eng. 2008; 197: 946–958

50. Moglo KE, Shirazi-Adl A. Biomechanics of passive knee joint in drawer: load transmission in intact and ACL-deficient

joints; The Knee 2003; 10: 265–276

51. Kanamori A, Sakane M, Zeminski J, Rudy TW, Woo SL-Y. In-situ force in the medial and lateral structures of intact and

ACL-deficient knees; J. Orthop. Sci. 2000; 5(6) 567-571

52. Veltri DM, Deng X-H, Torizilli PA, Warren RF, Maynard MJ. The role of the cruciate and posterolateral ligaments in

stability of the knee; A biomechanical study, Am. J. Sports Med. 1995; 234: 436-443

53. Gollehon DL, Torizilli PA, Warren RF. The role of the posterolateral and cruciate ligaments in the stability of the human

knee. A biomechanical study; Am. J. Bone Joint Surg 1987; 69(2): 233-242

54. Harner CD, Vogrin TM, Höher J, Ma CB, Woo SL. Biomechanical analysis of a posterior cruciate ligament

reconstruction Deficiency of the posterolateral structures as a cause of graft failure; Am. J. Sports Med. 2000; 28(1): 32-39

55. Harner CD, Vogrin TM, Höher J, Ma CB, Woo SL. Biomechanical analysis of a double-bundle posterior cruciate

ligament reconstruction; Am. J. Sports Med. 2000; 28(2): 144-151

56. Harner CD, Vogrin TM, Höher J, Ma CB, Woo SL. The effect of knee flexion angle and application of an anterior tibial

load at the time of graft fixation on the biomechanics of a posterior cruciate ligament-reconstructed knee; Am. J. Sports

Med. 2000; 28(4): 460-465

57. Vogrin TM, Höher J, Arøen A, Woo SL, Harner CD. Effects of sectioning the posterolateral structures on knee

kinematics and in situ forces in the posterior cruciate ligament, Knee Surg; Sports Traumatol Arthrosc. 2000; 8(2): 93-98

58. Markolf KL, McAllister DR, Young CR, McWilliams J, Oakes DA. Biomechanical effects of medial-lateral tibial tunnel

placement in posterior cruciate ligament reconstruction; J. Orthop. Res. 2003; 21(1): 177-182

59. Markolf KL, Slauterbeck JR, Armstrong KL, Shapiro MS, Finerman GA. A biomechanical study of replacement of the

posterior cruciate ligament with a graft, Part I: Isometry, pre-tension of the graft, and anterior-posterior laxity; Am. J. Bone

Joint Surg. 1997; 79(3): 375-380

60. Markolf KL, Slauterbeck JR, Armstrong KL, Shapiro MS, Finerman GA. A biomechanical study of replacement of the

posterior cruciate ligament with a graft. Part II: Forces in the graft compared with forces in the intact ligament, Am. J.

Bone Joint Surg. 1997; 79(3): 381-386

61. Markolf KL, Slauterbeck JR, Armstrong KL, Shapiro MS, Finerman GA. Effects of combined knee loadings on posterior

cruciate ligament force generation; J. Orthop Res. 1996; 14(4): 633-638

62. Vahey JW, Draganich LF. Tensions in the anterior and posterior cruciate ligaments of the knee during passive loading:

predicting ligament loads from in situ measurements; J. Orthop Res. 1991; 9(4): 529-538

63. Fukubayashi T, Torzilli PA, Sherman MF, Warren RF. An in vitro biomechanical evaluation of anterior-posterior motion

of the knee. Tibial displacement, rotation; and torque, Am. J. Bone Joint Surg. 1982; 4(2): 258-264

64. Shelburne KB, Pandy MG. A musculoskeletal model of the knee for evaluating ligament forces during isometric

contractions; J. Biomechanics 1997; 30: 163-76

65. Lujan TJ, Dalton MS, Thompson BM, Ellis BJ, Weiss JA. Effect of ACL deficiency on MCL strains and joint

kinematics; J. Biomech. Eng. 2007; 129(3): 386-392

66. Van de Velde SK, DeFrate LE, Gill TJ, Moses JM, Papannagari R, Li G. The effect of anterior cruciate ligament

deficiency on the in vivo elongation of the medial and lateral collateral ligaments; Am. J. Sports Med. 2007; 35(2): 294-

300

67. Seon JK, Song EK, Park SJ. Osteoarthritis after anterior cruciate ligament reconstruction using a patellar tendon

autograft; Int. Orthop. 2006; 30(2): 94-98

68. Nebelung W, Wuschech H. Thirty-five years of follow-up of anterior cruciate ligament deficient knees in high-level

athletes; Arthroscopy 2005; 21(6): 696-702

69. lohmander L, Ostenberg A, Englund M, Roos H. High prevalence of knee osteoarthritis, pain, and functional limitations

in female soccer players twelve years after anterior cruciate ligament injury; Arthritis Rheum. 2004; 50(10): 3145-3152

70. Wang CJ, Hung TW. Radiographic assessment of the knee after pattelar tendon reconstruction for chronic anterior

cruciate ligament deficiency; Cahng Gung Med. J. 2004; 27(2): 85-90

71. Finsterbush A, Frankl U, Matan Y. Secondary damage to the knee after isolated injury of the anterior cruciate ligament;

Am. J. Sports Med. 1990; 18: 475-479

72. Noyes F, Mooar P, Matthews D. The symptomatic anterior cruciate-deficient knee. Part I: the long-term functional

disability in athletically active individuals; Am. J. Bone Joint Surg. 1983; 65-A: 154-162

Dow

nloa

ded

from

mrj.

tum

s.ac

.ir a

t 8:2

8 IR

ST

on

Thu

rsda

y F

ebru

ary

20th

202

0




73. Gardiner J, Weiss J. Subject-specific finite element analysis of the human medial collateral ligament during valgus knee

loading; J. of Orthop. Res. 2003; 21: 1098–1106

74. Gardiner J, Weiss J, Rosenberg T. Strain in the human medial collateral ligament during valgus lading of the knee; Clin.

Orthop. and Rel. Res. 2001; 391: 266–274

75. Kawada T, Abe T, Yamamoto, K, Hirokawa S, Soejima T,Tanaka N, Inoue A. Analysis of strain distribution in the

medial collateral ligament using a photoelastic coating method; Med. Eng. and Phys. 1999; 21: 279–291

76. Woo SL-Y, Debski R, Withrow J, Janaushek M. Biomechanics of the knee ligaments; Am. J. Sports Med. 1999; 27: 533–

543

77. Hull ML, Berns G, Varma H, Patterson A. Strain in the medial collateral ligament of the human knee under single and

combined loads; J. Biomechanics 1995; 29: 199–206

78. Arms, S, Boyle, J, Johnson, R, Pope, M. Strain in the medial collateral ligament of the human knee: an autopsy study; J.

Biomechanics 1995; 29: 199–206

79. Yamamoto K, Hirokawa S, Kawada T. Strain distribution in the ligament using photoelasticity. A direct application to the

human ACL; Med. Eng. and Phys. 1998; 20: 161–168

80. Mesfar W, Shirazi-Adl A. Biomechanics of the knee joint in flexion under various quadriceps forces; The Knee; 2005;

12: 424-434

81. Berchuck M, Andriachi TP, Bach BR, Reider B. Gait adaptation by patient who have a deficient anterior cruciate

Ligament; J. Bone Joint Surg. 1990; 72A: 871 – 877

82. Mesfar W, Shirazi-Adl A. Knee joint biomechanics in open-kinetic-chain flexion exercises; Clin. Biomech.; 2008; 23:

477-482

83. Amis AA, Dawkins GP. Functional anatomy of the anterior cruciate ligament. Fibre bundle actions related to ligament

replacements and injuries; Br. J. Bone Joint Surg. 1991; 73: 260-267

84. Gabriel MT, Wong EK, Woo SL. Distribution of in situ forces in the anterior cruciate ligament in response to rotatory

loads; J. Orthop. Res. 2004; 22: 85-89

85. Mesfar W, Shirazi-Adl A. Biomechanics of changes in ACL and PCL material properties or prestrains in flexion under

muscle force-implications in ligament reconstruction; Computer Methods Biomech. Biomed. Eng. 2006; 9: 201–209

86. Fleming BC, Renstrom PA, Beynnon BD. The effect of weightbearing and external loading on anterior cruciate ligament

strain; J. Biomechanics 2001; 34: 163-170

87. Torzilli PA, Deng X, Warren RF. The effect of joint-compressive load and quadriceps muscle force on knee motion in the

intact and anterior cruciate ligament-sectioned knee; Am. J. Sports Med. 1994; 22: 105-112

88. Besier TF, Gold GE, Delp SL, Fredricson M, Beaupre GS. The Influence of Femoral Internal and External Rotation on

Cartilage Stresses within the Patellofemoral Joint; J.Orthop .Res. 2008; 26: 1-9

89. Shirazi R, Shirazi-Adl A. “Computational biomechanics of articular cartilage of human knee joint: Effect of

osteochondral defects”, J Biomechanics. 2009; 42(15): 2458-2465

90. Bae WC, Lewis CW, Levenston ME, Sah RL. Indentation testing of human articular cartilage: Effects of probe tip

geometry and indentation depth on intra-tissue strain. Journal of Biomechanics 2006; 39: 1039–1047.

Dow

nloa

ded

from

mrj.

tum

s.ac

.ir a

t 8:2

8 IR

ST

on

Thu

rsda

y F

ebru

ary

20th

202

0


Review Article

Review of Finite Element Model Studies in Knee Joint

Biomechanics

Rahemi H

1, Mostafavi S.K

2*, Esfandiarpour F

3, Parnianpour M

4, Shirazi-Adl A

5

1. PhD Student, Department of Biomedical Physiology and Kinesiology, Simon Fraser University, Burnaby, Canada. 2. PhD Student, Mechanical and Materials Engineering, University of Western Ontario, London, Ontario, Canada 3. Assistant Professor, School of Rehabilitation, Jundishapour Ahvaz University of Medical Science, Ahvaz, Iran

4. Professor, School of Mechanical Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran.

5. Professor, Department of Mechanical Engineering, École Polytechnique, Montreal, Quebec, Canada.

Abstract

Background and Aim: Human knee joints experience very large loads and motions during regular

daily, occupational and sport activities. Consequently, they are at high risk of being exposed to injuries

and degeneration. Osteoarthritis and ligament injuries often inflict knee joints causing considerable

pain and loss of productivity involving thus significant human and economic costs. Hence,

biomechanics of human knee joints has been the focus of many investigations with the primary aim to

improve understanding of joint function in normal and perturbed conditions. The existing prevention

and treatment programs have been based on such studies.

Materials and Methods: Due to inherent costs, limitations, difficulties and ethical concerns

associated with in vivo and in vitro cadaveric studies, finite element model studies have been

developed as effective, powerful and complementary tools to investigate knee joint biomechanics

subject to internal and external mechanical conditions affecting its normal function.

Results: The advantage of finite element method in study of joint biomechanics lies in its robustness

to incorporate complex 3D joint geometry, intricate boundary and loading conditions and materials

with nonhomogeneous and nonlinear properties.

Conclusion:This article reviews important model studies, presents their relevant results and discusses

some of the promising future directions.

Key words: Knee joints; Modeling; Finite element method; Ligament; Injury; Degeneration;

Rehabilitation; Treatment

*Corresponding author: Mostafavi S.K. Mechanical and Materials Engineering, University of

Western Ontario, London, Ontario, Canada

Email: [email protected]

Dow

nloa

ded

from

mrj.

tum

s.ac

.ir a

t 8:2

8 IR

ST

on

Thu

rsda

y F

ebru

ary

20th

202

0


مروری بر مدل سازی زانو با کاربرد روش المان...

Documents