فهرست مطالب

فصل 1. مقدمه 1
1-1 شیوع بیماری کمردرد 2
1 - 2 عوامل ایجاد کمردرد 3
1 - 3 نقش مهندس بیومکانیک در کاهش خطر آسیب کمر 4

فصل 2. تحلیل بیومکانیکی ستون مهره‌ها 5
2 - 1 حد تحمل بخش‌های مختلف ستون مهره‌ها 7
2 - 2 اندازه‌گیری مستقیم بارهای مکانیکی وارد بر ستون مهره‌ها 9
2 - 3 اندازه‌گیری غیرمستقیم بارهای مکانیکی وارد بر ستون مهره‌ها 11
2 - 4 اندازه‌گیری بارهای وارد بر ستون مهره‌ها با استفاده از مدل‌های بیومکانیکی 14

فصل 3. آناتومی ستون مهره‌ها 15
3 - 1 درجات آزادی ستون مهره‌ها 15
3 - 2 معرفی بخش‌های مختلف ستون مهره‌ها 16
3 - 3 آناتومی مهره‌ها 18
3 - 4 آناتومی دیسک 21
3 - 5 آناتومی رباط‌های ستون مهره‌ها 23
3 - 6 خواص مکانیکی دیسک 23
3 - 7 عضلات ستون مهره‌ها 26
فصل 4. آناتومی و حرکت ستون مهره‌ها 33
4 - 1 نقش عضلات در بدن 33
4 - 2 نیروی فعال و غیرفعال عضلات 40
4 - 3 اندازه‌گیری مشخصات هندسی عضلات 42
4 - 4 مفاهیم پایه‌ای بیومکانیک ستون مهره‌ها 43
4 - 5 اندازه‌گیری پارامترهای حرکتی 45
4 - 6 ویژگی‌های استخوانی ستون مهره‌ها 46
4 - 7 تن‌سنجی 47

فصل 5. مدل‌های بیومکانیکی ستون مهره‌ها 49
5 - 1 اندازه‌گیری نیروهای وارد بر ستون مهره‌ها در یک فعالیت مشخص 49
5 - 2 روش‌های پیش‌بینی موقعیت بدن 52
5 - 3 گشتاور خمشی بافت‌های غیرفعال (Mp) 53
5 - 4 نقش عضلات اگونیست و انتاگونیست 55
5 - 5 نقص مکانیکی عضلات 58
5 - 6 حل مسئلۀ افزونگی نیروها 59
5 - 7 مدل‌های بیومکانیکی بر پایۀ بهینه‌سازی 62
5 - 8 مدل‌های بیومکانیکی بر پایۀ الکترومایوگرافی (EMG) 71
5 - 9 سازوکارهای کمکی 78
5 - 10 کمبودهای عمدۀ مدل‌های بیومکانیکی دارای یک مفصل تعادلی 82
5 - 11 مقایسۀ مدل‌های برپایۀ EMG و بهینه‌سازی 82
5 - 12 اعتبارسنجی مدل‌‌های بیومکانیکی 83
فصل 6 . پایداری ستون مهره‌ها 85
6 - 1 مفهوم پایداری ستون مهره‌‏‏‏ها 85
6 - 2 تعیین بار بحرانی ستون مهره‌‏‏ها در برابر ناپایداری مکانیکی 87
6 - 3 تحلیل پایداری ستون مهره‌‏ها با استفاده از روش اجزای محدود 87
6 - 4 مطالعۀ تجربی پایداری ستون مهره‌‏ها 89

فصل 7. راهنمای باربرداری نایاش 91
7 - 1 معیارهای منظورشده در رابطۀ نایاش 91
7 - 2 معادلۀ اصلاح‌‏شدۀ نایاش در سال 1991 93
7 - 3 محدودیت‌‏های راهنمای باربرداری نایاش 100

فصل 8. ابزار و نرم‌افزارهای محاسبۀ بارهای وارد بر ستون مهره‏‌‏ها 101
8 - 1 رابطۀ محاسبۀ دستی بار فشاری روی ستون مهره‌‏ها 101
8 - 2 چندجمله‌ای ساده 102
8 - 3 نرم‌‏‏افزار 3DSSPP دانشگاه میشیگان 103
8 - 4 نرم‌‏‏‏‏افزار Any Body 103
8 - 5 معادلات رگرسیونی 105
8 - 6 مدل بیومکانیکی اتصال ـ قطعه 105
مراجع 109
واژه‌نامۀ فارسی ـ انگلیسی 115
فهرست راهنما 119


پیشگفتار مؤلفان
ستون‌ مهره‌‎های انسان به‌طور دائم در معرض بارهای مکانیکی قرار دارد که مقدار آنها بسته به نوع فعالیت فیزیکی وی تغییر می‏کند. ستون مهره‌ها سازه‌ای مکانیکی است که از بافت‏های سخت (استخوان‏ها) و بافت‏های نرم (عضلات، رباط‌ها، دیسک‏ها و...) تشکیل شده و در اثر این بارها در معرض خطر آسیب مکانیکی مختلف قرار می‌گیرد. بنابراین مانند سایر سازه‏های مکانیکی که نیاز به تحلیل نیرو و تنش برای اطمینان از عدمتسلیم و شکست دارند، ستون ‌مهره‌های انسان نیز نیاز به تحلیل نیرو دارد تا اطمینان حاصل شود که در فعالیت‏های روزمرۀ فیزیکی، شغلی، ورزشی و تفریحی دچار آسیب مکانیکی نمی‏شود. هدف اصلی از نگارش این کتاب بیان روش‏های مختلف آزمایشگاهی و تحلیلی ـ عددی برای تحلیل نیروی وارد بر ستون‌ مهره‌ها در حین فعالیت‏های فیزیکی انسان است. پس از بیان روش‏های مستقیم و غیرمستقیم آزمایشگاهی برای اندازه‏گیری انواع بارهای مکانیکی وارد بر ستون ‌مهره‌ها در حین فعالیت‏های فیزیکی و اثبات کاربردی نبودن این روش‏ها به‌دلیل آسیب‌زایی و نیز هزینه‌‏های بالای آزمایشگاهی، تلاش شده است روش‏های شبیه‏سازی و مدل‌سازی برای تحلیل نیروهای ستون‌ مهره‌ها ارائه شود. دلیل تمرکز کتاب بر ستون‌ مهره‌ها به دو دلیل است؛ شیوع آسیب‌‏های اسکلتی ـ عضلانی در ستون‌ مهره‌ها بسیار بیشتر از سایر مفاصل مانند مچ پا و دست، زانو، شانه و آرنج است. دیگر اینکه همۀ مفاصل بدن تک‌مفصل هستند و در‌نتیجه هندسۀ نسبتاً ساده‏ای دارند، درحالی‌که ستون‌ مهره‌های انسان مفاصل متعدد به‌هم‌پیوسته با هندسه و آناتومی بسیار پیچیده دارد، طوری‌که فهم بیومکانیک آن باعث تسهیل در فهم سایر مفاصل بدن نیز می‌شود. تاکنون کتابی در زمینۀ تحلیل نیروهای ستون ‌مهره‌های انسان تألیف نشده و بیشتر مطالب این کتاب برگرفته از مقالات نویسندۀ اول و فعالیت‌‏های پژوهشی وی در طول پانزده سال گذشته است. نویسندگان کوشیدهاند مطالب را به زبان ساده ارائه کنند تا هر دانشجو یا مهندس آشنا با دروس پایۀ استاتیک و مقاومت مصالح بتواند مطالب کتاب را به‌سادگی دنبال کند. امید است این کتاب در جهت ارتقای دانش پژوهشگران و متخصصان این حوزه مفید واقع شود.