ارائه‌کننده: فاطمه سادات موچانی استاد راهنما: دکتر محمدحسین صادقی استاد ناظر داخلی: دکتر محمد گلزار استاد ناظر خارجی: دکتر کارن ابری‌نیا تاریخ: ۱۴۰۴/۰۷/۰۹ ساعت: ۱۶:۰۰ مکان: ساختمان فنی و مهندسی، بلوک شماره شش، طبقه اول، کلاس 215

چکیده: با افزایش شیوع بیماری‌های مرتبط با ستون فقرات، به‌ویژه آسیب‌های دیسک بین‌مهره‌ای، ضرورت توسعه راهکارهای درمانی موثر و ایمن بیش از پیش احساس می‌شود. در میان روش‌های درمانی موجود، استفاده از ایمپلنت‌های بین‌مهره‌ای موسوم به کیج‌ها، یکی از رویکردهای موفق در درمان این دسته از بیماران به شمار می‌رود. با این حال، چالش‌هایی نظیر تفاوت سفتی میان ایمپلنت‌های فلزی و بافت استخوانی، خطر بروز پدیده سپر تنشی و همچنین احتمال فرونشست کیج به درون مهره‌ها، ضرورت بازنگری و بهبود در طراحی کیج‌های بین‌مهره‌ای را مطرح ساخته است. در سال‌های اخیر، طراحی کیج‌های متخلخل با بهره‌گیری از ریزساختارهای پیچیده و مهندسی‌شده به عنوان رویکردی نوین برای نزدیک‌سازی خواص مکانیکی ایمپلنت به استخوان طبیعی و همچنین ارتقا زیست‌سازگاری و القای استخوان‌سازی مطرح شده است. در این پژوهش به منظور بهبود عملکرد مکانیکی کیج و کاهش خطر فرونشست، طراحی و تحلیل کیج‌های گردنی متخلخل از جنس تیتانیوم با ساختارهای هندسی مختلف انجام شده است. به این منظور سه نوع ساختار متخلخل شامل Gyroid , Diamond و SCBCC طراحی و مورد ارزیابی قرار گرفتند. پارامترهای هندسی این ساختارها از طریق تغییر در ابعاد سلول واحد و ضخامت استرات‌ها تنظیم گردید تا ضمن تامین استحکام مناسب، سطح تماس موثر جهت رشد استخوان نیز افزایش یابد. جهت ارزیابی خواص مکانیکی مدل‌ها، از شبیه‌سازی عددی به کمک نرم‌افزار Abaqus بهره گرفته شد. تحلیل‌های انجام‌شده تحت چهار حالت بارگذاری اصلی شامل خمشی به جلو، بازشدگی به عقب، خم‌شدن جانبی و چرخش محوری صورت پذیرفت. معیارهای ارزیابی شامل تنش فون‌میزس، کرنش و جابجایی در نواحی مختلف کیج و مهره‌ها استخراج و تحلیل شدند. رای بررسی صحت نتایج عددی، نمونه‌های فیزیکی کیج‌ها با استفاده از فرآیند تولید افزودنی ذوب انتخابی با لیزر(SLM) ساخته شده و سپس تحت آزمون فشار محوری تجربی قرار گرفتند. نتایج تجربی به‌دست آمده با پیش‌بینی‌های عددی همسو بودند و صحت شبیه‌سازی‌ها را تأیید کردند. نتایج حاصل از تحلیل‌های عددی نشان داد که از میان ساختارهای طراحی‌شده، ساختار SCBCC به دلیل رفتار مکانیکی مطلوب‌تر، بهترین عملکرد را از منظر کاهش خطر فرونشست از خود نشان داد. در مقابل، ساختار Gyroid اگرچه از نظر استحکام مکانیکی عملکرد ضعیف‌تری ارائه داد، اما به دلیل دارا بودن هندسه متخلخل پیوسته، از نظر پتانسیل زیستی برای تسهیل استخوان‌سازی و القای جوش‌خوردگی استخوان عملکرد بهتری را ارائه نموده است.