شبيه‌سازي رشد عضله دوسرراني تبر اثر كشش با بكارگيري يك مدل چند مقياسه

Simulation of Biceps Femoris Muscle Growth Based on Stretch Using a Multiscale Model

شناخت روند رشد ماهيچه و تعيين نواحى بحرانى تحت آسيب و يا پارگى ابزارى براى تشخيص روش صحيح درمان براى متخصصان طب فيزيكى و توان بخشى و ارتوپدى مى باشند. هدف اين مقاله، بررسى نحوه رشد سلول عضلانى-اسكلتى و هم چنين تعيين نواحى آسيب عضله دوسررانى تحت كشش هاى غير فعال وارده بر آن است. با تجزيه تانسور گراديان تغيير شكل به دو بخش الاستيك و رشد، روابط رشد محدود براى ماهيچه با رفتار ماده هايپرالاستيك تعيين شده اند. روابط مكانيك محيط پيوسته با معادله تكامل رشد تلفيق و معادلات ديفرانسيل بيولوژيكى و مكانيكى حاصل شدند. براى حل آن ها از روش اجزاى محدود در نرم افزار آباكوس و با نوشتن زيربرنامه اى براى رفتار ماده در زبان فرترن استفاده شد. عضله ى دوسررانى قسمت سر بلند به شكل يك استوانه فرض شده و شبيه سازى آن براى يك دوره 6 هفته اى و به ميزان 10 ̃افزايش طول اوليه انجام شد. نتايج نشان مى دهند كه ماهيچه به طور ناهمگن رشد مى كند و بيشينه كشيدگى ها در رويه ها اتفاق مى افتند و نه در داخل عضله كه در ناحيه بالا در رويه بيرونى معادل 1/045 و در ناحيه پايين در رويه درونى معادل 1/06 مى باشند. به علاوه، نتايج مى تواند به نحوه درمان صحيح و بهينه و توان بخشى بيماران و جراحى هاى ارتوپدى كمك كند.

Understanding the process of muscle tissue growth is important to professionals who are involved in curing musculoskeletal disorders, physical medicine and rehabilitation specialists and orthopedic surgeons. This article investigates the development of a musculoskeletal cell and also determining the vulnerable areas of biceps femoris muscles due to passive strains applied on it. By decomposing the deformation gradient tensor to two parts, the elastic and growth, the finite growth relations have been applied for an isotropic hyperelastic muscle material behavior. Consequently, the continuum relations were combined with the growth evolution equation whrer a series of mechanobiological relations were obtained. To solve them, a FORTRAN user-defined material subroutine (UMAT) for the finite element Abaqus software was written and executed. The biceps femoris – long head muscle was simulated based on a 6-week period assuming as a cylinder with 10% increase in initial length. Results of the simulation indicate that maximum strains occur in the surfaces, not inside the muscle. They reach 1.045 near the proximal muscle-tendon junction in the posterior layer and 1.06 in distal muscle-junction in interior surface. Also, these results can help a correct and optimal treatment, patient’s rehabilitation and orthopedic surgeries.