مدل سازی و بهینه سازی چند منظوره پارامتر های موثر در سوراخ کاری استخوان

سوراخ کاری استخوان یکی از متداول ترین فرآیندهای عمل جراحی ارتوپدی به منظور درمان و ثابت نگهداشتن اجزا استخوان شکسته شده در کنار یکدیگر می باشد. مهمترین عارضه ای که ممکن است در عمل جراحی مذکور ایجاد شود، بالا رفتن دمای فرآیند سوراخ کاری از محدوده مجاز (47 درجه سانتی گراد) و ایجاد نکروز حرارتی یا مرگ سلولی و سوختگی موضعی در بافت استخوان باشد. همچنین اعمال نیروی بیش از حد به استخوان سبب ایجاد شکست و ترک خوردگی و ایجاد آسیب جدی در استخوان می شود. در این مقاله یک مدل ریاضی رگرسیون خطی مرتبه دوم به منظور پیش بینی رفتار دمای فرآیند در حین عمل سوراخ کاری استخوان برحسب سرعت دوران ابزار و نرخ پیشروی و برهم کنش های موثر آنها ارایه شده است. این مدل می تواند حداکثر سرعت عمل جراح را در محدوده مجاز دمایی مشخص نماید. همچنین با طراحی آزمایش ها و مدل سازی و بهینه سازی پارامترهای موثر در فرآیند سوراخکاری استخوان برای نخستین بار به روش سطح پاسخ، بهینه ی مقدار سرعت دوران ابزار و نرخ پیشروی به منظور دستیابی به کمترین و بهترین مقدار نیرو و زبری سطح ایجاد شده که نقش مهمی در باز تولید سلول های استخوانی و کاهش طول دوره درمان دارد، در محدوده دمایی مجاز سوراخ کاری استخوان و عدم آسیب به بافت آن، ضمن یک بهینه سازی چند منظوره ارایه گردیده است. تغییرات سرعت دوران ابزار و نرخ پیشروی در بازه های وسیع به ترتیب از 500 تا 2500 دور بر دقیقه و40 تا 60 میلیمتر بر دقیقه در نظر گرفته شده اند. نتایج به دست آمده بدین صورت است که کمترین افزایش دما و بهترین مقدار زبری سطح به ازای کمترین مقدار سرعت برشی و کمترین مقدار نرخ پیشروی صورت می پذیرد و با افزایش این دو پارامتر دما بالا رفته و البته در سرعت های برشی بالا دوباره از نرخ افزایش دما کاسته می شود و رویه ی مدل سطح پاسخ دما یک رفتار زینی شکل دارد. همچنین کمترین مقدار نیروی وارده به بافت استخوان در نرخ های پیشروی کمتر و حداکثر سرعت دوران ابزار حاصل می شود. لازم به ذکر است کمترین آسیب به استخوان حین عمل جراحی با در نظر گرفتن تمامی موارد فوق در سرعت دوران ابزار 500 دور بر دقیقه و نرخ پیشروی 40 میلی متر بر دقیقه حاصل می شود.