Multiscale stiffness characterisation of both healthy and osteoporotic bone tissue using subject-specific data.
Multiscale stiffness characterisation of both healthy and osteoporotic bone tissue using subject-specific data.
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使用特定对象的数据对健康骨组织和骨质疏松骨组织进行多尺度刚度表征。
DOI：
10.1016/j.jmbbm.2022.105431
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发表时间：
2022
影响因子：
3.9
通讯作者：
Prada DM
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Prada DM
严重骨折通常采用内固定治疗。在不健康或骨质疏松患者中，由于外部冲击（例如跌倒）、高度骨质疏松患者的日常活动以及骨骼和植入物的生物材料的刚度不匹配（因为这会导致应力集中），植入后骨折可能发生。缓解这一问题的一种方法是使用接近模拟真实骨的有效刚度的生物材料，从而更无缝地整合固定。这需要知道目标的特性（骨特性），因此，它强调了通过直接测量来评估骨的机械特性的相关性。这项工作提出了一种方法（多阶段均质化），用于预测给定孔隙率和矿物分数的骨的各向异性刚度，这两者都比力学性能本身更容易获得。与之前的工作不同，我们：(i)在纳米尺度上解释了矿物相的指状形态；（ii）使用显微镜数据在微观尺度上模拟骨的几何形状及其曲线各向异性，（iii）使用数据在中尺度上定义骨小梁（微ct）和皮质（显微镜）的几何形状。这些预测已被证明与文献中的实验数据以及以前的建模工作非常吻合。结果总结在包含各向异性刚度张量的数据库中，适用于各种程度的骨骼健康（例如矿物组分和中尺度孔隙率）；因此，这项工作对能够在实践中设计更坚固的患者特异性骨植入物做出了贡献。
Severe bone fractures are often treated by appending internal fixations. In unhealthy or osteoporotic patients, post-implantation bone fractures can occur due to external impact (e.g. from a fall), day-to-day activities in highly-osteoporotic cases and mismatches in the stiffness of bone and the implant’s biomaterial, since this causes stress concentrations. One approach to alleviating this problem is to use biomaterials that closely mimic the effective stiffness of real bone, thereby more seamlessly integrating the fixation. This requires to know the properties target (bone properties) and therefore, it highlights the relevance of the evaluation of the bone’s mechanical properties which is impractical via direct measurement. This work presents a methodology (multistage homogenisation) for predicting the anisotropic stiffness of bone given the porosity and mineral fraction, both of which are more readily obtained than the mechanical properties themselves. Unlike previous work we: (i) account for finger-like morphology of the mineral phase at the nanoscale; (ii) use microscopy data to model the osteon geometry and its curvilinear anisotropy at the microscale, and (iii) use data to define the trabecular (microCT) and cortical (microscopy) bone geometries at the mesoscale. The predicts have been shown to agree favourably with experimental data in the literature as well as previous modelling works. The results are summarised in a database containing anisotropic stiffness tensors applicable to a broad range of degrees of bone health (e.g. mineral fractions and mesoscale porosities); thus, this work is a contribution towards being able to design more robust patient-specific bone implants in practice.
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通过图像配准评估临床 CT 扫描骨各向异性的生物力学作用
影响因子：
3.8
作者：
E. Taghizadeh;M. Reyes;P. Zysset;A. Latypova;A. Terrier;P. Büchler
通讯作者：
P. Büchler
影响因子：
1.8
作者：
Knowles NK;Reeves JM;Ferreira LM
通讯作者：
Ferreira LM
影响因子：
2.4
作者：
CHOI, K;KUHN, JL;GOLDSTEIN, SA
通讯作者：
GOLDSTEIN, SA
影响因子：
3.9
作者：
Mueller, R.;Henss, A.;Deutsch, A.
通讯作者：
Deutsch, A.
DOI：
10.1016/j.cpc.2021.108009
发表时间：
2021-04
期刊：
Comput. Phys. Commun.
影响因子：
--
作者：
A. F. Galvis;D. Prada;Lucas S. Moura;C. Zavaglia;J. Foster;P. Sollero;L. Wrobel
通讯作者：
A. F. Galvis;D. Prada;Lucas S. Moura;C. Zavaglia;J. Foster;P. Sollero;L. Wrobel