Bone Adaptation-Driven Design of Periodic Scaffolds
Bone Adaptation-Driven Design of Periodic Scaffolds
复制标题
骨适应驱动的周期性支架设计
DOI：
10.1115/1.4050928
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发表时间：
2021
影响因子：
3.3
通讯作者：
Norato, Julian A.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Cohen, David O.;Aboutaleb, Sohaila M.;Johnson, Amy Wagoner;Norato, Julian A.
这项工作介绍了一种计算方法，设计骨支架最大限度的骨生长。骨适应的机械生物学模型用于计算骨生长，考虑到缺损的形状、施加的载荷和支架植入的骨的现有密度分布。数值均匀化和几何投影技术被用来有效地获得替代的有效的弹性和扩散性能的支架作为一个功能的支架设计和骨密度。这些属性替代物进而用于执行支架-骨系统的骨适应模拟，以用于支架设计的采样。随后从这些模拟中构建模拟时间结束时支架中的骨生长的替代物和植入时支架的应变能的替代物。使用这些替代物，我们优化了植入兔股骨的支架的设计，以最大限度地增加骨生长到支架中的体积，同时确保植入时的最小刚度。优化的结果表明，所提出的方法的有效性，通过显示，最大限度地提高骨生长与结构顺应性的约束，使支架设计具有更好的骨生长比只通过最小化顺应性。
This work introduces a computational method for designing bone scaffolds for maximum bone growth. A mechanobiological model of bone adaptation is used to compute the bone growth, taking into account the shape of the defect, the applied loading, and the existing density distribution of the bone in which the scaffold has been implanted. Numerical homogenization and a geometry projection technique are used to efficiently obtain surrogates of the effective elastic and diffusive properties of the scaffold as a function of the scaffold design and the bone density. These property surrogates are in turn used to perform bone adaptation simulations of the scaffold–bone system for a sampling of scaffold designs. Surrogates of the bone growth in the scaffold at the end of the simulated time and of the strain energy of the scaffold at implantation time are subsequently constructed from these simulations. Using these surrogates, we optimize the design of a scaffold implanted in a rabbit femur to maximize volume bone growth into the scaffold while ensuring a minimum stiffness at implantation. The results of the optimization demonstrate the effectiveness of the proposed method by showing that maximizing bone growth with a constraint on structural compliance renders scaffold designs with better bone growth than what would be obtained by only minimizing compliance.
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通过直接墨水书写制造的曲线骨支架的计算设计
DOI：
--
发表时间：
2018
期刊：
Comput. Aided Des.
影响因子：
--
作者：
J. Roberge;Julián A. Norato
通讯作者：
Julián A. Norato
用于基于刚度的骨支架设计的计算和细胞实体方法。
DOI：
10.1115/1.4004994
发表时间：
2011
期刊：
Journal of biomechanical engineering
影响因子：
--
作者：
Julián A. Norato;A. J. W. Johnson
通讯作者：
A. J. W. Johnson
DOI：
10.1016/j.msec.2017.09.004
发表时间：
2018-02-01
影响因子：
7.9
作者：
Boccaccio, Antonio;Fiorentino, Michele;Monno, Giuseppe
通讯作者：
Monno, Giuseppe
影响因子：
16.6
作者：
Christen, Patrik;Ito, Keita;van Rietbergen, Bert
通讯作者：
van Rietbergen, Bert
影响因子：
3.3
作者：
Wang, Yingjun;Arabnejad, Sajad;Pasini, Damiano
通讯作者：
Pasini, Damiano