Dual-zone material assignment method for correcting partial volume effects in image-based bone models
Dual-zone material assignment method for correcting partial volume effects in image-based bone models
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用于校正基于图像的骨模型中的部分体积效应的双区材料分配方法
DOI：
10.1080/10255842.2022.2119383
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发表时间：
2022
影响因子：
1.6
通讯作者：
Dailey, Hannah L.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Inglis, Brendan;Grumbles, Daniel;Dailey, Hannah L.
在基于图像的骨有限元分析中，部分体积效应（pve）产生于组织边界的图像模糊以及模型创建过程中几何重建和网格划分的副产品。在这项研究中，我们开发并验证了一种材料分配方法来减轻部分体积效应。我们的验证数据包括n = 20只瑞士高山羊完整胫骨的物理扭转测试。我们使用三种常用的元素类型（10节点四面体、8节点六面体和20节点六面体）对这些胫骨的微ct扫描创建了有限元模型。在没有部分体积管理的情况下，与物理生物力学测试相比，模型高估了扭转刚度。为了解决这个问题，我们实现了一个双区域材料模型，将重叠的低密度表面体素元素视为软组织而不是骨骼。经过反向优化，双区材料模型在虚拟测试和物理测试之间产生了很强的相关性和高度的绝对一致性。这表明，通过适当的局部体积管理，虚拟力学测试可以成为物理生物力学测试的可靠替代品。为了在局部体积管理中获得最大的灵活性，无论元件类型如何，我们建议对羊胫骨使用以下双区材料模型：软组织切断密度为665 mgHA/cm3，软组织模量为50 MPa（切断下方），骨的密度-模量转换斜率为10,225 MPa-cm3/mgHA（切断上方）。
In image-based finite element analysis of bone, partial volume effects (PVEs) arise from image blur at tissue boundaries and as a byproduct of geometric reconstruction and meshing during model creation. In this study, we developed and validated a material assignment approach to mitigate partial volume effects. Our validation data consisted of physical torsion testing of intact tibiae fromN= 20 Swiss alpine sheep. We created finite element models from micro-CT scans of these tibiae using three popular element types (10-node tetrahedral, 8-node hexahedral, and 20-node hexahedral). Without partial volume management, the models over-predicted the torsional rigidity compared to physical biomechanical tests. To address this problem, we implemented a dual-zone material model to treat elements that overlap low-density surface voxels as soft tissue rather than bone. Afterin situinverse optimization, the dual-zone material model produced strong correlations and high absolute agreement between the virtual and physical tests. This suggests that with appropriate partial volume management, virtual mechanical testing can be a reliable surrogate for physical biomechanical testing. For maximum flexibility in partial volume management regardless of element type, we recommend the use of the following dual-zone material model for ovine tibiae: soft-tissue cutoff density of 665 mgHA/cm3with a soft tissue modulus of 50 MPa (below cutoff) and a density-modulus conversion slope of 10,225 MPa-cm3/mgHA for bone (above cutoff).
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影响因子：
1.8
作者：
Knowles NK;Reeves JM;Ferreira LM
通讯作者：
Ferreira LM
调整 pQCT 图像皮质骨分析中的部分体积效应。
影响因子：
1.9
作者：
Jörn Rittweger;I. Michaelis;M. Giehl;P. Wüsecke;D. Felsenberg
通讯作者：
D. Felsenberg
影响因子：
3.8
作者：
Pakdel, Amirreza;Mainprize, James G.;Whyne, Cari M.
通讯作者：
Whyne, Cari M.
DOI：
10.1080/10255842.2012.673595
发表时间：
2014-02-17
影响因子：
1.6
作者：
Peleg, Eran;Herblum, Ryan;Whyne, Cari
通讯作者：
Whyne, Cari
影响因子：
4.6
作者：
Inglis B;Schwarzenberg P;Klein K;von Rechenberg B;Darwiche S;Dailey HL
通讯作者：
Dailey HL