Evaluation of Mechanical Robustness of Bone by an Individual Modeling Method

通过个体建模方法评估骨骼的机械鲁棒性

• 批准号: 11558105
• 负责人: INOU Norio
• 金额: $ 8.19万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11558105/
• 关键词: Robustness of bone; Vertebra; Individual modeling; CT data; Stress analysis; 固体別モデリング

The purpose of this research is to develop a new system to evaluate mechanical robustness of a vertebral body with intact states. To realize the system, this research project investigated biomechanical properties of vertebral body with a computational method. First, sectional images of a rat's vertebral body were taken using pQCT. Then, a three-dimensional finite element model of the vertebra was generated by an automated modeling method developed by authors. Strength of bone and Young's modulus for the each element were calculated by the X-ray CT number. Second, a compression test using the vertebral body was performed with the same vertebral bone. Stress analysis was executed under the compressive loading conditions. Finally, a stress ratio η=σ/σ_B was calculated to evaluate the mechanical robustness of the bone. The portion of the fracture was well in accord with that of large η in the computational result.

这项研究的目的是开发一种新的系统来评估完整状态下的椎体的机械稳健性。为了实现这一系统，本研究项目用计算方法研究了椎体的生物力学特性。首先，使用pQCT获取大鼠椎体的断层图像。然后，利用作者开发的自动建模方法生成了椎体的三维有限元模型。根据X线片CT数计算各元素的骨强度和杨氏模数。其次，使用相同的椎骨进行椎体压缩测试。在压缩载荷条件下进行应力分析。最后，计算应力比η=σ/σ_B来评价骨的力学稳健性。计算结果表明，断裂部位与大型η断裂部位吻合较好。

项目成果

伊能教夫: "X線CT画像に基づく固体別有限要素モデリング-部分体積効果のモデリングへの影響-"日本機械学会第12回バイオエンジニアリング学術講演会講演論文集. No.01-27. 145-146 (2001)

Norio Ino：“基于 X 射线 CT 图像的固体特定有限元建模 - 部分体积效应对建模的影响”第 12 届日本机械工程师学会生物工程会议论文集第 145-146 号。 2001）

伊能教夫: "固体別モデリング手法による下顎骨の力学シミュレーション-複数の咬合条件による応力解析-"第14回計算力学講演会講演論文集. No.01-10. 287-288 (2001)

Norio Ino：“使用实体建模方法进行下颌骨的机械模拟 - 多种咬合条件下的应力分析 -”第 14 届计算力学会议论文集第 01-10 号（2001 年）。

Norio INOU, Michihiko KOSEKI, Mitsuhiro IWASAKI, Koutarou MAKI: "Individual Finite Element Model Based on the X-ray CT Data Reconstruction of the Bony Shape"JSME Annual Conference. [No. 01-1]. 77-78 (2001)

Norio INOU、Michihiko KOSEKI、Mitsuhiro IWASAKI、Koutarou MAKI：“基于骨形 X 射线 CT 数据重建的个体有限元模型”JSME 年会。

伊能 教夫: "X線CT画像に基づく個体別有限要素モデリング-骨体のヤング率の算出-"日本機械学会平成13年度材料力学部門講演会講演論文集. No.01-16. 39-40 (2001)

Norio Ino：“基于X射线CT图像的个体有限元建模-骨体杨氏模量的计算-”日本机械工程学会材料力学分会论文集No.01-16（2001）。

Norio INOU, Michihiko KOSEKI, Koutarou MAKI: "Individual Stress Analysis of the Human Mandible Under a Biting Condition"Switzerland-Japan Workshop "New Directions in Cellular and Tissue Biomechanics". 125 (2001)

Norio INOU、Michihiko KOSEKI、Koutarou MAKI：“咬合条件下人类下颌骨的个体应力分析”瑞士-日本研讨会“细胞和组织生物力学的新方向”。