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BEST: Bone Elasticity and Strength Testing
No full textNella determinazione della resistenza e delle proprietà elastiche dell’osso trabecolare, oltre a composizione e densità, gioca un ruolo fondamentale anche la micro-architettura. Lo sviluppo della tecnologia permette oggigiorno l’acquisizione non distruttiva di immagini tridimensionali di campioni in-vitro con risoluzioni tali da consentire una buona definizione della morfologia trabecolare. Ciò rende possibile l’implementazione di metodi di calcolo, quali ad esempio il Metodo Elementi Finiti, per la stima delle proprietà meccaniche derivanti direttamente dalla micro-architettura. I principali ostacoli all’impiego di questo approccio sono legati al grande numero di elementi necessari a definire la micro-struttura in esame, da cui deriva un’ingente richiesta di risorse di calcolo.
Scopo di questo lavoro è presentare alcuni risultati preliminari ottenuti mediante l’impiego del Metodo delle Celle, metodo che risulta particolarmente adatto in presenza di eterogeneità o di discontinuità in genere. Applicazioni del Metodo delle Celle alla modellazione di leghe sinterizzate e di compositi a matrice metallica, sia mediante modelli piani sia in tre dimensioni, hanno già prodotto risultati in buon accordo con i dati sperimentali.
L’applicazione del Metodo delle Celle alla stima del modulo elastico di campioni di osso trabecolare è stata sviluppata a partire da immagini di micro-CT con radiazione di sincrotrone presso la beamline SYRMEP ad Elettra (Trieste). Le immagini sono state successivamente elaborate per ottenere un modello in grado di riprodurre la struttura in esame ed analizzabile col Metodo delle Celle. Nel modello alcune celle “costituiscono” l’osso, ed hanno le conseguenti proprietà meccaniche, mentre altre celle sono “vuote”.
Sono stati simulati dei test di compressione ed è stato valutato il modulo di Young apparente, assumendo elasticità, omogeneità ed isotropicità del tessuto osseo. Il metodo proposto ha fornito dei risultati in buon accordo con i dati sperimentali, si è mostrato sensibile all’anisotropia della struttura e risulta quindi applicabile allo studio della morfologia dell’osso trabecolare
The Application of the Cell Method for the Clinical Assessment of Bone Fracture risk
No full textThe aim of this paper is to introduce a new technique for in vivo quantification of bone structure fracture risk. The elastic properties of the architecture obtained from bone digital radiographic images are determined using the cell method. Compression tests are simulated and the results of the numerical analysis are indexed. Such an index is considered to be indicative of the bone structure capabilities. The first clinical validation was carried on at CSMMO, Centro Studi Malattie Metaboliche dell'Osso (Gorizia, Italy), showing that this technique can improve the diagnosis and help a physician in the identification of an actual fracture risk. The examination is not expensive, uses instrumentation that is widely available and therefore could be easily introduced in clinical use as a complement to the current osteoporosis diagnosis methodologie
Numerical and experimental structural analysis of trabecular architectures
No full textThis paper presents the application of the Cell Method to the static analysis of 3D structures obtained from micro-computed tomography reconstructions of trabecular bone.
The Cell Method is a recently introduced numerical method, based on a direct discrete formulation of equilibrium equations, which is particularly promising for the analysis of complex structures. In fact, due to the direct discrete approach employed, no restriction is imposed by differentiability conditions and the characteristic length of the elementary cell of the discretization can be of the same order of magnitude as the heterogeneities of the structure.
The same 3D microstructures used for the numerical simulations were reproduced by means of a rapid prototyping process, by selective laser sintering of polyamide powder. The compression elastic modulus of the replicas was experimentally determined and used as parameter for comparison with the simulations results. The experimental values are in good agreement with the numerical ones, thus validating the methodology employed
BOne Sintering for Strength Assessment: first results in BOSSA project
No full textBone fracture risk is strongly related not only to the mass content, but also to the bone
micro-architecture. While the compressive strength of cancellous bone is proportional to its
Young modulus, it is unfortunately impossible to perform mechanical tests in vivo. Threedimensional
numerical analysis of bone volumes has proved an important tool in this field,
but when comparing simulation results with experimental ones there are some unavoidable
uncertainties. Experimental tests are also affected by intrinsic difficulties that are amplified,
as the test is unique and unrepeatable.
The aim of this work is to show that sintered replicas of the examined bone portion -
built by rapid prototyping in a relatively homogeneous and well characterized material - can
be used in mechanical tests to assess the bone architecture load bearing capabilities and
provide a validation tool for numerical simulations
Numerical and experimental analysis of bone microarchitectures
No full textNumerical and experimental analysis of bone microarchitecture
Evaluation of a new index of bone structure load bearing capability
No full textThis paper introduces a new system that aims at giving an indication on bone structure load bearing capability and its pathological modifications, and may be re-garded as a complement to the diagnosis methodologies that are now in use.
Starting from digital radiographic images, a numerical model is used to estimate the elastic properties of the examined trabecular bone architecture, which are re-lated to the bone load bearing capabilities. The system is currently being subjected to a first clinical validation
Applicazione del Metodo delle Celle alla simulazione del comportamento meccanico dell’osso trabecolare
No full textAl crescere dell’età media della popolazione, è andata aumentando l’importanza
dell’osteoporosi come problema di salute pubblica. Nella valutazione del rischio
di frattura, non è possibile determinare resistenza e proprietà elastiche dell’osso
sulla base soltanto di composizione e densità, ma un ruolo determinante è svolto
dall’architettura assunta dalla struttura ossea. La moderna tecnologia permette
accurate acquisizioni volumetriche di porzioni di osso trabecolare, ma la
modellazione e l’analisi numerica basate sul FEM presentano degli inconvenienti
che ne limitano in pratica l’utilizzo. Il Metodo delle Celle, particolarmente adatto
in presenza di eterogeneità o di discontinuità, permette di superare gli
inconvenienti incontrati con una modellazione agli Elementi Finiti. Scopo di questo
lavoro è presentare alcuni risultati preliminari ottenuti nella stima del modulo
elastico di espianti di osso trabecolare mediante una particolare applicazione del
Metodo delle Celle, a partire da immagini di micro-CT con radiazione di
sincrotrone presso la beamline SYRMEP di Elettra (Trieste)
Bone Mechanical Properties Estimation with the Cell Method
No full text2D Bone Mechanical Properties Estimation with the Cell Metho
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