Get Adobe Flash player

3D-МОДЕЛЬ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ ПЛЕЧЕВЫХ КОСТЕЙ КРЫС ПРИ РАЗНЫХ ВИДАХ ДЕФОРМАЦИИ

Автор: Буштрук А.Н., Ткач Г.Ф., Погорелов М.В., Сикора В.З.

Страницы: 398-347

Аннотация

    

         Работа посвящена изучению прочностных свойств плечевых костей лабораторных животных при нагрузке на сжатие, изгиб и растяжение и созданию 3D-модели длинной трубчатой кости крыс различных возрастных периодов, позволяющей проводить многократные испытания прочностных свойств для различных исходных параметров эксперимента. Для испытания плечевых костей на прочность использовали переносную экспериментальную установку с точностью измерительной шкалы 0,25 кг. Прочностный расчет производили с помощью программного комплекса Pro/Engineer (PTC, USA) и входящего в него расчетного модуля Pro/Mechanica. 

      Для всех видов нагрузки минимальное значение предела прочности наблюдалось у крыс подсосного возраста. Для растяжения в отличие от изгиба и сжатия получили прямо пропорциональную зависимость предела прочности костей от возраста крыс. После сравнения экспериментальных и расчетных данных значения разрушающей силы и разница в показаниях составили не более 7 %. Полученная 3D-модель трубчатой кости животных разного возраста позволяет проводить многократные расчеты показателей прочности с различными исходными параметрами костной ткани.

        Ключевые слова: прочность, плечевая кость, деформация, 3D-модель.

        *Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

 

  

Список литературы

  1. Currey J. D. Bones / J. D. Currey // Princeton: Princeton University Press. – 2002.
  2. Turner C. H., Burr D. B. Basic biomechanical measurements of bone: a tutorial. / C. H. Turner, D. B. Burr // Bone. – 1993. – Vol. 14. ­ P. 595–608.
  3. Bone biomechanical properties in prostaglandin EP1 and EP2 knockout mice./ M. P. Akhter, D. M. Cullen, G. Gong [et al.] // Bone. – 2001. – Vol. 29. – P.121–5.
  4. Currey J. D. Mechanical properties of bone tissues with greatly differing functions. / J. D. Currey // J Biomech. – 1979. – Vol. 12. – P. 313–9.
  5. Behiri J. C., Bonfield W. Orientation dependence of the fracture mechanics of cortical bone. / J. C. Behiri, W. Bonfield // J Biomech. – 1989. – Vol. 22. – P. 863–7.
  6. Vashishth D. Rising crack-growth-resistance behavior in cortical bone: implications for toughness measurements. / D. Vashishth // J Biomech. – 2004. – Vol. 37. – P. 943–6.
  7. Mechanistic aspects of fracture and Rcurve behavior in human cortical bone./ R. K. Nalla, J. J. Kruzic, J. H. Kinney [et al.] // Biomaterials. – 2005. – Vol. 26. – P. 217–31.
  8. Taylor D., Hazenberg J. G., Lee T. C. Living with cracks: damage and repair in human bone. / D. Taylor, J. G. Hazenberg, T. C. Lee // Nature Mater. – 2007. – Vol. 6. – P. 249–317.
  9. The effect of calcium supplementation on bone density during lactation and after weaning. / H. J. Kalkwarf, B. L. Specker, D. C. Bianchi [et al.] // New Engl J Med. – 1997. – Vol. 337. – P. 523–8.
  10. Zioupos P., Currey J. D. Changes in the stiffness, strength, and toughness of human cortical bone with age. / P. Zioupos, J. D. Currey // Bone. – 1998. – Vol. 22. –P. 57–66.
  11. Alendronate versus calcitriol for the prevention of bone loss after cardiac transplantation. / E. Shane, V. Addesso, P. Namerow [et al.] // New Engl J Med. – 2004. – Vol. 350. – P. 767–76.
  12. Roodman G. D. Mechanisms of bonemetastasis. / G. D. Roodman // New Engl J Med. – 2004. – Vol. 350. – P. 1655–64.
  13. Glucocorticoidtreated mice have localized changes in trabecular bone material properties and osteocyte lacunar size that are not observed in placebo-treated or estrogendeficient mice. / N. E. Lane, W. Yao, M. Balooch [et al.] // J Bone Miner Res. – 2006. – Vol. 21. – P. 466–76.
  14. Bone biomechanical properties in lrp5 mutant mice./ M. P. Akhter, D. J. Wells, S. J. Short [et al.] // Bone. – 2004. – Vol. 35. – P. 162–9.
  15. Nanoindentation and whole-bone bending estimates of material properties in bones from the senescence accelerated mouse samp6. / M. J. Silva, M. D. Brodt, Z.  Fan [et al.] // J Biomech. – 2004. – Vol. 37. – P. 1639–46.
  16. 3D bone microarchitecture modeling and fracture risk prediction / H. Li, X. Li, L. Bone [et al.]// Conference on Bioinformatics, Computational Biology and Biomedicine, BCB. – 2012. – P. 361-368
  17. Cristofolini L., Viceconti M. Mechanical validation of whole bone composite tibia models / L. Cristofolini, M. Viceconti // Journal of Biomechanics. – Vol. 33 (3). – P. 279-288.
  18. Modelling the fibrous tissue layer in cemented hip replacements: Experimental and finite element methods / V. Waide, L. Cristofolini, J. Stolk [et al.] / Journal of Biomechanics. – 2004. – Vol. 37 (1). – P. 13-26.
  19. Experimental validation of a finite element model of a human cadaveric tibia / H. A. Gray, F. Taddei, A. B. Zavatsky [et al.] //Journal of Biomechanical Engineering. – 2008. – Vol. 130 (3).
  20. Computationally-optimized bone mechanical modeling from high-resolution structural images / J. F. Magland, N. Zhang, C. S. Rajapakse, [et al.]. – PloS one. – 2012. – Vol. 7 (4). – P. 35–25.
  21. Harrison N. M. Failure modelling of trabecular bone using a non-linear combined damage and fracture voxel finite element approach / N. M. Harrison, P. McDonnell, L. Mullins // Biomechanics and Modeling in Mechanobiology. – 2012. – P. 1-17.
  22. Chennimalai Kumar N. Modeling of cortical bone adaptation in a rat ulna: Effect of frequency (2012) / N. Chennimalai Kumar, J. A. Dantzig, I. M. Jasiuk // Bone. – Vol. 50 (3). – P. 792–797.
  23. Finite element modelling of squirrel, guinea pig and rat skulls: Using geometric morphometrics to assess sensitivity (2011) / Cox P.G., Fagan M. J., Rayfield E. J. [et al.] // Journal of Anatomy. – Vol. 219 (6). – P. 696–709.
  24. Bernard S. Accurate measurement of cortical bone elasticity tensor with resonant ultrasound spectroscopy /, Q. Grimal, P. Laugier // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. – 2013. – Vol. 18. – P. 12–19.
  25. A computational method for determining tissue material properties in ovine fracture calluses using electronic speckle pattern interferometry and finite element analysis / M. Steiner, L. Claes, U. Simon [et al.] // Medical Engineering and Physics. – 2012. – Vol. 34 (10). – P. 1521–1525.
  26. Sacco S. M. Phytonutrients for bone health during ageing / S. M. Sacco, M.-N. Horcajada, E. Offord // British Journal of Clinical Pharmacology. – 2013. – Vol. 75 (3). – P. 697–707.
  27. Inactivation of Lrp5 in osteocytes reduces Young's modulus and responsiveness to the mechanical loading 2013 / L. Zhao, J. W. Shim, T. R. Dodge [et al.] // Bone. – Vol. 54 (1). – P. 35–43.

Copyright ,

Журнал клiнiчних та експериментальних медичних дослiджень © 2013. 

All Rights Reserved.