Zmiany mikrostruktury i charakterystyk naprężeniowo-odkształceniowych kości gąbczastej pozyskiwanej w zabiegach alloplastyki

• Autorzy: Jankowski K. , Pawlikowski M. , Makuch A. , Skalski K. , Kokot G. , Szlązak K.

Warianty tytułu

EN

Changes in the microstructure and stress-strain characteristics of cancellous bone obtained in the arthroplasty surgery

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań zmian zachodzących w porowatej strukturze ludzkiej kości gąbczastej poddanej obciążeniom ściskającym. Do oceny zmian wykorzystano maszynę wytrzymałościową MTS Bionix oraz mikrotomograf SkyScan. Dzięki wykonywaniu projekcji mikrotomograficznych przed próbą ściskania kości i po niej zarejestrowano nie tylko charakterystyki naprężeniowo-odkształceniowe i zmianę sztywności kości, ale również ewolucję mikrostruktury (zmianę geometrii porów, przesunięcia, rotację, odkształcenia i pękanie beleczek kostnych), co w dalszych badaniach pozwoli dokładniej opisać mechanizmy odkształceń biologicznych materiałów porowatych.

EN

The paper presents the results of studies on the changes of the porous structure of human cancellous bone obtained in the arthroplasty surgery of the pathologically altered hip joints. The MTS Bionix testing machine and SkyScan Micro tomograph were used in the assessment. By performing a microtomographic projection before attempting to compress the bone and afterwards not only were the stress-strain characteristics and change in stiffness of the bone recorded, but also the evolution of the microstructure (change in pore geometry, displacement, rotation, deformation and fracture of bone beams). This in further research will allow to more accurately describe mechanisms of biological deformation of porous materials.

Słowa kluczowe

PL

kość gąbczasta; mikrotomografia; badania wytrzymałościowe; charakterystyka naprężeniowo-odkształceniowa

EN

cancellous bone; x-ray microtomography; strength tests; stress-strain characteristics

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Mechaniki Precyzyjnej
• Czasopismo: Inżynieria Powierzchni
• Rocznik: 2017
• Tom: nr 3
• Strony: 38--45
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., wykr., tab., fot.

Twórcy

autor

Jankowski K.

• Politechnika Warszawska, Instytut Mechaniki i Poligrafii, Warszawa

autor

Pawlikowski M.

• Politechnika Warszawska, Instytut Mechaniki i Poligrafii, Warszawa

autor

Makuch A.

• Instytut Mechaniki Precyzyjnej, Warszawa

autor

Skalski K.

• Instytut Mechaniki Precyzyjnej, Warszawa

autor

Kokot G.

• Politechnika Śląska, Gliwice

autor

Szlązak K.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej

Bibliografia

• 1. Ashman R.B.: Ultrasonic Determination of the Elastic Properties of Cortical Bone: Techniques and Limitations. Tulane University, New Orleans, LA, 1982.
• 2. Bonfield W., Li C.H.: The temperature dependence of the deformation of bone. „Journal of Biomechanics” 1968, vol. 1, issue 4, p. 323–329.
• 3. Bonfield W., Tully A.E.: Ultrasonic analysis of the Young’s modulus of cortical bone. „Medical Engineering & Physics” 1982, vol. 4, issue 1, p. 23–27.
• 4. Carter D.R., Hayes W.C.: The compressive behavior of bone as a two-phase porous structure. „Journal of Bone & Joint Surgery – American Volume” 1977, 59(7), p. 954–962.
• 5. Rubin C.T., Lanyon L.E.: Limb mechanics as a function of speed and gait: a study of functional strains in the radius and tibia of horse and dog. „Journal of Experimental Biology” 1982, 101, p. 187–211.
• 6. Roux W.: Beiträge zur Morphologie der functionellen Anpassung. „Arch. Anat. Phys.” 1885 A/1–2, p. 120–185.
• 7. Meyer G.H.: Die Architektur der Spongiosa. Archis fur Anatomie, Physiologie und wissenschaftliche Medizin. Reichert und DuBois-Reymonds Archiv 1867, 34, p. 615–628.
• 8. Wolff J.: The Law of Bone Remodelling. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1986.
• 9. Bańczerowski J., Makuch A., Kwiatkowski K., Skalski K.: Wstępne badania zmian własności mechanicznych kości gąbczastej z wykorzystaniem cyfrowej korelacji obrazu (DIC). „Inżynieria Powierzchni” 2017, nr 1, s. 68–75.
• 10. Cyganik Ł., Binkowski M., Kokot G., Rusin T., Popik P., Bolechała F., Nowak R., Wróbel Z., John A.: Prediction of Young’s modulus of trabeculae in microscale using macro-scale’s relationships between bone density and mechanical properties. „Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials” 2014, vol. 36, p. 120–134.
• 11. Kazakia G.J., Hyun B., Burghardt A.J., Krug R., Newitt D.C., de Papp A.E., Link T.M., Majumdar S.: In Vivo Determination of Bone Structure in Postmenopausal Women: A Comparison of HR-pQCT and High-Field MR Imaging. „Journal of Bone and Mineral Research” 2008, vol. 23, issue 4, p. 463– 474.
• 12. Kinney J.H., Stölken J.S., Smith T.S., Ryaby J.T., Lane N.E.: An orientation distribution function for trabecular bone. „Bone” 2005, vol. 36, issue 2, p. 193–201.
• 13. Makuch A.M., Skalski K.R., Pawlikowski M.: The influence of the cumulated deformation energy in the measurement by the DSI method on the selected mechanical properties of bone tissues. „Acta of Bioengineering and Biomechanics” 2017, vol. 19, No. 2, p. 79–91.
• 14. Pawlikowski M., Skalski K., Bańczerowski J., Makuch A., Jankowski K.: Stress-strain characteristic of human trabecular bone based on depth sensing indentation measurements. „Biocybernetics and Biomedical Engineering” 2017, vol. 37, issue 2, p. 272–280.
• 15. Jirousek O., Zlamal P., Kytyr D., Kroupa M.: Strain analysis of trabecular bone using time-resolved X-ray microtomography. „Nuclear Instruments and Methods in Physics Research” 2011, vol. 633 (Suppl. 1), p. S148–S151.
• 16. Jirousek O.: Nanoindentation of Human Trabecular Bone – Tissue Mechanical Properties Compared to Standard Engineering Test Methods. [In:] Nanoindentation in Materials Science, Nemecek J. (ed.), 2012, p. 259–284.
• 17. Lima I., Taam P., da Costa V., Fleiuss M.F., Rosenthal D., Lopes R.T.: Study of strontium ranelate bone issues by X-ray microtomography. „Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A” 2011, vol. 652, issue 1, p. 779–782.
• 18. Gong H., Wang L., Zhang M., Fan Y.: Computational modeling of bone and bone remodeling. [In:] Computational Modelling of Biomechanics and Biotribology in the Musculoskeletal System: Biomaterials and Tissues, Jin Z. (ed.), Woodhead Publishing, Cambridge 2014, p. 244–267.