Geometrie modelling of bone structures using computed microtomography

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

Warianty tytułu

PL

Geometryczne modelowanie struktur kostnych z wykorzystaniem mikrotomografii komputerowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the algorithm for geometric modelling of bone structures. The images obtained during a microtomography test (fiCT) and the specialist engineering software allow to make 3D models of these structures and their application in further studies using the finite element method. Conducting the appropriate treatment of the derived models it is possible to improve the quality of the finite element mesh and to reduce the number of elements of which it is composed. This simplifies and accelerates the further numerical analysis conducted on bone models.

PL

Artykuł przedstawia algorytm postępowania przy modelowaniu geometrycznym struktur kostnych. Obrazy uzyskane podczas badania mikrotomografem oraz specjalistyczne oprogramowanie inżynierskie umożliwiają wykonywanie modeli 3D tychże struktur oraz wykorzystanie ich w dalszych badaniach z użyciem metody elementów skończonych. Przeprowadzając odpowiednią obróbkę uzyskanych modeli możliwa jest poprawa jakości siatki elementów skończonych oraz zmniejszenie liczby elementów, z których się składa. Ułatwia to i przyśpiesza dalszą analizę numeryczną prowadzoną na modelach kości.

Słowa kluczowe

EN

microtomography; trabecular bone; geometrical modelling

PL

mikrotomografia; kość gąbczasta; modelowanie geometryczne

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Mechaniki Precyzyjnej
• Czasopismo: Inżynieria Powierzchni
• Rocznik: 2016
• Tom: nr 3
• Strony: 17--24
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Jankowski K.

• Warsaw University of Technology, Warsaw

autor

Kokot G.

• Silesian University of Technology, Gliwice

autor

Skalski K.

• Institute of Precision Mechanics, Warsaw

autor

Makuch A.

• Institute of Precision Mechanics, Warsaw

autor

Pawlikowski M.

• Warsaw University of Technology, Warsaw

Bibliografia

• [1] 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 Bonę Structure in Post-menopausal Women: A Comparison of HR-pQCT and High-Field MR Imaging. „Journal of Bone and Mineral Research" 2008, vol. 23, No. 4, p. 463-474.
• [2] Sekhon K., Kazakia G.J., Burghardt A.J., Hermannsson B., Majumdar S.: Accuracy of volumetric bone mineral density measurement in high-resolution peripheral quantitative computed tomography. „Bone" 2009, vol. 45, issue 3, p. 473-479.
• [3] Pokorska l., Skalski K., Makuch A., Pawlikowski M.: Measurement of mechanical properties of bone tissue on microstructural level by using DSI (Depth Sensing Indentation) method. „Inżynieria Powierzchni" 2015, nr 1,s. 68-80.
• [4] Jirousek O., Złamał P, Kyty D., Kroupa M.: Strain analysis of trabecular bone using time-resolved X-ray microtomography. „Nuclear Instruments and Methods in Physics Research" 2011, vol. 633, p. 148-151.
• [5] Jirousek O.: Nanoindentation of Human Trabecular Bone - Tissue Mechanical Properties Compared to Standard Engineering Test Methods [in:] Nanoindentation in Materials Science, Jiri Nemecek (ed.) [online], 17.10.2012 r. [dostęp: 22.08.2016 r], InTech 2012. Dostępny w internecie: http://www.intechopen.com/books/nanoindentation-in-materials-science/nanoindentation-of-human-trabecular-bone-tissue-mechanical-properties-compared-to-standard-engineeri. DOI: 10.5772/50152.
• [6] Kinney J.H., Stolken J.S., Smith T.S., Ryaby J.T., Lane N.E.: An orientation distribution function for trabecular bonę. „Bone" 2005, vol. 36, issue 2, p. 193-201.
• [7] Sreenivasan D., Tu P.T., Dickinson M., Watson M., Blais A., Das R., Cornish J., Fernandez J.: Computer modelling integrated with micro-CT and material testing provides additional insight to evaluate bone treatments: Application to a beta-glycan derived whey protein mice model. „Computers in Biology and Medicine" 2016, vol. 68, p. 9-20.
• [8] Alessio R., Nogueira L.P., Sałata C., Mantuano A., Almeida A.P., Brąz D., de Almeida C.E., Tromba G., Barroso R.C.: Analysis of cortical bone porosity using synchrotron radiation microtomography to evaluate the effects of chemotherapy. „Radiation Physics and Chemistry" 2015, 116, p. 252-256.
• [9] Lima l., 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, p. 779-782.
• [10] Gong H., Wang L., Zhang M., Fan Y: Computational modelling of bone and bone remodelling [in:] Com-putational Modelling of Biomechanics and Biotri-bology in the Musculoskeletal System. Biomaterials and Tissues, Jin Z. (ed.), Woodhead Publishing 2014, p. 244-267.
• [11] Jankowski K.: Analysis of the fractures within knee joint - structure Identification and modeling. „Inżynieria Powierzchni" 2016, nr 1, p. 11-17.
• [12] Cheng H.D., Jiang X.H., Sun Y, Wang J.: Colour image segmentation: advances and prospects. „Pattern Recognition" 2001, vol. 34, issue 12, p. 2259-2281.
• [13] http://biomedical.materialise.com/mimics.
• [14] http://software.materialise.com/3-matic-modeling-software.
• [15] http://www.3ds.com/products-services/simulia/products/abaqus/.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.