Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Microdamage distribution in fatigue fractures of bone allografts following gamma-ray exposure

Presbítero G., Hernandez-Rodríguez M. A. L., Contreras-Hernandez G. R., Vilchez J. F., Susarrey O., Gutiérrez D.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2017

|

Vol. 19, no. 4

43--53

EN

Although clear evidence of significant differences in bone properties have been extensively studied, results vary under the ranges usually used for sterilization purposes (25-35 kGy). Hence, the aim of this work was the study of the mechanical properties and microdamage development of human bones used as allografts following gamma-ray exposure, followed by an extensive statistical analysis of microdamage effects in fatigue behaviour. Methods: Specimens of the cortical region of human femurs were exposed to 15-25 kGy and 26-30 kGy radiation levels, then they were subjected to compression fatigue tests until fracture. The fatigue life was determined in relation to the radiation level, and the evolution of microdamage was assessed through fluorescence microscopy in order to calculate characteristic lengths of microcracks. Results: Significant differences in fatigue life were detected (p < 0.05) between non-radiated (control) and radiated specimens, resulting in a drastic 89.2% fatigue life reduction of the 15-25 kGy group, and 95.3% in the 26-30 kGy group in comparison to the control. Microdamage analysis showed a considerable increase in microcrack lengths when bone was exposed to gamma radiation, which may indicate that bones used as allografts could fracture at some point when subjected to in vivo loading conditions. Conclusions: The results of our research indicate that, even if a range of 15-25 kGy is suggested to sterilize bone allografts, such practice needs to be reconsidered. In addition, with use of Weibull distribution, this work describes the conditions in which microcracks grow towards the fracture of bones in relation to the decrease in their mechanical properties.

2

Measurement of mechanical properties of a bone tissue at a microstructural level by using DSI (Depth Sensing Indentation) method

Pokorska I., Skalski K., Makuch A., Pawlikowski M.

Inżynieria Powierzchni

|

2015

|

nr 1

68--74

EN

Research of tissue structures at a micro-structural level belongs to the contemporary research in Biomechanics. In the paper a theoretical analysis from Oliver-Pharr’s perspective was presented forming the basis for the measurement methods of bone tissue mechanical properties such as hardness and elasticity modulus. The aim of the study was to emphasize the fundamental assumptions in the analysis which lead to the diversified notions of hardness called technical and normal ones. In the experimental part of the paper, using appropriately prepared trabecular and cortical bone tissues, the measurements of the depth of the indenter penetrating with the applied loadings were made. They enable particularly to determine the elasticity modulus. The aim of this research was the assessment of the material properties of bone structures, having in mind the energetic aspects of the curve (indenter loading-depth) obtained in the cycle: non-elastic (plastic, viscoelastic …) loading and elastic unloading.

PL

Badania struktur tkankowych na poziomie mikrostrukturalnym należą do wspołczesnych w Biomechanice. W pracy przedstawiono analizę teoretyczną w ujęciu Olivera-Pharra leżącą u podstaw metod pomiarów własności mechanicznych tkanek kostnych takich jak twardość oraz moduł sprężystości. Celem opracowania było uwypuklenie podstawowych założeń w analizie, które prowadzą do zróżnicowanych pojęć twardości zwanych techniczną i normalną. W części eksperymentalnej pracy przeprowadzono, na stosownie przygotowanych tkankach kości gąbczastej i zbitej, pomiary głębokości zagłębiania wgłębnika przy zadanych obciążeniach. Umożliwiają one w szczególności określenie modułu sprężystości. Celem tych badań była ocena własności materiałowych struktur kostnych z uwagi na energetyczne aspekty krzywej (obciążenie-głębokość wgłębnika) otrzymanej w cyklu: obciążenie niesprężyste (plastyczne, lepko-sprężyste…) i odciążenie sprężyste.

3

Influence of three different preservative techniques on the mechanical properties of the ovine cortical bone

Wieding J., Mick E., Wree A., Bader R.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2015

|

Vol. 17, no. 1

137--146

EN

Purpose: Preservative treatments are necessary for disinfection and long term storage when dealing with biological tissue. Freezing is a gold standard but infectious risk can only be eliminated by using chemical fluids that may alter the mechanical properties, depending on their composition. Therefore, we experimentally evaluated the influence of freezing and of two commonly used preservative fluids (formalin and alcohol) on the intrinsic mechanical properties of ovine cortical bone samples, compared to purely fresh samples. Methods: Prismatic specimens were prepared from the sheep’s metacarpal bones and were divided into four groups (fresh, fresh-frozen, formalin and alcohol). All samples underwent four-point-bending; fresh samples were tested immediately, preserved samples were tested after 14 days. Bending modulus, bending strength, yield strength and energy absorption for the elastic and plastic region were determined. Results: Significant differences were found for the plastic energy absorption for formalin (–41%) and alcohol (+37%) preservation compared to fresh samples. Formalin preservation revealed embrittlement of the cortical bone samples and alcohol preservation revealed higher ability of plastic energy absorption. Conclusions: Our results indicate that freezing has no influence on the mechanical properties of the ovine cortical bone. Preservation with chemical fluids (formalin and alcohol) showed no influence on the elastic properties but it was observed for the ability of plastic energy absorption. Therefore, these methods seem to be suitable for preservation without evident altering of the elastic mechanical properties.

4

Wybrane problemy numerycznej symulacji trójpunktowego zginania próbek z kości korowej

John M., Gzik M.

Mechanik

|

2014

|

R. 87, nr 2CD

PL

W pracy skrótowo przedstawiono przeprowadzone badania i otrzymane wyniki. W kolejnym etapie opisano proces modelowania próbki, dla której wykonano badania i zasymulowano próbę trójpunktowego zginania. Zasadniczym tematem pracy są problemy związane z modelowaniem numerycznym próbek z kości korowej oraz symulacją numeryczną przeprowadzonego badania. Starano się uwzględnić specyfikę materiału oraz warunki brzegowe wynikające z badań doświadczalnych. Model powinien odzwierciedlać własności mechaniczne tkanki kostnej w taki sposób aby wyniki symulacji numerycznej próby zginania były zgodne z wynikami badania doświadczalnego.

EN

This paper summarizes studies and the obtained results. Next, the process of modeling the sample on which the test was performed and three-point bending test was simulated are presented. In the main part of the paper the problems associated with the numerical model of cortical bone samples and simulation test are describes. It focuses on the problems arising from the specific material and the problems that arose during the experimental testing. The model should reflect the mechanical properties of bone tissue in such a way that the results of numerical simulation of the bending test were consistent with the results of experimental research.

5

Biomechanical Analysis of Two-Point Asymmetric Screw Fixation with Implant for Femoral Neck Fracture

Karev B. D., Barsukov V. G.

Acta Mechanica et Automatica

|

2012

|

Vol. 6, no. 4

19-22

EN

Stressed state peculiarities of cortical and trabecular bones by two,point asymmetric screw fixation with implant for femoral neck fracture are studied. Layer construction mechanic methods are used for analysis of stresses in cortical and trabecular bones. Biomechanical conditions for non,opening of the junction of the bone parts being joined are determined. It has been found that the total tightness of the broken parts when they rest against each other is secured over the whole fracture section without junction opening under condition that fixing screws are positioned in the trabecular bone without penetration of the thread side surface into cortical bone.

6

Numerical modelling of impact fracture of cortical bone tissue using X-FEM

Abdel-Wahab A. A., Silberschmidt V. V.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2011

|

Vol. 49 nr 3

599-619

EN

A cortical bone tissue is susceptible to fracture that can be caused by events, such as traumatic falls, sports injuries and traffic accidents. A proper treatment of bones and prevention of their fracture can be supported by in-depth understanding of deformation and fracture behaviour of this tissue in such dynamic events. Parameters such as damage initiation under impact, damage progression and impact strength can help to achieve this goal. In this paper, Extended Finite-Element Method (X- FEM) implemented into the commercial finite-element software Abaqus is used to simulate the actual crack initiation and growth in a cantilever beam of cortical bone exposed to quasi-static and impact loading using the Izod loading scheme. Izod tests were performed on notched bone specimens of bovine femur to measure its impact strength and to validate simulations. The simulation results show a good agreement with the experimental data.

PL

Istota korowa kości jest tkanką podatną na złamanie wywołane m.in. takimi zdarzeniami jak upadki, kontuzje sportowe czy wypadki samochodowe. Odpowiednie leczenie czy profilaktyka stanu kości powinny być wsparte głębokim zrozumieniem zjawisk deformacji i pękania tej tkanki zachodzących podczas takich dynamicznych obciążeń. Znajomość parametrów opisujących inicjację uszkodzenia pod wpływem obciążenia uderzeniowego, progresja tego uszkodzenia i wreszcie odporność na złamanie może być pomocna w tej praktyce. W prezentowanej pracy przedyskutowano implementację rozszerzonej metody elementów skończonych (X-FEM) do standardowego i komercyjnego pakietu ABAQUS w celu symulacji faktycznych zjawisk towarzyszących inicjacji i propagacji pęknięcia belki wykonanej z materiału oddającego właściwości istoty korowej poddanej działaniu quasi-statycznych i uderzeniowych obciążeń, wspartej próbami udarnościowymi Izoda. Testy Izoda zostały przeprowadzone na przygotowanych próbkach z bydlęcej kości udowej z naciętym karbem w celu eksperymentalnej weryfikacji wytrzymałości na uderzenie. Rezultaty badań numerycznych wykazały dobrą zgodność z wynikami tych prób.

7

Anisotropy of demineralized bone matrix under compressive load

Trębacz H., Zdunek A.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2011

|

Vol. 13, no. 1

71-76

EN

Two groups of cubic specimens from diaphysis of bovine femur, intact and completely demineralized, were axially compressed. One half of the samples from each group were loaded along the axis of the femur (L) and the other - perpendicularly (T). Intact samples were characterized in terms of elastic modulus; for demineralized samples secant modulus of elasticity was calculated. During compression an acoustic emission (AE) signal was recorded and AE events and energy were analyzed. Samples of intact bone did not reveal any anisotropy under compression at the stress of 80 MPa. However, AE signal indicated an initiation of failure in samples loaded in T direction. Demineralized samples were anisotropic under compression. Both secant modulus of elasticity and AE parameters were significantly higher in T direction than in L direction, which is attributed to shifting and separation of lamellae of collagen fibrils and lamellae in bone matrix.

8

Techniki ultradźwiękowe w badaniach in vitro materiałów kostnych. Przegląd zastosowań

Kubik J., Pakuła M.

Zeszyty Naukowe. Mechanika / Akademia Techniczno-Rolnicza w Bydgoszczy

|

2004

|

Z. 54(243)

7-21

PL

W pracy zaprezentowano główne metody ultradźwiękowe stosowane w laboratoryjnych badaniach materiałów kostnych: metodę fali ciągłej i impulsowej, metody mikroskopii ultradźwiękowej i rozpraszania wstecznego. Zdefiniowano ilościowe miary wykorzystywane do charakteryzowania materiałów kostnych w oparciu o pomiary ultradźwiękowe oraz przedyskutowano ważniejsze problemy metodologiczne wynikające ze specyfiki badanych materiałów. Zwrócono uwagę na takie elementy jak niewielkie wymiary dostępnych próbek, niejednorodność i anizotropia materiałów oraz wielofazowy charakter ośrodka. W pracy zebrano reprezentatywne dane liczbowe dla wybranych rodzajów materiałów pochodzenia ludzkiego i zwierzęcego, wyznaczone z pomocą omawianych metod.

9

The estimation of structural anisotropy of trabecular and cortical bone tissues based on ultrasonic velocity and attenuation

Trębacz H., Gawda H.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2001

|

Vol. 3, nr 2

41-48

EN

Velocity of ultrasound and broad-band ultrasound attenuation (BUA) were measured in three perpendicular directions in anisotropic samples of cancellous and cortical bones. The aim was to study tte influence of microarchitecture of bone tissue on ultrasound propagation in bone. The pulse transmission method (1 MHz and 3.5 MHz) and the Fourier analysis of transmitted were applied. The dependence of both ultrasonic parameters on the orientation and the correlation between the degree of the anisotropy and bone density were stated. In cancellous bone samples, both velocity and BUA had extreme value in the direction of trabeculae alingment. In cortical bone, maximal velocity was in the axial direction, while BUA in this direction was minimal. The influence of the anisotropy of bone structure, both cancellous and cortical, on ultrasonic parameters is discussed.

10

Elasto-electric longitudin harmonic waves in porous long bones filled with physiological fluid

Uklejewski R.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

1998

|

nr 3

819-838

EN

Transmission of elasto-electric longitudinal harmonic waves in porous long bones filled with physiological fluid is investigated. The complete set of equations of the problem is obtained on the basic of the Biot theory of elastic waves in fluid-saturated porous media and the linear equations of electrokinetics, by means of quantities analogous to those in the theory of electrical transmission lines. Experimental findings from the biomechanical literature, supporting applicability of the proposed description, are presented. The electric signal associated with the propagation of longitudinal elastic waves in a wet long bone shaft can potientially be used for monitoring these waves during their application in e.g. bone porosity measurements.

PL

Przedmiotem pracy jest zagadnienie transmisji sprężysto-elektrycznych podłużnych fal harmonicznych w porowatych kościach długich wypełnionych płynem fizjologicznym. Zbiorczy układ równań zagadnienia wyprowadzono na podstawie Biotowskiej teorii propagacji fal sprężystych w ośrodkach porowatych nasyconych cieczą oraz liniowych liniowych równań elektrokinetyki, stosując opis za pomocą wielkości analogicznych do stosowanych w teorii elektrycznych linii przesyłowych. Uzasadniono przydatność zaproponowanego modelu teoretycznego przywołując z literatury wyniki badań eksperymentalnych dotyczące bioelektromechaniki kości. Sygnał elektryczny towarzyszący propagacji podłużnych fal sprężystych w trzonie kości długiej nasyconej płynem fizjologicznym mógłby, przypuszczalnie, zostać użyty celem monitorowania tych fal w zastosowaniu ich np. do pomiaru porowatości kości.