Nella 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.

BEST: Bone Elasticity and Strength Testing

COSMI, Francesca;
2003-01-01

Abstract

Nella 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.
2003
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