Analýza vlivu hustoty kostní tkáně a jejich histomorfometrických parametrů na chování spongiózní kostní tkáně dolní čelisti pomocí metody konečných prvků

Microstructural Finite-Element Analysis of Influence of Bone Density and Histomorphometric Parameters on Mechanical Behavior of Mandibular Cancellous Bone Structure

článek ve sborníku ve WoS nebo Scopus

en

Using porous bioceramics became recently an alternative approach to increase bone density which is a key factor for successful dental implant application. These novel biomaterials should substitute missing natural trabecular structures in terms of material strength as well as deformation characteristics. However, mechanical behavior of these materials used as bone fillers are still in question. This problem is made more difficult by the fact that bone structure itself exhibits a complex mechanical behavior which is still in question as well and, therefore, appropriate analytical criteria should to be established. The purpose of this paper is to determine typical mechanical behavior of trabecular structure of mandibular cancellous bone using computational simulations which can serve as a basis for establishing such criteria. For this purpose, four bone specimens of various bone density were μCT-scanned and high-level finite element models including detailed trabecular structure were created on their basis to analyze relevant mechanical quantities for various loadings in terms of bone density and various histomorphometric parameters.

Použití porézní biokeramiky se stává v současné době alternativním přístupem ke zvýšení hustoty kostní tkáně, která je klíčovým faktorem pro úspěšnou aplikaci zubních implantátů. Tyto nové biomateriály by měly nahradit chybějící přírodní trabekulární strukturu kostní tkáně z hlediska pevnosti, jakož i deformačních charakteristik. Nicméně, mechanické chování těchto materiálů používaných jako kostní výplně jsou stále velkou neznámou. Účelem tohoto článku je určit typické mechanické chování trabekulární struktury kostní tkáně dolní čelisti pomocí počítačových simulací, které mohou sloužit jako základ pro stanovení patřičných kritérií. Pro tento účel byly skenovány na mikro CT čtyři vzorky kostní tkáně s různou hustotou. Dále byly vytvořeny výpočtové modely respektující trámčitou strukturu. Pomocí nich byla provedena analýza příslušných mechanických veličin.

Using porous bioceramics became recently an alternative approach to increase bone density which is a key factor for successful dental implant application. These novel biomaterials should substitute missing natural trabecular structures in terms of material strength as well as deformation characteristics. However, mechanical behavior of these materials used as bone fillers are still in question. This problem is made more difficult by the fact that bone structure itself exhibits a complex mechanical behavior which is still in question as well and, therefore, appropriate analytical criteria should to be established. The purpose of this paper is to determine typical mechanical behavior of trabecular structure of mandibular cancellous bone using computational simulations which can serve as a basis for establishing such criteria. For this purpose, four bone specimens of various bone density were μCT-scanned and high-level finite element models including detailed trabecular structure were created on their basis to analyze relevant mechanical quantities for various loadings in terms of bone density and various histomorphometric parameters.

mikro CT; Hustota kostí; Spongiózní kost; MKP; Dolní čelist; Přetvoření

µCT; Bone Density; Cancellous Bone; Finite Element Model (FEM); Human Mandible, Strain

11.01.2017

Trans Tech Publications Ltd

978-3-03835-626-4

1662-9779

Materials Structure & Micromechanics of Fracture VIII

258

1

362–365

4