Characterization and selection of a skull surrogate for the development of a biofidelic head model
Notice bibliographique
Résumé
This research paper explores the advancement of physical models simulating the human skull-brain complex, focusing on applications in simulating mild Traumatic Brain Injury (mTBI). Existing models, especially head forms, lack biofidelity in accurately representing the native structures of the skull, limiting the understanding of intracranial injury parameters beyond kinematic head accelerations. This study addresses this gap by investigating the use of additive manufacturing (AM) techniques to develop biofidelic skull surrogates. Materials such as Polylactic Acid (PLA), a bone-simulant PLA variant, and Hydroxyapatite-coated Poly(methyl methacrylate) (PMMA) were used to create models tested for their flexural modulus and strength. The trabecular bone regions were simulated by adjusting infill densities (30%, 50%, 80%) and print raster directions, optimizing manufacturing parameters for biofidelic performance. Among the tested materials, PLA and its bone-simulating variant printed at 80% infill density with a side (tangential) print orientation demonstrated the closest approximation to the mechanical properties of cranial bone, yielding a mean flexural modulus of 1337.2 MPa and a mean ultimate strength of 56.9 MPa. Statistical analyses showed that infill density significantly influenced the moduli and strength of the printed simulants. Digital Image Correlation (DIC) corroborated the comparable performance of the simulants, showing similar strain and displacement behaviors to native skull bone. Notably, the performance of the manufactured cortical and trabecular regions underscored their crucial role in achieving biofidelity, with the trabecular structure providing critical dampening effects when the native bone is loaded. This study establishes PLA, particularly its bone-simulant variant, as an optimal candidate for cranial bone simulants, offering significant potential for developing more accurate biofidelic head models in mTBI research.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,005 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,002 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».