Modeling and optimization of cranial suture anisotropic material properties using a response surface methodology
Notice bibliographique
Résumé
The present study aimed to develop and validate a transversely isotropic finite element (FE) model of the cranial suture that predicts suture mechanics, validated using ex-vivo data from the swine internasal suture. A 2D displacement-controlled FE model of the bone-suture-bone complex was constructed using microcomputed tomography ( ) images, with a uniform cross-section and boundary conditions replicating experimental tensile tests. Suture geometry was modeled at three evenly spaced positions to explore how material anisotropy captures regional mechanical variation. Collagen fiber orientation was quantified from histological sections based on fiber angles relative to the suture-bone interface. Transversely isotropic material parameters were identified and optimized to match ex-vivo experimental outcomes using response surface methodology (RSM) with a five-level central composite design. Nodal forces at the displaced bone face were used from FE simulations to compare with experimental force-displacement measurements. Analysis of variance revealed that shear modulus , and Young’s moduli , and significantly influenced force response (p < 0.05). Transitioning from isotropic to transversely isotropic material behavior led to a reduction in strain energy within the suture. Regional variation in suture interdigitation and thickness affected fiber alignment, enabling greater deformation and influencing mechanical behavior. The presented study developed a 2D FE model that incorporated transversely isotropic material properties to better predict the mechanical behavior of the region-specific internasal suture geometry. By incorporating histology-based collagen fiber orientation and optimizing transversely isotropic material properties using experimental data, the model captured region-specific mechanical responses, offering new insight into the structural role of anisotropy in cranial suture mechanics. • Developed 2D suture FE models with region-specific anisotropic properties • Response surface method used to optimize transversely isotropic parameters • Differences in strain observed between isotropic and anisotropic material models • Identified regional variations in response due to fiber orientation changes • Results highlight need for anisotropic suture modeling for local strain predictions
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 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 source (Gemma direct ou Codex distillé), 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 ».