Finite Element Analysis of Cortical Shell Contributions to Apparent Stiffness and the Effect of Vascular Apertures in Rat Vertebrae Under Uniaxial Compression
Notice bibliographique
Résumé
Osteoporosis is a degenerative bone disease that causes an increase of fracture risk. The present method of diagnosing the disease is through a bone mineral density (BMD) scan which neglects bone quality. Due to the complexity of bone, experimental testing is difficult; hence the use of finite element models can assist in understanding deformation behaviour and failure mechanisms. The aim of this study is to construct specimen specific-finite element models to investigate stiffness sharing and axial strain distributions of cortical versus trabecular bone of rat L4 vertebral bodies with and without the inclusion of vascular apertures. In a previous experimental study, healthy (SHAM), osteoporotic (OVX) and treated osteoporotic (OVX+E) rat vertebrae underwent uniaxial compression while synchronously imaged with a micro-CT machine [1]. For the present study, these images have been processed into 3D FE models. The ratio of cortical shell stiffness to total vertebral body apparent stiffness was 70.1 ± 4.5% across all models with no significant difference across health conditions. However, since this value is significantly (P<0.01) higher than previously reported values in humans, caution should be taken when extrapolating rat vertebrae behaviour to those of humans. When viewing the axial strain, it was found that in the OVX models, the trabeculae had statistically significantly lower mean strains but a larger proportion of high strain elements creating more strain heterogeneity. Another confounding issue in these rat vertebrae is the presence of large vascular apertures in the dorsal surface of the cortical shell, that have been shown to be associated with cracks [2]. Additional models were created that removed these holes by virtually filling them in. The apparent stiffness of the cortical shell was found to increase by only 0.5%. Looking at the average axial strain distributions with the removal of the vascular apertures, the trabeculae strains showed minimal change, but the cortical shell experienced a significant (P<0.01) increased average axial strain across all health conditions. These results suggest that failure likely originates in the cortical shell and is affected by the presence of the vascular apertures, before progressing into the reduced trabecular network in the region adjacent to the vascular apertures.
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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 | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 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 ».