通过参数化胞元材料模拟松质骨的弹性特性
医学物理
2017-07-07 v1 组织与器官
摘要
骨组织的力学性能和骨小梁微结构是决定松质骨生物力学特性的主要因素。人工松质骨微结构通常由较少的几何参数描述，可设计成获得模拟天然骨力学行为的效果。本工作中，我们评估了 Kowalczyk (2006) 引入的参数化微结构模拟松质骨弹性响应的能力。在弹性矩阵及其对称性类别方面，将人工微结构与真实骨样本进行比较。结果表明该参数化微结构能够按松质骨中存在的比例组合主导的各向同性、六方、四方和正交对称类。基于这一发现，设计了两种优化方法以寻找更好地模拟目标天然骨样本弹性响应的人工微结构几何参数：一种最小化弹性矩阵之差的范数的序列二次规划（Sequential Quadratic Programming）算法，以及一种最小化对称类分解之差的模式搜索（Pattern Search）算法。发现模式搜索方法产生最佳结果。通过对 146 个骨样本的分析证明了该方法的性能。
引用
@article{arxiv.1707.01857,
title = {Mimetization of the elastic properties of cancellous bone via a parameterized cellular material},
author = {Lucas Colabella and Adrián Cisilino and Guillaume Haiat and Piotr Kowalczyk},
journal= {arXiv preprint arXiv:1707.01857},
year = {2017}
}