量化长期的非线性应力放松的牛脊椎骨的量化

科学领域:

• 骨科生物力学 骨科生物力学
• 材料科学 材料科学 材料科学
• 生物医学工程 生物医学工程

背景情况:

• 骨科的计算模型需要准确的骨材料特性.
• 椎骨的机械反应依赖于时间,这是一个经常被简化或忽视的因素.
• 以前的研究并没有将非线性应激放松与骨矿物质密度联系起来.

研究的目的:

• 调查牛椎骨中压力放松的持续时间.
• 开发一个材料模型,用于轨道骨的非线性粘弹性行为.
• 将骨矿物质密度纳入粘弹性材料模型中.

主要方法:

• 在牛的脊椎骨 (n=16) 上进行了单轴压缩应力放松实验,持续24小时.
• 在18个牛骨核上进行了较短的应力放松测试 (30分钟),在不同的应力水平下进行.
• 利用沙佩里和叠加模型来分析非线性应力放松和骨矿物质密度的影响.

主要成果:

• 显著的压力放松发生在前10分钟内 (高达53%) 并持续到24小时 (高达69%).
• 将30分钟的实验数据推算为24小时的实验数据提供了准确的预测,提高了实验效率.
• 骨矿物质密度没有显著影响时间依赖行为,限制了其纳入基于组的模型.

结论:

• 椎骨在长时间内表现出显著的应力放松,因此需要在生物力学模型中考虑它.
• 一个30分钟的压力放松测试时间可以为24小时的行为提供准确的预测,提高实验效率.
• 叠加模型适用于对椎骨粘弹性的基于组的分析,而样本对样本的模型提供更高的个体精度.