在三点和四点曲中精确测量骨替代曲刚度
Mahsa Zojaji1, Baixuan Yang1, Caitlyn J Collins2
1Queen's University, Mechanical and Materials Engineering, Kingston, ON, Canada.
概括
欧勒-伯努利理论低估了机械测试中的骨屈曲刚性 (EI). 纠正剪切和缩偏移,特别是在四点曲 (4PB) 中,显著提高了长骨分析的EI准确性.
科学领域:
- 生物力学 生物力学
- 生物材料科学 生物材料科学
- 整形外科的研究研究.
背景情况:
- 通过曲对长骨进行机械评估对于评估骨质疏松症和骨折治疗至关重要.
- 欧勒 - 伯努利 (EB) 理论通常用于估计骨屈曲刚度 (EI),但由于简化假设,已知低估了它.
- 以前的研究表明,EB理论的局限性源于在长骨分析中忽视了接触和剪切偏移等因素.
研究的目的:
- 调查剪切和缩偏移对骨屈曲刚度 (EI) 估计准确性的影响.
- 通过使用不同的偏差测量方法和测试配置 (3PB和4PB) 来评估EI计算中的百分比误差 (PE) 和偏差.
- 为了确定最佳的测试策略,准确的长骨的机械特征.
主要方法:
- 在三点曲 (3PB) 和四点曲 (4PB) 配置中使用猪骨替代物进行机械测试.
- 采用有限元分析 (FEA) 与实验测量 (机器交叉头,延伸计,数字图像相关性 - DIC) 一起量化偏差.
- 使用EB理论计算骨柔性刚度 (EI),并将估计值与真实EI进行比较,分析百分比误差 (PE) 和偏差.
主要成果:
- 曲只占总曲折的50-65%;剪切和缩曲折占了剩余的部分.
- 当仅考虑曲偏移时,EI的低估值是相当大的 (PE>70%来自交叉头测量).
- 对剪切和缩偏移进行校正,使PE显著降低 (例如,在4PB中使用DIC/延伸计将PE降低到7-10%),而4PB显示的精度高于3PB.
结论:
- 欧勒 - 伯诺利理论显著低估了骨屈曲刚性 (EI),这是由于未解决的剪切和缩偏移.
- 准确的EI估计 (<10%PE) 需要精确的屈曲测量 (延伸计,DIC,FEA) 和切割/内效应的考虑.
- 在考虑这些因素时,四点曲 (4PB) 为长骨的机械表征提供了比三点曲 (3PB) 更高的精度.
