Study on the piezoelectric properties of cancellous bone

松质骨压电特性的研究

基本信息

项目摘要

The research project is closely linked with the development of electro-stimulative endoprostheses for the hip joint. The results, however, have a much broader meaning. With a growing aging population, increasingly, revision surgery may be necessary. Often large bone damage is found in the immediate vicinity of the endoprosthesis. Such bone damage may also be caused by disease (eg, bone cancer, damages from alcohol abuse) or accident. In previous work, working closely with colleagues from orthopedics, a first design of an electrode system for a electro-stimulative hip replacement was developed. Although in principle the method of electrical stimulation to enhance bone growth has been known and attained for nearly four decades, many questions still remain open regarding the basic mechanism of action. Furthermore, the empirical stimulation parameters clinically showed to be effective, but it remains unclear whether these are the optimal parameters and how they are exactly related to the physiological processes. Therefore, the goal of this project is to accurately investigate the piezoelectric behavior of bone tissue and to specify appropriate piezoelectric tissue parameters. Here, an experimental test set-up of Fukada and Yasuda, who were the first in 1957 to demonstrate the piezoelectric properties of bone experimentally, will be used and the experiments are reproduced in silico as well. In the simulations, extensive parametric studies are carried out. The resulting tissue parameters should be used in other projects in order to optimize the stimulation parameters previously empirically.
该研究项目与髋关节的电刺激性内生的发展密切相关。但是,结果具有更广泛的含义。随着人口老龄化的增长,可能需要进行修订手术。通常在内部主体的附近发现大骨损伤。这种骨骼损害也可能是由疾病(例如,骨癌,酗酒造成的损害)或事故引起的。 在以前的工作中,与骨科的同事紧密合作,开发了电极系统的第一个设计用于电刺激性髋关节置换。尽管原则上,已经知道并获得了近四十年的电刺激方法来增强骨骼生长的方法,但关于基本的作用机理仍然存在许多问题。此外,临床上的经验刺激参数表明是有效的,但尚不清楚这些是否是最佳参数以及它们与生理过程的完全相关。因此,该项目的目的是准确研究骨组织的压电行为并指定适当的压电组织参数。在这里,将使用福卡达(Fukada)和Yasuda的实验测试设置,他们是1957年第一个在实验上证明骨骼的压电性能的测试,并且还将在Silico中复制实验。在模拟中,进行了广泛的参数研究。所得组织参数应在其他项目中使用,以优化先前经验的刺激参数。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
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专利数量(0)
Modeling of an Optimized Electrostimulative Hip Revision System Under Consideration of Uncertainty in the Conductivity of Bone Tissue
考虑骨组织电导率不确定性的优化电刺激髋关节翻修系统建模
The impact of bone microstructure on the field distribution of electrostimulative implants
骨微结构对电刺激植入物场分布的影响
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Professorin Dr. Ursula van Rienen其他文献

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