Multiscale Simulation and Validation of the Elastic Microstructure of Vertebral Bodies

椎体弹性微观结构的多尺度模拟与验证

基本信息

  • 批准号:
    5446327
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    德国
  • 项目类别:
    Research Grants
  • 财政年份:
    2005
  • 资助国家:
    德国
  • 起止时间:
    2004-12-31 至 2009-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Osteoporotic bone loss and the associated occurrence of fragility fractures is one of the most serious future burdens of our aging society. We will develop the mathematical and algorithmic tools for a reliable simulation of the elastic properties of vertebral bodies and validate the results with experiments. A multigrid composite finite element approach will be considered for the Lame-Navier equations of elasticity on the micro structure of the spongiosa in 3D, where geometric details are incorporated in a finite element discretization via special shape functions. Hence, the complicated and time-consuming explicit 2D meshing of 3D segment boundaries and a 3D grid generation for the interior of the segment domains is avoided. The simulations will be validated with experiments for aluminum foams, bovine and human trabecular bone specimens, and complete human vertebral bodies.This approach will lead to an improvement in the ability to predict the future risk of fractures and may lead to earlier and more accurate detection of patients that require adequate treatment for osteoporotic bone loss.
骨质疏松性骨质流失和相关的脆性骨折的发生是老龄化社会未来最严重的负担之一。我们将开发数学和算法工具来可靠地模拟椎体的弹性特性,并通过实验验证结果。将考虑使用多重网格复合有限元方法来计算 3D 海绵体微观结构的 Lame-Navier 弹性方程,其中几何细节通过特殊形状函数合并到有限元离散化中。因此,避免了复杂且耗时的 3D 段边界的显式 2D 网格划分以及段域内部的 3D 网格生成。该模拟将通过泡沫铝、牛和人类骨小梁标本以及完整人体椎体的实验进行验证。这种方法将提高预测未来骨折风险的能力,并可能导致更早、更准确的检测需要充分治疗骨质疏松性骨丢失的患者。

项目成果

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