Experimental characterization and biomechanical modeling of soft tissues of the spine for multiple dynamic applications
用于多种动态应用的脊柱软组织的实验表征和生物力学建模
基本信息
- 批准号:RGPIN-2015-05472
- 负责人:
- 金额:$ 1.68万
- 依托单位:
- 依托单位国家:加拿大
- 项目类别:Discovery Grants Program - Individual
- 财政年份:2019
- 资助国家:加拿大
- 起止时间:2019-01-01 至 2020-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The human spine is one of the most remarkable mechanical structures of the body. It has three fundamental functions: to transfer the weight of the upper body to the pelvis, to provide flexibility to the trunk and to protect the spinal cord from potentially damaging forces and motions. ******Computational tools (such as finite element models or FEMs) offer a key solution to investigate the complex biomechanics of the spine and to design novel protection and medical devices in the fields of sports, health and security and medicine. Despite an astounding amount of work performed by the scientific community in the last decades, the development of biofidelic models of the spine in dynamic situations remains a difficult task to achieve, thus limiting their use. For instance, modeling the soft tissues of the spine (intervertebral discs, ligaments and cartilaginous endplates) poses many challenges due to their complex structures and mechanical responses. Moreover, aging and degeneration add further complexity to the modeling process by significantly altering the geometry and the material properties of these biological systems. ******The general objectives of this Discovery grant proposal is to improve fundamental knowledge on spine biomechanics and to develop and leverage high-end bioengineering tools that simulate the mechanical behavior of the normal and degenerated soft tissues of the spine under dynamic loading conditions. This will be achieved by 1) characterizing the mechanical behavior of normal and degenerated spinal soft tissues over a wide range of scale, under dynamic loading conditions, up to failure; 2) developing and refining multi-scale FEMs of the spine that integrate the mechanical behavior previously assess; 3) validating the FEMs using novel experiments performed in dynamic loading conditions; and 4) use the FEMs and experimental methods to support the development and evaluation of clinically- and industry-related applications in the fields of sports, health and security and medicine. ******Performed within the International Associated Laboratory on Biomechanics of Spine Injuries and Pathologies which includes Canadian and French institutions, this multidisciplinary research program will lay the solid foundation for an original and innovative research that could lead to real breakthroughs. The spine continuously deserves increasing attention because of its role and fragility. Indeed, anticipated impacts for Canada are numerous: training of highly qualified people, development of cutting-edge technologies in booming fields, technology transfer to the industry, international visibility, health improvement and all related economic benefits. **
人体脊柱是人体最显着的机械结构之一。它具有三个基本功能:将上半身的重量转移到骨盆,为躯干提供灵活性,并保护脊髓免受潜在破坏性的力和运动的影响。 ******计算工具(例如有限元模型或 FEM)为研究脊柱复杂的生物力学以及设计运动、健康、安全和医学领域的新型保护和医疗设备提供了关键的解决方案。尽管科学界在过去几十年中进行了大量的工作,但在动态情况下开发脊柱的生物逼真模型仍然是一项艰巨的任务,从而限制了它们的使用。例如,脊柱软组织(椎间盘、韧带和软骨终板)的建模由于其复杂的结构和机械响应而面临许多挑战。此外,老化和退化显着改变了这些生物系统的几何形状和材料特性,从而进一步增加了建模过程的复杂性。 ******本发现拨款提案的总体目标是提高脊柱生物力学的基础知识,并开发和利用高端生物工程工具来模拟动态负载下脊柱正常和退化软组织的机械行为状况。这将通过以下方式实现:1)在动态载荷条件下,在大范围内表征正常和退化脊柱软组织的机械行为,直至失效; 2) 开发和完善脊柱的多尺度有限元模型,整合之前评估的机械行为; 3) 使用在动态负载条件下进行的新颖实验来验证有限元法; 4) 使用有限元和实验方法支持体育、健康与安全和医学领域临床和行业相关应用的开发和评估。 ******这项多学科研究计划在包括加拿大和法国机构在内的脊柱损伤和病理学生物力学国际联合实验室内进行,将为原创和创新研究奠定坚实的基础,从而带来真正的突破。由于脊柱的作用和脆弱性,它一直值得越来越多的关注。事实上,预期对加拿大的影响是多方面的:培训高素质人才、在蓬勃发展的领域开发尖端技术、向行业转让技术、国际知名度、健康改善以及所有相关的经济效益。 **
项目成果
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专利数量(0)
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