Morphometry and mechanical properties of trabecular bone assessed by methods of micromechanics and numerical modelling
Project goals
Possibilities of high resolution microCT for exact determination of mechanical properties of trabecular bone using large samples and whole bones (vertebrae) using detectors with large imaging area and microfocus X-ray source is the objective of the proposal. Relationships between the microstructure, properties at the tissue level and overall mechanical properties of the whole bones will be assessed on basis of combination of mechanical experiments and numerical modelling. Numerical modelling will include detailed microFE models of trabecular structure. Orthotropic material properties will be assessed from the fabric tensor analysis. Elasto-visco-plastic material properties at the tissue level will be measured using nanoindentation and nanoscratching. Verification using micromechanical experiments with single extracted trabeculae where strains will be measured using digital image correlation. Detailed mechanical properties at the tissue level will be used to verify the possibilities of enhanced whole bone FE models to predict bone deformation behaviour.
Keywords
trabecularbonemorphologymaterialpropertiesfabrictensormicro-CTnanoindentationenhancedFEMmodelswholebones
Public support
Provider
Czech Science Foundation
Programme
Standard projects
Call for proposals
Standardní projekty 13 (SGA02010GA-ST)
Main participants
—
Contest type
VS - Public tender
Contract ID
P105-10-2305
Alternative language
Project name in Czech
Morfometrické a mechanické vlastnosti trabekulární kosti zjištěné pomocí metod mikromechaniky a numerického modelování
Annotation in Czech
Možnosti využití mikroCT zobrazení s vysokým rozlišením pro přesné stavení mechanických vlastností trabekulární kosti a to i na velkých vzorcích (celých kostí) za použití detektorů s velkou zobrazovací plochou a mikrofokusálního zdroje rentgenového záření je předmětem předkládaného projektu. Odvození vztahů mezi mikrostrukturou, vlastnostmi na úrovni trabekulární tkáně a celkovými mechanickými vlastnostmi bude provedeno na základě experimentů a numerického modelování. Numerické experimenty budou zahrnovat detailní MKP modely struktury získané z mikroCT. Ortotropní vlastnosti budou stanoveny analýzou orientačního tenzoru zjištěného z mikroCT dat. Elasto-visco-plastické vlastnosti budou získány nanoindentací trabekuly a budou ověřeny pomocí čtyřbodovéhoohybu extrahované trabekuly, kdy deformace budou zjišťovány pomocí obrazové korelace. Získané detailní informace o mechanických vlastnostech na úrovni trabekuly budou sloužit pro verifikaci MKP modelů celých kostí s vlastnostmi získanými kombinací mikro-CT vyšetření a detailních MKP modelů struktury ve vybraných částech.
Scientific branches
R&D category
ZV - Basic research
CEP classification - main branch
JJ - Other materials
CEP - secondary branch
FI - Traumatology and orthopaedics
CEP - another secondary branch
JI - Composite materials
20502 - Paper and wood
20503 - Textiles; including synthetic dyes, colours, fibres (nanoscale materials to be 2.10; biomaterials to be 2.9)
20505 - Composites (including laminates, reinforced plastics, cermets, combined natural and synthetic fibre fabrics; filled composites)
21001 - Nano-materials (production and properties)
21002 - Nano-processes (applications on nano-scale); (biomaterials to be 2.9)
30211 - Orthopaedics
Completed project evaluation
Provider evaluation
V - Vynikající výsledky projektu (s mezinárodním významem atd.)
Project results evaluation
It is clear from the FR that all project goals were successfully achieved. Apart from excellent publication activity (11 papers with IF) it is worth mentioning 2 function samples enabling application of a number of unique measuring techniques. The project shows a successful cooperation of experimental and computational research of complex microstructures with potential practical applications.
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2010
Realization period - end
Dec 31, 2013
Project status
U - Finished project
Latest support payment
Jun 6, 2013
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP14-GA0-GA-U/01:1
Data delivery date
Jul 1, 2014
Finance
Total approved costs
2,470 thou. CZK
Public financial support
2,470 thou. CZK
Other public sources
0 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Basic information
Recognised costs
2 470 CZK thou.
Public support
2 470 CZK thou.
100%
Provider
Czech Science Foundation
CEP
JJ - Other materials
Solution period
01. 01. 2010 - 31. 12. 2013