Theses metadata

“Data exchange” service offers individual users metadata transfer in several different formats. Citation formats are offered for transfers in texts as for the transfer into internet pages. Citation formats include permanent links that guarantee access to cited sources. For use are commonly structured metadata schemes : Dublin Core xml and ETUB-MS xml, local adaptation of international ETD-MS scheme intended for use in academic documents.

Export

Creator:	Jovanović, Janko
Title:	Biomehanicki model ljudskog pršljena baziran na procesu adaptacije koštane materije na mehaničko opterećenje
Copyright date:	2006
Trajni link:	https://phaidra.ucg.ac.me/detail_object/o:1423?tab=0#mda
Pregled teze:
Download link:
Select license:	Autorstvo-Nekomercijalno-Deliti pod istim uslovima 3.0 Srbija (CC BY-NC-SA 3.0)

Academic metadata

Theses Type:	Phd. theses
Academic Expertise :	Tehnicko-tehnološke nauke
Academic Title:	doktor medicinskih nauka
University:	Univerzitet Crne Gore
Faculty:	Mašinski fakultet
Group:	Studijski program Mašinstvo

Other Theses Metadata

Title translated:	Biomechanical model of human vertebra based on bone remodeling
Format:	PDF/A (pages)
Abstract:	Cilj ovog rada je razvoj biomehanickog FEM modela ljudskog prsljena baziranog na procesu adaptacije kostanog tkiva na mehanicko opterecenje. Mehanicko opterecenje, cijem je dejstvu kost izlozena tokom svakodnevnih aktivnosti, je osnovni uzrocnik strukture kostanog tkiva ljudskog skeleta. Proces adaptacije kostanog tkiva na mehanicko opterecenje, kroz razgradnju starog i formiranje novog kostanog tkiva, prilagodava strukturu kostanog tkiva uslovima mehanickog opterecenja tokom citavog ljudskog zivota. Aktuelni matematicki modeli procesa adaptacije kostanog tkiva na mehanicko opterecenje, Nijmegen i Stanford model, su razvijeni krajem osamdesetih godina proslog vijeka, nakon cega su dozivjeli veci broj modifikacija. Ovaj rad treba da dovede do razvoja originalnog modela adaptivnog procesa kroz modifikaciju i poboljsanje postojecih Nijmegen modela. Stoga su su definisani sledeci ciljevi: • Istrazivanje efekata varijacije oblika funkcije prostornog uticaja na adaptivni proces; • Ukljucivanje ortotropnosti spongioznog kostanog tkiva, utvrdene istrazivanjem kojeje 1999. godine sproveo D. Ulrich sa saradnicima [51], u model adaptivnog procesa. Raspodjele kostanog tkiva prsljena dobijene originalnim modelom autora ovog rada i postojecim Nijmegen modelima, model Xinghua-e i model Mnllender-a, ce biti uporedene sa raspodjelom kostanog tkiva prsljena, odredenom kvantitativnom kompjuterskom tomografijom, u cilju potvrde uspjesnosti modeliranja adaptivnog procesa. Biomehanicki FEM model ljudskog prsljena u potpunosti odreduju njegova geometrija i mehanicke karakteristike konacnih elemenata. U cilju povecanja efikasnosti procesa rekonstrukcije geometrije prsljena, u odnosu na postojece metode, bice razvijen parametarski model za rekonstrukciju 3D geometrijskog modela prsljena. Numerickim modeliranjem adaptivnog procesa, baziranom na originalnom modelu autora ovog rada, ce biti odredena raspodjela relativne gustine kostanog tkiva prsljena. Na bazi korelativnih veza relativne gustine sa modulom elasticnosti, naponom na granici plasticne deformacije i naponom na granici statickog razaranja kostanog tkiva, utvrdenih brojnim istrazivanjima, bice odredene mehanicke karakteristike konacnih elemenata modela prsljena. Najbitnija karakteristika biomehanickog FEM modela prsljena baziranog na procesu adaptacije kostanog tkiva na mehanicko opterecenje je mogucnost adaptacije mehanickih karakteristika konacnih elemenata modela na uslove mehanickog opterecenja usled kojih dolazi do pokretanja adaptivnog procesa. U slucaju znatnih promjena uslova mehanickog opterecenja, kao sto se dogada nakon ugradnje implantata, dolazi do pokretanja adaptivnog procesa koji vodi promjeni raspodjele kostanog tkiva, a tim i mehanickih karakteristika konacnih elemenata modela. Dakle, ovaj model omogucava da se tokom razvoja implantata istrazi uticaj dimenzija i oblika implantata na promjenu raspodjele kostanog tkiva izazvanu adaptivnim procesom u postoperativnom periodu. Razvoj implantata baziran na ovom modelu omogucava izbor adekvatnog oblika i dimenzija implantata kojim bi se preduprijedila promjena raspodjele kostanog tkiva, koja bi uzrokovala pretjerano slabljenje strukture kostanog tkiva u postoperativnom periodu i neuspjeh implantacije usled ostecenja ili loma kosti.
Abstract:	The aim of this research is development of biomechanical FEM model of vertebra based on bone remodeling. Mechanical load acting upon bone, during regular daily activities, is the main cause of bone tissue structure of human skeleton. Bone remodeling adapts bone tissue structure, by resorbtion of old bone tissue and forming of new one, to mechanical load conditions during whole of the human life. The state of the art in mathematical models of bone remodeling, Nijmegen and Stanford model, were developed by the end of eighties of the previous century, afterwards these models underwent many modifications. This research is to contribute to development of an original model of bone remodeling by modifications and improvement of the existing Nijmegen models. Therefore the following aims are defined: • Investigation of the effects of shape variation of spatial influence function on bone remodeling; • Introduction of orthotropic nature of trabecular bone tissue in the model of bone remodeling, that was investigated by D.Urlich and his coworkers [51]. Biomechanical FEM model of human vertebra is entirely defined by its geometry and mechanical properties of finite elements. In order to improve the efficiency of geometric reconstruction of vertebra, in comparison with the existing methods, a parametric model will be developed for reconstruction of 3D geometric vertebra model. Distribution of apparent density of bone tissue of vertebra will be obtained by numerical modeling of bone remodeling based on the original model of the author of this research. Mechanical properties of finite elements of vertebra model will be obtained based on the correlation between apparent density and Young’s modulus, yield stress and ultimate stress of bone tissue, confirmed by numerous researches. The most important feature of biomechanical FEM model of vertebra based on bone remodeling is the adaptability of mechanical properties of model’s finite elements to mechanical load conditions causing initiation of bone remodeling. In case of significant changes of mechanical load conditions, like the ones taking place after implantation, initiated bone remodeling causes changes in distribution of bone tissue and mechanical properties of finite elements as well. Therefore, this model could be used during implant design to investigate implant’s shape and dimensions influence on changes in distribution of bone tissue during bone remodeling in postoperative period. By choice of adequate implant’s shape and dimensions this approach prevents undesirable redistribution of bone tissue during bone remodeling in post-operative period, that could cause exaggerated weakening of bone tissue structure and failure of implantation because of damage or break of implanted bone.
Authors Key words:	pršljen, adaptacija koštanog tkiva na mehaničko opterećenje, FEM model
Authors Key words:	vertebra, bone remodeling, finite element model
Language:	Serbian

Abstract:

Cilj ovog rada je razvoj biomehanickog FEM modela ljudskog prsljena baziranog na procesu adaptacije kostanog tkiva na mehanicko opterecenje. Mehanicko opterecenje, cijem je dejstvu kost izlozena tokom svakodnevnih aktivnosti, je osnovni uzrocnik strukture kostanog tkiva ljudskog skeleta. Proces adaptacije kostanog tkiva na mehanicko opterecenje, kroz razgradnju starog i formiranje novog kostanog tkiva, prilagodava strukturu kostanog tkiva uslovima mehanickog opterecenja tokom citavog ljudskog zivota. Aktuelni matematicki modeli procesa adaptacije kostanog tkiva na mehanicko opterecenje, Nijmegen i Stanford model, su razvijeni krajem osamdesetih godina proslog vijeka, nakon cega su dozivjeli veci broj modifikacija. Ovaj rad treba da dovede do razvoja originalnog modela adaptivnog procesa kroz modifikaciju i poboljsanje postojecih Nijmegen modela. Stoga su su definisani sledeci ciljevi: • Istrazivanje efekata varijacije oblika funkcije prostornog uticaja na adaptivni proces; • Ukljucivanje ortotropnosti spongioznog kostanog tkiva, utvrdene istrazivanjem kojeje 1999. godine sproveo D. Ulrich sa saradnicima [51], u model adaptivnog procesa. Raspodjele kostanog tkiva prsljena dobijene originalnim modelom autora ovog rada i postojecim Nijmegen modelima, model Xinghua-e i model Mnllender-a, ce biti uporedene sa raspodjelom kostanog tkiva prsljena, odredenom kvantitativnom kompjuterskom tomografijom, u cilju potvrde uspjesnosti modeliranja adaptivnog procesa. Biomehanicki FEM model ljudskog prsljena u potpunosti odreduju njegova geometrija i mehanicke karakteristike konacnih elemenata. U cilju povecanja efikasnosti procesa rekonstrukcije geometrije prsljena, u odnosu na postojece metode, bice razvijen parametarski model za rekonstrukciju 3D geometrijskog modela prsljena. Numerickim modeliranjem adaptivnog procesa, baziranom na originalnom modelu autora ovog rada, ce biti odredena raspodjela relativne gustine kostanog tkiva prsljena. Na bazi korelativnih veza relativne gustine sa modulom elasticnosti, naponom na granici plasticne deformacije i naponom na granici statickog razaranja kostanog tkiva, utvrdenih brojnim istrazivanjima, bice odredene mehanicke karakteristike konacnih elemenata modela prsljena. Najbitnija karakteristika biomehanickog FEM modela prsljena baziranog na procesu adaptacije kostanog tkiva na mehanicko opterecenje je mogucnost adaptacije mehanickih karakteristika konacnih elemenata modela na uslove mehanickog opterecenja usled kojih dolazi do pokretanja adaptivnog procesa. U slucaju znatnih promjena uslova mehanickog opterecenja, kao sto se dogada nakon ugradnje implantata, dolazi do pokretanja adaptivnog procesa koji vodi promjeni raspodjele kostanog tkiva, a tim i mehanickih karakteristika konacnih elemenata modela. Dakle, ovaj model omogucava da se tokom razvoja implantata istrazi uticaj dimenzija i oblika implantata na promjenu raspodjele kostanog tkiva izazvanu adaptivnim procesom u postoperativnom periodu. Razvoj implantata baziran na ovom modelu omogucava izbor adekvatnog oblika i dimenzija implantata kojim bi se preduprijedila promjena raspodjele kostanog tkiva, koja bi uzrokovala pretjerano slabljenje strukture kostanog tkiva u postoperativnom periodu i neuspjeh implantacije usled ostecenja ili loma kosti.