7th IMRMPT

Abstract

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English title:	Characterization of mechanical properties of porcine bone using finite element models and experimental tests
Spanish title:	Evaluaci�n de las propiedades mec�nicas del hueso porcino mediante an�lisis de elementos finitos y ensayos experimentales
English abstract:	Finite element models have facilitated significant advances in the field of bioengineering, and are used to describe and characterize tissues, study the effect of forces on different parts of the body, and design materials to be used in prostheses. The study with pigs has allowed us to advance in the field of medicine, as pig tissues have a similarity to humans, allowing for better model results. In this work, experimental data obtained from compression tests of porcine femurs are analyzed and compared with numerical models developed through finite element analysis. Additionally, experimental tests were conducted in the laboratory, performing axial compression tests on porcine femurs to obtain mechanical properties and determine load conditions, stresses, and strains in the elastic range. On the other hand, the leg bones of pigs obtained through standard computed tomography (CT) scans were segmented. Subsequently, finite element segmentation was analyzed, and bone properties were assigned to voxels considering Hounsfield units (HU) for the porcine femur. In each voxel, an isotropic model was considered for trabecular or cortical tissue according to the material. Evaluation through the finite element model allows us to determine the failure zone of each geometry, as well as stress distribution. Finally, experimental data is compared with that obtained through finite element analysis. A good correlation was shown in the displacements of the three sections of the porcine femur analyzed. Specifically, a difference of only 0.3% was observed in cortical tissues, while differences of 2% and 1% were observed in trabecular-cortical and trabecular tissues, respectively. The proposed work includes the representation of the functionally graded behavior of bone, which will help to obtain more accurate medical results, contributing to medicine.
Spanish abstract:	Los modelos de elementos finitos han facilitado grandes avances en el �rea de la bioingenier�a, y se utilizan para describir y caracterizar tejidos, estudiar el efecto de las fuerzas en diferentes partes del cuerpo, dise�ar materiales a usar en pr�tesis. El estudio con el cerdo nos ha permitido avanzar en el campo de la medicina, debido a que los tejidos del cerdo tienen una semejanza con el humano, permitiendo obtener modelos con mejores resultados. En este trabajo se analizan y comparan los datos experimentales obtenidos en las pruebas de compresi�n del f�mur porcino, con modelos num�ricos desarrollados mediante an�lisis por elementos finitos. Adem�s, se hicieron pruebas experimentales en el laboratorio, realizando ensayos de compresi�n con carga axial en el f�mur porcino para obtener las propiedades mec�nicas y determinar las condiciones de carga, esfuerzos y deformaciones en el rango el�stico. Por otro lado, se segmentaron los huesos de la pierna de cerdo obtenidas por tomograf�as computarizadas (CT) est�ndar. Posteriormente, se analiz� la segmentaci�n por elementos finitos y se asignaron las propiedades del hueso en voxeles teniendo en cuenta las unidades Hounsfield (HU) para el f�mur de cerdo. En cada v�xel, se consider� un modelo is�tropo para tejido trabecular o cortical de acuerdo con el material. La evaluaci�n a trav�s del modelo de elementos finitos nos permite determinar la zona de fallo de cada geometr�a, as� como la distribuci�n de tensiones. Finalmente, los datos experimentales son comparados con los obtenidos en el an�lisis por elementos finitos. Se mostr� una buena correlaci�n en los desplazamientos de las tres secciones del f�mur porcino analizadas. Espec�ficamente, se observ� una diferencia de tan solo el 0.3% en los tejidos corticales, mientras que en los tejidos trabeculares-corticales y trabeculares se observaron diferencias del 2% y del 1%, respectivamente. El trabajo propuesto incluye la representaci�n del comportamiento funcionalmente graduado del hueso, lo cual ayudar� a obtener resultados m�dicos m�s preciso, brindando un aporte a la medicina.
Topic:
Presentation Type:
Speaker:

Authors

Name	Institution	Email
Cristian Andr�s Hern�ndez Salazar	Universidad Industrial de Santander	cristian2228339@correo.uis.edu.co
Diego Fernando Villegas Bermudez	Universidad industrial de Santander	dfvilleg@uis.edu.co
Octavio Andr�s Gonz�lez-Estrada	Universidad Industrial de Santander	agonzale@uis.edu.co

Presentation

Room:	Principal Room
Date:	June 7, 2023
Hour:	15:40 - 16:00

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7^th IMRMPT
Seventh International Meeting for Researchers in Materials and Plasma Technology

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