Διάδοση υπερήχων μέσω 3D εκτυπωμένων ικριωμάτων προσομοίωσης οστών για διάγνωση οστεοπόρωσης
Η χρήση υπερήχων είναι διαδεδομένη σε πολλά πεδία έρευνας, όπως σε αυτό της εμβιομηχανικής όπου η οστεοπόρωση μελετάται μέσω της διάδοσης των υπερήχων στο σπογγώδες οστό. Η παρούσα εργασία μελετά την επίδραση των χαρακτηριστικών των υπερήχων και συγκεκριμένα του συντελεστή οπισθοσκέδασης στην αρχιτε...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2022
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/16412 |
| id |
nemertes-10889-16412 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Υπέρηχοι Ικριώματα Τρισδιάστατη εκτύπωση Ultrasound Scaffolds Osteoporosis 3-D printing Polylactic acid Thermoplastic polyurethane |
| spellingShingle |
Υπέρηχοι Ικριώματα Τρισδιάστατη εκτύπωση Ultrasound Scaffolds Osteoporosis 3-D printing Polylactic acid Thermoplastic polyurethane Σπηλιωτόπουλος, Κωνσταντίνος Διάδοση υπερήχων μέσω 3D εκτυπωμένων ικριωμάτων προσομοίωσης οστών για διάγνωση οστεοπόρωσης |
| description |
Η χρήση υπερήχων είναι διαδεδομένη σε πολλά πεδία έρευνας, όπως σε αυτό της εμβιομηχανικής όπου η οστεοπόρωση μελετάται μέσω της διάδοσης των υπερήχων στο σπογγώδες οστό. Η παρούσα εργασία μελετά την επίδραση των χαρακτηριστικών των υπερήχων και συγκεκριμένα του συντελεστή οπισθοσκέδασης στην αρχιτεκτονική και στο υλικό του σπογγώδους οστού, χρησιμοποιώντας ικριώματα προσομοίωσης οστών κατασκευασμένα σε τρισδιάστατο εκτυπωτή.
Η τρισδιάστατη εκτύπωση είναι μια καινοτόμος μέθοδος προσθετικής κατασκευής στην οποία κατασκευάζονται αντικείμενα μέσω της διαδοχικής πρόσθεσης επάλληλων στρώσεων υλικού. Η τεχνολογία αυτή είναι ικανή να κατασκευάζει λειτουργικά φυσικά εξαρτήματα, με ή χωρίς πορώδες, με την εναπόθεση των υλικών στρώμα-στρώμα χρησιμοποιώντας τρισδιάστατα μοντέλα υπολογιστών. Ως εκ τούτου, διευκολύνει την παραγωγή προηγμένων οστικών ικριωμάτων αφού ο κύριος σκοπός είναι να κατασκευαστούν αντίγραφα δοκιδωτών οστών με όσο το δυνατόν ακριβέστερη δομή, ακολουθώντας τις ίδιες μεθόδους εκτύπωσης για όλα τα δείγματα, προκειμένου να διασφαλιστεί ότι τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα αφορούν μόνο την επίδραση του υλικού στις ιδιότητες των υπερήχων.
Αρχικά, κατασκευάστηκαν αντίγραφα σπογγώδους οστού σε τρισδιάστατο εκτυπωτή από δύο διαφορετικά υλικά εκτύπωσης, το πολυγαλακτικό οξύ (PLA) και την θερμοπλαστική πολυουθεράνη (TPU). Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκαν πειράματα διάδοσης υπερήχων για να αντληθούν συμπεράσματα σχετικά με την δομή των δοκιμίων. Συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκαν εστιακοί και μη εστιακοί μεταλλάκτες ώστε να εκτιμηθεί ο συντελεστής οπισθοσκέδασης συναρτήσει της πυκνότητας αφού έχει αποδειχτεί ότι εξαρτάται από την δομή του υλικού. Έγινε σύγκριση των μετρήσεων με τα δύο είδη μεταλλακτών, ώστε να ερευνηθεί κατά πόσο υπάρχει συσχέτιση των αποτελεσμάτων και ώστε να εξαχθούν χρήσιμα συμπεράσματα για την ακρίβεια των εστιακών μεταλλακτών.
Τα τρισδιάστατα εκτυπωμένα ικριώματα δεν μπορούν να συγκριθούν άμεσα με το πραγματικό σπογγώδες οστό, ειδικά στην περίπτωση που είναι οστεπορωτικό. Παρόλα αυτά προκύπτουν χρήσιμα συμπεράσματα σε σχέση με τις ιδιότητες του υπερήχου και την συσχέτιση του με την εσωτερική δομή του υλικού και συγκεκριμένα με τη δομική υποβάθμιση που προκαλείται από την διαδικασία της γήρανσης. Έτσι περαιτέρω έρευνες ίσως συμβάλλουν στη δημιουργία βελτιωμένων διαγνωστικών συσκευών για την οστεοπόρωση. |
| author2 |
Spiliotopoulos, Konstantinos |
| author_facet |
Spiliotopoulos, Konstantinos Σπηλιωτόπουλος, Κωνσταντίνος |
| author |
Σπηλιωτόπουλος, Κωνσταντίνος |
| author_sort |
Σπηλιωτόπουλος, Κωνσταντίνος |
| title |
Διάδοση υπερήχων μέσω 3D εκτυπωμένων ικριωμάτων προσομοίωσης οστών για διάγνωση οστεοπόρωσης |
| title_short |
Διάδοση υπερήχων μέσω 3D εκτυπωμένων ικριωμάτων προσομοίωσης οστών για διάγνωση οστεοπόρωσης |
| title_full |
Διάδοση υπερήχων μέσω 3D εκτυπωμένων ικριωμάτων προσομοίωσης οστών για διάγνωση οστεοπόρωσης |
| title_fullStr |
Διάδοση υπερήχων μέσω 3D εκτυπωμένων ικριωμάτων προσομοίωσης οστών για διάγνωση οστεοπόρωσης |
| title_full_unstemmed |
Διάδοση υπερήχων μέσω 3D εκτυπωμένων ικριωμάτων προσομοίωσης οστών για διάγνωση οστεοπόρωσης |
| title_sort |
διάδοση υπερήχων μέσω 3d εκτυπωμένων ικριωμάτων προσομοίωσης οστών για διάγνωση οστεοπόρωσης |
| publishDate |
2022 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/16412 |
| work_keys_str_mv |
AT spēliōtopouloskōnstantinos diadosēyperēchōnmesō3dektypōmenōnikriōmatōnprosomoiōsēsostōngiadiagnōsēosteoporōsēs AT spēliōtopouloskōnstantinos ultrasoundpropagationthrough3dprintedscaffoldsforosteoporosisdiagnosis |
| _version_ |
1771297266243469312 |
| spelling |
nemertes-10889-164122022-09-05T14:02:42Z Διάδοση υπερήχων μέσω 3D εκτυπωμένων ικριωμάτων προσομοίωσης οστών για διάγνωση οστεοπόρωσης Ultrasound propagation through 3D printed scaffolds for osteoporosis diagnosis Σπηλιωτόπουλος, Κωνσταντίνος Spiliotopoulos, Konstantinos Υπέρηχοι Ικριώματα Τρισδιάστατη εκτύπωση Ultrasound Scaffolds Osteoporosis 3-D printing Polylactic acid Thermoplastic polyurethane Η χρήση υπερήχων είναι διαδεδομένη σε πολλά πεδία έρευνας, όπως σε αυτό της εμβιομηχανικής όπου η οστεοπόρωση μελετάται μέσω της διάδοσης των υπερήχων στο σπογγώδες οστό. Η παρούσα εργασία μελετά την επίδραση των χαρακτηριστικών των υπερήχων και συγκεκριμένα του συντελεστή οπισθοσκέδασης στην αρχιτεκτονική και στο υλικό του σπογγώδους οστού, χρησιμοποιώντας ικριώματα προσομοίωσης οστών κατασκευασμένα σε τρισδιάστατο εκτυπωτή. Η τρισδιάστατη εκτύπωση είναι μια καινοτόμος μέθοδος προσθετικής κατασκευής στην οποία κατασκευάζονται αντικείμενα μέσω της διαδοχικής πρόσθεσης επάλληλων στρώσεων υλικού. Η τεχνολογία αυτή είναι ικανή να κατασκευάζει λειτουργικά φυσικά εξαρτήματα, με ή χωρίς πορώδες, με την εναπόθεση των υλικών στρώμα-στρώμα χρησιμοποιώντας τρισδιάστατα μοντέλα υπολογιστών. Ως εκ τούτου, διευκολύνει την παραγωγή προηγμένων οστικών ικριωμάτων αφού ο κύριος σκοπός είναι να κατασκευαστούν αντίγραφα δοκιδωτών οστών με όσο το δυνατόν ακριβέστερη δομή, ακολουθώντας τις ίδιες μεθόδους εκτύπωσης για όλα τα δείγματα, προκειμένου να διασφαλιστεί ότι τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα αφορούν μόνο την επίδραση του υλικού στις ιδιότητες των υπερήχων. Αρχικά, κατασκευάστηκαν αντίγραφα σπογγώδους οστού σε τρισδιάστατο εκτυπωτή από δύο διαφορετικά υλικά εκτύπωσης, το πολυγαλακτικό οξύ (PLA) και την θερμοπλαστική πολυουθεράνη (TPU). Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκαν πειράματα διάδοσης υπερήχων για να αντληθούν συμπεράσματα σχετικά με την δομή των δοκιμίων. Συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκαν εστιακοί και μη εστιακοί μεταλλάκτες ώστε να εκτιμηθεί ο συντελεστής οπισθοσκέδασης συναρτήσει της πυκνότητας αφού έχει αποδειχτεί ότι εξαρτάται από την δομή του υλικού. Έγινε σύγκριση των μετρήσεων με τα δύο είδη μεταλλακτών, ώστε να ερευνηθεί κατά πόσο υπάρχει συσχέτιση των αποτελεσμάτων και ώστε να εξαχθούν χρήσιμα συμπεράσματα για την ακρίβεια των εστιακών μεταλλακτών. Τα τρισδιάστατα εκτυπωμένα ικριώματα δεν μπορούν να συγκριθούν άμεσα με το πραγματικό σπογγώδες οστό, ειδικά στην περίπτωση που είναι οστεπορωτικό. Παρόλα αυτά προκύπτουν χρήσιμα συμπεράσματα σε σχέση με τις ιδιότητες του υπερήχου και την συσχέτιση του με την εσωτερική δομή του υλικού και συγκεκριμένα με τη δομική υποβάθμιση που προκαλείται από την διαδικασία της γήρανσης. Έτσι περαιτέρω έρευνες ίσως συμβάλλουν στη δημιουργία βελτιωμένων διαγνωστικών συσκευών για την οστεοπόρωση. The use of ultrasound is widespread in many fields of research, such as in biomechanics where osteoporosis is studied through the propagation of ultrasound in cancellous bone. The present work studies the effect of the characteristics of ultrasound and in particular the backscatter factor on the architecture and material of the cancellous bone, using 3D-printed trabecular bone models. 3D printing is an innovative method of prosthetic construction in which objects are made through the successive addition of overlapping layers of material. This technology is capable of manufacturing functional physical components with or without porosity by depositing layer-bylayer materials using 3D computer models. Therefore, it facilitates the production of advanced bone scaffolds as the main purpose was to make bone-like copies with the most accurate structure possible, following the same printing methods for all samples, to ensure that the results and conclusions concern only the material influence on ultrasound properties. Initially, spongy bone copies were fabricated by a 3D-printer from two different printing materials, polylactic acid (PLA) and thermoplastic polyurethane (TPU). Ultrasound propagation experiments were then conducted to draw conclusions about the structure of the specimens. Specifically, focus and unfocus transducers were used to estimate the backscatter coefficient as a function of density as it has been shown to depend on the structure of the material. The measurements were compared with the two types of transducers, in order to investigate whether there is a correlation between the results and to draw useful conclusions for the accuracy of the focus mutants. 3D-printed scaffolds cannot be compared to real spongy bone, especially if it is osteoporotic. Nevertheless, useful conclusions emerge in relation to the properties of ultrasound and its correlation with the internal structure of the material and in particular with the structural degradation caused by the aging process. Thus, further research may help to develop better diagnostic devices for osteoporosis. 2022-07-07T08:45:29Z 2022-07-07T08:45:29Z 2022-07-07 http://hdl.handle.net/10889/16412 gr application/pdf |
