Quantification of cartilage biomechanics under dynamic mechanical loading

Articular cartilage is a complex viscoelastic material of great importance. Cartilage pathology is known to be correlated with abnormal biomechanics. Cartilage biomechanics have been described by several mathematical models, which have been utilized to experimentally extract cartilage parameters usu...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Γκουσιούδη, Αναστασία
Άλλοι συγγραφείς: Αλεξόπουλος, Λεωνίδας
Μορφή: Thesis
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2017
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/9960
id nemertes-10889-9960
record_format dspace
spelling nemertes-10889-99602022-09-05T20:53:09Z Quantification of cartilage biomechanics under dynamic mechanical loading Μελέτη της επίδρασης των δυναμικών καταπονήσεων σε ιστούς χόνδρου Γκουσιούδη, Αναστασία Αλεξόπουλος, Λεωνίδας Αλεξόπουλος, Λεωνίδας Προβατίδης, Χριστόφορος Τσαγγάρης, Σωκράτης Gkousioudi, Anastasia Cartilage Biomechanics Frequency response Χόνδρος Εμβιομηχανική Συχνοτική απόκριση 612.751 7 Articular cartilage is a complex viscoelastic material of great importance. Cartilage pathology is known to be correlated with abnormal biomechanics. Cartilage biomechanics have been described by several mathematical models, which have been utilized to experimentally extract cartilage parameters usually via time domain experiments (stress relaxation). However, stress relaxation experiments are long, and fitting the resulting data to analytic models is sensitive to implementation (deformation magnitude, strain rate) and noise. This study exploits a high-precision mechanical testing instrument to apply a series of small harmonic loads of eight different frequencies to bovine cartilage specimens, in unconfined compression. Based on cartilage response, a Bode plot was constructed and fitted to a first order transfer function. Material parameters were estimated by equating experimental transfer function with transfer function of mathematical models. The proposed methodology describes cartilage biomechanics via an information rich context that is less sensitive to implementation, and can potentially be implemented in ways that significantly reduce experimental duration. Ο χόνδρος είναι ένα σύνθετο ιξωδοελαστικό υλικό, του οποίου η παθολογία φαίνεται να επηρεάζει τις μηχανικές του ιδιότητες. Πολλοί ερευνητές προσπάθησαν να αναπτύξουν μαθηματικά μοντέλα για την περιγραφή της μηχανικής συμπεριφοράς του χόνδρου, μέσω των οποίων μπορούν να υπολογιστούν οι παράμετροι του υλικού. Τα μοντέλα αυτά χρησιμοποιούνται ευρέως για να περιγράψουν τη συμπεριφορά του χόνδρου κυρίως σε πειράματα στο πεδίο του χρόνου, όπως το πείραμα του ερπυσμού ή της τάσης-χαλάρωσης. Ωστόσο, η προσαρμογή των πειραματικών δεδομένων στις αναλυτικές σχέσεις των μοντέλων είναι αρκετά ευαίσθητη στο θόρυβο και σε διάφορες παραμέτρους του πειράματος, όπως ο ρυθμός παραμόρφωσης του υλικού. Στην παρούσα εργασία αναπτύχθηκε μια εναλλακτική μέθοδος για την εκτίμηση των παραμέτρων του υλικού μέσω της απόκρισης του χόνδρου στο πεδίο της συχνότητας. Αρχικά, κυλινδρικά δείγματα ζωικού χόνδρου καταπονήθηκαν σε δυναμική συμπίεση μικρού εύρους σε οχτώ διαφορετικές συχνότητες. Σύμφωνα με την απόκριση του χόνδρου κατασκευάστηκε το διάγραμμα Bode, το οποίο προσαρμόστηκε σε μια συνάρτηση μεταφοράς με έναν πόλο και ένα μηδενιστή. Από την εξίσωση της τελευταίας συνάρτησης με τη συνάρτηση μεταφοράς των μαθηματικών μοντέλων, προέκυψαν οι εκτιμήσεις για τις παραμέτρους του υλικού. Η παρούσα μεθοδολογία παρέχει έναν λεπτομερή τρόπο περιγραφής της ιξωδοελαστικότητας του χόνδρου που εκμεταλλεύεται τις ιδιότητες των γραμμικών συστημάτων και βασιζόμενη στα διαθέσιμα αναλυτικά μοντέλα μπορεί να εκτιμήσει τις τιμές των μηχανικών παραμέτρων του χόνδρου με καλή ευρωστία. 2017-02-10T06:50:21Z 2017-02-10T06:50:21Z 2016-07-11 Thesis http://hdl.handle.net/10889/9960 en 0 application/pdf
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Cartilage
Biomechanics
Frequency response
Χόνδρος
Εμβιομηχανική
Συχνοτική απόκριση
612.751 7
spellingShingle Cartilage
Biomechanics
Frequency response
Χόνδρος
Εμβιομηχανική
Συχνοτική απόκριση
612.751 7
Γκουσιούδη, Αναστασία
Quantification of cartilage biomechanics under dynamic mechanical loading
description Articular cartilage is a complex viscoelastic material of great importance. Cartilage pathology is known to be correlated with abnormal biomechanics. Cartilage biomechanics have been described by several mathematical models, which have been utilized to experimentally extract cartilage parameters usually via time domain experiments (stress relaxation). However, stress relaxation experiments are long, and fitting the resulting data to analytic models is sensitive to implementation (deformation magnitude, strain rate) and noise. This study exploits a high-precision mechanical testing instrument to apply a series of small harmonic loads of eight different frequencies to bovine cartilage specimens, in unconfined compression. Based on cartilage response, a Bode plot was constructed and fitted to a first order transfer function. Material parameters were estimated by equating experimental transfer function with transfer function of mathematical models. The proposed methodology describes cartilage biomechanics via an information rich context that is less sensitive to implementation, and can potentially be implemented in ways that significantly reduce experimental duration.
author2 Αλεξόπουλος, Λεωνίδας
author_facet Αλεξόπουλος, Λεωνίδας
Γκουσιούδη, Αναστασία
format Thesis
author Γκουσιούδη, Αναστασία
author_sort Γκουσιούδη, Αναστασία
title Quantification of cartilage biomechanics under dynamic mechanical loading
title_short Quantification of cartilage biomechanics under dynamic mechanical loading
title_full Quantification of cartilage biomechanics under dynamic mechanical loading
title_fullStr Quantification of cartilage biomechanics under dynamic mechanical loading
title_full_unstemmed Quantification of cartilage biomechanics under dynamic mechanical loading
title_sort quantification of cartilage biomechanics under dynamic mechanical loading
publishDate 2017
url http://hdl.handle.net/10889/9960
work_keys_str_mv AT nkousioudēanastasia quantificationofcartilagebiomechanicsunderdynamicmechanicalloading
AT nkousioudēanastasia meletētēsepidrasēstōndynamikōnkataponēseōnseistouschondrou
_version_ 1771297286676021248