Bestimmung der Materialeigenschaften von Knochengewebe mittels eines adaptierten 2-layer rheologischem elastisch-viscos-plastisch-Schädigungs-Models

• Projektleitung: Andreas Reisinger, Karl Landsteiner Privatuniversität für Gesundheitswissenschaften / Fachbereich Biomechanik
• Projektpartner:innen: Technische Universität Wien / Institut für Leichtbau und Struktur-Biomechanik
• Projektlaufzeit: 5 Monate ab 01.09.2021

Hintergrund

Trabekuläres Knochengewebe kann als elasto-visko-plastisches Material sinnvoll modelliert werden. Belastungs-Entlastungs-Experimente an Einzeltrabekeln zeigten jedoch eine Abnahme des Elastizitätsmoduls mit zunehmender Dehnung. Um dieses Verhalten zu modellieren soll in der gegenwärtigen Studie der elastische Anteil eines zuvor entwickelten 2-Ebenen elasto-visko-plastischen rheologischen Modells mit einer von der plastischen Dehnung abhängigen Schadensvariable (von 0 bis 1) skaliert werden. Diese Anpassung soll eine verbesserte Beschreibung der Materialeigenschaften von Knochengewebe ermöglichen. Darüber hinaus werden neue Zugversuche an kortikalen Knochenproben durchgeführt, die aus dem Schaft menschlicher Oberschenkelknochen gewonnen wurden, um die Verwendung des vorgeschlagenen Modells für kortikales und trabekuläres Knochengewebe zu vergleichen. Zusätzliche Proben werden aus dem Oberschenkelhals von gesunden und osteoporotischen Spendern entnommen werden, um festzustellen, ob sich die Materialeigenschaften des Knochengewebes in Bezug auf Osteoporose ändern. In einer vorhergehenden Studie konnte gezeigt werden, dass sich die Materialeigenschaften von Einzeltrabekel bei Osteoporose nicht signifikant verändern. Ziel der aktuellen Studie ist es zu untersuchen, ob dies auch für kortikales Knochengewebe im Schenkelhals gilt. Die Kenntnis dieser Informationen ist nicht nur für Computersimulationen, die zuverlässige Materialeingabeparameter erfordern, unerlässlich, sondern auch für ein besseres Verständnis der Auswirkungen der Osteoporose auf das Material selbst.