Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/9960
Title: Quantification of cartilage biomechanics under dynamic mechanical loading
Other Titles: Μελέτη της επίδρασης των δυναμικών καταπονήσεων σε ιστούς χόνδρου
Authors: Γκουσιούδη, Αναστασία
Keywords: Cartilage
Biomechanics
Frequency response
Keywords (translated): Χόνδρος
Εμβιομηχανική
Συχνοτική απόκριση
Abstract: 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.
Abstract (translated): 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.
Appears in Collections:Τμήμα Ιατρικής (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Gkousioudi(med).pdf3.58 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.