{rfName}
Nu

Llicència i ús

Altmetrics

Anàlisi d'autories institucional

Megías, RAutor o coautorVercher-Martínez, AAutor (correspondència)Belda, RAutor o coautorGiner, EAutor o coautor

Compartir

30 d’octubre de 2024
Publicacions
>
Article
No

Numerical modelling of cancellous bone damage using an orthotropic failure criterion and tissue elastic properties as a function of the mineral content and microporosity

Publicat a:Computer Methods And Programs In Biomedicine. 219 106764- - 2022-06-01 219(), DOI: 10.1016/j.cmpb.2022.106764

Autors: Megias, Raquel; Vercher-Martinez, Ana; Belda, Ricardo; Luis Peris, Jose; Larrainzar-Garijo, Ricardo; Giner, Eugenio; Javier Fuenmayor, F

Afiliacions

Univ Complutense Madrid, Hosp Univ Infanta Leonor, Med Sch, Orthoped & Trauma Dept - Autor o coautor
Univ Politecn Valencia, Dept Ingn Mecan & Mat, Inst Ingn Mecan & Biomecan Valencia I2MB, Bldg 5E-9C - Autor o coautor
Univ Politecn Valencia, Inst Ingn Mecan & Biomecan Valencia I2MB, Healthcare Technol Grp GTS IBV, Bldg 5E-9C - Autor o coautor

Resum

Background and objective: Elastic and strength properties of lamellar tissue are essential to analyze the mechanical behaviour of bone at the meso- or macro-scale. Although many efforts have been made to model the architecture of cancellous bone, in general, isotropic elastic constants are assumed for tissue modelling, neglecting its non-isotropic behaviour. Therefore, isotropic damage laws are often used to estimate the bone failure. The main goals of this work are: (1) to present a new model for the estimation of the elastic properties of lamellar tissue which includes the bone mineral density (BMD) and the microporosity, (2) to address the numerical modelling of cancellous bone damage using an orthotropic failure criterion and a discrete damage mechanics analysis, including the novel approach for the tissue elastic properties aforementioned. Methods: Numerical homogenization has been used to estimate the elastic properties of lamellar bone considering BMD and microporosity. Microcomputed Tomography (mu-CT) scans have been performed to obtain the micro-finite element (mu-FE) model of cancellous bone from a vertebra of swine. In this model, lamellar tissue is orientated by considering a unidirectional layer pattern being the mineralized collagen fibrils aligned with the most representative geometrical feature of the trabeculae network. We have considered the Hashin's failure criterion and the Material Property Degradation (MPDG) method for simulating the onset and evolution of bone damage. Results: The terms of the stiffness matrix for lamellar tissue are derived as functions of the BMD and microporosity at tissue scale. Results obtained for the apparent yield strain values agree with experimental values found in the literature. The influence of the damage parameters on the bone mechanics behaviour is also presented. Conclusions: Stiffness matrix of lamellar tissue depends on both BMD and microporosity. The new approach presented in this work enables to analyze the influence of the BMD and porosity on the mechanical response of bone. Lamellar tissue orientation has to be considered in the mechanical analysis of the cancellous bone. An orthotropic failure criterion can be used to analyze the bone failure onset instead of isotropic criteria. The elastic property degradation method is an efficient procedure to analyze the failure propagation in a 3D numerical model. (C) 2022 Elsevier B.V. All rights reserved.

Paraules clau

AccumulationAnimalAnimal experimentAnimal modelAnimal tissueAnimalsArticleBehaviorBiological modelBoneBone and bonesBone damagesBone densityBone injuryBone mineral densityCancellous boneCancellous bone numerical modelingCancellous bone numerical modellingCollagen fibrilComputerized tomographyControlled studyDamage initiationDiagnostic imagingDisease simulationElastic propertiesElastic tissueElasticityFailure (mechanical)Failure criteriaFinite element analysisFinite element methodFinite-element modelHeterogeneityHomogenization methodLamellar boneLamellar bone porosityLumbar vertebraMaterial properties degradationsMaterial property degradationMechanical stressMicro-computed tomographyMicroporosityMineralMineralsModels, biologicalNonhumanNumerical methodsNumerical modelsOrthotropic failure criteriaOrthotropic failure criterionPigPorosityRigidityStiffnessStiffness matrixStress strain relationshipStress, mechanicalSwineTrabecular boneWorkflowX-ray microtomography

Indicis de qualitat

Impacte bibliomètric. Anàlisi de la contribució i canal de difusió

El treball ha estat publicat a la revista Computer Methods And Programs In Biomedicine a causa de la seva progressió i el bon impacte que ha aconseguit en els últims anys, segons l'agència WoS (JCR), s'ha convertit en una referència en el seu camp. A l'any de publicació del treball, 2022, es trobava a la posició 15/111, aconseguint així situar-se com a revista Q1 (Primer Cuartil), en la categoria Computer Science, Theory & Methods.

Des d'una perspectiva relativa, i atenent a l'indicador de impacte normalitzat calculat a partir del Field Citation Ratio (FCR) de la font Dimensions, proporciona un valor de: 1.81, el que indica que, comparat amb treballs en la mateixa disciplina i en el mateix any de publicació, el situa com un treball citat per sobre de la mitjana. (font consultada: Dimensions Jul 2025)

Concretament, i atenent a les diferents agències d'indexació, aquest treball ha acumulat, fins a la data 2025-07-19, el següent nombre de cites:

  • WoS: 7
  • Scopus: 6
  • Europe PMC: 3

Impacte i visibilitat social

Des de la dimensió d'influència o adopció social, i prenent com a base les mètriques associades a les mencions i interaccions proporcionades per agències especialitzades en el càlcul de les denominades "Mètriques Alternatives o Socials", podem destacar a data 2025-07-19:

  • L'ús, des de l'àmbit acadèmic evidenciat per l'indicador de l'agència Altmetric referit com a agregacions realitzades pel gestor bibliogràfic personal Mendeley, ens dona un total de: 13.
  • L'ús d'aquesta aportació en marcadors, bifurcacions de codi, afegits a llistes de favorits per a una lectura recurrent, així com visualitzacions generals, indica que algú està fent servir la publicació com a base del seu treball actual. Això pot ser un indicador destacat de futures cites més formals i acadèmiques. Aquesta afirmació està avalada pel resultat de l'indicador "Capture", que aporta un total de: 14 (PlumX).

Amb una intenció més de divulgació i orientada a audiències més generals, podem observar altres puntuacions més globals com:

  • El Puntuació total de Altmetric: 0.5.
  • El nombre de mencions a la xarxa social X (abans Twitter): 1 (Altmetric).

Anàlisi del lideratge dels autors institucionals

Hi ha un lideratge significatiu, ja que alguns dels autors pertanyents a la institució apareixen com a primer o últim signant, es pot apreciar en el detall: Primer Autor (Megías Díaz, Raquel) i Últim Autor (Fuenmayor, FJ).

l'autor responsable d'establir les tasques de correspondència ha estat Vercher Martínez, Ana.