Approccio combinato numerico e sperimentale per la caratterizzazione meccanica di osso trabecolare

The study has been performed on samples of bovine and equine trabecular bone. The purpose is to identify the elastic modulus of each sample through a numerical and experimental combined method. The experimental method consists of compression tests from which the apparent elastic modulus of the samples is obtained whereas the numerical method consists of finite elements models (FEM) of bone samples rebuilt by computer microtomography scans using ABAQUS software. Experimental deformations were evaluated both from data given by the testing machine and by the image correlation technique (DIC), an optical technique that allows to determine the deformation field (and thus the elastic modulus) of the sample during a compression test. In addition, the ImageJ software has allowed to achieve a complete characterization of bone samples by means of histomorphometric parameters; these were related to both elastic modulus and porosity previously obtained through finite elements models.

Il lavoro è stato realizzato su campioni di tessuto osseo trabecolare bovino ed equino. Lo scopo risiede nell'identificazione del modulo elastico di ciascun campione analizzato tramite un metodo combinato numerico e sperimentale. Il metodo sperimentale consiste in prove di compressione dalle quali si ricava il modulo elastico apparente dei campioni. Il metodo numerico consiste in modelli agli elementi finiti (FEM) dei campioni di osso testati, realizzati tramite il software ABAQUS, ricostruiti da scansioni dei provini ottenute con microtomografia computerizzata. Le deformazioni sperimentali sono state valutate sia dai dati provenienti dalla macchina di prova che tramite la tecnica di correlazione di immagini (DIC), una tecnica ottica che consente di determinare il campo di deformazioni (e quindi il modulo elastico) subìto dal campione durante una prova di compressione. Inoltre, per una caratterizzazione più completa dei campioni ossei è stato utilizzato il software ImageJ che ha consentito di estrarre per ciascuno di essi i parametri istomorfometrici; questi sono stati messi in relazione sia con il modulo elastico che con la porosità ottenuti in precedenza attraverso la modellizzazione agli elementi finiti.