Sviluppo di un metodo sperimentale per la caratterizzazione di osso trabecolare e corticale

In collaboration with the Department of Veterinary of the Università Statale di Milano, this work has been conducted with the aim of characterizing the cortical and cancellous bone tissues. In order to achieve this purpose, the mechanical testing and the analysis of densitometry, histology and morphology of cortical and cancellous samples, harvested from immature porcine femur and tibia, were conducted. The bone mineral density (BMD) was evaluated by dual-energy x-rays absorptiometry (DEXA). The trabecular bone micro-architecture was evaluated by micro-computed tomography (CT) and the obtained images have been processed with the software ImageJ (plug-in BoneJ) in order to obtain morphometric values of porosity, trabecular number, trabecular thickness and trabecular spacing. A four-point bending test was applied on the cortical samples until their fracture. The local deformations were evaluated with strain gages to obtain a consequent comparison with the data computed by the mechanical testing machine. A compression test with end caps was applied on the cancellous samples until their fracture; the relation between the so-calculated mechanical properties and the morphometric values has been investigated in order to evaluate the influence of the physical structure on the mechanical behaviour.

Il presente lavoro di tesi è stato svolto in collaborazione con il Dipartimento di Veterinaria dell’Università Statale di Milano, con lo scopo di ottenere una caratterizzazione dell’osso corticale e trabecolare. Per adempiere a questo obiettivo, sono stati analizzati dal punto di vista meccanico, densitometrico e istomorfologico provini di femore e tibia di suino, di entrambe le tipologie di tessuto osseo. Per valutare la densità minerale, sia dell’osso corticale che femorale, è stata effettuata un’analisi MOC DEXA; per valutare invece i parametri propri della morfologia del solo osso spongioso sono state effettuate scansioni dei campioni con la tecnica di microtomografia computerizzata (µCT). Le immagini così ottenute sono state elaborate con il software ImageJ (plug-in BoneJ) per ricavare informazioni riguardanti la porosità del campione, il numero di trabecole, il loro spessore e la loro distanza. L’osso corticale è stato testato mediante flessione a quattro punti fino a rottura, con l’ausilio di rosette estensimetriche per misurare le deformazioni locali e permettere un successivo confronto con i dati forniti dalla macchina di prova. L’osso trabecolare è stato caricato a compressione con end-caps fino a rottura; le proprietà meccaniche così calcolate sono state messe in relazione con le grandezze istomorfometriche ottenute dall’analisi di µCT per valutare come la struttura influisca sul comportamento meccanico.