Caratterizzazione biomeccanica del menisco di ginocchio suino

The purpose of this study was to examine the compressive and tensile properties of the swine meniscus as a function of anatomical origin (lateral vs. medial) and region (femoral, tibial, anterior, central and posterior). The time-dependent behaviour was observed by a mechanical stress-relaxation response of the meniscus to confined and unconfined compression tests and to uniaxial tensile tests. The extracted parameters are the compressive Young modulus from unconfined compression tests, the aggregate modulus from confined compression tests and the tensile Young moduli, Etr_peak and Etr_relax, and Poisson’s ratio from tensile tests. The permeability of the tissue was measured experimentally by a direct permeation test. Numerical analyses were, also, developed in order to modelling the solid matrix behaviour and to obtain a good fitting with experimental data for the stress-relaxation curve. The solid matrix was modelled as an isotropic poroviscoelastic material for confined compression test, poroelastic transversely isotropic in unconfined compression test and as a viscoelastic material in tensile test. The results demonstrate that meniscal biomechanical properties are anisotropic and inhomogeneous, and vary with anatomical location (anterior, central, and posterior), testing direction (radial, axial, and circumferential), position within the meniscus thickness (femoral and tibial layers). Our findings indicated good agreement with literature.

Il presente lavoro ha come obiettivo la determinazione delle proprietà meccaniche a compressione e a trazione del menisco di ginocchio suino in funzione dell’origine anatomica (laterale, mediale) e della regione (femorale, tibiale ,anteriore, centrale, posteriore). Il comportamento tempo dipendente è stato analizzato mediante la risposta di rilassamento dello sforzo del materiale in prove di compressione confinata e non confinata e di trazione uniassiale. I parametri ricavati sono il modulo di Young dalle prove di compressione non confinata, il modulo aggregato da prove di compressione confinata e il modulo di Young a trazione in condizioni di equilibrio e di picco e il coefficiente di Poisson da prove di trazione uniassiale. La permeabilità del tessuto è stata misurata sperimentalmente mediante prove di permeazione diretta. Sono state, inoltre, eseguite analisi numeriche per modellizzare il comportamento della matrice solida e per ottenere un buona corrispondenza con i dati sperimentali per la curva di rilassamento dello sforzo. La matrice solida è stata modellizzata come un materiale poroviscoelastico isotropo nelle prove di compressione confinata, poroelastico trasversalmente isotropo nelle prove di compressione non confinata e come viscoelastico nelle prove di trazione. I risultati ottenuti dimostrano che il tessuto meniscale presenta proprietà di inomogenenità ed anisotropia che variano con la posizione anatomica (anteriore, centrale, posteriore), la direzione di test (radiale, assiale, circonferenziale) e con la posizione lungo lo spessore del menisco (strati femorale e tibiale). I risultati ottenuti sono in accordo con quelli presenti in letteratura.