Crack propagation in grooved long bone segment

International audienceThe following paper is an english translation of the scientific article "T. Kurtz, Y. Godio-Raboutet, and J.-L. Tailhan. Propagation de fissure sur tronçon d'os long rainuré. 25 ème congrès français de mécanique, nantes, france. 2022." [1]. The original version is published in french along the work presented during the 25 th French Congress of Mechanics in Nantes (from August 29 th to September 2 nd of 2022).URL link to the original article : https://hal.science/hal-04280203v1A mechanical test of macrocrack propagation in a cortical bone shaft is developed to comprehend the failure mechanisms at this scale and identify fracture processes, which are paramount to a future modelisation. A first set of three-point bending tests was performed on notched segments of human femoral dyaphisis [2, 3]. However, macrocrack orientation is influenced by the material’s anisotropy. In order to drive cracking processes in the transversal direction only, a modification of the testing protocol is submitted.From work found in the litterature [4, 5], notched shafts are previously grooved : a hemispherical groove is milled on the external surface of the bone to guide the crack in the transversal direction in the notch section. Special care is taken for the three-point bending test allowing a mastered procedure despite geometric variability of specimens : positioning and boundary conditions of the samples, notch displacement sensor’s supports alignment regarding bone axis, positioning and height of the notch, constant groove’s depth. The hydraulic jack is driven indirectly with the notch opening, measured with an inductive displacement sensor. A series of unloading/reloading cycles are done to plot residual quantities, pre-peak damage and macrocrack propagation in post-peak.Obtained results are expressed in terms of loading as a function of the notch opening displacement. Load-unloading cycles and residual openings analysis highlight the prominent role of cracking in failure mechanisms. Results show that the residual opening is directly linked to a structural weakening, consequently to the cracking processes, and that no plasticity is found at this scale. Cycles analysis allows us to develop a hypothesis about the role of internal residual stresses on permanent deformation. Furthermore, results point out that the groove guides the macrocrack in the transversal direction. Comparison between results on non-grooved samples exhibits the impact of the geometric feature. Future perspectives rely on the reverse analysis determination of the mechanical properties in the transversal direction

Modeling one-handed grip strangulation: Intentionality of the gesture and age influence

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Salivary side effects after radioiodine treatment for differentiated papillary thyroid carcinoma: Long‐term study

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Modélisation 3D de l’os maxillaire dans l’analyse par éléments finis en implantologie orale : une nouvelle approche utilisant CBCT et anthropométrie

Objectif : Caractériser l’os maxillaire postérieur chez l’adulte d’un point de vue géométrique pour obtenir des modèles numériques standards par éléments finis. Matériel et méthodes : Les images CBCT maxillaires des patients qui ont visité le service de Chirurgie Orale du CHU de La Timone à Marseille, France ont été recueillies au cours de l’année 2016. Les sujets inclus devaient être âgés de plus de 21 ans et être édentés au moins à partir de la première prémolaire maxillaire. Les patients atteints d’une pathologie osseuse ou d’un traitement influençant le remodelage osseux n’ont pas été inclus. La zone maxillaire postérieure a été définie pour chaque CBCT et 6 mesures de hauteur et de largeur de la crête alvéolaire ont été réalisées à l’aide d’une méthode anthropométrique. Une étude Gauge Anova R&R avec analyse de la répétabilité et de la reproductibilité de la variance des mesures, ainsi qu’une analyse en composantes principales (ACP) pour isoler des modèles standards, ont été menées. Les modèles 3D ont été réalisés à partir d’images au format DICOM. Résultats : Le CBCT de 100 hommes et 100 femmes ont été retenus dans notre étude. 1200 mesures de crête alvéolaire ont été réalisée et les valeurs moyennes de hauteur et de largeur des différentes parties de la zone maxillaire postérieure étaient très disparates. L’analyse statistique de variance a validé la répétabilité et la reproductibilité de notre protocole de mesures. L’ACP n’a pas permis d’identifier les modèles standards et ceux- ci ont été modélisés à partir de notre base de données. Conclusion : Notre travail est le premier à considérer des paramètres anthropométriques sur un large échantillon de sujets dans la méthode des éléments finis. Nous mettons ainsi en évidence la perspective de réaliser des modèles anatomiques complexes et réalistes à partir de l’anatomie humaine pour réaliser des tests biomécaniques en implantologie orale

Method for Evaluating Cortical Bone Young's Modulus: Numerical Twin Reconstruction, Finite Element Calculation, and Microstructure Analysis

International audienceAbstract The determination of bone mechanical properties remains crucial, especially to feed up numerical models. An original methodology of inverse analysis has been developed to determine the longitudinal elastic modulus of femoral cortical bone. The method is based on a numerical twin of a specific three-point bending test. It has been designed to be reproducible on each test result. In addition, the biofidelity of the geometric acquisition method has been quantified. As the assessment is performed at the scale of a bone shaft segment, the Young's modulus values obtained (between 9518.29 MPa and 14181.15 MPa) are considered average values for the whole tissue, highlighting some intersubject variability. The material microstructure has also been studied through histological analysis, and bone-to-bone comparisons highlighted discrepancies in quadrants microstructures. Furthermore, significant intrasubject variability exists since differences between the bone's medial-lateral and anterior–posterior quadrants have been observed. Thus, the study of microstructures can largely explain the differences between the elastic modulus values obtained. However, a more in-depth study of bone mineral density would also be necessary and would provide some additional information. This study is currently being setup, alongside an investigation of the local variations of the elastic modulus.</jats:p

Sudden death after facial impacts: Is the brainstem involved?

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Characterization of the perinatal mandible growth pattern: preliminary results

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