Spatial analysis of habitat quality in a fragmented population of little bustard (Tetrax tetrax): Implications for conservation

P. 45-56Little bustard populations have suffered reduction and isolation as a consequence of landscape transformations resulting from changes in traditional agricultural systems. Consequently, the species survives within reduced and fragmentary habitats, like islands isolated in a modified matrix. In this paper, we analyze the spatial variations in male density and habitat quality in a fragmented population located at the limit of the species’ Iberian range, which is affected by agricultural intensification, using a regional modelling approach. Habitat quality (quantified according to the species perception) and bird density decreased along the intensification gradient. However, in the most intensive agricultural zone, the quality of habitats selected by little bustard males increased, while density decreased, against the expected. In possible explanation, we suggest: (1) density is not necessarily a good indicator of habitat quality, (2) population could be under-saturated in this zone, (3) interannual variations in species distribution, or (4) other relevant variables related to the agricultural intensification process not included in this analysis, such as small-scale disturbances. Analysis of population distribution pattern showed a spatial configuration in which the most densely populated squares were located at the core of the biggest population patches, in contact with mid-density squares, and all surrounded by low-density squares. Fragmentation negatively affected habitat quality and male density. Largest population patches, containing higher density values, were located at the beginning of the intensification gradient. Preservation of little bustard densities is related to an adequate management of the farming system. Habitat fragmentation requires an urgent conservation strategy to prevent local and regional scale habitat deterioration, by reducing patch isolation to maintain genetic diversification and functional connectivity

Day-ahead allocation of operation reserve in composite power systems with large-scale centralized wind farms

This paper focuses on the day-ahead allocation of operation reserve considering wind power prediction error and network transmission constraints in a composite power system. A two-level model that solves the allocation problem is presented. The upper model allocates operation reserve among subsystems from the economic point of view. In the upper model, transmission constraints of tielines are formulated to represent limited reserve support from the neighboring system due to wind power fluctuation. The lower model evaluates the system on the reserve schedule from the reliability point of view. In the lower model, the reliability evaluation of composite power system is performed by using Monte Carlo simulation in a multi-area system. Wind power prediction errors and tieline constraints are incorporated. The reserve requirements in the upper model are iteratively adjusted by the resulting reliability indices from the lower model. Thus, the reserve allocation is gradually optimized until the system achieves the balance between reliability and economy. A modified two-area reliability test system (RTS) is analyzed to demonstrate the validity of the method.This work was supported by National Natural Science Foundation of China (No. 51277141) and National High Technology Research and Development Program of China (863 Program) (No. 2011AA05A103)

Analysis of mechanical behavior variation in the proximal femur using X-FEM (Extended Finite Element Method)

Introducción: El fémur humano ha sido ampliamente estudiado desde hace muchos años de manera experimental con análisis in vitro, y ahora, gracias a los avances de la informática, también se puede analizar de manera numérica. Algunos autores han demostrado la capacidad del método de los elementos finitos para predecir el comportamiento mecánico de este hueso, pero todavía son muchas las posibilidades recurriendo a la sinergia entre el método de los elementos finitos y ensayos experimentales. En este trabajo, por ejemplo, se estudia cómo afectan distintas simulaciones de osteoporosis a las cargas de fractura del fémur. El objetivo de este estudio es predecir la fractura de cadera, tanto la carga a la que se produce ésta como la propagación de la fisura sobre el hueso. Aplicando el método de los elementos finitos al campo de la biomecánica se puede realizar una simulación que muestre el comportamiento del hueso bajo diferentes condiciones de carga. Material y métodos: A partir de imágenes DICOM de tomografía computarizada de la extremidad proximal del fémur derecha de un varón se ha obtenido la geometría del hueso. Mediante un programa informático se han generado las propiedades mecánicas dependientes de la densidad mineral ósea de cada vóxel, y posteriormente se ha utilizado un código de elementos finitos para aplicar diferentes configuraciones de carga y estudiar los valores de fractura del hueso. El modelo numérico ha sido validado a través de un artículo de la literatura científica. Resultados: La carga de fractura en configuración de caída lateral es aproximadamente la mitad que la carga en el caso de la posición normal, lo cual concuerda con diferentes estudios experimentales presentes en la literatura científica. Además se han estudiado diferentes condiciones de carga en situaciones cotidianas, en las que se ha observado que la carga de fractura es mínima en la posición monopodal. También se han simulado condiciones de osteoporosis en las que se ha comprobado cómo desciende la carga de fractura al disminuir las propiedades mecánicas óseas. Conclusiones: Mediante el método de los elementos finitos en conjunto con una imagen médica DICOM es posible el estudio de la biomecánica de la cadera y obtener una estimación del fallo del hueso. Además se pueden aplicar diferentes configuraciones de carga y variar las propiedades mecánicas del hueso para simular el comportamiento mecánico de éste bajo condiciones osteoporóticas.Introduction: For years, the human femur has been extensively studied experimentally with in vitro analysis. Nowadays, with computer advances, it can also be analyzed numerically. Some authors report the usefulness of finite method in predicting the mechanical behavior of this bone. There are many possibilities using the synergy between the method finite element and experimental trials. In this paper, for example, we study how they affect different osteoporotic simulations involving femur fracture loads. The aim of this study is to predict hip fracture, both the load to which this occurs as the propagation of the crack in the bone. By applying the finite element method to the field of bio-mechanics, simulation can be carried out to show the behavior under different bone load conditions. Material and methods: Using DICOM images, CT scan of the proximal end of the right femur of a male has been obtained bone geometry. By a computer program they have been generated dependent mechanical properties of the BMD each voxel, and then used a finite code to apply different load configurations and study values bone fracture elements. The numerical model has been validated in the literature. Results: Load breaking in lateral fall configuration is approximately half the load in the case of the normal position, which agrees with different experimental studies published. In addition, we have studied various load conditions in everyday situations, where it was observed that the load fracture is minimal in mono-podal position. Osteoporotic conditions have also been simulated which confirmed that the load fracture has been reduced by decreasing mechanical properties. Conclusions: By using the finite element method in conjunction with DICOM medical imaging, it is possible to study the biomechanics of the hip and obtain an estimate of bone failure. In addition, different load configurations can be applied and vary the mechanical properties of bone to simulate the mechanical behavior of low osteoporotic conditions.S

Experimental validation of finite elements model in hip fracture and its clinical applicability

La fractura de la extremidad proximal de fémur es objeto de interés en investigación. La complejidad del entramado óseo y la ineficiencia estructural asociada al envejecimiento hacen que existan muchas variables todavía por comprender desde el punto de vista experimental, pero no existe un modelo de investigación estructural y biomecánico de la fractura de cadera claramente definido. La hipótesis de este trabajo es que es posible desarrollar un modelo de experimentación computacional que caracterice el hueso de la extremidad proximal del fémur como un material heterogéneo a partir de la traslación directa de los parámetros mecánicos obtenidos de piezas anatómicas de experimentación. Resultados: El modelo computacional fue capaz de determinar el punto de inicio de la fractura, con una discreta tendencia a la medialización anatómica de dicho punto respecto a lo ocurrido de manera experimental. El grado de correlación fue muy alto al comparar el valor real de deformación progresiva de las muestras frente al obtenido por el modelo computacional. Sobre 32 puntos analizados, se obtuvo una pendiente de 1,03 en regresión lineal, con un error relativo entre las deformaciones del 6% y un coeficiente de Pearson de R2=0,99. El modelo computacional infraestimó discretamente la carga máxima de fractura, con un error relativo aproximado al Conclusión: El modelo computacional de AEF desarrollado por este equipo investigador mul-tidisciplinar se puede considerar, en conjunto, un modelo completo de AEF de la extremidad proximal del fémur con aplicabilidad clínica futura al ser capaz de simular e imitar el compor-tamiento biomecánico de fémures humanos contrastado con un modelo experimental clásico realizado en piezas anatómicas. Sobre esta base podrán evaluarse interacciones cualitativas y cuantitativas que lo consoliden como un potente banco de ensayos de experimentación computacional sobre el fémur proximal humano.Fracture of the proximal extremity of the femur is the subject of research interest. The complexity of the bone framework and the structural inefficiency associated with ageing leave many variables yet to be understood from an experimental perspective. However, there is no clearly defined structural and biomechanical research model for hip fracture. The hypothesis of this paper is that it is possible to create a computational experimentation model that characterises the bone of the proximal extremity of the femur as a heteroge-neous material from directly translating the mechanical parameters obtained from anatomical experimentation specimens. Material and method: An experimental paper comparing real experimentation on cadavers and a numerical model based on finite element analysis (FEA). The variables uses were: the start point of the fracture, propagation of the fracture, progressive load and maximum load until fracture. The real mechanical parameters obtained from the anatomical specimens were transla-ted to the computational model based on the relationship between the Hounsfield units of the high resolution CAT scan and the bone mineral density of each virtual element, whereas the propagation of the fracture was modelled by the research team's own computational design, reducing the mechanical properties of the damaged elements as the fracture line advanced. Results: The computational model was able to determine the start point of the fracture, with a slight tendency towards anatomical medialisation of this point compared to what happened experimentally. The degree of correlation was very high on comparing the real value of progres-sive deformation of the samples compared to that obtained by the computational model. Over 32 points analysed, a slope of 1.03 in lineal regression was obtained, with a relative error bet-ween the deformations of 16% and a Pearson's coefficient of R2=0,99. The computational model slightly underestimated the maximum fracture load, with a relative error of approximately 10%. Conclusion: The FEA computational model developed by this multi-disciplinary research team could be considered, as a whole, a complete FEA model of the proximal extremity of the femur with future clinical applicability since it was able to simulate and imitate the biomechanical behaviour of human femurs contrasted with a traditional experimental model made from anato-mical specimens. On this basis, qualitative and quantitative interactions can be assessed which consolidate it as a powerful computational experimentation test bench for the human proximal femur

The cut-out phenomenon in intertrochanteric femur fracture: analysis using a finite element model

Trabajo premiado con una beca FEIOMM de Investigación Básica 2018.Objetive: This work aimed to analyze the cut‐out phenomenon, which involves oblique displacements and/or rotations of the femoral head around the cephalic component of the intramedullary nail. The analysis was carried out using finite element numerical models. This technique seeks to understand the failure of this type of fixation and establish what po‐sitioning of the system favors or prevents failure due to cut‐out. Material and methods: The study was carried out on a numerical model of the proximal limb of an artificial femur and an intramedullary nail type PFNA (proximal femoral nail anti‐rotation). In the numerical model, the position of the in‐tramedullary nail was varied in the anterior/posterior and superior/inferior directions to analyze the influence of the position on the cut‐out phenomenon. Stresses in critical areas and torque on the nail under normal position loading were analyzed. Results: The most critical position was the one in which the intramedullary nail is placed in the superior position, due to the high compressions that appear in the trabecular bone of the femoral head. The centered position of the nail de‐creased the risk of bone damage and the torque that the intramedullary nail has to support. Conclusions: This type of model allows us to simulate the influence of the nail position and obtain variables that are otherwise difficult to analyze. Although it is a simple model with static load, it confirms that a centered position of the intramedullary nail reduces the risk of cut‐out .Objetivo: El objetivo del trabajo fue analizar el fenómeno de cut-out, fenómeno que supone desplazamientos oblicuos y/o rotaciones de la cabeza femoral alrededor del componente cefálico del clavo intramedular. El análisis se llevó a cabo mediante modelos numéricos de elementos finitos. Con esta técnica se busca entender el fallo de este tipo de fijaciones y establecer qué posicionamiento del sistema favorece o evita el fallo por cut-out. Material y métodos: El estudio se realizó sobre un modelo numérico de la extremidad proximal de un fémur artificial y un clavo intramedular tipo PFNA (femoral proximal de antirrotación). En el modelo numérico se varió la posición del clavo intramedular en dirección anterior/posterior y superior/inferior para analizar la influencia de la posición en el fenómeno de cut-out. Se analizaron las tensiones en zonas críticas y par torsor sobre el clavo bajo una carga en posición normal. Resultados: La posición más crítica fue aquella en la que el clavo intramedular está colocado en la posición superior, debido a las altas compresiones que aparecen en el hueso trabecular de la cabeza femoral. La posición centrada del clavo disminuyó el riesgo de daño óseo y el par torsor que tiene que soportar el clavo intramedular. Conclusión: Este tipo de modelos permite simular la influencia de la posición del clavo y obtener variables que de otra manera son difíciles de analizar. Aunque se trata de un modelo sencillo con carga estática, confirma que una posición centrada del clavo intramedular disminuye el riesgo de cut-out.Los autores agradecen la financiación recibida a través de la Sociedad Española de Investigación Ósea y del Metabolismo Mineral con la Beca de Investigación 2018. También agradecen la financiación recibida a través del Ministerio de Ciencia e Innovación y el Programa FEDER a través de los proyectos DPI2017-89197-C2-1-R y DPI2017-89197-C2-2-R

La lesión aterosclerótica en la muerte súbita cardíaca.

¿Qué relevancia ha tenido la aparición de lesiones ateroscleróticas en el sector vascular coronario del fallecido por muerte súbita cardíaca en las comunidades de Arroyo Naranjo? Como propósito describiremos el comportamiento de las lesiones ateroscleróticas en el sector vascular coronario del fallecido súbitamente en las comunidades de Arroyo Naranjo durante el período 2000-2004. Se realizó un estudio descriptivo con 5 098 fallecidos de muerte natural diagnosticados en el Hospital Universitario Julio Trigo López. A partir de los criterios definidos por la (OMS) sobre MSC fueron incluidos en la investigación 474 pacientes. Se confeccionó un Modelo de Recolección del Dato primario (MRDP). Dentro de las variables a estudiar, se consideró a la Aterosclerosis, factor etiológico descrito por la literatura médica como responsable en más de 90% de las muertes que sobrevienen bajo circunstancias imprevisibles. Para documentar este factor nos remitimos a los hallazgos en los estudios necrópsicos de los pacientes en los que se efectuó este proceder, evidenciándose lesiones ateroscleróticas extensas, irregulares, severas en el árbol vascular coronario responsables del deceso inesperado. Información recogida en los protocolos de necropsias aportada por el Departamento de Anatomía Patológica del Hospital Universitario Julio Trigo López, en Ciudad de La Habana, Cuba. La Aterosclerosis fue documentada en 75.5% de los casos, en 77.9% de los varones, representando más de 70% de los casos en mayores de 45 años. La presencia de un Infarto miocárdico agudo y los trastornos del ritmo cardíaco fueron las enfermedades consecuentes de la Aterosclerosis, que predominaron en nuestro estudio con 58.4% y 20.7% respectivamente. La Aterosclerosis representa el principal factor etiológico para la Enfermedad arterial coronaria (EAC) y en consecuencia para la Muerte Súbita. La variedad de lesiones con predominio de las Placas complicadas (graves) en la arteria descendente anterior izquierda, caracterizan el perfil vascular del fallecido por muerte súbita de origen cardíaco en nuestro estudio. Palabras clave: Muerte Súbita cardíaca, Aterosclerosis, Riesgo vascular / enfermedades consecuentes

The influence of anisotropy in numerical modelling of orthogonal cutting of cortical bone

Cutting operations in bone are involved in surgical treatments in orthopaedics and traumatology. The importance of guaranteeing the absence of damage in the living workpiece is equivalent in this case to ensuring surface quality. The knowledge in this field is really far from the expertise in industrial cutting of mechanical components. Modeling of bone cutting is a challenge strongly dependent on the accurate modeling of mechanical behaviour of the bone. This paper focuses on modeling of orthogonal cutting of cortical bone. The intrinsic anisotropic nature of the cortical bone that makes it comparable to a composite material is taken into account. The influence of anisotropy is analysed comparing this behaviour with an isotropic approach. It is shown that both chip morphology and temperature are affected by the anisotropy of the cortical bone that acts as a workpiece.The authors acknowledge the financial support for the work to the Ministry of Economy and Competitiveness of Spain under the Project DPI2011-25999 and DPI2013-46643-R.Santiuste, C.; Rodríguez Millán, M.; Giner Maravilla, E.; Miguélez, H. (2014). The influence of anisotropy in numerical modelling of orthogonal cutting of cortical bone. Composite Structures. 116:423-431. doi:10.1016/j.compstruct.2014.05.031S42343111