Modelling of a human hip joint

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Identification of parameters of cartilage for hip joint mechanical model

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Viscoelastic modeling and quantitative experimental characterization of normal and osteoarthritic human articular cartilage using indentation

International audienceThe viscoelastic behavior of articular cartilage changes with progression of osteoarthritis. The objective of this study is to quantify this progression and to propose a viscoelastic model of articular cartilage taking into account the degree of osteoarthritis that which be easily used in predictive numerical simulations of the hip joint behavior. To quantify the effects of osteoarthritis (OA) on the viscoelastic behavior of human articular cartilage, samples were obtained from the hip arthroplasty due to femoral neck fracture (normal cartilage) or advanced coxarthrosis (OA cartilage). Experimental data were obtained from instrumented indentation tests on unfrozen femoral cartilage collected and studied in the day following the prosthetic hip surgery pose. By using an inverse method coupled with a numerical modeling (FEM) of all experimental data of the indentation tests, the viscoelastic properties of the two states were quantified. Mean values of viscoelastic parameters were significantly lower for OA cartilage than normal (instantaneous and relaxed tension moduli, viscosity coefficient). Based on the results and in the thermodynamic framework, a constitutive viscoelastic model taking into account the degree of osteoarthritis as an internal variable of damage is proposed. The isotropic phenomenological viscoelastic model including degradation provides an accurate prediction of the mechanical response of the normal human cartilage and OA cartilage with advanced coxarthrosis but should be further validated for intermediate degrees of osteoarthritis

Identification of material parameters of cartilage for hip joint mechanical model

International audienceCartilage is an essential element of joint. It allows the joint surfaces to slide against one another and to distribute the pressure between them. Without cartilage, many movements would be impossible or at least painful. Understanding the mechanical behaviour of cartilage andassociated parameters would allow, through appropriate modelling, to better understand the onset of certain diseases such as osteoarthritis or efficiently analyse the pressure distribution in the joint. Many studies have been conducted on the mechanical properties of cartilage

Comportement viscoélastique endommageable du cartilage articulaire humain normal et arthrosique : modélisation et caractérisation à l´aide d´essais d´indentation instrumentée. Vers une quantification des effets de l'arthrose et de la viscosité du cartilage

Le comportement viscoélastique du cartilage articulaire se modifie avec le degré d'arthrose. L'objectif de cette étude est de quantifier cette modification et de proposer un modèle viscoélastique du cartilage articulaire prenant en compte le degré d'arthrose et pouvant être aisément utilisé dans des simulations numériques de prévision du comportement l’articulation coxo-fémorale. Pour quantifier les effets de l'arthrose sur le comportement viscoélastique du cartilage articulaire humain, des échantillons ont été prélevé suite à des arthroplasties de la hanche : fractures de col du fémur pour le cartilage normal et opérations de pose de prothèse de hanche pour le cartilage arthrosique avancé. Les mesures d’indentation sur les échantillons ont été obtenues à l’aide d’essais d’indentation instrumentée effectués dans les 24 heures suivant le prélèvement. En utilisant une méthode inverse couplant les mesures expérimentales à une modélisation numérique par éléments finis des essais, les propriétés viscoélastiques des deux états (normal et arthrosique avancé) ont été quantifiées. Les valeurs moyennes des paramètres viscoélastiques sont significativement plus faibles pour le cartilage arthrosique que la normale (modules instantané, relaxé et coefficient de viscosité). Sur la base des résultats d’identification et dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles, un modèle viscoélastique de comportement prenant en compte le degré d'arthrose comme une variable interne d'endommagement est proposé. Le modèle phénoménologique proposé fournit une bonne prévision de la réponse viscoélastique du cartilage humain pour les deux états (normal et arthrosique avancée). A titre d’exemple d’application, ce comportement est introduit dans une modélisation de l’articulation de la hanche et les effets de l’arthrose et de la viscosité sur les pressions et les aires de contact sont quantifiés pour une simulation d’un mouvement de la vie quotidienne

Identification of geometrical parameters of femoral heads for hip joint mechanical model

International audienceThe femoral head is a protrusion that fits together with the acetabulum of the pelvis. This joint called hip joint is an important joint in the body. It transmits the body weight to the lower limb and allows humans to move. In most textbooks, there is an excellent congruence between thearticular surfaces, thus describing the femoral head and the acetabulum as perfect spheres

Micro-indentation and coupling test-calculations for identification by inverse method of non linear behavior of human femoral head cartilage

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