Influence de l’architecture cellulaire de l’os spongieux sur sa réponse mécanique

Cellular architecture effects on the mechanical response of cancellous bone

¹ Univ. Lille Nord de France, 59000 Lille, France
² UVHC, LAMIH, 59313 Valenciennes, France
³ CNRS, UMR 8530, 59313 Valenciennes, France

^a Auteur pour correspondance : julien.halgrin@univ-valenciennes.fr

Reçu : 9 Juillet 2010
Accepté : 12 Juillet 2010

Résumé

Afin d’optimiser la sécurité des usagers de la route, les constructeurs automobiles ont de plus en plus recours à des modèles virtuels de l’être humain. Pour accroître la bio-fidélité de ces modèles, nous nous proposons d’identifier le comportement mécanique des tissus osseux, et plus particulièrement celui de l’os trabéculaire. Après acquisition par micro-tomographie de l’architecture d’échantillons d’os spongieux, des essais mécaniques de compression sont menés. L’influence des variabilités inter et intra-individuelles est étudiée afin de minimiser la dispersion des résultats. Des modèles numériques obtenus à partir des données micro-tomographiques sont ensuite générés afin d’étudier l’influence des principales propriétés architecturales sur le comportement mécanique du tissu trabéculaire. Les résultats expérimentaux et numériques obtenus mettent en évidence la nécessité de prendre en compte l’effet des variabilités inter et intra-individuelles afin d’identifier précisement le comportement mécanique de l’os trabéculaire. Si la densité relative apparait comme un paramètre prépondérant justifiant des variations mécaniques constatées, elle ne permet pas d’expliquer les différences de comportement observées selon la direction de chargement.

Abstract

Car manufacturers use virtual human models in order to ensure the passengers safety during crash events. To improve the bio-fidelity of these models, we propose to identify the mechanical behaviour of bone tissues, and more particularly of the cancellous bone. After scanning cancellous bone samples with micro computed tomography, compression tests have been performed. The inter and intra-individual variabilities have been studied in order to minimise the results dispersions. Numerical models (taking into account the real architecture of this tissue) have been generated from the data coming from μCT in order to study the effects of architectural parameters on the mechanical behaviour of the cancellous bone. The experimental and numerical results show the need to take into account the inter and intra-individual variabilities in order to identify the mechanical behaviour of the trabecular bone. If the relative density could explain the mechanical dispersions observed, the relationship established could not explain the different behaviour observed between various loading directions.