Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Mô Hình Hóa Sự Thích Ứng Của Xương Dựa Trên Giả Thuyết Phản Ứng Tối Ưu*
Tóm tắt
Bài báo hiện tại tập trung vào vấn đề sự thích ứng của xương với những điều kiện thay đổi theo thời gian. Mô tả toán học về hiện tượng này quan trọng vì nhiều lý do và đang là đối tượng của các nghiên cứu tích cực. Trong bài báo này, phương pháp cho phép suy diễn các quy luật tái cấu trúc, dựa trên giả thuyết về phản ứng tối ưu của xương, được thảo luận. Nó được minh họa bằng ví dụ rằng việc áp dụng giả thuyết phản ứng tối ưu của xương có thể cung cấp những mối quan hệ có thể coi như là sự tổng quát của các quy luật tái cấu trúc sinh học nổi tiếng. Thêm vào đó, phương pháp được đề xuất cho phép kiểm soát theo thời gian các thông số quan trọng, chẳng hạn như khối lượng vật liệu tham gia vào các thay đổi. Phương pháp dựa trên việc sử dụng giả thuyết phản ứng tối ưu dẫn đến quy luật thích ứng liên quan đến cực trị của một số hàm chức năng. Thực tế này có thể được sử dụng trong các phép tính số học hiệu quả. Các ví dụ số học đã được chọn để minh họa tác động của sự thích ứng theo các quy luật tái cấu trúc mẫu được suy diễn.
Từ khóa
#thích ứng của xương #tái cấu trúc sinh học #giả thuyết phản ứng tối ưu #mô hình hoá #quy luật tái cấu trúcTài liệu tham khảo
Bendsøe, M.P. and Kikuchi, N., ‘Generating optimal topologies in structural design using a homogenisation method’, Comput. Meth. Appl. Mech. Eng. 71 (1988) 197-224.
Burr, D.B. and Martin, R.B., ‘Mechanisms of bone adaptation to the mechanical environment’, Triangle 31(2/3) (1992) 59-76.
Carter, D.R. and Orr, T.E., ‘Skeletal development and bone functional adaptation’, J. Bone Mineral Res. 7 (Dec. 1992) S389-95.
Cowin, S.C., ‘On the minimization and maximization of the strain energy density in cortical bone tissue’, J. Biomech. 28(4) (Apr. 1995) 445-447.
Cowin, S.C., ‘The search for mechanism in bone adaptation studies’, Comp. Meth. Biomech. Biomedical Eng. 2 (1999) 125-138.
Cowin, S.C. and Hegedus, D.H., ‘Bone remodelling i: theory of adaptive elasticity’, J. Elasticity 6(3) (1976) 313-326.
Cowin, S.C., Moss-Salentijn, L. and Moss, M.L., ‘Candidates for the machanosensory system in bone’, J. Biomech. Eng. 113 (1991) 191-197.
Fernandes, P., Rodrigues, H.C. and Jacobs, C.R., ‘A model of bone adaptation using a global optimization criterion based on the trajectorial theory of wolff’, in: Mechanics in Biology, ASME 2000, AMD-Vol. 242/BED-Vol. 46, 2000, pp. 173-184.
Harringan, T.P. and Hamilton, J.J., ‘Bone strain sensation via transmenbrane potential changes in surface osteoblasts: loading rate and microstructural implications’, J. Biomech. 26 (1993) 183-200.
Hart, R.T. and Davy, D.T., ‘Theories of bone modeling and remodelling’, in: Cowin, S.C. (ed.), Bone Mechanics, CRC Press, Boca Raton, FL, 1989, pp. 253-277.
Hart, R.T., Davy, D.T. and Heiple, K.G., ‘A computational method for stress analysis of adaptive elastic materials with a view toward application in strain-induced bone remodelling’, J. Biomech. Eng. 106 (1984) 342-350.
Hegedus, D.H. and Cowin, S.C., ‘Bone remodelling ii: small strain adaptive elasticity’, J. Elasticity 6 (1976) 337-355.
Lanyon, L.E., ‘Osteocytes, strain detection, bone modeling and remodelling’, Calcif. Tiss. Int. 53(S1) (1993) 102-106.
Lekszycki, T., ‘Application of the optimality conditions in modeling of the adaptation phenomenon of bones’, in: Blumeberg, C. (ed.), Proc. 3rd World Congress of the Structural and Multidisciplinary Optimization, Buffalo, New York, 1999, University of New York, 1999 (paper no. 39-BMA-2).
Lekszycki, T., ‘Optimality conditions in modeling of bone adaptation phenomenon’, J. Theor. Appl. Mech. 37(3) (1999) 607-624.
Levenston, M.E. and Carter, D.R., ‘An energy dissipation-based model for damage stimulated bone adaptation’, J. Biomech. 31(7) (July 1998) 579-86.
Luo, G., Cowin, S.C., Sadegh, A.M. and Arramon, Y.P., ‘Implementation of strain rate as a bone remodelling stimulus’, J. Biomech. Eng. 117(3) (Aug. 1995) 329-338.
Mullender, M.G. and Huiskes, R., ‘Proposal for the regulatory mechanism of Wolff's law’, J. Orthopaedic Res. 13(4) (July 1995) 503-12.
Mullender, M.G. and Huiskes, R., ‘The regulation of functional adaptation in trabecular bone’, in: Odgaard, A. and Weinans, H. (eds), Bone Structure and Remodelling, Recent Advances in Human Biology, Vol. 2, World Scientific, Singapore, 1996, pp. 181-187.
Mullender, M.G. and Huiskes, R., ‘Osteocytes and bone lining cells: which are the best candidates for mechano-sensors in cancellous bone'? Bone 20(6) (Jun. 1997) 527-32.
Mullender, M.G., Huiskes, R. and Weinans, H., ‘A physiological approach to the simulation of bone remodelling as a self-organizational control process’, J. Biomech. 27(11) (Nov. 1994) 1389-1394.
Prendergast, P.J., Huiskes, R. and Søballe, K., ‘ESB Research Award, 1996, Biophysical stimuli on cells during tissue differentiation at implant interfaces’, J. Biomech. 30(6) (Jun. 1997) 539-48.
Prendergast, P.J. and Taylor, D., ‘Prediction of bone adaptation using damage accumulation’, J. Biomech. 27 (1994) 1067-1076.
Rodrigues, H.C., Jacobs, C.R., Guedes, J.M. and Bendsøe, M.P., ‘Global and local material optimization models applied to anisotropic bone adaptation’, in: Pedersen, P. and Bendsøe, M.P. (eds), Synthesis in Bio Solid Mechanics, Kluwer Academic Publishers, 1999, pp. 209-220.
Taber, L.A., ‘Biomechanics of growth, remodelling, and morphogenesis’, Appl. Mech. Rev. 48(8) (Aug. 1995) 487-545.
Weinbaum, S., Cowin, S.C. and Zeng, Y., ‘A model for the excitation of osteocytes by mechanical loadinginduced bone fluid shear stresses’, J. Biomech. 27(3) (Mar. 1994) 339-360.