In vivo bone strain and finite element modeling of a rhesus macaque mandible during mastication

doi:10.1016/j.zool.2017.08.010

.2017年10月：124:13-29。

doi:10.1016/j.zool.2017.08.010。 Epub 2017年9月1日。

恒河猴咀嚼过程中下颌骨的体内骨应变及有限元建模

奥尔加·帕纳吉奥托普鲁¹, 何塞·伊里亚特·迪亚兹², 西蒙·威尔辛^三, 保罗·C·德肖⁴, 安德里亚·泰勒⁵, Hyab Mehari亚伯拉罕⁶, 谢里法·阿尔朱尼德⁷, Callum F罗斯⁸

附属公司

¹澳大利亚昆士兰大学生物医学科学学院移动形态与功能力学实验室，昆士兰圣卢西亚大学，昆士兰州布里斯班4072；澳大利亚维多利亚州墨尔本克莱顿莫纳什大学医学、护理和健康科学学院生物医学学院解剖和发育生物学系，邮编3800。
²伊利诺伊大学口腔生物学系，美国伊利诺伊州芝加哥圣保罗纳街801号，邮编60612。
^三英国赫特福德郡哈特菲尔德北迈姆斯霍克谢德巷皇家兽医学院生物医学系AL9 7TA。
⁴德克萨斯农工大学牙科学院生物医学系，美国德克萨斯州达拉斯加斯顿大道3302号，邮编75246。
⁵图罗大学基础科学系，地址：1310 Club Drive，Mare Island，Vellejo，CA 94592，USA。
⁶澳大利亚昆士兰大学生物医学科学学院移动形态与功能力学实验室，昆士兰圣卢西亚大学，昆士兰州布里斯班4072。
⁷马来西亚雪兰莪州八打灵再也47820号Damansara Perdana，Jalan PJU 8/8A，No.4，Menara OBYU，Materialise Unit 5-01。
⁸芝加哥大学生物与解剖学系，美国伊利诺伊州芝加哥市东57街1027号，邮编60637。电子地址：rossc@uchicago.edu。

PMID： 29037463
预防性维修识别码：项目编号5792078
内政部： 2016年10月10日/j.zool.2017.08.010

恒河猴咀嚼过程中下颌骨的体内骨应变及有限元建模

奥尔加·帕纳吉奥托普鲁等。动物学（耶拿）. 2017年10月.

.2017年10月：124:13-29。

doi:10.1016/j.zool.2017.08.010。 Epub 2017年9月1日。

作者

奥尔加·帕纳吉奥托普鲁¹, 何塞·伊里亚特·迪亚兹², 西蒙·威尔辛^三, 保罗·C·德肖⁴, 安德烈亚·泰勒⁵, Hyab Mehari亚伯拉罕⁶, 谢里法·阿尔朱尼德⁷, Callum F罗斯⁸

附属公司

¹澳大利亚昆士兰大学生物医学科学学院移动形态与功能力学实验室，昆士兰圣卢西亚大学，昆士兰州布里斯班4072；澳大利亚维多利亚州墨尔本克莱顿莫纳什大学医学、护理和健康科学学院生物医学科学学院解剖学和发育生物学系3800。
²伊利诺伊大学口腔生物学系，美国伊利诺伊州芝加哥圣保罗纳街801号，邮编60612。
^三英国赫特福德郡哈特菲尔德北迈姆斯霍克谢德巷皇家兽医学院生物医学系AL9 7TA。
⁴德克萨斯农工大学牙科学院生物医学系，美国德克萨斯州达拉斯加斯顿大道3302号，邮编75246。
⁵图罗大学基础科学系，地址：1310 Club Drive，Mare Island，Vellejo，CA 94592，USA。
⁶澳大利亚昆士兰大学生物医学科学学院移动形态与功能力学实验室，昆士兰圣卢西亚大学，昆士兰州布里斯班4072。
⁷马来西亚雪兰莪州八打灵再也47820号Damansara Perdana，Jalan PJU 8/8A，No.4，Menara OBYU，Materialise Unit 5-01。
⁸芝加哥大学生物与解剖学系，美国伊利诺伊州芝加哥市东57街1027号，邮编60637。电子地址：rossc@uchicago.edu。

PMID： 29037463
预防性维修识别码：项目编号5792078
内政部： 2016年10月10日/j.zool.2017.08.010

摘要

有限元分析（FEA）是肌肉骨骼生物力学和脊椎动物古生物学中常用的工具。有限元模型（FEM）的准确性和精确度取决于骨骼几何形状、肌肉力、边界条件和组织材料属性的准确数据。由于缺乏有关材料特性和肌肉激活模式的体内实验数据，简化的建模假设可能会在分析中引入分析错误，其中定量准确性对于获得严格的结果至关重要。利用同一动物的体内数据构建、加载并验证了恒河猴下颌骨的特定主题有限元模型。在建立模型的过程中，我们评估了（i）下颌骨小梁骨组织和牙齿的材料特性变化对模型行为的影响；（ii）颞下颌关节和咬合点的约束；和（iii）用于估计作用于模型的外力的肌肉活动时间。FEA模拟与体内实验数据之间的最佳匹配来自于分别使用各向同性和均匀的杨氏模量和泊松值10GPa和0.3对小梁组织进行建模；约束咀嚼（左侧）侧颞下颌关节、前磨牙和下颌关节沿X、Y、Z轴的平移₁; 将平衡（右侧）颞下颌关节约束在前后轴和上下轴上，并使用下外侧规最大应变时估计的肌力。该模型中的相对应变幅度与体内所有应变位置的记录相似。需要更详细地分析咀嚼周期中不同时间动力中风期间的下颌骨应变模式。

关键词：骨材料性能；骨应变仪；咀嚼；有限元分析；肌肉骨骼建模。

PubMed免责声明

数字

图1
显示内侧位置的实验对象下颌骨射线照片[MED]（黄色）；上横向[ULAT]（红色）和下横向[LLAT]（绿色）仪表位置。每个仪表（编号为1）的参考轴用黑线表示。

图2
FEA涉及的步骤：模型创建、模型仿真和模型验证。模型创建阶段包括使用CT扫描（左下和左中）指定模型的3D几何体；将几何模型转换为一组离散的有限元网格；以及组织材料属性和边界条件（载荷和约束）的分配。模型模拟是指使用FEA软件的默认功能求解FEM的过程（Erdemir等人，2012）。模型验证包括将从FEM中提取的应变与相同位置的实验数据进行比较。注意表示局部坐标系的轴：X轴位于上下方向，Y轴位于前后方向，Z轴位于内侧方向。

图3
杨氏模量之间关系的线性模型(E类)和泊松比(*v（v）*)根据校准CT扫描估计的材料密度。每个数据点代表采样位置的数据（见图2，左上角）；线表示最佳拟合线性模型。

图4
最大主应变分布图(ε₁)猕猴下颌骨的所有FEM。暖色和冷色代表高低ε₁浓度。

图6
有限元模型对中主应变量级的比较。通过映射表面分布，比较了六对FEM模型差异模型表面上两个模型之间的主应变。每个面板进行比较ε₁和ε₂三个视图中模型对之间的幅值。每个面板右侧的比例尺指示模型之间主应变（微应变）的差异。

图7
的方框图ε₁（积极）和ε₂所有FEM和体内实验的ULAT、LLAT和MED测量点的（负）主应变幅度。中心线代表中间值，上下框边界分别代表第25和75个百分位；上下晶须代表1.5×四分位范围；点是离群值。

图8
分布的极性直方图ε₁与体内实验相比，FEM的LLAT、ULAT和MED测量位点的取向（以度为单位）。灰色直方图说明了体内数据的方向分布，彩色直方图则说明了特定FEM的方向分布（模型的颜色编码如图7所示）。红色和黑色实线分别表示体内和FEM数据的平均方向。方向是相对于量规的基准轴的（图9中用虚线表示）。

图9
FEMs A到D的主应变矢量图与体内数据的主应变向量图的比较。左、中、右面板分别显示了下外侧（LLAT）、内侧（MED）和上外侧（ULAT）应变计位置的主应变。中间面板中的图形是透明的，因为内侧量规位于下颌骨的舌侧。FEM最大主应变的红线、方向和大小(ε₁); 有限元最小主应变的蓝线、方向和大小(ε₂); 虚线，应变计基准轴的方向（逆时针方向的正应变方向）；绿色实线代表体内的平均方向ε₁，绿色阴影对应于平均方向±1 SD。

**图10**
FEMs E到I的主应变向量图与体内数据的主应变矢量图的比较。左、中、右面板分别显示了下外侧（LLAT）、内侧（MED）和上外侧（ULAT）应变计位置的主应变。中间面板中的图形是透明的，因为内侧量规位于下颌骨的舌侧。FEM最大主应变的红线、方向和大小(ε₁); 有限元最小主应变的蓝线、方向和大小(ε₂); 虚线，应变计基准轴的方向（逆时针方向的正应变方向）；绿色实线代表体内的平均方向ε₁，绿色阴影对应于平均方向±1 SD。

请参阅PMC中的此图片和版权信息

类似文章

完整咀嚼间隙循环期间猕猴下颌骨的动态有限元建模。
Panagiotopoulou O、Robinson D、Iriarte-Diaz J、Ackland D、Taylor AB、Ross CF。 Panagiotopoulou O等人。 Philos Trans R Soc Lond B生物科学。2023年12月4日；378(1891):20220549. doi:10.1098/rstb.2022.0549。Epub 2023年10月16日。 Philos Trans R Soc Lond B生物科学。2023 PMID：37839457 免费PMC文章。
猕猴咀嚼力冲程期间下颌骨的生物力学：载荷、变形、应变状态和食物类型的影响。
Panagiotopoulou O、Iriarte-Diaz J、Mehari Abraha H、Taylor AB、Wilshin S、Dechow PC、Ross CF。 Panagiotopoulou O等人。 J Hum进化。2020年10月；147:102865. doi:10.1016/j.jhevol.2020.102865。Epub 2020年9月6日。 J Hum进化。2020 PMID：32905895 免费PMC文章。
猕猴下颌骨的弹性特性和咀嚼骨应力。
Dechow PC，Hylander WL。 Dechow PC等人。 Am J Phys人类学杂志。2000年8月；112(4):553-74. doi:10.1002/1096-8644（200008）112:4＜553:：AID-AJPA9＞3.0.CO；2-R型。 Am J Phys人类学杂志。2000 PMID：10918129
下颌骨形态研究中的实验观察、理论模型和生物力学推断。
Daegling DJ，Hylander WL。大格林DJ等人。 Am J Phys人类学杂志。2000年8月；112(4):541-51. doi:10.1002/1096-8644（200008）112:4<541:：AID-AJPA8>3.0.CO；2-Z。 Am J Phys人类学杂志。2000 PMID：10918128 审查。
下颌骨的生物力学。
van Eijden TM公司。 van Eijden TM公司。口腔生物医学评论2000；11(1):123-36. doi:10.1177/10454411001100101。《口腔生物医学评论》，2000年。 PMID：10682903 审查。

查看所有类似文章

引用人

智能分辨率：将Cryo-EM与人工智能驱动的多分辨率模拟相结合，观察严重急性呼吸综合征冠状病毒2型复制转录机制的作用。
Trifan A、Gorgun D、Salim M、Li Z、Brace A、Zvyagin M、Ma H、Clyde A、Clark D、Hardy DJ、Burnley T、Huang L、McCalpin J、Emani M、Yoo H、Yin J、Tsaris A、Subbiah V、Raza T、Liu J、Trebesch N、Wells G、Mysore V、Gibbs T、Phillips J、Chennubhotla SC、Foster I、Stevens R、Anandkumar A、Vishwanath V、Stone JE、Tajkhorshid E、A Harris S、Ramanathan A。 Trifan A等人。国际J高性能计算应用。2022年11月；36(5-6):603-623. doi:10.1177/10943420221113513。Epub 2022年8月5日。国际J高性能计算应用。2022 PMID：38464362 免费PMC文章。
完整咀嚼间隙循环期间猕猴下颌骨的动态有限元建模。
Panagiotopoulou O、Robinson D、Iriarte-Diaz J、Ackland D、Taylor AB、Ross CF。 Panagiotopoulou O等人。 Philos Trans R Soc Lond B生物科学。2023年12月4日；378(1891):20220549. doi:10.1098/rstb.2022.0549。Epub 2023年10月16日。 Philos Trans R Soc Lond B生物科学。2023 PMID：37839457 免费PMC文章。
婴儿咀嚼和哺乳的生物力学：生理性外斜视缝合线闭合的潜在机制。
Haravu PN、Gonzalez M、Nathan SL、Ross CF、Panagiotopoulou O、Reid RR。 Haravu PN等人。公共科学图书馆计算生物学。2023年6月22日；19（6）：e101227。doi:10.1371/journal.pcbi.1011227。eCollection 2023年6月。公共科学图书馆计算生物学。2023 PMID：37347795 免费PMC文章。
咀嚼和吞咽期间舌头运动的生物力学和皮层控制。
Ross CF、Laurence-Chasen JD、Li P、Orsbon C、Hatsopoulos NG。 Ross CF等人。吞咽困难。2024年2月；39(1):1-32. doi:10.1007/s00455-023-10596-9。Epub 2023年6月16日。吞咽困难。2024 PMID：37326668 免费PMC文章。审查。
模型是否反映了系统？当二维生物力学不够好时。
Smith AL、Davis J、Panagiotopoulou O、Taylor AB、Robinson C、Ward CV、Kimbel WH、Alemseged Z、Ross CF。 Smith AL等人。 J R Soc接口。2023年1月；20(198):20220536. doi:10.1098/rsif.2022.0536。Epub 2023年1月25日。 J R Soc接口。2023 PMID：36695017 免费PMC文章。

查看所有“被引用”文章

工具书类

1. Antón SC。猕猴咬肌：内部结构、纤维长度和横截面积。国际Primatol杂志。1999;20:441–462.
1. 猕猴翼状肌：内部结构、纤维长度和横截面积。国际Primatol杂志。2000;21:131–156.
1. Arce-McShane F、Ross CF、Takahasi K、Sessle BJ、Hatsopoulos NG。初级运动和感觉皮层区域通过多个频率的时空协调网络进行通信。美国国家科学院院刊2016；113:5083–5088.-项目管理咨询公司-公共医学
1. Arce-McShane F、Hatsopoulos NG、Lee JC、Ross CF、Sessle BJ。运动技能习得过程中口腔面部感觉运动皮层的调制动力学。神经科学杂志。2014;34:5985–5997.-项目管理咨询公司-公共医学
1. 阿什曼RB。博士论文。杜兰大学；1982.皮质骨弹性特性的超声测定：技术和局限性。

出版物类型

行动
行动
行动

赠款和资金

LinkOut-更多资源

全文源
其他文献来源
- scite智能引文

[1] Antón SC。猕猴咬肌：内部结构、纤维长度和横截面积。国际Primatol杂志。1999;20:441–462.

[2] Antón SC。猕猴咬肌：内部结构、纤维长度和横截面积。国际Primatol杂志。1999;20:441–462.

[3] 猕猴翼状肌：内部结构、纤维长度和横截面积。国际Primatol杂志。2000;21:131–156.

[4] 猕猴翼状肌：内部结构、纤维长度和横截面积。国际Primatol杂志。2000;21:131–156.

[5] Arce-McShane F、Ross CF、Takahasi K、Sessle BJ、Hatsopoulos NG。初级运动和感觉皮层区域通过多个频率的时空协调网络进行通信。美国国家科学院院刊2016；113:5083–5088.-项目管理咨询公司-公共医学

[6] Arce-McShane F、Ross CF、Takahasi K、Sessle BJ、Hatsopoulos NG。初级运动和感觉皮层区域通过多个频率的时空协调网络进行通信。美国国家科学院院刊2016；113:5083–5088.-项目管理咨询公司-公共医学

[7] Arce-McShane F、Hatsopoulos NG、Lee JC、Ross CF、Sessle BJ。运动技能习得过程中口腔面部感觉运动皮层的调制动力学。神经科学杂志。2014;34:5985–5997.-项目管理咨询公司-公共医学

[8] Arce-McShane F、Hatsopoulos NG、Lee JC、Ross CF、Sessle BJ。运动技能习得过程中口腔面部感觉运动皮层的调制动力学。神经科学杂志。2014;34:5985–5997.-项目管理咨询公司-公共医学

[9] 阿什曼RB。博士论文。杜兰大学；1982.皮质骨弹性特性的超声测定：技术和局限性。

[10] 阿什曼RB。博士论文。杜兰大学；1982.皮质骨弹性特性的超声测定：技术和局限性。

将引文保存到文件

电子邮件引文

添加到集合

添加到我的书目

您保存的搜索

为外部引文管理软件创建文件

您的RSS源

恒河猴咀嚼过程中下颌骨的体内骨应变及有限元建模

附属公司

恒河猴咀嚼过程中下颌骨的体内骨应变及有限元建模

作者

附属公司

摘要

数字

类似文章

引用人

工具书类

出版物类型

MeSH术语

赠款和资金

LinkOut-更多资源

全文源

其他文献来源

摘要

数字

类似文章

引用人

工具书类

出版物类型

MeSH术语

相关信息

赠款和资金

LinkOut-更多资源

全文源

其他文献来源