Modèle viscoélastique de remodelage osseux : approches théorique, numérique et expérimentale

Viscoelastic bone remodeling model : theorical, numerical and experimental approaches

• Auteur / Autrice : Sébastien Baïotto
• Direction : Mustapha Zidi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biomécanique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Paris 12

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Viscoélasticité

Transduction du signal cellulaire

Os

Résumé

Dans ce travail, nous proposons un modèle théorique de remodelage osseux qui tient compte du caractère viscoélastique de l'os trabéculaire, ainsi que de la répartition des cellules ostéocytes et de leur rôle de mécanosenseur. Le comportement mécanique du matériau osseux est décrit par une loi de type Zener. La stabilité du modèle est étudiée et les équations non linéaires régissant l'évolution de la densité apparente osseuse sont résolues par une méthode aux différences finies dans le cas d'un modèle à ii-éléments unité. Les résultats numériques présentés montrent l'influence de l'amortissement visqueux sur l'adaptation de la structure osseuse sous l'effet d'un chargement mécanique contrôlé. De plus, les simulations par éléments finis à partir de données expérimentales, obtenues sur des tibias de rat et une tête de fémur humain, indiquent que le modèle proposé permet de reproduire des évolutions osseuses observées in vivo.

In this work. We propose a bone remodeling model, which takes into account the trabecular hone viscoelastic properties and the osteocyte cells distribution, The mechanical behavior of the material is described with a Zener's law. The model stability is studied and the non linear equations governing the apparent bone density evolution are solved by a finite difference method in the case of a n-unit elements model. The presented numerical resuits show the influence of the viscous damping on the bone adaptation under controlled mechanical load. Furthermore, finite element simulations froin experirnental data, obtained from rat tibias and a human femoral head, indicate that the model can mimic hone evolution observed in vivo.