Une méthode probabiliste pour modéliser le déplacement métatarsien progressif et la rigidité lors des tests de fatigue

Résumé Pour mieux comprendre les mécanismes des blessures de stress osseux (BSI) dans les métatarses, nous avons développé un algorithme qui adapte les modèles d'éléments finis (EF) des métatarses pour simuler les déplacements de fatigue à travers une perte de rigidité progressive. Vingt-deux métatarses humains ont été imagés par tomographie par ordinateur (CT) puis chargés cycliquement en compression uniaxiale jusqu'à la rupture. Les images CT ont été utilisées pour générer des modèles EF spécifiques au spécimen et un programme personnalisé a été développé pour simuler de manière itérative le chargement cyclique et la perte progressive de rigidité associée à l'accumulation de microdommages. La probabilité a été intégrée à l'accumulation de microdommages par le biais d'une distribution de Weibull. Les simulations ont pu représenter avec précision les tendances expérimentales concernant la manière dont la rigidité et le déplacement des métatarses ont changé tout au long des tests mécaniques. Le déplacement simulé à la rupture n'était pas significativement différent du déplacement mesuré expérimentalement. La durée de vie de fatigue simulée, le déplacement et le taux de perte de rigidité ont été significativement affectés par 1) la variable d'écart de Weibull, m, et 2) la valeur de déformation critique, décrivant si des dommages se produisaient avant ou après la limite d'élasticité. Ces simulations représentent une nouvelle alternative (NAM) qui est significative car elle nous aide à mieux comprendre les facteurs influençant la durée de vie de fatigue et le comportement mécanique observé lors des tests de fatigue dans les os entiers. Des simulations adaptatives avancées comme celle décrite ici peuvent être exploitées pour réduire la dépendance aux tests physiques, générer et tester des hypothèses concernant l'accumulation de dommages dans les matériaux, et finalement, être déployées dans des algorithmes prédictifs avec des applications cliniques.