Measurement of mechanical properties of a bone tissue at a microstructural level by using DSI (Depth Sensing Indentation) method

Research of tissue structures at a micro-structural level belongs to the contemporary research in Biomechanics. In the paper a theoretical analysis from Oliver-Pharr’s perspective was presented forming the basis for the measurement methods of bone tissue mechanical properties such as hardness and elasticity modulus. The aim of the study was to emphasize the fundamental assumptions in the analysis which lead to the diversified notions of hardness called technical and normal ones. In the experimental part of the paper, using appropriately prepared trabecular and cortical bone tissues, the measurements of the depth of the indenter penetrating with the applied loadings were made. They enable particularly to determine the elasticity modulus. The aim of this research was the assessment of the material properties of bone structures, having in mind the energetic aspects of the curve (indenter loading-depth) obtained in the cycle: non-elastic (plastic, viscoelastic …) loading and elastic unloading.

---

Badania struktur tkankowych na poziomie mikrostrukturalnym należą do wspołczesnych w Biomechanice. W pracy przedstawiono analizę teoretyczną w ujęciu Olivera-Pharra leżącą u podstaw metod pomiarów własności mechanicznych tkanek kostnych takich jak twardość oraz moduł sprężystości. Celem opracowania było uwypuklenie podstawowych założeń w analizie, które prowadzą do zróżnicowanych pojęć twardości zwanych techniczną i normalną. W części eksperymentalnej pracy przeprowadzono, na stosownie przygotowanych tkankach kości gąbczastej i zbitej, pomiary głębokości zagłębiania wgłębnika przy zadanych obciążeniach. Umożliwiają one w szczególności określenie modułu sprężystości. Celem tych badań była ocena własności materiałowych struktur kostnych z uwagi na energetyczne aspekty krzywej (obciążenie-głębokość wgłębnika) otrzymanej w cyklu: obciążenie niesprężyste (plastyczne, lepko-sprężyste…) i odciążenie sprężyste.