İnsan Kalçasındaki Mikroyapısal Başarısızlık Mekanizmasının Görüntülenmesi

Özet

Protokol, büyük hacimli mikro-BT taraması, özel yapım bir sıkıştırma aşaması ve gelişmiş görüntü işleme araçlarını birleştirerek tüm proksimal insan femurundaki kemik mikro yapısının deformasyonunun ve tokluğunun ölçülmesini sağlar.

Özet

Giderek artan yükler altında kemik mikroyapısının görüntülenmesi, kemiğin mikroyapısal bozulma davranışının gözlemlenmesini sağlar. Burada, femur boynunun klinik olarak anlamlı kırıklarına neden olan, giderek artan deformasyon altında tüm proksimal femurun üç boyutlu mikroyapısal görüntülerinin bir dizisini elde etmek için bir protokol açıklıyoruz. Protokol, popülasyondaki kemik mineral yoğunluğunun alt ucunda 66-80 yaş arası kadın donörlerden alınan dört femora kullanılarak gösterilmiştir (T-skoru aralığı = −2.09 ila −4.75). Mikro-bilgisayarlı tomografi (mikro-BT) görüntüleme sırasında uygulanan yükü kaydederken, tek bacaklı bir duruşu taklit eden örneklerin yüklenmesi için radyo-şeffaf bir sıkıştırma aşaması tasarlanmıştır. Görüş alanı 146 mm genişliğinde ve 132 mm yüksekliğindeydi ve izotropik piksel boyutu 0,03 mm idi. Kuvvet artışı, kırılma yükünün sonlu eleman tahminlerine dayanıyordu. Sıkıştırma aşaması, yer değiştirmeyi numuneye uygulamak ve öngörülen kuvvet artışlarını yürürlüğe koymak için kullanıldı. Femur boynunun açılması ve kesilmesine bağlı alt sermaye kırıkları dört ila beş yük artışından sonra meydana geldi. Mikro-BT görüntüleri ve reaksiyon kuvveti ölçümleri, kemik gerilmesini ve enerji absorpsiyon kapasitesini incelemek için işlendi. Erken yükleme adımlarında korteksin kararsızlığı ortaya çıktı. Femur başındaki subkondral kemik, kırık öncesi% 16'ya ulaşan büyük deformasyonlar ve kırık kadar destek kapasitesinde ilerleyici bir artış gösterdi. Deformasyon enerjisi, kırılmaya kadar yer değiştirme ile doğrusal olarak artarken, rijitlik kırılmadan hemen önce sıfıra yakın değerlere düşmüştür. Kırılma enerjisinin dörtte üçü, son %25'lik kuvvet artışı sırasında numune tarafından alındı. Sonuç olarak, geliştirilen protokol, ileri bir donör yaşında kayda değer bir enerji emme kapasitesi veya hasar toleransı ve kortikal ve trabeküler kemik arasında sinerjik bir etkileşim ortaya çıkardı.

Giriş

Femur boynu kırıkları yaşlanan nüfus için büyük bir yüktür. Mikro-bilgisayarlı tomografi (mikro-BT) görüntüleme ve eşlik eden mekanik testler, kemik mikro yapısının gözlemlenmesine ve kemik gücü, yaşa bağlı değişiklikler ve yük altındaki yer değiştirmelerle ilişkisinin incelenmesine olanak tanır ^1,2. Bununla birlikte, yakın zamana kadar, yük altındaki kemiğin mikro-BT çalışmaları, eksize edilmiş kemik çekirdekleri³, küçük hayvanlar⁴ ve insan omurga üniteleri⁵ ile sınırlıydı. Mevcut protokol, tüm proksimal insan femurunun mikroyapısının yük altında ve bir kırıktan sonra yer değiştirmesini ölçebilir.

İnsan uyluk kemiğinin başarısızlığını araştırmak için çeşitli çalışmalar yapılmıştır ve bunlar zaman zaman zıt sonuçlara ulaşmıştır. Örneğin, kortikal ve trabeküler yapıların yaşa bağlı incelmesinin, kemiğin elastik instabilitesine neden olarak yaşa bağlı kırılmaya yatkınlığı belirlediği düşünülmektedir^6,7, bu da elastik instabilite olmadığı varsayılarak kortikal gerilme ve femoral kuvvet tahminlerinin yüksek katsayısı ile bariz bir tezat oluşturmaktadır (R² = 0.80-0.97)^8,9. Bununla birlikte, bu tür çalışmalar femur kuvvetini sistematik olarak hafife almıştır (%21-29 oranında), bu nedenle modellerde uygulanan kırılgan ve yarı kırılgan kemik tepkilerini sorgulamaktadır ^8,10. Görünüşte zıt olan bu bulgular için olası bir açıklama, izole kemik çekirdeklerine kıyasla tüm kemiklerin farklı bir kırılma davranışında bulunabilir. Bu nedenle, tüm proksimal femurlarda kemik mikroyapısının deformasyon ve kırık yanıtlarını gözlemlemek, kalça kırığı mekaniği ve ilgili uygulamalar hakkında bilgi sahibi olmayı ilerletebilir.

Tüm insan kemiklerini mikrometrik çözünürlükte görüntülemek için mevcut yöntemler sınırlıdır. Portal ve dedektör boyutu, insan proksimal uyluk kemiğini barındırmak için uygun bir çalışma hacmi (yaklaşık 13 cm x 10 cm, genişlik x uzunluk) ve ilgili mikro mimari özelliklerin yakalanabilmesini sağlamak için muhtemelen 0,02-0,03 mm mertebesinde bir piksel boyutu sağlamalıdır¹¹. Bu spesifikasyonlar şu anda bazı senkrotron tesisleri¹ ve ticari olarak temin edilebilen bazı büyük hacimli mikro-BT tarayıcıları^12,13 tarafından karşılanabilir. Sıkıştırma aşaması, insan uyluk kemiğinde bir kırılmaya neden olmak için yeterli bir kuvvet üretirken X-ışını zayıflamasını en aza indirmek için radyo-şeffaf olmalıdır (örneğin, yaşlı beyaz kadınlar için 0,9 kN ile 14,3 kN arasında)¹⁴. Bu büyük kırılma yükü değişimi, kırılmaya yönelik yük adımlarının sayısının, genel deney süresinin ve üretilen karşılık gelen veri miktarının planlanmasını zorlaştırır. Bu sorunu çözmek için, kırık yükü ve yeri, klinik bilgisayarlı tomografi (BT) görüntülerinden alınan numunenin kemik yoğunluğu dağılımı kullanılarak sonlu elemanlar modellemesi yoluyla tahmin edilebilir ^1,2. Son olarak, deneyden sonra, tüm insan uyluk kemiğindeki başarısızlık mekanizmalarını ve enerji yayma kapasitesini incelemek için üretilen büyük miktarda verinin işlenmesi gerekir.

Burada, femur boynunun klinik olarak anlamlı kırıklarına neden olan, giderek artan deformasyon altında tüm proksimal femurun üç boyutlu mikroyapısal görüntülerinin bir dizisini elde etmek için bir protokol açıklıyoruz². Protokol, numune sıkıştırmanın kademeli olarak artırılmasının planlanmasını, özel bir radyo-şeffaf sıkıştırma aşaması aracılığıyla yüklenmeyi, büyük hacimli bir mikro-CT tarayıcı aracılığıyla görüntülemeyi ve görüntülerin ve yük profillerinin işlenmesini içerir.

Protokol

Protokol, bir vücut bağış programından alınan 12 femur örneği ile geliştirildi ve test edildi. Örnekler taze olarak elde edildi ve Flinders Üniversitesi Biyomekanik ve İmplant Laboratuvarı'nda (Tonsley, Güney Avustralya, Avustralya) -20 °C'de saklandı. Deney boyunca kemik nemi korundu. Bağışçılar Kafkasyalı kadınlardı (66-80 yaş). Flinders Üniversitesi Sosyal ve Davranışsal Araştırma Etik Kurulu'ndan (SBREC) etik izni alınmıştır (Proje # 6380).

1. Numuneye özel bir yük adımı artışının planlanması

1. Femur örneğini, bir dilim kalınlığını ve yaklaşık 0,5-0,7 mm'lik bir düzlem içi piksel boyutunu hedefleyen bir klinik BT tarayıcı kullanarak tarayın. Bu adım, kemik görselleştirme için önceden kaydedilmiş standart görüntüleme protokolleri kullanılarak herhangi bir kamu görüntüleme tesisinde uzman bir radyograf tarafından tamamlanabilir.
2. Numune ile birlikte, bilinen beş dipotasyum hidrojen fosfat konsantrasyonuna sahip bir CT dansitometri kalibrasyon fantomunu tarayın (_K2HPO4, eşdeğer yoğunluk aralığı yaklaşık 59 mg∙cm−3 ile 375 mg∙cm⁻³ arasında).
3. Klinik BT görüntülerinden¹⁵ kemik geometrisini segmentlere ayırın, kemiğin segmentli geometrisini birbirine bağlayın ve Schileo ve ^ark.8 tarafından bildirilen yoğunluk-elastik modül ilişkisini kullanarak izotropik malzeme özelliklerini eleman eleman kalibre edilmiş kemik yoğunluğu değerlerine eşleyin. Sonlu elemanlar yazılımında daha fazla analiz için ağı kaydedin. Segmentasyon ve sonlu elemanlar yazılımıyla birlikte verilen ilgili yönergeleri izleyerek her adımı tamamlayın.
4. Ağı sonlu elemanlar yazılımına aktarın. Modelin 3-6 mm distal ucunu tamamen kısıtlayın. Koronal düzlemde femur şaft ekseninden 1,000° eklenen ve femur başının merkezinden geçen 8 N'luk bir nominal kuvvet uygulayın. Bu yükleme koşulu, statik tek bacaklı duruş görevini (orthoload.com) taklit eder.
5. Yerleşik PCG çözücüyü kullanarak sonlu elemanlar modelini çözün (yakınsama toleransı: 1 x 10⁻⁷).
   NOT: Burada sonlu elemanlar yazılımı ANSYS kullanılmıştır.
   1. Aşağıdaki komutları yürüterek element merkezinde birinci ve üçüncü ana gerinim bileşenlerini içeren bir eleman tablosu oluşturun:
      /POST1
      ETABLE,, EPTO1,1
      ETABLE,, EPTO3,3
   2. Aşağıdaki komutları yürüterek modeldeki birinci ve üçüncü ana gerinim bileşenleri ile gerilim (%0,73 gerinim) ve sıkıştırmada (%1,04 gerinim)⁸ (Şekil 1) kemik verim gerinim arasındaki gerinim oranını hesaplayın:
      SMULT, RFT, EPTO1, , 1 / 0.0074,1,
      SMULT, RFT, EPTO3, ,1/0.0104,1,
6. Nominal kuvveti hem gerilim hem de sıkıştırmadaki tepe gerinim oranına göre ölçeklendirin ve kırılma yükünün bir tahminini elde etmek için ikisinin en büyüğünü atın. Yük artışını, hesaplanan kırılma yükünün 1/4'ü olarak belirleyin¹.

Şekil 1: Kırılma yükünün hesaplanması. Sonlu elemanlar gerinim haritası, nominal kuvveti kırılma yüküne dönüştürmek için kullanılan denklemler (solda) ve uyluk kemiğini (sağ orta), distal alüminyum (sağ üst) kabı ve polietilen basınç soketini (sağ alt) gösteren yükleme şeması. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

2. Femur numune düzeneğinin hazırlanması (Şekil 2)

1. Numuneyi dondurucudan çıkarın (−20 °C).
2. Kemik nemini korumak için numuneyi fizyolojik bir çözeltiye batırılmış emici malzemeye sarılmış su geçirmez bir plastik torbada tutarken 24 saat oda sıcaklığında (RT) çözdürün.
3. Femoral diyafizi proksimal femur başından 180 mm'de kesin.
4. İçbükey şekilli polietilen basınç soketini (Şekil 2D) ve femur başını hizalayarak femur başını hizalama donanımının dikey ekseni üzerinde ortalayın.
5. Femur boynunu ve diyafiz eksenini içeren düzlemi frontal düzlemle hizalayın (Şekil 2).
6. Dikey eksen, statik tek bacak duruşu sırasında kalça reaksiyon kuvvetinin yönünü temsil edecek şekilde diyafiz eksenini 8° addüksiyona döndürün (Şekil 2).
7. Üreticinin talimatlarını izleyerek diş çimentosunu hazırlayın.
8. Numunenin distal ucunu 55 mm derinliğinde alüminyum bir saksı kabına koyun ve alüminyum kabı diş çimentosu ile doldurun. Çimentonun sertleşmesini tamamlaması için en az 30 dakika bekleyin.
9. Numune düzeneğini −20 °C'de saklayın.

Şekil 2: Hizalama donanımı. (A) çerçeveyi, (B) alüminyum saksı kabını, (C) sentetik bir uyluk kemiği modelini ve (D) küresel şekilli basınç soketini gösteren hizalama donanımının önden (solda) ve yanda (sağda) fotoğrafı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

3. Sıkıştırma aşaması montajı

NOT: Sıkıştırma aşamasının dış boyutları, numune hariç 245 mm çap, 576 mm yükseklik ve 14 kg ağırlıktır. Sıkıştırma aşaması iki ana bölümden oluşur: sıkıştırma odası ve aktüatör, aşağıdaki gibi monte edilir:

1. Sıkıştırma odası
   1. Polietilen basınç soketini (104 mm çap, 60 mm yükseklik), bir ucunda (altta) kaynaklı bir alüminyum levha ile kapatılan alüminyum silindirin (203 mm çap, 3 mm et kalınlığı) altına monte edin.
2. Aktüatör
   1. Disk, üç çubuk, üçgen plaka ve dikey rayı kullanarak üst yapıyı birleştirin (Şekil 3).
   2. Vidalı kriko mekanizmasını (strok: 150 mm, maksimum yük: 10.000 N, dişli oranı: 27:1, devir başına deplasman: 0,148 mm) üçgen plakaya monte edin.
   3. Açısal adaptörü lineer raya monte edin.
   4. Düşük sürtünmeli xy tablasını açısal adaptöre monte edin.
   5. Altı serbestlik dereceli yük hücresini (maksimum ölçüm hatası: %0,005; maksimum kuvvet: 10.000 N; maksimum tork: 500 Nm) yük hücresinin x-z düzlemini üst yapının ön düzlemiyle hizalayarak düşük sürtünmeli tablaya monte edin.
   6. Aktüatör vidasını açısal adaptöre bağlayın.

Şekil 3: Özel yapım radyosaydam sıkıştırma aşaması düzeneği. Sıkıştırma aşamasının bir fotoğrafı (solda) ve bir modeli (sağda). (A) Altta kapalı 3 mm kalınlığında bir alüminyum silindir olan sıkıştırma odası; (B) üst yapıya sahip aktüatör tertibatı; (C) vidalı kriko mekanizması; (D) düşük sürtünmeli xy tablosu; ve (E) altı eksenli yük hücresi modelde görüntülenir ve gösterilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

4. Denemeyi ayarlama

1. Kemik nemini korumak için fizyolojik bir çözeltiye batırılmış emici malzemeye sarılmış su geçirmez bir plastik torbada tutarken numuneyi 24 saat RT'de çözün.
2. Alüminyum kap numune düzeneğini, numune düzeneğinin ön düzlemini aktüatörünkiyle hizalayarak yük hücresine monte edin.
3. Numune de dahil olmak üzere üst yapıyı sıkıştırma odasına monte edin. Femur başını polietilen basınç soketindeki küresel içbükeylik ile hizalamaya dikkat edin. Femur başının yerine oturduğundan, ancak basınç soketinin küresel boşluğu içinde gevşek olduğundan emin olun.
4. Sıkıştırma aşamasını Görüntüleme ve Tıbbi Işın Hattı'ndaki (IMBL) mikro-CT tarayıcının dönüş aşamasına yerleştirin.
5. Yük hücresini (hata < %0,005; maksimum kuvvet: 10.000 N; maksimum tork: 500 Nm) gerilim yükselticiye bağlayın.
6. Gerinim yükselticiyi USB üzerinden , yük hücresiyle birlikte verilen uygulama yazılımıyla donatılmış bir dizüstü bilgisayara bağlayın.
7. Dizüstü bilgisayardaki yük hücresi tarafından ölçülen reaksiyon kuvvetini izlerken, numuneyi basınç soketine doğru aşağı doğru hareket ettirerek sıkıştırma aşamasında vida mekanizmasını çalıştırın. 100 N'ye eşit bir sıkıştırma kuvveti elde edildiğinde vida mekanizmasını durdurun. Numuneyi 50 N ön yüke boşaltın.
8. Tek pco.edge sensörlü merceğe bağlı sintilatör "Ruby"yi (http://archive.synchrotron.org.au/31-australian-synchrotron/imbl/811-preparation-for-imaging-experiments) seçin.
9. Görüş alanını 76,31 mm x 64,39 mm olarak ayarlayın, bu da 2.560 piksel x 2.160 piksel dizi boyutu için 29,81 μm piksel boyutu sağlar.
10. Görüş alanını 29,81 μm piksel boyutunda 145,71 mm x 64,39 mm'ye genişletmek için dönen tablanın eksenini görüş alanı ekseninden 8 mm'ye (yatay olarak) ayarlayın (ofset tarama modu).
11. Tarama parametrelerini 60 keV'lik bir ışın enerjisine, 0,1°'lik bir dönüş artışına, iki parti 180° dönüşe (ofset tarama), 50 μs'lik bir pozlama süresine ve dönme konumu başına iki kare ortalamasına ayarlayın.
12. Taramayı her biri 26 mm dikey kaydırma ile art arda beş dikey yığılmış tarama elde edecek şekilde ayarlayın, böylece taranan birimin toplam yüksekliği toplam 30 dakikalık tarama süresi için 132,2 mm olur.

5. Eşzamanlı mikroyapısal görüntüleme ile mekanik test

1. Mikro-CT (piksel boyutu: 0,03 mm) görüntülemeyi referans koşulunda iki kez gerçekleştirin (sıfır gerinim koşulu olarak alınır).
2. Vidalı kriko mekanizmasını tur başına yaklaşık 1 s (0.1-0.2 mm/s) sabit bir hızda manuel olarak çalıştırarak kuvvet artışını uygulayın.
3. Mikro-CT görüntüleme yapın.
4. Reaksiyon kuvvetinde ani bir düşüşle gösterildiği gibi, numunenin kırılmasına neden olana kadar adım 5.2 ve adım 5.3'ü tekrarlayın.
5. Kırık numunenin mikro-BT görüntülemesini gerçekleştirin.
6. 1.800 projeksiyon görüntüsünü (2.560 piksel x 896 piksel boyutunda, 76,8 mm x 26,88 mm, genişlik x yükseklik, 32 bit kayan nokta görüntüleri) birleştirin. İşlem, iki projeksiyon görüntüsünü (yatay ofset tarama modunda çekilmiş) ve dikey olarak kaydırılmış beş görüntüyü birleştirir, böylece tek bir projeksiyon görüntüsü üretir.
   1. Kesit görüntülerinin hacmini yeniden oluşturun (4.407 görüntü, her görüntü 4.888 x 4.888 piksel boyutunda) ve bunları 32 bit, kayan nokta dosyaları olarak kaydedin. TIFF formatı (392 GB disk alanı kaplar).
   2. Gürültüyü azaltmak için 3 x 3 Gauss filtresi uygulayın. Görüntüleri 8 bit'e dönüştürün (256 gri düzeyli görüntü, bitmap biçiminde kaydedilir ve birim başına yaklaşık 100 GB yer kaplar).
      NOT: Bu çalışmada, görüntülerin işlenmesi, IMBL operatörünün rehberliğinde Avustralya Synchrotron'da bulunan yazılım kullanılarak gerçekleştirilmiştir.

6. Yer değiştirme ve gerinim alanının hesaplanması

1. Hesaplama süresini azaltmak için kesit görüntülerini dört (120 μm/piksel) alt örnekleyin.
2. Yük altındaki numunenin görüntülerini, yüksüz referans durumundaki numunenin görüntülerine uzayda sağlam bir şekilde birlikte kaydedin. Ortak kaydın hedefi olarak distal diyafizi kullanın (Ek Dosya 1 ve Ek Dosya 2).
3. Yüzey üç boyutlu modeller oluşturun (. STL dosyaları) mikro-CT görüntülerini ikilileştirdikten sonra görselleştirme için¹¹.
4. Izgaranın düğümlerindeki yer değiştirmeleri belirlemek için 50 piksele eşit bir ızgara boyutu (SDER = %0,076 gerinim hatası, BoneDVC, https://bonedvc.insigneo.org/dvc/) kullanarak görüntü hacmini referans hacmine elastik olarak kaydedin.
5. Izgarayı sonlu eleman modeline dönüştürün. BoneDVC tarafından hesaplanan düğüm yer değiştirmesini modele uygulayın. Tüm kemik hacmi üzerindeki gerilme tensörünü belirlemek için modeli çözün.
6. Tam çözünürlüklü görüntüleri kullanarak en yüksek gerinim seviyelerini gösteren bölgedeki analizi tekrarlayın.
7. DVC gerinim haritalarını, interp3 işlevi (Matlab)² ile kübik enterpolasyon kullanarak tam çözünürlüklü görüntülerle eşleyin.
8. Büyük hacimli görselleştirme ve animasyon (Matlab) için yer değiştirmeleri, gerinimleri ve mikroyapısal görüntüleri ^{görselleştirin2}.

7. Analiz

1. Yüksüz koşullarda ve kırık sonrası elde edilen görüntüleri üst üste bindirerek kemikteki kalıcı deformasyonu (hasarı) görüntüleyin².
2. Yüküz koşullarda, artan yük seviyelerinde ve kırılma sonrası üç boyutlu modelleri üst üste bindirerek kemiğin ilerleyici mikroyapısal deformasyonunu görüntüleyin².
3. Kırık yerindeki kemiğin gerginliğini görüntüleyin².
4. Tanımlayıcı istatistik ve regresyon yöntemlerini kullanarak deformasyon enerjisini, rijitliği ve yer değiştirmeyi analiz edin².

Sonuçlar

Görüntüler tüm proksimal femuru, basınç soketini, diş çimentosunu, alüminyum kabı ve sarma dokusunu gösterir. Kırık öncesi ve kırık sonrası yük arttıkça kemik mikro mimarisinin giderek deforme olduğu görülebilir (Şekil 4).

Şekil 4: Dizüstü bilgisayara bağlı sıkıştırma<...

Tartışmalar

Mevcut protokol, kalça kırıklarının zaman geçen mikromekaniğinin ex vivo olarak üç boyutlu olarak incelenmesine izin vermektedir. İnsan uyluk kemiğinin proksimal yarısına ilerleyici bir deformasyon uygulayabilen ve reaksiyon kuvvetini ölçebilen bir radyosaydam (alüminyum) sıkıştırma aşaması özel olarak tasarlanmış, üretilmiş ve test edilmiştir. Bu protokolde, mikrometrik çözünürlükte progresif yükleme ile tüm proksimal femuru görüntüleyen geçici bir görüntü hacimleri diz...

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
Absorbent tissue	N/A		Maintain the bone moisture throughout the experiment
Alignment rig	Custom-made		Rig for positioning the specimen in the potting cup
Aluminium potting cup	Custom-made		Potting cup
Bone saw	N/A		Cut the specimen to size
Calibration phantom QCT Pro	Mindways Software, Inc., Austin, USA	CT Calibration 13002	Calibrate grey levels in the images into equivalent bone mineral (ash) density levels
Clinical Computed-Tmography scanner	General Electric Medical Systems Co., Wisconsin, USA	Optima CT660	Preliminary imaging for the prediction of the load step to fracture
Compressive stage	Custom-made		A 10 kg, radiotransparent compressive stage for applying and maintaining throught imaging a prescribed deformation to the specimen.
Dental cement	Soesterberg, The Netherlands	Vertex RS
Femur specimen	Science Care, Phoenix, USA
Finite-element analysis software	ANSYS Inc., Canonsburg, USA	ANSYS Mechanical APDL	Finite-element software package
Freezer	N/A		Store specimens at -20 °C
Hard Drive	Dell		Disk space: 500 GB per volume
Image bnarization and segmentation software	Skyscan-Bruker, Kontich, Belgium	CT analyzer	Image processing software
Image elastic segmentation	The University of Sheffield	Bone DVC	https://bonedvc.insigneo.org/dvc/
Image processing and automation software	The MathWork Inc.	Matlab	Image processing software
Image registration software	Skyscan-Bruker, Kontich, Belgium	DataViewer	Image processing software
Image segmentation and FE modelling software	Simpleware, Exeter, UK	Scan IP	Bone egmentation software
Image stiching script	Australian syncrotron, Clayton, VIC, AU		The script is available at IMBL
Image visualization	Kitware, Clifton Park, NY, USA	Paraview	Image visualization
Image visualization	Australian National University	Dristhi	Image visualization: doi:10.1117/12.935640
Imaging and Medical beamline	Australian syncrotron, Clayton, VIC, AU		Large object micro-CT beamline at the Australian Synchrotron
Laptop	Dell Inc., USA
Low-friction x-y table	THK Co., Tokyo, Japan
NI signal acquisition software	National Instruments, Austin, TX	NI-DAQmx
Phosphate-buffered saline solution	Custom-made		Maintain the bone moisture throughout the experiment
Plastic bag	N/A		Maintain the bone moisture throughout the experiment
Rail	SKF Inc., Lansdale, PA, USA
Screw-jack mechanism	Benzlers, Örebro, Sweden	Serie BD (warm gear unit)	stroke: 150 mm, maximal load: 10,000 N, gear ratio: 27:1, a displacement per revolution: 0.148 mm
Single pco.edge sensor, lens coupled scintillator	Australian syncrotron, Clayton, VIC, AU		Detector Ruby FOV: 141 x 119 mm; 2560 x 2160 px; 55 µm/px; 50 fps
Six axis load cell	ME-Meßsysteme GmbH, Hennigsdorf, GE	K6D6	Maximal measurement error: 0.005%; maximal force: 10000 N; maximal torque: 500 Nm
Strain amplifier	ME-Meßsysteme GmbH, Hennigsdorf, GE	GSV-1A8USB K6D/M16