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Erschienen in: Surgical and Radiologic Anatomy 7/2020

07.04.2020 | Original Article

Modeling the effect of brain growth on cranial bones using finite-element analysis and geometric morphometrics

verfasst von: Jimena Barbeito-Andrés, Noelia Bonfili, Jordi Marcé Nogué, Valeria Bernal, Paula N. Gonzalez

Erschienen in: Surgical and Radiologic Anatomy | Ausgabe 7/2020

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Abstract

Purpose

Brain expansion during ontogeny has been identified as a key factor for explaining the growth pattern of neurocranial bones. However, the dynamics of this relation are only partially understood and a detailed characterization of integrated morphological changes of the brain and the neurocranium along ontogeny is still lacking. The aim of this study was to model the effect of brain growth on cranial bones by means of finite-element analysis (FEA) and geometric morphometric techniques.

Methods

First, we described the postnatal changes in brain size and shape by digitizing coordinates of 3D semilandmarks on cranial endocasts, as a proxy of brain, segmented from CT-scans of an ontogenetic sample. Then, two scenarios of brain growth were simulated: one in which brain volume increases with the same magnitude in all directions, and other that includes the information on the relative expansion of brain regions obtained from morphometric analysis.

Results

Results indicate that in the first model, in which a uniform pressure is applied, the largest displacements were localized in the sutures, especially in the anterior and posterior fontanels, as well as the metopic suture. When information of brain relative growth was introduced into the model, displacements were also concentrated in the lambda region although the values along both sides of the neurocranium (parietal and temporal bones) were larger than under the first scenario.

Conclusion

In sum, we propose a realistic approach to the use of FEA based on morphometric data that offered different results to more simplified models.
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Literatur
5.
Zurück zum Zitat Bruner E (2018) The brain, the braincase, and the morphospace. In: Bruner E (ed) Digital endocasts. Springer Japan, Tokyo, pp 93–114CrossRef Bruner E (2018) The brain, the braincase, and the morphospace. In: Bruner E (ed) Digital endocasts. Springer Japan, Tokyo, pp 93–114CrossRef
6.
Zurück zum Zitat Buikstra JA, Ubelaker DH (1994) Standards for data collection of human remains. Arkansas Archeological Survey, Fayetteville Buikstra JA, Ubelaker DH (1994) Standards for data collection of human remains. Arkansas Archeological Survey, Fayetteville
13.
Zurück zum Zitat Lieberman DE (2011) The evolution of human head. Harvard University Press, MassachusettsCrossRef Lieberman DE (2011) The evolution of human head. Harvard University Press, MassachusettsCrossRef
16.
Zurück zum Zitat Marcé-Nogué J, Fortuni Terricabras J, Gil Espert L, Sánchez Romero M (2015) Improving mesh generation in finite element analysis for functional morphology approaches. Spanish J Palaeontol 30:117–132CrossRef Marcé-Nogué J, Fortuni Terricabras J, Gil Espert L, Sánchez Romero M (2015) Improving mesh generation in finite element analysis for functional morphology approaches. Spanish J Palaeontol 30:117–132CrossRef
25.
Zurück zum Zitat Schlager S (2017) Morpho and Rvcg—shape analysis in R. In: Zheng G (ed) Statistical shape and deformation analysis. Academic Press, San Diego, pp 217–256CrossRef Schlager S (2017) Morpho and Rvcg—shape analysis in R. In: Zheng G (ed) Statistical shape and deformation analysis. Academic Press, San Diego, pp 217–256CrossRef
27.
Zurück zum Zitat Virchow R (1851) Uber den Cretinismus, namentlich in franken und ueber pathologische schadelformen. Ver Physikalisch Med Ges Wurzburg 2:230 Virchow R (1851) Uber den Cretinismus, namentlich in franken und ueber pathologische schadelformen. Ver Physikalisch Med Ges Wurzburg 2:230
Metadaten
Titel
Modeling the effect of brain growth on cranial bones using finite-element analysis and geometric morphometrics
verfasst von
Jimena Barbeito-Andrés
Noelia Bonfili
Jordi Marcé Nogué
Valeria Bernal
Paula N. Gonzalez
Publikationsdatum
07.04.2020
Verlag
Springer Paris
Erschienen in
Surgical and Radiologic Anatomy / Ausgabe 7/2020
Print ISSN: 0930-1038
Elektronische ISSN: 1279-8517
DOI
https://doi.org/10.1007/s00276-020-02466-y

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