I n d on e s ian   Jou r n al   o f   E lec t r ica l   E n gin e e r in a n d   Com p u t e r   S c ience   Vo l .   3 9 ,   N o .   1 Ju ly   2025 ,   pp.   89 ~ 1 00   I S S N:  2502 - 4752,   DO I 10 . 11591/i j e e c s . v 3 9 .i 1 . pp 89 - 1 00             89     Jou r n al  h o m e page ht tp: // ij e e c s . iaes c or e . c om   P r e d ic t iv e   m o d e ll in g of  ost e op or osi s an d  e f f e c t   of  B M I on  t h e   r is k  of  f r ac t u r e  i n   f e m u r  b on e   u si n g C OM S OL   M u lti p h y si c s   a c om p u t at io n al   m od e ll in g a p p r oac h       Al e e n K am al 1 ,   M in ah il   K am al 1 ,   M as h al   F at im a 1 S ye d   M u d d u s ir   Hu s s ain 1 ,   Jaww ad   S am Ur   Rahm an 1 ,   S a t h is h   K u m ar   S e lvap e r u m a l 2   1 D e pa r tm e nt   of  B i ome di c a E ng in e e r in g, R ip ha h I nt e r na ti o na U ni ve r s it y , I s la ma ba d, P a ki s ta n   2 F a c ul t y   of  E ngi n e e r in g A s ia  P a c i f i c  U ni v e r s it y   of   T e c hn o l o g a nd I nnov a ti o n,  K ua la   L umpur , M a la y s ia       Ar t ic l e   I n f o     AB S T RA CT   A r ti c le  h is tor y :   R e c e i ve M a y   7 2024   R e vi s e No v   30 2024   A c c e pt e F e b   27 2025       T h i s   s t u d y   e x p l o r e s   t h e   i n t ri c at e   r el at i o n s h i p   b e t w ee n   o s t eo p o ro s i s ,   b o d y   m as s   i n d e x   (BM I ),   an d   t h ri s k   o f   f em u r   fra c t u r e s   u s i n g   c o m p u t at i o n al   mo d e l i n g .   O s t e o p o ro s i s   i s   a   s i l en t   me t ab o l i d i s o r d e r   t h at   d e p l e t e s   b o n d en s i t y   a n d   s t ru c t u r e,   s i g n i fi c a n t l y   i n c re as i n g   t h ri s k   o fra c t u r e s ,   p art i c u l ar l y   i n   w ei g h t - b e ar i n g   b o n e s   s u c h   as   t h e   f emu r.   T o   an a l y z e   t h i m p ac t   o f   mec h a n i c a l   s t re s s   o n   o s t eo p o ro t i c   b o n e s ,   CO MSO L   Mu l t i p h y s i c s   w as   u t i l i z e d   t o   s i mu l at e   s t re s s   d i s t ri b u t i o n   i n   f emu r   u n d e v ar y i n g   BM c o n d i t i o n s ,   p ro v i d i n g   v al u ab l i n s i g h t s   i n t o   h o w   BM I   i n fl u e n ce s   b o n h e a l t h   an d   fra c t u r e   r i s k .   A   t h r ee - d i men s i o n al   ( 3D )   f em u mo d el   w as   d e s i g n ed   u s i n g   c o m p u t e r - ai d e d   d e s i g n   ( C A D )   s o ft w ar e ,   w i t h   s p e ci fi m at e ri a l   p ro p e rt i e s   as s i g n ed   fo b o t h   h e al t h y   a n d   o s t e o p o r o t i c   b o n e s .   Fi n i t e   e l emen t   an al y s i s   w as   co n d u c t e d   b y   ap p l y i n g   d i ff e r e n t   l o ad   c o n d i t i o n s ,   re p r e s en t i n g   b o d y   w ei g h t ,   o n   t h f em u r   h e a d .   T h r e s u l t s   h i g h l i g h t e d   s t re s s   d i s t ri b u t i o n   a n d   d e f o r m at i o n   p at t e rn s ,   i d e n t i f y i n g   r e g i o n s   m o s t   p ro n t o   fra c t u r e .   T h fi n d i n g s   d em o n s t rat e   t h at   w h i l e   h i g h e BM I   t y p i cal l y   co rr e l at e s   w i t h   i n c r e as ed   b o n e   d e n s i t y ,   i t   al s o   l e ad s   t o   g r e at e d e f o r mat i o n   i n   o s t e o p o ro t i b o n e s   u n d e s t re s s ,   em p h as i z i n g   t h e   c o m p l e x   i n t e rp l a y   b e t w ee n   BM I   a n d   b o n s t re n g t h .   T h e s e   i n s i g h t s   u n d e rs co r e   BM I ’s   c ri t i c a l   ro l e   i n   fra c t u r e   ri s k   m an a g eme n t .   Fu t u r r e s e ar c h   s h o u l d   i n co rp o rat ad v a n ce d   fra c t u r mec h a n i c s   m o d e l s   an d   c l i n i c al   d at t o   e n h an ce   p r e d i c t i v e   a cc u ra cy   an d   d ev e l o p   t arg e t ed   s t rat e g i e s   f o fra c t u r e   p rev e n t i o n   i n   o s t e o p o r o t i c   p at i e n t s .   K e y w o r d s :   B o dy   m a s s   i n de x   B o n e   h e a l t h   C OM S OL   M u l t i p hy s i c s   F r a c t ur e   r i s k   Os t e o p or o s i s   Th i s   i s   a n   o p en   a c ces s   a r t i c l u n d e r   t h CC  B Y - SA   l i cen s e.     C or r e s pon din A u th or :   S a t hi s h   K u m a r   S e l v a pe r u m a l   F a c u l t y   o f   E n g i ne e r i ng As i a   P a c i f i c   U ni ve r s i t y   o f   T e c hn o l o g y   a n I nn o v a t i o n   57000,   K ua l a   L u m pur ,   M a l a y s i a   E m a i l s a t hi s h@a pu. e du. m y       1.   I NT RODU C T I ON   R o ughl y   15%   o f   t h e   a du l t   h u m a n   b o d y   we i g h t   c o m pr i s e s   b o n e ,   a   t hi c k,   s t i f f   c o nn e c t i ve   s t r uc t ur e   m a de   o f   c e l l s ,   c o l l a ge n   f i be r s ,   a n m i ne r a l s ,   pr im a r i ly   c a l c i u m   a n ph o s pha t e   [ 1] ,   [ 2] .   T h e   20 b o n e s   c o m pr i s i ng  t h e   a xi a l   a n a ppe n d i c u l a r   s ke l e t o n s   c o m pr i s e   t h e   h u m a n   b o d y   [ 3] ,   [ 4 ] .   T h e   p r o duc t i o n   o f   bl o o c e l l s   by   b o ne   m a r r o w,   s uppor t   a n pr ot e c t i o n   of   vi t a l   o r ga ns ,   a n m o bil i t y   a r e   j u s t   a   f e o f   th e   m a n y   im po r t a n t   r o l e s   t h a t   b o n e s   pe r f o r m   [ 5] ,   [ 6] .   Of   a l l   t h e s e   vi t a l   r o l e s ,   f o r m i ng  t h e   h u m a n   b o d y ' s   s t r uc t u r a l   s ke l e t o n   i s   t h e   m o s t   s i g ni f i c a n t .     B o n e   d i s e a s e s   e n c o m pa s s   a   s pe c t r um   o f   pr o b l e m s   t h a t   m a y   im pa c t   t h e   s t r e n gt h ,   s tr uc t u r a l   s o un dne s s ,   a n ge n e r a l   s t a t e   o f   t h e   b o n e .   Num e r o us   v a r i a bl e s ,   s uc h   a s   a ge ,   ge n de r ,   h or m o n a l   im b a l a n c e ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2502 - 4752   I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i Vo l .   3 9 ,   N o .   1 ,   Ju ly   20 25 :   89 - 1 00   90   d i e t a r y   i na de qua c i e s ,   c h a n g e s   i n   li f e s t y l e ,   ge n e t i c   a n o m a li e s ,   c a n   c a u s e   t h e s e   i ll ne s s e s   [ 7] .   B o n e   c a n c e r ,   r h e u m a t o i a r t h r i t i s ,   o s t e o p or o s i s ,   a n o s t e o a r t h r i t i s   a r e   a   f e o f   t h e   m o s t   f r e que n t   b o n e   i l l ne s s e s   [ 8] ,   [ 9 ] .   P a i n ,   f r a c t ur e s ,   de f o r m i t i e s ,   a n a   h o s o f   ot h e r   i s s ue s   c a n   r e s u l t   f r o m   t h e s e   d i s o r de r s   a n c o m pr o m i s e   o n e ' s   qua l i t y   o f   l if e .   E a r l y   d i a g n o s i s   o f   b o n e   pr o bl e m s   c a n   b e   gr e a t l y   a i de by   d i a g n o s t i c   m e t h o ds   s uc h   a s   b o n e   de ns i t y   e v a l ua t i o n ,   m e d i c a l   im a g i ng ,   a n bl o o t e s t i n g   [ 10] ,   [ 11] .   On e   o f   t h e   m o s t   pr e v a l e n t   m e t a b o l i c   b o n e   d i s e a s e s ,   o s t e o p or o s i s   c a u s e s   b o ne   t i s s ue   t o   de t e r i o r a t e   a n l o s e   m a s s   [ 12] ,   [ 13] .   T hi s   r a i s e s   t h e   po s s i bil i t o f   f r a c t ur e s   by   m a k i ng  t h e   b o n e   b r i t t l e .   S i nc e   o s t e o p o r o s i s   do e s   n ot   m a nif e s t   a ny   s i g n s   u n t i l   t h e   b o n e   f r a c t ur e s   o r   c r a c ks ,   i t   i s   k n o wn   a s   a   s il e n t   i ll ne s s   [ 14] .   Ac c o r di n g   to   r e s e a r c h ,   200  m il li o n   pe o p l e   g l o b a ll y   m a y   b e   a f f e c t e by   o s t e o p o r o s i s .   H i f r a c t ur e s   a r e   pr e d i c t e to   a f f e c h a lf   o f   As i a 's   po pul a t i o n   by   2050,   whi c h   i s   c a us i n gr o wi n wo r r y   i n   t h e   r e g i o n   [ 15] .   Os t e o p or o s i s   h a s   s e v e r a l   r e a s o n s ,   o n e   o f   w hi c h   i s   a g i n g.   A s   pe o p l e   a ge ,   t h e i r   n a t ur a l   b o n e   de ns i t y   gr a dua l ly   de c l i ne s ,   whi c h   c a us e s   t h e i r   b o n e s   to  b e c o m e   f r a g il e   [ 16] ,   [ 17 ] .   F ur t h e r m o r e ,   b e c a us e   m e n o pa us e   s pe e ds   up  b o n e   l o s s ,   wo m e n   a r e   m o r e   l i ke ly   t h a n   m a l e s   to   a c qui r e   o s t e o p o r o s i s   [ 18] ,   [ 19] .   I n   a dd i t i o n ,   a   pe r s o n 's   f a mi ly   hi s t o r y   a n l if e s t y l e   de c i s i o ns   m a y   i nc r e a s e   t h e i r   c h a nc e   o f   ge tt i n o s t e o p o r o s i s .   Os t e o p or o s i s   c a n   a l s o   r e s ul t   f r o m   e x c e s s i ve   a l c o ho l   us e ,   s m o k i n g,   a n n ut r i t i o na l   de f i c i t s   t h a t   c o m pr o m i s e   b o n e   he a l t h   [ 20 ] [ 22 ] .   Am o n t h o s e   o v e r   f i f t y ,   o n e   i n   t h r e e   wo m e n   a n o n e   i n   f i ve   m e n   s u f f e r   f r o m   o s t e o p or o s i s - r e l a t e f r a c t ur e s   [ 23 ] .   T h e   b o n e   b e c o m e s   we a a n po r o us   e n o ugh   to  b r e a w i t h   l i t t l e   s t r a i n   o r   s t r e s s   wh e n   o s t e o p o r o s i s   we a ke ns   a n r e duc e s   t h e   de n s i t y   o f   t h e   b o n e .   T hi s   m a y   pr o vi d e   a   r i s to  t h o s e   wi t o s t e o p or o s i s   [ 24] .   W e i g h t - b e a r i ng  b o n e s   l i ke   t h e   f e m ur   ( t hi g h   b o n e ) ,   a n t i bi a   ( s hi nb o n e ) ,   a r e   s us c e pt i bl e   to  s t r e s s   f r a c t ur e s   [ 25] .   T h e   b o d y   m a s s   i nde x ,   o r   B M I ,   i s   a   po pu l a r   s t a ti s t i c   f o r   de t e r m i n i ng  a   pe r s o n' s   b o d y   we i g h t   i pr o p or t i o n   to  t h e i r   h e i g h t   [ 26] ,   [ 27] .   R e duc e b o n e   de n s i t y   a n s t r uc t ur a l   de ge n e r a t i o n   o f   b o n e   t i s s u e ,   o n   t h e   ot h e r   h a n d,   a r e   c h a r a c t e r i s t i c s   o f   o s t e o p or o s i s   [ 28] .   T h e   r e l a t i o n s hi b e t we e n   o s t e o p o r o s i s   a n B M I ,   a s   we ll   a s   t h e   r i s o f   f r a c t ur e s ,   i s   n ua n c e a n m u l t i f a c e t e d   [ 29] .   T h e   i m pa c t   o f   b o d y   we i g h t   o n   b o n e   de n s i t y   i s   o n e   f a c t o r   i n   t h e   c o nn e c t i o n   b e t we e n   o s t e o p or o s i s   a n d   B M I .   I n   ge n e r a l ,   b o n e   mi ne r a l   d e n s i t y   i s   hi g he r   i t h o s e   wi t h   hi g h e r   B M I s .   I n c r e a s e b o d y   we i g h t   p ut s   m o r e   m e c h a ni c a l   s t r e s s   o n   b o n e s ,   whi c h   c a n   pr o m o t e   b o n e   r e m o de l i ng  a n i nc r e a s e   b o ne   m a s s .   B e c a us e   o f   t hi s ,   t h o s e   wi t h   hi g he r   B M I s   c o ul b e   s o m e w h a t   pr ot e c ted  f r o m   o s t e o p o r o s i s   [ 30] .   T h e   l i nk  i s   n o t ,   h o we v e r ,   e x c l us i ve ly   ba s e o n   tot a l   B M I .   On e   i m po r t a n f a c to r   i s   h o b o d y   f a t   i s   d i s t r i b ut e d.   I n c r e a s e B M I   i s   f r e que n t l y   l i nk e to  e x c e s s   b e ll y   f a t ,   whi c h   m a y   be   de t r i m e n t a l   to  b o n e   h e a l t h   [ 31] .   A n   im ba l a n c e   i n   t h e   m o l e c u l e s   t h a t   a di po s e   ti s s ue   ge n e r a t e s   c a n   a f f e c t   b o n e   m e t a b o l i s m   a n po t e n t i a ll y   l e a t a   r e duc t i o n   i n   b o n e   de ns i t y   [ 32] ,   [ 33] .   T h e   i n t e r a c t i o n   o f   s e ve r a l   v a r i a bl e s   a l s o   a f f e c t s   t h e   a s s o c i a t i o n   b e t we e n   f r a c t ur e   r i s a n B M I .   B e c a us e   o f   t h e i r   gr e a t e r   b o n e   de n s i t y ,   t h o s e   w i t h   hi g h e r   B M I s   m a y   b e   s o m e w h a t   m o r e   r e s i s t a n t   to   f r a c t ur e s ,   b ut   b o n e   t i s s ue   qua li t y   i s   j us t   a s   vi t a l .   I n   c e r t a i n   s i t ua t i o n s ,   pe o pl e   w i t h   hi g he r   B M I s   m a y   s t i ll   b e   a r i s f o r   f r a c tu r e s   i f   t h e r e   i s   a   s tr uc tu r a l   d e f e c i n   t h e i r   b o n e s ,   s uc h   a s   p oor   b o n e   q ua l i t y   or   c e r tai n   m e d i c a l   di s or de r s   [ 34 ] .   T h e   l o n ge s t   a n s t r o n ge s t   b o n e   i n   t h e   h u m a n   b o dy   i s   t h e   f e m ur ,   s o m e t i m e s   r e f e r r e to   a s   t h e   t hi g b o n e .   I t   i s   a   we i g h t - b e a r i n b o ne   t h a t   c o n tr i b ut e s   t o   s h o c a b s o r pt i o n   by   a ll o w i ng  t h e   l e t o   m o v e   f r e e l y   a n d   s hi e l s ur r o un d i n t i s s ue s   a n j o i n t s   f r o m   s e v e r e   i m p a c t .   A dd i t i o n a ll y ,   i t   i s   a   s i g nif i c a n t   l o c a t i o n   f o r   t h e   a tt a c hm e n t   o f   s e ve r a l   vi t a l   m us c l e s   t h a t   s upp o r s t a bl e   l e m o v e m e n t   [ 35] ,   [ 36] .   F i g ur e   de p i c t s   t h e   a n a t o m i c a l   s t r uc t ur e   o f   t h e   f e m ur .           F i gur e   1.   A n a t o m i c a l   s t r uc t ur e   o f   f e m ur   i n   h u m a n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2502 - 4752         P r e dictive   mode ll ing  of  os teopor os is   and  e ff e c o B M I   on  the   r is k   of  f r ac tur e   in  …  ( A lee na  K amal )   91   An   i nc r e a s i ng  n u m be r   o f   o l de r   pe o p l e ,   pa r t i c u l a r l y   t h o s e   w i t h   o s t e o p or o s i s ,   s u f f e r   f r a c t ur e s   i n   t h e   pr o xi m a l   f e m ur ,   whi c h   i s   s i t ua t e c l o s e   t t h e   hi jo i n t .   T h e s e   f r a c t ur e s   f a l l   i n t o   t w o   m a i n   c a t e gor i e s f e m o r a l   n e c f r a c t ur e s ,   whi c h   i nv o l ve   t h e   f e m ur ' s   n e c k,   a n i n t e r t r o c h a n t e r i c   f r a c t ur e s ,   whi c h   h a ppe n   b e t we e n   t h e   gr e a t e r   a n l e s s e r   t r o c h a n t e r s   [ 37] .   S u r gi c a l   i n t e r ve n t i o n   i s   f r e qu e n t l y   n e c e s s a r y   f o r   pr o xi m a l   f e m ur   f r a c t ur e s   to   a c c ur a t e l y   r e a li g n   a n s t a bil i z e   t h e   f r a g m e nt e b o n e   p i e c e s ,   pr o m o t e   e f f i c i e n t   h e a li ng,   a n d   r e s to r e   f u n c t i o n a l   a bil i t i e s .   An   e x c e s s i ve   b u il d - up  o f   b o d y   f a t ,   o r   o b e s i t y ,   i n t r o duc e s   a   c o m p li c a t e i n t e r a c t i o n   o f   v a r i a bl e s   t h a t   a f f e c t   t h e   r i s o f   f r a c t ur e   i n   o s t e o p o r ot i c   f e m ur   bo n e s .   Ob e s i t y ,   i r o ni c a ll y ,   i s   li nke t o   n e ga t i ve   i mpac t s   o n   b o n e   qua li t y   a n b o n e   m e t a b o l i s m ,   e ve n   i f   l a r ge r   b o dy   m a s s   c a n   ha v e   s o m e   pr ot e c t i v e   b e n e f i t s   o n   b o n e   de ns i t y   t h r o ugh   i n c r e a s e m e c h a ni c a l   s t r e s s   [ 38] .   Ob e s e   pe o pl e 's   i n c r e a s e we i g h t   o n   we i g h t - b e a r i ng  b o n e s ,   i nc l ud i ng  t h e   f e m ur ,   m a y   c a u s e   c ha n ge s   i n   b o ne   s t r uc t u r e ,   s uc h   a s   a n   i nc r e a s e   i n   b o n e   mi ne r a l   de n s i t y .   Ho we v e r ,   t hi s   s e e mi ng  b e n e f i t   i s   o f f s e t   by   t h e   n e ga t i v e   c o n s e qu e n c e s   o f   o b e s i t y - r e l a t e c o n d i t i o n s ,   s uc h   a s   pe r s i s t e n t   i nf l a m m a t i o n   a n h o r m o n e   a bn o r m a l i t i e s ,   whi c h   wo r s e n   t h e   d a m a ge b o ne   m i c r o e nvi r o nm e n t .   F ur t h e r m o r e ,   t h e   wa y   b o d y   f a t   i s   d i s t r i b ut e d,   e s pe c i a ll y   vi s c e r a l   f a t ,   m i g h t   r e s u l t   i n   t h e   pr o du c t i o n   o f   i n f l a m m a t o r y   c h e mi c a l s   t h a t   c o ul h a r m   b o ne   h e a lt h   [ 39] .   T h e   bi o m e c h a ni c a l   e f f e c t s   o f   o b e s i t y   a l s o   ne e to  b e   t a ke n   i n t o   a c c o un t.   B e i n o v e r we i g h t   c a n   put   t h e   f e m ur   u n de r   i n c r e a s e m e c h a ni c a l   s t r e s s ,   whi c h   m a y   be   m o r e   t h a n   t h e   b o n e ' s   r e ge n e r a t i v e   a bil i t y ,   pa r t i c u l a r l y   i n   t h o s e   wh o   a l r e a d y   h a v e   o s t e o p o r os i s .   An   i n c r e a s e i n c i d e n c e   o f   f e m ur   f r a c t ur e s   m a y   r e s u l t   f r o m   t hi s   i nc r e a s e m e c h a ni c a l   s t r a i n   a s   w e l l   a s   th e   po o r e r   b o n e   qua l i t y   li nke to   f a t .   B e c a us e   o f   t hi s ,   t h e   r e l a t i o n s hi b e t we e n   o b e s i t y   a n t h e   r i s o f   f r a c t ur e   f o r   o s t e o p or ot i c   f e m ur s   i s   c o m p l e x ,   h a vi n a   m i x   o f   f a v o r a bl e   a n unf a v o r a bl e   e f f e c t s   o n   b o n e   h e a l t h .   T e n h a n c e   b o ne   h e a l t h   a n r e duc e   t h e   i n c i d e n c e   o f   f e m ur   f r a c t ur e s ,   i t   i s   i m p e r a t i v e   t c o m pr e h e n t hi s   c om p l e xi t y   t c r e a t e   t a i l o r e t h e r a p i e s   t h a m e e t   t h e   uni qu e   pr o bl e m s   g i ve n   by   o b e s i t y   i n   pe r s o ns   w i t h   o s t e o p or o s i s .     De s p i t e   pr e vi o us   r e s e a r c h   hi g hli g h t i n t h e   a s s o c i a t i o n   b e t we e n   o s t e o p or o s i s ,   B M I ,   a n f r a c t ur e   r i s k,   c ur r e n t   c o m put a t i o na l   m o de l s   l a c pr e c i s e   pr e d ict i o n s   o f   f r a c t ur e   l o c a t i o n s   i o s t e o p o r ot i c   f e m u r s   un de r   v a r yi ng  B M I   c o n d i t i o ns .   P r i o r   r e s e a r c h   s h o ws   th a t   hi g h e r   B M I   i s   o f t e n   a s s o c i a t e w i t h   i n c r e a s e b o n e   de ns i t y   due   to  m e c h a ni c a l   s t r e s s ;   h o we ve r ,   e x c e s s i ve   a d i po s i t y   a n f a t   di s t r i b ut i o n   m a y   a d v e r s e ly   im pa c t   b o n e   qua li t y .   T hi s   s t ud y   a im s   t o   b r i dge   t hi s   ga by  ut i l i z i ng  C OM S O L   M u l t i p hy s i c s   to   m o de l   t h e   f e m ur   b o ne   un de r   m e c h a ni c a l   s t r e s s ,   pr o vi d i ng   de t a i l e i n s i g ht s   i n t h o B M I   i nf l ue n c e s   f r a c t ur e   r i s k.   T h e   s t ud y ' s   go a l   i s   to   b e tt e r   un de r s t a n t h e   r e l a t i o ns hi b e t we e n   bo n e   h e a l t h ,   B M I ,   a n o s t e o p o r o s i s ,   f o c us i ng  o n   i d e n t i f yi ng  hi g h - s t r e s s   r e g i o n s   i n   t h e   f e m ur   s us c e pt i bl e   to   f r a c tur e .   T hi s   pa pe r   b u i l ds   o n   e xi s t i n wo r ks   by   i n t e gr a t i n c o m put a t i o n a l   m o d e l li ng  w i t h   c li n i c a o b s e r v a t i o ns   to   p r e d i c t   t h e   r i s o f   f r a c t ur e   i n   o s teo p o r ot i c   f e m ur s .   T h e   f i nd i ng s   a r e   e x pe c t e to  a i i n   t h e   de v e l o p m e n t   o f   t a i l o r e t r e a t m e n t s   a n pr e v e n t a t i v e   m e a s ur e s   f o r   i n d i v i d ua l s   a t   r i s o f   o s t e o p or o s i s - r e l a t e f r a c t ur e s .   T h e   pa pe r   i s   s t r uc t u r e a s   f o l l o ws f i r s t,   t h e   m e t h o do l o gy   i s   de s c r i b e i de t a i l ,   f o l l o we by   t he   pr e s e n t a t i o n   o f   s im u l a t i o n   r e s u l t s ,   w hi c h   a r e   t h e d i s c u s s e i n   r e l a t i o n   t o   c u r r e n t   r e s e a r c h .   T h e   c o n c l u s i o s u m m a r i z e s   ke y   f i nd i n g s   a n s ugge s t s   d i r e c t i o n s   f o r   f ut ur e   r e s e a r c h .       2.   M E T HO   T h e   p r i m a r y   o bj e c t i v e   o f   t h i s   s t udy   i s   to  a s s e s s   t h e   f r a c t u r e   r i s i n   o s t e o p or ot i c   f e m ur   b o n e s   b y   s i m u l a t i n m e c h a ni c a l   s t r e s s   us i n C OM S OL   M u l t i phy s i c s .   C OM S OL   M ul t i p hy s i c s   wa s   c h o s e n   f o r   i t s   c a pa c i t y   to  m o de l   t h e   c o m p l e x   m e c h a ni c a l   b e h a vi o r   o f   b o n e s   un de r   s tr e s s   a n to  s i m u l a t e   f r a c tur e   r i s ks   a c c ur a t e l y .   T h e   m o de l s   i n t e gr a t i o n   o f   m a t e r i a l   pr ope r t i e s   s uc h   a s   y o un g' s   m o dul us   a n p o i s s o n ' s   r a t i a l l o ws   f o r   r e a l i s t i c   s i m u l a t i o n   o f   o s te o p or ot i c   c o n d i t i o n s .   T hi s   c o m put a t i o n a l   a ppr oa c h   pr e di c t s   s tr e s s   di s t r i bu t i o n   i t h e   f e m ur   un de r   v a r i o us   l o a c o n di t i o n s ,   f o c us i ng   o n   t h e   i nf l ue n c e   o f   B M I   o n   b o n e   s tr e n g t h .   T h e   m o de l   pr o v i de s   a   de t a i l e un de r s t a n di n o f   h o e x t e r n a l   f o r c e s   c o n t r i b ut e   to  b o n e   de f o r m a t i o n   a n p oten t i a l   f r a c t u r e   s i t e s   i n   o s t e o p or ot i c   i n d i vi dua l s .     2. 1.     Geom e t r ic  d e s ign   T h e   s t udy   b e ga n   w i t h   t h e   c r e a t i o n   o f   a   t w o - di m e ns i o na l   ( 2D )   f e m ur   m o de l ,   whi c h   wa s   c o n v e r t e to  a   3D   r e pr e s e n t a t i o n   t h r o ugh   v o l u m e   r e n de r i n i n   C OM S OL   M u l t i p hy s i c s .   T h e   f e m ur   ge o m e t r y   wa s   i m po r t e i n t o   t h e   s o f t wa r e   s h o wn   i n   F i gur e   2,   a n a l l   n e c e s s a r y   pa r a m e t e r s ,   s uc h   a s   b o n e   d i m e ns i o n s   a n m e c h a ni c a l   pr o pe r t i e s ,   we r e   a dde to   a c c ur a t e l y   s im u l a t e   a n   o s t e o p o r ot i c   b o n e .     2. 2.     M at e r ial   p r op e r t ies   T h e   m a t e r i a l   pr o pe r t i e s   o f   b o t h   h e a l t hy   a n o s t e opo r ot i c   b o ne s   we r e   a pp li e d.   A   h e a l t hy   b o n e   h a s   a   y o u n g s   m o du l u s   o f   16. GPa ,   a   p o i s s o n' s   r a t i o   of   0. 43,   a n a   de n s i t y   o f   2 , 000  kg/m ³   a s   s h o wn   i n   T a bl e   1.   Ho we v e r ,   o s t e o p o r ot i c   b o n e s ,   c h a r a c t e r i z e by   a   de c r e a s e   i r i g i d i t y ,   w e r e   a s s i g n e d if f e r e n t   p r o pe r t i e s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2502 - 4752   I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i Vo l .   3 9 ,   N o .   1 ,   Ju ly   20 25 :   89 - 1 00   92   s h o w n   i n   T a bl e   2.   T h e s e   d if f e r e nc e s   we r e   i nc o r po r a t e i n t t h e   e n t i r e   f e m ur   ge o m e t r y   t a c c ur a t e l y   r e f l e c t h e   r e duc e s tr e n gt h   a n i nc r e a s e po r o s i t y   o f   o s t e o p o r ot i c   b o n e s   a s   s h o wn   i n   F i gur e   3.           F i gur e   2.   A   3D  m o de l   o f   t h e   f e m ur   i n   C O M S OL   M u l t i p hy s i c s       T a bl e   1.   M a t e r i a l   pr o pe r t i e s   o f   a   he a l t hy   b o n e   P r o pe r ti e s   V a lu e   U ni ts   Y o ung’ s   m o dul us   16.5   G P a   P o is o n’ s  r a ti o   0.43   1   D e ns it y   2 , 000   K g/ m 3       T a bl e   2.   M a t e r i a l   pr o pe r t i e s   o f   a n   o s t e o p o r ot i c   b o ne   P r o pe r ti e s   V a lu e   U ni ts   Y o ung’ s   m o dul us   11.5   G P a   P o is o n’ s  r a ti o   0.2   1   D e ns it y   800   K g/ m 3           F i gur e   3.   M a t e r i a l   a pp li e to   e n t i r e   ge o m e t r y       2. 3.     P h ys ics   t yp e   T h e   " S o l i m e c ha ni c s "   p hy s i c s   m o du l e   wa s   ut i l ize to   a n a l y z e   s t r e s s   d i s t r i b ut i o n   a n s t r uc t u r a l   i n t e gr i t y   u n de r   m e c h a ni c a l   l o a d i ng.   T hi s   m o du l e   is   c r uc i a l   f o r   un de r s t a n d i ng  de f o r m a t i o n   a n f a il ur e   po i n t s   i n   b o n e s   s u bj e c t e to   hi g h   s t r e s s .   Us i n t hi s   p hy s i c s ,   t h e   m o de l   s im u l a t e s   t h e   i m p a c t   o f   d i f f e r e n t   f o r c e   m a g ni t ude s   o n   t h e   f e m ur ,   i nc o r p o r a t i n too l s   f o r   f r a c t ur e   m e c h a ni c s   a n da m a ge   a c c u m u l a t i o n .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2502 - 4752         P r e dictive   mode ll ing  of  os teopor os is   and  e ff e c o B M I   on  the   r is k   of  f r ac tur e   in  …  ( A lee na  K amal )   93   2. 4.     M e s h in   T e n ha n c e   t h e   s im u l a t i o n s   a c c ur a c y ,   t h e   f e m ur   ge o m e t r y   wa s   m e s h e i n t o   s m a l l e r   f i ni t e   e l e m e n t s ,   a l l o w i ng  f o r   de t a i l e a n a ly s i s   o f   s t r e s s   a n de f o r m a t i o n   pa tt e r n s .   An   e x t r a - c o a r s e   m e s h   wa s   a ppli e f o r   c o m put a t i o n a l   e f f i c i e n c y   w hil e   m a i n t a i n i ng  a de qua t e   r e s o l ut i o n .   T hi s   m e s hi ng  a l l o we us   to  s tr i ke   a   b a l a n c e   b e twe e n   a c c u r a c y   a n d   t h e   c o m pu ta t i o n a l   c o s o f   t h e   s i m u l a t i o n .   T h e   m e s h   o f   th e   g e o m e tr y   i s   s h o wn   i n   F i gur e   4 .           F i gur e   4.   E x t r a   c o a r s e   m e s h   a pp li e to   f e m ur   ge o m e t r y       2. 5.     App l yin t h e   l oad   T h e   f e m ur   b o ne   whi c h   i s   a l s o   kn o wn   a s   t h e   t hi g h   b o n e ,   i s   l o c a t e i n   t h e   uppe r   po r t i o n   o f   t h e   l e g.   I c o n n e c t s   t h e   hi j o i n t   to  t h e   kn e e   j o i n t .   T h e   pr o x i m a l   e n o f   t h e   f e m ur   i s   a t t a c h e to   t h e   hi j o i n t   whil e   t h e   d i s t a l   e n i s   a tt a c h e to  t h e   kn e e   j o i n t .   T h e   f e m u r   i s   a   c r i t i c a l   l o a d - be a r i n b o n e   t h a t   f a c il i t a t e s   m o v e m e n t   a n s uppo r t s   b o dy   we i g h t .   T h e   f e m ur   i s   s u bj e c t e to  m e c ha ni c a l   f o r c e s   a s s o c i a t e wi t h   b o d y   we i g h t .   A s   t h e   b o dy   we i g h t   i nc r e a s e s ,   t h e   m a g ni t ude   o f   l o a o n   t h e   f e m ur s   h e a i nc r e a s e s   whi c h   c a n   i m pa c t   i t s   s t r e s s   di s t r i but i o n s .   Os t e o p or o s i s   i s   a   di s o r de r   t h a m a ke s   t h e   b o n e s   po r o us   a n b r i t t l e   a n t h e y   b e c o m e   m o r e   s e ns i t i ve   to  l o a d - b e a r i ng  a c t i vi t i e s .   T h e r e f o r e ,   pe o pl e   h a vi ng  a   B M I   v a l ue   gr e a t e r   t h a n   30  a r e   c o n s i de r e to   b e   o b e s e   a n a r e   m o r e   l i ke ly   t de v e l o o s t e o p or o s i s .   T h e i r   b o n e s   a r e   s ubj e c t   to  hi g h e r   m e c ha ni c a l   l o a d i ng  due   to  t h e i r   we i g h t .   A   n o r m a l   f e m ur   b o ne   c a n   a d h e r e   to   a   we i g h t   e qua l   to   30   t i m e s   t h e   n o r m a l   b o d y   we i g h t   b ut   a n   o s t e o p or ot i c   b o n e   c a n   b e a r   l e s s e r   we i g h t   a n i s   mo r e   l i ke ly   to   c r a c or   h a v e   i nc r e a s e f r a c t ur e   r i s k.   A   s t a t i c   l o a o f   a ppr o xi m a t e l y   2 , 000  wa s   a pp li e t o   t h e   h e a o f   t h e   f e m ur ,   s i m u l a t i n t h e   e f f e c t s   o f   b o d y   we i g h t   o n   t h e   hi j o i n t   s h o wn   i n   s h o wn   i n   F i gur e   5,   wh e r e   F i gur e   5 ( a )   i l l u s t r a t e s   t h e   a pp l i e b o un da r y   l o a o n   t h e   f e m ur   he a a n F i gur e   5 ( b )   s h o ws   t h e   f i xe d i s t a l   e n o f   t h e   f e m ur .   T h e   d i s t a l   e n o f   t h e   f e m ur   wa s   f i xe t o   pr e v e n t   a r t i c u l a t i o n ,   e ns ur i n t h a t   a ny   de f o r m a t i o a n s t r e s s   o c c ur r e s o l e ly   due   t t h e   a pp l i e l o a d.           ( a )   ( b )     F i gur e   5.   B o un da r y   c o n d i t i o ns   o f   t h e   f e m ur   m o de l   ( a )   b o un da r y   l o a o f   ~2000  a ppl i e a t   t h e   f e m ur   h e a t s i m u l a t e   b o d y   we i g h t   a n d   ( b )   t h e   d i s t a l   e n o f   t h e   f e m ur   i s   f i xe to   p r e v e n t   m o v e m e n t   a n e n s ur e   s t r e s s   de v e l o p s   s o l e ly   f r o m   t h e   a pp l i e l o a d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2502 - 4752   I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i Vo l .   3 9 ,   N o .   1 ,   Ju ly   20 25 :   89 - 1 00   94   T hi s   b o un da r y   c o n d i t i o n   e na b l e t h e   o b s e r v a t i o n   o f   s t r e s s   d i s t r i b ut i o ns   a n pot e n t i a l   f r a c t ur e   s i t e s   i o s t e o p or ot i c   f e m ur s   un de r   d i f f e r e n t   l o a m a g ni t ud e s .   T h e   e f f e c t   o f   B M I   o n   f r a c t ur e   r i s wa s   a l s o   a n a ly z e b y   s i m u l a t i n v a r i o us   b o d y   we i g h t s ,   s h o w i n h o i nc r e a s e l o a o n   t h e   o s t e o p o r ot i c   f e m ur   i n c r e a s e s   t h e   r i s o f   f r a c t ur e   s h o wn   i F i gur e   6 .   T h e   f o r c e   a pp l i e t o   t h e   f e m ur   i s   i nf l u e n c e by   b o d y   we i g h t ,   i n t e ns i t y   o f   phy s i c a l   a c t i vi t i e s   pe r f o r m e a s   we ll   a n a ny   e x t e r n a l   f o r c e s   a c t i n o n   i t .   T h e   l o a i s   c o n s i de r e a   s t a t i c   l o a a n t h e   i nc li na t i o n   a n g l e   i s   de gr e e s .   T h e   f e m ur   b e i ng  a   s t r o n b o n e   i s   de s i g n e i n   a   wa y   t h a t   i t   c a n   w i t h s t a n f o r c e s   a s s o c i a t e w i t h   va r i o us   a c t i vi t i e s   l i ke   wa l k i ng,   r un ni ng,   a n j u m p i ng.   An   o s t e o p o r ot i c   f e m ur   b e c o m e s   b r i t t l e   e n o ugh   t h a i t   c a n   de f o r m   e a s i l y   o n c e   i t   i s   s u bj e c t e to   l o a a n t h e   r i s k s   o f   f r a c t ur e   a r e   m uc h   gr e a t e r   a s   c om pa r e to   n or m a l   b o n e .   T h e r e f o r e ,   pe o pl e   s u f f e r i ng  f r o m   Os t e o p or o s i s   n e e to  ke e a n   e y e   o n   t h e i r   B M I .   P e o pl e   h a vi ng  m o r e   t h a n   n o r m a l   b o d y   we i g h t   a r e   m o r e   s us c e pt i bl e   t de v e l o p i n f r a c t ur e s   i n   t h e i r   b o n e s .             F i gur e   6.   F o r c e s   a r e   a ppl i e to   t h e   h e a o f   t h e   f e mur       2. 6.     F in it e   e l e m e n t   an al ys is   F o r   t h e   s t r uc t u r a l   a na l y s i s   o f   t h e   o s t e o p o r ot i c   f e mur   a n t o   a n a l y z e   i t s   be h a vi o r   whe n   i t   i s   s u bj e c t e to  l o a d,   i t   i s   d i vi de i n t f i n i t e   e l e m e n t s .   T h e   s tr e s s   wa s   a pp l i e o n   t h e   h e a o f   t h e   f e m ur   a n t h e   d i s p l a c e m e n t   i s   s h o wn   i n   F i gur e   7.   T h e   m o s t   s t r e s s e d   a r e a   c a n   b e   s h o wn   i n   r e c o l o r   whi c h   i s   t h e   h e a whil e   t h e   pr o xi m a l   e n h a s   t h e   l e a s t   s t r e s s   whi c h   i s   s ho wn   i n   bl ue   c o l o r .   I n   t hi s   a n a ly s i s ,   a   r a n ge   o f   l o a ds   we r e   a pp l i e t o   t h e   h e a o f   t h e   f e m ur ,   a n m a xi m u m   s t r e s s   s i t e s   we r e   o bs e r ve d.   T h e s e   s i t e s   a r e   a t   a n   e l e va t e r i s k   o f   de ve l o p i n f r a c t ur e s   i n   t h e   f ut ur e .           F i gur e   7.   F i ni t e   e l e m e n t   a n a ly s i s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2502 - 4752         P r e dictive   mode ll ing  of  os teopor os is   and  e ff e c o B M I   on  the   r is k   of  f r ac tur e   in  …  ( A lee na  K amal )   95   2. 7.     De f or m at ion   an d   m ax im u m   s t r e s s   s it e   T h e   de f o r m a t i o n   o f   t h e   f e m ur   b o n e   w h e n   a ppr oxim a t e l y   200  kg  o f   l o a i s   a pp l i e i s   s h o wn   in  F i gur e   8.   S pe c i f i c a ll y ,   F i gur e   8( a )   i ll us t r a t e s   t h e   de f o r m a t i o n   u n de r   l o a d,   whi l e   F i gur e   8( b )   hi g hl igh t s   t h e   r e s u l t i n s t r e s s   c o n c e n t r a t i o n .   W h e n   t h e   l o a d   i s   a p p l i e d   to  t h e   f e m ur s   he a d,   t h e   m a xim u m   s t r e s s   i s   o b s e r v e d   i n   t he   s h a f t   whi c h   i s   s h o wn   by   t he   r e c o l o r   i n   t h e   s h a f t   o f   t h e   b o n e   a s   s h o wn   i n   F i gur e   8( b ) .   T hi s   s ho ws   t h a t   t h e   s h a f t   o f   t h e   f e m ur   i s   m o r e   pr o n e   to   de v e l o p i n c r a c ks   wh e n   l o a i s   a pp l i e d.     As   de p i c t e d   i n   F i gur e   9,   a   c o n to u r   pl o wa s   ge n e r a t e to  vi s u a l i z e   s t r e s s   di s t r i b ut i o n   a c r o s s   t h e   f e m ur .   R e a r e a s   i n d i c a t e   hi g h   s t r e s s ,   pr i m a r i ly   c o n c e n t r a t e d   a t h e   f e m ur s   h e a a n s h a f t ,   whi l e   bl ue   a r e a s   r e pr e s e n t   r e gi o ns   o f   l o we r   s t r e s s .   T h e s e   f i nd i ng s   s ugge s t   t h a t   t h e   f e m ur 's   s h a f t   i s   pa r t i c u l a r ly   v u l n e r a bl e   to  f r a c t ur e s   wh e n   e x po s e to   e x c e s s i ve   l o a d s ,   e s pe c i a ll y   i i nd i vi du a l s   w i t h   r e duc e b o n e   de ns i t y .           ( a )   ( b )     F i gur e   8.   F i ni t e   e l e m e n t   r e s u l t s   o f   f e m ur   un de r   s t a ti c   l o a d i ng   ( a )   d e f o r m a t i o n   o b s e r v e w h e n   2, 000  i s   a pp l i e t t h e   f e m ur   h e a d   a n d   ( b )   s t r e s s   c o n c e n t r a ti o n   vi s ua li z e pr i m a r il y   a l o n t h e   f e m o r a l   s h a f t           F i gur e   9.   C o n to ur   pl o t       3.   RE S UL T S   AN DI S CU S S I ON   W h e n   a n   e x t e r n a l   f o r c e   i s   a ppl i e to  a n   o s t e op o r ot i c   f e m ur ,   t h e   r e s ul t i n de f o r m a t i o n   pa tt e r n s   a r e   c r i t i c a l   i n   de t e r m i ni n hi gh - r i s a r e a s   f o r   f r a c tur e .   Our   s i m u l a t i o n s   r e v e a l e t h a un de r   a   l o a d   o f   a ppr oxi m a t e l y   2, 0 00   N ,   t h e   f e m ur   e x hi bi t s   s i g ni f i c a n t   de f or m a t i o n   i n   t h e   s h a f t   r e gi o n ,   whi c h   c o r r e s p o n ds   to  t h e   hi gh e s s tr e s s   c o n c e n tr a t i o n .   T h i s   r e s ul t   a l i g n s   w i t h   c l i ni c a l   o b s e r v a t i o n s   o f   f r a c t u r e s   t y pi c a ll y   o c c ur r i n i n   t hi s   r e gi o n   a m o n o s t e op or ot i c   pa t i e n t s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2502 - 4752   I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i Vo l .   3 9 ,   N o .   1 ,   Ju ly   20 25 :   89 - 1 00   96   W h e n   f o r c e   i s   a ppl i e to  a n   o s t e op o r ot i c   f e m ur ,   t h e   de f or m a t i o n   i s   n ot i c e a bl e .   T hi s   i nf o r m a t i o s h o ws   a r e a s   t h a a r e   s ub j e c t e to  h i g h e r   s t r a i n .   T h e   de f o r m a t i o n   m a gni t ude   c a n   h e l de t e r m i n e   t h e   r i s o f   f r a c t u r e   i n   t h e   f ut u r e .   T h e   di f f e r e n c e   i s   vi s i bl e   wh e n   f o r c e s   b e t we e n   1 , 000   N   ( a ppr o xi m a t e l y   100  k g)   to  2 , 000   ( a ppr o xi m a t e l y   200  kg)   a r e   a ppl i e a s   s h o w n   i n   a r e   a p pl i e a s   s h o wn   i n   F i gur e   1 0,   wh i c i n c l ude s   s ubf i gur e s   10( a ) ,   10 ( b ) ,   a n d   10 ( c )   c o r r e s p o n di n to  de f o r m a t i o n   un de r   100   k g,   1 50   kg ,   a n d   200   k l o a ds ,   r e s pe c t i v e ly .   I i s   qu i t e   c l e a r   f r o m   t h e   f i nd i ng s   t h a t   wh e n   a n   o s t e o p o r ot i c   f e m ur   i s   s u bj e c t e to   i n c r e a s i ng  f o r c e ,   we   o b s e r v e   a   c o r r e s po n di n i nc r e a s e   i n   i t s   de f o r m a t i o n ,   pr i m a r il y   m a nif e s t i n a s   b e n d i ng.   T hi s   i s   wh e r e   t hi n gs   s t a r to  ge t   i n t e r e s t i n b ut   a l s o   w o r r y i ng:  t h e r e   i s   a   t i pp i ng  po i n t   a whi c h   t h e   b o n e   c a n   n o   l o nge r   b e a r   t h e   s t r a i n ,   de pe n d i ng  o n   i t s   de n s i t y ,   s t r e n gt h ,   a nd  m i ne r a l   c o n t e n t .   C o n t r a r y   t o   t h e   a s s u m pt i o n   t ha t   hi g h e r   B M I   pr ot e c t s   a ga i ns t   o s t e o p o r o s i s ,   t h e   s im u l a t i o n   de m o ns t r a t e t h a t   i n c r e a s e we i g h t   l e a d s   to   a   hi g he r   r i s o f   f r a c t ur e s   due   to   l o c a l i z e s t r e s s   i n   s pe c if i c   b o n e   r e g i o ns .   De pe n d i ng  o n   t h e   ge ne r a l   h e a l t h   o f   t h e   bo n e ,   t hi s   t h r e s h o l c h a n ge s   f r o m   o n e   to   t h e   n e x t .   I n t e r e s t i n g ly ,   w h e n   f o r c e s   we r e   gr a dua ll y   i nc r e a s e f r o m   1 , 000  to   2 , 000  N,   t h e   de f o r m a t i o m a g ni t ude   s h o we a   l i ne a r   r e l a t i o ns hi w i t h   t h e   a pp l i e f o r c e   a s   s h o wn   i n   F i gur e   11.   T hi s   i n d i c a t e s   t h a t   o s t e o p or ot i c   f e m ur s ,   t h o ugh   l e s s   de n s e ,   s t i ll   f o l lo w   pr e di c t a bl e   m e c h a ni c a l   b e h a vi o r   pa tt e r n s   un d e r   s tr e s s .   Ho we v e r ,   t h e   t h r e s h o l a t   whi c h   t h e s e   b o n e s   f r a c t ur e   i s   s i g ni f i c a n t l y   l o we r   c o m pa r e to   h e a l t hy   b o ne s .   T h e   r e s u l t s   c o n t r a s wi t h   s t udi e s   t h a s ugge s hi g h e r   B M I   o f f e r s   s o m e   pr ot e c t i o n   a ga i ns t   f r a c t ur e s   due   to   i n c r e a s e b o n e   m a s s .   T h e   f i nd i ngs ,   h o we v e r ,   hi g hl i g h t   t h e   c o un t e r pr o duc t i v e   e f f e c t s   o f   high   B M I   wh e n   pa i r e w i t h   o s t e o p o r o s i s .   Al t h o ugh   e l e v a t e B M I   m a y   i nc r e a s e   b o n e   de ns i t y ,   t h e   m e c h a ni c a l   s t r e s s   f r o m   a dd i t i o n a l   b o d y   we i g h t   e x a c e r ba t e s   f r a c t ur e   r i s due   to   c o m pr o m i s e b o n e   qua li t y   i o s t e o p o r ot i c   i nd i v i dua l s .           ( a )   ( b )       ( c )     F i gur e   10.   De f o r m a t i o n   o f   t h e   f e m ur   u n de r   v a r yi n s t a t i c   l o a ds ( a )   u n de r   100  kg  l o a d,   m i n o r   d i s p l a c e m e n t   i s   ob s e r v e m o s t l y   i n   t h e   f e m ur   he a d ,   ( b )   u n de r   150  kg  l o a d,   m o de r a t e   d e f o r m a t i o n   e x t e n d s   to   t h e   s h a f t ,   a n d   ( c )   u n de r   200  kg   l o a d,   s i g ni f i c a n t   s t r e s s   i s   d i s t r i b ut e a l o n t h e   s ha f t   a n f e m ur   h e a d,   i n d i c a t i n hi g he r   r i s k   o f   s t r uc t ur a l   f a il ur e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2502 - 4752         P r e dictive   mode ll ing  of  os teopor os is   and  e ff e c o B M I   on  the   r is k   of  f r ac tur e   in  …  ( A lee na  K amal )   97       F i gur e   11.   L i ne a r   r e l a t i o n s hi b e t we e n   f o r c e   a n s t r e s s       4.   CONC L USI ON   T h e   s t udy   us e C OM S O L   M u l t i p hy s i c s   to  s i mu l a t e   t h e   e f f e c t s   o f   B M I   o n   o s t e o p o r ot i c   f e m ur   s t r e n gt h   a n f r a c t ur e   r i s k.   T he   r e s u l t s   e m p h a s ize   t h e   i m po r t a n c e   o f   c o n s i de r i ng  B M I   i n   f r a c t ur e   r i s a s s e s s m e n t s ,   pa r t i c u l a r ly   i n   pa t i e n t s   w i t h   o s t e o p o r o s i s .   W hi l e   hi g h e r   B M I   c a n   i n c r e a s e   b o n e   de n s i t y,   i t   a l s o   l e a d s   to   s t r e s s   c o n c e n t r a t i o ns   t h a t   m a y   i nc r e a s e   f r a c t ur e   r i s k.   F ut ur e   s t udi e s   s h o u l i n t e gr a t e   a dv a n c e d   f r a c t ur e   m e c h a ni c s   t o   i m pr o v e   t h e   m o de l s   pr e d i c t i v e   c a pa bil i t i e s .   C o l l a b o r a t i o n s   w i t h   c li n i c i a ns   to  v a li da t e   t h e   m o de l s   a c c ur a c y   t h r o ugh   c l i ni c a l   da t a   w o ul d   e n h a nc e   i t s   pr a c t i c a l   a pp l i c a bi li t y .   I n c o r p o r a t i n im a g i ng   t e c h ni que s   l i ke   c o m put e to m o gr a phy   ( CT )   s c a ns   c o ul r e f i ne   t h e   b o n e s   ge o m e t r i c a l   r e pr e s e n t a t i o n,   f ur t h e r   im pr o vi n f r a c t ur e   r i s pr e d i c t i o n .       AC K NOWL E DGM E NT S   T h e   a ut h o r s ,   wi t h   r e ga r to  t h e   c o n s e n t   t a ke n ,   s i nc e r e l y   a c k n o w l e dg e   t h e   v a l ua bl e   i ns i g h t s   a n d   gu i da n c e   pr o vi de by   E n gr .   T o us e e f   Ya qo o b   f r om   t h e   I n t e l li ge n t   S y s t e m s   R e s e a r c h   L a b ,   U ni t e Ki ngdo m ,   t h r o ugh o u t h e   de v e l o p m e n t   o f   t hi s   r e s e a r c h .   H i s   e x pe r t i s e   a n c o n s t r uc t i v e   f e e d b a c gr e a t l y   c o n t r i b ut e to  r e f i n i ng  t h e   c o n c e pt ua l   f r a m e wo r a n t e c hni c a l   a s pe c t s   o f   t hi s   s t udy .   W e   a r e   gr a t e f u l   f o r   hi s   c o n t i n uo us   s uppo r t   a n e n c o ur a ge m e n t ,   whi c h   p l a y e a   p i v o t a l   r o l e   i n   e nh a nc i n t h e   qua li t y   o f   t hi s   wo r k.       F UN DI NG  I N F ORM AT I ON   A ut h o r s   s t a t e   n f u n d i ng  i nv o l v e d.       AU T HO CONT RI B UT I ONS   S T AT E M E NT       Nam e   of   Aut h or   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   Al e e na   K a m a l   M i na hi l   K a m a l                                             M a s h a l   F a t i m a   S y e M uddus i r   Hus s a i n                                             J a ww a S a m i   Ur   R a hm a n   S a t hi s h   K u m a r   S e l v a pe r u m a l                                       C     C o n c e pt ua li z a ti o n   M     M e th o d o l o g y   So     So f twa r e   Va     Va li da ti o n   Fo     Fo r ma a na l y s is     I     I nve s ti ga ti o n   R     R e s o u r c e s   D   :   D a ta  C ur a ti o n   O   :   W r it in -   O r ig in a D r a f t   E   :   W r it in -   R e v i e w  &   E di ti ng     Vi     Vi s ua li z a ti o n   Su     Su pe r v is io n   P     P r o j e c a dmi ni s tr a ti o n   Fu     Fu ndi ng a c qui s it i o n         CONF L I CT   OF   I NT E RE S T   S T AT E M E NT     T h e   a ut h o r s   de c l a r e   t h a t   t h e y   ha v e   n o   kn o wn   c o m pe t i n f i na nc i a l   i n t e r e s t s   o r   pe r s o n a l   r e l a t i o ns hi ps   t h a c o ul h a v e   a ppe a r e to  i nf l ue n c e   t h e   wo r r e p o r t e d   i n   t hi s   pa pe r .   A ut h o r s   s t a t e   n o   c o n f li c t   o f   i n t e r e s t .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2502 - 4752   I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i Vo l .   3 9 ,   N o .   1 ,   Ju ly   20 25 :   89 - 1 00   98   DA T AV AI L AB I L I T   T h e   da t a   t h a t   s upp o r t h e   f i nd i ngs   o f   t hi s   s t ud y   a r e   a v a i l a bl e   f r o m   t h e   c or r e s po n d i n a ut h o r ,   S a t hi s Ku m a r   S e l v a p e r u m a l ,   upo n   r e a s o n a bl e   r e que s t .       RE F E R E NC E S   [ 1]   A . Ö c hs ne r  a nd W . A hme d,  B io m e c hani c s  of  ha r d t is s ue s :  m od e li ng, t e s ti ng, and mate r ia ls . W il e y , 2010.   [ 2]   D . B . B u r r , “ B o n e  m or ph o l o g y  a nd or ga ni z a ti o n,”  i B as ic  and A ppl ie d B one  B io lo gy , E ls e v i e r , 2019, pp. 3 26.   [ 3]   M C a o n,  S ke le ta s y s t e m,”   in   E x am in at io Q ue s ti ons   and  A ns w e r s   in   B as ic   A nat om y   and  P hy s io lo gy S pr in ge r   I nt e r na ti o na l   P ubl is hi ng, 2020, pp.  185 212.   [ 4]   B W A nd e r s o n,  J E kbl a d,  A C B la c k,  a nd  B B o r d o ni ,   A na to m y ,   a ppe ndi c ul a r   s ke l e t o n,”   in   St at P e ar ls S ta tP e a r ls   P ubl is hi ng  L L C , 2024.   [ 5]   N S e al . B o n e   f un c ti o n,  d y s f unc ti o a nd  it s   r o l e   in   di s e a s e s   in c lu di ng  c r it i c a il ln e s s ,”   I nt e r nat io nal   J our nal   o f   B io lo gi c al   Sc ie nc e s , v o l.  15, n o . 4, pp. 776 787, 2019, d o i:  10.7150/i jb s .2 7063.   [ 6]   E C W a ts o a nd  R H A da ms B io l o g y   of   b o n e th e   v a s c ul a tu r e   of   th e   s ke le ta s y s t e m,”   C ol Spr in H ar bor   P e r s pe c ti v e s   in   M e di c in e , vo l.  8, n o . 7, p.   a 031559, S e p. 2018, d o i:  10.1101/ c s hpe r s pe c t. a 031559.   [ 7]   A C o s ta nt in e al . E a r l y - o ns e o s te o p or o s is r a r e   m o n o g e ni c   f or ms   e lu c id a t e   th e   c o mpl e x it y   of   di s e a s e   pa th o g e ne s is   b e yo nd  t y p e  i   c o ll a ge n,”   J our nal  of  B one  and M in e r al  R e s e ar c h , v o l.  3 7, no . 9,   pp. 1623 1641, 2022, d o i:  10.1002/j b mr .4668.   [ 8]   G A da mi   a nd  K G S a a g,  O s te o p or o s is   pa th o ph y s i o l o g y ,   e pi d e mi o l o g y a nd  s c r e e ni ng  in   r he uma t o id   a r th r it is ,”   C ur r e nt   R he um at ol ogy  R e por ts , v ol . 21, n o . 7, p. 34, J ul . 2019, do i 10. 1007/s 11926 - 019 - 0836 - 7.   [ 9]   C S T hudi um  e al . B o ne   ph e n o t y p e s   in   r h e uma t o l o g y     th e r e   is   m o r e   t o   b o n e   th a ju s b o n e ,”   B M C   M us c ul os k e le ta D is or de r s , v o l.  21, n o . 1, p. 789, D e c . 2020, d o i:  10.1186/s 12891 - 020 - 03804 - 2.   [ 10]   A S A r e e c ka l,   M K o c h e r a nd  S D S .,   C ur r e n a n e me r gi ng  d ia gno s ti c   im a gi ng - ba s e t e c hn iq ue s   f or   a s s e s s me nt   of   o s te o p or o s is   a nd  f r a c tu r e   r is k,”   I E E E   R e v ie w s   in   B i om e di c al   E ngi ne e r in g v ol 12,  pp.  254 268,  2019,  do i:   10.1109/R B M E .2018.2852620.   [ 11]   S H us s a in   e al . ,   M o de r di a gno s ti c   im a gi ng  te c hni que   a ppl ic a ti o ns   a nd  r is f a c t o r s   in   th e   me di c a f i e ld a   r e v i e w ,”   B io M e d   R e s e ar c h I nt e r nat io nal , v o l.  2022, n o . 1, J a n. 2022, do i 10.115 5/ 2022/5164970.   [ 12]   M M S o bh  e al . S e c o nda r y   o s t e o p o r o s is   a nd  me ta b o li c   b one   di s e a s e s ,”   J our nal   of   C li ni c al   M e di c in e vo l.   11,   n o 9,  p.  2 382,  A pr . 2022, do i:  10.3390 /j c m11092382.   [ 13]   B C L ups a   a nd  K I ns o gna B o n e   h e a lt a nd  o s te o p or o s is ,”   E ndoc r in ol ogy   and  M e ta bol is m   C li ni c s   of   N o r th   A m e r ic a v o l.   44,  no . 3, pp. 517 530, S e p.   2015, d o i:  10.1016/j . e c l. 2015.05.002.   [ 14]   H . M . M o ut s o p o ul o s  a nd  E Z a mpe li ,  “ B o n e c a r ti la g e , a nd s of t  t is s ue  di s or de r s ,”  i I m m unol ogy  and  R he um at ol ogy  i n Q ue s ti ons C ha m:  S pr in ge r   I nt e r na ti o na P ubl is hi ng, 2021, pp. 175 187.   [ 15]   P P is a ni   e al . M a jo r   o s te o p or o ti c   f r a gi li t y   f r a c tu r e s r is f a c t o r   upda te s   a nd  s o c ie ta im pa c t,   W or ld   J our nal   of   O r th ope d ic s vo l.  7, n o . 3, pp. 171 181, 2016, d o i:  10.5312/wj o . v 7. i3 .171.   [ 16]   T .   A H il li e r   e al . ,   W H O   a bs o lu t e   f r a c tu r e   r is m o d e ls   ( F R A X ) D c li ni c a r i s f a c t or s   im pr ove   f r a c tu r e   pr e di c ti o n   in   ol de r   w o m e w it ho u o s t e o p o r o s is ? ,”   J our nal   o f   B one   and  M in e r al   R e s e a r c h v o l.   26,  no 8,  pp.  1774 1782,  F e b.  2011,  do i:   10.1002/j bmr .372.   [ 17]   C . J . R o s e n,  T he  e pi de m io lo gy  and pathogene s is  o f  o s te opor o s i s . S o ut D a r tm o ut ( M A ) M D T e x t. c o m, I n c ., 2015.   [ 18]   X Z he ng,  S K L e e a nd  O K C hun,  S oy   I s of la vo n e s   a nd  o s te o p o r o ti c   b o n e   lo s s a   r e v ie w   w it a e mpha s is   o mo dul a ti on  of   bo n e  r e m o d e li ng,”   J our nal  of  M e di c in al  F ood vo l.  19, n o . 1, p p. 1 14, J a n. 2016, do i:   10.1089/j m f .2015.0045.   [ 19]   V B a nde la B M una ga pa ti R K R .   K a r na ti G R S V e nka ta a nd  S R N id udhur O s te o p o r o s is it s   pr o s th o d ont ic   c o ns id e r a ti o ns     a   r e vi e w ,”   J our nal   of   C li ni c al   and  D ia gnos ti c   R e s e a r c h v o l.   9,  n o 12,  pp.  Z E 01 Z E 04,  2015,  d o i:   10.7860/J C D R /2 015/ 14275.6874.   [ 20]   R B ij e li c S M il i c e vi c a nd  J B a la ba n,  T h e   in f lu e n c e   of   n on - pr e ve nt a bl e   r is f a c t or s   o th e   de ve l o pm e nt   of   o s t e o p o r o s is   in   po s tm e n o pa us a w o me n,”   M at e r ia  Soc io - M e di c a , vo l.  31, n o . 1 , pp. 62 65, 2019, do i:  10.5455 /m s m.2019.31.62 - 65.   [ 21]   A L J e ns e n,  G W in d,  B L L a ngda hl a nd  K L o mb or g,  T h e   im pa c of   mul ti f a c e t e o s te o p o r o s is   gr o up  e du c a ti o o pa ti e nt s   de c is io n - ma ki ng  r e ga r di ng  tr e a tm e nt   o pt i o ns   a nd  li f e s t y l e   c h a nge s ,”   J our nal   o f   O s t e opor os i s v o l.   2018,  pp 1 10,  2018,  do i:   10.1155/2018/ 9703602.   [ 22]   S R o z e nb e r e al . H o w   t o   ma na ge   o s t e o p o r o s is   be f o r e   t he   a ge   of   50,”   M at ur it as vo l.   138,  pp.  14 25,  A ug.  2020,  do i:   10.1016/j .ma tu r it a s .2020.05.004.   [ 23]   M L or e n tz o n   e al . O s te o p or o s is   a nd  f r a c tu r e s   in   w o m e n:   t he   bur d e of   di s e a s e ,”   C li m ac te r ic vo l.   25,   n o 1,  pp.   4 10,  J a n.   2022, do i:  10.1080/13697137. 2021.1951206.   [ 24]   M S L e B of f   e al . T h e   c li ni c ia n’ s   gui de   t o   pr e ve nt i o a nd  tr e a tm e nt   of   o s t e o p o r o s is ,”   O s te opor o s is   I nt e r nat io nal v o l.   33,    no . 10 , pp. 2049 2102, Apr . 2022, d o i:  10.1007 /s 00198 - 021 - 05 900 - y.   [ 25]   M A K umbha lk a r K S R a mbha d,  a nd  N J e e   K a nu,  A in s ig ht   in to   bi o m e c ha ni c a s tu d y   f or   r e pl a c e m e nt   of   kn e e   j o in t,   in   M at e r ia ls  T oday :  P r oc e e di ngs , 2021, vo l.  47, pp. 2957 2965, d o i:   10.1016/j . ma tp r .2021.05.202.   [ 26]   F Q N ut ta ll B o d y   ma s s   in de x o b e s it y B M I a nd  he a lt h:   a   c r it ic a r e v i e w ,”   N ut r it io T oday vo l.   50,  n o 3,  pp.  117 128,  M a y   2015, do i:  10.1097/N T .0000000000000092.   [ 27]   S C hung,  B o d y   ma s s   in de x   a nd  b o d y   c omp o s it i o s c a li ng  t o   h e ig ht   in   c hi ld r e a nd  a d o l e s c e nt ,”   A nnal s   of   P e di at r ic   E ndoc r in ol ogy  &  M e ta bol is m vo l.  20, n o . 3, p. 125, 2015, d o i:   10.6065/a pe m.2015.20.3.125.   [ 28]   M L o r e nt z o a nd  S R C umm in gs O s te o p o r o s is t h e   e vo lu t io of   a   di a gn o s is ,”   J our nal   o f   I nt e r nal   M e di c in e v o l.   277,  n o 6,  pp. 650 661, M a y  2015, d o i 10.1111/j o im .12369.   [ 29]   K H e al . U nd e r s ta ndi ng  th e   c o ns e qu e nc e s   of   f a t t y   b o ne   a nd  f a tt y   mus c l e h o w   th e   o s te o s a r c o p e ni c   a di p o s it y   ph e n o t y p e   unc ove r s  t he  d e t e r i or a ti o of  b o d y   c o m p o s it i o n,”   M e ta bol it e s , vo l.  13, n o . 10, p. 1056, O c t.  2023, d o i:  10.3390/m e ta b o 131010 56.   [ 30]   N K P o ll oc k,  C hi ld h oo o be s it y b o n e   d e ve l o pm e nt a nd  c a r di o m e ta b o li c   r is f a c t o r s ,”   M ol e c ul ar   and  C e ll ul ar   E ndoc r in ol ogy vo l.  410, pp. 52 63, J ul . 2015, d o i 10.1016/j .m c e .2015.03.016.   [ 31]   C S a vv id is S T o u r ni s a nd  A D D e de O b e s it y   a nd  bo n e   m e ta b o li s m,”   H or m one s v o l.   17,  n o 2,  pp.  205 217,  J un.  2018,  do i:   10.1007/s 42000 - 018 - 0018 - 4.   [ 32]   J L i,   X C he n,  L L u,  a nd  X Y u,  T he   r e la ti o ns hi be twe e b on e   ma r r o w   a di po s e   ti s s ue   a nd  bo ne   m e ta b o li s in   po s tm e n o pa us a l   o s te o p or o s is ,”   C y to k in e  and G r ow th   F ac to r  R e v ie w s , vo l.  52, p p. 88 98, Apr . 2020, do i:  10.1016 /j .c y t og f r .2020.02.003.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.