Development of a numerical model of the human neck

Abstract

The neck is a common site of injury in the vertebral column, with severe injuries often associated with damage to the spinal cord. One of the most common cervical spine injuries is Whiplash that is primarily caused by rear-end automotive collisions. Although in most cases it is considered as a minor injury, it can have to permanent effects. Several types of studies have been performed to better understand the mechanisms of such situations in order to develop ways to treat or even prevent them. With one of the most advantageous methods and more widely used being computer models since they offer unique features, such as providing information that would otherwise be difficult to obtain. Therefore, the main objective of this dissertation is to help better understand the mechanics of the neck by creating a new finite element model the human neck that accurately represents most of the cervical spine components, such as the vertebrae, the intervertebral discs, the facet joints, and the ligaments. To then begin the validation process by simulating flexion-extension, axial rotation, and lateral bending tests on a functional spinal unit, which consists of the C6-C7 segment, to after compare the results of the simulations with the experimental results available in the literature.

O pescoço é um dos locais comuns de lesão na coluna vertebral, com lesões graves frequentemente associadas a danos na medula espinhal. Uma das lesões mais comuns na coluna cervical é Whiplash, que é principalmente causado em colisões traseiras de automóvel. Apesar de na maioria dos casos ser considerado como um ferimento leve, este pode ter efeitos permanentes. Vários tipos de estudos têm sido realizados para melhor entender os mecanismos destes casos, para que seja possível desenvolver meios de tratamento ou mesmo de prevenção. Sendo os modelos computacionais um dos mais vantajosos e mais utilizados, pois estes têm benefícios exclusivos, como o fornecimento de informações que de outra forma seriam difíceis de obter. Como tal, o principal objetivo desta dissertação é contribuir para a melhor compreensão da mecânica do pescoço, através da criação de um novo modelo de elementos finitos do pescoço humano que represente com precisão a maioria dos componentes da coluna cervical, como as vértebras, os discos intervertebrais, as articulações e os ligamentos. Para depois iniciar o processo de validação através da simulação de testes de flexão-extensão, rotação axial e flexão lateral numa unidade funcional da coluna, que consiste no segmento C6-C7, para depois comparar os resultados das simulações com os resultados experimentais disponíveis na literatura.