آنالیز تاثیرات تروما بر رفتار بیومکانیکی ستون فقرات گردنی برمبنای مدلسازی اجزا محدود

مقدمه: آسیب های ستون فقرات گردنی اغلب باعث ناتوانی افراد می شوند و بر عملکرد کلی و کیفیت زندگی افراد تاثیر منفی می گذارند. بنابراین، درک آسیب و اختلال عملکرد ستون فقرات گردنی و همچنین پاسخ بیومکانیکی به محرک های خارجی حائز اهمیت است. از این رو مدل سازی المان محدود می تواند به محققان در دستیابی به تنش ها و فشارهای داخلی در استخوان ها، رباط ها و بافت های نرم کمک کند. هدف از این مطالعه مقایسه رفتار بیومکانیکی ستون فقرات گردنی، قبل و بعد از ایجاد تروما می باشد.روش انجام کار: در این مطالعه مدل سالم و دو حالت مختلف از تروماهای ستون فقرات گردنی به روش المان محدود مدل سازی شد و نتایج حاصل از این مدل ها تحت بارگذاری استاتیکی با یکدیگر مقایسه گردید.نتایج: سه پارامتر چرخش بین مهره ای، نیروی مفاصل فاست و فشار درون دیسکی با در نظر گرفتن بار پیرو محاسبه و بررسی شد. نتایج این پارامترها در حرکات فلکشن، اکستنشن، خمش جانبی و چرخش محوری در همه ی سطوح بین دو مدل تروما در کنار مدل سالم مورد بررسی قرار گرفت.نتیجه گیری: با مدل سازی تروما رفتار بیومکانیکی مدل دستخوش تغییراتی شد، که این تغییرات شامل کاهش دامنه حرکتی مدل های تروما، کاهش فشار میان دیسکی و افزایش نیروی بین مفاصل فاست بوده است . این بهم ریختگی ساختار در این سیستم پیچیده باعث ایجاد رفتار غیر نرمال در حرکات مختلف شده است. پیش بینی می شود نتیجه این رفتار بیومکانیکی مدل در صورت بهبود نیافتن باعث عدم ثبات در مکانیزم ستون فقرات شده و ممکن است در طولانی مدت موجب افزایش آسیب های بیشتری شود.

Analysis of the Effects of Trauma on the Biomechanical Behavior of the Cervical Spine Based on Finite Element Modeling

Abstract Background Aim: Cervical spine injuries often cause disability and adversely affect the overall performance and life quality of people. Therefore, recognition of the damage and dysfunction of the cervical spine and biomechanical response to external stimuli is of paramount importance. Accordingly, finite element (FE) modeling can help researchers to access the internal stresses and strains in the bones, ligaments and soft tissues. The present study aimed to compare the biomechanical behavior of the cervical spine before and after trauma.Materials and Methods: In this study, we developed a healthy model along with two different traumatic injuries of the cervical spine modeled by the FE method. The results of the models were compared under static loading. Results: We estimated and evaluated three parameters of intervertebral rotation, facet joint force and intradisc pressure by considering follower load. The results of the mentioned parameters were evaluated in the two traumatic injury models and the healthy model in flexion, extension, side bending and axial rotation movements at all levels.Conclusion: According to the results, trauma modeling caused changes in the biomechanical behavior of the model, including decreased range of motion in the traumatic injury models, reduced intradisc pressure and increased facet joint force. This structural disruption in this complex system caused abnormal behavior in various movements. According to the results, the lack of improvement of the biomechanical behavior of the model would cause spinal instability and could increase the probability of injuries in different segments of the lower cervical spine in the long term.