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Avances recientes en modelos acoplados de MBS y FEM de la columna vertebral: una revisión

Autores: Nispel, Kati; Lerchl, Tanja; Senner, Veit; Kirschke, Jan S.

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2023

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Acceso abierto

Artículo científico
2023

Avances recientes en modelos acoplados de MBS y FEM de la columna vertebral: una revisión


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Bioingeniería

Palabras clave

Dolor de espalda
Degeneración del disco intervertebral
Carga espinal
Sobreuso relacionado con el deporte
Biomecánica
Co-simulación bidireccional

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 30

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Cómo el dolor de espalda se relaciona con la degeneración del disco intervertebral, la carga espinal o el uso excesivo relacionado con el deporte sigue siendo una pregunta sin respuesta de la biomecánica. Las simulaciones acopladas de MBS y FEM pueden proporcionar una visión holística de la columna vertebral al considerar tanto la cinemática y la cinética generales de la columna vertebral como la distribución interna de estrés de los componentes flexibles. Revisamos estudios que incluyeron co-simulaciones de MBS y FEM de la columna vertebral. De esta manera, clasificamos los estudios en co-simulaciones unidireccionales y bidireccionales, según sus métodos de intercambio de datos. Varios estudios han demostrado que el uso de modelos de co-simulación unidireccionales proporciona información útil sobre la biomecánica espinal, aunque la sincronización de los dos modelos distintos sigue siendo un desafío clave, que a menudo requiere una intervención manual extensa. El uso de una co-simulación bidireccional presenta un proceso iterativo y automatizado con un intercambio constante de datos entre subsistemas integrados. Reduce las correcciones manuales de las posiciones de las vértebras o las fuerzas de reacción y permite la modelización detallada de casos de carga dinámica. Las co-simulaciones bidireccionales son, por lo tanto, un enfoque de investigación nuevo y prometedor para mejorar la modelización de la columna vertebral, ya que uno de los principales desafíos en la biomecánica espinal es la deformación no lineal de los discos intervertebrales. Es probable que los estudios futuros incluyan la implementación automatizada de modelos de co-simulación bidireccionales específicos para el paciente utilizando modelos FEM de discos intervertebrales hiper- o poroelásticos y fuerzas musculares examinadas por un algoritmo de optimización en MBS. Las aplicaciones van desde el diagnóstico clínico hasta el análisis biomecánico de situaciones de sobrecarga en el deporte y la predicción de lesiones.

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