Análisis de elementos finitos de la cinemática de la cabeza y el cuello en condiciones de impacto trasero con reposacabezas
Autores: Wang, Yuan; Jiang, Hanhui; Teo, Ee Chon; Gu, Yaodong
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Análisis de elementos finitos de la cinemática de la cabeza y el cuello en condiciones de impacto trasero con reposacabezas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Bioingeniería
Palabras clave
Modelo de elementos finitos
Modelo de cabeza-cuello
Impacto trasero
Columna cervical
Flexión y extensión
ángulo del reposacabezas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 42
Citaciones: Sin citaciones
Se desarrolló un detallado modelo de elementos finitos (FE) tridimensional (3D) de cabeza-cuello (C0-C7) y se utilizó para determinar los movimientos de cada segmento espinal cervical bajo cargas estáticas fisiológicas de flexión y extensión con una magnitud de 1.0 Nm e impactos traseros. En este estudio dinámico, se aplicó un pulso de impacto trasero a C7 para crear aceleraciones de 4.5 G y 8.5 G. Los movimientos segmentarios y desplazamientos predichos de la cabeza estuvieron en concordancia con resultados publicados bajo cargas fisiológicas de 1.0 Nm. Bajo condiciones de impacto trasero, los efectos de la aceleración pico del pulso y los ángulos del reposacabezas en las respuestas cinemáticas del complejo cabeza-cuello mostraron tasas de aumento/disminución en el movimiento rotacional de varios segmentos espinales cervicales que fueron diferentes en los primeros 200 ms. La rotación pico de flexión de todos los segmentos fue menor que el ROM combinado de flexión y extensión. La rotación pico de extensión de todos los segmentos mostró variación en comparación con el ROM combinado de flexión y extensión dependiendo de G y el ángulo del reposacabezas. Una mayor aceleración de C7 aumentó el ángulo pico de extensión de los niveles inferiores, pero el aumento absoluto fue limitado por la distancia entre la cabeza y el reposacabezas. Un cambio en el ángulo del reposacabezas de 45 grados a 30 grados resultó en un cambio en la rotación de extensión en los segmentos inferiores C5-C6 a rotación de flexión, lo que justificó aún más la eficacia de tener distancia entre la cabeza y el reposacabezas. Este estudio muestra que el modelo FE existente de C0-C7 es eficiente para definir las reacciones generales de la columna cervical humana bajo circunstancias estáticas fisiológicas y simuladas de latigazo cervical. La rápida tasa de cambios en la rotación de flexión y extensión de varios segmentos puede resultar en que los tejidos blandos y estructuras óseas asociadas experimenten tolerancias más allá de sus límites característicos de material. Se sugiere que una ubicación y ángulo adecuados del reposacabezas podrían prevenir eficazmente lesiones en la columna cervical en accidentes vehiculares traumáticos.
Descripción
Se desarrolló un detallado modelo de elementos finitos (FE) tridimensional (3D) de cabeza-cuello (C0-C7) y se utilizó para determinar los movimientos de cada segmento espinal cervical bajo cargas estáticas fisiológicas de flexión y extensión con una magnitud de 1.0 Nm e impactos traseros. En este estudio dinámico, se aplicó un pulso de impacto trasero a C7 para crear aceleraciones de 4.5 G y 8.5 G. Los movimientos segmentarios y desplazamientos predichos de la cabeza estuvieron en concordancia con resultados publicados bajo cargas fisiológicas de 1.0 Nm. Bajo condiciones de impacto trasero, los efectos de la aceleración pico del pulso y los ángulos del reposacabezas en las respuestas cinemáticas del complejo cabeza-cuello mostraron tasas de aumento/disminución en el movimiento rotacional de varios segmentos espinales cervicales que fueron diferentes en los primeros 200 ms. La rotación pico de flexión de todos los segmentos fue menor que el ROM combinado de flexión y extensión. La rotación pico de extensión de todos los segmentos mostró variación en comparación con el ROM combinado de flexión y extensión dependiendo de G y el ángulo del reposacabezas. Una mayor aceleración de C7 aumentó el ángulo pico de extensión de los niveles inferiores, pero el aumento absoluto fue limitado por la distancia entre la cabeza y el reposacabezas. Un cambio en el ángulo del reposacabezas de 45 grados a 30 grados resultó en un cambio en la rotación de extensión en los segmentos inferiores C5-C6 a rotación de flexión, lo que justificó aún más la eficacia de tener distancia entre la cabeza y el reposacabezas. Este estudio muestra que el modelo FE existente de C0-C7 es eficiente para definir las reacciones generales de la columna cervical humana bajo circunstancias estáticas fisiológicas y simuladas de latigazo cervical. La rápida tasa de cambios en la rotación de flexión y extensión de varios segmentos puede resultar en que los tejidos blandos y estructuras óseas asociadas experimenten tolerancias más allá de sus límites característicos de material. Se sugiere que una ubicación y ángulo adecuados del reposacabezas podrían prevenir eficazmente lesiones en la columna cervical en accidentes vehiculares traumáticos.