¿Se pueden determinar valores a priori desconocidos de parámetros biomecánicos con suficiente precisión en MBS utilizando análisis de sensibilidad? Análisis de las características de la interacción entre la vértebra cervical y el tornillo pedicular
Autores: Kramer, Ivanna; Bauer, Sabine
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
¿Se pueden determinar valores a priori desconocidos de parámetros biomecánicos con suficiente precisión en MBS utilizando análisis de sensibilidad? Análisis de las características de la interacción entre la vértebra cervical y el tornillo pedicular
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Bioingeniería
Palabras clave
Elemento finito
Modelado
Dispositivos médicos
Comportamiento biomecánico
Simulación multibody
Análisis de sensibilidad
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 13
Citaciones: Sin citaciones
El modelado por elementos finitos (FE) es un método comúnmente utilizado para investigar la influencia de dispositivos médicos, como implantes y tornillos, en el comportamiento biomecánico de la columna vertebral. Otro método de simulación es la simulación multibody (MBS), donde el modelo está compuesto por varios cuerpos no deformables. Los solucionadores de MBS generalmente requieren un tiempo de computación muy corto para tareas dinámicas, en comparación con un análisis FE. Considerando esta ventaja computacional, en este estudio, examinamos si los parámetros cuyos valores no se conocen a priori pueden determinarse con suficiente precisión utilizando un modelo MBS. Por lo tanto, proponemos un método de análisis de sensibilidad de muchos a la vez que nos permite aproximar estos parámetros desconocidos a priori sin requerir largos tiempos de simulación. Este método permite lograr un alto grado de optimización del modelo MBS en un proceso iterativo. El método de análisis de sensibilidad se aplicó a un modelo simplificado de tornillo-vertebra, que consiste en un tornillo de anclaje anterior y el cuerpo vertebral de C4. Se utilizó un experimento descrito en la literatura como base para desarrollar y evaluar el potencial del método para análisis de sensibilidad y para validar la acción del modelo. Los parámetros óptimos del modelo para el modelo MBS se determinaron como c = 823,224 N/m para la rigidez y d = 488 Ns/m para la amortiguación. El método presentado de identificación de parámetros puede utilizarse en estudios que incluyan modelos de columna vertebral MBS más complejos o para establecer valores de parámetros iniciales que no están disponibles como valores iniciales para modelos FE.
Descripción
El modelado por elementos finitos (FE) es un método comúnmente utilizado para investigar la influencia de dispositivos médicos, como implantes y tornillos, en el comportamiento biomecánico de la columna vertebral. Otro método de simulación es la simulación multibody (MBS), donde el modelo está compuesto por varios cuerpos no deformables. Los solucionadores de MBS generalmente requieren un tiempo de computación muy corto para tareas dinámicas, en comparación con un análisis FE. Considerando esta ventaja computacional, en este estudio, examinamos si los parámetros cuyos valores no se conocen a priori pueden determinarse con suficiente precisión utilizando un modelo MBS. Por lo tanto, proponemos un método de análisis de sensibilidad de muchos a la vez que nos permite aproximar estos parámetros desconocidos a priori sin requerir largos tiempos de simulación. Este método permite lograr un alto grado de optimización del modelo MBS en un proceso iterativo. El método de análisis de sensibilidad se aplicó a un modelo simplificado de tornillo-vertebra, que consiste en un tornillo de anclaje anterior y el cuerpo vertebral de C4. Se utilizó un experimento descrito en la literatura como base para desarrollar y evaluar el potencial del método para análisis de sensibilidad y para validar la acción del modelo. Los parámetros óptimos del modelo para el modelo MBS se determinaron como c = 823,224 N/m para la rigidez y d = 488 Ns/m para la amortiguación. El método presentado de identificación de parámetros puede utilizarse en estudios que incluyan modelos de columna vertebral MBS más complejos o para establecer valores de parámetros iniciales que no están disponibles como valores iniciales para modelos FE.