Dissertação
{en_GB=Biomechanical Analysis of the Human Lumbar Spine - An Experimental and Computational Approach} {} EVALUATED
{pt=A coluna lombar é um local propenso à ocorrência de doenças, particularmente lombalgia, uma manifestação dolorosa que envolve múltiplos componentes da coluna e afecta grande parte da população. Adicionalmente possui grande impacto nas despesas anuais de saúde individuais e públicas. O estudo biomecânico da coluna lombar permite uma maior compreensão dos mecanismos inerentes a esta condição. Modelos específicos do doente auxiliam não só na prevenção de lesões, mas também no planeamento e monotorização de intervenções cirúrgicas, quando estas são inevitáveis. Do mesmo modo, métodos experimentais, como modelos animais in vitro, fornecem informações valiosas no teste de novos dispositivos médicos ou na investigação de condições patológicas. Em modelos computacionais, a escolha das propriedades mecânicas é fundamental para a fiabilidade dos resultados. No caso do osso, muitos modelos optam por uma representação simplificada dos componentes, pois não há uma divisão clara entre osso cortical e trabecular. Neste trabalho, o módulo de Young de vértebras de ovelha foi determinado por testes de compressão até fractura. Os resultados experimentais foram validados pela construção de um modelo de elementos finitos, para o qual se obteve a geometria das amostras por aquisições de CT e replicou-se as propriedades materiais e condições do teste. Paralelamente, estudou-se a sensibilidade das propriedades para um modelo humano de um segmento lombar. Inicialmente comparou-se a distribuição das propriedades mecânicas homogéneas e heterogéneas do osso, seguido pelo contraste entre um modelo linear e não linear do disco intervertebral. Os resultados foram avaliados pela distribuição de tensões, amplitude de movimento e pressão intradiscal., en=The lumbar spine is a leaning site for spinal diseases to occur, particularly low back pain, a common condition involving multiple structures of spine, affecting a great portion of population. Besides being a health problem, it has a large economic burden on individuals and in government’s annual healthcare expenditures. The biomechanical study of lumbar spine allows for a better comprehension of the mechanisms behind this condition. Developing patient-specific models offers a mean of preventing injuries to occur and predicting and monitoring the behaviour of spine structures during surgical interventions, when these cannot be avoided. Additionally, experimental methods, such as in vitro studies in animal models, supply valuable information when testing new medical devices or investigating pathological cases. In computational models, mechanical properties play a major role in result’s reliability. In bone, most models opt for simplified representations of its components, since no clear boundary between cortical and trabecular bone exists. This work calculated the equivalent Young’s Modulus of the whole vertebra through compression testing until fracture of sheep samples. Results were validated by constructing a finite element model, for which the samples’ geometry was obtained from a CT scan and the material properties and loading conditions of the compression tests were replicated. Additionally, material properties’ sensitivity in a patient lumbar model segment was studied. Homogeneous and heterogeneous distribution of bone properties were initially compared followed by a contrast between linear and non-linear models of the intervertebral disc. The results were evaluated through stress distribution, range of motion and intradiscal pressure.}
maio 27, 2015, 10:0
Publicação
Obra sujeita a Direitos de Autor
Orientação
ORIENTADOR
João Orlando Marques Gameiro Folgado
Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)
Professor Auxiliar
