Valutazione del danno ai legamenti della colonna cervicale in seguito ad impatti automobilistici mediante analisi agli elementi finiti = Assessment of damage to the ligaments of the cervical spine following automotive impacts through finite element analysis

Il rachide cervicale è la parte più frequentemente lesa della colonna vertebrale durante gli incidenti automobilistici. La colonna cervicale si presenta come una struttura piuttosto complessa i cui componenti strutturali sono le sette vertebre connesse tra loro mediante i dischi intervertebrali, i legamenti e la muscolatura. I modelli biomeccanici, come i modelli in vitro, in vivo e i modelli agli elementi finiti sono particolarmente utili per comprendere i meccanismi di lesione e disfunzione spinale, e possono facilitare la diagnosi, il trattamento e le tecnologie di prevenzione delle lesioni del rachide cervicale. In particolare, la modellazione agli elementi finiti (FE) è diventata uno strumento di fondamentale importanza per varie applicazioni biomediche, nel caso del rachide cervicale possono essere valutate sollecitazioni e deformazioni nelle ossa e nei tessuti molli in modo più realistico. Un aspetto importante per i modelli agli elementi finiti è la biofedeltà, difatti per prevedere con precisione la risposta del collo e le potenziali lesioni durante un impatto automobilistico è necessario che le proprietà meccaniche adoperate per modellare i tessuti del rachide cervicale siano appropriate e che la geometria sia piuttosto accurata. I disturbi associati al colpo di frusta (WAD) possono verificarsi in tutte le direzioni di impatto, più frequentemente negli impatti posteriori. Tali disturbi hanno origine da lesioni ai tessuti molli del collo che possono provocare dolore a lungo termine, mal di testa, vertigini, mal di schiena o dolore agli arti superiori. Nel presente lavoro di tesi è stato adoperato un modello agli elementi finiti OpenSource sotto licenza GPL v3 (GNU General Public License) per le simulazioni di impatti automobilistici posteriore e frontale, tale modello rappresenta il 50° percentile femminile, in quanto è stato dimostrato che le donne sono soggette ad un rischio maggiore di lesioni al collo. In un primo momento è stato preso in esame il modello agli elementi finiti del corpo intero per valutarne la cinematica negli impatti posteriori e frontali. In un secondo momento, invece, è stato preso in esame il modello testa-collo, focalizzando l’attenzione sui legamenti per valutarne il danno ad essi arrecato durante gli impatti automobilistici, dato che i legamenti sono importanti nella risposta dinamica del collo in scenari di incidente automobilistico. I legamenti che sono stati presi in considerazione sono il legamento longitudinale anteriore (ALL), il legamento longitudinale posteriore (PLL), il legamento giallo (LF), il legamento interspinale (ISL) e i legamenti capsulari (CL). Per questi legamenti è stato acquisito il percorso deformativo ed è stato confrontato con le curve sforzo-deformazione caratteristiche del materiale con cui i legamenti sono stati modellati, procedendo in questo modo è stato possibile individuare quali legamenti fossero maggiormente coinvolti ed eventualmente danneggiati negli impatti automobilistici simulati. Per un’analisi più approfondita, sono state svolte simulazioni aggiuntive per valutare il danno in condizioni di carico differente. Dall’analisi dei risultati è stato possibile dedurre che i legamenti esposti maggiormente a lesione sono i legamenti capsulari nel caso di impatto posteriore, mentre nel caso di impatto frontale il legamento giallo, il legamento interspinale e i legamenti capsulari risultano critici dal punto di vista del danneggiamento.