Validazione e verifica di strategie di modellazione del giunto intervertebrale = Validation and verification of intervertebral joint modeling strategies

Scopo: L’obiettivo di questo lavoro di tesi è la formulazione di un modello che simuli il comportamento meccanico del disco intervertebrale durante i movimenti di flessione ed estensione e in particolare che simuli la non-linearità di tale comportamento. Metodi: È stato costruito un modello multi-body della unità funzionale spinale (FSU) L4-L5 costituito dalle due vertebre lombari L4 ed L5 modellizzate come corpi rigidi e dalla giunzione intervertebrale modellata utilizzando due approcci differenti: un giunto rotoidale con rigidezza passiva e un giunto a 6 gradi di libertà con comportamento non-lineare. La non-linearità nel piano sagittale è stata implementata all’interno del modello tramite un polinomio di terzo grado che esprime la componente di momento in funzione del range di movimento (ROM). Il modello della FSU è stato validato effettuando simulazioni numeriche dei movimenti di flessione ed estensione e confrontando i risultati con la letteratura. Inoltre è stato analizzato l’effetto dei principali legamenti spinali sul ROM della FSU durante i movimenti di flesso-estensione, confrontando i risultati con lo stato dell’arte sperimentale. Infine, il modello della FSU L4-L5 è stato esteso a tutto il tratto lombosacrale ed è stata effettuata nuovamente la simulazione numerica del movimento di flesso-estensione, confrontando successivamente i risultati ottenuti con la letteratura. Risultati: Entrambi gli approcci di modellazione della giunzione intervertebrale nel modello multi-body della FSU hanno fornito risultati in linea con la letteratura di riferimento. L’estensione del modello a tutto il rachide lombare ha fornito risultati in linea con la letteratura soprattutto per bassi livelli di carico, mentre se ne discostano all’ aumentare dei carichi. Conclusioni: Entrambi gli approcci di modellazione della giunzione intervertebrale permettono di descrivere il comportamento meccanico non-lineare che essa esibisce in vitro. La modellazione puntuale come un giunto a 6 gradi di libertà con comportamento non-lineare presenta il vantaggio di consentire l’analisi degli effetti dei principali legamenti spinali sul ROM. La modellazione globale come un giunto rotoidale, comprendendo i contributi di tutti gli elementi passivi in un solo componente, permette invece una modellazione più immediata senza perdere accuratezza.