Modellazione a elementi finiti della spina: come la legge costitutiva scelta per il disco intervertebrale influisce sulla distribuzione delle deformazioni a livello vertebrale = Finite-element modelling of the spine: how the constitutive law chosen for the intervertebral disc affects the distribution of deformations at the vertebral level

Negli ultimi anni, le analisi in silicio hanno guadagnato importanza nello studio di sistemi complessi come la colonna vertebrale; tramite esse, ¿ possibile ottenere un modello numerico della colonna vertebrale, facilitandone lo studio della biomeccanica. Nonostante il suo vasto utilizzo, il successo del modello numerico dipende dalla corretta impostazione delle leggi costitutive dei materiali che lo compongono e dall¿effettiva validazione del modello, che ne garantisce l¿affidabilit¿. In particolar modo, tra gli elementi che compongono la colonna vertebrale, il disco intervertebrale ¿ indubbiamente l¿elemento pi¿ complesso da modellare, in quanto non tutte le analisi di imaging forniscono dati utili alla modellazione di questo tessuto molle. Lo scopo di questa tesi ¿ quello di verificare se leggi costitutive del disco da letteratura e con parametri da popolazione potrebbero essere in grado di permettere la costituzione di modelli FE multi-vertebra in grado di predire correttamente le deformazioni a livello vertebrale. A questo scopo il lavoro si ¿ concentrato sulla costruzione di un modello FE di un segmento lombare L1-L4, sottoposto a test sperimentali e di cui erano disponibili le immagini di tomografia computerizzata (TC). Partendo da queste immagini le geometrie di vertebre e dischi sono state estratte. L¿osso ¿ stato modellato assegnando propriet¿ elastiche isotropiche ma eterogenee, basate sui valori delle Hounsfield Units delle immagini TC. Per quanto riguarda il disco invece sono stati adottate 12 diverse combinazioni di modelli elastici, iperelastici, isotropi ed anisotropi per l'anulus ed il nucleo, che hanno quindi prodotto 12 diversi modelli. Le condizioni al contorno sono state applicate andando a riprodurre quelle del test sperimentale di flesso-compressione eseguito. I modelli sono infine stati confrontati tra loro con i dati sperimentali prendendo in considerazione le deformazioni principali minime sulla superfice delle vertebre L2 ed L3. Analizzando le deformazioni principali minime si nota come la media dei valori calcolate nelle due vertebre vari molto, si passa infatti da un valore minimo di -1327,6 e -1408,5 ¿ε (per L2 e L3) ad un massimo di -284,1 e -343,5 ¿ε.