Modelo dinâmico da coluna lombar humana, com solicitação de esforço postero-anterior: análise com rigidez viscoelástica não linear

Abstract

Um modelo fundamentado nos sistemas multicorpos, com sete corpos rígidos e oito corpos flexíveis, com três graus de liberdade para cada um dos corpos rígidos está sendo proposto. Os corpos rígidos são providos de inércia e os corpos flexíveis trabalham como juntas e não são providos de inércia. A solução numérica do modelo foi obtida com o método Runge-Kutta. Os parâmetros de influência, curvatura inicial da espinha lombar, posições dos centros geométricos das vértebras, tórax e da sacrum-pélvis, e o ponto de aplicação da força póstero-anterior (PA), foram obtidos de radiografia digital de cada paciente. O modelo foi simulado com dados de literaturas (obtidos de experimentos in vivo e em peças anatômicas). Os resultados foram satisfatórios do ponto de vista dos terapeutas e apresentam-se em conformidade com outros modelos propostos. O modelo oferece vantagem na aplicação individualizada a cada paciente pelos terapeutas, e foi construído com a metodologia de análise das forças aplicadas e suas reações diferentemente de outros modelos que apoiam-se nos métodos de análise das energias. O objetivo principal deste trabalho será o de avaliar o comportamento dinâmico do segmento lombar da coluna vertebral humana incluindo as massas do tórax e da pelve, por um modelo não-linear da rigidez viscoelástica estabelecido a partir da relação força-deslocamento obtida por experimentação in vivo.

Evaluate a dynamic behavior of the human lumbar spine, with non-linear viscoelastic stiffness model followed by experimental data. Many of the techniques for the clinical treatment of dysfunction acting on lumber segments of the human spine have been based in the application of a postero anterior forces. Existing models to predict the state of lumber segments are restricted to evaluate general characteristic, furthermore, they use unrealistic boundary condition for its analysis. Periodic oscillatory posteroanterior forces were applied on each vertebra with initial lordotic curvature of the lumbar spine. A model is based on the multibody system of seven rigid bodies and eight deformable bodies representing human spine composed of thoratic, lumber and sacrum-pelvis segments. On each lumber were considered three degree of freedom(posterior - anterior, axial and flexion - extension). The rigid bodies are provided with inerti and the deformable bodies, wich would as joints with no inertia provided. Numerical solution of proposed model was solved with Ringe-Kutta methods. Parameter of influence, initial lordotic curvature, positions of the geometric centers of the vertebras, thorax and of the sacrum-pelvis, and point of application of the posteroanterior force (PA) were evaluated from x-ray image of patients. Nonlinear stiffness character introducedin the model affects the motion stability when periodic posteroanterior forces are applied to one vertebra.