DEVELOPMENT AND VALIDATION OF A FINITE ELEMENT MODEL FOR C2-C3 CERVICAL SPINE: ESTIMATING RANGE OF MOTIONS

Hussein, Khaled Mohammad; Elsayeh, Mohammed; Habib, Mohammed; Fatahalla, Nabil

doi:10.21608/auej.2023.240114.1435

DEVELOPMENT AND VALIDATION OF A FINITE ELEMENT MODEL FOR C2-C3 CERVICAL SPINE: ESTIMATING RANGE OF MOTIONS

Document Type : Original Article

Authors

¹ Al Azhar University, Faculty of engineering, Mechanical department

² Department Systems and Biomedical Engineering, Cairo University, Cairo, Egypt

³ Department of Mechanical Engineering, Al-Azhar University, Cairo, Egypt

10.21608/auej.2023.240114.1435

Abstract

In orthopedic surgery, Finite element analysis (FEA) is a very useful tool for the surgeon to predict the behavior of different fixation systems of cervical vertebrae and cages implantation before surgery. The objective of this work is to establish the 3D re-construction, modelling and examine the validation of an intact C2-C3 level of cervical vertebrae in finite element (FE) software with respect to Range of Motions (ROMs). 3D re-construction of an intact C2-C3 cervical vertebrae was modeled and imported to ANSYS 2023 R1 STUDENT EDITION software. Ligaments are defined as rod connection. The 3D model then meshed with quadratic order of tetrahedron elements. The results showed that the Range of Motion of our model for flexion, extension, lateral bending right and axial rotation right is validated. Validation of the cervical vertebrae 3D model is an initial step that must be made before any study is carried out on the FE model. This validate model is going to be very helpful to evaluate the outcomes of different fixation systems of cervical vertebrae and cages implantation before surgeries.
فـي جـراحـة الـعـظـام، تـعـد تـحـلـيـل الـنـمـذجـة (FEA) أداة مـفـيـدة جـدًا لـلـجـراح لـلـتـنـبـؤ بـسـلـوك أنـظـمـة الـتـثـبـيـت الـمـخـتـلـفـة لـلـفـقـرات الـعـنـقـيـة وزرع الأقـفـاص قـبـل الـجـراحـة. الـهـدف مـن هـذا الـعـمـل هـو إعـادة تـطـويـر بـنـاء ثـلاثـيـة الأبـعـاد ونـمـذجـة وفـحـص الـتـحـقـق مـن صـحـة مـسـتـوى C2-C3 الـسـلـيـم لـلـفـقـرات الـعـنـقـيـة فـي بـرنـامـج الـنـمـذجـة (FE) فـيـمـا يـتـعـلـق بـنـطـاق الحركات (ROMs) .تـم تـصـمـيـم نـمـوذج إعـادة بـنـاء ثـلاثـي الأبـعـاد لـلـفـقـرات الـعـنـقـيـة C2-C3 الـسـلـيـمـة وادخـالـهـا إلـى بـرنـامـج ANSYS 2023 R1 STUDENT EDITION. تـم تـعـريـف تـثـبـيـت الأربـطـة عـلـى أنـهـا قـضـبـان اسـطـوانـيـة. ثـم تـم دمـج الـنـمـوذج ثـلاثـي الأبـعـاد بـتـرتـيـب تـربـيـعـي لـعـنـاصـر ربـاعـيـة الـسـطـوح. أظـهـرت الـنـتـائـج أن مـدى الـحـركـة لـنـمـوذجـنـا لـلانـثـنـاء والـبـسـط والانـحـنـاء الـجـانـبـي لـلـيـمـيـن والـدوران الـمـحـوري لـلـيـمـيـن تـم الـتـحـقـق مـنـه. يـعـد الـتـحـقـق مـن صـحـة الـنـمـوذج ثـلاثـي الأبـعـاد لـلـفـقـرات الـعـنـقـيـة خـطـوة أولـيـة يـجـب إجـراؤهـا قـبـل إجـراء أي دراسـة عـلـى الـنـمـذجـة ( (FE.يـكـون نـمـوذج الـتـحـقـق هـذا مـفـيـدًا جـدًا لـتـقـيـيـم نـتـائـج أنـظـمـة الـتـثـبـيـت الـمـخـتـلـفـة لـلـفــقـرات الـعـنـقـيـة والأقـفـاص قـبـل الـعـمـلـيـات الـجـراحـيـة.

Keywords

Main Subjects