Influence of the mechanical definition of the functional spinal unit on the musculoskeletal modeling of the cervical spine

Influence de la modélisation mécanique de l’unité fonctionnelle rachidienne pour la modélisation musculo-squelettique du rachis cervical

Universitéde Technologie de Compiègne, UMR CNRS 7338 : Biomécanique et Bioingénierie, Centre de Recherche Royallieu, BP 20529, 60205 Compiègne, France

Received: 5 July 2012
Accepted: 25 November 2012

Abstract

In sports, cervical spine injuries are critical due to the severity of the damages and their long term consequences. As a preventive and predictive tool, musculoskeletal modeling is commonly used to estimate the internal load and intervertebral kinematics. Classically, the functional spinal units (FSU) are represented by a mechanical connector combined with a visco-elastic torsion spring. The parameters of this FSU modeling are the localization and the stiffness (K). However, the definition of these parameters remains a source of controversy. The objective of this study is to evaluate the influence of the mechanical definition of FSU on intervertebral joint kinematics and loading with a musculoskeletal model. The results demonstrated a high influence of the mechanical definition, but qualitative and quantitative differences were observed.

Résumé

Dans la pratique sportive, les traumatismes du rachis cervical sont particulièrement dus au fait de la sévérité et des conséquences à long termes. La modélisation musculo-squelettique est communément utilisée comme outil de prévention et prédiction. En particulier, il est ainsi possible d’estimer les charges mécaniques et la cinématique intervertébrale. Classiquement, l’unité fonctionnelle du rachis cervical est modélisée par une liaison mécanique avec une composante viscoélastique. La localisation spatiale et la valeur de composante élastique K font ici l’objet d’une étude particulière afin d’évaluer leur influence sur les résultats des simulations musculo-squelettiques du rachis cervical. En effet, il n’existe pas actuellement de consensus sur leur définition. Les résultats montrent une grande influence autant qualitative que quantitative de ces paramètres.