Modelisation geometrique et mecanique tridimensionnelle par elements finis du rachis cervical superieur

Three-dimensional geometrical and mechanical finite element model of the upper cervical spine

• Auteur / Autrice : STEPHANE VERON
• Direction : Wafa Skalli
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques et fondamentales appliquées. Psychologie
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Paris, ENSAM

Résumé

L'objectif de ce travail de recherche est la realisation d'un modele geometrique et mecanique en elements finis parametre et personnalise du rachis cervical superieur (occiput, atlas et axis). Modelisation geometrique : des nuages de points sont mesures a la surface des vertebres. Ces nuages de points permettent de definir et de calculer des ensembles de parametres qui decrivent la geometrie de ces 3 niveaux vertebraux. Afin de personnaliser le modele, une technique de reconstruction par stereoradiographie qui utilise des points non-correspondants (visibles sur une seule radiographie) est implantee. Cette technique de personnalisation est evaluee sur un echantillon de 6 rachis cervicaux superieur. L'acquisition de la geometrie de ces rachis est effectuee par trois procedes : systeme de pointage magnetique, stereoradiographie et scanner. Des indices geometriques sont mis en place afin de comparer les differents modeles geometriques obtenus. Modelisation mecanique : un modele elements finis 3d detaille du rachis cervical superieur est presente. Sa geometrie est basee sur la mesure de vertebres seches mesurees par machine a mesurer tridimensionnelle. La surface des vertebres est maillee avec des elements coques. La geometrie des facettes articulaires est parametree afin de reproduire les surfaces cartilagineuses. Le systeme ligamentaire est completement reproduit, tous les ligaments sont representes. L'evaluation du modele est conduite a partir d'etudes experimentales in-vitro. Le comportement mecanique du modele est en accord avec les resultats experimentaux pour les trois sollicitations (flexion-extension, inflexion laterale et torsion axiale). Les amplitudes de mobilites maximales sont coherentes et les non-linearites (zone neutre) bien reproduites. Le modele permet d'acceder aux tensions dans les ligaments pour les differentes sollicitations. Il autorise l'analyse des interactions 3d complexes qui se produisent entre les differents ligaments.