A Hyper-Viscoelastic Continuum-Level Finite Element Model of the Spinal Cord Assessed for Transverse Indentation and Impact Loading
Notice bibliographique
Résumé
Finite Element (FE) modelling of spinal cord response to impact can provide unique insights into the neural tissue response and injury risk potential. Yet, contemporary human body models (HBMs) used to examine injury risk and prevention across a wide range of impact scenarios often lack detailed integration of the spinal cord and surrounding tissues. The integration of a spinal cord in contemporary HBMs has been limited by the need for a continuum-level model owing to the relatively large element size required to be compatible with HBM, and the requirement for model development based on published material properties and validation using relevant non-linear material data. The goals of this study were to develop and assess non-linear material model parameters for the spinal cord parenchyma and pia mater, and incorporate these models into a continuum-level model of the spinal cord with a mesh size conducive to integration in HBM. First, hyper-viscoelastic material properties based on tissue-level mechanical test data for the spinal cord and hyperelastic material properties for the pia mater were determined. Secondly, the constitutive models were integrated in a spinal cord segment FE model validated against independent experimental data representing transverse compression of the spinal cord-pia mater complex (SCP) under quasi-static indentation and dynamic impact loading. The constitutive model parameters were fit to a quasi-linear viscoelastic model with an Ogden hyperelastic function, and then verified using single element test cases corresponding to the experimental strain rates for the spinal cord (0.32–77.22 s−1) and pia mater (0.05 s−1). Validation of the spinal cord model was then performed by re-creating, in an explicit FE code, two independent ex-vivo experimental setups: 1) transverse indentation of a porcine spinal cord-pia mater complex and 2) dynamic transverse impact of a bovine SCP. The indentation model accurately matched the experimental results up to 60% compression of the SCP, while the impact model predicted the loading phase and the maximum deformation (within 7%) of the SCP experimental data. This study quantified the important biomechanical contribution of the pia mater tissue during spinal cord deformation. The validated material models established in this study can be implemented in computational HBM.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».