Prediction of injury in the spinal column due to severe axial loading

Abstract

Las lesiones en la columna vertebral debido a una carga axial causada por una explosión bajo el cuerpo (UBB) son motivo de preocupación en expediciones militares. Actualmente existen muchos métodos para calcular lesiones en ciertas partes de la columna vertebral debido a UBB debido a proyectos anteriores, pero no hay mucha correlación entre todos ellos. El objetivo de este proyecto es desarrollar un programa de simulación computacional que permita predecir el riesgo de lesiones en varias partes de la columna vertebral debido a UBB. A través de la simulación de una UBB en un modelo rígido en MSC Adams, se obtienen variables basadas en el riesgo de lesión de proyectos anteriores mediante programación en Matlab y se correlacionan con el Índice de Respuesta Dinámica (DRI) para desarrollar una posible predicción de lesiones en diferentes áreas de la columna vertebral basada en el DRI. Además, se agrega el Criterio de Lesión Cerebral (BRIC) para buscar una posible correlación entre el daño del DRI y el BRIC debido a la aplicación de la misma carga axial. Para la simulación de UBB, se aplica un movimiento axial de diversos valores al sacro desde debajo de la columna vertebral para simular la carga axial. Esa carga se determina mediante la duración total del pulso de la explosión y la velocidad pico alcanzada durante esa misma explosión.

Injuries in the spinal column due to an axial loading caused by an under-body blast (UBB) are a cause of concern in military expeditions. There are currently many methods of calculating injuries in certain parts of the spinal column due to UBB due to previous projects, but not much correlation between all of them. The objective of this project is to develop a computational surrogate program that allows for the prediction of injury risk in several parts of the spinal column due to UBB. Through the simulation of a UBB on a rigid model on MSC Adams, variables based on the injury risk of previous projects are obtained through Matlab programming and correlated with the Dynamic Response Index (DRI) to develop a possible injury prediction on different areas of the spinal column based on DRI. Also, the Brain Injury Criteria (BRIC) is added to search for a possible correlation between DRI and BRIC damage due to the application of the same axial loading. For UBB simulation, an axial motion of various values is applied to the sacrum from beneath the spinal column to simulate the axial loading. That loading is determined by the total duration pulse of the blast and the peak velocity achieved during that same blast.