Comparison between isotropic linear-elastic law and isotropic hyperelastic law in the finite element modeling of the brachial plexus - 04/04/17
Comparaison entre loi élastique linéaire isotrope et loi hyperélastique isotrope dans la modélisation par éléments finis du plexus brachial
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Summary |
Augmented reality could help the identification of nerve structures in brachial plexus surgery. The goal of this study was to determine which law of mechanical behavior was more adapted by comparing the results of Hooke's isotropic linear elastic law to those of Ogden's isotropic hyperelastic law, applied to a biomechanical model of the brachial plexus. A model of finite elements was created using the ABAQUS® from a 3D model of the brachial plexus acquired by segmentation and meshing of MRI images at 0°, 45° and 135° of shoulder abduction of a healthy subject. The offset between the reconstructed model and the deformed model was evaluated quantitatively by the Hausdorff distance and qualitatively by the identification of 3 anatomical landmarks. In every case the Hausdorff distance was shorter with Ogden's law compared to Hooke's law. On a qualitative aspect, the model deformed by Ogden's law followed the concavity of the reconstructed model whereas the model deformed by Hooke's law remained convex. In conclusion, the results of this study demonstrate that the behavior of Ogden's isotropic hyperelastic mechanical model was more adapted to the modeling of the deformations of the brachial plexus.
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Les techniques de réalité augmentée pourraient aider au repérage des tissus nerveux dans la chirurgie du plexus brachial. L’objectif de cette étude était de déterminer la loi de comportement mécanique la plus adaptée, en comparant les résultats de la loi élastique linéaire isotrope de Hooke à ceux de la loi hyperélastique isotrope d’Ogden, appliquées à un modèle biomécanique du plexus brachial. Un modèle éléments finis été élaboré à l’aide du logiciel ABAQUS® à partir d’un modèle 3D du plexus brachial obtenu par segmentation et maillage d’images IRM à 0°, 45° et 135° d’abduction de l’épaule d’un sujet sain. Ce modèle a été déformé en utilisant les lois de Hooke et d’Ogden pour reproduire les mouvements de l’épaule. Le recalage entre modèle reconstruit et modèle déformé a été évalué quantitativement par la distance de Hausdorff et qualitativement par l’identification de 3 repères anatomiques. Dans tous les cas de figure, la distance de Hausdorff était plus petite avec la loi d’Ogden qu’avec celle de Hooke. Sur le plan qualitatif, le modèle déformé avec la loi d’Ogden suivait la concavité du modèle reconstruit alors que celui déformé avec la loi de Hooke restait convexe. En conclusion, les résultats de cette étude ont permis de montrer que la loi de comportement mécanique hyperélastique isotrope d’Ogden était la plus adaptée à la modélisation des déformations du plexus brachial.
Le texte complet de cet article est disponible en PDF.Keywords : Brachial plexus, Augmented reality, Finite element model, Biomechanical
Mots clés : Plexus brachial, Réalité augmentée, Modèle éléments-finis, Biomécanique
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