ORIGINAL ARTICLE Raphae¨ l Dupuis Æ Frank Meyer Æ Caroline Deck Re´my Willinger Three-year-old child neck finite element modelization Received: 21 June 2005 / Accepted: 20 November 2005 / Published online: 16 March 2006 Ó Springer-Verlag 2006 Abstract Despite the recent progresses in occupant safety, protection of children is not still optimal. To offer a better understanding of child injury mechanisms, the present study proposes a human-like finite element model of a 3- year-old child neck. The subject underwent scanning. The images were first segmented semi-automatically in order to extract the soft tissues and the bones. In the second step, we separated the different bones slice by slice on the geometry previously reconstructed. The anatomic struc- tures were identified and each vertebra was reconstructed independently with special attention to the articular process. In the third step, we generated an original meshing on the previous geometry to obtain a finite ele- ment model of the child’s neck. The modelled anatomical structures are the head, the seven cervical vertebrae (C1–C7), the first thoracic vertebra (T1), the interverte- bral discs and the principal ligaments which were mod- elled using non-linear shock-absorbing spring elements. The stiffness values used were taken from the literature, and scaled down using scale factors from Irwin. This model incorporates 7,340 shell elements to model the 8 vertebrae, the head and 1,068 solid 8-node elements to model the intervertebral discs. Contact between the articular surfaces is represented by interfaces permitting frictionless movement. Since this study does not aim to reproduce bone fractures, we have modelled the cervical vertebrae as rigid bodies. Given that validation data was not available, the model validation was conduced against crash test dummy component sled tests. The accelero- metric responses of the head model were similar with those recorded experimentally with a Q3 dummy neck in backward, frontal and lateral impact direction. Keywords Children Æ Finite element model Æ Neck Æ Crash Æ Validation Mode´lisation par e´le´ments finis d’un rachis cervical d’enfant Re´ sume´ Malgre´ l’e´ volution re´ cente des syste` mes de protection dans les automobiles, les traumatismes du rachis cervical de l’enfant restent encore un proble`me d’actualite´. Le sujet de cette e´tude est donc la cre´ation et la validation d’un mode`le e´le´ments finis tridimen- sionnel de´ taille´ du rachis cervical d’un enfant de trois ans, destine´ a` ame´liorer la compre´hension des me´can- ismes le´sionnels en situation de choc. Pour ce faire, nous sommes partis de coupes scanographiques; les images ont d’abord e´te´ seuille´es de manie`re semi-au- tomatique pour extraire les parties osseuses. Les verte`bres ont e´te´ identifie´es coupes par coupes sur la base de la ge´ome´trie ainsi reconstruite. Dans un second temps, a` partir de la ge´ome´trie obtenue, nous avons ge´ ne´ re´ un maillage original comprenant le craˆne, les sept verte`bres cervicales, la premie`re verte`bre thoraci- que, les disques interverte´braux et les principaux liga- ments. Les huit verte`bres ainsi que le craˆne ont e´te´ mode´lise´s par des e´le´ments coques, les disques inter- verte´braux par des e´le´ments volumiques et les ligaments par des e´le´ments ressorts. Les e´le´ments osseux se sont vus de´clare´s en tant que corps rigides puisque l’e´tude ne prend pas en compte la rupture osseuse. Les liga- ments ont e´te´ mode´lise´s par des ressorts viscoe´lastiques non-line´aires dont les valeurs de raideur sont issues de la litte´rature et ont e´te´ ajuste´s selon les coefficients d’e´chelle de Irwin. Le contact entre les surfaces artic- ulaires est ge´re´ par des interfaces sans frottement. Du fait de l’absence de donne´ es expe´ rimentales sur le comportement de l’enfant en situation d’impact, nous avons mene´ des essais chariots sur le cou d’un man- nequin de crash Q3. Les re´ponses nume´riques de la teˆte en terme d’acce´le´ration e´taient similaires a` celles mes- ure´ es expe´ rimentalement en choc avant, arrie` re et late´ ral. Mots cle´s Enfant Æ Mode`le e´le´ments finis Æ Cou Æ Crash Æ Validation R. Dupuis (&) Æ F. Meyer Æ C. Deck Æ R. Willinger Institut de Me´canique des Fluides et des Solides, Universite´ Louis Pasteur, 2, rue Boussingault, 67000 Strasbourg, France E-mail: dupuis@imfs.u-strasbg.fr Tel.: +33-3-90242945 Fax: +33-3-88634100 Eur J Orthop Surg Traumatol (2006) 16: 193–202 DOI 10.1007/s00590-005-0068-6