Articles de recherche

(English) Comparison of linear, rotational and finite element thresholds of brain injury for impacts at multiple locations to the head

Nom de fichier Good.pdf
Taille du fichier 518 KB
Version 1
Date ajoutée 6 juin 2010
Téléchargé 1 time/fois
Catégorie 2010 CMRSC XX Niagara
Tags Session 5A
Author/Auteur Craig Good, Steve Thannhauser

Résumé

Les traumatismes crâniens représentent un grave problème dans le monde actuel. Quand ils ne sont pas fatals, ils entraînent souvent une incapacité à long terme. En 2003-2004, on a enregistré 16800 hospitalisations et 1400 décès dus à des blessures à la tête au Canada. Les principales causes des traumatismes cérébraux, au Canada et aux É.-U., sont les chutes, les accidents de la route et les voies de fait. Les scientistes discutent et proposent different mécanismes biomécaniques responsable au traumatisme crânien. Dès 1940, des scientistes proposaient des mécanismes du traumatisme crânien qui mettaient en jeu à la fois l’accélération linéaire et l’accélération rotationnelle à l’impact. Beaucoup d’études ont d’ailleurs défini l’accélération rotationnelle à l’impact comme étant le mécanisme du traumatisme crânien. Cela contredisait la réduction historique des blessures à la tête définies d’après des normes et critères fondés sur l’accélération linéaire (notamment, l’indice de blessure à la tête – HIC, pour Head Injury Criteria). Récemment, les chercheurs ont élaboré des modèles par éléments finis (MEF) du cerveau, travaux qui ont mené à des propositions de mesures des lésions cérébrales au niveau tissulaire. La présente recherche compare les mesures de traumatisme crânien fondées sur l’accélération linéaire, sur l’accélération rotationnelle et sur les indices de blessure à la tête dérivés des modèles par éléments finis. Diverses directions d’impact et divers endroits d’impact sont utilisés. Les relations entre la cinématique de la tête et les indices de blessure à la tête découlant des MEF sont examinées. Les indices de blessure à la tête ont été établis à l’aide d’une approche computationnelle. La cinématique de la tête a été déterminée à l’aide du code Madymo 7.1 (TASS Safe, Pays-Bas) appliqué au modèle tête et cou du mannequin Q Hybrid III du 50e percentile. Un impacteur de 2 kg a été utilisé pour frapper la tête à une vitesse de 20 m/s à l’impact (énergie de 400 J), à divers endroits et dans plusieurs directions. L’accélération linéaire, la vitesse rotationnelle, l’accélération rotationnelle et le HIC-15 ont été établis. Les données sur la cinématique de la tête ont été intégrées au modèle de traumatisme crânien par un programme amiliore pour la computation des les éléments finis SIMON 3.07 (NHTSA, Washington, DC). La CSDM (Cumulative Strain Damage Measure) (CSDM 15%) et la contrainte principale maximale ont été établies, au moyen du MEF, en tant qu’indices de blessure pour la lésion axonale diffuse (LAD). Une grande variabilité a été constatée dans toutes les mesures de blessure à la tête à la suite d’impacts longitudinaux et latéraux correspondant à une même énergie. Plusieurs des impacts étaient des coups obliques. L’indice HIC-15 a varié de 157 à 1 409. L’accélération rotationnelle de pointe a varié de 8 782 à 18 342 s^-2, et la vitesse rotationnelle de pointe, de 17 à 49 s^-1. La CSDM (15%) a varié de 6 % à 90 % de tous les tissus du cerveau. Des modèles de régression linéaire ont été calculés pour chaque paire de mesures de blessure à la tête. Comme prévu, l’indice HIC-15 était bien corrélé avec l’accélération linéaire (R²=0,96). Mais la corrélation était faible entre le HIC-15 et la CSDM (15 %) (R²=0,34). Cette corrélation peut expliquer l’efficacité d’un indice de blessure à la tête fondé sur l’accélération linéaire, comme l’HIC, pour mesurer les traumatismes crâniens. Plusieurs corrélations ont été observées pour la vitesse rotationnelle de pointe ou pour le changement de vitesse rotationnelle. La vitesse rotationnelle de pointe était corrélée avec la CSDM (15 %) (R²=0,84), l’indice HIC-15 (R²=0,59), l’accélération linéaire (R²=0,50) et la contrainte principale maximale (R²=0,48). Aucune corrélation n’est ressortie entre l’accélération linéaire ou rotationnelle et l’indice de blessure à la tête découlant du MEF. Les résultats valent non seulement pour un seul point d’impact mais aussi pour des coups assénés à plusieurs endroits sur la tête, et dans différentes directions. Ces résultats indiquent qu’il y a lieu de poursuivre les recherches et de perfectionner les mesures biomécaniques des blessures à la tête couramment utilisées pour évaluer les traumatismes crâniens.

Craig Good and Steve Thannhauser