< Terug naar vorige pagina
Project
BIOMECHANISCHE KARAKTERISATIE VAN HOOFDLETSELS VEROORZAAKT DOOR FIETSONGELUKKEN
De fiets is in België een veelgebruikt vervoersmiddel en fietsen is bovendien een populaire recreatieve activiteit. De openbare weg is echter niet de meest veilige omgeving. Bij het ontwerpen van onze wegeninfrastructuur was veiligheid niet de hoofdbekommernis. Hoewel er inspanningen worden gedaan om alle soorten weggebruikers hun plaats te geven op de weg,leiden foute inschattingen en onvoorspelbare acties vaak tot ongevallen. De kinetische energie die resulteert uit verschillen in massa en snelheid van botsende weggebruikers beïnvloedt grotendeels de ernst van de opgelopen letsels. Vooral zwakke weggebruikers, zoals voetgangers en fietsers, die niet kunnen rekenen op dezelfde mate van bescherming die inzittenden van voertuigen genieten, zijn om die reden kwetsbaar. Fietsers worden niet enkel gekwetst in aanrijdingen met voertuigen, maar ook door tevallen of te botsen met objecten. Vooral bij ouderen of fietsers zonderhelm kunnen dergelijke ongevallen eveneens tot ernstige letsels leiden.Craniocerebraal trauma volgend uit fietsongevallen vormt een reëel maatschappelijk gegeven met sociale en economische gevolgen. </>
</>In de laatste decennia zijn heel wat inspanningen geleverd om de mechanica van craniocerebraal trauma te onderzoeken, ten einde tolerantiecriteria te ontwikkelen en maatregelen voor hoofdprotectie te verbeteren. Echter, ondanks deze inspanningen blijven veel vragen in dit domein voorlopig overeind.</>
</>Sinds 13 jaar heeft ook de multidisciplinaire Fietsvalhelm Onderzoeksgroep van de KULeuven zich op het onderzoek van de mechanica van craniocerebraal trauma toegespitst, met als voornaamste doel de identificatie van letsel-specifieke tolerantiecriteria en de ontwikkeling van een nieuw prototype van de fietsvalhelm, dat betere bescherming biedt. De doelstellingen van de huidige doctoraatsthesis situeren zich binnen dit kader.</>
</>In het licht hiervan is de thesis als volgt gestructureerd:</>
</>Hoofdstuk 1</> beschrijft de context en het doel van het globale onderzoeksproject, situeert het huidige doctoraatsonderzoek in het globale project en stelt de specifieke hypotheses en onderzoeksvragen voor.</>
</>In Hoofdstuk 2</> wordt de validiteit van een energiecriterium voor het optreden van schedelfracturen onderzocht. Ondanks alle vooruitgang die werd geboekt op het vlak van de mechanica van schedelfracturen, is het exacte uitlokkende mechanisme niet volledig ontrafeld. Dit onderzoek omvat een reeks van fysische experimenten waarbij impacten op verschillende anatomische plaatsen door middel vaneen dubbeel slinger-opstelling gemodelleerd worden. De opstelling laat toe om kracht-verplaatsingscurves in kaart te brengen en de geabsorbeerde energie tot op het moment van de breuk te berekenen. Uit de resultatenvalt af te leiden dat de schedel een niet-lineaire structurele respons vertoont, en het bestaan van een energie falingscriterium van 5-15 J voor dynamische belasting van de slaapstreek wordt gesuggereerd. De resultaten wijzen er bovendien op dat het uiteindelijke falingscriterium een energiecriterium is, dat afhankelijk is van de anatomische impactplaats enstructurele schedelkarakteristieken.</>
</>In Hoofdstuk 3</> bestaat het doel erin om de relatieve beweging van de hersenen ten opzichte van de schedel in quasistatische omstandigheden in kaart te brengen en corticale regios met hogere bewegingsamplitudes te correleren met regios die een voorbeschikking voor hersenkneuzingen (contusies) vertonen. In dit onderzoek ondergingen 30 gezonde vrijwilligers magnetische resonantie beeldvorming van het hoofd in vier verschillende hoofdposities. Door middel van beeldverwerking en 3D registratie van de schedelmodellen werden paarsgewijze vergelijkingen doorgevoerd ten einde de verplaatsing van de hersenen voor hoofdbewegingen in het sagittale en coronale vlak te documenteren. Vervolgens werd de vervorming van de hersenen onderzocht door de bewegingsamplitudes van de hersencortex en van het ventrikelsysteem onderling te vergelijken. Tot slot werdde invloed onderzocht van leeftijd, geslacht en geometrie van de schedel op de relatieve beweging van de hersenen ten opzichte van de schedel. Uit de resultaten blijkt dat het bewegingspatroon complex is, met grote interregionale en interindividuele variabiliteit. De hersencortex van deinferolaterale aspecten van de frontale en temporale hersenkwabben vertoont de grootste bewegingsamplitudes, en dit zijn ook de zones waar de meeste contusies worden gezien. De resultaten van dit deelproject dragen bij tot een beter begrip van de ontstaanswijze van frontotemporale contusies en zijn bovendien erg nuttig voor de optimalisatie van eindige elementen modellen en neurochirurgische genavigeerde procedures.</>
</>In Hoofdstuk 4</> worden de gegevens vanhoofdstuk 3 verder benut om de relatieve beweging van de hersenen ten opzichte van de schedel in deelcompomenten te ontleden. De rigid body bewegingscomponent van de hersenen werd geëxtraheerd door middel van een algoritme gebaseerd op SPM 8.0. Op basis van deze berekeningen komt de netto amplitude van de beweging van de ganse hersenen (beschouwd als één stijf geheel) grosso modo met nul overeen. De maximale translationele amplitude was 1,3mm en de maximale rotatiehoek 0,85°. In het sagittale vlak werden hogere bewegingsamplitudes bekomen indien de zwaartekracht eveneens in het sagittale vlak en dezelfde richting speelde. Ten gevolge vande symmetrie van de hersenen in het coronale vlak, en van de falx cerebri die een tussenschot vormt tussen de beide hersenhelften werd bij hoofdbeweging in het sagitalle vlak weinig beweging van de hersenen in andere vlakken gezien. Daarentegen lokt de zwaartekracht in het coronale vlaknaast translatie in het coronale vlak tevens rotaties in het sagittale en axiale vlak uit. De observaties van hoofdstuk 4 dragen bij tot een beter begrip van het dynamisch gedrag van de hersenen en van de relatie tussen deze dynamiek en de ontstaanswijze van specifieke letseltypes. Dezenieuwe inzichten in de randvoorwaarden van het menselijk hoofd zijn ookerg nuttig voor de verbetering en validatie van eindige elementen modellen.</>
</>In Hoofdstuk 5</> wordende falingsmechanismen van het complex brugvene-sinus sagittalis superior (BV-SSS) onder uitrekking onderzocht. Scheuren van brugvenen geven aanleiding tot acute subdurale hematomen (ASDH). In deze experimenten werden BV-SSS complexen uitgerekt tot falen onder oplopende rek variërend van2.66s-1 tot 185.61s-1, ten einde de invloed van de snelheid van oplopende rek te onderzoeken. Uit de resultaten blijkt dat het effect van deze snelheid voor een oplopende rek tot 200s-1 uitgemiddeld wordt door de grote morfologische intra- en interindividuele variabiliteit. Het mechanisch gedrag van de brugvenen werd vooral beïnvloed door hun dimensies. De studie brengt verdere inzichten in de studie van de ontstaanswijze van ASDH.</>
</>De resultaten van de huidige doctoraatsthesis zijn van groot nut om de letsel-specifieke mechanische tolerantiecriteria te verfijnen en te verbeteren. Parallel hiermee dragen zij evenzeer bij tot de verfijning van de huidige eindige elementen modellen, die toelaten de experimentele date te extrapoleren. Dit wordt geïllustreerd in de Appendix</> van deze thesis, waarin de eindige elementen modellering wordt toegepast op de mechanische karakterisering enoptimalisatie van de fietsvalhelm. In deze test werd de invloed bestudeerd van een aantal helmparameters, zoals materiaaleigenschappen van de gebruikte materialen en het aantal ventilatie-openingen en hun lokalisatie, op het risico op craniocerebrale letsels. Enkele verschillende types helmen werden gemodelleerd en hun gedrag tijdens een impact werd bepaalddoor middel van MSC Marc Mentat, waarbij het effect van de helm op de resulterende lineaire versnelling van het hoofd en energie-absorptie doorde helm werd nagegaan. Alle onderzochte materialen reduceren de lineaire acceleratie met meer dan 80% en spanningen binnen het hoofd met meer dan 65%. Het bestudeerde anisotrope schuim leek de beste bescherming te bieden tegen lineaire versnelling, spanning en deformatie, waardoor dit type schuim als veelbelovend kandidaat materiaal voor de verbetering van hoofdprotectie naar voor kwam.</>
</>In de laatste decennia zijn heel wat inspanningen geleverd om de mechanica van craniocerebraal trauma te onderzoeken, ten einde tolerantiecriteria te ontwikkelen en maatregelen voor hoofdprotectie te verbeteren. Echter, ondanks deze inspanningen blijven veel vragen in dit domein voorlopig overeind.</>
</>Sinds 13 jaar heeft ook de multidisciplinaire Fietsvalhelm Onderzoeksgroep van de KULeuven zich op het onderzoek van de mechanica van craniocerebraal trauma toegespitst, met als voornaamste doel de identificatie van letsel-specifieke tolerantiecriteria en de ontwikkeling van een nieuw prototype van de fietsvalhelm, dat betere bescherming biedt. De doelstellingen van de huidige doctoraatsthesis situeren zich binnen dit kader.</>
</>In het licht hiervan is de thesis als volgt gestructureerd:</>
</>Hoofdstuk 1</> beschrijft de context en het doel van het globale onderzoeksproject, situeert het huidige doctoraatsonderzoek in het globale project en stelt de specifieke hypotheses en onderzoeksvragen voor.</>
</>In Hoofdstuk 2</> wordt de validiteit van een energiecriterium voor het optreden van schedelfracturen onderzocht. Ondanks alle vooruitgang die werd geboekt op het vlak van de mechanica van schedelfracturen, is het exacte uitlokkende mechanisme niet volledig ontrafeld. Dit onderzoek omvat een reeks van fysische experimenten waarbij impacten op verschillende anatomische plaatsen door middel vaneen dubbeel slinger-opstelling gemodelleerd worden. De opstelling laat toe om kracht-verplaatsingscurves in kaart te brengen en de geabsorbeerde energie tot op het moment van de breuk te berekenen. Uit de resultatenvalt af te leiden dat de schedel een niet-lineaire structurele respons vertoont, en het bestaan van een energie falingscriterium van 5-15 J voor dynamische belasting van de slaapstreek wordt gesuggereerd. De resultaten wijzen er bovendien op dat het uiteindelijke falingscriterium een energiecriterium is, dat afhankelijk is van de anatomische impactplaats enstructurele schedelkarakteristieken.</>
</>In Hoofdstuk 3</> bestaat het doel erin om de relatieve beweging van de hersenen ten opzichte van de schedel in quasistatische omstandigheden in kaart te brengen en corticale regios met hogere bewegingsamplitudes te correleren met regios die een voorbeschikking voor hersenkneuzingen (contusies) vertonen. In dit onderzoek ondergingen 30 gezonde vrijwilligers magnetische resonantie beeldvorming van het hoofd in vier verschillende hoofdposities. Door middel van beeldverwerking en 3D registratie van de schedelmodellen werden paarsgewijze vergelijkingen doorgevoerd ten einde de verplaatsing van de hersenen voor hoofdbewegingen in het sagittale en coronale vlak te documenteren. Vervolgens werd de vervorming van de hersenen onderzocht door de bewegingsamplitudes van de hersencortex en van het ventrikelsysteem onderling te vergelijken. Tot slot werdde invloed onderzocht van leeftijd, geslacht en geometrie van de schedel op de relatieve beweging van de hersenen ten opzichte van de schedel. Uit de resultaten blijkt dat het bewegingspatroon complex is, met grote interregionale en interindividuele variabiliteit. De hersencortex van deinferolaterale aspecten van de frontale en temporale hersenkwabben vertoont de grootste bewegingsamplitudes, en dit zijn ook de zones waar de meeste contusies worden gezien. De resultaten van dit deelproject dragen bij tot een beter begrip van de ontstaanswijze van frontotemporale contusies en zijn bovendien erg nuttig voor de optimalisatie van eindige elementen modellen en neurochirurgische genavigeerde procedures.</>
</>In Hoofdstuk 4</> worden de gegevens vanhoofdstuk 3 verder benut om de relatieve beweging van de hersenen ten opzichte van de schedel in deelcompomenten te ontleden. De rigid body bewegingscomponent van de hersenen werd geëxtraheerd door middel van een algoritme gebaseerd op SPM 8.0. Op basis van deze berekeningen komt de netto amplitude van de beweging van de ganse hersenen (beschouwd als één stijf geheel) grosso modo met nul overeen. De maximale translationele amplitude was 1,3mm en de maximale rotatiehoek 0,85°. In het sagittale vlak werden hogere bewegingsamplitudes bekomen indien de zwaartekracht eveneens in het sagittale vlak en dezelfde richting speelde. Ten gevolge vande symmetrie van de hersenen in het coronale vlak, en van de falx cerebri die een tussenschot vormt tussen de beide hersenhelften werd bij hoofdbeweging in het sagitalle vlak weinig beweging van de hersenen in andere vlakken gezien. Daarentegen lokt de zwaartekracht in het coronale vlaknaast translatie in het coronale vlak tevens rotaties in het sagittale en axiale vlak uit. De observaties van hoofdstuk 4 dragen bij tot een beter begrip van het dynamisch gedrag van de hersenen en van de relatie tussen deze dynamiek en de ontstaanswijze van specifieke letseltypes. Dezenieuwe inzichten in de randvoorwaarden van het menselijk hoofd zijn ookerg nuttig voor de verbetering en validatie van eindige elementen modellen.</>
</>In Hoofdstuk 5</> wordende falingsmechanismen van het complex brugvene-sinus sagittalis superior (BV-SSS) onder uitrekking onderzocht. Scheuren van brugvenen geven aanleiding tot acute subdurale hematomen (ASDH). In deze experimenten werden BV-SSS complexen uitgerekt tot falen onder oplopende rek variërend van2.66s-1 tot 185.61s-1, ten einde de invloed van de snelheid van oplopende rek te onderzoeken. Uit de resultaten blijkt dat het effect van deze snelheid voor een oplopende rek tot 200s-1 uitgemiddeld wordt door de grote morfologische intra- en interindividuele variabiliteit. Het mechanisch gedrag van de brugvenen werd vooral beïnvloed door hun dimensies. De studie brengt verdere inzichten in de studie van de ontstaanswijze van ASDH.</>
</>De resultaten van de huidige doctoraatsthesis zijn van groot nut om de letsel-specifieke mechanische tolerantiecriteria te verfijnen en te verbeteren. Parallel hiermee dragen zij evenzeer bij tot de verfijning van de huidige eindige elementen modellen, die toelaten de experimentele date te extrapoleren. Dit wordt geïllustreerd in de Appendix</> van deze thesis, waarin de eindige elementen modellering wordt toegepast op de mechanische karakterisering enoptimalisatie van de fietsvalhelm. In deze test werd de invloed bestudeerd van een aantal helmparameters, zoals materiaaleigenschappen van de gebruikte materialen en het aantal ventilatie-openingen en hun lokalisatie, op het risico op craniocerebrale letsels. Enkele verschillende types helmen werden gemodelleerd en hun gedrag tijdens een impact werd bepaalddoor middel van MSC Marc Mentat, waarbij het effect van de helm op de resulterende lineaire versnelling van het hoofd en energie-absorptie doorde helm werd nagegaan. Alle onderzochte materialen reduceren de lineaire acceleratie met meer dan 80% en spanningen binnen het hoofd met meer dan 65%. Het bestudeerde anisotrope schuim leek de beste bescherming te bieden tegen lineaire versnelling, spanning en deformatie, waardoor dit type schuim als veelbelovend kandidaat materiaal voor de verbetering van hoofdprotectie naar voor kwam.</>
Datum:1 jan 2008 → 15 mei 2013
Trefwoorden:Cycling accidents, Craniocerebral trauma
Disciplines:Ontdekking en evaluatie van biomarkers, Ontdekking en evaluatie van geneesmiddelen, Medicinale producten, Farmaceutica, Farmacognosie en fytochemie, Farmacologie, Farmacotherapie, Toxicologie en toxinologie, Andere farmaceutische wetenschappen, Neurowetenschappen, Biologische en fysiologische psychologie, Cognitieve wetenschappen en intelligente systemen, Ontwikkelingspsychologie en veroudering, Morfologische wetenschappen, Biomechanica
Project type:PhD project