Modélisation du trauma

Opération 11: Modélisation du trauma (IMFS, IPB-LINC, IFR neuroscience)

Modèle mécanique (MEF) de la tête humaine (IMFS)

L’IMFS a développé depuis 1990 un programme de recherche sur la biomécanique des chocs appliquée au système tête-cou. Le point de départ d’une telle recherche est la caractérisation mécanique des matériaux et structures biologiques en présence. Lorsque cette caractérisation est intégrée à des données anatomiques, il est possible alors d’élaborer des modèles mathématiques (analytiques, localisés ou distribués de type éléments finis). En s’ouvrant à l’accidentologie et à l’épidémiologie il est ensuite possible non seulement de comprendre les mécanismes de lésions mais aussi, avec l’aide des modèles, de mettre en évidence les paramètres mécaniques qui sont à l’origine d’un type de lésion donné. La dernière étape clef est alors d’évaluer les limites que les paramètres lésionnels ne doivent pas dépasser. Cette étape de définition des limites de tolérance est typiquement basée sur la reconstruction d’accidents réels au moyen des modèles préalablement élaborés ce qui transforme finalement ces derniers en outils de prédiction de lésions. Ces substituts théoriques et expérimentaux du corps humain sont alors couplés à l’environnement de l’homme dans le but d’évaluer les systèmes de protection dans un contexte normatif. Il sera alors possible d’optimiser, vis à vis de critères biomécaniques, de nouveaux éléments intervenant dans la sécurité des usagers des transports ou dans les domaines du sport et du combat. La complexité des systèmes étudiés, la diversité des disciplines auxquelles il est nécessaire de faire appel et l’importance d’une certaine harmonisation dans l’industrie automobile au plan mondial explique la synergie qui existe au niveau des divers laboratoires impliqués dans ces recherches. Au cours de la prochaine période un effort important sera consacré à l’ouverture de nos travaux vers la biomécanique de la tête de l’enfant et vers la biomécanique de l’abdomen . Concernant la tête, la recherche s’effectue dans le cadre de projets ANR « PROTEUS, BIOCASQ, BICYTETE » piloté par notre équipe. De façon plus ambitieuse et dans le cadre d’u projet européen APROSYS (6ème PCRD) il a été proposé un « State of the art Head FE model » accepté au plan international puis de simuler un grand nombre de traumatismes crâniens réels en partenariat avec une dizaine d’institutions et d’industries européennes. Cette partie du projet est pilotée par notre équipe et à conduit à une nouvelle génération de critères de blessure de la tête spécifiques à un mécanisme de lésion donné. Tout est en place aujourd’hui pour procéder à des simulations de traumatismes crâniens afin de consolider et de faire accepter au plan international nos résultats antérieurs. Ceci transformera notre modèle de tête humaine en véritable outil de prédiction de lésions crânio-encéphaliques qui sera couplé aux systèmes de protection pour une optimisation originale vis-à-vis de critères biomécaniques. Dans le projet européen CASPER (PCRD7), consacré à la protection nde l’enfant dans un environnement automobile, notre équipe pilote les aspects de modélisation de l’enfant. Les mêmes méthodologies seront employées pour définir des limites de tolérances du système tête-cou et de l’abdomen de l’enfant. Cet effort s’ouvrira alors tout naturellement au problème du syndrôme du bébé secoué en étroite collaboration avec l’Institut Médico Lécal de Strasbourg. C’est dans le contexte de ces modélisations mécaniques que nous interagissons avec les opérations 2,3,5,7,8, 9, 10. L’ouverture récente vers la biomécanique du traumatisme de l’abdomen est conduite en synergie avec l’opération 12 qui traite de la modélisation mécanique de l’abdomen dans un contexte de télé chirurgie.

Participants :

== Baumgartner, Bourdet, Deck, Meyer, Raul, Harmspach, Heinrich, Soler, Willinger ==

Les thèses soutenues ces dernières années ou en cours dans le domaine de la biomécanique du traumatisme crânien et cervical sont listées ci-dessous.

L. TALEB : Modélisation mathématique de la tête humaine et simulations de traumatismes crâniens. Soutenue le 03. 02. 1995.

F BOUSLAMA : Analyse vibratoire du fémur humain. Soutenue le 03. 04.1997.

T. GUIMBERTEAU : Modélisation du couplage tête-casque de protection en situation de choc ; proposition d’une nouvelle tête de mannequin. Soutenue le 18.12.1998.

B. DIAW : Modélisation éléments finis du couplage tête humaine-casque de protection et reconstruction numérique d’accidents. Soutenue le 15. 10. 1999.

HS KANG : Modélisation de la tête humaine sous accélération extrême par la méthode des éléments finis : Application au choc et à l’hypergravité. Soutenue le 26. 11. 1999.

D BAUMGARTNER : Mécanismes de lésion et limites de tolérance au choc de la tête humaine – Simulation numérique et expérimentale de traumatismes crâniens. Soutenue le 19. 12. 2001.

A NIASS : Contribution à la modélisation mécanique du crâne et de la face humaine. Soutenue le 12 décembre 2003.

N BOURDET : Biomécanique de la colonne cervicale humaine in vivo – Caractérisation modale et modélisation. Soutenue le 19 mars 2004.

R FISCHER : Analyse vibratoire de la colonne cervicale humaine – Caractérisation et modélisation physique. Soutenue le 10 septembre 2004.

C DECK : Modélisation par éléments finis des lésions crânio-encéphaliques – Application à l’optimisation du casque. Soutenue le 10 décembre 2004.

F MEYER : Modélisation par éléments finis du cou humain en situation de choc multi-directionnel – Validation temporelle et modale. Soutenue le 14 décembre 2004.

D MARJOUX : Mécanismes de lésions de la tête humaine en situation de choc. Soutenue le 22 décembre 2006.

JS RAUL : Application des modèles éléments finis à la compréhension du syndrome du bébé secoué. Soutenue le 14 septembre 2007.

S ROTH : Modélisation de la tête de l’enfant. Soutenue le 27 novembre 2007.

P BARRIERE : Caractérisation des propriétés mécaniques de l’os mandibulaire. Soutenues le 16 septembre 2008.

K GUNTZEL : Caractérisation expérimentale de la colonne cervicale sous choc latéral.

V. TINARD : Optimisation des systèmes de protection de la tête au choc. Soutenue le 29 octobre 2009.

M MUNCH : Développement d’une méthode d’analyse de la cinématique du piéton en cas d’accident. 3ème année de thèse.

S CHATELIN : Implémentation de l’anysotropie cérébral dans les modèles éléments finis du cerveau : Application au calcul de l’élongation axonale. 3ème année de thèse.

M LAMY : Modélisation de la tête du rat en situation de choc expérimental. 2ème année de thèse.

Y PENG : Pedestrian head trauma reconstruction. 1ère année de thèse .