Tissue characterization as a contribution of the human skull bone behaviour: mechanical tests and medical imaging.

Caractérisation tissulaire pour la détermination du comportement de l'os crânien: essais mécaniques et imagerie médicale.

Audrey Auperrin (1)

1 LAMIH - Laboratoire d'Automatique, de Mécanique et d'Informatique industrielles et Humaines - UMR 8201

Despite recent safety measures, the number of traffic accidents in developed countries such as France remains still high. Consequently, a better knowledge of the human body tolerance to impact is still needed, in order to design car equipments capable to provide the best protection during a crash. As the head represents one of the most vulnerable body segment in a road accident, the protection of this area is still a priority. This PhD thesis is focused on the human skull bone behaviour and on its tissue features. Bone samples are harvested from fresh, frozen or embalmed human skullcaps and then submitted to three point bending tests, at various strain rates. Besides, medical imaging is used to determine the physical and the structural characteristics of the human cranial bone. These properties are confronted with the mechanical parameters obtained from the experimental tests. The following step consists in highlighting the tissue characteristics contribution for the simulation of the mechanical skull bone behaviour, using the finite element method. This work underlines the importance of the personalization of the finite element models of the skull, to simulate its behaviour perfectly when submitted to an impact, and to provide more accurate injury prediction tools.

Malgré les mesures de prévention récemment mises en œuvre, le nombre d'accidents de la route dans des pays développés tels que la France reste relativement élevé. Face à ce constat, il est nécessaire de connaître la tolérance au choc du corps humain dans le but de concevoir des aménagements de véhicules propres à assurer sa protection de façon optimale. Dans ce cadre, la protection de la tête est primordiale dans le sens où il s'agit d'un des segments corporels les plus gravement touchés en cas d'accident automobile. Nous nous intéressons dans le cadre de cette thèse au comportement de l'os crânien et à ses caractéristiques tissulaires. Des éprouvettes prélevées sur des calottes humaines et conservées selon différents modes sont soumises à des essais de flexion trois points, à plusieurs vitesses de sollicitation. Par ailleurs, des procédés d'imagerie sont utilisés pour la détermination de données physiques et structurelles de l'os crânien humain. Celles-ci sont confrontées et mises en relation avec les paramètres mécaniques découlant des essais expérimentaux. L'étape suivante consiste à montrer l'apport de la caractérisation tissulaire pour la simulation du comportement mécanique de l'os crânien par éléments finis. Ce travail donne les moyens pour la personnalisation des modèles en éléments finis du crâne, et montre son importance, afin de simuler parfaitement son comportement en cas de choc, et d'offrir ainsi des outils de prédiction lésionnelle plus performants.

Mots clés: Finite element models.; Impact biomechanics; Cranial bone; Mechanical characterization; Medical imaging

Mots clés: Biomécanique des chocs; Os crânien; Caractérisation mécanique; Imagerie médicale; Modèles en éléments finis.

Domaines: Mécanique [physics.med-ph]

Audrey Auperrin. Caractérisation tissulaire pour la détermination du comportement de l'os crânien: essais mécaniques et imagerie médicale.. Mécanique [physics.med-ph]. Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambresis, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00454865⟩