Modélisation des effets des traumatismes crâniens
La prédiction et le traitement des lésions cérébrales traumatiques (TBI, pour traumatic brain injury) constituent un défi majeur dans les domaines de la mécanique et de la médecine. Les TBI résultent d’une force externe soudaine sur la tête qui endommage le cerveau, comme une agression physique ou un accident de la route. C’est l’une des principales causes d’invalidité et de décès chez les adultes. «Il est important d’améliorer notre compréhension des traumatismes crâniens, car cela pourrait nous aider à concevoir des solutions pour prévenir les blessures», explique Harold Berjamin, chercheur postdoctoral à l’Université de Galway et chercheur principal du projet TBI-WAVES. Malgré les nombreux efforts déployés par la communauté des sciences mécaniques pour simuler et comprendre les effets des TBI, plusieurs aspects essentiels ont été négligés ou omis dans la modélisation, tels que l’inertie, le gonflement et la teneur en liquide. Dans le cadre du projet TBI-WAVES financé par l’UE, Harold Berjamin et ses collègues ont cherché à améliorer la modélisation mécanique et informatique des traumatismes crâniens. Dans le cadre de ce projet, entrepris avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, l’équipe a d’abord pris en compte les effets précédemment négligés dans la modélisation des TBI, avant de créer des outils de simulation avancés pour les traumatismes crâniens.
Améliorer la modélisation mécanique et informatique des lésions cérébrales
Pour combler les lacunes dans les connaissances, les chercheurs ont créé plusieurs modèles mathématiques afin d’étudier l’influence de divers effets liés à la friction dans les TBI, à savoir l’effet de la viscosité du matériau et de la teneur en liquide sur le mouvement des tissus cérébraux. Les recherches menées dans le cadre du projet ont montré que ces effets pouvaient jouer un rôle important dans les traumatismes crâniens. «Notre principal résultat est que les mouvements brutaux résultant des impacts sont très sensibles à plusieurs propriétés des matériaux, en particulier la rigidité et la viscosité», explique Harold Berjamin. «Par conséquent, ces effets ne doivent pas être négligés dans les études sur les traumatismes crâniens.»
Simulation du mouvement du cerveau après l’impact
L’équipe a également mis au point des outils de simulation spécifiques afin d’améliorer les connaissances fondamentales sur les TBI. La recherche actuelle en est encore au stade de l’établissement de liens entre la cause d’une blessure et ses conséquences, ce qui peut uniquement être testé expérimentalement pour des raisons éthiques évidentes. Les outils de simulation de l’impact sur la tête sont donc essentiels. Ces outils sont des codes informatiques très précis capables de simuler le mouvement du cerveau après un impact. Ils pourraient être utilisés dans le contexte de blessures sportives, d’accidents de voiture et d’autres accidents de la route pour comprendre quel type de traumatisme a pu se produire. «Ces simulations peuvent également être utilisées à titre préventif, pour estimer les forces et les étirements en jeu dans le cerveau lors d’un impact et concevoir de meilleurs protocoles ou mesures de protection», explique Harold Berjamin.
Inspirer les nouvelles techniques de modélisation des processus physiques et biologiques post-traumatiques
Harold Berjamin espère que les résultats de son projet serviront à améliorer la modélisation et la simulation des tissus, ainsi que notre compréhension des processus physiques et biologiques qui se produisent lors d’un traumatisme crânien. «J’espère ainsi que les progrès des mathématiques et de l’ingénierie contribueront à réduire le poids des traumatismes crâniens sur les systèmes de soins de santé, par exemple grâce à de nouveaux dispositifs de sécurité», ajoute-t-il. Le cadre de simulation TBI-WAVES n’est pas encore prêt pour l’analyse de scénarios de traumatismes crâniens réels, mais l’équipe espère progresser rapidement dans cette direction. Au-delà des traumatismes crâniens, des modèles informatiques robustes du tissu cérébral pourraient être utilisés dans d’autres applications, telles que les essais de matériaux, l’imagerie médicale, les procédures chirurgicales et les simulateurs. «Je participe encore à quelques collaborations de recherche en cours concernant les TBI, et je me réjouis de me consacrer à nouveau à ce sujet à l’avenir», déclare Harold Berjamin.
Mots‑clés
TBI-WAVES, cerveau, lésion, traumatisme, tête, recherche, modèles informatiques, chirurgie, inertie