Biomechanische en structurele karakterisering van brugvenen

Traumatisch hersenletsel (TBI) is de vierde belangrijkste doodsoorzaak en de belangrijkste bron van invaliditeit in de westerse wereld. Dit proefschrift richt zich op een specifiek type TBI: acuut subduraal hematoom veroorzaakt door scheuren in de overbruggende ader (BV). Dit gebeurt wanneer de relatieve beweging tussen de hersenen en de schedel ervoor zorgt dat een BV, die deze twee structuren verbindt of "overbrugt", scheurt. De etiologie van deze pathologie kan worden onderzocht door middel van eindige-elementenmodellering (EE), een krachtig hulpmiddel dat wint aan populariteit in het onderzoek naar hoofdimpacten vanwege de toename van goedkope rekenkracht.

Het verhogen van de biofideliteit van de voorstelling van BV in EE modellen van het hoofd is van groot belang om de etiologie van BV-breuk onder lineaire en rotatieversnellingen als gevolg van impact te onderzoeken. Een nauwkeurig EE model van het hoofd is een betrouwbaar hulpmiddel bij het optimaliseren van het ontwerp van beschermende maatregelen, zoals helmen. Het doel van dit proefschrift is om meer biofidelische gegevens te verstrekken over de materiële en geometrische eigenschappen van BV.

Dit proefschirft onderzocht eerst de structuur van menselijk BV op microscopisch niveau om kwantitatieve gegevens te verstrekken over de oriëntatie van de collageenvezels voor het modelleren van dit weefsel. De microscopische analyse bestudeerde het weefsel zowel bij een spanning van 0% als bij een spanning van 50% om de collageenstructuur in zijn referentie toestand als door de literatuur beschouwde maximale rek te visualiseren.

De tweede stap was het uitvoeren van een multiaxiale karakterisering van het mechanische gedrag van BV. Vanwege de aanwezigheid van collageen werd het mechanische gedrag als niet-lineair en transversaal isotroop beschouwd. Tijdens een BV-breuk ondervindt het materiaal zowel trek- als afschuifvervormingen. Daarom werd een vlakke biaxiale trekbank aangepast om een combinatie van trek- en afschuifvervormingen uit te voeren. Deze trekbank was uitgerust met een triaxiale meetcel om de resulterende krachten op te meten. Menselijk BV werd getest met deze opstelling en het Gasser Ogden Holzapfel (GOH) materiaalmodel werd aangepast aan de gegevens om niet-lineaire transversaal isotrope materiaalparameters te verkrijgen.

Als derde stap werd de instroomrichting van de BV naar de superieure sagittale sinus (SSS) aangepast in het KTH EE-hoofdmodel om het effect van deze geometrische parameter te beoordelen bij het simuleren van eerder uitgevoerde acuut subduraal hematoom kadaverexperimenten. De ingangshoek van de SSS is aangepast volgens CT-angiogram gegevens van 78 patiënten waarbij het gemiddelde, de maximale en de minimale waargenomen ingangshoek van de BV tot de SSS werd verkregen. De resultaten van de simulaties, zowel van het oorspronkelijke model als van de modellen met de bijgewerkte hoekgegevens, werden vergeleken om mogelijke verbetering in de voorspelbaarheid van BV breuk te beoordelen. Resultaten met de nieuwe dataset toonden verbetering in het schatten van de locatie van de breuk langs de cortex.

Ten slotte werd als laatste deel voor dit proefschrift dezelfde CT-angiogram methode gebruikt om de verdeling van BV langs de cortex en de verschillen in BV-diameters in de menselijke hersenkwabben te bepalen. De hypothese dat BV locatie en BV diameter gerelateerd zijn, werd geverifieerd. Dit kan worden toegepast in bestaande EE-hoofdmodellen die een geometrische weergave van BV hebben en zo de prestaties van de modellen verder verbeteren.

Dit proefschrift toont aan dat de huidige BV-weergave in de EE hoofdmodellen te vereenvoudigd is en dit heeft een impact op hun betrouwbaarheid . Deze thesis presenteert gegevens die kunnen worden gebruikt om de weergave van BV in het model zowel mechanisch al geometrisch te verbeteren.