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Sull'impatto del sistema cranio - encefalico: redistribuzione spaziale del danno cerebrale in presenza di casco

Informazioni tesi

  Autore: Flavio Sica
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2007-08
  Università: Università degli Studi di Salerno
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria meccanica
  Relatore: Maurizio Angelillo
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 145

Gli incidenti stradali rappresentano un problema di assoluta priorità per la sanità pubblica per l’alto numero di morti e di invalidità permanenti e temporanee che causano nel mondo. Agli enormi costi sociali e umani, si aggiungono quindi anche elevati costi economici, che rendono la questione della sicurezza stradale un argomento di enorme importanza per gli istituti di Prevenzione e i sistemi sanitari di tutti i Paesi.
Ogni anno, gli incidenti provocano oltre un milione di morti in tutto il mondo, in Europa gli incidenti stradali sono una delle prime cause di morte, con più di 120.000 vittime all'anno. Ovviamente le cause sono molteplici (comportamenti scorretti,eccessiva velocità, guida distratta e pericolosa, assunzione di alcool etc.) e i mezzi coinvolti sono i più disparati: autovetture, tram, treni, ciclomotori, motocicli, etc.. In particolare nell’ambito di questo lavoro siamo interessati agli incidenti che coinvolgono i veicoli a due ruote motorizzati - secondo un recente studio ISTAT solo nel 2006 vi sono stati 420.208 veicoli coinvolti in incidenti stradali di cui 53.940 (12.8%) sono motocicli e 36.283 (8.6%) sono ciclomotori: quindi i veicoli a due ruote costituiscono il 21.4% dei veicoli coinvolti in incidenti stradali - e in modo più specifico siamo interessati all’analisi dell’efficacia del casco nel ridurre i danni alla testa. Negli incidenti motociclistici i danni alla testa ed in particolare al cervello rappresentano certamente la causa principale di morte. Tale aspetto è intuibile se si pensa alla scarsa consistenza e resistenza dei tessuti cerebrali che facilmente, soprattutto in caso d’incidenti in cui sono coinvolti mezzi su due ruote, sono soggetti a forti traumi causati dall’impatto. Mossi dall’esigenza e dalla speranza di poter arginare tale fenomeno già dagli anni ‘70 alcuni studiosi hanno cercato di capire cosa si verifica all’interno della struttura cranica durante un urto. Dalla letteratura si evince che la difficoltà principale che si riscontra nell’affrontare un problema del genere è legato alle forti non linearità del problema stesso, dovute sia alla complessa geometria che al particolare comportamento meccanico dei componenti coinvolti.
Tali difficoltà hanno frenato lo sviluppo della ricerca sugli effetti traumatici alla testa per cui le risorse di calcolo numerico sono rimaste piuttosto limitate. Successivamente il rapido sviluppo dei calcolatori ha permesso, in particolare nell’ultimo decennio, di conseguire risultati non trascurabili. L’utilizzo di programmi di calcolo ad elementi finiti e di codici di integrazione al passo sempre più efficienti ha consentito, nell’ultimo decennio, l’analisi di problemi di impatto relativi a mezzi continui sempre più complessi, per cui è legittimo prevedere che nei prossimi anni tali strumenti siano spinti allo studio della dinamica di sistemi biologici dalla scala molecolare microscopica a quella macroscopica, come le recenti modellazioni del gruppo di ricerca di Salerno dimostrano (Angelillo M., Fraternali F., Velardi F. 2005).
Il problema della dinamica dell’urto del sistema cranio - encefalico è stato affrontato, in questo lavoro di tesi, mediante l’ausilio di un software agli elementi finiti che utilizza la teoria dell’elasticità non lineare per descrivere il comportamento meccanico della sostanza cerebrale.
Inoltre si propone un nuovo indice di danno (PMI, Polynomial von Mises Impulse) che tiene conto della distribuzione spaziale delle tensioni all’interno del sistema cranio - encefalico e che permette di prevedere la probabilità di danno sia di tipo focale ma soprattutto di tipo assonale (secondario) in seguito ad urto contro una parete rigida. In particolare l’analisi dei risultati fa riferimento ad un urto frontale di una testa senza casco e con casco tradizionale alla velocità di 7 m/s. La simulazione dell’urto è stata effettuata mediante il codice Ls-Dyna, un software commerciale per l’integrazione esplicita delle equazioni della dinamica mentre l’analisi della distribuzione di probabilità di danno è stata effettuata utilizzando il programma di calcolo Matlab®.

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3 Introduzione Gli incidenti stradali rappresentano un problema di assoluta priorità per la sanità pubblica per l’alto numero di morti e di invalidità permanenti e temporanee che causano nel mondo. Agli enormi costi sociali e umani, si aggiungono quindi anche elevati costi economici, che rendono la questione della sicurezza stradale un argomento di enorme importanza per gli istituti di Prevenzione e i sistemi sanitari di tutti i Paesi. Ogni anno, gli incidenti provocano oltre un milione di morti in tutto il mondo, in Europa gli incidenti stradali sono una delle prime cause di morte, con più di 120.000 vittime all'anno. Ovviamente le cause sono molteplici (comportamenti scorretti, eccessiva velocità, guida distratta e pericolosa, assunzione di alcool etc.) e i mezzi coinvolti sono i più disparati: autovetture, tram, treni, ciclomotori, motocicli, etc.. In particolare nell’ambito di questo lavoro siamo interessat i agli incidenti che coinvolgono i veicoli a due ruote motorizzati - secondo un recente studio ISTAT solo nel 2006 vi sono stati 420.208 veicoli coinvolti in incidenti stradali di cui 53.940 (12.8%) sono motocicli e 36.283 (8.6%) sono ciclomotori: quindi i veicoli a due ruote costituiscono il 21.4% dei veicoli coinvolti in incidenti stradali - e in modo più specifico siamo interessati all’analisi dell’efficacia del casco nel ridurre i danni alla testa. Negli incident i motociclistici i danni alla testa ed in particolare al cervello rappresentano certamente la causa principale di morte. Tale aspetto è intuibile se si pensa alla scarsa consistenza e resistenza dei tessuti cerebrali che facilmente, soprattutto in caso d’incidenti in cui sono coinvolti mezzi su due ruote, sono soggetti a forti traumi causati dall’impatto. Mossi dall’esigenza e dalla speranza di poter arginare tale fenomeno già dagli anni ‘70 alcuni studiosi hanno cercato di capire cosa si verifica all’interno della struttura cranica durante un urto. Dalla letteratura si evince che la difficoltà principale che si riscontra nell’affrontare un problema del genere è legato alle forti non linearità del problema stesso, dovute sia alla complessa geometria che al particolare comportamento meccanico dei componenti coinvolti. Tali difficoltà hanno frenato lo sviluppo della ricerca sugli effetti traumatici alla testa per cui le risorse di calcolo numerico sono rimaste piuttosto limitate. Successivamente il rapido sviluppo dei calcolatori ha permesso, in particolare nell’ultimo decennio, di conseguire risultati non trascurabili. L’utilizzo di programmi di calcolo ad elementi finiti e di codici di integrazione al passo sempre più efficienti ha consentito, nell’ultimo decennio, l’analisi di problemi di impatto relativi a mezzi continui sempre più complessi, per cui è legittimo prevedere che nei prossimi anni tali strumenti siano spint i allo studio della dinamica di sistemi biologici dalla scala molecolare microscopica a quella macroscopica, come le recenti modellazioni del gruppo di ricerca di Salerno dimostrano (Angelillo M, Fraternali F., Velardi F., 2005). Il problema della dinamica dell’urto del sistema cranio - encefalico è stato affrontato, in questo lavoro di tesi, mediante l’ausilio di un software agli elementi finiti che utilizza la teoria dell’elasticità non lineare per descrivere il comportamento meccanico della sostanza cerebrale.

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Parole chiave

biomeccanica
casco tradizionale
cervello
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