Evaluatie en ontwerp van nieuwe testmethoden voor de afschuifeigenschappen van menselijke brugvenen.

Evaluatie en ontwerp van nieuwe testmethoden voor de afschuifeigenschappen van menselijke brugvenen. Hoofdtrauma’s zijn één van grootste doodsoorzaken in de Verenigde staten en Europa. Hierbij zijn fiets gerelateerde ongevallen vaak voorkomende oorzaken van zulke hoofdtrauma’s waarbij in 30% van de gevallen een hersenbloeding of acute subdurale hematoom ontstaat. Een mogelijke oorzaak van een hersenbloeding is het scheuren van brugvenen waardoor een bloeduitstorting ontstaat. Brugvenen zijn venen/aders die zich in de hersenen bevinden. Hun functie bestaat erin het bloed af te voeren van de hersenen naar de Superior Sagittal Sinus (SSS, zie Figuur 2), waarna het bloed terug naar het hart wordt gestuurd. Brugvenen vormen een verbinding tussen de hersenen en de hersenschors waarbij zij de verschillende hersenvliezen overbruggen (Figuur 1). Het is d.m.v. deze verbinding dat het mogelijk is dat hersenbloedingen kunnen ontstaan tijdens impactscenario’s. Figuur 3 geeft weer wat er gebeurt tijdens zulke impactscenario’s. De hersenen en de hersenschors bewegen relatief t.o.v. elkaar waardoor de brugvenen worden belast en mogelijk zullen scheuren als de belasting té groot wordt. Een acute subduraal hematoom kan dus ontstaan bij impactscenario’s. Om het gedrag van het hoofd tijdens deze impactscenario’s correct te voorspellen met eindige elementen simulaties moeten de materiaalparameters en eigenschappen gekend zijn. Hoe nauwkeuriger deze parameters zijn voor de eindige elementen modellen, hoe realistischer de resultaten zullen zijn. Deze materiaalparameters moeten experimenteel bepaald worden, o.a. met mechanische testen. De desbetreffende testopstellingen dienen dan ontworpen en geëvalueerd te worden. Het uiteindelijke doel is het verbeteren van o.a. fietshelmontwerpen en andere hoofd- beschermingselementen met behulp van eindige elementen simulaties. In totaal worden 3 testopstellingen bekeken nl. de uni-axiale testopstelling (Figuur 4), de two-rail shear testopstelling (Figuur 5) en de thin-walled tube torsion testopstelling (Figuur 6). Zowel testopstellingen voor biologisch weefsel als voor composiet materialen, samen met enige kennis over aders zelf, worden gebruikt als basis voor het ontwerp, optimalisaties en evaluaties van de verschillend testopstellingen. Hierbij worden eerst evaluaties gemaakt van de bestaande testopstellingen met een optimalisatie als gevolg. Na elke optimalisatie worden nogmaals testen gedaan om het effect van de optimalisatie te evalueren. Voor de thin-walled tube torsion testopstelling is de volledige opstelling eigenhandig ontworpen en is hierdoor de eerste testopstelling in zijn soort. De thin-walled tube torsion testopstelling is zodanig ontworpen dat alle typen van testen mogelijk zijn op één testopstelling wat het gebruiksgemak verhoogt en de kosten van meerdere testopstellingen overbodig maakt. Al deze testopstellingen dienen voor het testen van biologisch vasculair weefsel, in het algemeen en brugvenen in het bijzonder. Het grootste probleem tijdens het evalueren en ontwerpen van de testopstelling ligt in het feit dat de afmetingen van de brugvenen niet vast liggen maar variëren afhankelijk van hun locatie in de hersenen. De lengte kan namelijk tussen 13 en 31 mm liggen. De buitendiameter varieert dan weer tussen 0,5 en 3 mm. Hierdoor moeten de testopstellingen ofwel zodanig ontworpen worden dat deze variaties geen effect hebben ofwel moet een inklemming voorzien worden waarbij de brugvenen altijd kunnen ingespannen worden, ongeacht de variatie. De optimalisatie van de uni-axiale testopstelling geeft beloftevolle resultaten naar de toekomst toe maar is niet de prioriteit van de masterproef vermits testopstellingen die afschuif- eigenschappen bepalen van biologisch weefsel centraal staan. De two-rail shear testopstelling heeft na de optimalisatie resultaten opgeleverd die aantonen dat de optimalisatie in de juiste richting is. Wel moet opgemerkt worden dat een verdere studie noodzakelijk zal zijn om te bepalen of de testopstelling effectief geschikt is om brugvenen te testen. Het ontwerp van de thin-walled tube torsion testopstelling is tijdens de masterproef volledig op punt gesteld en klaar om gemonteerd te worden. De meeste cruciale onderdelen zijn reeds ontworpen en gerealiseerd. Wanneer de volledige testopstelling gemonteerd en getest is, kunnen verdere conclusies gemaakt worden of de volledige testmethode voldoet aan alle criteria.