= Development of a shoulder finite element model and simulation of its response under lateral loading

• Auteur / Autrice : Sonia Duprey
• Direction : Jean-Pierre Verriest
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biomécanique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Lyon, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Lésions et blessures

Épaule

Biomécanique

Résumé

Les traumatismes de l’épaule subis lors d’accidents automobiles, et plus particulièrement lors de chocs automobiles latéraux, ne nuisent généralement pas à la survie des passagers automobiles mais ils provoquent des séquelles à long terme. L’épaule est au premier plan lors d’un choc latéral et les sollicitations transmises au thorax ainsi que la cinématique de la victime dépendent de la réponse au choc de cette articulation. Ainsi, l’objectif de cette étude est d’obtenir un modèle en éléments finis permettant de simuler le comportement dynamique de l’épaule et d’évaluer les risques de blessures en cas de choc latéral. Des essais dynamiques sur clavicule et humérus ont été réalisés. Ces tests ont permis d’étudier la résistance et les paramètres de rupture de ces os et ont permis l’obtention de corridors expérimentaux nécessaires à la validation de modèles éléments finis de ces os. Dans un deuxième temps, des simulations de ces essais expérimentaux ont permis l’évaluation de l’influence de la géométrie de ces os sur leurs réponses sous chargement dynamique jusqu’à rupture et de la nécessité d’une personnalisation géométrique de ces os. Par la suite, l’épaule du modèle numérique HUMOS a été améliorée et validée à l’aide d’essais expérimentaux de choc latéral sur l’épaule, réalisés précédemment au LBMH. Finalement, des simulations ont été réalisées avec un modèle géométriquement personnalisé afin d’évaluer l’influence d’une telle personnalisation. Ainsi, cette étude fournit des données expérimentales concernant les os de l’épaule. De plus, l’influence et la nécessité d’une personnalisation géométrique sont étudiées. Le modèle développé ici est une première avancée vers un outil prédictif pour l’évaluation des risques lésionnels du complexe de l’épaule.

In the road accidents the shoulder is at risk, especially during car lateral impacts and if shoulder injuries are rarely fatale, they have long term functional consequences. Furthermore, the mechanical stresses transferred to the global kinematics of the victims during road accidents depend on the impact response of this articulation. Thus, the aim of this study is to obtain a finite element model capable of simulation the dynamic response of the shoulder and assessing injuring risks in the case of car lateral impacts. First, dynamic tests were performed on clavicle and humerus bones. These tests allowed to investigate the injury tolerance of these bone and provided the experimental corridors required for the validation process of shoulder bone models. Secondly, simulations of these experimental tests permitted to assess bone geometry influence on bone responses under loading. Then, the shoulder part of the HUMOS model was enhanced and validated against experimental data from lateral shoulder tests previously carried out at the LBMH. Finally, clavicle and humerus from different geometries were integrated in the global model and simulations were performed in order to assess the influence of shoulder bone personalisation on the global shoulder response under impact. To conclude, this work provides experimental data concerning shoulder bones. Furthermore, the possibility and the need of a shoulder geometrical personalisation is studied. Thus, the shoulder finite element model, developed in this study, is a first step towards shoulder injury prediction.