Un casque doté d’absorbeurs de chocs liquides, mis au point par des scientifiques de Stanford et Savior Brain, pourrait réduire considérablement les traumatismes crâniens liés au sport. Lors de tests simulés en NFL, ce nouveau casque a été plus performant que les modèles existants et a considérablement réduit les scores d’impact.
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Un casque équipé d’amortisseurs liquides pourrait potentiellement diminuer le risque de lésions cérébrales traumatiques dans les sports de contact.
Aux États-Unis, les activités sportives entraînent des millions de commotions cérébrales chaque année. Les athlètes pratiquant des sports tels que le football américain sont particulièrement exposés à des blessures qui peuvent avoir de graves conséquences à long terme.
En réponse à ce problème, des chercheurs de l’université de Stanford, en collaboration avec Savior Brain, ont créé une protection potentielle : un casque équipé d’absorbeurs de chocs liquides. Cette conception innovante pourrait réduire d’un tiers l’impact des coups portés à la tête.
« La plupart des membres de notre équipe ont un lien personnel avec les lésions cérébrales traumatiques et nous avons à cœur d’assurer la santé cérébrale à long terme des athlètes », a déclaré Nicholas Cecchi, doctorant à l’université de Stanford et auteur principal de l’étude parue dans Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. « Les commotions cérébrales et les chocs répétés à la tête restent un problème majeur dans les sports de contact, et nous pensons que l’amélioration de la technologie des casques peut jouer un rôle important dans la réduction du risque de lésions cérébrales ».
Réduction de HARM
Des recherches antérieures menées par le laboratoire Camarillo de l’université de Stanford avaient suggéré que les absorbeurs de chocs liquides pouvaient améliorer la protection des casques de sport. Pour étudier cette question, l’équipe a construit un modèle à éléments finis, utilisé par les ingénieurs pour simuler les performances avant la fabrication, d’un casque de football américain incorporant 21 absorbeurs de chocs liquides.
Ce casque a été testé par rapport à des simulations du protocole d’évaluation des performances des casques utilisé par la National Football League (NFL), et ses performances ont été comparées à celles de quatre casques existants. Étant donné qu’il est de plus en plus évident que l’effet cumulatif d’impacts qui ne provoquent pas de commotions cérébrales diagnostiquées peut également avoir de graves conséquences sur la santé, l’équipe a ajouté des impacts à plus faible vitesse au protocole d’évaluation.
Ils ont mesuré la cinématique de la tête pour chaque impact afin de produire un score HARM (Head Accelerate Response Metric), qui est utilisé pour évaluer la performance du casque en cas d’impact. La cinématique a également été introduite dans un modèle de la tête et du cerveau afin d’évaluer la pression exercée sur le cerveau.
Réduire l’impact de 33 %
Les résultats ont montré que le casque équipé d’absorbeurs de chocs liquides pouvait réduire considérablement la gravité de l’impact et la pression exercée sur le cerveau lors d’un choc à la tête, ce qui pourrait réduire les blessures de manière significative. Le casque à amortisseurs liquides a obtenu de meilleurs résultats que les modèles de casques existants, produisant la valeur HARM la plus basse dans 33 des 36 conditions d’impact testées, avec une réduction moyenne d’un tiers du score. Le casque à liquide a également obtenu le meilleur « Helmet Performance Score », une mesure utilisée dans le classement annuel de la NFL sur la sécurité des casques, qui comprend une pondération pour la façon dont un casque protège contre les coups dans différentes zones de la tête.
L’endroit le plus pondéré est la partie supérieure latérale du casque, car c’est là que les impacts sont les plus susceptibles de provoquer des commotions cérébrales : le casque équipé d’amortisseurs liquides a réduit le score HARM dans cette zone de 39 à 50 % pour toutes les vitesses d’impact, sans compromettre la protection dans d’autres zones du casque.
« La technologie liquide a offert une amélioration moyenne de plus de 30 % pour les vitesses faibles et élevées », a déclaré le Dr Yuzhe Liu, auteur correspondant, qui a effectué le travail en tant que chercheur postdoctoral à l’université de Stanford. « Elle peut réduire considérablement la charge sur le cerveau qui est subie lors de tous les types d’impacts de football américain.
L’équipe a l’intention de développer le modèle de manière significative pour mieux protéger les joueurs – par exemple en incorporant des améliorations au masque facial et à la jugulaire. Elle prévoit également de transformer le modèle en un casque physique qui pourrait être testé dans des conditions réelles et, à l’avenir, de produire des casques similaires pour d’autres sports. Cependant, différents niveaux de jeu ou différents sports peuvent nécessiter une évaluation par des mesures différentes et un redéveloppement de la conception.
« La prochaine étape pour notre équipe est de traduire le modèle informatique en un prototype physique », a déclaré Cecchi. « Une fois cette étape franchie avec succès, nous serions également intéressés par des études humaines qui pourraient démontrer soit une réduction de l’incidence des commotions cérébrales, soit une atténuation de la gravité de l’impact pour les impacts sub-commotionnels. Nous avons l’intention d’étendre la mise en œuvre d’absorbeurs de chocs liquides à d’autres zones du casque et à d’autres applications casquées, afin d’améliorer encore la sécurité cérébrale d’un large éventail de populations. »
Référence : « Finite element evaluation of an American football helmet featuring liquid shock absorbers for protecting against concussive and subconcussive head impacts » par Nicholas J. Cecchi, Hossein Vahid Alizadeh, Yuzhe Liu et David B. Camarillo, 9 juin 2023, Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.
DOI: 10.3389/fbioe.2023.1160387
L’étude a été financée par le NIH Small Business Innovation Research et la National Science Foundation.