Het is algemeen aanvaard dat het spelen van voetbal en rugby hersenschuddingen en ander hoofdletsel kan veroorzaken. Er rijst echter een vraag met betrekking tot tennisballen: hoe snel moet een tennisbal reizen om traumatisch hersenletsel te veroorzaken? Onderzoekers van een nationaal gerangschikte particuliere universiteit in Dallas hebben ontdekt dat hoofdletsel door tennis mogelijk is, maar zeer zeldzaam.
Ze voerden een gedetailleerd computationeel onderzoek uit, gepubliceerd in de American Society of Mechanical Engineers Journal of Applied Mechanics, waarbij ze dezelfde techniek gebruikten die veel wordt gebruikt om mogelijk hoofdletsel bij auto-ongelukken te voorspellen.
Xinlin Gao, hoogleraar werktuigbouwkunde aan de SMU, en Yongqiang Li, een voormalige SMU-promovendus die met hem samenwerkte, gebruikten computers om het menselijk lichaam en tennisballen te modelleren om te bepalen wat er zou gebeuren als een tennisbal iemands hoofd zou raken met verschillende snelheden, posities en hoeken.
ze vonden
Licht traumatisch hersenletsel of hersenschudding zijn zeldzaam, maar kunnen optreden wanneer de snelheid van een tennisbal hoger is dan 40 meter per seconde. Om dat in perspectief te plaatsen: dat is sneller dan een cheetah kan rennen.
De kans op hoofdletsel is groter wanneer een bal de zijkant van het hoofd raakt dan wanneer de bal het voorhoofd of de bovenkant van het hoofd raakt.
Hoofdletsel komt ook vaker voor wanneer de bal een persoon raakt in een hoek van 90 graden dan in een hoek van 30 graden of 60 graden.
Maar het ronddraaien van de bal bleek geen significante invloed te hebben op het veroorzaken van hoofdletsel.
"Tennis is een wereldwijde sport die jaarlijks door tientallen miljoenen mensen wordt beoefend, dus het is erg belangrijk om de blessures veroorzaakt door tennisstoten op het hoofd te begrijpen en beschermende maatregelen te nemen", aldus Gao. Hij en Li, nu universitair hoofddocent aan de Nanjing Universiteit voor Luchtvaart en Ruimtevaart, zijn vooral gefocust op het bepalen of tennis hoofdletsel kan veroorzaken dat ernstig genoeg is om te worden geclassificeerd als traumatisch hersenletsel - wanneer het hoofd of lichaam hard wordt geraakt, geraakt of geschud, waardoor de normale functie van de hersenen wordt verstoord.
Hersenschuddingen worden geclassificeerd als ‘mild’ hersenletsel omdat ze niet levensbedreigend zijn. Maar een hersenschudding kan voor problemen zorgen die weken of maanden aanhouden, zoals hoofdpijn, duizeligheid en concentratieproblemen.
Hoewel hoofdonderzoeker Gao zei dat de bevindingen bij vrouwen en kinderen vergelijkbaar kunnen zijn, is er meer onderzoek nodig.
In het onderzoek gebruikten de onderzoekers twee zogenaamde eindige elementen (FE) modellen: één van een tennisbal en de andere van een menselijk hoofd.
Dit hoofdmodel is geleverd door het Global Mannequin Consortium, dat realistische 3D-modellen van mannen, vrouwen en kinderen produceert die kunnen worden gebruikt in crashsimulaties. Onderzoekers gebruiken deze (FE) hoofdmodellen vaak om mogelijke hersenschade veroorzaakt door hoofdstoten te bestuderen.
Gao en Li creëerden een computergegenereerde tennisbal gebaseerd op experimenten met echte tennisballen.
Een eenvoudige manier om eindige-elementenmodellering te begrijpen, is door het te beschouwen als het opsplitsen van een groot wiskundig probleem in een reeks kleinere problemen, of eindige elementen. Dit maakt het gemakkelijker om het algemene probleem te bestuderen.
Eindige-elementenmodellering is populair onder ingenieurs en wordt bijvoorbeeld door autofabrikanten gebruikt om de kans op letsel door een auto-ongeluk te beoordelen.
Onderzoek bij SMU maakt gebruik van eindige-elementenmodellen om te voorspellen hoe de hersenen zich zullen gedragen wanneer ze worden blootgesteld aan externe krachten. De onderzoekers deden dit door een computersysteem genaamd LS-DYNA verschillende wiskundige algoritmen te geven die kenmerken van een bal of een menselijk hoofd weergeven. Er werd bijvoorbeeld een algoritme voor het testen van de elasticiteit van rubber, het Ogden hyperelasticiteitsmodel genoemd, gebruikt om het gedrag van hersenweefsel weer te geven.
Op basis van deze vergelijkingen creëert LS-DYNA een driedimensionale simulatie van wat er in het echte leven zou kunnen gebeuren.
Met behulp van deze gesimuleerde metingen kunnen onderzoekers bepalen of de kracht van een tennisbal – bij verschillende snelheden of bij het raken van verschillende delen van het hoofd – voldoende is om hersenweefsel tegen de schedel van een persoon te laten botsen, wat een hersenschudding of ernstiger gevolgen kan veroorzaken.
Om er zeker van te zijn dat hun bevindingen accuraat waren, baseerden Gao en Li zich op eerder onderzoek naar traumatisch hersenletsel, zoals experimenten met menselijke kadavers en observaties van patiënten met bekende hersenschuddingen.
Gao en zijn onderzoeksteam hebben ook studies gepubliceerd over hoofdletsel door golfballen en ballistische inslagen.
Referentie: "Head Injury Caused by Tennis Impact: Computational Study", auteur: Li Yongqiang, Gao Xinlin, 3 november 2023, "Journal of Applied Mechanics".
doi:10.1115/1.4063814
Samengestelde bron: ScitechDaily