Biomechanics of Abusive Head Trauma

QC 2025-11-12

Abstract

Abusivt huvudtrauma (AHT) är en kontroversiell och vetenskapligt omstridd medicinsk diagnos, särskilt hos spädbarn. Befintliga symtombaserade diagnostiska metoder saknar rigorös vetenskaplig validering, och feldiagnoser kan inte bara orsaka förödande skador för drabbade familjer utan också underminera allmänhetens förtroende för både det medicinska och rättsliga systemet. Den finita elementmetoden (Finite Element, FE) erbjuder en lovande möjlighet att undersöka skade­mekanismer hos spädbarn under olika misstänkta misshandelsscenarier. Genom att tillhandahålla anatomiskt korrekta geometriska modeller och realistiska materialegenskaper möjliggör metoden simuleringar som kan återskapa spädbarnets fysiologiska respons och tillhörande skadeprocesser på ett realistiskt sätt.

Spädbarns anatomiska och biomekaniska egenskaper skiljer sig avsevärt från vuxnas, bland annat genom ett större huvud–kroppsförhållande, öppna suturer och fontaneller, mindre förbenade skallben samt en mer sårbar halsryggrad. Denna avhandling fokuserar på dessa unika egenskaper, utforskar effektiva metoder för att generera både individanpassade och statistiskt baserade finita elementmodeller av spädbarn, samt tillämpar biomekaniska metoder för att utvärdera huvud- och halskador under olika scenarier. Avhandlingen består av fem delstudier: Den första studien utvecklar ett kvantitativt ramverk för att mäta morfologiska parametrar hos spädbarns kraniala suturer och fontaneller. Den andra studien tillämpar detta ramverk på datortomografibilder (CT) av spädbarn under det första levnadsåret för att karakterisera tillväxtkurvor och etablera utvecklingsbanor för suturer och fontaneller. Den tredje studien presenterar och validerar en materialmodell för spädbarnets kranievalv samt föreslår en metod för att rekonstruera frakturmönster i valvet i individanpassade FE-modeller av spädbarnshuvuden.Den tredje studien presenterar och validerar en materialmodell för spädbarnets kranievalv samt föreslår en metod för att rekonstruera frakturmönster i valvet i individanpassade FE-modeller av spädbarnshuvuden. Den fjärde studien utvecklar en automatiserad algoritm för att modifiera spädbarns FE-huvudmodeller med varierande suturmorfologi och undersöker den biomekaniska betydelsen av suture- och fontanellmorfologi för spädbarnets huvud. Den femte studien består av två delar: (1) utvecklingen av en helkroppsmodell av ett två månader gammalt spädbarn med en validerad halsryggrad, och (2) transienta dynamiska analyser för att undersöka huvudets och halsens respons vid fler-cykliga kraftiga skakbelastningar som är förknippade med AHT-scenarier.  

Tillsammans etablerar de fem studierna ett integrerat biomekaniskt ramverk för att bedöma AHT hos spädbarn, från kvantitativa anatomiska data och medicinsk bildbehandling till individanpassad FE-modellering och dynamiska simulerings­tillämpningar. Studierna I–III kvantifierar skallens, suturernas och fontanellernas morfologi och tillväxt, vilket skapar de anatomiska och materiella grunderna för individanpassad modellering. Studierna IV och V tillämpar dessa materialmodeller och anatomiska data i FE-simuleringar som undersöker hur morfologisk variation påverkar huvudets biomekanik och hur spädbarnets huvud och nacke reagerar vid åsamkad skakning. Sammanfattningsvis visar denna avhandling på den stora potentialen hos biomekaniken – särskilt den finita elementmetoden – och presenterar en heltäckande process för individanpassad bedömning av spädbarns huvud- och halskador. Arbetet bidrar därmed till den forensiska analysen av AHT och till en fördjupad förståelse av de underliggande biomekaniska mekanismerna.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-372247