Analyse et modélisation statistique linéaire de la structure osseuse crânienne à partir de données morphométriques et anthropométriques pour la prédiction de paramètres mécaniques

RésuméLe but de cette étude est de déterminer et quantifier les liens entre la raideur quasi statique et des grandeurs anthropométriques et morphométriques de structures osseuses crâniennes, en vue de prédire les paramètres mécaniques lésionnels des os crâniens lors d’accidents de la voie publique. Une campagne expérimentale est menée sur 17 sujets masculins de race caucasienne, non embaumés, âgés de 53 à 82 ans. À partir de chaque calotte crânienne, 17 éprouvettes sont extraites, puis testées en flexion trois points à 10 mm/min. L’extraction de données géométriques de l’éprouvette est effectuée par le biais d’un logiciel de traitement d’images. Une analyse statistique descriptive et inférentielle basée sur des méthodes linéaires est ensuite réalisée sur les échantillons. Une analyse en composantes principales a permis de résumer les mesures obtenues. Des groupements d’individus en fonction des différentes zones osseuses (frontale, pariétale et temporale) sont détectés. La prédiction de la raideur quasi statique est réalisée par régression linaire multiple pas à pas descendante avec ajustement sur la densité, la masse et les indices de courbure de chaque éprouvette testée. L’équation de prédiction créée sur les éprouvettes des zones pariétales et frontale réunies est validée par l’étude complète des résidus ; l’erreur relative de l’ajustement calculée entre les données réelles et celles estimées est évaluée à 3 % avec un écart-type de plus ou moins 25 %. Le modèle statistique par régression linéaire pour les éprouvettes des zones temporales n’est pas validé par l’étude des résidus.

The aim of this study is to establish and quantify the relationship between quasi-static stiffness and anthropometric and morphometric parameters of cranial osseous bones. The purpose is to predict the fracture parameters of cranial bone in crashworthiness situation. Within an experimental protocol, 289 specimens are taken from 17 unembalmed human skulls; the subjects are aged between 53 and 82. The specimen are tested under quasi-static three-points bending tests, at 10 mm/min. Morphometric data are got by analysing specimens’ photography. Values are studied by statistical analysis based on linear methods. Data are resumed by Component Principal Analysis. Groups of specimen, in function of the area of extraction of the specimen, are detected. The relationship between the stiffness and the morphometric parameters of the specimen is studied by using multiple linear regression; the input data are the weight, the density and the curvature indices of each specimen. The regression equation for the frontal and parietal areas is confirmed by residuals study; the relative error between predicted values and observed values is 3 ± 25%. There is no linear regression for the specimen taken from the temporal area of the skull.