L’UT Dallas utilise l’impression 3D pour aider à détecter les commotions cérébrales

« Nous espérons que l’étude arrive à montrer que le dispositif de triage neuronal est capable de protéger les étudiants athlètes contre les dommages et rend plus sûrs les sports de contact »
Dr Robert Rennaker, Directeur du Biomedical Device Center à l’Université du Texas à Dallas

Réduire les 300 000 cas de commotions cérébrales qui touchent les athlètes lycéens chaque année est devenu une priorité absolue pour les autorités publiques sanitaires aux Etats-Unis. Les athlètes perdent conscience dans seulement 10% des cas de commotion cérébrale. Ceci rend difficile le diagnostic d’une commotion cérébrale et augmente ainsi le risque que les athlètes subissent des lésions encore plus graves en continuant à jouer avec des aptitudes réduites.

Le Biomedical Device Center de l’Université de Texas à Dallas travaille sur un système pouvant être utilisé lors des évènements sportifs, en particulier lors des matchs de football ou de hockey, pour détecter rapidement et facilement les changements des fonctions du cerveau. Une partie du dispositif est fixée sur la tête et le cou de l’athlète. Elle intègre des capteurs permettant de mesurer la fréquence, la force et la direction des impacts.
 

Si l’appareil détecte un coup sévère, le joueur met des lunettes spéciales de triage des neurones qui fournissent un stimulus visuel et des caméras qui mesurent le mouvement des yeux de l’athlète. Une lésion au cerveau est détectée lorsque la réponse de l’athlète est plus lente ou différente des mesures prises avant le match.

Concevoir en toute sécurité

La conception des lunettes a posé un défi majeur au centre. Elles avaient besoin d’être ajustées à la tête de l’athlète et se décliner en plusieurs tailles. Elles devaient également fonctionner sous différentes conditions d’éclairage et être faciles à enfiler et à enlever. Il a été clair depuis le début qu’améliorer la conception nécessiterait la construction de nombreux prototypes. Une fois que la conception a été finalisée, l’université a décidé de fabriquer de nombreuses copies pour réaliser des tests de performance auprès de nombreuses écoles.

Dans le passé, les prototypes auraient été construits soit par moulage par injection soit par usinage CNC. Pour la plupart des processus de conception, il aurait fallu attendre longtemps pour recevoir les prototypes. Le processus de conception entier aurait pris environ 24 mois. Le coût de la fabrication des prototypes aurait été d’environ 120 000$.

Au lieu de cela, l’Université du Texas à Dallas a utilisé plusieurs imprimantes 3D – certaines ont recours à la technologie FDM et d’autres à la technologie PolyJet – pour construire la plupart des pièces nécessaires pour les prototypes. « Le processus FDM fournit la résistance mécanique nécessaire pour les grosses pièces, tandis que le processus PolyJet fournit les traits fins précis exigés pour les petites pièces », a déclaré Dr Robert Rennaker, Directeur du Biomedical Device Center.

L’équipe de conception a d’abord commencé avec un design monoculaire avec deux caméras montées sur les deux côtés de la tête de l’athlète. Elle a constaté que cette conception ne pouvait pas être contrôlée sous certaines conditions d’éclairage et avait des difficultés à s’ajuster à certaines tailles de la tête. L’équipe a alors essayé une série de conceptions binoculaires. Durant les premières itérations, l’équipe a rencontré des problèmes avec la visibilité des images fournies par la caméra. Celles-ci ont été obscurcies par les paupières ou les cils de l’athlète ou encore contenaient deux yeux. L’équipe a surmonté ces obstacles et d’autres défis d’éclairage en réalisant six itérations de conception. La dernière a répondu à toutes ses exigences.

Le processus de conception entier a duré seulement 11 mois du début jusqu’à la fin. Le coût du prototypage a été seulement de 30 000$. Finalement, le centre de recherche a distribué 35 unités imprimées 3D à des équipes de football et de hockey de nombreux lycées à des fins de recherche. « Nous espérons que l’étude arrive à montrer que le dispositif de triage neuronal est capable de protéger les étudiants athlètes contre les dommages et rend plus sûrs les sports de contact », a déclaré Rennaker.