Injuries Analysis and Computational Simulation of Two Wheel Vehicles Accidents Using Human ...

137 Pages·2013·2.95 MB·English

by  Sergio Carvalho

Injuries Analysis and Computational Simulation of Two
Wheelers Accidents Using Human Body Biomechanical
Models

Sérgio David Parreirinha Carvalho

Thesis to Obtain the Master of Science Degree in
Biomedical Engineering

Examination Committee
Chairperson: Prof. Doutora Mónica Duarte Correia de Oliveira
Supervisors: Prof. Doutor João Manuel Pereira Dias
Prof. Doutor Jorge Manuel Matias da Costa Santos
Members of the Committee:
Prof. Doutor Luís Alberto Gonçalves de Sousa
Prof. Doutor Jacinto Manuel de Melo Oliveira Monteiro

December 2013

Acknowledgments
Nunca um projeto com o mínimo de complexidade pode ser levado a cabo com sucesso se não
existir disponibilidade e espírito de equipa. Nesse sentido é da maior pertinência fazer menção às
pessoas que me ajudaram durante a elaboração deste trabalho:

Ao Professor João Dias pela oportunidade que me foi dada, pela sua constante disponibilidade e
partilha de informação que para além do profissionalismo e simpatia, permitiu o decorrer num
ambiente sempre agradável e de bem estar.

Ao Professor Jorge Costa Santos pela oportunidade de colaboração com o Instituto Nacional de
Medicina Legal e Ciências Forenses (INMLCF), e cuja possibilidade de alargar mais os horizontes na
parte médica se revelou extremamente interessante e motivadora.

Ao Dr. Tiago Costa do INMLCF pelos relevantes comentários a este texto, pela disponibilização
de informação, amabilidade, paciência durante as sessões de diálogo sobre medicina, e visitas ao
campo prático.

Às equipas técnica e administrativa do INMLCF de uma forma geral, pelo acolhimento, simpatia e
disponibilidade.

Aos colegas de biomédica que ao longo do curso sempre me fizeram sentir integrado no grupo,
mostrando compreensão e espírito de ajuda perante a minha disponibilidade presencial por vezes
limitada.

A todos o meus Amigos Muito Obrigado por fazerem parte da minha vida, especial relevo ao
André, Rui e Xavier.

À minha família mais próxima, a minha mãe, in memoriam do meu pai, os meus avós e a minha
esposa, Bem Hajam.

Dou Graças a Deus por tudo o que a vida me dá.

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Resumo
A investigação de acidentes é uma prioridade a nível mundial que representa um papel
importante na mitigação do número de vítimas através da implementação de medidas que permitem
evitar ou reduzir o número de acidentes, ou reduzir o nível de lesões nas vítimas. O objetivo
fundamental deste trabalho é a validação de critérios para avaliar a gravidade de lesões sofridas por
ocupantes de veículos de duas rodas, vítimas de acidentes de viação. Para atingir este fim é utilizada
a comparação da gravidade de lesões prevista pelos critérios, e as lesões reais, constantes nos
relatórios clínicos e/ou médico-legais disponíveis na base de dados do INMLCF (Instituto Nacional de
Medicina Legal e Ciências Forenses).
Incluem-se alguns fundamentos necessários para compreender e utilizar a metodologia
proposta. Estas bases resumem-se a uma apresentação do métodos de investigação de acidentes,
revisões básicas de anatomia humana, escalas de gravidade de lesões e uma breve explicação sobre
os procedimentos e conteúdos dos relatórios de autópsia.
A metodologia utilizada engloba critérios de lesão para cada segmento corporal, cuja divisão é
semelhante ao cumumente encontrado na literatura e neste caso são considerados cabeça, pescoço,
tórax, abdómen, pélvis, membros inferiores e membros superiores.
São utilizados vinte casos de estudo e para cada um é validada uma simulação do acidente
recorrendo a um modelo multicorpo, sendo as lesões para cada segmento corporal classificadas de
acordo com a tabela AIS (Abbreviated Injury Score), excepto para os membros superiores onde se
utiliza apenas a ocorrência ou não de fraturas, baseada no respetivo fator de risco. A fim de expôr
claramente os métodos utilizados, dois dos casos de estudo são apresentados como exemplos,
incluindo uma descrição detalhada dos procedimentos utilizados. Os restantes dezoito casos são
resumidos em apêndice. Utilizando os dados dos relatórios clínicos e/ou médico-legais, os resultados
das lesões são comparados a um nível global, i.e, a probabilidade de morte, utilizando o ISS (Injury
Severity Score), e para cada parte do corpo, utilizando o AIS.
A metodologia utilizada revela-se adequada para fornecer uma estimativa quer para o risco de
vida, quer para as lesões localizadas em vítimas de acidentes com veículos de duas rodas. Num
processo inverso, são incluídos dois exemplos demonstrativos que estes modelos podem ser
aplicados para otimizar a simulação do acidente, utilizado a localização e a gravidade das lesões das
vítimas.

Palavras-Chave: Veículos de Duas Rodas, Reconstituição de Acidentes, Gravidade de
Lesões, Biomecânica do Impacto, Multicorpo.

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Abstract
Road accidents investigation is a worldwide major concern, playing an important role in
reducing the number of victims by implementation of measures to avoid or minimize the accidents
occurrence, or reduce the injuries severity of the victims. This work’s main objective is to validate
criteria for injury severity score evaluation in two wheelers (TW) road accidents victims. The validation
of the criteria is achieved by comparison of the obtained results from accidents reconstruction with
clinical and/or medico-legal autopsy reports from INMLCF (National Institute for Legal Medicine and
Forensic Sciences) data base.
Some fundamentals are included to be used as guidelines throughout the methodology and
results. This includes, the accident investigation principles, revisions on basics of human anatomy,
injuries severity evaluation scales and a brief explanation about the autopsy procedures.
The methodology establishes injury criteria for each body part. Following a similar division as it
may be found in the literature, segments considered are head, neck, thorax, abdomen, pelvis, lower
and upper extremities. Twenty case studies are used and in each one a simulation is validated using
multibody. The injuries for each body part are obtained in an AIS (Abbreviated Injury Score)
evaluation, except for the upper extremities, where only fractures occurrence are used, based on risk
factor. In order to provide a complete explanation of the methods and results, a detailed description on
two of the case studies simulations and results is included. The other eighteen cases are included in
appendix as tables.
Using the data available from clinical and/ or medico-legal autopsy reports, the results from
simulations are compared as global, i.e, the mortality probability, using the ISS (Injury Severity Score),
and the AIS for each body segment.
The methodology used not only reveals to be adequate to predict the life risk of the TW
accidents victims but also to be used in each body segment to predict the severity of the localized
injuries. Moreover, two examples are included to demonstrate that this method is suitable to be used
in the reverse approach, i.e, use the victim’s injuries severity data to optimize the accident
reconstruction simulation by using the same methodology.

Keywords: Two Wheelers, Accident Reconstruction, Injury Severity, Impact Biomechanics,
Multibody.

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