Study of cerebrospinal injuries by force transmission secondary to mandibular impacts using a finite element model

Etablir le lien de causalité entre des violences physiques et le décès d’un individu est une problématique récurrente de la pratique médico-légale. Une grande partie des situations de violence ne pose pas de difficulté au médecin légiste. Toutefois, cette causalité n’est parfois que supposée sans démontrer le mécanisme lésionnel. Cette situation peut provenir de l’absence de traduction anatomique de ce mécanisme lésionnel, illustrée par des cas de décès secondaires à des impacts faciaux, observés à l’institut médico legal où seules des lésions histologiques étaient objectivées.Pour répondre à cette problématique, un premier modèle de tête a été réalisé afin d’étudier la transmission des forces au crâne à partir d’un impact mandibulaire. Nous avons observé une diminution des transmissions des efforts à la base du crâne ainsi que des contraintes de Von Mises au niveau du tronc cérébral notamment. Ce modèle a été amélioré par l’ajout d’un cou et de la moelle épinière cervicale afin d’étudier plus précisément les contraintes au niveau du tronc cérébral, lors d’impacts mandibulaires type uppercut ou antéro posterieur, des contraintes au niveau de la jonction cérébro spinale ainsi qu’une hyperextension de la moelle sont observées.Ces mécanismes lésionnels mettant en jeu des contraintes dans la zone des pédoncules cérébraux, sont en accord avec nos résultats de simulations numériques par éléments finis. Ce niveau de contrainte observé, très proche de la valeur seuil traduisant des lésions cérébrales, laisse présager de possibles lésions axonales.Establishing the relationship between the death of an individual and a violent event is a common practice in forensic science. Many cases of death by violence are relatively obvious for the medical examiner. However, the process of identifying the causes of the death is sometimes solely without confirmation of the injury mechanisms. This situation may be the case when anatomical signs of the injury mechanisms are absent, illustrated by cases of death secondary to facial impact, observed at the Institut médico legal, where only histological lesions were objectified.To answer this problematic, a first finite element model of head was realized initially to study the forces transmission to the skull starting from a mandibular impact. We observed a decrease of the efforts transmissions at the skull base following a mandibular impact as well as constraints of Von Mises at the level of the brainstem in particular. This model was enhanced by the addition of a neck and cervical spinal cord to more accurately study brainstem strains, uppercut or anteroposterior mandibular impact, cerebral junction and hyperextension of the cord are observed.These lesional mechanisms involving stresses in the area of the cerebral peduncles, are in agreement with our results of numerical simulations by finite elements. This level of stress observed, very close to the threshold value reflecting brain lesions, suggests possible axonal lesions.Biological parameters are different in each individual, and by using digital modeling they can be modulated at will for a realistic approach of forensic applications