Sebuah studi baru mengungkapkan gegar otak akibat bola tenis dapat terjadi pada kecepatan tinggi, terutama jika terjadi benturan kepala samping, menggunakan teknik pemodelan canggih yang divalidasi oleh penelitian cedera otak sebelumnya.
Bermain sepak bola dan sepak bola dikenal luas karena potensinya menyebabkan gegar otak dan cedera kepala lainnya. Namun, muncul pertanyaan mengenai tenis: Berapa kecepatan yang harus dilakukan bola tenis agar berpotensi menyebabkan cedera otak traumatis?
Peneliti dari
sebuah universitas swasta berperingkat nasional di Dallas, menemukan bahwa cedera kepala bola tenis mungkin terjadi, tetapi jarang terjadi. Studi komputasi rinci mereka – menggunakan teknik yang sama yang banyak digunakan untuk memprediksi cedera kepala apa yang mungkin terjadi dalam kecelakaan mobil – telah dipublikasikan di Jurnal Mekanika Terapan ASME.
Xin-Lin Gao, seorang profesor teknik mesin di SMU, dan Yongqiang Li, mantan mahasiswa PhD SMU yang bekerja dengan Gao, menggunakan pemodelan komputer dari bentuk manusia dan bola tenis untuk menentukan apa yang akan terjadi pada kepala seseorang jika dipukul. oleh bola tenis dengan kecepatan, lokasi, dan sudut yang berbeda.
Mereka menemukan:
- Cedera otak traumatis ringan, atau gegar otak, jarang terjadi, tetapi bisa terjadi jika kecepatan bola tenis lebih dari 40 meter per detik. Sebagai gambaran, kecepatannya melebihi kecepatan lari cheetah.
- Bola yang mengenai bagian samping kepala kemungkinan besar menyebabkan cedera kepala, dibandingkan jika dipukul di dahi atau bagian atas kepala.
- Cedera kepala juga lebih sering terjadi ketika bola mengenai seseorang dengan sudut 90 derajat, dibandingkan dengan sudut 30 atau 60 derajat.
- Namun perputaran bola ternyata tidak berdampak signifikan hingga menyebabkan cedera kepala.
“Memahami dan melindungi terhadap cedera kepala akibat benturan bola tenis sangatlah penting, mengingat tenis adalah olahraga global dengan puluhan juta peserta setiap tahunnya,” kata Gao.
Gao dan Li, yang sekarang menjadi profesor di Universitas Aeronautika dan Astronautika Nanjing, secara khusus berfokus pada menentukan apakah bola tenis dapat menyebabkan cedera kepala yang cukup parah untuk diklasifikasikan sebagai cedera otak traumatis – ketika terjadi benturan keras. , pukulan atau sentakan pada kepala atau tubuh menyebabkan terganggunya fungsi normal otak.
Memetakan dampak: Sebuah studi komputasi menunjukkan efek pukulan bola tenis di tiga lokasi berbeda — frontal (kiri), lateral (tengah) dan ubun-ubun (kanan). Kredit: SMU
Gegar otak diklasifikasikan sebagai cedera otak traumatis “ringan” karena tidak mengancam jiwa. Namun penyakit ini dapat menyebabkan masalah yang bertahan selama berminggu-minggu atau berbulan-bulan, seperti sakit kepala, pusing, dan kesulitan berkonsentrasi.
Diperlukan lebih banyak penelitian terhadap perempuan dan anak-anak, meskipun peneliti utama Gao mengatakan temuan tersebut kemungkinan besar akan serupa pada kedua kelompok.
Bagaimana penelitian itu dilakukan
Untuk penelitian ini, para peneliti menggunakan dua model elemen hingga (FE): satu model bola tenis dan satu model kepala manusia.
Model kepala ini disediakan oleh Global Human Body Models Consortium, yang membuat model 3D realistis pria, wanita, dan anak-anak yang dapat digunakan untuk simulasi kecelakaan. Para peneliti secara rutin menggunakan model kepala (FE) ini untuk menyelidiki potensi cedera otak akibat benturan di kepala.
Gao dan Li menciptakan bola tenis yang dihasilkan komputer berdasarkan eksperimen dengan bola asli.
Cara sederhana untuk memahami pemodelan elemen hingga adalah dengan melihatnya sebagai pemisahan masalah matematika yang besar menjadi serangkaian masalah yang lebih kecil, atau elemen hingga. Hal ini membuat keseluruhan masalah lebih mudah untuk diselidiki.
Sangat populer di kalangan insinyur, pemodelan elemen hingga dapat, misalnya, digunakan oleh produsen mobil untuk menilai potensi cedera pada manusia akibat kecelakaan pada salah satu kendaraan mereka.
Studi SMU menggunakan model FE untuk memprediksi bagaimana otak akan berperilaku ketika terkena kekuatan eksternal. Para peneliti melakukan ini dengan memberikan sistem komputer bernama LS-DYNA beberapa algoritma matematika yang mewakili karakteristik bola atau kepala manusia. Misalnya, algoritma yang dibuat untuk menguji elastisitas karet – yang dikenal sebagai model hiperelastik Ogden – digunakan untuk mewakili perilaku jaringan otak.
Berdasarkan persamaan tersebut, LS-DYNA membuat simulasi 3D tentang apa yang akan terjadi dalam kehidupan nyata.
Pengukuran yang diambil dari simulasi ini memungkinkan para peneliti untuk menentukan apakah kekuatan bola tenis – yang bergerak dengan kecepatan berbeda atau mengenai bagian kepala yang berbeda – cukup untuk menyebabkan jaringan otak pria membentur tengkoraknya, sehingga menyebabkan gegar otak atau lebih buruk lagi.
Untuk memastikan temuan mereka akurat, Gao dan Li memvalidasinya dengan penelitian TBI sebelumnya, seperti eksperimen pada mayat manusia dan observasi terhadap orang yang diketahui mengalami gegar otak.
Gao dan tim penelitinya juga telah menerbitkan penelitian tentang cedera kepala yang disebabkan oleh pukulan bola golf dan benturan balistik.
Referensi: “Cedera Kepala Akibat Benturan Bola Tenis: Studi Komputasi” oleh Yongqiang Li dan Xin-Lin Gao, 3 November 2023, Jurnal Mekanika Terapan.
DOI: 10.1115/1.4063814
