Objective: To determine the effects of head position and of different postural control demands on head tremor measures in participants with essential tremor. Methods: Seventeen participants with essential tremor (ET) of the head and 17 control participants took part. Individuals held their heads in varying degrees of rotation, flexion, and extension. Subsequently, individuals sat and stood in different postures, incorporating different foot placements (feet apart and together), surfaces (solid and foam), and vision conditions (eyes open and closed). Neck muscle activity was recorded from three muscles bilaterally (trapezius, sternocleidomastoid, splenius capitis). Three-dimensional head and thorax positions were recorded using an Optotrak system, and head angular velocity with respect to thorax was calculated by differentiating tilt-twist angles. Fourier analysis was used to determine tremor power. Results: ET participants showed sharp peaks at their tremor frequency in spectral plots of kinematic data, whereas CN participants did not. Electromyography data was too noisy for frequency analysis. ET participants displayed increased tremor power in head positions 25° from neutral compared to neutral and positions 50° from neutral. Tremor power increased with increasing difficulty of posture for both participant groups. Removal of vision resulted in decreased tremor power in ET participants; power was significantly decreased in the easier postures, and progressively less so with increasing difficulty of posture. Interestingly, tremor direction was inconsistent in both groups, and two ET participants displayed multiple tremor peaks. Conclusions: The tilt-twist method is a feasible way of measuring head kinematics. Changing stiffness of the neck likely mediates the effect of head position on head tremor power, with the resultant interplay of the central driver and the mechanical resonance driving the amplitude changes. Decreasing stability of posture increases head tremor, likely due to the associated increase in postural sway and stress on the postural control system. Vision appears to exacerbate head tremor through the addition of tremor-related visual noise and an implicit task to stabilize vision; this is possible evidence of a visuomotor deficit. However, stabilizing vision becomes less important with increasing difficulty of posture, resulting in a narrowing gap in tremor power between vision and no vision conditions. / Thesis (Master, Rehabilitation Science) -- Queen's University, 2011-03-31 18:16:59.927

Ice hockey has been identified as a sport with a high risk for concussions due to it being highly physical. Improvements have been made over the years to improve the protective gear for the players effectively eliminating more severe traumatic brain injuries (TBIs) however mild concussions (mTBI) are still prevalent to this day. One way of predicting these injuries in the recent years is the usage of finite element (FE) analysis to recreate impacts to study the effects of said head kinematics and strain parameters using validated FE models of the brain. In this thesis, video analysis was done on five cases resulting in a concussion and five cases not resulting in concussion from both the Swedish Hockey League (SHL) and the National Hockey League (NHL) to extract the initial velocities and positioning. The average velocity for the injured player and attacking player was 5.12 m/s and 5.08 m/s respectively for the impacts resulting in a concussion. Additionally, the average velocity for the injured player and attacking player was 4.80 m/s and 5.51 respectively for the impacts not resulting in a concussion. The video analysis methodology was also validated using a dataset from a football game and resulted in an average error of 25.4%. The impacts were recreated using the extracted velocities and initial positions in LS-PrePost with the full body FE model THUMS v.4.02 representing a 50th percentile adult male fitted with a helmet previously developed by master thesis students at KTH. The simulations were ran using LS-DYNA. The head kinematics from the head’s center of gravity and brain strain measured called Maximum Principal Strain (MPS) were extracted. Using the MPS values, the 95th percentile was calculated to then determine the likelihood of concussion. The MPS95 ranged from 0.18 to 0.63 for the cases resulting in a likelihood of concussion of 7.48 to 100%. For the cases not resulting in a concussion, the MPS95 values ranged from 0.20 to 0.45 resulting in likelihood of concussion 11.1 to 80.5%. The head kinematics extracted reported similar outcome in terms of risk of suffering concussions. The varying results can be pointed to the drawbacks in the methodology such as the error of the video analysis and the positioning of FE models. / Ishockey har fastställts som en sport med höga risker för hjärnskakning på grund av dess fysiska natur. Med åren har förbättringar gjorts på skyddsutrustningen vilket har avlägsnat allvarligare hjärnskador (TBI) från sporten, men dessvärre förekommer mildare hjärnskakningar än idag. På senare år har användning av finita element (FE) metoder använts för att återskapa kollisionerna för att förutspå dessa skador. Detta görs genom att använda validerade FE modeller av hjärnan för att analysera kinematiken samt töjningarna. I detta arbete gjordes en videoanalys av fem fall som resulterade i hjärnskakning samt fem fall där kollisionen inte resulterade i en hjärnskakning från både den Svenska Hockey Ligan (SHL) och "National Hockey League" (NHL). Från videoanalysen togs de initiala hastigheterna samt positionerna fram. Den genomsnittliga hastigheten för den skadade spelaren respektive attackerande spelaren var 5.12 m/s och 5.02 m/s för fallen där hjärnskakning hade skett. För fallen där hjärnskakning inte hade skett var hastigheten för den skadade respektive attackerande spelaren var 4.80 m/s samt 5.51 m/s. Videoanalysmetoden validerades genom att utföra videoanalysis på en databas från en fotbollsmatch. Valideringen resulterade i ett genomsnittligt fel på 25.4%. Kollisionerna återskapades genom att använda de extraherade initiala hastigheterna och positionerna i LS-PrePost med FE helkroppsdockan THUMS v.4.02 som representerade en 50:e percentil vuxen man utrustad med en ishockeyhjälm som utvecklats av tidigare masterexamensstudenter på KTH. Simuleringarna gjordes genom LS-DYNA. Huvudkinematiken från huvudets tyngdpunkt samt de maximala principiella töjningarna (MPS) i hjärnan extraherades. Från de extraherade MPS värdena kunde den 95:e percentilen uträknas för att bestämma sannolikheten att hjärnskakning sker. För fallen där hjärnskakning skett, varierade MPS95 värdet mellan 0.18 till 0.63 vilket motsvarar en risk för hjärnskakning på 7.48% respektive 100%. För fallen där hjärnskakning inte hade skett varierade MPS95 värdet från 0.20 till 0.45 vilket motsvarar 11.1% respektive 80% risk för hjärnskakning. Den extraherade huvudkinematikens risk för hjärnskakning överensstämde för det mesta med MPS95 sannolikheterna. De varierande resultaten kan hänvisas till de brister i metoden som exempelvis felet i videoanalysen samt positioneringen av FE modeller.

No description available.

Traumatic brain injury (TBI) is a worldwide public health problem. It is often caused by impacts to the head, which can cause translational and rotational motions. During impacts to the head, the neck serves as one of the boundary conditions for determining its kinematic response. In today’s helmet assessment standards, the dynamics of the neck are not included, and in most standards only translational accelerations are examined within a short time interval around 20- 30 ms. However, to understand the risk of brain injury, it is also important to account for the rotational motions and the influence of the neck on head kinematics.  In this thesis the influence of the neck on head kinematics was investigated by comparing 5 different finite element (FE) models of the human. By using finite element analysis, simulations of four different accident scenarios were conducted. Most models are produced for the automotive industry and are not validated in vertical impacts with forces acting on the head. The accident scenarios included vertical and horizontal impacts to the head with different striking objects. The models included two anthropomorphic test devices (ATD) and three human body models (HBM). Furthermore, an isolated head was also used. The models were equipped with an industrial safety helmet, with and without a low friction layer (LFL). Additionally, the helmet versions were used to investigate how the various FE models predict the difference in rotational kinematics.  The head kinematics showed considerable disparities between the ATDs and the HBMs. The ATDs mostly showed a stiffer, spring-like behavior with higher translational accelerations and lesser rotational motions. Furthermore, the HBMs showed responses that were assumed to have been in better proximity to biofidelic responses. The incorporation of the LFL led to a reduction in peak resultant rotational velocity (PRV) in most models and accident scenarios. Furthermore, the results were highly influenced by the choice of duration. It was seen that the differences between the models increased over time, as the boundary effects could influence the kinematics to a larger extent. Hence, the neck had more influence on head kinematics at longer time durations.  This thesis contributes to a comparison of different FE models and how various boundary conditions affect the kinematics of the head. The Hybrid III should only be used in cases involving pure flexion-extension. The attachment of the KTH neck to the Hybrid III torso led to large differences in kinematic responses to the other models, and therefore it should not be used in virtual testing. Due to the resemblance between head-only and the HBMs, as well as the short duration in bicycle helmet assessment, the use of only a headform is probably a better approximation as the ATD necks that could be used are not good representations of biofidelity. Before implementing surrogate necks in helmet assessment, more investigations on the influence of the neck on head kinematics are necessary as well as the development of neck models with high biofidelity. / Traumatiska hjärnskador är ett globalt folkhälsoproblem. Traumatiska hjärnskador orsakas ofta av slag mot huvudet, vilket kan orsaka både translations- och rotationsrörelser av hjärnan. Vid slag mot huvudet verkar halsen som ett av randvillkoren som styr kinematiken av huvudet. I dagens hjälmstandarder är halsens dynamik inte inkluderad och i majoriteten av standarder är det endast translationsaccelerationer som undersöks samt inom en kort tidsram, runt 20-30 ms. För att förstå risken för hjärnskador behöver man även beakta rotationsrörelser och då blir halsens inflytande på huvudets kinematik av vikt, liksom att utvärdera kinematiken under en längre tid.  I detta examensarbete studeras halsens inverkan på huvudets kinematik genom att jämföra fem olika finita element (FE) modeller av människan. Genom att använda finita elementmetoden, genomfördes simuleringar av 4 olika olycksscenarior. Olycksscenariorna inkluderade vertikala och horisontella islag med olika objekt. De modeller som användes var två krockdockor och tre humanmodeller samt ett isolerat huvud. De flesta modeller är framtagna för bilindustrin vilket påverkar dess användningsområde genom begränsade valideringar av vertikala slag med krafter som verkar direkt på huvudet. Alla modeller var utrustade med en industrihjälmsmodell, med respektive utan ett lågfriktionslager. Dessutom användes hjälmmodellerna till att undersöka hur de olika FE modellerna förutspådde skillnader i rotationskinematik.  Kinematiken av huvudet visade på signifikanta skillnader mellan krockdockorna och humanmodellerna. Krockdockorna hade generellt ett stelare, fjäderliknande beteende med högre translationsacceleration och mindre rotationsrörelse. Vidare hade humanmodellerna ett beteende som var mer likt den förväntade mänskliga responsen. Användandet av lågfriktionslagret ledde till reduktion i resulterande peak rotationshastighet bland de flesta modeller och olycksscenarior. Resultatet påverkades nämnvärt av valet av tidsintervall. Vid längre tidsintervall var skillnaderna i beteende större mellan modellerna. Därför hade halsen större inverkan på huvudets kinematik vid längre durationer.  Detta examensarbete bidrar till en jämförelse av olika FE modeller och förståelse för hur olika randvillkor påverkar huvudets kinematik. Hybrid III borde endast användas för horisontella islag med enbart flexion-extensions rörelser. Infästningen av KTH halsen till Hybrid III gav stora skillnader i kinematiken jämfört med de andra modellerna, och därför ska den inte användas vid virtuella tester. På grund av de likheter som sågs mellan enbart huvud och humanmodellerna samt på grund av de korta islagen vid cykelhjälmsbedömningar, är troligtvis användandet av ett isolerat huvud en bättre approximation än användandet av de tillgängliga krockdockornas halsar. Innan man använder halsmodeller vid hjälmbedömningar, krävs fler studier på halsens inverkan på kinematiken samt framtagande av halsmodeller med mer människoliknande respons.