HIC (Head Injury Criterion)

L’HIC (acronimo internazionale per Head Injury Criterion, tradotto in italiano come Criterio di Lesione Cranica) è un indice matematico rigorosamente standardizzato e universalmente riconosciuto, impiegato in biomeccanica applicata e nell’ingegneria della sicurezza (con particolare rilievo nel settore automobilistico, aerospaziale, ferroviario e dell’equipaggiamento sportivo) per valutare quantitativamente e in modo oggettivo la probabilità statistica che l’impatto di una testa umana contro un ostacolo (es. volante, plancia, suolo) causi gravi danni cerebrali o lesioni fatali in seguito a una brusca decelerazione.

Definizione Matematica

L’aspetto ingegneristico più rilevante dell’HIC è che esso non si limita a valutare ingenuamente il semplice picco dell’accelerazione massima $a_{max}$ in sé, che da solo non è indicativo del danno reale, ma la correla in modo integrale e pesato al tempo di durata in cui il cranio vi è sottoposto. Picchi elevatissimi di accelerazione ma della durata di pochi millisecondi sono infatti ben tollerati dal cervello rispetto ad accelerazioni leggermente inferiori ma prolungate nel tempo.

L’indice si calcola elaborando l’andamento nel tempo del modulo dell’accelerazione lineare risultante misurata al centro di gravità della testa (acquisita tramite accelerometri triassiali ad alta frequenza allocati nei manichini antropomorfi da crashtest, i crash test dummies, ed espressa in multipli adimensionali dell’accelerazione di gravità $g$). La complessa formula di calcolo è data da:

$$\text{HIC} = \max_{t_1, t_2} \left\{ \left( \frac{1}{t_2 - t_1} \int_{t_1}^{t_2} a(t) dt \right)^{2.5} (t_2 - t_1) \right\}$$

Dove:

• $a(t)$ è l’accelerazione risultante espressa in $g$ al tempo $t$.
• $t_1$ e $t_2$ sono gli istanti iniziale e finale (solitamente espressi in secondi) dell’intervallo di tempo di calcolo prescelto dall’algoritmo al fine di massimizzare il valore della funzione stessa.
• Per convenzione normata automobilistica (es. regolamenti federali USA FMVSS o protocolli europei Euro NCAP), l’intervallo temporale massimo valutato in iterazione $(t_2 - t_1)$ non deve eccedere i 15 ms (generando il parametro specifico HIC15) o, in casi meno severi, i 36 ms (HIC36).
• L’elevamento all’esponente $2{,}5$ è frutto di calibrazioni su curve di tolleranza umane e serve per pesare l’accelerazione, conferendo una gravità esponenzialmente maggiore ai picchi di intensità molto elevata.

Rischio Biomeccanico Associato

Il valore numerico risultante dal calcolo dell’HIC fornisce una stima probabilistica diretta della gravità del trauma cranico. In ambito di omologazione automobilistica e sicurezza stradale, un limite normativo tipico invalicabile per il superamento dei test è spesso fissato a $\text{HIC}_{15} \leq 700$ oppure $\text{HIC}_{36} \leq 1000$. A titolo di riferimento medico-ingegneristico, un parametro $\text{HIC}$ pari a 1000 è generalmente universalmente considerato come la soglia critica oltre la quale si incorre in:

• Un 18% di probabilità di riportare una lesione cranica o cerebrale molto grave (AIS 4+).
• Un 55% di probabilità di riportare una lesione grave (AIS 3+).
• Un 90% di probabilità di riportare una lesione perlomeno moderata (concussione, AIS 2+).

Applicazioni Ingegneristiche e di Sicurezza

• Crashworthiness Automobilistica e Design: Il parametro HIC è la vera “stella polare” che guida la progettazione e l’omologazione di tutti i sistemi di sicurezza passiva e di ritenzione a bordo (sagomatura degli airbag, cedevolezza del piantone dello sterzo, adozione di cinture di sicurezza con pretensionatori pirotecnici e limitatori di carico, design e materiali delle strutture deformabili per assorbimento urto del cruscotto). L’obiettivo ingegneristico assoluto è quello di “catturare” e rallentare in modo quanto più dolce e progressivo possibile la testa dell’occupante, “spalmando” inevitabilmente l’enorme decelerazione sull’arco di tempo più ampio tecnicamente ottenibile ($\Delta t$), per evitare a tutti i costi l’innalzamento della curva integrale e il raggiungimento di valori di picco deleteri.
• Ingegneria Aerospaziale e Aeronautica: Viene usato per collaudare e certificare i sedili e l’ambiente dei passeggeri degli aerei civili di linea, per garantire standard minimi di sopravvivenza in drammatici scenari di impatto al suolo e ammaraggio d’emergenza controllato.
• Sicurezza Sportiva, Materiali e Arredo Civile: Guida i criteri di progettazione per omologare l’assorbimento d’urto dei caschi protettivi (ciclismo, motociclismo, sport estremi, sport di contatto e da combattimento) e la scelta della mescola dei materiali deformabili o gommosi anti-trauma destinati alle pavimentazioni di sicurezza per i parchi giochi infantili o le palestre.