Innovation

  — FE-Modell

MIPS steht ein hochmodernes numerisches 3D-Modell des menschlichen Kopfes zur Verfügung, das von Professor Svein Kleiven an der schwedischen Königlich-Technischen Hochschule (KTH) entwickelt wurde. Dieses Rechenmodell stellt die kritischsten Bereiche des menschlichen Kopfes dar, darunter den Schädel, das Gehirn und anderes Gewebe, und beruht auf der Finite-Elemente-Methode (FEM), einem numerischen Verfahren, das beim Haus- und Brückenbau oder bei der Simulation von Autounfällen vielfach eingesetzt wird. Bei MIPS verwenden wir das FE-Modell des Kopfes, um Aufprallsituationen des mit einem Helm ausgestatteten Kopfes zu simulieren und um die Risiken verschiedener Kopfverletzungen zu bewerten.

 

Warum wird ein numerisches Modell verwendet?

Bei einem Helmtest misst der mit Sensoren ausgestattete Testkopf die linearen Beschleunigungen und die Winkelbeschleunigungen. Wir könnten zwar anhand der Beschleunigungsimpulse das Risiko für eine Hirnverletzung prognostizieren, aber es hat sich herausgestellt, dass die durch das FE-Modell umgewandelte Belastung das Risiko einer Hirnverletzung besser prognostizieren kann als die beschleunigungsbasierten Kriterien.

Wie wird es verwendet?

Das Modell umfasst 50.000 Elemente, die durch Knoten verbunden sind (wie bei Lego-Steinen, nur in einem Computerprogramm), und ermöglicht es uns, auf die den Schädel im Modell darstellenden Elemente Beschleunigungsimpulse aufzubringen. Die FE-Software (LSDYNA) berechnet dann die Belastung (Verformung) jedes das Gehirn darstellenden Elements.

 

Wird ein Beschleunigungsimpuls auf das Modell des Kopfes aufgebracht, weist das Gehirn je nach Aufprallrichtung und Aufprallimpuls unterschiedliche Verformungsmuster auf. Unser Interesse gilt der Belastung, die erwiesenermaßen in enger Korrelation zum Risiko einer Hirnverletzung, wie z. B. Gehirnerschütterung, steht.

Welche Ergebnisse können Sie aus diesem Modell gewinnen und wie zuverlässig sind diese?

Wir verwenden das FE-Modell, wenn wir dasselbe Helmmodell mit und ohne MIPS BPS testen. Durch den Vergleich der durch das FE-Modell ausgelösten Belastung des Gehirns mit beiden Helmversionen können wir sicher sein, dass die Ergebnisse exakt und wiederholbar sind, wenn wir sehen, dass der mit MIPS BPS ausgestattete Helm die Belastung des Gehirns reduziert.

Das an der KTH in Stockholm entwickelte FE-Modell ist überaus robust. Es ist das Ergebnis von zwanzig Personenjahren an investierter Zeit, wird in zwanzig wissenschaftlichen Publikationen verwendet und konnte sogar die genaue Position von Hirnverletzungen in Rekonstruktionen realer Unfälle berechnen.