Innovation

  — FE-modell

MIPS har tillgång till den modernaste versionen av tredimensionell numerisk modell av det mänskliga huvudet, utvecklad av professor Svein Kleiven vid KTH. Datormodellen representerar de känsligaste delarna av huvudet, bland annat skallen, hjärnan och övriga vävnader. Den bygger på finita element-metoden (FE-metoden), en numerisk metod som har bred användning vid konstruktion av hus och broar och vid simulering av bilkrockar. Hos MIPS använder vi FE-modellen av huvudet för att simulera islaget för ett huvud med hjälm och utvärdera risken för olika typer av huvudskador.

Varför används en numerisk modell?

Vid ett hjälmtest mäter huvudformen med instrument linjära accelerationer och vinkelaccelerationer. Vi skulle kunna använda accelerationspulserna för att förutsäga risken för hjärnskada, men de skjuv- och töjkrafter som omvandlas i FE-modellen har visats förutsäga risken för skada bättre än accelerationsbaserade kriterier.

Hur används den numeriska modellen?

Modellen utgår ifrån 50 000 beståndsdelar som är sammankopplade med noder (ungefär som legobitar, men i ett datorprogram) så att vi kan lägga på accelerationspulser på beståndsdelarna, som representerar huvudet i modellen. FE-programmet (LSDYNA) beräknar sedan skjuv- och töjkrafterna (deformationen) i varje element som representerar hjärnan.

 

När accelerationspulserna appliceras på huvudmodellen deformeras hjärnan med olika mönster beroende på islagets riktning och islagspulsen. Vi är intresserade av de skjuv- och töjkrafter som har visats korrelera väl med risken för hjärnskada, till exempel hjärnskakning.

Vilka resultat kan modellen ge och hur tillförlitliga är de?

Vi använder FE-modellen när vi testar samma modell av en hjälm med och utan MIPS BPS. Genom att jämföra skjuv- och töjkrafterna som FE-modellen skapar i båda hjälmversionerna kan vi vara säkra på att resultaten är exakta och repeterbara när vi kontrollerar att hjälmar med MIPS BPS minskar krafterna som verkar på hjärnan.

 

FE-modellen som utvecklats vid KTH är mycket robust. Den krävde tjugo personår att ta fram, används av tjugo vetenskapliga tidskrifter och har även förutsagt den exakta placeringen av hjärnskadan i rekonstruktioner av verkliga olyckor.