Littérature scientifique sur le sujet « Humanmodell »

Abstract The aim of this paper was to present a histological evaluation of the treatment performed on a humanmodel of osteomyelitis induced in rabbits. Osteomyelitis was induced in rabbits by a human strain of Staphylococcus aureus injected in bone defects created in the rabbit tibia. There have been created five groups of animals, groups receiving treatment in two different stages of the disease, acute and chronic. Copper and silver sub-millimetre-particles were introduced in the same place with the Staphylococcus solution. Evaluation of installation and evolution of the disease was done by clinical, hematological, microbiological, radiological and histological monitoring. A separate study of histological data is presented here. Histological examinations performed by HE was done on 5 μm sections of uncalcified bone. Every examination was classified according to a system of score. The results of histopathological evaluation confirm that histological analysis is a powerful tool in experimental models of this disease.

ZusammenfassungDie Interaktion des subchondralen Knochens mit dem Gelenkknorpel ist von grundlegender Bedeutung für die Gelenkphysiologie. Studien an Tier- und Humanmodellen haben gezeigt, dass der untere Rand des Gelenkknorpels über kleine Defekte oder Mikrokanäle mit der Markhöhle verbunden ist. Obwohl diese Knorpel-Knochenmark-Mikro-Konnektoren (KKMK ) möglicherweise für den molekularen Austausch, den Knochen-Knorpel-Crosstalk und sogar die Knorpelernährung von entscheidender Bedeutung sein können, ist das derzeitige Wissen über sie begrenzt und inkohärent. Diese Übersicht fasst die bisher beschriebenen Merkmale dieser anatomischen Mikroarchitektur bei verschiedenen Spezies zusammen, untersucht wiederkehrende Muster in der Literatur und erörtert ihre potenzielle Funktionalität.

Traffic accidents are the second leading cause of child fatality among children younger than 15 years of age. In the course of 10 years, the implementation of child restraint systems has decreased child fatality in traffic accidents with 50%, for children younger than 15 years. To gain an understanding of the kinematics and injury mechanisms of children in cars, finite element based human body models, representing higher biofidelity compared to crash test dummies, are developed. An FP7 European project, PIPER, developed a child HBM with an associated framework for scaling, morphing and positioning. The PIPER child HBM is scalable between the ages of 1.5-6YO, with scalable anthropometrics. This makes the PIPER child HBM, a powerful tool for analyzing children in vehicles.  There are insufficient analyses conducted with the PIPER child HBM, due to its recent release. The purpose is thus to study the robustness of the HBM and its sensitivity to variation of lap belts by conducting a parametric study. Injury analysis and its sensitivity to lap belt variations were in addition studied in terms of kinematics by the study of submarining, the pelvic interaction with the lap belt, and the study of injuries related to the skull, brain, kidneys and liver. A full frontal crash simulation of a 6YO PIPER child HBM, with anthropometrics, covering the 50th percentile, have been investigated. The 6YO PIPER child HBM was seated with no booster, Volvo booster cushion and Volvo highback booster, with variations of the lap belt. The hip interactions and the submarining response of the 6YO PIPER child HBM were studied, by the study of the lap belt interactions with the pelvis and abdominal organs. The abdominal organs were related to the liver and kidneys, and compared to published threshold values.  This study showed that the overall robustness of the model was questionable. With respect to kinematics, the model indicated higher robustness, however, when conducted the crash simulations with the 6YO PIPER child HBM, it was concluded that the robustness was low due to repeated premature terminations. The 6YO PIPER child HBM revealed repeated errors such as, mesh distortions, negative volume and shooting nodes. When studying the sensitivity of the 6YO PIPER child HBM, when varying the lap belt angles, as well as changing the type of boosters in addition to vehicle anchorage positions, it could be seen that the 6YO PIPER child HBM was able to capture variations with respect to lap belt positioning. Hence, the model seems to be capable of providing relevant information regarding sensitivity for lap belt variations from the kinematic perspective, in terms of being able to capture kinematic o↵set, submarining and pelvis interaction with the lap belt. However, with respect to predicted abdominal injuries and head injuries, the sensitivity was not as distinct. Some limitations were observed in which the 6YO PIPER child HBM indicated unrealistic predicted injuries related to the head, which was associated with excessive movement of the 6YO PIPER child HBM.
Trafikolyckor är den näst vanligaste orsaken till barndödlighet i världen bland barn yngre än 15 år. Inom loppet av 10 år har användning av bilbarnstolar i fordon minskat barndödligheten med 50% hos barn under 15 år. För att få en ökad förståelse om barn i bilar framtogs finita element humanmodeller som har en detaljerad anatomi samt responser liknande till människan. Ett FP7 finansierat europeiskt projekt, PIPER, skapade en barnhumanmodell med en tillhörande programvara som används för skalning, förvandling, och positionering av barnhumanmodellen. Humanmodellen är skalbar för åldrarna 1.5 år upp till 6 år, med olika antropometriska värden. Detta gör att PIPER barnhumanmodellen är ett kraftfullt verktyg att använda sig av för att studera barn i bilar. Då PIPER barnhumanmodell lanserades nyligen, finns det i dagsläget bristfällig information om humanmodellen och programmet. Syftet var därmed att undersöka hur robust modellen var samt hur dess känslighet var mot variationer av höftbältet genom en parameterstudie. Skadors känslighet studerades dessutom mot variationer av höftbältet genom att studera kinematiken i form av underglidning och höftens interaktion med höftbältet. Dessutom studerades känsligheten på skador relaterade till skallen, levern och njurarna. I denna studie har en frontalkrock med en 6 årig PIPER barnhumanmodell med antropometriska värden, som innefattar 50:e percentilen, undersökts. Den 6åriga PIPER barnhumanmodellen var placerad utan bilbarnstol, på en Volvo bälteskudde och på en Volvo bältesstol, där höftbältet sedan varierades. Höftens interaktion och PIPER barnhumanmodellens respons för variationer i höftbälte studerades. Interaktionerna med höften och bukorganen var relaterade till skador på levern och njurarna genom att jämföra med publicerad data. Denna studie påvisade att den generella robustheten av modellen kunde ifrågasättas. Modellen hade ändock högre robusthet med hänsyn på kinematiken, men på grund av de upprepande felen vid simuleringarna, kunde man konstatera att robustheten på den 6åriga PIPER barnhumanmodellen var låg. När höftbältet varierades, både när bilbarnstol varierades såväl som vinkel på höftbälte, kunde man konstatera att den 6åriga PIPER barnhumanmodellen kunde fånga skillnaderna med hänsyn på höftbältets vinkel. Modellen var dessutom kapabel till att fånga känsligheten från det kinematiska perspektivet i form av kinematisk förskjutning, underglidningen samt höftens interaktion med höftbältet. Modellen påvisade däremot ingen distinkt känslighet med hänsyn på skador relaterade till bukorganen samt huvudet. Några begränsningar observerades där den 6åriga PIPER barnhumanmodellen indikerade orealistiska skador på huvudet, som var relaterade till modellens överrörlighet.
FFI, Assessment of Passenger Safety in Future Cars

Collision avoidance systems have become an integrated part of modern vehicles and aim to avoid accidents or mitigate the crash severity for the occupant. For example, the autonomous emergency braking system influences the pre-crash state of the occupant in sitting posture, stress state, or velocity. The occupant might try to retain its posture by activating muscles, which induce muscle bracing and could counteract the movement of the occupant in the pre-crash phase.  Therefore, it is essential to study the influence of active musculature on occupant response in pre-crash and crash events. A finite element human body model (HBM) with and without closed-loop muscle activation control was used to simulate the occupant response during those events. Comparing the HBM responses & head kinematics reveal an influence of muscle bracing in the evasive braking manoeuvre. Simulating the pre-crash and in-crash phase in two stages can provide multiple benefits. However, the correlation between a single-stage simulation (baseline) and a two-stage simulation needs to be investigated. The baseline simulation uses an active HBM to model an occupant during an evasive braking manoeuvre and the muscles are deactivated when entering the frontal impact phase. The parameters of the final pre-crash state, which are needed to mimic the baseline’s response when transitioning from the pre-crash to the in-crash event are investigated in this study. For that reason, sitting position, stress state and velocity are transferred respectively to the initial passive in-crash HBM state. The simulations enabled the comparison of occupant response and calculation of cross-correlation. Each retainment strategy gave a good cross-correlation with the baseline simulation.
Kollisionsundvikande system har blivit en viktig del i moderna fordon där syftet är att undvika olyckor samt att minska allvarhetsgraden av olyckor för de åkande. Ett exempel är nödbromssystem som kan påverka den åkandes initiala tillstånd direkt före en krock som, till exempel, sittposition, spänningstillstånd, eller initial hastighet inför krock. Den åkande kan försöka att bibehålla sin hållning genom att aktivera sina muskler vilket påverkar rörelsen av dess kropp under för-krocks fasen. Det är därför viktigt att studera hur aktiva muskler påverkar rörelsen av kroppen hos den åkande under både före krocksfasen och själva krockfasen. En finit element humanmodell (HBM) med och utan reglerad muskelaktivitet används för att prediktera responsen hos den åkande i båda faserna. En jämförelse mellan simuleringarna visar att aktiva muskler kan påverka åkandekinematiken under bromsningsförloppet. Att simulera fasen före krock och fasen under krock i två steg kan medföra flera fördelar. Korrelationen mellan en enkelstegssimulering (originalsimulering) och en tvåstegssimulering måste dock studeras. Som originalsimulering används en aktiv HBM för att modellera den åkande under för-krocksfasen där den reglerade muskelaktiviteten inaktiveras under krockfasen. I denna studie undersöks den åkandes initiala tillstånd före krocken som behövs för att efterlikna originalsimulerings respons vid övergången från för-krocksfasen till krockfasen. Av den anledningen mappas det passiva HBM-tillståndet till det slutliga tillståndet av före krocksfasen för sittposition, spänningstillstånd respektive hastighet. Simuleringarna möjliggjorde en jämförelse av åkande respons och beräkning av korskorrelation. Varje mappningsstrategi gav en bra korskorrelation med originalsimuleringen.

The European New Car Assessment Programme (Euro NCAP) performs several different tests to evaluate vehicles and rate their safety. Some of these tests are subsystem tests made to mimic different body parts of a pedestrian in an interaction with a vehicle. However, some criticism to the test method for the upper leg has been presented, stating that there is a discrepancy between this test method and a real-life interaction. Therefore, a modified test method for the upper leg has been proposed. The aim of this thesis was to evaluate the upper leg test method used today by Euro NCAP, and compare it with the proposed modified test method as well as to computer simulations with a Human Body Model (HBM). The evaluation was performed by comparing different parameters obtained in the two test methods. These have also been compared to computer simulations using a HBM in interaction with a passenger vehicle model. Prior to the evaluation of the test methods, the HBM was positioned into different stances to mimic postures in the human walking cycle. The vehicle model was positioned at four different heights, and three different impact points along the bonnet were used. The results showed that the different methods had their own advantages for some parameters. However, no general conclusion of which method showed the closest correlation to the HBM reference simulations could be determined.
European New Car Assessment Programme (Euro NCAP) utför flera olika tester för att utvärdera fordon och betygsätta deras säkerhet. Några av dessa tester sker med delsystem skapade för att efterlikna olika kroppsdelar hos en fotgängare i en kollision med ett fordon. Viss kritik har dock riktats mot testmetoden för lårben och höft, då studier visat att det finns en skillnad mellan testmetoden och en verklig kollision. En modifierad testmetod för lårbenet och höften har därför föreslagits. Syftet med detta examensarbete har varit att utvärdera testmetoden för lårben och höft, som idag används av Euro NCAP, och jämföra den med den föreslagna modifierade testmetoden men även datorsimuleringar med en humanmodell. Utvärderingen har genomförts genom att jämföra olika parametrar som erhållits från de två testmetoderna. Dessa parametrar har även jämförts med datorsimuleringar av fotgängarkollisioner med en humanmodell och en bilmodell. Humanmodellen positionerades i olika kroppsställningar innan utvärderingen av testmetoderna genomfördes. Detta för att efterlikna verkliga positioner i en mänsklig gångcykel. Bilmodellen positionerades vid fyra olika höjder och tre träffpunkter längs motorhuven användes. Resultaten visade att båda metoderna hade fördelar gentemot varandra för vissa parametrar. Ingen generell slutsats kunde dock dras om vilken metod som visade närmast korrelation till referenssimuleringarna med humanmodellen.

The interior of heavy goods vehicles (HGVs) differs from passenger cars. Both the steering wheel and the occupant are positioned differently in a HGV and increases the risk of steering wheel rim impacts. Such impact scenarios are relatively unexplored compared to passenger car safety studies that are more prevalent within the field of injury biomechanics. The idea with using human body models (HBMs) is to complement current crash test dummies with biomechanical data. Furthermore, the biofidelity of a crash dummy for loading similar to a steering wheel rimimpact is relatively unstudied and especially to different rib levels. Therefore, the aim with this thesis was to evaluate HGV occupant thoracic response between THUMS v4.0 and Hybrid III (H3) during steering wheel rim impacts with respect to different rib levels (level 1-2, 3-4, 6-7, 7-8, 9-10) with regards to ribs, aorta, liver, and spleen. To the author’s best knowledge, use of local injury risk functions for thoracic injuries is fairly rare compared to the predominant usage of global injury criteria that mainly predicts the most commonthoracic injury risk, i.e. rib fractures. Therefore, local injury criteria using experimental test datahave been developed for the ribs and the organs. The measured parameters were chest deflectionand steering wheel to thorax contact force on a global level, whilst 1st principal Green-Lagrangestrains was assessed for the rib and the organ injury risk. The material models for the liver and the spleen were remodelled using an Ogden material model based on experimental stress-strain data to account for hyperelasticity. Rate-dependency was included by iteration of viscoelastic parameters. The contact modelling of the organs was changed from a sliding contact to a tied contact to minimize unrealistic contact separations during impact. The results support previous findings that H3 needs additional instrumentation to accurately register chest deflection for rib levels beyond its current range, namely at ribs 1-2, 7-8, and 9-10. For THUMS, the chest deflection were within reasonable values for the applied velocities, but there were no definite injury risk. Fact is, the global injury criteria might overpredict the AIS3 injury risk (rib fractures) for rib level 1-2, 7-8, and 9-10. The rib strains could not be correlated with the measured chest deflections. This was explained by the unique localized loading characterized by pure steering wheel rim impact that mainly affected the sternum and the rib cartilage while minimizing rib deformation. The organ strains indicate some risk of rupture where the spleen deforms the most at rib levels 3-4 and 6-7, and the liver and the aorta at rib levels 6-7 and 7-8. This study provides a framework for complementing H3 with THUMS for HGV occupant safety with emphasis on the importance of using local injury criteria for functional injury prediction, i.e. prediction of injury risk using parameters directly related to rib fracture or organ rupture. Local injury criteria are thus a powerful safety assessment tool as it is independent on exterior loading such as airbag, steering wheel hub, or seat belt loading. It was noticed that global injury criteria with very localized impacts such as rim impacts have not been studied and will affect rib fracture risk differently than what has been studied using airbag or seat belt restraints. However, improvements are needed to accurately predict thoracic injury risk at a material level by finding more data for the local injury risk functions. Conclusively, it is clear that Hybrid III has insufficient instrumentation and is in need of upgrades to register chest deflections at multiple rib levels. Furthermore, the following are needed: better understanding of global injury criteria specific for HGV occupant safety evaluation, more data for age-dependent (ribs) and rate-dependent (organs) injury risk functions, a tiebreak contact with tangential sliding for better organ kinematics during impacts, and improving the biofidelity of the material models using data from tissue level experiments.
Förarmiljön i lastbilar gentemot personbilar är annorlunda, i detta kontext med avseende på främst ratt- och förarposition som ökar risken för islag med rattkransen för lastbilsförare. Sådana islag är relativt outforskat jämfört med passiv säkerhet för personbilar inom skadebiomekaniken. Tanken bakom användning av humanmodeller är att komplettera nuvarande krockdockor med biomekanisk information. Dessutom är biofideliteten hos en krockdocka vid rattislag relativt okänt, speciellt vid olika revbensnivåer. Därför är målet med detta examensarbete att undersöka thoraxresponsen hos en lastbilsförare genom att använda THUMS v4.0 och Hybrid III (H3) under rattislag med avseende på revbensnivåer (nivå 1-2, 3-4, 6-7, 7-8, och 9-10) och revben, aorta, lever, och mjälte. Enligt författaren verkar användning av lokala riskfunktioner för thoraxskador relativt ostuderat jämfört med den övervägande användningen av globala riskfunktioner som huvudsakligen förutser den mest vanligt förekommande thoraxskadan, nämligen revbensfrakturer. Därför har lokala riskfunktioner skapats för revben och organ, baserat på experimentell data. Uppmätta parametrar var bröstinträngning och kontaktkraft mellan ratt och thorax på global nivå, medan första Green-Lagrange huvudtöjningen användes för att evaluera skaderisken för revben och organ. Materialmodeller för lever och mjälte ommodellerades baserat på experimentell spänning-töjningsdata med Ogdens materialmodell för att ta hänsyn till hyperelasticitet. Töjningshastighetsberoendet inkluderades genom att iterera fram viskoelastiska parametrar. Kontaktmodellering av organ gjordes genom att ändra från glidande kontakt till en låsande kontakt för att minimera orealistisk kontaktseparation under islagsfallen. Resultaten stödjer tidigare studier där H3 visat sig behöva ytterligare givare för att noggrannt kunna registrera bröstinträngning vid olika revbensnivåer bortom dess nuvarande räckvidd, nämligen vid revben 1-2, 7-8, och 9-10. Uppmätt bröstinträngning i THUMS var rimliga för hastighetsfallen men gav inte någon definitiv risk för skada. Faktum är att de globala riskfunktionerna kan överskatta AIS3 risken vid revben 1-2, 7-8, och 9-10. Revbenstöjningarna kunde inte korreleras med bröstinträngningarna. Detta kunde förklaras genom de unika lastfallen som karakteriseras av rena rattislag som främst påverkar sternum och revbensbrosk som i sin tur minimerar deformation av revben. Organtöjningarna indikerar på någon risk för ruptur där mjälten deformerar som mest vid revben 3-4 och 6-7, medan för både levern och aortan sker det vid revben 6-7 och 7-8. Denna studie presenterar ett sätt att komplettera H3 med THUMS inom passiv säkerhet för lastbilsförare med fokus på lokala riskfunktioner för funktionell skadeprediktering dvs. prediktering av skaderisken med hjälp av parametrar som är direkt relaterat till revbensfraktur eller organruptur. Lokala riskfunktioner utgör en kraftfull säkerhetsbedömning som är oberoende av externa lastfall som t.ex. airbag, rattcentrum, eller bälteslast. I denna studie noterades det att de globala riskkriterierna inte har undersökts med väldigt lokala islag som rattislagen utgör och kommer därför att påverka risken för revbensfraktur annorlunda gentemot vad som har studerat, t.ex. airbag eller bältelast. Däremot behövs det mer data för de lokala riskkriterierna för att kunna prediktera thoraxskaderisken med ökad noggrannhet. Avslutningsvis, det är tydligt att Hybrid III har otillräckligt med givare och behöver förbättras för att kunna registrera bröstinträngning vid flera revbensnivåer. Vidare behövs följande: bättre förståelse för globala riskfunktioner anpassat inom passiv säkerhet för lastbilsförare, mer data för åldersberoende (revben) och töjningshastighetsberoende (organ) riskfunktioner, en ”tiebreak” kontakt med tangientiell glidning för bättre organkinematik, och ökad biofidelitet av materialmodeller genom att använda data från vävnadsexperiment.