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SUFEHM Modell

Das *Strasbourg University Finite Element Head Model* (SUFEHM) wurde 1997 an der Universität Straßburg entwickelt.

Das *Strasbourg University Finite Element Head Model* (SUFEHM) wurde 1997 an der Universität Straßburg entwickelt und seitdem kontinuierlich weiterentwickelt. Es ist ein finites Element Modell des menschlichen Kopfes und kann unter realen Kopfaufprallbedingungen verwendet werden, um das Verletzungsrisiko des Schädels und des Gehirns zu bewerten.

Die Geometrie des SUFEHM-Modells wurde aus dem Scan eines erwachsenen menschlichen männlichen Schädels gewonnen. Die anatomischen Hauptmerkmale sind Schädel, Falx cerebri, Tentorium cerebelli, Subarachnoidalraum oder Liquor cerebrospinalis, Kopfhaut, Großhirn, Kleinhirn und Hirnstamm. Das Finite-Elemente-Modell besteht aus ca. 13.200 Elementen und hat ein Gesamtgewicht von 4,7 kg

SUFEHM-HeadModel.png

Die Validierung des SUFEHM-Modells basiert auf der Rekonstruktion von insgesamt 125 Kopfaufprallszenarien, die aus Motorradfahrern, American Football und Fußgängerunfällen mit dem SUFEHM-Modell in LS-DYNA-Simulationen gewonnen wurden. Im Gegensatz zu herkömmlichen statistisch basierten Verletzungskriterien wurde nicht nur die translatorische Beschleunigung von Kopf/Hirn, sondern auch die wichtige Rotationsbeschleunigung während einer Aufprallsituation berücksichtigt.

Dies führt zu modellbasierten Verletzungskriterien und das SUFEHM-Modell ist in der Lage, drei wesentliche Verletzungswahrscheinlichkeiten vorherzusagen:
- Schädelfraktur
- Subduralhämatom (SDH)
Gefäßverletzungen mit Blutungen zwischen Gehirn und Schädel
- diffuse axonale Verletzungen (DAI)
neurologische Verletzungen wie Gehirnerschütterungen, Unbehagen und Koma. Trennung in leichte und schwere Werte je nach Koma-Dauer (<24h für mittlere, >24h für schwere DAI)

Das SUFEHM-Modell kann in stand-alone Simulationen im Fußgängerschutz verwendet werden, bei denen das Kopfmodell auf die Fahrzeugstruktur aufschlägt oder zur
Insassensicherheitssimulation, bei der das Kopfmodel  im Fahrzeuginneren einschlägt. In diesem Fall können die Beschleunigungskurven, die von einer konventionellen Mensch-Fahrzeug-Simulation erhalten wurden, auf das SUFEHM-Modell angewendet werden, um eine detailliertere Schadensbewertung des menschlichen Kopfes in der spezifischen Aufprallsituation zu erhalten.

Ein anderer Ansatz besteht darin, das SUFEHM-Modell mit menschlichen Modellen wie dem THUMS zu koppeln. In diesem Fall wird nicht das Originalmodell, sondern das SUFEHM-Modell verwendet und die verbesserten Verletzungskriterien des SUFEHM-Modells können ausgewertet werden. Dies erfordert natürlich einige Modellierungsarbeiten, wurde aber bereits von einigen Kunden durchgeführt.

Das Postprocessing, d.h. die Bewertung der Verletzungswahrscheinlichkeiten, erfolgt mit dem Tool Injury Risk Assessment (IRA), das ebenfalls zusammen mit dem SUFEHM-Modell bereitgestellt wird. Das IRA-Tool extrahiert die verletzungsrelevanten Daten aus der LS-DYNA d3plot Datei-Datenbank und berechnet die Wahrscheinlichkeiten für die drei Verletzungsarten (Schädelfraktur, SDH und DAI). Die resultierenden Wahrscheinlichkeiten werden innerhalb des IRA-Tools visualisiert, wie in Abb.[SUFEHM-IRA.png] dargestellt. Darüber hinaus können mit dem IRA-Tool die Lokalisierung des maximalen Hirnstresses und die zeitliche Entwicklung der verletzungsrelevanten Werte visualisiert werden.

SUFEHM-IRA.png

Literaturhinweise
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Sahoo D., Deck C. and Willinger R. (2015): Axonal strain as brain injury
predictor based on real world head trauma simulations. IRCOBI 2015

Deck C. and Willinger R. (2009): Head injury prediction tool for protective
systems optimization, 7th European LS-Dyna Conference, Salzburg 2009

Deck C. et al (2008): Improved head injury criteria based on head FE model,
International Journal of Crashworthiness, Vol 13, No 6, pp. 667-678