Alterabhängige Anpassung von Menschmodellen für die passive Fahrzeugsicherheit

BASt F 101 Altersabhängige Anpassung von Menschmodellen für die passive Fahrzeugsicherheit
– Potenzial für eine verbesserte Sicherheitsbewertung vor dem Hintergrund des demografischen Wandels
A. Wagner, D. Freßmann, R. Segura, J. Mühlbauer, T. Fuchs, St. Peldschus
112 S., 153 z.T. farb. Abb., 27 Tab., ISBN 978-3-95606-148-6, 2015, EUR 19,00

Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines numerischen Modells des menschlichen knöchernen Thorax, das insbesondere altersabhängige geometrische Faktoren berücksichtigt. Dieses Modell soll sowohl die männliche als auch die weibliche Population der über 64-Jährigen repräsentieren und eine an diese Altersgruppe angepasste Verletzungssimulation ermöglichen.

Die vorliegende Studie identifiziert zunächst an Hand eines Kollektivs aus 126 postmortem und 40 klinischen computertomografischen Schnittbildaufnahmen eine ganze Reihe geometrischer Parameter, die sich mit dem Alter verändern. Zu den untersuchten Parametern gehören sowohl Winkel der Rippen im Raum und innerhalb des Rippenbogens, eine detaillierte Erfassung von Parametern der einzelnen Rippe (Querschnittsfläche, Krümmung, Longitudinale Verdrillung), Parameter der Wirbelsäule als Ganzes (Skoliose, Kyphose, Rotation) und einzelner Wirbel sowie des Brustbeins. Weiterhin wurden die Grundmaße des ganzen Thorax (Thoraxtiefe, Thoraxbreite) untersucht. Die hier gefundenen Altersabhängigkeiten dienten als Eingabeparameter zur Erstellung von insgesamt neun aus dem Menschmodell THUMS 3 gemorphter alter und junger Finite-Elemente Thoraxmodelle. Implementiert wurden hierbei sowohl Durchschnittsmaße als auch extreme Maße.

Die Ergebnisse zeigen mehrere sich im Alter signifikant verändernde Parameter. Als wichtigste unter ihnen sind eine Zunahme der Thoraxtiefe und Thoraxbreite im Alter, die signifikante Veränderung einiger Rippenwinkel im Raum sowie der Krümmung der sechsten und siebten Rippe zu nennen. Zudem wird die Wirbelsäulenform kyphotischer und das Sternum am Übergang zwischen Manubrium und Corpus sternii gewinkelter. Die Menschmodelle THUMS 3, THUMS 4 und HUMOS 2 sind weder als typisch alt, noch typisch jung einzuordnen, dies unterscheidet sich teils von Parameter zu Parameter.

Die auf Basis der Geometrie-Inputdaten durchgeführten Finite-Elemente Simulationen zeigen einen deutlichen Einfluss der zunehmenden Thoraxtiefe im Alter auf die posteriore Kraft an der Auflagefläche der Rippen sowie die Spannungsverteilung entlang der Rippen. Sie wirkt sich jedoch entgegen der Erwartungen protektiv aus und dominiert andere Faktoren wie die unterschiedlichen Rippenwinkel.

Abschließend betrachtet wird ein Menschmodell, welches das 75. Perzentil der alten Bevölkerung repräsentiert, als ausreichend aussagekräftig hinsichtlich der im Alter veränderten Geometrie klassifiziert und gleichzeitig als mit angemessenem Aufwand realisierbar angesehen. Es wird daher für die Bewertung von Sicherheitssystemen empfohlen.