From Impact to Insight: Finite Element Modeling of Real-World Head Trauma
Tid: Må 2025-05-26 kl 09.00
Plats: T2 (Jacobssonsalen), Hälsovägen 11C, Huddinge
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/67595775577
Språk: Engelska
Ämnesområde: Teknik och hälsa
Respondent: Natalia Lindgren , Neuronik, Division of Neuronic Engineering, KTH Royal Institute of Technology
Opponent: Associate professor Corina Klug, Graz University of Technology
Handledare: Universitetslektor Xiaogai Li, Neuronik; Svein Kleiven, Neuronik
QC 2025-04-25
Abstract
Traumatiska huvudskador utgör en stor folkhälsoutmaning, med en årlig förekomst som uppskattas till uppemot 70 miljoner fall världen över. För att studera mekanismerna bakom huvudskador kan virtuella, anatomiskt detaljerade mänskliga surrogatmodeller, eller humanmodeller (eng: Human Body Model, HBM), skapas med hjälp av Finita Element (FE) metoden. Sådana FE-modeller kan användas för att rekonstruera huvudtrauman från verkliga olycksfall numeriskt, för att i sin tur synliggöra skademekanismer bakom skall- och hjärnskador. Det finns dessvärre många utmaningar med att använda FE-analys för detta ändamål: materialmodeller måste formuleras för komplexa biologiska vävnader, FE modeller bör valideras, tillvägagångssättet bör vara tidseffektivt och så vidare. Denna doktorsavhandling ämnar ta itu med några av dessa svårigheter.
Avhandlingen består av fyra delstudier, som alla förhåller sig till det övergripande målet att utveckla nya metoder och modeller, samt vidareutveckla befintliga, för FE-rekonstruktioner av verkliga huvudtrauman. För att belysa deras tillämpning i huvudskadeforskning, behandlar de fyra studierna även rekonstruktioner av verkliga olycksfall. I den första studien utvecklades en manlig och kvinnlig fotgängar-HBM baserat på en befintlig passagerar-HBM, tillsammans med ett effektivt verktyg för att rätta till en HBMs antropometri. I den andra studien utvecklades en metodologi för att rekonstruera huvudtrauman i trafikolyckor (gångtrafikanter eller cyklister). Metodologin validerades genom att rekonstruera 20 verkliga olyckor. I den tredje studien utvecklades och validerades en materialmodell för mänskligt skallben, som senare användes för att prediktera skallfrakturer i fem verkliga fallolyckor. Materialmodellen applicerades på en individanpassad huvudmodell, som också användes i den fjärde studien, där en rekonstruktion av en arbetsplatsolycka genomfördes för att utvärdera skyddshjälmars effektivitet.
Tillsammans belyser dessa fyra studier hur FE-rekonstruktioner, som involverar individanpassade biomekaniska FE-modeller, kan förutsäga huvudskador med slående likhet med verkliga data. När rekonstruktioner genomförs noggrant kan de hjälpa till att åskådliggöra den komplexa dynamiken bakom skall- och hjärnskador. De kan vara oumbärliga verktyg för att utvärdera skadeförebyggande åtgärder och undersöka orsakssamband inom rättsmedicinska sammanhang.