Kinematik des Schädel Hirn Traumas, Testverfahren...- Die Bewertung der Kopfbelastung und des Schutzpotentials eines Helms mithilfe des Maximalwerts der linearen Kopfbeschleunigung

Unfallforschung/Biomechanik

Institut für Rechtsmedizin / Institute of Legal Medicine

Institut für Rechtsmedizin

Unfallforschung / Biomechanik

Ludwig- Maximilians Universität München

Wolfram Hell

Kinematik des Schädel Hirn

Traumas,

Testverfahren

„Fahrradhelm“



• 3.000 Obduktionen/Jahr

• 150 Verkehrsunfälle/Jahr

• seit 2004 ca. 1.500 Verkehrsunfälle



Getötete Fahrradfahrer nach Altersgruppen und Geschlecht

n=9n=4n=17

n=29

n=50 n=50

n=80

n=9

n=78

n=17n=5

n=3n=2

n=2

n=9

n=5n=15

n=32 n=41

n=4

n=1

0

20

40

60

80

100

120

140

unter 10 10 - 14 15 - 17 18 - 20 21 - 24 25 - 34 35 - 44 45 - 54 55 - 64 65 - 75 über 75

Alter in Jahren

An

zah

l

männlich weiblich

2009



• age and gender (male = blue, female =

rose)

Verunglückte Fahrradfahrer nach Altersgruppen und Geschlecht

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

unter 10 10 - 14 15 - 17 18 - 20 21 - 24 25 - 34 35 - 44 45 - 54 55 - 64 65 - 75 über 75

Alter in Jahren

An

zah

l

männlich weiblich

2009



• AIS 3-4 schwer – sehr schwer

• Contusio Cerebri

• Veränderungen mikroskopisch und makroskopisch

sichtbar

• Coup und Countre Coup Hirnläsion

• Langzeitfolgen: reversibel, organisches Psychosyndrom,

• auch irreversibel


Institut für Rechtsmedizin / Institute of Legal MedicineRuptur A. meningea media



Epidurales Hämatom

Subarachnoidales Hämatom

AIS 4-5 Kopfverletzungen

Hirnblutungen



8

Rekonstruktion/ Simulation

Helmmodell

Kopfmodell

(SUFEHM)

Bewertung der Kopfverletzungsrisiken

Modell von

Fahrrad samt

FahrerAnalyse realer

Unfälle

typische

Unfall-

Situationen

Pkw-Modell

typische

Verletzungen

Ergebnisse aus der Unfallforschung

Fahrradhelmstudie UDV/LMU



9

- 1a) Alleinunfall, Sturz seitlich

- 1b) Alleinunfall, Sturz über Lenker

- 2a) Kollision Pkw-Front gegen Fahrrad seitlich bei

geringer Geschwindigkeit (15 km/h)

- 2b) Kollision Pkw-Front gegen Fahrrad seitlich bei

mittlerer Geschwindigkeit (40 km/h)

Typische Kollisionsszenarien



10

Häufigkeit der Oberflächlichen Kopfverletzungen der getöteten Fahrradfahrer (SUD, n=90,

kein Helm getragen, Crush gesamter Schädel exkludiert)



11



12

Alleinunfall Fahrradfahrer, Sturz auf die Seite



13

Alleinunfall Fahrradfahrer, Sturz auf die Seite



14

Alleinunfall Fahrradfahrer, Sturz über den Lenker



15

Kollision Fahrradfahrer/Pkw bei hoher Geschwindigkeit



16

Kollision Fahrradfahrer/Pkw bei hoher Geschwindigkeit



17

Kollision Fahrradfahrer/Pkw bei niedriger Geschwindigkeit



18

FE-Simulationen

Verwendete Modelle

Straßburg University Finite Elemente Head Model (SUFEHM)



19

2010 Toyota Yaris (ncac)Helmmodell LMU



20

Alleinunfall, seitlich, Anprallwinkel 67°, 4,1 m/s (NK 3,7 m/s)



21

Alleinunfall, seitlich, Anprallwinkel 67°, 4,1 m/s (NK 3,7 m/s)



22

Alleinunfall, über Lenker, 71°, 5,2 m/s (NK 4,9 m/s)



23

Alleinunfall, über Lenker, 71°, 5,2 m/s (NK 4,9 m/s)



Case: Collision Bicyclist Car with medium velocity



25

Kollision Pkw, Kopf gegen Bordsteinkante, 101°, 8 m/s (NK 5,9 m/s)



26




27




28

Kollision Pkw, Kopf gegen Motorhaube, 88°, 2,6 m/s (NK 2,3 m/s)



29

Kollision Pkw , Kopf gegen Windschutzscheibe, worst case, 86°, 12 m/s (NK 12 m/s)



30

Kollision Pkw , Kopf gegen Windschutzscheibe, worst case, 86°, 12 m/s (NK 12 m/s)



31

Bewertung der Kopfbelastung

- Die Bewertung der Kopfbelastung und des Schutzpotentials

eines Helms mithilfe des Maximalwerts der linearen

Kopfbeschleunigung erscheint nicht mehr zeitgemäß

- Es wird empfohlen, zur Bewertung der Schutzfunktion eines

Helms eine geeignetere Methode zur Beschreibung der

Kopfbelastung zu verwenden

Diskussionspunkte verbesserte Fahrradhelmtests



Schutzbereich

Prüflinie EN 1078



33

Einschränkung der Bewertung mit max. linearer Beschleunigung (g)

- Rotationsbeschleunigungen werden nicht erfasst

- Nicht richtungsabhängig

- Kein Bezug zu Verletzungsmechanismen

- Unzureichender Zusammenhang mit real

auftretenden Verletzungen



34

BIOMECHANICS TEAM

MODEL BASED HEAD INJURY PREDICTIVE TOOL

Kopfmodell Prof. Willinger

Universität Strassburg



35

HEAD INJURY MECHANISMS

AND RELATED PARAMETERS

SKULL FRACTURESSUBDURAL AND

SUBARACHNOIDAL

HAEMATOMA

DIFFUSE AXONAL INJURIES

(DAI)

SKULL DEFORMATION RELATIVE MOTION

BETWEEN THE BRAIN AND

THE SKULL

INTRACEREBRAL

STRAINS/STRESS



Skull fracture Criteria

50% risk of skull failure:

Skull Internal Energy=439mJ

Robustness R2=0.633


Institut für Rechtsmedizin / Institute of Legal MedicineBrain Injury criteria DAI (AIS 2+)

37

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

GID

AS

4S

G1

004

57

SG

1005

06

GID

AS

1G

IDA

S3

IVA

C1

GID

AS

26

IVA

C12

GID

AS

17

GID

AS

16

SG

1004

32

VIR

GIN

IA35

IVA

C3

IVA

C11

SG

1005

66

GID

AS

10

SG

1101

97

P36

GID

AS

18

VIR

GIN

IA26

GID

AS

28

VIR

GIN

IA30

GID

AS

23

GID

AS

8G

IDA

S1

4V

IRG

INIA

25

S003

VIR

GIN

IA 2

3G

IDA

S1

9V

IRG

INIA

37

S001

SG

1005

12

GID

AS

22

M0

10

S019

S007

M0

08

GID

AS

12

S021

S013

SG

1004

75

GID

AS

7P

34

IVA

C15

GID

AS

24

P31

S004

S018

S016

S008

S020

S002

IVA

C14

Axo

nal

elo

ng

ati

on

0.1465

Robustness

R2=0.876

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

Pro

ba

bilit

y o

f D

AI

(%)

Axonal strain


Institut für Rechtsmedizin / Institute of Legal MedicineEvaluation of existing Head Injury Criteria

38

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

HIC FORCE SKULLINTERNALENERGY

HIC FirstPrincipal

Strain

Von MisesStrain

FirstPrincipal

Stress

Von MisesStress

AxonalStrain

Nag

elk

erk

e R

² va

lue

SkullFracture

39

ERWACHSENEN

FAHRRADHELMTESTSERIE

FÜR STIWA 2017

LMU & Universität Strassbourg

FALLPRÜFSTAND

40

In Zusammenarbeit mit AD Engineering neues zertifiziertes Testequipment

ARS-06 and 06S Triaxial MHD Angular Rate

Sensor Arrays from ATA sensors

PCB PIEZOTRONICSinc. accelerometers356B21 500 g with a sensitivity of 10.00

mV/g, 10.02 mV/g and 10.05 mV/g respectively for x, y and z axes.

Amboß 45°geneigt

Instrumentation für 6D Messung von Hybrid III Kopf

TEST PARAMETER

41

• Hybrid III 50% Dummykopf

• Geschwindigkeit: 5.5 m/s

• Anprallblock: Stahl Durchmesser 130; Dicke 50

• Temperatur: 20° C trocken

• Anzahl der Wiederholungen: mind. 3 gute Tests,

Report über alle Tests

Helm Position auf Kopf-Nase-EPS

Schale: 66-68mm

Für linearen Anprall

B Punkt R Punkt X Punkt

VIELEN DANK FÜR DIE AUFMERKSAMKEIT

42

AUFRUF KINDERUNFÄLLE

43

Kind im Kindersitz PKW 0-8 Jahre

AIS 2+ verletzt

Kindersitz Typ

Verletzung

Autounfall

Bitte melden:

Dr. Wolfram Hell

0171-2220888

[email protected]

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