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記事詳細:Detailed Article

JARI Research Journal (2012~)安全/Safety

資料名 / Title

JRJ20150801 研究速報
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皮質骨厚さを考慮した肋骨有限要素モデル化手法の開発
A methodology to develop rib finite element models that account for cortical bone thickness

加藤 良祐,山本 義洋,アントナ ハコボ,三上 耕司,佐藤 房子,江島 晋
Ryousuke KATO,Yoshihiro YAMAMOTO,Jacobo ANTONA-MAKOSHI,Koji MIKAMI,Fusako SATO,Susumu EJIMA

交通事故による死者数の約3割は,胸部傷害が主な原因であり,交通事故統計から判るように,年齢が高くなるにつれて胸部における死亡/重傷発生率が高くなる傾向が示されている.胸部は心臓や肺などの主要な臓器を保護するように肋骨が配置されているが,外部からの衝撃負荷が大きい場合は,肋骨骨折が発生し,隣接する内臓器も損傷することが事故データから示されている.このことから,交通外傷における胸部傷害を低減するには,衝突時における乗員拘束装置等が胸部に及ぼす影響を把握するだけでなく,外部からの衝撃によって発生する肋骨骨折を精度良く予測することが重要であると考える.
 近年,計算機ハードウェアの進化に伴い人体有限要素モデル(以下,人体FEモデルとする)を用いた傷害予測が行われている.人体有限要素モデルは,解剖学による人体の構造図や,CT (Computed Tomography)画像を用いて幾何的な形状を忠実に再現したモデルである. 肋骨は皮質骨と海綿骨で構成されており,皮質骨をモデル化する際には,計算コストを低減するために板厚を一定と仮定し,シェル要素(板要素)を用いるのが一般的である.しかしながら,実際の皮質骨の厚さは,肋骨後端(脊椎側)から前端(胸骨側)にかけて断面形状だけでなく,板厚の変化も大きいことから骨折が生じる位置を精度良く予測するには,皮質骨の板厚分布を考慮したモデル化が必要であり,様々な取り組みが行われている.
 本研究では肋骨の皮質骨の厚さをCT画像から計測し,人体肋骨有限要素モデルに反映する手法を提案する.本手法の妥当性については,肋骨単体の曲げ試験より骨折位置の予測精度について考察する.なお,本手法は,人体FEモデルを用いたテーブルトップ試験再現シミュレーション,および前突スレッドシミュレーションに適用されている.
Rib modeling is critical for the development of reliable finite element models of the human thorax. In this study, we propose a method to develop geometrically accurate rib finite element models with variable cortical bone thickness as extracted from computed tomography images. The proposed method was applied to build several ribs from a post mortem human subject and was successful on accurately simulating force-displacement response and fracture location and timing in a number of rib bending tests.

種別 / Article Type

JARI Research Journal (2012~)

資料名 / Title

JRJ20150801 研究速報

発行年月 / Date of Issue

2015/08

分野 / Field

安全/Safety
ID:6784
 

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