Rafał Perz

Development and validation of the human ribs FE models based on different X-ray imaging techniques

Abstract:

Modele komputerowe człowieka są obecnie powszechnie używane do badań nad bezpieczeństwem pojazdów. Szczególnie zaawansowaną częścią tych modeli jest klatka piersiowa z układem żeber. Prawidłowa definicja modelu żeber, dająca właściwe wyniki, pozostaje jednak nadal wyzwaniem.

Niniejsza rozprawa doktorska opisuje nowatorski sposób budowy modelu komputerowego żebra, bazując przy tym na obrazach uzyskanych z klinicznych tomografów komputerowych (CT). Kliniczne CT cechuje rozdzielczość rzędu 0.3 – 1 mm/piksel, co jest zbyt niską jakością, aby poprawnie odwzorować budowę kości korowej żebra. Z drugiej strony istnieją mikro tomografy, o jakości obrazu rzędu 0.02 mm/piksel. Tych jednak nie można użyć przy badaniach klinicznych do skanowania ludzi, ani nawet pojedynczych żeber.

W pracy przeprowadzono badania jakościowe i ilościowe nad porównaniem geometrii i parametrów geometrycznych żebra uzyskanych za pomocą klinicznego i mikro CT. Dla udowodnienia tezy przeprowadzono serię eksperymentów zginania żeber ludzkich. Następnie zbudowano model numeryczny żebra: pierwszy – bazowy na podstawie klinicznego CT oraz drugi bazujący na klinicznym CT z funkcją korygującą bazującą na analizie porównawczej z mikro CT.

Wyniki badań pokazały że niezmodyfikowany model numeryczny odbiega sztywnością od eksperymentu o ok. 50%. Z drugiej strony model po korekcji pokrywa się z eksperymentem w granicy błędu poniżej 5%, co świadczy o jego poprawności.