DAVIDSSON, Johan

LAPORTE, Sébastien

PAAS, Ruth

SANDOZ, Baptiste

SUBIT, Damien

International audiencePedestrian protection in motor‐vehicle accidents is a complex problem because of the multiple variables in the impact configuration that may affect the injury outcome. It is a pressing issue, however, as 22% of the fatalities worldwide are pedestrians [1]. One approach to  determine pedestrian injury mechanisms, and designeffective countermeasures, is to use computational human body models (CHBM), such as the Total Human Model for Safety (THUMS) [2‐3]. One of the challenges for the creation of pedestrian CHBM is to determine the posture of the human body in standing position, as common medical imaging modalities require the subject to be lying down. Therefore, the goal of this study is to measure the skeletal postures of volunteer subjects imaged in standing position and to compare these postures to that of the posture of the THUMS CHBM

Subit, Damien

Sandoz, Baptiste

Laporte, Sébastien

Archive Ouverte en Sciences de l'Information et de la Communication

Upper Body Skeletal Posture of the Average Pedestrian Male from Upright High-Resolution  X-ray Images – Comparison to the THUMS Pedestrian Model

Paas, Ruth

Davidsson, Johan

HAL-Paris 13

SAM;  the Arts et Métiers ParisTech open access repository

Science Arts & Métiers (SAM)
is an open access repository that collects the work of Arts et Métiers ParisTech
researchers and makes it freely available over the web where possible.
This is an author-deposited version published in: https://sam.ensam.eu
Handle ID: .http://hdl.handle.net/10985/17844
To cite this version :
Damien SUBIT, Ruth PAAS, Baptiste SANDOZ, Johan DAVIDSSON, Sébastien LAPORTE -
Upper Body Skeletal Posture of the Average Pedestrian Male from Upright High-Resolution  X-ray
Images – Comparison to the THUMS Pedestrian Model - IRCOBI Conference Proceedings p.354-
355 - 2015
Any correspondence concerning this service should be sent to the repository
Administrator : archiveouverte@ensam.eu

I. INTRODUCTION 
Pedestrian protection  in motor‐vehicle accidents  is a complex problem because of the multiple variables  in 
the  impact  configuration  that may  affect  the  injury outcome.  It  is  a pressing  issue, however,  as 22% of  the 
fatalities worldwide are pedestrians [1]. One approach to determine pedestrian injury mechanisms, and design 
effective  countermeasures,  is  to  use  computational  human  body models  (CHBM),  such  as  the  Total Human 
Model for Safety (THUMS) [2‐3]. One of the challenges for the creation of pedestrian CHBM is to determine the 
posture of the human body in standing position, as common medical imaging modalities require the subject to 
be lying down. Therefore, the goal of this study is to measure the skeletal postures of volunteer subjects imaged 
in standing position and to compare these postures to that of the posture of the THUMS CHBM. 
II. METHODS
Creation of volunteer skeletal model 
Two volunteer male subjects  (V1: 1.78 m, 74 kg, 29 YO; V2: 1.76 m, 74 kg, 25 YO) were  imaged with an EOS 
system  (EOS  Imaging, Paris, France)  (CPP 2009‐A01002‐55), a  low‐dose X‐ray  imaging  system  that allows  the 
acquisition of the musculoskeletal geometry of volunteer subjects  in a weight‐bearing posture from two high‐
resolution  images (0.2 mm/pixel) [4]. Subject‐specific models of the upper body were created by registering a 
statistical parametric model of  the spine, of  the pelvis and of  the  rib cage on  the  frontal and sagittal  images 
obtained with EOS [5‐6]. The rib cage includes the 10 most superior ribs. 
THUMS pedestrian model 
The pelvis, spine and rib cage meshes were extracted from the THUMS pedestrian model (V4.0, Toyota Motor 
Corporation, Japan) in its default posture (based on 39 YO male, scaled to 1.78 m, 74.3 kg). THUMS was created 
from X‐ray computed tomography images. 
Evaluation of the upper body posture 
A qualitative assessment of the posture was performed by comparing V1, V2 and THUMS posture in the frontal 
and sagittal planes. A qualitative assessment was also performed by computing  the antero‐posterior distance 
between the vertical line that passes through the centre of the 5th lumbar vertebral body and the centre of the 
vertebral bodies in the thoracic and lumbar spine. 
III. INITIAL FINDINGS
Differences  could  be  observed  between  the  volunteers’  postures:  the  pelvises  had  different  shapes,  the 
spines were not perfectly straight in the frontal plane, and the sternums were at markedly different angles (Fig. 
1). The ribs pointed downward at an angle of about 45 degrees. However, the differences between V1 and V2 
were minor compared  to what discriminated  the volunteers’ postures  from THUMS posture. For THUMS,  the 
spine was  straighter, with  less  pronounced  thoracic  kyphosis  and  lumbar  lordosis,  and  the  ribs were more 
horizontal, with THUMS  sternum  located more  superior. This  results  in  the volunteer  ribs  covering a greater 
proportion of the spine (in V1, the anterior rib 10 ends at the level of L3, while in THUMS it ends at the level of 
L1). Finally, the THUMS pelvis was in retroversion (towards extended) compared to the volunteers’. The thoracic 
* D.  Subit  is  a  Senior Researcher/Marie Curie  Fellow  at Arts  et Metiers  ParisTech,  LBM/Institut de Biomecanique Humaine Georges 
Charpak, France, and Visiting Research Professor at the University of Virginia, Center for Applied Biomechanics, USA (tel: +33 1 44 24 61 
98; fax: +33 1 44 24 63 66, damien.subit@ensam.eu). R. Pass  is a Ph.D. student and J. Davidsson  is Associate Professor at the Dept. of 
Applied Mechanics, Chalmers University of Technology, Sweden. B. Sandoz  is Assistant Professor and S. Laporte  is Professor at Arts et 
Metiers ParisTech, LBM/Institut de Biomecanique Humaine Georges Charpak, France. 
Damien Subit, Ruth Paas, Baptiste Sandoz, Johan Davidsson, Sébastien Laporte 
Upper Body Skeletal Posture of the Average Pedestrian Male from Upright High‐Resolution  
X‐ray Images – Comparison to the THUMS Pedestrian Model 
 and lumbar spines in the volunteer subjects were indeed more ‘curved’ compared to THUMS (Fig. 2), and only 
little variations were observed between the two volunteers. 
Fig. 1. Anterior and lateral views of the volunteers’ and pedestrian THUMS skeleton. Left: anterior view, centre: 
sagittal view, and right: sagittal view with the ribs shown. 
Fig. 2. Anterior‐posterior offset of the thoracic and lumbar vertebrae in the volunteers and pedestrian THUMS.
IV. DISCUSSION
Large differences were found between the posture documented for the volunteers and for THUMS. However, 
volunteer data were collected on a very  limited number of subjects, which  is not sufficient to assess whether 
the curvature of THUMS spine is too extreme. Besides, the effect of the differences documented in this study on 
the pedestrian response needs to be assessed. Nevertheless, the differences  in the shapes of the rib cage and 
the spine will likely lead to different load paths within the pedestrian upper body during an actual impact, such 
as the interaction of the rib cage with a vehicle hood. The next steps in the research presented here will include 
a more detailed evaluation of the volunteer and THUMS rib‐cages geometry, as well as of the position of the 
lower extremity. The  volunteer data presented  in  this  communication  represents a new data  source  for  the 
development of human surrogates, as living subjects in a standing position can be imaged. 
V. REFERENCES 
[1] World Health Organization. Global status report on road safety, 2013. 
[2] Watanabe, R., et al. Stapp Car Crash J, 2012. 
[3] Paas, R., et al. Traffic Inj Prev, 2014. 
[4] Dubousset, J., et al. J Musculoskeletal Research, 2010. 
[5] Humbert, L., et al. Med Eng Phys, 2009. 
[6] Aubert, B., et al. Comput Methods Biomech Biomed Eng Imaging Vis, [in press], 2014. 
-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7
T8
T9
T10
T11
T12
L1
L2
L3
L4
L5
Antero-posterior offset [mm]
Ve
rte
br
a 
le
ve
l
V1
V2
THUMS


English

SAM : Science Arts et Métiers

Science Arts & Métiers (SAM)is an open access repository that collects the work of Arts et Métiers Institute ofTechnology researchers and makes it freely available over the web where possible.This is an author-deposited version published in: https://sam.ensam.euHandle ID: .http://hdl.handle.net/10985/17844To cite this version :Damien SUBIT, Ruth PAAS, Baptiste SANDOZ, Johan DAVIDSSON, Sébastien LAPORTE -Upper Body Skeletal Posture of the Average Pedestrian Male from Upright High-Resolution  X-rayImages – Comparison to the THUMS Pedestrian Model - IRCOBI Conference Proceedings p.354-355 - 2015Any correspondence concerning this service should be sent to the repositoryAdministrator : archiveouverte@ensam.euI. INTRODUCTION Pedestrian protection  in motor‐vehicle accidents  is a complex problem because of the multiple variables  in the  impact  configuration  that may  affect  the  injury outcome.  It  is  a pressing  issue, however,  as 22% of  the fatalities worldwide are pedestrians [1]. One approach to determine pedestrian injury mechanisms, and design effective  countermeasures,  is  to  use  computational  human  body models  (CHBM),  such  as  the  Total Human Model for Safety (THUMS) [2‐3]. One of the challenges for the creation of pedestrian CHBM is to determine the posture of the human body in standing position, as common medical imaging modalities require the subject to be lying down. Therefore, the goal of this study is to measure the skeletal postures of volunteer subjects imaged in standing position and to compare these postures to that of the posture of the THUMS CHBM. II. METHODSCreation of volunteer skeletal model Two volunteer male subjects  (V1: 1.78 m, 74 kg, 29 YO; V2: 1.76 m, 74 kg, 25 YO) were  imaged with an EOS system  (EOS  Imaging, Paris, France)  (CPP 2009‐A01002‐55), a  low‐dose X‐ray  imaging  system  that allows  the acquisition of the musculoskeletal geometry of volunteer subjects  in a weight‐bearing posture from two high‐resolution  images (0.2 mm/pixel) [4]. Subject‐specific models of the upper body were created by registering a statistical parametric model of  the spine, of  the pelvis and of  the  rib cage on  the  frontal and sagittal  images obtained with EOS [5‐6]. The rib cage includes the 10 most superior ribs. THUMS pedestrian model The pelvis, spine and rib cage meshes were extracted from the THUMS pedestrian model (V4.0, Toyota Motor Corporation, Japan) in its default posture (based on 39 YO male, scaled to 1.78 m, 74.3 kg). THUMS was created from X‐ray computed tomography images. Evaluation of the upper body posture A qualitative assessment of the posture was performed by comparing V1, V2 and THUMS posture in the frontal and sagittal planes. A qualitative assessment was also performed by computing  the antero‐posterior distance between the vertical line that passes through the centre of the 5th lumbar vertebral body and the centre of the vertebral bodies in the thoracic and lumbar spine. III. INITIAL FINDINGSDifferences  could  be  observed  between  the  volunteers’  postures:  the  pelvises  had  different  shapes,  the spines were not perfectly straight in the frontal plane, and the sternums were at markedly different angles (Fig. 1). The ribs pointed downward at an angle of about 45 degrees. However, the differences between V1 and V2 were minor compared  to what discriminated  the volunteers’ postures  from THUMS posture. For THUMS,  the spine was  straighter, with  less  pronounced  thoracic  kyphosis  and  lumbar  lordosis,  and  the  ribs were more horizontal, with THUMS  sternum  located more  superior. This  results  in  the volunteer  ribs  covering a greater proportion of the spine (in V1, the anterior rib 10 ends at the level of L3, while in THUMS it ends at the level of L1). Finally, the THUMS pelvis was in retroversion (towards extended) compared to the volunteers’. The thoracic * D.  Subit  is  a  Senior Researcher/Marie Curie  Fellow  at Arts  et Metiers  ParisTech,  LBM/Institut de Biomecanique Humaine Georges Charpak, France, and Visiting Research Professor at the University of Virginia, Center for Applied Biomechanics, USA (tel: +33 1 44 24 61 98; fax: +33 1 44 24 63 66, damien.subit@ensam.eu). R. Pass  is a Ph.D. student and J. Davidsson  is Associate Professor at the Dept. of Applied Mechanics, Chalmers University of Technology, Sweden. B. Sandoz  is Assistant Professor and S. Laporte  is Professor at Arts et Metiers ParisTech, LBM/Institut de Biomecanique Humaine Georges Charpak, France. Damien Subit, Ruth Paas, Baptiste Sandoz, Johan Davidsson, Sébastien Laporte Upper Body Skeletal Posture of the Average Pedestrian Male from Upright High‐Resolution  X‐ray Images – Comparison to the THUMS Pedestrian Model  and lumbar spines in the volunteer subjects were indeed more ‘curved’ compared to THUMS (Fig. 2), and only little variations were observed between the two volunteers. Fig. 1. Anterior and lateral views of the volunteers’ and pedestrian THUMS skeleton. Left: anterior view, centre: sagittal view, and right: sagittal view with the ribs shown. Fig. 2. Anterior‐posterior offset of the thoracic and lumbar vertebrae in the volunteers and pedestrian THUMS.IV. DISCUSSIONLarge differences were found between the posture documented for the volunteers and for THUMS. However, volunteer data were collected on a very  limited number of subjects, which  is not sufficient to assess whether the curvature of THUMS spine is too extreme. Besides, the effect of the differences documented in this study on the pedestrian response needs to be assessed. Nevertheless, the differences  in the shapes of the rib cage and the spine will likely lead to different load paths within the pedestrian upper body during an actual impact, such as the interaction of the rib cage with a vehicle hood. The next steps in the research presented here will include a more detailed evaluation of the volunteer and THUMS rib‐cages geometry, as well as of the position of the lower extremity. The  volunteer data presented  in  this  communication  represents a new data  source  for  the development of human surrogates, as living subjects in a standing position can be imaged. V. REFERENCES [1] World Health Organization. Global status report on road safety, 2013. [2] Watanabe, R., et al. Stapp Car Crash J, 2012. [3] Paas, R., et al. Traffic Inj Prev, 2014. [4] Dubousset, J., et al. J Musculoskeletal Research, 2010. [5] Humbert, L., et al. Med Eng Phys, 2009. [6] Aubert, B., et al. Comput Methods Biomech Biomed Eng Imaging Vis, [in press], 2014. -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10T11T12L1L2L3L4L5Antero-posterior offset [mm]Vertebra levelV1V2THUMS

Subit, D.

Sandoz, B.

Laporte, S.

Chalmers Research

Upper body skeletal posture of the average pedestrian male from upright high-resolution X-ray images - Comparison to the THUMS pedestrian model

HAL AMU

HAL - UPEC / UPEM

https://sam.ensam.eu/bitstream/handle/10985/17844/IBHGC_IRCOBICP_2015_SANDOZ.pdf?sequence=3&isAllowed=y

Upper Body Skeletal Posture of the Average Pedestrian Male from Upright High-Resolution X-ray Images – Comparison to the THUMS Pedestrian Model

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions