本文關(guān)鍵詞：車輛碰撞事故中顱腦損傷建模與傷害評價研究

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【摘要】：創(chuàng)傷性顱腦損傷（TBI）一直是被社會所關(guān)注的公共健康問題。頭部又是人身體中最脆弱的部分，在交通事故中頭部發(fā)生損傷的概率為54%，其致死率為68%。顱腦損傷不僅能夠使家庭成員長期遭受認(rèn)知、行為以及精神方面的障礙，而且給社會造成了龐大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。真實(shí)交通事故中，乘員頭部會產(chǎn)生顱骨骨折、腦挫裂傷以及彌漫性腦損傷等多種傷害形式，這都是使用碰撞假人無法觀察到的。因此，開展碰撞條件下的顱腦損傷生物力學(xué)響應(yīng)以及損傷機(jī)理的研究，對于降低頭部傷害的發(fā)生率、預(yù)測交通事故中頭部損傷的概率具有重要意義。 本文基于某50百分位中國人男性志愿者的CT以及MRI掃描數(shù)據(jù)建立了具有主要人體頭部解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的三維顱腦有限元模型。首先利用專業(yè)的醫(yī)學(xué)三維重構(gòu)軟件Mimics對頭部進(jìn)行三維幾何重建，接著運(yùn)用ICEM以及Hypermesh軟件對所建立的頭部幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到最終的顱腦三維有限元模型。模型描述了腦膜、大腦、小腦、腦干、胼胝體、腦室、腦脊液、顱骨（松質(zhì)骨和密質(zhì)骨）、面骨、頭皮、腦鐮以及腦幕等主要人體頭部解剖學(xué)結(jié)構(gòu)，模型共包含94490個六面體單元，以及19949個殼單元，模型總質(zhì)量約為4.5kg。顱腦有限元模型采用的材料屬性主要參考已發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)。 基于國外經(jīng)典尸體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對有限元模型生物力學(xué)響應(yīng)的穩(wěn)定性和有效性進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)包括Nahum顱內(nèi)壓實(shí)驗(yàn)，Hardy顱-腦相對位移實(shí)驗(yàn)，Trosseille顱內(nèi)動力學(xué)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)以及Yoganandan頭部跌落實(shí)驗(yàn)。在LS-DYNA軟件中，重現(xiàn)四個經(jīng)典實(shí)驗(yàn)情況，分別將仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。結(jié)果表明，仿真分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好，模型具有較好的有效性和生物逼真度。模型可用于頭部接觸力、顱內(nèi)壓力、頭部加速度、腦組織應(yīng)變等生物力學(xué)相關(guān)損傷的分析。 在模型驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，選取Nahum顱內(nèi)壓實(shí)驗(yàn)，Hardy顱-腦相對位移實(shí)驗(yàn)研究了三種不同顱-腦接觸方式類型對頭部響應(yīng)的影響，結(jié)果表明顱內(nèi)壓力對顱-腦接觸方式非常敏感，而顱-腦相對位移量幾乎不受顱-腦接觸方式的影響。 最后運(yùn)用該頭部有限元模型進(jìn)行頭部與不同傾斜角度泡沫緩沖墊片的碰撞和頭部與B柱不同速度的碰撞的仿真，研究頭部不同碰撞運(yùn)動形式（頭部平移運(yùn)動以及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動）生物力學(xué)響應(yīng)以及損傷機(jī)理。根據(jù)仿真結(jié)果，通過分析頭部的HIC值以及與損傷生物力學(xué)相關(guān)的物理參數(shù)對頭部損傷做出具體的評價。結(jié)果表明，，頭部的不同碰撞運(yùn)動形式會導(dǎo)致不同的顱腦損傷，HIC在預(yù)測腦損傷或者特定的損傷能力具有一定的局限性，且頭部碰撞接觸力，顱內(nèi)壓力以及腦組織的應(yīng)力應(yīng)變等與損傷相關(guān)的物理參數(shù)，能夠更全面有效的反映顱腦損傷情況。
【關(guān)鍵詞】：車輛碰撞 頭部損傷 有限元 損傷評價
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：R651.15
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 課題研究背景和意義11-12
• 1.2 顱腦交通損傷碰撞生物力學(xué)研究的主要內(nèi)容和方法12-14
• 1.2.1 顱腦損傷生物力學(xué)研究的主要內(nèi)容12
• 1.2.2 顱腦損傷生物力學(xué)研究的主要方法12-14
• 1.3 顱腦損傷有限元模型的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.4 顱腦主要損傷機(jī)理以及損傷評價指標(biāo)16-19
• 1.4.1 顱腦損傷機(jī)理16-18
• 1.4.2 顱腦損傷評價指標(biāo)18-19
• 1.5 課題主要研究內(nèi)容19-21
• 第2章 顱腦有限元模型的建立21-35
• 2.1 顱腦主要解剖學(xué)結(jié)構(gòu)21-23
• 2.2 顱腦三維幾何模型重建23-25
• 2.2.1 頭部掃描數(shù)據(jù)獲取23-24
• 2.2.2 顱骨三維幾何模型重建24
• 2.2.3 頭部軟組織三維幾何模型重建24-25
• 2.3 顱腦三維有限元模型的建立25-32
• 2.3.1 單元的選擇25-26
• 2.3.2 腦組織有限元建模過程26-29
• 2.3.3 腦脊液、腦顱、面顱和頭皮有限元建模過程29-32
• 2.4 顱腦材料屬性定義32
• 2.5 本章總結(jié)32-35
• 第3章 顱腦有限元模型的驗(yàn)證35-55
• 3.1 基于 Nahum 顱內(nèi)壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證35-39
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)概述35-36
• 3.1.2 模型驗(yàn)證36-37
• 3.1.3 仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比分析37-39
• 3.2 基于 Trosseille 顱內(nèi)動力學(xué)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證39-42
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)概述39-40
• 3.2.2 模型驗(yàn)證40-41
• 3.2.3 仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比分析41-42
• 3.3 基于 Hardy 顱-腦相對位移實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證42-48
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)概述42-45
• 3.3.2 模型驗(yàn)證45-46
• 3.3.3 仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比分析46-48
• 3.4 基于 Yoganandan 頭部側(cè)面跌落實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證48-51
• 3.4.1 實(shí)驗(yàn)概述49-50
• 3.4.2 模型驗(yàn)證50
• 3.4.3 仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比分析50-51
• 3.5 顱腦有限元模型顱-腦接觸面方式的研究51-54
• 3.5.1 基于顱內(nèi)壓實(shí)驗(yàn)不同顱-腦接觸方式仿真結(jié)果52-53
• 3.5.2 基于顱-腦相對位移實(shí)驗(yàn)不同顱-腦接觸方式仿真結(jié)果53
• 3.5.3 不同顱-腦接觸方式仿真結(jié)果總結(jié)與討論53-54
• 3.6 本章總結(jié)54-55
• 第4章 顱腦有限元模型的應(yīng)用分析55-65
• 4.1 頭部損傷的生物力學(xué)評價指標(biāo)55-56
• 4.2 頭部與不同角度泡沫緩沖墊片碰撞仿真56-59
• 4.2.1 泡沫緩沖墊片有限元模型56
• 4.2.2 頭部-泡沫墊片碰撞仿真邊界設(shè)定56-57
• 4.2.3 頭部-泡沫墊片碰撞仿真結(jié)果分析57-59
• 4.3 頭部與 B 柱不同速度的碰撞仿真59-64
• 4.3.1 B 柱有限元模型59-60
• 4.3.2 頭部-B 柱碰撞仿真邊界設(shè)定60
• 4.3.3 頭部-B 柱碰撞仿真結(jié)果分析60-64
• 4.4 本章總結(jié)64-65
• 第5章 總結(jié)與展望65-67
• 參考文獻(xiàn)67-73
• 作者簡介以及科研成果73-75
• 致謝75

【參考文獻(xiàn)】

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 趙輝;顱腦減速傷的發(fā)生機(jī)制研究[D];第三軍醫(yī)大學(xué);2009年

本文編號：730676