创伤性脑损伤(traumatic brain injury,TBI)是发病率、患病率最高的神经系统疾病,为全社会带来了巨大的公共卫生负担。深入研究TBI的生物力学原理有助于提升头部防护效果,发展快速评估技术并采取及时干预,从而降低伤情恶化的风险。人类...创伤性脑损伤(traumatic brain injury,TBI)是发病率、患病率最高的神经系统疾病,为全社会带来了巨大的公共卫生负担。深入研究TBI的生物力学原理有助于提升头部防护效果,发展快速评估技术并采取及时干预,从而降低伤情恶化的风险。人类头部有限元模型(finite element head model,FEHM)作为一种数值分析工具,能够模拟头部在受到冲击时的动态响应,包括脑组织的应力应变时空分布、颅内压的变化等,为理解创伤性脑损伤的力学机制提供了重要依据。本文详细总结了国内外主流的人类头部有限元模型的现状与发展,追溯了模型的发展历程,总结了模型的特点并介绍了基于有限元模型的TBI机制研究进展。对相关研究的总结和梳理将有助于开发新型FEHM,并为创伤性脑损伤的风险评估及防护装备的设计提供理论指导和技术支撑。展开更多
为清晰阐明钝性弹道冲击下人体头部的受损机理,基于THUMS(Total Human Model for Safety)模型,通过材料参数优化、比例缩放及流固耦合方法,构建符合中国50百分位成年男性头部特征的有限元模型。以LS-DYNA(Livermore Software Technology...为清晰阐明钝性弹道冲击下人体头部的受损机理,基于THUMS(Total Human Model for Safety)模型,通过材料参数优化、比例缩放及流固耦合方法,构建符合中国50百分位成年男性头部特征的有限元模型。以LS-DYNA(Livermore Software Technology Corporation's Dynamic Analyzer)软件为仿真平台,采用任意拉格朗日-欧拉算法定义脑脊液流体特性,优化颅骨与脑组织的弹塑性材料参数,并通过网格变形技术实现头部尺寸与解剖结构的本土化适配。选取前额、顶壁、枕部及后窝等典型易损区,对比Nahum尸体实验及THUMS模型数据,验证模型的生物力学响应。研究结果表明:改进模型在易损区域的颅内压峰值分别为150 kPa、75 kPa、53 kPa及69 kPa,与实验数据误差为4%~10%,且动态响应曲线形态一致;脑组织最大von Mises应力(29.5 kPa)与颅骨主应力(18.7 kPa)均接近Marjoux和Yoganandan仿真实验阈值,证实模型可有效预测颅脑损伤风险。结合北约AEP-103标准评估表明,典型冲击下前额颅内压峰值达511.1 kPa,远超颅骨骨折阈值(150 kPa),凸显现有防护装备的优化需求。该模型应用性强,可为钝性弹道冲击下的头部损伤评估与安全防护提供方法参照和理论支撑。展开更多
文摘创伤性脑损伤(traumatic brain injury,TBI)是发病率、患病率最高的神经系统疾病,为全社会带来了巨大的公共卫生负担。深入研究TBI的生物力学原理有助于提升头部防护效果,发展快速评估技术并采取及时干预,从而降低伤情恶化的风险。人类头部有限元模型(finite element head model,FEHM)作为一种数值分析工具,能够模拟头部在受到冲击时的动态响应,包括脑组织的应力应变时空分布、颅内压的变化等,为理解创伤性脑损伤的力学机制提供了重要依据。本文详细总结了国内外主流的人类头部有限元模型的现状与发展,追溯了模型的发展历程,总结了模型的特点并介绍了基于有限元模型的TBI机制研究进展。对相关研究的总结和梳理将有助于开发新型FEHM,并为创伤性脑损伤的风险评估及防护装备的设计提供理论指导和技术支撑。
