颅脑撞击伤时脑组织内动态应力场的数值模拟

为探索颅脑撞击伤的力学机理,采用数值模拟的方法对撞击过程中颅脑内应力场的形成和发展进行了数值模拟。撞击载荷垂直撞击头颅的过程可以描述为一个平面二维问题,通过二维有限差分法（FDM）进行数值模拟和分析。该结果可为研究颅脑撞击伤的致伤机理及其救治和防护提供重要的理论依据。     

颅脑有限元模型演化规律及其生物力学研究进展

交通事故中头颈部损伤因其较高的致命性,已成为最严重的损伤类型。有限元模型在创伤性脑损伤生物力学机理研究中得到日益广泛应用。回顾头颈部有限元模型的生物力学研究历史和现状,并阐述车辆碰撞交通事故中人体颅脑典型交通伤演化规律和生物力学研究进展,探索头颈部损伤安全防护的方法,以期为车辆碰撞事故中人体颅脑损伤生物力学研究和相应的汽车安全防护装置研制提供理论依据。     

颅脑有限元模型的研究进展及应用

有限元法(finite element method,FEM)是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种数值分析方法,同时也是一种比较先进的生物力学研究方法。FEM早期应用于工程科学技术领域,近几年来,生物医学工程领域已经广泛应用FEM进行脑方面的研究。随着交通、运输业的发展,颅脑损伤发生的概率越来越高,严重威胁着人类的身体健康。通过建立颅脑有限元模型,可以很好地研究颅脑损伤的生物力学机制。总结颅脑有限元模型的建立、发展和应用,并对未来的研究方向进行展望。     

人体损伤撞击设备的研制及脊柱撞击伤模型的制备

撞击伤是交通事故中最常见的伤类，对撞击伤造成的人体损伤进行研究的最好方法就是通过一种模型来模拟交通事故中造成的伤害。通过调整各种参数，以不同方式，不同速度进行撞击实验，重现事故现场。本文介绍了利用生物力学原理，自制人体损伤撞击设备的研制过程和工作原理，结构特点。最后文章还介绍如何利用撞击机撞击脊柱标本模拟制备了脊柱撞击伤的模型。     

基于有限元法的人类头部损伤生物力学的模拟分析

根据正常头部螺旋CT扫描影像，通过对CT扫描影像的图像处理，利用计算机辅助工程技术，采用单元网格划分和三维重构技术，开发、建立了三维的人类头部有限元计算模型。应用本模型模拟颅脑在直接碰撞中的生物力学问题。计算模型比较真实地反映了头颅实际碰撞实验中的物理反应，比较忠实地再现了某些实验的结果，如头部撞击合力和脑压力/强等。同时，脑压力，强的分布再次证实了经典的撞击压-对撞压产生理论。本研究的计算模型可为进一步的头部损伤生物力学研究提供一种新的工具。     

颅脑在加速和减速冲击载荷下的动应力分析

通过测定和研究颅脑在冲击载荷下的动应力变化情况。运用冲击波压力对颅骨各测点产生的频响函数和相干函数,对脑损伤以生物力学的观点作了进一步的研究,得到了一些临床医学无法得到的数据。     

创伤性颅脑损伤频响特性研究综述

频率在创伤性颅脑损伤(traumatic brain injury, TBI)的生物力学响应中扮演着重要角色,冲击载荷可因共振行为而放大脑部局部变形,加剧神经功能障碍。 本文总结了颅脑损伤频响特性的主要研究方法和发展进程,重点探讨不同数学方法在颅脑损伤频响特性中的应用,以及颅脑损伤频响特性的研究现状,并进一步提出深化颅脑损伤频响特性研究的建议。 结果表明,有限元法、降阶模型法和流固耦合法在颅脑损伤频响特性研究中均具可行性,但现有研究对颅脑固有频率尚未达成有效共识,且未将颅脑损伤的频响特性与评价准则进行结合,故基于频响特性完善颅脑损伤力学评价仍是研究的重点。     

颅脑钝性冲击伤的生物力学

颅脑钝性冲击伤在航天、交通、施工和生产有关事故中占有相当比例,半个世纪来,许多学者采用生物力学的研究方法,在理论机制上取得了不少成就,对指导临床诊治、防护具设计和法医学检验有所裨益。现将有关问题介绍于后。一、颅骨损伤(一)影响因素1.形态学特征 颅受冲击时的应力分布与打击点的曲率以及颅型有关,颅顶的外形近似于“薄壳结构”,能分散外力。颅     

MRI在颅脑功能性成像中的探讨

目的：运用外部对人颅脑进行刺激，通过磁共振成像来对颅脑无损伤检查，可定性地了解患者的颅脑状况，利用该方法能对患有颅脑功能性障碍的病人进行研究。结论：对未来临床病人的诊断提供一种新的检测方法。     

刍议重型颅脑损伤术中急性脑组织膨出56例的临床分析

本文中将着重探讨在重型颅脑损伤术中急性脑组织膨出的相关原因及其预防、治疗的方案、方法。其中采用方法为院回顾性研究方法，对我院2007~2013年几年间手术治疗重型颅脑外伤1008例，其中发生急性脑膨出56例患者临床资料进行分析、比对、研究。由此得出以下结论。颅内迟发性血肿是重型颅脑损伤术中急性脑组织膨出的主要原因。     

Development of a Finite Element Model for Blast Brain Injury and the Effects of CSF Cavitation

Blast-related traumatic brain injury is the most prevalent injury for combat personnel seen in the current conflicts in Iraq and Afghanistan, yet as a research community,we still do not fully understand the detailed etiology and pathology of this injury. Finite element (FE) modeling is well suited for studying the mechanical response of the head and brain to blast loading. This paper details the development of a FE head and brain model for blast simulation by examining both the dilatational and deviatoric response of the brain as potential injury mechanisms. The levels of blast exposure simulated ranged from 50 to 1000 kPa peak incident overpressure and 1–8 ms in positive-phase duration, and were comparable to real-world blast events. The frontal portion of the brain had the highest pressures corresponding to the location of initial impact, and peak pressure attenuated by 40–60% as the wave propagated from the frontal to the occipital lobe. Predicted brain pressures were primarily dependent on the peak overpressure of the impinging blast wave, and the highest predicted brain pressures were 30%less than the reflected pressure at the surface of blast impact. Predicted shear strain was highest at the interface between the brain and the CSF. Strain magnitude was largely dependent on the impulse of the blast, and primarily caused by the radial coupling between the brain and deforming skull.The largest predicted strains were generally less than 10%,and occurred after the shock wave passed through the head.For blasts with high impulses, CSF cavitation had a large role in increasing strain levels in the cerebral cortex and periventricular tissues by decoupling the brain from the skull. Relating the results of this study with recent experimental blast testing suggest that a rate-dependent strain-based tissue injury mechanism is the source primary blast TBI.     

弥漫性轴索损伤的生物力学机理

弥漫性轴索损伤（DAI）作为原发脑损伤的一种类型，有其特有的损伤机理，荷载性质，施载方式，颅脑颈各组织结构特性均与DAI发生密切相关，本文从生物力学角度综述了荷载量，荷载波形，荷载作用时间，直线加速，旋转加速，直线／旋转复合加速，脑组织，大脑镰小脑幕，颅骨、颈部对应力应变产生及分布的影响，及与DAI发生的关系。     

关于头部组织材料性能敏感性对颅内压力响应的研究

应用有限元法 (finiteelementmethod)和试验设计技术 (design of experimentDOE)研究人头部颅骨(skull)、脑脊液 (cerebral spinal fluidCSF)和脑髓 (brain)材料性能的敏感性对颅内因撞击而产生的压力响应。该研究采用头部的有限元模型 ,用三因子、三层次的因子试验设计对影响颅内因撞击而引起的压力的颅骨、脑脊液和脑髓的材料性质的敏感性进行分析。研究结果进一步证实了颅骨、脑脊液、脑髓的材料性能对颅内因撞击而引起的压力的重要影响。本研究为进一步的头部的有限元分析提供了新的见解 ,并提出了对头部组织的材料性能作更进一步的探索。     

气囊式头盔防护下的两轮车骑车人头部损伤风险分析

目的 提出一种气囊式头盔缓冲内衬结构,并分析其对两轮车骑车人头部损伤的防护效果。方法 将气囊式内衬应用于自行车（半盔）和摩托车（全盔）两款典型的两轮车骑车人头盔,通过标准GB 24429-2009和法规ECE R22.05测试工况下的有限元碰撞仿真,获得人体头部模型运动学和生物力学响应,从颅骨骨折和颅脑损伤风险角度对比常规聚苯乙烯泡沫塑料（expanded polystyrene, EPS）头盔,综合评价气囊式头盔的防护性能。结果 当气囊压力为0.06 MPa时,气囊式头盔（半盔/全盔）防护下的人体头部颅骨骨折相关量分别小于120 g和150 g,颅骨骨折风险基本低于40%;颅脑最大主应变均小于0.3,轻度脑损伤风险均低于25%;气囊式头盔防护下的人体颅骨骨折和颅脑损伤风险均低于EPS头盔。结论 本文设计的气囊式头盔具有较好的防护效果,能兼顾颅骨骨折和颅脑损伤防护,可以为新型头盔的设计提供基础示例。损伤风险分析也可为骑车人头部损伤应急诊断提供初步参考。     

Importance of partitioning membranes of the brain and the influence of the neck in head injury modelling

A head injury model consisting of the skull, the CSF, the brain and its partitioning membranes and the neck region is simulated by considering its near actual geometry. Three-dimensional finite-element analysis is carried out to investigate the influence of the partitioning membranes of the brain and the neck in head injury analysis through free-vibration analysis and transient analysis. In free-vibration analysis, the first five modal frequencies are calculated, and in transient analysis intracranial pressure and maximum shear stress in the brain are determined for a given occipital impact load.     

研究颅脑交通伤的有限元模型的建立及验证

建立基于人体解剖学结构的HBM(Human body model)头部三维有限元模型.详细描述了人体头部的主要解剖学结构,模型由头皮、颅骨、硬脑膜、脑脊液、软脑膜、大脑、小脑、脑室、脑干、脑镰和脑幕等组成.采用人体头部碰撞实验数据,比较了实验与仿真中头部的动力学响应和颅内压力分布参数,对头部有限元模型进行了验证.结果表明,该模型具有较好的生物逼真度,可以用来分析研究车辆交通事故中颅脑创伤和损伤机理.     

Evaluation of Three Animal Models for Concussion and Serious Brain Injury

Three animal models were evaluated in this study involving head impacts of the rat, including the Marmarou drop-weight and two momentum-exchange techniques. In series 1, 36 Wistar rats were hit on the side of the free-moving head using Marmarou’s 450 g impact mass at 4.4, 5.4, and 6.3 m/s. Head acceleration was measured and injuries were observed. The 6.3-m/s side impact resulted in no deaths, no skull fractures, infrequent contusions, and some injuries consistent with diffuse axonal injury. In series 2, 57 Marmarou drop-weight tests were conducted to study head biomechanical responses. Marmarou’s technique involves a head impact followed by prolonged loading into a foam pad under the animal. Based on the literature, the 2 m (6.3 m/s) Marmarou drop causes death, skull fracture, brain and spinal cord contusions, and diffuse axonal injury. These injuries are more severe than that occurring with impact of similar mass and velocity to the free-moving head. Impacts to the free-moving head provide more realistic animal models to study concussion and severe brain injury.     

6岁儿童行人-汽车碰撞中碰撞角度对头部损伤的影响

目的应用符合欧洲新车安全评鉴协会(the European New Car Assessment Programme,Euro NCAP)要求的6岁儿童行人有限元模型,探究不同碰撞角度对儿童头部损伤的影响。方法应用符合Euro NCAP技术公告(TB024)并且具有详细解剖学结构的6岁儿童行人有限元模型,设置4组行人-汽车碰撞仿真试验,探究不同碰撞角度下儿童头部损伤情况。人体头部质心初始位置在车的纵向中心线上,轿车初速度为40 km/h,轿车分别与人体右侧、前侧、左侧、后侧碰撞(即0°、90°、180°、270°)。比较不同碰撞角度下运动学差异和头部碰撞响应,同时分析面骨和颅骨的损伤情况。结果通过分析儿童行人头部接触力、头部质心合加速度、头部质心相对于车的合速度、头部损伤标准(head injury criterion,HIC_(15))、面骨骨折情况以及颅骨应力分布发现,背面、正面碰撞下儿童头部骨折及发生脑组织损伤的风险大于侧面碰撞,其中背面碰撞下儿童行人头部损伤风险最高,侧面碰撞下儿童行人头部损伤风险最低。结论背面碰撞下儿童行人头部损伤风险最大,研究结果对行人-汽车碰撞评估和防护装置研发具有重要的应用价值。     

人体头部的瞬间动力学响应

本文用三维有限元方法，分析颅脑在气流冲击载荷作用下非线性动力学响应问题。用核磁共振颅脑断层图象输入计算机，采用ＣＴ图象三维再现软件和非规则形体有限元网格划分软件进行计算，结果得到人体头部冲击波传递，颅脑损伤容限曲线，延髓损伤等，为宇航，交通事故，司法鉴定创伤判断，临床治疗提供科学依据。     

面部碰撞对行人创伤性脑损伤影响的生物力学研究

为预测和评判行人面部碰撞对创伤性脑损伤机理及生物力学响应,结合计算机断层扫描（CT）和磁共振（MRI）医学成像技术,建立符合中国人体特征的50百分位头颈部几何模型和有限元模型。有限元模型中颅骨与脑之间的相对运动采用切向滑动边界条件,摩擦系数定义为0.2,模拟鼻骨斜碰撞、鼻外侧软骨正面碰撞、牙齿正面碰撞、下颌骨碰撞和颧骨外侧斜碰撞等5种典型面部碰撞交通事故场景,探讨应力波在颅骨和脑内传播路径,得到颅内压力、von Mises等效应力和剪切应力等生物力学响应参数分布规律。结果显示,鼻骨斜碰撞颅内压力峰值为236.7 kPa,von Mises应力为25.97 kPa,超过了大脑耐受阈值;颧骨外侧斜碰撞最大横向剪切应力分别为14.56 kPa和-18.07 kPa,促使脑组织产生了较大的剪切变形,存在严重脑损伤风险。结论表明：面部碰撞的位置和方向是导致面部骨折严重程度的关键因素,面骨骨折的位置决定创伤性脑损伤的部位,面骨骨折都带有一定程度的创伤性脑损伤;头部受到冲击时,面部结构能够吸收大量的冲击能量来保护大脑,降低颅脑损伤的风险。