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     

颌面部高速投射伤时颅脑响应的生物力学研究

实验采用瑞典模型方法，选用重１．０３ｇ，射速８００ｍ／ｓ和１４００ｍ／ｓ的钢珠致伤犬（１０只）和猪头（２０只），建立重型颌面部损伤动物模型，记录致伤瞬间脑内压力、头颅冲击加速度和下颌骨、颞骨骨应变值，研究颌面部投射伤伴发颅脑损伤机理。实验结果证实，颌面部高速投射伤时，瞬时空腔效应、冲击波效应、冲击加速度效应骨间应力传导作用均参与颅脑的致伤过程。文中还对本研究相关的临床意义进行了讨论。     

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。     

腹部撞击伤时肝脏损伤生物力学效应的初步探讨

本文采用自由落体式撞击载荷对１７只狗下腹部撞击致伤，动态实时测量了动物各主干血管内血流的压力变化过程：并通过高速摄影和高速Ｘ线摄影技术同步记录和分析了狗腹腔的压缩变形过程和肝实质局部的变形位移，对腹部撞击伤时肝脏损伤的生物力学作了一定的分析和讨论。     

松质骨生物力学性质的研究进展

松质骨生物力学性质的研究进展欧阳钧综述朱清安钟世镇审校（第一军医大学解放军临床解剖生物力学实验室，广州５１０５１５）骨组织力学性质的研究已有１００余年历史，研究对象主要为密质骨，而松质骨材料力学性质的研究进展较慢。近２０年来，由于年龄相关性骨折、骨质...     

髌骨的生物力学研究进展

髌骨的生物力学是近年来研究的热点之一，髌股关节之间的运动十分复杂，对合不良被认为和膝前痛密切相关。作者从髌骨在伸膝机制中的作用、髌骨软骨的特性与髌股关节活动的匹配性、髌股关节面在伸屈膝过程中的接触区域变化、髌股关节作用力和压应力、髌骨的运动轨迹五个方面阐述近年来的一些研究进展，并分析了一些问题、挑战和前景。     

人头部力锤冲击试验的生物力学研究

目的：探讨人头部受主动冲击的钝力作用时的力响应特点,同时测试头部各部位承受最大冲击力的限度,从冲击动力学角度去探讨颅脑损伤的生物力学机理。方法：使用配备大量程力传感器的力锤对人尸体头部各部位进行冲击试验,记录接触力响应曲线,并手工记录锤头的质地、质量、初速度、冲击面大小,以及被冲击的头部是否有破坏性反应(头皮挫裂及颅骨骨折)。结果：人头部对主动冲击的钝物的接触力响应曲线为类似正弦波的脉冲波形,其波形宽度及峰值因冲击物的质地、有无头皮等发生变化;人头部在小面积钝物的冲击作用下,造成头皮挫裂的冲击力最大值平均为5100N;使颞部、顶部、额部、枕部骨折的冲击力最大值的平均值分别为6200、8100、8300、11000N;利用试验得到的数据,验证了作用于头部的钝物与头部组成的系统相当于带有强阻尼的弹簧振子。结论：头部在受到主动冲击时,典型的接触力一时间曲线为类似正弦波的脉冲波形;大面积的钝器作用于头部造成的颅骨骨折,更多发生延伸至远处的线形骨折;本试验还得出了人头部能耐受的冲击力大小等参数,这些对于建立有限元模型进行分析和验证是必须的。     

脊柱固定器的生物力学研究进展

随着生物力学的发展,各国学者相继设计出各种脊柱固定器。这些固定器不仅用于脊柱畸形的矫正,也用于脊柱创伤或手术后,脊柱稳定性的重建,大都获得较满意的疗效,但仍存在许多问题。如矫正力不足,畸形残留或复发,器械断裂或施力区骨折,脱钩,甚至截瘫等。因此对脊柱固定器的改进就成为脊柱外科生物力学研究的重要课题。本文仅就当前脊柱固定器的生物力学研究作一综述。 1 脊柱固定器的生物力学研究方法 过去,脊柱固定器的发展方式是设计——生产样品——试用于临床。如果没有发生力学上的破坏,则认为该器械成功。如失败,则重新设计改进。随着生物力学研究的进展,这一传统方式已受到严峻挑战。当今,任何新的固定器在用于临床之前都必须进行生物力学的综合评价。Wanger是最早对脊柱固定器进行离体研究的学者。迄今为止,对脊柱固定器进行生物力学研究的方法很多。但     

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。     

人体对冲击加速度耐受限度研究进展

冲击性加速度是人体在航空航天过程中遇到的动力因素之一,当冲击加速度超过人的耐受限度时会导致飞行员或宇航员的损伤,甚至威胁其生命安全。因此,在飞行器设计中应充分考虑人体对冲击性加速度的耐受限度,采取有效防护措施,确保乘员的身体健康和生命安全。人体对冲击加速度耐受限度的研究已经成为现代生物力学研究的焦点,本文综述该领域的研究进展。     

激光血疗治疗脑外伤的临床研究

本文对l7例脑外伤病人应用激光量子辐照血液疗法(LQB)进行临床研究。该疗法采用低功率调制式脉冲氦氖激光作主要辐照光源,是紫外光自血回输疗法(UIB)的最新进展。由于激光及充氧的作用,能迅速改善血氧状况、活化血的细胞功能、血液流变等参数和微循环状况、促进新陈代谢,提高机体免疫功能及抗病能力。临床初步观察,发现它对颅脑损伤,包括脑震荡、脑挫裂伤、脑水肿及颅压增高、外伤性脑梗塞、术后恢复期等有显著疗效,总有效率达100％。     

肥胖对乘员碰撞损伤影响机制的研究进展

现有汽车安全设计和法规主要是基于标准体型的50百分位人群,在肥胖人群不断增长的趋势下,研究肥胖乘员的碰撞损伤和防护越来越重要。现有研究中多采用事故统计分析、尸体实验、多刚体模型和有限元模型等方法 探讨肥胖乘员的损伤机制,肥胖对乘员的碰撞损伤主要有泡沫效应假说、躯干几何形状变化假说和质量效应假说等多种提法,可见肥胖乘员的损伤机制尚不明确。在全面总结肥胖乘员的碰撞损伤机制基础上,阐述当前肥胖乘员碰撞损伤研究所面临的问题及未来研究的发展方向。     

基于车人碰撞事故重建的行人头部动力学响应

目的 研究行人交通事故中,不同碰撞速度、不同车型及行人不同受撞击部位与行人头部损伤严重度的关系。方法 通过MADYMO多刚体动力学软件对一起有视频的行人交通事故进行事故重建,获得初始和边界条件,然后通过获得的边界和初始条件进行不同车速(20、30、40、50、60 km/h)、不同车型(轿车、SUV型车、面包车)、行人不同受撞击部位(正面、侧面、背面)的模拟碰撞实验,对模拟碰撞实验中行人头部损伤情况进行分析,并利用两例真实行人交通事故对部分结果进行验证。结果 不仅车辆碰撞速度、车辆前置结构影响行人头部损伤严重度,行人受撞击部位也是影响行人头部损伤严重度的重要原因。在碰撞速度≤30 km/h时,行人与地面接触造成的损伤可能比与车辆造成的损伤严重;碰撞速度≥40 km/h时,行人头部损伤主要是与车辆接触所致。结论 利用监控录像能比较准确地开展行人交通事故重建,从而对行人动力学响应进行分析。在行人交通事故频发路段,对不同车型进行不同限速,能有效减小行人头部损伤的严重程度。     

坐姿下不同组织压力性损伤生物力学研究

目的 探讨坐姿下臀部压力性损伤易发部位以及不同软组织的生物力学响应,为有效预防深层组织压力性损伤提供参考。 方法 基于臀部 CT 扫描数据,建立坐位臀部有限元模型,包括骨骼、肌肉、脂肪和皮肤组织及坐垫模型,利用生死单元模拟组织损伤。 对比实验坐垫界面压力测量数据与有限元模拟结果,验证模型有效性。 模拟坐位力学状态,研究软组织的应力、应变情况,分析不同软组织中的压应力及超出极限值后可能造成的损伤情况。结果 通过对比坐垫模型仿真结果与实验界面压力测量结果,证明模型有效。 坐位时坐骨结节下方软组织区域出现应力集中现象。 其中,臀大肌组织中的横向压应力峰值约为 38 kPa,剪切应力峰值约为 3. 4 MPa;而脂肪组织中的最大压应力与剪切应力峰值分别为 22 kPa 与 4. 5 MPa,均未出现在坐骨结节正下方。 结论 软组织受到一定时间和大小的压力载荷作用,可能出现深层组织损伤。 当保持坐姿一定时间后,应及时变换体位,以降低压力性损伤出现的概率。 研究结果为预防压力性损伤提供生物力学依据,具有重要的临床研究价值。     

对头部损伤判断准则适用性和可用性的新探索

头部损伤判断准则(Headinjury criterion,HIC)是目前较为广泛被接受的、用来衡量头部在外来载荷下安全性的一种损伤判断准则。它被应用于各国的汽车安全法规中,也是头部损伤防护装置(如头盔)设计的参考标准。然而对它的适用性和可用性也存在着不少的争议。本研究应用人类头部有限元的计算模型,通过分析两个不同大小、不同质量的头部模型在三种不同载荷下所产生的脑组织的应力和相应引出的"头部损伤判断准则"的计算值,识别影响"头部损伤判断准则"的适用性和可用性的因素,为如何更科学地评判头部受载安全性提供新的见解和结论。