基于典型交通事故的顱腦損傷力學(xué)機(jī)制研究.pdf

1、顱腦撞擊傷是交通事故中常見的傷類,根據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì)資料,顱腦撞擊傷的發(fā)生率高達(dá)54％,是傷后致死、致殘的首要原因。行人在道路交通事故中處于弱勢(shì)地位,再加上我國(guó)人車混雜的復(fù)雜道路環(huán)境,使我國(guó)成為行人交通事故多發(fā)的國(guó)家之一,而顱腦損傷是導(dǎo)致行人死亡的主要原因,因此對(duì)行人顱腦撞擊傷的研究具有重要意義。
　　目前,用于實(shí)驗(yàn)研究的模型包括人尸體模型、動(dòng)物模型、物理模型以及力學(xué)分析模型。動(dòng)物和人體在結(jié)構(gòu)、外形和受力過(guò)程等諸方面存在較大差異,無(wú)法將

2、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的定量結(jié)果直接推廣到人體上。尸體具有和活體相同的解剖結(jié)構(gòu),但因組織降解,缺少?zèng)_擊對(duì)機(jī)體造成的生理或病理反應(yīng)的直接觀察。物理模型穩(wěn)定性好,避免了生物材料的個(gè)體差異,但主要適用于理論研究。建立力學(xué)分析模型來(lái)進(jìn)行傷害機(jī)理的分析是非常必要的手段,它能相對(duì)容易地在模型的指定位置上計(jì)算出因撞擊而引起的顱腦組織的應(yīng)力和應(yīng)變,從而對(duì)組織的受傷與否和傷害程度做出判斷。但模型中顱骨往往被定義為剛體,顱骨變形對(duì)大腦沖擊響應(yīng)的影響無(wú)法估測(cè),且通過(guò)這些力

3、學(xué)模型計(jì)算出的結(jié)果還必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行驗(yàn)證,限于實(shí)驗(yàn)條件的限制,有些結(jié)果是可以驗(yàn)證的而部分結(jié)果是無(wú)法驗(yàn)證的。而在道路交通事故中頻繁發(fā)生的行人交通事故是更理想的研究資源,采用真實(shí)交通事故結(jié)合力學(xué)分析模型進(jìn)行研究,可彌補(bǔ)上述研究工作中的不足之處。
　　本研究選擇有監(jiān)控錄像或事故信息詳細(xì)的車-人交通事故以獲取事故發(fā)生過(guò)程,對(duì)傷亡人員進(jìn)行CT斷層掃描獲取損傷細(xì)節(jié),并用3D激光掃描系統(tǒng)采集事故車輛和現(xiàn)場(chǎng)信息。在此基礎(chǔ)上結(jié)合多剛體動(dòng)力學(xué)軟件

4、MADYMO和有限元分析軟件LS-DYNA進(jìn)行事故過(guò)程和人體損傷過(guò)程的重建。通過(guò)典型交通事故的深度分析和顱腦力學(xué)模型的有限元分析,開展“真人”顱腦損傷的量效關(guān)系研究,分析行人頭部各種物理參數(shù)與損傷風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系,進(jìn)而深入探討其生物力學(xué)機(jī)制。為行人頭部損傷防護(hù)、顱腦交通傷的臨床治療、汽車安全設(shè)計(jì)提供參考依據(jù),具有現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。
　　主要研究方法和結(jié)論:
　　(1)典型行人交通事故案例的采集與分析
　　本研究中全部案例

5、均由作者在導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)成立的交通事故司法鑒定中心的平臺(tái)上進(jìn)行采集,每一案例均記錄了詳細(xì)的信息,這些信息可以分為事故數(shù)據(jù)、傷情數(shù)據(jù)、車輛信息和碰撞數(shù)據(jù),全部案例均在重慶市內(nèi)采集,其中7例有監(jiān)控錄像,能清晰看見整個(gè)事故過(guò)程以及行人碰撞時(shí)的姿態(tài),空中飛行姿態(tài),能通過(guò)視頻分析法分析出車輛-行人碰撞速度、車輛減速度、行人拋擲距離等信息;另外4例有目擊證人,能準(zhǔn)確確定碰撞點(diǎn)以及詳細(xì)的車輛、行人信息。選擇的依據(jù)是:行人遭受了AIS2級(jí)以上的頭部損傷。

6、r>　　(2)基于車-人事故過(guò)程重建的顱腦力學(xué)響應(yīng)分析
　　使用多剛體動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件MADYMO建立汽車-行人碰撞仿真模型,通過(guò)對(duì)事故過(guò)程的模擬,研究事故發(fā)生時(shí)車輛以及行人的運(yùn)動(dòng)軌跡,從空間和時(shí)間上確定事故每個(gè)階段的發(fā)生過(guò)程。通過(guò)分析與人體損傷相關(guān)的力學(xué)響應(yīng)參數(shù),預(yù)測(cè)和評(píng)估汽車-行人相撞事故中行人頭部的損傷風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)果顯示,車輛碰撞速度越高,行人顱腦損傷越嚴(yán)重;SUV型車撞擊行人時(shí),行人顱腦損傷嚴(yán)重度相對(duì)于轎車和面包車撞擊行人時(shí)

7、高;行人顱腦損傷嚴(yán)重度與行人不同部位受到撞擊有關(guān);行人頭部與地面接觸是低速(20、30km/h)撞擊行人時(shí),行人顱腦損傷嚴(yán)重的原因,而碰撞速度大于等于40km/h時(shí),行人頭部損傷主要是與車輛接觸所致。
　　(3)基于THUMS模型的顱腦損傷過(guò)程重建
　　利用一例典型的汽車-行人交通事故案例,基于THUMS人體模型進(jìn)行了損傷過(guò)程的再現(xiàn),并將仿真分析結(jié)果與CT掃描結(jié)果和尸檢結(jié)果進(jìn)行了比較分析,說(shuō)明了利用有限元仿真分析技術(shù)進(jìn)行行人

8、損傷過(guò)程再現(xiàn)的可行性和THUMS4.0人體模型的有效性。
　　(4)行人顱腦損傷力學(xué)機(jī)制分析
　　通過(guò)多剛體動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行事故過(guò)程重建,以獲得行人頭部的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)過(guò)程,將其作為初始條件,利用有限元分析法在THUMS4.0頭部有限元模型基礎(chǔ)上對(duì)行人損傷過(guò)程進(jìn)行重建,進(jìn)行“真人”顱腦損傷力學(xué)機(jī)制的研究。結(jié)果顯示,當(dāng)顱內(nèi)壓力超過(guò)301kpa時(shí),或者當(dāng)腦部等效應(yīng)力超過(guò)16.5kpa時(shí),行人會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重顱腦損傷;當(dāng)顱骨等效應(yīng)力超過(guò)10.