三歲兒童頭部有限元模型的構建及顱腦損傷響應研究.pdf

1、兒童頭部損傷生物力學的重要研究內容是探究兒童頭部損傷機理及其耐受極限，從而為兒童頭部保護裝置和安全系統(tǒng)的開發(fā)提供理論支撐和生物力學數據。近幾十年來，應用真實的頭部有限元模型進行尸體實驗重構和事故碰撞仿真已成為研究頭部損傷生物力學的重要手段，而兒童頭部模型的生物仿真度、顱腦組織材料參數的選取及仿真實驗條件的設置在很大程度上影響模型在預測兒童頭部損傷時的準確性。
　　本研究基于國內外近幾十年來針對兒童頭部損傷生物力學研究領域所構建的兒

2、童頭部有限元模型進行綜述，從模型的構建方法、單元屬性、驗證方法以及模型應用等方面進行全面總結，并基于前人所構建模型的優(yōu)缺點，建立了真實的三歲兒童頭部有限元模型，該模型區(qū)分了兒童腦組織的灰質與白質，提取并劃分出腦室、海馬體、間腦等腦深部組織結構，是目前國內外兒童頭部有限元模型中解剖學結構最為詳細的模型之一，通過重構兒童頭部尸體實驗，驗證了模型的有效性。
　　應用已驗證的三歲兒童頭部有限元模型進行沖擊仿真，通過實驗設計和方差分析，探討

3、直接沖擊載荷條件下的顱腦組織材料參數對兒童頭部沖擊響應的影響。結果表明，顱骨彈性模量及腦組織粘彈性材料對兒童頭部沖擊響應具有顯著性影響。
　　首次采用對撞的加載方式探究不同年齡兒童頭部在同一沖擊載荷條件下的顱腦響應差異，進而探討目前汽車安全法規(guī)中使用相同的基于線性加速度的頭部損傷判斷準則(HIC值不大于1000)來評估不同年齡兒童頭部損傷的合理性。結果表明，同一沖擊條件下，三歲兒童頭部HIC值較六歲兒童大，在碰撞過程中，當六歲兒童

4、頭部剛好要發(fā)生損傷時，三歲兒童頭部可能已經發(fā)生較嚴重的頭部損傷，建議針對年齡較小的兒童使用較小的HIC值來評價其頭部損傷。
　　借助兒童及成人頭部有限元模型進行轉動仿真，對比研究兒童腦震蕩即彌漫性軸索損傷(DAI)的損傷閾值，根據仿真結果計算得到了以CSDM和MPS兩種預測指標為基礎的兒童腦損傷風險曲線?；贑SDM和MPS兩種預測指標只能通過有限元模型計算得到而無法直接檢測的缺點，本文進一步研究得到產生相同腦損傷時的頭部轉動角速