车辆碰撞事故中颅脑损伤建模与伤害评价研究

【摘要】创伤性颅脑损伤（TBI）一直是被社会所关注的公共健康问题。头部又是人身体中最脆弱的部分，在交通事故中头部发生损伤的概率为54%，其致死率为68%。颅脑损伤不仅能够使家庭成员长期遭受认知、行为以及精神方面的障碍，而且给社会造成了庞大的经济负担。真实交通事故中，乘员头部会产生颅骨骨折、脑挫裂伤以及弥漫性脑损伤等多种伤害形式，这都是使用碰撞假人无法观察到的。因此，开展碰撞条件下的颅脑损伤生物力学响应以及损伤机理的研究，对于降低头部伤害的发生率、预测交通事故中头部损伤的概率具有重要意义。本文基于某50百分位中国人男性志愿者的CT以及MRI扫描数据建立了具有主要人体头部解剖学结构的三维颅脑有限元模型。首先利用专业的医学三维重构软件Mimics对头部进行三维几何重建，接着运用ICEM以及Hypermesh软件对所建立的头部几何模型进行网格划分，得到最终的颅脑三维有限元模型。模型描述了脑膜、大脑、小脑、脑干、胼胝体、脑室、脑脊液、颅骨（松质骨和密质骨）、面骨、头皮、脑镰以及脑幕等主要人体头部解剖学结构，模型共包含94490个六面体单元，以及19949个壳单元，模型总质量约为4.5kg。颅脑有限元模型采用的材料属性主要参考已发表的相关文献。基于国外经典尸体实验数据对有限元模型生物力学响应的稳定性和有效性进行验证。验证实验包括Nahum颅内压实验，Hardy颅-脑相对位移实验，Trosseille颅内动力学响应实验以及Yoganandan头部跌落实验。在LS-DYNA软件中，重现四个经典实验情况，分别将仿真结果与实验数据进行比较。结果表明，仿真分析结果与实验数据吻合较好，模型具有较好的有效性和生物逼真度。模型可用于头部接触力、颅内压力、头部加速度、脑组织应变等生物力学相关损伤的分析。在模型验证的基础上，选取Nahum颅内压实验，Hardy颅-脑相对位移实验研究了三种不同颅-脑接触方式类型对头部响应的影响，结果表明颅内压力对颅-脑接触方式非常敏感，而颅-脑相对位移量几乎不受颅-脑接触方式的影响。最后运用该头部有限元模型进行头部与不同倾斜角度泡沫缓冲垫片的碰撞和头部与B柱不同速度的碰撞的仿真，研究头部不同碰撞运动形式（头部平移运动以及旋转运动）生物力学响应以及损伤机理。根据仿真结果，通过分析头部的HIC值以及与损伤生物力学相关的物理参数对头部损伤做出具体的评价。结果表明，头部的不同碰撞运动形式会导致不同的颅脑损伤，HIC在预测脑损伤或者特定的损伤能力具有一定的局限性，且头部碰撞接触力，颅内压力以及脑组织的应力应变等与损伤相关的物理参数，能够更全面有效的反映颅脑损伤情况。
【作者】胡浩；
【导师】宋学伟；
【作者基本信息】吉林大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】车辆碰撞；头部损伤；有限元；损伤评价；

【参考文献】
[1]郑亚楠.生产性公共品供给与劳动收入份额变动[D].浙江工商大学,西方经济学,2013,硕士.
[2]康万胜.云环境中密文多关键词排序查询研究[D].华中科技大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[3]黎静雅.语用预设视域下情景喜剧《生活大爆炸》中幽默的产生机制研究[D].南昌航空大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[4]杨丹.人工蜂群算法的改进及应用研究[D].安徽大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[5]田欣欣.旋流输送摩擦纺纱的机械分析与工艺优化[D].青岛大学,纺织材料与纺织品设计,2013,硕士.
[6]高成元.人居环境下的当代城市建筑组群模糊空间系统研究[D].湖南大学,建筑学,2012,硕士.
[7]周长长.短纤维增强聚合物气辅注射成型的模拟及实验研究[D].南昌大学,材料加工工程,2014,硕士.
[8]陈明.含POSS功能聚硅烷的合成及其性能研究[D].湖北大学,高分子化学与物理,2011,硕士.
[9]孙守龙.准连续网状（TiB_2+Al_2O_3）/2024Al复合材料的制备及力学性能研究[D].哈尔滨工业大学,材料学,2013,硕士.
[10]高广曦.四川建行采购策略与采购风险管理[D].电子科技大学,工商管理（专业学位）,2012,硕士.
[11]付广,张发强.利用声波时差资料求取烃盖层异常含气浓度的方法及其应用[J].石油地球物理勘探,1998,04:511-518+572.
[12]李思源,温旭东,陈亚茹,李祖贻,陈世陵,徐平.环缝未焊透缺陷对圆筒形容器承载能力的影响[J].石油化工设备.1992(03)
[13]陆衡.基于社会网络的学术博客知识交流研究[D].华中师范大学,情报学,2012,硕士.
[14]刘建成,蒋新华,吴今培.TSK模糊模型的协同进化学习方法[J].控制与决策,2005,04:439-443.
[15]张杰.贵阳市民营企业营销信息系统发展现状[D].贵州财经大学,企业管理,2013,硕士.
[16]周振华.黄芪多糖对脂多糖诱导大鼠心肌细胞肥大的保护作用[D].辽宁医学院,药理学,2012,硕士.
[17]吉楠.CK煤业公司市场营销策略研究[D].西北大学,工商管理（专业学位）,2012,硕士.
[18]李玉皎,韩晓华,李民.环保型机械爆钝简介[J].材料保护,2013,04:62-63.
[19]武晓丽.北方土石山区土壤结构与水分运移研究[D].北京林业大学,水土保持与荒漠化防治,2013,硕士.
[20]王伟.高铁接触网吊弦疲劳特性研究[D].西南交通大学,电力系统及其自动化,2014,硕士.
[21]任方琴.基于频域的心音身份识别算法[D].杭州电子科技大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[22]高霜.高中化学新课程背景下优化备课质量研究[D].内蒙古师范大学,教育（专业学位）,2013,硕士.
[23]孔娟娟.我国村镇银行发展趋势研究[D].山东大学,政治经济学,2013,硕士.
[24]郑晓丹.中国水彩艺术现状研究[D].鲁东大学,美术学,2014,硕士.
[25]曾范永.气爆技术提高煤体渗透性规律的研究[D].辽宁工程技术大学,工程力学,2012,硕士.
[26]阮红.数据挖掘:商业银行私金业务发展的启动器[J].新金融,2003,06:24-25.
[27]国一凡.合而为宜的BI[J].软件世界,2005,06:50-51.
[28]胡明.光学曲面在线测量系统研究[D].吉林大学,机械工程,2014,硕士.
[29]郭敏.γ-分泌酶抑制剂对铂耐药卵巢癌细胞化疗敏感性影响的研究[D].河北医科大学,妇产科学,2014,硕士.
[30]尚书敬,张有仁,刘洁.RCR:一种面向金融时间序列的相似度量模型[J].华东理工大学学报(自然科学版),2005,06:775-777+811.
[31]张文明.基于数字摄影图像处理的皮革面料边缘提取和疵点寻边技术[D].上海工程技术大学,服装设计与工程,2010,硕士.
[32]胡德江.山东省文化企业集群化发展战略研究[D].山东大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[33]李世宇.轨道移频信号特征频率提取嵌入式软件设计[D].哈尔滨理工大学,通信与信息系统,2012,硕士.
[34]刘振武,撒利明,董世泰,刘兵,方新宇.主要地球物理服务公司科技创新能力对标分析[J].石油地球物理勘探,2011,01:155-162+164+176.
[35]张高飞.认知无线电频谱感知和功率分配研究[D].浙江工业大学,2013.
[36]聂林浩.基于数据挖掘的汽车多地形可选驾驶辅助系统MTS的研究与实现[D].湖北大学,系统分析与集成,2012,硕士.
[37]邱文青.在线版权实施：网络服务提供者的角色和责任[D].中国政法大学,法律,2013,硕士.
[38]吴玉良.川贝母流浸膏质量标准的研究[D].成都中医药大学,药剂学,2012,硕士.
[39]曾春华,张春,马琨.对工科物理教学改革的探讨[J].云南大学学报(自然科学版),2014,S2:183-186.
[40]张震霖.外挂物投放技术的数值方法研究[D].西北工业大学,流体力学,2004,硕士.
[41]桂林,王祥珩,孙宇光,王维俭.巨型水轮发电机定子绕组设计建议——由发电机主保护定量化设计引出的反思[J].电力系统自动化,2009,04:45-48+81.
[42]王一平.CYP19基因多态性与胆囊结石成因的相关性研究[D].遵义医学院,外科学,2012,硕士.
[43]孙香冰.金属有机配合物DMIT类材料的三阶非线性光学特性研究[D].山东大学,2007.
[44]刘晓洪.胃癌患者手术前、后血清VEGF及NO检测的临床意义[D].苏州大学,肿瘤学,2003,硕士.
[45]吴先发.改革开放后我国农村社会稳定问题研究[D].湖南工业大学,马克思主义中国化研究,2012,硕士.
[46]叶志鹏.监控视频中群体状态检测与预报方法研究[D].哈尔滨工业大学,计算机技术,2013,硕士.
[47]杨振京,徐建明.孢粉-植被-气候关系研究进展[J].植物生态学报,2002,S1:73-81.
[48]李媛媛.中职铁路专业语文教学的现状及对策研究[D].河北师范大学,学科教学,2012,硕士.
[49]张进兵.聚ε-己内酯/石墨烯纳米复合材料的制备、结构与性能[D].北京化工大学,2012.
[50]王小磊.硫化氢抑制高糖诱导的内皮细胞炎症的机制[D].山东大学,内科学,2013,硕士.