基于典型交通事故的顱腦損傷力學機制研究.pdf

1、顱腦撞擊傷是交通事故中常見的傷類,根據(jù)國外統(tǒng)計資料,顱腦撞擊傷的發(fā)生率高達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地位,再加上我國人車混雜的復雜道路環(huán)境,使我國成為行人交通事故多發(fā)的國家之一,而顱腦損傷是導致行人死亡的主要原因,因此對行人顱腦撞擊傷的研究具有重要意義。
　　目前,用于實驗研究的模型包括人尸體模型、動物模型、物理模型以及力學分析模型。動物和人體在結構、外形和受力過程等諸方面存在較大差異,無法將

2、動物實驗的定量結果直接推廣到人體上。尸體具有和活體相同的解剖結構,但因組織降解,缺少沖擊對機體造成的生理或病理反應的直接觀察。物理模型穩(wěn)定性好,避免了生物材料的個體差異,但主要適用于理論研究。建立力學分析模型來進行傷害機理的分析是非常必要的手段,它能相對容易地在模型的指定位置上計算出因撞擊而引起的顱腦組織的應力和應變,從而對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,顱骨變形對大腦沖擊響應的影響無法估測,且通過這些力

3、學模型計算出的結果還必須通過實驗研究進行驗證,限于實驗條件的限制,有些結果是可以驗證的而部分結果是無法驗證的。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,采用真實交通事故結合力學分析模型進行研究,可彌補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的車-人交通事故以獲取事故發(fā)生過程,對傷亡人員進行CT斷層掃描獲取損傷細節(jié),并用3D激光掃描系統(tǒng)采集事故車輛和現(xiàn)場信息。在此基礎上結合多剛體動力學軟件

4、MADYMO和有限元分析軟件LS-DYNA進行事故過程和人體損傷過程的重建。通過典型交通事故的深度分析和顱腦力學模型的有限元分析,開展“真人”顱腦損傷的量效關系研究,分析行人頭部各種物理參數(shù)與損傷風險的關系,進而深入探討其生物力學機制。為行人頭部損傷防護、顱腦交通傷的臨床治療、汽車安全設計提供參考依據(jù),具有現(xiàn)實的經(jīng)濟和社會意義。
　　主要研究方法和結論:
　　(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、均由作者在導師團隊成立的交通事故司法鑒定中心的平臺上進行采集,每一案例均記錄了詳細的信息,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,能清晰看見整個事故過程以及行人碰撞時的姿態(tài),空中飛行姿態(tài),能通過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,能準確確定碰撞點以及詳細的車輛、行人信息。選擇的依據(jù)是:行人遭受了AIS2級以上的頭部損傷。

6、r>　　(2)基于車-人事故過程重建的顱腦力學響應分析
　　使用多剛體動力學仿真分析軟件MADYMO建立汽車-行人碰撞仿真模型,通過對事故過程的模擬,研究事故發(fā)生時車輛以及行人的運動軌跡,從空間和時間上確定事故每個階段的發(fā)生過程。通過分析與人體損傷相關的力學響應參數(shù),預測和評估汽車-行人相撞事故中行人頭部的損傷風險。結果顯示,車輛碰撞速度越高,行人顱腦損傷越嚴重;SUV型車撞擊行人時,行人顱腦損傷嚴重度相對于轎車和面包車撞擊行人時

7、高;行人顱腦損傷嚴重度與行人不同部位受到撞擊有關;行人頭部與地面接觸是低速(20、30km/h)撞擊行人時,行人顱腦損傷嚴重的原因,而碰撞速度大于等于40km/h時,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人體模型進行了損傷過程的再現(xiàn),并將仿真分析結果與CT掃描結果和尸檢結果進行了比較分析,說明了利用有限元仿真分析技術進行行人

8、損傷過程再現(xiàn)的可行性和THUMS4.0人體模型的有效性。
　　(4)行人顱腦損傷力學機制分析
　　通過多剛體動力學方法進行事故過程重建,以獲得行人頭部的動力學響應過程,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上對行人損傷過程進行重建,進行“真人”顱腦損傷力學機制的研究。結果顯示,當顱內(nèi)壓力超過301kpa時,或者當腦部等效應力超過16.5kpa時,行人會出現(xiàn)嚴重顱腦損傷;當顱骨等效應力超過10.