项目名称: 脑震荡致伤机理的参数化有限元仿真研究

项目编号: No.81471274

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 医药、卫生

项目作者: 阮世捷

作者单位: 天津科技大学

项目金额: 80万元

中文摘要: 研究表明,因脑震荡引起的暂短昏迷、意识丧失和记忆缺失与海马体、丘脑、间脑和其他脑白质等深度脑器官受损密切相关。基于这种假设,本项目在本课题组已研发的具有高仿真解剖结构的中国人第5、50、95百分位和6岁儿童的头部有限元模型基础上,针对原始模型的CT医学扫描影像,进一步深耕,对大脑深部器官如胼胝体、第三脑室、海马体、丘脑、中脑、脑桥等器官重构其准确解剖位置,并重新进行精准的模型建设。通过对重新构建的4个模型的非线性、大变形有限元法计算和参数化分析,求解不同个体头部在不同外载撞击条件下大脑深处的损伤响应。模拟、分析大脑深处的胼胝体、丘脑、海马体等和其他脑白质在外载荷下与生物组织层次的应力-应变响应关系;寻找这些应力、应变与外在撞击载荷的变化规律;从而认识脑震荡的发生规律,探讨脑震荡的致伤机理;进而提出脑震荡损伤判断准则;最后建立以有限元模型为基础的脑震荡损伤评估体系。

中文关键词: 脑震荡;创伤性脑外伤;参数化;有限元仿真;脑深部结构

英文摘要: Researches have been reported that short term coma, loss of consciousness and loss of memory due to traumatic concussion were closely related to the damages of hippocampus, thalamus, diencephalon and other white matter in deep of the brain because of external loads. Based on this hypothesis, 4 new modified finite element human head models for the 5th, 50th, 95thpercentile adult and 6-year old child heads are proposing. These models will be built upon the previously published high biofidelic finite element models of the human heads, representing the 5th, 50th, 95thpercentile adult and 6-year old child heads, by deep diving into the internal structures of the brains such as the corpus callosum, the third ventricle, hippocampus, diencephalon, thalamus, mid-brain, pons and other white matter. The accurate anatomical boundaries of these organs will be extracted from the original CT scan images for which these 4 models were first developed. Impact simulations under various loading conditions and parametric studies will be performed using the newly created 4 models through non-linear large deformation finite element computation and analysis. Injury responses from those deep brain organs as mentioned above will be investigated further by tissue-level stress-strain analysis. The relationship between external loading conditions and tissue-level stress-strain will be simulated and analyzed; variation trends between external loads and tissue-level stress-strain among the 4 models will be studied; factors affect traumatic concussion will be identified and injury mechanisms will be proposed; injury criterion for concussion will be established; and finally finite element model-based traumatic concussion assessment system will be proposed.

英文关键词: concussion;traumatic brain injury;parametric;finite element modelling;deep brain structure

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