行人汽車碰撞損傷研究中的人體頭部有限元建模方法

王群　范李暉　王娟　李美瑩　顏瀟　童燮　羊玢　吳廖華

摘要：為了研究行人汽車碰撞事故中人體頭部的生物力學響應和損傷機理，建立了一種具有詳細解剖學特征的人體頭部有限元模型，并且基于國外經典尸體模型實驗，驗證新建模型的生物逼真度。結果表明，該模型能有效地模擬汽車碰撞事故，為車輛碰撞事故中人體頭頸部損傷安全防護裝置研制提供理論依據。

關鍵詞：汽車碰撞，頭部有限元模型，損傷生物力學

中圖分類號： R641 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）05（a）-0000-00

0前言

在發生交通事故時，頭部損傷因其致命性已成為最嚴重的交通損傷。對人體頭部的損傷研究能有效提高對其的防治水平。近年來，在損傷研究領域，頭部有限元分析法得到了較大的發展，多種有限元模型相繼被建立[1-2]。精確的人體頭部有限元模型進行的動力分析和預測性計算對研究顱腦損傷機理有重要的參考價值，具有很強的實用性和經濟性。

1人體頭部有限元模型的建立

1.1有限元模型構建的總體框架

本研究提出了具有人體解剖學結構的頭部有限元模型的構建過程。模型幾何數據來源于50百分位成年男性人體的解剖學結構尺寸。模型建立整個過程可以大致分成圖像采集、數字圖像預處理、三維重建、有限元模型建立等幾個主要步驟。

1.2人體頭部有限元模型的建立步驟

1.2.1圖像采集

對所要研究的顱腦進行斷層掃描（CT）和核磁共振掃描（MRI），獲得斷層圖像；通過斷層掃描獲得的橫斷面圖像準確，圖像清晰，有很高的密度分辨率，能夠較好地顯示骨結構，即使是緊湊型和松質的骨組織CT 成像也有效，但其中以自動化的強度為基礎的分割算法不適用于區分 CT 圖像中的各種軟組織。……