曹立波 傅嘯龍* 張冠軍 李 娜

1(湖南大學(xué)汽車車身先進(jìn)設(shè)計(jì)制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410082)2(中南大學(xué)湘雅三醫(yī)院放射科，長(zhǎng)沙 410083)

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腦外傷血腫膨脹與顱內(nèi)壓增高的有限元模擬分析

曹立波1傅嘯龍1*張冠軍1李 娜2

1(湖南大學(xué)汽車車身先進(jìn)設(shè)計(jì)制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410082)2(中南大學(xué)湘雅三醫(yī)院放射科，長(zhǎng)沙 410083)

利用具有高度解剖學(xué)細(xì)節(jié)的GHBMC有限元頭部模型，建立符合患者頭部在受到創(chuàng)傷后出現(xiàn)腦血腫的占位效應(yīng)，并提出一種采用氣體分子動(dòng)力學(xué)顆粒法模擬顱腦血腫導(dǎo)致顱內(nèi)壓變化的新思路。通過(guò)醫(yī)學(xué)圖像軟件Mimics得到患者頭部血腫幾何模型與病變位置，調(diào)整已驗(yàn)證的GHBMC成人頭部有限元模型，使其符合實(shí)際患者頭部病變的幾何特征，之后采用氣體分子動(dòng)力學(xué)顆粒法模擬腦血腫引起的顱內(nèi)壓變化。兩組仿真中顱腦側(cè)腦室偏移量分別為4.6 和5.6 mm，腦中線偏移量分別為4.3和4.1 mm，顱內(nèi)壓數(shù)值分別穩(wěn)定在(2 680±20)和(2 618±18)Pa。實(shí)際患者顱腦側(cè)腦室偏移量分別為4.8和4.9 mm，腦中線偏移量分別為3.7和3. 9 mm，顱內(nèi)壓數(shù)值分別為2 800和2 666 Pa。仿真數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)基本吻合，表明采用氣體分子動(dòng)力學(xué)顆粒法來(lái)模擬分析血腫膨脹與顱內(nèi)壓增高的方法在理論上可行，為進(jìn)一步臨床應(yīng)用提供理論依據(jù)。

顱內(nèi)壓；氣體分子動(dòng)力學(xué)；有限元；腦血腫；偏移量

引言

顱內(nèi)壓是指顱腔內(nèi)容物對(duì)顱腔壁所產(chǎn)生的壓力，其增高病理基礎(chǔ)是顱腔內(nèi)容物的增多，主要包括腦體積的增加，如腦血腫、腦水腫、腦腫瘤等，而腦血腫與腦水腫是顱內(nèi)壓增高最常見的因素[1]。目前，顱內(nèi)壓是神經(jīng)外科臨床與科研的重要指標(biāo)，對(duì)臨床手術(shù)時(shí)機(jī)起到?jīng)Q定性作用，其測(cè)量方法分為有創(chuàng)性與無(wú)創(chuàng)性兩種。臨床上常用的有創(chuàng)性顱內(nèi)壓測(cè)量方法有腦室法、硬膜下法、蛛網(wǎng)膜下法、硬膜外法、腰椎穿刺法等[2]，通常是以腦室內(nèi)壓為代表, 可在椎管蛛網(wǎng)膜下腔經(jīng)腰椎穿刺測(cè)得,也可由硬腦膜外測(cè)得[3]。無(wú)創(chuàng)性顱內(nèi)壓測(cè)量方法有視網(wǎng)膜靜脈壓測(cè)壓法、前囟測(cè)壓法、經(jīng)顱多普勒測(cè)壓法[4]。臨床上常用有創(chuàng)性顱內(nèi)壓測(cè)量法，但存在著易對(duì)患者造成交叉感染、風(fēng)險(xiǎn)性高、穿刺失敗、顱腦水腫或感染、操作復(fù)雜、測(cè)量不準(zhǔn)確、較大創(chuàng)傷等缺陷和不足。而無(wú)創(chuàng)性測(cè)量法多是通過(guò)間接手段獲得的，不能測(cè)得顱內(nèi)真實(shí)壓力，并且測(cè)量精度和效果都不令人滿意。

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件能力的不斷提高，數(shù)字化仿真技術(shù)取得很大的進(jìn)展，有限元方法逐漸成為研究頭部損傷的重要手段。有限元模型具有高度解剖學(xué)特征，并且能用于顱內(nèi)應(yīng)力、應(yīng)變及其他各種相關(guān)特征參數(shù)的研究[5]。岳獻(xiàn)芳等在2007年采用有限元分析顱骨和硬腦膜黏彈性隨顱內(nèi)壓變化的方法[6]，得到顱內(nèi)壓變化將引起顱骨表面輕微應(yīng)變的結(jié)果，從而提出采用微創(chuàng)顱內(nèi)壓應(yīng)變電測(cè)法[7]。然而，此種方法是間接監(jiān)測(cè)顱內(nèi)壓，并不能觀測(cè)到患者實(shí)際顱內(nèi)壓力的數(shù)值和腦內(nèi)組織的變形。本研究提出利用具有高度解剖學(xué)特征的成人頭部有限元模型與氣體分子動(dòng)力學(xué)模擬腦血腫膨脹與顱內(nèi)壓增高的方法，可以直觀觀測(cè)到腦血腫膨脹引起的腦組織變形的占位效應(yīng)與各部分腦組織的壓力數(shù)值，并且可以根據(jù)壓力云圖獲得顱內(nèi)壓力的最大位置，為臨床上顱內(nèi)壓探頭的植入提供準(zhǔn)確的位置。

1 有限元模型與研究方法

1.1 頭部有限元模型的調(diào)整

模型來(lái)自經(jīng)過(guò)35組實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的GHBMC男性頭部有限元模型[8]，包含了硬腦膜、軟腦膜、蛛網(wǎng)膜、腦鐮、小腦幕、腦脊液、側(cè)腦室、第三腦室、大腦(灰質(zhì)和白質(zhì))、小腦、胼胝體、丘腦、腦干、基底節(jié)、矢狀竇、顱骨、面骨、下頜骨、頭皮、皮膚等詳細(xì)的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)。模型包括了270 552個(gè)單元，其中150 074個(gè)六面體單元，352個(gè)五面體單元，60 828個(gè)四面體，45 140個(gè)四邊形殼單元，14 136個(gè)三角形殼單元和22個(gè)一維梁?jiǎn)卧⑶揖W(wǎng)格質(zhì)量較好，如圖1所示。

圖1 CHBM成人頭部有限元模型Fig.1 FE head model of the GHBMC

由于本課題主要研究顱腦損傷中血腫膨脹與顱內(nèi)壓的增高，所以并不需要面骨、下頜骨、頭皮、皮膚等結(jié)構(gòu)，只需要顱骨及顱內(nèi)腦組織結(jié)構(gòu)，故將模型簡(jiǎn)化。簡(jiǎn)化后的模型包含了硬腦膜、軟腦膜、蛛網(wǎng)膜、腦鐮、小腦幕、腦脊液、側(cè)腦室、第三腦室、大腦(灰質(zhì)和白質(zhì))、小腦、胼胝體、丘腦、腦干、基底節(jié)、矢狀竇等結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

1.2 氣體分子動(dòng)力學(xué)顆粒法理論

氣體分子動(dòng)力學(xué)顆粒法(corpuscular particle method，CPM)的應(yīng)用始于2006年，主要應(yīng)用在汽車安全氣囊仿真分析中[9]。利用氣體分子動(dòng)力學(xué)顆粒法模擬腦血腫膨脹時(shí)，能準(zhǔn)確模擬出腦血腫的體積、腦血腫引起的占位效應(yīng)以及腦部組織的壓力。模擬血腫膨脹展開過(guò)程是將血腫內(nèi)氣體近似為理想氣體處理，基于理想氣體定律及分子動(dòng)力學(xué)理論保持血腫中總的平動(dòng)動(dòng)能不變，將氣體分子離散為少數(shù)大尺寸剛性球形粒子來(lái)簡(jiǎn)化等效，如圖3所示。在氣體質(zhì)量、動(dòng)量及能量守恒前提下，從微觀角度研究因熱運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致粒子間及粒子與血腫外壁的相互碰撞，以獲取血腫內(nèi)壓強(qiáng)及內(nèi)能等狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系。

(1)

(2)

(3)

1.3 有限元仿真與驗(yàn)證

車禍中的顱腦外傷經(jīng)常伴隨著腦血腫的產(chǎn)生，本研究選擇由湘雅第三附屬醫(yī)院統(tǒng)計(jì)的兩例腦外傷事故進(jìn)行仿真。事故1：一名35歲成年男子在駕駛電動(dòng)摩托車上班時(shí)，被一輛摩托車撞倒在地，導(dǎo)致顱腦外傷，CT檢查顯示傷情為左顳頂葉腦出血。事故2：一名57歲成年男子駕駛摩托車發(fā)生車禍，隨即撞倒在地引起顱腦外傷，CT檢查顯示傷情為右側(cè)額葉血腫。由于患者在做CT掃描時(shí)腦組織腫塊已經(jīng)生成，因此腫脹過(guò)程需要分為兩步進(jìn)行模擬：第一步，利用醫(yī)學(xué)數(shù)字影像軟件Mimics獲取腦血腫的體積大小、位置及腦組織變形情況，之后在仿真中模擬血腫膨脹到實(shí)際體積大小，并模擬占位效應(yīng)引起腦組織變形，以符合患者實(shí)際側(cè)腦室與腦中線移位情況；第二步，在符合患者腦部占位效應(yīng)的基礎(chǔ)上，采用氣體動(dòng)力學(xué)顆粒法向腦血腫中充入氣體模擬顱內(nèi)壓的升高，并利用臨床上測(cè)得的顱內(nèi)壓數(shù)據(jù)對(duì)仿真中測(cè)得的壓力進(jìn)行驗(yàn)證。具體流程見圖4。

圖4 腦血腫膨脹仿真及顱腦損傷分析流程Fig.4 The process of the expansive simulation of cerebral hematoma and analysis of brain injury

1.3.1 血腫膨脹的有限元模擬

由Mimics軟件獲取兩個(gè)患者腦血腫的位置與實(shí)際體積可知：患者1的CT圖像顯示，腦血腫位于左側(cè)顳頂葉，并擠壓側(cè)腦室，使其偏移腦中線，患者2的CT圖像顯示，腦血腫位于右額葉，并擠壓側(cè)腦室，使其嚴(yán)重偏移腦中線。在HYPERMESH軟件中建立符合腦血腫體積的模型，采用折疊安全氣囊的方法對(duì)腦血腫模型進(jìn)行折疊[11]，之后將折疊好的模型放入有限元頭部模型中。利用氣體動(dòng)力學(xué)顆粒法使血腫膨脹，獲得腦血腫體積及腦血腫引起的占位效應(yīng)數(shù)據(jù)，兩組患者CT與仿真對(duì)比圖像分別見圖5、6。

圖5 患者1的腦血腫膨脹仿真圖像(左)與CT圖像(右)對(duì)比Fig.5 The expansive image of cerebral hematoma of patient 1 in simulation(left)compared with CT image (right)

圖6 患者2腦血腫膨脹仿真圖像(左)與CT圖像(右)對(duì)比Fig.6 The expansive image of cerebral hematoma of patient 2 in simulation(left)compared with CT image (right)

1.3.2 顱內(nèi)壓的有限元模擬

在符合患者腦組織占位效應(yīng)的有限元模型上，采用氣體動(dòng)力學(xué)顆粒法進(jìn)行顱內(nèi)壓力的模擬。通過(guò)調(diào)用LSDYNA中的關(guān)鍵詞Particle[12]向腦血腫充入一定量的氣體，利用氣壓模擬腦血腫對(duì)周圍腦組織的壓力。同時(shí)，根據(jù)患者1和患者2的資料，分別在左頂葉腦實(shí)質(zhì)與右額葉蛛網(wǎng)膜位置獲取仿真中的顱內(nèi)壓力。由于在實(shí)際中不能對(duì)所有的氣體分子進(jìn)行建模得到一個(gè)穩(wěn)定的壓強(qiáng)，所以只能通過(guò)降噪、濾波得到近似的穩(wěn)定壓力曲線[13]。臨床上所測(cè)得的顱內(nèi)壓是特定時(shí)間的壓力，所以在仿真中前40 ms充入氣體使壓力增高，后20 ms是顱內(nèi)壓力穩(wěn)定的狀態(tài)?；颊?顱內(nèi)壓力穩(wěn)定在(2 680±20)Pa，患者2顱內(nèi)壓力穩(wěn)定在(2 616±18)Pa，如圖7所示。

圖7 兩組患者的仿真顱內(nèi)壓力曲線。(a)患者1的左頂葉腦實(shí)質(zhì)壓力曲線；(b)患者2的右額葉蛛網(wǎng)膜壓力曲線Fig.7 The curve of intracranial pressure of two patients in simulation. (a) The curve of intracranial pressure of patient 1 in simulation；(b) The curve of intracranial pressure of patient 2 in simulation

1.3.3 模型驗(yàn)證

腦血腫的生成，造成顱腔內(nèi)容物的增加，從而就會(huì)擠壓其他腦組織，造成占位效應(yīng)并伴有腦室系統(tǒng)及腦中線結(jié)構(gòu)的移位，同時(shí)顱內(nèi)壓力增高[14]。由于臨床上將CT圖像中觀察到腦中線與側(cè)腦室移位情況、顱內(nèi)壓數(shù)值作為診斷標(biāo)準(zhǔn)[15]，所以本研究將以腦中線與側(cè)腦室移位數(shù)值、顱內(nèi)壓力數(shù)值對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。兩組患者側(cè)腦室移位、腦中線移位情況與實(shí)際情況擬合較好，符合患者占位效應(yīng)，并且仿真中測(cè)得的顱內(nèi)壓數(shù)值與實(shí)際相差不大，在患者顱內(nèi)壓輕度增高的范圍內(nèi)，如圖8、9所示?；颊?的側(cè)腦室、腦中線和顱內(nèi)壓數(shù)值與實(shí)際數(shù)值相差0.2 和0.4 mm、(120±20)Pa，患者2的側(cè)腦室、腦中線和顱內(nèi)壓數(shù)值與實(shí)際數(shù)值相差0.7和0. 2 mm、(50±18)Pa，如表1所示。

圖8 兩組患者的仿真?zhèn)饶X室移位(左)與實(shí)際側(cè)腦室移位(右)對(duì)比。(a)患者1；(b)患者2Fig.8 The displacement of lateral ventricle of the two groups of patients in simulation(left)compared with the actual displacement of lateral ventricle(right).(a)Patient 1；(b)Patient 2

圖9 兩組患者的仿真腦中線移位(左)與實(shí)際腦中線移位(右)對(duì)比。(a)患者1；(b)患者2Fig.9 The displacement of brain-midline of the two groups of patients in simulation(left)compared with the actual displacement of brain-midline(right).(a)Patient 1；(b)Patient 2

患者編號(hào)側(cè)腦室最大偏移量/mm顱內(nèi)壓力/Pa腦中線最大偏移量/mm仿真數(shù)值實(shí)際數(shù)值仿真數(shù)值實(shí)際數(shù)值仿真數(shù)值實(shí)際數(shù)值146482680±2028004337256492616±1826664139

2 仿真結(jié)果

2.1 腦組織損傷

顱內(nèi)壓是臨床神經(jīng)外科的重要觀察指標(biāo)，但在臨床上只能靠植入顱內(nèi)壓探頭獲得特定部位的顱內(nèi)壓力，且此部位并不一定是顱內(nèi)最大壓力之處，同時(shí)其余的腦組織的壓力并不能獲取[16]。圖10、11為兩組患者通過(guò)力傳感器測(cè)得顱內(nèi)壓達(dá)到穩(wěn)定值時(shí)，其他腦組織的顱內(nèi)壓力分布云圖。由圖11、12可知，患者1和患者2的蛛網(wǎng)膜、灰質(zhì)與白質(zhì)較高的壓力都集中在病變位置，越遠(yuǎn)離血腫病變位置，壓力越小?；颊?，蛛網(wǎng)膜最大壓力為3 124 Pa,灰質(zhì)與白質(zhì)最大壓力為3 294 Pa；患者2，蛛網(wǎng)膜最大壓力為4 272 Pa，灰質(zhì)與白質(zhì)最大壓力為5 730 Pa。兩組患者的蛛網(wǎng)膜、灰質(zhì)與白質(zhì)最大壓力均超過(guò)實(shí)際所測(cè)得的顱內(nèi)壓力，這可能是實(shí)際力傳感器的植入位置并不在血腫壓力的最大位置，所以實(shí)際測(cè)得的顱內(nèi)壓力均小于仿真中的最大壓力。

圖10 患者1的腦組織壓力云圖。(a)蛛網(wǎng)膜壓力云圖；(b)灰質(zhì)與白質(zhì)壓力云圖Fig.10 The stress contour of brain tissue of the patient 1. (a) The stress contour of arachnoid;；(b) The stress contour of gray and white matter

圖11 患者2的腦組織壓力云圖。(a)蛛網(wǎng)膜壓力云圖；(b)灰質(zhì)與白質(zhì)壓力云圖Fig.11 The stress contour of brain tissue of the patient 2. (a) The stress contour of arachnoid;；(b) The stress contour of gray and white matter

圖12 兩組患者的顱骨應(yīng)變?cè)茍D。(a)患者1顱骨應(yīng)變?cè)茍D；(b)患者2顱骨應(yīng)變?cè)茍DFig.12 The strain contour of the skull of patients. (a) The strain contour of the skull of patient 1;；(b) The strain contour of the skull of patient 2

2.2 顱骨應(yīng)變

圖12是患者1與患者2的顱骨應(yīng)變?cè)茍D。可以看出，隨顱內(nèi)壓的變化，顱骨外表面的應(yīng)變值很小且分布均勻，應(yīng)變值主要在0.002～0.17 με。兩組患者最大應(yīng)變位置都出現(xiàn)在枕骨大孔處?；颊?的顱骨外表面最大應(yīng)變值為1.375 με，患者2的顱骨外表面最大應(yīng)變值為0.8 με，符合參考文獻(xiàn)[6]中所提及顱內(nèi)壓在2 500 Pa左右時(shí)顱骨外表面最大應(yīng)變?yōu)?.4 με的情況。

3 討論

在臨床上，患者的顱內(nèi)壓數(shù)值只是顱內(nèi)壓探頭獲得的特定部位的壓力，其余腦組織的壓力并不能得知，并且植入顱內(nèi)壓探頭的位置只能依靠醫(yī)生的臨床經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定，這可能產(chǎn)生一定的誤差。本研究利用氣體動(dòng)力學(xué)顆粒法模擬腦血腫膨脹及顱內(nèi)壓的增高，通過(guò)腦中線與側(cè)腦室移位數(shù)值、顱內(nèi)壓力數(shù)值與臨床的數(shù)據(jù)對(duì)比，從而驗(yàn)證該方法的有效性。在此基礎(chǔ)上，可獲得患者腦組織壓力分布云圖與顱骨應(yīng)變?cè)茍D。由患者腦組織壓力分布云圖可知，越靠近腦血腫病變的位置壓力越大，并且最大正壓與負(fù)壓均出現(xiàn)在腦血腫病變位置，表明顱腦內(nèi)不同部位的腦組織應(yīng)力差異較大，較大壓力主要集中在病變位置。腦組織的應(yīng)力是由于受到腦血腫擠壓而產(chǎn)生的，因此靠近腦血腫部位的腦組織壓力較大，而遠(yuǎn)離腦血腫部分的腦組織壓力較小，這也是造成顱腦內(nèi)不同部位的腦組織應(yīng)力差異較大的原因。兩組仿真中灰質(zhì)與白質(zhì)的最大壓力均大于蛛網(wǎng)膜最大壓力，這是因?yàn)榛屹|(zhì)比白質(zhì)更接近腦血腫病變位置。臨床兩位患者顱內(nèi)壓數(shù)值分別為2 800與2 666 Pa，表明兩位患者顱內(nèi)壓輕微增高；而仿真壓力云圖顯示兩位患者腦組織的最大壓力分別為4 272與5 730 Pa，表明兩位患者顱內(nèi)壓分別為中度增高、重度增高[17]。造成一差異的主要原因可能是因?yàn)榕R床上不能準(zhǔn)確獲取患者顱內(nèi)壓力最大的位置，所以獲得的臨床顱內(nèi)壓數(shù)值可能低于壓力云圖中的最大數(shù)值。根據(jù)有限元仿真中顱內(nèi)壓力云圖最大的位置植入顱內(nèi)壓探頭，將能獲得更準(zhǔn)確的顱內(nèi)壓數(shù)值，同時(shí)臨床上可根據(jù)各部位腦組織的壓力做出更準(zhǔn)確的診斷。

兩組患者的顱骨應(yīng)變都較小，最大的應(yīng)變均出現(xiàn)在枕骨大孔附近，這是因?yàn)轱B內(nèi)壓增高時(shí)引起腦脊液向枕骨大孔流動(dòng)。由于本研究的有限元頭部模型建立了一層薄膜封住了枕骨大孔，因此腦脊液并不能從枕骨大孔流出，從而腦脊液擠壓枕骨大孔處的顱骨，造成此處出現(xiàn)較大的應(yīng)變。兩組仿真中顱骨應(yīng)變?cè)陲B內(nèi)壓為2 500 Pa左右時(shí)，最大應(yīng)變值為1.375和0.8 με，符合參考文獻(xiàn)[6]的研究，再次驗(yàn)證了本方法的有效性。

本研究的不足之處在于實(shí)際腦血腫的幾何形狀十分復(fù)雜，仿真的腦血腫只能大致擬合實(shí)際腦血腫的幾何形狀，符合實(shí)際腦血腫的體積，因此仿真中的腦中線與側(cè)腦室移位數(shù)值與實(shí)際數(shù)值有少許的差異。

4 結(jié)論

本研究根據(jù)CT圖像獲取兩組患者的腦血腫體積、病變位置以及側(cè)腦室和腦中線偏移量，在GHBMC模型真實(shí)解剖結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，模擬了患者在受到創(chuàng)傷后腦血腫的占位效應(yīng)。采用氣體動(dòng)力學(xué)顆粒法，模擬腦血腫膨脹及其所引起的顱內(nèi)壓變化。根據(jù)實(shí)際顱內(nèi)壓探頭植入的位置，仿真中所獲得的顱內(nèi)壓數(shù)值與實(shí)際數(shù)值基本吻合，同時(shí)側(cè)腦室與腦中線移位情況和偏移量均與實(shí)際相吻合，驗(yàn)證了此方法的有效性。在此基礎(chǔ)上，可觀察腦組織壓力分布情況，可獲得顱內(nèi)壓力的最大位置，為臨床上顱內(nèi)壓探頭的植入提供準(zhǔn)確的位置。

[1] 習(xí)望，姚志剛，孫曉立，等.持續(xù)顱內(nèi)壓監(jiān)測(cè)在高血壓腦出血術(shù)后的應(yīng)用 [J]. 中國(guó)醫(yī)藥導(dǎo)刊，2011(10)：1020-1021.

[2] Jackson SA, Piper I, Dunn L,etal.Assessment of the variation of cerebrovasculao reactive in head injured patients [ J ]. Acta Neurochur (Sup), 2000, 76:445-449.

[3] Bernhard S, Jens JS, Marek C,etal.A method for a simulation of continuous intracranial pressure curves [ J ]. Computers and Biomedical Research,1998, 31:231 -243.

[4] Eider, Framing. A new Method and Software for Quantitative Analysis of Continuous Intracranial Pressure Recordings [J]. Acts Neurochirurgica, 2001, 143(12):1237-1247.

[5] Hu J, Jin X, Lee JB,etal. Intraoperative brain shift prediction using a 3d inhomogeneous patient- specific finite element model [J]. Journal of Neurosurgery, 2007,106(1):164-169.

[6] 岳獻(xiàn)芳，王立，周峰，等.顱骨和硬腦膜隨顱內(nèi)壓變化的粘彈性有限元分析 [J]. 中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào)，2007，26(4)：556-560.

[7] 岳獻(xiàn)芳，王立，周峰，等.顱內(nèi)壓變化引起的顱骨表面應(yīng)變分析 [J]. 北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，28(12)：1144-1150.

[8] Mao Haojie, Zhang Liying, Jiang Binhui,etal. Development of a finite element human head model validated with thirty five loading cases from experimental and real world impacts[J]. Journal of Biomechanical Engineering, 2013,(135):1-12.

[9] Olovssn L. Corpuscular method for airbag deployment simulation in LS-DYNA[C]//The 6th European LS-DYNA Users Conference. Gothenburg:ERAB,2007(4)：61-70.

[10] 吳光強(qiáng)，吳奕嫻，等.汽車安全氣囊展開過(guò)程的仿真算法 [J]. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012,40(2)：281-285.

[11] 萬(wàn)鑫銘,楊濟(jì)匡.基于虛擬試驗(yàn)方法的氣囊折疊方式對(duì)離位乘員損傷影響的研究[J].汽車工程,2005,27(6):682-686.

[12] Yeh I, Chai L, Saha N. Application of ALE to airbag deployment simulation [J]. International Journal of Vehicle Safety. 2006 (4)：348-365.

[13] 汪娜，彭雄奇，張?jiān)?，?基于顆粒法的安全氣囊仿真及應(yīng)用分析 [J]. 上海交通大學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 48(8): 1079-1083.

[14] 江基堯.現(xiàn)代顱腦損傷學(xué) [M].3版.上海：第二軍醫(yī)大學(xué)出版社.2010：138.

[15] 董勇.顱內(nèi)壓監(jiān)護(hù)下治療急性顱內(nèi)血腫55例分析[D].杭州:浙江大學(xué),2007:1-9.

[16] 邱海波. ICU 監(jiān)測(cè)與治療技術(shù)[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社, 2009:318.

[17] 崔榮周，詹彥，謝延風(fēng)，等.持續(xù)動(dòng)態(tài)顱內(nèi)壓監(jiān)測(cè)在矢狀竇、大腦鐮旁大型腦膜瘤術(shù)后的意義 [J]. 第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，33(15)：1626-1628.

The Hematoma Expansion and Increasing Pressure in Traumatic Brain Injuries in the Finite Element Simulation Analysis

Cao Libo1Fu Xiaolong1*Zhang Guanjun1Li Na2

1(HunanUniversity，StateKeyLaboratoryofAdvancedDesignandManufacturingforVehicleBody,Changsha410082,China)2(DepartmentofRadiology,TheThirdXiangyaHospitalofCentralSouthUniversity,Changsha410083,China)

The aims of this study are to develop a three-dimensional patient-specific finite element brain model with detailed anatomical structures, and proposed the corpuscular particle method to simulate the cerebral hematoma lead to changes in intracranial pressure. Geometrical data and position of the cerebral hematoma were extracted from a set of medical CT scan images. We used these data to adjust the head model of GHBMC to the geometry of head of patients. Then corpuscular particle method was used to simulate the cerebral hematoma lead to changes in intracranial pressure. Deviation of the cerebral ventricles in the two groups of simulation were 4.6 mm and 5.6 mm, Deviation of the brain midline were 3.7 mm and 3.9 mm, the value of intracranial pressure were stable in 2 680±20 Pa and 2 618±18 Pa. The actual deviation of cerebral ventricles were 4.8 mm and 4.9 mm, The actual deviation of brain midline were 3.7 mm and 3.9 mm, the actual value of intracranial pressure were 2 800 Pa and 2 666 Pa. The data of simulation was in accordance with the actual data. Results showed that the corpuscular particle method was used to simulate analysis of hematoma expansion and intracranial pressure was feasible in theory. This paper can provide the theoretical foundation for the useful clinical application.

intracranial pressure; corpuscular particle method; finite element;cerebral hematoma; the value of deviation

10.3969/j.issn.0258-8021. 2015. 05.008

2015-05-19， 錄用日期:2015-08-20

R318.08

A

0258-8021(2015) 05-0574-07

*通信作者(Corresponding author)， E-mail: fxl630718@163.com