基于有限元法的钝力性肝、脾损伤及肋骨骨折生物力学机制研究

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研究背景:钝性损伤由钝性致伤物作用形成,在钝性暴力中,损伤取决于软组织的弹性以及骨骼的刚度,当施加的力的强度超过组织的适应或抵抗能力时,就会发生损伤。钝性损伤是法医学工作中最常见的损伤类型,对其损伤机制的判断是实践中的难点问题,目前主要依靠专家经验判断钝性损伤的机制,一般人难以系统地解释钝性损伤的具体生物力学机制,给司法鉴定造成一定困扰。文献上多基于损伤案例回顾、人尸体实验、动物实验等进行损伤机制研究,但由于实验样本难以获取、动物与人体解剖结构的差异、伦理学的限制以及传统生物力学研究与法医学实践之间的较大差距,造成法医学损伤生物力学研究进展缓慢。有限元法是一种利用现代计算机科技进行分析的数字化技术,并逐渐成为研究人体损伤生物力学重要的实验工具,此种研究方式与传统的生物力学实验相比,具有操作简单、变量可控、计算精确和模型可重复使用的特点,可以有效用于法医学损伤生物力学机制及致伤方式推断的研究。目的:利用有限元模型及方法研究法医实践中常见的钝性肝、脾损伤及肋骨骨折的生物力学机制,为肝、脾损伤和肋骨骨折的损伤生物力学机制及致伤方式鉴定提供新思路、新方法。方法:本课题利用THUMS(Total Human Model for Safety)有限元模型进行研究,THUMS模型是由日本丰田汽车公司和丰田中央研究所联合开发的全人类模型,模型的目的是研究交通事故中人体运动学和损伤生物力学反应。通过对模型加载不同的致伤条件包括拳击和高坠,模拟不同致伤方式下的钝力性肝、脾损伤及肋骨骨折机制,分析计算结果中特定器官组织的应力应变分布,与周围组织作用关系以及相应的生物力学参数,分析损伤机制,并应用真实案例与模拟结果进行比对分析。结果:1.拳击情况下引起肝、脾损伤的主要机制为:拳击部位对应的肋骨直接撞击引起,侧面拳击最易导致肝损伤,后侧拳击较难导致肝损伤;侧面及后侧拳击易导致脾损伤,前侧拳击较难造成脾损伤,脾还受脾蒂的牵拉作用。2.高坠情况下,肝、脾损伤的主要机制肝、脾与周围组织发生相对运动,引起与周围组织的直接撞击,并受到附属韧带及支配血管牵拉以及与毗邻胃、肠等组织间的相互推动、挤压等作用。3.肋骨骨折的主要机制为胸廓与地面接触过程中外力的直接和间接传导而发生形变,当超过其损伤阈值时即可发生骨折。4.躯干部不同部位触地所形成的肋骨骨折部位有一定差异。前侧触地时,骨折主要位于胸廓前侧及两侧;后侧着地时,骨折分布于后侧及两侧肋骨;侧面触地时,骨折主要位于着地侧。结论:有限元法可用于探索钝力性肝、脾损伤和肋骨骨折机制,对法医学中的钝性损伤分析具有实践意义。
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