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一岁被认为是儿童期的起点,大部分儿童在1岁左右开始学习走路或刚刚学会走路。学步儿童爱动,缺乏自我保护意识,同时由于颅骨尚未发育完善,且重心点较高,故容易发生意外跌落伤至头部。另一方面我国民众普遍对1岁儿童乘车出行缺乏必要的安全保护意识。我国仅有27.7%的人习惯性使用儿童安全座椅,特别是对1岁儿童,存在家长抱着孩子乘车的习惯。因此针对1岁学步年龄段儿童安全问题的普遍性,儿童头部损伤研究有着很强的应用价值。目前,国内外还没有建立详细的1岁儿童头部有限元模型,针对1岁儿童的头部损伤机理的相关研究亟待完备。 为探究学步儿童的颅脑损伤机理,本研究构建了一真实详细的1岁儿童头部有限元模型。模型基于中国一名健康男性1岁学步儿童头部CT扫描数据,利用逆向工程技术和有限元法,构建了包括海马体、囟门、胼胝体、矢状骨缝、冠状骨缝等45个组织器官,共85个颅脑组织装配体的1岁儿童头部有限元力学模型。本模型包含123335个六面体单元,20517个四边形2D单元,所有单元雅可比均大于0.4,具有较高的生物仿真度和模型精确性。 应用该模型重构了头部静态压缩验证仿真和头部尸体跌落实验,依据显式动力学理论及软件进行仿真。仿真的响应与尸体实验数据基本吻合,响应曲线从趋势和峰值都呈现出一致性,本模型仿真与尸体实验表现了相似的力学特征,从而验证了本研究所构建的1岁儿童头部有限元模型的有效性。 在已验证的1岁儿童头部有限元模型的基础上,针对1岁儿童在碰撞载荷下的力学性能和损伤机理进行了探索研究,将复杂多样的头部碰撞载荷分解为直线载荷和旋转载荷,分析了1岁儿童研究1岁儿童头部在直线载荷和旋转载荷下的基本力学响应特点和损伤机理。针对直线载荷的力学研究,进行了1岁与其他年龄段儿童的对比,以及1岁儿童在不同水平载荷下的对比研究,利用前人已构建的6岁儿童有限元模型,采用对撞加载方式。结果显示1岁儿童头部力学损伤响应均大于6岁儿童,一岁儿童面临更大的头部损伤风险。另外,一岁儿童损伤力学响应均随载荷增大而显著上升。针对旋转载荷的力学研究,一岁儿童在不同载荷水平作用下的最大主应变可能存在较大变化。不同加载方向下,较大的主应变区域分布及峰值有一定差异。另外不同载荷水平下的实验结果,可以推侧1岁儿童在不同载荷水平作用下的最大主应变可能存在较大差异。 值得注意的是,本研究中1岁儿童在未发生颅骨骨折等明显的脑外伤的情况下,也可能已发生一定程度的深部脑组织损伤,这种损伤通常不易被察觉而被忽视,进而造成1岁儿童脑损伤治疗延误而导致病情恶化。