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THOR假人SUFEHM准则是什么？

2019-05-22 22:35:10·  来源：车辆碰撞安全  
　
在2020年将引入新的前碰假人：THOR。而THOR假人引入了新的评价标准：SUFEHM评价指标。该评价标准是什么呢？下面来简单介绍一下。在进行四十多年的头部生物力学的
 
在2020年将引入新的前碰假人：THOR。而THOR假人引入了新的评价标准：SUFEHM评价指标。该评价标准是什么呢？下面来简单介绍一下。
在进行四十多年的头部生物力学的研究中，专家们对头部损伤机制越来越倾斜于：头部功能的缺陷与组织的损伤不一定有直接的关系。之前Lissner以及韦恩州立大学的头部损伤研究是基于头部单质量头部模型的整体合成加速度，该准则有一些局限性，没有特定的冲击方向，且未考虑角加速度对头部的损伤。

SUFEHM模型
 
Kang等人于1997年开发了斯特拉斯堡大学有限元头模型（SUFEHM）。头骨内外表面的几何特征来自成年男性头骨。模型还对头部解剖特征头骨、镰、幕、蛛网膜下腔、头皮、小脑、大脑和脑干。通过该头部模型SUFEHM来预测头部损伤，并用于头部保护系统的优化。
SUFEHM有限元网格模型13208个单元组成，其总质量为4.7 kg，目前已经转换成LS-DYNA格式。
模型验证
 
1、大脑行为验证
Nahum等人在1977年公布了用于验证大脑行为的实验数据，该试验设置是：用重5.6kg的刚性圆柱撞击器，自由发射，初速度为6.3m/s，去撞击坐着的尸体头部正面。试验产生了相互作用力和头部加速度，其峰值分别为6900 N和1900 m/s2，持续时间为6ms。在试验中，记录了五个位置的颅内压：靠近撞击区的额骨后面，顶骨、顶骨和鳞状缝合线的正后方，枕骨下方，枕骨后窝。
 
使用SUFEHM模型来模拟Nahum试验产生的响应，由于模型不包括颈部，因此采用自由边界条件来模拟冲击。这种简化是合理的，因为撞击持续时间太短（6 ms），并且颈部无法在这么短脉冲时间内作出响应。
 
将SUFEHM解剖平面倾斜约45°，Nahum的试验类似。撞击区采用5.6 kg刚性圆柱体，撞击器前面是弹性垫，其E=13.6 MPa，泊松比=0.16，初始速度为6.3 m/s。
通过该头部模型的模拟，冲击力与冲击持续时间和幅值试验与模型仿真结果一致性很好，各压力的时间历程试验和模型仿真结果也有很好的一致性。模型中的5个颅内压力与实验结果非常吻合，最大误差小于10%。
SUFEHM模型模拟得出的脑压和脑应力云图。
2、颅骨行为验证
在1994年Yoganandan等人进行的头部试验测试，该试验结果被用来验证头部有限元模型预测颅骨骨折的有效性。试验设置是：用直径96mm的刚性球，质量为1.213kg，初始速度为7.1 m/s，撞击颅骨，试验时颅底固定。测量撞击点的接触力和颅骨的变形。
使用SUFEHM模型对Yoganandan试验进行模拟。数值力-挠度曲线与实验数据的平均动态响应进行比较，模型的动力响应与试验结果吻合较好，包括断裂力和刚度两个方面。下图给出了骨折前实验与模拟变形力。
下图是模拟中的损坏层。蓝色表示至少有一层单元失效。模型表明，骨折位于撞击点附近，符合病理观察。
SUFEHM评估标准
为了利用SUFEHM模型来预测头部损伤，首先要建立损伤准则。为了使用了SUFEHM模型对摩托车手、美式足球和行人事故中的59种头部撞击情况进行了重建，为了便于统计分析，根据每个事故案例的医疗报告详情，将事故数据的伤害分为以下类型和级别：
 
·  弥漫性轴索损伤（DAI）：DAI病例包括所有发生神经损伤的病例，包括脑震荡、昏迷和昏迷。根据昏迷时间将DAI发生率分为轻度和重度（中度DAI<24h，重度DAI>24h）
·  硬膜下血肿（SDH）：这类损伤包括脑与颅骨之间血管损伤伴出血的所有发生率，共6例。
 
SUFEHM模型的计算结果使用相关系数Nagelkerke R2来表示，以表达其损伤预测能力。基于SPSS方法，DAI与脑内等效应力有很好的相关性，最大主应变和等效应力也具有可接受的相关性。达到最大R2值时，中度和重度神经损伤的最大等效应力分别为0.6和0.39。对于中度和重度神经损伤，等效应力阈值分别为28和53 kPa。
 
对于SDH损伤，考虑了CSF（脑脊液）最小压力和CSF应变能两个力学参数。通过SUFEHM模型表面，与SDH的最佳相关性是CSF内的最大应变能，R2值为0.465，阈值约为4950mJ。下表为SUFEHM计算模型损伤预测值与损伤数据之间逻辑回归Nagelkerke R2的值


 
经回归相关法分析后，表5和表6报告了各损伤类型（损伤风险为50%）的耐受极限和SUFEHM得出的损伤风险曲线。
下表为使用SUFEHM模型计算DAI损伤（轻度和重度）的耐受极限（损伤风险为50%）。
下表为利用SUFEHM头部模型计算了SDH损伤容限（损伤风险为50%）。
SUFEHM应用
SUFEHM模型作为新的头部损伤预测工具，可以参与头部保护系统的评估和优化。下图说明了头部损伤预测工具的使用：记录撞击下人头模型的线性和旋转三维加速度，并将这些实验数据作为头部有限元模型的输入，进而得出DAI、SDH和颅骨骨折的伤害风险。这种方法可以应用于THOR假人头部，HybridIII假人头部，行人保护头碰模型。


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