چکیده

ضربه ی مغزی(TBI) به عنوان یکی از ناشناخته مانده ترین عوامل مرگ و میر در جهان مورد توجه بوده است. ارائه ی مدلی از آنچه در این فرایند اتفاق می افتد سالها مورد انواع مطالعه بوده است. و به دلیل پیچیدگی های فیزیولوژیک هندسی و محاسباتی مساله این موضوع هنوز به عنوان پرسش مطرح است. اگر چه امکانات مدلسازی بافت های استخوانی نرم و ویسکوالاستیک بیشتر شده اند، اما تصویر برداری دقیق CT جزئیات بیشتری از مغز و جمجمه و تماس آنها (پرده ی مننژ) را نمایان کرده است که ارائه ی مدلی کامل از آنها عمدتا با تمرکز بر تغییر ناگهانی میدان کرنش در مغز در اثر برخورد با جمجمه ، همچنان در دست مطالعه است. هدف از انجام این پژوهش آن است که پس از مطالعه برروی مدل های ارائه شده ،مدلی بهینه از بافت سر (شامل بافت مغز ، جمجمه و پرده ی مننژ میان آنها) برای بررسی اثر شتاب و سرعت زاویه ای ناگهانی در میدان کرنش مغز ارائه دهیم وآن را توسط روش المان محدود تحلیل نمایم . سپس با تحلیل نتایج مدلی مناسب جهت استفاده در تعیین حاشیه ی امنیت در برابر پالس های سرعت و شتاب وارده ارائه دهیم. برای این منظ.ور ابتدا یک مدل کامل هندسی از سر یک فرد 30 ساله ساخته شد. سپس مدل تحت اثر 20 پالس با سرعت و شتاب زاویه ای متفاوت قرار گرفت و نتایج با مدل های ارائه شده مقایسه گردیدو نتایج بر حسب مسزان کرنش آسیب و نیز نواحی آسیب پذیر مغز مورد بررسی قرار گرفت و نتایج ارائه گردید.

کلمات کلیدی: ضربه ی مغزی(TBI) ، تحلیل المان محدود(FEM) ، شتاب زاویه ای (Angular Acceleration) ، سرعت زاویه ای (Angular Velocity) ، میدان کرنش (Strain field) ، پرده ی مننژ (Meninges)

فهرست مطالب

فصل اول:مقدمه

1-1-جایگاه اهداف پروژه

شیوع فراوان آسیب  صدمات وارده بے سر و مغز  اثر سوانح و تصادفات، فعالیت های نظامی، سقوط، درگیری و… نیاز به مطالعه ی بیومکانیکی بافت سر، جمجمه و بخصوصی مطالعات مغزی را به نحو موثری در ایالات متحده سالانه به طور متوسط ۱۰ میلیون آسیب های سر و مغز گزارش می شود که ۱۰٪ آن به عنوان آسیب های متوسط و شدید شناخته می شود، به رغم معالجه ی فوری معمولا منجر به تلفات می شود و در صورت درمان نیاز در اغلب موارد شخصی در اثر ضربه دچار آسیب دائم مغزی، عصبی یا نخاعی می شود. نتایج یک مطالعه در بریتانیا نشان می دهد از ۶۸ بیمار که دچار ضربه ی جدی مغزی شده اند، ۳۱ نفر دچار مشکلات مادام العمر یا از کار افتادگی دائم می شوند.بیومکانیک ضربه ی مغزی تلاش می کند پروسه ی فیزیکی متناظر با اثرات ضربه ی مکانیکی به سر را مورد مطالعه قرار داده و آن را به آسیب شناسی فیزیولوژیک بافت های مغزی ارتباط دهد. آسیب های مغزی معمولا در اثر ضربه ی مستقیم به سر و یا حرکت ناگهانی گردن به طور غیر مستقیم ایجاد می شوند و در اثر آنها صدماتی از قبیل جراحت جمجمه و پوست سر، گسیختگی عروق خونی، شکستگی جمجمه، و انواع اختلال مغزی ایجاد می شود که به دلایل معلوم، ضربه و آسیب مغزی بیشترین حجم مطالعات را جلب نموده است و پیچیده ترین و مهم ترین بخش را تشکیل می دهد.فعالیتهای تحقیقاتی که در این راستا انجام می گیرد به سه دسته عمده تقسیم می شود:

۱- آزمایشگاهی

۲- عددی

در تحقیقات آزمایشگاهی، ضربه بر سر حیوانات یا اجساد انسان یا آدمکهای مصنوعی انجام گرفته و کمیات مهندسی مورد نظر از قبیل کرنش ها، نیروها، شتاب ها و مدت زمان ضربه توسط دستگاههای اندازه گیری ثبت می شود. البته بررسی ضربه روی سر انسان زنده نیز انجام می گیرد اما محدوده ضربه در حدی است که منجر به آسیب نشود، بنابر این ضربات بسیار ملایم را می توان در این آزمایشات مورد مطالعه قرار داد. نقص اینگونه تحقیقات این است که در این نوع مطالعات امکان بررسی ضربات شدید روی انسان زنده وجود نداشته از طرفی انجام آزمایشات روی حیوانات نیز به لحاظ تفاوت خواص مکانیکی مواد با خواص مکانیکی بافتهای سر انسان خطای نسبتاً زیادی را ایجاد میکند.

در مطالعات عددی، یک مدل اجزاء محدود از سر، مغز و یا جمجمه انسان بهمراه شرایط تکیه گاهی و شرایط اولیه تهیه می گردد. سپس خواص مکانیکی بافتهای مختلف تعریف شده و بارگذاری مورد مطالعه اعمال گردیده و مساله تحلیل می شود.در مطالعات تحلیلی یک حل ریاضی از پدیده ضربه مغزی ارائه می شود. از طرفی بواسطه پیچیدگیهای موجود در این پدیده حل دقیق امکان پذیر نیست. دلیل این امر بواسطه هندسه نامنظم و پیچیده، وجود بافتهای مختلف نرم و سخت مانند جمجمه، مغز و مایع مغزی نخاعی و پیچیدگیهای خواص مکانیکی پژوهش حاضر یک مطالعه ی عددی می باشد که در طی آن یک مدل المان محدود کامل از سر انسان با استفاده از تصاویر CT-SCan و MRI ساخته می شود. این مدل شامل تمامی قسمت های سه گانه ی مغز، جمجمه و پرده ی حفاظتی مننژ می باشد. مدل های المان محدودی که تا کنون ساخته و ارائه شده اند هر یک دارای نواقص و کمبود هایی هستند که در مدل حاضر تلاشی شده است با توجه به تجربه ی مدل های قبلی، مدلی تا حد امکان کاربردی و در عین حالی در بر گیرنده ی تمامی خواص هندسی و مکانیکی اساسی مغز و با استفاده از مدل جدید ویسکو – هایپر الاستیک برای مغز، ساخته شود.مزیت اصلی این مدل نسبت به مدل هایی که تا کنون ارائه شده اند، بهره گیری مستقیم از تصاویر SCan- اC و اMR به طور همزمان جهت مدلسازی بافت هندسی مغز، سخت شامه ی مننژی و جمجمه می باشد. این مدل در مرحله ی بعد در دو صفحه ی سجیتال و هاریزنتال تحت اثر پالس های شتاب- سرعت زاویه ای قرار گرفته و پاسخ کرنش برشی آن مورد تحلیل و بررسی و مقایسه قرار می گیرد. پس از مشخص شدن اهمیت شتاب در صفحه ی سجیتال سر، نتایج پالس های سرعت – شتاب اعمال شده در صفحه ی سجیتال با معیارهای موجود مقایسه شده و مورد بررسی قرار می گیرد و از نتایج مقایسه اعتبار مدل سنجیده می شود و حاشیه ی آسیب آکسونی گسترده و نواحی آسیب پذیر مغز مشخص می گردد.

۲-۱- مروری بر فصل های پایان نامه

در فصل دوم مفاهیم پایه ی ادبیات پژوهش از جمله ساختار آناتومیک مغز و انواع پدیده ی ضربه ی مغزی و مکانیزم آن مورد بررسی قرار می گیرد و سپس معیارهای مختلف آسیب مغزی مرور می شوند. در فصل سوم ادبیات پروژه و پژوهش های انجام شده به تفکیک تاریخی و موضوعی مورد بررسی قرار می گیرند و معیار های موجود محاسبه ی شدت ضربه ی مغزی بیان می گردند. در فصل چهارم مراحل ساخت مدل کامل سه بعدی یک به یک توضیح داده می شود و تفاوت آن با مدل های ساخته شده بیان می گردد. در فصل پنجم نتایج اعمال یک پالس سرعت – شتاب بر روی مدل بررسی می گردد و میزان آسیب در مدل های هاریزنتال و سجیتال مورد مقایسه قرار می گیرد. در فصل ششم با اعمال مجموعه ای از پالس های مختلف به مدل پاسخ کرنشی آن مورد بررسی و مقایسه با معیارهای موجود قرار می گیرد. در فصل هفتم بر روی نتایج به دست آمده بحث می شود و پژوهش های آینده معرفی می شوند.

1-1 جایگاه و اهداف پروژه   1

1-2 مروری بر فصل های پایان نامه   3

لایه های مختلف پرده ی مننژی که حائل میا مغز وجمجمه است

لایه های مختلف پرده ی مننژی که حائل میا مغز وجمجمه است

فصل دوم:مفاهیم پایه و تعاریف اصلی

۱-۲ – مغز

خواص مکانیکی بافت مغزی دارای ویژگیهای پیچیده زیادی می باشد و از دیر باز محققین زیادی بر روی خواص مکانیکی مغز مطالعات متعددی انجام داده اند. در ابتدا تستهای انجام گرفته بر روی این ماده جهت تعیین خواص الاستیک به کار می رفت، اما بتدریج ملاحظه گردید که پاسخهای مکانیکی این ماده در برابر نرخ بار گذاریهای مختلف، متفاوت است. به همین علت پژوهشگران نتیجه گیری کردند که ویژگی رفتار مکانیکی بافت مغزی به نرخ کرنش وابسته می باشد، لذا محققین دریافتند که این ماده دارای خاصیت ویسکوالاستیک است و تستهای مختلفی از قبیل تست آسودگی تنش و تست خزش را جهت تعیین پارامترهای ویسکوالاستیک بافت مغزی انجام دادند. شکلهای زیر دو نمونه از نتایج بدست آمده برای بافت مغزی را نشان می دهد.

2-1 مغز   4

2-2 جمجمه  6

2-3 پرده ی مننز  8

2-4  ضربه ی مغزی(TBI)ا   10

لوب های چهارگانه ی مغز انسان

لوب های چهارگانه ی مغز انسان

فصل سوم: مروری بر ادبیات پروژه  

3-3-5-معیار حدآسیب DAI شتاب زاویه ای

مارگولیس و تیبالتدر سال ۱۹۹۲ معیاری برای تعیین مرز آسیب اDA در مغز تحت اثر شتاب و سرعت دورانی در صفحه ی سجیتال ارائه دادند. 59] این معیار با استفاده از مطالعات آزمایشگاهی بر روی حیوانات، توام با مدل های فیزیکی ژل مانند و مطالعات تحلیلی ارائه شده است و در میان مدل های ارائه شده اعتبار بسیار بالایی دارد. این معیار در شکل … نشان داده شده است. در این نمودار محور عمودی بیانگر ماکسیمم شتاب زاویه ای وارد به سر، و محور اققی بیانگر ماکسیمم تغییر سرعت زاویه ای در پالس اعمال شده است. خط سیاه در این نمودار نشان دهنده ی مرز آسیب می باشد. مارگولیس و تیبالت به این نتیجه رسیدند که شتاب زاویه ای rad/S 5000 توام با سرعت زاویه ای rad/S 75 موجب بروز آسیب آکسونی گسترده (اDA) در یک فرد بالغ می شود. این اعداد در سال ۱۹۷۴ توسط لوون هیلم و همکاران rad/S 4500 و 5/rad 50بیان شده بود. آنها همچنین بیان کردند که در سرعت های زاویه ای کم، آسیب آکسونی تقریبا مستقل از شتاب زاویه ای است؛ همچنین در سرعت های زاویه ای بالا آسیب به میزان شتاب وارده بسیار حساس است. از زمان ارائه ی این مدل توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب نموده است و در مطالعات مختلف بارها مورد تایید قرار گرفته است. در سال ۲۰۰۰ گلایستر و گراهام بر اساس آزمایشاتی که بر روی مدل های آناتومیک سر انسان انجام دادند معیاری مشابه معیار ما گولیس و تیبالت ارائه دادند که در آن ممرز آسیب SDH به طور جداگانه از اDA نشان داده شده است. 60] آنها همچنین به این نتیجه رسیدند که شتاب وارده به سر برای ایجاد آسیب کافی نیست مگر اینکه زمان پالس وارده از حد مشخصی بیشتر شود که در اینصورت ابتدا SDH و سپس اDA اتفاق می افتد. معیار گلایستر در شکل (۳-۲) نشان داده شده است.

3-1 مطالعات و پژوهش های اولیه تا سال 2000    13

3-2  مطالعات و پژوهش های اخیر   16

3-2-1 مطالعات تجربی   17

3-2-2 مطالعات مدلینگ و مدل های ارائه شده   19

3-3 معیار های آسیب    29

3-3-1 شاخص شدت ضربه(SI) ا  29

3-3-2 معیار عمومی ضربه(GAMBIT)ا   30

3-3-3 معیار توان ضربه ی انتقالی   30

3-3-4 معیار آسیب سر (HIC)ا   31

3-3-5 معیار حد آسیب DAI در شتاب زاویه ای   32

3-3-6 معیار های تنشی و کرنشی مرز آسیب   34

مدل سه بعدی اولیه ساخته شده ی جمجمه از داده های CT قبل از اصلاح ومش بندی مجدد

مدل سه بعدی اولیه ساخته شده ی جمجمه از داده های CT قبل از اصلاح ومش بندی مجدد

فصل چهارم ساخت مدل المان محدود سر انسان   

۱-۴ – مقدمه

مدل هایی که تا کنون در مطالعات المان محدود اTB مورد استفاده قرار گرفته است شامل مدل های دو بعدی و سه بعدی می باشند . مدل های دو بعدی شامل یک مقطع از سر به ضخامت ۰ تا ۵ میلیمتر در صفحه ی کرنال”، هاریزنتال” و یا سجیتال” است. به دلیل سادگی، می توان جزئیات بیشتری را در این مدل ها وارد کرد. از جمله ی این جزئیات می توان به مدلسازی تماس میان مغز و جمجمه به شکل دقیق، وارد کردن مدل هندسی پرده ی مننژ به اشکال مختلف و بررسی اثر شتاب یا ضربه بر روی پرده ی مننژ، بررسی اثر انواع شرایط تماس همچون لغزشی، اصطکاکی، بدون اصطکاک و CSF اشاره کرد. در این مطالعه، پس از ساخت مدل سه بعدی اصلی از هر دو برشها ریزنتال و سجیتال با شرایط تماسی دقیق استفاده شده و پرده ی مننژ نیز به صورت نوار باریکی ( سخت شامه) که در مرز تماس با مغز دارای ضریب فنریت و دمپینک است که لایه ی سخت شامه و عنکبوتیه ی مغز را که عمدتا شامل CSF می باشد، مدل می کند. مدل های سه بعدی به دلیل پیچیدگی بیشتر در ساخت و تحلیل کمتر مورد استفاده قرار گرفته اند. در مدل های سه بعدی که تا کنون ارائه شده است – هم به لحاظ هندسی در ساخت مدل و هم تحلیل آن – ساده سازی های فراوانی صورت گرقته است که هر یک از اینگونه ساده سازی ها به نویه ی خود از جامعیت مدل و اعتبار نتایج آن می کاهد. مدل استفاده شده در این مطالعه با استفاده از نرم افزار Mimics و مستقیما 3 تصاویر MRI , CT تهیه شده است و از نظر هندسی هیچگونه تفاوتی با سر انسان ۳۰ ساله در شرایط زنده ندارد. از مزایای دیگر این مدل آنست که مجرای نخاعی در آن به طور کامل و با دقت بالا مدل شده است که در بیشتر مدل های ارائه شده در گذشته این وضعیت وجود ندارد. از طرف دیگر این مدل دارای ساده سازی هایی در مدلسازی تماس ها می باشد از جمله اینکه وارد نمودن سخت شامه ی مننژ در مدل سه بعدی به صورت یک قطعه ی جدا در وسط، عملا مدل تحلیلی را بسیار پیچیده می کند به گونه ای که قابلیت تحلیل آن با استفاده از نرم افزارهای المان محدود موجود وجود ندارد؛ لذا در این مدل شرایط مرزی میان مغز و جمجمه در تحلیل ضربه ی مغزی به صورت فنر و ۵ میپر در راستاهای عمودی و برشی در تظر گرفته شده است.

4-1 مقدمه  36

4-2 ساخت مدل   37

4-3 خواص مکانیکی نواحی مختلف سر   46

مدل سه بعدی اولیه ساخته شده ی مغز انسان از تصاویر MR قبل از مش بندی مجدد

مدل سه بعدی اولیه ساخته شده ی مغز انسان از تصاویر MR قبل از مش بندی مجدد

فصل پنجم: تحلیل المان محدود مدل  

۵- ۱- مقدمه

در مدل های المان محدود تاثیر جهت شتاب وارده به سر همواره جایگاه مهمی داشته است. شتاب وارده به سر به طور کلی می تواند در سه صفحه ی کرنال، هاریزنتال و سجیتال اعمال گردد. بیشتر پژوهش هایی که در این زمینه متمرکز شده اند میزان آسیب وارده در اثر شتابی که در صفحه ی سجیتال وارد شده است را بیشتر از سایر جهات می دانند. از جمله ی موثر ترین این پژوهش ها، پژوهشی است که استفانی و همکاران در دانشگاه فیلادلفیای آمریکا بر روی سر خوک ها در شرایط ,ln νίνο)ου) انجام دادند. آنان گزارش نمودند که در اثر شتاب وارده در صفحه ی سجیتال کاهش جریان خون و آسیب آکسونی به شدت محسوس است در حالیکه در صفحات هاریزنتال و کرنال اینگونه نیست. و همچنین گزارشی نمودند که آسیب آکسونی در صفحه ی سجیتال در ساقه ی مغزی، در صفحه ی هاریزنتال در قشر مغز و در صفحه ی کرنال اصلا اتفاق نمی افتد. در این پژوهش میزان آسیب آکسونی در صفحه ی سجیتال 6لاً 110 – 80 بیشتر از میزان آن در صفحه ی هاریزنتال گزارش شده است. پالس های اعمال شده در این مطالعه پالس های افزایشی – کاهشی بودند، بدین صورت که سرعت ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد و در مدت زمان متوسط ms 10 اعمال شده اند. با وجود اینکه این پژوهش بر روی سر خوک انجام گرفته است اما با توجه به شسیاهت مغز خوک با مغز انسان (شکلی ۵-۱ ) می توان مدل حاضر را تحت تأثیر یک پالس مشابه، به طور کیفی یا پژوهش مذکور مقایسه نمود.

5-1 مقدمه   48

5-2 روش تحلیل   49

5-3 نتایج   50

مش بندی مجدد وحذف واصلاح المان ها درمدول مش بندی مجدد Mimics

مش بندی مجدد وحذف واصلاح المان ها درمدول مش بندی مجدد Mimics

فصل ششم: بررسی مدل با معیار های آسیب DAI تحت اثر پالس های متفاوت سرعت شتاب  

۱-۱-۶- مروری بر مدل معیار آسیب مارگولیس و تیبالت

اولین معیار، معیار مارگولیس و تیبالت برای تعیین حد آسیب اDA در اثر سرعت و شتاب زاویه ای اعمال شده به سر در صفحه ی سجیتال است که تصویر آن در شکل (۶-۱) نشان داده شده است. این معیار با استفاده از مطالعات آزمایشگاهی بر روی حیوانات، توام با مدل های فیزیکی ژل مانند و مطالعات تحلیلی ارائه شده است و در میان مدل های ارائه شده اعتبار بسیار بالایی دارد. این معیار در شکل … نشان داده شده است. در این نمودار محور عمودی بیانگر ماکسیمم شتاب زاویه ای وارد به سر، و محور افقی بیانگر ماکسیمم تغییر سرعت زاویه ای در پالس اعمال شده است. خط سیاه در این نمودار نشان دهنده ی مرز آسیب می باشد. مارگولیس و تیبالت به این نتیجه رسیدند که شتاب زاویه ای rad/S 5000 توام با سرعت زاویه ای rad/S 75 موجب بروز آسیب آکسونی گسترده (DAl) در یک فرد بالغ می شود. این اعداد در سال ۱۹۷۴ توسط لوونهیلم و همکاران fad/S 4500 63] و rad/S 50بیان شده بود. آنها همچنین بیان کردند که در سرعت های زاویه ای کم، آسیب آکسونی تقریبا مستقل از شتاب زاویه ای است؛ همچنین در سرعت های زاویه ای بالا آسیب به میزان شتاب وارده بسیار حساس است. هالبورندر فرضیه ای عنوان کرده بود که میزان کرنش برشی و آسیب در پالس های بلند – مدت بستگی به قله ی شتاب زاویه ای دارد؛ در حالیکه در پالس های کوتاه مدت تابع تغییر سرعت می باشد. برای بررسی این موضوع پالس های سرعت وشتاب زاویه ای با شکل منطقی درصفحه ی دیجیتال بر مدل اعمال شدند.ونتایج برحسب بیشترین کرنش برشی مورد بررسی ومقایسه قرارگرفت.

6-1 مقدمه   52

6-1-1 مروری بر مدل معیار آسیب دورانی مارگولیس – تیبالت   52

6-1-2 مدل کلیون برای تعیین حد کرنش برشی DAI    53

6-2 روش مدلسازی و اعمال شتاب   54

6-3 نتایج    59

6-3-1 تحلیل نتایج مدل با معیار آسیب دورانی مارگولیس – تیبالت   61

6-3-2 بررسی مکانی نواحی آسیب کرنشی    63

6-3-3 بررسی زمانی نواحی آسیب کرنشی   65

6-3-4 بررسی نتایج با معیار بیشینه ی کرنش برشی کلیون    68

6-4 بحث و جمع بندی   70

نواحی مختلف استخوان جمجمه

نواحی مختلف استخوان جمجمه

فصل هفتم: جمع بندی و بحث 

مراجع   74

فهرست جداول

جدول 2-1 خواص مکانیکی استخوان جمجمه    11

جدول 3-1 بررسی آسیبهای مغزی و دلایل ایجاد آنها   25

جدول 3-2 بررسی رفتار مکانیکی بافت مغزی و تکامل آن بوسیله محققین مختلف   25

جدول 3-3 خلاصه کارهای انجام شده در ارتباط با مدل های اجزاء محدود دو بعدی   27

جدول 3-4 خلاصه کارهای انجام شده در ارتباط با مدل های اجزاء محدود سه بعدی    28

جدول 3-5 خلاصه کارهای انجام شده در ارتباط با رفتار مکانیکی بافت مغزی و ویژگی های ساختاری تماس مابین مغز و جمجمه (حالت دو بعدی)    30

جدول 3-6 خلاصه کارهای انجام شده در ارتباط با رفتار مکانیکی بافت مغزی و ویژگی های ساختاری تماس مابین مغز و جمجمه (حالت سه بعدی)      31

جدول 4-1 ضرایب مدل ویسکو هایپرالاستیک   51

جدول 6-1 ویژگی های پالس های مثلثی اعمال شده به مدل بر حسب شماره ی پالس و مسیر     63

جدول 6-2 بیشینه ی کرنش برشی بر حسب شماره ی پالس مسیر 1    64

جدول 6-3 بیشینه ی کرنش برشی بر حسب شماره ی پالس مسیر 2    64

جدول 6-4 بیشینه ی کرنش برشی بر حسب شماره ی پالس مسیر 3   65

جدول 6-5 بیشینه ی کرنش برشی بر حسب شماره ی پالس مسیر 4    65

جدول 6-6 نتایج درصد کرنش بیشینه نسبت به کرنش آسیب کلیون (1،0)    73

فهرست شکل ها

شکل 2-1 آسودگی تنش برای بافت مغز که توسط گلوفوردومکالنی بدست آمده است   8

شکل 2-2 حساسیت نرخ کرنش برای مغز در بارگذاری برشی   8

شکل 2-3 لوب های چهار گانه ی مغز انسان   9

شکل 2-4 نواحی مختلف استخوان جمجمه   12

شکل 2-5 لایه های مختلف پرده ی مننژی که حائل میان مغز و جمجمه است   13

شکل 3-1 معیار آسیب سرعت شتاب زاویه ای اصلاح شده ی مارگولیس و تیبالت   37

شکل 3-2 مدل آسیب SDH گلایسر در برابر سرعت و شتاب زاویه ای   38

شکل 4-1 مدل سه بعدی اولیه ساخته شده ی مغز از تصاویر MRI قبل از مش بندی مجدد   42

شکل 4-2 مدل سه بعدی اولیه ساخته شده ی جمجمه از داده های CT قبل از اصلاح ومش بندی مجدد    43

شکل 4-3 مش بندی مجدد و حذف و اصلاح المان ها در مدول مش بندی مجددMimics    44

شکل 4-4 مدل سه بعدی ساخته شده و اصلاح شده ی مغز در  Mimics     45

شکل 4-5 مدل سه بعدی ساخته شده و اصلاح شده ی جمجمه درنرم افزار  Mimics     45

شکل 4-6 ایجاد منحنی های بسته جهت گرفتن خروجی igs از مدل مغز   46

شکل 4-7 اصلاح و کاهش تعداد منحنی های بسته ی احاطه کننده ی مدل جمجمه به منظور تولید خروجی igs   46

شکل 4-8منحنی های بسته در محیط CAD (نرم افزار CATIA V5)   47

شکل 4-9 مدل نهایی مش بندی شده در محیط نرم افزار ABAQUS    48

شکل 4-10 مدل نهایی مش بندی شده در محیط نرم افزار تحلیل   ANSYS   48

شکل 4-11 مدل سه بعدی نهایی مش بندی شده در ANSYS بالا و اسلایس های سجیتال چپ و هاریزنتال راست مورد بررسی    49

شکل 5-1 شرایط مختلف چرخش در سر خوک – چرخش هاریزنتال Aچرخش سجینال B چرخش کرنال C مغز خوک D    53

شکل 5-2 پالس مثلثی اعمال شده به جمجمه با بیشینه ی سرعت زاویه ای 50RAD/S در زمان MS    54

شکل 5-3 نتایج کرنش برشی بیشینه برای حال هاریزنتال بالا و سجبتال پایین   55

شکل 6-1 ناحیه ی آسیب DAI در معیار آسیب مارگولیس و تیابلت   57

شکل 6-2 نتایج کلیون برای میزان کرنش آسیب مغزی متوسط در سال 2008     58

شکل 6-3 نقاط پالس های اعمال شده بر روی نمودار سرعت –شتاب  زاویه ای   60

شکل 6-4 مسیر های حرکتی پالس ها بر روی نمودار سرعت- شتاب زاویه ای 4مسیر   60

شکل 6-5 پالس های مثلثی اعمال شده در مسیر های 1 راست و 2 چپ درشکل 6-4    62

شکل 6-6 مسیر های چهارگانه حرکت بر روی نمودار مارگولیس – تیبالت   65

شکل 6-7 نمودار مقایسه ی کرنش بیشینه در روی مسیر 1 آبی رنگ و مسیر 3 قرمز رنگ   66

شکل 6-8 نمودار مقایسه ی کرنش بیشینه در روی مسیر 2 آبی رنگ و مسیر 4 قرمز رنگ      66

شکل 6-9 مکان سه پالس مورد بررسی بر روی نمودار سرعت – شتاب       68

شکل 6-10 نتایج کرنش برشی بیشینه در پالس های 75-30 بالاراست 50-10 بالا چپ و 15 پایین وسط    69

شکل 6-11 نقاط مشخص شده در برش سجیتال برای بررسی تغییرات زمانی کرنش برشی   71

شکل 6-12 منحنی کرنش بر حسب زمان آدام ویتک برای نقطه ای بر روی قشر فرونتال مغز   72

شکل 6-13 منحنی کرنش برشی ون میزز برای نقاط قشری و ساقه ی مغزی برندز- داوی   72

شکل 6-15 نتایج کرنش برشی بیشینه در مدل تحت اثر پالس 150-15    74


Abstract

Traumatic brain injury (TBI) has long been known as one of the most anonymous reasons for death around the World. A presentation of a model of what happens in the process has been under study for many years, and yet it remains a question due to physiological, geometrical and Computational complications. Although the modeling facilities for soft tissue modeling have improved, the precise CT-imaging of human head has revealed novel details of brain, skull and the interface (the meninges, a comprehensive FEM model of which is still being studied. This study aims to present an optimized model of human head after a comprehensive study of the previous models, which includes the brain, Skull, and the meninges between them. The model is then used to study the effects of various Sudden velocity-acceleration impulses on the strain field of the brain by using FE method. Next, the results are summed up to reach a suitable model for the determination of damage threshold in the brain during trauma. To reach this aim, a full geometrical model of a 30-yearold patient’s head has been generated from CT-Scan and MR data. The model has been exposed to 20 angular velocity-acceleration pulses and the changes in the strain field have been compared with the previous studies yielding acceptable accordance with two major previous models. The results have also been studied in terms of the severity of strain in different lobes of the brain and the respective results have shown that certain Criteria can be generated on the threshold of damage in the brain.

Key Words: Traumatic Brain injury (TBI) – Finite Element Method (FEM) – Angular acceleration – Angular velocity – Strain field – Meninges,


تعداد صفحات فایل : 107

مقطع : کارشناسی ارشد

بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

خرید فایل pdf و word

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید