脑震荡中角加速度作为脑损伤的决定性因素的理论和数值分析
摘要：轻度颅脑损伤（mTBI，也称为脑震荡）是由头部撞击引起的重要全球公共健康问题，但mTBI的物理机制尚不清楚。在撞击过程中，头部的快速运动会损伤脑部，因此研究人员一直致力于探索头部运动参数（例如线性加速度、角速度、角加速度）与脑组织损伤之间的关系，脑应变与脑组织损伤相关。虽然先前的研究显示线性加速度对脑应变的贡献有限，但角速度或角加速度是否引起脑应变仍不清楚，因为它们之间存在相互依赖关系（加速度是速度的时间导数）。通过从惯性力的角度重新定义问题，我们建议使用颅骨坐标系来描述头部撞击期间脑部变形，而不是地面坐标系。基于脑的刚体旋转，我们提出了关于惯性力如何引起脑应变的力学分析的理论框架。通过这种方式，我们在理论上表明角加速度决定脑应变，并通过使用有限元头部模型的数值模拟进行了验证。我们还解释了为什么先前的研究基于峰值结果发现相反的结果：在某些情况下，角速度确定了脑应变。此外，我们使用相同的框架表明，线性加速度以与角加速度不同的机制引起脑应变。然而，由于脑对压缩和剪切的不同抵抗力，线性加速度引起的脑应变与角加速度相比较小。
作者：Yuzhe Liu, Xianghao Zhan, August G. Domel, Michael Fanton, Zhou Zhou, Samuel J. Raymond, Hossein Vahid Alizadeh, Nicholas J. Cecchi, Michael Zeineh, Gerald Grant
论文ID：2012.13507
分类：Biological Physics
分类简称：physics.bio-ph
提交时间：2020-12-29