Loading...

3D Finite Element Modeling of Head for Studying Subdural Hemorrhage Induced by Impact

Sahandifar, Pooya | 2016

2538 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 48274 (08)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Mechanical Engineering
  6. Advisor(s): Naghdabadi, Reza; Sohrabpour, Saeed
  7. Abstract:
  8. Subdural hemorrhage (SDH) is one of the most common traumatic brain injuries. The mortality rate of SDH is over 30 percent. In addition, patients require to visit hospital for treatment and further healthcare. According to the costs of treatment and frequency of injuries, prevention of SDH is essential. 3D-Finite element modeling of human head is an appropriate tool for evaluation of injury risk and setting up a prevention tolerance criteria. The aim of this study is to create a 3D finite element model of human head with special consideration of vessels. Vessels are modeled by truss elements at current finite element models of human head; however, geometry of vessels is regarded as simple shapes. In the current study, using medical images, 3D patient-specific human head model is developed. Consequently, brain and vessels are asymmetric. In addition to asymmetric vessel model, a symmetric beam element model of vessels is developed to study effects of asymmetry. Isotropic and anisotropic mechanical properties are assigned to the vessels in order to study their effects on maximum stress of the vessels. Results of simulations reveal that anisotropic mechanical properties reduces the maximum stress on the vessels. In addition, asymmetry of the model and direction of impact can change location and value of the maximum vonMises stress. Consequently, Occipital impacts are more injurious than Frontal impacts in the identical impacts. It is also implied that current tolerance criteria such as HIC and HIP are not sensitive to the direction of impact and geometric asymmetry. Moreover, these criteria overestimate vessels stresses
  9. Keywords:
  10. Head Injury Criterion (HIC) ; Traumatic Brain Injury (TBI) ; Finite Element Model ; Biomechanical Models ; Subdural Hemorrhage (SDH) ; Patient-Specific Modeling

 Digital Object List

 Bookmark

  • 1 ‌مقدمه
    • 1.1 اهمیت و کاربرد موضوع
    • 1.2 مدل‌سازی اجزا محدود سر
    • 1.3 تعریف مسئله
    • 1.4 اهداف پژوهش
    • 1.5 محتوای پایان‌نامه
  • 2 مفاهیم پایه
    • 2.1 آشنایی با مغز و بافت‌های اطراف آن
    • 2.2 آسیب‌های سر و مکانیزم آن‌ها
    • 2.3 معیارهای آسیب به مغز
      • 2.3.1 معیار بالینی GCS
      • 2.3.2 معیار بالینی AIS
      • 2.3.3 معیارهای بیومکانیکی
        • 2.3.3.1 معیار HIC
        • 2.3.3.2 معیار HIP
        • 2.3.3.3 معیار BrIC و SIMon
        • 2.3.3.4 معیار ULP
    • 2.4 مروری بر رفتار ویسکوالاستیک
  • 3 مرور ادبیات
    • 3.1 مقدمه
    • 3.2 مطالعات تجربی بر روی آسیب‌های وارد به سر
    • 3.3 مدل‌سازی اجزا محدود سر جهت بررسی آسیب
      • 3.3.1 هندسه مدل‌‌های اجزا محدود
      • 3.3.2 خواص مکانیکی بافت‌های سر
      • 3.3.3 برهم‌کنش بافت‌های مختلف و شرایط مرزی
      • 3.3.4 نحوه اعمال و انواع بارگذاری در بررسی آسیب به سر
      • 3.3.5 مش بندی
    • 3.4 اعتبارسنجی و مقایسه با داده‌های تجربی
    • 3.5 نتیجه‌گیری
  • 4 طرح مسئله
    • 4.1 مقدمه
    • 4.2 تبیین موضوع پژوهش
    • 4.3 طرح مسئله مدل‌سازی سر
  • 5 مراحل انجام مدل‌سازی
    • 5.1 مقدمه
    • 5.2 مدل‌های اولیه بررسی آسیب به سر
      • 5.2.1 مدل دوبعدی از نمای سجیتال سر
      • 5.2.2 مدل سه‌بعدی اجزا محدود اولیه از بافت‌های سر
    • 5.3 ایجاد مدل‌ هندسی نهایی از بافت سر
    • 5.4 انتخاب خواص مکانیکی بافت‌های سر
    • 5.5 نحوه برهم‌کنش بافت‌‌های مختلف
    • 5.6 بحث درباره لزوم ساده‌سازی‌های مدل اجزا محدود
    • 5.7 مش بندی مسئله پژوهش
    • 5.8 روش حل مدل اجزا محدود
    • 5.9 فرضیات حل مسئله پژوهش
    • 5.10 بحث و نتیجه‌گیری
  • 6 نتایج حاصل از پژوهش
    • 6.1 اعتبارسنجی مدل اجزا محدود سر به کمک نتایج آزمایشگاهی
    • 6.2 بررسی استقلال از مش مدل اجزا محدود
    • 6.3 بررسی حساسیت مدل نسبت به تغییرات خواص مکانیکی
    • 6.4 نتایج حاصل از بررسی عدم تقارن مدل سر
    • 6.5 نتایج حاصل از بررسی اثر جهت اعمال ضربه به سر
    • 6.6 نتایج حاصل از بررسی اثر خواص جهتی رگ‌ها
    • 6.7 بحث و نتیجه‌گیری
  • 7 نتيجه‌گيري
    • 7.1 نتایج پژوهش مدل‌سازی اجزا محدود سر
    • 7.2 محدودیت‌های پژوهش
    • 7.3 نوآوری‌های پایان‌نامه
    • 7.4 پیشنهاد‌های ادامه کار
  • منابع و مراجع
...see more