交通伤有限元法数字化构模及碰撞生物力学研究

交通伤的技术鉴定手段尚停留在损伤形态学观察上，但并非所有交通伤都存在典型的损伤形态，故借助新技术探讨并阐述不同致伤方式、不同载荷条件下的交通伤机制具有重要意义。本课题基于前期对交通伤大量研究的基础积累，通过运用有限元法对交通伤进行数字化构模，以建立符合真实人体解剖学外形和生物力学性质的人体有限元模型，并依托该模型对交通伤常见部位进行直接撞击、摔跌、碾压或挤压及过度屈伸等动态模拟，以研究不同致伤方式下损伤形态、程度及机制。有针对性地研究在不同致伤方式、不同外力条件下人体损伤部位受载时生理组织的形变、位移、应力变化等生物力学参数，以期阐述并解释损伤形变、损伤程度与交通伤致伤方式、碰撞速度、受力方向及多次加载不同作用力等之间的关系，以弥补尸体解剖、虚拟解剖及多刚体仿真事故重建等技术在碰撞力学及损伤生物力学研究中的不足，解决交通伤生物力学研究与鉴定的瓶颈问题，为道路交通事故鉴定提供科据。

本项目研究内容涉及法医学、影像学、痕迹学、工程学、生物力学、计算机仿真学等多学科的交叉融合。研究过程中，项目组成功利用CT、MRI断层扫描获得DICOM格式数据并通过MIMICS、ANSYS/ICEM软件建立了符合真实人体解剖学外形和生物力学性质的下肢、头部、骨盆、胸廓、肝脏、颈部人体有限元模型。在成功构建交通伤有限元法数字化构模的基础上，项目组选取司法部司法鉴定科学技术研究所受理的各类道路交通事故23起，对事故现场痕迹、车辆形变及人体损伤等进行详细勘验，并利用CT、MRI等对尸体进行影像学检查及完成尸体解剖，通过对比论证分析事故中人体损伤特点、致伤方式和损伤生物力学特征。在此基础上，将现场痕迹、车辆损坏、人体损伤等检验结果作为可能的边界条件加载于已建立的人体有限元模型之上，进行直接撞击（以下肢为例）、摔跌（以头部为例）、碾压或挤压（以下肢、骨盆、胸廓为例）、过度屈伸（以颈部为例）等损伤机制及碰撞生物力学研究，有效采集到不同损伤部位应力及应变云图、Von Mises应力-时程曲线、损伤形态图与碰撞过程动画等结果。研究结果表明，依托项目组现有已建立的较符合真实人体解剖学外形和生物力学性质的交通伤损伤有限元模型对交通事故中常见损伤部位进行直接撞击、摔跌、碾压或挤压及过度屈伸等动态模拟，能够趋向真实地反映出不同外力条件下人体损伤部位受载时生理组织的形变、位移、应力变化等生物力学参数，能够针对不同的交通事故个案有效论证并解释了损伤形变、损伤程度与交通伤致伤方式、碰撞速度、受力方向及多次加载不同作用力等之间的关系，阐述了不同类型交通伤所表现的损伤形态、应力分布、应力传导等生物力学特性；在一定程度上阐述并解释损伤形变、损伤程度与交通伤致伤方式、碰撞速度、受力方向及多次加载不同作用力等之间的关系，弥补尸体解剖、虚拟解剖及多刚体仿真事故重建等技术在碰撞力学及损伤生物力学研究中的不足，解决交通伤生物力学研究与鉴定的瓶颈问题。现有研究结果开创了交通伤损伤机制研究的新模式，开创了交通伤司法鉴定的新方式，为交通事故责任认定和处理提供科学证据。.本研究成功解决了诸多国内疑难复杂交通事故案件的损伤致伤方式与损伤生物力学鉴定，其中最典型的为“天津许云鹤案”。已出版专著1部，发表论文11篇，其中SCI论文6篇，国际会议上报告4人次，培养研究生5人次。