基于生物力学的创伤性脑损伤载荷监测

目的对创伤性脑损伤伤者及时有效的干预和治疗,可以有效缓解其症状。但是创伤性脑损伤的症状具有滞后性,造成延误诊断。方法创伤性脑损伤初期症状难以被检测,但是可以通过测量导致损伤的力学载荷对损伤进行估计。开发了一种基于刚性测量界面的高精度头部加速度测量方法,其将传感器装配于上颌牙齿,通与头骨刚性连接,消除了皮肤对测量的干扰。其次,还开发了基于深度学习大脑模型。与需要数小时来计算大脑应变的有限元大脑模型不同,深度学习大脑模型可以实时对大脑应变进行计算,从而可以用于脑损伤的监测。结果基于刚性测量界面的头部加速度测量方案实现了目前对头部碰撞加速度最高精度的测量(一致相关系数达到0.97,理论上限为1);深度学习大脑模型计算精度达到0.02,与有限元模型一致。基于大脑应变估计创伤性脑损伤的风险,并通过将这种方法应用于橄榄球队中,并且成功对1名球员在头部撞击后进行预警,而该球员1天后被诊断为轻度创伤性脑损伤。结论基于生物力学手段监测头部撞击载荷,可以实现对创伤性脑损伤伤者的实时监测诊断,从而使伤者可以在第一时间得到治疗。但将该技术应用于临床仍面临一系列技术挑战。