带有头枕的头颈复合有限元模型在追尾碰撞条件下的运动学分析

目的本研究建立了详细的三维头颈(C0~C7)和头枕的有限元(FE)模型,其目的是预测头颈的每个颈椎节段在生理性载荷和追尾碰撞条件的冲击下的运动学反应。方法为了验证该模型,在静态屈伸环境下进行了测试,在C0上沿矢状解剖面依次施加1.0 Nm的力矩,模拟头颈椎屈伸运动。在动态研究中,后端冲击脉冲施加于C7,产生4.5 G和8.5 G的加速度。结果在1.0 N·m生理负荷下,预测的头部运动和位移与之前的研究一致。在追尾碰撞条件下,脉冲加速度峰值和头枕角度对头颈复合体运动学的影响表示,在前200 ms内,各颈椎节段旋转运动的增加/减少率不同。各节段屈曲旋转峰值均低于联合的屈曲ROM,所有节段的伸展峰值随加速度和头枕角度的变化而变化。C7加速度越大,下节段的伸展角峰值越大,但其绝对增量受头枕间距的限制。头枕角度从45°~30°的变化导致C5~C6节段下部的伸展变为屈曲,这进一步证明了头部和头枕之间保持距离的有效性。结论现有的C0~C7有限元模型可以有效地模拟人体颈椎在生理静态和模拟碰撞情况下的总体反应。各节段屈伸的快速变化可能导致相关软组织和骨结构经受超出其材料特性极限的耐受性。说明选择合适的头枕位置和角度可以有效预防车祸中颈椎的损伤。