Modelado Computacional de Estructuras Óseas del Cráneo y Simulación de Fracturas Craneales Usando el Modelo de Cabeza YEAHM
Autores: Barbosa, Alcino; Fernandes, Fábio A. O.; Alves de Sousa, Ricardo J.; Ptak, Mariusz; Wilhelm, Johannes
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Modelado Computacional de Estructuras Óseas del Cráneo y Simulación de Fracturas Craneales Usando el Modelo de Cabeza YEAHM
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Biología
Palabras clave
Cabeza humana
Modelos computacionales
Cráneo
Cerebro
Impacto
Validación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 28
Citaciones: Sin citaciones
La cabeza humana es una estructura compleja y multicapa de tejidos duros y blandos, gobernada por leyes y interacciones materiales complejas. A lo largo de los años, se han desarrollado modelos computacionales de la cabeza humana, alcanzando altos niveles de detalle, complejidad y precisión. Sin embargo, la mayor parte de la atención se ha centrado en el cerebro y otras estructuras intracraneales. El cráneo, a pesar de desempeñar un papel importante en los impactos directos en la cabeza, a menudo se pasa por alto y se simplifica. En este trabajo, se desarrolla un nuevo modelo de cráneo para el modelo de cabeza de los autores, el YEAHM, basado en la geometría externa original, pero segmentándolo con suturas, diploë y hueso cortical, teniendo un grosor variable en diferentes secciones de la cabeza y basado en datos craniométricos médicos. Estas estructuras se modelan con modelos constitutivos que consideran el comportamiento no lineal de los huesos del cráneo y también la naturaleza de su fallo. Se realizan varias validaciones, comparando los resultados de la simulación con resultados experimentales disponibles en la literatura en varios niveles: (i) validación de material local; (ii) trauma contundente por impacto directo contra un cráneo estacionario; (iii) tres impactos a diferentes velocidades simulando caídas; (iv) impactos temporoparietales contundentes balísticos en la cabeza. Se utilizan aceleraciones, fuerzas de impacto y patrones de fractura para validar el modelo de cráneo.
Descripción
La cabeza humana es una estructura compleja y multicapa de tejidos duros y blandos, gobernada por leyes y interacciones materiales complejas. A lo largo de los años, se han desarrollado modelos computacionales de la cabeza humana, alcanzando altos niveles de detalle, complejidad y precisión. Sin embargo, la mayor parte de la atención se ha centrado en el cerebro y otras estructuras intracraneales. El cráneo, a pesar de desempeñar un papel importante en los impactos directos en la cabeza, a menudo se pasa por alto y se simplifica. En este trabajo, se desarrolla un nuevo modelo de cráneo para el modelo de cabeza de los autores, el YEAHM, basado en la geometría externa original, pero segmentándolo con suturas, diploë y hueso cortical, teniendo un grosor variable en diferentes secciones de la cabeza y basado en datos craniométricos médicos. Estas estructuras se modelan con modelos constitutivos que consideran el comportamiento no lineal de los huesos del cráneo y también la naturaleza de su fallo. Se realizan varias validaciones, comparando los resultados de la simulación con resultados experimentales disponibles en la literatura en varios niveles: (i) validación de material local; (ii) trauma contundente por impacto directo contra un cráneo estacionario; (iii) tres impactos a diferentes velocidades simulando caídas; (iv) impactos temporoparietales contundentes balísticos en la cabeza. Se utilizan aceleraciones, fuerzas de impacto y patrones de fractura para validar el modelo de cráneo.