بررسی مکانیکی آسیب ضربه وارد بر مغز انسان در اثر برخورد توپ فوتبال با کمک مدل سه بعدی

ضربه مغزی یکی از شایع ترین آسیب هایی است که جان انسان را تهدید می‌کند که در فوتبال نیز دیده می‌شود. در این پژوهش یک مدل المان محدود از ضربه مغزی ارائه شده است که در آن بافت مغز به صورت هایپر ویسکوالاستیک غیرخطی با همسانگردی عرضی بر اساس مدل مونی-ریولین تعریف شد. مدل سه‌بعدی مغز از تصاویر mri استخراج شد و شبیه‌سازی المان محدود در نرم‌افزار ls-dyna صورت گرفت. نتایج نشان داد که در ضربه از ناحیه جانبی، فشار و نیروی وارده سریع‌تر گسترش‌ می‌یابد و مغز دچار آسیب شدیدتری می‌شود. همچنین، نشان داده شد که در صورت متعامد بودن جهت ضربه با جهت‌گیری فیبرهای آکسون، بافت مغز تنش بیشتری را تجربه می‌کند. علاوه بر این، مشاهده شد که در ضربه جلویی که فیبرهای آکسون هم‌راستا با جهت ضربه قرار دارند به دلیل تغییر شکل بزرگ مغز، فشار در محل آسیب مثبت و در محل مقابل آسیب منفی می‌شود. در ضربه جانبی که متعامد بر فیبرها بود، رفتار فشار محل آسیب و مقابل آسیب مشابه بود.

mechanical investigation of impact damage on the human brain due to the impact of a soccer ball with the help of a 3d model

traumatic brain injury is one of the most common injuries that threatens human life, which is also seen in football. in this study, afinite element model of traumatic brain injury is presented, in which the brain was defined as nonlinear hyper viscoelastic withtransverse isotropy, based on the mooney-rivlin model. the 3d brain model was extracted from mri images and finite elementsimulation was performed in ls-dyna software. the results showed that in an impact from the lateral side, the pressure and the applied force spread faster and the brain suffers more severe damage. moreover, it was demonstrated that if the impact direction is orthogonal to the orientation of the axon fibers, the brain tissue experiences higher stress. furthermore, it was observed that infrontal impact, where the axon fibers are aligned with impact direction, due to the great deformation of the brain, the pressure atcoup becomes positive and negative at the countercoup. in lateral impact which was perpendicular to the fibers, the pressurebehavior at coup and countercoup was similar.