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,1150 北京科技大学学报 2006年第12期 线性增长趋势，而在人颅骨球冠实验中几乎不受 点处的应力、应变变化较小，所以理论上可以选择 此影响，随颅内压变化人颅骨外表面应变值都是 在颅顶骨任一位置粘贴应变片测量颅内压 在仪器检测范围内的 (4)有限元理论分析结果与实验结果相吻 3理论计算与实验结果的比较 合，随颅内压的变化颅骨外表面的应变是在仪器 检测范围内的， 有限元理论计算结果与实验结果的比较如图 (5)与目前临床上测颅内压时钻孔或穿刺相 18所示.没有硬脑膜的新鲜人颅骨实验应变值 比，在颅骨外表面粘贴应变片对患者损伤非常小， 与有限元分析值非常接近，最大误差为18.5%. 此种颅内压应变电测法具有安全易操作、不易交 由于硬脑膜的存在，有硬脑膜的颅骨外表面有限 叉感染、创伤小、可长期动态监测的特点，所以微 元分析应变值较小，但是理论和实验结果都表 创应变电测法测颅内压的方法具有可行性 明：随颅内压的变化颅骨外表面的应变是在仪器 检测范围内的，理论和实验结果相吻合 参考文献 [1】石美鑫.实用外科学.北京：人民卫生出版社，1992：982 5.5r 5.0 [2]孙英伟，陈延航，李钰绩、专利文献中颅内压监护及测量 方法的进展.航天医学与医学工程，1998,11(3)：231 4.0 [3]Allocca JA.Method and apparatus for noninvasive monitoring 30 of intracranial pressure:US Patent,4204547.1980-03-27 盘20 [4]Marchbanks R J.Method and apparatus for measuring in- tracranial fluid pressure:US Patent,4841986.1989-06-27 有硬脑膜有限元分析 1.0 一一无硬脑膜有限元分析 [5]Mick E C.Method and apparatus for the measurement of in- ◆一无硬脑膜的新鲜人颅骨球冠实验 tracranial pressure:US Patent,5074310.1991-1124 952.02.53.035404.55.055 [6]Mick E C.Method and apparatus for the measurement of in- 颅内压变化量kPa tracranial pressure:US Patent,5117835.1992-01-02 [7]邱实，冯克俭，赵卫星，等。临床应用解剖学。郑州：河南医 图18各种颅骨随颅内压变化的相应应变 科大学出版社，2000：5 Fig-18 Curves of strain vs intracranial pressure for different [8]刘云洪，高彦波，王云剑，等.颅骨抗冲击强度实验研究 kinds of skulls 武警医学，1998,9(7)：408 [9]张春秋，朱兴华。改变力学环境后松质骨胞元结构的预测 4 结论 中国生物医学工程学报，2001,20(2)：175 [10]姜殿辅，胡滨成，张琪，等。硬脑膜的形态结构研究.中华 (1)本文利用有限元软件MSC-PATRAN/ 外科杂志，1990,28(2)：108 NASTRAN分别对颅骨三层层合结构、颅骨与硬 [11]Galford J E.Mcelhaney J H.A viscoelastic study of scalp. 脑膜组成的四层层合结构进行应力应变分析研 brain and dura.J Biomech,1970,3(2):211 究·分别选用人颅骨和成年猪颅骨作为实验材 [12]Quilici P J,Vieta J O.Privitera L.The use of dura mater al- 料，通过将颅内压相对应的拉力作用在新鲜猪颅 lograft in the surgical repair of large defects of the abdominal wall.Surg Gynecol Obstet.1985.161(1):47 骨片、猪颅骨球冠以及人颅骨球冠上，对随颅内压 [13]Kuchiwaki H.Inao S.Ishii N.et al.Changes in dural thick- 变化三层层合结构的颅骨表面应变进行实验 ness reflect changes in intracranial pressure in dogs.Neuro- 分析. science Letters.1995.198,68 (2)当颅内压增高2.5kPa时颅内压轻度异 [14]Zhang S J.Wang J.Zhang D F.Evaluation of cerebrovascu- 常，颅骨外表面产生的应变约为1.5×10-6；当颅 lar function in intracerebral hypertension by transcerebral Doppler.Chin J Clin Rehabilit.2002.6(9):1381 内压增高3kPa时脑部出现脑震荡的症状，颅骨 [15]吴桂荣，张云然，王玉清，等.猴头部冲击下颅内压的变化 产生的应变约为2.5×10-6；当颅内压增高5kPa 和头冲击伤的防护.航空学报，1999,20(Sppl):54 时头颈部达到危重度伤，颅骨产生的应变约为4 [16]王以进，刘孝敏，吴桂荣，等.人颅骨的各向异性性质研 ×10-6 究.上海科技大学学报，1992,15(4).30 (3)颅内压变化2.5kPa颅脑轻度异常时，整 [17]李德源，刘占芳，励凌蜂，等.横观各向同性松质骨撞击动 个颅顶骨外表面的应力在22.1~25.3kPa范围 力响应数值分析.工程力学，2001,18(5)：133 [18]朱兴华，施德广，董心，等，人体硬脑膜、大脑镰和小脑幕 内，应变在(1.52~1.57)×10-6范围内，可以看 的力学性能试验研究.吉林工业大学学报，1998,49(1)： 出在同一颅内压增量条件下，整个颅顶骨表面各线性增长趋势而在人颅骨球冠实验中几乎不受 此影响．随颅内压变化人颅骨外表面应变值都是 在仪器检测范围内的． 3 理论计算与实验结果的比较 有限元理论计算结果与实验结果的比较如图 18所示．没有硬脑膜的新鲜人颅骨实验应变值 与有限元分析值非常接近最大误差为18∙5％． 由于硬脑膜的存在有硬脑膜的颅骨外表面有限 元分析应变值较小．但是理论和实验结果都表 明：随颅内压的变化颅骨外表面的应变是在仪器 检测范围内的理论和实验结果相吻合． 图18 各种颅骨随颅内压变化的相应应变 Fig．18 Curves of strain vs intracranial pressure for different kinds of skulls 4 结论 （1） 本文利用有限元软件 MSC－PATRAN／ NASTRAN 分别对颅骨三层层合结构、颅骨与硬 脑膜组成的四层层合结构进行应力应变分析研 究．分别选用人颅骨和成年猪颅骨作为实验材 料通过将颅内压相对应的拉力作用在新鲜猪颅 骨片、猪颅骨球冠以及人颅骨球冠上对随颅内压 变化三层层合结构的颅骨表面应变进行实验 分析． （2） 当颅内压增高2∙5kPa 时颅内压轻度异 常颅骨外表面产生的应变约为1∙5×10－6 ；当颅 内压增高3kPa 时脑部出现脑震荡的症状颅骨 产生的应变约为2∙5×10－6 ；当颅内压增高5kPa 时头颈部达到危重度伤颅骨产生的应变约为4 ×10－6． （3） 颅内压变化2∙5kPa 颅脑轻度异常时整 个颅顶骨外表面的应力在22∙1～25∙3kPa 范围 内应变在（1∙52～1∙57）×10－6范围内可以看 出在同一颅内压增量条件下整个颅顶骨表面各 点处的应力、应变变化较小所以理论上可以选择 在颅顶骨任一位置粘贴应变片测量颅内压． （4） 有限元理论分析结果与实验结果相吻 合随颅内压的变化颅骨外表面的应变是在仪器 检测范围内的． （5） 与目前临床上测颅内压时钻孔或穿刺相 比在颅骨外表面粘贴应变片对患者损伤非常小 此种颅内压应变电测法具有安全易操作、不易交 叉感染、创伤小、可长期动态监测的特点所以微 创应变电测法测颅内压的方法具有可行性． 参 考 文 献 ［1］ 石美鑫．实用外科学．北京：人民卫生出版社1992：982 ［2］ 孙英伟陈延航李钰绩．专利文献中颅内压监护及测量 方法的进展．航天医学与医学工程199811（3）：231 ［3］ Allocca J A．Method and apparatus for noninvasive monitoring of intracranial pressure：US Patent4204547．1980－03－27 ［4］ Marchbanks R J．Method and apparatus for measuring intracranial fluid pressure：US Patent4841986．1989－06－27 ［5］ Mick E C．Method and apparatus for the measurement of intracranial pressure：US Patent5074310．1991－11－24 ［6］ Mick E C．Method and apparatus for the measurement of intracranial pressure：US Patent5117835．1992－01－02 ［7］ 邱实冯克俭赵卫星等．临床应用解剖学．郑州：河南医 科大学出版社2000：5 ［8］ 刘云洪高彦波王云剑等．颅骨抗冲击强度实验研究． 武警医学19989（7）：408 ［9］ 张春秋朱兴华．改变力学环境后松质骨胞元结构的预测． 中国生物医学工程学报200120（2）：175 ［10］ 姜殿辅胡滨成张琪等．硬脑膜的形态结构研究．中华 外科杂志199028（2）：108 ［11］ Galford J EMcelhaney J H．A viscoelastic study of scalp brain and dura．J Biomech19703（2）：211 ［12］ Quilici P JVieta J OPrivitera L．The use of dura mater allograft in the surgical repair of large defects of the abdominal wall．Surg Gynecol Obstet1985161（1）：47 ［13］ Kuchiwaki HInao SIshii Net al．Changes in dural thickness reflect changes in intracranial pressure in dogs．Neuroscience Letters1995198：68 ［14］ Zhang S JWang JZhang D F．Evaluation of cerebrovascular function in intracerebral hypertension by transcerebral Doppler．Chin J Clin Rehabilit20026（9）：1381 ［15］ 吴桂荣张云然王玉清等．猴头部冲击下颅内压的变化 和头冲击伤的防护．航空学报199920（Suppl）：54 ［16］ 王以进刘孝敏吴桂荣等．人颅骨的各向异性性质研 究．上海科技大学学报199215（4）：30 ［17］ 李德源刘占芳励凌峰等．横观各向同性松质骨撞击动 力响应数值分析．工程力学200118（5）：133 ［18］ 朱兴华施德广董心等．人体硬脑膜、大脑镰和小脑幕 的力学性能试验研究．吉林工业大学学报199849（1）： 46 ·1150· 北 京 科 技 大 学 学 报 2006年第12期