构建 BIPEDmk2数字模型：模拟与实验数据对比的关键进展

为评估头盔功效等，研究人员构建 BIPEDmk2数字模型，对比模拟与实验数据，结果有差异。

　　人体头部的物理替身常被用于模拟颅骨撞击、评估头盔功效以及判断头部受伤的可能性。脑损伤防护评估装置（Brain Injury Protection Evaluation Device，BIPED_mk2 ）是一种头部模型，它包含大脑模拟物、脑脊液层（cerebrospinal fluid layer，CSF）、结缔组织膜、颅骨和皮肤层，并且可以被设置用来测量运动学参数、压力和应变。在提高替身生物逼真度的设计工作中，有限元模型在评估那些能更好模拟头部在撞击过程中生物反应的设计迭代方面发挥着重要作用。这项研究旨在创建 BIPED_mk2的数字模型，并将其与从特定撞击场景中测量得到的实验压力和应变数据进行有力对比。两次独立的正面撞击实验的运动学数据被用于驱动 BIPED_mk2有限元模型。在第一次实验中，通过原位传感器获取大脑压力数据；在第二次实验中，通过事后图像分析得到大脑应变数据。这些压力和应变数据是验证有限元模型所报告的压力和应变的基础。利用相关性分析（CORrelation Analysis，CORA）将压力和位移时间序列响应与实验数据进行对比。使用运动学模型输入时，在前脑传感器处测量压力的平均 CORA 评分是 0.701，使用力模型输入时为 0.851。对于后脑传感器，由于平均 CORA 评分分别为运动学输入 0.442、力输入 0.255，信号被认为拟合效果较差。在测试的 18 个节点的 x（前后方向）和 z（上下方向）位移数据对比中，CORA 评分范围在 0.012 至 0.936 之间。在大脑内部匹配效果最佳，但在大脑周边，根据测量点相对于大脑表面的位置不同，匹配效果较差。研究推测，这些复杂的结果很大程度上是由于简化的脑脊液模型，这可能是未来模型改进的重点方向。