头先着地冲击中颈部边界条件和姿势对颈椎响应影响的详细人体有限元模型评估

头先着地冲击（HFI）易致颈椎创伤，现有实验多用倒置全身（FB）或头颈部附加躯干替代质量（TSM）模型，但两者对比研究缺乏。本研究通过计算模拟，分析不同初始颈部姿势（屈曲、中立、伸展）下 TSM 与 FB 模型的头颈响应，发现 TSM 模型颈部力和内能更高，姿势影响显著，为 HFI 相关颈椎创伤研究提供参考。

　　

目的：头先着地冲击（HFI）与颈椎创伤高风险相关。实验中 HFI 采用倒置全身（FB）模型或头颈部连接附于第一胸椎的躯干替代质量（TSM）模型。FB 测试复杂且研究较少，TSM 构型测试较多，但两种装置尚无对比。
方法：本研究通过计算方法，采用三种初始颈部姿势（屈曲、中立、伸展），探究 TSM 和 FB 对头颈部响应的影响。将 TSM 应用于从现代全身模型提取的头颈部，以 FB 模型作为对照。将模型倒置后以三种速度（2.0、3.1 和 3.6 m/s）跌落至刚性平板上，测量并比较模型间的头部冲击力、头颈部动力学、椎体运动学和内能。
结果：与 FB 模型相比，TSM 模型表现出更高的颈部力和内能。尽管头部接触力相似，但 FB 模型顺应性胸廓降低了颈部力和能量。由于关节突关节参与，中立和伸展姿势预测颈部力更高，而屈曲姿势中头部前移减少了颈部力。
结论：本研究发现，使用 TSM 边界条件的颈部响应与 FB 条件不同，导致更高的颈部负荷，且前凸颈部姿势比后凸初始姿势产生更高的颈部力。