人体仿真颅脑测试模型及其制备方法

为探究颅脑损伤的类型、致伤机理及损伤判据，通常使用颅脑物理模型替代真实尸体模型来开展生物力学实验。颅脑物理模型是多层结构的复合体，涵盖了头部皮肤、颅骨、脑脊液和脑组织等颅脑生理结构，解决了人体头部生物力学实验模型来源困难以及成本高的问题。

颅脑物理模型的制备成本较低，通过开展生物力学实验与数值模拟进行对比，验证了颅脑物理模型的有效性。同时开发了三套测试系统，分别是压力测试系统、应变测试系统和加速度测试系统，测试系统通过多种微型传感器构成，其在获取颅脑加速度、颅骨应变和颅内压力等响应时造成的影响较小。

本项目一方面通过增材制造的方法制备具有复杂几何结构的头部皮肤、颅骨等，具有较高的外型还原度，如图1所示；另一方面通过使用无毒无害的生物材料，例如Lasty-R光敏树脂、道康宁184、道康宁527和工业蒸馏水等，可以近似反应人体头部组织及器官的材料属性，如图2所示。落锤冲击实验中的颅脑物理模型如图3所示。

图1.颅骨物理模型

图2.脑组织替代模型

图3.落锤冲击实验中的颅脑物理模型

颅脑物理模型产业正处于快速发展阶段。随着生物力学、材料科学以及3D打印技术的不断进步，颅脑物理模型的制造精度和仿真度得到了显著提升。此外，越来越多的科研机构和企业开始投入资源研发和生产这类模型，以满足不断增长的市场需求。颅脑物理模型主要可用于颅脑损伤模拟实验、神经外科手术模拟、康复治疗评估、汽车安全测试等场景。

颅脑损伤模拟实验

颅脑物理模型可以模拟不同类型的颅脑损伤（如脑震荡、开放性伤口等），用于研究损伤机制和评估脑组织对外部冲击的反应。研究人员可以通过施加不同力度和方向的冲击，观察颅脑结构的受力情况，获取力学数据，为后续的损伤预防和治疗提供科学依据。

神经外科手术模拟

颅脑物理模型的设计可以复现真实颅脑的复杂结构，帮助医生熟悉手术步骤和可能遇到的解剖变异，从而提高手术的准确性和安全性。

康复治疗评估

颅脑物理模型可用于评估各种康复治疗的效果，尤其是在脑损伤后的功能恢复中。通过模拟特定的伤害和康复措施，研究人员可以监测患者在物理治疗过程中的进展。

汽车安全测试

在汽车安全领域，颅脑物理模型可以用于模拟车辆碰撞对乘员颅脑的影响，帮助设计更安全的汽车内部结构和安全气囊系统。

这些场景展示了颅脑物理模型在医学和工程领域的重要性，帮助提高对颅脑损伤的理解，促进医疗技术的进步，并提升公众安全。