基于实验与有限元建模的脑-颅界面（脑膜）在剪切加载下的机械行为：初步结果
计算工程、金融与科学
2025-12-10 v1
摘要
脑-颅界面（脑膜）在头部冲击过程中起关键作用，决定脑组织的运动行为，但许多计算模型常因缺乏实验数据，简化为理想化接触条件来建模。本研究提出了一种改进的实验-计算方法，用于确定脑-颅界面在剪切加载下的力学性能。从羊尸体头部中提取脑组织和脑-颅复合样本进行剪切加载测试。利用磁共振成像（MRI）获取样本的准确三维几何形状，随后创建计算网格（网格）用于有限元（FE）模型模拟实验，以确定脑组织和脑-颅界面的数据驱动特性。本研究采用二次奥根超弹性模型描述脑组织，采用粘性层建模脑-颅界面。结果表明，粘性层能捕捉脑-颅界面的数据-位移关系及损伤 initiation 行为。校准后的粘性参数在不同样本间呈现一致模式，最大法向拉力范围为 2.8-3.4 kPa，最大切向拉力为 1.8-2.1 kPa。该方法框架为改进用于损伤预测和神经外科规划的计算头模型生物学保真度提供了基础，通过用从实验数据中推导的脑-颅界面（脑膜）生物力学行为替代任意边界条件。
引用
@article{arxiv.2512.08425,
title = {Mechanical behaviour of brain-skull interface (meninges) under shear loading through experiment and finite element modelling: Preliminary results},
author = {Sajjad Arzemanzadeh and Karol Miller and Tim Rosenow and Sjoerd B. Vos and Adam Wittek},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.08425},
year = {2025}
}
备注
Computational Biomechanics for Medicine (CBM) XX - accepted