Analysis of the Diffuse Axonal Injury of the Human Brain using Finite Element Model

유한요소 모델을 이용한 인간 뇌의 미만성 부상에 대한 해석

To anlyze the diffuse axonal injury of the human brain, 3-D finite element models of the adult, two and three years child were developed. Triangular type acceleration which had its maximum value 200g was applied to investigate the effects of acceleration direction and duration time. The pattern of high shear stress generated at the brain stem, pones and midbrain was similar to the pattern of DAI seen in the clinical observation, especially high maximum shear stress was detected in the brain stem of the six year old child model under flexional acceleration. As the duration of acceleration increased generated pressure and maximum shear stress also increased. For the children's model relatively small pressure was generated regardless of the acceleration direction and continued much longer compared with adult's model. From this analysis maximum shear stress was revealed more proper indicator to predict DAI compared to HIC in case of angular acceleration loading.

가속도 변화에 따른 뇌의 미만성 부상을 해석하기 위하여 성인 및 2세, 6세아의 머리 부분에 대한 유한 요소 모델을 개발하였다. 외력은 최대값이 200g인 삼각형 형태의 가속도를 가하였으며, 가속도의 방향, 지속시간에 따른 변화를 해석하였다. 가속도 변화에 따라 발생되는 뇌내의 전단력 분포는 뇌간, 뇌교 및 중뇌등 신경조직이 밀집된 곳에서 크게 발생되어 이곳에서 미만형 부상이 발생할 확률이 높음을 알 수 있었으며, 특히 6세아 모델의 경우 뇌간에서의 최대 전단력이 굴전 형태의 회전가속도 받았을 때 가장 크게 나타나는 결과를 보여 개발된 모델이 임상결과와 일치함을 보여주고 있었다. 가속도 지속 시간이 길어짐에 따라 뇌내에 발생되는 압력 및 최대 전단력의 크기가 증대되고 있었으며, 유아모델의 경우 성인모델에 비하여 가속도 방향과 관계없이 낮은 압력이 발생하였지만 발생압력이 감소하지 않고 지속되는 현상을 보이고 있었다. 그리고 각 가속도에 의한 미만성 부상을 예방하기 위한 안전지수로는 현재 탑승자의 안전 설계에 활용되고 있는 HIC보다는 최대 전단응력이 더 적절한 부상 예측인자임을 알 수 있었다.